JP6013750B2 - プリント配線板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで端子部については、銅からなる導体層の表面に、無電解めっきもしくは電解めっきにより金(Au)めっきを施すことが行なわれている。またその場合、金(Au)めっきだけでは、導体層中の銅(Cu)が金(Au)の中に拡散してしまって接合強度が低下する。その拡散防止のためには、Auめっきの下地としてニッケル(Ni)が最適であるところから、実際上は、銅からなる導体層上に、先ず無電解めっきもしくは電解めっきによりNiめっきを施してから、その上にAuめっきを施すのが通常である。また場合によっては、先ずNiめっきを施し、次いでその上にパラジウム(Pd)めっきを施し、そのPdめっき層上にAuめっきを施すこともある。このような、Ni/AuめっきやNi/Pd/Auめっきで代表される導体層保護のためのめっき層を、ここでは保護用金属の被覆層と称することとする。なお上記のNi/Auめっきや、Ni/Pd/Auめっきとしては、最近では無電解めっきを用いることが多くなっている。
すなわち、図10(B)に示すようなセミアディティブ法によって導体層12を形成したプリント配線板について、その導体層12を覆うための保護用金属被覆層14として、例えばNi/Auめっきを施した場合、導体層12の側面にもめっき金属が析出するから、隣り合う導体層12の間のスペースが小さい場合には、図10(C)に示すように、保護用金属被覆層14が、隣り合う導体層間でブリッジ状に繋がってしまう現象(ブリッジ現象)が生じてしまうことがある。このブリッジ現象が生じれば、隣り合う導体層間で保護用金属被覆層14が連続してしまい、電気的にも導通してしまうため、プリント配線板としては不良品となってしまう。またこのブリッジ現象は、電解めっき、無電解めっきのいずれでも生じるが、無電解めっきの場合は、隣り合う導体層間のスペースにおける絶縁基材10表面へのめっき金属の異常析出も問題となる。すなわち、無電解めっきでは、原理的には銅などの金属のみならず絶縁材料にもめっき金属を析出させることができるから、銅からなる導体層上にだけめっき金属を析出させるためには、導体層の表面のみに触媒を担持させたり、めっき処理液に選択性を付与させたりする方策が採られている。しかしながらこのような方策を講じても、隣り合う導体層間のスペースにおける絶縁基材10表面に、わずかながらもめっき金属が析出してしまう現象、すなわち異常析出が生じてしまうことがある。そしてこのような異常析出が生じれば、前述のブリッジ現象が助長されて、隣り合う導体層間で保護用金属被覆層14が連続し、電気的導通が生じてしまうことがある。
そしてセミアディティブ法によって導体層12を形成したプリント配線板では、隣り合う導体層間のスペースが40μm程度以下となれば、ブリッジ現象が頻発するようになり、そのため従来のセミアディティブ法によるプリント配線板では、端子部の導体層上に保護用金属被覆層を形成する場合の端子部導体層間のスペースの狭小化は、40μm程度が限界とされていた。
したがって、ブリッジ現象が発生し始めるスペース幅は、セミアディティブ法で発生し始めるスペース幅より小さいといえども、導体間のスペースを、より小さくしたい場合には、このような現象が問題となる。
また第2の態様のプリント配線板では、配線回路および端子部を構成するパターンで形成された導体層のうち、端子部を構成する導体層の表面のみに保護用金属の被覆層が形成されるため、導体層を構成する銅などに比較して高価なAuやNiなどの使用量を抑えて、コスト上昇を防止することができる。
なお、配線回路を構成する導体層の表面に保護用金属の被覆層を形成した場合には、その配線回路を構成する導体層に関しても、隣り合う導体層の間での被覆金属(保護用金属)のブリッジ現象の発生が懸念されるが、第2の態様のプリント配線板では、配線回路を構成する導体層の表面には保護用金属の被覆層を形成していないから、このような懸念は生じない。
すなわち本発明の第6の態様によるプリント配線板の製造方法は、第1〜第5の態様のうちのいずれかの態様のプリント配線板を製造する方法であって:
絶縁基材の一面に、配線回路および端子部を構成するパターンで導体層を埋め込む埋め込み基板形成工程と、
