JP6511818B2 - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプリント配線板およびその製造方法に関する。

プリント配線板は、電子部品や半導体素子等を実装するために広く用いられている。そして、近年の電子機器の小型化、高機能化の要求に伴い、プリント配線板には、回路の高密度化や薄型化や高周波対応が望まれている。

この高密度なプリント配線板を製造する方法として、ビルドアップ法を用いた多層ビルドアップ配線板が知られている。この方法は、絶縁基板上に配線層を形成したコア層の上に絶縁層を形成し、さらにその上に配線層を形成し、さらに絶縁層を形成するという工程を繰り返すことにより、多層ビルドアップ配線板を形成するというものである。

多層ビルドアップ配線板の配線層を形成する従来方法として、例えば、セミアディティブ工法がある。以下に、このセミアディティブ工法を図５に基づいて説明する。

まず、図５（ａ）に示すように絶縁樹脂を積層した絶縁基板１上に、無電解銅めっきにより第一金属層２を形成する。これは絶縁基板１に導電性を付与し、電解銅めっきにより第二金属層７の形成が可能となるようにするために行なうものである。次に図５（ｂ）に示すように感光性レジスト５を絶縁基板１全面に塗布する。感光性レジスト５には厚みの均一性に優れているドライフィルムタイプをはじめとした材料が用いられる。そして図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによりレジストパターン６’を形成する。そして図５（ｄ）に示すように電解めっきによりレジストパターン６’で被覆されていない部分に金属膜を形成して、第二金属層７を形成する。次に図５（ｅ）に示すように、レジストパターン６’を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液で剥離する。その後、図５（ｆ）に示すように、露出した第一金属層２を過酸化水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去し、最後に、図５（ｇ）に示すように、パターニングされた配線層である第一金属層２と第二金属層７の表面に錫めっき層８を形成し、さらにシランカップリング剤で処理しシランカプリング処理層９を形成して配線層１１’を得る。

しかしながら、従来のセミアディティブ工法では、露出した第一金属層２を過酸化水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去する際に、第二金属層７の上面及び側面も溶解除去され、第一金属層２と第二金属層７とからなる金属配線層の幅が細くなってしまうという問題がある。

特許文献１には、第一金属層２のエッチング液として、過酸化水素０．１〜１０重量％とリン酸０．５〜５０重量％を含有し、かつ過酸化水素／リン酸の重量比が０．０２〜０．２であるエッチング液を使用すると、配線層の幅の減少を抑制できることが記載されている。しかしながら、特許文献１のエッチング液の対象となる金属は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学蒸着法等の物理的な方法により形成された銅またはニッケルとなっている。

また、特許文献２には、第二金属層７を形成後、レジストパターン６’を剥離する前に、第二金属層７の表面に、銅以外の金属保護層を形成することが記載されている。しかしながら、レジストパターン６’を剥離する前に、第二金属層７の表面に、銅以外の金属保護層を形成するために、第二金属層７の側面には、銅以外の金属保護層が形成されず、第一金属層２を過酸化水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去する際に、第二金属層７の側面
が溶解除去されてしまう。

また、特許文献２には、レジストパターン６’を剥離後、露出した第一金属層２を溶解除去する前に、隣接する第二金属層７の間に、隣接する第二金属層７の間隔よりも幅が狭いマスクパターンを形成し、第二金属層７の上面及び側面に銅以外の金属保護層を形成した後に、このマスクパターンを剥離することが記載されている。

しかしながら、隣接する第二金属層７の間に、隣接する第二金属層７の間隔よりも幅が狭いマスクパターンを形成することは、必ずしも容易とは言えない。
また、多層ビルドアップする場合、下地の配線層の表面を粗化し、その上に形成される絶縁層との密着力の増強を行うが、その配線層の表面粗化の状態が信号の伝達遅延の原因になる問題も無視できなくなっている。

