(57)【要約】【課題】対象物の孔内に充填された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させるに際して、当該樹脂内にボイドが発生することを確実に防止し、電子部品等対象物の歩留まりを向上できる紫外線硬化型樹脂の露光装置を提供する。【解決手段】対象物の孔内に紫外線硬化型樹脂を充填し、この孔内の紫外線硬化型樹脂を紫外線により露光して硬化させるに際して、紫外線の強度分布が、波長範囲３５０〜３７０ｎｍにおける強度ピーク波長３６５ｎｍと、波長範囲３９０〜４２０ｎｍにおける強度ピーク波長４１０ｎｍを有した紫外線を、前記紫外線硬化型樹脂に照射する紫外線硬化型樹脂の露光装置である。【選択図】図１
2007250968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の孔内に紫外線硬化型樹脂を充填し、この孔内の紫外線硬化型樹脂を紫外線により露光して硬化させる露光装置において、
紫外線の強度分布が、波長範囲３５０〜３７０ｎｍにおける強度ピーク波長と、波長範囲３９０〜４２０ｎｍにおける強度ピーク波長を有した紫外線を、前記紫外線硬化型樹脂に照射することを特徴とする紫外線硬化型樹脂の露光装置。
【請求項２】
紫外線の強度分布が、波長範囲３５０〜３７０ｎｍにおける強度ピーク波長が３６５ｎｍであり、波長範囲３９０〜４２０ｎｍにおける強度ピーク波長が４１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の紫外線硬化型樹脂の露光装置。
【請求項３】
紫外線硬化型樹脂は、オリゴマーとエポキシ樹脂が全体の９５％以上を占めている紫外線・熱併用硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線硬化型樹脂の露光装置。
【請求項４】
対象物の孔内に充填する紫外線硬化型樹脂は３２０〜３６５ｎｍの波長領域でフリーラジカルを惹起する紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の紫外線硬化型樹脂の露光装置。
【請求項５】
対象物が層間を繋ぐビアホール電子回路基板であり、孔は最大径が３．２ｍｍであり、該孔内への紫外線硬化型樹脂の充填は、雰囲気条件２０℃〜２８℃、５０〜７０％ＲＨの真空雰囲気下で印刷により行うことを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の紫外線硬化型樹脂の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線硬化型樹脂（紫外線硬化性樹脂とも称する）の露光装置に関し、特に電子部品用基板の小孔に充填した紫外線硬化型樹脂を硬化させるに用いるのに好適な露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今の電子部品パッケージ技術の一つに、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｌｌａｙ）に代表される基板パッケージがあり、この基板を製造する際には、層間を貫通する孔（小孔：ビアホールとも称する）に電気的に接続するための金属めっきを施した後、孔内に樹脂を充填し、熱ストレスなどに対する接続信頼性を向上する工法が主体となっている。
【０００３】
孔内に充填される樹脂には、一般に熱硬化型と紫外線・熱併用硬化型があるが、このうち熱硬化型の樹脂は、紫外線・熱併用硬化型の樹脂に比べて硬化後の樹脂表面を切削する際に使用する切削材の本数が多く消耗量が多大な（消耗が激しい）ことや、熱硬化装置の熱源確保のための電気消費量が大きいなどの工程運営コストが大きくなる、という欠点が取り沙汰されていた。
【０００４】
一方、紫外線・熱併用硬化型の樹脂では、紫外線硬化の段階で、樹脂内に微小なボイド（空洞）が発生するが、従来はこのボイドの発生を無くすあるいは問題ないぐらいに抑制する方法・技術が見出されていなかったため、熱硬化型樹脂を使用した孔埋工法を主体とせざるを得ず、これにより、基板メーカーの工程経費を高めていると同時に環境負荷も高めているという状況下にあった。
【０００５】
