(57)【要約】      （修正有）【課題】基板と導体としての銅めっき膜との気密性を向上させた貫通電極回路基板およびその形成方法を提供すること。【解決手段】貫通孔２内に金属導体８を充填してなる貫通電極９を有する貫通電極回路基板であって、前記貫通孔２は、エッチングにより平滑処理された内壁面に無電解銅めっき膜６が形成されている。【選択図】図３
2010021163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔内に金属導体を充填してなる貫通電極を有する貫通電極回路基板であって、前記貫通孔は、エッチングにより平滑処理された内壁面に無電解銅めっき膜が形成されていることを特徴とする貫通電極回路基板。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記銅めっき膜上にさらに、主成分として錫及び銀を含む無電解錫−銀めっき膜が積層形成されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通電極回路基板。
【請求項３】
貫通孔に金属導体を充填してなる貫通電極を有する貫通電極回路基板の形成方法であって、前記貫通電極は、基板に形成された貫通孔の内壁面をエッチング液で処理するエッチング処理工程、前記貫通孔の内壁面に無電解銅めっき液を用いて銅めっき膜を形成する第１めっき処理工程、および、前記貫通孔内に金属導体を充填する導体充填処理工程、を順に経て形成されていることを特徴とする貫通電極回路基板の形成方法。
【請求項４】
前記第１めっき処理工程の後にさらに、前記銅めっき膜の上層に主成分として錫及び銀を含む無電解錫−銀めっき膜を形成する第２めっき処理工程を経ることを特徴とする請求項３に記載の貫通電極回路基板の形成方法。
【請求項５】
前記第１めっき処理工程において、前記基材を浸漬させる銅めっき液は、銅イオン、ニッケルイオン、還元剤としてのホルムアルデヒド、および錯化剤としての酒石酸または酒石酸塩を含み、前記銅イオンの添加量は、０．０４１〜０．０５５ｍｏｌ／Ｌであり、前記ニッケルイオンの添加量は、前記銅イオンの１００ｍｏｌに対し１〜３０ｍｏｌであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の貫通電極回路基板の形成方法。
【請求項６】
前記貫通孔内に充填する導体金属は、半田、銅、銀のうちいずれか１であることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の貫通電極回路基板の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に穿設された貫通孔の内表面に導体が配設されて形成された貫通電極を有する貫通電極回路基板およびその形成方法に係り、特に、貫通電極における基板と導体としての銅めっき膜との気密性を向上させることのできる貫通電極回路基板およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や軽量化に伴い、複数のＬＳＩチップや回路基板を積層して配設するため、基板に穿設された貫通孔に導体を配設して形成された貫通電極を有する貫通電極回路基板が広く採用されている。
【０００３】
このような貫通電極回路基板の従来の形成方法としては、まず、ガラスなどの絶縁性材料からなる基板の表面に耐サンドブラスト性を有する膜を形成し、形成された膜の貫通電極を形成する箇所に開口部を形成して耐サンドブラストマスクを形成する。そして、耐サンドブラストマスクが被覆された基板に対して研磨粒子を吹き付け、研磨粒子により基板を徐々に破砕して貫通孔を穿設した後耐サンドブラストマスクを除去する。
【０００４】
つぎに、基板に穿設された貫通孔の内表面にスパッタ法などによりＣｒ−Ｃｕなどの銅合金の給電膜を形成する。
【０００５】
そして、貫通孔の内表面に形成された給電膜に電気めっき法により導体を配設することにより、基板の表面および裏面に貫通する貫通電極が形成された貫通電極回路基板が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５９４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したような従来の貫通電極回路基板の形成方法のようにサンドブラスト法により基板に貫通孔を穿設した場合には、穿設された貫通孔の内表面にマイクロクラックが残留し、このクラック内部まで導体が形成されないために基板と導体の気密性が低くなってしまい、気密性が要求される用途には用いることができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、貫通電極回路基板における、基板と、特に、無電解めっき法により形成された、導体としての銅めっき膜との気密性を向上させた貫通電極回路基板およびその形成方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するため本発明に係る貫通電極回路基板の特徴は、貫通孔内に金属導体を充填してなる貫通電極を有する貫通電極回路基板であって、前記貫通孔は、エッチングにより平滑処理された内壁面に無電解銅めっき膜が形成されている点にある。
