JP5529772B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電部における少なくとも一部の金属部分の表面にシランカップリング剤が硬化されてなる硬化膜が形成された回路基板の製造方法に関する。

回路基板としては、例えば、基板上に電気配線よりなる配線層が形成されたプリント基板などが知られている。
このような回路基板は、具体的には、図４に示すように、基板１１上に配線層などの導電部を構成する金属部分１２と、表面保護膜（ソルダーレジスト）または層間絶縁膜などの絶縁部を構成する樹脂部分１３とを有するものであるが、金属部分１２と樹脂部分１３との界面における密着性が低いという問題がある。このような事情から、金属部分１２と樹脂部分１３との間に、例えばシランカップリング剤などの有機ケイ素化合物を主成分とする接着剤が硬化されてなる硬化膜１４を形成することにより、金属部分１２と樹脂部分１３との密着性を高める手段が知られている。

また、コンデンサなどの機能素子を内蔵した回路基板においても、当該コンデンサの外表面上に剥き出しとなった電極など金属部分と、当該コンデンサに接する樹脂部分との密着性が低いことから、コンデンサの外表面に有機ケイ素化合物を主成分とする接着剤よりなる硬化膜を形成することが知られている（例えば特許文献１参照）。

このような回路基板においては、他の配線層や実装される素子との電気的な接続を達成するために接続領域が必要とされ、このため、金属部分１２の外表面に形成された硬化膜１４は、金属部分１２における接続領域を露出するように形成することが必要とされる。しかしながら、近年、電子機器等の小型化・高密度化に伴って、回路基板の電気配線も微細なものとなっており、金属部分１２と樹脂部分１３との界面にのみ硬化膜１４を形成することが難しいことから、金属部分１２の外表面を覆うように硬化膜１４を形成せざるを得なかった。

しかしながら、有機ケイ素化合物を主成分として構成される硬化膜１４は、フッ化水素などの溶剤による溶解処理であっても除去することが難しいという問題がある。

特開２００２−２０３７３５号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、金属部分上に形成された硬化膜の除去を達成することにより、金属部分と樹脂部分との高い密着性を確保しながらも、金属露出部分が形成されて電気的導通を容易にとることができる回路基板の製造方法を提供することにある。

本発明の回路基板の製造方法は、導電部における少なくとも一部の金属部分の表面にシランカップリング剤が硬化されてなる硬化膜が形成された回路基板の製造方法において、
前記硬化膜の一部に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
前記紫外線により照射された被照射部分を除去する被照射部分除去工程と
を有することを特徴とする。

本発明の回路基板の製造方法においては、前記硬化膜が形成された金属部分が、配線層を形成するものである構成とすることができる。

本発明の回路基板の製造方法においては、製造すべき回路基板が機能素子を内蔵するものであって、
前記硬化膜が形成された金属部分が、前記機能素子の電極を形成するものである構成とすることができる。

本発明の回路基板の製造方法においては、前記被照射部分除去工程が、フッ化水素による溶解処理により行われることが好ましい。

本発明の回路基板の製造方法においては、前記紫外線照射工程が、光源としてエキシマランプを用いて行われることが好ましい。

本発明の回路基板の製造方法によれば、紫外線照射工程および被照射部分除去工程を有することにより、紫外線により照射された被照射部分が変質して、例えばフッ化水素などの溶剤に可溶となることによって当該被照射部分を除去することが可能となることから、金属部分と樹脂部分との高い密着性を確保しながらも、金属露出部分が形成されて電気的導通を容易にとることができる回路基板を製造することができる。

本発明の回路基板の製造方法の一例を示す説明図である。 本発明に用いられるエキシマランプの構成の一例を示す斜視説明図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 従来における回路基板の構成の一例を示す断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

〔回路基板の製造方法〕
本発明の回路基板の製造方法は、金属部分の表面にシランカップリング剤が硬化されてなる硬化膜が形成された回路基板の製造方法において、硬化膜の少なくとも一部に紫外線を照射する紫外線照射工程と、紫外線により照射された被照射部分を除去する被照射部分除去工程とを有する方法である。

以下、本発明の回路基板の製造方法について、当該回路基板の導電部を構成する金属部分が配線層を形成するものである場合を例に挙げて具体的に説明する。
このような回路基板の製造方法としては、例えば下記工程（ａ）〜工程（ｄ）を有する方法が挙げられる。

＜工程（ａ）：硬化膜形成工程＞
工程（ａ）においては、基板１１上に形成された金属部分１２の外表面に硬化膜１４が形成される。
具体的には、図１（１）に示すように、基板１１上に配線層を形成する金属部分１２を作製し、図１（２）に示すように、基板１１と接する面（金属部分１２の底面）を除く金属部分１２の外表面全面にシランカップリング剤を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を硬化することにより硬化膜１４が形成される。

