JP2017101300A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂基板Ｂに形成された下地層Ｕに、より均一な膜厚の金属皮膜Ｆを成膜することができる配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】樹脂基板Ｂの表面Ｂａを複数の成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に分割する工程と、分割した成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとに存在する下地層Ｕの面積を算出する工程と、算出した下地層Ｕの面積から、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの金属皮膜の厚みが同じ厚みとなるように、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの電流値を算出する工程と、分割した成膜領域Ｃ１〜Ｃ４を順次選択し、選択した成膜領域の下地層Ｕが露出するように、その他の成膜領域をマスキングし、選択した成膜領域に応じた電流値で、選択した成膜領域に存在する下地層Ｕに金属皮膜Ｆを成膜する。【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂基板上に形成された複数のランドを有した金属製の下地層に、金属皮膜を成膜する配線基板の製造方法に関する。

従来から、基板の表面に金属イオンを析出させて金属皮膜を成膜する技術が提案されている。このような技術として、例えば、特許文献１には、陽極と、陽極と基板（陰極）の間に配置される固体電解質膜と、陽極と陰極（基板）との間に電圧を印加する電源部とを備えた、金属皮膜の成膜装置が提案されている。

この成膜装置で、基板の表面に金属皮膜を成膜する際には、固体電解質膜を基板に押圧した状態で、陽極と基板との間に電圧を印加して、固体電解質膜の内部に含有された金属溶液に由来した金属イオンを還元することで、金属皮膜が基板の表面に成膜される。

特開２０１４−１８５３７１号公報

ここで、配線基板を製造する際には、樹脂基板上に配線パターンに応じて形成された金属製の下地層に、金属皮膜が成膜される。特許文献１に示す成膜装置を用いた場合、下地層を電源部に導通した状態で、下地層の全面に固体電解質膜を接触させて、金属皮膜が成膜されることが想定される。

しかしながら、下地層のうち、ランドに相当する部分の形状・大きさが１つの配線パターン内で異なり、樹脂基板の表面においてランドの分布も均一でない。このため、下地層の全面に金属皮膜を成膜しようとした場合、下地層に流れる電流密度が、下地層の部分によってばらついてしまうことがあり、この結果、金属皮膜の膜厚にばらつきが生じてしまう。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂基板上に形成された下地層に、より均一な膜厚の金属皮膜を成膜することができる配線基板の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明に係る配線基板の製造方法は、樹脂基板上に形成された複数のランドを有した金属製の下地層と、陽極との間において、金属イオンが含浸された固体電解質膜を前記下地層に接触させ、前記下地層を陰極として前記下地層と前記陽極との間に電流を流すことで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記下地層の表面に成膜する配線基板の製造方法であって、前記樹脂基板の表面を複数の成膜領域に分割する工程と、分割した前記成膜領域ごとに存在する下地層の面積を算出する工程と、算出した前記下地層の面積から、前記成膜領域ごとの前記金属皮膜の厚みが同じ厚みとなるように、前記成膜領域ごとの電流値を算出する工程と、分割した前記成膜領域を順次選択し、選択した前記成膜領域の前記下地層が露出するように、その他の前記成膜領域をマスキングし、選択した前記成膜領域に応じた前記電流値で、選択した前記成膜領域に存在する前記下地層に、前記金属皮膜を成膜することを特徴とする。

本発明によれば、樹脂基板の表面を複数に分割した成膜領域ごとに、その成膜領域に応じた電流値で、成膜領域に存在する下地層に金属皮膜を成膜するので、下地層に流れる電流密度のばらつきを抑えることができる。これにより、樹脂基板に形成された下地層に、より均一な膜厚の金属皮膜を成膜することができる。

本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を行うための金属皮膜の成膜装置の模式的分解概念図である。 （ａ）は、図１に示す成膜装置による成膜前の成膜装置の模式的断面であり、（ｂ）は、図１に示す成膜装置による成膜時の成膜装置の模式的断面である。 （ａ）は、本実施形態に係る配線基板の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す配線基板にマスキングをした状態を示した図である。 本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を説明するためのフロー図である。

以下に本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法について、以下の図１〜４を参照しながら、その詳細を説明する。
１．成膜装置１について
図１および図３（ａ）に示すように、本実施形態では、成膜装置１を用いて、樹脂基板Ｂの上に形成された複数のランドＲを有した金属製の下地層Ｕの表面に、金属皮膜を成膜することにより、配線基板を製造する。

