(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-16
(45)【発行日】2024-02-27
(54)【発明の名称】回路基板のスルーホールの充填方法及びこれを用いた回路基板
(51)【国際特許分類】
H05K 3/40 20060101AFI20240219BHJP
H05K 3/42 20060101ALI20240219BHJP
H05K 3/18 20060101ALI20240219BHJP
【ＦＩ】
H05K3/40 E
H05K3/42 610B
H05K3/18 E
H05K3/18 H
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022531644
(86)(22)【出願日】2020-10-22
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-02
(86)【国際出願番号】 KR2020014487
(87)【国際公開番号】W WO2021107409
(87)【国際公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-07-21
(31)【優先権主張番号】10-2019-0154040
(32)【優先日】2019-11-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】514122502
【氏名又は名称】ワイエムティー カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チュン、ソン ウク
(72)【発明者】
【氏名】チョン、ポ ムク
(72)【発明者】
【氏名】キム、チュン イル
(72)【発明者】
【氏名】キム、テ クン
【審査官】黒田 久美子
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２８３０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１８８７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１６４７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５２４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５１３９８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０２９０２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０７７４９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｋ ３／４０
Ｈ０５Ｋ ３／４２
Ｈ０５Ｋ ３／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路基板のスルーホールを充填する方法であって、基板に前記スルーホールを形成することと、
無電解めっきによって前記スルーホールの内側表面に所定の厚さの無電解めっき層を形成することと、
前記スルーホール内の一部の領域にブリッジが生じるように、前記無電解めっき層に電気めっきを行うことによってブリッジめっきを行うことと、
前記電気めっきによって前記ブリッジめっきが行われた前記スルーホールにスルーホール充填めっきを行うことと、
を含み、
前記ブリッジめっき及び前記スルーホール充填めっきは同一のめっき液を用いて行われ、
前記ブリッジめっき時に前記回路基板の上部及び下部に、タイミングが異なる逆パルス波形が印加される、回路基板のスルーホールを充填する方法。
【請求項2】
前記逆パルス波形はｔ１＋t２＋t３＋t４＋t５＋t６の周期を有し、前記周期の前記ｔ１、t２、t３、t４及びt５はそれぞれ正電流が印加される時間であり、ｔ６は負電流が印加される時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記正電流が印加される前記時間は５～２０ミリ秒であり、前記負電流が印加される前記時間は０．５～１．５ミリ秒である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記ｔ１、前記ｔ３及び前記ｔ５でそれぞれ印加される電流Ｉ１は１．５～２．５ＡＳＤであり、前記ｔ２及び前記ｔ４で印加される電流Ｉ２は０．５～１．５ＡＳＤであり、前記ｔ６で印加される電流Ｉ３は３～５ＡＳＤである、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