なお、この種の電子部品に塗布する紫外線硬化型樹脂に関し、プリント基板のスルーホールに穴埋めした紫外線硬化型樹脂を水中に浸漬し、その温度上昇をコントロールしながら露光し、紫外線の輻射熱などによる温度上昇に起因する樹脂内部の気泡発生を防止してボイドを抑制する技術がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−６０１０号公報（特許請求の範囲、および、発明の詳細な説明（特に段落番号００１３〜００１９））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたもので、孔内に充填された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させるに際して、当該樹脂内にボイドが発生することを確実に防止し、電子部品等対象物の歩留まりを向上できる紫外線硬化型樹脂の露光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、対象物の孔内に紫外線硬化型樹脂を充填し、この孔内の紫外線硬化型樹脂を紫外線により露光して硬化させるに際して、紫外線の強度分布が、波長範囲３５０〜３７０ｎｍ（ナノメートル：以下、同じ）における強度ピーク波長と、波長範囲３９０〜４２０ｎｍにおける強度ピーク波長を有した紫外線を、前記紫外線硬化型樹脂に照射することを特徴とする紫外線硬化型樹脂の露光装置である。
【０００８】
本発明によれば、紫外線の波長範囲３５０〜３７５ｎｍで例えば３６５ｎｍの強度ピーク波長を有し、波長範囲３９０〜４２０ｎｍで例えば４１０ｎｍの強度ピーク波長を有する紫外線を前記樹脂に照射することにより、樹脂の中に含まれる光反応開始剤により架橋（硬化）を開始し、その後、同波長の光を照射し続けて重合を促進して、架橋密度を高めることにより、強度や絶縁性などの樹脂特性を確保すると共に、深度方向に適切な硬度が得られかつボイドの発生も抑制された樹脂特性を確保することができる。
【０００９】
ここで、紫外線の波長については、発明者の知見によれば、波長３６５ｎｍをピークとする紫外線ランプと波長４１０ｎｍをピークとする紫外線ランプを使用し、それぞれ単独で発光させて紫外線硬化樹脂に照射し、該樹脂を硬化させたところ、該樹脂には、ボイドのない硬化は得られたが、深度硬化が得られないという結果に直面した。そこで、両方のピーク波長を持つランプを交互に組み込んだ紫外線点灯装置を用いて紫外線硬化樹脂に照射したところ深度方向の硬化が得られたとともに、ボイドの無い硬化も得られたことから、２つのピーク波長を持つ紫外線ランプが孔に充填した樹脂硬化に有効であると結論付けたものである。
【００１０】
また、このランプを使用することにより樹脂を完全に硬化させることができるものの樹脂表面にタック（粘り）が残る場合がある。このタック発生を防止するには、熱線、および８０℃以上の温度雰囲気で紫外線照射することが好ましい。また、このタックは、硬化後の研磨工程で研磨剤に樹脂が付着し研磨性を悪化させる可能性がある。したがって、従来技術としての紫外線ランプである高圧水銀灯やメタルハライドランプから紫外線を照射して温度雰囲気を上昇させることが好ましい。
【００１１】
また、前記紫外線ランプで温度雰囲気を上昇させて前記タックの発生を十分に防止可能な樹脂として、紫外線硬化型樹脂には、紫外線・熱併用硬化型樹脂を採用することが好ましい。
【００１２】
なお、本発明において、波長範囲３５０〜４２０ｎｍに２つのピーク波長をもつ単体の紫外線ランプを用いていても、波長範囲３５０〜３７０ｎｍでピーク波長が３６５ｎｍの単独の紫外線ランプと、波長範囲３９０〜４２０ｎｍにおける強度ピーク波長が４１０ｎｍの単独の紫外線ランプとを同時に使用して２つのピークを持つ紫外線を照射して樹脂を硬化させるようにしても良い。
【００１３】
また、紫外線硬化型樹脂は、オリゴマーとエポキシ樹脂が全体の９５％以上含まれていることが好適である。この場合、一般に残り５％未満の成分としては、光反応開始剤や光官能基および顔料が挙げられるが、本発明では電子基板などの対象物の孔内に充填される樹脂の紫外線硬化を前提とする技術であるから、成分中に顔料が含まれないものにできる。その結果、一般的な樹脂の組成はオリゴマー４５％、エポキシ樹脂５５％未満、光官能基など５％未満でよいと考える。
【００１４】
