JP3628585B2 - 銅張り積層板及び銅張り積層板のレーザーによる穴開け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板の層間接続孔を効率良く形成できるレーザー穴開け性に優れた銅張り積層板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銅箔を導電体として用いた電子部品及び配線基板の製造において、配線の高密度化に伴い、従来の機械式ドリルに比較して、より微細な加工が可能であるレーザーによる穴開けが用いられるようになってきた。
しかしながら、汎用性の高い炭酸ガスレーザー光を照射して銅箔表面に穴開け加工をしようとした場合、炭酸ガスレーザーの波長である１０μｍ近傍での銅の反射率が１００％近くなり、レーザー加工効率が極めて悪いと言う問題点がある。
この加工率の低下を補うために、高出力の炭酸ガスレーザー加工装置が必要となるが、このような高出力のレーザーを用いて、高エネルギーでレーザー加工した場合、銅箔と同時に穴開けする樹脂基板が加工され過ぎてダメージを受け、意図した形状に穴開けができないという問題を生じた。
また、加工に伴う飛散物が多くなり、装置および加工物の非加工部への汚染等の問題が生じる。
【０００３】
そこで、このような問題を避けるため、銅箔部分に予め化学エッチングで穴開けし、その後樹脂部をレーザーで穴開けすることが行われている。しかし、この場合は銅箔及び樹脂部を一度に穴開けする場合に比較して工程が増え、コスト高になってしまう欠点がある。
一方、一般にレーザー光波長での反射率の高い金属へレーザー加工の手段として、吸収率の高い物質を表面に設けることにより、その物質にレーザー光を吸収させ、熱を発生させて加工することが行われており、また、表面に凹凸を付けることにより、同様に加工効率をあげることが可能であることも知られている。
さらに、銅箔の穴開け加工に際し吸収率を高めるため銅の酸化表面処理（黒化処理）を施すなどの提案もなされている。
【０００４】
しかし、上記の提案はいずれも操作や処理が複雑になり、その割には十分なレーザー加工効率が得られず、また上記表面処理層を設けたものは、処理層が脆弱で剥離等により工程中の汚染源となるなどの問題があった。
また、銅箔自体を薄くして低エネルギーでも穴開け可能とする提案もなされている。しかし、実際に使用される銅箔の厚さは９〜３６μｍの異なった膜厚のものが使用されているので、銅箔を薄くできるのは一部の材料のみである。また、同じ低エネルギーの条件で穴開けを行うためには、銅箔を３〜５μｍ程度に極端に薄くする必要があり、この場合にはハンドリング等が問題となる。
このように、従来の銅箔を改良したいくつかの提案は、レーザーによる穴開けに充分でなく、レーザー加工に適する銅箔材料が得られていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プリント回路基板の製造に際し、レーザー光入射面となる銅箔の表面を改善することにより、レーザーによる穴開けが極めて容易となり、小径層間接続孔の形成に適した銅張り積層板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上から、本発明は
１ レーザーにより穴開け加工する電解銅箔を用いた銅張り積層板であって、電解時に電解液側となっている該電解銅箔の粗面をレーザー光入射面とすることを特徴とする銅張り積層板
２ 電解銅箔の粗面の表面粗さＲｚが２．０μｍ以上であることを特徴とする上記１記載の銅張り積層板。
３ 前記電解銅箔の粗面に、さらに電着による粗化処理を施したことを特徴とする上記１又は２に記載の銅張り積層板
４ 電解銅箔の光沢面に、電着による粗化処理を施したことを特徴とする上記１、２及び３のいずれかに記載の銅張り積層板
５ 電着用金属として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ及びこれらの合金のいずれか１以上を用いて粗化処理することを特徴とする上記３に記載の銅張り積層板、を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
電解銅箔は一般にドラムに銅を電着して製造されるが、ドラムに接する面が比較的平坦な光沢面となり、電解液側が粗面となる。この電解銅箔を銅張り積層板に使用する場合は、電解銅箔の粗化面を樹脂との接着面に、光沢面を炭酸ガス等のレーザー光入射面としている。
