JP4697156B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板およびその製造方法に関し、特に樹脂材料等で形成される薄膜状の基板の表面に所望のパターンに沿って金属配線が形成されている回路基板およびその製造方法に関する。

薄膜状をなす樹脂基板の表面に微細な回路パターンを形成する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法などのドライプロセスが知られている。また、例えばポリイミド樹脂である基板の表面全体を銅箔のような金属膜で被覆して金属被覆材を作製し、フォトリソグラフ法などにより不必要な部位の金属膜をエッチング処理して除去するサブトラクティブ法も広く採用されている。しかし、サブトラクティブ法では３０μｍ程度以下の幅を有する微細配線を形成することは困難であり、次世代高密度回線基板の製造に向けて更なる技術革新が求められている。

それに答えるものとして、特許文献１にはポリイミドフィルムに対する金属配線の形成方法が記載されている。そこにおいて、ポリイミドフィルムの選択された部位にポリイミドを溶解可能な薬液を描画装置等で付与することで、選択的にエッチングをして、凹部を形成する。その際、残存するポリイミド表面が改質され、金属イオンが吸着可能となる。その後、金属イオン含有溶液と前記ポリイミドが接触することで、前記改質部のみに金属イオンが吸着する。その後、金属イオン還元剤と接触させることで、金属（酸化物）ナノ粒子集合体が、前記エッチングにより形成されたポリイミド凹部に析出する。最後に無電解もしくは電解めっき処理を施すことで、凹部に金属膜が析出し、微細な回路が形成される。この方法によれば、従来のサブトラクティブ法よりも微細な配線を安価に製造できると記載されている。

特開２００５−２９７３５号公報

上記した方法では、基板であるポリイミドフィルムの表面を、薬液を用いたエッチングにより配線用の凹部を形成しており、エッチングは等方性となる。そのために、必要とされる配線の膜厚が１０μｍ以下のような薄いものの場合には微細な回路パターンを形成できると期待できるが、膜厚の厚い配線が必要なときには、必然的に凹部の幅も大きくなり、結果として配線の微細化、高密度が困難となる。また、アスペクト比１以上の配線を形成することは困難であり、このことも配線の微細化を阻害する要因となる。さらに、ポリイミドフィルムに逐次的に薬液を付与するため、処理工数が多くなり、コストが高くなるのを避けられない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な工程でもって、より微細化した回路パターンを持つ回路基板を製造することのできる新たな製造方法を提供することを課題とする。またその製造方法で得られる新たな回路基板を提供することを課題とする。

本発明による、基板表面に所望の金属配線を備えた回路基板を製造する方法は、回路パターンに応じた凸部を表面に有する鋳型を用い、該鋳型の前記凸部先端に導電材料層を付与する工程と、前記凸部先端に導電材料層が付与された鋳型を前記基板表面に圧接して前記凸部形状とともに前記導電材料層を基板表面に転写する工程と、および、前記転写された導電材料層をベース材として前記転写された凹部内に金属配線を形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。

上記の製造方法では、鋳型に形成した凸部の形状がそのまま基板側に転写されるので、任意のアスペクト比（すなわち、幅に対する深さの比）を持つ凹部を基板表面に形成することができ、結果として、より高密度に微細化した凹部パターンを基板表面に形成することができる。また、鋳型を基板表面に圧接することによって、基板表面への凸部形状の転写と形成された凹部底面への導電材料層の転写が同時に行われるので、製造プロセスも簡素化できる。さらに、前記圧接により、基板側への導電材料層の転写状態も安定したものとなる。

凹部が形成された基板に対し、凹部底面に転写された導電材料層をベース材として利用して凹部内に金属配線を形成することにより、本発明による回路基板となる。前記のように、基板表面に形成された凹部パターンは高密度に微細化しており、高い配線密度を持つ回路基板が得られる。本発明による回路基板では、高電流が通過する配線箇所では配線形状を高アスペクト比とすることで対処できるので、回路パターンを微細化（高密度化）しても、実装品において絶縁の信頼性が損なわれることはない。