特開２００６−２９４７９７号公報 特開２００３−０７８２３４号公報

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、露出した第一金属層の溶解除去に起因して配線層の幅が狭くならないプリント配線板を容易に提供でき、また高周波信号に対する信号遅延の問題も解決することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１の発明は、絶縁基板に第一金属層を形成する工程と、
感光性レジスト層である第一レジストマスクを前記第一金属層に積層する工程と、
第一レジストマスクとは異なる感光性レジスト層である第二レジストマスクを前記第一レジストマスクに積層する工程と、
前記第一レジストマスク及び前記第二レジストマスクを露光及び現像する露光・現像工程と、
前記露光・現像工程後に露出する前記第一金属層に第二金属層を積層する工程と、
前記第二レジストマスクのみを選択的に剥離する工程と、
前記第二レジストマスクの剥離後に露出する前記第二金属層に保護層を形成する工程と、
前記第一レジストマスクを剥離する剥離工程と、
前記第一レジストマスクの剥離後に露出する前記第一金属層を除去する工程とを備えており、
第二レジストマスクの剥離工程では第一レジストマスクは剥離されないことを特徴とするプリント配線板の製造方法である。

また、本発明の請求項２は、前記保護層を形成する工程が錫めっき層を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法である。

また、本発明の請求項３は、絶縁基板に第一金属層を形成する工程と、
第一レジストマスクを前記第一金属層に積層する工程と、
第二レジストマスクを前記第一レジストマスクに積層する工程と、
前記第一レジストマスク及び前記第二レジストマスクを露光及び現像する露光・現像工程と、
前記露光・現像工程後に露出する前記第一金属層に第二金属層を積層する工程と、
前記第二レジストマスクのみを選択的に剥離する工程と、
前記第二レジストマスクの剥離後に露出する前記第二金属層に保護層を形成する工程と、
前記第一レジストマスクを剥離する剥離工程と、
前記第一レジストマスクの剥離後に露出する前記第一金属層を除去する工程と、
前記保護層と前記第一金属層の側面と前記第二金属層の一部にシランカプリング処理層を形成する工程とを備えており、第二レジストマスクの剥離工程では第一レジストマスクは剥離されないことを特徴とするプリント配線板の製造方法である。

本発明のプリント配線板およびその製造方法によれば、露出した第一金属層の溶解除去に起因して配線層の幅が狭くならないプリント配線板を容易に提供することができる。また、配線層の上に２層目の絶縁層を形成した場合に、密着力増強のために配線層の表面を粗化する必要が無くなるため、特に配線層の表面粗化の状態による高周波信号に対する伝送遅延を抑制できる効果を奏する。

本発明の第一の実施形態におけるプリント配線板の一例を示す概略断面図。 本発明の第一の実施形態におけるプリント配線板の製造工程の流れの一例を示す概略説明図。 本発明の第二の実施形態におけるプリント配線板の一例を示す概略断面図。 本発明の第二の実施形態におけるプリント配線板の製造工程の流れの一例を示す概略説明図。 従来のセミアディティブ工法によるプリント配線板の製造方法の製造工程の流れを示す概略説明図。

＜第一の実施形態＞
まず、以下に、本発明のプリント配線板の一実施形態を説明する。

本発明のプリント配線板は、図１に示すように、絶縁基板１上に配線層９が形成されているプリント配線板であって、配線層９は、第一金属層２と、第一金属層２に積層された第二金属層７と、第二金属層７の上面と側面の下端付近１１よりも上の部分とに形成された保護層８とを有し、保護層８は、第二金属層７側から順に、錫層８ａ、シラン被覆層８
ｂを積層したものであり、保護層８が形成される側面の下端付近１１よりも上の部分の第二金属層７の幅は、第一金属層２の幅及び保護層８が形成されない側面の下端付近１１の部分の第二金属層７の幅より広いプリント配線板である。

後述するように、第二金属層７の側面の下端付近１１の部分に、保護層８が形成されないのは、第一レジストマスク３に覆われていたためである。

次に、以下に、本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態を、図２に示す製造工程の流れに従って説明する。

