JP2013048152A

JP2013048152A - 回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP2013048152A
Application number: JP2011185823A
Authority: JP
Inventors: Koji Munakata; 浩次宗像
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-03-07

Abstract

【課題】インプリントを適用して樹脂基材に埋め込んだ導体パターンを形成するにあたって、ばらつきの少ない均一な厚みで導体層を形成しうる回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂基材１０の一面に、加圧焼成型の導電性ペースト層１２を形成し、その後、形成すべき導体パターンに対応する凸パターン１４Ａを有するインプリントモールド１４により、加熱下で導電性ペースト層１２を加圧して、その導電性ペーストを焼成してなる導体層１８を、前記樹脂基材１０内に埋め込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に使用される回路基板の製造方法に関し、特に、転写によって基板に導体パターンを形成する方法に関するものである。

転写によって基板に導体パターンを形成する技術としては、ナノインプリント（ＮＩＬ）や、射出成形、ホットエンボスなどがある。これらのうちでも、ＮＩＬは、極微細なパターンを形成する技術として、近年注目を浴びている。
ナノインプリントを適用して回路基板を製造する方法では、基本的には、最終的に形成するべき微細な導体パターンに対応する凸パターンを有するモールド（インプリントモールド）を用いる。そしてそのインプリントモールドを、樹脂基材の表面に押し付けて、その凸パターンに対応する凹パターンを樹脂基材に形成し（転写し）、その凹パターンに導体材料を充填するものである。

従来のこの種の回路基板の製造方法としては、例えば特許文献１に示される方法が知られている。この特許文献１に示される方法について、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

特許文献１の方法では、先ず、樹脂層１０１上に無電解めっきなどにより金属薄層１０３を形成する。次いで金属薄層１０３の上からインプリンティングモールド１０５を押し当て、最終的に形成すべき配線パターンに相当する凹部１０７を樹脂層１０１に形成する。その後、インプリンティングモールド１０５を離型させてから、金属薄層１０３上の全面に電解めっきにより導電層（電解めっき層）１０９を形成する。さらに凹部１０７内以外の余分な電解めっき層および金属薄層をエッチングにより除去して、凹部１０７内のみに、金属薄層１０３および電解めっき層１０９からなる導体層１１０を残して、配線パターンを形成する。

特開２００７‐２４３１８１号公報

特許文献１に示される方法では、導体層１１０の主要部分を電解めっきにより形成しているため、凹部１０７内の導体層１１０の厚みが不均一となりやすい。
例えば図６（ｄ）に示しているように、幅の広い凹部１０７ａ内では、電解めっき層１０９ａの厚みが、幅の狭い凹部１０７ｂ内の電解めっき層１０９ｂの厚みよりも小さくなる傾向を示す。その結果、図６（ｅ）に示しているように、最終的な配線パターンとして、幅の広い凹部１０７ａ内に形成された導体層１１０ａが薄くなってしまいやすく、そのため電気的特性に問題が生じてしまうことがある。また、エッチングによって余分なめっき金属を除去するにあたっても、幅の広い凹部１０７ａ内で導体層１１０ａが過剰にエッチングされて、その導体層１１０ａが、さらに薄くなってしまったり、極端な場合は消失してしまったりすることもある。

上記問題を回避するため、エッチング量を少なくすれば、樹脂層１０１の凸部上の導体層の厚みの大きい部分で、導体層がエッチングにより除去しきれずに、図６（ｅ）に示すように、形成すべき配線パターン以外の部分に導体層１１０ｃが残ってしまうという不都合が生じる。

また、エッチングの代わりとして、あるいはエッチングと併用して、バフ研磨などの機械的な研磨を適用して、不要な導体層を除去することも考えられるが、研磨による場合も、幅の広い凹部内では導体層の研磨深さが大きくなって、最終的に残る導体層の厚みが薄くなってしまいやすい。
このように、インプリンティングを適用した特許文献１に記載の回路基板の製造方法では、導体層の厚みのばらつきを抑えることは困難であった。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、インプリントを適用して樹脂基材に埋め込んだ導体パターンを形成するにあたって、ばらつきの少ない均一な厚みで導体層を形成しうる方法を提供することを課題としている。

以上のような課題を解決するため、本発明においては、基本的には、インプリントにより樹脂基材に形成された凹部に充填する導電性ペーストとして、加圧焼成型のものを用い、凹部内の導電性ペーストを、加圧・加熱により焼成することによって、ばらつきの少ない均一な厚みで導体層が形成されるようにした。

