トップ :: H 電気 :: H05 他に分類されない電気技術




【発明の名称】 ビアホール形成方法
【発明者】 【氏名】伊藤 彰二
【住所又は居所】千葉県佐倉市六崎１４４０ 株式会社フジクラ佐倉事業所内

【氏名】橋場 浩樹
【住所又は居所】千葉県佐倉市六崎１４４０ 株式会社フジクラ佐倉事業所内

【氏名】中尾 知
【住所又は居所】千葉県佐倉市六崎１４４０ 株式会社フジクラ佐倉事業所内
【要約】 【課題】ビアホール直上部分の凹凸を緩和し、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面との面一、平滑性を改善し、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することを確実に可能にすること。

【解決手段】電解めっき工程によって形成されためっき金属による基板表面を、めっき金属を溶解する薬液によってエッチングし、基板表面の凹凸を低減する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホール内にめっきを施して当該ビアホール内をめっき金属により充填するビアフィリングめっきによるビアホール形成方法において、
前記基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホールを形成する穴明け工程と、
前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する給電用導電層形成工程と、
前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤あるいはめっき促進剤の少なくとも何れか一方を添加されためっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す電解めっき工程と、
前記電解めっき工程によって形成されためっき金属による基板表面を、めっき金属を溶解する薬液によってエッチングし、基板表面の凹凸を低減する平滑化エッチング工程と、
を含むビアホール形成方法。
【請求項２】
前記穴明け工程は、径の異なる複数個のビアホールを形成する工程であるビアフィリングめっきによる請求項１記載のビアホール形成方法。
【請求項３】
前記平滑化エッチング工程は、めっき金属を溶解する薬液を前記めっき工程によって形成されためっき金属による基板表面に吹き付ける工程である請求項１または２記載のビアホール形成方法。
【請求項４】
前記電解めっき工程は銅の電解めっきを行い、前記平滑化エッチング工程においてめっき金属を溶解する薬液として第二塩化鉄を含む水溶液を用いる請求項１〜３の何れか１項記載のビアホール形成方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層プリント配線板のビアホール形成方法に関し、特に、ビアフィリングめっきによるビアホール形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器は、高周波信号、デジタル化等に加え、小型、軽量化が進み、それに伴い、電子機器に搭載されるプリント配線板においても、小型、高密度実装化を要求されている。
【０００３】
絶縁層、導体層を１層ずつ積み上げて多層配電層を形成するビルドアップ多層配線板は、プリント配線板の高密度実装化に大きく貢献するものである。
【０００４】
ビルドアップ多層配線板の製造方法は、コア基材絶縁層の表層に絶縁層をビルドアップ形成し、その絶縁層にレーザ光照射等により穴あげを施した後、銅めっきを表層に施すことによって層間導通を得るビアホールと、表層配線層を形成する工程を繰り返して多層プリント配線板を製造するもの（工法）である（例えば、非特許文献１）。
【０００５】
この工法による特徴的なビアホールによって、ビルドアップ多層配線板は、層間導通部分の自由な配置を可能とし、携帯電話等、さまざまなモバイル機器の高密度実装用基板に適用されている。
【０００６】
しかしながら、この工法において、導電層として、通常の硫酸銅めっきによって銅箔層を形成する場合には、図３に示すように、ビアホール１０５は表面が凹んだ形状となるために、ビアホール１０５の直上に、さらにビアホールを設けるビア・オン・ビアを構成することや、ビアホール１０５の直上にＩＣチップ等の部品を実装することが困難であり、配線の自由度において要求を充分に満足できないことが出てきた。
【０００７】
なお、図３において、１０１はコア基材絶縁層を、１０２はコア基材絶縁層１０１に形成されたコア基材導体層を、１０３はコア基材絶縁層１０１の表層に形成されたビルドアップ絶縁層を、１０４はめっきによってビルドアップ絶縁層１０３の表層に形成された銅箔層を示している。
【０００８】
そこで、近年、ビアホール内を銅めっきによって充填するビアフィルめっきと云う技術が発表されてきた（例えば、特許文献１）。
【０００９】
ビアフィルめっきは、硫酸銅めっき浴中に、めっき成長を抑制する抑制剤と、めっき成長を促進する促進剤とを添加して行うものである。
【００１０】
抑制剤は、物質の拡散則に伴い、ビアホール内部には吸着し難く、基板表面には吸着し易いことを応用して、ビアホール内部と比較して基板表面のめっき成長速度を遅くすることで、ビアホール内部を銅によって充填させる効果があると云われている。
【００１１】
促進剤は、ビアホールの底面、側面、基板表面に、一様に吸着し、続いて、ビアホール内部ではめっきの成長に伴い、表面積が減少していき、ビアホール内の促進剤の分布が密になることを利用して、ビアホール内部のめっき速度が基板表面のめっき速度より速くなり、ビアホール内部を銅によって充填させると云われている。
【００１２】
一般的には、これら抑制剤と促進剤は、ひとつのめっき浴内に適度な配合で混合されているものであり、両者の効果によってビアホール内部を銅によって充填することが可能となる。