まず、図２（ａ）に示すように絶縁樹脂を積層した絶縁基板１上に、無電解銅めっきにより第一金属層２を形成する。これは絶縁基板１に導電性を付与し、電解銅めっきにより第二金属層７の形成が可能となるようにするために行なうものである。

次に図２（ｂ）に示すように感光性の第一レジストマスク３を第一金属層２上の絶縁基板１全面に塗布する。次に図２（ｃ）に示すように感光性の第二レジストマスク４を第一レジストマスク３上の絶縁基板１全面に塗布する。

この、第一レジストマスク３は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液では剥離できず、より剥離性の強いアミン系剥離液で剥離可能な材料からなるものであり、第二レジストマスク４は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液、より剥離性の強いアミン系剥離液で剥離可能な材料からなるものである。なお、感光性の第一レジストマスク３及び第二レジストマスク４には厚みの均一性に優れているドライフィルムタイプをはじめとした材料が用いられる。各レジストマスクの厚さは、第二レジストマスク４に比較して第一レジストマスク３が薄い方が、第二金属層７の側面に形成される保護膜８の範囲が、より下端に広がるので、望ましい。

次に図２（ｄ）に示すようにフォトリソグラフィ−により第一レジストマスク３及び第二レジストマスク４からなるレジストパターン６を形成する。そして図２（ｅ）に示すように、電解めっきによりレジストパターン６で被覆されていない部分に銅膜を形成して、第二金属層７を形成する。

次に図２（ｆ）に示すように、第二レジストマスク４を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液で剥離する。この時、第一レジストマスク３は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液で剥離されず残っている。

次に図２（ｇ）に示すように、第二金属層７の第一レジストマスク３から露出している表面に、第三金属皮膜であるスズ層８ａをめっきで形成し、さらにシランカップリング剤で処理しシラン被覆層８ｂを形成して、保護層８を形成する。この保護層８により、第二金属層７である銅配線とその上に積層される絶縁樹脂との密着性が確保出来る。

ここで、多層ビルドアップ配線板において、セミアディティブ工法にてビルドアップ層の配線層を形成する場合、マイクロエッチング法での配線層の粗化では、粗化後の配線層表面は凹凸形状であるので、高周波信号に対して表皮効果により信号の伝送遅延が起きる。そのため、高周波対応では、配線層表面が平滑であることが重要である。マイクロエッチング法での粗化の代替として、配線層表面に錫層を形成し、シランカップリング剤で処理をする場合は、配線層表面が平滑であり、高周波信号伝送に対して有効である。

よって、図２（ｇ）に示すように、第二金属層７の第一レジストマスク３から露出している表面、図２（ｇ）に示すように、第一金属層２と第二金属層７とからなる銅配線層の
表面に錫層を形成し、シランカップリング剤で処理し、上層の絶縁樹脂との密着性を確保することが好ましい。

次に図２（ｈ）に示すように、第一レジストマスク３を剥離性の強いアミン系剥離液で剥離する。

次に図２（ｉ）に示すように、露出した第一金属層２である無電解めっき皮膜を過酸化水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去して、第一金属層２と、第一金属層２に積層された第二金属層７と、第二金属層７の上面と側面の下端付近よりも上の部分とに形成された保護層８とを有する配線層９を形成する。
この時、配線層９の上面及び側面下端付近よりも上の部分が第三金属皮膜である錫層８ａで保護されているので溶解除去されず配線層９の幅が細くならない。したがって、配線層９の間の第一金属層２の溶解除去に十分な時間を取れるので完全に除去でき、微細な銅配線パターンを形成することができる。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明のプリント配線板の第二の実施形態を説明する
本発明のプリント配線板は、セミアディティブ工法を用いて絶縁基板上に配線層を形成したプリント配線基板である。
セミアディティブ工法を実施する際に、第一金属層として絶縁基板上に形成する無電解銅めっき層の表面に形成するレジストパターンが、通常のセミアディティブ工法とは異なる構成となっている。それは、水酸化ナトリウム水溶液などのレジスト剥離液で比較的に容易にレジスト剥離できるレジスト層と水酸化ナトリウム水溶液などのレジスト剥離液ではレジスト剥離できず、アミン系の剥離液でないとレジスト剥離できないレジスト層との２層構成のレジスト層を使用する点である。