基板１１としては、例えば金属板上に電気絶縁層を設けてなるものを用いることができる。

配線層を形成する金属部分１２を作製する方法としては、公知の技術を採用することができ、例えば、基板１１上に成膜された銅などの金属薄膜に対して、フォトリソグラフィおよびエッチング処理を施すことにより、当該金属薄膜の一部を除去して金属部分１２を形成するサブトラクティブ法、基板１１に対してフォトリソグラフィおよびメッキ処理を施すことにより、パターン化させた金属部分１２を形成するアディティブ法などを利用することができる。
金属部分１２の厚さは、例えば１０μｍ以下である。

この工程（ａ）において用いられるシランカップリング剤は、液状のものであってもゲル状のものであってもよい。

シランカップリング剤を塗布する方法としては、公知の技術を採用することができ、例えば、ディップ法、スピンコート法などが挙げられる。

硬化膜１４を形成する方法としては、特に限定されず、シランカップリング剤の種類に応じて適宜選択することができる。具体的には、シランカップリング剤が液状のものである場合においては、シランカップリング剤を金属部分１２の外表面に塗布した後、ホットプレートなどを用いて例えば１００〜２００℃程度に加熱し、この加熱状態を例えば３〜１０分間保持することにより、硬化膜１４を形成することができる。また、シランカップリング剤と硫酸などの酸とを混合させて形成されたゲル状のものである場合においては、そのゲル状のものを金属部分１２の外表面に塗布した後、常温もしくは２００℃程度の温度で３０〜６０分間保持することにより硬化膜１４を形成することができる。

シランカップリング剤の具体例としては、例えば、イミドシラン、エポキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリフロロプロピルメチジメトキシシラン、トリメチルシリルイソシアネート、ジメチルシリルジイソシアネート、ビニルシリルトリイソシアネート、フェニルシリルトリイソシアネートなどが挙げられる。
このようなシランカップリング剤は、化学構造中に、後述する樹脂部分１３を構成する材料樹脂の化学構造の一部を含むものであることが好ましい。これにより、樹脂部分１３と硬化膜１４とに高い親和性が得られる。

シランカップリング剤を塗布する際には、当該シランカップリング剤と共に、キシレン、トリクロロエチレン、エチルベンゼンなどの有機溶剤と混合して用いてもよい。また、シランカップリング剤を単独で用いる場合においては、Ｓｉに結合している分子がアルキル基よりも分子の長さが長く、且つ、アルキル基よりも加水分解反応を起こしにくいものや、ベンゼン環を含むものであれば用いることができる。

硬化膜１４の膜厚は、例えば１０μｍ以下である。

＜工程（ｂ）：孔部形成工程＞
工程（ｂ）においては、回路基板の絶縁部を構成する、孔部２１が設けられた樹脂部分１３を形成することにより、硬化膜１４の露出領域１４ａが形成される。
具体的には、図１（３）に示すように、硬化膜１４に接して基板１１全面が覆われるように樹脂層１３Ａを形成し、図１（４）に示すように、この樹脂層１３Ａの一部分、具体的には、少なくとも金属露出部分２２を形成すべき部分を含む金属部分１２における領域の直上部分に孔部２１を設けることにより樹脂部分１３が形成され、図１（５）に示すように、硬化膜１４の露出領域１４ａが形成される。

樹脂層１３Ａを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂材料などが挙げられる。

樹脂層１３Ａを形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、樹脂層１３Ａを構成する材料として熱硬化性樹脂を用いる場合においては、液状の熱硬化性樹脂を硬化膜１４が形成された基板１１全面に塗布し、加熱することにより硬化されて樹脂層１３Ａを形成することができる。
樹脂層１３Ａの厚さは、例えば１０μｍ以上である。

孔部２１を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザを照射することにより、レーザ照射部分が除去されて孔部２１を形成することができる。
孔部２１の形成方法において用いられるレーザとしては、例えば、炭酸ガスレーザ、紫外線レーザ、エキシマレーザなどが挙げられる。

この工程（ｂ）においては、必要に応じて、孔部２１内に残留する樹脂を溶剤により洗浄する処理が行われてもよい。
孔部２１内の残留樹脂を洗浄する溶剤としては、例えば、アセトン、ジエチルエーテル、トリクロロエチレンなどが挙げられる。

なお、工程（ｂ）においては、孔部２１が設けられた樹脂部分１３が得られればよく、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術やフォトリソグラフィ技術などの公知の技術を採用することもできる。

＜工程（ｃ）：紫外線照射工程＞
工程（ｃ）においては、硬化膜１４の露出領域１４ａの一部に紫外線を照射することにより、被照射部分２０が形成される。
具体的には、図１（６）に示すように、硬化膜１４の露出領域１４ａの一部に例えばエキシマランプ５０を用いて紫外線を照射し、図１（７）に示すように、硬化膜１４における紫外線の照射された被照射部分２０が形成される。
この工程（ｃ）を行うことにより、硬化膜１４における紫外線が照射された被照射部分２０は変質する。

