JP4792403B2 - 回路基板エレメントの製造方法および回路基板エレメント - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも１つの導体層、好ましくは２つの導体層（これらの導体層または少なくとも１つの導体層がそれぞれ構築され、導体層に貴金属を付与する）を備えたプリント回路基板支持体から開始する、プリント回路基板エレメントの製造方法に関する。

本発明は、さらに、支持体に付与され、構築された少なくとも１つ、好ましくは２つの導体層と、少なくとも１つの導体層上の貴金属とをそれぞれ備えたプリント回路基板エレメントに関する。

用語「プリント回路基板エレメント」は、片側または両側のプリント回路基板と解釈してもよく、また、多層プリント回路基板と解釈してもよく、構成要素が載置されていても、載置されていなくてもよく、プリント回路基板エレメントには、通常、エポキシ樹脂層の支持体が存在し、支持体に少なくとも１つの金属の電気伝導性の層（通常、銅から作製される）が提供されていることが本来本質的である。本明細書以下、金属層を「導体層」と呼ぶ。この導体層は、外側の層であってもよいし、また、多層の場合、内側の層であってもよい。

電気構成要素が載置されるべき場所には、特に銀から作製される貴金属層を銅導体層に局所的に提供することが既に提案されている。これは、特に、ＰＴＦ構成要素（ＰＴＦ−ポリマー厚膜）（本明細書では、特に、ＰＴＦレジスタを使用する）を印刷処理によって載置する場合に起こる。導体層の銅と、構成要素のＰＴＦペーストとの間の貴金属層は、回路の安定性を増強し、この回路は、例えば、水分による悪影響を受けてもよく、例えば、ＰＴＦペーストが硬化する場合、貴金属層が水分による銅の腐食を防止するのに役立つ限り、貴金属層は「遮断層」を形成する。その一方で、貴金属層は、導体層の銅と、ＰＴＦペーストとの間の電気接触を向上する。

しかし、これは、局所的に非常に限定された場所、すなわち、まさしくＰＴＦペーストが刷込まれる場所においてしか貴金属層を付与できないという欠点を含む。また、銅導体層の全体に貴金属層を提供することは、その上に付与される層の接着に非常に悪影響を与えるだろう。例えば、加圧して多層にする場合、その上に提供されるプリント回路基板構造に必要な層間接着力は、もはや存在しないだろう。また、このようなプリント回路基板エレメントに載置する場合、結果として、層間剥離が生じ、従って、プリント回路基板エレメント全体の欠陥となるだろう。導体層が外側層である場合、すなわち、エポキシ樹脂／導体層構造を載置すべきでない場合、概して、構成要素を載置するには、外側層にソルダーストップマスクを作製することが必要であり、貴金属層の場合、このようなソルダーストップマスクは、ひどく接着するだけだろう。上述のように、これらの理由から、貴金属は局所的で非常に限定された場所にしか付与できず、プリント回路基板エレメントをさらに処理する場合、ソルダーストップマスクの載置または加圧多層化を促進するために、残りの銅導体層表面を別の接着促進層で被覆する。

しかし、局所的に限定された導体層部分への貴金属の部分付与に関してのみ、別途処理工程（すなわち、マスキング層の付与およびその除去）が必要である。やはり、その上に存在する物質のスポーリングが貴金属表面の領域で何回も生じ、従って、その結果、欠点となる。

本明細書において、本発明の目的は、それぞれ、プリント回路基板エレメントの製造方法、ならびに、冒頭で定義した種類のプリント回路基板エレメントの提供であり、当該方法において、製造過程でのマスキングおよびデマスキング処理工程にかかる労力およびコストを削減することができ、その結果、製造が本質的に簡略化される。また、当該方法において、やはり、各層の互いの非常に良好な接着が可能となり、導体層への別個（追加）の接着促進層が不要となる。

