JP6014792B1 - 立体配線基板の製造方法、立体配線基板、立体配線基板用基材 - Google Patents

Abstract

５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルム（１）を準備する準備工程と、前記樹脂フィルムの表面上に第１金属膜（３）を形成する第１金属膜形成工程と、前記第１金属膜にパターニングを施し、所望のパターンを形成するパターン形成工程と、前記樹脂フィルムに対して加熱及び加圧を施して立体成型する立体成型工程と、パターン形成された前記第１金属膜上に第２金属膜（２１）を形成する第２金属膜形成工程と、を有し、前記第１金属膜形成工程においては、金属を粒子状に堆積して前記第１金属膜をポーラス状に形成すること。

Description

本発明は、立体的に成型された立体配線基板の製造方法、当該製造方法によって製造される立体配線基板、当該立体配線基板に用いられる立体配線基板用基材に関する。

従来から知られている立体配線基板としては、三次元構造を備える構造体の表面上に電気回路を直接的かつ立体的に形成した部品であるＭＩＤ（Molded Interconnect Device）基板がある。ＭＩＤ基板に関する技術としては、２ショット法、ＭＩＰＴＥＣ（Microscopic Integrated Processing Technology）、及びＬＤＳ（Laser Direct Structuring）等の工法が知られている。いずれの工法においても、モールド樹脂に対して三次元構造を形成した後に、その表面に対して配線回路を形成することになる。例えば、特許文献１には、ＭＩＤ基板及びその製造に関する技術が開示されている。

２ショット法においては、一次成型されたモールド樹脂上の配線形成をしない部分に対して、新たな樹脂による二次成型を行い、当該二次成型に係る樹脂をレジストとして触媒塗布及びめっきを行うことにより、モールド樹脂上に配線回路を形成する。しかしながら、２次成型された樹脂によって配線パターン形状を規制するため、２次成型のための金型加工精度の限界から、導体幅と導体間隙とを示すＬ／Ｓ（line width and spacing）の最小値が１５０／１５０μｍ程度となり、より微細な配線パターンの形成が困難であった。

ＭＩＰＴＥＣにおいては、成型されたモールド樹脂の表面全体にメタライジングを施し、レーザ光によって配線回路の外縁部分の金属（メタライジング層）を除去する。その後、配線回路となる領域に通電して電解めっきを行い、その後に成型体の全面にフラッシュエッチングを施して配線回路以外の金属を除去することにより、モールド樹脂上に配線回路を形成する。しかしながら、レーザ光の使用にあたっては、成型されたモールド樹脂の三次元形状に対応した特殊なレーザ照射装置が必要となり、レーザ加工の手間及び設備投資による製造コストの増加が問題となる。また、電解めっきによって配線回路に必要となる金属を堆積するため、配線回路となる領域のみに通電する必要があることから、当該配線回路となる領域が成型体の外周部と電気的に接続しているか、或いは給電線を介して外周部と電気的に接続されている必要がある。すなわち、当該配線回路となる領域を成型体の外周部から電気的に離間すること（すなわち、独立した配線パターンの形成）が困難となる問題や、回路として最終的に不要な給電線の形成及び除去に伴うコスト増加の問題が生じる。

ＬＤＳにおいては、導電粒子を含んだ特殊な樹脂材料を使用して１次成型を行い、配線回路となる領域にレーザ光を照射して当該導電粒子を露出させ、当該導電粒子の露出部分にめっきを行うことにより、モールド樹脂上に配線回路を形成する。しかしながら、成型されたモールド樹脂内の導電粒子を露出させる精度の問題から、Ｌ／Ｓの最小値が１００／１５０μｍ程度となり、より微細な配線パターンの形成が困難であった。また、ＭＩＰＴＥＣと同様に特殊なレーザ照射装置が必要となり、レーザ加工の手間及び設備投資による製造コストの増加が問題となる。

そして、上記いずれの工法においても、三次元的な形状を備えるモールド樹脂に配線回路を形成するため、最終的に製造されるＭＩＤ基板は片面基板となる。このため、両面基板と比較して配線回路の自由度が小さくなり、基板自体の小型化も困難になる問題が生じる。当該問題及び上述した問題を解決する方法として、ポリイミド等の熱可塑性樹脂に配線回路を形成した後に、加熱及び加圧によって樹脂に折り曲げ加工を施し、立体配線基板を製造する方法がある。例えば、特許文献２にはポリイミドフィルム上に熱圧着により金属箔を貼り付けた後に立体成型することが開示され、特許文献３にはポリサルホン樹脂上に導電性ペーストを塗布した後に立体成型することが開示されている。

特開２０１２−９４６０５号公報 特開平０６−１８８５３７号公報 特開２０００−１７４３９９号公報

しかしながら、加熱及び加圧により平面である熱可塑性樹脂を折り曲げ立体的に成型しようとすると、屈曲部を中心に伸びが生じる。この際、熱可塑性樹脂は破断伸びの大きなものが多く比較的自由に伸びるが、パターン形成した金属はある限界までは伸びるもののそれ以上伸びると幅の広いクラックが無数に発生し破断する。例えば、特許文献２及び特許文献３のような方法により、配線回路となる金属を樹脂上に形成した後に立体成型をすると、立体配線基板の湾曲部分において配線回路が断線しやすくなり、信頼性の優れた立体配線基板を製造することが困難となる。特に、複雑な立体形状で伸びる量が多い立体基板を成型するような場合には、配線回路の断線がより一層生じやすくなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線回路の微細加工及びコスト低減を図るとともに、配線回路の断線を防止して優れた信頼性を備える立体配線基板を製造することを可能とする製造方法を提供することにある。また、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線回路の微細加工及びコスト低減が図られるともに、配線回路の断線が防止されて優れた信頼性を備える片面もしくは両面に配線回路が形成された立体配線基板及びこれに用いられる立体配線基板用基材を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の立体配線基板の製造方法は、５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムを準備する準備工程と、前記樹脂フィルムの表面上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、フォトリソグラフィによって前記第１金属膜にパターニングを施し、所望のパターンを形成するパターン形成工程と、前記樹脂フィルムに対して加熱及び加圧を施して立体成型する立体成型工程と、パターン形成された前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有し、前記第１金属膜形成工程においては、金属を粒子状に堆積し且つ膜厚を調整することによって前記第１金属膜をポーラス状に形成することである。

