JP4590931B2 - 金属エッチング製品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエットエッチング法を用いて、金属基板に貫通孔またはハーフエッチングの凹凸を形成したものに絶縁処理を施した製品、およびその製造方法に関する。特にＰＤＰやＦＥＤなどフラットディスプレイや半導体パッケージ用部材などに関するものである。

近年、画像表示装置に使用される隔壁、半導体パッケージ用部材等の電子部材の材料として金属を使用することが検討されている。

金属は、ウエットエッチングによって大面積を一括に微細加工することが可能であり、また放熱性が良いという特性を有するため、冷却作用を持つ利点がある。その一方で、金属は他の種類の材料と接触、接着したときに熱膨張の差が生じることが問題となるが、合金を使用することにより、合金の組成の変化で熱膨張率を調整することが可能である。また、電子部材として使用する際には、電磁波や電気的ノイズのシールドとしての役割をも果たすことができる。

製品例としては、ＰＤＰの背面板に金属を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。従来、ＰＤＰ背面板材料としては、ガラス基板を使用し、サンドブラスト法により製造する方法、または、隔壁をスクリーン印刷法によりガラスペースト印刷する方法が一般的であった。この特許文献１の方法は、金属基板にウエットエッチング法で隔壁を形成する方法である。これは、従来のガラス基板を使用する方法と比較して、基板の厚さを薄くすることが可能であり、軽量化につながることや、低コストであること、金属であるために放熱性に優れているなどの利点がある。また、鉛を使用しない方法であるため安全面でも良い。

また、その他の製品例としては、半導体パッケージ用の部材として使用することができる。シリコン基板とパッケージとを接合しようとした場合、シリコン基板とパッケージ間に膨張差があり、接合が困難になる場合が生じる。その解決手段として、シリコン基板とパッケージとの間に、貫通孔を有した金属基板を緩衝材として使用することが考えられる。このとき、基板の貫通孔の表裏は導通している必要があり、さらに金属基板表面は全て絶縁性を有していなければならない。また、金属基板はシリコン基板と熱膨張係数を合わせる必要がある。この製品を用いることによって、接合の際の緩衝材となるだけでなく、放熱性が良くなるという利点もある。

エッチングにより加工を行った金属に絶縁処理を施す手段として、従来ＳｉＯ_２などの無機金属酸化物よりなる絶縁膜が用いられている。しかし、無機金属酸化物よりなる絶縁膜はクラック耐性が低く、厚膜化には限界がある。

また、絶縁処理方法としては、スプレー法や電着法によって絶縁処理を施すもの（特許文献２参照）、気相成長法を利用して基板表面に酸化物を形成させる絶縁処理方法（特許文献３参照）、大気開放ＣＶＤを用いる方法（特許文献４参照）、粉体静電塗装によるガラスの成膜方法（特許文献５参照）が開示されている。

しかしながら、特許文献２に記載されている方法では、気泡が絶縁膜中に残存することや、焼成時のフローによりエッチングで形成されたコーナー部の膜厚が薄くなるため、絶縁性にばらつきが生じてしまう。このため、絶縁性を保つためには、膜を全体的に厚くしなければならないが、その結果、エッチングで高精細な加工をしても結果的に開口部が狭くなってしまい、画像表示装置においては輝度の低下が生じてしまう。また、さらに高精細なパターンであった場合には、絶縁物で孔が埋まってしまう恐れがある。

また、特許文献３に記載されている気相成長法では、成膜速度が遅いために、十分な絶縁耐圧を得るためには生産性が低いという問題がある。

また、特許文献４に記載されている大気開放ＣＶＤは通常の気相成長法とは異なり、減圧プロセスがないために、材料の搬入、搬出が容易で連続生産が可能であり、また大型サイズへの展開も可能ではあるが、成膜時に基板に高熱を加えるため基板表面に酸化による黒色化が生じ、画像表示装置としたときに発光した光が吸収されてしまい、輝度の低下につながる。

さらに、特許文献５に記載されている粉体静電塗装によるガラス成膜では、焼成時に溶融することにより膜は緻密化するが、表面張力により溶融したものが凝集してしまい、コーナー部の膜厚が薄くなり、耐電圧特性が十分でなくなってしまう。また、焼成時に金属板表面が酸化し、膜との密着性が得られないという問題も生じる。

