JP5050725B2 - ビルドアッププリント配線基板の製造方法 - Google Patents

ビルドアッププリント配線基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ビルドアッププリント配線基板及びその製造方法に関する。特に、導体配線幅が25μm以下のファイン導体パターンを有する多層プリント配線基板を安価に上市すること、かつ熱硬化性絶縁樹脂層上にその導体配線層の密着強度を向上させ、その接続信頼性を向上させたビルドアッププリント配線基板及びその製造方法に関する。
従来、多層プリント配線板では、熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層との密着強度を向上させるために、銅箔の導体配線層と熱硬化性絶縁樹脂層との界面を粗らして、機械的なアンカー効果による密着性向上を図っていた。
しかし近年、高周波領域では、銅配線表面の粗さによる表皮効果で、信号遅延問題が提起されている。信号遅延問題などの高周波化に対応するために、導体配線層と熱硬化性絶縁樹脂層表面との界面粗さのロープロファイル化(算術平均粗度Ra=3μm以下)が要求されている。算術平均粗度Raは、JIS−B0601−1994で規定される方法で測定される。ここで、算術平均粗度Raとは、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さLで割った値で表すことをいう。
また、電子機器への高機能化、小型化、軽量化等の要求に対応して、それに組み込まれる多層プリント配線板に対しても高密度化、薄型化の要求が高まっている。これらの要求に対応する多層プリント配線板の一つとして、ビルドアップ工法があげられる。ビルドアップ工法とは、熱硬化性絶縁樹脂層コートと化学銅めっきを繰り返す工法のことである。しかし、一般的に熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層とは密着力が低い。特に、高密度配線化するために、導体配線幅の細線化や導体配線ピッチのファイン化が要求されており、極細幅の導体配線層と熱硬化性絶縁樹脂層との密着強度の信頼性が大きな問題となってきている。
上市されている、熱硬化性絶縁樹脂層は、一般的にフィラーとしてシリカを含有させ、熱硬化収縮を押さえ強度を向上させている。通常、熱硬化性絶縁樹脂層を強アルカリ性に調液した過マンガン酸塩溶液等の酸化剤で膨潤させ、フィラーの一部を溶解し、熱硬化性絶縁樹脂層の表面を凸凹に粗化し、めっきによる導体配線層との機械的アンカー効果により、密着強度を維持している。
ここで、一般的に信頼性のある導体配線の密着強度の目安として、90°引き剥がし強度で最低5.9N/cmと言われている。一方例えば、上市されているシリカフィラーを含有する熱硬化性絶縁樹脂層で膨潤粗化処理をしないと、算術平均粗度Raが0.2μmと非常に平滑な表面である。この膨潤粗化しない熱硬化性絶縁樹脂層に化学銅めっきを行った場合、触媒の付着が悪く銅めっきが析出しない部分が生じたり、めっき中での化学銅めっき膜の引張り内部応力により、一部で浮きや剥がれを生じたりしてしまう。このように、非常に平滑な熱硬化性絶縁樹脂層へ無電解めっきを行う場合には、密着強度を向上させる方策が必要であった。
特許文献1では、酸化剤に対して難溶性の絶縁樹脂に、酸化剤に可溶な平均粒径2μm〜10μmの耐熱性粒子と平均粒径2μmの耐熱性粒子の混合物を、あるいは、平均粒径2μm〜10μmの耐熱性粒子と平均粒径2μmの耐熱性粒子の擬似粒子を混合することにより、酸化剤処理後の絶縁樹脂層に凹部を設け、機械的アンカー効果により、密着力を向上させている。
しかしこのように、熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層との界面が凸凹であると、この後の導体配線層のパターニング工程で、熱硬化性絶縁樹脂層の凹部内に埋設されている導体配線層の一部が残渣として残りやすく、隣り合う導体パターンをショートさせる不良が発生してしまう。
