JP2011530807A - 直接金属化プロセス - Google Patents

Abstract

【課題】 直接金属化プロセスにおいて、基板の表面に炭素分散物の被覆を設ける改良された方法であって、前記基板が導電部と非導電部とを含む。前記方法が、炭素分散物を基板に接触させて前記基板を炭素を含有する前記分散物で被覆する工程と、前記基板のほぼ平らな面の少なくとも一部に亘って非吸収性ローラーを移動させて、前記基板のほぼ平らな面から過剰な炭素分散物を除去する工程、及び前記基板を真空吸引チャンバに通して前記基板の表面に残る過剰な炭素分散物を除去する工程の少なくとも１つの工程とを含む。前記方法は、マイクロエッチングに対する要求を最小限にするためにより清浄な銅の表面を提供し、また、炭素分散物が基板の表面に不要に再付着するのを防ぐ。
【解決手段】
【選択図】なし

Description

本発明は、プリント配線板の表面に炭素分散物被覆を固定する改良された方法に関する。

プリント配線板（プリント回路基板、又はＰＷＢとしても知られる）は、一般に、非導電性材料層によって相互に分離される２つ以上の銅版又は銅箔からなる積層材料である。銅は、一般に、電気めっき金属として使用されるが、ニッケル、金、パラジウム、銀等の他の金属もまた電気めっきすることができる。１層又は複数層の非導電層は、好ましくは、ガラス繊維を含有するエポキシ樹脂等の有機材料である。非導電層は、また、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、及びその混合物からなってもよく、それらはガラス繊維、フィラー等の強化材料を含んでいても含んでいなくてもよい。適切な材料は、通常、当業者によく知られている。

多くのプリント配線板設計において、電気経路又はパターンは、離間した銅板同士をパターンにおける特定の点で接続することが必要である。これは、銅板と非導電層との積層体の所望の位置にホールを開けて離間した金属板を接続することで達成することができる。プリント配線板におけるホールの直径は、典型的には、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲である。続いて、ホールは、金属化されて導電性材料間の接続が形成されるが、これは一般にめっきにより行われる。電気めっき工程に先立って行われる、予備活性化、適切な活性化剤による活性化、促進剤の塗布、無電解金属（即ち、銅）の堆積、及び数回のリンスを含むいくつかの工程を必要とするスルーホールの無電解めっき工程を行わないために、当該技術分野においてよく知られているように、様々な「直接金属化」プロセスが開発されており、これは、特許文献１等に記載されている（その主題を参照することにより全体をここに援用する）。

次に、直接金属化プロセスの各工程について簡単に説明する。
スルーホールを開けた後、ホールのバリを取ることにより、ホールの壁を比較的滑らかにしてもよい。多層プリント配線板の場合には、配線板をデスミア又はエッチバック操作に付すことでスルーホール表面に付着している銅を清浄することが好ましい。適切な準備工程が当業者によく知られており、例えば、従来の過マンガン酸塩デスミアプロセス等が挙げられるが、これらに限定されない。

スルーホール面が、めっき用に比較的滑らかになると、導電性炭素分散物が適用される条件下にプリント配線板（ＰＷＢ）を載置するために、当該プリント配線板を予備清浄プロセスに付すことができる。例えば、プリント配線板を、温度約４５℃〜約７０℃で約１分間〜約１０分間、清浄浴内に載置し、油脂及び他の不純物をホール壁面から除去してもよい。

その後、このＰＷＢをリンスして、配線板から過剰な洗浄剤を除去し、調整剤溶液と接触させる。調整剤との好適な接触方法は、清浄化後のＰＷＢを、一定時間（例えば、約１分間〜約１０分間）、室温の水性調整浴に浸漬することである。調整剤溶液によって、ほぼ全てのホール壁のガラス／エポキシ面が適切に調製されて導電性炭素粒子の連続層が確実に形成される。