また、上記目的を達成するため、本発明の立体配線基板は、立体的形状を備え、且つ５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、を有し、前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されていることである。

更に、上記目的を達成するため、本発明の立体配線基板用基材は、５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、を有し、前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されていることである。

本発明により、配線回路の微細加工及びコスト低減を図るとともに、配線回路の断線を防止して優れた信頼性を備える立体配線基板を製造することを可能とする製造方法を提供することができる。また、本発明により、配線回路の微細加工及びコスト低減が図られるともに、配線回路の断線が防止された優れた信頼性を備える立体配線基板及びこれを製造するために必要となる立体配線基板用基材を提供することができる。

本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 図４における破線領域Ｖの拡大概念図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 図９における破線領域Ｘ拡大概念図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 本発明の実施例に係る立体成型に係る製造工程を示す概略図である。 本発明の実施例に係る立体成型に係る製造工程を示す概略図である。 本発明の実施例に係る立体成型に係る製造工程を示す概略図である。 本発明の実施例に係る立体成型に係る製造工程を示す概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 図１７の破線領域ＸＶＩＩＩの拡大概念図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の製造工程における断面図である。 図１９における破線領域ＸＸの拡大概念図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の斜視図である。 本発明の実施例に係る立体配線基板の使用例を示す概略図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による立体配線基板及びその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、立体配線基板及びその構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例で用いる様々な数値は、一例を示す場合もあり、必要に応じて様々に変更することが可能である。

＜実施例＞
以下において、図１乃至図２２を参照しつつ、本発明の実施例に係る立体配線基板の製造方法について詳細に説明する。ここで、図１、図２、図４、図９、図１２、図１７、及び図１９は、立体配線基板の製造工程における断面図である。また、図５は図４における破線領域Ｖの拡大概念図であり、図１０は図９における破線領域Ｘの拡大概念図であり、図１８は図１７の破線領域ＸＶＩＩＩの拡大概念図であり、図２０は図１９における破線領域ＸＸの拡大概念図である。更に、図１３乃至図１６は、本発明の実施例に係る立体成型に係る製造工程を示す概略図である。そして、図３、図６乃至図８、図１１、図２１は、本発明の実施例に係る立体配線基板についての金属膜形成における概略図である。図２２は、本発明の実施例に係る立体配線基板の斜視図である。

先ず、図１に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１を準備する（準備工程）。熱可塑性樹脂フィルム１としては、例えば、ポリイミド又はポリエチレンテレフタラート等の公知の樹脂フィルムを用いることができる。熱可塑性樹脂フィルム１の厚みには限定はなく、立体配線基板の用途及び要求される特性に応じて適宜変更することができる。例えば、立体配線基板を単体で使用する場合には、熱可塑性樹脂フィルム１の厚みを約１００μｍ程度（７５μｍ以上１５０μｍ以下）に調整してもよく、立体配線基板を他のモールド樹脂等の保持部材とともに使用する場合には、５０μｍ以下に調整してもよい。

なお、準備する樹脂フィルムは熱可塑性タイプに限定されることなく、比較的に大きな破断伸びを備える樹脂フィルムであれば、熱硬化性樹脂フィルム、或いは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を積層した（すなわち、熱可塑性樹脂フィルムと熱硬化性樹脂フィルムとを貼り合わせた）構造を備える複合樹脂フィルムを用いてもよい。ここで、比較的に大きな破断伸びとは、少なくとも５０％以上の値であり、好ましくは１５０％以上である。破断伸びについては成型する立体形状により必要な特性が要求され、複雑で大きな段差形状を持つ場合には立体成型による材料が耐えられる様に、より大きな破断伸び強度を持つ樹脂フィルム材が必要となる。

次に、図２に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１の表裏面（第１の面１ａ、及び第２の面１ｂ）における導通を確保するために、ＮＣ加工、レーザ加工、又はパンチング加工等の開口技術を用いて貫通孔２を形成する。本実施例においては、貫通孔２の開口径を約０．３ｍｍとした。なお、図２においては、１つの貫通孔２のみが示されているが、実際の立体配線基板においては複数の貫通孔２を有することになる。また、貫通孔２の数量は、立体配線基板の回路構成に応じて適宜変更することもできる。更に、後述する立体成型時の位置決めとして使用するための位置決め孔（例えば、開口径が３ｍｍ）を、熱可塑性樹脂フィルム１の外縁部分（すなわち、最終的に立体配線基板を構成することなく除去される部分）に形成してもよい。

次に、熱可塑性樹脂フィルム１の第１の面１ａ、第２の面１ｂ、及び貫通孔によって露出した熱可塑性樹脂フィルム１の側面１ｃを被覆するように、熱可塑性樹脂フィルム１の表面上に第１金属膜３を形成する（第１金属膜形成工程）。本実施例においては、熱可塑性樹脂フィルム１の表面上に、公知の分子接合技術を利用した無電解めっきによって金属をメタライジングする。