逆パルス波形が前記スルーホール充填めっきに印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記ブリッジめっき及び前記スルーホール充填めっきが同一のめっき浴で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記めっき溶液はレベラーを含み、前記レベラーは、窒素、酸素、硫黄及びリンからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む飽和複素環式化合物である、
請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記スルーホール充填めっきを施した前記スルーホールに対し、電気めっきによってオーバーコート膜めっきを行うことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板のスルーホールの充填方法及びこれを用いて製造された回路基板に関し、より詳細には、基板の異なる表面に形成された回路を電気的に接続するためにスルーホール内に導電性材料を充填する方法、及びこれを用いて製造された回路基板に関する。
【背景技術】
【0002】
所定の回路が集積された回路基板が携帯端末や表示装置などの電子機器に広く用いられている。回路基板は、印刷技術、めっき技術、エッチング技術などを用いることによって配線パターンが絶縁基板上に形成された基板である。回路基板は、配線パターンの構造によって片面プリント基板、両面プリント基板、多層プリント基板などに分類される。両面プリント基板や多層プリント基板などには、異なる層の配線パターンを接続するために、ＣＮＣドリルやレーザドリルによって加工されたスルーホールやビアホールが形成されている。スルーホールやビアホールの内壁の樹脂上に導電性材料を形成するために種々の方法が使用されている。
【0003】
近年、電子デバイスの小型化に伴い、回路基板に用いられるスルーホールやビアホールの径も小さくなってきており、直径とホールの深さの比を意味するアスペクト比も大きくなっている。アスペクト比の大きいスルーホール内に導電性材料を充填するプロセスでは、スルーホール内に細孔を形成しないことが重要である。スルーホール内に細孔が形成されると、電気的接続がなされない不具合が生じたり、電気抵抗が部分的に増大したりし、回路が正常に動作しなくなったり大量の熱を生じたりする要因となる。
【0004】
回路基板のスルーホールを導電性材料で充填する方法の１つでは、無電解めっきによりスルーホールの内側表面に無電解めっき層を形成し、次いで無電解めっき層に電流を流すことによって電気めっきが行われる。回路基板のスルーホールに導電性材料を充填する技術に関する先行文献として、韓国特許第１４１８０３４号がある。この先行文献には、Ａ）複数の導体及び絶縁体が交差して積層され、スルーホールが形成された多層プリント回路基板を準備することと、Ｂ）基板のスルーホールにより露出した導体の表面を酸化させることによってアニオン酸化物層を形成することと、Ｃ）スルーホールを含む基板全体を導電性アニオンカーボンで被覆することと、Ｄ）スルーホールを含む基板全体の導体表面に被覆した導電性アニオンカーボンを、マイクロエッチング液を用いて除去することと、Ｅ）基板に電気めっきを行って複数の導体を電気的に接続することと、を含む多層プリント回路基板の製造方法に関する技術が開示されている。しかしながら、この先行文献に開示された技術は、電気めっき工程前の前処理工程が複雑なためプロセスコストが高いという欠点を有し、電気めっき工程においてスルーホール内の細孔の発生を抑制する技術的特徴を含んでいない。
【0005】
したがって、スルーホール内の充填より前の工程の構成を簡略化し、電気めっきプロセス時のプロセス条件を制御することでスルーホール内の細孔の発生を抑制することによってプロセスコストを低減できる新しい技術の開発が大いに必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、回路基板のスルーホール内に導電性材料を充填するめっきプロセス時のプロセスコストを低減することができ、スルーホール内に細孔が形成されないように完全な充填を実施することができる回路基板のスルーホールの充填方法を提供するものである。
【0007】
さらに、本発明は、回路基板のスルーホールの充填方法を用いた回路基板を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様によれば、回路基板のスルーホール内に導電性材料を充填する方法が提供される。この方法は、基板にスルーホールを形成することと、無電解めっきによってスルーホールの内側表面に所定の厚さの無電解めっき層を形成することと、スルーホール内の一部の領域にブリッジが生じるように、無電解めっき層に電気めっきを行うことによってブリッジめっきを行うことと、電気めっきによってブリッジめっきが行われたスルーホールにスルーホール充填めっきを行うことと、を含み、ブリッジめっき及びスルーホール充填めっきは同一のめっき液を用いて行われる。