特許文献2では、シランカップリング剤を用いて、熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層との密着強度を向上させる記載がある。この特許文献2では、内層の銅箔表面上にシランカップリング剤処理を施し、未硬化のエポキシ樹脂など不飽和二重結合を有する樹脂を、シランカップリング剤処理された銅箔上にコートし、熱硬化によって密着強度を発揮させるというものである。
このように銅箔とシランカップリング剤とは容易にカップリング反応できる。しかし逆に、不飽和二重結合のない樹脂表面に対しては、シランカップリング効果を発揮せず、この後導体配線層を形成しても充分な密着強度が得られない。従来のビルドアップ工法では、不飽和二重結合の少ない絶縁樹脂層上に導体配線層として銅めっきする工法であるため、従来のシランカップリング工法だけでは密着強度が出ない問題があった。
前述したように一般的には、熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層との密着強度向上のために、熱硬化性絶縁樹脂層に強アルカリ性に調液した過マンガン酸塩溶液等による膨潤粗化処理が行われ、その後化学銅めっきにより数μm厚のシード層が形成される。更に感光性のレジストを用いて、所望する導体配線パターンに露光、現像してレジストのパターンを形成した後、レジストパターンから露出した化学銅めっきのシード層に電位を印加し、電解銅めっきを行う。更にここで不要なレジストパターンをアルカリ溶液にて剥膜させ、化学銅めっきのシード層上に電解銅めっきで形成された導体配線パターンが得られる。
ここで、本発明で検討している一般的にフラッシュエッチングやクイックエッチングと呼ばれる(以下、「フラッシュエッチング」と呼ぶ。)工程にて、パターニングされた電解銅めっきから露出している化学銅めっきのシード層を完全にエッチングアウトする。
このフラッシュエッチング工程の前工程で行われる熱硬化性絶縁樹脂層の膨潤粗化工程で、熱硬化性絶縁樹脂層表面の粗面化、及びめっき液の漏れ性が向上することにより密着強度向上の効果を狙っている。しかしながら、粗面化された熱硬化性絶縁樹脂層の凹部内部にめっきされた銅が残渣として残りやすく、隣り合う導体配線パターン間でショートが発生する問題があった。このため、一般的にフラッシュエッチングでは、化学銅めっき層のエッチング時間を助長させたり、電解銅めっきより化学銅めっきが溶解しやすいエッチング液を選定することにより、この電解銅めっきで形成された導体配線間パターン間に露出している化学銅めっき層をフラッシュエッチングで完全にエッチングアウトし、隣り合う導体配線パターンとのショートを防止したりしている。
また、フラッシュエッチングの条件によって電解銅めっき層のエッチングが進みやすい条件では、導体配線パターン幅が細くなったり、化学銅めっき層のエッチングが進みやすい条件であれば、導体配線パターン直下の化学銅めっき層へのエッチングが進行(アンダーカット)し、導体配線の密着強度が低下したりする問題があった。
特に、本発明で検討している導体配線幅25μm以下の微細導体配線パターンでは、電解銅めっきパターンの間隙には新鮮なフラッシュエッチング液との置換が悪いため、エッチング速度が遅くなり、電解銅めっきのエッチングだけが進行するため、導体配線パターンが細くなってしまう問題があった。また、導体配線パターンと導体配線パターンとの間隙が広い部分が混在する場合、この部分は化学銅めっきにアンダーカットが生じ、密着強度の低下が見られるなどの問題があった。次の製造工程で、熱硬化性絶縁樹脂層を更にビルドアップした場合や最外層のソルダーレジストをコートする場合、またはワーク搬送や取扱時接触した場合に、アンダーカットを生じた導体配線パターンは、導体配線パターンが剥離したり、倒れたりしてショートやオープン不良を発生させる問題があった。
特開平2−188992号公報 特許第3505135号公報
