JP4675144B2 - 導体配線構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、プラスチック成形体あるいは基板表面への導体形成および導体配線パターン形成は、スパッタリングおよび無電解めっき等の方法により行われているが、やはり配線パターン等の密着性向上が課題となっている。上記課題に対する対策として一般的には導体形成前にプラスチック表面を粗面化することが行われている。ここで、無電解めっきによる導体形成について概略工程を示す。まず、プラスチック表面を化学的なエッチングにより粗面化する。その粗面化された表面に触媒を付着させ、その触媒に対して活性化処理を施す。その後触媒を核として無電解めっきが行われる。このときの密着力は初期工程である粗面化によるプラスチックに対するアンカー効果で密着力が確保される。つまり、この粗面化プロセスが密着力を左右する重要な工程となる。しかし、耐熱性を求められているプラスチックたとえば液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチックあるいはエポキシを代表とする熱硬化プラスチックにおいては、耐薬品性が高いこともありエッチングによる粗面化が非常に困難で密着力を安定して確保することが困難であるとともにエッチング液としても六価クロム等有害物質を含むことから環境面でも問題となっている。また、本工程にて導体配線形成するためには、プラスチック表面に形成した導体をフォトリソプロセスあるいはレーザープロセス等により除去加工することが必要となり、材料有効活用の視点においても課題となっている。
また、特許文献2に開示された技術においては、パラジウムを混入した熱可塑性の液晶ポリマーで誘電体基板を成形した後、この誘電体基体の表面のうち、所定パターンの導体層が形成されるべき表面部分を露出させ、これ以外の表面部分を覆うように加水分解性高分子材料の樹脂マスクを形成し、この樹脂マスク及びこの樹脂マスクから露出している誘電体基体の全表面を粗面化処理する。次に、誘電体基体から樹脂マスクを除去する。最後に、誘電体基体表面の所定パターンのエッチング処理面上に導電層を無電解めっきにより形成することが提案されている。本方式によれば3次元プラスチック成形体表面に導体配線を形成することは可能であるが、2色成形する必要があるため、型コストが増大するとともに微細ピッチ配線を形成することができない。また、やはりプラスチック表面の粗面化が必要であり、プロセスが煩雑化し、密着性を安定化させることが困難であった。
従来技術として特許文献4では、樹脂粒子を用いて樹脂層とめっき層の界面を凹凸にせしめるか、コアの平均粒子半径rと、樹脂層の厚さtとは、r/t≧5で表される関係を満たす現像剤を用いるか、あるいはアスペクト比a/bが2以上である現像剤を用いることにより、配線パターンを形成している。この構造では、密着力を達成するために凹凸構造を形成しているため微細なパターンへの適応は難しいことと、前記一般的な課題が発生する。
また、特許文献5では、疎水性領域11aおよび親水性領域11bからなるパターンを表面に有する絶縁性基板10上の両領域のいずれか一方の領域に付着された導電材料13の焼成により導電部13が形成されて成る配線基板16。パターンが形成される絶縁性基板10の表面は同一材料11からなり、該表面の面粗さが疎水性領域11aおよび親水性領域11bで異なることによりパターン形成を行っているが、本方式では十分な密着力を得られる構造でない問題がある。
請求項2の発明は、アルミ基板をベースとする転写基材表面に疎水パターンとしてシリコーンゴム層を有する親・疎水パターンを形成するステップと、該転写基材表面に銀ナノ粒子コロイド水溶液を供給し、エアーブローすることにより前記親水パターン上に前記銀ナノ粒子コロイド水溶液を付着させるステップと、該銀ナノ粒子コロイド水溶液中の溶媒を揮発させて銀ナノ粒子を前記親水パターン上に析出させるステップと、前記転写基材を加熱して前記銀ナノ粒子同士を融着させることで下地配線パターンを形成するステップと、該転写基材表面に流動性のある熱硬化型エポキシ樹脂を積層してから熱硬化させ、硬化させたエポキシ樹脂層を剥離することにより前記下地配線パターンを前記エポキシ樹脂層に転写するステップと、該エポキシ樹脂層に転写された下地配線パターンに電解めっきにて導体配線を一体形成するステップと、を有することを特徴とする。
