JP4502092B2

JP4502092B2 - 積層フィルム基材の加工方法

Info

Publication number: JP4502092B2
Application number: JP2000072947A
Authority: JP
Inventors: 和幸石川
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001267720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機樹脂フィルムと金属層とで構成された積層フィルム基材の有機樹脂フィルムにパルスレーザ光を照射して金属層まで達するブラインドビアホールを形成する積層フィルム基材の加工方法に係り、特に、ブラインドビアホール形成の際に生ずる炭化物等の残渣物を積層フィルム基材から完全に除去できると共に高い加工精度でブラインドビアホールを形成できる積層フィルム基材の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高密度化、小型化に伴い、ＩＣパッケージの配線パターンが高密度化されてファインピッチパターン化が行われている。
【０００３】
そして、配線パターンのファインピッチパターン化に伴い、有機樹脂フィルムと金属層とで構成された積層フィルム基材の有機樹脂フィルムに金属層まで達するブラインドビアホールを形成し、かつ、電解メッキにより上記ブラインドビアホール内に金属突起物(バンプ)を形成すると共に、このバンプを介しＩＣパッケージと回路パターン加工された上記金属層等を高精度で接続する方法が求められている。
【０００４】
ところで、上記積層フィルム基材の有機樹脂フィルムに金属層まで達するブラインドビアホールを形成する加工方法として、従来、パルスレーザ光を用いる加工方法が知られている。
【０００５】
すなわち、この加工方法は、有機樹脂フィルムと金属層とで構成された積層フィルム基材の有機樹脂フィルムにパルスレーザ光を照射し、有機樹脂フィルム照射部において熱分解等を起させて金属層まで達するブラインドビアホールを形成すると共に、フィルムの熱分解等の際(すなわちブラインドビアホール形成の際)に生じた有機物質の残渣物(炭化物)を複数の薬液を用い溶解除去して成る方法であった。
【０００６】
しかし、従来の加工方法では、複数の薬液を用いて上記残渣物(炭化物)を除去する必要があることからその処理工程が多くなる欠点があり、かつ、残渣物(炭化物)の除去処理の際に上記薬液によって有機樹脂フィルムの一部も溶解除去されるためブラインドビアホールの形状が不均一になり易く電解メッキによるバンプの形成を精度よく行なえない欠点があった。
【０００７】
他方、有機樹脂フィルムの溶解が起こらないような条件で上記残渣物(炭化物)の除去処理を行なった場合、残渣物(炭化物)の一部が除去されずに残ってしまいかつこの残渣物に沿って電解メッキが成長するため、形成されるバンプの形状が不揃いになったりバンプ間の短絡が起こり易い等の問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの様な問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ブラインドビアホール形成の際に生ずる炭化物等の残渣物を積層フィルム基材から完全に除去できると共に高い加工精度でブラインドビアホールを形成できる積層フィルム基材の加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る発明は、
有機樹脂フィルムと金属層とで構成された積層フィルム基材の上記有機樹脂フィルムにパルスレーザ光を照射して金属層まで達するブラインドビアホールを形成する積層フィルム基材の加工方法を前提とし、
上記積層フィルム基材の少なくとも有機樹脂フィルム面に、金属層と同一材料で構成されかつ金属層よりその厚みが小さい金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、
上記金属薄膜側からパルスレーザ光を照射して金属層まで達するブラインドビアホールを有機樹脂フィルムに形成する第一レーザ照射工程と、
第一レーザ照射工程のパルスレーザ光より照射強度が強くかつパルス幅が小さい短パルスレーザ光を上記ブラインドビアホールに向けて照射し、ブラインドビアホールの形状を保持しつつブラインドビアホール内の残渣物を除去する第二レーザ照射工程と、