【００１０】
このような構成の貫通電極回路基板は、貫通孔の内壁面がエッチングによってマイクロクラックが除去されているので、貫通電極における前記内壁面と無電解銅めっき膜との間の気密性が優れたものとなる。
【００１１】
また、本発明に係る貫通電極回路基板の別の特徴は、前記貫通孔は、前記銅めっき膜上にさらに、主成分として錫及び銀を含む無電解錫−銀めっき膜が積層形成されている点にある。
【００１２】
このような構成の貫通電極回路基板は、無電解銅めっき膜の表面の酸化劣化を、その上層に形成された無電解錫−銀めっき膜により防止することができるので、貫通電極における無電解銅めっき膜と充填する導体との間の気密性が、より優れたものとなる。
【００１３】
また、本発明に係る貫通電極回路基板の形成方法の特徴は、貫通孔に金属導体を充填してなる貫通電極を有する貫通電極回路基板の形成方法であって、前記貫通電極は、基板に形成された貫通孔の内壁面をエッチング液で処理するエッチング処理工程、前記貫通孔の内壁面に無電解銅めっき液を用いて銅めっき膜を形成する第１めっき処理工程、および、前記貫通孔内に金属導体を充填する導体充填処理工程を順に経る点にある。
【００１４】
このような方法を採用したことにより、貫通孔の内壁面をエッチングによって微細な凹凸を除去して平滑化することができるので、貫通電極における前記内壁面と、第１めっき処理工程で形成される無電解銅めっき膜との気密性を優れたものとすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る貫通電極回路基板の形成方法の別の特徴は、前記第１めっき処理工程の後に、前記銅めっき膜の上層に主成分として錫及び銀を含む無電解錫−銀めっき膜を形成する第２めっき処理工程を経る点にある。
【００１６】
このような方法を採用したことにより、無電解銅めっき膜の表面の酸化劣化を、その上層に形成された無電解錫−銀めっき膜により防止することができるので、貫通電極における無電解銅めっき膜と充填された導体との気密性を、より優れたものとすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る貫通電極回路基板の形成方法の別の特徴は、前記第１めっき処理工程において、前記基材を浸漬させる銅めっき液は、銅イオン、ニッケルイオン、還元剤としてのホルムアルデヒド、および錯化剤としての酒石酸または酒石酸塩を含み、前記銅イオンの添加量は、０．０４１〜０．０５５ｍｏｌ／Ｌであり、前記ニッケルイオンの添加量は、前記銅イオンの１００ｍｏｌに対し１〜３０ｍｏｌである点にある。
【００１８】
このように、前記銅めっき液を組成することにより、基材と銅めっき膜との密着力を十分確保することができる。これとともに、銅めっきを貫通電極として使用する際に、抵抗が大幅に高くなってしまうのを防止することができる。
【００１９】
そして、本発明に係る貫通電極回路基板の形成方法のさらに別の特徴は、前記貫通孔内に充填する導体金属は、半田、銅、銀のうちいずれか１である点にある。
【００２０】
このような導体金属を採用することにより、導電性と気密性とを兼ね備えた貫通電極が容易に形成できる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明の貫通電極回路基板およびその形成方法によれば、貫通電極における基板と導体としての銅めっき膜との気密性を向上させることができ、貫通電極回路基板は電気的接続の信頼性に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の貫通電極の形成方法の実施形態とその貫通電極回路基板を図１乃至図４を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態の貫通電極回路基板の形成方法の各工程を示すフローチャートであり、図２は、図１に示す本実施形態の貫通電極回路基板の形成方法における前処理となる、導体金属が埋設される貫通孔を電子部品の基材に形成するまでの各工程を示すフローチャートである。図３（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の貫通電極の形成方法における前記基材の前処理の段階から貫通電極が形成されるまでの各工程を示す概略図である。また、図４は、本実施形態における貫通電極回路基板の要部拡大断面図である。
【００２４】
