説明

配線基板の製造方法

【課題】本発明は、ブラインドビアホールに銅を充填するとともに、パターン密度の疎密にかかわらずめっき膜厚を均一に電解めっきを行うことを目的とする。
【解決手段】第1の配線パターン1が形成されたコア基板2の表層に絶縁樹脂層4を形成する工程と、絶縁樹脂層4表面にシード層3を形成する工程と、シード層3上に下層絶縁層5としてアルカリ剥離タイプの耐めっき性絶縁層を形成する工程と、上層絶縁層6として加熱剥離タイプである耐めっき性絶縁層を形成する工程と、第1の配線パターン1にまで至るブラインドビアホール7を形成する工程と、無電解銅めっき層8を形成する工程と、2種の耐めっき性絶縁層のうち上層絶縁層を剥離する工程と、電解銅めっきによりブラインドビアホール部の内部に穴埋めめっき層9を充填する第1の電解めっき工程と、電解銅めっきにより第2の配線パターンを形成する第2の電解めっき工程とを少なくとも備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルドビア構造を有し、微細パターンを形成するのに有利なセミアディティブ工法による配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化により、使用されるプリント配線基板の高密度化が急速に進められている。このためビルドアップ基板と呼ばれる形態の配線基板が大量に生産されるようになってきた。このビルドアップ基板はコアとなる多層プリント配線板の表面に絶縁樹脂層と配線層を交互に積み上げて形成していくものであり、配線層間の導通はブラインドビアホールを形成してその内部に銅めっきを行うことによって行われる。そして、更なる設計自由度の向上と配線の高密度化の要求により、ブラインドビアホールの上に上方層のブラインドビアホールを形成するために、ブラインドビアホールを銅で埋めてしまうフィールドビアと呼ばれる方法が開発され量産化されてきている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、配線パターンの高密度化も同時に要求されてきており、要望される狭ピッチ配線パターンの形成は、基板表面を全面銅めっきして、エッチングを行うサブトラクティブ法では、エッチング時のサイドエッチングによりファインパターンの形成が不可能である。このため、基板表面を薄い銅皮膜等で導電化処理してめっきシード層を形成し、めっきシード層上にめっきレジストパターンを形成して、めっき液に浸漬し、めっきシード層をカソード電極にして電解めっきを行ない、めっきを析出させて配線パターンを形成するセミアディティブ法が注目されてきている(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2003−142828号公報
【特許文献2】特開2003−46245号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ブラインドビアホールを埋めるとともにファインパターンの形成に有利なセミアディティブ工法による配線基板を作製する場合、ブラインドビアホールの埋め込みに用いる硫酸銅めっき液としては、ビアホール中に十分銅イオンを供給して、良好な埋め込み性が得られるように、銅イオン濃度が比較的高く、硫酸濃度が低い組成の硫酸銅めっき液が用いられており、この様な組成のめっき液は、浴の電気伝導率が悪いため、セミアディティブ工法で用いられるパターンめっきにおいて、パターンの大小、疎密によるめっき厚バラツキが大きくなるという問題点があり、今後さらにファインピッチなパターンに進行する上で大きな障害となっている。
【0005】
また、ブラインドビアホールを銅で埋めるフィルドビアを電解銅めっきにより行う場合には、一般的に、電流密度を下げることで、ボイドの発生や穴が埋まらないという現象を回避してきたため、ブラインドビアホール内を銅で埋めないコンフォーマルビアめっきに比べ、生産性が劣るという課題を有していた。