【0009】
本発明の一実施形態によれば、逆パルス波形をブリッジめっきに印加することができる。
【0010】
本発明の別の実施形態によれば、逆パルス波形を異なる条件で回路基板の上部及び下部に印加することができる。
【0011】
本発明のさらに別の実施形態によれば、逆パルス波形をスルーホール充填めっきに印加することができる。
【0012】
本発明の他の態様によれば、回路基板のスルーホールを充填する方法によって製造された回路基板が提供される。
【発明の効果】
【0013】
本発明の回路基板のスルーホールの充填方法は以下の効果を奏する。
【0014】
１種類のめっき液を用いてブリッジめっき及びスルーホール充填めっきを行うため、プロセスを簡略化し、めっき液の交換によるプロセスコストの上昇を抑制することができる。
【0015】
ブリッジめっきプロセス時にタイミングの異なる逆パルス波形を基板の上面及び下面に印加することにより、スルーホールの内部中央にブリッジを生じることができる。
【0016】
スルーホール充填めっきプロセス時に所定の逆パルス波形を印加することにより、スルーホール充填プロセス時にスルーホール内に細孔が形成されるのを抑制することができる。
【0017】
オーバーコート膜めっき時に所定の逆パルス波形を印加することにより、スルーホール充填後のスルーホール及び周辺部に所定の厚さのめっき膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】回路基板でのスルーホール充填プロセスを順に示す図である。
【図3】本発明の回路基板のスルーホール充填プロセスを順に示す図である。
【図5】本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法のブリッジめっき工程で印加される電流波形を示す図である。
【図6】本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法のブリッジめっき工程で印加される電流波形を示す図である。
【図7】本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法のスルーホール充填めっき工程で印加される電流波形を示す図である。
【図8】本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法のオーバーコート膜めっき工程で印加される電流波形を示す図である。
【図9】回路基板のスルーホールをめっきで充填した後の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明は、回路基板のスルーホール内に導電性材料を充填する方法に関する。この方法は、基板にスルーホールを形成することと、無電解めっきによってスルーホールの内側表面に所定の厚さの無電解めっき層を形成することと、スルーホール内の一部の領域にブリッジが生じるように、無電解めっき層に電気めっきを行うことによってブリッジめっきを行うことと、電気めっきによってブリッジめっきが行われたスルーホールにスルーホール充填めっきを行うことと、を含み、ブリッジめっき及びスルーホール充填めっきは同一のめっき液を用いて行われる。
【0020】
回路基板は、所定の回路パターンが基板上に実装された電子デバイスである。回路基板の回路パターンは単層で形成されているが、回路パターンは集積度を向上させるために多層でも構成される。この場合、異なる層に形成された回路パターンを電気的に接続する手段が必要となる。異なる層上の回路パターンを接続する方法は、レーザドリル加工などの方法によって基板にスルーホールを形成し、このスルーホール内に導体を充填する方法である。このとき、基板に形成されるスルーホールの表面は絶縁体で形成されているため、無電解めっきを用いて薄い金属層を表面に形成し、この無電解めっき層に電流を流して電気めっきを行う。めっき法を用いてスルーホール内に導電性材料を充填するプロセスにおいて、スルーホールの上部又は下部でのめっき膜の成長速度が速いと、スルーホールの中間領域に導電性材料を充填することが困難になる。その結果、充填のためのめっき法には特別な技術が必要である。
【0021】
図１は回路基板でのスルーホール充填プロセスを順に示しており、図２は図１に示したスルーホール充填プロセスによってスルーホールを導電性材料で充填するプロセスを示している。図１及び図２を参照すると、まず基板１０１に穴をあけることによって所定の直径のスルーホール１０２を形成する。次いで、無電解めっきを行うことによりスルーホール１０２の内側表面に無電解めっき層１０３を形成する。このとき、無電解めっき層１０３はスルーホールの内部だけでなく基板の上面及び下面にも形成される。次に、第１のめっき液を用いてブリッジめっきを行う。ブリッジめっきプロセス時に、無電解めっき層に電流を流し、スルーホール１０２内の中間深さ領域でめっき膜を成長させてブリッジめっき部１０４ａを形成する。次に、第２のめっき液を用いて電気めっきを行い、スルーホールの内部を充填することによってスルーホール充填部１０４を形成する。このとき、第２のめっき液は、第１のめっき液とは異なる成分及び組成を有することが一般的である。前述のように、従来のスルーホールの充填方法では、ブリッジ形成用めっき液と充填用めっき液に分けられた２成分めっき液が用いられており、めっき液の管理や処理が不便である。しかし、本発明では、２成分めっき液を用いる場合とは異なり１種類のめっき液（１成分液）が用いられるため、めっき液を別途管理したりプロセスを分けたりする必要がなく、簡略化されるという利点がある。