この目的を達成するために、本発明は、独立クレームに定義するように、方法およびプリント回路基板エレメントをそれぞれ提供する。

有益な実施形態およびさらなる展開を従属クレームに記載する。

本発明の技術に関して、貴金属層自体が接着促進層を形成し、続いて、貴金属層上にさらなるプリント回路基板構造、ソルダーストップマスクなどの層を貴金属層に良好に接着して付与することができる。さらに、刷込みにより製造されるＰＴＦ構成要素（特に、ＰＴＦレジスタ）の物質、また、ソルダー物質、あるいは接着固定の場合のあらかじめ組み立てられた構成要素の接着物質は、貴金属層に非常に良好に接着する。この異なる物質の良好な接着は、平滑な貴金属層の代わりに、粗面化された（凹凸）表面を有する貴金属層の使用によって達成される。この表面凹凸は、貴金属層の下に存在する、通常、銅で作製される導体層において前もって作製されており、表面凹凸は、少なくとも貴金属層の厚さの大きさのオーダーの大きさのオーダーで提供され、好ましくは、大きさのオーダーが１だけ大きい。従って、導体層の表面凹凸は、続いて貴金属層を付与する場合にも維持される。特に、導体層の表面凹凸は、０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．３μｍ〜３μｍ、特に０．５μｍ〜１μｍの範囲であり、貴金属層の好ましい厚さは、０．０２μｍ〜１μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜０．５μｍである。導体層の表面は、例えば、化学エッチング、機械加工または電気メッキによって粗面化されていてもよい。次いで、貴金属層をこの粗面化した導体層に、例えば、非電着性金属析出または電気メッキによって、カソードエバポレーションもしくはスパッタリングによって付与する。貴金属として、銀、金、パラジウム、ニッケル、あるいはこれらの金属の各々の組み合わせ、または全ての金属の組み合わせを使用することが有利である。導体層の（小さな部分的な区画に局所的にのみ付与する代わりに）表面全体に比較的薄い貴金属層を表面凹凸を維持して付与した後、電気構成要素、例えば、特に、ＰＴＦレジスタなどを刷込みにより付与することができ、続いて、加圧して多層にすることが可能となり、また、ソルダーストップマスクが載置されていてもよく、予め組み立てた電気構成要素の自動ソルダリング工程での取り付けが可能となる。

本発明の技術による具体的な製造法は、以下の基本工程を包含する。
ａ）銅導体層を（通常は、写真平板処理におけるエッチングによって）構築する工程
ｂ）導体層の表面を粗面化する工程
ｃ）貴金属層を付与する工程
ｄ）構成要素（例えば、ＰＴＦレジスタ）を付与する工程
ｅ）加圧して多層にする工程

上記と比較して、従来の標準的な方法では、以下の基本工程が必要である。
ａ）導体層を構築する工程
ｂ’）導体層に別個の接着促進剤を（通常は、酸化処理によって、および、有機成分の助けによって）付与する工程
ｃ’）フォトレジスト層を付与および構築する工程
ｃ’’）貴金属層を部分的に付与する工程
ｃ’’’）フォトレジスト層を除去する工程
ｄ）構成要素を付与する工程
ｅ）加圧して多層にする工程

この比較から直接理解できるように、本発明に従って実施すると、コストがかかる工程は、本発明の技術によって不要となる。さらに、プリント回路基板エレメントの特性が改善される。

本明細書以下、本発明を好ましい具体的な実施形態および図面によってさらに説明するが、本発明はそれらに限定されない。図面を以下に詳細に説明する。

図１：銅層上に局所貴金属層を備えた先行技術のプリント回路基板エレメントの概略上面図；

図２：図１の線ＩＩ−ＩＩでのプリント回路基板エレメントの一部の拡大概略断面図；

図３：図１の記載に対応した本発明のプリント回路基板エレメントの概略上面図；および

図４：図２の記載と同様のプリント回路基板エレメントの断面図であり、銅外側層ならびに下部導体層を有しており、追加のプリント回路基板構造が記載されており、この構造を加圧してもよい。

