JP3037755B2 - プリント配線基板の製造方法 - Google Patents
プリント配線基板の製造方法Info
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Description
le)タイプのプリント配線基板の製造方法に関するもの
である。
路素子を形成し、基板を通してドリル加工された穴によ
り一方の面の導電性素子と他方の面の対向する素子とを
相互接続するものである。それらの穴の内部には、銅や
その他の導電性金属によるメッキが施されている。
を通して正しい位置にドリル加工により穴を開ける方法
で製造されており、基板はその後で初めて無電解銅メッ
キ溶液による処置が施されていた。次いで、従来の結像
工程により、回路素子のネガティブレジスイトイメージ
が形成され、続いて電気メッキの段階が行われる。錫あ
るいは可能であれば金を用いることにより銅部分を保護
した後、レジストを除去する。そして、露出された銅部
分のエッチングが行われる。最後に、錫や金を除去して
必要なプリント基板を得る。
既に銅の部分にも銅メッキが施されることになる。従っ
て、最終的な導電性トラックに必要とされるよりも薄い
銅の層を持つ基質から始めてメッキ処理の課程で必要な
厚さにしようとすることが通常行われることである。そ
の結果の典型としてはトラックの厚さのばらつきが大き
くなることであり、後の処理段階での困難を引き起こす
か部分的にトラック抵抗が過多になることが考えられ
る。更に、電気メッキは高価であるため基板の原価が増
し、またメッキされた銅の定着が悪化し、後の処理また
は使用中において積層剥離を引き起こし、さらにはトラ
ックが局部的に高抵抗となる。
の時間が充分なく、このことにより電気メッキの過程で
空洞を作ることにもなり得るものである。これらの空洞
には、メッキ溶液が含まれていることがあり、後のはん
だ付の工程で沸騰し穴の内部での銅メッキに欠陥を生じ
るものである。これは「ガス抜け」と呼ばれているもの
である。
後に行われるが、これは電気メッキ前の穴の表面の汚染
を招くものである。これもまたガス抜けを起こしたり、
あるいは穴を通しての接続が不充分になることもある。
ガティブレジストイメージのイメージが必要となるため
スクリーン印刷の使用は実用的ではなく、一般にドライ
フィルム方法が用いられる。この方法は比較的複雑でコ
スト高であり、またドライフィルムを除去するために溶
剤処理が必要となる。
要な含金属廃棄物が排出される。
る。基板を製造するための最終価格が高くなり容認でき
ない程高価になることもある。
成可能であり、この基板上に減感エッチングレジストを
被覆するというスルーホール板プリント配線基板の製造
方法を開示している。穴はドリル加工または穿孔により
開けられ、次いで増感槽を用いて穴の内部の露出表面を
処理したのち、例えば溶剤に溶解することによりレジス
ト層を除去する。続いて、無電解メッキが行われる。
る方法を提供するもので次の段階からなるものである。
る。
面の回路素子を通るようにする。
を受けるように基板の処理を行う。
穴の中に望ましい厚さに析出させ、それぞれの穴を通し
て2つの対向する導電性回路素子の間を電気的に接続さ
せる。この減感物質はアルカリ除去可能な物質であるこ
とを特徴とし、また前記e)段階は増感作用を促進する
と同時に減感物質を除去するためにアルカリ性の促進剤
溶液で基板を処理する段階を含む。
g resist coating material)であることが望ましい。
導電性金属は銅でもよいがニッケルをメッキすることが
特に優位であることが分かった。最初の銅の薄い層の上
からニッケルをメッキすることで、高強度で耐久性かつ
耐腐食性に優れた基板ができあがる。本発明において
は、パラジウムや錫等の他の金属も使用することがで
き、金属層の組合せも有効に利用できる。無電解金属メ
ッキ溶液は、プリント回路基板の製造に従来から使われ
ているものが望ましい。増感されるかメッキされやすく
処理された部分のみをメッキする不均一メッキ溶液が望
ましい。こうした増感は、主に洗浄され細かいエッチン
グを施された表面に触媒を付着させ、溶液からの金属の