請求項3の発明は、前記転写基材が成型用の型であることを特徴とする。
請求項2の発明によれば、電解めっきによる導体配線形成が可能となり、生産性が向上する。
請求項3の発明によれば、プラスチック基材面に下地配線パターンを転写成形することでプラスチック成形時の生産性を向上できる。
<実施例1>
図1は本発明のパターン構成図である。表面研磨されたSUS304板上にフォトレジストOFPR−800(東京応化製)を塗工し、露光現像を介して、厚さ3μm、幅100μmの直線パターンを形成した。その後Ni/PTFE共析めっき(上村工業製)にてSUS露出面にめっきを行った。その後レジストをアセトンにて剥離してパターンを形成した。
銀ナノ粒子含有水性インク ファインスフィアSVW102(日本ペイント製)を入れた容器に前記SUS板をディッピングにて塗工した。このときレジストを除去して露出したSUS板状に銀ナノ粒子が塗膜され、Ni/PTFE共析めっき膜上には疎水性のため付着しなかった。
前記SUS板を200℃30分の条件でオーブンにて加熱し、銀ナノ粒子を融着させた。その後エポキシ樹脂G770−L(住友ベークライト製)を200℃に加熱したホットプレート上にて硬化して、SUS板上から剥離した。硬化したエポキシ樹脂上にパターン化された銀ナノ粒子膜を形成することが出来た。
酸素プラズマ装置AP−T03(積水化学工業製)にて表面処理後、無電解銅めっき TSPカッパ−Nシリーズ(奥野製薬工業製)にて40℃、40分の条件にて銀ナノ粒子膜上に銅膜を形成して密着力に優れた配線を形成することが出来た。
ナノ粒子の面分布に関しては前述のとおりであるが、膜方向に関しても様々な形態をとることが可能である。銀ナノ粒子を酸素プラズマ装置AP−T03(積水化学工業製)にて表面に存在する銀ナノ粒子を融着させ、内部に存在する銀ナノ粒子は未融着状態にすることで粒径の分布を形成することができる。他にもレーザ加熱のように局所的に加熱することで形成することができる。模式図を図6に示す。
実施例1と同様にNi/PTFE共析めっきをパターン状に施したSUS板上に銀ナノ粒子含有エタノール溶媒インクファインスフィアSVE102(日本ペイント製)を入れた容器に前記SUS板をディッピングにて塗工した。塗膜後オーブンにて200℃30分硬化して銀ナノ粒子膜を形成した。このときの融着した銀ナノ粒子径は200nm以下である。続いて実施例1と同様に樹脂転写及び無電解銅めっきを実施して密着力に優れた配線パターンを形成することができた。
本発明では、銀ナノ粒子膜が融着により図7に示すように多孔質膜として形成されている。また多孔質膜内に図8に示すような亀裂12が確認され、銀ナノ粒子膜厚の増加と共に亀裂12が網目状に形成され、図9のように銀ナノ粒子膜内で島状に構成されたものとなっている。亀裂が進展することにより銀ナノ粒子膜の内部応力が緩和され、配線の密着力が向上する。
<実施例3>
実施例1と同様にNi/PTFE共析めっきをパターン状に施したSUS板上に銀ナノ粒子含有エタノール溶媒インクファインスフィアSVE102(日本ペイント製)を入れた容器に前記SUS板をディッピングにて塗工した。塗膜後オーブンにて200℃30分硬化して銀ナノ粒子膜を形成した。次に接続端子部にエポキシ系導電性接着剤をディスペンスにて供給し、その後半導体チップに対して導電性接着剤を介して型上の配線パターンと接続し、150℃1時間にて接着剤を硬化した。その後実施例1と同様に樹脂成形、離型することで、半導体チップを成形体内に封止した状態で表面にはパターン状に形成された銀ナノ粒子膜を含む成形体を形成することが出来た。さらに酸素プラズマ装置にて表面処理後、無電解銅めっきにて銀ナノ粒子膜上に銅膜を形成して密着力に優れた配線を形成することが出来た。パターン構成図を図10に示す。
