JP2008016493A - 配線基板、プリント配線板及びプリント配線板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高真空度のガス雰囲気中で前処理を行うことで、絶縁基材の表面を粗化することなくシード層と絶縁基材との高い密着強度を有する配線基板を提供する。
【解決手段】絶縁性を有する絶縁基材１０と、導電性を有し、絶縁基材１０上に設けられたシード層２０とを備え、絶縁基材１０とシード層２０とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層と接する絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板に関し、特にシード層と絶縁基材との密着強度が高い配線基板、プリント配線板及びプリント配線板製造方法に関する。

従来、プリント配線板の製造方法としては、「サブトラクティブ法」と「セミアディティブ法」が知られている。「サブトラクティブ法」とは、絶縁基材の表面の全面に銅箔を貼り付けた銅張積層板を配線基板として用いて、不要な部分の銅箔を除去し、回路パターンを形成する方法である。「セミアディティブ法」とは、絶縁基材の表面にスパッタリング法及び無電解メッキ法等により数十〜数百ｎｍの金属層（シード層）を形成した配線基板を用いて、その配線基板のシード層の上に導体金属を金属メッキ等で回路パターンを形成した後、非回路パターン部分に残ったシード層をエッチングにより除去する製造方法である。セミアディティブ法は、サブトラクティブ法よりも微細な回路パターン、例えば、３０μｍピッチ以下のファインピッチ回路を形成することができ、また、無駄の少ない製造方法である。

セミアディティブ法において、絶縁基材上へ金属をスパッタ及びメッキしただけでは、シード層と絶縁基材との密着性が悪い。そこで、スパッタ及びメッキの前処理としてコロナ処理、プラズマ処理、アルカリ処理、及びイオンガン処理等を行って、絶縁基材表面の化学的な改質をすることや、粗化によるアンカー効果により、シード層と絶縁基材との密着性を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。

プリント配線板は、回路パターンを形成した後に、ＩＣチップ等の電子部品の実装やカバーレイフィルムの接着を行う。電子部品の実装、カバーレイフィルムの接着、又は実際に使用する環境によって熱や圧力が配線基板にかかる場合がある。このときに、配線基板のシード層と絶縁基材との密着強度が十分でない場合には、回路パターンが剥がれてしまうことがある。

また、絶縁機材の表面は前処理により粗くなるため、微細な回路パターンになった場合に、非回路パターン部分がエッチングされにくいことがある。非回路パターン部分がエッチングされにくいことで、エッチング残渣等があると、回路間の絶縁抵抗が十分でなかったり、マイグレーション現象により絶縁不良を引き起こしたりすることがある。
特開２００３−３３４８９０号公報

本発明は、高真空度のガス雰囲気中で前処理を行うことで、絶縁基材の表面を粗化することなくシード層と絶縁基材との高い密着強度を有する配線基板、プリント配線板及びプリント配線板製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、絶縁性を有する絶縁基材と、導電性を有し、絶縁基材上に設けられたシード層とを備え、絶縁基材とシード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層と接する絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下である配線基板であることを要旨とする。

本願発明の他の態様によれば、絶縁性を有する絶縁基材と、導電性を有し、絶縁基材上に設けられたシード層と、シード層上に配置された回路パターンとを備え、絶縁基材とシード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層と接する絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下であるプリント配線板であることを要旨とする。

更に、本願発明の他の態様によれば、絶縁性を有する絶縁基材の表面処理をする工程と、表面処理された絶縁基材上に、導電性を有するシード層を設ける工程と、シード層上にレジスト層を形成する工程と、レジスト層に回路形成用パターンをパターンニングしてパターン用レジスト層を形成する工程と、パターン用レジスト層を用いて、シード層上に回路パターンを形成する工程と、パターン用レジスト層及び回路パターンが形成された部分以外のシード層を除去する工程とを含み、絶縁基材とシード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層と接する絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下であるプリント配線板製造方法であることを要旨とする。