次いで、炭素分散液を、調整後のＰＷＢに塗布するか、又は接触させる。この分散液は、３つの重要な材料、すなわち、カーボンブラック及び／又はグラファイト等の炭素源、カーボンブラックを分散可能な１つ以上の界面活性剤、及び水等の液体分散媒を含む。分散液をＰＷＢに接触させる好適な方法としては、浸漬及び噴霧等が挙げられる。他の方法もまた当業者に知られている。

炭素分散液の調製において、前記３つの重要な材料、及び他の好ましい材料が十分に混合され、安定な分散物を形成する。これは、高濃度の炭素分散液を、例えば、ボールミリング、コロイドミリング、高剪断ミリング、超音波技術に付すか、又は高速混合、他の標準的な混合技術等を行うことにより達成することができる。続いて、十分に混合されたカーボンブラック分散物は、攪拌下にて、より多くの水で希釈することにより、加工浴として所望の濃度とする。

炭素源は、一般に、グラファイト、カーボンブラック、及びこれらの組み合わせ物から選択される。一般に入手可能なファーネスブラック等の多く種類のカーボンブラックを使用することができる。

炭素分散液用液体分散媒としては、例えば、水、極性有機溶媒などが挙げられる。前記極性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール等の低級アルコール（Ｃ１−Ｃ４）；多価アルコール、例えばグリコール（トリエチレングリコール等）；セロソルブ等のエーテルアルコール；ギ酸、酢酸等の有機酸；トリクロロ酢酸等の酸誘導体；メタンスルホン酸等のスルホン酸；アセトアルデヒド等のアルデヒド；アセトン等のケトン；トルエン、ミネラルスピリット等の芳香族溶媒；ジクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン（ＦＲＥＯＮ（登録商標）等の非プロトン性ハロゲン化炭化水素；ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）；Ｎ−メチルピロリドン；ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）；ギ酸メチル、酢酸エチル、セロソルブアセテート等のカルボン酸エステルなどが挙げられる。後続の電気めっき工程において外来イオンの干渉を最小限にするために、液体分散媒は、水であることが好ましく、特に、通常、水道水に存在するカルシウム、フッ素、ヨウ素、及び他の不純物を含まない脱イオン水が好ましい。

分散剤は、また、液体分散媒にカーボンブラック又はグラファイトを分散することができる界面活性剤を含む。カーボンブラックの湿潤性及び安定性を向上させ、且つカーボンブラックが非導電層の孔及び繊維内に最大限に浸透するために、１つ以上の界面活性剤が分散物に添加される。適切な湿潤剤としては、陰イオン性、非イオン性、陽イオン性界面活性剤（又は、両性界面活性剤等のそれらの組み合わせ）などが挙げられる。界面活性剤は、炭素分散液中で可溶であり、安定であり、好ましくは非発泡性であるような界面活性剤が選択される。好適な界面活性剤は、主に分散物のｐＨによって決まる。適切な界面活性剤が当業者によく知られており、例えば、特許文献１に記載されている（その主題を参照することにより全体をここに援用する）。

分散物中の炭素量は、通常、分散物の約４重量％未満、好ましくは、約２重量％未満である。同様に、固形分（すなわち、液体分散媒以外の全ての材料）は、好ましくは、１０重量％未満である。

分散物は、また、アルカリ性水酸化物等の強塩基性物質を含んでもよく、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、及び水酸化アンモニウム等のアルカリ金属水酸化物などが挙げられる。十分なアルカリ性水酸化物を、得られた炭素を含有する分散物のｐＨを約１０〜約１４、好ましくは約１０〜約１２に上げるのに十分な割合で分散液に加えてもよい。

概して、分散液を適切な攪拌容器に入れ、そして処理するプリント配線板を分散液に浸漬する、プリント配線板に分散液を噴霧する、又は接触させる。浸漬浴内の分散液の温度を約１５℃〜約３５℃の範囲で維持しつつ、調整後のプリント配線板を浴に浸漬する。浸漬時間は、通常、約１分間〜約１０分間である。搬送プロセスにおいて、滞留時間は２０秒間〜６０秒間とすることができる。浸漬中、炭素含有分散液がプリント配線板のホールに浸透し、ガラス繊維と、絶縁層の成分を形成するエポキシ樹脂とを濡らし接触する。次いで、浸漬後の配線板を、カーボンブラック含有分散液浴から取り出す。