本実施例では接続材料をディスペンスにて供給したが、その他にもはんだをめっきにて配線上や機能部品上に供給する方法やはんだバンプを搭載した機能部品を搭載する方法においても対応可能である。
この実施形態に係る導体配線構造体1は、平板状のプラスチック基材2の表面に導体配線(導体配線パターン)3を形成すると共に、導体配線3の下地として多数の触媒粒子4a、4bから成る触媒粒子群4が所定のパターン状に配置されている。導体配線3は、触媒粒子群上に無電解めっきにより一体形成されている。触媒粒子群4を構成する一部の触媒粒子4aはプラスチック基材2中に埋没状態で埋設され、他の触媒粒子4bはプラスチック基材2の表面に一部を露出させた状態で埋設されている。表層側の触媒粒子4bは、直接導体配線3と密接状態で密着固定している。無電解めっきにより導体配線3を触媒粒子4b上に密着形成するに際して、下地となる触媒粒子群(触媒下地配線パターン)4とプラスチック基材2との密着力が十分に確保できているため、導体配線の密着力も向上できる。本実施形態によれば無電解めっきに必要とされるパラジウム等の高価な触媒粒子が少量であっても、微細配線を形成することができる。しかも、下地となる触媒粒子群4の形成パターンを高精度に微細配線することが可能であるため、その上に密着して積層形成される導体配線3についても同様の高精度にて形成することが可能となる。
図11(c)の実施形態では、触媒粒子4a、4b同士が互いに連接(密着)している。プラスチック基材2に埋設された触媒粒子同士を連接させることにより、無電解めっきによる導体配線形成時の成長性が安定し、析出速度を速くすることができることから生産性を向上できる。また触媒粒子と導体配線材料との接触面積が増大することから両者の密着力も向上できる。
また、各触媒粒子を100nm未満のナノ粒子とすることで触媒としての活性力が増すため、無電解めっき成長性が向上するとともに触媒粒子同士の連接力も向上するため、導体配線との密着力が更に向上する。
図11に示した導体配線構造体は、次の如き製造方法により製造することができる。
製造手順としては、転写基材上に触媒粒子群からなる触媒下地配線パターンを形成してから、この触媒下地配線パターンをプラスチック材料側に転写する工程をとる。
即ち、一実施形態にかかる導体配線構造体の製造方法は、転写基材表面に親・疎水パターンを形成するステップと、該転写基材表面に触媒粒子コロイド溶液を供給するステップと、該触媒粒子コロイド溶液の溶媒を揮発させることにより該転写基材表面に触媒粒子群から成る触媒下地配線パターンを形成するステップと、該転写基材表面に流動性のあるプラスチック(プラスチック基材2となる)を積層してから硬化させたプラスチック層を剥離することにより前記触媒下地配線パターン4を該プラスチック層に転写するステップと、該プラスチック層に転写された触媒下地配線パターン4に無電解めっきにて導体配線3を一体形成するステップと、を有する。
(実施例1)
図11の導体配線構造体を製造するに当たり、下記製造方法によることで生産性の向上を図ることができる。
転写基材としてのPETフィルム上に親・疎水パターンを形成した。親・疎水パターンの形成方法としては、まず、PETフィルム上に含フッ素アクリレートTG−702(ダイキン工業製)をスプレーコートにて塗布する。その後、該PETフィルムを90℃に熱したエチレングリコールに30秒浸漬して親水化処理を行った。その後、半導体レーザL8933(浜松ホトニムス製)にて所定のパターンを描画して含フッ素アクリレートを部分的に疎水性に変化させて100μm幅の親・疎水パターンを形成した。この転写基材上の親・疎水パターンを構成する親水パターン上に、無電解めっきの触媒となるパラジウム触媒を析出させるために、無電解めっき用処理薬品としてのセンシタイザー(奥野製薬工業製)と、アクチベーター(無電解めっきの触媒となる金属を吸着させる手段)を順次供給し、乾燥させることでパラジウム触媒粒子層(触媒下地配線パターン=触媒粒子群4)を形成した。