JP3582111B2 - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，絶縁基板を貫通するスルーホールを設けたプリント配線板の製造方法であって，特にスルーホール内を充填材により充填する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば，ボールグリッドタイプのプリント配線板には，表側面及び裏側面に設けた各パターン回路の電気的導通を図るため，又は熱放散のために，スルーホールが設けられている。
図１６に示すごとく，このスルーホール９０は，プリント配線板を構成する絶縁基板９を貫通して設けられている。スルーホール９０の内壁には，金属めっき膜９３が施されている。
【０００３】
そして，上記スルーホール９０の中には，エポキシ樹脂を用いた充填材９１が充填してある。充填材９１は，プリント配線板をマザーボードに半田付けする際，スルーホール９０を通じてフラックス，半田洗浄液等が滲み出すことを防止し，絶縁基板９の表側面に設けたパターン回路９６１，又は半導体チップ５或いはこれを搭載するダイパッド９６３の汚染を防止する役目を果たしている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記プリント配線板においては，これをマザーボード上に半田付けを行う場合の温度により，スルーホール９０の中の金属めっき膜９３と充填材９１との間に剥離部分９９１を生ずることがある（図１６）。プリント配線板の使用の際，この剥離部分９９１から湿気が浸入し，絶縁基板９と接着剤９９０との間に水分９９５として溜まる場合がある。この水分９９５は，絶縁基板９の表側面に設けたパターン回路９６１，半導体チップ５，又はダイパッド９６３を腐食させるおそれがある。
【０００５】
また，プリント配線板をマザーボードに上記のように半田付けする際，その熱によって，上記水分９９５が急激に加熱されて，図１７に示すごとく，絶縁基板９と半導体チップ５との間に剥離部分９９２を生じる場合がある。また，パターン回路９６１，半導体チップ５，及びダイパッド９６３が損傷を受けるおそれがある。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，スルーホール内の金属めっき膜とスルーホールの内部に充填された充填材との間に剥離が生じることがなく，湿気の浸入を防止することができる，プリント配線板の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明は，表裏両面に銅箔を被覆した絶縁基板に，該絶縁基板を貫通するスルーホールを穿設し，
次いで，上記絶縁基板の表面及び上記スルーホールの内壁に金属めっき膜を施し，
次いで，化学的表面処理により，上記金属めっき膜の表面に粗化表面層を形成し，
次いで，上記スルーホールの内部及びその開口周辺部に，充填材を上記絶縁基板の表面から突出させて供給し，硬化させ，
次いで，上記絶縁基板の表面に突出した充填材及び上記粗化表面層を研磨除去し，
その後，上記絶縁基板の表面にエッチングレジスト法によりパターン回路を形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法にある。
【０００８】
本発明において最も注目すべきことは，絶縁基板の表面及びスルーホールの内壁に設けた金属めっき膜の表面に，化学的表面処理により，粗化表面層を形成すること，及び上記スルーホール内に充填材を供給し，硬化させた後，絶縁基板の表面に突出した上記充填材及び上記粗化表面層を研磨除去することである。
【０００９】
上記金属めっき膜の表面には，化学的表面処理を施して粗化表面層を形成する。化学的表面処理としては，例えば，黒化処理だけを行う方法，黒化処理及び黒化還元処理を順次行う方法，黒化処理，黒化還元処理及び酸処理を順次行う方法等がある。
【００１０】
上記黒化処理だけを行う方法としては，例えば，亜塩素酸ナトリウム，リン酸３ナトリウム，水酸化ナトリウム等を水に溶解した黒化処理液に，上記絶縁基板を浸漬することにより行う。これにより，金属めっき膜の表面に，その針状結晶が生成する。この結晶が，スルーホール内及び絶縁基板の表面に粗化表面層を構成する。
【００１１】