ＰＷＢ表面から過剰な炭素分散物を除去し、且つ炭素分散物をより機能的なものとするために、乾燥前に炭素被覆プリント配線板に対して固定工程を行ってもよい。固定は、少なくとも２つの異なる方法、即ち、化学的固定方法、又は物理的固定方法によって行われる。固定工程は、通常、乾燥工程を介さずに、炭素分散物接触工程後に行われる。

化学的固定の場合、炭素分散物によって濡れた表面に固定溶液が塗布される。固定溶液が、過剰な炭素組成付着物を除去するので、塊が除去され、且つ被覆がより均一となることにより、くぼみ面の炭素被覆が滑らかになる。

物理的固定の場合、炭素分散物で濡れた基板のくぼみ又は他の面に機械的な力を加えて、乾燥前に炭素被覆の過剰な付着物を除去する。機械的な力は、様々な方法で適用することができる。例えば、炭素分散物で被覆した面との接触に流体ジェットを使用することができる。流体ジェットにより、炭素堆積物の過剰な蓄積、特に、場合によっては、スルーホール又は他のくぼみを塞ぐこともある炭素分散物の閉塞物が吹き飛ばされる。固定工程により、過剰な炭素付着物が除去されると共に、塊の除去及び被覆の更なる均一化により、くぼみ面の炭素被覆が滑らかになる。固定は、また、基板、又は被覆に関連する水性有機結着剤に直接付着する第１の炭素単層を架橋してもよい。得られる被覆は、電気抵抗が低く、めっきに対する耐性が十分に高く、且つ空隙を作らず、接着性を失わずに溶融はんだに曝される。または、空気ジェットが「エアーナイフ」、即ち移動する空気カーテンの形態で提供できる。カーテンは、配線板の表面に対して垂直に進む空気又は他の気体からなり、配線板がカーテンを通過することでくぼみを吹き飛ばし、炭素分散物をより強固に固定させる。空気カーテンは、また、加熱されてもよく、基板の乾燥に更に役立つ。

炭素分散物が塗布、固定された後、通常、基板の炭素被覆部分を乾燥させることにより、基板に乾燥した炭素被覆が付着する。乾燥により、炭素被覆はより十分に架橋される。

その後、炭素被覆プリント配線板に対して、塗布された分散体中のほぼ全ての水（即ち、約９５重量％超）を除去する工程を行い、カーボンブラック及び／又はグラファイトを含む乾燥付着物が、ホール内及び非導電層の露出面に残存する。これは、室温、真空下で蒸発させること、配線板を高温で短時間加熱すること、エアーナイフ、又は一般的に当業者に知られている同等の手段等の様々な方法で達成される。

ホール壁を確実に完全に被覆するために、炭素分散物に配線板を浸漬して乾燥する手順を、１回以上繰り返してもよい。

この工程が完了すると、ＰＷＢは、カーボンブラック及び／又はグラファイト分散物で完全に被覆される。これは、分散物が、開けられたホールの表面を被覆する（これは望ましい）だけでなく、銅板又は箔の表面全体を被覆してしまう（これは望ましくない）ためである。よって、後続の多くの操作に先立ち、カーボンブラック及び／又はグラファイトは、銅板又は箔表面から除去しなければならない。

多くのプロセスにおいて、除去プロセスは、「マイクロエッチング」を含み、これは、炭素被覆プリント配線板、又は他の基板を、銅が被覆されていない基板部分の炭素被覆にはあまり作用させることなく、基板の銅張面から少量の銅を除去するエッチング液に曝露することにより行われる。

