JP4639975B2 - 立体回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体回路基板の製造方法に関するものである。

従来、凹凸のある立体的な形状を有する成形体の表面に回路が形成された立体回路基板（MID：Molded Interconnect Device）を製造する方法としては、例えば特許文献１に記載された製造方法が知られている。この製造方法では、まず、成形体の表面にめっきの下地となる下地膜を形成し、次いで、その下地膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿ってレーザーなどの電磁波を照射して、その境界線上の下地膜を除去し、最後に、回路領域の下地膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成している。
特許第３１５３６８２号公報

前記下地膜としては、銅などの抵抗の小さな材料を用いることが好ましいが、成形体の材料によっては十分な密着性が得られない可能性もある。そこで、中間膜としてクロムを用いることが考えられるが、このようにすると、エッチングプロセスにおいて６価クロムを排出するなど環境に対して悪影響を及ぼすという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、環境に対して悪影響を及ぼさない方法で十分な密着性を得ることができる立体回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、非回路領域のチタン膜に酸化処理を施して当該チタン膜を酸化チタン膜とする工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法を提供する。

又、本発明は、立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層を形成し、非回路領域のチタン膜を露出させた後に、回路領域及び非回路領域にイオンビームを照射して非回路領域のチタン膜を除去する工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法を提供する。

又、本発明は、立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層を形成し、非回路領域のチタン膜を露出させた後に、ブラスト処理を行って非回路領域のチタン膜を除去する工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法を提供する。

又、本発明は、立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層にニッケルめっきを施し、さらにその上に金めっきを施して、ニッケル・金めっき層を形成する工程と、ニッケル・金めっき層を形成した後に、エッチングを行って非回路領域のチタン膜を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法を提供する。

本発明の第１の手段によれば、成形体の表面と銅膜との間にチタン膜を形成したから、銅膜と成形体とをチタン膜によって強固に接合することができ、十分な密着性を得ることができる。しかも、チタンは環境に対して悪影響を及ぼさない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体回路基板の製造方法を説明する。この立体回路基板の製造方法は、以下に示す６つの工程からなっている。

１）チタン膜及び銅膜形成工程
まず、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹凸のある立体的な形状を有する成形体１の表面に、チタン膜２を形成し、さらにその上に銅膜３を形成する。成形体１は、絶縁性の材料を射出成形やプレス成形などにより所定の形状に成形したものである。絶縁性の材料としては、アルミナ、窒化アルミ、炭化ケイ素などのセラミック材料や、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリフタルアミドなどの樹脂材料を用いることができる。なお、成形体１として、銅やアルミなどが所定の形状に形成され、その上に絶縁材料が被覆されたメタルコア基板などを用いることも可能である。

チタン膜２の形成及び銅膜３の形成は、スパッタリングによって行うことができる。チタン膜２の厚みは、５〜１００ｎｍの範囲内にあって可能な限り薄い方が好ましい。また、銅膜３の厚みは、１００〜１０００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、後述する電気めっきが可能な程度であればよい。

２）レーザー照射工程
チタン膜２及び銅膜３を形成した後に、図１（ｄ）に示すように、銅膜３に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿ってレーザー１１などの電磁波を照射して、その境界線上の銅膜３及びチタン膜２を除去する。これにより、回路領域の銅膜３ａと非回路領域の銅膜３ｂとが分離されるとともに、回路領域のチタン膜２ａと非回路領域のチタン膜２ｂとが分離される。前記レーザー１１としては、例えば第２高調波ＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザー（波長５３２ｎｍ）や第３高調波ＹＡＧレーザー（波長３５５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いることができる。なお、電磁波としては、Ｘ線や紫外線などを用いることも可能であるが、レーザー１１が最も好適である。

３）銅めっき工程
回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜３及びチタン膜２を除去した後に、図１（ｅ）に示すように、回路領域の銅膜３ａに電気めっきにより銅めっきを施して、厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき層４を形成する。回路領域の銅膜３ａと非回路領域の銅膜３ｂとは分離されているので、回路領域の銅膜３ａに陰極を接続して、成形体１をめっき浴に浸した状態で通電することにより、簡単に回路領域の銅膜３ａにのみ銅めっき層４を形成することができる。

４）銅膜除去工程
銅めっき層４を形成した後に、図１（ｆ）に示すように、過硫酸アンモニウム液や塩化第二銅液などを用いてエッチングを行うことにより、非回路領域の銅膜３ｂを除去し、非回路領域のチタン膜２ｂを露出させる。エッチングは、過硫酸アンモニウム液や塩化第二銅液などに成形体１を短時間浸すことによって行う。銅めっき層４の厚みは、銅膜３ｂの厚みに比べて十分に大きいので、回路領域の銅膜３ａの上に銅めっき層４を残したままで、銅膜３ｂを除去することができる。