具体的には、下地にアミン系の剥離液でないとレジスト剥離できないレジスト層を形成し、その上に水酸化ナトリウム水溶液などのレジスト剥離液で比較的に容易にレジスト剥離できるレジスト層を形成する。

このように２層構成とすることで、その２層構成のレジスト層を露光・現像して所望の配線層のパターンを形成後に、第二金属層として電解銅めっき層を形成し、上の層のレジストパターンを剥離すると、電解銅めっき層による配線パターンが露出する。この時、剥離したレジストパターンの下には、第一レジスト層であるアミン系の剥離液でないとレジスト剥離できないレジスト層が残っている。その段階で、電解銅めっき層の配線パターンの全面に保護層を形成した後、アミン系の剥離液で残っていたレジストパターンを剥離すると、第一金属層である無電解銅めっき層が露出する。次に、この無電解銅めっき層を溶解除去することで、配線のパターニングは完了するが、次に、保護層と露出した第一金属層の側面と第二金属層の第一金属層に近い部分が一緒に溶解除去された部分に、シランカプリング剤を用いて処理することで、シランカプリング処理層を形成する。

このようにすることで、配線層の主な構成要素である第二金属層である電解銅めっき層が第一金属層の溶解除去工程で溶解されないため、線幅が細ることがない。また、シランカプリング処理層を配線層の全面に形成することで、その配線層の上に、２層目の絶縁層を形成する場合に、配線層と絶縁層の強い密着力を確保できるようになる。配線層の表面粗化が不要となる。

図３に示すように、本発明のプリント配線板は、絶縁基板１上に配線層１１が形成されているプリント配線板であって、配線層１１は、第一金属層２と、第一金属層２に積層された第二金属層７と、第二金属層７の上面と側面の下端部１２よりも上の部分とに形成さ
れた保護層８を有し、保護層８と側面の下端部１２には表面に積層したシランカプリング処理層９を有しており、保護層８が形成される側面の下端部１２よりも上の部分の第二金属層７の幅は、第一金属層２の幅及び保護層８が形成されない側面の下端部１２の部分の第二金属層７の幅より広いプリント配線板である。

後述するように、第二金属層７の側面の下端部１２の部分に、保護層８が形成されないのは、第一レジストマスク３に覆われていたためである。なお、保護層８の材料としては、錫（Ｓｎ）が望ましい。

次に、以下に、本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態を、図２に示す製造工程の流れに従って説明する。

まず、図４（ａ）に示すように絶縁樹脂を積層した絶縁基板１上に、無電解銅めっきにより第一金属層２を形成する。これは絶縁基板１に導電性を付与し、電解銅めっきにより第二金属層７の形成が可能となるようにするために行なうものである。

次に図４（ｂ）に示すように感光性の第一レジストマスク３を絶縁基板１上の第一金属層２全面に塗布する。次に図４（ｃ）に示すように感光性の第二レジストマスク４を第一レジストマスク３上に塗布する。

この第一レジストマスク３は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液では剥離できず、より剥離性の強いアミン系剥離液で剥離可能な材料からなるものであり、第二レジストマスク４は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液でも、より剥離性の強いアミン系剥離液でも剥離可能な材料からなるものである。なお、感光性の第一レジストマスク３及び第二レジストマスク４には厚みの均一性に優れているドライフィルムタイプをはじめとした材料が用いられる。各レジストマスクの厚さは、第二レジストマスク４に比較して第一レジストマスク３が薄い方が、第二金属層７の側面に形成される保護層８の範囲が、より下端に広がるので、望ましい。

