JP2011082208A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材に対するめっき金属膜の密着力が向上し、高精細で信頼性の高い配線基板、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板は、絶縁性を有する樹脂材料で形成された基材１２と、めっきの触媒となる金属粒子２０とバインダ樹脂とを混合した材料により基材の表面に形成され、配線パターンに対応してパターン化された下地層１６と、下地層上にめっきにより析出され配線パターン１８を形成する金属膜と、を備えている。下地層１６は、その層厚方向において、前記金属膜側の領域における金属粒子の密度が前記基材側の領域における金属粒子の密度よりも高く形成されている配線基板。
【選択図】 図２

Description

本発明は、絶縁性の材料で形成された樹脂基板、樹脂成形品等の基材の表面に導電回路を形成した、電気、電子機器等の分野で回路部品として使用される配線基板、およびその製造方法に関する。

近年、電子機器の発達により、電気回路等に利用される配線基板を精度良く作成する方法の重要性が増加してきている。従来、配線基板の製造方法として、サブトラクティブ法やセミアディティブ法といった方法が利用されている。しかしながら、これら製造方法は、いずれも高価な金属膜の不要部分をエッチングで除去するプロセスが必要であるため、製造コストの低減が難しい。また、このエッチングでは、金属成分を含んだ廃液の処理が必要となるため、環境面でも問題となってきている。

このような状況のもと、必要な部分にのみ金属をめっきで析出させるフルアディティブ法が各方面で検討されている。このフルアディティブ法については、プロセスやめっき用下地材料の提案がなされており、一部の用途において実用化が進められつつある（例えば、特許文献１）。

特許第３７９０８６９号公報

しかしながら、フルアディティブ法により製造された配線基板においても、使用環境の厳しい製品を想定した場合、かならずしも十分な信頼性のある品位を得られていない。特に、製品を高温状態と低温状態に繰り返して晒すヒートショックテストにおいては、樹脂基材とめっきで析出させた金属膜との熱膨張差が大きいため、温度変化のサイクルが増加すると、基材と金属膜との界面の密着力が低下し、金属膜が樹脂基材上から剥れ易くなってしまう。このような場合は、目標特性を満足できないため、製品化を断念することになってしまう。低コストで環境にもやさしいフルアディティブ法による配線部品の応用範囲を拡大させるために、性能の向上が望まれている。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、基材に対するめっき金属膜の密着力を向上し、高精細で信頼性の高い配線基板、およびその製造方法を提供することにある。

この発明の態様によれば、本発明者らが鋭意検討した結果、絶縁性の樹脂基板もしくは樹脂成形品の表面に、無電解めっきの触媒となる金属成分とバインダ樹脂を混合しためっき用下地材料を塗布し、乾燥した後、めっき用下地層の内部における金属成分の密度が、表面側で密に、樹脂成形品側で疎になるように膜厚方向で密度差を設ける事で、ヒートショックテスト後でもめっき密着力の劣化が発生しないことを見出し本発明に到達した。

この発明の態様に係る配線基板は、絶縁性を有する樹脂材料で形成された基材と、めっきの触媒となる金属粒子とバインダ樹脂とを混合した材料により前記基材の表面に形成され、配線パターンに対応してパターン化された下地層と、前記下地層上にめっきにより析出され配線パターンを形成する金属膜と、を備え、前記下地層は、その層厚方向において、前記金属膜側の領域における金属粒子の密度が前記基材側の領域における金属粒子の密度よりも高く形成されている。

この発明の他の態様に係る配線基板の製造方法は、絶縁性の樹脂材料で形成された基材の表面に、樹脂材料を配線パターンに合わせて塗布し第１層を形成し、めっきの触媒となる金属粒子とバインダ樹脂の混合材料を前記第１層に重ねて塗布し第２層を形成し、前記第１層および第２層を有する下地層を乾燥した後、めっきにより前記下地層上に金属膜を析出させて配線パターンを形成する配線基板の製造方法である。

