JP2008016507A

JP2008016507A - 電気配線の製造方法

Info

Publication number: JP2008016507A
Application number: JP2006183742A
Authority: JP
Inventors: Isao Suzuki; 伊左雄鈴木; Noboru Nitta; 昇仁田; Hideaki Nishida; 英明西田; Masashi Shimozato; 正志下里
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】エッチング処理時に基板への悪影響を極力小さくして、効率的にパターン形成を行うことができる電気配線の製造方法を得ることにある。
【解決手段】本発明の電気配線の製造方法は、基材層１２上に導体となる金属層２５を形成し、レーザアブレーションにより金属層２５の不要部分２６を除去した後、腐食液で金属層２５をエッチング処理することにより、レーザアブレーション後に基材層１２上に残っている金属層２５の不要部分２６の残渣２７を除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気信号の伝達に用いられる電気配線の製造方法に関する。

電気配線を製造する方法として、例えば、エッチング液に耐性のあるレジストを用いて被膜を形成し、配線パターンを形成するプリント配線板の製造方法がある。この製造方法では、金属箔を含んだ基材層の表面にレジストを被覆する。そして、配線としては不要な部分の金属箔に対応する箇所のレジストをレーザアブレーションで除去する。このレーザアブレーション後に残ったレジストをエッチングレジストとして、金属箔を湿式エッチング法によってパターニングする。パターニング後にレジストを剥離液などで除去し、パターニングされた金属配線を完成させる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２７０８２６号公報

しかし、前記従来の金属配線の製造方法では、湿式のエッチングにより、金属箔の全厚さ分を除去する必要があり、エッチング処理に時間がかかる問題がある。また、エッチング液に侵される材質の基材層を用いる場合には、エッチング処理に時間がかかると基材層へのダメージが大きくなるため、パターニングした金属箔と基材層との密着力が弱くなって、配線が壊れやすくなる問題がある。

本発明の目的は、エッチング処理時に基板への悪影響を極力小さくして、効率的に配線パターンを形成できる電気配線の製造方法を得ることにある。

前記課題を解決するため、本発明の一つの形態に係る電気配線の製造方法は、基材層上に導体となる金属層を形成し、レーザアブレーションにより前記金属層の不要部分を除去した後、腐食液でエッチングすることにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去してパターン形成を行う。

前記課題を解決するため、本発明の他の形態に係る電気配線の製造方法は、基材層上に導体となる第１の金属層を形成し、腐食液に対して耐性のある第２の金属層を前記第１の金属層の上側に形成し、レーザアブレーションにより前記第１の金属層および前記第２の金属層の不要部分を除去した後、前記腐食液でエッチングすることにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去してパターン形成を行う。

前記課題を解決するため、本発明の他の形態に係る電気配線の製造方法は、基材層上に導体となる金属層を形成し、腐食液に対して耐性のあるレジスト層を前記金属層よりも上側に形成し、レーザアブレーションにより前記金属層および前記レジスト層の不要部分を除去した後、前記腐食液でエッチングすることにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去してパターン形成を行う。

前記課題を解決するため、本発明の他の形態に係る電気配線の製造方法は、基材層上に導体となる金属層を形成し、エッチングガスに対して耐性のあるレジスト層を前記金属層よりも上側に形成し、レーザアブレーションにより前記金属層および前記レジスト層の不要部分を除去した後、前記エッチングガスでエッチングすることにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去してパターン形成を行う。

これらの場合、前記エッチング処理において、前記金属層の不要部分の残渣の厚さ分をエッチングすることが好ましい。

本発明によれば、レーザアブレーションとエッチング処理とを併用することによって、金属層の不要部分を迅速に除去して、効率的に配線パターンを形成することができる。また、レーザアブレーション後の残渣の除去にエッチングを用いているため、エッチング処理にかかる時間を短縮することができる。このため、エッチング処理による基材層へのダメージを極力小さなものにすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。
図１と図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、いわゆるシェアモードタイプのものであり、インク循環式のヘッドで構成されている。このインクジェットヘッド１１は、基材層の一例である基板１２と、内部にインク室１３を有するインク導入部１４と、基板１２とインク導入部１４とにまたがって接着されたノズルプレート１５などを備えている。