より具体的には、先ず、前処理として、熱可塑性樹脂フィルム１にＡｒプラズマ処理を施し、熱可塑性樹脂フィルム１の表面の脆弱層を除去し、後述する分子接合剤と相性のよい官能基を熱可塑性樹脂フィルム１の表面上に形成する。その後、Ａｒプラズマ処理後の熱可塑性樹脂フィルム１を分子接合剤４の溶液に浸ける（図３）。ここで、分子接合剤４は熱可塑性樹脂フィルム１と反応する官能基（第１官能基）を備えているため、熱可塑性樹脂フィルム１の官能基と分子接合剤４の官能基とか結びつき、図４及び図５に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１の表面上に分子接合剤４が結合した状態が得られる。なお、図４においては分子接合剤４をわかり易く示す観点から層状に図示しているが、実際には図５に示すようなナノレベルの状態（分子接合剤４の厚みが数ｎｍ）で存在しており、他の材料と比較して非常に薄くなっている。よって、図９以降では分子接合剤４を省略することがある。また、図５における分子接合剤４の上下に伸びる直線は官能基を示し、より具体的には、熱可塑性樹脂フィルム１に向かって伸びた直線が熱可塑性樹脂フィルム１の官能基と結びついた状態の分子接合剤４の官能基を示し、熱可塑性樹脂フィルム１とは反対側に伸びた直線が第１金属膜３の金属と反応することになる分子接合剤４の官能基を示している。

次に、分子接合処理がなされた熱可塑性樹脂フィルム１をキャタリスト液（Ｓｎ−Ｐｄコロイド水溶液）に含浸する（図６）。ここで、Ｓｎ−Ｐｄコロイドは、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に電気的に吸着される。その後、Ｓｎ−Ｐｄコロイドが表面に担持した状態の熱可塑性樹脂フィルム１をアクセラレータ液に含浸すると、Ｐｄの周囲を覆っていたＳｎが除去され、Ｐｄイオンが金属Ｐｄに変化する（図７）。すなわち、触媒処理を行って熱可塑性樹脂フィルム１に触媒（例えばＰｄ）を担持させることになる。なお、アクセラレータ液としては、シュウ酸（０．１％程度）を含む硫酸（濃度が１０％）を用いることができる。その後、触媒であるＰｄを担持した熱可塑性樹脂フィルム１を無電解めっき槽に５分間浸漬する。当該浸漬により、Ｐｄを触媒として例えば銅が析出し、析出した銅が分子接合剤４と結合することになる（図８）。ここで、分子接合剤４は、第１金属膜３の金属と反応する官能基（第２官能基）も備えているため、分子接合剤４の熱可塑性樹脂フィルム１と結合している端部とは反対側に位置する端部（第２官能基）には、触媒を利用して金属が化学的に結合する。続いて、熱可塑性樹脂フィルム１に１５０℃、１０分の加熱処理を施して、分子接合剤４と当該金属との化学結合を終結させ、図９に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１の表面を覆うように、第１金属膜３の形成（すなわち、熱可塑性樹脂フィルム１と第１金属膜３との分子接合）が完了する。

ここで、上述した分子接合剤４とは、樹脂と金属等を化学的に結合させるための化学物であり、樹脂と結合する官能基と金属と結合する官能基が一つの分子構造中に存在するものである。また、分子接合技術とは、このような構造を備える分子接合剤４を用いて、樹脂と金属等を化学的に結合させる技術である。そして、これらの分子接合剤、及び分子接合技術は、特許第０４９３６３４４号明細書、特許第０５７２９８５２号明細書、及び特許第０５０８３９２６号明細書において、より詳細に説明がなされている。

本実施例においては、第１金属膜３の金属として銅を用い、図１０に示すように、無電解めっきは粒子状に生成され、銅の粒子３ａによってポーラス状に第１金属膜３が形成される。ここで、ポーラス状とは、第１金属膜３が膜上に完全に形成される膜厚を備えることがないものの、粒子どうしが全部ではないものの少なくとも一部が接触することによって膜全体として導通している状態をいう（必ずしも電気的な導通が必要というわけではなく、立体成型で粒子間距離が離れても、後述する第２金属膜で導通されれば良い。）。これらのことを換言すると、本実施例においては、銅を粒子状に０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下堆積し、光を透過することができる膜厚を備える第１金属膜３を形成している。このように第１金属膜３の状態（すなわち、膜厚）を調整する理由は、光を透過しない完全な膜状に第１金属膜３を形成してしまうと、後述する立体成型の際に第１金属膜３に亀裂が生じたとしても、後述する第２金属膜によっても当該亀裂の修復が困難になるからである。より具体的には、第１金属膜３が０．０２μｍより薄いと、樹脂と銅の接点が減少し密着が低下するとともに、伸ばされた後の粒子間距離がはなれすぎ後述する第２金属膜での導通修復が困難になる。また、光を透過する状態で伸ばされた場合、粒子間の距離が空くだけなので亀裂は小さいが、光が透過しない完全な膜状で伸ばされると限界をこえた金属膜（第１金属膜３）には亀裂が生じ幅の広いクラックとなる。なお、図１０においては、第１金属膜３の膜厚方向には１つの粒子３ａのみが存在するように示されているが、第１金属膜３がポーラス状であれば、複数の粒子３ａが膜厚方向に積層してもよい。