上記有機樹脂フィルム上に形成された金属薄膜を薬液により溶解させてブラインドビアホールの開口部周縁に存在する残渣物と上記金属層表面に形成された酸化膜を除去する金属薄膜溶解工程、
を具備することを特徴とし、
また、請求項２に係る発明は、
請求項１記載の発明に係る積層フィルム基材の加工方法において、
積層フィルム基材がポリイミドと銅箔の積層フィルムで構成され、かつ、第一レーザ照射工程におけるパルスレーザ光がパルス幅１０μｓ〜２０ｍｓの範囲に設定されたアルゴンレーザで構成されると共に、第二レーザ照射工程における短パルスレーザ光がパルス幅２００ｎｓ以下、ピークパワー密度１０ＭＷ／ｃｍ²以上の照射強度に設定されたＱスイッチＹＡＧレーザの第二高調波で構成されていることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２記載の発明に係る積層フィルム基材の加工方法において、
積層フィルム基材の上記金属層が回路パターン加工されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
すなわち、本発明に係る積層フィルム基材の加工方法は、積層フィルム基材の有機樹脂フィルム面に金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、上記有機樹脂フィルムにブラインドビアホールを形成する第一レーザ照射工程と、形成したブラインドビアホール内の残渣物を除去する第二レーザ照射工程と、形成したブラインドビアホールの開口部周縁に存在する残渣物を除去する金属薄膜溶解工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
まず、上記積層フィルム基材として、例えば、ポリイミド等の有機樹脂フィルムと銅等の金属層とで構成されるものが挙げられ、通常、金属層は回路パターン加工が施されている。尚、電気絶縁層として機能する材料なら任意の有機樹脂フィルムが適用でき、また、回路パターン加工が可能なら銅以外の金属材料で金属層を形成してもよい。
【００１３】
また、上記金属薄膜形成工程において有機樹脂フィルム面に金属薄膜を形成する方法としては、無電解メッキ、蒸着、ＣＶＤ等任意の形成方法が例示され、かつ、上記金属薄膜を構成する材料としては、硫酸等の薬液(エッチャント)に溶解する材料なら任意である。尚、上記金属薄膜と積層フィルム基材における金属層を同一の金属で構成した場合、金属薄膜溶解工程において金属層表面に形成された酸化膜も同時に除去できる利点を有する。すなわち、上記ブラインドビアホールを形成する第一レーザ照射工程やブラインドビアホール内の残渣物を除去する第二レーザ照射工程の際、ブラインドビアホールから露出する金属層表面は酸化され易いため、この酸化膜を残したままブラインドビアホール内にバンプを形成した場合に金属層とバンプとの導通性が若干悪くなることがある。この場合、金属層と金属薄膜を同一材料で構成すると、金属薄膜溶解工程において金属層表面に形成された酸化膜も同時に除去できることから上記金属層とバンプとの導通性を良好にできる利点を有する。また、金属薄膜の膜厚については、金属薄膜溶解工程において上記金属層が溶解除去されないように金属層の膜厚より小さく設定することを要する。
【００１４】
次に、第一レーザ照射工程においては、第二レーザ照射工程の短パルスレーザ光より照射強度が弱くかつパルス幅が大きいパルスレーザ光を金属薄膜の所定部位に向け複数回照射し、照射部において有機樹脂フィルムの熱分解等を起させて金属層まで達するブラインドビアホールを有機樹脂フィルムに形成する。尚、上記パルスレーザ光照射の際、その照射部に向けて窒素ガス等を吹き付けることが望ましい。これは、上記有機樹脂フィルムの熱分解等が起こった際、熱分解等により発生した分解ガスがブラインドビアホール形成部周辺を覆ってしまうため、窒素ガス等を吹き付けて上記分解ガスを取除かないと、パルスレーザ光の一部が散乱や吸収を受け有機樹脂フィルムに供給されるレーザエネルギーが減少したり変動し、精度よくブラインドビアホールが形成できなくなるからである。従って、パルスレーザ光照射の際、その照射部に向けて窒素ガス等を吹き付けることが望ましい。尚、窒素ガス等を吹き付ける方法に代えて、パルスレーザ光の照射間隔を大きくする方法を採ってもよい。パルスレーザ光の照射間隔が大きい場合、ブラインドビアホール形成部周辺を覆う分解ガスが次のパルスレーザ光照射までに除かれるためである。