５）チタン膜除去工程
非回路領域のチタン膜２ｂを露出させた後に、図２（ａ）（ｂ）に示すように、回路領域及び非回路領域に例えばアルゴンのイオンビームを照射して非回路領域のチタン膜２ｂを除去する。イオンビームを照射する際には、図３（ａ）に示すような多軸テーブル１２を用いることが好ましい。例えば、図３（ｂ）に示すように、多軸テーブル１２の上に成形体１を固定するとともに、多軸テーブル１２の斜め上方にイオン源１３を設置して、多軸テーブル１２を回転させながら成形体１にイオンビームを照射したり、あるいは図３（ｃ）に示すように、多軸テーブル１２の斜め上方に複数のイオン源１３を設置して、異なる方向から成形体１にイオンビームを照射したりする。成形体１は凹凸のある立体的な形状を有しているため、一方向からだけの照射では、成形体１の表面に万遍なくイオンビームを照射することは難しいが、前記のようにすることにより、成形体１の表面に万遍なくイオンビームを照射することが可能となり、非回路領域のチタン膜２ｂを完全に除去することができる。

非回路領域のチタン膜２ｂを除去するには、ドライエッチングの一例であるイオンビームを照射する以外にも、ドライエッチングの他の一例であるブラスト処理を行って除去することも可能である。このブラスト処理には、アルミナ粒子を使用すればよい。

６）ニッケル・金めっき層形成工程
非回路領域のチタン膜２ｂを除去した後に、図２（ｃ）に示すように、銅めっき層４にニッケルめっきを施し、さらにその上に金めっきを施して、ニッケル・金めっき層５を形成する。これにより、成形体１の表面に、チタン膜２ａ、銅膜３ａ、銅めっき層４、及びニッケル・金めっき層５で構成される回路が形成された立体回路基板を製造することができる。ニッケルめっき及び金めっきを施す方法としては、電気めっき、無電解めっきなどの各種の方法を採用することができる。なお、立体回路基板の用途によっては、本工程を省略することも可能である。

本実施形態の製造方法では、成形体１の表面と銅膜３との間にチタン膜２を形成したから、銅膜３と成形体１とをチタン膜２によって強固に接合することができ、十分な密着性を得ることができる。しかも、チタンは環境に対して悪影響を及ぼさない。本製造方法で製造した立体回路基板は、当該立体回路基板にＩＣ、コンデンサチップ、抵抗体などの回路部品がベア実装されたり、あるいは立体回路基板自体がパッケージとして他のマザーボードに実装されたりして使用される。前記実装にはんだを使用した場合には、実装部分に熱的ストレスが発生するが、本製造方法で製造した立体回路基板は十分な密着性を有しているため、前記熱的ストレスにも対応し得るようになる。また、パッケージとして耐熱性、耐環境性に優れ、車載用途向けやセンサデバイス向けなど高信頼性基板として応用できる。

また、回路領域の銅膜３ａにめっきを施した後に、イオンビームを照射して非回路領域のチタン膜２ｂを除去することにより、回路領域と非回路領域の膜厚差を利用して回路領域の銅膜３ａ及び銅めっき層４を残したままで非回路領域のチタン膜２ｂを完全に除去することができる。そして、チタン膜２ｂを除去することにより、回路間の絶縁信頼性を向上させることができる。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体回路基板の製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法において、チタン膜除去工程に代えてチタン膜酸化工程を採用したものである。

チタン膜酸化工程では、非回路領域のチタン膜２ｂを露出させた後に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、非回路領域のチタン膜２ｂに酸化処理を施して、当該チタン膜２ｂを酸化チタン膜２ｂ’とする。酸化処理としては、酸化雰囲気中でプラズマ処理したり、あるいは成形体１がセラミックなどであり耐熱性を有する場合には、酸化雰囲気中で成形体１を２００〜５００℃に加熱したりすればよい。そして、その後に、図４（ｃ）に示すように、ニッケル・金めっき層形成工程を行う。

このように、非回路領域のチタン膜２ｂを酸化チタン膜２ｂ’とすることにより、チタン膜２ｂを不導体化できるので、非回路領域のチタン膜２ｂを除去しなくとも回路間の絶縁信頼性を向上させることができる。

次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体回路基板の製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法において、チタン膜除去工程とニッケル・金めっき層形成工程とを入れ替えたものである。

すなわち、図５（ａ）（ｂ）に示すように、非回路領域のチタン膜２ｂを露出させた後に、銅めっき層４にニッケルめっきを施し、さらにその上に金めっきを施して、ニッケル・金めっき層５を形成し、その後に、図５（ｃ）に示すように、非回路領域のチタン膜２ｂを除去する。最後に、ニッケル・金めっき層５の表面をプラズマ洗浄などにて活性化する。なお、本製造方法においては、非回路領域のチタン膜２ｂを露出させる銅膜除去工程とニッケル・金めっき層形成工程とをさらに入れ替えてもよい。