【0006】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ブラインドビアホールを銅で埋めるとともに、セミアディティブ工法を生かし、生産性を落とさずに、ファインパターン形成を可能とする配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記、従来の課題を解決するために、本発明者は、上記した目的を達成するため鋭意研究を重ねてきた。その結果、基板外周部とブラインドビアホール部以外に耐めっき絶縁層を設け、被めっき基板に通常のフィールドビアめっき用の銅イオン濃度が比較的高く、硫酸濃度が低い組成の硫酸銅めっき液で、且つ、低電流密度でめっきすることにより、ブラインドビア部に電流が集中し、めっき析出速度が3〜5倍(ビア数によって速度が異なる)の速度でブラインドビア内にボイドも発生せずにフィールドビアめっきができることを見出した。このことにより従来のフィールドビアめっき時間の1/3〜1/5にすることができる。そこで、先ず、銅イオン濃度が比較的高く、硫酸濃度が低い組成の硫酸銅めっき液で、フィールドビアめっきを行い、その後、銅イオン濃度が比較的低く、硫酸濃度が高い組成の硫酸銅めっき液で、パターンめっきを行えるプロセスを研究し、本発明を完成するに至った。
【0008】
本発明のプロセスは、第1の配線パターンが形成されたコア基板の表層に絶縁樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層表面にシード層を形成する工程と、前記シード層上に下層絶縁層としてアルカリ剥離タイプの耐めっき性絶縁層を形成する工程と、上層絶縁層として加熱剥離タイプである耐めっき性絶縁層を形成する工程と、前記2層の絶縁層の表面から前記第1の配線パターンにまで至るブラインドビアホールを形成する工程と、前記絶縁層の表面およびブラインドビアホールに触媒を付与後無電解銅めっき層を形成する工程と、前記2種の耐めっき性絶縁層のうち上層絶縁層を剥離する工程と、前記シード層から給電を行い、電解銅めっきにより前記ブラインドビアホール部の内部に銅を充填する第1の電解めっき工程と、前記下層絶縁層を剥離する工程と、前記シード層上に形成される第2の配線パターンに応じてめっきレジスト層を形成する工程と、前記シード層から給電を行い、電解銅めっきにより第2の配線パターンを形成する第2の電解めっき工程と、前記めっきレジスト層を除去する工程と、前記めっきレジスト層の直下にある前記シード層をエッチング除去する工程とを備えることを特徴とする配線基板の製造方法である。
【発明の効果】
【0009】
本発明の配線基板製造方法は、ブラインドビアホールに銅を充填するとともに、パターン密度の疎密にかかわらずめっき膜厚を均一に電解めっきを行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における配線基板の製造方法について、図面及び表を参照しながら説明する。
【0011】
図1、図2は、本発明の実施の形態における配線基板の製造方法を示す工程断面図である。
【0012】
先ず、図1(a)に示すように第1の配線パターン1が形成されたコア基板2の表層に表面が粗化された薄い銅箔(3μm)付き無機フィラー入りのエポキシ樹脂(40μm厚)絶縁層を真空ラミネートし、絶縁樹脂層4を形成する。その後、真空プレスで180℃、1時間加圧、加熱し、銅箔からなるシード層3を形成する。本発明において、シード層3は無電解銅めっき+電解めっき皮膜、無電解銅めっき皮膜、真空蒸着による銅皮膜、スパッタによる銅皮膜でも良い。
【0013】
次に、図1(b)に示すように、シード層3の上に、下層絶縁層としてアルカリ剥離タイプのドライフィルムよりなる耐めっき性のフォトレジスト5を形成する。さらに、前記フォトレジスト5の上に表層絶縁層として加熱剥離タイプの耐めっきテープ(例えば、電気化学工業(株)製エレグリップテープ)6を形成する。
【0014】
次に、図1(c)に示すように、UV−YAGレーザで前記フォトレジスト5、加熱剥離テープ6の上から第1の配線パターン1の銅表面まで照射し、ブラインドビアホール(Φ60μm)7を形成する。
【0015】