ここで、本実施形態においては、ガラスからなる基板に形成された貫通孔に導体としての半田を充填した貫通電極を形成する場合を用いて説明するが、本発明の貫通電極回路基板の形成方法および貫通電極回路基板において、貫通孔に充填される金属は半田に限定されず、銅、銀等、種々の導電性金属を用いることができる。銅、銀などを用いる場合にはナノオーダーの粒子からなるペーストを充填して焼成するのが好適である。また、前記基板についてもガラス基板に限定されず、例えば、セラミック基材の他、ポリイミド、エポキシ、ポリカーボネート等の樹脂を材料とする基板等を用いることができる。
【００２５】
本実施形態においては、後に導電金属としての銅めっき９が充填され、貫通電極８となる貫通孔２が形成されたガラス基板１を用意する。このガラス基板１には、貫通電極８を形成する前処理（ＳＴ１）の一環として、紫外線を照射したり（紫外線処理：ＳＴ１１）、純水等を用いて洗浄する（洗浄処理：ＳＴ１２）等により清浄化を行っておくことが好ましい。基材としてのガラス基板１に付着したゴミや油脂類等の不純物を予め除去するためである。
【００２６】
前記貫通孔２は、例えば、エッチング法やサンドブラスト法等の公知の穿孔方法により、前記前処理（ＳＴ１）の一環として、ガラス基板１に形成しておく。前記貫通孔２をエッチング法により形成する場合には、図３（ａ）に示すガラス基板１に対し、まず、図３（ｂ）に示すようにレジスト４を塗布して露光現像を行うことにより、前記ガラス基板１の表裏面に所望の直径寸法とされた円形の抜きパターンを形成する（パターン形成処理：ＳＴ１３）。その後、エッチング液を用いて所定の温度、エッチング速度、エッチング時間の条件下でエッチングを行ない、図３（ｃ）に示すように、前記ガラス基板１のレジスト４の開口部位４ａに貫通孔２を形成する（穿孔処理：ＳＴ１４）。前記エッチング液としては、フッ酸（ＨＦ）と塩酸（ＨＣｌ）の混酸、あるいは、フッ酸（ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＨＮ４Ｆ）と塩酸（ＨＣｌ）との混酸を用いることができる。
【００２７】
なお、エッチング液を用いてガラス基板１に貫通孔２を形成する場合は、貫通孔２の形成と同時に、その内壁面３を平滑化するエッチング処理も行っていることになる（エッチング処理：ＳＴ１５）。よって、別工程としての前記貫通孔２の内壁面３のエッチング処理は不要である。しかしながら、例えば、サンドブラスト法によりガラス基板１に貫通孔２を形成する場合には、形成された貫通孔２の内壁面３をフッ酸を含有するエッチング液で処理するエッチング処理を別工程として行い、粗面化されている前記内壁面３を平滑化する。
【００２８】
次に、このようにして形成された貫通孔２を導電金属８で埋設し、貫通電極９とする。
【００２９】
この貫通電極９の形成は、まず、図３（ｄ）に示すように、前記ガラス基板１にレジスト５を塗布し直して被処理面以外の表面を被覆した後、前記ガラス基板１を所定温度の塩化錫水溶液に所定時間浸漬させてから、洗浄する。その後、塩化パラジウム水溶液に所定時間浸漬させる。この触媒処理の工程を２回繰り返して、前記ガラス基板１に形成された貫通孔２の内壁面３に触媒を付与する（触媒処理：ＳＴ２）。
【００３０】
続いて、図３（e）および図４に示すように、前記ガラス基板１の貫通孔２の内壁面３に銅めっき膜６を形成する（第１めっき処理：ＳＴ３）。
【００３１】
第１めっき処理においては、公知の無電解めっき法を利用することがでる。例えば、銅イオン、ニッケルイオンの他、酒石酸ナトリウムカリウム四水和物等の錯化剤や、ホルムアルデヒド等の還元剤、水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤、およびキレート剤等を含む銅めっき液にガラス基板１を所定時間浸漬させることで、前記ガラス基板１の貫通孔２の内壁面３に銅めっき膜６を形成することができる。
【００３２】
銅めっき液における銅イオンの添加量は、０．０４１〜０．０５５ｍｏｌ／Ｌであり、ニッケルイオンの添加量は、銅めっき液に含まれる銅イオンの１００ｍｏｌに対し１〜３０ｍｏｌであることが好ましい。より好ましくは、前記ニッケルイオンの添加量は、前記銅イオンの１００ｍｏｌに対し４〜１０ｍｏｌである。ニッケルイオンが、銅イオン１００ｍｏｌに対して１ｍｏｌより少ないと、ガラス基板１に対する銅めっき膜６の十分な密着力が得られなくなってしまい、一方、ニッケルイオンが３０ｍｏｌよりも多い場合には、銅の物性が低下してしまうので、銅めっき膜６を回路電極として使用する際には、抵抗が大幅に高くなってしまうからである。
【００３３】
さらに、この銅めっき液には、ｐＨ調整のための約１．５ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が含まれてｐＨが約１２．６に調整されているとともに、さらに、約０．１％のキレート剤が含まれている。