本発明は、フラッシュエッチング時の導体配線幅の細りを最小限にし、且つ、絶縁樹脂層との高い密着強度を有し不良を発生しない安価で信頼性の高いビルドアッププリント配線基板及びその製造方法を提供することである。
本発明の請求項に係る発明は、コア層の両面に所望の形状を有した内層導体配線パターンを設けた基板を準備し、基板上の両面に所望の形状を有した絶縁樹脂層を形成し、前記絶縁樹脂層に膨潤粗化処理を行い、前記絶縁樹脂層に凹凸を形成し、前記絶縁樹脂層の凹凸の表面を埋めるように、絶縁樹脂層上の両面に導体配線シード層を形成し、導体配線シード層上の両面に所望の形状を有するめっきレジストを形成し、所望の形状を有する前記めっきレジストの非形成部分に外層導体配線パターンを形成し、エッチング液の温度における導体配線シード層と外層導体配線パターンとの腐蝕電位をそれぞれ別途測定しておき、前記導体配線シード層と前記外層導体配線パターンとを所望の形状に形成するために、選択的にエッチングを行う際、前記外層導体配線パターンの腐蝕電位が前記導体配線シード層の腐蝕電位より高いエッチング液の温度を有し、かつ前記外層導体配線パターンの腐蝕電位より低く、前記導体配線シード層の腐蝕電位より高い電位を前記外層導体配線パターン部分に電位を印加し、前記外層導体配線パターンから露出して形成される前記導体配線シード層部分をエッチングし、前記導体配線シード層のエッチングが前記外層導体配線パターン直下まで終了した時点で、前記外層導体配線パターン及び前記導体配線シード層の腐蝕電位より低い電位を印加し、前記外層導体配線パターン外の絶縁樹脂表面の凹凸中に残った不要な前記導体配線シード層部分をエッチングアウトすることを特徴とするビルドアッププリント配線基板の製造方法
本発明によれば、フラッシュエッチング時の導体配線幅の細りを最小限にし、且つ、絶縁樹脂層との高い密着強度を有し不良を発生しない安価で信頼性の高いビルドアッププリント配線基板及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお、実施の形態において同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
本発明の目的は、フラッシュエッチング時の外層導体配線パターン7(電解銅めっき)部分のエッチングを最小限に抑え、導体配線シード層5の化学銅めっきを導体配線パターン8の配線ピッチなどによらず、均一にフラッシュエッチングすることである。
図1(A)〜(D)及び図2(A)〜(C)に示すように、本発明の実施の形態に係るビルドアッププリント配線基板の製造方法である。まず始めに、図1(A)に示すように、コア層1と、コア層1の両面に形成された内層導体配線パターン2と、内層導体配線パターン2上に絶縁樹脂層3を形成する。
コア層1及び絶縁樹脂層3に用いられる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリイミド樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の単独、変性物、混合物や、これらの樹脂に、シリカ、ガラス繊維等の充填材を含有させたものが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る絶縁樹脂層3の材料としては、ペースト状のインキや、ドライフィルム化したものが使用できるが本発明ではこれらに限定されるものではない。絶縁樹脂層3のコートは、内層導体配線パターン2が形成された銅配線パターン層上に、ペースト状のインキで供給される絶縁樹脂層3をスクリーン印刷やディップコート、スピンコートなどのコーティング方式にコートし、プレベークを行うことができる。またドライフィルムは真空ラミネーターを用い、銅配線パターン層に気泡が巻き込まないよう貼り合わせることができる。ここで、180℃で30分間ベークし、絶縁樹脂層3を熱硬化させる。銅配線パターン層とは、内層導体配線パターン2のことである。
次に、図1(B)に示すように、絶縁樹脂層3に接続用のビアホール4を形成する。またここでは図示しないが、このコア層1と絶縁樹脂層3とをドリルで貫通するスルーホールを形成しても良い。
