WO2001089276A1 - Method for manufacturing printed wiring board - Google Patents

Description

明 細 書 プリント配線板の製造方法 技 術 分 野

本発明は、 炭酸ガスレーザーを用いて銅張積層板にバイァホール等の凹部を形 成し、 プリン卜配線板を製造する方法に関する。 技 術 背 景

近年、 携帯電話、 モパイルツール、 ノートブックパーソナルコンピュータ等の 普及に伴い、 軽薄短小、 高密度実装化の流れが加速している。 従って、 これらの 電子機器に組み込まれるプリント配線板の世界においても同様のファインピッチ 回路の形成が求められてきた。

プリント配線板の軽薄短小化が求められるということは、 多層化した高密度回 路が求められると言うことになる。 従って、 多層プリント配線板の層間導通を確 保するための手段として、 従前は基板を貫通するスルーホール形成のみで行われ てきたが、 近年は多層プリント配線板の設計の自由度を向上させるため、 より小 径のビアホール、 基板を貫通させず内層銅箔の表面までの小径穴明けを行ったブ ラインドビアホール （B V H)、 インターステイシャルビアホール （I V H) 等 を形成することが一般的に行われるようになってきた。

これらのスルーホールや各種バイァホール等の小径穴の形成には、 従来からド リル加工を用いてプリント配線板に小径穴を形成してきた。 このドリル加工は、 プリント配線板を重ねて一気に複数枚の加工を可能とし、 多軸化することで容易 に生産性を向上させる手段としての長所を有するものであった。

そして、 このドリル加工による小径穴の形成は、 従来、 穴径 0 . 3〜0 . 4 m mのものが主体であり、 近年の技術進歩により穴径 0 . 1 5〜0 . 2 5 mm程度 までドリル加工が可能となってきた。

更に、 超硬ドリルを用いることで、 穴径 0 . 1〜0 . 0 5 mmの範囲のドリル 加工が検討されているが、 いまだ技術的に解決すべき課題が多く、 ドリル寿命、 難削材に該当するプリント配線板等も存在する等の問題点も多い。 しかしながら、 現実の市場における電子、 電気機器の軽薄短小化はめざましい 速度で進行しており、 ドリル加工技術の進展を待つことの出来ない状況が形成さ れてきた。 そこで、 レーザ加工技術を応用しての 0 . 1 mm以下の小径穴の加工 が行われてきた。

レーザー法を用いてプリント配線板への小径穴の加工を行う場合、 レーザーの 初期照射が①基材樹脂から始まる場合、 ②回路を形成することとなる銅箔表面か ら始まる場合の 2パターンに大別して考えられる。 このとき、 銅箔は表面が光沢 を持ち、 レーザー光を反射する性質を持つものであるから、 前記②のレーザー加 ェの方が困難なものとなる。

現実には、 光沢を持つ銅箔表面から前記②の条件下でのレーザー加工を行うこ とはほぼ不可能な状況にある。 銅箔がレーザー光を反射すると言うことは、 レー ザ一光の初期吸収効率が悪くなり、 穴明け速度が遅くなると言うことであり、 生 産効率を引き下げることとなる。 そのため、 前記②のパターンで、 レーザー穴明 けを行う場合は、 穴明け箇所の外層銅箔を、 予めエッチングで除去する作業を必 要としていた。 この方法は、 一般にコンフォーマルマスク法として広く知られて いるものである。

このエツチング作業では、エッチングレジストの塗布が行われることになるが、 レジストレーシヨンの精度が問題で、 穴明け箇所のエッチング位置を要求通りの 精度にすることは非常に困難であった。 そのため、 内層銅箔回路の接点部となる ランドとレーザ一加工で形成するバイァホール等との位置ずれが生ずるため、 そ の誤差を見込んで内層銅箔回路のランドを大きめに設計する等の対応がなされて いた。 これは内層銅箔回路を微細化する上での大きな障害となるのである。