析出を開始させるものである。穴の中の基質上にメッキ
された金属の厚さは電気メッキを用いる従来の方法によ
って達成された厚さに匹敵する。この方法は、プリント
基板のどの基質にも応用できる。
よる方法で生産された基板は品質及び穴を通してのメッ
キの均一性が一定している。メッキを行っている間、金
属は基板全体に均一に積層されるのではなく穴に集中
し、穴に続く金属の部分にはあまり積層されないので、
設計された導体厚さになるように基板への最初の金属被
覆を選択することができ、このことにより全てのトラッ
クは確実に設計仕様に合致することになる。結像前に無
電解メッキ作業を1回行うことで、ガス抜けを起こす空
洞を確実になくし、また汚染が起こらなくなる。更に、
ドリル加工により開けられた穴の表面の滑らかさが異な
ることにより穴の中のメッキが最初に均一に行われなく
ても、穴を通してメッキされた金属の表面が結果として
滑らかさに欠けることは、後でその基板を使用する際の
ハンダ付けのための拠所を作るという点で都合の良いこ
とである。一方、電気メッキされた銅は表面がとても滑
らかになる傾向があるためハンダ付けが困難になる。導
電性トラックの結像は穴をドリル加工する前に行われ、
ポジティブレジストイメージの形成段階を伴う。このこ
とは、アルカリ除去可能なレジストのスクリーン印刷が
使用できることを意味している。このため、作業の経費
が非常に低価格であるだけではなく、処理工程の最後に
レジストを除去するためにはアルカリ性の促進剤溶液中
で処理するだけでよい。この処理は有機溶剤を必要とし
ないので、廃棄物処理を困難にするものではない。
場合のように多くても二つのメッキ槽と、ただ一つのエ
ッチング槽とを用いるため、コスト並びにメッキ及びエ
ッチングの段階で発生する廃棄物処理に関する問題を軽
減するものである。設備経費及び操業経費は、従来の処
理方法による方法に比べて大幅に減少する。メッキ工程
の管理は容易で設計上のメッキの厚さを高精度で達成す
ることが予想される。現在入手できる積層率の高いニッ
ケルメッキ溶液は、穴の内部に露出した基板表面に充分
に「固着(skrike)」しないことが明らかにされてお
り、異なるタイプのメッキ溶液からの銅または可能であ
ればニッケル(又はその他の金属)による最初の被覆
は、確実に均一なメッキを施すために必要なものであ
る。最初の開始層は約2μmの銅又は他の金属で一般的
には充分であり、最初のメッキ速度が緩慢であるにもか
かわらず、最初の層の薄さは時間による影響をさほど呈
してはいない。
に不均一メッキシステムを使用する場合に発生すること
であるが、メッキを施さない部分がメッキ工程の途中で
わずかに変色するのに対し新たにメッキを施した部分は
金属の光沢を呈示しているということである。穴と電気
的に接続している銅の部分も無電解メッキ槽の中でメッ
キを施され、このメッキ槽の作用は電気化学的な反応に
よるもので、外部からの作用が加えられているのではな
いが、メッキが充分に行われていない穴は導電性トラッ
クの接続部分がメッキ槽内で変色するために直ちに目視
検査により発見される。
に無電解ニッケルメッキ溶液を用いるために生じる。第
一に、メッキ速度は銅の溶液よりはるかに高く、一般に
は25μm/hr程度であるので、より短時間に金属は充分な
厚さに積層される。第二に、ニッケルは銅のように変色
しないので、基板上の露出した銅をハンダにより被覆す
る必要がないことである。従来これは熱風平滑化工程で
行われ、これは基板をハンダ槽につけて余分なハンダを
除去し、熱風を吹きつけることにより平滑化するという
ものである。この工程はコストが高く危険性があり、金
属蒸気の排出により健康を害する恐れがある。
れるフォルムアルデヒドの使用を必要としない。フォル
ムアルデヒドは発癌性があるため、排除することが望ま
れるものである。最後にこの発明に基づいて穴を通して
ニッケルでメッキされた基板は、最高の品質基準に合致
し宇宙及び宇宙空間における応用にもその使用が適する
ものであり、そしてその生産コストは従来の標準的な基
板の生産に匹敵する。
る製造工程の各段階における基板の概略断面図を拡大し