樹脂基板Ｂを構成する樹脂は、下地層Ｕを形成することができる絶縁性を有した樹脂であれば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のいずれの樹脂であってもよい。図３（ａ）に示すように、樹脂基板Ｂの表面Ｂａには、銅、ニッケル、銀、または金等の金属製の下地層Ｕが形成されている。

具体的には、本実施形態では、下地層Ｕは、表面が円形のランドＲを複数有しており、ランドＲ同士は、樹脂基板Ｂの内部で配線Ｐにより、接続されている。本実施形態では、複数のランドＲは、大きさの異なる複数種のランドで構成されている。

図１および図２（ａ）に示すように、成膜装置１は、金属製の陽極１１と、陽極１１と陰極となる下地層Ｕとの間において、陽極１１の表面に配置された固体電解質膜１３と、陽極１１と陰極となる下地層Ｕとの間に電圧を印加する電源部１６と、を備えている。陽極１１と下地層Ｕとの間に電源部１６で電圧を印加することにより、成膜時に、陽極１１と下地層Ｕとの間に電流が流れる。

本実施形態では、成膜装置１は、さらにハウジング１５を備えており、図２（ａ）に示すように、陽極１１は、銅、ニッケル、銀、または金などの金属のイオンを含む溶液（以下、金属溶液という）Ｌを陽極１１に供給するハウジング１５内に収容されている。

陽極１１は、板状であり、金属溶液Ｌが透過し、かつ固体電解質膜に金属イオンを供給する、多孔質体またはメッシュ（網目状部材）からなる。陽極１１の材料としては、成膜すべき金属皮膜と同じ材質の可溶性のであることが好ましい。これにより、金属皮膜の成膜速度を高めることができる。例えば、金属皮膜が銅皮膜である場合には、陽極１１の材料に無酸素銅板を用いることが好ましい。

固体電解質膜１３は、上述した金属溶液Ｌに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸（含有）することができ、電圧を印加したときに樹脂基板Ｂの下地層Ｕの表面において金属イオン由来の金属を析出できるのであれば、特に限定されるものではない。固体電解質膜１３の膜厚は、１００〜２００μｍである。固体電解質膜の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン（登録商標）などのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ，ＣＭＦシリーズ）などの陽イオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

成膜される金属皮膜の金属は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。金属溶液Ｌは、上述したように成膜すべき金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属に、例えば、ニッケル、亜鉛、銅、クロム、錫、銀、または鉛からなる群より選択される少なくとも１種または２種以上を用いることができる。

本実施形態に係る成膜装置１は、ハウジング１５の上部に、加圧装置１８を備えている。加圧装置１８は、油圧式または空気式のシリンダなどを挙げることができ、陽極１１を介して固体電解質膜１３で、下地層Ｕを押圧する装置である。これにより、図２（ｂ）に示すように、下地層Ｕの表面を固体電解質膜１３で均一に加圧しながら、下地層Ｕに金属皮膜Ｆを成膜することができる。なお、本実施形態では、加圧装置１８で下地層Ｕを加圧したが、例えば、金属溶液Ｌの液圧を利用して、固体電解質膜１３で下地層Ｕを加圧してもよい。

本実施形態に係る成膜装置１は、樹脂基板Ｂを載置する金属台座４０を備えており、金属台座４０は、電源部１６の負極に電気的に接続されている。電源部１６の正極は、ハウジング１５に内蔵された陽極１１に電気的に接続されている（導通している）。樹脂基板Ｂの下地層Ｕは、樹脂基板Ｂの厚さ方向に積層された金属層（図示せず）を介して、樹脂基板の裏面側において、金属台座４０に導通している。これにより、樹脂基板Ｂの下地層Ｕを電源部１６の負極に導通することができる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、マスク材１７を用いる。図１に示すマスク材１７は、後述する成膜領域Ｃ１を露出させ、その他の成膜領域Ｃ２〜Ｃ４をマスキングするものであり、成膜領域Ｃ１に応じた開口１７ａが形成される。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、樹脂基板Ｂの表面を４つの成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に分割しているので、この分割された成膜領域Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれに応じたマスク材１７が用いられる。マスク材１７は、絶縁性を有し、金属溶液に対して耐食性を有する素材からなる。

