●ソルダレジストフィルムの開発
新製品開発研究所

春田要一

半導体パッケージ基板に適した新規なソルダレジストフィルムを開発した。半導体パッケージで要求される無電解めっき時およびはんだ付け時における銅との密着性、耐クラック性など厳しい条件をクリアし、しかもフィルムタイプで長期保存安定性を実現した。また、微細開口穴の加工を可能とする、アルカリ現像による高解像性が得られた。そして、比較的低温で良好な加熱流動性を有しており、配線回路パターンの埋込み性が良く、平滑な表面を容易に形成できる。さらに、真空ラミネートにより微細穴のスルーホールやブラインドバイアホールをボイドフリーで穴埋め加工が可能である。

1

緒

塗装法など種々の方法で液状レジストを塗布してソルダレジスト言層が形成されている。しかしながら、プリント配線板の配線回路ソルダレジストはプリント配線板に必須の材料の一つである。

上に塗布形成して、液状レジストに含まれる溶剤を除去するため高密度プリント配線板には写真法で加工するソルダレジストが使の乾燥工程を経ると、配線回路部と配線回路部以外のソルダレ用され、液状レジストが最も一般的である。

ジストの厚さが異なり凹凸が生じる。そのため、BGAやMPU用

最近では、BGA（Ball Grid Alley）、MPU(Micro Processing

基板で必要となる平滑性を確保するために塗布と乾燥を複数回Unit)などの半導体パッケージ基板は益々高密度化が進んでおり、繰り返し行うことになり、煩雑な工程を必要としていた。例えばパッケージ基板ではソルダレジストの表面平滑性が要求される。

液状レジストをスクリーン印刷、乾燥、露光、現像、硬化を行う

そのために、一度の塗布では平滑性が得られず、複数回の塗装が一連のプロセスは二十数工程に上る。一方、対応するSRFのレジ必要となり複雑な工程となっている。工程が複雑になればなるほスト形成工程は七工程で済むことになる。

ど加工コストが高くなると共に、ゴミの付着、取り扱いによる欠このように、液状レジストの形成工程が長くなると各工程にお陥等の発生が伴い歩留まりが悪くなるという問題があった。そこ

けるゴミの付着や損傷の確率が高くなり、ソルダレジスト形成工

で、ドライフィルム型のソルダレジストフィルムを使い、ソルダ程の歩留が悪くなるが、SRFでは工程の簡素化が容易である。
さらに、SRFとしては長期保存性を維持しながら耐めっき性、レジスト表面の平滑性の確保と、ベースフィルムを露光時の保護耐衝撃性を如何に確保するかが課題があった。

フィルムとして利用することによりゴミの付着や傷の防止による

一般的なアルカリ現像タイプの液状ソルダレジストは下記の成歩留まり向上を図りたいという要求が強くなってきた。

分からなる。

また、半導体パッケージ基板は薄型化しており、製造時におけるそり、ねじれによるクラックの発生や、パッケージ基板へ半導①カルボキシル基を有する感光性ポリマー体実装後における温度変化によるクラック発生という問題があ②

架橋剤

り、クッラクフリーで信頼性の高いソルダレジストの要望が強く③

光硬化開始剤なってきた。

④

光硬化増感剤

これらのニーズに対応するため、当社が蓄積してきたビルドア⑤

熱硬化開始剤

ップ絶縁材料技術を応用してクラックフリーで銅との密着性が高⑥

充填剤

く、ラミネート時の加熱流動性に優れ穴埋め性や平滑性が良好

一液性と二液性があるが実用されているソルダレジストの多くなアルカリ現像タイプのソルダレジストフィルム（以下SRFといは二液性である。二液性の液状ソルダレジストはカルボキシル基う）を開発したので紹介する。

を有する感光性ポリマーと架橋剤としてエポキシ樹脂を主成分として使用されている。エポキシ樹脂の使用目的は、銅との密着性

2．従来技術の問題点が得やすく、はんだ耐熱性、めっき密着性、絶縁信頼性などを得るためである。しかしながら、感光性ポリマーとエポキシ樹脂とスクリーン印刷法、ロールコート法、カーテンコート法、静電東亞合成研究年報

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は反応し易いため2液として別容器で保管され、作業直前に調合や微細な無機フィラーを利用した方がアルカリ溶解性は確保しやして使用される。そのため、短時間の内に作業をする必要があっすいからである。
ここで、ゴム微粒子も種々あるが、重要なのはカルボキシル基た。
上記２液性の液状レジスト組成物をPETフィルムに塗布したを有するゴム微粒子である。カルボキシル基含有感光性ポリマー