本発明による回路基板の製造方法において、前記導電材料層を形成する素材としては、限定されないが、無機金属粒子と溶剤が混合した金属ペーストまたは有機金属化合物と溶剤が混合したレジネートペーストを用いることができる。金属ペーストは、制限されないが、低抵抗材料である銅ペーストが特に好ましい。その他、銀ペースト、金ペーストあるいはニッケルペースト等も用いることができる。その場合、金属粒子の粒径は数ｎｍ〜数百ｎｍ程度が好適である。レジネートペーストには、銅レジレート、銀レジネート、金レジネートあるいはニッケルレジネートが挙げられる。金属ペーストの場合、基板への熱圧接による転写を行うことにより、金属粒子の焼結処理が進行して金属膜となり、その一部が基板側に埋め込まれる。それにより、金属膜の基板側への転写も確実に進行する。焼結温度は、基板側の材料により選択されるが、望ましくは、１００〜５００℃である。

本発明による回路基板の製造方法において、鋳型の素材としては、凸部の成形が可能なことと、基板側へ転写するときの機械的および熱的ストレスに対する耐性を備えることを条件に任意の材料を用い得るが、ガラス、シリコン、石英、ステンレス、樹脂、金属等の材料を好ましくは用いることができる。金属材料には、ニッケル（合金）、ステンレス鋼等が挙げられるが、耐久性と位置精度の観点から、ニッケル（合金）は特に好ましい。

前記鋳型の表面に回路パターンに応じた凸部を形成するには、従来知られたマイクロエッチング法、電鋳法、マイクロコンタクトプリンティング法などの手法で行うことができる。用いる素材に応じて適切な方法を採用する。中でも好ましくはマイクロコンタクトプリンティング法である。このような方法により、例えば３０μｍ以下の幅で凸部（回路）パターンを形成することができる。

鋳型に形成する凸部の幅や高さあるいは凸部間の距離等は、得ようとする回路基板に求められる回路パターンに応じて設定されるが、一例として、凸部の幅は５μｍ〜３００μｍ程度、高さは５μｍ〜５００μｍ程度、凸部間の距離は５μｍ〜３００μｍ程度である。凸部の幅と高さは、すべてが同じであってもよく、一部が異なっていてもよい。

本発明による回路基板の製造方法において、基板の素材は非導電材料であることを条件に任意であり、従来この種の回路基板で採用されている素材を適宜用いることができる。厚さが１０μｍ〜１０００μｍ程度である薄膜状であることはより好ましい。転写の容易性、転写後に形成された凹部の保形等の観点から、特に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が好適であり、樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル、塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸樹脂等が挙げられる。中でも、高い熱的、機械的、化学的性質を持つポリアミド樹脂は好ましい。

本発明による回路基板の製造方法において、前記転写された導電材料層をベース材に利用し金属配線を形成する工程の具体例として、従来知られた無電解めっき処理または電解めっき処理により前記導電材料層を核として前記凹部に金属膜を析出させる工程を挙げることができる。電解めっき処理を行う場合には、前記転写された導電材料層はシード層として機能する。無電解めっき処理を行う場合には、前記転写された導電材料層はめっき触媒核として機能する。無電解めっきは膜厚の薄い（例えば５０μｍ程度以下）配線を形成するときに、また電解めっきは比較してより厚みのある配線を形成するときに、好適に用いられる。

本発明はさらに上記した製造方法で作られる回路基板の一形態として、基板表面に回路パターンに応じた凹部が形成されており、該凹部底面には導電材料層が形成されており、かつ前記凹部内には、無電解めっき処理または電解めっき処理によって前記導電材料層を核として析出された金属膜による金属配線が形成されていることを特徴とする回路基板をも開示する。

上記の回路基板において、前記金属配線にはアスペクト比が他とは異なる部分が一部に含まれていてもよく、すべてが同じアスペクト比の金属配線であってもよい。アスペトク比が１以上の金属配線が含まれていてもよい。

上記の回路基板において、限定されないが、金属配線の幅は５μｍ〜３００μｍ程度、高さは５μｍ〜５００μｍ程度、金属配線間の距離は５μｍ〜３００μｍ程度である。回路基板は樹脂フィルムが好ましく、その厚さは、限定されないが、１０μｍ〜１０００μｍ程度である。基板の素材および導電材料の素材は、前記製造方法の説明で記載したとおりである。

本発明による回路基板は、信頼性に優れかつ高密度化した実装基板であり、インターポーザやリジッドフレキシブル回路基板などとして、有効に用いることができる。

本発明によれば、より簡単な工程でもって、より微細化した回路パターンを持つ回路基板を製造することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。なお、本発明の範囲が以下に記載する実施の形態のものに限定されないことは当然である。

