(57)【要約】【課題】アスペクト比の大きいスルーホールであっても、簡易な工程で確実に金属を充填できるスルーホール付基板の製造方法を提供する。【解決手段】金属が充填されたスルーホールを有するスルーホール付基板の製造時の基板１に形成されたスルーホール２に金属を埋め込む工程において、基板１とは別の基材７に、基材７の形成面から突出した形状を有する金属柱１２を形成する。そして、金属柱１２をスルーホール２内に挿入した状態で基板１を電解めっきする。【選択図】  図２
2015070190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属が充填されたスルーホールを有するスルーホール付基板の製造方法であって、
第１の基板に形成された前記スルーホールに金属を埋め込む工程において、前記第１の基板とは別の第２の基板の形成面に形成され、前記形成面から突出した形状を有する柱状金属を前記スルーホール内に挿入した状態で、前記第１の基板を電解めっきすることを特徴とするスルーホール付基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスルーホール付基板の製造方法であって、
前記電解めっきは、前記スルーホールに銅を充填することを特徴とするスルーホール付基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスルーホール付基板の製造方法であって、
前記柱状金属を陽極として前記電解めっきを行うことを特徴とするスルーホール付基板の製造方法。
【請求項４】
前記請求項１から３に記載のスルーホール付基板の製造方法で製造されたことを特徴とするスルーホール付基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器に利用される半導体装置や電子部品を実装する基板の製造に係り、特にスルーホール付基板の製造方法及びスルーホール付基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における電子機器の小型化、高機能化の要求に対応するため、半導体チップや電子部品を実装する基板について配線の多層化が進んでいる。このような基板では、表裏両面に配線を形成することが一般的であり、その場合にはスルーホールが必要となる。スルーホールは、表裏の配線を電気的に接続するために設けられた基板内部を貫通する穴である。
【０００３】
現在、多層基板は樹脂を材料とした樹脂基板が多く採用されている。樹脂基板では、機械式のドリルによって穴を開けてスルーホール形成する方式が一般的となっている。穴の直径は、１００μｍ以上となる場合が多く、そのような比較的直径の大きなスルーホールについては、内壁に金属層を形成し、内部を樹脂で充填する形態が採用されている。このような形態のスルーホールは、製造が技術的に簡便であり、量産性にも優れるというメリットがあるために広く普及している。
【０００４】
しかし、最近さらなる電子機器の小型化、高機能化の要求から、基板に対しても配線を高密度に設けることが要求され、スルーホールについても小径化の要求が強くなっている。また、最近は基板の材料についても、樹脂の他にガラス基板等が候補にあがってきている。ガラス基板は、スルーホールを形成するための穴開けにレーザー光を利用できるため、直径１００μｍ未満の微小なスルーホールを形成できるというメリットがある。しかし、基板の厚みについては、機械的強度の問題や製造時の設備の変更が必要になる等の理由から、薄くすることに限界がある。従って、ガラス基板に形成されるスルーホールについては、径は小さくなるものの深さはあまり変わらず、アスペクト比の大きなものが要求されるようになってきている。なお、本明明細書においては、「スルーホールのアスペクト比」を、「スルーホールの深さと開口部の径と比」とする。スルーホールの深さは、スルーホールが形成される基板の深さに比例する。
【０００５】
このように径が小さく、アスペクト比が大きくなったスルーホールでは、内部を樹脂で充填することが困難になるという問題点が指摘されている。従来、スルーホール内部の充填は、スルーホール内壁に金属層を形成した後、ペースト状の熱硬化性樹脂を印刷等の手段により選択的に塗布し、スルーホール内部に浸透させ、加熱硬化させる方式によって主に行われてきた。しかし、このような方式では、径が小さくアスペクト比が大きくなることでペースト状の樹脂を穴に埋め込むことが難しくなり、未充填等の不具合が多く発生するようになった。
【０００６】
スルーホールの形成方法には、内部を金属で充填する方法もある。スルーホールの内部を金属で充填する方法は、樹脂で充填する方法に比べスルーホールの電気抵抗が小さくなるため、特に径の小さなスルーホールでは高速信号の伝送に対して有利になるというメリットがある。そのため、前記のようなガラス基板では、内部を金属で充填する方法の採用が進むものと考えられている。
【０００７】