第１金属膜３がポーラス状に形成される工程を、以下においてより詳細に説明する。図８に示した銅が析出を開始した状態から更に銅の析出を続けると、新たに析出する銅は、分子接合剤４と、又は既に析出して分子接合剤４と反応している銅と化学結合をする。この際、銅の自己触媒作用によって触媒であるＰｄの方が活性度が高いため、銅の生成は面方向（すなわち、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に広がる方向）に進むことになるものの、厚み方向（すなわち、第１金属膜３の膜厚方向）にも進み始めることになる。そして、銅の自己触媒作用が始まると、銅が順次析出して銅どうしの金属結合が進むことになり、銅の成長は厚み方向により進むことになり、膜厚が増加することになる。この状態においては、図１１に示すように、銅の存在しない空隙部分が存在し、部分的には電気的導通が得られていない部分があるものの、形成された金属膜全体としては電気的な接続経路が存在するため電気的導通が得られている。上述したように、このような状態が、本実施例におけるポーラス状ということになる。そして、このようなポーラス状の第１金属膜３においては、銅の破断伸び率を超えても、大きなクラックが発生することなく、部分的に銅分子どうしの距離が若干広がるに留まることになる。

また、本実施例においては、分子接合剤４を介して、熱可塑性樹脂フィルム１と第１金属膜３とを化学結合しているため、熱可塑性樹脂フィルム１と第１金属膜３と界面を平滑にしつつも、両部材を強固に接合することができる。これにより、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に凹凸を形成する必要がなくなり、製造工程の容易化及び製造コストの低減ならびに形成する配線回路の高精細化を図ることができる。なお、使用する分子接合剤は１種類に限定されることなく、例えば、分子接合剤４と当該分子接合剤４及び第１金属膜３と反応する官能基を備える他の分子接合剤とを混合して形成した化合物であってもよく、熱可塑性樹脂フィルム１及び第１金属膜３の材料に応じて、適宜変更することができる。

また、第１金属膜３の材料は、銅に限定されることなく、例えば、銀、金、又はニッケル等の様々な金属、或いはこれらの金属及び銅のいずれかを少なくとも含む合金や各金属を積層したものを用いてもよいが、比較的にやわらかく破断伸び強度の高い金属を用いることが好ましい。ここで、使用する金属に応じて、光を透過し且つ導通している状態を実現するための膜厚が異なるため、他の金属を用いる場合には、第１金属膜３がポーラス状に形成されることを実現できるように、膜厚を適宜調整することになる。

更に、第１金属膜３の形成方法については、上述した分子接合技術を用いた方法に限定されることなく、第１金属膜３をポーラス状に形成することができれば、例えば、スパッタ、蒸着、又は分子接合を使用する方法以外の湿式めっき等の成膜技術を用いてもよい。そして、第１金属膜３の形成については、使用される金属材料に応じて、最適な成膜技術を選択してもよい。

なお、本実施例においては、熱可塑性樹脂フィルム１の第１の面１ａ、第２の面１ｂ、及び貫通孔によって露出した熱可塑性樹脂フィルム１の側面１ｃを被覆するように、第１金属膜３を形成していたが、要求される立体配線基板の構造及び特性に応じて、熱可塑性樹脂フィルム１の第１の面１ａ又は第２の面１ｂのいずれかのみに第１金属膜３を形成してもよい。すなわち、本発明の立体配線基板には、両面に配線パターンが形成されたもののみならず、片面のみに配線パターンが形成されているものが含まれることになる。

次に、図１２に示すように、フォトリソグラフィによって第１金属膜３にパターニング処理を施し、所望の配線パターンを形成する（パターン形成工程）。具体的には、第１金属膜３が形成された状態の熱可塑性樹脂フィルム１の表面にレジストフィルムを熱圧着し、所定のパターンが印刷されたマスクフィルムを用いて露光及び現像を行う。続いて、現像されたレジストフィルムをエッチングマスクとして第１金属膜３にエッチングを施して所望の配線パターンを形成する。その後に、当該レジストフィルムを剥離除去する。ここで、後述する立体成型による第１金属膜３の伸び及び変形を考慮して、配線パターンの形状（配線幅、配線長、配線間隔等）を調整しておくことが好ましい。

このように、フォトリソグラフィによって第１金属膜３にパターニングを施すため、インクジェット印刷技術又はグラビアオフセット印刷技術等を用いたパターニング形成よりも高精細なパターンを実現することができる。すなわち、第１金属膜３は、インクジェット印刷技術又はグラビアオフセット印刷技術等を用いてパターンニングされた配線パターンよりも、解像度が高く（すなわち、直線性が優れ高精細な配線形成が実現される。）なる。

次に、第１金属膜３が形成された状態の熱可塑性樹脂フィルム１に対して、加熱処理及び加圧処理を施して立体成型を行う（立体成型工程）。具体的な立体成型工程としては、先ず、上述した位置決め孔を用いて、成型用の金型１１に対して熱可塑性樹脂フィルム１の位置決めを行う。これは、成型位置と配線パターン位置を合わせるためのものである。すなわち、図１３に示すように、金型１１の上部金型１２と下部金型１３との間に熱可塑性樹脂フィルム１を配置することになる。続いて、図１４に示すように、上部金型１２を上部加熱装置１４で加熱するとともに、下部金型１３を下部加熱装置１５によって加熱を行う。ここで、本実施例においては、熱可塑性樹脂フィルム１にポリイミドフィルムを用いているため、加熱温度は材料のガラス転移点温度より高い２７０℃〜３５０℃の範囲内（例えば、３００℃）で調整することができるが、熱可塑性樹脂フィルム１の材料に応じて当該加熱温度は適宜調整されることになる。ここで、加熱温度は、当該ガラス転移温度以上であって、熱可塑性樹脂フィルム１の耐熱温度以下であることが必要となるが、当該範囲内においてできる限り低い温度に設定することが好ましい。これは、熱可塑性樹脂フィルム１上に形成される第１金属膜３と熱可塑性樹脂フィルム１の加熱による密着低下を低減するためである。

