JP2010278410A - 導体パターンの形成方法及び電子回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】導体パターン間に残渣が残ることを防いで、導体パターン間の絶縁信頼性を向上することができると共に、絶縁性基板の表面の反射率が低下することを防ぐことができる導体パターンの形成方法を提供する。
【解決手段】絶縁性基板１の表面に導体膜２を形成する工程。導体膜２にエッチング処理を施して所定パターンで導体膜２の一部を除去する工程。サンドブラスト処理を施して、導体膜２を除去した部分において絶縁性基板１の表面に残存する導体膜２の残渣２ａを除去する工程。これらの工程から導体パターン３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エッチング処理の工程を備えた導体パターンの形成方法及び、この方法で導体パターンを形成した電子回路基板に関するものである。

絶縁性基板の表面に線幅１００μｍ以下の微細な導体パターンを形成する方法として、絶縁性基板の表面に導体膜を形成した後、導体膜にエッチング処理を施して、不要部分をパターン状に除去することによって、絶縁性基板の表面に残る導体膜を導体パターンとして形成する方法が広く知られている。

特許文献１はその一例を示すものであり、絶縁性基板の表面に銅粒子及びガラス粉体を主成分とする導電性ペーストを塗布して焼成することによって、絶縁性基板の表面に導体膜を形成し、導体膜の表面に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッチング処理をして、レジスト膜で覆われていない導体膜を除去することによって、絶縁性基板の表面に残る導体膜で導体パターンを形成するようにしたものである。

特開平６−２０４６４５号公報

上記のように絶縁性基板の表面に形成した導体膜にエッチング処理を施すことによって導体パターンを形成するにあたって、導体パターン間の絶縁性は、エッチング処理で除去された導体パターン間のスペースによって確保されている。

しかし、エッチング処理して導体膜のうち導体パターンを形成しない部分を除去するにあたって、導体膜の一部が絶縁性基板の表面に残渣として残存している場合があり、特に導電性ペーストを焼成して形成した導体膜はガラスを含んでいるためにエッチング処理で完全に除去することは難しく、ガラスリッチな部分が残渣として絶縁性基板の表面に残り易い。

そしてこのように、エッチング処理で除去された導体パターン間のスペースにおいて、絶縁性基板の表面に導体膜の残渣が残っていると、この残渣により導体パターンが短絡されるおそれがあり、導体パターン間の絶縁信頼性が低下するという問題を有するものであった。

また、電気回路基板にＬＥＤなどを搭載して照明用途に用いる場合、絶縁性基板による光吸収ロスが問題になるため、絶縁性基板の表面は高反射率を有することが求められる。しかし上記のようにエッチング処理で除去された導体パターン間のスペースにおいて、絶縁性基板の表面に導体膜の残渣が残っていると、この残渣によって絶縁性基板の表面の反射率が低下するという問題を有するものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、導体パターン間に残渣が残ることを防ぐことができる導体パターンの形成方法及び電気回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明に係る導体パターンの形成方法は、絶縁性基板１の表面に導体膜２を形成する工程、導体膜２にエッチング処理を施して所定パターンで導体膜２の一部を除去する工程、サンドブラスト処理を施して、導体膜２を除去した部分において絶縁性基板１の表面に残存する導体膜２の残渣２ａを除去する工程、を具備することを特徴とするものである。

このように、エッチング処理の後にサンドブラスト処理を施すことによって、エッチング処理では除去し難い導体膜２の残渣２ａを絶縁性基板１の表面から除去することができるものであり、導体膜２の残渣２ａによる影響を排除して、導体パターン３間の絶縁信頼性を向上することができると共に、絶縁性基板１の表面の反射率が低下することを防ぐことができるものである。

また本発明は、上記の導体膜２を形成する工程が、絶縁性基板１に導電性ペーストを塗布した後、加熱して焼成する工程であることを特徴とするものである。

このように導電性ペーストで形成した導体膜２は、エッチング処理するにあたって絶縁性基板１の表面に残渣２ａが残り易く、導体パターン３間の絶縁信頼性が低下したり、絶縁性基板１の表面の反射率が低下したりすることが多いが、サンドブラスト処理でこの導体膜２の残渣２ａを除去することによって、このような絶縁信頼性や反射率の低下を有効に防ぐことができるものである。

また本発明は、上記の導電性ペーストが、銅、銀、ニッケル、アルミニウムから選ばれる少なくとも一種以上の金属からなる導電性金属粉体と、ガラス粉体と、有機ビヒクルとを含有するものであることを特徴とするものである。