基板１２は、例えば、圧電セラミックス材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製である。基板１２は、溝状に切削形成される複数の圧力室１６と、各圧力室１６の両側に配置する支柱１７と、圧力室１６の側面および底面に形成される電極１８と、を有している。また、基板１２上には、後述する方法で製造された電気配線２１のパターンが形成されている。各電気配線２１は、その一端で電極１８に接続するとともに、他端で図示しないヘッド駆動用のＩＣに接続している。

ノズルプレート１５は、例えば一列に並んだ複数個のノズル２２を有している。各ノズル２２は、各圧力室１６に対応しており、例えば、基板１２と平行な方向に開口している。また、インク導入部１４には、インクを循環させるためのインク供給口２３とインク排出口２４とが設けられている。

続いて、第１の実施形態に係る電気配線の製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、基材層の一例である基板１２の表面に、導体となる金属層の一例であるニッケル薄膜２５を形成する。ニッケル薄膜２５は、無電解ニッケルメッキ法により、例えば２μｍ程度の厚さで形成される。

図２（ｂ）に示すように、このニッケル薄膜２５を形成した基板１２に対して、レーザアブレーション、すなわちレーザ光の照射により電気配線２１のパターニングを施す。このレーザアブレーションにより、不要部分２６のニッケル薄膜２５の一部が気化するとともに、その一部が周囲のニッケル薄膜２５のほうに除去される。

この工程に用いられるレーザとしては、例えば、ＹＡＧレーザや、ＹＶ０４レーザなどが使用可能であるが、本実施形態では、ＹＡＧレーザを用いている。なお、ニッケル薄膜２５を効率よく除去するため、レーザの第２高調波や、第３高調波を用いてレーザ加工を行うことが好ましい。第２高調波や、第３高調波を用いることにより、金属に対するレーザ光の吸収率が向上し、加工性を向上できる。

なお、基板１２には、微小な凹凸が生じていることもあるため、レーザアブレーションによって除去しきれないニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７が基板１２上に残ることがある。図２（ｂ）は、残渣２７を模式的に示している。この残渣２７は、続くエッチング処理によって除去される。

エッチング処理では、ニッケル薄膜２５を形成した基板１２全体を腐食液であるエッチング液に浸す。このエッチングに用いられるエッチング液としては、例えば、１％濃度の低濃度の塩化第二鉄水溶液がある。１％濃度の塩化第二鉄水溶液を用いて行うエッチング処理は、例えば１分以内の短時間で、基板１２を塩化第二鉄水溶液に浸漬することによって実施される。

図２（ｃ）に示すように、エッチング処理により、レーザアブレーションで残った残渣２７が完全に除去されて、基板１２上に電気配線２１のパターンが形成される。なお、このエッチング処理によって、電気配線２１となる必要部分のニッケル薄膜２５もエッチングされることになるが、短時間で終了するため、必要部分の電気配線２１の接続は維持される。

より具体的には、例えば、厚さ２μｍのニッケル薄膜２５をエッチングするには、１％濃度の塩化第二鉄水溶液で５分以上の時間を要する。このため、本実施形態のように１分以内でエッチング処理を行うようにすれば、電気配線２１の必要部分に断線が生ずることはない。すなわち、本実施形態では、エッチング処理において、金属層であるニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７の厚さ分をエッチングしている。

第１の実施形態によれば、レーザアブレーション後に不要部分２６の残渣２７をエッチングで除去しているため、不要部分２６をエッチングのみで除去した場合に比して、エッチングにかかる時間を短縮することができる。このため、エッチングによる基板１２へのダメージを低減して、基板１２と電気配線２１との密着力が低下するのを防止することができる。

また、基板１２のＰＺＴは、酸に弱いため、エッチング時に塩化第二鉄水溶液によって一部が侵食される。しかし本実施形態では、エッチング時間が短縮されているため、このＰＺＴにダメージを生じてしまうことが極力低減されている。このため、本実施形態の電配配線の製造方法は、ＰＺＴの基板１２上に電気配線２１を製造するのに、特に好適である。

図３を参照して、第２の実施形態に係る電気配線の製造方法について説明する。第２の実施形態に係る電気配線の製造方法によって製造されるインクジェットヘッドは、第１の実施形態のインクジェットヘッド１１と同様であるため、インクジェットヘッドの構造についての説明は省略する。

第２の実施形態に係る電気配線の製造方法では、図３（ａ）に示すように、基材層の一例である基板１２の表面に、導体となる金属層の一例であるニッケル薄膜２５を形成する。ニッケル薄膜２５は、無電解ニッケルメッキ法により、例えば２μｍ程度の厚さで形成される。