当該加熱処理を行いつつ、上部金型１２及び下部金型１３を近づけ、熱可塑性樹脂フィルム１に対して、上下から所望の圧力（例えば、１０ＭＰａ）によってプレス処理を行う（図１５）。なお、所望の圧力とは、熱可塑性樹脂フィルム１の材料、圧力が弱すぎると所望の立体成型が困難になる点を考慮して適宜調整することになる。そして、プレス処理の完了後に、熱可塑性樹脂フィルム１を金型１１から取り出し（図１６）、熱可塑性樹脂フィルム１の立体成型が完了する。換言すると、立体配線基板用基材１６の形成が完了する。なお、図１３乃至図１６において、第１金属膜３の図示は省略している。また、要求される立体形状にもよるが、実際の立体配線基板の形状は複数の凹凸が形成されることになるため、金型１１も複数の凹凸を有しており、上部金型１２と下部金型１３との複数の凹凸が互いに嵌合するような構造が採用されてもよい。

図１７に示されているように、立体成型が完了した熱可塑性樹脂フィルム１（すなわち、立体配線基板用基材１６）には、立体成型によって屈曲した屈曲部１ｄに亀裂１７が生じやすくなっている。ここで、図１８に示すように、亀裂１７とは、第１金属膜３を構成する銅の粒子３ａの粒子間距離の拡大によって生じる隙間のことであり、光が透過しない完全な金属膜状において当該金属膜が伸ばされることによって生じる亀裂と比較して、その構造が異なっている。なお、第１金属膜３の成膜状態、及び立体成型による三次元形状によっては、亀裂が発生しない場合もある。また、図１８に示すように、亀裂１７は、熱可塑性樹脂フィルム１が伸ばされたのに対し、第１金属膜３はそれに従って粒子間距離が広がることになるが、第１金属膜３がポーラス状に形成されているため、亀裂１７自体の深さは粒子３ａの寸法と同等であって非常に小さくなり、更には第１金属膜３が完全な膜状にて形成される場合と比較して亀裂１７の幅も小さくなる。すなわち、本実施例に係る立体配線基板用基材１６は、第１金属膜３が完全な膜状にて形成される場合と比較して、亀裂１７の修復をより容易に可能とする状態になっている。換言すれば、光を透過する状態で伸ばされた場合、粒子間の距離が空くだけなので亀裂１７（粒子間の隙間）は小さいが、光が透過しない完全な膜状で伸ばされると限界をこえた金属膜には亀裂が生じ幅の広いクラックが生じることになる。

また、屈曲部１ｄにおける亀裂１７の発生を減少させる方法として、熱可塑性樹脂フィルム１を２枚の保護フィルムによって挟んだ状態において、上述した立体成型を行ってもよい。これにより、屈曲部１ｄにおける角部１ｅの形状を若干滑らかにすることができ、亀裂１７の発生を抑制することができる。ここで、当該保護フィルムは、熱可塑性樹脂フィルム１と同一の材料で形成することが好ましい。更に、屈曲部１ｄにおける亀裂１７の発生を減少させる方法として、屈曲部１ｄにおける角部１ｅの形状を湾曲させる、或いはその角度を９０度よりも小さく（例えば、７５度〜８５度）となるように、金型１１を設計してもよい。

なお、本実施例においては、熱可塑性樹脂フィルム１を上部金型１２及び下部金型１３を用いて上下からプレス処理を施しているが、ヒートプレス後における熱可塑性樹脂フィルム１の厚みの均一性を確保することができれば、真空プレス、又は圧空プレス等の他のプレス加工方法を用いてもよい。

次に、立体配線基板用基材１６の第１金属膜３の表面を被覆するように、第２金属膜２１を形成する（第２金属膜形成工程：図１９）。本実施例においては、一般的な無電解めっきによって第１金属膜３の表面上に金属を追加的に堆積する。

具体的な第２金属膜形成工程としては、先ず、成型工程の加熱によって立体配線基板用基材１６の表面上に形成された酸化層を除去するために、立体配線基板用基材１６を所望の洗浄液（例えば、酸脱脂液、硫酸液）に浸す。続いて、触媒処理を行って立体配線基板用基材１６の第１金属膜３に、第１金属膜３と置換するタイプの触媒（例えばＰｄ触媒）を反応させ、その後に立体配線基板用基材１６を無電解めっき液に浸す。そして、表面に触媒が存在する第１金属膜３の周囲に対してのみ選択的に金属が堆積することになり、配線回路とならない領域（すなわち、熱可塑性樹脂フィルム１の露出領域）には金属が堆積されず、第２金属膜２１の追加のパターニングが不要となる。

本実施例においては、第２金属膜２１の金属として銅を用い、図２０及び図２１から分かるように、複数の銅の粒子２１ａが第１金属膜３の粒子３ａ上に堆積することになる。ここで、第２金属膜２１をポーラス状に形成することなく、完全な膜状に形成する。特に、本実施例においては、１時間の浸漬により、５μｍ以上の膜厚を備える第２金属膜２１を形成することができた。また、本実施例においては、第２金属膜２１を構成する粒子２１ａが、第１金属膜３を構成する粒子３ａの周囲に成長することになり、第２金属膜２１の厚み方向及び当該厚み方向に直交する方向（第２金属膜２１の平面方向）に対して同程度に成長することになる。これにより、立体成型によって生じた第１金属膜３の亀裂１７を修復するように、第２金属膜２１を形成することができる。すなわち、第２金属膜２１の形成により、亀裂１７による導通不良を回復させ、確実な導通を実現することができる配線回路（第１金属膜３及び第２金属膜２１からなる導体層）を形成することができる。ここで、第２金属膜２１による亀裂１７の修復は、第２金属膜２１の膜厚に対して２倍程度の亀裂１７の幅を修復できるため、第２金属膜２１の膜厚を想定される亀裂１７の最大幅の１／２倍以上に調整してもよく、より好ましくは亀裂１７の幅と同程度の膜厚に調整してもよい。また、この第２金属膜２１は貫通穴２の側壁１ｃにも表層と同様に生成され、貫通穴２による表裏の導通不良が仮にあった場合でも導通を修復することが可能である。

