JP2010067697A - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクやレジストフィルム、シルク印刷版などを使用せず、液層プロセスを有さない簡単な工程で基板上に回路パタンを形成し、基板の製作時間の短縮化と工程の削減、高精度化を図る。
【解決手段】絶縁樹脂３上に導電性の金属薄膜２を接着した基板１上に、剥離可能な接着層６を有するエッチングマスク樹脂フィルム５を接着し、エッチングマスク樹脂フィルム５上に紫外線レーザ光７を収束し、所望のプリント配線パタンに対応して金属薄膜２をエッチング除去する部位の周辺８に沿って紫外線レーザ光７の収束点を走査してエッチングマスク樹脂フィルム４を金属薄膜２に到達するまで切断除去し、エッチングする部分のエッチングマスク樹脂フィルム４を剥離除去してエッチングマスクを作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板の製造方法に関し、特に、プリント配線板における回路パタンを形成するためのエッチングマスクを形成する方法に関する。

従来から用いられているプリント配線板の製作方法は樹脂基板の全面に銅の様な銅電線薄膜を接着し、不必要な部位をエッチング除去して回路パタンが作成されている。回路パタン用のエッチングマスクの製作方法としては、例えば写真法が知られている。回路パタンを形成する場合は、次のように行われる。

まず、必要な回路パタンを設計し、そのパタンを精密なプリンタを用いて透明樹脂フィルム上に印刷して露光用マスクを作成する。またカッターを用いてマスクを切り出す方法もある。つぎに、 銅等の導電金属材料でできた金属薄膜を樹脂基板に均一に付着させ、必要に応じて電子部品等を取り付けるための貫通穴や基板両面に導電性を持たせる為の貫通穴を開ける。つぎに、その金属薄膜上に感光性樹脂フィルムを均一に付着させ、その上に露光用マスクを密着させて可視光または紫外線して露光焼付け、現像によりエッチング部位の感光性樹脂フィルムを除去してエッチングマスクを作成する。最後にエッチング液に浸漬して樹脂基板上の不必要な金属薄膜をエッチングすることにより樹脂基板上に所望の回路パタンを形成する（特許文献１参照）。

また低精度、低分解能の回路パタンでは、回路パタンに合せてシルクマスクを作成し、銅等の導電金属材料でできた金属薄膜を樹脂基板に均一に付着させ、必要に応じて電子部品等を取り付けるための貫通や基板両面の導電性を持たせる為の貫通穴を開ける。つぎに、その金属薄膜上にシルクマスクを用いてエッチングレジストインクを印刷してエッチングマスクを作成する。最後にエッチング液に侵漬して樹脂基板上の不必要な金属薄膜をエッチングすることにより樹脂基板上に所望の回路パタンを形成する（特許文献２参照）。

また露光用マスクを用いないで、感光性樹脂フィルムに直接レーザ光を用いて描画してエッチングマスクを作成する方法（特許文献３参照）、配線パターンデータを光造形用の配線データに変換し、表面に導電膜を有する基板を光硬化性樹脂液面内に沈め、光造形用の配線データに基づいてレーザ光を光硬化性樹脂液面に向けて照射して光硬化性樹脂液を硬化させることによって基板の表面にエッチングレジストを形成し、基板表面の導電膜をエッチングした後にエッチングレジストを剥離する方法（特許文献４）、絶縁性基坂上に薄膜層を堆積し、この薄膜層の少なくとも１層を紫外線レーザビームで露光して絶縁性基坂上に堆積されたフォトレジスト膜に直接描画露光する方法（特許文献５）などが提案されている。
特開平０５−１０２０５号公報 特開平１１−３０７９２３号公報 特開平９-５２４９７号公報 特開２０００−５９００５号公報 特開２０００−１１４５３３号公報

