JPH01281792A - 紫外レーザによる導体パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、紫外レーザによる導体パターンの形成方法
に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、プリント配線板上の導体パターン形成は、フォ
トレジスト材料を用い、銅箔をエツチングすることによ
り行なわれている。また、光化学反応を利用した直接パ
ターン形成アディティブ法による導体形成も行なわれて
いる（電子材料、　１９８０年６月、第７３ページ〜第
７８ベージ９照）、この方法は、フォトレジスト材料を
用いずに無電解メッキ法により直接基板にパターンを形
成する方法であり、工程が簡略化され、生産性を著しく
向上させるものと期待されている。しかし、現状におい
ては、導体として用いられるメッキ層の銅と基板との密
着力が弱いため、信頼性に欠け、実用になる範囲も限ら
れている。

他方、プリント配ｌｉｔ板は高密度化がますます皿み、
基板の製造方法が色々と検討されており、導体パターン
の形成方法についても色々と工夫がなされている。この
ような高密度化の進むプリント基板の中で、多層化が著
しく進んだ多層鋼ポリイミド基板がある。この基板はセ
ラミック基板の上に層間絶縁層としてポリイミド樹脂層
を数十層まで積み上げることにより多層化を図ったもの
である。誘電率の低いポリ、イミド樹脂を用いるため、
コンピュータへの適用が進められ、新しい高密度実装モ
ジュールとして広く適用されることが期待されている。

従来の多層銅ポリイミド基板の導体パターンの形成方法
について以下に述べる。セラミック基板上に電解メッキ
により銅メッキ層を形成し、フォトレジストを使用する
ことによってＪ４のエツチングを行ない導体パターンを
形成する。この上に第１層目のポリイミド層を絶縁層と
して塗布する。

ポリイミド絶縁層の導体パターンとセラミック基板上の
導体パターンとの接続が必要なため、ポリイミド樹脂層
にバイアホール形成を行なう、そこでバイアホール形成
ができるように、感光性ポリイミド樹脂を用いてバイア
ホール部分の樹脂を現像により洗い流し、バイアホール
を形成する方法が試みられている。このポリイミド樹脂
層の上に導体パターンを形成させ、さらにこの上に第２
層目のポリイミド樹脂層を塗布するというようにして数
十層の積層がなされ、多層化を可能にした。

なお、ポリイミド樹脂層上の導体パターン形成には、ま
ず鋼の層をメッキ法によりポリイミド層全体に被う、メ
ッキ層とポリイミド層との密着力を強化するためにあら
かじめ基板の粗面化が必要である。ポリイミド層上全面
が銅メッキ層で被われると、フォトレジストを用いてパ
ターン形成を行ない、エツチングにより鋼層な除去する
ことによって導体パターンが形成される。

［発明が解決しようとする課Ｊｇ］ 従来の導体パターンの形成方法は、以上のように鋼ポリ
イミド鋸板を作るために感光性ポリイミドを用いてパイ
７ホールを形成し、さらにフォトレジスト材料を用いて
パターン形成を行なっている。従って、−層につき２度
のりソゲラフイエ程によるパターン形成を必要とし、積
層が増すにつれて工程が非常にＦｉ雑となるという問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、銅ポリイミド基板をはじめとする種々の基板
での導体パターン形成において、複雑なりソゲラフイエ
程を省略することができ、その製造工程を大幅に簡略化
できる紫外シー２ザによる導体パターンの形成方法を得
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る紫外レーザによる導体パターンの形成方
法は、感光剤を含む絶縁層に紫外レーザを照射し、絶縁
層を分解除去すると共に感光剤を活性化する工程、感光
剤の活性部にメッキ核を形成する工程、及びメッキ核形
成部をメッキして導体パターンとする工程を施すもので
ある。