【００３４】
その後、続けて、図３（ｆ）に示すように、前記銅めっき膜６の上層に主成分として錫及び銀を含む無電解錫−銀めっき膜７を形成する（第２めっき処理：ＳＴ４）。
【００３５】
第２めっき処理においても、公知の無電解めっき法を利用することがでる。例えば、前記銅めっき膜６の上に銀置換めっきを行い、その上に無電解錫めっきを行う無電解錫−銀めっき法を用いることで、前記銅めっき膜６の上層に錫−銀めっき膜７を形成することができる。
【００３６】
次に、図３（ｇ）に示すように、ガラス基板１からレジストを剥離させた後、ガラス基板１を所定温度によって所定時間加熱する加熱処理、または、この加熱処理に代えて、所定の圧力の雰囲気内においてガラス基板１を加圧しながら加熱する加熱・加圧処理を行なう（加熱（・加圧）処理ＳＴ５）。これにより、ガラス基板１の内表面とめっき膜との間隔を縮めてシール性を向上させることができる。なお、この処理は省略可能である。
【００３７】
続いて、図３（ｈ）に示すように、貫通孔２内に、導体として作用する溶融半田を充填させる（導体充填：ＳＴ６）。半田の充填方法としては、例えば、半田印刷や、半田ボールを挿入して加熱溶融させて充填するなどの方法を用いることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態においては、前記第１めっき処理の工程の前に、前記貫通孔２の内壁面３をエッチング液で処理することにより、被処理面のマイクロクラックをエッチング除去して平滑面とすることができるので、前記内壁面３に対する銅めっき膜６の気密性を高めることができる。
【００４０】
また、前記第１めっき処理工程の後に、さらに前記銅めっき膜の上層に錫−銀めっき膜を形成することにより、無電解銅めっき膜の表面の酸化劣化を、前記錫−銀めっき膜により防止することができるので、貫通電極における無電解銅めっき膜と充填された導体の気密性を、より高めることができる。
【００４１】
さらに、前記第１めっき処理よりも後の工程において、前記基板を加熱することにより、前記貫通孔２の内壁面３と、第１めっき処理の工程において形成された銅めっき膜６との界面に存在する水素を除去することができ、また、加圧しながら加熱することにより、前記内壁面３と前記めっき膜との間隙を縮めることができるとともに、さらに前記内壁面３と前記銅めっき膜６との界面に入り込んだ水素を除去することができる。これにより、前記内壁面３に対する銅めっき膜６の気密性をより向上させることができる。
【００４２】
そして、貫通孔内２に導体としての半田が充填された貫通電極９を有する貫通電極回路基板は、貫通孔２の内壁面３と銅めっき膜６との気密性もよく、また、半田と錫−銀めっき膜との間の濡れ性が良好であるため貫通孔２は隙間なく充填され、また錫−銅めっき膜と半田との間の気密性も良好であり、非常に気密性の優れた貫通電極となる。さらに、半田が貫通孔全体に隙間なく充填されているので、この貫通電極９を貫通電極として用いる際に、電気的接続の信頼性に優れたものとなる。
【００４３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。例えば、基板に貫通孔を穿設する方法は、ドライエッチング法、ウェットエッチング法のいずれでもよい。また、貫通孔に導体を埋める方法は、半田溶融充填、無電解めっき充填、電解めっき充填、金属ナノ粒子を含むペーストを充填後に焼成する等、いずれの方法であってもよい。また、貫通電極回路基板の形成方法における最終工程として、基板の両表面を研磨する平坦化処理工程を設けても良い。この処理によって、平坦な基板を得られ、貫通電極基板と他の部材とを組み合わせて気密性の必要な形状を形成する際に隙間なく接合することが可能になるという効果を得ることができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、実施例により本発明を具体的に示す。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例）
まず、前記ガラス基板１として、２５μｍの厚さ寸法のホウ珪酸ガラスからなるガラス基板１を用意し、このガラス基板１に、キセノンエキシマーＵＶを用いて波長が１７２ｎｍ、光量が２０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２分間照射して紫外線処理を行った（ＳＴ１、ＳＴ１１）。
【００４６】
続いて、前記ガラス基板１を超音波によるキャビティーションを利用したメガソニック洗浄法により、純水を用いて１分間洗浄して洗浄処理を行った（ＳＴ１：ＳＴ１２）。
【００４７】
