JP2006196791A - 配線形成体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基材上に配線を形成した配線形成体を製造する立体配線形成体において、配線の微細パターンを維持しながらも導電性を良好に保ち、また、配線と基材との密着性を向上させる。
【解決手段】 立体配線形成体１を形成する型１１内に疎水部１３とこの疎水部１３より濡れ性の高い親水部１２とで配線のパターン１４を形成する（ａ）。濡れ性の違いにより親水部１２に触媒２を供給する（ｂ）。触媒２供給後の親水部１２に無電解メッキで配線３を形成する（ｃ）。配線３形成後に型１１内に樹脂４を注入して基材を樹脂成形する（ｄ）。樹脂４成形後に型１１を離型する（ｅ）。そして、配線３の上にさらに電気銅メッキで配線５を重ねて形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基材に対して配線を形成している配線形成体及びその製造方法に関する。

配線基板は、小型化、高性能化に伴い、配線パターンの微細化が要求される。配線の微細化に伴って加工精度を確保する観点から、配線厚さも減少する傾向にあり、プリント基板に使用される銅箔厚さは薄くなっている。このような微細化が進むと、ドライバ回路のような高電流を要求されるデバイスの配線に対しては、許容される電流量が制限を受けることとなるため、微細化を確保しながら大電流を供給できる配線が必要となる。
また、配線の微細化に伴い、基材平滑性が要求され、配線パターンと基材との密着性が課題となる。
これに対し、特許文献１では、針侵入硬度が１０〜１００μｍの絶縁層に、低抵抗金属粉末を主体とする導体組成物を印刷した後、圧力を印加して、絶縁層側から、導体組成物と絶縁層中の有機樹脂とからなる第１層と、導体組成物からなる第２層とを具備し、第１層の厚みが低抵抗金属粒子の平均粒径の０．３倍以上であり、且つ第２層よりも薄い配線層を形成することで、密着性の問題を解決しようとしている。
また、特許文献２では、転写媒体用アルミニウム基板の表面に感光性樹脂によるフォトレジスト技術で基板表面を選択的に露出させ、露出した基板表面に光沢めっきにより金属粒塊成長方向が該基板表面とほぼ平行な金属層を形成し、その上に非光沢めっきにより金属粒塊成長方向が該基板表面とほぼ垂直な金属層を形成し、得られた転写媒体を表面に接着剤を有する絶縁性基板に圧着し、導体配線となる金属層を絶縁性基板表面に転写して埋設し、転写媒体の基板を化学的にエッチング除去して、配線基板を得る技術について開示している。
さらに、特許文献３では、基材上に形成される厚膜配線を基材側から下地導電層と主導電層とが積層されたものとし、主導電層は導電性の金属あるいは合金を主体とする層とし、下地導電層は主導電層を構成する金属と同種の金属の化合物を主体とする層とし、さらに主導電層上に主導電層を構成する金属と同種の金属の化合物を主体とする耐熱導電層を形成して厚膜配線とする技術について開示している。
特許文献４では、第１配線基板上に形成された第１電極端子と第２配線基板上に形成された第２電極端子とが対向して配置され、第１電極端子と第２電極端子とがＵＶ光透過性導電部材が分散されたＵＶ光硬化性接着剤により接着され、第１電極端子と第２電極端子とがＵＶ光透過性導電部材中に分散させたＵＶ光透過性導電部材により電気的接続されてなる技術について開示している。
特開平１０−０５１０８９号公報 特開２００１−１６８４８５公報 特開平０９−０７４２５７号公報 特開平０７−０１４６２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、配線を形成するのに粒状体を高圧縮する必要があるため、微細化には不適であった。
また、特許文献２に開示の技術では、導体配線を基材に密着するために非光沢めっきにて粗化する必要があるため、製造工程が煩雑であるという不具合がある。
さらに、特許文献３に開示の技術では、微細化において厚膜化を達成するのに異方性の高いエッチング処理が必要となり、特に２種類以上の材料を選択していることもあって、製造工程が煩雑になってしまうという不具合がある。
特許文献４に開示の技術では、導体配線の導電率が低いという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、基材に対して配線を形成している配線形成体において、配線の微細パターンを維持しながらも導電性を良好に保つことである。また配線の基材に対する密着力を向上させることにある。

