JP3398557B2

JP3398557B2 - 表層配線プリント基板の製造方法

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Publication number: JP3398557B2
Application number: JP01525997A
Authority: JP
Inventors: 重明山下; 考之枦
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: KR100306549B1; KR19980069935A; JPH10215067A; US6112408A; TW331699B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は表層配線プリント
基板（ＳＬＣ）の新規な構造及びその製造方法に係わる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年プリント配線板の高密度化がいっそ
う進んでいる。これは、電子機器の高性能化、小型化に
伴い、実装される素子が小型になり、かつ、多ピン化し
ている等の理由によるものである。また、電子機器の高
速性が求められていることから、なるべく電気信号の伝
搬に要する時間を少なくするために配線の距離を短くす
るという要請もある。このような背景のもとに、配線層
を複層積層したプリント基板である、いわゆる多層配線
プリント基板の比重が高まっている。

【０００３】多層配線プリント基板を構築する際に不可
欠な要素は、ある層に形成された配線層と、別の層に形
成された配線層とを接続(以下、層間接続という)する配
線層の形成である。初期の多層配線プリント基板は全体
を貫通するスルーホールを形成し、このスルーホール内
面に銅めっき等を施して、層間の接続を行ってきた。し
かし、スルーホールの消費する面積が大きいので、上述
した高密度化の要請に反する。また、スルーホールはド
リル等の機械的な方法で形成されるのであるが、一つの
多層基板に対して１０⁴個以上のスルーホールを形成す
るような仕様のものとなると、その形成コストが膨大と
なり実際的ではない。

【０００４】そこで、出願人は露光・現像等を用いたフ
ォトプロセスによって層間接続のための孔を一括に形成
するというフォトビア法を提唱した（特開平４−１４８
５９０号公報）。この方式は基板上に形成した回路層
（第一回路層）上に感光性の樹脂絶縁層を均一に塗布
し、その後、所定のパターンで露光・現像を行い、これ
によって絶縁層を貫通する孔（ビアホール）を形成す
る。その後、形成した絶縁層表面およびビアホールの内
面には所定のパターンの別の回路層（第二回路層）を形
成する。その結果、ビアホールの内面に形成された回路
層が第一回路層と第二回路層とを電気的に接続する作用
を果たすので層間接続を達成する。なお、この方法の代
替態様としては絶縁層を形成する際に、液体の樹脂層を
カーテンコータ・ロールコータ等の手法によって塗布す
る代わりに、絶縁フィルムを圧着等の手法によって張り
付けるという方法も提案されている。

【０００５】本明細書ではこのような手法によって複数
の回路層・絶縁層を形成する方法をビルドアップ法とい
う。また、ビルドアップ法によって形成された多層配線
プリント基板のことを表層配線プリント基板(Surface L
aminar Circuit=ＳＬＣ)という。ＳＬＣは層間接続のた
めのビアホールの形成が露光・現像により一括に可能で
あり、ビアホールの数によらずにコストが一定である
点、スルーホールを形成するためのドリル法等の機械的
な加工法では不可能な細径、かつ、精密なパターンのビ
アホールを形成することが可能な点が魅力である。従っ
て、ＳＬＣはプリント基板の高密度化を実現する手法と
して最も有望視されている。

【０００６】ビルドアップ法で使用する絶縁層としては
光重合開始剤の入っていない変性エポキシ樹脂を使用す
る方法、感光性のドライフィルムを使用する方法、薄膜
技術のポリイミドに代表される非感光性樹脂の上に感光
性樹脂を塗布する方法、感光性樹脂のみを使用する方法
が知られている。最近公開されたいくつかの特許公報に
もビルドアップ法に関する発明がある。例えば、特開平
８−１８２４２号公報には感光性樹脂からなる絶縁層を
用いた多層プリント配線板が開示されている。この公報
では主に耐熱性、耐薬品性、絶縁性、誘電率、解像度等
の感光性樹脂の諸特性を向上させる目的で、アクリル系
樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤、フィラー、溶
剤からなる感光性樹脂が開示されている。また、特開平
８−１５２７１１号公報には感光性のドライフィルムを
ニ層積層して一つの絶縁層を形成する手法が開示されて
いる。この公報においては主にビアホール等の像形成
性、耐薬品性、銅めっき密着特性を向上させる目的で、
銅めっき層と接触する第一の感光性樹脂層には高い銅め
っき密着性を具現し、かつ、第一の感光性樹脂層の下に
形成される第二の感光性樹脂層には耐薬品性、絶縁性を
具現している。