スルーホールへの金属の充填は、電解めっきにより行う方法が一般的である。しかし、電解めっきによってスルーホールに金属を充填する方法は、径が小さくアスペクト比の大きなスルーホールにおいて、未充填が発生しやすくなる。この事例を、図を用いて説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）は、電解めっきによるスルーホールの充填の工程における理想的なスルーホールの状態を示した図である。図４（ａ）は、材料となる基板１を示す。図４（ｂ）は、基板１にスルーホール２を開けた状態を示す。スルーホール２の穿孔は、ドリルやレーザー光等で行うことができる。図４（ｃ）は、電解めっきを行うためのシード層３を形成した状態を示す。シード層３は、銅の無電解めっき等で形成することができる。図４（ｄ）は、電解めっきの途中のスルーホール２の状態を示す。電解めっきで形成された金属層４としては、銅等がよく用いられる。図４（ｅ）は、電解めっきが完了した状態を示す。スルーホール２の内部は電解めっきにより形成された金属層４で完全に充填された状態となっている。
【０００８】
図５は、スルーホール２に金属層４の未充填が発生する例を示した図である。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した状態は、図４（ａ）〜（ｃ）と同じ状態であるので説明を省略する。
図５（ｄ）は、電解めっきの途中のスルーホール２の状態を示す。通常、スルーホール２への電解めっきでは、スルーホール２の中心付近よりも開口部付近のほうがめっきの成長が早くなることが知られている。その理由としては、スルーホール２の中心付近は開口付近に比べめっき液の流動が悪くなり、金属層４が形成されにくくなる点、さらに開口付近は中心付近に比べ電流密度が高くなりやすく、金属層４の成長が促進される点等があげられる。これらスルーホール２の埋め込みを阻害する要因は、スルーホール２の径が小さく、アスペクト比が大きくなるほど顕著になるため、このような状態で電解めっきが進むと、めっきが早く成長する部分５が発生する。このまま電解めっきを完了させた場合、図５（ｅ）に示すように、金属層４に未充填部６が発生する。
【０００９】
金属層４の未充填を防止するため、めっき液の添加剤の開発が進んでいる。適正な添加剤を添加することにより、アスペクト比の小さいスルーホールであっても、図４に示すように未充填部６がないものが作れるようになってきている。
また、金属層４の未充填を防ぐ別の方法として、電解めっきに、逆パルスめっきを使用するものがある。逆パルスめっきは、例えば、特許文献１に記載されている公知の技術である。特許文献１の記載によれば、電解めっき時に逆パルス（カソード電流（順パルス）とアノード電流（逆パルス）との間で電流が交番する）を用いることで、１００μｍないし４００μｍの厚みの基板においてスルーホールの埋め込みが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２８１４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、電解めっきによるスルーホールの埋め込み性を改善するために開発されためっき液の添加剤を使用しても、アスペクト比が３または４を超えるような高アスペクト比のスルーホールを未充填部がないように充填することは難しい。
また、特許文献１に記載された逆パルスめっきは、１００μｍないし４００μｍの厚みの基板においてはスルーホールの埋め込みが可能であるが、４００μｍを超える厚みの基板に対しては適用が困難である。また、逆パルスめっきは、カソード方向に向かう電流とアノード方向に向かう電流との電流密度及び電流印加時間の比の適正化が難しく、条件出しに時間を要するという欠点があった。
【００１２】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、アスペクト比の大きいスルーホールであっても、簡易な工程で確実に金属を充填できるスルーホール付基板の製造方法及びスルーホール付基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様のスルーホール付基板の製造方法は、金属が充填されたスルーホールを有するスルーホール付基板の製造方法であって、第１の基板に形成された前記スルーホールに金属を埋め込む工程において、前記第１の基板とは別の第２の基板の形成面に形成され、前記形成面から突出した形状を有する柱状金属を前記スルーホール内に挿入した状態で、前記第１の基板を電解めっきすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様のスルーホール付基板の製造方法は、前記した請求項の発明において、前記電解めっきは、前記スルーホールに銅を充填することが望ましい。
また、本発明の一態様のスルーホール付基板の製造方法は、前記した請求項の発明において、前記柱状金属を陽極として前記電解めっきを行うことが望ましい。
本発明の一態様のスルーホール付基板は、前記スルーホール付基板の製造方法で製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様のスルーホール付基板の製造方法は、スルーホールへの金属の埋め込み工程に際し、簡易な工程で、かつ、アスペクト比の大きいスルーホールであっても確実に金属を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態、第２実施形態に共通の、スルーホールの金属充填に使用される金属柱付基板の製造工程を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態のスルーホール付基板の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態のスルーホール付基板の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】電解めっきによるスルーホールの充填の工程における理想的なスルーホールの状態を示した図である。