また、対象物の孔内に充填する紫外線硬化型樹脂は３２０〜３６５ｎｍの波長領域でフリーラジカルを惹起する紫外線硬化型樹脂であることが好適である。すなわち、紫外線硬化型樹脂に含まれている紫外線官能波長は３２０ｎｍと３６５ｎｍであるが、現実には、樹脂を構成している他の成分により、どちらの官能波長も１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の範囲で長波長側にシフトする傾向があるからである。
【００１５】
また、対象物の孔は最大径が３．２ｍｍとできる。
【００１６】
例えば電子回路基板においてビアホールの最大径は３．２ｍｍであり最小径は５０μｍ程度が現状の技術であり、将来には、最小径が３０μｍ程度にまでなると考えられる。したがって、孔の最小径の範囲は、３０μｍが好ましい。
【００１７】
また、ビアホールの深さは、スルーホールでアスペクト比が２０、つまり、ビアホール径１００μｍの場合、基板の板厚（ビアホール深さ）は２００μｍ程度が限界と考えられルが、現状技術でのビアホール最小径５０μｍで深さ（板厚）は５ｍｍとなっている。
【００１８】
一方、前記孔内への紫外線硬化型樹脂の充填は、雰囲気条件２０℃〜２８℃、５０〜７０％ＲＨの真空雰囲気下で印刷により行うことが好適である。このような真空雰囲気下で孔内に樹脂充填すれば充填される樹脂に気泡が混入することを防止でき、樹脂硬化の際の気泡が原因でボイドが成長することを十分に防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、基板のビアホールなどの孔内に充填された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させるに際して、当該樹脂内にボイドが発生することを確実に防止し、電子部品等対象物の歩留まりを向上できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
具体的な例を挙げつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
実施形態では、本発明の孔を形成した対象物の好適例として、ＢＧＡに代表される基板パッケージ技術において、基板の層間（例えば上層と下層の間）を貫通する孔（孔：ビアホールとも称する）に電気的接続のための金属めっきを施した後に、この孔内に熱ストレスなどに対する接続信頼線を向上させるために紫外線硬化樹脂（特に、紫外線・熱併用硬化型樹脂が好ましい）を充填し、硬化させる場合を例に挙げる。なお、以下の記載で樹脂と言った場合は、紫外線硬化型樹脂を指すものとする。
【００２２】
一方、従来、紫外線照射による前記孔内に充填された樹脂の硬化は、光源の特定の波長（ほとんどは３６５ｎｍ、稀に３２０ｎｍ前後のものもある）の紫外線を前記樹脂に照射することにより、該樹脂中の光反応開始剤により架橋（硬化）を開始し、その後、同波長の紫外線を照射し続けることにより重合を促進し、架橋密度を高めることで、樹脂特性を確保するようにしている。
【００２３】
しかしながら、紫外線硬化樹脂にフリーラジカルを励起するのに必要な強度以上の強度を持つ光エネルギーが照射されたり、フリーラジカルの反応を過度に促進する熱線を含む光エネルギーが照射されたりすると、架橋密度が異常に高くなり、硬化後の樹脂に亀裂を生じさせたり、樹脂内に存在する微小な気泡を急激に膨張・破裂させるなどの異常（ボイド発生）を惹起していると考えられる。
【００２４】
硬化によるボイド発生の有無を把握するためには、樹脂を充填する際にもボイドが混入しないように対策する必要があるが、樹脂の充填は、枚葉印刷によるものであり、大気圧中での枚葉印刷による樹脂充填では、ボイドを混入させずに樹脂を充填させることは、条件によっては不可能に等しいことになる。
【００２５】
そこで、実施形態では、真空中で枚葉印刷が実施できる印刷装置を使用し、ボイドの混入しない樹脂充填を行った。
【００２６】
この充填した樹脂に対して、本発明に係る実施形態と従来例の２種類の紫外線照射装置を用いて、紫外線の照射し該樹脂の硬化を行うことにより、ボイドの発生数および樹脂の断面形状に差が出るかどうかの試験を行った。
【００２７】
試験機材および試験条件を説明する。
【００２８】
印刷機は次のものを用いた。
真空印刷機  型  式：ＬＳ−３４０ＶＴＶＡ
製造者：ニューロング精密工業株式会社