請求項１に記載の発明は、基材に配線を形成した配線形成体を製造する配線形成体の製造方法において、前記配線形成体を形成する型内に疎水部と、該疎水部より濡れ性の高い親水部とにより前記配線のパターンを形成するパターン形成工程と、前記疎水部と前記親水部との濡れ性の違いにより、前記親水部に触媒を供給する触媒供給工程と、前記触媒供給後の親水部に第１配線を形成する第１配線形成工程と、前記第１の配線形成後に前記型内に樹脂を注入して前記３次元形状体を樹脂成形する樹脂成形工程と、前記第１配線形成工程で形成された前記第１配線上に第２配線を形成する第２配線形成工程と、を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配線形成体の製造方法において、前記パターン形成工程は、前記パターンの前記疎水部と前記親水部とは後退接触角が異なるように形成することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の配線形成体の製造方法において、前記パターン形成工程は、前記型内の面同士の角隅部にも前記親水部を形成することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一項に記載の配線形成体の製造方法において、前記第２配線形成工程は、前記第２配線を電気メッキにより形成することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、樹脂で形成された基材と、前記基材上に形成された配線と、前記配線を形成している材料の中間層部分に含有している触媒と、を備えている配線形成体であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の配線形成体において、前記配線の一部は前記基材内に埋没していることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の配線形成体において、前記触媒は、粒径が１〜１０００ｎｍの範囲内の粒子状であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の配線形成体において、前記触媒は、融着していることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の配線形成体において、前記触媒は、Ａｇで形成されていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項５〜９のいずれかの一項に記載の配線形成体において、前記配線は、前記基材の角隅部においては他の部分より厚く形成されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項５〜１０のいずれかの一項に記載の配線形成体において、前記基材は、少なくとも一部が熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項５〜１０のいずれかの一項に記載の配線形成体において、前記基材は、少なくとも一部が紫外線硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項５〜１２のいずれかの一項に記載の配線形成体において、前記樹脂は、前記配線を直接覆う第１樹脂と、第１樹脂上を覆う第２樹脂により形成されていることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項５〜１３のいずれかの一項に記載の配線形成体において、前記配線は２種類以上の材料で形成されていることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、請求項５〜１４のいずれかの一項に記載の立体配線形成体において、前記配線に接続された電子素子を備え、前記樹脂は前記電子素子を覆って形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１配線形成工程、第２配線形成工程で配線を重ねて形成できるので、配線の微細パターンを維持しながらも導電性を良好に保つことができる。
請求項２に記載の発明によれば、エッチングなどの加工が必要ないため、平坦性に優れたパターンを形成することができる。
請求項３に記載の発明によれば、触媒を溶液で供給することで、角隅部の配線を厚くすることができ、角隅部の配線を強度的に強化することができる。
請求項４に記載の発明によれば、簡便に厚膜配線を形成することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明により容易に製造できるので、配線の微細パターンを維持しながらも導電性を良好に保つことができる配線形成体を形成することができる。
請求項６に記載の発明によれば、基材の樹脂への密着力の高い配線を形成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、ナノ粒子を利用することで、触媒に選択できる材料種類を多くすることができる。
請求項８に記載の発明によれば、導電性に優れた配線が形成できる。
請求項９に記載の発明によれば、導電性に優れた配線が形成できる。
請求項１０に記載の発明によれば、角隅部の配線を強度的に強化することができる。
請求項１１に記載の発明によれば、熱硬化性樹脂を用いることにより、成形時の金型温度を低く設定することができる。
請求項１２に記載の発明によれば、紫外線硬化樹脂は瞬間的に硬化するため、樹脂の浸透、にじみやパターン崩れを抑制することができる。
請求項１３に記載の発明によれば、エポキシ系樹脂等の密着力に優れた樹脂で直接配線を覆い、その上を別種の母材となる樹脂で覆うことで、母材となる樹脂として多種類の樹脂が使用可能となる。
請求項１４に記載の発明によれば、配線材料に接続性や高導電性を持たせることができる。
請求項１５に記載の発明によれば、基材となる樹脂が電子素子の樹脂封止体を兼ねているため、製造コストを節減し、製造工程を短縮させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態としての配線形成体の製造方法について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態としての配線形成体の製造方法を説明する工程図である。この配線形成体の製造方法は以下の（１）〜（６）の工程を順次実行することにより実施される。
（１）パターン形成工程
まず、所定の型１１を用意し、この型１１上に親水部１２と疎水部１３とのパターン１４を形成する（図１（ａ））。親水部１２と疎水部１３は後退接触角が異なり、親水部１２は疎水部１３より濡れ性が高く、この親水部１２を型１１上の異なる面（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）をまたがるように形成する。
具体的な形成方法の例を挙げると、まず型１１上に含フッ素アクリレートＴＧ−７０２（ダイキン工業製）をスプレー塗装する。その後、これを乾燥させ、半導体レーザ（浜松ホトニムス製Ｌ８９３３）で描画して、５０μｍ幅のパターン１４を形成する。半導体レーザで加熱した部分は疎水性を示し、疎水部１３となる。
（２）触媒供給工程
図１（ｂ）に示すように、その後、ＴＭＰセンシタイザ（奥野製薬工業製）１００ｍＬ／Ｌ、２５℃の溶液中に型１１を３分間ディッピングして親水部１２に塗布した後、水洗を行なう。次に、ＴＭＰアクチベーター（奥野製薬工業製）５０ｍＬ／Ｌ、３０℃の溶液中に型１１を１分間ディッピングして、親水部１２にパラジウムの触媒２を供給する（図１（ｂ））。
（３）第１配線形成工程
次に、配線形成として、ＴＳＰカッパーＮ（奥野製薬工業製）を４０℃、４０分で無電解銅メッキを行い、型１１上に第１配線３を形成する（図１（ｃ））。
なお、後述するが、第１配線３は触媒２を含有する層３ａと触媒２を含有しない層３ｂにより形成されることになる。
（４）樹脂成形工程
次に、この配線形成した型１１を成形装置２１に組み込み、熱硬化性樹脂、例えば、ＭＰ−７４００（日東電工製）を樹脂４として注入して樹脂成形を行い、基材を形成する（図１（ｄ））。成形温度を１８５℃とする。
（５）離型工程
そして、この注入後、２分間放置してから離型する（図１（ｅ））。
（６）第２配線形成工程
離型後、電気銅メッキで第１配線３上に第２配線５を形成する（図１（ｆ））。
なお、前述の製造方法では、パターン１４の形成に含フッ素アクリレートを用いた方法を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、親水材料、疎水材料を積層し、いずれかをエッチングしてパターン１４を形成する手法などを用いても良い。