マイクロエッチングのメカニズムは、銅箔に付着したカーボンブラック材料、又はグラファイト材料そのものに作用するのではなく、被覆のため接着を与える銅原子層の始めの数層にのみ作用する。よって、十分に被覆された配線板をマイクロエッチング液に浸漬するか又は接触させて、銅表面からカーボンブラックとグラファイトを極小片の形状で「剥がす」。これらの極小片は、続いて、ろ過又は当技術分野で公知の他の手段でマイクロエッチング浴から除去される。

マイクロエッチング工程、その後の水によるリンス後、ＰＷＢは、そのまま電気めっきしてもよいし、光画像形成プロセスに付した後に電気めっきしてもよい。

処理されたプリント配線板は、ＰＷＢを適切な電気めっき浴に浸漬することで電気めっきして、非導電層のホール壁に銅を塗布してもよい。

次に、プリント配線板が銅めっき浴から取り出され、洗浄、乾燥を行うことにより、更に処理されてもよい板を提供する。例えば、ＰＷＢに対して錫鉛電気めっきを行ってもよい。

直接金属化プロセスは、一般に、自動水平線処理装置を用いて、基板に導電性炭素被覆を塗布し、且つ上述したプロセスの各工程を含む。

プリント配線板への導電性炭素の付着に続く固定工程中、噴出チャンバ内で除去される過剰な溶液は、チャンバ内の空気中に残り、基板の表面に再度付着するので、基板上の炭素分散物の付着量が不均一となる。従って、噴出チャンバを、基板、及びチャンバから過剰な溶液を効果的に除去することができ、且つ基板への溶液の再付着を防ぐ過剰溶液除去手段に換えることが好ましい。

また、マイクロエッチングに対する要求を最小限にするために、基板表面に残る過剰な炭素分散液を除去する改良された手段を提供するのが好ましい。

米国特許第５，７５９，３７８号明細書（Ｆｅｒｒｉｅｒ等）

本発明の目的は、直接金属化プロセス中に、プリント配線板から過剰な炭素分散物を除去する改良された手段を提供することである。
本発明の他の目的は、基板上への溶液の再付着を最小限にする又は再付着しないようにする、過剰な炭素分散物を除去する改良された手段を提供することである。
更に、本発明の他の目的は、プリント配線板上により清浄な銅面を提供し、マイクロエッチングの要件を最小限にすることである。

そのため、本発明は、一般に、改良された直接金属化プロセスに関し、該プロセスは、以下の工程を含む。
ａ）導電性炭素分散物を導電部及び非導電部を含む基板の表面に塗布する工程；
ｂ）少なくとも１つの非吸収性ローラーを前記基板に接触させて前記基板から過剰な炭素を含有する分散物を除去する工程；及び／又は
ｃ）前記基板を真空吸引チャンバに通して前記基板の表面に残る過剰な炭素分散物を除去する工程。

本発明は、一般に、プリント配線板の表面から過剰な炭素分散液を除去し、これと同時にプリント配線板の表面に過剰な溶液が再付着することを防ぐ改良された方法に関する。本発明は、また、一般に、プリント配線板又は他の同様の基板上に、より清浄な銅面を提供することでマイクロエッチングに対する要求を最小限にする改良されたプロセスに関する。

一実施形態において、本発明は、一般に、改良された直接金属化プロセスに関し、該プロセスは、以下の工程を含む。
ａ）導電性炭素分散物を導電部及び非導電部を含む基板の表面に塗布する工程；
ｂ）前記基板と少なくとも１つの非吸収性ローラーとを接触させて、前記基板から過剰な炭素を含有する分散物を除去する工程；及び／又は、
ｃ）前記基板を真空吸引チャンバに通して前記基板の表面に残る過剰な前記炭素分散物を除去する工程。

導電性炭素分散物を基板の表面に塗布する工程については上述の通りであるが、該工程は、当業者に知られた様々な導電性炭素を含有する分散物を用いて行うことができる。更に、前記基板は、導電部及び非導電部を含むプリント配線板であってもよいが、同様の導電部及び非導電部を含む他の基板が本発明のプロセスを使用して処理されてもよい。また、基板の導電部は、通常、銅であるが、他の導電性金属、又は金属合金も本発明の実施において使用可能である。