［作用］ この発明における導体パターンの形成方法は、光に感光
してメッキ核となる感光剤を含有した基板に高輝度の紫
外レーザを照射すると、基板の中心組成である高分子材
料は紫外レーザにより分解除去され、基板表面はメッキ
層が密着するのに最適な状態に粗面化される。これと同
時に、感光剤は紫外線照射により感光されて無電解メッ
キ液中の金属を析出させる触媒核として作用し、無電解
メッキにより基板上に金属導体のパターンを形成するこ
とができる。このように、基板材料中に紫外レーザに感
知する感光剤を含有させることにより、通常のレジスト
材料を使用することなく、直接的に基板上に導体パター
ンを形成させることができる。なお、従来の直接的に基
板上に導体パターンを形成させるフォトアディティブ法
においては、基板と導体金属層間の密着力が不十分であ
ったが、紫外レーザによろ基板の分解除去反応により一
挙に解決できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する０図面
１ａ）〜（ｅｌはこの発明の一実施例による、紫外レー
ザによる導体パターンの形成方法を工程順に示す説明図
であり、図において、（１）は絶縁層、（２）は感光剤
、（３）は紫外レーザ、（４）は金属酸化物、（５）は
メッキ核、（６）は導体パターンである。

次にこの発明の一実施例による、紫外レーザによる導体
パターンの形成方法を図面をもとに工程順に説明する６
図面（ａ）に示すように感光剤（２）を含む絶縁層（１
１に、図面（ｂ）に示すように紫外レーザ（３）を照射
する。紫外レーザ（３）によって絶縁層（りの表面層が
分解除去され、これと同時に感光剤（２）が露出して、
活性化される。（２ａ）は感光剤の活性部であり、還元
性を有する０次に、メッキ核溶液処理を施すと、図面（
ｃ）に示すように絶縁層（１）の表面層に付着した金属
酸化物（４）はそのままであるが、活性化された感光剤
（２ａ）に接触した金属酸化物は感光剤（２ａ）により
還元されて金属（４ａ）が析出する。従って洗浄により
未反応の金属酸化＊　（４）を除去すると、図面（ｄ）
に示すようにメッキ核となる金属（５）が残る。これに
メッキを施すと、図面（ｅ）に示すようにメッキ核（５
）Ｊ：にメッキ層が形成され、これが導体パターン（６
）となる。

図面（ａｔの絶縁層（１）は、例えば高分子材料などの
樹脂層である。この感光剤を含む絶縁層である基板材料
について説明する。感光剤をあらかじめ基板材料中に含
有させることによって、紫外レーザに感光する基板材料
を作ることができる。基板材料全体に均一に感光剤が分
散していると、バイアホールを形成したときの側壁部分
のメッキ形成が可能となる。しかし、バイアホールがな
い場合、あるいはバイアホールのメッキが不要の場合な
どは、基板材料全体に均一に感光剤を分散させず、基板
に感光剤を含有した樹脂を塗布してもよい、以下、銅ポ
リイミド基板の場合のポリイミド樹脂中に感光剤を混合
する方法の一例を具体的に説明する。ポリイミド樹脂は
一般に溶剤に不溶であるため、溶剤に可溶な前駆体であ
るポリアミック酸を用いる。ポリアミック酸に感光剤を
混入して３００〜４００　６Ｃでの加熱処理による脱水
閉環反応を行なうことより、感光剤を含むポリイミドが
得られる６以上ポリイミド樹脂中に感光剤を分散させた
場合について述べたが、これ以外にガラスエポキシ樹脂
基板のエポキシ樹脂中に感光剤を分散することによって
、あるいは感光剤の分散された樹脂を基板にコーティン
グすることによっても顕著な効果が認められる。