前記導体層のうちの端子部の導体層の表面をエッチングして、その表面を絶縁基材の前記一面から窪ませるとともに、前記導体層をその幅方向の断面が凸状をなすようにするエッチング工程と、
前記エッチングされた端子部の導体層の表面を、導体層の金属とは異なる保護用金属によって、無電解めっきにより1層以上に被覆して保護用被覆層を形成する被覆工程と、
を有し、かつ前記被覆工程では、保護用被覆層を、その表面が絶縁基材の前記一面から2μm高い位置以下に位置するように形成し、
これによって前記保護用被覆層で覆われた端子部の導体層における、隣り合う導体層間の最小間隔が25μm以下であるプリント配線板を得ることを特徴とするものである。
また、既に第1の態様に関して説明したように、保護用金属の被覆層が絶縁基材の表面位置からわずかに突出している場合も許容され、その突出高さが2μm以下であれば、保護用金属被覆層形成時において、隣り合う端子部の導体層の間で絶縁基材表面に保護用金属の異常析出がほとんど生じないが確認されている。したがって、プリント配線板の製造時においても、保護用金属被覆層表面と絶縁基材表面との段差が2μm以下となるように保護用金属被覆層を形成すれば、隣り合う端子部導体層の間での保護用金属異常析出の発生を回避することができる。
図1〜図3には、参考形態のプリント配線板の要部を原理的に示し、図4には、本発明の実施形態のプリント配線板の要部を原理的に示す。
図1〜図3、および図4において、絶縁基材10はプリプレグ、あるいは液晶ポリマー(LCP)で代表される高耐熱性熱可塑性樹脂などの絶縁性材料からなる薄板状もしくはシート状のものであり、その絶縁基材10の一方の面(以下単に表面と記す)10Aの側には、プリント配線板としての配線回路および端子部を構成する金属銅(Cu)もしくはCu合金などの良導電材料からなる複数の導体層12が、絶縁基材10の板面と平行な方向に伸びる所定のパターンで埋め込まれている。
ここで、導体層12のうち、符号12aの領域は、導体パターンのうちの端子部に相当する部分であり、以下これを端子部導体層12aと称する。また導体層12のうち、符号12bの領域は、導体パターンのうちの配線回路に相当する部分であり、以下これを配線回路導体層12bと称する。
なお場合によっては、端子部導体層12aを、その全長にわたって同じ幅(W)とし、かつその端子部導体層12aに連続する配線回路導体層12bも同じ幅(W)とすることもある。
さらに、保護用金属被覆層14の上面14Aが絶縁基材表面10Aから窪んでいる場合には、隣り合う端子部導体層12a間での保護用金属の連続は原理的に生じ得ず、従ってその窪み寸法については特に限定しない。但し、保護用金属被覆層14の上面14Aの絶縁基材表面10Aからの窪み深さが10μmを越えれば、端子部導体層12aの厚みを10μm程度以上に確保することが困難となって、端子部の抵抗が過大となってしまうおそれがあるから、通常は10μm以下とすることが望ましく、より好ましくは7μm以下とする。
このような状態のもの(埋め込み基板18)を得るまでの埋め込み基板形成工程の具体的なプロセスは従来の平埋め法と同様であれば良く、その具体例については後に改めて説明する。
なお上記のエッチング工程では、導体層12のうち、配線回路導体層は、適宜エッチングマスクなどでカバーして、エッチングされることを防止する。したがってエッチング工程終了後の段階では、導体層12は、端子部導体層12aのみが窪んだ状態となっており、図示しない配線回路導体層は、その表面が絶縁基材表面10Aと実質的に面一のままとなっている。
先ず図6の(A)に示すような支持体20を用意する。この支持体20は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、銅箔20Aの片面上にニッケル膜20Bをめっきなどにより形成したものが用いられている。