上記黒化処理及び黒化還元処理を順次行う方法としては，例えば，上記黒化処理液に上記絶縁基板を浸漬し，次いで，水素化ホウ素ナトリウム，水酸化ナトリウム等を水に溶解した第一還元処理液に，上記絶縁基板を浸漬する。更に，これを水酸化ナトリウム，ホルムアルデヒド，メタノール等を水に溶解した第二還元処理液に浸漬する。これにより，金属めっき膜の表面にその針状結晶が生成し，この結晶が還元される。
【００１２】
上記黒化処理，黒化還元処理及び酸処理を順次行う方法としては，例えば，上記黒化処理液及び上記還元処理液に，順に上記絶縁基板を浸漬し，次いでこれを酸処理用の硫酸等の酸処理液に浸漬する。これにより，金属めっき膜の表面にその針状結晶が生成し，この結晶が一端還元された後，酸化される。
【００１３】
次に，粗化表面層を形成している上記スルーホールの内部及びその開口周辺部には，充填材を充填し，硬化させる。次に，絶縁基板の表面から突出した充填材を，絶縁基板表面の金属めっき膜の粗化表面層と共に，バフ，ブラシ等を用いて，研磨除去する。これにより，上記金属めっき膜及び充填材の表面が平滑になり，絶縁基板の表面全体が平滑面となる。次に，平滑な絶縁基板の表面には，パターン回路を形成する。
【００１４】
上記充填材は，電気絶縁材料又は導電材料である。上記電気絶縁材料は，例えば，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂から選ばれる１種又は２種以上の合成樹脂である。上記金属めっき膜は，銅，ニッケル，金から選ばれる１種又は２種以上よりなる。一方，導電材料としては，カーボンペースト等がある。上記絶縁基板としては，例えば，ガラス・エポキシ基板，ガラス・ポリイミド基板，ガラスマレイミドトリアジン基板等を用いる。
【００１５】
上記スルーホールは，絶縁基板の表側面と裏側面にそれぞれ設けたパターン回路間を電気的に接続するために用いる。また，スルーホールは，半導体チップ又はパターン回路からの熱を放散させるための放熱用の穴としても用いることができる。
上記プリント配線板には，例えば，半導体チップを搭載することができる。また，プリント配線板は，別部材のマザーボード上に実装する。
上記プリント配線板は，例えば，ボールグリッドアレイ又はピングリッドアレイがある。
【００１６】
【作用及び効果】
本発明にかかるプリント配線板の製造方法においては，スルーホールの内壁に金属めっき膜を形成し，この金属めっき膜の表面に化学的表面処理を施して，粗化表面層を形成している。このスルーホールの内部には，充填材が充填される。充填材は，粗化表面層の凹凸により，スルーホールの内壁に対し密着する。そのため，例え，熱衝撃を受けても，充填材がスルーホールの内壁から剥がれることもない。従って，スルーホールから湿気が浸入するのを防止することができる。
【００１７】
また，本発明においては，スルーホールの内部だけでなく，その開口周辺部にも充填材を供給している。そのため，例え，充填材を硬化する際に充填材が収縮しても，スルーホールの内部全体を充填材により充填することができる。
【００１８】
なお，絶縁基板表面の金属めっきは，その表面が粗化表面層となるが，その後これを研磨除去して均一な平滑面としている。そのため，金属めっき表面を，更にめっき膜で被覆する場合にも，均一な厚みのめっき膜を形成することができる。このため，絶縁基板の表面に平滑で層厚みが均一なパターン回路を形成できる。
【００１９】
故に，このパターン回路をダイパッドとして用い，このダイパッドの上に接着剤を用いて半導体チップ等の電子部品を搭載した場合にも，パターン回路と接着剤との間を密着させることができる。従って，熱衝撃を受けても，接着剤が回路パターンから剥離することもなく，水分の浸入もない。その結果，電子部品，パターン回路の損傷を抑制することができる。
【００２０】
本発明によれば，スルーホール内の金属めっき膜とスルーホールの内部に充填された充填材との間に剥離が生じることがなく，湿気の浸入を防止することができる，プリント配線板の製造方法を提供しようとするものである。
【００２１】
【実施例】
実施例１
本発明の実施例にかかるプリント配線板の製造方法について，図１〜図１４を用いて説明する。