図１において、例えば、プリント回路基板エレメント１の一部を概略上面図で示し、さらに、プリント回路基板１の積層構造は、図２から明らかである。

図１において、プリント回路基板エレメント１のそれぞれの物質を、それらがプリント回路基板エレメント１の上側から見えるように、斜線、点線、二重斜線によってさらに区別して示す。一本斜線は、エポキシ樹脂支持体２を示し（また、図２を参照のこと）、その上には構築された（とりわけ銅で作製された）金属層３が存在する。さらにより区別するためにこの層を点線で示す。本明細書以下、簡便化のために金属層３を導体層３と呼び、そして、（写真平板技術による）その構築によって、上側のこれらの部分は、見えるようになっており、すなわち、被覆されておらず、この部分には、その下にエポキシ樹脂支持体２（本明細書以下、概して、プリント回路基板支持体２または単に支持体２と呼ぶ）が存在し、上側から見えてもよい。

さらに、二重斜線は、電気構成要素４を示し、例えば、ＰＴＦ技術によって刷込まされた構成要素（ＰＴＦポリマー厚膜）、特に、レジスタである。構成要素４（特に、レジスタ）の端部領域において、接続面または接触面がそれぞれ提供され、これらの面は、導体層３ならびに導体層３にさらに局所的に付与された貴金属層６の対応部分５’（図２参照）によって形成される。図１において、貴金属層６は、斜線などを全く付さずに自由な表面として記載するが、図２に記載の断面においては、斜線を付している。

従来の様式では、貴金属層６は、例えば、銀の局所薄層からなり、貴金属層６は、遮断または安定化層を形成する。構成要素４を載置および固定（硬化）する場合、この層は、水分が導体層３に到達するのを防止するので、接触部分において導体層３の腐食を防止する。さらに、また、貴金属層６によって、構成要素４と導体層３との間の電気接触が向上する。

この公知技術は、貴金属層６を局所的な非常に限定された部分、すなわち、接触面５の部分にしか付与できないという欠点を含む。このような貴金属コーティングを導体層３の全体に付与した場合、例えば、さらなるプリント回路基板構造またはソルダーストップマスクをも用いた、図１および２に示すようなプリント回路基板エレメント１のさらなるコーティングは、全く接着しないか、非常に乏しく接着するだけだろう。これは、結果として、付与した層の比較的急速な剥離をもたらすだろう。

一方、貴金属層６の付与は、ただ、プリント回路基板エレメント１の上側をマスキングし、貴金属層６を付与した後にこのマスキングを除去する別途工程が必要となるので、製造時に比較的甚大な労力を局所的に要する。さらに、実施を以下に示す。貴金属層６の部分において、さらなる層を層６に付与する場合、付与する層の局所スポーリングが起こる。例えば、図１および図２に記載のようなプリント回路基板エレメント１を加圧して多層にする場合（また、図４を参照のこと）、特に、貴金属層６から構成要素４（ＰＴＦレジスタ）の物質のスポーリングが観察されている。

図３から理解できるように、本発明の技術によって、貴金属を用いた、支持体１２上の導体層１３の完全なコーティングが可能となる。結果として、導体層１３は、完全に、または、実質的に完全に貴金属層１６で被覆される。それによって、公知技術で必要であった上記のマスキングおよびデマスキング工程は不要となる。やはり、その上に付与される層の非常に良好な接着（例えば、プリント回路基板構造１’の支持体３’の接着）が可能となる。加圧して多層にする場合、この構造は、外側導体層３’を有する（図４参照）。図４において、加圧（加熱と同時）を略図で矢印７で示す。図４で示すこのようなプリント回路基板構造１’の代わりに、例えば、また、図３および４に記載のプリント回路基板エレメント１１の上側にソルダーストップマスクを載置することができる。この場合にも良好な接着が得られる。