本発明は、基板のほぼ平らな面から過剰な炭素分散物を除去するように構成される非吸収性ローラを１つ以上使用する。すなわち、少なくとも１つの非吸収性ローラが、基板のほぼ平らな面と接触し、且つ、圧力を加えてローラーを基板に接触させる。続いて、基板のほぼ平らな面の少なくとも一部、好ましくは、基板のほぼ平らな面全体に亘ってローラーが通過するか、又は転動することにより、過剰な炭素分散物を拭き取る。ローラーは非吸収性であり、容易に変形しないため、ローラーは、基板のほぼ平らな面の上に留まり、基板のほぼ平らな面上の過剰な材料を押す、又は「拭き取る」。

本発明において「非吸収性」ローラーとは、少なくとも１つのローラーが水、又は他の材料を吸収しないことを意味する。また、非吸収性ローラーは、容易に変形しないため、ローラーが、基板表面に留まり、且つ基板表面から過剰な材料を「拭き取る」ように動く。このようにして、より清浄な銅面が得られるので、後続のマイクロエッチングプロセスに対する要求を最小限にする。本発明の非吸収性ローラーは、炭素分散物を殆ど又は全く吸収しない成形ポリウレタン等の材料からなる。ローラーの形成に適しており、非吸収性である他の材料もまた、本発明の実施に使用可能であり、通常、当業者に知られた材料である。一般に、非吸収性ローラーは、ショアＡ硬度が少なくとも４０度、好ましくはショアＡ硬度が約１５度〜約１８度となるように構成される。

例えば、米国特許第６，２３１，６１９号明細書（Ｆｌｏｒｉｏ等）に記載のように、ローラーがプリント回路基板におけるスルーホール等の開口部からの材料の除去に使用されることは、以前から示唆されていたことに留意すべきであり、その主題を参照することにより全体をここに援用する。しかしながら、このプロセスにおいては、ローラーは、圧力によって変形してスルーホール開口部から材料を除去する吸収性ローラーであり、硬度が僅か約３５〜約７０デュロメーターである。これに対して、本発明は、基板の表面にスキージとして作用する非吸収性ローラーを使用し、より清浄な導電部（すなわち、より清浄な銅面）を提供し、マイクロエッチングに対する要求を最小限にする。

炭素分散物が基板表面に塗布され、１つ以上のローラーで拭き取ることで過剰な溶液が除去されると、基板は、更に処理されてもよい。

これまでは、一般に、スルーホールを含む基板の表面に残存する過剰な炭素分散物は、噴出チャンバを通すことにより、基板の表面及びホールから過剰な溶液を除去してきた。噴出操作に伴う困難な点の一つとしては、溶液がチャンバ中に浮遊して残り、基板表面に再度付着することである。よって、一実施形態においては、本発明は、噴出チャンバを真空吸引チャンバに置き換え、基板と基板のホールから過剰な溶液を除去すると同時に溶液の基板への再付着を防ぐ。

真空吸引チャンバは、炭素付着チャンバに隣接配置される。プリント配線板が、炭素分散物で被覆されて基板の過剰な被覆がスキージーローラで除去されると、プリント配線板は、真空吸引チャンバに送られる。該真空吸引チャンバで、適切な期間減圧されることで、プリント配線板に残る過剰な炭素含有溶液を除去する。通常、減圧を約０．０１分間〜約１分間行う。本発明は、銅基板面へのカーボンブラックの再付着を防ぐように設計されるため、カーボンブラックを除去するマイクロエッチング工程に対する依存度が低くなる。過剰な溶液が除去されると、本発明のプロセスは、これに続く乾燥工程により基板に残る溶液を乾燥させる。