たものであり、 図2aから図2cまでは同様に本発明による製造工程の各
段階を略図で示したものである。
らなる配線基板基質10は、その各面に銅層11を備えてい
る。従来の方法の最初の段階は、対向する回路間を最終
的に相互接続するための場所に複数の穴12を開けること
である。
行うために洗浄され増感処理を施される。溶液の中で約
1時間行われる処理により形成された薄層(例:約2.5m
m)13は、図1bに示すように銅層11及び穴12の内部に露
出した基質の表面にまで達する。
メージ14が基板の各表面に形成され(図1c)さらに穴を
通して互いに対向する表面上の露出した部分に銅15が電
気メッキされる。次に、レジストイメージ14を除去した
あとに行われる選択エッチングの際に銅を保護するため
に、錫(または他の選択エッチング可能な金属)層16
が、電気メッキ又は無電解メッキにより銅の上にメッキ
される。最後に、他の選択エッチング工程により基板か
ら錫が取り除かれ、図1dに示される完成した基板が製造
される。無電解及び電気メッキの両方の処理により元の
銅層11の厚さが増し、この目的は相互接続を行うために
穴を通して銅を導入することにある。さらに電気メッキ
処理によると、優先的に穴の中心を避けて銅が積層する
ことにより、結果として穴を通して厚さが不均一とな
る。さらには、基板の表面にわたりメッキの厚さが異な
ることになる。
て、ポジティブレジストイメージを形成する従来の工
程、例えばシルクスクリーン印刷や写真印刷のような工
程で基質21の各表面に形成し、基板の露出した部分から
エッチングにより銅を除去して、導電性回路素子20を形
成する。シルクスクリーン印刷やドライフィルムの使用
により、アルカリ溶解性のメッキレジストからなる均一
な被覆22が、減感層として基板の両面に設けられ、例え
ば紫外線の照射により硬化される。
の間の相互接続に適する位置に複数の穴23がドリル加工
により開けられ、図2bに示すような構造が得られる。そ
して、従来の方法により、銅の無電解メッキを受けやす
くするために、穴の内部に露出した基質の処理が行われ
る。これは、無電解準備システム、例えば参照番号9027
によるMcDermid GB社が販売している物質等を用いて、
まず洗浄、細かいエッチング、そして増感を行うもので
ある。準備の最後の段階は、促進剤として働き、また減
感レジスト層22を剥がす効果を持つ苛性ソーダで処理す
ることである。
内部に露出した表面だけであるから、参照番号9027によ
るMcDermid GBのシステムに含まれるような強い無電解
銅メッキ溶液を用いて20時間を適当とする長時間にわた
り基板を処理すると、銅は穴の内部で望ましい厚さまで
積層され、接続された回路素子上にも約50%積層され
る。これにより、図2cに示す構造が得られる。穴を通し
ての銅24の厚さは概して均一であり、基板の部分では一
定しており、この銅メッキには従来の電気メッキの技術
で見られたような欠陥が少ないことが観察されている。
とができる。メッキタンクの容量を一定に保つようにオ
ーバーフロータンクを通って濾過されて適当に循環する
メッキ溶液の入ったタンクに基板を吊るす。メッキタン
クから気泡が出て溶液を攪拌して適切に混合し、新しい
溶剤が常に穴を通過するように基板の支持体が振動して
いる。メッキ溶液は一つ以上の調合用のポンプにより計
量されて補充され、これらのポンプは事前に設定した一
定の速度で作動するものであるが、メッキ時間全体に対
する決められた比率で稼働できるよう、スイッチのオン
とオフを繰り返して管理されるものである。これは、析
出すべき銅の量により決定される。
は20時間稼働するものが適している。メッキを施す面積
が最大200平方フィートであり、20時間でメッキの厚さ
は20ミクロンの厚さにメッキする場合を仮定する。補充
する溶液の濃度は、20時間で20リットル追加する必要が
あるのと同じことになる。これを100%の負荷とする
と、次の式が成り立つ。
ることができる。すなわち、もしパネル又は基板を232
枚、それぞれにつき0.37平方フィートの面積を25ミクロ
ンの厚さにメッキすると、バッチ面積は232×0.37=85.