図３（ｂ）に示すように、金属層であるニッケル薄膜２５の表面を覆うように、金で成膜した薄膜（金薄膜）３１を第２の金属層として形成する。金薄膜３１は、例えば電気メッキによって、０．１μｍ程度の厚さで形成される。なお、本実施形態では、第２の金属層の一例として、金を用いているが、エッチングに耐性のある金属、例えばプラチナ等であればどのような金属であっても良い。

このニッケル薄膜２５および金薄膜３１を形成した基板１２に対して、レーザアブレーションにより、図３（ｃ）に示すように、電気配線２１のパターニングを施す。本実施形態では、例えばＹＡＧレーザを用いている。なお、ニッケル薄膜２５および金薄膜３１の不要部分２６を効率よく除去するため、レーザの第２高調波や、第３高調波を用いてレーザ加工を行うのがよい。

なお、基板１２には、微小な凹凸が生じていることもあるため、レーザアブレーションによって除去しきれないニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７が基板１２上に残ることがある。図３（ｃ）は、残渣２７を模式的に示している。この残渣２７は、続くエッチング処理によって除去される。

レーザアブレーションを施した後、基板１２全体を腐食液であるエッチング液に浸す。このエッチングに用いられるエッチング液としては、例えば、１％濃度の低濃度の塩化第二鉄水溶液がある。低濃度の塩化第二鉄水溶液を用いて行うエッチング処理は、例えば１分以内の短時間で、ニッケル薄膜２５を形成した基板１２を溶液に浸すことで実施される。

図３（ｄ）に示すように、エッチング処理により、レーザ光の照射で残った残渣２７が完全に除去されて、基板１２上に電気配線２１のパターンが形成される。なお、このエッチングにより、電気配線２１となるニッケル薄膜２５の露出部分２５Ａもエッチングされることになるが、短時間で終了するため、露出部分２５Ａで電気配線２１が断線することがないようになっている。第２の実施形態においても、金属層であるニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７の厚さ分をエッチングしている。

第２の実施形態によれば、レーザアブレーション後の残渣２７をエッチングするようにしているため、エッチングにかかる時間を短縮することができる。このため、エッチングによる基板１２へのダメージを低減して、基板１２と電気配線２１との密着力が低下するのを防止できる。このため、本実施形態の電気配線の製造方法は、エッチング液に侵されやすいＰＺＴの基板１２上に電気配線２１を製造するのに、特に好適である。

また、第１の金属層であるニッケル薄膜２５が、第２の金属層である金薄膜３１によって被覆されるため、電気配線２１として必要な部分について、腐食液による浸食から保護することができる。また、エッチングによって電気配線２１の抵抗値が変化してしまうおそれもない。さらに、第２の金属層として抵抗値の小さい金が用いられているため、配線の抵抗値を全体として小さくすることができる。

続いて、図４を参照して、第３の実施形態に係る電気配線の製造方法について説明する。この第３の実施形態に係る電気配線の製造方法によって製造されるインクジェットヘッドは、第１の実施形態のインクジェットヘッド１１と同様であるため、その構造の説明を省略する。

第３の実施形態に係る電気配線の製造方法では、図４（ａ）に示すように、基材層の一例である基板１２の上側に、無電解メッキ法により、導体となる金属層の一例であるニッケル薄膜２５を形成する。

図４（ａ）に示すように、金属層であるニッケル薄膜２５の表面を覆うように、レジスト層４１を形成する。レジスト層４１は、例えばスピンコーターにより、例えば１μｍ程度の膜厚で形成される。レジスト層４１は、プリベーク程度の温度で硬化させる。

図４（ｂ）に示すように、ニッケル薄膜２５およびレジスト層４１が形成された基板１２にレーザアブレーションを施して、電気配線２１のパターンを基板１２上に形成する。ニッケル薄膜２５およびレジスト層４１の不要部分２６を除去するレーザアブレーションには、第二高調波や第三高調波を用いる。

基板１２には、微小な凹凸が生じていることもあるため、レーザアブレーションによって除去しきれないニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７が基板１２上に残ることがある。図４（ｂ）は、残渣２７を模式的に示している。この残渣２７は、続くエッチング処理によって除去される。