本発明は、高真空度のガス雰囲気中で前処理を行うことで、絶縁基材の表面を粗化することなくシード層と絶縁基材との高い密着強度を有する配線基板、プリント配線板及びプリント配線板製造方法を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る配線基板は、図１に示すように、絶縁性を有する絶縁基材１０と、導電性を有し、絶縁基材１０上に設けられたシード層２０とを備える。絶縁基材とシード層とのピール強度は、５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層と接する絶縁基材の算術平均粗さ（Ｒａ）は、３．１ｎｍ以下である。

本発明の実施の形態に係る配線基板によれば、熱や圧力が配線基板にかかっても、シード層２０と絶縁基材１０とのピール強度が強いのでシード層２０が剥離することはない。また、本発明の実施の形態に係る配線基板は、前処理によって絶縁基材１０の表面があまり荒らされることがないため、回路間の絶縁抵抗が十分に取れ、且つマイグレーション現象により絶縁不良を引き起こしたりすることがない。

以下に、実施の形態に係る配線基板を用いたプリント配線板製造方法を図２のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）まず、ステップＳ１０１において、図３（ａ）に示すように、絶縁材料からなる絶縁基材１０を用意する。絶縁基材１０としては、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の可撓性を有する絶縁フィルムを用いることができる。そして、絶縁基材１０は、スパッタチャンバ等の処理装置に配置されてプラズマ処理やイオンガン処理等の真空プロセスを用いて表面処理をする。表面処理は、絶縁基材１０の表面をほとんど粗化することがないように、算術平均粗さ（Ｒａ）が３．１ｎｍ以下であるようにする。真空プロセスの雰囲気としては、例えば、真空度１０^-1Ｐａ以上、１０^-3Ｐａ以下で、装置容積が４５０Ｌの処理装置中に流量３ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍ以下の微量なアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ₂）混合ガスを導入するガス雰囲気中で行う。

（ロ）次に、ステップＳ１０２において、図３（ｂ）に示すように、絶縁基材１０の表面上に導電性のシード層２０を形成する。シード層２０は、絶縁基材１０の表面に電気伝導性を付与するための層であり、無電解銅メッキ、蒸着、あるいは、スパッタ成膜等によって形成される。このときの、絶縁基材１０とシード層２０とのピール強度は、５．０Ｎ／ｃｍ以上とする。

（ハ）次に、ステップＳ１０３において、図３（ｃ）に示すように、シード層２０上にレジスト材を設けてレジスト層３０を形成する。レジスト材としては、ドライフィルムレジスト、有機化合物系レジスト、及び金属系レジスト等を採用することができる。レジスト材は、ネガ型及びポジ型のどちらを用いても構わない。

（ニ）次に、ステップＳ１０４において、図３（ｄ）に示すように、レジスト層３０に露光及び現像を行い、所望の回路形成用パターン（回路設計）がパターンニングされたパターン用レジスト層３２を形成する。例えば、回路パターンのパターン幅は５〜５００μｍ、パターン間隔は５〜５００μｍとする。

（ホ）次に、ステップＳ１０５において、図３（ｅ）に示すように、メッキ浴等によってシード層２０から成長させたメッキで回路パターン４０を形成する。

（ヘ）次に、ステップＳ１０６において、図３（ｆ）に示すように、パターン用レジスト層３２を除去する。そして、図３（ｇ）に示すように、回路パターン４０が形成された部分以外のシード層２０を除去する。

本発明の実施の形態に係るプリント配線板製造方法によれば、熱や圧力が配線基板にかかっても、シード層２０と絶縁基材１０とのピール強度を強くすることが可能なのでシード層２０が剥離することはない。また、本発明の実施の形態に係るプリント配線板製造方法は、前処理によって絶縁基材１０の表面をあまり荒らさないため、回路間の絶縁抵抗が十分に取れ、且つマイグレーション現象により絶縁不良を引き起こしたりすることがないプリント配線板を製造することができる。

