JP2852896B2 - 基板表面にパターン化された金属被覆を形成する方法 - Google Patents

基板表面にパターン化された金属被覆を形成する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁紫外線特にエ
キシマレーザを使用して基板、特にプリント基板の表
面、その三次元的表面へもパターン化した金属を被覆す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ特許第3922478A1号に
は、エキシマレーザを用いて銅層及びプラスチック層の
除去を行う、銅張りポリマーのパターン化のための方法
が記載されている。この場合、比較的厚い銅層の除去
は、とりわけ必要時間の点で不都合である。別の不都合
は、表面の活性化のため、例えばPdCl2 −SnCl
2 溶液またはその他のパラジウム有機化合物を塗布する
前に、表面に「粗面化」または膨潤を施す必要がある。
さらにこの場合、比較的厚い銅層の除去は熱を発生し、
そのため、とりわけ鋸歯状パターンの形成は縁の先鋭さ
が低下し、接続及び結合技術において導電線路の幅が5
0μm未満の必要な小型パターン化の傾向に適していな
い。
【0003】他方「Galvanotechnik8
4」誌(1993年、No.2、pp.570)所載の
論文「ベイプリントによるフレキシブル回路の製作−将
来的技術」において、露光なしかつエッチングなしに行
われる方法が記載されている。この場合、ポリマー表面
は、プライマで、すなわちスクリーン印刷法により付着
媒介層でプリントされる。この場合導電線路構造には、
プライマによるパターン化層が付着済みである。プライ
マ(下塗り層)は非導電性で、ポリマー表面に良好に付
着し、乾燥工程の後、表側に多孔性構造を有し、これが
その後、無電流で析出する金属層を堅固に固定させる。
金属層は、そのとき導電線路となる。この方法は、扱い
が比較的簡単な長所を有するものの、スクリーン法を使
用するため導電線路構造の精度が100μm以上の幅の
導電線路と絶縁チャネル間隔までに制限される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の不都
合を回避し、基板、特にプリント基板表面の高解像度の
パターン化された金属被覆を迅速かつ経済的に行う方法
を創出することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、請求項1の特徴により解決される。すなわち、基
板表面にプライマ層をあとで付着する金属層形成領域の
全面にわたって付着し、そのプライマ層に紫外線領域の
電磁ビームを作用させることによりプライマの所定の領
域を除去して絶縁チャネルを形成し、次に残留するパタ
ーン化されたプライマ層に導電線路を形成するために金
属層を形成することを特徴とする、基板特にプリント基
板表面を三次元的表面にも電磁的紫外線ビーム、特にエ
キシマレーザを使用して、パターン化して金属を被覆す
る方法である。本発明の別の実施形態は、従属請求項に
記載されている。
【0006】すでに述べたように、基板表面に、後から
付着する金属層の領域の部分全面にプライマ層が付着さ
れ、そのプライマ層に紫外線領域の電磁ビームを当て、
所定領域のプライマ層を完全に除去して絶縁チャネルを
形成することにより、きわめて高い輪郭先鋭度の絶縁チ
ャネルをプライマ層に形成することが可能である。
【0007】驚くべきことに、この場合、結合充填剤と
溶剤の比率が大きいことを特徴とするプライマ層を使用
しては、きわめて高精細な高分解度で縁の先鋭なパター
ン化がもともと期待できないとしても、エキシマレーザ
を使用してきわめて高い輪郭先鋭度のレーザ除去により
絶縁チャネルを作製することが可能である。
【0008】同様に驚くべきことは、プライマ層の材料
除去が完全に冷間的に行われ、作製される絶縁チャネル
の境界部で溶出ないし溶解現象が決して生じない。結合
中に除去困難な金属のないプライマ層の材料除去が、使
用する紫外線レーザビームのきわめて高い光子エネルギ
により行われる。
【0009】この場合に上記の波長領域で使用されるレ
ーザビームは、プライマ層のポリマー部分を冷間的に開
裂させ、それによりプライマの不均質な構成部分を気化
させるか、または使用するレーザビームの高い光子エネ
ルギにより、きわめて高いプラズマ内圧を用いて分子の
結合エネルギを相殺することで結合から外すことが可能
となる。
【0010】こうして、長波長のレーザビームでは達成
できないきわめてきれいな切断縁が得られる。
【0011】導電線路の間の絶縁チャネルが後から形成
されるプライマ層は、好ましくは波長248nmのフッ
化クリプトンエキシマレーザを用いて除去される。すで
