JP7201132B2 - 積層板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、厚さ5μm以下の銅層を備える積層板及びこれを用いた配線基板の製造方法に関する。
近年、エレクトロニクス関連製品のIoT(モノのインターネット)化及びAI等の技術革新が進行している。これらの普及には高速、大容量、かつ、低遅延、多数接続を可能にする5G(第5世代移動通信システム)が不可欠となっている。5Gの分野においては、4G(第4世代移動通信システム)で使用されてきた電気信号よりも高い周波数帯を使用する必要がある。しかし、高い周波数の電気信号は、大きく減衰する特性(伝送損失)があり、高周波向けの回路基板には伝送損失を低く抑えることが求められている。
特許文献1は、粗化処理銅箔、銅張積層板及びプリント配線板に関する発明を開示している。特許文献1によれば、これに記載の粗化処理銅箔は、低誘電率の熱可塑性樹脂に対する耐熱剥離強度を有意に向上することが可能であるとされている。
特開2019-218602号公報
ところで、本発明者らの検討によると、微細配線を形成するための銅箔が薄くなるにしたがって、銅箔表面の酸化が配線基板の信頼性低下をもたらす傾向にある。本開示は、配線基板の信頼性向上に有用な積層板及びこれを用いた配線基板の製造方法を提供する。
本開示の一側面は積層板に関する。この積層板は、厚さ5μm以下の銅層と、銅層の表面上に設けられた樹脂層とを備え、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後において、樹脂層の吸水率が1%以下である。以下、「温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後」について、場合により、「高度加速寿命試験後」という。なお、「高度加速寿命試験」は、場合により、HAST(Highly Accelerated Stress Test)という。
高度加速寿命試験後の樹脂層の吸水率が1%以下であることで、樹脂層に含まれる水分による銅層の酸化(錆の発生)を抑制することができる。配線基板の微細配線はこの銅層を加工する工程を経て形成される。銅層における錆の発生が抑制されているため、微細配線は発揮すべき性能を十分に長期にわたって維持することができる。
微細配線を有する配線基板の信頼性をより一層向上させる観点から、銅層と樹脂層の界面の90°ピール強度は以下の条件を満たすことが好ましい。
・銅層と樹脂層の界面の90°ピール強度が0.4N/mm以上である。
・高度加速寿命試験後において、銅層と樹脂層の界面の90°ピール強度が0.25N/mm以上である。
・高度加速寿命試験の前後における90°ピール強度の変化率が-30~0%である。
上記積層板は、樹脂層と銅層との間に、防錆層を更に備えてもよい。配線基板を製造するプロセスにおいて、防錆層は銅層及びこれを加工して形成される微細配線の酸化を抑制する。
本開示の一側面は配線基板の製造方法に関する。この製造方法は、以下の工程を含む。
・厚さ5μm以下の銅層と、樹脂層と、支持基板とをこの順序で備え、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後において、樹脂層の吸水率が1%以下である積層板を準備する工程。
・上記銅層の表面上に、無電解銅めっきによってシード層を形成する工程。
・上記シード層の表面上に、当該シード層の表面にまで至る溝部を有するレジストパターンを形成する工程。
・電解銅めっきによって、上記溝部に銅を含む導電材を充填する工程。
本開示に係る配線基板の製造方法は、ビアホールとこれに充填された導電材とを備える多層配線基板を製造するものであってもよい。この配線基板の製造方法は以下の工程を含む。
・厚さ5μm以下の銅層と、樹脂層と、支持基板とをこの順序で備え、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後において、樹脂層の吸水率が1%以下である積層板を準備する工程。
・銅層及び樹脂層を貫通して支持基板の表面にまで至る第一の開口部を形成する工程。
・銅層の表面及び第一の開口部の側面に、無電解銅めっきによってシード層を形成する工程。
・シード層の表面上に、第一の開口部に連通する第二の開口部を有するレジストパターンを形成する工程。