本発明の実施の形態に係るプリント配線板製造方法によって製造されたプリント配線板は、図３（ｇ）に示したように、絶縁性を有する絶縁基材１０と、導電性を有し、絶縁基材１０上に設けられたシード層２０と、シード層２０上に配置された回路パターン４０とを備え、絶縁基材１０とシード層２０とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、シード層２０と接する絶縁基材１０の算術平均粗さ（Ｒａ）が３．１ｎｍ以下である。

本発明の実施の形態に係るプリント配線板によれば、熱や圧力が配線基板にかかっても、シード層２０と絶縁基材１０とのピール強度が強いのでシード層２０が剥離することはないので、回路パターン４０が剥がれてしまうこともない。また、本発明の実施の形態に係るプリント配線板は、前処理によって絶縁基材１０の表面があまり荒らされることがないため、回路間の絶縁抵抗が十分に取れ、且つマイグレーション現象により絶縁不良を引き起こしたりすることがない。

（実施の形態に係る実施例）
以下、本発明の実施の形態に係るプリント配線板についての実施例及び比較例を挙げる。

（実施例１）
実施例１においては、実施の形態において図３（ｇ）で示した、絶縁基材１０として、ポリイミドフィルムである「カプトンＥＮ」（商品名：東レデュポン社製）を使用する。絶縁基材１０をスパッタチャンバにセットし、スパッタリングの前処理として、イオンソースを用いて、ポリイミドフィルム表面のイオンガン処理を行う。イオンガン処理は、真空度８．０×１０^-3Ｐａの処理装置中に流量１０ｓｃｃｍ以下の微量なＡｒ、Ｏ₂混合ガスを導入するガス雰囲気中で行う。

そして、プラズマガスとしてＡｒを用い、真空度７×１０^-1Ｐａの真空下で、スパッタリングにより、絶縁基材１０の表面に導電性のシード層２０を形成する。

次に、絶縁基材１０上に形成された導電性のシード層２０上に、レジスト材としてドライフィルム型のフォトレジストをラミネートし、レジスト層３０とする。このレジスト層３０に対して、回路パターンを露光し、現像することによって、回路形成用パターンを形成する部分のレジスト層３０を除去し、回路形成用パターンの非形成部のみがパターン用レジスト層３２によって被覆された状態とする。

その後、電解銅メッキによって、シード層２０上のレジスト層３０が除去された部分に銅を析出させ、回路パターン４０を形成する。

回路パターン４０形成した後に、引っ張り試験器である「ＴＧ−２００Ｎ」（商品名：ＮＭＢ社製）を用いて、絶縁基材１０とシード層２０の引っ張り強度測定を行う。引っ張り試験に用いるサンプルは、シード層２０を成膜して熱を加えてないものと、シード層２０を成膜した後に１８０℃の大気中で２時間加熱したものとの２種類を用いる。引っ張り強度としてピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上の場合は合格とし、それ以下は不合格とする。

更に、絶縁基材１０の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定するために、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である「Ｎａｎｏ−Ｒ」（商品名：パシフィック ナノテクノロジー社製）を用いる。絶縁基材１０の算術平均粗さ（Ｒａ）が３．１ｎｍ以下の場合は合格とし、それ以下は不合格とする。

また、光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて表面改質処理前と表面改質処理後の表面を分析することで、原子内における電子の結合エネルギーを測定して結合状態の比較を行う。表面改質処理前と表面改質処理後の結合状態の比較としては、図４に示すような表面改質処理前の結合エネルギーのピークであるピークＡと、図５に示すような表面改質処理後に生じる結合エネルギーの新たなピークであるピークＢとを用いて、イミド環開裂割合を算出する。イミド環開裂割合は、ピークＢ／（ピークＡ＋ピークＢ）を計算して算出する。