更に、本実施例においては、配線回路として必要となる導体層の層厚（配線パターン厚み）が第１金属膜３の膜厚では不足しているものの、第２金属膜２１を形成することによって当該導体層の必要な層厚を確保することができる。

なお、本実施例においては、無電解めっきによって第２金属膜２１を形成したが、最終的に第１金属膜３の表面上のみ第２金属膜２１を形成することができれば、他の成膜技術（例えば、電解めっき、導電性インクの塗布等）を用いてもよい。但し、本実施例の様に無電解メッキにより第２金属膜２１を形成する場合は、独立した配線すなわち当該配線回路が成型体の外周部から電気的に離間していても形成が可能であるが、電解めっきによって第２金属膜２１を形成する場合は、全ての配線が成型体の外周部と電気的に導通していることが必要であり、給電線の設置を含めて設計時に考慮することが必要となる。また、この場合、立体成型による非導通部分が発生していた場合、非導通部分から先は電気が流れないため第２金属膜２１が形成出来なくなる。

なお、第２金属膜２１の材料は、銅に限定されることなく、ニッケル若しくはニッケルクロム、ニッケル銅、金、又は銀等の他の金属またはこれらを含む合金を用いてよく、立体配線基板に要求される特性及び信頼性に応じてその材料を適宜調整することができる。

上述した製造工程を経てた後に、第２金属膜２１の表面に防錆剤処理を施して、熱可塑性樹脂フィルム１、第１金属膜３、及び第２金属膜２１から構成される立体配線基板３０の製造が完了する。なお、立体配線基板３０の表面の必要な部分に、ソルダーレジストからなる保護膜を更に形成してもよい。この場合に、インクジェット装置を用いたインジェット方式により、ソルダーレジストを必要な部分に塗布すること等の方法が考えられる。

図１９乃至図２１からわかるように、本実施例に係る立体配線基板３０においては、熱可塑性樹脂フィルム１の表面においてポーラス状に形成された第１金属膜３に生じる亀裂が、第１金属膜３よりも厚い膜厚で形成された第２金属膜２１によって確実に修復されており、配線回路の断線が防止された優れた信頼性が備えられている。また、上述した製造方法より、ＭＩＤ基板と比較して、より容易に微細な配線パターン（例えば、Ｌ／Ｓ＝３０／３０μｍ）を実現することができ、小型化及び低コスト化も実現されている。

そして、最終的に形成される立体配線基板３０は、図２２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの位置において、Ｚ方向の寸法（すなわち、高さ）が異なっており、ＸＹ平面において凹凸が形成されている。なお、図２２は、立体配線基板３０の３次元形状を説明するための模式的な図面であり、配線パターン及び貫通孔は省略している。

更に、本実施例に係る立体配線基板３０は、熱可塑性樹脂フィルム１の表面（第１の面１ａ及び第２の面１ｂ）に第１金属膜３及び第２金属膜２１からなる導体層を有するとともに、立体的な形状を有しているため、様々の用途に適用することができる。例えば、熱可塑性樹脂フィルム１を比較的に厚く（例えば、１００μｍ）すると、図２３に示すように、他の実装基板４０上に実装された電子部品４１に対して、電磁遮蔽を図りつつ、他の電子部品４２をその表面に搭載することが可能である。この場合には、電子部品４１側（すなわち内側）に位置する導体層（第１金属膜３及び第２金属膜２１）によって電磁遮蔽を図るため、内側に位置する導体層に対してパターニングを施さない（すなわち、ベタパターンを形成する）ことになる。また、立体配線基板３０は、実装基板４０に対して半田又は導電性接着剤等の接合部材を用いて固着されることになる。なお、パターニングする導体層とパターニングしない導体層とを入れ替えることにより、立体配線基板３０と実装基板４０とによって遮蔽された空間内に電子部品４２を配置し、且つ電子部品４１及び電子部品４２に対して電磁遮蔽を図るようにしてもよい。

更に、パターニングを施さない導体層を接地してＧＮＤ層として機能させ、当該パターニングされない導体層とは反対側に位置する導体層に単独の特性インピーダンス制御パターン又は差動インピーダンス制御パターンを形成してもよい。このような構造により、立体配線基板３０においてはインピーダンス制御を図ることができる。

そして、熱可塑性樹脂フィルム１を比較的に薄く（例えば、５０μｍ以下）する場合には、三次元形状を備える他のモールド樹脂に立体配線基板３０を接着し、従来のＭＩＤ基板の代替となる複合体として使用することができる。これは、熱可塑性樹脂フィルム１が薄いため、他のモールド樹脂に立体配線基板３０を接着しても、立体配線基板３０及び他のモールド樹脂からなる複合体の厚みが大きくならず、且つ当該複合体としての強度を確保することができるからである。また、当該複合体は、従来から存在するＭＩＤ基板と比較して、熱可塑性樹脂フィルム１の両面に導体層が形成されていることから、設計の自由度、外形サイズの狭小化を容易に図ることができる。

また、立体成型された２つの部分を平坦な熱可塑性樹脂フィルムが結んだ構造にして２つの部分を結ぶ配線を施せば、いわゆるフレックスリジッド基板の様な構造、使用方法が得られる。