【0022】
本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法において、無電解めっき後の電気めっきプロセスはブリッジめっき及びスルーホール充填めっきを含み、ブリッジめっき及びスルーホール充填めっきのプロセス時に同一の成分と組成を有するめっき液を用いることによって特徴づけられている。めっき液は、硫酸銅、硫酸、塩素、光沢剤、キャリヤ及びレベラーを含む。スルーホールを充填する既存のめっき技術では、ブリッジめっき液はレベラーを含んでいない。しかし、本発明のスルーホール充填めっきでは、ブリッジめっき液及びスルーホール充填めっき液の双方にレベラーが含まれており、レベラーの組成比は小さい。前述のように、ブリッジめっき液及びスルーホール充填めっき液の双方にレベラーが含まれるため、１つのめっき浴で２段階めっきを行い、プロセスコストを低減することができる。ブリッジめっき液及びスルーホール充填めっき液の好ましい組成は、硫酸１００重量部に対して硫酸銅２００～３００重量部、光沢剤０．５～４重量部、キャリヤ７０～１３０重量部及びレベラー２～８重量部を含み、全めっき液に対して塩素５０～１００ｐｐｍを含むことができる。また、本発明のスルーホールの充填方法では、ブリッジめっきプロセス時に基板の表面及び裏面にタイミングの異なる逆パルスを印加し、スルーホール充填めっきプロセス及びオーバーコート膜めっきプロセス時に所定の逆パルス波形を印加する。
【0023】
【0024】
【0025】
次いで、スルーホール２０２及び基板２０１の表面に無電解めっき層２０３を形成する。無電解めっき層２０３は銅からなることができる。無電解めっき液として、既知の成分及び組成を有するめっき液を用いることができる。無電解めっき液は、銅イオン供給源、銅イオン錯化剤、銅イオン還元剤及びｐＨ調整剤を含み、めっき膜の機械的特性やめっき液の安定性を向上させる添加剤をさらに含む。この無電解めっきに必要とされる主な技術は、スルーホールの内壁の全面に均一な電着性を確保することである。スルーホールの内部など、使用するめっき液の対流が十分に行われていない部分では、めっき反応の主成分である銅イオン（錯体）、還元剤及び水酸化物の濃度が低下し、均一な析出が大幅に減少する。これらの問題を解決するために、本発明によれば、無電解銅めっき液の銅塩、銅イオン錯塩、銅イオン還元剤及びｐＨ調整剤のほかに１種以上の添加剤を用いることによって均一な析出を増進することができ、スルーホールの内壁のめっき厚を均一に確保することができる。銅イオン供給源として硫酸銅を用いることができ、アルカリめっき液中での安定化のためにＥＤＴＡを錯化剤として用いることができる。還元剤は銅の酸化還元電位よりも低い酸化還元電位を有し、還元剤は、反応を起こすが実際にはめっき液中で分解反応を起こさない、他の組成物と結合することにより生じる不溶性の析出物を形成しない、触媒としての反応速度が速い、といった条件を満たす必要がある。還元剤として、ホルマリンや水素化ホウ素ナトリウムを用いることができる。ｐＨ調整剤はホルマリンの酸化反応に必要なＯＨを供給するために用いられ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができる。添加剤としては、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチレン三酢酸、シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、テトラキス（２－ヒドロキシプロピル）エチルジアミン等が挙げられる。めっき加工条件は一般に温度２０～６０℃、ｐＨ１１～１４であり、めっき速度の観点からできるだけ高いｐＨでめっき加工を行うことが好ましい。一般的なめっき速度は１０μｍ／時であり、めっき速度が速すぎる条件では銅イオンが析出しやすく、溶液安定性が低下する傾向にある。
【0026】