以上のような問題により、ＰＤＰのような画像表示装置に使用される金属隔壁についての絶縁膜技術としては、製品化に至っていない。
特開２００３−２０５７３８号公報 特開２０００−２７７０２１号公報 特開２００４−００２２０４号公報 特開２００３−１３２８０２号公報 特開２００１−１９５９７８号公報

本発明は上記問題を解決するために考案されたものであり、絶縁信頼性が高く、容易な生産方法で安価な絶縁膜を有する金属エッチング製品を提供することにある。また、絶縁性が良好な絶縁膜を有する金属エッチング製品を得るための有効な製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、エッチングにより凹凸からなる加工部を形成させた金属基板において、前記金属基板が、Ｎｉを質量％で４６〜５０％の範囲で含み、残部がＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ合金、あるいは、Ｎｉが質量％で４２％、Ｃｒが質量％で６％、残部がＦｅであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかであり、かつ、前記加工部を含む片面あるいは両面に下記化学式（１）で表わされるシリコンラダー系樹脂組成物よりなる絶縁層を設けたことを特徴とする金属エッチング製品である。

請求項２に記載の発明は、前記絶縁層が焼成処理を施されていることを特徴とする請求項１に記載の金属エッチング製品である。

請求項３に記載の発明は、少なくとも、Ｎｉを質量％で４６〜５０％の範囲で含み、残部がＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ合金、あるいは、Ｎｉが質量％で４２％、Ｃｒが質量％で６％、残部がＦｅであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかである金属基板にエッチングにより加工部を形成させる工程、該加工部を含む金属基板の片面あるいは両面に下記化学式（１）で表わされるシリコンラダー系樹脂組成物を塗布し絶縁層を設ける工程、該絶縁層を乾燥させる工程、乾燥後に焼成を行う工程を有することを特徴とする金属エッチング製品の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のエッチング製品を用いた画像表示装置である。

本発明によれば、十分な絶縁耐圧を得ることができる厚膜化が可能であり、優れた絶縁特性を有する絶縁層を有する金属エッチング製品を提供することができる。また、容易で生産性の高い絶縁処理プロセスによる、金属エッチング製品を得るための有効な製造方法を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１におよび図２に、本発明の一実施例の金属エッチング製品の断面図を示す。

本発明の金属エッチング製品の絶縁膜に用いるシリコンラダー系樹脂組成物は下記化学式（１）で表される。

シリコンラダー系樹脂組成物は、ＳｉＯ_２などの無機金属酸化物に匹敵する絶縁耐圧性を有する。また、より高い絶縁耐圧を得るためには厚膜化が必要であるが、側鎖構造や分子量制御により厚膜化が可能である。また、シリコンラダー系樹脂組成物は、高純度であり、ベーク時のアウトガスがほとんどないため、ＰＤＰやＦＥＤなどのフラットパネルディスプレイや半導体パッケージなどの部材に使用することが可能である。よって、本発明のシリコンラダー系樹脂組成物を用いた絶縁膜を有する金属エッチング製品は、従来製品よりも高い絶縁膜の膜質を有し、十分な絶縁耐圧特性を示すことが可能となる。

また、シリコンラダー系樹脂組成物を用いた絶縁膜の成膜工程においては、特殊な装置や成膜条件を必要としないために、安いコストで大型の製品の成膜処理にも対応させることが可能である。従って本発明の製造方法は、大型パネルを対象としているＰＤＰやＦＥＤの絶縁層形成手段として、特に有効である。

また、シリコンラダー系樹脂組成物を用いた絶縁膜の成膜工程においては、金属基板に絶縁膜を形成させた後に、焼成を行うため、金属基板表面の酸化の問題がない。

シリコンラダー系樹脂組成物を使用した絶縁層の膜厚は、０．５〜５μｍの範囲が好ましく、さらには１〜３μｍの範囲であることがより好ましい。膜厚が０．５μｍ未満では十分な絶縁性を得ることができない場合があり、反対に膜厚が５μｍを超えると、金属基板との熱膨張差により絶縁層にクラックが発生する恐れがある。

また、膜厚のコントロールは、塗布方法やシリコンラダー系樹脂組成物の分子量の増減、溶媒の割合を変化させることにより行うことができる。特に、フォトエッチングにより金属基板に微細な加工をし、表面に凹凸面がある本発明のような製品において、シリコンラダー系樹脂組成物は有効な材料である。

本発明の金属エッチング製品に使用する金属基板としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を用いることが好ましい。