・電解銅めっきによって、第一の開口部及び第二の開口部に銅を含む導電材を充填する工程。
本開示によれば、優れた信頼性の配線基板を製造するのに有用な積層板及びこれを用いた配線基板の製造方法が提供される。
図1は本開示に係る積層板の一実施形態を模式的に示す断面図である。 図2(a)~図2(c)は配線基板の製造過程を模式的に示す断面図である。 図3(a)~図3(c)は配線基板の製造過程を模式的に示す断面図である。 図4(a)~図4(c)は配線基板の製造過程を模式的に示す断面図である。 図5は本開示に係る積層板の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本明細書の記載及び請求項において「左」、「右」、「正面」、「裏面」、「上」、「下」、「上方」、「下方」等の用語が利用されている場合、これらは、説明を意図したものであり、必ずしも永久にこの相対位置である、という意味ではない。また、「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。「A又はB」とは、AとBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、例示材料は特に断らない限り単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
[積層板]
図1は本実施形態に係る積層板を模式的に示す断面図である。この図に示す積層板5は、厚さ5μm以下の銅層1と、銅層1の表面上に設けられた樹脂層3とを備える。積層板10は、周波数1~50GHz(より好ましくは10~50GHz)の高周波向けの配線基板の製造に用いられるものである。
(銅層)
銅層1の厚さは、上記のとおり、5μm以下であり、3μm以下であってもよい。銅層1の厚さが5μm以下であることで、導電部9aの形成後、微細配線形成のためのエッチング時間が短時間で済み、エッチング量も抑制できる(図3(c)及び図4(a)参照)。厚さ5μm以下の銅層1として、例えば、銅箔を使用できる。銅箔の厚さの下限は、取り扱い性の観点から、例えば、1.5μmである。このような厚さの銅箔は、剥離層を介してキャリアと呼ばれる銅箔に積層された状態で市場から入手可能である。例えば、三井金属鉱業株式会社製のマイクロ・シン(Micro Thin(トレードマーク))は、厚さが1.5~5μmの銅箔と、剥離層と、厚さ18μmの銅箔(キャリア)とによって構成されている。
銅層1は、無電解めっきによって形成してもよい。無電解めっきによって製造しやすい銅層1の厚さの範囲は、例えば、50~500nmである。以下の工程を経ることで、無電解めっきによる銅層1を形成することができる。まず、銅層1を形成すべき表面を酸性クリーナー(例えば、株式会社上村工業製のMCD(商品名))を使用してクリーニングする。次に、上記表面を硫酸水溶液に25℃で酸洗浄する。上記表面をプレディップ溶液(例えば、株式会社上村工業製のMDP(表品名))に浸漬する。次に、上記表面をアクチベータ溶液(株式会社上村工業製、商品名:MAT)に浸漬してパラジウム触媒を付着させる。次に、レデューサ溶液(例えば、株式会社上村工業製のMAB(商品名))を使用してパラジウム触媒を還元する。次に、アクセレレータ溶液(例えば、株式会社上村工業製のMEL(商品名))を使用してパラジウム触媒に活性を付与する。その後、無電解銅めっき溶液(例えば、株式会社上村工業製のPEAV2(商品名))を使用して上記表面に銅を析出させる。
上記のようにして形成した無電解銅めっき層をシード層として利用し、無電解銅めっき層の表面上に電解めっきによって銅層を形成してもよい。無電解めっきと電解めっきを併用して、例えば、厚さ1~5μmの銅層1を形成してもよい。
(樹脂層)
本実施形態において、樹脂層3は、銅層1の表面に接した状態で設けられている。樹脂層3は、高度加速寿命試験後(温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後、以下、単に「HAST後」という。)において、吸水率が1%以下である。HAST後の樹脂層3の吸水率が1%以下であることで、樹脂層3に含まれる水分による銅層1の酸化(錆の発生)を抑制することができる。銅層1の酸化をより一層高度の抑制する観点から、樹脂層3のHAST後における吸水率は、好ましくは0.5%以下であり、より好ましくは0.2%以下である。なお、この吸水率の下限値は、例えば、0.2%である。