本例により作製されるプリント配線板１０は，図１，図２に示すごとく，絶縁基板９を貫通して設けたスルーホール９０を設けている。スルーホール９０の内壁は，粗化表面層３０を有する金属めっき膜３により被覆されている。このスルーホール９０の内部は，充填材としての電気絶縁材料１により充填されている。
【００２２】
絶縁基板９の表側面には，パターン回路６１及び半導体チップ搭載用のダイパッド６３が設けられている。絶縁基板９の裏側面には，パターン回路６２及び放熱パッド６４が設けられている。
ダイパッド６３と放熱パッド６４の間は，絶縁基板９の略中央部に設けた上記スルーホール９０により接続している。表側面及び裏側面のパターン回路６１，６２の間は，図２に示すごとく，絶縁基板９の周辺部に設けた上記スルーホール９０により接続されている。
【００２３】
ダイパッド６３の上には，接着剤５９により半導体チップ５が搭載される。半導体チップ５は，パターン回路６１の先端部のボンディングパッド６１０と，ワイヤー５０により接続される。半導体チップ５およびワイヤー５０は，樹脂５５により封止される。接着剤５９は，ダイアタッチ系樹脂，エポキシ系樹脂，あるいはフィラーを含有したエポキシ系樹脂等である。
本例のプリント配線板１０は，半導体チップ５とパターン回路６１との間を，ワイヤー５０により接続する方式である。
【００２４】
また，絶縁基板９の裏側面には，パターン回路６２，及び放熱パッド６４が設けられている。パターン回路６２の上には，マザーボード８のパッド８２と半田８１により接合するための複数のパッド６２０が設けられている。
【００２５】
次に，上記プリント配線板の製造方法について，図３〜図１４を用いて説明する。
まず，図３に示すごとく，表側面及び裏側面に銅箔２を被覆した絶縁基板９を準備する。次いで，図４に示すごとく，絶縁基板９に，これを貫通するスルーホール９０を穿設する。次に，図５に示すごとく，絶縁基板９の表面及びスルーホール９０の内壁に金属めっき膜３を施す。金属めっき膜３は，銅である。
【００２６】
次に，図６に示すごとく，化学的表面処理により，金属めっき膜３の表面に粗化表面層３０を形成する。上記化学的表面処理は，黒化処理により行う。
上記黒化処理は，以下の黒化処理液に，０．３〜１５分間，絶縁基板９を浸漬することにより行う。この黒化処理により，金属めっき膜３の表面には，銅の針状結晶が生成する。
【００２７】
▲１▼黒化処理液
・成分（水中濃度）
亜塩素酸ナトリウム．．．．．．．２０〜７０ｇ／リットル，
リン酸３ナトリウム１２水．．．．１０〜３０ｇ／リットル，
水酸化ナトリウム．．．．．．．．１０〜３０ｇ／リットル，
・温度．．．．．．．．７０〜９８℃，
【００２８】
次に，図７に示すごとく，スルーホール９０の中及びその開口周辺部に，スクリーン印刷等の手段により，エポキシ樹脂からなる電気絶縁材料１を供給する。このとき，電気絶縁材料１は，絶縁基板９の表面から突出させる。次いで，この電気絶縁材料１を１５０℃に加熱し，硬化させる。
次に，図８に示すごとく，絶縁基板９の表面に突出した電気絶縁材料１及び粗化表面層３０をバフにより研磨除去して，平滑表面とする。
【００２９】
次に，図９〜図１３に示すごとく，絶縁基板９の表面に，エッチングレジスト法により，パターン回路，ダイパッド，放熱パッドを形成する。
即ち，まず，図９に示すごとく，絶縁基板９の表側面及び裏側面に，所望のパターンのレジスト膜７１を被覆する。次いで，この絶縁基板９を，エッチングにより，銅箔２および金属めっき膜３の不要部分を除去する。次いで，レジスト膜７１を剥離する。
【００３０】
これにより，図１０に示すごとく，絶縁基板９の表側面には，パターン回路６１，ボンディングパッド６１０，ダイパッド６３が形成される。また，絶縁基板９の裏側面には，パターン回路６２，放熱パッド６４が形成される。
【００３１】
次に，図１１に示すごとく，絶縁基板９の表側面及び裏側面に，上記パターン形成部分の金属めっき膜３を部分的に露出させて，ソルダーレジスト膜７２を被覆する。次に，図１２に示すごとく，めっき処理により，金属めっき膜３の表面に部分的にＮｉ／Ａｕめっき膜４を被覆する。
【００３２】
これにより，図１３に示すごとく，ダイパッド６３，ボンディングパッド６１０がＮｉ／Ａｕめっき膜４により被覆される。また，絶縁基板９の裏側面には，マザーボードと接合するためのパッド６２０が形成される。これにより，上記プリント配線板１０が得られる。
【００３３】