最後に、本発明は、上述した通り、非吸収性ローラーと真空吸引チャンバとを用いて、プリント配線板、又は他の同様の基板の表面から過剰な炭素分散物を除去するが、非吸収性ローラー及び真空吸引チャンバが別々に使用できると理解されたい。すなわち、非吸収性ローラー及び真空吸引チャンバのいずれか一方を、プリント配線板の表面から過剰な炭素分散物を除去するために使用することができる。本発明の発明者等は、非吸収性ローラーと真空吸引チャンバの組み合わせが、表面の清浄に対してより良い結果をもたらすことを見出したが、これらの工程を別々に用いてもよい結果が得られる。

更に、本発明は、電気めっきを行う前に、銅面又は他の面の被覆を除去することを必要とする直接金属化プロセスに用いることができる。

最後に、本発明の詳細な実施形態に関して記載したが、本発明は、本願明細書に記載された本発明の概念から逸脱することなく、多くの変更、修正、及び変形が可能であることは明らかである。従って、添付の請求の範囲の精神及び広範囲に当てはまる全ての変更、修正、変化を包含することを意図する。本願明細書に引用された全ての特許出願、特許、及び他の刊行物は、参照することにより全体をここに援用する。

Claims (19)

1. 直接金属化プロセスにおいて導電部及び非導電部を有する基板の表面に炭素分散物の被覆を設ける方法であって、
   ａ）前記基板を前記炭素分散物に接触させて前記基板を炭素を含有する前記分散物で被覆する工程；
   ｂ）前記基板のほぼ平らな面の少なくとも一部に亘って非吸収性ローラーを移動させて、前記基板のほぼ平らな面から過剰な炭素分散物を除去する工程；及び、その後に
   ｃ）前記基板を真空吸引チャンバに通して前記基板の表面に残る過剰な炭素分散物を除去する工程
   を含むことを特徴とする方法。
2. 非吸収性ローラーが成形ポリウレタンを含む請求項１に記載の方法。
3. 非吸収性ローラーのショアＡ硬度が少なくとも４０度である請求項２に記載の方法。
4. 非吸収性ローラーのショアＡ硬度が約１５度〜約１８度である請求項２に記載の方法。
5. 非吸収性ローラーが容易に変形しない請求項１に記載の方法。
6. 炭素分散物が、炭素源、前記炭素源を分散できる１つ以上の界面活性剤、及び液体分散媒を含む請求項１に記載の方法。
7. 炭素を含有する分散物が、基板を前記分散物に浸漬するか、前記基板に前記分散物を噴霧することで塗布される請求項６に記載の方法。
8. 基板がプリント配線板である請求項１に記載の方法。
9. プリント配線板がスルーホールを有する請求項８に記載の方法。
10. 基板の導電部からほぼ全ての炭素分散物を除去する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
11. ほぼ全ての炭素分散物を除去する工程が、基板を、前記基板の導電部をマイクロエッチングすることができるエッチング剤に接触させる工程を含む請求項１０に記載の方法。
12. 直接金属化プロセスにおいて導電部及び非導電部を含む基板のほぼ平らな面の少なくとも一部に炭素分散物を提供する方法であって、
    ａ）前記炭素分散物を前記基板のほぼ平らな面に塗布する工程；及び
    ｂ）被覆された前記基板と少なくとも１つの非吸収性ローラーとを接触させて、前記基板の前記表面の少なくとも一部に亘って前記非吸収性ローラーを移動させ、前記基板のほぼ平らな面から過剰な炭素分散物を除去する工程
    を含むことを特徴とする方法。
13. 非吸収性ローラーが成形ポリウレタンを含む請求項１２に記載の方法。
14. 非吸収性ローラーのショアＡ硬度が少なくとも４０度である請求項１３に記載の方法。
15. 非吸収性ローラーのショアＡ硬度が約１５度〜約１８度である請求項１３に記載の方法。
16. 非吸収性ローラーが容易に変形しない請求項１３に記載の方法。
17. 炭素分散物が、前記基板を前記分散物に浸漬するか、又は前記基板に前記分散物を噴霧することで塗布される請求項１２に記載の方法。
18. 基板が、プリント配線板である請求項１２に記載の方法。
19. プリント配線板が、スルーホールを有する請求項１２に記載の方法。