（比較例１）
イオンガン処理を行わないこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。

〔実施例１と比較例１との対比〕
実施例１と比較例１との引っ張り強度、絶縁基材１０の表面の粗さ、及びイミド環開裂割合の測定結果を表１に示す。

絶縁基材１０とシード層２０の引っ張り強度は、表１に示すように、実施例１に係る加熱前のサンプルが１０．２Ｎ／ｃｍ、実施例１に係る加熱後のサンプルが８．０Ｎ／ｃｍとなる。一方、比較例１に係る加熱前のサンプルが３．２Ｎ／ｃｍ、比較例１に係る加熱後のサンプルが１．１Ｎ／ｃｍとなる。この結果から、イオンガン処理をした実施例１に係るサンプルの引っ張り強度は高い数値となっていて合格であるが、イオンガン処理をしていない比較例１に係るサンプルの引っ張り強度は低い数値なので不合格である。

絶縁基材１０の表面の粗さの測定結果は、実施例１に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ、比較例１に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍとなり、双方を比較しても極端な差は表れなかったが、双方とも合格である。

また、イミド環開裂割合は、イオンガン処理なしでは０％であるのに対し、イオンガン処理ありでは５１％となり、イオンガン処理を行うことで顕著な差が出ることがわかった。

（実施例２）
イオンガン処理を真空度３．０×１０^-2Ｐａの処理装置中で行い、処理装置中に導入させる導入ガス流量を３０ｓｃｃｍとしたこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。

（比較例２）
イオンガン処理を真空度５．２×１０^-2Ｐａの処理装置中で行い、処理装置中に導入させる導入ガス流量を５０ｓｃｃｍとしたこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。

〔実施例２と比較例２との対比〕
実施例２と比較例２との引っ張り強度、絶縁基材１０の表面の粗さ、及びイミド環開裂割合の測定結果を表２に示す。

絶縁基材１０とシード層２０の引っ張り強度は、表２に示すように、実施例２に係る加熱前のサンプルが８．８Ｎ／ｃｍ、実施例２に係る加熱後のサンプルが５．０Ｎ／ｃｍとなる。一方、比較例２に係る加熱前のサンプルが７．２Ｎ／ｃｍ、比較例２に係る加熱後のサンプルが４．１Ｎ／ｃｍとなる。この結果から、実施例２に係るサンプルは加熱前でも加熱後でも合格である。比較例２に係るサンプルは加熱前は合格であるが、加熱後は不合格である。

絶縁基材１０の表面の粗さの測定結果は、実施例２に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が３．１ｎｍ、比較例２に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が５．６ｎｍとなる。実施例２に係るサンプルは合格であるが、比較例２に係るサンプルは不合格である。

また、イミド環開裂割合は、イオンガン処理時の導入ガス流量が３０ｓｃｃｍとした場合には４０％となり、イオンガン処理時の導入ガス流量を５０ｓｃｃｍまで増やした場合には２９％となった。イオンガン処理時の導入ガス流量が多くなると、イミド環開裂割合が減少することが確認された。

（実施例３）
イオンガン処理の代わりに、真空度２．６×１０^-1Ｐａの処理装置中で高周波（ＲＦ）プラズマ処理を行うこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。ＲＦプラズマ処理のガス流量は、１５ｓｃｃｍで行う。

（比較例３）
イオンガン処理の代わりに、真空度７．８×１０^-1Ｐａの処理装置中でＲＦプラズマ処理を行うこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。ＲＦプラズマ処理のガス流量は、６０ｓｃｃｍで行う。

（比較例４）
イオンガン処理の代わりに、真空度１．３Ｐａの処理装置中でＲＦプラズマ処理を行うこと以外は、実施例１に記載した工程と実質的に同様である。ＲＦプラズマ処理のガス流量は、１２０ｓｃｃｍで行う。