しかも、 レーザーの種類により穴明け加工性能が異なるのは当然である。即ち、 YA Gレーザーを用いる場合等には銅箔層の加工が問題とならない場合もある。 ところが、 炭酸ガスレーザ一を用いると銅箔層の加工が困難で、 安定して穴明け 加工できないと言う問題が生じてきた。 従って、 銅箔のエッチングを行うことな く、 銅箔と樹脂層とを同時に安定して炭酸ガスレーザーで加工できるプリント配 線板の製造方法の開発が待たれてきた。 図面の簡単な説明

図 1には、 銅張積層板の模式断面図を示している。 図 2には、 銅張積層板断 面の光学顕微鏡観察写真を示している。 図 3には、 レーザー光反射率と粗さとの 関係を表している。 図 4には、 本件発明で用いるキャリア箔付電解銅箔の断面模 式図を示している。 図 5、 図 6、 図 7、 図 8及び図 9には、 プリント配線板の製 造フローを表す概略図を示している。 発 明 の 概 要

そこで、 本件発明者等は、 鋭意研究の結果、 上述したコンフォーマルマスク法 のように銅箔を除去することなく、 銅箔層と基材樹脂層とを同時に炭酸ガスレー ザ一を用いて加工可能なプリント配線板の製造方法を発明するに到ったのであ る。 以下、 本件発明について説明する。 請求項 1に記載の発明は、 炭酸ガスレーザーを用いて銅張積層板にバイァホー ル等の凹部を形成し、 層間導通メツキ処理をし、 エッチングレジスト層の形成を し、 エッチングレジスト層の露光及び現像を行い、 回路エッチングすることでプ リント配線板を製造する方法であって、 銅張積層板は、 その外層銅箔に波形状の 銅箔を用いたものであることを特徴とするプリント配線板の製造方法としてい る。

この発明は、 特に、 ここで用いる銅張積層板に特徴が存在するのである。 この 銅張積層板は、 その外層銅箔層として、 波形状め形状を持つ銅箔を用いたもので ある。 この波形状を、 より正確に言えば、 図 1に示すような銅張積層板の模式断 面にあるように、 銅箔層のバルク銅層そのものが波打った形状をしていることを 表すものとして用いている。 なお、 銅箔の防鲭層は、 必要に応じ銅箔の片面若し くは両面に形成されるものであるが、 本明細書において模式図として示した図面 中には銅箔の防鲭層の記載は省略している。 図 2には、 本件発明で用いる銅張積 層板の外層銅箔の実際の断面を光学顕微鏡で観察した写真を示している。 この図 2での銅箔層の見え方は、 図 1の模式図と異なった見え方をしているが、 バルク 銅層も微細銅粒も同じ銅であるため、 その境目が明瞭でないため、 パルク銅層の 畝 （波形） が明瞭に捉えられてないに過ぎない。

そして、 本件発明に係るプリント配線板の製造方法では、 炭酸ガスレーザーに よる穴明け加工が施されるのであるから、 一般的に炭酸ガスレーザーの照射条件 を考慮し、 しかも、 波形のバルク銅層の形状を保持できる銅箔でなければ使用で きないことになる。 これらのことを考えると、 本件発明で用いる銅張積層板で用 いる銅箔は、 請求項 2に記載したようにバルク層の厚さが 1 以下のもので なければならない。 ここで厚さとは、 通常のゲージで測った厚さを指すのではな く、 単位重量から換算して銅箔で通常用いられる公称厚さのことである。 特に、 電解法で製造する場合の銅箔においては、 その波形の形状をうまく維持し、 以下 に説明する請求項 3に記載の粗さ範囲を達成するためである。 また、 バルク銅層 厚みの下限値については特に限定はないが、 電解法でバルク銅層を形成する場合 の析出均一安定性を考慮し、 生産効率等の諸要因を含めて考えると 1 z m厚程度 と考えられる。

