JP2006201434A - ソルダーレジスト露光用フォトマスク及びそれを用いて露光処理を行った配線基板もしくはその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最表層にソルダーレジスト層を有した配線基板おいて、該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理時に回路パターンからの反射光によって開口部端の底部のソルダーレジストが硬化し、現像によって除去できないという現象が発生する。該現象によって開口部の径が小さくなるに従いレジスト除去部に対するレジスト残渣部の割合が大きくなるという問題が発生する。
【解決手段】
ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理時に、遮光部の外側に半透過部を設けたフォトマスクを用いることによって上記問題を解決できる。
【選択図】図４

Description

本発明は配線基板およびその製造方法に関するものであり、特に配線基板のソルダーレジスト層形成時の露光用フォトマスクに関する。

従来の配線基板は、該基板の少なくとも片側の最表層に端子ホール等の開口部分があり、該開口部の隣接回路間のはんだブリッジの防止、または電子機器の使用環境から最表層の回路を保護することを目的としたソルダーレジスト層を有している。すなわち、ソルダーレジスト層は、高信頼性の配線基板を形成するためには必要不可欠である。

従来、ソルダーレジスト層は配線回路が形成された基材に感光性ソルダーレジストの樹脂液を塗布し、所定のパターンに合わせてフォトマスクを介して露光を行い、現像し、露光光の照射部分を硬化させるという工程によって形成されていた。さらに、ソルダーレジスト層形成後には、開口部から露出した配線回路上にニッケルおよび金などの金属層を設ける。しかしながら、従来の方法では開口径が小さくなるに従い開口部端の底部にソルダーレジスト樹脂が残るソルダーレジスト樹脂残渣の問題が発生する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、従来のフォトマスクを用いた露光工程でのソルダーレジスト層の硬化工程を示した模式側断面図である。図５（ａ）に示したように基材１上には、最表層に回路パターン２が形成されている。前記基材１は１層または複数層の配線層が積層されたコア基板であり、該コア基板の回路パターンと前記最表層の回路パターン２とは導通されている（図示せず）。図５（ｂ）に示したように基材および回路パターンの上全面に、ソルダーレジスト層３を塗布形成する。図５（ｃ）では、回路パターン２上のソルダーレジスト層に開口部を形成するため、フォトマスク４を用いて露光光５により露光処理を行う。フォトマスク４には、ソルダーレジスト層の開口部の部分に遮光部７が設けられてあり、遮光部７以外は透過部６である。この露光光の照射時、回路パターン２からの反射光により、ソルダーレジスト層を形成する必要のない開口部端底部のソルダーレジストが硬化し、現像によって除去できない現象が起こる。この現象により前記断面の開口部端底部にソルダーレジスト樹脂の残渣が発生し、開口部の径が小さくなるに従いソルダーレジスト除去部に対するソルダーレジスト残渣部の割合が大きくなるという問題が発生する。図５（ｄ）では、ソルダーレジスト層の未露光部を現像処理によって除去し開口部を形成し、端子ホール８を形成する。以上の工程により、最表層に端子ホールとソルダーレジスト層が完成する。

ソルダーレジストをパターニングする際、ソルダーレジスト層形成部の積算露光量を減らすことにより、開口部端底部の不要なソルダーレジストは除去しやすくなる。しかし、積算露光量が少ないとソルダーレジスト層の信頼性が低下する問題が発生する。すなわち、最表層の回路保護の信頼性が低下し、電子機器の使用環境での回路パターンの高信頼性が損なわれる問題となる。（特許文献１参照）。

以下に、公知文献を記す。
特開平５−２９７５４号公報

本発明は、前述のようにソルダーレジスト層形成時に露光工程において、回路パターンからの反射光によってソルダーレジスト層を形成する必要のない開口部端底部のソルダーレジストが硬化することから、開口部端底部にソルダーレジスト樹脂の残渣が発生し、開口部の径が小さくなるに従いレジスト除去部に対するレジスト残渣部の割合が大きくなるという問題を解消し、樹脂絶縁層に複数の導体回路を有する配線基板のソルダーレジスト層のパターニングにおいて開口部端底部のソルダーレジスト残渣が少なく、かつ信頼性の高い配線基板を提供するところにある。特に、リール・ツー・リール工法により生産性を向上させた配線基板の製造方法を提供するところにある。