したがって本発明の基本的な態様（第１の態様）による回路基板の製造方法は、
樹脂基材の一面に、加圧焼成型の導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
前記導電性ペースト層の上から、形成すべき導体パターンに対応する凸パターンを有するインプリントモールドを押し当て、加熱下で導電性ペースト層および樹脂基材を加圧することによって、樹脂基材内に凹部を形成すると同時にその凹部内に導電性ペーストを押し込み、さらに凹部内の導電性ペーストを加圧焼成して、樹脂基材内に埋め込まれた導体層を形成する加圧焼成工程と、
を有してなることを特徴とするものである。

このような第１の態様の回路基板の製造方法によれば、樹脂基材内に埋め込まれた導体層は、インプリントモールドの凸部によって導電性ペーストを加圧焼成してなるものであるから、その厚みのばらつきを少なくすることができる。すなわち、導体層の厚みは、インプリントモールドの凸部高さと加熱・加圧時の圧力・温度の条件によって定まるから、これらの条件が一定であれば、導体層の厚みはそのパターン幅によらずに一定となる。また、加圧焼成されなかった不要部分の導電性ペーストは、エッチングや研磨によらずに、洗浄によって容易に除去できるため、エッチングや研磨を適用する必要性を減じることができ、したがってエッチングや研磨によって導体層の厚みにばらつきが生じてしまうおそれも少なくすることができる。また、樹脂基材に対する凹部の形成と、その凹部への導電性ペーストの充填、および導電性ペーストの加圧焼成が、一つの工程で同時に行なわれるため、工程数が少なく、製造コストの低減を図ることができる。

また本発明の第２の態様による回路基板の製造方法は、
樹脂基材の一面に、形成すべき導体パターンに対応する凹部を形成する凹部形成工程と、
前記樹脂基材の一面における少なくとも凹部内に加圧焼成型の導電性ペーストを充填して、導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
前記導電性ペースト層の上から、前記凹部に対応する凸パターンを有するインプリントモールドを押し当て、加熱下で導電性ペースト層を加圧することにより、凹部内の導電性ペーストを加圧焼成して、樹脂基材内に埋め込まれた導体層を形成する加圧焼成工程と、
を有してなることを特徴とするものである。

この第２の態様の回路基板の製造方法によれば、インプリントモールドによって樹脂基材に凹部を形成する工程と、凹部内に充填した導電性ペーストをインプリントモールドによって加熱下で加圧して導電性ペーストを加圧焼成する工程とが、別の工程で行なわれるため、樹脂基材への凹部形成のための条件と、導電性ペーストの加圧焼成条件とを、別個独立に定めることができ、そのため条件設定の自由度が高く、それぞれに最適な条件を容易に選択することが可能となる。

本発明によれば、樹脂基材内に埋め込まれた導体層の厚みのばらつきが少ない回路基板を製造することができる。

本発明の回路基板製造法の第１の実施形態を工程順に示す略解図である。本発明の回路基板製造法の第２の実施形態を工程順に示す略解図である。本発明の回路基板製造法を実施するにあたって、加圧焼成工程でスペーサを用いる場合の一例を示す略解図である。本発明の回路基板製造法を実施するにあたって、加圧焼成工程でスペーサを用いる場合の他の例を示す略解図である。本発明の回路基板製造法の第３の実施形態を工程順に示す略解図である。ナノインプリントを適用した従来の回路基板の製造方法の一例を段階的に示す略解図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）に、本発明の第１の実施形態の製造方法を段階的に示す。
先ず、図１（ａ）に示すように、シート状の樹脂基材１０を準備する。樹脂基材１０の材料は、後述するインプリントモールドによる加熱・加圧時においてその加圧力により塑性変形可能な非導電性の樹脂であれば、特に限定されない。一般には、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマ）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂が好適である。また加熱・加圧時の温度によっては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂も使用することができる。

次いで、導電性ペースト層形成工程として、図１（ｂ）に示すように、樹脂基材１０の表面に、加圧焼成型の導電性ペースト層１２を、印刷や塗布などの任意の手段によって所定の厚みｄ２で形成する。
ここで、加圧焼成型の導電性ペーストとは、加圧しながら加熱することによって、圧縮されながら焼成されるタイプ（圧縮焼成タイプ）の導電性ペーストを意味する。言い換えれば、加圧せずに加熱した場合には、導電性粒子（フィラー）同士が充分に結合せず、充分な導電性、十分な形状保持性が得られないが、加熱と同時に加圧することによって、導電性粒子同士が充分に結合されて、充分な導電性と形状保持性を示す導電性ペーストを意味する。加圧焼成型の導電性ペーストの材料構成は、特に限定されないが、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、カーボンなどの導電性微粉末（フィラー）と、バインダー樹脂などを所定の割合で配合したものを使用することができる。