このように、チタン膜除去工程よりも先にニッケル・金めっき膜形成工程を行うことにより、銅めっき層４がニッケル・金めっき層５で覆われるため、フッ酸を用いたエッチングを行って非回路領域のチタン膜２ｂを除去することができるようになる。すなわち、フッ酸を用いたエッチングを行っても、銅めっき層４がエッチングによって侵食されることをニッケル・金めっき層５で防ぐことができる。

次に、本発明の第４実施形態に係る立体回路基板の製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、前記各実施形態の製造方法において、チタン膜及び銅膜形成工程に代えてチタンと銅の混合膜形成工程を採用したものである。

チタン膜と銅の混合膜形成工程では、図６に示すスパッタリング装置１４を使用する。このスパッタリング装置１４のターゲット１５Ａは、チタンと銅を混合して構成したものである。チタンの混合量は、５〜１５質量パーセント程度が好ましい。そして、このターゲット１５Ａを用いてスパッタリングを行うことにより、成形体１の表面に、図７に示すようなチタンと銅の混合膜６を形成する。

このように、成形体１の表面にチタンと銅の混合膜６を形成すれば、成形体１と混合膜６との接合強度が向上し、十分な密着性を得ることができる。また、チタンと銅の混合膜６とすることにより、一度のエッチングで非回路領域の混合膜６を除去できるようになるとともに、チタンは銅に混入している点でチタンの除去も容易となる。

また、チタンと銅を混合して構成したターゲット１５Ａに代えて、図８に示すようなチタン１５ａと銅１５ｂを並べて構成したターゲット１５Ｂを用いることも可能である。このターゲット１５Ｂを用いた場合には、図中に矢印ａで示すように、成形体１をターゲット１５Ｂのチタン１５ａから銅１５ｂに向かう方向に搬送しながらスパッタリングを行う。こうすることにより、図９に示すように、成形体１の表面近傍ではチタンが多く、表面から遠ざかるに連れて銅が多くなるような構成比率の混合膜７を形成することができる。

このようにすれば、成形体１の表面近傍ではチタンが多くなっているために、成形体１と混合膜７との接合強度がさらに向上し、より十分な密着性を得ることができる。しかも、混合膜７にはチタンと銅の境界面が存在しないことから、混合膜７自体の強度を高く保ちながら銅めっき層４との境界での銅の比率を多くすることができ、銅めっき層４との接合強度をも向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 多軸テーブルを用いて成形体にイオンビームを照射するときの説明図である。 本発明の第２実施形態に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 本発明の第４実施形態に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 第４実施形態の製造方法で形成した混合膜部分の断面正面図である。 第４実施形態の変形例に係る立体回路基板の製造方法の説明図である。 第４実施形態の変形例の製造方法で形成した混合膜部分の断面正面図である。

符号の説明

１ 成形体
２ チタン膜
２ａ 回路領域のチタン膜
２ｂ 非回路領域のチタン膜
３ 銅膜
３ａ 回路領域の銅膜
３ｂ 非回路領域の銅膜
４ 銅めっき層
５ ニッケル・金めっき層
１４ スパッタリング装置
１５Ａ，１５Ｂ ターゲット

Claims (4)

1. 立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、
   前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、
   前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、
   前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、非回路領域のチタン膜に酸化処理を施して当該チタン膜を酸化チタン膜とする工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法。
2. 立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、
   前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、
   前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、
   前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層を形成し、非回路領域のチタン膜を露出させた後に、回路領域及び非回路領域にイオンビームを照射して非回路領域のチタン膜を除去する工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法。
3. 立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、
   前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、
   前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、
   前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層を形成し、非回路領域のチタン膜を露出させた後に、ブラスト処理を行って非回路領域のチタン膜を除去する工程とを含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法。
4. 立体的な形状を有する成形体の表面にチタン膜を形成し、さらにその上に銅膜を形成する工程と、
   前記銅膜に対して、回路を構成する回路領域と回路を構成しない非回路領域の境界線に沿って電磁波を照射して、その境界線上の銅膜及びチタン膜を除去する工程と、
   前記回路領域と非回路領域の境界線上の銅膜及びチタン膜を除去した後に、前記回路領域の銅膜に銅めっきを施して銅めっき層を形成する工程と、
   前記銅めっき層を形成した後に、前記非回路領域の銅膜を除去してチタン膜を露出させる工程と、前記銅めっき層にニッケルめっきを施し、さらにその上に金めっきを施して、ニッケル・金めっき層を形成する工程と、ニッケル・金めっき層を形成した後に、エッチングを行って非回路領域のチタン膜を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする立体回路基板の製造方法。

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