【００１３】
上記のメカニズムによってビアホール内部を銅で完全に充填し、導体パターンを形成するため、ビアホールの径や体積（内容積）など、ビアホールの形状によって、ビア内のめっき成長速度が異なる。
【００１４】
そのため、一つの基板において、ビアホールの形状が大きなばらつきを持っていたり、異なる径のビアホールが混在している場合などには、一つの基板のすべてのビアホール内を、ビアフィルめっき金属（銅）によって一様に充填することが困難である。
【００１５】
このため、図４（ａ）に示されているように、ビアホール内部に銅が完全に充填されず、導体パターンを形成する基板表面のめっき銅２０６に対してビアホール１０５のめっき銅（ビアフィルめっき部）２０７が凹んだ形状になったり、図４（ｂ）に示されているように、ビアホール１０５のめっき銅２０８が凸状に膨らんだ形状になり、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面とを、面一、平滑にすることができない。
【００１６】
このことは、ビアホール直上にビアホールを設けるビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装するチップ・オン・ビアの妨げとなり、ビアフィルめっきの有用性を大きく阻害する。
【００１７】
なお、図１０１においても、１０１はコア基材絶縁層を、１０２はコア基材絶縁層１０１に形成されたコア基材導体層を、１０３はコア基材絶縁層１０１の表層に形成されたビルドアップ絶縁層を示している。
【非特許文献１】高木 清著 「ビルドアップ多層プリント基板配線板技術」日刊工業新聞社出版、２００１年６月１５日、初版２刷、２１頁〜２３頁
【特許文献１】特開２００１−２９１９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
この発明が解決しようとする課題は、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホールが混在した基板にビアフィルめっきを適用することによって発生するビアホール直上部分の凹凸を緩和し、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面との面一、平滑性を改善し、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホールが混在した基板でも、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することを確実に可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明によるプリント配線板のビアホール形成方法は、絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホール内にめっきを施して当該ビアホール内をめっき金属により充填するビアフィリングめっきによるビアホール形成方法において、前記基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホールを形成する穴明け工程と、前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する給電用導電層形成工程と、前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤あるいはめっき促進剤の少なくとも何れか一方を添加されためっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す電解めっき工程と、前記電解めっき工程によって形成されためっき金属による基板表面を、めっき金属を溶解する薬液によってエッチングし、基板表面の凹凸を低減する平滑化エッチング工程とを含む。
【００２０】
この発明によるビアホール形成方法における前記穴明け工程は、径の異なる複数個のビアホールを形成する工程である。これにより、一つの基板に、異なるビア径のビアホールが混在することになる。
【００２１】
この発明によるビアホール形成方法における前記平滑化エッチング工程は、めっき金属を溶解する薬液を前記めっき工程によって形成されためっき金属による基板表面に吹き付ける工程である。
【００２２】
この発明によるビアホール形成方法では、前記電解めっき工程は銅の電解めっきを行い、前記平滑化エッチング工程においてめっき金属を溶解する薬液として第二塩化鉄を含む水溶液を用いる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によるビアホール形成方法は、平滑化エッチング工程で、めっき金属を溶解する薬液によってエッチングし、基板表面の凹凸を低減するから、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホールが混在した基板にビアフィルめっきを適用することによって発生するビアホール直上部分の凹凸が緩和される。
【００２４】
これにより、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面との面一、平滑性が改善され、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホールが混在した基板でも、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することが確実に可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明によるビアホール形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の一つ実施形態を、図１（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示されているように、出発材料として、絶縁層１１の両面に銅回路１２、１３が形成されたガラスエポキシ基板１０を用意した。