エキシマランプ５０としては、硬化膜１４を変質し得る紫外線、例えば波長３００ｎｍ以下の紫外線を放射するものを用いることができる。

図２に本発明に用いられるエキシマランプの構成の一例を示す斜視説明図を示す。
このエキシマランプ５０は、全体が扁平な直方体の箱状の放電容器５１を有し、当該放電容器５１の内部には、図３に示すように、密閉された放電空間Ｓが形成されている。

放電容器５１の外表面における６つの面のうち最も大きい面積を有する一面には、その周辺領域を除く中央領域に網状の一方の電極５２１が設けられ、この一面に対向する他面には、その周辺領域を除く中央領域に網状の他方の電極５２２が設けられており、これらの一対の電極５２１，５２２は、放電容器５１における一面および他面を構成する壁部並びに放電空間Ｓを介して対向配置されている。

放電容器５１の内表面には、紫外線を反射する例えばシリカ膜よりなる反射膜５３が設けられている。この反射膜５３は、一方の電極５２１側の放電容器５１の内表面に設けられており、放電容器５１の長尺方向に沿って配置されている。

放電容器５１は、放射される紫外線を透過し得るもの、例えば石英ガラスにより構成されている。

放電容器５１の放電空間Ｓには、発光ガスが封入されている。発光ガスとしては、例えばキセノンガスなどが挙げられる。

電極５２１，５２２は、例えば銅と低融点ガラスとを混合した導電性ペーストを放電容器５１の外表面に網状に塗布して焼成することにより形成することができる。

エキシマランプ５０の一対の電極５２１，５２２には、高周波電源５４が接続され、高周波・高電圧が印加されることにより、放電容器５１の内部で発光ガスが励起され、エキシマ放電が生じ、このエキシマ放電により紫外線を放射する。
放電容器５１の放電空間Ｓに封入された発光ガスが、例えばキセノンガスである場合においては、波長１７２ｎｍにピーク波長を有する真空紫外光が放射される。この真空紫外光は、図３に示すように、反射膜５３によって反射され、放電容器５１の底面を透過して外方へ放射される。

工程（ｃ）において、このようなエキシマランプ５０により照射される紫外線の照射照度は、例えば２０〜２９０ｍＷ／ｃｍ² であることが好ましい。また、照射時間は、硬化膜１４の膜厚、エキシマランプ５０の照度によっても異なるが、例えば５〜６０分間とされる。

また、工程（ｃ）においては、紫外線を照射する光源としてエキシマランプの他にも、硬化膜を変質させることのできるものであれば種々のランプを用いることができる。具体的には、波長３００ｎｍ以下の紫外線波長を有するランプ、例えば波長２５４ｎｍにピーク波長を有する水銀ランプなどが挙げられる。
なお、波長が短くなるに従って、光のエネルギーが高くなり、光に対する物質の吸収係数も高くなるため、高い効率で反応を促すことができるため、短い波長を有するランプを用いることが好ましい。

＜工程（ｄ）：被照射部分除去工程＞
この工程（ｄ）においては、図１（８）に示すように、紫外線により照射された被照射部分２０を除去することにより金属露出部分２２が形成される。

被照射部分２０を除去する方法としては、例えば、溶剤により溶解する方法が挙げられる。溶剤としては、被照射部分２０を溶解することのできるものであれば特に限定されないが、例えばフッ化水素またはその水溶液（フッ化水素酸）などが挙げられる。

工程（ｄ）が溶剤による溶解処理により行われる場合においては、必要に応じて、被照射部分２２に残留する溶剤を例えば純水などにより超音波洗浄する処理が行われてもよい。

以上のような製造方法によれば、紫外線照射工程（ｃ）および被照射部分除去工程（ｄ）を有することにより、紫外線により照射された被照射部分２０が変質して、例えばフッ化水素などの溶剤に可溶となることによって当該被照射部分２０を除去することが可能となることから、金属部分１２と樹脂部分１３との高い密着性を確保しながらも、金属露出部分２２が形成されて電気的導通を容易にとることができる回路基板を得ることができる。

以上、本発明の回路基板の製造方法について、回路基板の金属部分が配線層を形成する場合を例に挙げて具体的に説明したが、本発明によれば、製造すべき回路基板がコンデンサなどの機能素子を内蔵するものであって、金属部分がこの機能素子の電極を形成するものである場合においても、同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の回路基板の製造方法によるシランカップリング剤の硬化膜の除去効果を示す実験を行った。