次に使用する感光剤について説明する。露光により還元
性を付与される感光剤として、芳香族アゾ化合物（光分
解により還元性フェノール）　、　Ｆｅｍ　（ＣａＯ２
）　ｓ　（光還元によりＦｅＣｔＯ−）　、　２．７−
アントラキノンジスルホネート（光還元により水素付化
＊＞　、メチレンブルー（光還元により水素付化物）、
さらにＴｉ０ｇ、ＺｎＯがある。ＴｉＯｘ、Ｚｎｏは紫
外線照射により電子（ｅ）、正孔（ｈ）対の発生により
電位勾配が生じ、電子はＴｉＯｘ、ＺｎＯの内部へ、正
孔は表面へ移動し、′：を荷分離が起こる。この時、正
孔は表面の陰イオンと再結合して酵素を放出すると同時
に深い準位の還元性トラップが形成される（詳シ＜ハ雑
誌（ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ　５ＣＩＥＮＣＥ
　ＡＮＤＴＥＣ）ＩＮＯＩ、ＯＧＹ、　　Ｓｅｐｔｅｍ
ｂｅｒ　　ｌ９７４．Ｊ！６［１ページ〜１１６７ベー
シ）全脂）、従って、金属塩と反応し、金属が析出する
と考えられている。感光剤として用いられるものは、以
上のように感光により還元性を付与され、金属塩を還元
することによって金属を析出させるものの他に、感光に
より感光剤そのものから金属が遊離し、金属核となるも
のがある、例えば有機カルボン酸の金属塩が３５０ｎｍ
以下の紫外光により金属を遊離することは知られており
、酒石酸二銀塩、グルタミン酸二銀塩なとの二銀塩を感
光剤として用い、直接的にメッキ核を形成することがで
きる。このような二銀塩のみでは感度不足のため、Ｚｎ
Ｏを組み合わせることによって増感させることも可能で
ある１種々の増感剤について検討した結果、ＴｉＯｘ、
ＺｎＯを用いた場合が効果的であった。この発明の一実
施例として、基板がｇ４ポリイミド基板の場合について
以下に述べる。

ポリイミド樹脂中にＴｉＯ２を次に示す条件で混合する
。使用するＴｉＯ□の粒径としては０．旧〜５μｍの範
囲のものを用いる。５μｍ以上の粒径のものを用いると
、光の透過性が損なわれるため、感度が低下する。また
、０．０１μｍ以下のものを用いると、樹脂へのＴ　ｉ
Ｏ＊の混合時に樹脂の増粘が著しくなり、樹脂の調整並
びに基板への塗布が不可能になる。好ましくは０．０２
〜０．２μｍの粒径のものを用いるとよい、　Ｔｉｎ５
の樹脂への添加量は０．１〜６０重呈％の範囲が好まし
い、０．１重量％以下の添加ｔでは充分なメッキ核形成
がなされない、　６０ｆｉｆｉ％以上になると樹脂粘度
の増粘が著しくなり、基板への均一な塗布が困難になる
ばかりでなく、樹脂中のＴｉＯｘの充填率か高くなるこ
とにより、ボリイミド樹脂の絶縁特性が損なオ〕れる。

次に紫外レーザについて説明する。最近、高輝度の紫外
線を照射することのできるレーザの進歩が著しく、例え
ば、ガスの組み合わせで種々の波長の紫外線を発光する
エキシマレーザあるいはＹＡＧレーザの第４高調波を利
用すれば、容易に高輝度の紫外線を取り出すことができ
るようになってきた０例えばＡｒＦガスを用いたエキシ
マレーザＱ）１９３ｎ＋ｍの紫外線、あるいはＫｒＦガ
スを用いたエキシマレーザの２４９ｎ−の紫外線を高分
子材料に照射すると、閾値以上になると高分子材料が瞬
時に分解除去されることが見出されている。光化学反応
により高分子鎖の切断が生じ、低分子量化にともない、
炭酸ガスや一酸化炭素となり蒸発分解するものと考えら
れる。高分子材料の分解除去の方法として、ＣＯ，レー
ザ等の赤外レーザな利用することもできるが、この方法
は局部加熱により分解除去するために、エキシマレーザ
のように表面層のみの反応ではなく、内部に熱が伝達さ
れるため、分解除去部分のシャープなパターンが得られ
ず、さらに、黒発生も多（見られる。この点、紫外レー
ザを用いると、表面層での反応により分解除去が進むた
め、分解除去部分のパターンが非常にシャープになる。