次に、ビアホール4形成時に生成したスミアを、加温したアルカリ水溶液に浸漬して除去する(デスミア処理)。次にセミアディティブ工法にて、外層導体配線パターン7と先に形成した内層導体配線パターン2との接続ビアを銅めっきで形成する。絶縁樹脂層3表面には極性が無く、水溶性の銅めっき処理液の漏れ性が悪いが、デスミア処理にてある程度漏れ性の向上が見られるが、表面を粗らす効果は低く、絶縁樹脂層3の表面の算術平均粗度Raは0.5μm以下が維持される。
次に、図1(C)に示すように、化学銅めっきの前処理(触媒形成)を行ったのち、絶縁樹脂層3表面に最大でも厚み1μmの導体配線シード層5を化学銅めっきにより形成することができる。化学銅めっきは析出レートが遅く工業的な量産性が悪いのがデメリットである。このため、無電解めっき厚はなるべく厚く形成したいが、量産工程では面内膜厚ばらつきが生じるため、本発明の実施の形態においては、0.5μm〜1.0μmの導体配線シード層5を形成する。
次に、図1(D)に示すように、導体配線シード層5上に所望の形状を有する外層導体配線パターン7のめっきレジスト6を形成する。
次に、図2(A)に示すように、電解銅めっきにより、所望の形状を有する膜厚まで銅めっきを行い、外層導体配線パターン7を形成する。
次に、図2(B)に示すように、外層導体配線パターン7のめっきレジスト6を剥離する。
次に、事前に化学銅めっきと電解銅めっきとの腐蝕電位が揃ったフラッシュエッチング液温、フラッシュエッチング液成分条件にて、図2(C)に示すように、フラッシュエッチングを行い、所望の形状を有する外層導体配線パターン7を形成する。ここで、化学銅めっきのことを導体配線シード層5という場合があり、電解銅めっきのことを外層導体配線パターン7という場合がある。
最後に、180℃60分間ポストベークして、絶縁樹脂層3を硬化させる。
図3に示すように、フラッシュエッチング時の処理温度で、化学銅めっきと電解銅めっきとのそれぞれの腐蝕電位をこのように化学銅めっきと電解銅めっきとの腐蝕電位が、処理温度によって逆転することがある。この処理温度を利用することにより選択的に化学銅めっきと電解銅めっきとをエッチングでき、銅残渣が発生せず、微細配線パターンを選択的に作製することができる。
比較的低温領域では化学銅めっきよりも電解銅めっきの腐蝕電位が高く、貴であるため、化学銅めっきの腐蝕電位より高く、かつ電解銅めっきの腐蝕電位より低い電位を電解銅めっき部分に電位を印加することにより、電解銅めっきのエッチングを防ぎ、化学銅めっきを選択的にエッチングさせることができる。
絶縁樹脂層3と導体配線シード層5との密着強度向上のため、絶縁樹脂層3に強アルカリ性に調液した過マンガン酸塩溶液等による膨潤粗化処理が行われ、化学銅めっきは凹凸の絶縁樹脂層3の表面を埋めるような形状である。このため、化学銅めっきをフラッシュエッチングしていくと、絶縁樹脂層3表面の凹凸の穴の中に化学銅めっきが飛び石状に独立して存在する。
化学銅めっきのエッチングが電解銅めっきパターン直下まで終了した時点で、電解銅めっき及び化学銅めっきの腐蝕電位より低い電位を印加することにより、導体配線パターン8の電解銅めっきとその直下の化学銅めっきのエッチングを防ぎ、導体配線パターン8外の絶縁樹脂3表面の凹凸の穴の中に残った飛び石状の化学銅めっきは継続してエッチングさせる。
このように導体配線パターン8外の化学銅めっきをエッチアウトすることにより、飛び石状の化学銅めっきの残渣によるショートや、微細配線パターン間でイオンマイグレーションが発生しないようにすることができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが本発明ではこの説明に限定されるものではない。
図1(A)に示すように、コア層1には、両面に内層導体配線パターン2を設けたガラス−エポキシ絶縁樹脂性基板として、日立化成工業株式会社製、商品名「MCL−E−679F」を用いた。コア層1の両面に絶縁樹脂層3として、太陽インキ製造社製、商品名「HBI−200B」をロールコータにて塗布し、180℃、30分間ベークを行い、絶縁樹脂層3を形成した。このときコーティングした絶縁樹脂層3の膜厚は約50μmであった。