例えば、この金属エッチング製品をＰＤＰやＦＥＤなどのフラットパネル部材として使用する場合、パネルの組立工程で４５０〜５００℃の熱サイクルを受けるため、前面板および背面板との熱膨張差が大きい場合、熱応力が発生し、パネルが破損して画像表示装置として機能することができなくなる。これを防止するためには、この金属エッチング製品の熱膨張係数を、前面板および背面板の熱膨張係数と近似させることが好ましい。

現状では、例えばＰＤＰの前面板および背面板として使用されているガラスは、熱膨張係数が８×１０^−６／℃程度のソーダライムガラスや高歪点ガラスが用いられている。このため、フラットパネルディスプレイ用の金属基板は、Ｎｉを質量％で４０〜５２％の範囲で含み、残部が自室的にＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ系合金を用いると良く、このうちＮｉが質量％で４６〜５０％の範囲であるＦｅ−Ｎｉ系合金が特に好ましい。Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を使用する場合には、このうちＮｉが質量％で４２％、Ｃｒが６％であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金が好ましい。このＦｅ−Ｎｉ系合金、およびＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金は、熱膨張係数を上記ガラスに近似させることが可能であり、かつエッチング法により微細なパターンを容易に形成できるため、フラットパネルディスプレイ用の金属基板として適している。

また、本発明の金属エッチング製品を半導体パッケージなどの部材として使用する場合には、金属エッチング製品に使用する金属基板と半導体パッケージのシリコン基板との熱膨張率とを合わせて、Ｎｉを質量％で４２％ととして使用する。

次に、本発明の金属エッチング製品の製造方法を説明する。

まず、金属基板表面の片面あるいは両面に、感光性レジストを塗布し、エッチングによって孔形状を形成させたい所望の箇所を開口させるようパターニングする。そして、塩化第二鉄液等のエッチング液をスプレーすることにより、レジストが開口している部分をエッチングし、金属基板にハーフエッチング形状または貫通孔の加工部を有する形状を形成させる。その後、使用したレジストを剥離し、脱脂、水洗処理を行う。

次に、加工部を有する金属基板にシリコンラダー系樹脂組成物を塗布する。塗布方法は、スプレー法、ディッピング法、静電塗装法、スリットコート法、ロールコート法など、金属基板の凹凸形状に合わせていずれの方法を用いてもよい。

このとき、シリコンラダー系樹脂組成物にはシランカップリング剤を添加しておく。シランカップリング剤は、メトキシ基、エトキシ基、シラノール基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基などから選択される、２個以上の異なった反応基を持つ、有機ケイ素単量体であり、単独で使用しても、２種類以上混合して使用してもよい。

そして、シリコンラダー系樹脂組成物溶液が塗布された後、乾燥、焼成し、金属基板上に絶縁膜を形成させる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

厚み３００μｍのＦｅ−５０Ｎｉ合金からなる金属基板をアルカリ脱脂し、膜厚２０μｍのドライフィルムレジストを前記金属基板表面に貼り合わせた。次いで、ピッチ２７０×８１０μｍで、１００×６４０μｍが開孔しているスロットパターンのフォトマスクで露光し、アルカリ水溶性のスプレー現象で、前記金属基板にフォトマスクと同寸法のフォトレジストパターンを形成した。次いで、エッチングは、塩化第二鉄エッチング液スプレーエッチングし、ドライフィルムレジストを残したハーフエッチング金属基板を作製した。次に、苛性ソーダ水溶液をスプレーしてフォトレジストを剥離し、ＰＤＰ用金属背面板を作製した。

この金属基板を再びアルカリ脱脂し、水洗後、シリコンラダー系樹脂組成物を塗布する。シリコンラダー系樹脂組成物にメトキシベンゼンを加え、１重量％のＮ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを添加し、スプレー法を使用し、面内に均一に、乾燥前の膜厚が５μｍになるように塗布した。その後、２２０℃で３分間乾燥させ、３５０℃で６０分焼成を行い絶縁膜を形成し、上記ＰＤＰ用金属背面板に絶縁層を形成させることができた。

この絶縁処理を施したＰＤＰ用金属背面板をスロットの長手方向と垂直に切断し断面を観察すると、図１に示すような形状となり、孔形状の側壁では２．２μｍ、隔壁のトップ平坦部では２．８μｍの膜が形成されていることが確認できた。また、クラックが生じていないことを確認した。