上記構成によれば、基材に対するめっき金属膜の密着力が向上し、高精細で信頼性の高い配線基板、およびその製造方法が得られる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る配線基板を示す斜視図。 図２は、前記配線基板を拡大して示す断面図。 図３は、前記配線基板の製造方法をそれぞれ模式的に示す配線基板の断面図。 図４は、この発明の第２の実施形態に係る配線基板を拡大して示す断面図。 図５は、第２の実施形態に係る配線基板の製造方法をそれぞれ模式的に示す配線基板の断面図。 図６は、第１および第２実施形態に係る配線基板と、比較例に係る配線基板とについて、ヒートショック試験を実施し、金属膜の密着力を評価した結果を示す図。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る配線基板について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る配線基板を示し、図２は、配線基板の断面を拡大して模式的に示している。図１および図２に示すように、配線基板１０は、基材１２として、絶縁性の樹脂材料で形成された樹脂基板あるいは樹脂成形部品を備えている。本実施形態において、基材１２は、樹脂により形成された矩形状の筺体１４を用いている。本実施形態において、配線基板１０の基板とは、板状の基材に限定されるものではなく、配線を形成可能なほぼ平滑な表面を有する樹脂部品であればよい。

基材１２の樹脂成分は、最終製品の特性から決定されるものであり、電子機器製品では一般的にＰＣ（ポリカーボーネイト）／ＡＢＳ樹脂の混合材料やＰＣ／ＧＦ（ガラスフィラー）の混合材料が用いられる。

筺体１４の内面上には、めっき用の下地層１６が形成され、この下地層１６上にめっきにより金属膜が析出され、この金属膜により配線パターン１８が形成されている。下地層１６は、配線パターン１８に対応するパターンに形成されている。下地層１６は、めっきの触媒となる金属粒子２０とバインダ樹脂とを混合した材料により筺体１４の内面に形成されている。本実施形態において、下地層１６の材料として、めっきの触媒と成り得るＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗからなる群より選ばれた１種もしくは２種以上の金属粉末と、これらの金属粉末をより強固に保持するバインダ樹脂、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、とを混合した材料を使用している。

図２に示すように、下地層１６は、その層厚方向において、金属膜側の領域における金属粒子２０の密度が筺体１４側の領域における金属粒子２０の密度よりも高く形成されている。すなわち、金属粒子の密度が、下地層１６の表面側で密に、樹脂基材１２側で疎となるように、層厚方向で金属粒子の密度差が設けられている。

上記のように構成された配線基板１０の製造方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、基材１２として、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）にＧＦ（ガラスフィラー）が１０ｗｔ％混合されたＰＣ／ＧＦ１０ｗｔ％基材を使用し、この基材の表面に、例えば、スクリーン印刷により下地用材料を塗布し、所望の配線パターンに対応するパターンの下地層１６を形成する。下地用材料として、例えば、粒径約１μｍのＡｇ粒子を８５ｗｔ％とエポキシ系の樹脂１５ｗｔ％を含んだ混合材料を用い、約１５μｍ程度の層厚に塗布する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、基材１２を、下地層１６が塗布された表面側を下向きにして所定時間、例えば、１０分以上、保持し、バインダ樹脂に比較して比重の重い金属粒子２０を自重により下地層１６内を基材１２と反対側に移動させる。これにより、下地層１６の層厚方向において、下地層の表面側の領域における金属粒子の密度を基材１２側の領域における金属粒子の密度よりも高くする。その後、９０℃で３０分間程度、下地層１６を乾燥する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、下地層１６の形成された基材１２を、厚付用の無電界銅めっき液に浸漬させ、下地層１６上に厚さ１０μｍの銅膜を析出させて配線パターン１８を形成する。

以上のように構成された配線基板およびその製造方法によれば、めっき用の下地層１６の上にめっきで金属膜を析出させると、下地層の上部に、熱膨張係数の近いめっき触媒となる金属成分とめっきで析出さる金属膜との複合膜が形成され、下地層の下部と樹脂基材との間にバインダ樹脂がリッチな状態となる層が位置することになる。この樹脂リッチな層が、めっき金属膜と樹脂基材との熱膨張差による応力を緩和させる働きをするため、基材１２に対する配線パターン１８の密着力の劣化を抑制することができる。これにより、基材１２に対するめっき金属膜の密着力が向上し、高精細で信頼性の高い配線基板、およびその製造方法が得られる。また、従来のような不要な金属膜が生じることがなく、金属膜の除去による製造コストの増加および環境汚染を抑制することができる。