このような波形形状を持つ外層銅箔層とすることで、 レーザー光の反射率を低 くすることが可能となるのである。 レーザー光の反射率が低くなると言うことは 照射したレーザ一光の熱エネルギーへの変換効率が高くなることを意味する。 ここで、 波形状の外層銅箔を備えた銅張積層板を用いる効果を考えるため、 表 面粗さとレーザー光の反射率との関係を図 3に示している。 このときの炭酸ガス レーザー照射条件は、 周波数 1 0 0 0 H z、 マスク径 5 . 0 mm、 パルス幅 6 0 s e e , パルスエネルギー 1 6 . 0 m J、 オフセット 0 . 8、 レーザー光径 とし、 種々の厚さの銅箔を用いた銅張積層板に 1 1 0 mの加工径の 穴を形成することを予定して行ったものである。 パルスエネルギー 1 6 . 0 m J としたのは、 低エネルギーである方がレーザー穴あけ加工性の差異が顕著に現れ やすいからである。 従って、 本件発明者等は判断基準として、 加工後の穴径が 1 0 0〜1 1 O mとなった範囲で、 加工が良好に行われたものとした。 ' このときの表面粗さは、 電解銅箔に粗面として現れる面を用いて、 その粗さを 変化させたものを用いたのである。 図 3から明らかとなるように、 銅箔表面の粗 さ （R z ) の値が高くなるほど、 レーザー光反射率が低くなつていることが分か る。即ち、平滑な表面である場合に比べ、多少の凹凸を有する表面であることが、 レーザー光の吸収効率を高め照射部位の温度上昇が容易に起こることを裏付ける のである。 これは、 凹凸を有する表面であると適度にレーザ一光を乱反射し、 レ 一ザ一光の利用効率が上昇するためであると考えられる。

また、 図 3から分かるのは、 R zが 2 0 を越えた当たりから、 むしろ、 反 射率が高くなる傾向にあるようである。 これは、 測定に電解銅箔を用いたことに 起因しているものと考えられる。 電解銅箔の粗面の形状は、 山形の凹凸形状をし ており、 粗くなればなるほど、 山形形状の 1つ 1つのサイズが大きくなるという 傾向を有するものである。 係る場合でも、 粗さ測定では単に大きな粗さを持つも のとして計測されるのである。 しかしながら、 レーザー光の反射率を最低のライ ンに持っていくためには、 よりレーザー光の持つ波長と同様の粗さを持つものが 最も優れていると言われるように、 適正な凹凸形状の範囲が存在するものと考え られる。

その適正な凹凸形状の範囲が、 請求項 3に記載したように、 波形状の銅箔の持 つ表面粗さ （R z ) 力 2 . 0〜2 0 . 0 /i mの範囲内の粗さとなるのである。 下 限値である 2 . O ^ mを下回る粗さでは、 銅箔層のレーザー穴明け加工性能の向 上を確保することはできず、 2 0 . 0 mを越える粗さでは、 むしろ銅箔層のレ 一ザ一穴明け加工性能が低下しだすのである。 ·

本件発明で用いる銅張積層板に用いる波形状をした外層銅箔にレーザー光の照 射が開始されると、 波形の凹凸形状の先端部 （山形の頂上部） の温度上昇が最も 速いと考えられる。 通常、 突起部と平面部とを持つものを一定の高温雰囲気に入 れると、 平面部の温度上昇に比べ、 突起部は 6倍前後の温度上昇速度を示すと言 われることと同様の現象が発生すると考えられる。 この結果、 レーザー光の照射 の開始により、 波形の凹凸形状の先端部に急激な温度上昇が発生し、 平滑面にレ 一ザ一光を照射する場合と比べても、 銅の沸点温度に容易に到達し、 蒸発するこ とになると考えられるのである。 このようにして、 銅箔層の銅が、 炭酸ガスレー ザ一を用いても容易に除去できるため、 基材樹脂層も容易に穴明け加工が可能と なり、 本件発明の目的を達成できるものとなるのである。 また、 銅張積層板の外層銅箔が、 波形形状をしていることで、 その銅箔に直接 エッチングレジスト層を形成する場合のエッチングレジスト密着性を向上させる ことが可能となるのである。 通常は、 ドライフィルムコーティング、 液体レジス トを用いてエッチングレジスト層が形成されるが、 その前処理としては、 化学研 磨や物理研磨により銅箔表面を適度に粗らす整面処理が行われるが、 その整面処 理が不要となるのである。