この乾燥過程において、溶媒の表面張力等によりパラジウム触媒粒子は互いに連接した状態で親水パターン上に形成された。その後、流動性を有した紫外線硬化性プラスチックSD−2200(大日本インク製)を転写基材上に供給し、紫外線照射して硬化させた。紫外線照射条件としては15mW/cm2、10秒にて行った。紫外線照射によるプラスチックの硬化後、転写基材から紫外線硬化性プラスチック(プラスチック基材=プラスチック層)を剥がすことでパラジウム触媒パターンを紫外線硬化性プラスチック側に転写形成することができた。その後、無電解銅めっき液としてのTSPカッパーNシリーズ(奥野製薬工業製)を用いて浴温度40℃ 40分の条件で無電解銅めっきを実施することで、密着性の高い銅配線(導体配線3)を形成することができた。ここで、プラスチック基材2を構成する材料として、紫外線硬化性プラスチックを使うことにより、短時間硬化が可能となり、生産性が向上するとともに触媒粒子から成る触媒下地配線パターン4に対してプラスチック材料が過度に浸透することを防止でき、無電解めっきプロセスにより導体配線形成を安定化できる。
まず、図12の実施形態に係る導体配線構造体1は、平板状のプラスチック基材2の表面に導体配線3を形成すると共に、導体配線3の下地として多数の金属ナノ粒子(触媒粒子)10a、10bから成る金属ナノ粒子群(下地配線パターン)10が所定のパターン状に配置されている。導体配線3は、金属ナノ粒子群(下地配線パターン)10上に無電解めっきにより一体形成(融着)されている。金属ナノ粒子群10を構成する一部の金属ナノ粒子10aはプラスチック基材2中に埋没状態で埋設され、他の金属ナノ粒子10bはプラスチック基材2の表面に一部を露出させた状態で埋設されている。表層側の金属ナノ粒子10bは、直接導体配線3と密接状態で密着固定(融着)している。無電解めっきにより導体配線3を金属ナノ粒子10b上に密着形成するに際して、下地となる金属ナノ粒子群(下地配線パターン)10とプラスチック基材2との密着力が十分に確保できているため、導体配線の密着力も向上できる。本実施形態によれば無電解めっきに必要とされるパラジウム等の高価な金属ナノ粒子が少量であっても、微細配線を形成することができる。しかも、下地となる金属ナノ粒子群10の形成パターンを高精度に微細配線することが可能であるため、その上に密着して積層形成される導体配線3についても同様の高精度にて形成することが可能となる。
金属ナノ粒子群10上に導体配線3を積層形成するに際しては、無電解めっき用触媒である金属ナノ粒子を活用することにより、無電解めっきが可能である。
また、下地配線パターン10により導電性も確保できることから、触媒粒子以外の金属ナノ粒子を活用しても電解めっき等にて導体配線形成が可能となる。
図13の実施形態では、金属ナノ粒子10a、10b同士の融着を促進し、多孔質膜状の下地配線パターン10を形成している。
これらの実施形態のように、金属ナノ粒子同士を融着させると、下地配線層10の凝集力が高まるとともに、プラスチック基材2を構成するプラスチック材料が融着することによって形成された多孔、或いは凹凸部の隙間の一部に浸透することが可能となり、下地配線パターンとプラスチック材料との密着力が向上し、ひいては導体配線と基材との密着力を向上できる。また、金属ナノ粒子同士を融着させることで、下地配線パターンの導電性を利用した電解めっきによる導体配線形成も可能となり、生産性が向上する。
(実施例2)
図12の導体配線構造体を製作するに当たり、下記製造方法によることで生産性の向上を図ることができた。
転写基材として親・疎水パターンを有する東レ製水なし版を用いた。この東レ製水なし版はアルミ基板をベースとして疎水膜パターンとしてシリコーンゴム層を有している。
この水なし版上に粒径が100nm未満の銀ナノ粒子を含んだ銀コロイド水溶液(ファインスフィアSVW102 日本ペイント製)を供給し、エアーブローすることで銀コロイド水溶液を、親水パターン部のみに付着させた。ここで、親水パターン部のみに供給する方法はインクジェット、ディッピング等にても可能である。