試験片としては、図１の外観形態を持つワークであって、ＦＲ−４基材（有底ビア銅めっき品）をＣＺ処理、水洗い、塩酸、水洗い２段にて各々浸漬・揺動させ、その後乾燥させたワークを試験に使用した。このワークには、それぞれビアホール（各孔径は０．８ｍｍ）の形成された８箇所のワーク領域ａ〜ｈが、複数群（Ａ〜Ｈ群）のそれぞれに設けられる。Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｈの各群のワーク領域ａ〜ｈではビアホールの個数ｎ＝３６が形成されており、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇの各群のワーク領域ａ〜ｈではビアホールの個数ｎ＝１２１が形成されたものであった。
【００２９】
試験に使用した紫外線照射装置の仕様は次の通りである。
従来の紫外線照射装置は、汎用型紫外線照射装置（従来装置：ほとんどは波長３６５ｎｍの紫外線を出力する装置：ボイドが発生する可能性が高いと考えられる）である。この汎用型紫外線照射装置は、具体的には、オーク製作所製造の定格紫外線強度等が１００［Ｗ／ｃｍ２］のメタルハライドランプを３灯用いた。該ランプ３灯の積算光量は、１６８２［ｍＪ／ｃｍ２］であった。
【００３０】
また、本発明を実施した紫外線照射装置（本発明装置）として、紫外線の強度分布が波長範囲３５０〜４２０ｎｍに３６５ｎｍと４１０ｎｍとの強度ピーク波長を持つ紫外線を出力する紫外線ランプ装置を用いた。
この紫外線照射装置には、イノベーション−テクノロジイＧｍｂＨ製の紫外線照射装置を用いたものである。この紫外線照射装置における紫外線ランプの紫外線強度分布は、図２、図３で示す条件下で、図４〜図７に示すものである。
【００３１】
すなわち、各紫外線照射装置における紫外線ランプ（従来ＵＶ、本発明ＵＶ）から図２に示すワーク（測定ポイントＡ〜Ｉ）に向けて紫外線を照射する。そして、紫外線照射に際して、図３に示すランプ管面からワークまでの高さＨ１〜Ｈ４から紫外線を照射した測定結果が図４〜図７に示すものである。図４の表１と表２の特性差を証明するために表１とワーク表面からランプ管面までの高さの異なる測定結果を図６の表３に示す。なお、単位は特に指定のない場合［ｍＷ／ｃｍ２］である。
【００３２】
また、前記紫外線ランプの管面特性として、図７の表４は前記紫外線ランプの１本での単位当りの紫外線強度および積算光量を示すものである。
【００３３】
また、図８は、前記紫外線ランプの長さ方向の管面温度の分布を示し、図９は前記紫外線ランプの発光紫外線の分光特性を示す。
【００３４】
また、周波数特性前記紫外線ランプの温度特性として、ランプ点灯雰囲気温度とランプ出力の相関を図１０、図１１に示す。
【００３５】
試験片に印刷により塗布するインクは、紫外線硬化型樹脂を主成分とするインクであり、当該試験片のビアホールにインクすなわち紫外線硬化型樹脂を充填したものである。図１２にインクの流動性変化を示す。
【００３６】
試験には、山栄化学株式会社製の型式ＰＨＰ−９００、ＤＣ−３のインクを使用した。充填テスト前後での同インクに含まれる紫外線硬化型樹脂の組成としては、オリゴマーとエポキシ樹脂が全体の９５％以上含まれているものである。
【００３７】
また、印刷試験雰囲気は、２３．９℃、６６％ＲＨであった。
【００３８】
なお、本発明における紫外線硬化型樹脂に用いるオリゴマーとしては、例えば、ＭＷ１０００〜５０００のポリエステルアクリレート、ポリウレタンアクリレート、ポリエポキシアクリレートがある。
【００３９】
上記した複数の試験ワークにインクを印刷した後に、従来装置（従来ＵＶ、汎用ＵＶ）と本発明装置（本発明ＵＶ、コールドＵＶ）との紫外線ランプから紫外線を発光してそれぞれの基板のビアホール内樹脂を硬化させた。図１３〜図１５に、その試験結果を示す。図１３〜図１５は、ワークの基板１と基板４は本発明装置で硬化させ、ワークの基板３と基板５は従来装置で硬化させたものである。
【００４０】
図１３に結果を示すように、従来装置により紫外線で硬化させたビアホール内樹脂では、ボイド発生率が７〜１１％程度であるのに対して、本発明装置により紫外線で硬化させたビアホール内樹脂では、ボイド発生率が０．２〜０．４４％と成った。したがって、本発明による紫外線で樹脂硬化させれば、ボイドの発生を極端に抑制可能なことが理解できる結果が得られた。
【００４１】