上記のように銅箔自体レーザー光の吸収率が悪いので、上記のように光沢面では一層穴開けが難しくなる。このため、光沢面に０．０１〜３μｍの粒子状物をめっきし、凹凸を形成することにより穴開け特性を改善できることが分かった。
この微細な凹凸はレーザー光を乱反射させ、光の吸収と同様の効果を上げることができ、電解銅箔の光沢面をレーザー光入射面とする場合において、炭酸ガスレーザーによる低エネルギーでも充分な穴開け性を確保することできる有効な手段である。
【０００８】
しかし、電解銅箔の平滑な光沢面に電着により上記の凹凸を設けて充分な穴開け性を確保することは、処理液組成等の電着条件の厳密な制御が必要である。例えば、レーザー穴開け性を高めるために処理層の凹凸を大きくするような条件で電着を行った場合、処理層の剥離や脱落を起こし易くなるという問題が使用ずる。
この処理層の剥離や脱落は電着組成物に銅成分を含ませると、かなり解消することができる。しかし、レーザー穴開け性を高めようとして銅以外の金属成分を電着層に多く含有させることもあり、この場合は、表面層の剥離、脱落強度が低下するので、大きな問題となる。
このようなことから、電解銅箔の光沢面を利用する場合には、レーザー穴開け性と表面層の接着強度を同時に両立させなければならないという問題がある。これは圧延銅箔においても、同様の問題である。
【０００９】
本発明は、電解銅箔を銅張り積層板に使用する場合に、従来考えられていた電解銅箔の粗化面を樹脂との接着面に、そして光沢面を炭酸ガス等のレーザー光入射面とする発想を１８０度転換し、電解銅箔の粗面をレーザー光入射面とし、光沢面を樹脂接着面とするものである。
これにより、電解銅箔の粗化面の接着強度を利用して樹脂との接着を行っていた機能が失われるわけであるが、以前に比べ樹脂の接着性が改善され、より強度が向上しており、また銅張り積層板も以前ほどの接着強度を必要としないケースが多くなっている。
また、必要に応じて、この樹脂との接着を行う光沢面に粒子状突起（ふし瘤状の突起）を電着して凹凸を形成し、密着性を改善することができる。したがって、樹脂との接着性改善には、上記のようなレーザー光入射面に使用する場合ほど、厳密な電着の制御は必要としないので、光沢面を樹脂の接着を行う面としても、それ程大きな問題となることはない。
そして、この場合、電着層は樹脂と接着され表層に現れないので、レーザー光照射の際に、銅張り積層板の表層面における凹凸部の剥離や脱落という問題が直性生ずることもない。
【００１０】
本発明の銅張り積層板に用いる電解銅箔の粗面の表面粗さＲｚが２．０μｍ以上であれば、炭酸ガスレーザーによる穴開けにおいて、充分な穴開け性改善の効果を有する。この電解銅箔時に作成された粗面は、元来銅箔の一部であるため、剥離や脱落は存在しない。
この粗面の粗さは電解液組成や電流条件等により異なり、中には光沢面に近い表面粗さの小さい粗面をもつ電解銅箔も存在する。その場合でも、上記表面粗さＲｚが２．０μｍ以上であれば、充分な穴開け性を有する。
さらに、この粗面のレーザー穴開け性を向上させようとする場合には、この粗面に新たに金属電着（電気めっき）層を形成することもできる。この追加的粗化処理は、前記光沢面に凹凸を形成する電着処理に比べ、はるかに少ない量で充分な効果を得ることができる。
【００１１】
電解銅箔の粗面には、すでに原銅電着による凹凸が存在するので、その上にさらに粒子を形成することは、平滑面に形成するよりも低電流、低析出速度での処理が可能である。そして、このため剥離や脱落が生じない電着条件を容易に設定できる。
この追加的粗化処理は、Ｃｕ粒子突起（ふし瘤状の突起）を電着しても、電解銅箔の粗面のレーザー穴開け性を向上させることができるが、レーザー光の吸収の良いＮｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ及びこれらの合金を用いることもできる。
また、一旦Ｃｕにより、上記粒子（凹凸）を形成してから、さらに上記レーザー光吸収性の良い材料を電着しても良い。
【００１２】
本発明に使用する電解銅箔の厚みは高密度配線として使用するために、１８μｍ以下であることが望ましい。しかし、本発明のレーザー穴開け性を向上させた銅箔は、この厚さに制限されるわけではなく、これ以上の厚さにも当然適用できるものである。
銅による粗化めっきの条件の一例を示すと、次の通りである。なお、この条件自体は公知のものである。
（水溶性銅硫酸塩めっき浴）
ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：２３ｇ／ｌ（ａｓ Ｃｕ）
ＮａＣｌ：３２ｐｐｍ（ａｓ Ｃｌ）