図5の(A)に示すように、プリプレグからなる絶縁基材10に所定のパターンでCuからなる導体層12が埋め込み形成された埋め込み基板18を準備した。ここで、端子部導体層12aの幅(パターンの幅)は13μm、隣り合う端子部導体層12a間の間隔、とりわけ端子部導体層12aにおける幅広な領域12a0の間隔(パターン間の最小間隔)Sは、22μmとした。このような埋め込み基板18の導体層12における端子部導体層12aの表面を、硫酸と過酸化水素水からなるエッチング液によって、1μmの深さまでエッチングし、絶縁基材10の表面から端子部導体層12aの表面が窪んでいる状態(図5(B))とし、さらにエッチングを継続させて、幅方向の断面が凸状をなす端子部導体層とした(図5(C))。ここで、上記のエッチングは、断面凸状の端子部導体層の幅方向中央部の表面(凸状の頂面)が、絶縁基材表面位置から2.5μmの深さに位置に達するまで行なった。なおこの状態では、断面凸状の端子部導体層の両端部は、絶縁基材表面位置から5.3μmの深さに位置していた。次いで、上記の端子部導体層12aについて、脱脂処理を行ってから、エッチング量0.3μmのソフトエッチング処理、電解Niめっきを行なった(図5(D))。この電解Niめっきは、凸状導体層の頂部が絶縁基材表面位置から1.4μmの高さの位置に達するまで行なったが、この状態では、Niめっき層は、全体として平坦となっていることが確認された。さらにNiめっき層上に、0.1μmの電解Auめっきを行ない、端子部導体層12a上のAuめっき層表面が絶縁基材表面から1.5μm突出しているプリント配線板を得た(図5(E)、図4)。
参考例1により得られたプリント配線板の導体層付近の断面の状況を光学顕微鏡によって観察した結果を図12の(C)に示し、またそのプリント配線板の平面および断面について走査型電子顕微鏡により観察した結果を図15に示す。
図5の(A)に示すように、プリプレグからなる絶縁基材10に所定のパターンでCuからなる導体層12が埋め込み形成された埋め込み基板18を準備した。ここで、端子部導体層12aの幅(パターンの幅)は20μm、隣り合う端子部導体層12a間の間隔、とりわけ端子部導体層12aにおける幅広な領域12a0の間隔(パターン間の最小間隔)Sは、15μmとした。このような埋め込み基板18の導体層12のうち、端子部導体層12aの表面を、過硫酸ナトリウムと硫酸からなるエッチング液によって、1μmの深さまでエッチングし、絶縁基材10の表面から端子部導体層12aの表面が窪んでいる状態(図5(B))とし、さらにエッチングを継続させて、幅方向の断面が凸状をなす端子部導体層12aとした(図5(C))。ここで、上記のエッチングは、断面凸状の端子部導体層の幅方向中央部の表面(凸状の頂面)が、絶縁基材表面位置から4.5μmの深さに位置するまで行なった。なおこの状態では、断面凸状の端子部導体層の両端部は、絶縁基材表面位置から7.5μmの深さに位置していた。次いで、上記の端子部導体層12aについて、脱脂処理を行ってから、エッチング量0.3μmのソフトエッチング処理、脱スマット処理、プリディップ処理、さらに無電解めっきのためのPd触媒の付与処理、ポストディップ処理をその順に行った後、無電解Niめっきを行なった(図5(D))。この無電解Niめっきは、凸状導体層の頂部が絶縁基材表面位置から0.3μmの深さの位置に達するまで行なったが、この状態では、Niめっき層は、全体として平坦となっていることが確認された。さらにNiめっき層上に、0.2μmの無電解Pdめっき、および0.1μmの置換無電解Auめっきを行ない、端子部導体層上のAuめっき層表面が絶縁基材表面とほぼ同じ位置となっている平坦なプリント配線板を得た(図5(E)、図4)。
実施例により得られたプリント配線板の導体層付近の断面の状況を光学顕微鏡によって観察した結果を図12の(B)に示し、またそのプリント配線板の平面および断面について走査型電子顕微鏡により観察した結果を図14に示す。
図5の(A)に示すように、プリプレグからなる絶縁基材10に所定のパターンでCuからなる導体層12が埋め込み形成された埋め込み基板18を準備した。ここで、端子部導体層12aの幅(パターンの幅)は13μm、隣り合う端子部導体層12a間の間隔、とりわけ端子部導体層12aにおける幅広な領域12a0の間隔(パターン間の最小間隔)Sは、22μmとした。このような埋め込み基板18の導体層12における端子部導体層12aの表面を、硫酸と過酸化水素水からなるエッチング液によって、1μmの深さまでエッチングし、絶縁基材10の表面から端子部導体層12aの表面が窪んでいる状態(図5(B))とし、さらにエッチングを継続させて、幅方向の断面が凸状をなす端子部導体層とした(図5(C))。ここで、上記のエッチングは、断面凸状の端子部導体層の幅方向中央部の表面(凸状の頂面)が、絶縁基材表面位置から2.5μmの深さに位置に達するまで行なった。なおこの状態では、断面凸状の端子部導体層の両端部は、絶縁基材表面位置から5.3μmの深さに位置していた。次いで、上記の端子部導体層12aについて、脱脂処理を行ってから、エッチング量0.3μmのソフトエッチング処理、電解Niめっきを行なった(図5(D))。この電解Niめっきは、凸状導体層の頂部が絶縁基材表面位置から1.4μmの高さの位置に達するまで行なったが、この状態では、Niめっき層は、全体として平坦となっていることが確認された。さらにNiめっき層上に、0.1μmの電解Auめっきを行ない、端子部導体層12a上のAuめっき層表面が絶縁基材表面から1.5μm突出しているプリント配線板を得た(図5(E)、図4)。