次に図４（ｄ）に示すようにフォトリソグラフィにより第一レジストマスク３及び第二レジストマスク４からなるレジストパターン６を形成する。そして図４（ｅ）に示すように、電解めっきによりレジストパターン６で被覆されていない部分に銅膜を形成して、第二金属層７を形成する。

次に図４（ｆ）に示すように、第二レジストマスク４を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液で剥離する。この時、第一レジストマスク３は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液で剥離されず残っている。

次に図４（ｇ）に示すように、第二金属層７の第一レジストマスク３から露出している表面に、第三金属皮膜である錫めっき層８を形成する。この時、第一レジストマスク３の表面には保護層８は形成されない。そのため、保護層８のめっきには、電解錫めっきを用いても良いし、無電解錫めっきを用いても良い。電解錫めっきを用いた場合は、第一金属層２に電流を流すことにより、第二金属層７に電解錫めっき被膜を形成することが可能である。また、無電解錫めっきを用いた場合は、置換めっきでも自己触媒的な無電解めっきでも使用可能である。

次に図４（ｈ）に示すように、第一レジストマスク３を剥離性の強いアミン系剥離液で剥離する。

次に図４（ｉ）に示すように、露出した第一金属層２である無電解めっき皮膜を過酸化
水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去して、第一金属層２と、第一金属層２に積層された第二金属層７と、第二金属層７の上面と側面の下端部よりも上の部分とに形成された錫めっき層８とを有する配線層１０を形成する。この時、配線層１０の上面及び側面の下端部よりも上の部分が第三金属皮膜である錫めっき層８で保護されているので溶解除去されず配線層１０の幅が細くならない。したがって、配線層１０の間の第一金属層２の溶解除去に十分な時間を取れるので完全に除去でき、微細な銅配線パターンを形成することができる。

次に図４（ｊ）に示すように、表面をシランカップリング剤で処理し、シランカプリング処理層９を被覆した配線層１１を形成する。この錫めっき層８とシランカプリング処理層９により、第二金属層７である銅配線とその上に積層される絶縁樹脂との密着性が確保出来る。

ここで、多層ビルドアップ配線板の製造工程において、セミアディティブ工法にてビルドアップ層の配線層を形成する場合、マイクロエッチング法での配線層の粗化では、粗化後の配線層表面は凹凸形状であるため、高周波信号に対して表皮効果により信号の伝送遅延の問題が起きる。そのため、高周波信号対応には、配線層表面が平滑であることが重要である。マイクロエッチング法での粗化の代替として、本発明のプリント配線板の製造方法により製造したプリント配線板では、配線層表面に保護層を形成し、その表面をシランカップリング剤で処理し、シランカップリング処理層を形成し、配線層表面を平滑に保つため、高周波信号の伝送遅延が生じない。

次に、本発明の実施例について説明する。
図４（ａ）に示すように絶縁樹脂を積層した絶縁基板１上に、通常のプリント配線板の製造工程で使用している無電解銅めっきにより第一金属層２を１μｍの厚さに形成した。次に図４（ｂ）に示すように感光性の第一レジストマスク３として感光性レジスト、５μｍを第一金属層２の表面に形成した。次に図４（ｃ）に示すように感光性の第二レジストマスク４として感光性レジスト、１５μｍを第一レジストマスク３の表面に形成した。ここで使用した２種の感光性レジストは、何れもネガ型の感光性レジストである。

次に図４（ｄ）に示すようにフォトリソグラフィにより第一レジストマスク３及び第二レジストマスク４からなるレジストパターン６を形成した。そして図４（ｅ）に示すように第二金属層７として、電解めっきによりレジストパターン６で被覆されていない部分に銅めっき被膜を１８μｍ形成した。銅めっきは、通常のプリント配線板の製造工程で使用されている硫酸銅めっき工程を使用した。

次に図４（ｆ）に示すように、第二レジストマスク４を、水酸化ナトリウムを主成分とした通常のプリント配線板製造工程で使用するアルカリ水溶液からなるレジスト剥離液で剥離した。