〔実施例３、比較例３及び比較例４との対比〕
実施例３、比較例３及び比較例４の引っ張り強度、絶縁基材１０の表面の粗さ、及びイミド環開裂割合の測定結果を表３に示す。

絶縁基材１０とシード層２０の引っ張り強度は、表３に示すように、実施例３に係る加熱前のサンプルが１１．２Ｎ／ｃｍ、実施例２に係る加熱後のサンプルが６．７Ｎ／ｃｍとなる。比較例３に係る加熱前のサンプルが６．５Ｎ／ｃｍ、比較例３に係る加熱後のサンプルが４．５Ｎ／ｃｍとなる。比較例４に係る加熱前のサンプルが１．２Ｎ／ｃｍ、比較例４に係る加熱後のサンプルが１．５Ｎ／ｃｍとなる。この結果から、実施例３に係るサンプルは加熱前でも加熱後でも合格である。比較例３に係るサンプルは加熱前は合格であるが、加熱後は不合格である。比較例４に係るサンプルは加熱前でも加熱後でも不合格である。

絶縁基材１０の表面の粗さの測定結果は、実施例３に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が２．８ｎｍ、比較例３に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が５．２ｎｍ、比較例４に係るサンプルの算術平均粗さ（Ｒａ）が５．３ｎｍとなる。比較例３及び比較例４に係るサンプルは不合格である。

また、イミド環開裂割合は、イオンガン処理時の導入ガス流量が１５ｓｃｃｍとした場合には４５％となり、イオンガン処理時の導入ガス流量を６０ｓｃｃｍ以上に増やした場合には２６％以下に減少することが確認された。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

実施の形態において、図１では絶縁基材１０の片面のみにシード層２０を形成するように記載したが、絶縁基材１０の両面にシード層２０を形成しても構わない。

また、図３（ｇ）に示したプリント配線板は単層で示したが、多層プリント配線板であっても構わない。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係る配線基板の断面図である。 本発明の実施の形態に係るプリント配線板製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るプリント配線板製造方法を示す断面工程図である。 本発明の実施の形態に係る実施例の表面改質処理前と表面改質処理後の結合状態を比較に用いるグラフ（その１）である。 本発明の実施の形態に係る実施例の表面改質処理前と表面改質処理後の結合状態を比較に用いるグラフ（その２）である。

符号の説明

１０…絶縁基材
２０…シード層
３０…レジスト層
３２…パターン用レジスト層
４０…回路パターン

Claims (5)

1. 絶縁性を有する絶縁基材と、
   導電性を有し、前記絶縁基材上に設けられたシード層
   とを備え、前記絶縁基材と前記シード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、前記シード層と接する前記絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下であることを特徴とする配線基板。
2. 前記絶縁基材は、真空プロセスを用いて表面処理されたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 絶縁性を有する絶縁基材と、
   導電性を有し、前記絶縁基材上に設けられたシード層と、
   前記シード層上に配置された回路パターン
   とを備え、前記絶縁基材と前記シード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、前記シード層と接する前記絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下であることを特徴とするプリント配線板。
4. 絶縁性を有する絶縁基材の表面処理をする工程と、
   表面処理された前記絶縁基材上に、導電性を有するシード層を設ける工程と、
   前記シード層上にレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層に回路形成用パターンをパターンニングしてパターン用レジスト層を形成する工程と、
   前記パターン用レジスト層を用いて、前記シード層上に回路パターンを形成する工程と、
   前記パターン用レジスト層及び前記回路パターンが形成された部分以外の前記シード層を除去する工程
   とを含み、前記絶縁基材と前記シード層とのピール強度が５．０Ｎ／ｃｍ以上であり、前記シード層と接する前記絶縁基材の算術平均粗さが３．１ｎｍ以下であることを特徴とするプリント配線板製造方法。
5. 前記表面処理する工程は、真空度３．０×１０^-2Ｐａ以下での真空プロセスを用いて行うことを特徴とする請求項４に記載のプリント配線板製造方法。

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