【００２７】
この基板は、銅張りポリイミド基板、銅張りポリエステル基板、銅張りポリエーテルイミド基板、銅張り液晶ポリマー基板、ガラスクロス、カラスマット、合成繊維などの基材と熱硬化性樹脂からなる銅張りフェノール基板、銅張り紙エポキシ基板、銅張り紙ポリエステル基板、銅張りガラスポリイミド基板などを使用してもよい。また、両面プリント基板ではなく、多層プリント配線板を使用してもよい。
【００２８】
つぎに、図１（ｂ）に示されているように、ガラスエポキシ基板１０の表裏両面に、エポキシ系層間絶縁シート１４、１５を貼り合わせ、基材１６を得た。
【００２９】
この層間絶縁層としては、エポキシ系層間絶縁シートに限られず、ポリイミドや、ガラスエポキシ、エポキシ含浸アラミド不織布、オレフィン系絶縁シート等も使用できる。また、この絶縁層の形成は、貼り合わせ法だけではなく、エポキシやポリイミド等のワニスを塗布し、乾燥させて形成することもできる。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示されているように、穴明け工程として、基材１６のエポキシ系層間絶縁シート（絶縁層）１４、１５の各々に、炭酸ガスレーザによって、異なるビア径のビアホール１７、１８を穿設し、０２ プラズマ照射によってスミアを除去する。ビアホール１７は底面での直径を１００μｍ、ビアホール１８は底面での直径を５０μｍとした。
【００３１】
ビアホール１７、１８の穴明け加工には炭酸ガスレーザーを使用したが、これは、もちろん、ＵＶ−ＹＡＧレーザや、各種エキシマレーザを用いることもできる。また、デスミア工程にはプラズマデスミアを適用したが、これも過マンガン酸塩などによる湿式デスミアも適用できる。
【００３２】
ついで、図１（ｄ）に、示されているように、給電用導電層形成工程として、化学銅めっきによってエポキシ系層間絶縁シート（絶縁層）１４、１５の各々の表面とビアホール１７、１８の内面にめっき給電用導電層１９、２０を設ける。その後、電解めっき工程として、めっき給電用導電層１９、２０を給電電極とし、添加剤として抑制剤と硫黄系化合物による促進剤とを含むビアフィル用めっき浴に基材全体を浸潰して電解銅めっきを行った。
【００３３】
この電解銅めっきは、ビア径が１００μｍのビアホール１７の直上が、その周辺とほぼ平滑になる時間分、給電することで終了した。
【００３４】
このときの基板表面のめっき銅２１、２２のめっき厚は１７μｍ程度で、ビアホール１７に充填されためっき銅２３の表面２３Ａとめっき銅２１、２２の表面２１Ａ、２２Ａとは面一（平滑）になった。
【００３５】
これに対し、ビア径が５０μｍのビアホール１８は、ビア径が１００μｍのビアホール１７に比べて容積が小さいため、過剰なビアフィルめっき形状となり、ビアホール１８に充填されためっき銅２４は、めっき銅２１、２２の表面２１Ａ、２２Ａより５μｍ程度突出した突起形状部２５を含む形状となった。
【００３６】
つぎに、平滑化エッチング工程として、図１（ｅ）に、矢印Ｅで示されているように、基板表面に、第二塩化鉄（ＦｅＣｌ３ ）を含有する水溶液を、面直に吹き付け、基板表面の平坦な部分（基板表面のめっき銅２１、２２の部分）を８μｍ程度エッチングした。
【００３７】
このエッチングにおいて、ビアホール１８に充填されためっき銅２４の突起形状部２５は、エッチング液と接触する面積が、平坦部（めっき銅２１、２２の表面２１Ａ、２２Ａ）に比べて大きいため、エッチングが優先的に進行し、突起形状部２５の突起を２μｍ以内まで低減することができた。図１（ｆ）は、この平滑化エッチング後の状態を示している。
【００３８】
ついで、図１（ｇ）に示されているように、基板表面のめっき銅（銅箔）２１、２２およびめっき給電用導電層１９、２０をエッチングし、サブトラクティブ法によって回路形成を施し、プリント配線板３０を得た。
【００３９】
上述したように、平滑化エッチング工程によって基板表面の凸部（突起形状部２５）を低減するから、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面との面一、平滑性が改善され、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホール１７、１８が混在した基板でも、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することが可能になる。
【００４０】
この発明によるビアホール形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の他の実施形態を、図２（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。
【００４１】
図２（ａ）に示されているように、出発材料として、絶縁層５１の両面に銅回路５２、５３が形成されたガラスエポキシ基板５０を用意した。
【００４２】
この基板も、銅張りポリイミド基板、銅張りポリエステル基板、銅張りポリエーテルイミド基板、銅張り液晶ポリマー基板、ガラスクロス、カラスマット、合成繊維などの基材と熱硬化性樹脂からなる銅張りフェノール基板、銅張り紙エポキシ基板、銅張り紙ポリエステル基板、銅張りガラスポリイミド基板などを使用できる。また、両面プリント基板ではなく、多層プリント配線板を使用してもよい。
【００４３】
つぎに、図２（ｂ）に示されているように、ガラスエポキシ基板５０の表裏両面に、エポキシ系層間絶縁シート５４、５５を貼り合わせ、基材５６を得た。
【００４４】