次に図４（ｇ）に示すように、第二金属層７である銅配線の第一レジストマスク３から露出している表面に、第三金属皮膜である保護層８を電解錫めっきで形成した。使用した電解錫めっきには、市販の酸性錫めっき浴（硫酸第一錫：５０ｇ／Ｌ、硫酸：１００ｇ／Ｌ、クレゾールスルホン酸：１００ｇ／Ｌ、β−ナフトール：２ｇ／Ｌ、浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ^２）、を用いた。
次に図４（ｈ）に示すように、第一レジストマスク３を剥離性の強いアミン系剥離液を５０℃に加熱し、１８０秒浸漬して剥離した。

次に図４（ｉ）に示すように、露出した第一金属層２である無電解めっき皮膜を過酸化
水素／硫酸系などの水溶液で溶解除去して、第一金属層２と、第一金属層２に積層された第二金属層７と、第二金属層７の上面と側面の下端部よりも上の部分とに形成された保護層８を有する配線層１０を形成した。

この時、配線層１０の上面及び側面の下端部よりも上の部分が第三金属皮膜である保護層８で保護されているので溶解除去されず配線層１０の幅が細くならなかった。さらに、十分な時間をかけて配線層１０の間の第一金属層２を完全に溶解除去でき、微細な銅配線パターンを形成することができた。

次に図４（ｊ）に示すように、表面をシランカップリング剤に２５℃で６０秒間浸漬後、１００℃の温風で６０秒乾燥焼付け処理し、シランカプリング処理層９を形成した後、配線層１１を形成した。

本発明を用いれば、微細な配線パターンを有する多層ビルドアップ配線板の製造をすることができる。

１…絶縁基板
２…第一金属層
３…第一レジストマスク
４…第二レジストマスク
５…感光性レジスト
６、６’…レジストパターン
７…第二金属層
８…保護層
８ａ…錫層
８ｂ…シラン被覆層
９、９’、１０、１１’、１３…配線層
１１…下端付近
１２…下端部
１４…シランカプリング処理層

Claims (3)

1. 絶縁基板に第一金属層を形成する工程と、
   感光性レジスト層である第一レジストマスクを前記第一金属層に積層する工程と、
   第一レジストマスクとは異なる感光性レジスト層である第二レジストマスクを前記第一レジストマスクに積層する工程と、
   前記第一レジストマスク及び前記第二レジストマスクを露光及び現像する露光・現像工程と、
   前記露光・現像工程後に露出する前記第一金属層に第二金属層を積層する工程と、
   前記第二レジストマスクのみを選択的に剥離する工程と、
   前記第二レジストマスクの剥離後に露出する前記第二金属層に保護層を形成する工程と、
   前記第一レジストマスクを剥離する剥離工程と、
   前記第一レジストマスクの剥離後に露出する前記第一金属層を除去する工程とを備えており、
   第二レジストマスクの剥離工程では第一レジストマスクは剥離されないことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. 前記保護層を形成する工程が錫めっき層を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
3. 絶縁基板に第一金属層を形成する工程と、
   第一レジストマスクを前記第一金属層に積層する工程と、
   第二レジストマスクを前記第一レジストマスクに積層する工程と、
   前記第一レジストマスク及び前記第二レジストマスクを露光及び現像する露光・現像工程と、
   前記露光・現像工程後に露出する前記第一金属層に第二金属層を積層する工程と、
   前記第二レジストマスクのみを選択的に剥離する工程と、
   前記第二レジストマスクの剥離後に露出する前記第二金属層に保護層を形成する工程と、
   前記第一レジストマスクを剥離する剥離工程と、
   前記第一レジストマスクの剥離後に露出する前記第一金属層を除去する工程と、
   前記保護層と前記第一金属層の側面と前記第二金属層の一部にシランカプリング処理層を形成する工程とを備えており、第二レジストマスクの剥離工程では第一レジストマスクは剥離されないことを特徴とするプリント配線板の製造方法。

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