絶縁性については、エッチング加工のない平面部において、ＪＩＳ−Ｃ２１１０に従い絶縁破壊電圧を測定し、１０点の平均値として算出した。その結果、絶縁破壊電圧は６１０Ｖであった。

厚み５０μｍのＦｅ−４２Ｎｉ合金からなる金属基板をアルカリ脱脂し、膜厚２０μｍのドライフィルムレジストを前記金属基板表面に貼り合わせた。次いで、ピッチ１４０×１４０μｍで、直径３６μｍが開孔している円形パターンのフォトマスクで、表裏面の位置合わせを行い、表裏面を露光し、アルカリ水溶性のスプレー現象で、前記金属基板にフォトマスクと同寸法のフォトレジストパターンを形成した。次いで、エッチングは、塩化第二鉄エッチング液で、表裏面スプレーエッチングし、ドライフィルムレジストを残したハーフエッチング金属基板を作製した。次に、ドライレジストを剥離後、ポジ型電着フォトレジスト（商品名、ゾンネＥＤＵＶ Ｐ−５００、関西ペイント製）をハーフエッチング金属基板上に均一な膜厚でコーティングした。そして、ポジ用フォトマスクの位置合わせを行い、さらに露光し、炭酸ソーダ水溶液でスプレー現像し、ポジ型電着フォトレジストパターニングを形成した。二回目のエッチング工程として、塩化第二鉄エッチング液で、表裏面をスプレーエッチングし、苛性ソーダ水溶液をスプレーしてフォトレジストを剥膜し、板厚５０μｍ、円形パターン部分が５０μｍ、ピッチ１４０×１４０μｍである円形パターンの貫通孔を有する金属エッチング製品を製造した。

この金属基板を再びアルカリ脱脂し、水洗後、シリコンラダー系樹脂組成物を塗布する。シリコンラダー系樹脂組成物にメトキシベンゼンを加え、１重量％のＮ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを添加し、スプレー法を使用し、面内に均一に、乾燥前の膜厚が３μｍになるように塗布した。その後、２２０℃で３分間乾燥させ、３５０℃で６０分焼成を行い絶縁膜を形成し、上記貫通孔を有する金属エッチング製品に絶縁層を形成させることができた。

この処理を施した貫通孔を有する金属エッチング製品をスロットの長手方向と垂直に切断し断面を観察すると、図１に示すような形状となり、孔形状の側壁では１．９μｍ、隔壁のトップ平坦部では２．３μｍの膜が形成されていることが確認できた。また、クラックが生じていないことを確認した。

絶縁性については、エッチング加工のない平面部において、ＪＩＳ−Ｃ２１１０に従い絶縁破壊電圧を測定し、１０点の平均値として算出した。その結果、絶縁破壊電圧は４３０Ｖであった。

以上、実施例１および２より、本発明の製造方法により作製した金属エッチング製品は、高い絶縁性を有することが確認された。

本発明の一実施例を示す断面図である。 本発明の一実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０１、２０１ 金属基板
１０２、２０２ 絶縁層
１０３、２０３ 側壁
１０４、２０４ 平坦部

Claims (4)

1. エッチングにより凹凸からなる加工部を形成させた金属基板において、前記金属基板が、Ｎｉを質量％で４６〜５０％の範囲で含み、残部がＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ合金、あるいは、Ｎｉが質量％で４２％、Ｃｒが質量％で６％、残部がＦｅであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかであり、かつ、前記加工部を含む片面あるいは両面に下記化学式（１）で表わされるシリコンラダー系樹脂組成物よりなる絶縁層を設けたことを特徴とする金属エッチング製品。
   

   
2. 前記絶縁層が焼成処理を施されていることを特徴とする請求項１に記載の金属エッチング製品。
3. 少なくとも、Ｎｉを質量％で４６〜５０％の範囲で含み、残部がＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ合金、あるいは、Ｎｉが質量％で４２％、Ｃｒが質量％で６％、残部がＦｅであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかである金属基板にエッチングにより加工部を形成させる工程、該加工部を含む金属基板の片面あるいは両面に下記化学式（１）で表わされるシリコンラダー系樹脂組成物を塗布し絶縁層を設ける工程、該絶縁層を乾燥させる工程、乾燥後に焼成を行う工程を有することを特徴とする金属エッチング製品の製造方法。
   

   
4. 請求項１または２のいずれかに記載のエッチング製品を用いた画像表示装置。

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