親水部１２に用いる疎水性材料は、有機材料としては、フッ素樹脂やシリコン樹脂などが挙げられ、無機材料としては、シリコン、ＧａＡｓの半導体及び酸化チタンなどが挙げられる。
特に、酸化チタンの場合、結晶構造がアナターズ型の場合には、紫外線を照射することにより超親水に変化するため本製造方法に用いるのに好適であり、かつ、耐久性に優れた材料である。
型１１にアルミを用いた場合には、アルミが親水性を示すことから、疎水性材料の膜を形成し、エッチングしてパターニングすることにより容易に形成することが出来る。
また、本発明におけるパターン１４の形成は、エッチングによる製造方法に限定されるものではなく、リフトオフで親水部１２にレジストを供給し、型１１全面に疎水性材料を供給してから、レジストを除去することでも達成することができる。特に、フッ素樹脂のようにエッチング耐性に優れた材料の場合は有効である。
パターン１４を形成するための露光方法としては、レーザによるスポット露光の例を示したが、他の達成手段としてはマスク露光による方法や、レーザアブレーションによる膜の加工方法によっても、同様の方式で達成することが出来る。
なお、マスク露光の場合には、被露光体となる基材に対するマスクの追従性が重要となるため、単純な基材には適しているが、マスクが追従できない場合、散乱光によってパターニングがうまくいかない場合もある。

第１配線３の形成方法としては、本実施形態では無電解メッキによる例を示したが、本発明はこの方式に限定されるものではなく、電解メッキも同様のプロセスで用いることができる。この場合には、予めパターン１４が導電性を有していることが必要である。
また、触媒２としては、パラジウムを用いるのが一般的であるが、触媒２の粒子をナノ粒子（粒径１〜１０００ｎｍ）とすれば、その表面活性の高さを生かすことができる。
この場合のナノ粒子としては、例えばＡｇ粒子を用いることができる。例えば、Ａｇナノ粒子として、ファインスフィアＳＶＷ１０２（日本ペイント製）にディッピングにて親水部１２に供給し、２００℃、３０分で加熱させた後に無電解銅メッキすることで第１配線３を形成することができる。
この場合に、触媒２としてＡｇナノ粒子を形成した後、型１１の温度を１８０℃に上げることでＡｇナノ粒子を融着させることができ、これにより導電性が得られることを確認した。
すなわち、Ａｇナノ粒子の焼結のみでは導電性が十分に得られず、大電流を要求される配線には適応できない場合には、Ａｇナノ粒子を融着させることによって配線６の微細パターンを維持しながら配線６に大電流を流すことができる。
また、第１配線３の配線材料として、触媒２と同様の材料を用いることも可能であり、例えば、前述のファインスフィアＳＶＷ１０２で型１１上に第１配線３を形成し、樹脂４に転写した後に、電気メッキで第２配線５を形成してもよい。
さらに、本実施形態では成形で基材を製造しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、射出成形などの熱可塑性樹脂で行われている成形方法でも実施は可能である。
そのうえ、一般的なプリント基板に本発明を適用することもでき、例えば、パターン化した導箔からなる第１配線３を樹脂４の基材に埋め込み、転写して、その後に電気メッキなどで第２配線５を形成する方法でも本発明を実現できる。