溶媒として水を活用することにより、コロイド溶液自体の表面張力を高くすることができるため、親・疎水パターンに対する微細配線形成が可能となるとともに、溶媒揮発による環境汚染をなくすことができ作業環境の劣化を招かない。
その後、溶媒を揮発させることにより、銀ナノ粒子を親水パターン部のみに析出させる。次いで、水なし版ごと150℃ 30分の条件で加熱することで銀ナノ粒子は融着し、版上にて粒子径の成長が見られた。この水なし版上に流動性を有した熱硬化型エポキシ樹脂(プラスチック基材2となる)を供給し、150℃、30分の硬化条件にて熱硬化型エポキシ樹脂を硬化させた。熱硬化型エポキシ樹脂の硬化後、転写基材としての水なし版からエポキシ樹脂を剥離することにより、融着して径成長した銀粒子群(下地配線パターン10)を一部融着及び連接した状態でエポキシ樹脂(プラスチック基材2)側にパターン状に転写することができた。
その後、ピロリン酸浴銅めっきにて電流密度は4A/dm2、20℃にて理論厚さ10μmとなるように、銀ナノ粒子群上に導体配線3を形成した。
図13の導体配線構造体を製作するに当たり、下記製造方法によることで生産性の向上を図ることができた。
この実施例では、転写基材として親・疎水パターンを有する東レ製水なし版を用いた。この東レ製水なし版はアルミ基板をベースとして疎水膜パターンとしてシリコーンゴム層を有している。
この水なし版上に個々の銀ナノ粒子径が100nm未満である銀コロイド水溶液(ファインスフィアSVW102 日本ペイント製)を供給し、エアーブローすることで銀コロイド水溶液を、親水パターン部のみに付着させた。
その後、溶媒を揮発させることにより、銀ナノ粒子を親水パターン部のみに析出させた。
次いで、水なし版ごと200℃、30分の条件で加熱することで銀ナノ粒子を融着させ、水なし版上にて多孔質膜としての銀ナノ粒子群(下地配線パターン)を形成することができた。この水なし版上にプラスチック基材となる熱硬化型エポキシ樹脂を流動性を有した状態で供給して一定厚のエポキシ樹脂層を形成し、150℃、30分の硬化条件にて硬化させた。熱硬化型エポキシ樹脂層を硬化させた後、水なし版からエポキシ樹脂を剥離することにより、銀ナノ粒子が融着し合って多孔質膜を形成した状態でエポキシ樹脂層側にパターン状に転写することができた。
その後、ピロリン酸浴銅めっきにて電流密度は4A/dm2、20℃にて理論厚さ10μmとなるように、銀ナノ粒子群上に導体配線を形成した。
転写基材として所定の親・疎水パターンを予め形成した東レ製水なし版を用いた。この東レ製水なし版はアルミ基板をベースとして疎水膜パターンとしてシリコーンゴム層を有している。
この水なし版上に個々のパラジウム粒子の粒径が100nm未満であるパラジウムコロイド水溶液を供給し、エアーブローすることでパラジウムコロイド水溶液を、親水パターン部のみに付着させた。ここで、親水パターン部のみに供給する方法はインクジェット、ディッピング等にても可能である。
その後、溶媒を揮発させることにより、パラジウムナノ粒子を親水パターン部のみに析出させた。次いで、水なし版ごと200℃、30分の条件で加熱することでパラジウムナノ粒子を融着させ、径成長とともに相互粒子の融着が起こった。この水なし版上にプラスチック基材となる熱硬化型エポキシ樹脂を流動状態で供給して一定厚に積層し、エポキシ樹脂層を150℃30分の硬化条件にて硬化させた。硬化後、水なし版からエポキシ樹脂層を剥離することにより、パラジウム融着パターン(下地配線パターン)をエポキシ樹脂層表面に転写することができた。その後、無電解銅めっき液であるTSPカッパーNシリーズ(奥野製薬工業製)を用いて浴温度40℃、40分の条件で無電解銅めっきすることで、密着性の高い導体配線を形成することができた。
図14は本発明の他の実施形態に係る導体配線構造体の構成説明図であり、この導体配線構造体1は、立体形状(三次元構造)を有するプラスチック基材2の複数の面2a、2b、2c上にまたがるように立体的な導体配線3のパターンを形成した構成を備えている。