本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１に係る発明は、少なくとも片側の最表層にソルダーレジスト層を有し配線層と絶縁層を交互に積層し各配線を導通させ回路を形成した配線基板において、該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理時に用いるフォトマスクであって、遮光部の外側に半透過部を設けたフォトマスクである。

また、請求項２に係る発明は、前記遮光部のうち少なくとも１つが直径１５０μｍ以下のパターンを含むことを特徴とする請求項１記載のフォトマスクである。

また、請求項３に係る発明は、前記半透過部が前記遮光部の直径に対して１〜３０％拡大した直径を有する請求項１または２記載のフォトマスクである。

また、請求項４に係る発明は、前記半透過部の透過光量が透過部の５〜９０％である特徴を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のフォトマスクである。

また、請求項５に係る発明は、少なくとも片側の最表層にソルダーレジスト層を有し配線層と絶縁層を交互に積層し各配線を導通させ回路を形成した配線基板の製造方法において、該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理に用いるフォトマスクとして請求項１乃至の４いずれかに記載のフォトマスクを用いて露光処理を行う配線基板の製造方法である。

また、請求項６に係る発明は、前記露光処理がリール・ツー・リール工法により行われることを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法である。

また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトマスクを用いて該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成した配線基板である。

樹脂絶縁層に複数の導体回路を有する配線基板のソルダーレジスト層のパターニングにおいて本発明のフォトマスクを用いることにより開口部端底部のレジスト残渣が少なく、かつ信頼性の高い配線基板が得られた。

以下、本発明の実施の形態をさらに詳細に説明する。図１は、本発明のソルダーレジスト層形成工程を説明する側断面図で、（ａ）は露光後で、（ｂ）は現像後である。本発明の配線基板は、回路パターンが片面のみに存在する場合、両面に存在する場合、さらにまた多層に回路パターンが形成されている場合のいずれであっても差し支えない。なお、図１は片側の最表層に回路パターンおよびソルダーレジスト層を形成した図面であり、これを用いて説明する。

図１（ａ）は、基材１０の最表層に回路パターン１１が形成されている。基材の最表層および回路パターンの表面全体にネガ型の感光性樹脂によってソルダーレジスト層１２が形成されている。前記ソルダーレジスト層１２の上に本発明のフォトマスクを用いて露光処理をする。その結果、開口部となる未硬化部１３を中心に、その左右に主に半透過部からの光による硬化部１４、その外側に主に透過部からの光による硬化部１５が形成する。図１（ｂ）は現像後のソルダーレジスト層１６であり、図１（ａ）未硬化部１３は開口部となり、端子ホール１７が形成されている。ソルダーレジスト層１６には、主に半透過部からの光による硬化部１４、その外側に主に透過部からの光による硬化部１５が完成する。

本発明のソルダーレジスト層としては、液状およびドライフィルムのどちらでも差し支えない。液状ソルダーレジストの塗布方法としては、例えばスクリーン印刷法、ローラーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スピナーコート法、カーテンコート法が例示できるがこれらに限定されるものではない。ドライフィルムソルダーレジスト層の形成方法としては、ロールラミネート法、平板ラミネート法、平板プレス法などの各種手段を用いることができる。なお、ソルダーレジストの膜厚は１０〜４０μｍ程度である。また、ソルダーレジスト層形成樹脂としてはエポキシ系の絶縁樹脂が一般に用いられる。

ソルダーレジスト露光処理では、図２に示したように、フォトマスク１８にはソルダーレジスト層の開口させたい部分に対応した遮光部１９を設けたものを使用する。さらに、前記フォトマスクは遮光部の外側に一定幅の半透過部２０を有する。ここで、遮光部とは露光光を通さない部分、半透過部とは露光光の一部を通す部分のことである。半透過部は遮光部の径に対し１〜３０％拡大した径を有し、遮光部を取り囲む形で配置されている。半透過部では相対的に露光量が少なくなり、回路パターンからの光の反射が減少し現像により除去されやすくなる。フォトマスクの材質は、ガラス、透明フィルムなど通常使用されるものであれば何であってもよい。