特許文献1および特許文献２に提案されているこれらの製造方法で特に高精度のプリント配線板を作成する場合、いずれの方法も感光性樹脂フィルムやフォトマスクフィルムなどが必要不可欠な物であるが、これらの方法には次のような欠点があった。
（イ）一旦フォトマスクを作成する必要があり、工程が長くなる。
（ロ）感光性樹脂フィルムは高価であり、特に微細パタンではエッチング部位が微小なのに、基板全面に用いる必要がある。
（ハ）露光プロセスは外部光を遮断し光学フィルター用いた専用照明の専用室が必要である。
（ニ）マスクと基板の熱膨張率が異なる為、管理やプロセスで温度、湿度の管理を厳密に行わないと、精度が悪くなる。また露光プロセスは埃を嫌うため、クリンルームが必須である。
（ホ）露光の特性上、アスペクト比１以上のパターニングは困難である。感光性樹脂フィルムを薄くしないと、微細パタンの形成が困難であり、この場合、エッチングマスクの耐久性が低下し、パタンの微細化に限界がある。

特許文献３によるフォトマスクを用いず、感光性樹脂フィルムに収束したレーザ光を照射する方法ではフォトマスクの製作不要であり、フォトマスクの管理が不必要になるが、高価な感光性樹脂フィルムの使用と、露光プロセスでの外乱光の管理や埃の除去の必要性、また現像プロセスの必要性など、感光性樹脂を使う上での問題点は解決していない。

特許文献４による方法は光硬化性樹脂液を使用する液層プロセスが必要であり、高価な光硬化性樹脂液を多量に使用し、マスクを作成する為に広い面積全体を走査して照射する必要があり、大きなパタンの構成には非常に不利である。

特許文献５による方法はフォトレジストの現像工程が必要でやはり液層プロセスが必要となり、また、特許文献４と同様にマスクを作成する為に広い面積全体を走査して照射する必要があるので大きなパタンの構成には非常に不利である。

本発明はこれらの従来技術の有する課題を解決するもので、感光性樹脂、フォトマスク、フォトレジストなどを使用せず、液層プロセスを有さない簡単な工程でエッチングマスクを形成することによりプリント配線板を簡単な方法で製造することができるプリント配線板の製造方法を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明においては、プリント配線坂の製造方法において、絶縁樹脂上に導電性の金属薄膜を接着した基板上にエッチングマスクを形成する過程で、感光性樹脂を使わずエッチング液に耐性の高い樹脂フィルムを用いる。フィルムの厚さは特に考慮せず、取り扱いの容易さ、耐性の高さで選択する。

本発明の構成は、絶縁樹脂上に導電性の金属薄膜を接着した基板上に、剥離可能な接着層を有するエッチングマスク樹脂フィルムを接着し、前記エッチングマスク樹脂フィルム上に紫外線レーザ光を収束し、所望のプリント配線パタンに対応して前記金属薄膜をエッチング除去する部位の周辺に沿って前記紫外線レーザ光の収束点を走査して前記エッチングマスク樹脂フィルムを前記金属薄膜に到達するまで切断除去し、エッチングする部分のエッチングマスク樹脂フィルムを剥離除去してエッチングマスクを作成する。
この構成によれば、感光性樹脂、フォトマスク、フォトレジストなどを使用せずに、エッチングマスク樹脂フィルムに直接描画によりエッチングマスクを形成するので、高価な感光性樹脂、露光マスクが不要になり、高精度なパタン形成が容易に可能となる。またアスペクト比1以上のマスク形成が可能であり、微細パタンの作成が可能となる。
また、感光性樹脂、フォトマスク、フォトレジストなどを使用せず、現像処理も不要な液層プロセスを有さない簡単な工程のドライプロセスでエッチングマスクを作成することができる。

また、絶縁樹脂上に導電性の金属薄膜を接着した基板上に、剥離可能な接着層を有するエッチングマスク樹脂フィルムを接着し、前記エッチングマスク樹脂フィルム上に紫外線レーザ光を収束し、所望のプリント配線パタンに対応して前記金属薄膜をエッチング除去する部位全体を前記紫外線レーザ光の収束点を収束スポット幅で走査して前記エッチングマスク樹脂フィルムを前記金属薄膜に到達するまで切断除去し、エッチングする部分のエッチングマスク樹脂フィルムを剥離除去してエッチングマスクを作成する。この場合、紫外線レーザ光の収束点をエッチング除去する部位全体において複数回走査することにより収束スポット幅で走査することができる。