次に、この発明の第２の実施形態に係る配線基板およびその製造方法について説明する。図４は、配線基板の断面を拡大して模式的に示している。
図４に示すように、配線基板１０は、基材１２として、絶縁性の樹脂材料で形成された樹脂基板あるいは樹脂成形部品を備えている。本実施形態において、基材１２は、樹脂により形成された矩形状の筺体１４を用いている。基材１２の樹脂成分は、例えば、ＰＣ（ポリカーボーネイト）／ＡＢＳ樹脂の混合材料やＰＣ／ＧＦ（ガラスフィラー）の混合材料が用いられる。

筺体１４の内面上には下地層１６が形成され、この下地層１６上にめっきにより金属膜が析出され、この金属膜により配線パターン１８が形成されている。下地層１６は、配線パターン１８に対応するパターンに形成されている。下地層１６は、基材１２の表面上に樹脂により形成された第１層１６ａと、第１層１６ａに重ねて形成されためっき用の第２層１６ｂとを有している。第２層１６ｂは、めっきの触媒となる金属粒子２０とバインダ樹脂とを混合した材料により形成されている。本実施形態において、第２層１６ｂの材料として、めっきの触媒と成り得るＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗからなる群より選ばれた１種もしくは２種以上の金属粉末と、これらの金属粉末をより強固に保持するバインダ樹脂、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、とを混合した材料を使用している。

第１層１６ａを形成する樹脂材料は、第２層１６ｂのバインダ樹脂と同一種類もしくは類似する種類の樹脂を用いている。第１層１６ａにおける金属粒子の含有率は、０〜５０ｗｔ％であり、第２層１６ｂにおける金属粒子２０の含有率は、５５〜８５ｗｔ％に設定されている。これにより、第２層１６ｂの金属粒子２０の密度は、第１層１６ａの金属粒子の密度よりも高くなっている。これにより、下地層１６は、その層厚方向において、金属膜側の領域における金属粒子２０の密度が筺体１４側の領域における金属粒子２０の密度よりも高く形成されている。すなわち、金属粒子の密度が、下地層１６の表面側で密に、樹脂基材１２側で疎となるように、層厚方向で金属粒子の密度差が設けられている。

上記のように構成された第２の実施形態に係る配線基板１０の製造方法について説明する。
図５（ａ）に示すように、基材１２として、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）にＧＦ（ガラスフィラー）が１０ｗｔ％混合されたＰＣ／ＧＦ１０ｗｔ％基材を使用し、この基材の表面に、例えば、スクリーン印刷によりエポキシ系の樹脂材料を約２μｍの厚さで塗布し、所望の配線パターンに対応するパターンの第１層１６ａを形成する。なお、第１層１６ａは、パターン形成することなく、配線パターンを形成する領域の全面に亘って一様に形成してもよい。

続いて、図５（ｂ）に示すように、粒径約１μｍのＡｇ粒子を８５ｗｔ％とエポキシ系の樹脂１５ｗｔ％を含んだめっき用の下地材料を、同様にスクリーン印刷で１０μｍの厚さで第１層１６ａ上に塗布し、配線パターンに対応するパターンの第２層１６ｂを形成する。その後、第１層１６ａおよび第２層１６ｂを有する下地層１６を９０℃で３０分間乾燥する。これにより、下地層１６の上部には触媒となる金属粒子２０が密に存在し、下部には金属粒子が疎な状態とする事ができる。このようにして形成しためっき用下地層付きの樹脂基材を厚付用の無電界銅めっき液に浸漬させ、厚さ１０umの銅膜を析出させた。

次いで、図５（ｃ）に示すように、下地層１６の形成された基材１２を、厚付用の無電界銅めっき液に浸漬させ、下地層１６上に厚さ１０μｍの銅膜を析出させて配線パターン１８を形成する。