この発明によれば、電気特性に優れた導体パターン３を形成することができるものである。

また本発明は、上記の導電性金属粉体が銅であることを特徴とするものである。

この発明によれば、電気特性に優れた導体パターン３を形成することができるものである。

また本発明は、上記の所定パターンで導体膜２を除去する工程が、導体パターン３として不要となる部分の導体膜２を露出させるようにパターン化されたレジスト膜４で導体膜２を被覆し、露出した導体膜２にエッチング液を作用させる工程であることを特徴とするものである。

この発明によれば、エッチングのパターン精度が高く、微細な導体パターン３を形成することができるものである。

また本発明において、サンドブラスト処理に用いられる投射材は、可視光領域での反射率が９０％以上であることを特徴とするものである。

サンドブラスト処理で導体膜２の残渣２ａを絶縁性基板１の表面から除去するにあたって、投射材が絶縁性基板１の表面に残っても、投射材は反射率が高いため、絶縁性基板１の表面反射率が低下することはないものである。

また本発明において、サンドブラスト処理の投射材は、シリカ、ジルコニア、アルミナ、ダイヤモンドから選ばれるものであることを特徴とするものである。

これらの投射材は可視光領域での反射率が９０％以上であって、絶縁性基板１の表面反射率を低下させることがないものであり、しかも硬度が高く、導体膜２の残渣２ａの除去性能が高いと共に、電気絶縁性が高く、絶縁性基板１の表面に残っても絶縁信頼性を低下させることはないものである。

また本発明においてサンドブラスト処理の投射材は、粒子径が１〜５０μｍであることを特徴とするものである。

投射材の粒子径が１〜５０μｍの範囲であることによって、適度な衝突エネルギーを得ることができ、絶縁性基板１にダメージを与えたりすることなく、導体膜２の残渣２ａを良好に除去することができるものである。

また本発明は、上記の方法で形成された導体パターン３の上に導体メッキ５を施す工程を有することを特徴とするものである。

このように導体パターン３の上に導体メッキ５を施すことによって、導体メッキ５で導体パターン３を保護することができ、導通信頼性の高い回路６を形成することができるものである。

また本発明に係る電子回路基板は、上記の方法で形成された導体パターン３を備えたことを特徴とするものであり、導体パターン３によって形成される回路６間の絶縁信頼性を向上することができるものである。

また本発明において、導体パターン３間に露出する絶縁性基板１の表面は、可視光領域での反射率が９０％以上であることを特徴とするものである。

このように導体パターン３間に露出する絶縁性基板１の表面の反射率が高いことによって、照明用途に用いる場合に絶縁性基板による光吸収ロスを小さくすることができるものである。

本発明によれば、エッチング処理の後にサンドブラスト処理を施すことによって、エッチング処理では除去し難い導体膜２の残渣２ａを絶縁性基板１の表面から除去することができるものであり、導体パターン３間に導体膜２の残渣２ａが残ることを防いで、この残渣２ａによる影響を排除することができ、導体パターン３間の絶縁信頼性を向上することができると共に、導体パターン３間に露出する絶縁性基板１の表面の反射率が低下することを防ぐことができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）乃至（ｆ）は各工程の断面図である。 同上の電子回路基板の一例を示す断面図である。 実施例３における、アルミナ基板の表面の可視光領域での反射率を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明において絶縁性基板１としては、特に限定されるものではないが、耐熱性の高いセラミックス系のものが好ましい。このようなセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、ベベリア等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等の非酸化物系セラミックスを挙げることができる。

また導電性ペーストは、導電性金属粉体と、ガラス粉体と、有機ビヒクルを主成分として含有して調製されたものである。本発明では特有の組成の導電性ペーストに限定されものではなく、電子回路の導体パターンを形成するために従来から使用されている任意の導電性ペーストを用いることができるものであるが、導電性金属粉としては銅、銀、ニッケル、アルミニウムから選ばれるものを用いるのが好ましく、特に銅粉が好ましい。また導電性金属粉体の粒径は、中心粒径０．５〜１５μｍ程度が好ましい。

そしてまず、絶縁性基板１の表面の全面あるいは一部に導電性ペーストを塗布する。導電性ペーストの塗布は、スクリーン印刷、スピンコートなど任意の方法を採用して行なうことができる。このように絶縁性基板１の表面に導電性ペーストを塗布した後、６００℃以上の温度で加熱して焼成することによって、図１（ａ）に示すように、絶縁性基板１の表面に導体膜２を形成することができる。