なお、全体としてより均一な膜厚の金属皮膜を成膜するためにも、陽極１１の面積が樹脂基板Ｂの表面積より小さいときには、マスク材の開口の面積が、陽極１１の面積よりも小さくなるように、成膜領域を設定することが好ましい。なお、マスク材１７として、ランドＲの位置および形状に合わせた開口を形成したマスク材を用いてもよい。

１−２．配線基板の製造方法について
以下に本実施形態に係る配線基板の製造方法について、図１〜３と共に図４を参照しながら説明する。
まず、図４に示すように、ステップＳ３１において、樹脂基板Ｂの表面Ｂａを分割する。具体的には、図３（ａ）に示すように、分割線Ｌ１とこれと直交する分割線Ｌ２により、樹脂基板Ｂの表面Ｂａを４つの成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に分割する。

次に、ステップＳ３２に進み、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとに存在する下地層Ｕの表面積を算出する。本実施形態では、下地層Ｕの表面積は、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとに存在するランドＲの総面積である。

次に、ステップＳ３３に進み、算出した成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの下地層Ｕの面積から、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの金属皮膜の厚みが同じ厚みとなるように、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの電流値を算出する。具体的には、金属皮膜の厚みは、単位面積当たりの電流値（電流密度）に依存するため、成膜領域ごとに、以下に示す式（１）および式（２）から、電流値を算出する。

ここで、以下の式（２）に示すめっき速度定数は、銅の価数が１価の場合には０．４４０７（μｍ・ｄｍ_２／Ａ・分）、銅の価数が２価の場合には０．２２０３（μｍ・ｄｍ^２／Ａ・分）であり、銅の価数を２価、電流効率を１００％とする。
金属析出量＝（原子量×電流値×成膜時間）／（金属の原子価×９６５００）…（１）
金属皮膜の厚み＝めっき速度定数×電流密度×時間×電流効率…（２）

次に、ステップ３４〜Ｓ３５を繰り返す。これにより、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４を順次選択し、選択した成膜領域の下地層が露出するように、その他の成膜領域をマスキングし、選択した成膜領域に応じた電流値で、選択した成膜領域に存在する下地層Ｕに金属皮膜を成膜する。

具体的には、まず、樹脂基板Ｂを金属台座４０に載置し、ステップＳ３４で、成膜領域Ｃ１を選択し、図１および図３（ｂ）に示すように、成膜領域Ｃ１が露出するように、その他の成膜領域Ｃ２〜Ｃ４をマスク材１７でマスキングする。マスク材１７は、樹脂基板Ｂから浮き上がらないように、接着剤または粘着剤で固定されている。上述したように、マスク材１７には、成膜領域Ｃ１の面積に応じた開口１７ａが形成されているので、樹脂基板Ｂの表面Ｂａのうち、成膜領域Ｃ１のみを露出させることができる。

次に、ステップＳ３５で、選択した成膜領域Ｃ１に応じた電流値で、選択した成膜領域Ｃ１に存在する下地層Ｕに金属皮膜Ｆを成膜する。具体的には、図２（ｂ）に示すように、加圧装置１８を用いて、固体電解質膜１３を下地層Ｕに接触させ、電源部１６で陽極１１と下地層Ｕ（陰極）との間に、ステップＳ３３で算出した電流値で所定時間（成膜時間）電流を流す。これにより、固体電解質膜１３に含有していた金属イオンが、下地層Ｕの表面で還元されて、成膜領域Ｃ１の下地層Ｕの表面に金属皮膜Ｆを成膜することができる。

次に、ステップＳ３４に戻り、マスク材１７を取り外し、成膜領域Ｃ２を選択し、成膜領域Ｃ２以外の成膜領域Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４を、別のマスク材でマスキングする。次に、ステップＳ３５に進み、選択した成膜領域Ｃ２に応じた電流値で電流を流し、選択した成膜領域Ｃ２に存在する下地層Ｕに金属皮膜Ｆを成膜する。成膜領域Ｃ３、Ｃ４についても、同様の方法で、成膜領域Ｃ３、Ｃ４に存在する下地層Ｕに金属皮膜Ｆを成膜する。