に述べたようにこのエキシマレーザは、特に高精細で高
速のプライマ層除去を可能にする。従って、特にフッ化
クリプトンエキシマレーザを使用すると、幅約5μmま
でのきわめて精細な導電線路と絶縁チャネルを形成する
ことが可能である。作業領域は、約5〜約200μm、
特に約20〜40μmに拡大される。
【0012】本発明による方法の長所は他に、光学的構
成要素の使用と組み合わせたエキシマレーザの使用によ
り、平らな基板材料でも曲面の基板材料でもパターン化
できることである。
【0013】本発明の好ましい実施形態によれば、プラ
イマ層の後から形成される導電線路の間の絶縁チャネル
形成のための除去は、エキシマレーザの光路内に配置し
たマスクを使用して、またはもともと周知の結像方法の
一つにより行われる。さらに、プライマ層の絶縁チャネ
ル部分を合焦したレーザ光により除去することが可能で
ある。上記の方法では、レーザ光を精細にパターン化し
てプライマ層に作用させることが可能である。
【0014】因みに、本発明の方法によれば、機器ケー
シングの内部など空間的な電子的回路の支持部にも、記
載の方法できわめて精細な構造の導電線路を作製できる
ことは、顕著な長所である。これは、すべての必要なス
テップが球形の表面でも問題なく実施できることによ
る。高度に球形の基板でも表面にプライマ層を、例えば
吹きつけにより完全に十分に均一に付着できる。
【0015】エキシマレーザのビームの作用は例えば適
切に形成された型により、任意に丸めた基板の表面でや
はりきわめて高精度に行われる。とりわけ球形表面での
金属層の最終的除去にも困難がない。
【0016】本発明により、ほとんど任意に形成した導
電線路に電気的及び機械的要素を組み込むことが可能で
ある。それにより、完全に新しい機能と新しい微細化製
品が得られる。得られる新しい形態と及び機能の可能
性、及び大きな合理化の潜在性は顕著である。
【0017】ここに記載する付着法と組み合わせたレー
ザ技術の使用は、空間的なダイカスト回路支持部の出現
に強い影響を与えよう。
【0018】驚くべきことに、本発明によれば、記載の
プライマ層及び適切なエキシマレーザビームを使用する
ことによって、付着技術によって従来知られなかった品
質の精細導電線路構造が作製できることが明らかになっ
た。本方法は特に、以下のことを特徴とする。精細ない
し高精細基板パターン化が可能。付着力の強いアディテ
ィブ回路作製。多様な金属による金属被覆(銅、ニッケ
ル、金など)。多様な基材の利用(可撓性、剛性可撓
性、剛性)。多種多様な基板タイプの使用が可能(P
I、PEなど)。方法の実施が経済的で迅速。平面的パ
ターン化が可能で、回路全体のパターン化の過程が通
常、少ないレーザインパルスで終了するので、大いに時
間が節約できる 大量生産の技術に耐える。驚くほど簡単な過程と少ない
工程。きわめて高精度。
【0019】プライマ層は、塗布、スプレイ、プリン
ト、浸漬または析出など、もともと周知の方法を用いて
直接基板に付着できる。好ましくはプライマ層は、非導
電性ペーストとして基板に付着する。
【0020】因みにプライマ層は、活性剤であり金属層
の析出を開始する金属被覆触媒を含む。活性剤が存在す
ると、導電線路を形成するためパターン化したあとに残
るプライマ層に金属層を後から無電流で付着することが
可能になる。金属被覆は、無電流金属被覆槽を使用して
行われる。この種の金属層の付加的付着は、目標とする
きわめて精細な導電線路の形成の助けとなる。基板特性
がより大きな電流容量を必要とするとき、適当な形状の
電気メッキ補強を行うことも可能である。
【0021】
【発明の実施の形態】図中、従来周知の方法による非導
電性ポリマーから成るプリント基板を1で示す。プリン
ト基板1の表面に、厚さ約1〜15μm、好ましくは1
〜10μmのプライマ層2が付着される。プライマ層2
の付着は、例えば塗布、スプレイ、プリント、浸漬また
は析出により行われる。プライマ層2が金属被覆する領
域の全面でプリント基板1の表面に付着されることが重
要である。プライマ層2は、好ましくは溶剤を含有する
非導電性のペーストとしてプリントされ、基板材料での
付着に対して最適化される。続いて行われるプライマ層
2の乾燥のとき、その表面に多孔性構造が形成される。
この多孔性構造は、その後の作業工程でプライマ層2に
付着する金属層3の強い接着に有利である。
【0022】図2からわかるように、プリント基板1の
プライマ層2がパターン化のため、図示されないエキシ
マレーザのビーム4を受ける。ビーム4は、絶縁チャネ
ル5の領域でプライマ層2の除去を行う。そのとき、絶
縁チャネル5の領域のプライマ層2が完全に除去される
ことが重要である。ここで、プライマ層2に対するエキ
シマレーザのビーム4の作用の強さがパルス数によりき