エッチングマスク樹脂はポリエステル、ポリイミド、ポリプロピレン、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニール、ベンゼン核またはナフタレン核を含む有機材料のいずれかから選択される。また、接着層はアクリル系、シリコン系、または合成ゴム系の粘着材料のいずれかから選択される。これらのエッチングマスク樹脂はエッチング液に耐性が高く、しかも、エッチングマスク樹脂フィルムの厚さは特に考慮する必要がない。したがって、エッチングマスク樹脂フィルムは、取り扱いの容易さ、耐性の高さで選択することができる。

紫外線レーザはＱスイッチＮｄ−ＹＡＧまたはＮｄ−ＹＶＯ_４赤外線レーザの４次高調波である２６６ｎｍのパルスレーザであり、前記パルスレーザのパルスエネルギをエッチングマスク樹脂は加工可能で、かつ金属薄膜は加工不可能なレベルに設定される。

本発明によれば、感光性樹脂、フォトマスク、フォトレジストなどを使用せずに、エッチングマスク樹脂フィルムに直接描画によりエッチングマスクを形成することによりプリント配線回路を形成する為、高価な感光性樹脂、露光マスクが不要になる上に、高精度なパタン形成が容易に可能となる。
またアスペクト比1以上のマスク形成が可能であり、微細パタンの作成が可能となる。また、エッチングマスク樹脂はエッチング液に耐性が高く、しかも、エッチングマスク樹脂フィルムの厚さは特に考慮する必要がない。したがって、エッチングマスク樹脂フィルムは、取り扱いの容易さ、耐性の高さで選択することができる。
さらに、感光性樹脂、フォトマスク、フォトレジストなどを使用せず、現像処理も不要な液層プロセスを有さない簡単な工程のドライプロセスでエッチングマスクを作成することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明によるプリント配線板の製造方法に使用されるレーザ走査光学系の実施例である。レーザ１１は紫外線レーザ光源で、たとえば、Ｎｄ−ＹＶＯ_４赤外線レーザの４次高調波である２６６ｎｍを使用するレーザで構成され、その出力ビーム１２は折り返しミラー光学系１３で導光され、Ｙ軸ガルバノスキャナ光学系１４およびＸ軸ガルバノスキャナ光学系１５で走査されて、ｆθレンズ１６によって基板１７に照射される。Ｙ軸ガルバノスキャナ光学系１４およびＸ軸ガルバノスキャナ光学系１５の走査範囲は広くないので、ステージ（図示を省略）で基板１７を移動して走査範囲をつなげる。

図３は本発明において、絶縁樹脂上の金属薄膜を所望のプリント配線パタンに対応してエッチング除去するために、所望の回路パタンをレーザ描画用に形成するための手順を示すブロック図である。先ず、所望の回路パタンはＣＡＤを用いて設計し、ＣＡＤデータをＤＸＦ形式のファイル２１としてＣＡＤ図面を作成する。このＤＸＦ形式のファイルデータから描画ベクトル符号２２のみ抽出し、さらに描画に合せて補間計算を行なって補間データ２３を作成する。このデータをＤ／Ａコンバータ２４を経由して、図２に示すＹ軸ガルバノスキャナ光学系１４およびＸ軸ガルバノスキャナ光学系１５のＸ、Ｙ両ガルバノスキャナ軸の制御信号および描画用レーザ１１のＯＮ／ＯＦＦ制御信号２５を作成する。図２における基板１７はステージで移動させながら、Ｘ、Ｙ両ガルバノスキャナ軸の制御信号および描画用レーザのＯＮ／ＯＦＦ制御信号２５にレーザ描画させることにより所望の回路パタンが描画される。

図１は、図２のレーザ走査光学系および図３の所望の回路パタンをレーザ描画用に形成するための手順を利用してレーザ直接描画によりエッチングマスクを形成する工程の一例を示す断面側面図である。