【０００７】後に説明される本願発明も二種の絶縁材料
によって一つの絶縁層を形成するという点においてはこ
の公報に記載された発明と共通する。しかし、本願発明
の主たる目的は泡噛み、ごみ付着等に起因する予期せぬ
ボイドの低減であり、また、これを達成するために液状
のレジストを塗布する工程を前提をとしている点で、本
質的に異なる。なぜならば、少なくとも泡噛みは液体レ
ジストの塗布によってＳＬＣを形成する際の固有の問題
であり、特開平８−１５２７１１号公報のような感光性
のドライフィルムを使用してＳＬＣを形成する場合には
問題とならないからである。また、本願発明によればド
ライフィルムの貼り付けではなく、液体レジストを塗布
して絶縁層を形成するから、積層ビアホール（形成され
たビアホールを充填してその上に別のビアホールを形成
した形態のもの）の形成が可能であり、一層の高密度化
が期待できる上に、レジストの塗布量によって任意に絶
縁層の厚さを変更することが可能であり、多品種少量生
産に適応可能であるという様々な利点を有する。

【０００８】液体レジストの塗布によって絶縁層を形成
することを前提とするビルドアップ法では一般に光重合
開始剤の入っていない変性エポキシ樹脂を使用してい
た。変性エポキシ樹脂は分子構造の両末端にエポキシ基
を有し、中央に二重結合を有するという構造のものであ
る。従って、紫外線による架橋が塗膜の上層部でしか起
こらず、比較的弱い光架橋層しか形成できない。このよ
うに感光性が比較的低い樹脂で絶縁層を形成した場合に
は、液体レジスト塗布工程の途上での泡噛み（塗布の際
に細かな気泡を巻き込むことによって液体レジスト表面
が泡状になり、表面に小孔があくこと）、塗布むら、ご
み付着によって予期せぬ場所にボイドが発生するエキス
トラビア(Extra Via)の発生が起こりやすい。つまり、
泡噛みが起こると、絶縁層の表面は光により光架橋を形
成するが、小孔の内面は光架橋が形成されないため現像
液の侵入によりボイドとなる。また、ごみが付着してい
るとごみの直下の部分は光が届かず露光が進まないため
光架橋層が形成されない。このような原因によって、泡
噛みの部分、ごみの付着部分において予期せぬボイドが
現像工程で生じ、エキストラビアとなるのである。

【０００９】また、感光性の低い絶縁層で形成された光
架橋層はその架橋密度も低いので、現像時に現像液が絶
縁層の内部に浸透していき、これがエキストラビアにな
る現象や、光架橋層の硬度が小さいので露光後の機械的
なダメージによるエキストラビアの発生というさまざま
な不良が起る。

【００１０】従来、エキストラビアを克服すべく、同じ
パターンを二度露光してごみ付着によるエキストラビア
を低減する方法、露光量を増大させて光架橋層を強化
し、現像液の浸透・機械的なダメージによるエキストラ
ビアを防止する方法等がとられている。しかし、二重露
光によれば生産性が著しく低下する。また、露光量を増
大する手法によれば光架橋層(上部)と未架橋層(下部)と
の伸縮率の違いにより表面に「しわ」現象を生じ、その
後の回路形成の妨げとなる。