図４（ｃ）に示すように、電気配線２１のパターンが形成された基板を腐食液であるエッチング液に浸漬する。エッチング液としては、例えば、１％濃度の低濃度の塩化第二鉄水溶液を用いる。エッチング処理は、１分以下の短時間で行う。エッチング処理により、レーザアブレーションでニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７を完全に除去する。第３の実施形態においても、金属層であるニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７の厚さ分をエッチングする。なお、このエッチングにより、電気配線２１となるニッケル薄膜２５の露出部分２５Ａもエッチングされることになるが、短時間で終了するため、露出部分２５Ａで電気配線２１が断線することがないようになっている。

図４（ｄ）に示すように、エッチングを行った基板をレジスト剥離液に浸して、基板１２からレジスト層４１を剥離させる。上記工程により、第３の実施形態に係る電気配線２１の製造工程が終了する。この場合、配線抵抗を下げるため、さらに必要に応じて、図４（ｅ）に示すように、電気メッキ法を利用して、ニッケル薄膜２５の配線パターンに金を被着させた金薄膜４２を、例えば０．１μｍ程度の厚さで形成することもできる。

第３の実施形態によれば、レーザアブレーション後の残渣２７をエッチングするようにしているため、エッチングにかかる時間を短縮することができる。このため、エッチングによる基板１２へのダメージを小さくできる。したがって、本実施形態の電気配線の製造方法は、エッチング液に侵されやすいＰＺＴの基板１２上に電気配線２１を製造するのに特に好適である。

また、ニッケル薄膜２５の配線となる部分がレジスト層４１で覆われているため、当該部分がエッチングによって侵食されてしまうことを防止できる。これにより、配線部分の配線抵抗が変化してしまうのを防止できる。また、レーザアブレーションを行うと、加工した箇所の周囲にニッケル薄膜２５の飛散物が飛び散ることになるが、第３の実施形態によれば、これらの飛散物をレジスト層４１と一緒に除去できる。

さらに、ニッケル薄膜２５の上側にさらに金薄膜４２を被着させる場合には、電気メッキを利用することにより、電気配線２１としてのニッケル薄膜２５が付着されている部分にのみ金薄膜４２を形成できる。すなわち、第２の実施形態では、配線として不要な部分の上側にも金薄膜３１を形成された後、レーザアブレーションによってニッケル薄膜２５と一括して金薄膜３１が除去されるが、第４の実施形態によれば、不要部分２６にも一律に金薄膜３１が形成される無駄を省いて、高価な金の使用量を最小限に抑えることができる。

図５を参照して、第４の実施形態の電気配線の製造方法について説明する。この第４の実施形態に係る電気配線の製造方法によって製造されるインクジェットヘッド１１の構造は、第１の実施形態と同様であるため、その構造の説明を省略する。

第４の実施形態の製造方法では、第１から第３の実施形態に係る製造方法におけるエッチング液を用いる湿式のエッチングと異なり、エッチング液を用いない乾式のエッチング（ドライエッチング）を行っている。ドライエッチングは、例えば、装置チャンバ内でプラズマ（放電）を発生させ、その内部で生成したイオンやラジカルを利用して処理物を加工する方法である。

図５（ａ）に示すように、基材層の一例である基板１２の上側に、金属層の一例であるニッケル薄膜２５を形成する。また、ニッケル薄膜２５の上側に、エッチングに対して耐性のあるレジスト層４１を例えばスピンコーターなどで塗布する。レジスト層４１は、例えば、１μｍ程度の膜厚で形成される。レジスト層４１は、プリベーク程度の温度で硬化させる。

図５（ｂ）に示すように、ニッケル薄膜２５およびレジスト層４１が形成された基板１２にレーザアブレーションを施して、配線パターンを基板１２上に形成する。ニッケル薄膜２５およびレジスト層４１の不要部分２６を除去するレーザアブレーションには、第二高調波や第三高調波を用いると良い。

基板１２には、微小な凹凸が生じていることもあるため、レーザアブレーションによって除去しきれないニッケル薄膜２５の残渣２７が基板１２上に残ることがある。図５（ｂ）に、残渣２７を模式的に示す。この残渣２７は、続くドライエッチングによって除去される。

図５（ｃ）に示すように、配線パターンが形成された基板１２をドライエッチングで処理する。ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、例えば、ＣＦ_４／Ｏ_２／Ｎ_２を用いている。このエッチングにより、レーザアブレーション後に残ってしまったニッケル薄膜２５の残渣２７を完全に除去できる。最も、ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、上記のものに限定されることはなく、その他のエッチングガスを用いてもよい。第４の実施形態においても、金属層であるニッケル薄膜２５の不要部分２６の残渣２７の厚さ分をエッチングする。