次にブリッジめっきを行い、スルーホール２０２内に銅めっき膜（無電解めっき層２０３）のブリッジを形成する。このとき、ブリッジめっきを電気めっき法によって行うことができ、電気めっきプロセス時にパルス及び／又は逆パルス波形を印加することができる。逆パルス波形の印加はめっき膜の厚さを一定に保つためであり、特に、スルーホール２０２の上部及び下部の角で生じうるドッグボーンの影響を低減し、ブリッジが先に生じるのを防ぐためである。ブリッジめっきに用いるめっき液は、硫酸、硫酸銅、塩素、光沢剤、キャリヤ及びレベラーを含むことができる。めっき液の組成比は、硫酸１００重量部に対して硫酸銅２００～３００重量部、キャリヤ５０～１５０重量部（具体的には７０～１３０重量部）、増白剤０．５～５重量部（具体的には０．５～４重量部）、レベラー１～１０重量部（具体的には２～８重量部）とすることができ、塩素はめっき液の総重量に対して３０～１２０ｐｐｍであることが好ましい。この場合、塩素とは、めっき液に希塩酸を添加することによって生じる塩素イオンを意味する。
【0027】
増白剤は、（Ｏ－エチルジチオカルボナト）－Ｓ－（３－スルホプロピル）－エステル、３－［（アミノ－イミノメチル）－チオール］－１－プロパンスルホン酸、３－（ベンゾチアゾール－２－メルカプト）－プロピルスルホン酸、ナトリウムビス－（スルホプロピル）－ジスルフィド、Ｎ，Ｎ－ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン酸、３，３－チオビス(１－プロパンスルホン酸)、２－ヒドロキシ－３－［トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミノ］－１－プロパンスルホン酸、２，３－ジメルカプトプロパンスルホン酸ナトリウム、５，５’ジチオビス（２－ニトロ安息香酸）、ＤＬ－システイン、４－メルカプト－ベンゼンスルホン酸及び５－メルカプト－１Ｈ－テトラゾール－１－メタンスルホン酸からなる群のうち少なくとも１つを含む電解銅めっき用の有機添加剤とすることができる。
【0028】
キャリヤは、ポリオキシアルキレングリコール、カルボキシメチルセルロース、オクタンジオールビスグリコールエーテル、オレイン酸ポリグリコールエステル、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコール－ブロック－ポリプロピレングリコール－ブロック－ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ステアリルアルコールポリグリコールエーテル、ステアリン酸ポリグリコールエステル、３－メチル－１－ブタン－３－オール、３－メチル－ペンテン－３－オール、Ｌ－エチニルシクロヘキサノール、フェニルプロピノール、３－フェニル－１－ブタン－３－オール、プロパルギルアルコール、メチルブチノール－エチレンオキシド、２－メチル－４－クロロ－３－ブチン－２－オール、ジメチルヘキサインジオール、ジメチルオクタンジオール、フェニルブチノール及び１，４－ブタンジオールジグリシジルエーテルからなる群のうち少なくとも１つを含むことができる。
【0029】
レベラーは、窒素、酸素、硫黄及びリンのうち１つ又は２つの元素を含有する飽和複素環化合物であり、アジリジン、オキシラン、チラン、ジアジリジン、オキサジリジン、デオキシラン、アゼチジン、オキセタン、チエタン、ジアゼチジン、ジオキセタン、ジチエタン、ピロリジン、チオラン、ホスホラン、イミダゾリジン、ピラゾリジン、オキサゾリジン、イソオキサゾリジン、チアゾリジン、イソチアゾリジン、ジオキソラン、ジチオラン、ピペリジン、オキサン、チアン、ホスフィナン、ピペラジン、モルホリン、チオモルホリン、ジオキサン、ジチアン、アゼパン、ホモピラジン、アゾカン、オキソラン、チオカン、アゾナン、オキソナン及びチオナンからなる群のうち少なくとも１つを含有する有機化合物とすることができる。
【0030】
図５及び図６は、本発明の回路基板のスルーホールを充填する方法のブリッジめっき工程で印加される逆パルス波形を示す図である。図５は基板２０１の上部（表面）に印加される波形であり、図６は上部（表面）と所定のタイミング差で基板２０１の下部（裏面）に印加される波形である。図５及び図６を参照すると、ブリッジめっきプロセスで印加される逆パルス波形は、電流Ｉ１が時間ｔ１の間維持され、次に電流Ｉ２が時間ｔ２の間維持され、続けて電流Ｉ１が時間ｔ３の間維持され、電流Ｉ２が時間ｔ４の間維持され、電流Ｉ１が時間ｔ５の間維持され、次いで電流Ｉ３が時間ｔ６の間維持される波形であり、この波形が所定の時間印加される。このとき、Ｉ１は１．５～２．５ＡＳＤの範囲であることが好ましく、Ｉ２は０．５～１．５ＡＳＤの範囲であることが好ましく、Ｉ１は１．７～２．３ＡＳＤの範囲であることがより好ましく、Ｉ２は０．７～１．３ＡＳＤの範囲であることが好ましい。上記の範囲内で、Ｉ１はＩ２の１．５～２．５倍であることが好ましく、Ｉ２の１．７～２．３倍であることがより好ましい。ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５は５～２０ミリ秒であることが好ましく、７～１３ミリ秒であることがより好ましく、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５は同じ時間の長さでもよい。