この層間絶縁層も、エポキシ系層間絶縁シートに限られず、ポリイミドや、ガラスエポキシ、エポキシ含浸アラミド不織布、オレフィン系絶縁シート等も使用できる。また、この絶縁層の形成は、貼り合わせ法だけではなく、エポキシやポリイミド等のワニスを塗布し、乾燥させて形成することもできる。
【００４５】
次に、図２（ｃ）に示されているように、穴明け工程として、基材５６のエポキシ系層間絶縁シート（絶縁層）５４、５５の各々に、炭酸ガスレーザによって、異なるビア径のビアホール５７、５８を穿設し、０２ プラズマ照射によってスミアを除去する。ビアホール５７は底面での直径を１００μｍ、ビアホール５８は底面での直径を５０μｍとした。
【００４６】
ビアホール５７、５８の穴明け加工には炭酸ガスレーザーを使用したが、これは、もちろん、ＵＶ−ＹＡＧレーザや、各種エキシマレーザを用いることもできる。また、デスミア工程にはプラズマデスミアを適用したが、これも過マンガン酸塩などによる湿式デスミアも適用できる。
【００４７】
ついで、図２（ｄ）に、示されているように、給電用導電層形成工程として、化学銅めっきによってエポキシ系層間絶縁シート（絶縁層）５４、５５の各々の表面とビアホール５７、５８の内面にめっき給電用導電層５９、６０を設ける。その後、電解めっき工程として、めっき給電用導電層５９、６０を給電電極とし、添加剤として抑制剤と硫黄系化合物による促進剤とを含むビアフィル用めっき浴に基材全体を浸潰して電解銅めっきを行った。
【００４８】
この電解銅めっきは、ビア径が５０μｍのビアホール５８の直上が、その周辺とほぼ平滑になる時間分、給電することで終了した。
【００４９】
このときの基板表面のめっき銅６１、６２のめっき厚は１２μｍ程度で、ビアホール５８に充填されためっき銅６４の表面６４Ａとめっき銅６１、６２の表面６１Ａ、６２Ａとは面一（平滑）になった。
【００５０】
これに対し、ビア径が１００μｍのビアホール５７は、ビア径が５０μｍのビアホール５８に比べて容積が大きいため、不足したビアフィルめっき形状となり、ビアホール５７に充填されためっき銅６３は、めっき銅６１、６２の表面６１Ａ、６２Ａより３μｍ程度突出した凹形状部６５を含む形状となった。
【００５１】
つぎに、平滑化エッチング工程として、図２（ｄ）に、矢印Ｅで示されているように、基板表面に、第二塩化鉄（ＦｅＣｌ３ ）を含有する水溶液を、面直に吹き付け、基板表面の平坦な部分（基板表面のめっき銅６１、６２の部分）を５μｍ程度エッチングした。
【００５２】
このエッチングのエッチング液として、実施形態１の場合に比して、比重が高く、粘性が高いものを使用したため、凹形状部６５でのエッチング液の拡散（物質移動）が起こり難く、凹形状部６５に比して平坦部（めっき銅６１、６２の表面６１Ａ、６２Ａ）のエッチングが優先的に進行し、凹形状部６５の凹みを２μｍ以内まで低減することができた。図２（ｆ）は、この平滑化エッチング後の状態を示している。
【００５３】
ついで、図２（ｇ）に示されているように、基板表面のめっき銅（銅箔）６１、６２およびめっき給電用導電層５９、６０をエッチングし、サブトラクティブ法によって回路形成を施し、プリント配線板７０を得た。
【００５４】
上述したように、平滑化エッチング工程によって基板表面の凹部（凹形状部６５）を低減するから、基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面との面一、平滑性が改善され、ビア形状にばらつきが大きい場合や、異なるビア径のビアホール５７、５８が混在した基板でも、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は、この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を模式的に示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の他の実施形態を模式的に示す工程図である。
【図３】一般的なビルドアップ多層配線板のビアホール形状を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は各々ビアフィルめっきを用いたビアホールの従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ガラスエポキシ基板
１１ 絶縁層
１２、１３ 銅回路
１４、１５ エポキシ系層間絶縁シート
１６ 基材
１７、１８ ビアホール
１９、２０ めっき給電用導電層
２１、２２、２３、２４ めっき銅
２５ 突起形状部
３０ 多層プリント基板
５０ ガラスエポキシ基板
５１ 絶縁層
５２、５３ 銅回路
５４、５５ エポキシ系層間絶縁シート
５６ 基材
５７、５８ ビアホール
５９、６０ めっき給電用導電層
６１、６２、６３、６４ めっき銅
６５ 凹形状部
７０ 多層プリント基板
【出願人】 【識別番号】０００００５１８６
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
【住所又は居所】東京都江東区木場１丁目５番１号
【出願日】 平成１６年４月２６日（２００４．４．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和

【識別番号】１００１００７１２
【弁理士】
【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

【識別番号】１００１００９２９
【弁理士】
【氏名又は名称】川又 澄雄

【識別番号】１００１０１２４７
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
【公開番号】 特開２００５−３１１２４５（Ｐ２００５−３１１２４５Ａ）
【公開日】 平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願番号】 特願２００４−１２９７０２（Ｐ２００４−１２９７０２）