〔実験例１〕
銅よりなる金属板を用意し、この金属板上の一部にアルミニウムテープを貼付した。アルミニウムテープが貼付された金属板上に、シランカップリング剤「ＫＢＥ４０３」（信越シリコーン社製）と有機溶剤（トリクロロエチレン、キシレンおよびエチルベンゼンの混合物）との混合溶液を用いてディップ法により、塗布膜を形成した。なお、ディップ法による引き上げ速度を約１ｃｍ／ｓｅｃとした。次に、塗布膜が形成された金属板をホットプレート上に配置し、１５０℃で６０分間加熱し、塗布膜の有機溶剤を除去し、金属板上に硬化膜を形成した。ここで、アルミニウムテープを外し、形成された硬化膜の膜厚（ｔ₁ ）を測定した。そして、硬化膜の一部にエキシマランプを用いて、照射照度を３００ｍＷ／ｃｍ² 、エキシマランプと硬化膜との離間距離を２ｍｍとして、紫外線を１５分間照射した。その後、紫外線が照射された被照射部分にフッ化水素の濃度が４６〜４８質量％であるフッ化水素酸を滴下し、２時間放置した。その後、純水により超音波洗浄を行い、フッ化水素酸を除去し、被照射部分の膜厚（ｔ₂ ）をレーザーマイクロ顕微鏡「ＶＫ−８７００」（ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を用いて測定した。
なお、エキシマランプとしては、波長１７２ｎｍにピーク波長を有し、半値幅が約１４ｎｍのものを用いた。また、積算照射量は２７０Ｊ／ｃｍ² であった。

〔実験例２〕
実験例１において、エキシマランプの照射照度を８０ｍＷ／ｃｍ² 、エキシマランプと硬化膜との離間距離を３０ｍｍに変更したことの他は同様にして実験を行った。

〔実験例３〕
実験例１において、エキシマランプによる紫外線照射を行わなかったことの他は同様にして実験を行った。

実験例１〜実験例３におけるエッチングされた厚みｔ（ｔ₁ −ｔ₂ ）を表１に示す。

以上の結果より、実験例１および実験例２については、紫外線照射工程を経ることにより、硬化膜が除去されることが確認された。また、エッチングされた厚みｔは、積算照射量に依存することが確認された。
また、実験例３については、紫外線照射工程を経ていないことにより、硬化膜が除去されないことが確認された。

このような結果が得られた理由は、以下のように推測される。
硬化膜を形成する架橋反応において、シランカップリング剤と共に用いられる有機溶剤は、ある程度揮発するものの一部残存する。形成された硬化膜は、この残存した有機溶剤の有機部分を介して−Ｓｉ−Ｏ−が化学的に結合していると考えられる。一般的に、フッ化水素は、純粋なガラス（ＳｉＯ₂ ）であれば溶解することができるが、有機部分を介して化学結合されたシランカップリング剤の硬化膜は、フッ化水素によっても溶解すること困難となる。しかし、このような硬化膜に紫外線を照射することにより、当該紫外線が有機部分の結合エネルギーよりも高いエネルギーを有していることから、有機部分の分解等がなされ、硬化膜が変質する。これにより、有機成分が揮発し、硬化膜が結晶化してガラス質に近づき、フッ化水素によって溶解が可能となったと推測される。

なお、上記においては、シランカップリング剤と共に有機溶剤を用いる場合についての説明をしたが、シランカップリング剤を単独で用いる場合であっても、当該シランカップリング剤に有機溶剤の成分が含まれていれば、上記と同様の理由により、硬化膜をフッ化水素によって溶解することができると推測される。このような単独で用いることができるシランカップリング剤としては、例えば、Ｓｉに結合している分子がアルキル基よりも分子の長さが長く、且つ、アルキル基よりも加水分解反応を起こしにくいものや、ベンゼン環を含むものなどが挙げられる。

１１ 基板
１２ 金属部分
１３ 樹脂部分
１３Ａ 樹脂層
１４ 硬化膜
１４ａ 露出領域
２０ 被照射部分
２１ 孔部
２２ 金属露出部分
５０ エキシマランプ
５１ 放電容器
５３ 反射膜
５４ 高周波電源
５２１，５２２ 電極
Ｓ 放電空間

Claims (5)

1. 導電部における少なくとも一部の金属部分の表面にシランカップリング剤が硬化されてなる硬化膜が形成された回路基板の製造方法において、
   前記硬化膜の一部に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
   前記紫外線により照射された被照射部分を除去する被照射部分除去工程と
   を有することを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記硬化膜が形成された金属部分が、配線層を形成するものであ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. 製造すべき回路基板が機能素子を内蔵するものであって、
   前記硬化膜が形成された金属部分が、前記機能素子の電極を形成するものであ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. 前記被照射部分除去工程が、フッ化水素による溶解処理により行われることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
5. 前記紫外線照射工程が、光源としてエキシマランプを用いて行われることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回路基板の製造方法。