【図５】スルーホールに金属層の未充填が発生する例を示した図である。
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態を図１〜３を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のスルーホール付基板の製造方法を説明するための工程図であって、スルーホールの金属充填に使用される金属柱付基板の製造工程を示している。
【００１８】
図１（ａ）は、基材７を示している。第１実施形態では、基材７に銅等の低抵抗金属を利用するものとするが、高抵抗金属や誘電体物質を基材７に使用することも可能である。ただし、高抵抗金属や誘電体物質を基材７に使用すると、その後の電解めっきのため、図１（ｂ）に示すレジスト層８と基材７との間にシード層となる金属層を挿入する必要が生じ、工程数が増加することになる。しかし、基材７の剛性の向上等のため、誘電体材料等を使用するメリットもある。第１実施形態では、基材７の材質が限定されるものではない。
【００１９】
第１実施形態では、基材７上にレジスト層８が形成される。図１（ｂ）は、基材７の表面にレジスト層８を形成した状態を示している。第１実施形態において、レジスト層８は、後に行う電解めっきに対する耐性が必要であり、フォトリソグラフィまたはレーザー光等による加工が可能であることが求められる。このようなレジスト層８としては、例えば、エポキシ系の液状熱硬化性樹脂をコーティングし硬化させた部材等が利用できる。レジスト層８の厚さは、１０〜３０μｍ程度が適当である。
【００２０】
次に、第１実施形態では、レジスト層８に開口部９が形成される。図１（ｃ）は、レジスト層８に開口部９を形成した状態を示した図である。開口部９は、フォトリソグラフィまたはレーザー光等による加工により形成される。開口部９の直径は、後述するめっきレジスト層の開口部１１よりも小さくなる。
次に、第１実施形態では、開口部９が形成されたレジスト層８の全面にめっきレジスト層１０が形成される。図１（ｄ）、（ｅ）は、めっきレジスト層１０を形成し、フォトリソグラフィ技術を使ってめっきレジスト層１０にレジスト層の開口部１１を形成する工程を示している。めっきレジスト層１０としては、感光性のフィルムレジスト等を利用できる。めっきレジスト層１０の厚さは、図１（ｆ）に示す金属柱１２の高さｈよりも１０〜２０μｍ程度厚いことが望ましい。
【００２１】
次に、第１実施形態では、めっきレジスト層１０上から基材７に電解めっきを行い、金属柱１２を形成する。図１（ｆ）は、レジスト層の開口部１１内に金属柱１２が形成された状態を示している。金属柱１２は、基材７の面に形成されていて、基材７の金属柱１２が形成されている面（形成面）から突出している金属の部材である。金属柱１２を形成する金属種としては、銅等が使用できる。また、第１実施形態では基材７を低抵抗金属としたので、基材７をシード層として利用できる。
【００２２】
次に、第１実施形態では、めっきレジスト層１０を除去する。図１（ｇ）は、めっきレジスト層１０を除去した状態を示している。めっきレジスト層１０を除去したことにより、金属柱付基板１３が得られる。
図２（ａ）〜（ｇ）は、図１（ｇ）に示した金属柱付基板１３を用いて製造される、第１実施形態のスルーホール付基板の製造方法を説明するための工程図である。また、図２（ｅ’）は図（ｅ）に示した工程の変形例を示す図である。図２（ｆ’）は図（ｆ）に示した工程の変形例を示す図である。
【００２３】
図２（ａ）、（ｂ）は、基板１にスルーホール２を形成し、電解めっきを行うためのシード層３を形成した状態を示す。基板１の厚さ及びスルーホール２の直径については特に限定されないが、その比（アクセプト比）は１：１〜１：１０程度である。シード層３は、銅の無電解めっき等で形成することができる。
次に、第１実施形態では、スルーホール２が形成された金属柱付基板を、図１（ｇ）に示した金属柱付基板１３に配置する。図２（ｃ）は、スルーホール２に金属柱１２を挿入するように、基板１を金属柱付基板１３に配置した状態を示している。金属柱１２の直径はスルーホール２の直径の５０〜８０％程度が望ましく、金属柱１２の高さはスルーホール２の深さと同等とすることが望ましい。
【００２４】
次に、第１実施形態では、図２（ｃ）に示した状態の基板１に電解めっきを行う。図２（ｄ）は、電解めっきの状態を示す図である。電解めっきは、シード層３及び基材７を陰極、電極板１４を陽極として行われる。電解めっきで金属層４の材料となる金属としては、銅等が利用できる。このとき、図２（ｄ）に示すように、電極板１４に対向する面には金属層４が形成されるが、スルーホール２の開口部付近にはめっきが早く進む部分５が形成される。図２（ｄ）に示した状態で電解めっきを継続すると、図２（ｅ）に示すように、スルーホール２の開口部が金属層４で塞がれた状態になる。スルーホール２の開口部が図２（ｅ）に示した状態になると、これ以上金属層４が成長しなくなり、スルーホール２の内部に未充填部１５が生じる。第１実施形態では、このような状態において、電解めっきをいったん中断する。