【００１５】
次に、第二レーザ照射工程においては、第一レーザ照射工程のパルスレーザ光より照射強度が強くかつパルス幅が小さい短パルスレーザ光を上記ブラインドビアホールに向け複数回照射し、ブラインドビアホールの形状を保持しつつブラインドビアホール内の残渣物を除去する。この場合、上記短パルスレーザ光は衝撃波として作用し、ブラインドビアホール内の残渣物が瞬時に吹き飛ばされて除去される一方、ブラインドビアホールは侵されずブラインドビアホールの形状は保持される。また、効率よくブラインドビアホール内の残渣物を除去するため、短パルスレーザ光のビーム径を第一レーザ照射工程におけるパルスレーザ光のビーム径より大きめに設定することが好ましい。
【００１６】
尚、第一レーザ照射工程と第二レーザ照射工程において適用するレーザ光源の種類については、上記積層フィルム基材における有機樹脂フィルムの光吸収性等を考慮して選定され、例えば、積層フィルム基材がポリイミドと銅箔で構成される場合、第一レーザ照射工程におけるパルスレーザ光源としてアルゴンレーザが挙げられ、第二レーザ照射工程における短パルスレーザ光源としてＱスイッチＹＡＧレーザの第二高調波が挙げられる。
【００１７】
最後に、金属薄膜溶解工程において上記有機樹脂フィルム上に形成された金属薄膜を薬液により溶解させてブラインドビアホールの開口部周縁に存在する残渣物と上記金属層表面に形成された酸化膜を除去する。尚、上記薬液は適用される金属薄膜の種類に対応して選定され、金属薄膜として銅が適用された場合、硫酸水溶液等が例示される。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００１９】
尚、図１(Ａ)〜(Ｄ)と図２(Ａ)〜(Ｃ)は本発明の実施例に係る加工方法の加工工程を示す説明図である。
【００２０】
また、この実施例において上記積層フィルム基材１０としては、厚さ３０μｍのポリイミド１１と厚さ１８μｍの銅箔１２とで構成された実装用フィルム基材(すなわち、銅箔１２は回路パターン加工されている)を用いている。また、第一レーザ照射工程と第二レーザ照射工程においてレーザ照射中は窒素ガスを１０リットル／分の流量で積層フィルム基材１０の照射部に吹き付けている。
【００２１】
まず、第一工程である金属薄膜形成工程において、図１(Ａ)に示すように上記積層フィルム基材１０の両面に無電解銅メッキを用いて厚さ０．８μｍの金属薄膜２１、２２を形成した。
【００２２】
次に、第二工程である第一レーザ照射工程において、図１(Ｂ)に示すように波長５１５ｎｍのアルゴンレーザ光を超音波変調器で０．２５ｍｓのパルス幅にして得たパルスレーザ光３を、照射ビーム径４０μｍ、照射間隔１０ｍｓで１０ショット照射した。照射強度は５００ｋＷ／ｃｍ²である。
【００２３】
そして、図１(Ｃ)にパルスレーザ光３照射後の加工形状を断面図にて示す。図１(Ｃ)においてブラインドビアホール４の形状は、ビアホール底部径が４０μｍ、上部径が７０μｍであった。また、ブラインドビアホール４の底部側壁には厚さ３０μｍの有機系残渣物４１が付着し、ブラインドビアホール４の開口部周縁における直径１００μｍ範囲の金属薄膜２１面には厚さ２μｍ程度の有機系残渣物４２が付着している。
【００２４】
次に、第三工程である第二レーザ照射工程において、図１(Ｄ)に示すようにＱスイッチＹＡＧレーザの第二高調波から成る照射ビーム径１００μｍの短パルスレーザ光５(パルス幅１０ｎｓ、照射ピークパワー密度１００ＭＷ／ｃｍ²)を５ショット照射し、第一レーザ照射工程で発生したブラインドビアホール４内の有機系残渣物４１を除去した。
【００２５】
そして、図２(Ａ)に短パルスレーザ光５照射後の加工形状を断面図にて示す。図２(Ａ)においてブラインドビアホール４内の有機系残渣物４１は完全に除去されたが、ブラインドビアホール４の開口部周縁における直径１５０μｍ範囲の金属薄膜２１面には第一レーザ照射工程と第二レーザ照射工程で生じた厚さ２μｍ程度の有機系残渣物４２が付着している。
【００２６】
最後に、第四工程である金属薄膜溶解工程において、積層フィルム基材１０の両面に形成した金属薄膜２１、２２に対し酸化性薬液(硫酸水溶液)を散布して金属薄膜２１、２２のみをエッチングし、図２(Ｂ)に示すように積層フィルム基材１０におけるポリイミド１１にブラインドビアホール４を形成した。