Ｉ３は３～５ＡＳＤの範囲であることが好ましく、３．５～４．５ＡＳＤの範囲であることがより好ましい。ｔ６は０．５～１．５ミリ秒であることが好ましく、０．７～１．３ミリ秒であることがより好ましい。逆パルス波形は「ｔ１＋t２＋t３＋t４＋t５＋t６」の周期を有し、具体的には、波形のデューティサイクル（デューティサイクル＝ｔｏｎ／（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）を０．６～１．２の範囲にすることができる。ブリッジめっきプロセスでは、逆パルス波形を１～３時間連続して印加することができる。電圧は５～６Ｖの範囲で選択することが可能である。ブリッジめっきプロセスでは、タイミングの異なる逆パルス波形を回路基板の上部（表面）及び下部（裏面）に印加し、基板の上部（表面）に対応する波形のｔ１の開始時に、ｔ４が開始するタイミングに差をつけて同一の波形を基板の下部（裏面）に印加することができる。ブリッジめっきプロセス時に電流波形を異なるタイミングで基板の上部（表面）及び下部（裏面）に印加する理由は、スルーホールのブリッジ及び充填の効果をさらに向上させるためであり、順方向電流を表面に流してスルーホール内にブリッジを形成する間、スルーホールの内部が逆に剥離されるため、下部にボイドを生じることなく好ましい充填効果を得ることができる。逆に、上部と下部の電流波形が同じ場合、スルーホール内部のブリッジ及び充填時の過剰な成長により、内部中央に大きなボイドが形成されることがある。既存の技術では、逆パルスめっきを行ってスルーホール内にめっき層を形成した結果、スルーホールの厚さが０．４ｔ以下のときに同一波形の逆パルスめっきを基板の上部及び下部に行ったが、スルーホールの厚さが０．４ｔ以上になると同一波形のパルス／逆めっき法で内部ボイドが形成された。この理由としては、電流を同一の波形で上部及び下部に供給するとめっき層のめっき及び溶解のプロセスが同時に起こり、スルーホール内にボイドが生じることがあるためである。スルーホール内にボイドが形成される主な理由は、スルーホール内の限られた空間で金属イオンが急速に消費されてめっき時に過電圧が形成され、水素の発生量が増加してしまうためである。水素発生量の増加によってめっき膜における通常のめっき層成長プロセスが妨げられ、スルーホール内にボイドが形成される。したがって、太いスルーホールの内部に一定量の銅金属イオンを十分に供給できれば、過電圧による水素の発生を抑制し、通常のめっき層成長プロセスを促すことができる。また、このような銅イオンを常に供給する方法として外部から攪拌する方法もあるが、十分な量を攪拌して微細孔に供給することは困難である。このため、上部と下部で電流波形を変化させることによって上部を銅イオンで順方向にめっきすると、下部が逆にめっき膜から溶け出して銅イオンが放出される。下部から放出された銅イオンは上部のめっきに消費され、下部には十分な金属イオンが供給されて、スルーホール内にボイドを形成することなくめっきの充填を形成することができる。
【0031】
ブリッジめっき液の好ましい組成は、硫酸１００重量部に対して硫酸銅２００～３００重量部、光沢剤０．５～５重量部、キャリヤ５０～１５０重量部、レベラー１～１０重量部を含み、全めっき液に対して塩素イオン３０～１２０ｐｐｍを含むことができる。前述のように、本発明のスルーホール充填方法によるブリッジめっきプロセス時に用いられるめっき液にレベラーが含まれる理由は、特殊な構成の波形を印加することにより、レベラーによって生じるブリッジ遅延の影響を抑制できるためである。具体的には、スルーホール内の充填時に、レベラーはスルーホールの入口の成長を抑制し、電流分配が十分に供給されない内部の成長を優先的に促すことができる。すなわち、一定量のレベラーは、電流分配が十分でないスルーホールの内壁におけるめっきの成長を促す役割を果たし、ボイドフリーの充填めっきを可能にする。
【0032】
次に、スルーホール充填めっきを行ってスルーホール充填部２０４を形成する。ブリッジめっきプロセス時に用いられるめっき液と同一の成分及び組成を有するめっき液がスルーホール充填めっきに用いられるため、ブリッジめっき及びスルーホール充填めっきは、めっき浴を交換せずに連続したプロセスで行うことができる。スルーホール充填めっきでは、基板の上部及び下部（表面及び裏面）に同一のパルス及び／又は逆パルス波形を同一のタイミングで印加する。図７は、スルーホール充填めっきに印加される逆パルス波形の一例を示している。図７を参照すると、スルーホール充填めっきに印加される逆パルス波形は、正電流Ｉ４ が時間ｔ７ の間維持され、続けて電流Ｉ５ が時間ｔ８の間維持される周期を有する。Ｉ４は１．５～２．５ＡＳＤの範囲であることが好ましく、１．７～２．３ ＡＳＤであることがより好ましい。ｔ７は３０～６０ミリ秒の範囲内であることが好ましく、４０～５０ミリ秒であることがより好ましい。Ｉ５は３～４ＡＳＤの範囲であることが好ましく、３．２～３．８であることがより好ましい。ｔ８は１～３ミリ秒の範囲であることが好ましく、１．７～２．３ミリ秒がより好ましい。