次に、ブラインドビアホール7のデスミア処理を行う。デスミア処理としては、先ずOPC−1050コンディショナー(奥野製薬工業製)に水酸化ナトリウムを加えた溶液で膨潤させた後、銅めっき膜との密着性を向上させるため、OPC−1200エポエッチ(奥野製薬工業製)に過マンガン酸カリウムを加えた液でブラインドビアホール内を粗化し、酸性溶液で中和する。次に無電解銅めっきの前処理としてOPC−390コンディクリーンM(奥野製薬工業製)でコンディショニングし、過硫酸ソーダでソフトエッチングした後、硫酸でデスマット処理を行う。次に、OPC−SALM溶液(奥野製薬工業製)でプリディップし、OPC−80キャタリスト(奥野製薬工業製)で触媒(Pd)を付着し、OPC−555アクセレータM(奥野製薬工業製)でアクセレータ処理を行い、無電解銅めっき処理のための核付けを行う。その後、図1(d)に示すように、無電解銅めっき液でブラインドビアホールの中に無電解銅めっき層8(0.5〜1.5μm)を形成する。
【0016】
その後、図1(e)に示すように、前記性質の異なる2種の耐めっき性絶縁層のうち、上層絶縁層である加熱剥離テープ6を140℃の雰囲気で加熱し、加熱剥離テープ6上の無電解銅めっき層8とともに剥離する。
【0017】
次に、被めっき用基板周辺部にめっき析出部、あるいは、基板固定治具にめっき析出部を設け(図示せず)、図1(f)に示すように、被めっき基板の外周シード層から給電を行い、ブラインドビアホール7の内部に穴埋めめっき層9である銅を充填する第1の電解めっきを行なう。第1の電解めっきは、フィールドビアめっき用として、硫酸銅5水和物200g/L、硫酸50g/L、塩素イオン50mg/Lを含み、添加剤(高分子系化合物からなるポリマー成分、硫黄系化合物からなるブライトナー成分、窒素系化合物からなるレベラー成分)を適量添加しためっき液を用いた。このめっき液に浸漬し、空気攪拌を行いながら、めっき浴温25℃、陰極電流密度1A/dm2でブラインドビアホール7内を銅で充填し、穴埋めめっき層9を形成した。
【0018】
ここで、第1の電解めっき工程について詳細に述べる。本発明において、第1の電解銅めっき液の組成としては、フィールドビアめっき用として、硫酸銅5水和物160〜250g/L、硫酸15〜80g/L、塩素イオン20〜70mg/Lを含み、促進剤として含硫黄有機化合物、抑制剤として、非イオン性ポリエーテル系高分子界面活性剤と含窒素有機化合物を含有する水溶液が適している。硫酸銅5水和物については、160g/L以下になるとブラインドビアホール内部を銅で充填することができず、250g/L以上では硫酸銅が溶けにくくなる。望ましくは、170〜230g/Lが良い。硫酸については、15g/L以下では電気導電性が悪くなり、80g/Lになると硫酸銅が溶けにくくなる。望ましくは、20〜70mg/Lが良い。塩素イオンについては、20mg/L以下ではビア内部にボイドを発生し易くなり、70mg/L以上ではビア内部への銅の充填性が悪くなる。望ましくは、30〜60mg/Lが良い。
【0019】
また、被めっき基板周辺部にめっき析出部、あるいは、基板固定治具にめっき析出部を設け、電流密度0.5〜2A/dm2で被めっき基板の外周とブラインドビアホール以外を絶縁樹脂でマスクし、電解銅めっきを行ったところ、絶縁樹脂マスクがない場合に比べ1/3〜1/5の時間でブラインドビアに銅を充填することができた。さらに、ブラインドビア断面を観察したところ、ボイドの発生もなく銅が充填されていた。この点について考察した。ブラインドビアと基板外周部に絶縁マスクがないと基板の周辺部あるいは、基板固定治具のめっき析出部を除き基板全面に均一な電流線が到達し、ほぼ均一にめっき析出が起こるが、ブラインドビアと基板外周部に絶縁マスクがあるいは基板固定治具のめっき析出部があることにより、基板外周部に比べ、ブラインドビア部に電流が集中し、めっきが促進する。
【0020】