【００１１】これを防止すべく上述した特開平８−１５
２７１１号公報に記載されるようなドライフィルム法に
よる絶縁層の形成も考えられる。しかし、ドライフィル
ム法はラミネート時の密着のむらや表面のクリーニング
の必要性という別の問題を生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本願発明の第一の目的
はエキストラビアの発生を防止することである。本願発
明の第一の目的を達成するために、液体レジスト塗布時
の泡噛み、ごみ付着による露光不良を防止することが本
願発明の第二の目的である。本願発明の第一の目的を達
成するために、光硬化層を緻密なものとして、現像液に
よる侵食の防止、機械的な原因による光硬化層の欠損を
防止することが本願発明の第三の目的である。本願発明
の第四の目的は上述した目的を達成しつつ、表層配線プ
リント基板に供する絶縁層が本来有するべき特性である
絶縁性、経年性、耐熱性等を維持することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明の上述した課題
は、表面に回路層を有する基板上に、感光性を有する第
一の絶縁層を形成するステップと、第一の絶縁層上に、
第一の絶縁層よりも感光性が高い第二の絶縁層を形成す
るステップと、第二の絶縁層と第一の絶縁層を所定のパ
ターンで露光・現像して、回路層の所定部分を露出させ
るビアホールを形成するステップと、第一の絶縁層を硬
化するステップと、第二の絶縁層を除去するステップ
と、回路層の所定部分に接続する層間接続をビアホール
に形成するステップとを具備する表層配線プリント基板
の製造方法を採用することによって解決できる。第二の
絶縁層は好ましくは、第一の絶縁層よりも絶縁性が小さ
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図５
を用いて説明する。まず、図１に示すように基板１上に
回路層２を形成し、基板１と回路層２とを被覆する形で
第一の絶縁層３を形成する。第一の絶縁層３は液体のレ
ジストをカーテンコータ等の方法により均一な厚さに塗
布し、その後、予備乾燥することによって形成される。
基板１は通常誘電体からなり、回路層２は所定のパター
ンに銅箔をエッチングすることによって形成される。第
一の絶縁層３はフィラー含有の感光性エポキシ樹脂を使
用することが一般的である。感光性エポキシ樹脂には変
性エポキシ樹脂の他、カチオン重合、ラジカル重合する
エポキシ樹脂でもでもよい。また、第一の絶縁層には感
光性よりも絶縁性、無電解めっき特性、耐熱性、耐久性
が要求される。従って、かかる要求特性を具備するもの
であればエポキシ樹脂以外の材質のものであってもよ
い。このような要求特性を満たす樹脂の一例として、分
子構造の末端にエポキシ基、中央に二重結合を有するも
のであり、光硬化能は比較的低く、第一の絶縁層の最上
部でしか光架橋しないようなものがある。

【００１５】なお、第一の絶縁層３の厚さはおおよそ２
０μｍ〜１００μｍが好ましい。厚さは製品の設計的事
項の要素が大きい。しかし、厚さが薄過ぎると絶縁性等
の観点で問題を生じ、また、あまり厚い絶縁層を形成す
ることは塗布法では困難である。液状レジストを塗布す
ることによって絶縁層を形成することの利点は、厚さを
製品の使用に合わせて自由に制御できるということであ
る。

【００１６】次に、図２に示すように第一の絶縁層３の
上に、第二の絶縁層５を形成する。第二の絶縁層５も液
体のレジストをカーテンコータ等の方法により均一な厚
さに塗布し、その後、予備乾燥することによって形成さ
れる。第二の絶縁層５はラジカル重合やカチオン重合に
より光重合するエポキシ系、ポリエステル系、ウレタン
系、多価アルコール樹脂、光重合反応により硬化するゴ
ム等が適切である。第二の絶縁層で重視されるのは良好
な感光性である。ここでいう感光性とは、少ない光量で
十分に強固な光重合層を大きな体積にわたって形成する
特性をいう。第二の絶縁層は好ましくは連鎖的に光重合
反応を生じるものであることが望ましい。このような連
鎖性を具備する場合、少々のごみが露光表面に付着して
いても、いわゆる光の回り込み現象によってごみの直下
にも十分な光重合層が形成されるからである。第二の絶
縁層に要求される感光性の目安としては、回路パターン
のスペックであるＩＰＣで２００μｍ以下、好ましく
は、１００μｍ以下のパターン形成が可能な程度の解像
性を有しているものが適切である。

【００１７】なお、第二の絶縁層は後述するように最終
的には除去されるので、絶縁性、無電界めっき特性は問
題とならない。

【００１８】第二の絶縁層５として好適なものはビニル
変性エポキシ樹脂である。特に、分子構造の末端にビニ
ル基を有し、アクリルオリゴマーを含み、光硬化能が強
く、光重合開始剤の作用により塗膜最下部にまで連鎖的
に光重合反応が進む特徴を有することが好ましい。この
樹脂によって形成された光重合層は大変強固である。

【００１９】第二の絶縁層は十分に強固な光重合層を形
成することを目的とするものであるから、その厚さは２
０μｍ以下であればよい。第二の絶縁層の厚さをあまり
厚くすることは無意味である。