この良好な接着を得るために、貴金属層１６を付与する前に、導体層１３の表面を粗面化する。図４に示される表面凹凸８をきわめて概略的に波線で示す。また、比較的薄い貴金属層１６は、導体層１３の表面凹凸８に従い、その結果、その上側もまた対応した凹凸８’を示す。次いで、この表面凹凸８’は、その上に付与される層（例えば、エポキシ樹脂支持体層２’またはソルダーストップマスク）の良好な上記接着を保証する。

例えば、ＦＲ４支持体などの従来型のプリント回路基板支持体が、本発明のプリント回路基板エレメント１１の基礎であってもよく、前述のように、エポキシ樹脂支持体２およびその上に付与された銅層１３が存在する。また、可能であれば、支持体２には、図４に記載のように、その下側に導体層（銅層）１３’が提供されていてもよく、また、この導体層１３’は、同様に粗面化され、貴金属層が提供されていてもよい。載置される構成要素４は、好ましくは、ポリマー厚膜構成要素、特に、ＰＴＦレジスタであり、印刷処理で付与する。このようなＰＴＦレジスタは、例えば、フェノール樹脂からなり、フェノール樹脂は、抵抗値に応じて、所望濃度で炭素粒子を含む。

既に述べたように、貴金属層１６は、銀だけでなく、金、パラジウム、白金またはニッケルあるいは同様の複数の貴金属から構成されていてもよい。また、使用する物質に応じて、対応した粗面化技術および付与技術をそれぞれ用いる。これらの技術自体は公知であるので、本明細書以下、これらの技術をごく手短に記載する。

銀から作製する貴金属層１６の場合、コーティングは、好ましくは、簡単な交換反応に基づき、導体層３の銅が、以下の関係に従って、貴金属層１６の銀と置換する。

上記交換反応は、電位差によって銅と銀との間で生じ、銅層上に非常に緻密な銀層が得られる。結果、銀層１６の厚さは、０．１μｍ〜０．２５μｍ（概して、好ましくは０．０２μｍ〜０．５μｍ）の範囲である。

パラジウムコーティングの場合、水素およびパラジウム含有活性化剤を付与し、それによって、自己触媒反応が開始する。

ｐＨが３．５未満で還元剤の分解が開始し、反応は、拡散層においてのみ起こる。放出される水素によって反応の継続が保証される。

同様の化学コーティング技術をニッケルおよび金に用いることができる。

しかし、他のそれ自体従来の技術もまた、導体層３への貴金属層１６の付与に用いることができる（例えば、電気メッキによる貴金属の導体層１３への付着、カソードエバポレーションによる貴金属の付着またはスパッタリングによる付与など）。上述のような貴金属層は、都合良く、０．０２μｍ〜１μｍの厚さを有する。

従来の写真平板での構築の後または前に、それ自体従来の様々な技術によって、導体層１３の表面を粗面化することができる。例えば、機械加工による粗面化が考えられる。ならびに、電気メッキ、あるいは、（例えば、過酸化水素／硫酸に基づくエッチング媒体を使用する）イオンエッチングまたは化学エッチングによる粗面化がそれぞれ考えられる。表面凹凸は、０．０５μｍ〜５μｍ、好ましくは０．３μｍ〜３μｍ、特に０．５μｍ〜１μｍの大きさのオーダーで提供され、部分的に針状の表面構造が得られる。（上述のように、図４の波状記載は、非常に概略的に記載してもよいだけである。また、しかし、これによって、表面凹凸８および８’が、それぞれ、貴金属層１６の厚みよりも大きく、すなわち、貴金属層１６の厚みよりも大きな寸法で提供されることを明瞭にして記載している。）

図１：銅層上に局所貴金属層を備えた先行技術のプリント回路基板エレメントの概略上面図； 図２：図１の線ＩＩ−ＩＩでのプリント回路基板エレメントの一部の拡大概略断面図； 図３：図１の記載に対応した本発明のプリント回路基板エレメントの概略上面図； 図４：図２の記載と同様のプリント回路基板エレメントの断面図であり、銅外側層ならびに下部導体層を有しており、追加のプリント回路基板構造が記載されており、この構造を加圧してもよい。