次に、導体膜２の表面に感光性のレジスト膜４を形成して、導体膜２の表面の全面をレジスト膜４で被覆する。レジスト膜４は、導体膜２の表面にレジスト液を塗布・硬化させたり、ドライフィルムを貼ったりして、形成することができる。そして形成する導体パターン３と逆パターンで光透過部１１を形成したフォトマスク１２を用い、図１（ｂ）のようにこのフォトマスク１２をレジスト膜４の上に重ねると共に紫外線等の光を照射する。光はフォトマスク１２の光透過部１１のみを透過して光透過部１１のパターンでレジスト膜４が部分的に露光される。

そして現像液を用いて現像処理すると、レジスト膜４の露光された部分が溶解除去され、図１（ｃ）のように導体膜２の一部が導体パターン３と逆パターンで露出されることになる。

次に、エッチング液を用いてエッチング処理をすると、エッチング液は導体膜２のうち、レジスト膜４で覆われていず露出されている部分にのみ作用するので、図１（ｄ）のように導体パターン３と逆パターンで導体膜２の一部を溶解除去することができるものであり、絶縁性基板１の上に残った導体膜２で導体パターン３を形成することができるものである。このエッチング液としては、塩化第二鉄や塩化第二銅等の公知のものを用いることができる。

このように導体膜２をエッチング処理して、導体パターン３と逆パターンで導体膜２を除去するにあたって、エッチングによる化学的な作用では導体膜２を絶縁性基板１の表面から完全に除去することは難しく、図１（ｄ）に示すように、導体パターン３間のスペースの箇所において絶縁性基板１の表面に導体膜２の一部が残渣２ａとして残存することがある。特に導電性ペーストを用いて形成した導体膜２の場合、導体膜２にはガラスが含まれているので、エッチング処理で完全に除去することは難しく、ガラスリッチな部分が残渣２ａとして絶縁性基板１の表面に残り易い。

そこで本発明では、上記のように導体膜２をエッチング処理して導体パターン３を形成した後、サンドブラスト処理を行なうようにしている。サンドブラスト処理は粉状の投射材を噴射して吹き付けることによって行なうものであり、投射材の衝撃作用で図１（ｅ）のように、導体パターン３間のスペースにおいて絶縁性基板１の表面に残存する残渣２ａを物理的に除去することができるものである。このようにエッチング処理による化学的な作用では除去できない導体膜２の残渣２ａをサンドブラスト処理で完全に除去することができるものであり、導体パターン３間のスペースに導体膜２の残渣２ａが残ることによる影響を排除して、導体パターン３間の絶縁信頼性を向上することができるものである。尚、図１（ｄ）のように導体パターン２の上にレジスト膜４を残した状態でサンドブラスト処理をすることによって、投射材が導体パターン３に直接当って傷付けるようなことを防ぐことができるものである。

ここでサンドブラスト処理に用いる投射材としては、表面の反射率が可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）で９０％以上のものを用いるのが好ましい。投射材を吹き付ける際に、一部の投射材が絶縁性基板１の表面に食い込んで残る場合がある。このとき、投射材の反射率が低いと、絶縁性基板１の表面に残る投射材で、絶縁性基板１の表面が着色されて反射率が低下するおそれがある。そして、絶縁性基板１の表面にＬＥＤなどを搭載して照明用途に用いる場合、絶縁性基板１の表面の反射率が低いと光吸収ロスが大きくなって照明効率が低下する。これに対して、反射率が９０％以上と高い投射材を用いることによって、絶縁性基板１の表面に投射材が残っても、投射材で絶縁性基板１の表面の反射率が低くなることがなくなるものであり、照明用途に用いるにあたって、照明効率が低下するようなことを防ぐことができるものである。投射材の反射率は大きいほど望ましいので、その上限は特に設定されない。

サンドブラスト処理用の投射材として一般に使用されるものを表１に示す。また表１に各投射材の反射率、モース硬度（１５段階修正モース硬度）、色を示す。尚、反射率は、（株）島津製作所製紫外可視分光光度計「ＵＶ３１００ＰＣ」を使用し、積分球を用いた拡散反射（０°反射）、リファレンスが硫酸バリウム、の測定方法で測定した数値である。

表１にみられるように、シリカ、ジルコニア、アルミナ、ダイヤモンドはそれぞれ反射率が９０％以上であり、これらの粉末をサンドブラスト処理の投射材として用いるのが好ましい。またこれらのシリカ、ジルコニア、アルミナ、ダイヤモンドは硬度が高く、導体膜２の残渣２ａを除去する性能が高いものである。しかもこれらはいずれも電気絶縁性が高いものであり、絶縁性基板１の表面に残っても絶縁信頼性を低下させることはないものである。