（実施の形態１）
図１は本発明による回路基板の製造方法の第１の実施の形態を工程順に示している。図１において、１０は鋳型であり、少なくとも一方の面が平坦面とされたニッケル合金板の平坦面側を、従来知られた電鋳処理により、得ようとする回路基板の表面に形成される回路パターンに応じた凸部１１を形成した。図１ａに示すように鋳型１０には、高さの異なる２種類の凸部１１ａと凸部１１ｂが形成され、凸部１１ｂの１つの凸部１１ｂ１は、幅が他の凸部よりも広くなっている。

凸部１１ａ，１１ｂの幅は５μｍ、凸部１１ｂ１の幅は２０μｍ、各凸部間の距離は５μｍとし、凸部１１ａの高さは１５μｍ，凸部１１ｂの高さは５μｍとした。

次に、図１ｂに示すように、得られた鋳型１０の前記凸部１１の先端に、平均粒径１０ｎｍである銅ナノ粒子を主成分とする銅ペーストを３μｍ程度の厚さに塗りつけて、導電材料層１３とした。

次に、図１ｃに示すように、基台であるガラス平板（不図示）の上に厚さ５０μｍのポリアミド酸樹脂フィルム２０を置き、その表面に対して、上記した凸部１１の先端に金属ペーストである導電材料層１３を付与された鋳型１０をマイクロコンタクトプリンティング装置を用いて、真空環境下で、４００℃、２０分で加熱圧着した。加熱圧着により、基板２０の表面には鋳型１０の凸部１１が凹部３１として転写され、その過程で、銅ペースト中の銅ナノ粒子の焼結が進行し、連続した銅薄膜となって凹部３１の底面に転写された。

転写された導電材料層（銅薄膜）１３は、圧接によりその一部が基板２０側に埋め込まれた状態となっていた。また、真空環境下で行うことにより、銅ペーストからの溶媒の脱離が促進された。

常温常圧にした後、鋳型１０を取り外した。それにより、図１ｄに示すように、表面に凹部３１が形成され、該凹部３１の底部には銅薄膜である導電材料層１３が転写された形状の樹脂成形品３０が得られた。

樹脂成形品３０を硫酸銅めっき浴に浸漬して、電解めっき処理を２０分間程度行った。その過程で、導電材料層１３を核として凹部３１内にメッキ浴中の銅イオンが析出していき、凹部３１内に所望の銅配線３２が充填形成された。最後に、凹部よりはみ出している金属をポリッシングにより除去し、本発明による回路基板３５が完成した。

（実施の形態２）
図２は本発明による回路基板の製造方法の第２の実施の形態を工程順に示している。ここでは、鋳型１０の素材として一方の面が平坦面とされたガラス板を用い、ガラス板の平坦面側を従来知られたサンドブラスト処理を行うことにより、図２ａに示すように、凸部１１を形成した。凸部１１の幅は５μｍ、高さはすべて１０μｍであり、うち、１つの凸部１１ｃの幅は１０μｍとした。また、各凸部間の距離は５μｍとした。

次に、平均粒径２０ｎｍである銀ナノ粒子を主成分とする銀ペーストをＰＥＴ板上にバーコーター等で２μｍの厚さで引き伸ばして塗りつけ、その上に鋳型１０の凸部１１側を押さえ付けることにより、図２ｂに示すように、凸部１１の先端に銀ペースト１３が付与された鋳型１０を得た。

図示しないガラス平板上に基板２０となるポリアミド酸をバーコーター等で３０μｍの厚さで引き伸ばして塗りつけたものを用意し、図２ｃに示すように、その上に鋳型１０の凸部１１側を押し付け、真空下にて３５０℃、２０分間加熱処理を行った。

常温常圧にした後、鋳型１０を取り外すと、図２ｄに示すように、ポリイミド化した基板２０の表面に、鋳型１０の凸部１１の形状が凹部３１として転写された樹脂成形品３０が得られた。転写形成された凹部３１の底部には、銀ペースト中の銅ナノ粒子が焼結して連続した銀薄膜が導電材料層（銅薄膜）１３として転写されていた。また、真空環境下で行ったことにより、銀ペーストからの溶媒の脱離も促進された。