【００２０】次に、図３に示すように第二の絶縁層５を
主として露光する。露光には所定のパターンを形成する
ためにマスク（図示せず）を用いる。このようにして、
マスクによって光が遮断された部分は未露光部７とな
り、マスクによって光が遮断されたなかった部分は露光
部９となる。露光部９は光によって硬化しており、光硬
化層とも呼ばれる。また、未露光部７は層間接続の対象
となる回路層２の直上付近に位置合わせされるのが一般
的である。

【００２１】次に、図４に示すように第一の絶縁層３お
よび第二の絶縁層５が同時に現像される。現像は第二の
絶縁層５の未露光部７およびその直下に存在する第一の
絶縁層３に選択的になされる。その後、周知の熱硬化・
表面研磨・化学処理を経てビアホール１１を基板１上に
形成する。なお、ビアホール１１は現像液の侵食による
ので、その壁面は一般的には垂直とならず緩やかな円弧
状をなす。

【００２２】最後に、図５に示すように第二の絶縁層５
の光硬化層、および、第一の絶縁層３の一部を研磨によ
って除去する。これによって、第二の絶縁層５は完全に
除去され、かつ、第一の絶縁層３も厚さは塗布時の略半
分程度になる。

【００２３】なお、図６に示すように、この後、第一の
絶縁層３上、および、ビアホール１１の内面には別の回
路層１３が形成され、すでに形成されていた回路層２と
層間接続を果たすことになる。また、第一の絶縁層３、
回路層２、別の回路層１３上にはさらに新たな絶縁層１
５が形成され、多層化が図られる。新たな絶縁層１５は
同様な工程を経て、ビアホールが形成され、層間接続が
図られる。

【００２４】

【実施例】本願発明の手法によって作成された積層ビア
の断面図を図７に示す。積層ビアとは図示されるように
一つのビアホールの直上に別のビアホール２１が形成さ
れているような構造である。このような構造の利点とし
てビアホールの位置が任意にとれるので、設計の自由度
が大きいことの他に、ビアホールの密度を向上させられ
る結果、配線層の高密度化が可能となるという点であ
る。本願発明によれば液体レジストの塗布によって絶縁
層を形成することが前提となっているので、積層ビアの
形成が可能となる。なぜならば、積層ビアを形成するた
めには、形成されたビアホールの内面を別の樹脂層１
５、１５Ａで完全に埋め、その直上に別の配線層１７を
形成することが必要だからである。特開平８−１５２７
１１号公報に代表されるようなドライフィルム法ではド
ライフィルムがビアホールの内面を埋めるほどたわむこ
とができないため、ビアホールの内面１５Ａを埋めるこ
とが困難であり、従って、積層ビアの形成は不可能とな
る。

【００２５】また、本願発明の実施の形態に沿って表層
プリント基板を実際に製作した。第一の絶縁層として変
性エポキシ樹脂を用い、カーテンコータによって約０．
０２３ｇ／ｃｍ₂の密度で塗布した。第一の絶縁層をプ
レキュア後、第二の絶縁層をカーテンコータによって塗
布した。その後、９０℃程度に加温し、乾燥を行った。
乾燥後４２０ｎｍにピークを有する光源を用い、露光を
行うとともに現像した。その結果、第一の絶縁層の厚
さ、第二の絶縁層の厚さはそれぞれ６０μｍ、３０μｍ
であり、エキストラビア、しわ等の問題は皆無であっ
た。

【００２６】また、露光強度を３６０ｍｊ〜５６０ｍｊ
の間に設定して露光を行った。その結果、３６０ｍｊで
はエキストラビアの問題が生じたが、４２０ｍｊ以上で
はエキストラビアはほぼ皆無となった。このときの研磨
後に得られたビアの寸法は露光強度によって大きな変化
はなく、絶縁層表面において約１６０μｍ、基板表面に
おいて１２０μｍであった。

【００２７】以上に対して通常の単層の絶縁層を形成し
て露光・現像する従来の方式によればエキストラビアの
発生やしわの発生が観察された。本願発明の適用によ
り、大幅に表層配線プリント基板の歩留りが向上するこ
とが期待される。