Claims (18)

1. 少なくとも１つの導体層（１３）を備えるプリント回路基板支持体（１２）から開始するプリント回路基板エレメントの製造方法であって、該導体層は、構築され、ならびに、表面部分が粗面化され、そして、該構築および粗面化した導体層（１３）の全体に貴金属層（１６）を付与し、対応する凹凸（８’）を該貴金属層の表面に提供した後、表面が粗い貴金属層（１６）の部分に少なくとも１つのＰＴＦ電気構成要素（４）を刷込によって付与することを特徴とする、製造方法。
2. ０．０５μｍ〜５μｍ、例えば、０．３μｍ〜３μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１μｍの範囲の凹凸（８）を伴って、導体層（１３）の表面を粗面化することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 導体層（１３）の表面を化学エッチング、イオンエッチング、機械加工または電気的に電気メッキによって粗面化することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. ０．０２μｍ〜１μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜０．５μｍの厚さの貴金属層（１６）を導体層（１３）に付与することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 貴金属層（１６）を導体層（１３）に化学的な電流なしの様式によって、電気的な様式の電気メッキによって、カソードエバポレーションによって、あるいは、スパッタリングによって、付与することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 銀、金、パラジウムおよび白金からなる群の少なくとも１つの金属で作製された層を貴金属層（１６）として使用することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ＰＴＦ電気構成要素（４）が、レジスタであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 粗面化した導体層（１３）に貴金属層（１６）を付与した後、なおかつ、ＰＴＦ電気構成要素（４）と、表面が粗い貴金属層（１６）とが重なるようにＰＴＦ電気構成要素（４）をプリント回路基板支持体（１２）の上側に載置した後、さらなるプリント回路基板構造（１’）を付与し、そしてこのようにして形成された多層体を加圧することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 粗面化した導体層（１３）に貴金属層（１６）を付与した後、なおかつ、ＰＴＦ電気構成要素（４）と、表面が粗い貴金属層（１６）とが重なるようにＰＴＦ電気構成要素（４）をプリント回路基板支持体（１２）の上側に載置した後、ソルダーストップマスクを付与することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
10. ２つの導体層（１３、１３’）を備えたプリント回路基板支持体（１２）を使用することを特徴とし、少なくとも１つの導体層が構築および粗面化されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 構築した後、導体層の表面部分を粗面化することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 支持体（１２）と、該支持体（１２）上に構築された少なくとも１つの導体層（１３）とを備えたプリント回路基板エレメントであって、導体層（１３）が、粗面化された表面（８）を有し、粗面化した導体層（１３）の全体に、表面が粗い貴金属層（１６）が配置され、そして、表面が粗い貴金属層（１６）の部分に、少なくとも１つの刷り込まれたＰＴＦ電気構成要素（４）を付与し、表面が粗い貴金属層（１６）が、接着を促進する層として形成され、なおかつ、接触を促進して接触を安定化させる層となることを特徴とする、プリント回路基板エレメント。
13. 表面が粗い貴金属層（１６）にさらなるプリント回路基板構造（１’）を提供し、多層配置を形成していることを特徴とする、請求項１２に記載のプリント回路基板エレメント。
14. ＰＴＦ電気構成要素（４）が、レジスタであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のプリント回路基板エレメント。
15. 導体層（１３）および貴金属層（１６）が、それぞれ、０．０５μｍ〜５μｍ、例えば、０．３μｍ〜３μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１μｍの表面凹凸（８、８’）を有する
    ことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のプリント回路基板エレメント。
16. 貴金属層（１６）が、０．０２μｍ〜１μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜０．５μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のプリント回路基板エレメント。
17. 貴金属層（１６）が、銀、金、パラジウムおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１つの金属を有することを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のプリント回路基板エレメント。
18. 支持体（１２）が、２つの構築された導体層（１３、１３’）を有し、少なくとも１つの該導体層に貴金属層（１６）を付与することを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載のプリント回路基板エレメント。

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