樹脂成形品３０を硫酸銅めっき浴に浸漬して、電解めっき処理を２０分間行った。その過程で、導電材料層１３を核として凹部３１内にメッキ浴中の銅イオンが析出していき、凹部３１内に所望の銅配線３２が充填形成され、本発明による回路基板３５が完成した。

（実施の形態３）
図示しないが、鋳型１０の素材として一方の面が平坦面とされた石英板を用い、実施の形態２と同様にして、幅５０μｍ、高さ５０μｍの凸部を形成した。各凸部間の距離は１０μｍとした。

次に、平均粒径５ｎｍである銀ナノ粒子を主成分とする銀ペーストをＰＥＴ板上にバーコーター等で５μｍの厚さで引き伸ばして塗りつけ、その上に鋳型１０の凸部１１側を押さえ付けることにより、凸部１１の先端に銀ペーストが付与された鋳型１０を得た。

ガラス平板上に厚さ８０μｍのポリカーボネート樹脂フィルムを置き、その上に前記鋳型１０の凸部１１側を押し付け、真空下にて１７０℃、１０分間加熱処理を行った。

常温常圧にした後、鋳型１０を取り外すと、ポリカーボネート樹脂フィルムである基板２０の表面に、鋳型１０の凸部１１の形状が凹部３１として転写された樹脂成形品３０が得られた。転写形成された凹部３１の底部には、銀ペースト中の銅ナノ粒子が焼結して連続した厚さ２μｍの銀薄膜が導電材料層（銅薄膜）１３として転写されていた。また、真空環境下で行ったことにより、銀ペーストからの溶媒の脱離も促進された。

実施の形態２と同様にして、樹脂成形品３０を硫酸銅めっき浴に浸漬して、電解めっき処理を２０分間行った。その過程で、導電材料層１３を核として凹部３１内にメッキ浴中の銅イオンが析出していき、凹部３１内に所望の銅配線３２が充填形成され、本発明による回路基板３５が完成した。

上記の実施の形態１，２，３に例として示したように、本発明による回路基板３５では、基板２０側に鋳型１０に形成した凸部１１の形状に応じた凹部３１が形成されるので、凸部１１をどのような高さに成形するかにより、凹部３１内に形成される金属配線３２のアスペトク比を任意に選択することができる。電流密度の高いところでは高アスペクト比の金属配線とすることにより、隣接する金属配線間の距離を高絶縁性を維持しながら近接させることが可能となり、高密度の微細回路パターンを持つ回路基板３５を容易に形成することができる。製造に際しても、鋳型の圧接とめっき処理のみであり、少ない工数で製造することができる。

前記凹部３１の幅と深さに応じて、一定時間経過後に形成される金属膜の厚さは異なってくる。一部の凹部３１には所望の厚さの金属膜が形成されない状態で、他の凹部３１では基板２０の表面を超えて金属が析出することが起こり得る。そのような場合でも、最後に基板表面をポリッシングする等の手段を施すことにより、短絡のない高密度回路基板とするとができる。

電解めっき処理でなく無電解めっき処理を行うことによっても、回路基板とすることができる。無電解めっき処理の場合でも、導電材料層は電解めっき処理の場合と同様なものであってよい。

本発明による回路基板の製造方法の一実施の形態を工程順に示す図。 本発明による回路基板の製造方法の他の実施の形態を工程順に示す図。

符号の説明

１０…鋳型、１１…凸部、１３…導電材料層（金属ペースト）、２０…基板、３０…樹脂成形品、３１…凹部、３２…金属配線、３５…回路基板

Claims (5)

1. 基板表面に所望の金属配線を備えた回路基板を製造する方法であって、
   回路パターンに応じた凸部を表面に有する鋳型を用い、該鋳型の前記凸部先端に導電材料層を付与する工程と、
   前記凸部先端に導電材料層が付与された鋳型を前記基板表面に圧接して前記凸部形状とともに前記導電材料層を基板表面に転写する工程と、
   前記転写された導電材料層をベース材として前記転写された凹部内に金属配線を形成する工程と、
   を少なくとも有することを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記導電材料層を形成する素材として、金属ペーストまたはレジネートペーストを用いることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 前記鋳型の素材として、ガラス、シリコン、石英、ステンレス、樹脂、金属のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
4. 前記基板の素材として、樹脂材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
5. 前記転写された導電材料層をベース材として金属配線を形成する工程を、無電解めっき処理または電解めっき処理により前記導電材料層を核として前記凹部に金属膜を析出させることによって行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。

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