【００２８】

【発明の効果】本願発明によれば露光工程において絶縁
層表面にごみが付着していてもごみの直下まで十分な露
光が可能となり、不良が著しく低減する。つまり、図８
（ａ）に示すように、感光性の低い絶縁層を使用すると
ごみの直下は露光層（黒い部分で示す）が形成されず、
従って、次の現像工程においてボイド（エキストラビ
ア）となるが、図８（ｂ）に示すように、本願発明では
露光表面は感光性の極めて優れた絶縁層を用いているの
で、ごみの直下にまで光重合が連鎖的に進行し、現像工
程において悪影響をきたすことがない。

【００２９】また、本願発明によれば第一の絶縁層また
は第二の絶縁層のいずれかの液体レジスト塗布時に泡噛
み（塗布むら）が生じていても不良を生じない。第一の
絶縁層の塗布時に泡噛みが生じている場合は、図９
（ａ）に示すように、その上に配置された第二の絶縁層
に光硬化能があるので、ボイドを生じることがない。ま
た、第一の絶縁層の泡噛みの部分は最終的に除去されて
しまう部分（点線より上）に含まれるので、最終製品に
おいて悪影響をきたすことがない。一方、第二の絶縁層
の塗布時に泡噛みがが生じた場合は、図９（ｂ）に示す
ように、本願発明ではこの場合でも弱いながら光硬化能
のある第一の絶縁層が光架橋し、その部分が現像される
ことを防止するのでボイドを生じない。なお、図９
（ｂ）に示すように、この場合第二の絶縁層の表面に凹
凸を生じるが、この凹凸も通常はその後の研磨工程によ
って除去される部分（点線より上）に含まれるので、最
終製品において悪影響を来さない。

【００３０】以上のように、本願発明によればエキスト
ラビアの発生を防止することができる。より詳しくいえ
ば、本願発明によれば、液体レジスト塗布時の泡噛み、
ごみ付着による露光不良を防止することが可能となる。
また、本願発明によれば強固な光硬化層を形成できるの
で、現像液による侵食の防止、機械的な原因による表面
の凹凸を防止することができる。さらに、本願発明によ
れば、上述した効果とともに、絶縁層が本来有するべき
特性である絶縁性、経年性、耐熱性等を維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の形態の工程を示す図である。

【図２】本願発明の実施の形態の工程を示す図である。

【図３】本願発明の実施の形態の工程を示す図である。

【図４】本願発明の実施の形態の工程を示す図である。

【図５】本願発明の実施の形態の工程を示す図である。

【図６】本願発明の実施の形態の後工程を示す図であ
る。

【図７】本願発明を用いた積層ビアの断面図である。

【図８】ごみの付着に関する本願発明の効果を説明する
ための図である。

【図９】泡噛み、塗布むらに関する本願発明の効果を説
明するための図である。

【符号の説明】

１基板２、１３、１７回路層３第一の絶縁層５第二の絶縁層７未硬化部９硬化部１１、２１ビアホール

フロントページの続き (72)発明者山下重明滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地日本アイ・ビー・エム株式会社野洲事業所内 (72)発明者枦考之滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地日本アイ・ビー・エム株式会社野洲事業所内 (56)参考文献特開平８−148566（ＪＰ，Ａ) 特開平８−264957（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表層配線プリント基板を形成する方法であ
って、表面に回路層を有する基板上に、感光性を有する第一の
絶縁層を形成するステップと、前記第一の絶縁層上に、前記第一の絶縁層よりも感光性
が高い第二の絶縁層を形成するステップと、前記第二の絶縁層と前記第一の絶縁層を所定のパターン
で露光・現像して、前記回路層の所定部分を露出させる
ビアホールを形成するステップと、前記第一の絶縁層を硬化するステップと、前記第二の絶縁層を除去するステップと、前記回路層の前記所定部分に接続する層間接続を前記ビ
アホールに形成するステップとを具備する表層配線プリント基板の製造方法。
【請求項２】請求項１の表層配線プリント基板の製造方
法であって、前記第二の絶縁層の除去に続いて前記第一
の絶縁層の一部を除去するステップを具備する、表層配
線プリント基板の製造方法。
【請求項３】請求項１の表層配線プリント基板の製造方
法であって、前記第一の絶縁層が変性エポキシ樹脂から
なることを特徴とする、請求項１の表層配線プリント基
板の製造方法。