Ｈ_２ＳＯ_４：７０ｇ／ｌ
にかわ：０．７５ｇ／ｌ
純水：Ｂａｌ．
（めっき条件）
電流密度：６０〜１００ａ．ｓ．ｆ
時 間：１０〜６０秒
浴 温：７０〜８０°Ｆ
【００１３】
上記電着後、クロム及び又は亜鉛を含有する防錆処理を施すことができる。この防錆処理の手法または処理液は特に制限されるものではない。この防錆処理は、前記電着面上に、すなわち銅箔のレーザー光入射面へ部分的に又は銅箔全面に施すことができる。
上記と同様に、この防錆処理は回路基板に適用される銅箔としての特性を損なわないことが要求されるのは当然であり、本発明の防錆処理はこれらの条件を十分に満たしている。なお、この防錆処理はレーザー穴開け性には殆ど影響しない。
【００１４】
前記レーザー光の吸収率を高めるための電着に使用するＮｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ及びこれらの合金のめっき層を形成する代表例として銅−コバルト−ニッケルめっき処理条件を示す。なお、このめっき処理は好適な一例を示すのみであり、本発明はこれらの例に制限されない。
（銅−コバルト−ニッケルめっき処理）
Ｃｏ濃度：１〜１５ｇ／Ｌ、 Ｎｉ濃度：１〜１５ｇ／Ｌ
Ｃｕ濃度：５〜２５ｇ／Ｌ
電解液温度：２０〜５０°Ｃ、 ｐＨ：１．０〜４．０
電流密度：１．０〜３０Ａ／ｄｍ^２、 めっき時間：１〜１８０秒
【００１５】
本発明の防錆処理は、次のようなめっき処理が適用できる。以下はその代表例である。なお、この防錆処理は好適な一例を示すのみであり、本発明はこれらの例に制限されない。
（クロム防錆処理）
Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７（Ｎａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７又はＣｒＯ_３）：２〜１０ｇ／Ｌ
ＮａＯＨ又はＫＯＨ ：１０〜５０ｇ／Ｌ
ＺｎＯ又はＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ ：０．０５〜１０ｇ／Ｌ
ｐＨ ：３．０〜４．０、 電解液温度：２０〜８０°Ｃ
電流密度：０．０５〜５Ａ／ｄｍ^２、 めっき時間：５〜３０秒
【００１６】
【実施例】
次に、実施例に基づいて説明する。なお、本実施例は好適な一例を示すもので、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。したがって、本発明の技術思想に含まれる変形、他の実施例又は態様は、全て本発明に含まれる。
なお、本発明との対比のために、後段に比較例を掲載した。
【００１７】
（実施例１）
厚さ１２μｍの電解銅箔の粗面をレーザー光照射面（光沢面を樹脂接着面）とした、銅張り積層板。但し、粗面の表面粗さＲｚ２．２であった。
【００１８】
（実施例２）
厚さ１２μｍの電解銅箔の粗面をレーザー光照射面（光沢面を樹脂接着面）とした、銅張り積層板。但し、粗面の表面粗さＲｚ３．０μｍであった。
μｍであった。
【００１９】
（実施例３）
厚さ１２μｍの電解銅箔の粗面（表面粗さＲｚ３．０μｍ）に、上記条件で銅粗化めっきを施して銅粒子を析出させ、その面をレーザー光照射面とした、銅張り積層板。但し、粗面の表面粗さＲｚ３．５μｍであった。
【００２０】
（実施例４）
厚さ１２μｍの電解銅箔の粗面（表面粗さＲｚ３．０μｍ）に、上記条件で銅粗化めっきを施して銅粒子を析出させ、さらにその上に、上記条件で銅−コバルト−ニッケル合金めっきを行い、この面をレーザー光照射面とした銅張り積層板。この場合の粗化面の表面粗さＲｚ３．７μｍであった。
【００２１】
（比較例１）
厚さ１２μｍの電解銅箔の光沢面をレーザー光照射面とした銅張り積層板。この場合の表面粗さＲｚ１．４μｍであった。
【００２２】
（比較例２）
厚さ１２μｍの電解銅箔の光沢面（表面粗さＲｚ１．４μｍ）に、銅−コバルト−ニッケル合金めっきをおこない、この面をレーザー光照射面とした銅張り積層板。この場合の表面粗さＲｚ１．７μｍであった。
なお、銅−コバルト−ニッケル合金めっきの合金組成としては、上記実施例３と同一であるが、実施例３のレーザー穴開け率と同程度になるまでめっきを施したものである。
【００２３】
以上の実施例１〜４及び比較例１、２の試料について、プリプレグ（ＦＲ−４）を用いて片面基板とし、各１００箇所に、次の条件でレーザー光を照射し、その開口率を比較した。その結果を表１に示す。
（レーザー照射条件）
使用装置：炭酸ガスレーザー加工装置
スポットサイズ：１４４μｍφ