図１（ａ）において、基板１は銅箔２をポリイミドベースフィルム３に貼り付けたものである。基板１上に図１（ｂ）に示すように、エッチングマスク樹脂フィルム４としては、樹脂層としてのポリエステル樹脂５に接着層６としてシリコン接着剤を用いた既存のメッキ用マスクフィルム、たとえば、住友スリーエム社製８５１Ａを接着する。エッチングマスク樹脂としては、ポリエステル以外に、ポリイミド、ポリプロピレン、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニール、ベンゼン核またはナフタレン核を含む有機材料のいずれかを使用することができる。特にベンゼン核を含むエンジニアリングプラスチック類の大半が使用可能である。

つぎに、図１（ｃ）のように、エッチングマスク樹脂フィルム４を接着した基板１のエッチングマスク樹脂フィルム４側にレーザ１１から２６６ｎｍ紫外レーザ光７をエッチングマスク樹脂フィルム４に収束スポット径１０μｍで照射し、ＣＡＤパタンに合せてＹ軸ガルバノスキャナ光学系１４およびＸ軸ガルバノスキャナ光学系１５へ加える制御信号を制御しながら所望のプリント配線パタンに対応した位置における銅箔２をエッチング除去すべき部位の周辺に沿って走査することにより、２６６ｎｍ紫外レーザ光７の照射部位８である銅箔２をエッチング除去すべき部位の周辺におけるエッチングマスク樹脂フィルム４が蒸散される。エッチング部位は必ず閉じた図形となるので、２６６ｎｍ紫外レーザ光７の走査はこのエッチング部位の周辺をなぞるように、Ｙ軸ガルバノスキャナ光学系１４およびＸ軸ガルバノスキャナ光学系１５のＸＹ軸の２次元のガルバノスキャナおよびｆθレンズ１６の組み合わせによる収束光学系によって走査する。この場合、エッチングマスク樹脂フィルム４の厚さや２６６ｎｍ紫外レーザ光７の出力に応じて走査を複数回繰り返しても良い。

なお、レーザ照射時には、そのパルスエネルギを制御して、エッチングマスク樹脂フィルム４の樹脂フィルムは加工されるが、基板１上の導電性金属薄膜２は加工されないレベルに設定する必要がある。本実施例おいては、基板１の銅箔２とポリイミドベースフィルム３に損傷が生じない様に、２６６ｎｍ紫外レーザ光７のパルスエネルギを１５μJ以下に設定した。

全ての走査が終了すると、図１（ｄ）のように、基板１上のエッチング部位の周辺９が全て切り離される。その後、エッチング部位の切り離されたエッチングマスク樹脂フィルム４を剥離除去することにより、エッチングマスク１０が作成された。こうしてエッチングマスク１０が形成された基板１を周知のエッチング方法でエッチングすることにより基板上にプリント配線などが形成されたプリント配線板が製造される。

ＸＹ軸の２次元のガルバノスキャナへの信号ゲインを微妙に変える事で、加工パタンサイズの微調整が可能である。特に先行して穴あけが行われている場合、ガイドパタンを認識して信号ゲインを定めれば、高精度なパタン適合が可能となる。

微細パタンの場合は、エッチングマスク樹脂フィルム４のエッチング部位の周辺９ではなく、エッチング部位全体を紫外線レーザ光の収束スポット幅で走査して、フィルムを蒸散、除去してエッチングマスクを形成することもできる。また、複数回走査することにより所望の収束スポット幅の走査をすることもできる。フォトマスクは一切不要である。

パタン作成に用いる紫外線レーザは、エッチングマスク樹脂フィルム４として使用されるエンジニアリングプラスチックを蒸散除去することが必要で、波長３００ｎｍ以下が必須である。波長３００ｎｍ以上のレーザ光はエンジニアリングプラスチック一般に対して吸収率が低い。したがって、レーザ光を照射すると、材料の温度が上昇する熱加工となる。この結果、エッチングマスク樹脂フィルム４が熱影響により溶融し、細かいパタンの形成は困難である。
一方、波長３００ｎｍ以下の波長では、エッチングマスク樹脂を構成する分子結合に直接吸収が生じ、光分解反応が生じる。したがって、熱の発生が極めて小さい為、溶融が小さく、微細パタンの形成が可能である。ＱスイッチＮｄ−ＹＡＧ、Ｎｄ−ＹＶ_Ｏ４レーザの第４高調波である２６６ｎｍのレーザ光を用いることでこれが達成される。