一方、予め図１（ｃ）に示しているような、形成すべき導体パターンに対応する凸パターンを有するインプリントモールド１４を準備しておく。このインプリントモールド１４において、その下面側の凸部１４Ａが、形成すべき導体パターンに一致するとともに、凸部１４Ａの間の凹部１４Ｂが導体パターンの非形成部分に一致するものであり、ここでは凸部１４Ａの高さ（凸パターン高さ）をｄ１とする。なおインプリントモールドとしては、従来からナノインプリントによる回路基板の製造に使用されている微細パターン転写用のモールド、例えばＳｉ（シリコン）、あるいはＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などのセラミック、石英や石英系ガラス、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質材料、あるいはそれらの複合材料からなるものを用いることができる。

そして加熱焼成工程として、上述のようなインプリントモールド１４を、図１（ｃ）〜（ｅ）に示すように、導電性ペースト層１２に押し当て、導電性ペースト層１２を加熱しながら加圧する。例えば樹脂基材１０を、図１（ｃ）に示しているように、硬質でかつ上面が平坦な支持基板１６上に載せ置き、インプリントモールド１４又は／及び支持基板１６を、図示しない電気ヒータなどの加熱手段により加熱しながら、インプリントモールド１４を導電性ペースト層１２上に降下させ、さらに押し下げて、導電性ペースト層１２および樹脂基材１０を加熱、加圧する。なお図１における（ｄ）以降では、図の簡略化のために支持基板１６の図示は省略している。

導電性ペースト層１２および樹脂基材１０の加熱温度を、樹脂基材１０を構成している樹脂が、液状の流動状態となることなく塑性変形することができ、しかも導電性ペーストが加圧下で焼成され得る温度に設定する。例えば樹脂基材１０がＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ、ＬＣＰなどの熱可塑性樹脂からなる場合には、熱変形温度より若干低い温度とすることが好ましい。一方樹脂基材１０が熱硬化性樹脂からなる場合には、その熱変形温度よりも低い温度域に加熱する。具体的な加熱温度は、樹脂基材に使用されている樹脂の種類、および導電性ペーストの配合材料によって異なる。この時の形成条件は導電性ペースト中のバインダー、金属種などで決まり、ＡｌおよびＳｎからなるペーストを用いたときは、例えば１５０℃以下で形成でき、ＳｎおよびＡｇからなるペーストを用いたときは、例えば３２０℃、４ＭＰaで形成できる。

インプリントモールド１４による加圧・加熱の初期段階においては、図１（ｄ）に示すように、インプリントモールド１４の凸部１４Ａが、導電性ペースト層１２を押圧するに伴い、その導電性ペースト層１２が樹脂基材１０内に押し込まれる。したがって樹脂基材１０に凹部１０Ａが形成されると同時にその凹部１０Ａ内に導電性ペーストが充填される。

さらにインプリントモールド１４を押し下げれば、図１（ｅ）に示すように、樹脂基材１０の凹部１０Ａ内の導電性ペーストが加熱下で加圧され、圧縮されると同時に焼成され、導体層１８となる。すなわち、導電性ペーストを焼成してなる導体層１８が、所定のパターンで樹脂基材１０内に埋め込まれた状態となる。

ここで、加圧焼成時においては、樹脂基材１０上に配置された導電性ペースト層１２のうち、最終的に導体パターンとなるべき部分以外の領域は、インプリントモールド１４によって加圧されないようにすることが望ましい。すなわち、インプリントモールド１４を導電性ペースト層１２に押し付ける際に、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域では、導電性ペースト層１２がインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面に接しないようにすることが望ましい。そのためには各部の寸法を、次のように設定することが望ましい。

すなわち、
ｄ１：インプリントモールド１４の凸部１４Ａの高さ（パターン高さ）、
ｄ２：樹脂基材１０上に配置した導電性ペースト層１２の厚み（加圧焼成前における厚み）、
ｄ３：加圧によって形成される樹脂基材１０の凹部１０Ａの深さ、
ｄ４：加圧焼成後の導体層１８の厚み（樹脂基材１０の凹部１０Ａ内の導体層厚み）、
とし、これらが（１）式を満たすように設定する。
（ｄ１＋ｄ４）＞（ｄ２＋ｄ３）・・・（１）
このような（１）式を満足させることによって、加圧焼成時において導電性ペースト層１２の表面とインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面との間にスペースＳを確保することができる。
すなわちスペースＳは、
Ｓ＝（ｄ１＋ｄ４）−（ｄ２＋ｄ３）・・・（２）
と表せ、（１）式が満たされるときにＳが正のある値となる。