このようにして、樹脂基板Ｂの表面を４つに分割した成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとに、その成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に応じた電流値で、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に存在する下地層に金属皮膜を成膜するので、下地層Ｕに流れる電流密度のばらつきを抑えることができる。これにより、樹脂基板Ｂに形成された下地層Ｕに、より均一な膜厚の金属皮膜Ｆを成膜することができる。

本発明を以下の実施例により説明する。

［実施例］
３種類の複数のランドからなる銅製の下地層が形成されたエポキシ樹脂製の樹脂基板を準備した。下地層は、円形状の大ランド（面積０．８ｍｍ^２）が１４５個、円形状の中ランド（０．５ｍｍ^２）が１１０個、四角形状の小ランド（面積０．３ｍｍ^２）が２０個、で構成され、下地層の総面積は、１７５．５８ｍｍ^２である。

次に、樹脂基板の表面を４の成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に分割した。各成膜領域Ｃ１〜Ｃ４に存在する下地層の面積を算出した。成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとのランド数と下地層の面積を求めた。この結果を表１に示す。

次に、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４の面積から、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの銅皮膜の厚みが同じ厚みとなるように、厚み４０μｍ、成膜時間４０分の条件で、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとの電流値を算出した。この結果を表１に示す。

次に、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４を１つずつ選択し、選択した成膜領域以外の成膜領域を、マスク材（３Ｍ製、ＰＴＦＥフィルム５４９０）でマスキングする。そして図１に示す成膜装置を用いて、表１に示す電流値で、接触荷重１ｋＮ、成膜温度４５℃、成膜時間４０分の条件で、成膜領域Ｃ１〜Ｃ４ごとに存在する下地層の表面に、固体電解質膜を接触させ、銅皮膜を成膜した。

銅溶液として、１．０ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅水溶液を準備し、陽極に、銅メッシュ（（株）ニコラ社製：ＣＵ−１１８０１６）板を用い、固体電解質膜に、膜厚１８３μｍの電解質膜（デュポン社製：ナフィオンＮ１１７）を用いた。

［比較例］
実施例１と同じように、配線基板を製造した。実施例１と相違する点は、成膜領域を分割せずに（すなわちマスキングを行わず）、電流値８７．７９ｍＡ、接触荷重１ｋＮ、成膜温度４５℃、成膜時間４０分の条件で、すべてのランドに対して同時に銅皮膜を成膜した。

マイクロスコープにより、銅皮膜の表面を観察し、銅皮膜の被覆率を確認した。被覆率は、銅皮膜の成膜面積をランドの総面積（下地層の面積）で割ることにより算出した。この結果、実施例の場合には、すべての成膜領域で、銅皮膜にピンホールがなく、被覆率は１００％であった。一方、比較例の場合には、被覆率が９７％であり、ピンホールが存在していた。

１：成膜装置、１１：陽極、１３：固体電解質膜、１５：ハウジング、１６：電源部、１７：マスク材、１７ａ：開口、１８：加圧装置、４０：金属台座、Ｂ：樹脂基板、Ｃ１〜Ｃ４：成膜領域、Ｆ：金属皮膜、Ｌ：金属溶液、Ｌ１，Ｌ２：分割線、Ｐ：配線、Ｒ：ランド、Ｕ：下地層

Claims (1)

1. 樹脂基板上に形成された複数のランドを有した金属製の下地層と、陽極との間において、金属イオンが含浸された固体電解質膜を前記下地層に接触させ、前記下地層を陰極として前記下地層と前記陽極との間に電流を流すことで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記下地層の表面に成膜する配線基板の製造方法であって、
   前記樹脂基板の表面を複数の成膜領域に分割する工程と、
   分割した前記成膜領域ごとに存在する下地層の面積を算出する工程と、
   算出した前記下地層の面積から、前記成膜領域ごとの前記金属皮膜の厚みが同じ厚みとなるように、前記成膜領域ごとの電流値を算出する工程と、
   分割した前記成膜領域を順次選択し、選択した前記成膜領域の前記下地層が露出するように、その他の前記成膜領域をマスキングし、選択した前記成膜領域に応じた前記電流値で、選択した前記成膜領域に存在する前記下地層に、前記金属皮膜を成膜することを特徴とする配線基板の製造方法。

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