【００２７】
尚、ブラインドビアホール４が形成された積層フィルム基材１０について電子顕微鏡による観察を行なったところ、ブラインドビアホール４の開口部周縁並びにブラインドビアホール４の底部側壁に有機系残渣物の付着はみられず、かつ、ブラインドビアホール４の底部において金属層である銅箔１２が完全に露出していることが確認された。
【００２８】
そして、上記ブラインドビアホール４内に電解メッキにより銅を埋め込んだところ、全てのブラインドビアホール４内に均一な形状で再現性よく銅バンプ６を埋め込むことができた(図２Ｃ参照)。
【００２９】
尚、比較例として上記第一工程である金属薄膜形成工程と第四工程である金属薄膜溶解工程を省略した点を除き実施例と同一の条件で積層フィルム基材１０におけるポリイミド１１にブラインドビアホール４を形成したところ、ブラインドビアホール４の開口部周縁におけるポリイミド１１面上に有機系残渣物が付着していた。そして、このブラインドビアホール４内に電解メッキにより銅を埋め込んだところ、形成される銅バンプはブラインドビアホール４上部に成長せずに上記ポリイミド１１面上に付着した有機系残渣物に沿って不均一な形状に成長し、銅バンプの高さ径をコントロールすることが困難であった。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の発明に係る積層フィルム基材の加工方法によれば、
ブラインドビアホール内の残渣物については第二レーザ照射工程において第一レーザ照射工程のパルスレーザ光より照射強度が強くかつパルス幅が小さい短パルスレーザ光を照射して取除き、また、上記ブラインドビアホールの開口部周縁に存在する残渣物については金属薄膜溶解工程において有機樹脂フィルム上に形成された金属薄膜を薬液により溶解させて取除いているため、ブラインドビアホール形成の際に生ずる残渣物を積層フィルム基材から完全に除去できると共に高い加工精度でブラインドビアホールを形成できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(Ａ)〜(Ｄ)は本発明の実施例に係る加工方法の加工工程を示す説明図。
【図２】図２(Ａ)〜(Ｃ)は本発明の実施例に係る加工方法の加工工程を示す説明図。
【符号の説明】
３パルスレーザ光
４ブラインドビアホール
５短パルスレーザ光
６銅バンプ
１０積層フィルム基材
１１ポリイミド
１２銅箔
２１金属薄膜
４１有機系残渣物
４２有機系残渣物

Claims

有機樹脂フィルムと金属層とで構成された積層フィルム基材の上記有機樹脂フィルムにパルスレーザ光を照射して金属層まで達するブラインドビアホールを形成する積層フィルム基材の加工方法において、
上記積層フィルム基材の少なくとも有機樹脂フィルム面に、金属層と同一材料で構成されかつ金属層よりその厚みが小さい金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、
上記金属薄膜側からパルスレーザ光を照射して金属層まで達するブラインドビアホールを有機樹脂フィルムに形成する第一レーザ照射工程と、
第一レーザ照射工程のパルスレーザ光より照射強度が強くかつパルス幅が小さい短パルスレーザ光を上記ブラインドビアホールに向けて照射し、ブラインドビアホールの形状を保持しつつブラインドビアホール内の残渣物を除去する第二レーザ照射工程と、
上記有機樹脂フィルム上に形成された金属薄膜を薬液により溶解させてブラインドビアホールの開口部周縁に存在する残渣物と上記金属層表面に形成された酸化膜を除去する金属薄膜溶解工程、
を具備することを特徴とする積層フィルム基材の加工方法。
積層フィルム基材がポリイミドと銅箔の積層フィルムで構成され、かつ、第一レーザ照射工程におけるパルスレーザ光がパルス幅１０μｓ〜２０ｍｓの範囲に設定されたアルゴンレーザで構成されると共に、第二レーザ照射工程における短パルスレーザ光がパルス幅２００ｎｓ以下、ピークパワー密度１０ＭＷ／ｃｍ²以上の照射強度に設定されたＱスイッチＹＡＧレーザの第二高調波で構成されていることを特徴とする請求項１記載の積層フィルム基材の加工方法。
積層フィルム基材の上記金属層が回路パターン加工されていることを特徴とする請求項１または２記載の積層フィルム基材の加工方法。