従って、シャープなパターンで基板表面の粗面化、さら
に除去加工が行なわれる。

また、基板中はメッキ層を形成するための核となる感光
剤を含んでおり、この感光剤は樹脂層によって被われて
いる。このため、このままで紫外線を照射すると樹脂層
によって照射光が吸収され、感光が抑制される。さらに
、感光剤のメッキ核溶液との接触が妨げられ、メッキ核
の形成が損なわれる。そこであらかじめ基板を研摩する
ことにより、表面を粗面化すると共に、感光剤を露出さ
せる必要がある。高輝度の紫外レーザを使用することに
よって、基板の樹脂層の除去加工と基板中の感光剤の露
光を同時に成し遂げることができる。

使用できるレーザは、例えばＦｚ　（１５７ｎａ）　、
ＡｒＦ　（１９３ｎｍ）　、　ＫｒＣ１（２２２ｎｍｌ
　、　ＫｒＦ　（２４９ｎｍ）　、ＣＩＦ　（２８４ｎ
ｓ＋）　、　ＸｅＣ１（３０８ｎｍ）　、　ＸｅＦ　（
３５Ｉｎ１１）などのエキシマレーザおよびＹＡＧレー
ザの第４高調波（２６５ｎｎ）がある。

従って、ＴｉＯ□（２）を含むポリイミド樹脂ＴＩ３に
ＡｒＦあるいはＫｒＦのエキシマレーザを用い、＋９３
ｎ蒙あるいは２４９ｎｍの紫外線（３）を照射すること
によって、ポリイミド樹脂を分解除去し、ＴｉＯｘ　（
２ａ）を露出させると同時に還元性を付与させることが
できる（図面（ｂ）　）　、これに金属塩（４）を塗布
すると、ポリイミドの露光された部分に接触した金属塩
（４ａ）のみが還元され、この部分にメッキ核となる金
属（５）が析出する（図面（ｃ）　）　、金属塩として
例えばＰｄＣ１諺、ＡｇＣ１，Ｈ冨ＰｔＣ１ｇを用いた
場合、析出する金属はそれぞれＰｄ、　Ａｇ、　Ｐｔで
ある１次に洗浄して未露光部分の未反応金属塩を除去し
く図面（ｄ））、無電解鋼メッキ液に浸漬するとメッキ
層（６）が形成される（図面ｔｅｌ　）　、また、ポリ
イミド層にバイアホール形成が必要な場合には、エキシ
マレーザの出力を上げることによって、容易にバイアホ
ールが形成できる。バイアホール形成と同時にバイアホ
ール壁面ではＴｉ０ｇが露出され、露光により還元性が
付与されるため、バイアホール形成とメッキ核形成を同
時に行なうことができ、銅ポリイミド基板の製造プロセ
スを非常に簡略化できる結果となった。

以上、絶縁層が銅ポリイミド基板の場合について述・ス
たが、これに限るものではなく、例えば通常のガラスエ
ポキシ基板においても同様に、エポキシ樹脂中にＴｉＯ
ｘを分散させることによって可能である。

また、基板材料中にＴｉＬなとの感光剤を分散させず、
絶縁層の表面に感光剤を塗布等によって形成する場合に
おいては、樹脂中に感光剤を分散させて塗布用樹脂を形
成し、この塗布用樹脂を絶縁層に塗布すればよい。

また、図面ｔｅｌにおけるメッキは無電解メッキに限ら
ず、電解メッキでも同様の効果がある。

以上の方法により導体パターンを形成したプリント配線
板は、工程の簡略化にともなう低コスト化が期待できる
ばかりでなく、導体金属と基板との密着力も優れ、信頼
性の高いものであることが分かった。以下にその効果に
ついて具体的に実施例をあげて説明する。

（実、定例１） 市販ポリイミド樹脂（デュポン社製バイラリンＰＩ−２
５５５）　１００　ｇ中に平均粒径０．１　μｍのＴｘ
Ｏｚ　５ｇを十分に分散させたものをアルミナ基板にＩ
ＩＱ厚１０μｍとなるように調節しながら塗布する。は
じめに　１３５＠Ｃで２０分の予備加熱を行ない、さら
に３００°Ｃで９０分の加熱により完全硬化を行なう。