このように加圧焼成時において導電性ペースト層１２の表面とインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面との間にスペースＳが存在することは、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域では、導電性ペースト層１２が全く加圧されないことを意味する。したがって、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域内の導電性ペーストは、加熱焼成工程で焼成が進行しないから、後述するように、その後の洗浄工程において容易に除去することが可能となる。

上述のようにして加圧焼成された導体層１８が、所定のパターンで樹脂基材１０内に埋め込まれた状態となった後に、樹脂基材１０を硬化させる。例えば樹脂基材１０として熱可塑性樹脂が用いられている場合は、その樹脂の熱変形温度より低い温度まで冷却すればよい。また熱硬化性樹脂を用いている場合は、さらに高温に加熱して硬化させればよい。なお、熱可塑性樹脂を用いていて、加圧焼成後に樹脂基材を冷却して硬化させる場合、その冷却工程の少なくとも一部を、次の洗浄工程と兼ねさせることができる。

その後、洗浄工程として、図１（ｆ）に示すように、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域内の導電性ペースト（樹脂基材１０の凹部１０Ａ内に位置する導電性ペースト以外の導電性ペースト）１２を洗浄・除去する。ここで、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域内の導電性ペースト１２は、その前の加圧焼成工程で加圧焼成されていないため、その導電性ペーストに含まれるフィラー（導電性粒子）が結合していないか、または結合力が極めて弱い状態にあるため、洗浄によって容易に除去することができる。

さらに、インプリントモールド１４を上昇させて取り外せば（離型させれば）、最終的に、図１（ｇ）に示すように、片面に導体パターンを埋め込んで形成した回路基板を得ることができる。

なお、図示しないが、上述のようにして導体パターンを形成した回路基板における、導体パターンの側の面上に保護用の樹脂を被覆することによって、片面封止の回路基板とすることができる。

また、樹脂基材を貫通するビアホールを、レーザ加工法やインプリント法の任意の手段により形成し、そのビアホールに導体を充填して貫通電極を形成した回路基板とすれば、その回路基板を２層以上の多層に積層した多層基板とすることも可能である。

以上の実施形態においては、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域の導電性ペーストを洗浄・除去した後に、インプリントモールド１４を離型させているが、逆に、インプリントモールド１４を離型させてから、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域の導電性ペーストを洗浄・除去してもよい。その場合の工程を、第２の実施形態として、図２（ａ）〜（ｇ）に示す。

この第２の実施形態の場合は、先ず図２（ａ）〜（ｅ）に示すように（図１（ａ）〜（ｅ）と同様に）、導電性ペースト層形成工程および加圧焼成工程を実施し、樹脂基材１０内に、加圧焼成された導体層１８を形成し、さらに樹脂基材１０を硬化させる。その後、図２（ｅ）〜（ｆ）に示すようにインプリントモールド１４を離型させ、その後に、洗浄工程として、図２（ｆ）〜（ｇ）に示すように、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域の導電性ペースト１２を洗浄・除去する。

既に述べたように、前述の各実施形態における加圧焼成時においては、樹脂基材１０上に配置された導電性ペースト層１２のうち、最終的に導体パターンとなるべき部分以外の領域は、インプリントモールド１４によって加圧されないようにすることが望ましい。そのためには、例えば図３あるいは図４に示すように、加圧焼成時にスペーサ２０Ａ，２０Ｂを使用することも有効である。

図３の例では、樹脂基材１０の端部側の個所において、樹脂基材１０の表面とインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面との間にスペーサ２０Ａを配置して、加圧焼成する。この場合、スペーサ２０Ａの厚みｄ５を、導電性ペースト層１２の加圧焼成前の厚みｄ２より大きく、すなわちｄ５＞ｄ２とすれば、インプリントモールド１４を導電性ペースト層１２に押し付ける際に、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域では、導電性ペースト層１２がインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面に接しないことになる。

図４の例では、樹脂基材１０を載置した支持基板１６の端部表面とインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面との間にスペーサ２０Ｂを配置して、加圧焼成する。この場合、スペーサ２０Ｂの厚みｄ６を、樹脂基材１０の厚みｄ０と導電性ペースト層１２の加圧焼成前の厚みｄ２との合計厚みより大きく、すなわちｄ６＞（ｄ０＋ｄ２）とすれば、インプリントモールド１４を導電性ペースト層１２に押し付ける際に、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域では、導電性ペースト層１２がインプリントモールド１４の凹部１４Ｂの底面に接しないことになる。
したがっていずれの場合も、インプリントモールド１４の凹部１４Ｂに対応する領域では、導電性ペースト層１２が焼成されず、その後に容易に洗浄・除去することが可能となる。