SRFを作成してドライフィルムタイプのSRFを作成しても、保存に対する他の成分が多くなると、クラック対策はカルボキシル基安定性が得られず、製造してから短時間で使いこなさなければなのないゴム微粒子でも有効であるが十分な現像性が得られなくならないため材料ロスが大きくなる。そこで、長期保存安定性を得る。そこで、クラック対策が可能で高い現像性を得るにはカルボるためには多くの優れた特性を有するエポキシ樹脂の代替えとなキシル基を有するゴム微粒子が必要であることを筆者らは見いだる材料技術が必要であった。

したのである。
常温時のクラックの代用評価として、FR−4基材にSRFを形成3．解決手段して20mm角の金型を用いてハンドプレスで抜いた時のコーナー部分のクラック発生状態を評価した結果をFig.１、Fig.２に示す。

上記の課題であるソルダレジストとして必要な特性である耐めっき性、耐衝撃性、高信頼性、長期保存性を確保するために、エポキシ樹脂の代替えとして密着補強剤技術の導入、優れたアル
カリ溶解性を維持してクラック対策を講じたSRFの開発に成功した。その概要について以下に記す。

3.1

エポキシ樹脂の代替え技術

従来ソルダレジストはエポキシ樹脂を併用することにより銅箔との密着性を確保していたが、当社ではエポキシ樹脂以外の材料組成として有効な添加剤で密着性増強剤となるカルボキシルベン
ゾトリアゾール（CBT）1)、および特定のリン酸エステル2)の添加に効果が顕著であるとの知見を有していた。しかしながら、CBTとリン酸エステルを添加した場合はんだ耐熱性、絶縁信頼性などはクリアできるものの耐無電解金めっき性が十分に得られなかった。

Fig.1 ゴム微粒子無添加のSRF表面 ×10

筆者らはさらに検討した結果、上記密着補強剤に加えて後述するクラック対策で採用したカルボキシル基含有ゴム微粒子を介在させることにより、耐無電解めっき性の向上を図ることができることを見いだした。ゴム微粒子を添加して上記密着補強剤を添加しないと耐無電解金めっき性が不十分であることから、ゴム微粒子と上記密着補強剤の相乗効果が考えられる。
ここで、エポキシ樹脂を使用しないためSRF組成は未硬化状態でも安定であり、PETフィルムに塗布した状態で３ヶ月（15℃以下）以上の保存性が得られる。

3.2

クラック対策

樹脂のクラックを防止する方法としては、① 樹脂の骨格となるポリマーをIPN構造にする、② ベースポリマーにゴム成分を付与する、Fig.2 ゴム微粒子添加したSRF表面 ×10③ ゴム微粒子を添加する、④ 無機フィラーを添加する、

Fig.１はゴム微粒子の添加していない樹脂組成でありコーナー部などがあるが、筆者らはゴム微粒子と無機フィラーを採用した。

分にクラックが多発するが、Fig.２はゴム微粒子を添加したもの

なぜならば、SRFは高解像度を維持するために現像性の優れたアでありクラックの発生はない。

ルカリ溶解性の高い組成とする必要があるからである。アルカリ

ここで、クラック対策にはゴム微粒子と無機フィラーがいずれ溶解性を高めるには樹脂組成がアルカリにより溶解除去されやすも必要であった。ゴム微粒子は樹脂に柔軟性を与え、常温時の物いことが要求される。すなわち、独立した粒子であるゴム微粒子

理的な加工による耐衝撃性を向上させ、無機フィラーは樹脂の東亞合成研究年報

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熱膨張係数の低減を図り、微細なクラック発生を防止するもの

筆者らは穴径100μm（板厚250μm）でも完全に埋めることがでと考えられる。なお、ゴム微粒子は樹脂分散時点で平均粒径0.1きることを確認している。

μmであり、無機フィラーは平均1.5μmの粒径のものを使用し銅はく表面は研磨直後に真空ラミネートすれば密着性はある程た。また、冷熱サイクル試験の条件によってはこのゴム微粒子量度得られるが、より強固な接着性が必要な場合はメックエッチボと無機フィラー量の比率も重要なファクターになる。重量比で同ンドなどの銅はく粗化処理を施しても良い。

等程度の比率が好ましい。
4.2 露光現像

上記の検討結果をまとめるとTable１のようになる。

PETフィルムにSRF樹脂を30μm塗布したSRFをプリント配線板にラミネートした後、PETフィルム上から平行光露光および現
Table 1 樹脂組成による特性比較

像を行うと60μmφの穴を設けることができた。露光量は250〜4．SRFの加工性
4.1350mJで、現像は30℃の１％炭酸ナトリウム溶液で75〜90秒であラミネート加工る。