また、ブラインドビア部以外はめっき析出反応が起こっていないため、ビア周辺のめっき液の銅濃度はビア周辺部に銅リッチな状態になっているため、銅の供給が十分に行われ、ボイドやコンフォーマルめっきにならずに、ビア内部に銅が充填されると考えられる。また、添加剤である促進剤はビア内部に蓄積され、電流線の強いビア上部に抑制剤が濃縮され、ビア内部の銅の析出を加速しているものと思われる。このことからも電流線のビア部への集中により、添加剤の効果も有効に発揮できていると考えられる。
【0021】
本実施の形態では、直径60μm、深さ40μmのブラインドビアホール7に、従来のパネルめっきでは、ビア内部に銅を充填するのに1A/dm2で120分かかっていたものが、本発明のビア部のみのめっき法であれば、25分で銅を充填し、穴埋めめっき層9を形成することができた。
【0022】
次に、図2(g)に示すように、アルカリ性溶液(4%の水酸化ナトリウム溶液)で下層絶縁層であるフォトレジスト5を膨潤剥離する。その後、図2(h)に示すように、表面を軽く研磨し、前記シード層3上に形成される第2の配線パターンに応じてめっきレジスト10を形成する。第2の配線パターンには、線幅(L)/線間(S)=25/25μmのファインパターンを含む半導体パッケージ基板に対応するパターンを形成した。
【0023】
次に、図2(i)に示すように、前記シード層3に給電し、第2の電解銅めっきにより第2の配線パターン11を形成する。パターンめっき用の第2の電解銅めっき液は、硫酸銅5水和物70g/L、硫酸200g/L、塩素イオン50mg/Lを含み、添加剤(高分子系化合物からなるポリマー成分、硫黄系化合物からなるブライトナー成分、窒素系化合物からなるレベラー成分)を適量添加しためっき液を用いた。このめっき液に、浸漬し、空気攪拌を行いながら、めっき浴温25℃、陰極電流密度3A/dm2で、電解銅めっきを行い第2の配線パターン11を形成した。
【0024】
次に、パターンめっき用の第2の電解めっき工程について詳細に述べる。本発明において、第2の電解銅めっき液の組成が、硫酸銅5水和物50〜100g/L、硫酸160〜220g/L、塩素イオン20〜70mg/Lを含み、促進剤として含硫黄有機化合物、抑制剤として、非イオン性ポリエーテル系高分子界面活性剤と含窒素有機化合物を含有する水溶液が適している。硫酸銅5水和物については、50g/L以下になるとめっき銅皮膜物性が悪くなり、100g/L以上では硫酸がリッチなめっき液では、硫酸銅が溶けにくくなる。望ましくは、60〜80g/Lが良い。硫酸については、160g/L以下では均一電着性が悪くなり、220g/L以上になると硫酸銅が溶けにくくなる。望ましくは、180〜210g/Lが良い。塩素イオンについては、20mg/L以下では陽極アノードの銅の溶解が悪くなり、銅イオンの供給不足になり、70mg/L以上は効果が見られない。望ましくは、30〜60mg/Lが良い。
【0025】
次に、図2(j)に示すように、アルカリ性溶液(4%の水酸化ナトリウム溶液)でめっきレジスト10を膨潤剥離する。次に、図2(k)に示すように、硫酸−過酸化水素系のエッチング液で銅からなるシード層3をクイックエッチング除去し、第2の配線パターン11の形成を完了する。
【0026】
ここで、第2の配線パターン11に使用する第2の電解めっき液の効果を詳細に説明する。基板表面に形成する配線パターンは、一般的にパターンの線幅、パターン密度が異なっており、めっき部分に疎部、密部がある。このパターンの疎密に影響しにくいめっき液の開発が重要であった。本発明は、パターンの疎密によるめっき厚バラツキいわゆる均一電着性の評価として、ハルセル板を用いて全電流2A、めっき時間20分、エアー攪拌の条件で通電しながら銅めっきを行い、ハルセル板の左端(高電流端)から2.5cm、3.5cm、6.0cm、8.5cmの位置(図3)の膜厚を膜厚計により測定し、下記に示すFieldの式に基づいて、異なる2点間の均一電着性の比率T(%)を算出した。異なる2点間の組み合わせは、2.5cm/8.5cmの組み合わせで→P13.3,
3.5cm/8.5cmの組み合わせで→P10、
6.0cm/8.5cmの組み合わせで→P4.4とした。
【0027】