また、投射材は、粒子径が１〜５０μｍの範囲のものが好ましい。投射材の粒子径が５０μｍを超えて大きいと、投射材を吹き当てる際の衝突エネルギーが大きくなり過ぎ、導体パターン３まで磨耗させるおそれがあると共に、絶縁性基板１の表面粗さが大きくなってメッキなど後工程での処理が困難になるおそれがある。逆に投射材の粒子径が１μｍ未満であると、投射材の衝突エネルギーが小さ過ぎて研削能力が不十分になり、導体膜２の残渣２ａの除去が困難になるおそれがある。ここで、本発明において粒子径は、中心粒径（Ｄ５０）を意味するものであり、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定された値である。

上記のようにサンドブラスト処理をした後、レジスト膜４を剥がすことによって、図１（ｆ）のような、絶縁性基板１の表面に導体パターン３からなる回路６を形成した電子回路基板Ａを得ることができるものである。

また、この導体パターン３の表面に電解メッキや無電解メッキを行なって、図２のように導体メッキ５を形成することができる。導体メッキ５は、例えばニッケルメッキ及びその上の金メッキの２層から形成することができるものであり、このように導体パターン３の上に導体メッキ５を施すことによって、導体パターン３の酸化を防止することができると共に、配線接続時のハンダ接着性を高めることができるものであり、さらに導体パターン３と導体メッキ５から厚みの厚い回路６を形成することができ、回路６の導通信頼性を高めることができるものである。

ここで、このように導体メッキ５を行なうにあたって、導体パターン３間に導体膜２の残渣２ａが残っていると、この残渣２ａの表面にもメッキがなされ、このメッキによって導体パターン３間の絶縁性を低下させるおそれがあるが、本発明ではサンドブラスト処理で導体膜２の残渣２ａを完全に除去しているので、導体パターン３間の絶縁信頼性を保つことができるものである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
中心粒径４．５μｍの銅粉体を８００質量部、ホウケイ酸亜鉛系ガラス粉体を５０質量部、アクリル樹脂３０質量部をターピネオールとカルビトールの混合溶媒７０質量部に溶解した有機ビヒクルを１００質量部、混合して三本ロールで混練りすることによって、銅ペーストを調製した。そして、絶縁性基板として９６％アルミナ基板を用い、絶縁性基板の表面に銅ペーストをスクリーン印刷した後、窒素雰囲気下９００℃で焼成することによって、膜厚５０μｍの銅導体膜を形成した（図１（ａ）参照）。

次にこの銅導体膜の上に感光性ドライフィルムを貼り付け、パターン中のライン間距離１００μｍの櫛形パターンを有するフォトマスクを介して紫外線露光し（図１（ｂ）参照）、アルカリ現像液で現像処理することによって、ドライフィルムに櫛型パターンのスリットを形成した（図１（ｃ）参照）。

次にエッチング液として４５℃に温度調整した塩化第二鉄液を用い、エッチング液に浸漬してエッチング処理をすることによって、ドライフィルムの櫛型パターンのスリットに沿って銅導体膜をエッチング除去した（図１（ｄ）参照）。

銅導体膜をエッチング除去された部分は、アルミナ基板の白色ではなく、薄いピンク色に着色していた。触針式膜厚計で同部分を測定したところ、約２．５μｍ厚の残渣があった。

続いて、サンドブラスト装置として新東ブレーター社製「マイクロブラスターＭＢ１−ＭＬ」を用い、投射材として中心粒径１７μｍのシリコンカーバイトを、噴射圧０．１５ＭＰａ、ノズル移動速度１０ｍ／ｓ、投射回数４回の条件で投射して、サンドブラスト処理を行ない、残渣を除去した（図１（ｅ）参照）。この後、水酸化ナトリウム水溶液を用いてドライフィルムを除去することによって、膜厚５０μｍの銅の導体パターンを形成した電子回路基板Ａを得た（図１（ｆ））。

この後、銅の導体パターンの表面に無電解メッキで厚み４μｍのニッケルメッキ、電解メッキで厚み０．２５μｍの金メッキを施し、銅の導体パターンとメッキからなる回路を形成した（図２参照）。