次に、図1(B)に示すように、形成した絶縁樹脂層3に所定のビアパターンのアライメントを合わせて、COレーザでΦ90μmのレーザビアホール4を形成した。更に、60℃の5%水酸化ナトリウム溶液で5分浸漬し、デスミア処理を行った。ここで、絶縁樹脂層3の算術平均粗さRaは0.2μmであった。
次に、250g/Lのプリディップ液として、日立化成工業株式会社製、商品名「PD−301」に浸漬し、増感剤として、日立化成工業株式会社製、商品名「HS−202B」に浸漬処理を行った。
次に、図1(C)に示すように、導体配線シード層5は、日立化成工業株式会社製、商品名「CUST−201」を用いて、20分間化学銅めっきを行い形成した。
ここで、図1(D)に示すように、導体配線シード層5上に、厚さ25μmの感光性ドライフィルムレジスト、日立化成工業株式会社製、商品名「RY−3325SG」を貼り合わせ、所望する外層導体配線パターン7のフォトマスクを載置して、100mJ/cmで露光、30℃の0.8%炭酸ナトリウム溶液で現像処理し、所望する外層導体配線パターン7のめっきレジスト6を形成した。
次に、図2(A)に示すように、めっきレジスト6の非形成部分に以下の条件で電解銅めっきを施し、厚さ20μmの電解銅である外層導体配線パターン7を形成した。
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 180g/L
硫酸銅 80g/L
添加剤(カパラシドGL、アトテックジャパン製) 1mL/L
〔電解めっき水溶液〕
電流密度 1A/dm
時間 40分
温度 室温
さらに、図2(B)に示すように、60℃、5%NaOH水溶液に浸漬し、めっきレジスト6を剥離除去した。
図2(C)に示すように、剥離しためっきレジスト6下から露出した導体配線シード層5をエッチングアウトするため、エッチング液温を26.0℃に設定し、外層導体配線パターン7表面に腐蝕電位を120mV印加し、硫酸一過酸化水素系のフラッシュエッチング液でエッチングした。
外層導体配線パターン7まで導体配線シード層5がエッチングした時点で、腐蝕電位を100mVに印加し、凸凹な表面な穴に埋設した導体配線シード層5をエッチングアウトした。ここで、導体配線シード層5と外層導体配線パターン7とからなる二層構造の配線パターン8を形成した。
このようにして得られた導体幅20μmの導体配線には、アンダーカットが観察されず、その強度を測定したところ、12.36mNであった。これを1cm幅に換算すると6.18N/cmであり、充分な強度を示した。
比較例
実施例と同様に、図1(A)に示すように、コア層1には、両面に内層導体配線パターン2を設けたガラス−エポキシ絶縁樹脂性基板として、日立化成工業株式会社製、商品名「MCL−E−679F」を用いた。コア層1の両面に絶縁樹脂層3として、太陽インキ製造社製、商品名「HBI−200B」をロールコータにて塗布し、180℃、60分間ベークを行い、絶縁樹脂層3を形成した。このときコーティングした絶縁樹脂層3の膜厚は約50μmであった。
次に、図1(B)に示すように、形成した絶縁樹脂層3に所定のビアパターンのアライメントを合わせて、COレーザでΦ90μmのレーザビアホール4を形成した。更に、60℃の5%水酸化ナトリウム溶液で5分浸漬し、デスミア処理を行った。ここで、絶縁樹脂層3の算術平均粗さRaは0.2μmであった。
次に、250g/Lのプリディップ液として、日立化成工業株式会社製、商品名「PD−301」に浸漬し、増感剤として、日立化成工業株式会社製、商品名「HS−202B」に浸漬処理を行った。
次に、図1(C)に示すように、導体配線シード層5は、日立化成工業株式会社製、商品名「CUST−201」を用いて、20分間化学銅めっきを行い形成した。