また、ハルセル板の左端から2.5cm、3.5cm、6.0cm、8.5cmの位置に対して電流密度がそれぞれ、6A/dm2、4.5A/dm2、2A/dm2、0.45A/dm2となる。
【0028】
(Fieldの式)
T(%)=100・(P−M)/(P+M−2)
T:均一電着性
P:2点間の一次電流分布
M:2点間のめっき膜厚比
(但し、ハルセルの陰極上の1次電流密度の分布は、i=I*(5.10−5.24LogL)で表される。i:電流密度(A/dm2)、I:全電流(A)、L:高電流密度側端部からの距離(cm)、所定の組み合わせによる2点間の電流密度比が、2.5cm、3.5cm、6.0cm各々の位置において、一次電流密度比Pの数値(P13.3、P10、P4.4)となり、当該組み合わせによる測定点のめっき膜厚の比が各々Mの数値となる。
【0029】
(表1)に、P13.3、P10、P4.4における均一電着性の試験結果を示す。
【0030】
理論的に、一次電流分布比Pでは、P4.4<P10<P13.3の順に数値が良くなり、固定した2点間のP値ごとに均一電着性は評価することができる。P13.3は高電流部と低電流部での均一性、P10は中電流部と低電流部、P4.4は低電流部での均一性評価となる。均一電着性T(%)の数値が大きいほど良い。
【0031】
【表1】

【0032】
結果を(表1)に示すが、P13.3で比較すると、実施例1として、硫酸銅5水和物70g/L、硫酸200g/L、塩素イオン50mg/Lを含む硫酸銅めっき液では、均一電着性が70.3%、実施例2として、硫酸銅5水和物100g/L、硫酸180g/L、塩素イオン50mg/Lを含む硫酸銅めっき液では、均一電着性が67.87%、比較例として、硫酸銅5水和物200g/L、硫酸25g/L、塩素イオン15mg/Lを含む硫酸銅めっき液では、均一電着性が35.14%であった。
【0033】
均一電着性の一般的目安として、T>40%で良好、60%前後であれば優れており、70%以上はきわめて優れた数値と言われている。
【0034】
つまり、配線パターンのパターン密度が異なっても、銅イオン濃度が低く、硫酸濃度が高い硫酸銅めっき液を用いれば、配線パターンの疎部、密部の影響を低減でき、ファインな配線パターンが形成できる。
【0035】
さらに、前記第2の配線パターン11を含む表層に上記図1、図2を再度実施することで、所望の第3、第4の配線パターン(図示せず)を増やすことができ、ファインパターンで高密度の多層プリント配線板を製造することができる。
【0036】
以上のように、本発明の配線基板の製造方法に示すように、ビアフィル用めっき液で先ずビア部を銅で充填し、次にパターン用めっき液でパターンを形成する2回めっきをするもので、2回めっきを行う際に、ビア部以外をめっきレジストでマスクし、ビア部のみにめっきするときのめっきレジストの形成方法に特徴を有している。また、2種類の性質の異なるレジストを構成することにより、ビアとレジストマスクの合致性を完全なものにすることができる。
【0037】
つまり、基板表面にシード層を形成した後、アルカリ剥離タイプのめっきレジストを形成し、次に加熱剥離タイプのレジストを形成した後、レーザー等で2層のレジスト上から基板にブラインドビアを形成する。その後、無電解銅めっき等により、レジスト表面及びビア内部にシード層を形成し、その後、表層のレジストを加熱剥離し、ビア部へのめっきを行う。このとき、ビア部に電流が集中し、めっき析出速度が上がるが、周辺にめっきパターンがないため、銅イオンの消費がビア部のみであり、パターンがある場合に比べ銅イオンがリッチの状態になっており、銅イオンの供給が十分になされ、高速めっきが可能であることが分かった。次に、下層絶縁層をアルカリ性剥離液で剥離することにより、セミアディティブプロセスでパターンめっきを行うことが出来る。このことにより、ビア部に高速で銅を充填するとともに、パターンの疎密に対しても有利なめっきが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【0038】