参考例2により得られたプリント配線板の導体層付近の断面の状況を光学顕微鏡によって観察した結果を図12の(C)に示し、またそのプリント配線板の平面および断面について走査型電子顕微鏡により観察した結果を図15に示す。
図11(A)に示すように、プリプレグからなる絶縁基材10に所定のパターンでCuからなる導体層12が埋め込み形成された埋め込み基板18を準備した。ここで、導体層12の幅(パターンの幅)は20μm、隣り合う導体層間の間隔、とりわけ端子部導体層12aにおける幅広な領域12a0の間隔(パターン間の最小間隔)Sは、15μmとした。このような埋め込み基板18の導体層12の表面について、脱脂処理を行ってから、エッチング量0.3μmのソフトエッチング処理、脱スマット処理、プリディップ処理、さらに無電解めっきのためのPd触媒の付与処理、ポストディップ処理をその順に行った後、約3.5μmの無電解Niめっき、0.2μmの無電解Pdめっき、0.1μmの置換無電解Auめっきを行ない、Ni/Pd/Auの保護用金属被覆層(無電解めっき層)14の表面が絶縁基材10の表面から3.5μm突出しているプリント配線板を得た(図11(B))。
比較例1により得られたプリント配線板の導体層付近の断面の状況を光学顕微鏡によって観察した結果を図12の(D)に示し、またそのプリント配線板の平面および断面について走査型電子顕微鏡により観察した結果を図16に示す。
図10(A)に示すように、プリプレグからなる絶縁基材10上に所定のパターンでCuからなる導体層12が突出形成された基板をセミアディティブ工法により準備した。ここで、導体層12の幅(パターンの幅)は21μm、隣り合う導体層間の間隔、とりわけ端子部導体層12aにおける幅広な領域12a0の間隔(パターン間の最小間隔)Sは、30μmとした。このような絶縁基材10上の導体層12の表面について、脱脂処理を行ってから、エッチング量0.3μmのソフトエッチング処理、脱スマット処理、プリディップ処理、さらに無電解めっきのためのPd触媒の付与処理、ポストディップ処理をその順に行った後、約2μmの無電解Niめっき、0.2μmの無電解Pdめっき、0.1μmの置換無電解Auめっきを行ない、絶縁基材10上に突出する導体層12がNi/Pd/Auの保護用金属被覆層(無電解めっき層)14で覆われたプリント配線板を得た(図10(B))。
比較例2により得られたプリント配線板の導体層付近の断面の状況を光学顕微鏡によって観察した結果を図12の(E)に示し、またそのプリント配線板の平面および断面について走査型電子顕微鏡により観察した結果を図17に示す。
すなわち、本発明の実施例及び参考例1、2の場合は、いずれも、隣り合う端子部導体層の間の絶縁基材表面に、保護用金属の異常析出が生じておらず、またとそれに伴うブリッジ現象も生じておらず、隣り合う端子部導体層の間が完全に分離していることが確認された。
これに対して、埋め込み基板を適用したが、導体層をエッチングにより窪ませずに保護用金属のめっきを行なった比較例1では、走査型電子顕微鏡での観察の結果、隣り合う導体の間の絶縁基材表面に保護用金属の異常析出が生じて、ブリッジ現象が発生したことが確認された。
さらに、導体層を絶縁基材上に突出した状態で形成した比較例2の場合は、導体層の上面のみならず側面を覆う保護用金属が隣り合う導体層の間で連続してしまって、明確なブリッジ現象が発生していることが確認された。
これに対して、本発明の実施例及び参考例1、2では、隣り合う端子部導体層間の最小間隔Sを25μm以下に狭小化し、特に実施例では15μm以下に著しく狭小化しているが、この場合でも、隣り合う端子部導体層の間で保護用金属の異常析出やブリッジが認められなかった。したがって本発明によれば、端子部導体層12a間のスペース(最小間隔S)を25μm以下、さらには15μm以下まで狭小化しうることが明らかである。