図５（ａ）〜（ｇ）には、本発明のさらに別の実施形態の製造方法を段階的に示す。
この実施形態では、シート状の樹脂基材１０の表面に導電性ペースト層１２を形成する以前の段階で、凹部形成工程として、図５（ａ）〜（ｂ）に示すようにインプリントモールド１４を樹脂基材１０の表面に押し当てて加圧し、インプリントモールド１４の凸部パターンに対応する凹部１０Ａを樹脂基材１０の表面に形成する。すなわちインプリントモールド１４の凸部パターンを樹脂基材１０に転写する。なおこの加圧時においては、樹脂基材１０が加圧により容易に塑性変形し得るように、樹脂の種類に応じて適宜加熱してもよいことはもちろんである。

次いでインプリントモールド１４を樹脂基材１０から離型させてから、導電性ペースト層形成工程として、図５（ｃ）に示すように、樹脂基材１０の表面に加圧焼成型の導電性ペースト層１２を印刷などの適宜の手段により形成する。なおこのとき、樹脂基材１０表面の凹部１０Ａが完全に導電性ペーストによって充填されるように導電性ペースト層１２を形成することが望ましい。

その後、加圧焼成工程として、図５（ｄ）〜（ｅ）に示すように、再びインプリントモールド１４を導電性ペースト層１２の上面に押し当て、加熱下で加圧する。なおこの加圧時には、インプリントモールド１４の凸部パターンが樹脂基材１０の凹部１０Ａに合致するように位置合わせする。
これによって、樹脂基材１０の凹部１０Ａに充填されている加圧焼成型の導電性ペーストが加熱・加圧下で焼成され、導体層１８となる。
なお導電性ペーストの加圧焼成のための加熱温度および圧力は、図５（ｂ）に示す転写時の温度・圧力とは異ならしめることができる。したがって、転写時の温度、圧力と、加圧焼成時の温度、圧力とを、それぞれに最適な条件に、容易に選定することが可能である。

その後、図５（ｆ）〜（ｇ）に示すように、洗浄工程として、最終的に形成すべき導体パターン以外の部分の余分な導電性ペースト（加圧焼成されなかった導電性ペースト）を洗浄、除去してから、インプリントモールド１４を離型させるか、又は、図５（ｈ）〜（ｉ）に示すように、インプリントモールド１４を離型させてから、余分な導電性ペーストを洗浄、除去する。
このようなプロセスによっても、第１又は第２の実施形態で得られる回路基板と同様な回路基板を製造することができる。

なお上述の第３の実施形態の場合も、既に述べたような各部の寸法ｄ１〜ｄ４について、（１）式で示したような関係を満足させて、図５（ｄ）〜（ｅ）に示す加圧焼成工程においてスペースＳを確保することが望ましい。
さらに、図５（ｄ）〜（ｅ）に示す加圧焼成工程において、図３もしくは図４に示したように、スペーサ２０Ａ、２０Ｂを用いてもよいことはもちろんである。また、図５（ａ）〜（ｂ）に示す転写工程においても、同様なスペーサを使用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１０・・・樹脂基材、１０Ａ・・・樹脂基材の凹部、１２・・・導電性ペースト層、１４・・・インプリントモールド、１４Ａ・・・インプリントモールドの凸部（凸パターン）、１４Ｂ・・・インプリントモールドの凹部、１８・・・導体層。

Claims

樹脂基材の一面に、加圧焼成型の導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
前記導電性ペースト層の上から、形成すべき導体パターンに対応する凸パターンを有するインプリントモールドを押し当て、加熱下で導電性ペースト層および樹脂基材を加圧することによって、樹脂基材内に凹部を形成すると同時にその凹部内に導電性ペーストを押し込み、さらに凹部内の導電性ペーストを加圧焼成して、樹脂基材内に埋め込まれた導体層を形成する加圧焼成工程と、
を有してなることを特徴とする回路基板の製造方法。
樹脂基材の一面に、形成すべき導体パターンに対応する凹部を形成する凹部形成工程と、
前記樹脂基材の一面における少なくとも凹部内に加圧焼成型の導電性ペーストを充填して、導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
前記導電性ペースト層の上から、前記凹部に対応する凸パターンを有するインプリントモールドを押し当て、加熱下で導電性ペースト層を加圧することにより、凹部内の導電性ペーストを加圧焼成して、樹脂基材内に埋め込まれた導体層を形成する加圧焼成工程と、
を有してなることを特徴とする回路基板の製造方法。