【００２５】
次に、第１実施形態では、金属柱付基板１３から金属柱１２を残して基材７を取り外す。図２（ｆ）は、金属柱付基板１３から基材７を取り外した状態を示す図である。第１実施形態では、次に、未充填部１５をめっき充填するため、電極板１４と対向するように電極板２４を配置して電解めっきを行う。このとき、未充填部１５はスルーホール２が比較的アスペクト比の小さいビア形状となっているため、ビアフィリング用として市販されているめっき添加剤を使用して充填することができる。第１実施形態では、以上の工程により、径が小さくアスペクト比が大きく、かつ未充填のないスルーホール２が容易に形成できる。
【００２６】
また、第１実施形態では、図１（ｃ）に示した工程において、開口部９を、開口側から基材７の側に向けて面積が大きくなるように（逆テーパー形状に）形成することができる。開口部９を逆テーパー形状に形成した場合、図２（ｅ）に示した状態は、図２（ｅ’）に示す状態になる。また、図２（ｅ’）に示した状態の構成から基材７を取り除いた状態を図２（ｆ’）に示す。図２（ｅ’）に示した状態の構成は、図１に示した開口部９が逆テーパーとなっているため、金属柱１２にくびれ１６が生じ、基材７がくびれ１６の部分で破断しやすくなる。このため、基材７を取り除くことが容易になる。
【００２７】
なお、図２（ｅ’）、（ｆ’）に示した構成は、図１（ｃ）に示したレジスト層８の開口部９を逆テーパー形状に形成しておくことによって実現できる。開口部９を逆テーパーとするには、例えば、レジスト層８を感光性ネガ型レジストとし、露光の際にフィルターを用いて光の波長を調節すること等で実現できることが知られている。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｇ）は、図１（ｇ）に示した金属柱付基板１３を用いて製造される、第２実施形態のスルーホール付基板の製造方法を説明するための工程図である。なお、図３において、第１実施形態で説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）、（ｂ）に示した工程と同様の工程であるから、説明を省略する。
【００２９】
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、スルーホール２に金属柱１２を挿入するように基板１を金属柱付基板１３に配置した状態で、基板１に電解めっきを行う。図３（ｃ）は、基板１を金属柱付基板１３に配置した構成に電解めっきを行っている状態を示す図である。第２実施形態の電解めっきは、シード層３を陰極、電極板１４及び基材７を陽極として行われる。電解めっきで金属層４の材料となる金属としては、銅等が利用できる。
【００３０】
図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示した状態で行われる電解めっきによって形成される金属層４を示した図である。図３（ｄ）に示したように、第２実施形態では、基材７を陽極として電解めっきを行うことで金属柱１２が電解めっき中に溶解し、スルーホール２の内壁に金属層４が成長しやすくなる。さらに、スルーホール２の開口部付近は金属層４の成長速度が速いため、図３（ｄ）に示すように、スルーホール２の開口部が金属層４で塞がれた状態になる。
【００３１】
次に、第２実施形態では、図３（ｄ）に示した構成から金属柱付基板１３を取り外す。図３（ｅ）は、図３（ｄ）に示した構成から金属柱付基板１３を取り外した状態を示す図である。図３（ｅ）で示したように、金属層４の内部には未充填部１７が残った状態となる。第２実施形態では、次に、未充填部１７をめっき充填するため、電極板１４と対向するように電極板２４を配置して電解めっきを行う。
【００３２】
このとき、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、ビアフィリング技術を利用でき、ビアフィリング用として市販されているめっき添加剤を使用することができる。このようにすることで、アスペクト比が大きくても未充填部１７のないスルーホールが容易に形成できる。なお、第２実施形態は、第１実施形態において基材７を取り外すよりも、金属柱付基板１３を簡単に取り外すことができるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、電子機器に利用される半導体装置や電子部品を実装する基板の製造方法に関し、特にアスペクト比の大きいスルーホールに確実に金属を充填する必要がある基板に好適である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・基板
２・・・スルーホール
３・・・シード層
４・・・金属層
５・・・めっきが早く進む部分
６、１５、１７・・・未充填部
７・・・基材
８・・・レジスト層
９・・・開口部
１０・・・めっきレジスト層
１１・・・めっきレジスト層の開口部
１２・・・金属柱
１３・・・金属柱付基板
１４、２４・・・電極板
１６・・・くびれ
【図１】
2015070190.tif 000003
【図２】
2015070190.tif 000004
【図３】
2015070190.tif 000005
【図４】
2015070190.tif 000006
【図５】
2015070190.tif 000007