次に、ガラス基板１にレジスト４を塗布し、露光現像を行って基板の表裏面における貫通孔形成部に２５μmφの抜きパターンをそれぞれ形成し（ＳＴ１、ＳＴ１３）、その後、サンドブラスト法により、貫通孔２を形成する（ＳＴ１、ＳＴ１４）。その後、前記貫通孔２の内壁面３をエッチング処理して平滑面とした（ＳＴ１、ＳＴ１５）。
【００４８】
すなわち、１．０ｍｏｌ／Lのフッ酸（ＨＦ）と、３．０ｍｏｌ／Lのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）と、４．０ｍｏｌ／Lの塩酸（ＨＣｌ）とで組成された混酸をエッチング液として用意し、前記ガラス基板１を液温が２３℃に設定され、エッチング速度を２．１μm／ｍｉｎとされた前記エッチング液に１分間浸漬させて、前記ガラス基板１に約２５μmφの貫通孔２を形成すると同時に、前記貫通孔２の内壁面３をエッチング処理した。
【００４９】
次に、エッチング用のレジスト４を除去し、無電解めっき用に、貫通孔２の内壁面３のみを露出させる新たなレジスト（マスキング）５を施し、そのガラス基板１を、塩化第１錫の濃度が１．３％の塩化錫水溶液に３分間浸漬させてから、リンスした後、パラジウムイオンの濃度が０．０１５％の塩化パラジウム水溶液に２分間浸漬させた。この触媒処理の工程を２回繰り返して、前記ガラス基板１に形成された貫通孔２の内壁面３に触媒を付与した（ＳＴ２）。
【００５０】
続いて、前記ガラス基板１の貫通孔２の内壁面３に銅めっき膜６を形成した（ＳＴ３）。このめっき膜形成の工程においては、０．０４７ｍｏｌ／Ｌの銅イオンと、０．００２８ｍｏｌ／Ｌのニッケルイオンが添加され、錯化剤として酒石酸ナトリウムカリウム４水和物（ロッシェル塩）と、還元剤として、約０．２％のホルムアルデヒドと、約０．１％のキレート剤とを含む銅めっき液を用意した。さらに、前記銅めっき液には、ｐＨ調整として約１．５ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が含まれており、ｐＨは１２．６に調整されている。そして、前記ガラス基板１を、液温が３０℃に設定された前記めっき液に１時間浸漬させて、前記ガラス基板１の貫通孔２の内壁面３に銅めっき膜６を形成した。
【００５１】
続いて、銅めっき膜６が形成された前記貫通孔２の内壁面３に、さらに、錫銀めっき膜７を形成した（ＳＴ４）。このめっき膜形成の工程においては、最初に置換銀めっきプロセスを行い、続いて無電解錫めっきを行う２段階錫−銀めっき法を用いた。前記ガラス基板１を、液温が４０℃に設定された銀置換めっき液に３５秒間浸漬させ、水洗後、液温が６８℃に設定された錫めっき液に１２分間浸漬させて、前記ガラス基板１の貫通孔２における銅めっき膜６の表面にさらに錫銀めっき膜７を約１μｍ形成した。
【００５２】
その後、ガラス基板１から無電解めっき用のレジストを除去し、熱処理温度を４００℃に設定し、大気圧において、熱処理時間を１時間として窒素雰囲気中において前記ガラス基板１を加熱した（ＳＴ５）。
【００５３】
その後、前記貫通孔２に導体となる溶融半田８を埋め込み、充填させた（ＳＴ６）。これにより、ガラス基板１の貫通孔２を導電金属としての銅および半田で充填させて貫通電極９を完成させた。
【００５４】
（実施例２）
前述の実施例１における貫通孔２の導体による充填の工程において、以下の点を異ならせた。
【００５５】
すなわち、本実施例２においては、次に、ガラス基板１にレジスト４を塗布し、露光現像を行って基板の表裏面における貫通孔形成部に２５μmφの抜きパターンをそれぞれ形成し（ＳＴ１、ＳＴ１３）、その後、エッチング法により、貫通孔２を形成する（ＳＴ１、ＳＴ１４）と同時に、前記貫通孔２の内壁面３を平滑面とした（ＳＴ１、ＳＴ１５）。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態の貫通電極回路基板の形成方法の各工程を示すフローチャート
【図２】図１に示す本実施形態の貫通電極回路基板の形成方法における前処理となる、導体金属が埋設される貫通孔を電子部品の基材に形成するまでの各の工程を示すフローチャート
【図３】（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の貫通電極回路基板の形成方法における前記基板の前処理の段階から貫通電極が形成されるまでの各の工程を示す概略図
【図４】本実施形態における貫通電極回路基板の要部拡大断面図
【符号の説明】
【００５７】
１  ガラス基板
２  貫通孔
３  内壁面
４  （穿孔用）レジスト
４ａ  開口部位
５  （めっき用）レジスト
６  銅めっき膜
７  錫−銀めっき膜
８  半田
９  貫通電極
【図１】
2010021163.tif 000003
【図２】
2010021163.tif 000004
【図３】
2010021163.tif 000005
【図４】
2010021163.tif 000006