一般に、立体物の各面にまたがる領域(面間の境界部2A)での微細配線パターン形成は断線し易く困難である。一般的には製品を個別にフォトリソ或いはレーザーアブレーションによりパターニングして形成することが行われているが、工程の複雑化、製造設備の高コスト化、材料の無駄といった問題が生じる。
それに対して、本発明では親・疎水パターンを有する転写基材を成形型として用いることにより、従来の不具合を解消している。
この実施形態では、上記各実施形態において示した製造、加工方法において使用するプラスチック基材2として、熱硬化型プラスチックを使用している点が特徴的である。
プラスチック表面にめっき等の方法により導体配線を形成するためには、密着力を確保するためにプラスチック表面をエッチングして粗面化する必要がある。
これに対して、耐熱性及び耐薬品性に優れたエポキシ等の熱硬化性プラスチックは、特にその密着力確保のための表面処理が困難であった。
上記各実施形態に示した製造方法によれば、熱硬化性プラスチック表面に微細配線の下地配線パターンを形成でき、密着力の高い導体配線を形成できるため、特に耐熱性が求められる電子部品実装用の3次元回路基板として活用することができる。
この実施形態では、実施例3の場合と同様に、親・疎水パターンが形成された型(転写基材)の親水パターン部分に金属ナノ粒子を融着させた下地配線パターンを形成する。これに対してたとえば熱硬化性プラスチックにより予備成形させたプラスチックを転写成形することでプラスチック基材側に下地配線パターンを形成している。また、下地配線パターンに対してめっき(電解、無電解を問わない)により導体配線を形成している。本プロセスによれば、熱硬化性プラスチック成形のタクトを短縮することができることから、生産性を向上できる。
Claims (3)
- アルミ基板をベースとする転写基材表面に疎水パターンとしてシリコーンゴム層を有する親・疎水パターンを形成するステップと、該転写基材表面にパラジウム粒子の粒径が100nm未満であるパラジウムコロイド水溶液を供給し、エアーブローすることにより前記親水パターン上に前記パラジウムコロイド水溶液を付着させるステップと、該パラジウムコロイド水溶液中の溶媒を揮発させてパラジウムナノ粒子を前記親水パターン上に析出させるステップと、前記転写基材を加熱して前記パラジウムナノ粒子同士を融着させることで下地配線パターンを形成するステップと、該転写基材表面に流動性のある熱硬化型エポキシ樹脂を積層してから熱硬化させ、硬化させたエポキシ樹脂層を剥離することにより前記下地配線パターンを前記エポキシ樹脂層に転写するステップと、該エポキシ樹脂層に転写された下地配線パターンに無電解めっきにて導体配線を一体形成するステップと、を有することを特徴とする導体配線構造体の製造方法。
- アルミ基板をベースとする転写基材表面に疎水パターンとしてシリコーンゴム層を有する親・疎水パターンを形成するステップと、該転写基材表面に銀ナノ粒子コロイド水溶液を供給し、エアーブローすることにより前記親水パターン上に前記銀ナノ粒子コロイド水溶液を付着させるステップと、該銀ナノ粒子コロイド水溶液中の溶媒を揮発させて銀ナノ粒子を前記親水パターン上に析出させるステップと、前記転写基材を加熱して前記銀ナノ粒子同士を融着させることで下地配線パターンを形成するステップと、該転写基材表面に流動性のある熱硬化型エポキシ樹脂を積層してから熱硬化させ、硬化させたエポキシ樹脂層を剥離することにより前記下地配線パターンを前記エポキシ樹脂層に転写するステップと、該エポキシ樹脂層に転写された下地配線パターンに電解めっきにて導体配線を一体形成するステップと、を有することを特徴とする導体配線構造体の製造方法。
- 前記転写基材が成型用の型であることを特徴とする請求項1又は2記載の導体配線構造体の製造方法。
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