以上のように、本発明にかかる配線基板の製造方法は、パターン密度の疎密にかかわらずめっき膜厚を均一に電解めっきを行なうことができるので、L/S=25/25μmのようなファインパターンの形成が可能となり、また、ビルドアップ基板での層間接続用ブラインドビアホールにも銅を充填することができ、半導体パッケージ等各種電子機器、通信機器等の配線基板の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施の形態における配線基板の製造方法を示すプロセス図
【図2】本発明の実施の形態における配線基板の製造方法を示すプロセス図
【図3】本発明の実施の形態における均一電着性評価用ハルセル基板と測定場所を示す図
【符号の説明】
【0040】
1 第1の配線パターン
2 コア基板
3 シード層
4 絶縁樹脂層
5 フォトレジスト(下層絶縁層)
6 加熱剥離テープ(表層絶縁層)
7 ブラインドビアホール
8 無電解銅めっき層
9 穴埋めめっき層
10 めっきレジスト
11 第2の配線パターン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の配線パターンが形成されたコア基板の表層に絶縁樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層表面にシード層を形成する工程と、前記シード層上に下層絶縁層としてアルカリ剥離タイプの耐めっき性絶縁層を形成する工程と、上層絶縁層として加熱剥離タイプである耐めっき性絶縁層を形成する工程と、前記2層の絶縁層の表面から前記第1の配線パターンにまで至るブラインドビアホールを形成する工程と、前記絶縁層の表面およびブラインドビアホールに触媒を付与後無電解銅めっき層を形成する工程と、前記2種の耐めっき性絶縁層のうち上層絶縁層を剥離する工程と、前記シード層から給電を行い、電解銅めっきにより前記ブラインドビアホール部の内部に穴埋めめっき層を充填する第1の電解めっき工程と、前記下層絶縁層を剥離する工程と、前記シード層上に形成される第2の配線パターンに応じてめっきレジスト層を形成する工程と、前記シード層から給電を行い、電解銅めっきにより第2の配線パターンを形成する第2の電解めっき工程と、前記めっきレジスト層を除去する工程と、前記めっきレジスト層の直下にある前記シード層をエッチング除去する工程とを備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項2】
シード層を、銅箔、無電解めっき+電解めっき層、無電解めっき層、真空蒸着形成膜、スパッタ形成膜のいずれかを用いて形成することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
【請求項3】
第1の電解銅めっき工程に、硫酸銅5水和物160〜250g/L、硫酸15〜80g/L、塩素イオン20〜70mg/Lを含むめっき液、第2の電解銅めっき工程に、硫酸銅5水和物50〜100g/L、硫酸160〜220g/L、塩素イオン20〜70mg/Lを含むめっき液を用いることを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
【請求項4】
ブラインドビアホールの形成にレーザーを用いたことを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
【請求項5】
基板の周辺部にめっき膜析出用シード層を形成することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
【請求項6】
基板保持治具にめっき析出部分を有することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−218540(P2008−218540A)
【公開日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−50991(P2007−50991)
【出願日】平成19年3月1日(2007.3.1)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】