以上のような製造工程を経て製造された配線形成体１は、図１（ｆ）、図２の部分拡大斜視図に示すように樹脂４からなる基材上に第１配線３、第２配線５からなる配線６が形成される。そして、配線６を形成している材料の中間層部分、すなわち、第１配線３の第２配線５側の層３ａには触媒２が含有している。第１配線３の第２配線５側の層３ａと、他の層３ｂとには明確な境はなく、層３ａは第２配線５との界面からの距離が大きくなるほど量が減少するように触媒２は分布している。
配線６の一部、具体的には第１配線３は、基材となる樹脂４内に埋没している。
触媒２は、ナノ粒子、すなわち粒径が１〜１０００ｎｍの範囲内の粒子状であり、互いに融着させるようにするのが望ましい。触媒２は、Ａｇ粒子で形成されている。
このような配線形成体１によれば、配線６が積層して形成されているので、微細パターンを維持しながらも導電性を良好に保つことができる。
また、配線６の一部が基材となる樹脂４に埋め込まれているため、配線６は樹脂４との密着力に優れている。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としての配線形成体の製造方法について説明する。
第２実施形態の製造方法が第１実施形態の製造方法と異なるのは、型１１の形状が箱型で成形装置２１を用いない点のみであり、他の共通の工程については詳細な説明を省略する。
図３は第２実施形態の親水部形成工程・触媒塗布工程（ａ）、第１配線形成工程（ｂ）、樹脂注入工程・離型工程（ｃ）、第２配線形成工程（ｄ）を示す。
この図３に示すように、第２実施形態では、型１１における面同士の角隅部１１ａに対して、他の箇所より触媒２が多く供給される。これは、触媒２を含んでいる溶液の溶媒の表面張力に起因するものであり、この表面張力が大きい溶媒になるほどより多くの触媒２が角隅部１１ａに残ることになる。
このような方法で製造された配線形成体１は、角隅部１ａには膜厚が大きい第１配線３が形成されるほかは、第１実施形態の配線形成体１と同様の構成である。
これにより、角隅部１ａの配線５を厚くすることがで、耐久性に優れた配線形成体１を提供できる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態としての配線形成体の製造方法について説明する。
第３実施形態の製造方法が第１実施形態の製造方法と異なるのは、樹脂注入工程のみであり、他の共通の工程については詳細な説明を省略する。
図４に第３実施形態の製造工程の工程図を示す。すなわち、パターン形成工程（ａ）、触媒塗布工程・第１配線形成工程（ｂ）、樹脂注入工程（ｃ）（ｄ）、離型工程（ｅ）、第２配線形成工程（ｆ）を示す。
第３実施形態の樹脂注入工程では、樹脂４として紫外線硬化型樹脂ＳＤ−２２００（大日本インク製）を用いて、第１配線３を直接覆うようにディスペンサで、この紫外線硬化型樹脂（第１樹脂）４ａを供給して低圧水銀灯で硬化する（図４（ｃ））。
その後、第２樹脂であるエポキシ樹脂エポクイック４ｂを第１樹脂１樹脂４ａの上に形成する。
本実施形態では樹脂４ａとして紫外線硬化型樹脂を選択したが、配線形成体１の母材となる樹脂４ｂに対してより密着力を得るように接着剤を選定する方法も挙げられる。また、熱可塑性樹脂を配線近傍に注入し、硬化させた後に、熱硬化性樹脂を配線形成体１の母材として成形することで、リサイクル性に優れた配線形成体１を製造することができる。
このような方法で製造された配線形成体１は、樹脂４として、第１配線３を直接覆う第１樹脂４ａと、この第１樹脂４ａの上を覆う第２樹脂４ｂの２種類が用いられることになる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態としての配線形成体の製造方法について説明する。
第４実施形態の製造方法が第１実施形態の製造方法と異なるのは、樹脂注入工程の内容が変更されていることと、第２素子実装工程が追加されている点にあり、他の共通の工程については詳細な説明を省略する。
図５に、本例の製造工程の工程図を示す。すなわち、パターン形成工程（ａ）、触媒塗布工程・第１配線形成工程（ｂ）、樹脂注入工程（ｃ）（ｄ）、離型工程・第２配線形成工程（ｅ）、第２素子の実装工程（ｆ）を示す。
本実施形態の樹脂注入工程では、フラックスで覆われたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダバンプ５１を半導体チップ５２の端子として第１配線３上に配置する。その後、フリップチップボンダＣＢ−５００（ミスズＦＡ製）で第１配線３上のハンダバンプ５１に第１素子となる半導体チップ５２をマウントし、３００℃、３０秒でハンダを溶融し、半導体チップ５２と第１配線３との接続を行なう（図５（ｃ））。
次に型１１に成形装置２１を設置し、チップ５２の接続部付近を封止するのにアンダーフィル樹脂（ナミックス製、開発品）４ａをディスペンサにて塗布する。アンダーフィル樹脂４ａは半導体チップ５２と型１１との間に毛細管現象にて浸透し、ボイドを生じることなく封止することができる。
その後、２液性エポキシ樹脂アラルダイト急速硬化タイプ（ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ製）の樹脂４ｂを注入し、６０℃で５時間放置して成形を行なう（図５（ｄ））。
前述のように、離型工程・第２配線形成工程では、型１１を離型して、電気メッキにより第２配線５を形成する（図５（ｅ））。
そして、第２素子の実装工程では、前述の樹脂注入工程と同様にして、第２素子である半導体チップ５３をフリップチップボンダで実装する（図５（ｆ））。
このような方法で製造された立体配線形成体１は、樹脂４が半導体チップ５２の樹脂封止体を兼ねるため、製造コストの低減、製造工程の短縮を図ることができる。