樹脂層3を構成する材料は、微細配線を有する配線基板の信頼性をより一層向上させる観点から、銅層1と樹脂層3の界面の90°ピール強度は以下の条件を満たすことが好ましい。90°ピール強度は、積層板10を所定のサイズに切断して作製した試料を対象として測定される。
・銅層1と樹脂層3の界面の90°ピール強度が0.4N/mm以上(例えば、0.5~1.2N/mm)である。
・HAST後において、銅層1と樹脂層3の界面の90°ピール強度が0.25N/mm以上(例えば、0.4~1.2N/mm)である。
・HASTの前後における90°ピール強度の変化率が-30~0%(より好ましくは-10~0%)である。
銅層1と樹脂層3の界面の密着力(90°ピール強度)は、例えば、高周波の伝送性能を阻害しない程度に、銅層1の表面(樹脂層3と接する側)を粗化処理することによって向上できる。この処理のために、例えば、有機酸系マイクロエッチング剤(メック株式会社製)を使用できる。薬剤による粗化処理の代わりに、ガス種として、例えば、酸素、アルゴン又は窒素を使用したプラズマの照射、あるいは、紫外線の照射によって、銅層1の表面(樹脂層3と接する側)を適度に粗化してもよい。
樹脂層3は、高周波向けの配線基板の伝送損失を抑制する観点から、以下の条件を満たすことが好ましい。
・樹脂層3の10GHzでの比誘電率が4.5以下(より好ましくは3.5~2.5)であること。
・樹脂層3の10GHzでの誘電正接が0.05以下(より好ましくは0.04~0.03)であること。
樹脂層3は、樹脂組成物で主に構成されるものであり、例えば、樹脂組成物と、この樹脂組成物が含浸したガラスクロスとによって構成されたものであってもよい。樹脂組成物は、例えば、熱硬化性、熱可塑性又は光硬化性を有するものであればよい。配線基板の信頼性の観点から、樹脂組成物は熱硬化性樹脂組成物を含むことが好ましい。耐熱性の観点から、樹脂層3は耐熱樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を含有してもよい。
樹脂層3が熱硬化性樹脂組成物である場合、樹脂層3はシリカフィラを含むことが好ましい。熱硬化性樹脂組成物に含まれる樹脂の合計質量を基準として、シリカフィラの含有量は、例えば、65質量%以下であり、65~53質量%であってもよい。熱硬化性樹脂組成物に含まれる固形分の全体積を基準として、シリカフィラの含有量は、例えば、85体積%以下であり、60~80体積%であってもよい。シリカフィラの含有量が80体積%以下であることで、80体積%を超える場合と比較してレーザビア加工後のビア側壁が滑らかとなり、ビア接続信頼性が向上する傾向にあり、他方、60体積%以上であることで、60体積%未満である場合と比較して配線基板の反りが抑制できる傾向にある。
樹脂層3として、市場から入手可能なプリプレグを使用してもよい。本発明者らの評価によると、例えば、昭和電工マテリアルズ株式会社製のプリプレグE-705G、E-770G、HS-200及びLW-910Gはいずれも樹脂層3として使用可能である。これらのプリプレグは半硬化状態(Bステージ)であり、熱処理を経て硬化状態(Cステージ)となる。
[積層板の製造方法]
積層板5は、例えば、以下の工程を経て製造される。
・剥離層を介してキャリアに積層された銅層1を準備する工程。
・樹脂層3(例えば、プリプレグ)を準備する工程。
・樹脂層3の表面に銅層1を貼り付けた後、キャリアを剥離する工程。
[配線基板の製造方法]
図面を参照しながら、本実施形態に係る配線基板の製造方法について説明する。図4(c)に示す配線基板20は以下の工程を経て製造される。
(A)銅層1と、樹脂層3と、支持基板7とをこの順序で備える積層板10を準備する工程(図2(a)参照)。この積層板10は、銅層1と樹脂層3とを備える積層板5を先に準備し、積層板5に支持基板7を積層させることによって作製してもよいし、樹脂層3と支持基板7とを備える積層板を先に準備し、この積層板に銅層1を積層させることによって作製してもよい。支持基板7として、例えば、銅張積層板を使用することができ、その表面に銅層7aを有する。