更に、 エッチングレジスト層の形成後、 エッチング回路パターンを露光し現像 する際の、 通称、 露光ボケによりエッチング後の回路エッジの直線性が損なわれ る現象がある。 ところが、 本件発明で用いる銅張積層板のように、 その外層銅箔 表面に適度な凹凸が存在すると、 露光ボケを軽減し、 エッチング後の回路の直線 性を効果的に高め、 ファインピッチ回路の形成に非常に有効となるのである。 本件発明は、 上述した銅張積層板を製造した後、 レーザ一穴明け加工を行い、 層間導通メツキ処理を行い、 その後一般的なエッチングプロセスを経て、 プリン 卜配線板製造に用いられることになるのである。 従って、 コンフォーマルマスク 法のような、 予めのレーザー照射部位の銅箔除去を必要としないため、 回路の位 置精度にも優れ、 工程を短くすることが可能で、 プリント配線板の製造コストを 有効に低減させることが可能となるのである。

ここで用いる銅張積層板の製造には、 キヤリア箔付電解銅箔を用いることが極 めて有利である。 特に、 図 4に示すようにキャリア箔として電解銅箔を用い、 そ の粗面側に銅張積層板の外層銅箔となる銅箔層を備えたキヤリァ箔付電解銅箔の 使用が望ましい。 このようにすると、 電解銅箔のバルク層がキャリア箔の凹凸形 状を転写した状態になり、 波形形状を効率よく作り出せるのである。 しかも、 銅 張積層板製造時には、 キャリア箔のついたままプリプレダと積層されるため、 プ レス圧による波形形状の潰れが無く、 良好な凹凸を持つ面の形成が可能となるの である。 キャリア箔付電解銅箔であれば、 特にその種類に限定はなく、 キャリア 箔をエッチング除去するエツチヤブルタイプ、 キャリア箔を引き剥がし除去する ピーラブルタイプのいずれを用いても構わない。 以上に述べた請求項 1〜請求項 3に記載のプリント配線板の製造方法を用いる ことで、 従来のコンフォーマルマスク法に比べ、 炭酸ガスレーザーを用いてのプ リント配線板製造のトータルコストを効率よく低減させ、 同時にファインピッチ 回路の形成を容易にするのである。 発明の実施の形態

以下、本件発明に係るプリント配線板の製造方法に関する実施の形態について、 銅張積層板 1等の模式断面として示した図 4〜図 9を用いて、 より詳細に説明す る。 なお、 レーザー穴明け試験は、 レーザー穴明け性の優劣がより鮮明にわかり やすいよう、 1 6 m Jの低パルスエネルギーを用いて行った。 レーザー照射条件 は、 周波数 1 0 0 0 H z、 マスク径 5 . 0 mm、 パルス幅 6 0 s e c .、 ノ、°ル スエネルギー 1 6 . 0 m J、 オフセット 8、 レーザー光径 1 4 0 mとし、 銅張積層板に 1 1 0 mの加工径の穴を形成することを予定して行ったものであ る。 従って、 本件発明者等は判断基準として、 加工後の穴径が 1 0 0〜1 1 0 x mとなった範囲で、 加工が良好に行われたものと判断した。 本実施形態においては、 銅張積層板 1は、 キャリア箔付電解銅箔 2とプリプレ グ 3と内層材であるコア材 4とを図 5 ( a ) に示すように積層し、 熱間プレス成 形することで製造した。 そして、 熱間プレスの終了後、 キャリア箔 5を除去し、 図 5 ( a ) に示すような銅張積層板 1を得た。

なお、 ここで用いたキャリア箔付電解銅箔 2には、 キャリア箔 5を引き剥がし て使用するビーラブルタイプのものを用いた。 キャリア箔付電解銅箔 2は、 キヤ リア箔 5と、 銅箔層じと、 接合界面層 Fとからなるものを用いた。 当該キャリア 箔 5と銅箔層 Cとの界面に位置する接合界面層 Fは、 カルボキシベンゾトリアゾ ール （通称、 C B T A) を用いて形成した有機剤からなるものであり、 銅箔層 C は回路形成したときの導体部を構成することとなるバルク銅層 6と微細銅粒 Bと からなるものである。