以下の真空下で60〜70℃の加熱で容易にラミネ

ここで、上記PETフィルムを除去して露光も可能であるが、ゴートができる。特に大きな加圧は不要で数MPa程度で十分であミ付着や取扱時の傷を防止するためにPETフィルムを保護フィルる。加熱時の樹脂流動性が良好であるため、配線回路パターンムとして利用する方が好ましい。

SRFは１kPa（導体厚35μm）の埋込性がよくFig.３のように平滑性が得やすい。また、Fig.４に示すようにスルーホール埋込性も良好である。

Fig.3 銅配線上に形成したSRFの断面(L/S=100/150μm)

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Fig.4 SRFを埋め込んだPTH断面（250μmφ, 400μmt）

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4.3

硬化で、Tgが160℃（DMS）の材料である。

露光現像後、170〜175℃で30〜60分の熱処理により樹脂を硬化させることができる。
耐無電解めっき性を高めるためには熱硬化前にポストUVとして0.7〜1.0Jの照射をする方が好ましい。
5．SRFの特性および信頼性
5.1

一般特性

SRFの特性をTable ２に示すように解像性を維持しながらクラック対策を講じてソルダレジストとして電気特性、はんだ耐熱性、耐無電解めっき性、耐薬品性などにおいて実用レベルであることを確認した。
表中の品番SS-6000は低ハロゲンタイプ、品番SS-6100はノンハロゲンタイプのSRFである。それぞれの誘電率、誘電正接をイン

Fig.7

SS-6100の誘電率

ピーダンスマテリアルアナライザ法（HP4291A）により1MHz〜１GHzまで変化させて測定した結果をFig.５〜Fig.８に示す。エ
ポキシ樹脂を使用していないことおよび誘電率の比較的低い無機フィラーを採用しているために低い誘電率が得られている。

Fig.8 SS-6100の誘電率

Table 3 SRFの物性
Fig.5 SS-6000の誘電率

5.2

信頼性5.2.1

Fig.6 SS-6000の誘電正接耐湿負荷試験

Fig.９に示すテストピースのように、FR−4基材上に銅はくによるくし形パターン（L/S=75/75）を形成後、はんだ有り無しのまた、SRFの物性をTable ３に示す。

ものを作成した。恒温恒湿層に入れて85℃、85%RHで、DC50V

なお、低ハロゲンタイプの改良品として低熱膨張係数（CTE）を負荷し、2000時間まで評価したが、Fig.10に示すように大きな絶縁抵抗の劣化およびマイグレーションは見られなかった。のSS-6115を開発中である。CTEのα１が45ppm、α２が75ppm

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Table 2 SRFの一般特性なかった。なお、SRFのTg120℃以上のHAST試験は樹脂の挙動が大き く、信頼性試験にはならないと考えて110℃で 実施した。

5.2.3 冷熱サイクル試験
FR−４基材の銅はくをメックエッチボンド処理したのち30μmSRFを形成し、穴径80μmの開口部分を200μmピッチで形成した。冷熱サイクル試験として-55℃30分〜125℃30分の条件で2000
Fig.9

サイクル処理した。比較用に作成した従来のソルダレジストではテストピースの構成

Fig.12のようにクラックが多発するが、ゴム微粒子、無機フィラーを添加したSRFではクラックが皆無であった。
5.2.2

HAST試験

前項と同じテストピース（L/S=75/75）を作成し、110℃。
85%RHでDC5.5Vを負荷し、500時間まで評価したが、Fig.11に示すように大きな絶縁抵抗の劣化およびマイグレーションは見られ東亞合成研究年報

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Fig.12 従来SRの開口部に発生したクラック

引用文献

Fig.10

湿中負荷試験結果

1) 特許公報

第2540921号

2) 特許公報

第2546362号

3) 春田、神林他：新規な多層プリント回路板用絶縁シート。マ
イクロエレクトロニクスシンポジウム（MES）.

Fig.11 HAST試験結果

6．まとめ
以上に述べたように、密着性補強剤と特定のゴム微粒子の組合せによりアルカリ現像性を維持してクラック防止が可能なソルダレジストフィルムが開発できた。これにより、ICパッケージ基板のように平滑性、樹脂埋込性、高信頼性を維持して高密度実装を図るために必要な、ラミネートによる工程の簡素化、配線歩留まりの向上、長期保存性による材料ロスの低減等が得られる
SRFは今後益々有用になると考えられる。
今後は、さらに進む高密度化に対応する小径穴の加工できる高解像度SRF、フレキシブル配線板用SRF、高純度SRF等の開発が必要である。

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