(B)銅層1及び樹脂層3を貫通して支持基板7の表面(銅層7a)にまで至る開口部H1(第一の開口部)を形成する工程(図2(b)参照)。開口部H1は、例えば、レーザの照射によって形成することができる。開口部H1に残渣が認められる場合は、(B)工程後にデスミア処理を実施すればよい。
(C)銅層1の表面及び開口部H1の側面に、無電解銅めっきによってシード層8を形成する工程(図2(c)参照)。シード層8は、以下の(E)工程において電解めっきを実施するための給電層である。
(D)シード層8の表面上に、開口部H1に連通する開口部H2(第二の開口部)と、シード層8の表面にまで至る複数の溝部Gとを有するレジストパターン11を形成する工程(図3(a)参照)。
(E)電解銅めっきによって開口部H2及び溝部Gに銅を含む導電材を充填する工程(図3(b)参照)。
電解銅めっきによって溝部Gに銅を含む導電材が充填されることで、微細配線の一部を構成する導電部9aが形成される。電解銅めっきによって開口部H1,H2に銅を含む導電材が充填されることで、導電部9b(層間の導通部の一部)が形成される。
(F)レジストパターン11を剥離する工程(図3(c)参照)。
(G)レジストパターン11の剥離によって露出したシード層8を除去するとともに、シード層8の除去によって露出した銅層1を除去する工程(図4(a)参照)。
シード層8及び銅層1の不要部分をそれぞれ、例えば、エッチングで除去することで、導電部9aと、シード層8の残存部8aと、銅層1の残存部1aとによって微細配線が構成される。
(H)銅層7aの表面、微細配線及び導電部9bを覆うように樹脂層12を形成する工程(図4(b)参照)。
(I)樹脂層12に導電部9bにまで至る開口部H3(第三の開口部)を形成する工程(図4(c)参照)。
開口部H1,H2,H3によってビアホールが形成される。ビアホールに導電材を充填するとともに表面の仕上げ加工などを経て配線基板が完成する。
以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、積層板5として、銅層1と樹脂層3が直接接している態様を例示したが、これらの層の間に防錆層を設けてもよい。図5に示す積層板15は、銅層1と樹脂層3の界面に防錆層2が形成されている。防錆層2は、例えば、トリアゾール化合物又はシランカップリング剤を用いて形成することができる(特許文献1の段落[0028]参照)。
以下、本開示について実施例に基づいて説明する。なお、本発明の以下の実施例に限定されるものではない。
最外層に極薄銅箔層を備える積層板を作製するため、以下の材料を準備した。
・マイクロシン銅箔(三井金属鉱業株式会社製)
極薄銅箔の厚さ:3μm
キャリア層の厚さ:18μm
・両面銅張積層板:MCL-E705G(昭和電工マテリアルズ株式会社製)
銅層の厚さ:12μm
樹脂層の厚さ:25μm
銅層の厚さ:12μm
・表1に示す四種のプリプレグ(いずれも昭和電工マテリアルズ株式会社製)
Figure 0007201132000001
表中、シリカフィラの量(質量%)は、熱硬化性樹脂組成物に含まれる樹脂の合計質量を基準とした値である。
表1に記載のシリカフィラの量は、熱硬化性樹脂組成物に含まれる固形分の全体積を100体積部としたときの量(体積部)である。表1に記載の吸水率は、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたってプリプレグを置く前後(HASTの前後)の質量から算出した値である。なお、HASTを実施するに先立ち、温度130℃、相対湿度85%の環境にプリプレグを500時間にわたって置いた。
吸水率(%)=100×[(HAST後の質量)-(HAST前の質量)]/(HAST前の質量)
表1に記載の「比誘電率」及び「誘電正接」は、ネットワークアナライザ(キーサイト・テクノロジー製)を使用して測定した値である。
<実施例1>
上記両面銅張積層板(MCL-E705G)の表面に、一枚のプリプレグE-705Gを重ねた。次いで、このプリプレグの表面と、上記極薄銅箔の表面とが接するように、プリプレグとマイクロシン銅箔を貼り合わせた。このようにして得た積層板を鏡板で挟んだ状態で、プレス加工をした。プレス条件は、温度:200℃、圧力:3.0MPa、時間:70分とした。その後、マイクロシン銅箔のキャリア層のみを剥離し、最外層に極薄銅箔(厚さ:3μm)を有する実施例1に係る積層板を得た。