ソルダーレジスト層の開口部は狭ければ狭いほど多くの回路パターンを形成することができ、配線基板の高機能化を図ることができる。しかし、ソルダーレジスト層の開口部に対応した遮光部のみを有する従来のフォトマスクを用いた露光では、得られた開口部端の底部に通常１０〜２０μｍ幅で残渣が残ってしまう。

開口部の直径が２００μｍ以上であればあまり問題にならないが開口部が小さくなるにつれて配線基板の信頼性に大きく影響するようになる。特に開口部の直径が１５０μｍ以下になると有効な開口径が直径１１０〜１３０μｍ程度、面積では半分程度と大きく低下し、十分な接続信頼性が得られなくなる。本発明のフォトマスクは遮光部の周囲に半透過部を有するため、微細なパターンを精度良く形成することができ、遮光部の直径を１５０μｍ以下とすれば、直径１５０μｍ以下の開口部を有し底部に残渣の少ない開口部を有する配線基板を得ることができる。

図２に示す半透過部２０は開口部端底部の残渣を少なくするためのものであり、遮光部１９の直径に対して１〜３０％同心円状に拡大したものが好ましい。半透過部の径がこの範囲未満の場合、開口部端底部の残渣除去の効果が確認されない。また、半透過部の直径がこの範囲を上回った場合、ソルダーレジスト層の信頼性が低下する。

図２の遮光部１９は、遮光材料で形成してあればよく、特に限定はされない。一般的には、ゼラチンにハロゲン化銀の微粒子を分散させたエマルジョンなどで形成した写真乳剤を用いたものと、クロム系金属薄膜、シリコン、酸化鉄などの遮光材料薄膜を用いたものとに分類される。露光処理において使用する遮光すべき光、例えば紫外線を遮断するものであれば、何であっても差し支えない。

図２に示す半透過部２０は、ソルダーレジストの解像度以下の微細な遮光膜のパターンを配置するか、または所定の透過量に対応した均一膜によって形成する。図３に半透過部２１に微細な遮光膜２２のパターンを配置した場合の模式図を示した。遮光膜２２を除いた部分は透過部２３である。図３では遮光膜のパターンは円状となっているが、この限りではない。半透過部の透過光量および半透過部の大きさは、開口形状、寸法等に影響を与えるため最適化が必要である。半透過部における平均透過光量は透過部の５〜９０％とするが、より好ましくは２０〜７０％の透過量である。微細な遮光膜のパターンとしては、パターンが円形である場合直径５０μｍ以上の遮光部ができないことがのぞましい。パターンが円形である場合、半透過部に直径５０μｍ以上の遮光部が存在すると半透過部に対応する位置のソルダーレジストに遮光される部分ができて、十分に硬化されない部分が形成されてしまう。円形のパターンである場合、直径２５μｍ以下のパターンであることが好ましい。

次に本発明の配線基板の製造方法について図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明のフォトマスクを用いた露光工程でのソルダーレジスト層の硬化工程を示した模式側断面図である。

絶縁樹脂上に回路パターン２５が形成された基材２４に、感光性のソルダーレジスト樹脂の溶液を、スクリーンを使用して基材の片面にベタ印刷後、該基板をセミキュアしソルダーレジスト層２６を形成する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。次に、ソルダーレジスト層を形成しない箇所に遮光部を設けたフォトマスクを介して露光光２７による露光を行う。このとき、遮光部２９の近傍に半透過部３０を有するフォトマスク２８を使用する。なお、遮光部２９、半透過部３０以外は透過部３１である。不用部分を現像後、熱および必要があれば紫外線により硬化させ、端子ホール３２を有するソルダーレジスト層３３が形成される。（図４（ｃ）、（ｄ）参照）

露光を行うことにより、ソルダーレジスト層の光が照射された部分が硬化する。このとき、図１（ａ）に示したように、主に透過部からの光による硬化部１５、主に半透過部からの光による硬化部１４、未硬化部１３が生じる。現像によって除去されるのは未硬化部１３である。未硬化部は相対的に露光量の少ない主に半透過部からの光により硬化した部分に囲まれているため、回路パターンからの反射光が少なく現像によって除去されやすくなっている。一方、遮光部のみを有するマスクを用いた場合、未硬化部の端は回路パターンからの反射光によって硬化し現像によって除去されにくくなっている。