【0033】
次いでオーバーコート膜めっきを行い、スルーホールの上部及び下部（表面及び裏面）にオーバーコート膜を形成する。オーバーコート膜めっきでは、同一のパルス及び／又は逆パルス波形を基板の上部及び下部（表面及び裏面）に印加することができる。図８は、オーバーコート膜めっきに印加される逆パルス波形の一例を示している。図８を参照すると、オーバーコート膜めっきに印加される波形は、電流Ｉ６が時間ｔ９の間維持され、続けて負電流Ｉ７が時間ｔ１０の間維持される周期を有する。Ｉ６は１．６～２．８ＡＳＤの範囲であることが好ましく、ｔ９は７０～１３０ミリ秒の範囲であることが好ましい。Ｉ７は１．５～２．５ＡＳＤの範囲であることが好ましく、ｔ１０は１～３ミリ秒の範囲であることが好ましい。
【0034】
以下の実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【0035】
［実施例１］
【0036】
厚さ２００ミクロンのエポキシ樹脂基板に、直径１７０ミクロンのスルーホールをレーザーで加工した。
【0037】
スルーホールを充填する方法としてめっきを行い、めっき工程を以下の通りとした。まず無電解めっきを行い、次に電気めっきを行った。ここで、電気めっき工程は、ブリッジめっき工程と、スルーホール内でブリッジの上部及び下部に銅を充填するスルーホール充填めっき工程と、最後に、スルーホール充填後にめっきの厚さを確保するオーバーコート膜めっき工程とを含む。ブリッジめっき、スルーホール充填めっき及びオーバーコート膜めっきの全てに同一の電気めっき液を用いた。
【0038】
具体的には、無電解めっき法を用いて、基板の表面及びスルーホール内に無電解銅めっき膜を形成した。無電解めっき液としては、硫酸銅３０重量部、錯化剤としてエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）８５重量部、及び還元剤としてホルマリン２２重量部と共に、エチレンジアミン四酢酸とホルマリンの酸化反応に必要なＯＨを供給する少量の苛性ソーダを含むめっき液を用いた。めっき加工条件の酸性度はｐＨ１２、浴温は６５℃であった。
【0039】
そして、脱脂プロセス及び酸洗プロセスの後、ブリッジめっきプロセスである銅電気めっきを行った。電気めっき液としては、全めっき液に対して塩素イオン５０ｐｐｍを含むめっき液を、硫酸１００重量部、硫酸銅２００重量部、増白剤０．５重量部、キャリヤ７０重量部及びレベラー２重量部と共に用いた。めっき液の温度は２７℃、めっき時間は４．５時間であった。ここで、増白剤を（Ｏ－エチルジチオカルボナト）－Ｓ－（３－スルホプロピル）－エステルとすることができ、キャリヤをポリオキシアルキレングリコールとすることができ、レベラーをアｋジリジンとすることができる。このとき、ブリッジめっきの電流波形については、図５において、Ｉ１は２ＡＳＤ、Ｉ２は１ＡＳＤ、Ｉ３は４ＡＳＤ、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５は１０ミリ秒、ｔ６は１ミリ秒であった。電圧は５～６Ｖの範囲で選択した。このとき、基板の上部（表面）及び下部（裏面）に電流波形を異なるタイミングで印加し、図６に示すようなタイミングの差があった。
【0040】
次に、電気めっき液を用いてスルーホール充填めっきを行った。スルーホール充填めっき条件は、順方向電流密度２ＡＳＤ（図７のＩ４）、逆方向電流密度３．５ＡＳＤ(図７のＩ５）、順方向電流の印加時間５０ミリ秒（図７のｔ７）、逆方向電流の印加時間２ミリ秒(図７のｔ８）とした。電圧は５～６Ｖの範囲で選択し、めっき時間は１時間とした。ここで、基板の上部（表面）及び下部（裏面）に同一の波形を同一のタイミングで印加した。
【0041】
次に、電気めっき液を用いてオーバーコート膜めっきを行った。オーバーコート膜めっき条件は、順方向電流密度２．２ＡＳＤ（図８のＩ６）、時間１００ミリ秒（図８のｔ９ ）、逆方向電流密度２ＡＳＤ（図８のＩ７）、時間２ミリ秒（図８のｔ１０）とした。電圧は５～６Ｖの範囲で選択し、めっき時間は１時間とした。ここで、基板の上部（表面）及び下部（裏面）に同一の波形を同一のタイミングで印加した。
【0042】
［実施例２］
【0043】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を８ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0044】
［実施例３］
【0045】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を１２ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0046】