なお比較例1では、導体層間の最小間隔Sが15μmであるが、異常析出していることから、25μm以下まで狭小化することは実際上困難と解され、特に15μm以下まで狭小化することは不可能であることが明らかである。
12 導体層
12a 端子部導体層
12b 配線回路導体層
14 保護用金属の被覆層14
18 平埋め基板
20 支持体
121 幅方向中央部
122 幅方向両端部
S 最小間隔(スペース)
W 幅
Claims (8)
- 絶縁基材の一面に、配線回路および端子部を構成するパターンで導体層が埋め込まれており、かつその導体層のうちの端子部の導体層の表面に、導体層の金属とは異なる保護用金属の無電解めっき層からなる1層以上の被覆層が形成されてなるプリント配線板において、
前記被覆層で覆われた端子部の導体層における、隣り合う導体層間の最小間隔が25μm以下であり、前記端子部の導体層は、その表面が絶縁基材の前記一面から窪んだ状態で形成されており、かつその窪んだ導体層の表面が前記1層以上の被覆層によって覆われており、しかも前記被覆層で覆われた端子部の導体層は、被覆層で覆われた面と前記絶縁基材の前記一面との間の距離が、導体層の幅方向の中央部で小さく、幅方向両端部で大きくなるように形成されており、かつ前記1層以上の被覆層は、その表面が、前記絶縁基材の前記一面とより2μm高い位置以下に位置するように形成されていることを特徴とするプリント配線板。 - 請求項1に記載されたプリント配線板において、
前記導体層のうちの配線回路の導体層は、その表面が絶縁基材の前記一面と実質的に面一に形成されていて、その配線回路の導体層の表面に前記保護用金属被覆層が形成されていないことを特徴とするプリント配線板。 - 請求項1、請求項2のうちのいずれか1の請求項に記載されたプリント配線板において、
前記被覆層で覆われた端子部の導体層は、被覆層で覆われた面と前記絶縁基材の前記一面との間の距離が、1〜7μmの範囲内となるように形成されていることを特徴とするプリント配線板。 - 請求項1〜請求項3のうちのいずれか1の請求項に記載されたプリント配線板において、
前記導体層が、銅もしくは銅合金によって形成されていることを特徴とする、プリント配線板。 - 請求項1〜請求項4のうちのいずれか1の請求項に記載されたプリント配線板において、
前記被覆層の保護用金属の材料として、Ni、Au、Pd、Sn、Ag、はんだ合金のうちから選ばれた1種以上のものが用いられていることを特徴とする、プリント配線板。 - 請求項1〜請求項5のうちのいずれか1の請求項に記載されたプリント配線板を製造する方法であって:
絶縁基材の一面に、配線回路および端子部を構成するパターンで導体層を埋め込む埋め込み基板形成工程と、
前記導体層のうちの端子部の導体層の表面をエッチングして、その表面を絶縁基材の前記一面から窪ませるとともに、前記導体層をその幅方向の断面が凸状をなすようにするエッチング工程と、
前記エッチングされた端子部の導体層の表面を、導体層の金属とは異なる保護用金属によって、無電解めっきにより1層以上に被覆して保護用被覆層を形成する被覆工程と、
を有し、かつ前記被覆工程では、保護用被覆層を、その表面が絶縁基材の前記一面から2μm高い位置以下に位置するように形成し、
これによって前記保護用被覆層で覆われた端子部の導体層における、隣り合う導体層間の最小間隔が25μm以下であるプリント配線板を得ることを特徴とするプリント配線板の製造方法。 - 請求項6に記載されたプリント配線板の製造方法において、
前記エッチング工程で、端子部の導体層を、その表面の最上部が、絶縁基材の前記一面から1〜7μmだけ窪むまでエッチングすることを特徴とするプリント配線板の製造方法。 - 請求項6、請求項7のうちのいずれかの請求項に記載されたプリント配線板の製造方法において、
前記埋め込み基板形成工程が、支持体の表面上に導体層をパターンめっきにより形成したのち、絶縁基材の一面に前記導体層を押し込み、その後、支持体を除去する工程であることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
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