キヤリァ箔 5の Iき剥がしが終了すると、 銅張積層板の表面には波形の銅箔の パルク銅層 6が現れることになり、 この段階で炭酸ガスレーザー 7を用いてレー ザ一穴明け加工を行い、 図 6 ( c ) に示すようにバイァホール 8の形状形成を行 つた。

バイァホール 8の形状形成後、 図 7 (d) に示したように層間導通形成処理を 行うことになる。 層間導通形成処理は、 無電解銅メツキで 1〜2 mの銅層を形 成し、 電解銅メツキで 10 の銅メツキ層 9に成長させた。 このときの無電解 銅メツキ液としては、 一般的に使用される硫酸銅 · 5水和物 0. 06mo l/

1 , EDTA · 4N a 0. 12mo 1 / HCHO 0. 5mo 1 / 2, 2 ' ージピリジル 10mgZl、 P EG 1000 250mg/l、 pH= 1

2. 5、 液温 70°Cの溶液を用いて短時間の間に行った。 そして、 無電解銅メッ キが終了すると、 硫酸銅溶液であって、 濃度 150 g/ 1硫酸、 65 gZ 1銅、 液温 45 、 電流密度 15 AZdni²の平滑メツキ条件で電解し、 10 /m厚の 銅メツキ層 9を得た。

その後、 水洗、 乾燥し、 紫外線硬化型のドライフィルムを銅メツキ層 9の形成 されたバルク銅層 6の表面にロールラミネートし、 図 7 (e) に示したようにェ ツチングレジスト層 10を形成した。 そして、 パターンフィルムを当該エツチン グレジスト層 10の上に重ね露光し、 現像することで、 図 8 ( f ) に示したよう に回路として残す部位にのみエッチングレジスト層 10を残留させた。 そして、 塩化銅溶液でエッチングし、 図 8 (g) に示したように回路を形成した。 最終的 な、 図 9 (h) に示したように、 エッチングレジスト層 10の除去には、 水酸化 ナトリウム溶液を用いて、 硬化したエッチングレジスト層 10の膨潤除去を行つ た。 以上のようにして、 プリント配線板 11の製造を行った。 発明の効果

本発明に係るプリント配線板の製造方法を用いることで、 従来から困難と言わ れてきた炭酸ガスレーザーを用いて、 銅箔と基材樹脂とを同時に除去し、 レーザ 一穴明け加工を行うことが可能となった。 本件発明に係るプリント配線板の製造 方法を用いると、 従来のコンフォーマル法のように予めレーザー加工部位の銅箔 を除去する必要が無 従来のエッチング工程をそのまま応用することが可能で、 設備投資費用を大幅に低減し、 プリント配線板のトータル製造コス卜の低減が可 能となり、 安価な製品の市場供給が可能となるのである。

Claims

請求の範囲

1 . 炭酸ガスレーザーを用いて銅張積層板にバイァホール等の凹部を形成し、 層 間導通メツキ処理をし、 エッチングレジスト層の形成をし、 エッチングレジスト 層の露光及び現像を行い、 回路エッチングすることでプリント配線板を製造する 方法であって、

銅張積層板は、 その外層銅箔に波形状の銅箔を用いたものであることを特徴と するプリン卜配線板の製造方法。

2 . 銅張積層板の外層銅箔に用いる波形状の銅箔は、 プリント配線板の導体回路 を構成することとなるバルク銅層と、 基材樹脂との接着強度を確保するための微 細銅粒と、 防鲭層とからなり、

当該バルク銅層の厚さが 1 8 以下の厚さである請求項 1に記載のプリント 配線板の製造方法。

3 . 波形状の銅箔は、 表面粗さ （R z ) として 2 . 0〜2 0 . 0 mの範囲内の 粗さを備えたものである請求項 1に記載のプリント配線板の製造方法。