84平方フィートとなる。これを式に当てはめると次のよ
うになる。
%に設定し、また補充する溶液の体積は20リットルの54
%=10.8リットルと計算できる。操作の最終的なコント
ロールは、このように実際に使用された補充溶液の体積
によるものである。この体積は、例えば目盛付の槽から
取り出すことにより計量され、毎分54%の設定で稼働し
ているポンプで必要な体積が注入されたときには調合ポ
ンプのスイッチを切り、基板を引き上げることになる。
このように、管理の要因は使用された銅溶液の体積であ
り、便宜上約20時間を基準とした稼働時間によるもので
はない。この長さの時間でメッキを行うと充分なメッキ
密度がは得られることが明らかにされている。
用いてメッキを施す場合に、メッキ所要時間を銅の場合
より一般的に大幅に、例えば約1時間程短縮することが
できるのは評価に値し、従ってこのメッキ工程の管理が
採用されることと思われる。
Claims (11)
- 【請求項1】スルーホール板プリント配線基板の製造方
法であって、 a)非導電性基質の両対面に導電性回路素子を形成する
段階と、 b)基質及び回路素子を減感物質により被覆する段階
と、 c)基質に穴を開け、それぞれの穴が基板の対向する各
面の回路素子を通るようにする段階と、 d)穴の中に露出した基質が金属メッキ溶液の作用を受
けるように基板を処理する段階と、 e)減感物質を除去する段階と、 f)基板を無電解金属メッキ溶液で処理し導電性金属を
穴の中に望ましい厚さに析出させ、それぞれの穴を通し
て2つの対向する導電性回路素子の間を電気的に接続さ
せる段階とを備え、前記減感物質はアルカリ除去可能な
物質であることを特徴とし、前記e)段階は増感作用を
促進すると同時に前記減感物質を除去するためにアルカ
リ性の促進剤溶液で基板を処理する段階を含むことを特
徴とするプリント配線基板の製造方法。 - 【請求項2】請求項1記載の方法であって、前記f)段
階は、第1の金属メッキ溶液で前記基板を処理して前記
穴の内部に最初の導電性金属の薄層を析出させ、次いで
前記基板を第2の金属メッキ溶液で処理して前記穴の内
部に導電性金属を望ましい厚さまで析出させる段階を含
むことを特徴とする。 - 【請求項3】請求項2記載の方法であって、前記第2の
メッキ溶液は、いずれも同じ金属を析出させるものであ
ることを特徴とする。 - 【請求項4】請求項2記載の方法であって、前記第2の
メッキ溶液は、前記第1のメッキ溶液とは異なる金属を
析出させることを特徴とする。 - 【請求項5】請求項3または4記載の方法であって、前
記第2のメッキ溶液はニッケルを析出させることを特徴
とする。 - 【請求項6】請求項5記載の方法であって、前記第1の
メッキ溶液は銅を析出させることを特徴とする。 - 【請求項7】請求項5記載の方法であって、前記第1の
メッキ溶液はニッケルを析出させることを特徴とする。 - 【請求項8】請求項1記載の方法であって、前記金属メ
ッキ溶液はニッケルメッキ溶液であることを特徴とす
る。 - 【請求項9】請求項1〜8のいずれか記載の方法であっ
て、前記減感物質はメッキレジスト被覆物質であること
を特徴とする。 - 【請求項10】請求項1〜8のいずれか記載の方法であ
って、前記金属メッキ溶液は不均一メッキ溶液であるこ
とを特徴とする。 - 【請求項11】請求項1〜8のいずれか記載の方法であ
って、前記d)段階は前記露出した基板上に触媒物質を
付着させる段階を含むことを特徴とする。
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