［実施例４］
【0047】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を６ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0048】
［実施例５］
【0049】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を１８ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0050】
［実施例６］
【0051】
ブリッジめっき工程においてｔ６を０．８ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0052】
［実施例７］
【0053】
ブリッジめっき工程においてｔ６ を１．２ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0054】
［実施例８］
【0055】
ブリッジめっき工程においてｔ６を０．６ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0056】
［実施例９］
【0057】
ブリッジめっき工程においてｔ６を１．４ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0058】
［実施例１０］
【0059】
ブリッジめっき工程においてｔ８を１．８ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0060】
［実施例１１］
【0061】
ブリッジめっき工程においてｔ８を２．２ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0062】
［比較例１］
【0063】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を３ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0064】
［比較例２］
【0065】
ブリッジめっき工程においてｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５を２３ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0066】
［比較例３］
【0067】
ブリッジめっき工程においてｔ６を０．４ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0068】
［比較例４］
【0069】
ブリッジめっき工程においてｔ６を１．７ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0070】
［比較例５］
【0071】
ブリッジめっき工程においてｔ８を０．８ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0072】
［比較例６］
【0073】
ブリッジめっき工程においてｔ８を３．５ミリ秒に設定した点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0074】
［比較例７］
【0075】
ブリッジめっき工程においてレベラーを含まないめっき液を用いた点以外は、実施例１と同じ方法でスルーホール充填めっきを行った。
【0076】
［評価例１］
【0077】
実施例１～１１及び比較例１～７に係るスルーホール充填めっきを施した回路基板の断面を切断することにより、スルーホールの内部を光学顕微鏡で観察した。実施例１、２、３、４、６、７、１０及び１１ではスルーホールにボイドは観察されず、実施例４、５、８及び９ではスルーホールに直径１０ミクロン以下のボイドが観察された。比較例１～６では直径２０ミクロン以上のボイドが観察され、比較例７ではスルーホール充填が行われなかった。結果を以下の表１にまとめる。これらの結果から、めっきプロセス時の波形の制御が非常に重要であることがわかる。電流波形に応じて金属イオンの吸着及び脱離が誘発され、めっき液中のレベラーは、内部めっきを優先的に行う機能を果たせるようにスルーホールの外側に吸着してめっきを制御することが、このことからわかる。さらに、レベラーの存在及びそのタイプもスルーホール充填に重要な役割を果たすことがわかる。
【0078】
図９Ａは、実施例１に係るスルーホール充填めっきを行ったスルーホールの写真であり、スルーホール内にボイドを形成することなくめっきが良好に行われたことがわかる。図９Ｂは、比較例７に係るスルーホール充填めっきを行ったスルーホールの写真であり、スルーホールの充填が不十分に行われたことがわかる。
【0079】
【表1】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