（実施例２）
絶縁性基板として窒化アルミナ基板を用いるようにした他は、実施例１と同様にして導体パターンを形成した。

（比較例１）
サンドブラスト処理を行なわない他は、実施例１と同様にして導体パターンを形成した。

（比較例２）
サンドブラスト処理を行なわない他は、実施例２と同様にして導体パターンを形成した。

上記の実施例１，２及び比較例１，２で形成した導体パターンについて、導体パターン間の絶縁抵抗を測定した。測定は、超高抵抗微小電流計（アドバンテスト社製）を用い、２０℃で５００Ｖを印加した１分後の抵抗値を計測することによって行なった。尚、この絶縁抵抗の測定は、ニッケルメッキと金メッキを施す前と、これらのメッキを施した後に、それぞれ行なった。

また導体パターン間の絶縁性基板の表面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置で元素マッピングを行なった。

表２にみられるように、サンドブラスト処理をした実施例１，２では、絶縁抵抗が高く、またＣｕ元素が検出されず、銅の導体層の残渣が残っていないことが確認された。

一方、比較例１，２では銅の導体層の残渣が残っているため、絶縁抵抗が低く、Ｃｕ元素が検出されるものであり、また絶縁抵抗はメッキの後にさらに低くなるものであった。

（実施例３）
絶縁性基板としてアルミナ基板を用いた実施例１において、投射材として、中心粒径が７μｍのアルミナ粒子（反射率９０％以上）と、中心粒径が２０μｍのＳｉＣ（シリコンカーバイト）（反射率２０％）を用い、噴射圧０．２０ＭＰａ投射して、サンドブラスト処理を行なうようにした他は、実施例１と同様にして電子回路基板を得た。

そして、まず銅ペーストをスクリーン印刷する前のアルミナ基板について、表面の可視光領域での反射率を測定し、また中心粒径が７μｍのアルミナ粒子を用いてサンドブラスト処理した後の、アルミナ基板の表面の可視光領域での反射率と、中心粒径が２０μｍのＳｉＣを用いてサンドブラスト処理した後の、アルミナ基板の表面の可視光領域での反射率を測定した。この可視光領域（３８０〜７８０ｎｍ）での反射率の測定結果を図３に示す。

図３にみられるように、投射材として反射率が２０％のＳｉＣを用いてサンドブラスト処理をした場合には、アルミナ基板の表面の反射率が大きく低下したのに対して、投射材として反射率が９０％以上のアルミナを用いた場合には、アルミナ基板の表面の反射率は殆ど変化しないものであった。

１ 絶縁性基板
２ 導体膜
３ 導体パターン
４ レジスト膜
５ 導体メッキ
６ 回路

Claims (11)

1. 絶縁性基板の表面に導体膜を形成する工程、導体膜にエッチング処理を施して所定パターンで導体膜の一部を除去する工程、サンドブラスト処理を施して、導体膜を除去した部分において絶縁性基板の表面に残存する導体膜の残渣を除去する工程、を具備することを特徴とする導体パターンの形成方法。
2. 上記の導体膜を形成する工程が、絶縁性基板に導電性ペーストを塗布した後、加熱して焼成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の導体パターンの形成方法。
3. 導電性ペーストが、銅、銀、ニッケル、アルミニウムから選ばれる少なくとも一種以上の金属からなる導電性金属粉体と、ガラス粉体と、有機ビヒクルとを含有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の導体パターンの形成方法。
4. 導電性金属粉体が銅であることを特徴とする請求項３に記載の導体パターンの形成方法。
5. 上記の所定パターンで導体膜を除去する工程が、導体パターンとして不要となる部分の導体膜を露出させるようにパターン化されたレジスト膜で導体膜を被覆し、露出した導体膜にエッチング液を作用させる工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導体パターンの形成方法。
6. サンドブラスト処理に用いられる投射材は、可視光領域での反射率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の導体パターンの形成方法。
7. サンドブラスト処理の投射材は、シリカ、ジルコニア、アルミナ、ダイヤモンドから選ばれるものであることを特徴とする請求項６に記載の導体パターンの形成方法。
8. サンドブラスト処理の投射材は、粒子径が１〜５０μｍであることを特徴とする請求項６又は７に記載の導体パターンの形成方法。
9. 請求項１乃至５のいずれかに記載の方法で形成された導体パターンの上に導体メッキを施す工程を有することを特徴とする導体パターンの形成方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法で形成された導体パターンを備えたことを特徴とする電子回路基板。
11. 導体パターン間に露出する絶縁性基板の表面は、可視光領域での反射率が９０％以上であることを特徴とする請求項１０に記載の電子回路基板。

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