わめて良好に調節できることは、有利である。個別の各
レーザインパルスが既知であるので、プライマ層2はき
れいできわめて先鋭な縁をもって完全除去できる。こう
して、プリント基板1のポリマー表面を最小限だけ除去
することも可能である。
【0023】このことは、支持基板の電子的、機械的特
性の保持のために重要であり、また露光されたレーザ照
射面で外部析出が起こる周知の効果の点でも重要であ
る。照射されるレーザエネルギの作用時間と強度によ
り、活性化中心の生成の標準を決め、従って後からの望
ましくない無電流金属被覆浴による外部析出と、金属被
覆の厚さが決まる。
【0024】制御すべき深さ方向の除去の状況に応じ
て、レーザビームの時間をきわめて細かく条件づけ、そ
の目標とする範囲内で、絶縁チャネルの底部で後続の無
電流金属被覆による望ましくない外部析出が生じる可能
性を低下させる。
【0025】プライマ層2の絶縁チャネル5の領域にビ
ーム4を限定することは、例えばエキシマレーザ光路内
にマスクを配置することによって行う。もちろん、結像
方法により、ないし焦点を合わせたレーザ光により、プ
ライマ層2をきわめて精細にパターン化して除去するこ
とが可能である。基本的にプライマ層2が、例えば波長
248nmのエキシマレーザの照射による除去に驚くほ
ど良好に適することが示された。プライマ層2は、周知
のようにエキシマレーザでは除去がきわめて困難な金属
を、結合内に含まないからである。プライマ層2の分子
の結合エネルギは、この場合、上記のエキシマレーザ照
射の高い光子エネルギにより簡単に相殺される結果、き
わめて高速な材料除去が発熱なしに行われる。その結
果、材料除去の領域の壁面がきわめて先鋭にカットされ
ることになる。従って、プライマ層2内に約5μmまで
の幅のきわめて精細な構造を生成することが可能であ
る。好ましい領域は、40〜20μmである。しかしプ
ライマ層2の除去のとき、後で付着される金属層3が絶
縁チャネル5の縁に付着することに留意すべきである。
このため絶縁チャネル5は、それぞれのその縁で、付着
される金属層3の厚さ分だけ、絶縁に必要であるよりも
幅広く除去しなければならない。
【0026】絶縁チャネル5の領域のプライマ層2の除
去後、図3に示すように、残留したパターン化されたプ
ライマ層2上に金属層3が付着される。その付着は、無
電流金属被覆浴で金属層3を付着できるようにする重金
属化合物、好ましくはパラジウム/銀化合物の形の金属
被覆活性化剤を含む非導電性のプライマ層2による。
【0027】無電流金属被覆は、きわめて均一な層厚を
保証する。付着される金属層3は、さらに極度に薄く保
つことができ、その際、0.5−30μm好ましくは1
−10μmに層厚が調節される。
【0028】パターン化するプライマは、例えばBay
er社のドイツ特許第3743780A1号によれば、
活性化剤として触媒作用する物質0.03−4.00重
量パーセント、結合剤としてポリイミド3−40重量パ
ーセント、充填剤1−30重量パーセント、及び溶剤4
5−90重量パーセントの諸成分から成り、例えばポリ
イミド材料の接着力の強い金属被覆のため次の方法で作
製される。すなわち、
【0029】4.4−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト及び無水トリメリット酸から、N−メチルピロリドン
中で芳香族ポリアミドイミドの40%溶液を作成する。
次いでこの芳香族ポリミドイミドの溶液250重量部、
プロピレングリコールメチルエーテルアセテート90重
量部、3−ヘプトン−2−オン−パラジウム塩化物2重
量部、及びエーロゾル(BETによる200m2 /g)
15重量部を、乳鉢中でていねいに相互に混合ないし拡
散させる。
【0030】プライマは、好ましくは基板すなわちプリ
ント基板1に塗布またはスプレイにより付着する。基板
は、その後塗布したプライマとともに温度約250°C
で1時間乾燥させる。
【0031】そのあとその層を平面的に作用するエキシ
マレーザ照射にかける。二次レーザ光の部分的に異なる
エネルギ密度分布が、プライマ層内で絶縁チャネルを形
成するように作用する。このパターン化すなわち部分的
除去は、下記の様々な方法により、基板表面にレイアウ
ト情報を伝達することによって行われる。 a)密着マスク(1:1結像) b)マスクまたはウェーハ投影(縮小結像) c)回折光学系(特殊光学要素) d)合焦加工
【0032】これらの導体イメージ、すなわち導電線路
6と絶縁チャネル5の作成後、残留するプライマパター
ンへの金属被覆を、商用の無電流金属被覆浴によって行
う(金属厚は1秒間に約2μm)。析出する金属層の優
れた接着力は、1インチ当たり約60Nの範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 プライマ層を付着したプリント基板の断面図