上記プリント配線板１０のダイパッド６３の上には，図１４に示すごとく，接着剤５９を用いて，半導体チップ５が搭載される。半導体チップ５は，ワイヤー５０により，ボンディングパッド６１０と電気的に接続される。半導体チップ５及びワイヤー５０は，樹脂５５により封止される。
【００３４】
このプリント配線板１０の裏側面におけるパッド６２０は，図１に示すごとく，マザーボード８のパッド８２の上に，ボール状の半田８１を介して配置される。これを加熱して，プリント配線板のパッド６２０とマザーボード８のパッド８２とを半田付けする。
【００３５】
次に，本例の作用効果について説明する。
本例にかかるプリント配線板の製造方法においては，図６，図７に示すごとく，スルーホール９０の内壁に形成した金属めっき膜３の表面に，化学的表面処理を施して，粗化表面層３０を形成している。そのため，電気絶縁材料１は，粗化表面層３０の凹凸により，スルーホール９０の内壁に対し密着する。
そのため，例え，熱衝撃を受けても，電気絶縁材料１がスルーホール９０の内壁から剥がれることもない。従って，スルーホール９０から湿気が浸入するのを防止することができる。
【００３６】
それ故，プリント配線板を半田付けによりマザーボードに実装する場合においても，半田の溶融温度により，スルーホール内の金属めっき膜と電気絶縁材料との間に剥離を生じない。
【００３７】
また，スルーホール９０の内部だけでなく，その開口周辺部にも電気絶縁材料１を供給している。そのため，例え，電気絶縁材料１を硬化する際に電気絶縁材料１が収縮しても，スルーホール９０の内部全体を電気絶縁材料１により充填することができる。
【００３８】
また，絶縁基板９の表面の金属めっき３には粗化表面層が形成されるが，その後これを研磨して均一な平滑面としている。そのため，金属めっき３の表面を，更にめっき膜で被覆する場合にも，均一な厚みのめっき膜を形成することができる。
このため，絶縁基板９の表面に，平滑で層厚みが均一なパターン回路６１及びダイパッド６３を形成することができる。
【００３９】
故に，ダイパッド６３の上に接着剤５９を用いて半導体チップ５を搭載したとき，ダイパッド６３と接着剤５９との間を密着させることができる。従って，熱衝撃を受けたときにも，接着剤５９がダイパッド６３から剥離することがなく，水分の浸入もない。その結果，半導体チップ５，ダイパッド６３，パターン回路６１の損傷を抑制することができる。
【００４０】
尚，上記においては，半導体チップ５と絶縁基板９上の配線パターン６１との接続は，ボンディングパッド６１０を介してワイヤー５０により行った例を示した。しかし，半導体チップ５と配線パターン６１との接続は，図１５に示すごとく，配線パターン６１のボンディングパッド６１０の上に半田バンプ５００を設けて，半導体チップ５と接続する方式により行うこともできる。
【００４１】
実施例２
本例においては，化学的表面処理として黒化処理及び黒化還元処理を順次行い，金属めっき膜の表面に粗化表面層を形成させた。
即ち，まず，実施例１に示した黒化処理を行った。次いで，以下の第１還元処理液及び第２還元処理液に，上記絶縁基板を順に浸漬して，黒化還元処理を行った。第１還元処理液への浸漬時間，及び第２還元処理液への浸漬時間は０．１〜１５分間である。
【００４２】
▲１▼第１還元処理液
・成分
水素ホウ素ナトリウム．．．．．０．１〜５．０ｇ／リットル，
水酸化ナトリウム．．．．．．．０．１〜５．０ｇ／リットル，
・温度．．．．．．．．．．．．．３０〜６０℃，
【００４３】
▲２▼第２還元処理液
・成分
水酸化ナトリウム．．．．．．．１．０〜１０ｇ／リットル，
ホルムアルデヒド．．．．．．．１．０〜２０ｇ／リットル，
メタノール．．．．．．．．．．１．０〜３０ｇ／リットル，
・温度．．．．．．．．．．．．．３０〜６０℃，
【００４４】
上記黒化還元処理により，金属めっき膜の表面には，還元された銅の針状結晶が生成する。
その他は，実施例１と同様である。本例においては，上記処理を行っているので，実施例１の場合よりも更に耐酸性向上の点で優れている。その他，本例においても，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
実施例３
本例においては，化学的表面処理として黒化処理，黒化還元及び酸処理を順次行い，金属めっき膜の表面に粗化表面層を形成させた。