なお、このエッチングにより、電気配線２１となるニッケル薄膜２５の露出部分２５Ａもエッチングされることになるが、短時間で終了するため、露出部分２５Ａで電気配線２１が断線することがないようになっている。

図５（ｄ）に示すように、エッチングを行った基板１２をレジスト剥離液に浸して、基板１２からレジスト層４１を剥離させる。これにより、第３の実施形態に係る電気配線の製造工程が終了する。この場合、配線抵抗を下げるため、さらに必要に応じて、図５（ｅ）に示すように、電気メッキ法を利用して、ニッケル薄膜２５の配線パターンに対して金薄膜４２を、例えば０．１μｍ程度の厚さで形成することもできる。

第４の実施形態によれば、レーザアブレーション後の残渣２７をエッチングするようにしているため、エッチングにかかる時間を短縮することができる。このため、エッチングによる基板１２へのダメージを小さくすることができる。また、本実施形態の電気配線の製造方法は、酸性のエッチング液に侵されやすいＰＺＴの基板１２上に電気配線２１を製造するのに特に好適である。

また、ニッケル薄膜２５の配線となる部分がレジスト層４１で覆われているため、当該部分がエッチングガスによって侵食されてしまうことを防止できる。これにより、電気配線２１の抵抗値が変化してしまうことを防止できる。また、レーザアブレーションを行うと、加工した箇所の周囲にニッケル薄膜２５の飛散物が飛び散ることになるが、第４の実施形態によれば、これらの飛散物をレジスト層４１と一緒に除去することができる。

さらに、ニッケル薄膜２５の上側にさらに金薄膜４２を被着させる場合には、電気メッキを利用してニッケル薄膜２５がある部分にのみ金薄膜４２を形成できる。すなわち、第２の実施形態では、電気配線２１として不要な部分の上側にも金薄膜３１が形成されるが、第４の実施形態によれば、高価な金の使用量を最小限に抑えることができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、基材層は、ＰＺＴの基板１２で構成されるが、例えば、アルミナなどのその他のセラミックスの基板であってもよい。また、基材層は、例えばプリント配線板の製造に用いられる絶縁性の基板であってもよく、第１から第４の実施形態に係る電気配線の製造方法は、プリント配線板のパターンに形成にも用いることができる。金属層は、ニッケル薄膜２５で構成されているが、例えば、銅をメッキした銅薄膜などで構成してもよい。

このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを一部切欠いて示す斜視図。第１の実施形態に係る電気配線の製造方法を示す断面図。第２の実施形態に係る電気配線の製造方法を示す断面図。第３の実施形態に係る電気配線の製造方法を示す断面図。第４の実施形態に係る電気配線の製造方法を示す断面図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…基板、２１…電気配線、２５…ニッケル薄膜、２６…不要部分、２７…残渣、３１…金薄膜、４１…レジスト層、４２…金薄膜

Claims

基材層上に導体となる金属層を形成し、レーザアブレーションにより前記金属層の不要部分を除去した後、腐食液で前記金属層をエッチング処理することにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去することを特徴とする電気配線の製造方法。
基材層上に導体となる金属層を形成するとともに、腐食液に対して耐性のある第２の金属層を前記金属層の表面を覆うように形成し、レーザアブレーションにより前記金属層および前記第２の金属層の不要部分を除去した後、前記腐食液で前記金属層をエッチング処理することにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去することを特徴とする電気配線の製造方法。
基材層上に導体となる金属層を形成するとともに、腐食液に対して耐性のあるレジスト層を前記金属層の表面を覆うように形成し、レーザアブレーションにより前記金属層および前記レジスト層の不要部分を除去した後、前記腐食液で前記金属層をエッチング処理することにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去することを特徴とする電気配線の製造方法。
基材層上に導体となる金属層を形成するとともに、エッチングガスに対して耐性のあるレジスト層を前記金属層の表面を覆うように形成し、レーザアブレーションにより前記金属層および前記レジスト層の不要部分を除去した後、前記エッチングガスで前記金属層をエッチング処理することにより、前記レーザアブレーション後に前記基材層上に残っている前記金属層の不要部分の残渣を除去することを特徴とする電気配線の製造方法。
前記エッチング処理において、前記金属層の不要部分の残渣の厚さ分をエッチングすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気配線の製造方法。