さらに、露光工程においてソルダーレジストの適正露光量となる光を照射しているため、ソルダーレジスト層の信頼性も確保される。

また、これら配線基板の製造をリール・ツー・リール工法によって行うことによって、基板を枚葉で一枚ずつ行う場合と比較して大幅に時間を短縮することができる。

図４を参照して説明する。なお、本実施例はすべてリール・ツー・リール工法にて行った。フォトソルダーレジストＰＳＲ−４０００（太陽インキ（株）製、商品名）を、スクリーンを用いて前記方法で作成した配線基板にベタ印刷後、８０℃において３０分間セミキュアを行った。

本発明の遮光部２９および半透過部３０を有するフォトマスク２８を用いて露光処理を行う。半透過部の透過光量は６０％とする。照射した露光量は６００ｍＪ／ｃｍ^２である。この基板を現像し、ポストキュア、ポスト露光を行いフォトソルダーレジスト層を形成した。

実施例の基板の評価において、フォトマスクの遮光部が円形であり直径が１５０μｍ、遮光部の周囲に設けられた半透過部が円形であり直径が１７０μｍのとき、開口部分においてフォトソルダーレジスト層上部の直径は１４９μｍ、フォトソルダーレジスト層下部の直径は１３５μｍであった。

（比較例１）
図５を参照して説明する。露光工程において、半透過部を持たないフォトマスク４を使用した以外は、実施例と同様にしてフォトソルダーレジスト層を形成した。比較例の基板の評価において、フォトマスクの遮光部分が円形であり直径が１５０μｍのとき、開口部分においてフォトソルダーレジスト層上部の直径は１２３μｍ、フォトソルダーレジスト層下部の直径は９９μｍであった。

（比較例２）
実施例１ではリール・ツー・リール工法で露光処理を行ったのに対し、比較例２では枚葉で一枚ずつ行った。その他の基板作成条件は同じである。１００回露光処理を行うのに要した時間はリール・ツー・リール工法で連続で行った場合３０分、枚葉で一枚ずつ行った場合は１２０分であった。

本発明のソルダーレジスト層形成工程を説明する側断面図である。 本発明のフォトマスクの模式図である。 本発明のフォトマスクにおける半透過部の拡大図である。 本発明のフォトマスクを用いた露光工程でのソルダーレジスト層の硬化工程を示した模式側断面図である。 従来のフォトマスクを用いた露光工程でのソルダーレジスト層の硬化工程を示した模式側断面図である。

符号の説明

１ 基材
２ 回路パターン
３ ソルダーレジスト層
４ フォトマスク
５ 露光光
６ 透過部
７ 遮光部
８ 端子ホール
１０ 基材
１１ 回路パターン
１２ ソルダーレジスト層
１３ 未硬化部
１４ 主に半透過部の光による硬化部
１５ 主に透過部からの光による硬化部
１６ ソルダーレジスト層
１７ 端子ホール
１８ フォトマスク
１９ 遮光部
２０ 半透過部
２１ 半透過部
２２ 遮光膜
２３ 透過部
２４ 基材
２５ 回路パターン
２６ ソルダーレジスト層
２７ 露光光
２８ フォトマスク
２９ 遮光部
３０ 半透過部
３１ 透過部
３２ 端子ホール
３３ ソルダーレジスト層

Claims (7)

1. 少なくとも片側の最表層にソルダーレジスト層を有し配線層と絶縁層を交互に積層し各配線を導通させ回路を形成した配線基板において、該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理時に用いるフォトマスクであって、遮光部の外側に半透過部を設けたフォトマスク。
2. 前記遮光部のうち少なくとも１つが直径１５０μｍ以下のパターンを含むことを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
3. 前記半透過部が前記遮光部の直径に対して１〜３０％拡大した直径を有する請求項１または２記載のフォトマスク。
4. 前記半透過部の透過光量が透過部の５〜９０％である特徴を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のフォトマスク。
5. 少なくとも片側の最表層にソルダーレジスト層を有し配線層と絶縁層を交互に積層し各配線を導通させ回路を形成した配線基板の製造方法において、該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成する露光処理時に用いるフォトマスクとして請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトマスクを用いることを特徴とする露光処理を行う配線基板の製造方法。
6. 前記露光処理がリール・ツー・リール工法により行われることを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトマスクを用いて該ソルダーレジスト層に複数の開口部を形成した配線基板。

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