である。
【図2】 エキシマレーザの作用により絶縁チャネルを
除去した図1のプリント基板の断面図である。
【図3】 金属層を付着した図1と図2のプリント基板
の断面図である。
【符号の説明】
1 プリント基板 2 プライマ層 3 金属層 4 エキシマレーザビーム 5 絶縁チャネル 6 導電線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−283185(JP,A) 特開 平5−48244(JP,A) 特開 平4−35051(JP,A) 特開 昭62−145797(JP,A) 特開 平4−199893(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/10 - 3/26,3/38

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面に、0.03−4.00重量パ
    ーセントの活性化剤として触媒作用する物質と3−40
    重量パーセントの結合剤としてポリイミドと1−30重
    量パーセントの充填剤および45−90重量パーセント
    の溶剤から成るプライマ層(2)を、後で付着する金属
    層(3)形成領域の全面にわたって付着し、 そのプライマ層(2)に紫外線領域の電磁ビーム(4)
    を作用させることによりプライマ層の所定の領域を完全
    に除去して絶縁チャネル(5)を形成し、 次に残留するパターン化されたプライマ層(2)に導電
    線路(6)を形成するために金属層(3)を形成するこ
    とを特徴とする、基板(1)表面を電磁的紫外線ビーム
    (4)を使用して、パターン化して金属を被覆する方
    法。
  2. 【請求項2】 絶縁チャネル(5)が、導電線路(6)
    の絶縁に必要とされる幅よりも、プライマ層(2)の縁
    に付着される金属層(3)の厚さのぶんだけ広くプライ
    マ層(2)に形成されるように、付着される金属層
    (3)用に十分広い絶縁チャネル(5)を空けておくこ
    とを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 後から形成される導電線路(6)間の絶
    縁チャネル(5)に対応するプライマ層(2)が、波長
    248nmのフッ化クリプトンエキシマレーザを用いて
    除去されることを特徴とする請求項1および2のいずれ
    か1項に記載の方法。
  4. 【請求項4】 幅5〜200μm、好ましくは10〜1
    00μmのきわめて高精度の導電線路(6)と絶縁チャ
    ネル(5)が形成されることを特徴とする請求項1〜3
    のいずれか1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 後から形成される導電線路(6)間の絶
    縁チャネル(5)に対応するプライマ層(2)の除去
    が、エキシマレーザの光路内に配置されるマスクの利用
    により、または結像方法を用いて行われることを特徴と
    する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 絶縁チャネル(5)の対応するプライマ
    層(2)の除去が合焦したレーザビームにより行われる
    ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載
    の方法。
  7. 【請求項7】 プライマ層(2)が、塗布、吹きつけ、
    刷り込み、浸せきまたは析出により基板に付着されるこ
    とを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 プライマ層(2)が非導電ペーストとし
    て基板に付着され、無電流金属被覆のための活性化剤含
    有成分を有することを特徴とする、請求項1〜7のいず
    れか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 導電線路(6)形成のため残留したプラ
    イマ層(2)に金属層(3)を無電流で付着することが
    無電流金属被覆槽を使用して行われることを特徴とす
    る、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 金属被覆した導電線路(6)が電気メ
    ッキで補強されることを特徴とする、請求項1〜9のい
    ずれか1項に記載の方法。
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