同様な波長を有する波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光は本発明には使用できない。エキシマレーザは収束性が悪い為、パタン露光にはマスクを用いる事が必須であり、マスクを用いないという本発明の目的には合致しない。またパタンの周辺部のみ加工するようなパタンを作成する事は極めて難しい。
また、一般のレーザ加工に最もよく使われる炭酸ガスレーザは樹脂加工が可能であるが、温度上昇による熱加工であり、樹脂は燃焼して除去される。この場合は、熱影響が大きく、また収束スポットが１００μｍ程度と大きいため微細パタンの作成に用いることはできない。

本発明によるプリント配線板の製造方法における、所望の回路パタンを形成するためのエッチングマスクを形成する方法をレーザ直接描画するための工程の一例を示す断面側面図 本発明によるプリント配線板の製造方法に使用されるレーザ走査光学系の実施例を示す概念図 本発明によるプリント配線板の製造方法における、所望の回路パタンをレーザ描画用に形成するための手順を示すブロック図

符号の説明

１ 基板
２ 銅箔
３ ポリイミドベースフィルム
４ エッチングマスク樹脂フィルム
５ ポリエステル樹脂
６ 接着層
７ ２６６ｎｍ紫外レーザ光
８ 照射部位
９ エッチング部位の周辺
１０ エッチングマスク
１１ レーザ
１２ 出力ビーム
１３ 折り返しミラー光学系
１４ Ｙ軸ガルバノスキャナ光学系
１５ Ｘ軸ガルバノスキャナ光学系
１６ ｆθレンズ
１７ 基板
２１ ＤＸＦ形式のファイル
２２ 描画ベクトル符号
２３ 補間データ
２４ Ｄ／Ａコンバータ
２５ 描画用レーザのＯＮ／ＯＦＦ制御信号

Claims (6)

1. 絶縁樹脂上に導電性の金属薄膜を接着した基板上に、剥離可能な接着層を有するエッチングマスク樹脂フィルムを接着し、前記エッチングマスク樹脂フィルム上に紫外線レーザ光を収束し、所望のプリント配線パタンに対応して前記金属薄膜をエッチング除去する部位の周辺に沿って前記紫外線レーザ光の収束点を走査して前記エッチングマスク樹脂フィルムを前記金属薄膜に到達するまで切断除去し、エッチングする部分のエッチングマスク樹脂フィルムを剥離除去してエッチングマスクを作成することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. 絶縁樹脂上に導電性の金属薄膜を接着した基板上に、剥離可能な接着層を有するエッチングマスク樹脂フィルムを接着し、前記エッチングマスク樹脂フィルム上に紫外線レーザ光を収束し、所望のプリント配線パタンに対応して前記金属薄膜をエッチング除去する部位全体を前記紫外線レーザ光の収束点を収束スポット幅で走査して前記エッチングマスク樹脂フィルムを前記金属薄膜に到達するまで切断除去し、エッチングする部分のエッチングマスク樹脂フィルムを剥離除去してエッチングマスクを作成することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
3. 紫外線レーザ光の収束点をエッチング除去する部位全体において複数回走査することにより収束スポット幅で走査することを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板の製造方法。
4. エッチングマスク樹脂がポリエステル、ポリイミド、ポリプロピレン、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニール、ベンゼン核またはナフタレン核を含む有機材料のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法。
5. 接着層がアクリル系、シリコン系または合成ゴム系の粘着材料のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法。
6. 紫外線レーザがＱスイッチＮｄ−ＹＡＧまたはＮｄ−ＹＶＯ_４赤外線レーザの４次高調波である２６６ｎｍのパルスレーザであり、前記パルスレーザのパルスエネルギをエッチングマスク樹脂は加工可能で、かつ、金属薄膜は加工不可能なレベルに設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法。