即ち，本例の処理を行うに当たり，まず，実施例１に示した黒化処理を行ない，次いで実施例２に示した黒化還元処理を行った。次いで，以下の成分からなる酸処理液に，上記絶縁基板を浸漬した。酸処理液への浸漬時間は，０．１〜１０分間である。
【００４６】
▲１▼酸処理液
・成分
硫酸．．．．．３０〜３００ｇ／リットル，
・温度．．．．．．５〜４０℃，
【００４７】
上記化学的表面処理により，金属めっき膜の表面には，酸化された銅の針状結晶が生成した。
その他は，実施例２と同様である。本例においても，実施例２と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のプリント配線板をマザーボードに実装した状態の断面図。
【図２】実施例１のプリント配線板の表側面を示す説明図。
【図３】実施例１のプリント配線板の製造方法において，表面に銅箔を被覆させた絶縁基板の断面図。
【図４】図３に続く，スルーホールを穿設した絶縁基板の断面図。
【図５】図４に続く，金属めっき膜を施した絶縁基板の断面図。
【図６】図５に続く，粗化表面層を形成した絶縁基板の断面図。
【図７】図６に続く，電気絶縁材料をスルーホール内に充填した絶縁基板の断面図。
【図８】図７に続く，表面を研磨した絶縁基板の断面図。
【図９】図８に続く，レジスト膜を被覆した絶縁基板の断面図。
【図１０】図９に続く，パターンを形成した絶縁基板の断面図。
【図１１】図１０に続く，ソルダーレジスト膜を被覆した絶縁基板の断面図。
【図１２】図１１に続く，Ｎｉ／Ａｕめっき膜を施した絶縁基板の断面図。
【図１３】図１２に続く，ソルダーレジスト膜を除去した絶縁基板の断面図。
【図１４】半導体チップを搭載したプリント配線板の断面図。
【図１５】実施例１の，バンプを用いて半導体チップと電気的に接続した，プリント配線板の断面図。
【図１６】従来例における，スルーホールの内部状態を示す説明図。
【図１７】従来例における，熱衝撃を受けた場合の，スルーホールの内部状態を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．電気絶縁材料，
１０．．．プリント配線板，
２．．．銅箔，
３．．．金属めっき膜，
３０．．．粗化表面層，
４．．．Ｎｉ／Ａｕめっき膜，
５．．．半導体チップ，
６１，６２．．．パターン回路，
６３．．．ダイパッド，
６４．．．放熱パッド，
８．．．マザーボード，
９．．．絶縁基板，
９０．．．スルーホール，

Claims (6)

1. 表裏両面に銅箔を被覆した絶縁基板に，該絶縁基板を貫通するスルーホールを穿設し，
   次いで，上記絶縁基板の表面及び上記スルーホールの内壁に金属めっき膜を施し，
   次いで，化学的表面処理により，上記金属めっき膜の表面に粗化表面層を形成し，
   次いで，上記スルーホールの内部及びその開口周辺部に，充填材を上記絶縁基板の表面から突出させて供給し，硬化させ，
   次いで，上記絶縁基板の表面に突出した充填材及び上記粗化表面層を研磨除去し，
   その後，上記絶縁基板の表面にエッチングレジスト法によりパターン回路を形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. 請求項１において，上記化学的表面処理は，黒化処理であることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
3. 請求項１において，上記化学的表面処理は，黒化処理及び黒化還元処理を順次行うことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
4. 請求項１において，上記化学的表面処理は，黒化処理，黒化還元処理及び酸処理を順次行うことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において，上記粗化表面層は，針状表面を有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において，上記粗化表面層の研磨は，バフ，ブラシにより行うことを特徴とするプリント配線板の製造方法。

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