以上のように構成された配線基板およびその製造方法によれば、めっき用の下地層１６の上にめっきで金属膜を析出させると、下地層の上部に、熱膨張係数の近いめっき触媒となる金属成分とめっきで析出さる金属膜との複合膜が形成され、下地層の下部と樹脂基材との間にバインダ樹脂がリッチな状態となる層が位置することになる。この樹脂リッチな層が、めっき金属膜と樹脂基材との熱膨張差による応力を緩和させる働きをするため、基材１２に対する配線パターン１８の密着力の劣化を抑制することができる。これにより、基材１２に対するめっき金属膜の密着力が向上し、高精細で信頼性の高い配線基板、およびその製造方法が得られる。また、従来のような不要な金属膜が生じることがなく、金属膜の除去による製造コストの増加および環境汚染を抑制することができる。

上記のように構成された第１および第２の実施形態に係る配線基板１０と、従来の方法で作成した比較例に係る配線基板とについて、−３０℃で３０分間保持と８５℃で３０分間保持とを１００回繰り返すヒートショックテストを実施した。ヒートショック後のめっき金属膜の密着力評価は、ＪＩＳ・Ｋ５６００−５−６のクロスカット法に準じた方法で実施した。その結果を図６に示す。比較例に係る配線基板は、ヒートショック後の配線パターンがほぼ全体が基材から剥れてしまうのに対して、第１および第２の実施形態に係る配線基板では、配線パターンは全く剥れが発生しなかった。

このことから、第１および第２の実施形態に係る配線基板およびその製造方法によれば、金属膜と樹脂膜の間に生じる熱膨張差による密着力の低下を抑制させることができ、配線パターンの剥がれを防止し、より信頼性の高い配線基板を抵コストで提供することができる。

この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、配線基板の基材は、前述した筺体に限らず、板状の基材あるいはフレキシブルなシート状の基材としてもよい。下地層を形成する材料は、前述した実施形態に限定されることなく、適宜選択可能である。

１０…配線基板、１２…基材、１４…筺体、１６…下地層、１６ａ…第１層、
１６ｂ…第２層、１８…配線パターン

Claims (8)

1. 絶縁性を有する樹脂材料で形成された基材と、
   めっきの触媒となる金属粒子とバインダ樹脂とを混合した材料により前記基材の表面に形成され、配線パターンに対応してパターン化された下地層と、
   前記下地層上にめっきにより析出され配線パターンを形成する金属膜と、を備え、
   前記下地層は、その層厚方向において、前記金属膜側の領域における金属粒子の密度が前記基材側の領域における金属粒子の密度よりも高く形成されている配線基板。
2. 前記下地層は、前記基材の表面上に形成された第１層と、前記第１層に重ねて形成された第２層とを有し、前記第２層の金属粒子の密度は、第１層の金属粒子の密度よりも高い請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第１層における金属粒子の含有率は、０〜５０ｗｔ％であり、前記第２層における金属粒子の含有率は、５５〜８５ｗｔ％である請求項２に記載の配線基板。
4. 金属粒子として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗからなる群より選ばれた１種もしくは２種以上の金属粉末を用いている請求項１の配線基板。
5. 絶縁性の樹脂材料で形成された基材の表面に、めっきの触媒となる金属粒子とバインダ樹脂の混合材料を配線パターンに合わせて塗布しめっき用の下地層を形成し、
   前記基材を、前記下地層が塗布された表面側を下向きにして所定時間保持し、前記下地層内の金属粒子を前記基材と反対側に移動させ、前記下地層の層厚方向において、前記下地層の表面側の領域における金属粒子の密度を前記基材側の領域における金属粒子の密度よりも高くし、
   前記下地層を乾燥した後、
   めっきにより前記下地層上に金属膜を析出させて配線パターンを形成する配線基板の製造方法。
6. 絶縁性の樹脂材料で形成された基材の表面に、樹脂材料を配線パターンに合わせて塗布し第１層を形成し、
   めっきの触媒となる金属粒子とバインダ樹脂の混合材料を前記第１層に重ねて塗布し第２層を形成し、
   前記第１層および第２層を有する下地層を乾燥した後、
   めっきにより前記下地層上に金属膜を析出させて配線パターンを形成する配線基板の製造方法。
7. 前記第１層は、金属粒子を０〜５０ｗｔ％含み、前記第２層は、前記第１層よりも金属粒子の密度が高い請求項６に記載の配線基板の製造方法。
8. 金属粒子として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗからなる群より選ばれた１種もしくは２種以上の金属粉末を用いた下地材料を使用する請求項５ないし７のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。

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