ここで、図1(D)に示すように、導体配線シード層5上に、厚さ25μmの感光性ドライフィルムレジスト、日立化成工業株式会社製、商品名「RY−3325SG」を貼り合わせ、所望する外層導体配線パターン7のフォトマスクを載置して、100mJ/cmで露光、30℃の0.8%炭酸ナトリウム溶液で現像処理し、所望する外層導体配線パターン7のめっきレジスト6を形成した。
次に、図2(A)に示すように、めっきレジスト6の非形成部分に以下の条件で電解銅めっきを施し、厚さ20μmの電解銅である外層導体配線パターン7を形成した。
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 180g/L
硫酸銅 80g/L
添加剤(カパラシドGL、アトテックジャパン製) 1mL/L
〔電解めっき水溶液〕
電流密度 1A/dm
時間 40分
温度 室温
さらに、図2(B)に示すように、60℃、5%NaOH水溶液に浸漬し、めっきレジスト6を剥離除去した。
図2(C)に示すように、剥離しためっきレジスト6下から露出した導体配線シード層5をエッチングアウトするため、エッチング液温を35.0℃に設定し、外層導体配線パターン7表面に腐蝕電位を120mV印加し、硫酸一過酸化水素系のフラッシュエッチング液でエッチングした。
外層導体配線パターン7まで導体配線シード層5がエッチングした時点で、腐蝕電位を100mVに印加し、凸凹な表面な穴に埋設した導体配線シード層5をエッチングアウトした。ここで、導体配線シード層5と外層導体配線パターン7とからなる二層構造の配線パターン8を形成した。
このようにして得られた導体幅20μmの導体配線には、アンダーカットが観察されず、その強度を測定したところ、4.86mNと簡単に剥離された。これを1cm幅に換算すると2.43N/cmであり、ほとんど強度が見られなかった。
(A)〜(D)は本発明のビルドアッププリント配線基板の製造方法の工程の一部を示す模式構成断面図である。 (A)〜(C)は本発明のビルドアッププリント配線基板の製造方法の工程の一部を示す模式構成断面図である。 フラッシュエッチング時の処理温度で、導体配線シード層と外層導体配線パターンとのそれぞれの腐蝕電位を示す図である。
符号の説明
1 コア層
2 内層導体配線パターン
3 絶縁樹脂層
4 ビアホール
5 導体配線シード層(化学銅めっき)
6 めっきレジスト
7 外層導体配線パターン(電解銅めっき)
8 配線パターン

Claims (1)

  1. コア層の両面に所望の形状を有した内層導体配線パターンを設けた基板を準備し、
    前記基板上の両面に所望の形状を有した絶縁樹脂層を形成し、
    前記絶縁樹脂層に膨潤粗化処理を行い、前記絶縁樹脂層に凹凸を形成して、前記絶縁樹脂層の凹凸の表面を埋めるように、前記絶縁樹脂層上の両面に導体配線シード層を形成し、
    前記導体配線シード層上の両面に所望の形状を有するめっきレジストを形成し、
    所望の形状を有する前記めっきレジストの非形成部分に外層導体配線パターンを形成し
    ッチング液の温度における前記導体配線シード層と前記外層導体配線パターンとの腐蝕電位をそれぞれ別途測定しておき、前記導体配線シード層と前記外層導体配線パターンとを所望の形状に形成するために、選択的にエッチングを行う際、前記外層導体配線パターンの腐蝕電位が前記導体配線シード層の腐蝕電位より高いエッチング液の温度を有し、かつ前記外層導体配線パターンの腐蝕電位より低く、前記導体配線シード層の腐蝕電位より高い電位を前記外層導体配線パターン部分に電位を印加し、前記外層導体配線パターンから露出して形成される前記導体配線シード層部分をエッチングし、
    前記導体配線シード層のエッチングが前記外層導体配線パターン直下まで終了した時点で、前記外層導体配線パターン及び前記導体配線シード層の腐蝕電位より低い電位を印加し、前記外層導体配線パターン外の絶縁樹脂表面の凹凸中に残った不要な前記導体配線シード層部分をエッチングアウトすることを特徴とするビルドアッププリント配線基板の製造方法。
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