<実施例2~4>
プリプレグとして、E-705Gの代わりに、E-770G、HS-200又はLW-910Gを使用したことの他は、実施例1と同様にして実施例2~4に係る積層板をそれぞれ作製した。
<実施例5>
上記マイクロシン銅箔の極薄銅箔の表面を有機酸系マイクロエッチング剤(CZ-8401、メック株式会社製)によって処理した。処理条件は、以下のとおりとした。
・温度:25℃
・時間:30秒
他方、上記両面銅張積層板(MCL-E705G)の表面に、一枚のプリプレグE-705Gを重ねた。次いで、このプリプレグの表面と、上記極薄銅箔の被処理面とが接するように、プリプレグとマイクロシン銅箔を貼り合わせた。このようにして得た積層板を鏡板で挟んだ状態で、プレス加工をした。プレス条件は、温度:200℃、圧力:3.0MPa、時間:70分とした。その後、マイクロシン銅箔のキャリア層のみを剥離し、最外層に極薄銅箔(厚さ:3μm)を有する実施例5に係る積層板を得た。
<実施例6~8>
マイクロシン銅箔の極薄銅箔の表面に対し、実施例4と同様にして、有機酸系マイクロエッチング剤(CZ-8401、メック株式会社製)による処理を施したことの他は実施例2~4と同様にして実施例6~8に係る積層板をそれぞれ作製した。
実施例に係る積層板に対して以下のようにして密着性の評価を行った。すなわち、卓上ピール試験機(株式会社島津製作所製、EZ-FX)を用いて、ピール幅10mm、ピール角90°、ピール速度10mm/分の条件で極薄銅箔とプリプレグの界面のピール強度を測定した。以下の吸湿加熱処理の前及び後の積層板について密着性を評価した。表2,3に結果を示す。
(吸湿加熱処理)
高度加速寿命試験装置(EHS-222MD、エスペック株式会社製)に積層板を投入し、温度130℃、相対湿度85%で100時間処理した。以下の式により、HAST前後の密着性の変化率を算出した。
90°ピール強度の変化率(%)=100×[(HAST後のピール強度)-(HAST前のピール強度)]/(HAST前のピール強度)
Figure 0007201132000002
Figure 0007201132000003
本開示によれば、優れた信頼性の配線基板を製造するのに有用な積層板及びこれを用いた配線基板の製造方法が提供される。
1…銅層、1a…銅層の残存部、2…防錆層、3,12…樹脂層、5,10,15…積層板、7…支持基板、7a…銅層、8…シード層、8a…シード層の残存部、9a,9b…導電部、11…レジストパターン、20…配線基板、G…溝部、H1…開口部(第一の開口部)、H2…開口部(第二の開口部)、H3…開口部。

Claims (2)

  1. 厚さ5μm以下の銅層と、樹脂層と、支持基板とをこの順序で備え、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後において、前記樹脂層の吸水率が1%以下である積層板を準備する工程と、
    前記銅層の表面上に、無電解銅めっきによってシード層を形成する工程と、
    前記シード層の表面上に、前記シード層の表面にまで至る溝部を有するレジストパターンを形成する工程と、
    電解銅めっきによって、前記溝部に銅を含む導電材を充填する工程と、
    を含む、配線基板の製造方法。
  2. 厚さ5μm以下の銅層と、樹脂層と、支持基板とをこの順序で備え、温度130℃、相対湿度85%の環境に200時間にわたって置かれた後において、前記樹脂層の吸水率が1%以下である積層板を準備する工程と、
    前記銅層及び前記樹脂層を貫通して前記支持基板の表面にまで至る第一の開口部を形成する工程と、
    前記銅層の表面及び前記第一の開口部の側面に、無電解銅めっきによってシード層を形成する工程と、
    前記シード層の表面上に、前記第一の開口部に連通する第二の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
    電解銅めっきによって、前記第一の開口部及び前記第二の開口部に銅を含む導電材を充填する工程と、
    を含む、配線基板の製造方法。
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