パルス幅：３２μｓｅｃ
周波数：４００Ｈｚ、 ショット数：１ショット
エネルギー：１３ｍＪ／ショット、２１ｍＪ／ショット、３２ｍＪ／ショット、４２ｍＪ／ショット
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例１では、銅箔の粗面（Ｒｚ２．２μｍ）そのものであるが、３２ｍＪ／ショットで開口率が２１％で、４２ｍＪ／ショットでは１００％に達する。また、粉落ち（剥離、脱落）は全く認められなかった。
【００２６】
実施例２では、銅箔の表面粗さがＲｚ３．０μｍの粗面をもつものであるが、２１ｍＪ／ショットで開口率が２％あり、３２ｍＪ／ショットで開口率が１００％に達する。また、粉落ち（剥離、脱落）は全く認められなかった。
【００２７】
実施例３では、銅粗化めっきしさらに銅粒子を析出させ、Ｒｚ３．５μｍとしたものであるが、１３ｍＪ／ショットで開口率が４％あり、２１ｍＪ／ショットで開口率１００％に達し、開口率が向上している。また、実施例１と同様、めっき層の粉落ちは認められなかった。
【００２８】
実施例４では、銅粗化めっきを施して銅粒子を析出させた後、さらにその上に、上記条件で銅−コバルト−ニッケル合金めっきしたものであるが、１３ｍＪ／ショットで開口率１００％になり、実施例３よりもさらに開口率が向上している。そして、極めて低エネルギーでレーザーによる穴開けが可能であることを示している。この場合も、めっき層の粉落ちは認められなかった。
【００２９】
比較例１では、光沢面をレーザー光照射面とするものであるが、粉落ちは当然認められないが、４２ｍＪ／ショットでも開口率９８％で、レーザー光の出力を高めても十分な開口率が得られていない。
【００３０】
比較例２では、光沢面に銅−コバルト−ニッケル合金めっきし、粒子層を形成したもので、その面をレーザー光照射面とするものであるが、開口率を実施例４レベルにするまでめっきしたために、めっき層の剥離、脱落が激しく、簡単なこすれで粉落ちが発生して汚染の原因となった。
また剥離・脱落した部分は、開口率が低下するという問題が発生した。
【００３１】
上記実施例においては、めっきの種類を広範囲に示していないが、上記に提示したいずれのめっきにおいても、同等の効果を示した。
上記の通り、表面粗さＲｚが２．０μｍ以上である電解銅箔の粗面を銅張り積層板のレーザー光照射面とすることにより、優れたレーザー開口率を得ることができる。また、該電解銅箔の粗面に、さらに電着による粗化処理を施すことにより、一層レーザー開口率を高めることができる優れた特徴を有する。
【００３２】
【発明の効果】
プリント回路基板の製造に際して、炭酸ガスレーザー等による低エネルギーレーザーで銅箔の直接開孔及び簡便な層間接続孔の形成ができ、またこすれ等によるめっき層の剥離や脱落を防止できるる著しい効果を有する。

Claims (6)

1. レーザーにより穴開け加工する電解銅箔を用いた銅張り積層板であって、レーザー光入射面が電解時に電解液側となっている表面粗さＲｚが２．０μｍ以上である電解銅箔の粗面であり、該電解銅箔の粗面に、さらに電着による粗化処理が施されていることを特徴とする銅張り積層板。
2. 電解銅箔の光沢面に、電着による粗化処理を施したことを特徴とする請求項１記載の銅張り積層板。
3. 電着用金属として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ及びこれらの合金のいずれか１以上を用いて粗化処理されていることを特徴とする請求項１記載の銅張り積層板。
4. 電解銅箔の製造の際に、電解液側となっている電解銅箔の粗面を、表面粗さＲｚが２．０μｍ以上となるようにし、これにさらに電着による粗化処理を行なうステップと、この粗化処理を行なった電解銅箔の粗面がレーザーによる穴開け加工面となるように、電解銅箔の製造の際にドラムに接する側の電解銅箔の光沢面を樹脂基板と接着して、銅張り積層板を製造するステップと、このように製造した銅張り積層板の前記電解銅箔の粗面側からレーザー光を入射させて銅箔への穴開け加工を行なうステップとを備えることを特徴とする銅張り積層板のレーザーによる穴開け方法。
5. 電解銅箔の光沢面に、電着による粗化処理を行なうことを特徴とする請求項４記載のレーザーによる穴開け方法。
6. 電着用金属として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ及びこれらの合金のいずれか１以上を用いて粗化処理することを特徴とする請求項４記載のレーザーによる穴開け方法。