＜本発明の実施態様＞
本発明の第１実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、５０％以上（実際に使用したフィルムは破断伸びが１６０〜１７０％の１２５μｍ厚の熱可塑性ポリイミド材）の破断伸びを備える樹脂フィルムを準備する準備工程と、前記樹脂フィルムの表面上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、フォトリソグラフィによって前記第１金属膜にパターニングを施し、所望のパターンを形成するパターン形成工程と、前記樹脂フィルムに対して加熱及び加圧を施して立体成型する立体成型工程と、パターン形成された前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有し、前記第１金属膜形成工程においては、金属を粒子状に堆積し且つ膜厚を調整することによって前記第１金属膜をポーラス状に形成することである。

第１実施態様においては、パターン形成された第１金属膜を用いて第２金属膜を形成するため、第１金属膜及び第２金属膜をパターニングするための特殊な装置や工程等が不要であり、既存の配線基板製造装置が使用でき、より微細な配線パターンをより低コストで実現することができる。また、樹脂フィルムの両面に第１金属膜及び第２金属膜を形成するため、片面基板と比較して、配線回路の自由度が高く、且つ小型化も容易に図ることが可能になる。更に、第１金属膜をポーラス状に形成するため、その後の立体形成工程においても、修復が不可能な亀裂を第１金属膜に発生することを防止することができる。以上から、本発明の立体配線基板の製造方法は、配線回路の微細加工及びコスト低減を図るとともに、配線回路の断線を防止して優れた信頼性を備える立体配線基板を製造することができる。

本発明の第２実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第１実施態様において、前記立体成型工程における立体成型によって屈曲した前記樹脂フィルムの屈曲部上に位置する前記第１金属膜に亀裂が生じた場合に、前記第２金属膜によって前記亀裂を修復することである。これにより、配線回路に導通不良が生じることなく、信頼性の高い立体配線基板を製造することができる。

本発明の第３実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第２実施態様において、前記第２金属膜形成工程で前記第２金属膜の厚みを前記亀裂の幅の１／２倍以上にすることである。これにより、第１金属膜に生じる亀裂を第２金属膜によって確実に修復することができる。

本発明の第４実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第１乃至第３実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜形成工程で銅、銀、ニッケル、若しくは金、又はこれらのいずれかを少なくとも含む合金を粒子状に０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下堆積することである。これにより、樹脂と金属の密着を損なわずに第１金属膜に生じる亀裂を小さくすることができ、第２金属膜によって確実に修復することができる。

本発明の第５実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第１乃至４実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜形成工程で分子接合剤を用いて前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合することである。これにより、樹脂フィルムに凹凸を形成することなく、樹脂フィルムと第１金属膜とを確実に接合することができ、製造コストの低減および配線パターンの高精細化を図ることができる。

本発明の第６実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第５実施態様において、前記分子接合剤は、前記樹脂フィルムと反応する第１官能基及び前記第１金属膜の金属と反応する第２官能基を備えることである。これにより、樹脂フィルムと第１金属膜とをより確実に接合することができ、製造コストの更なる低減を図ることができる。

本発明の第７実施態様に係る立体配線基板の製造方法は、上述した第１乃至６実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜形成工程において前記樹脂フィルムの両面上に前記第１金属膜を形成し、前記パターン形成工程において前記樹脂フィルムの両面上に形成された前記第１金属膜のいずれに対してもパターニングを施し、前記第２金属膜形成工程おいてパターニングされた前記第１金属膜のいずれに対しても前記第２金属膜を形成することである。これにより、立体配線基板の両面に配線パターンを形成することができ、立体配線基板の高密度化を図ることができる。

本発明の第８実施態様に係る立体配線基板は、立体的形状を備え、且つ５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、を有し、前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されていることである。

第８実施態様においては、パターン形成された第１金属膜を用いて第２金属膜を形成するため、第１金属膜及び第２金属膜をパターニングするための特殊な装置や工程等が不要となり、より低コスト且つ微細な配線パターンが実現されている。また、樹脂フィルムの両面に第１金属膜及び第２金属膜を形成するため、片面基板と比較して、配線回路の自由度が高く、且つ小型化も容易に実現することが可能になる。更に、第１金属膜をポーラス状に形成するため、第１金属膜に亀裂が生じても第２金属膜で修復されており、導通不良がなく且つ優れた信頼性を備える配線回路が実現されている。以上から、本発明の立体配線基板は、配線回路の微細加工及びコスト低減が図れられているとともに、配線回路の断線を防止して優れた信頼性を備える。

本発明の第９実施態様に係る立体配線基板は、上述した第８実施態様において、前記第２金属膜は、前記樹脂フィルムの屈曲部において前記第１金属膜に生じる亀裂を修復することである。これにより、配線回路に導通不良が生じることがなくなり、優れた信頼性を実現することができる。

本発明の第１０実施態様に係る立体配線基板は、上述した第９実施態様において、前記第２金属膜の厚みは、前記亀裂の幅の１／２倍以上である。これにより、第１金属膜に生じる亀裂を第２金属膜によって確実に修復することができる。

本発明の第１１実施態様に係る立体配線基板は、上述した第８乃至第１０実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜は、銅を粒子状に０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下堆積したポーラス状の構造を備えることである。これにより、第１金属膜に生じる亀裂を小さくすることができ、第２金属膜によって確実に修復することができる。

本発明の第１２実施態様に係る立体配線基板は、上述した第８乃至第１１実施態様のいずれかにおいて、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜との間に、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合する分子接合剤を有することである。これにより、樹脂フィルムに凹凸を形成する必要がなくなるため、製造コストの低減が図られるとともに、樹脂フィルムと第１金属膜とを強固に接合することができる。