本発明の実施形態１を説明する製造工程図である。 実施形態１の配線形成体の部分拡大斜視図である。 本発明の実施形態２を説明する製造工程図である。 本発明の実施形態３を説明する製造工程図である。 本発明の実施形態４を説明する製造工程図である。

符号の説明

１ 配線形成体、１ａ、１１ａ 角隅部、２ 触媒、３、３ａ、３ｂ 配線（第１配線）、４、４ａ、４ｂ 樹脂（基材）、５ 配線（第２配線）、６ 配線、１１ 型、１２ 親水部、１３ 疎水部、５２、５３ 半導体チップ

Claims (15)

1. 基材に配線を形成した配線形成体を製造する配線形成体の製造方法において、
   前記配線形成体を形成する型内に疎水部と、該疎水部より濡れ性の高い親水部とにより前記配線のパターンを形成するパターン形成工程と、
   前記疎水部と前記親水部との濡れ性の違いにより、前記親水部に触媒を供給する触媒供給工程と、
   前記触媒供給後の親水部に第１配線を形成する第１配線形成工程と、
   前記第１の配線形成後に前記型内に樹脂を注入して前記３次元形状体を樹脂成形する樹脂成形工程と、
   前記第１配線形成工程で形成された前記第１配線上に第２配線を形成する第２配線形成工程と、
   を備えていることを特徴とする配線形成体の製造方法。
2. 前記パターン形成工程は、前記パターンの前記疎水部と前記親水部とは後退接触角が異なるように形成することを特徴とする請求項１に記載の配線形成体の製造方法。
3. 前記パターン形成工程は、前記型内の面同士の角隅部にも前記親水部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の配線形成体の製造方法。
4. 前記第２配線形成工程は、前記第２配線を電気メッキにより形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の配線形成体の製造方法。
5. 樹脂で形成された基材と、
   前記基材上に形成された配線と、
   前記配線を形成している材料の中間層部分に含有している触媒と、
   を備えていることを特徴とする配線形成体。
6. 前記配線の一部は前記基材内に埋没していることを特徴とする請求項５に記載の配線形成体。
7. 前記触媒は、粒径が１〜１０００ｎｍの範囲内の粒子状であることを特徴とする請求項５又は６に記載の配線形成体。
8. 前記触媒は、融着していることを特徴とする請求項７に記載の配線形成体。
9. 前記触媒は、Ａｇで形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の配線形成体。
10. 前記配線は、前記基材の角隅部においては他の部分より厚く形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の配線形成体。
11. 前記基材は、少なくとも一部が熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載の配線形成体。
12. 前記基材は、少なくとも一部が紫外線硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載の配線形成体。
13. 前記樹脂は、前記配線を直接覆う第１樹脂と、該第１樹脂上を覆う第２樹脂により形成されていることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか一項に記載の配線形成体。
14. 前記配線は２種類以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項５〜１３のいずれか一項に記載の配線形成体。
15. 前記配線に接続された電子素子を備え、
    前記樹脂は前記電子素子を覆って形成されていることを特徴とする請求項５〜１４のいずれか一項に記載の配線形成体。

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