また、前記基板４と基板５のビアホールの断面を図示すると、図１６と図１７に示すようになった。図において、符号１０は基板を、１２はビアホールを、１４は硬化した樹脂を、１６はボイドをそれぞれ示している。
【００４２】
図１６に示すように、基板４では、本発明装置により紫外線を照射して硬化させた、前記基板番号４のビアホール１２内の樹脂１４にボイドの発生がないが、図１７に示すように、従来装置で紫外線を照射して硬化させた、前記基板番号５のビアホール１２の樹脂１４にボイド１６が発生しているのが確認された。これによっても本発明のボイド発生抑制可能なことが理解される。
【００４３】
なお、前記実施形態では、電子回路基板のビアホールに充填した紫外線硬化型樹脂を特定の紫外線により硬化させる場合について説明したが、本発明の実施範囲はこれに限定されず、紫外線硬化型樹脂を孔内に埋め込んで紫外線照射により硬化させる対象物であれば、他の種の対象物でも本発明を実施できる。例えば孔は貫通していても、貫通していないものでもいずれでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る紫外線硬化装置における試験片であるワークの外観形態の説明図である。
【図２】実施形態にかかる紫外線ランプの紫外線強度分布測定のためのワークの測定範囲および側定位置の説明図である。
【図３】前記紫外線ランプの紫外線強度分布測定のためのランプ管面からワークまでの高さを示す説明図である。
【図４】前記紫外線ランプの紫外線強度分布を図表で示す説明図である。
【図５】前記紫外線ランプの紫外線強度分布をグラフで示す説明図である。
【図６】前記紫外線ランプの紫外線強度分布を図表で示す説明図である。
【図７】前記紫外線ランプの管面単位長さ毎の紫外線強度と積算光量のグラフによる説明図である。
【図８】前記紫外線ランプの管面長さ方向の温度分布のグラフによる説明図である。
【図９】前記紫外線ランプの紫外線の分光特性のグラフによる説明図である。
【図１０】前記紫外線ランプの紫外線強度の温度相関の説明図である。
【図１１】前記紫外線ランプの紫外線強度の温度相関のグラフによる説明図である。
【図１２】前記試験片の孔に充填する樹脂インクの説明図である。
【図１３】試験結果を示す、従来装置で硬化させた試験片と本発明装置で硬化させた試験片との発生ボイドを比較して示す図表である。
【図１４】試験結果を詳細に説明する、従来装置で硬化させた試験片と本発明装置で硬化させた試験片との発生ボイドを比較して示す図表である。
【図１５】試験結果を詳細に説明する、従来装置で硬化させた試験片と本発明装置で硬化させた試験片との発生ボイドを比較してグラフで示す図表である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、試験結果を詳細に説明する、本発明装置で硬化させた試験片の発生ボイドを断面視して示す図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、試験結果を詳細に説明する、従来装置で硬化させた試験片の発生ボイドを断面視して示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  基板
１２  ビアホール（孔）
１４  樹脂
１６  ボイド
【図１】
2007250968.tif 000003
【図２】
2007250968.tif 000004
【図３】
2007250968.tif 000005
【図４】
2007250968.tif 000006
【図５】
2007250968.tif 000007
【図６】
2007250968.tif 000008
【図７】
2007250968.tif 000009
【図８】
2007250968.tif 000010
【図９】
2007250968.tif 000011
【図１０】
2007250968.tif 000012
【図１１】
2007250968.tif 000013
【図１２】
2007250968.tif 000014
【図１３】
2007250968.tif 000015
【図１４】
2007250968.tif 000016
【図１５】
2007250968.tif 000017
【図１６】
2007250968.tif 000018
【図１７】
2007250968.tif 000019