本発明の第１３実施態様に係る立体配線基板は、上述した第１２実施態様のいずれかにおいて、前記分子接合剤は、前記樹脂フィルムと反応する第１官能基及び前記第１金属膜の金属と反応することである。これにより、樹脂フィルムと第１金属膜とをより強固に接合することができ、製造コストの更なる低減を図ることができる。

本発明の第１４実施態様に係る立体配線基板は、上述した第８乃至第１３実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜が前記樹脂フィルムの両面上に形成されていることである。これにより、立体配線基板の高密度化を図ることができる。

本発明の第１５実施態様に係る立体配線基板用基材は、５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、を有し、前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されていることである。

第１５実施態様においては、第１金属膜をポーラス状に形成するため、第１金属膜に亀裂が生じても、追加の成膜によって当該亀裂を修復することができるため、最終的な導通不良の防止が図られている。

本発明の第１６実施態様に係る立体配線基板用基材は、上述した第１５実施態様において、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜との間に、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合する分子接合剤を有することである。これにより、前記樹脂フィルムに凹凸を形成する必要がなくなるため、製造コストの低減が図られるとともに、前記樹脂フィルムと第１金属膜とを強固に接合することができる。

本発明の第１７実施態様に係る立体配線基板用基材は、上述した第１５又は第１６実施態様のいずれかにおいて、前記第１金属膜が前記樹脂フィルムの両面上に形成されていることである。これにより、立体配線基板の高密度化を図ることができる。

１ 熱可塑性樹脂フィルム
１ａ 第１の面
１ｂ 第２の面
１ｃ 側面
１ｄ 屈曲部
１ｅ 角部
２ 貫通孔
３ 第１金属膜
３ａ 粒子
４ 分子接合剤
１１ 金型
１２ 上部金型
１３ 下部金型
１４ 上部加熱装置
１５ 下部加熱装置
１６ 立体配線基板用基材
１７ 亀裂
２１ 第２金属膜
２１ａ 粒子
３０ 立体配線基板
４０ 実装基板
４１ 電子部品
４２ 電子部品

Claims (17)

1. ５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムを準備する準備工程と、
   前記樹脂フィルムの表面上に第１金属膜を形成する第１金属膜形成工程と、
   フォトリソグラフィによって前記第１金属膜にパターニングを施し、所望のパターンを形成するパターン形成工程と、
   前記樹脂フィルムに対して加熱及び加圧を施して立体成型する立体成型工程と、
   パターン形成された前記第１金属膜上に第２金属膜を形成する第２金属膜形成工程と、を有し、
   前記第１金属膜形成工程においては、金属を粒子状に堆積し且つ膜厚を調整することによって前記第１金属膜をポーラス状に形成する立体配線基板の製造方法。
2. 前記第２金属膜形成工程は、前記立体成型工程における立体成型によって屈曲した前記樹脂フィルムの屈曲部上に位置する前記第１金属膜に亀裂が生じた場合に、前記第２金属膜によって前記亀裂を修復する請求項１に記載の立体配線基板の製造方法。
3. 前記第２金属膜形成工程においては、前記第２金属膜の厚みを前記亀裂の幅の１／２倍以上にする請求項２に記載の立体配線基板の製造方法。
4. 前記第１金属膜形成工程においては、銅、銀、ニッケル、若しくは金、又はこれらのいずれかを少なくとも含む合金を粒子状に０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下堆積する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体配線基板の製造方法。
5. 前記第１金属膜形成工程においては、分子接合剤を用いて前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体配線基板の製造方法。
6. 前記分子接合剤は、前記樹脂フィルムと反応する第１官能基及び前記第１金属膜の金属と反応する第２官能基を備える請求項５に記載の立体配線基板の製造方法。
7. 前記第１金属膜形成工程においては、前記樹脂フィルムの両面上に前記第１金属膜を形成し、
   前記パターン形成工程においては、前記樹脂フィルムの両面上に形成された前記第１金属膜のいずれに対してもパターニングを施し、
   前記第２金属膜形成工程においては、パターニングされた前記第１金属膜のいずれに対しても前記第２金属膜を形成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の立体配線基板の製造方法。
8. 立体的形状を備え、且つ５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、
   前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、
   前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、を有し、
   前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されている立体配線基板。
9. 前記第２金属膜は、前記樹脂フィルムの屈曲部において前記第１金属膜に生じる亀裂を修復する請求項８に記載の立体配線基板。
10. 前記第２金属膜の厚みは、前記亀裂の幅の１／２倍以上である請求項９に記載の立体配線基板。
11. 前記第１金属膜は、銅を粒子状に０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下堆積したポーラス状の構造を備える請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の立体配線基板。
12. 前記樹脂フィルムと前記第１金属膜との間に、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合する分子接合剤を有する請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の立体配線基板。
13. 前記分子接合剤は、前記樹脂フィルムと反応する第１官能基及び前記第１金属膜の金属と反応する第２官能基を備える請求項１２に記載の立体配線基板。
14. 前記第１金属膜は、前記樹脂フィルムの両面上に形成されている請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の立体配線基板。
15. ５０％以上の破断伸びを備える樹脂フィルムと、
    前記樹脂フィルムの表面上に形成され、所望のパターンを備える第１金属膜と、を有し、
    前記第１金属膜は、金属を粒子状に堆積してなるポーラス状の構造となるように膜厚が調整されている立体配線基板用基材。
16. 前記樹脂フィルムと前記第１金属膜との間に、前記樹脂フィルムと前記第１金属膜とを化学結合する分子接合剤を有する請求項１５に記載の立体配線基板用基材。
17. 前記第１金属膜は、前記樹脂フィルムの両面上に形成されている請求項１５又は１６に記載の立体配線基板用基材。
    
    

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