ポリイミド表面に塩化パラジウム（ｐｄｃｔｓ　）溶液
を塗布し、乾燥後、マスクを介してレーザを照射する。

エキシマレーザ（三菱型ｉ製ＶＥＸ−４００）を用いて
ＡｒＦの１９３ｎ−の紫外光をポリイミド樹脂の表面に
照射することによって導体パターンを形成する。ポリイ
ミド表面に２Ｊ／ｃｍ”のパルスエネルギーのレーザ光
を２０パルス照射する。照射した後、直ちに錯化剤で過
剰の塩化パラジウムを洗い流す、この基板を無電解メッ
キ液（シュプレー社カッパーミックス３２８）に浸し、
薄い銅メッキ層を形成させる１次にパネル電解メッキに
よって一次鋼を成長させて、金属メッキ層を１０μｍの
厚さに仕上げる０以上のようにして鋼ポリイミド基板を
形成した。また、バイアホール部分のメッキが必要な場
合は、レーザ光を５０パルス照射すると、瞬時のうちに
１０μｍの厚さのポリイミドが分解除去されて、クリー
ンな穴が形成される。この穴に塩化バラジウンム溶液を
塗布し、乾燥させるとメッキ核となるパラジウムが析出
する。これを無電解メッキ液に浸漬するとバイアホール
側壁にメッキ層が形成される。このようにして形成され
たメッキ層の特性を評価するために、１ｃｍ幅のメッキ
鋼のビーリング試験を行ない鋼メッキ層とポリイミド層
間の密着力を比較した。比較例として、ポリイミド樹脂
層をサンドペーパーでこすった１ｉＰｄ溶液で処理し、
無電解メッキ液に浸漬し、さらにその後電解メッキによ
り成長させたメッキ層（比較例１）、および上記のＴｉ
Ｏ□の入ったポリイミド層に高圧水銀ランプによる紫外
線を照射することによってメッキ核を形成させて成長さ
せたメッキ層（比較例２）を挙げる。この実施例１、比
較例１．および比較例２における引き剥し強さ（にｇ／
Ｉｃｍ幅）を表１に示す。

表１　引き剥し強さ（Ｋｇ／Ｉｃｅ幅）（実施例２） 市販ポリイミド樹脂（デュポン社製バイラリンＰＩ−２
５５５）　１００ｇ中に平均粒径０．５μｍのグルタミ
ン酸二銀塩２０ｇを充分に分散させたものをアルミナ基
板に膜厚ｌＯμｍとなるように調節しながら塗布する。

はじめに　１３５＠ｃで２０分の予備加熱を行ない、さ
らに３００”Ｃで９０分の加熱により完全硬化を行なう
。エキシマレーザ（三菱電機製ＭＥＸ−４０ｕ）を用い
てＡｒＦの＋９３ｎｍの紫外光をポリイミド樹脂の表面
に照射する。ポリイミド樹脂表面は表層を分解除去され
ると同時に表面に銀が析出してメッキ核が形成される。

この基板を無電解メッキ液（シュプレー社カッパーミッ
クス３２８）に浸すと、レーザ照射部分に薄い鋼メッキ
層が形成される０次にパネル電解メッキによって一次鋼
を成長させて、金属メッキ層を１０μｍの厚さに仕上げ
る。なお、２Ｊ／ｃｍ”のパルスエネルギーのレーザな
２０パルス照射した８以上のようにして銅ポリイミド基
板を形成し、メッキ層の特性を評価するために、１ｃｍ
幅のメッキ銅のビーリング試験を行なうことによって銅
メッキ層とポリイミド層間の密着力を比較した。比較例
として、ポリイミド’ｆＭ　Ｆｅ　Ｉｌｆをサンドペー
パーでこすり、Ｐｄ溶液で処理後、無電解メッキ液に浸
漬し、さらにその後電解メッキにより成長させたメッキ
層（比較例１）、および上記のポリイミド層に高圧水銀
ランプによる紫外線を照射することによって、メッキ核
を形成させて成長させたメッキ層（比較例３）を挙げる
。この実施例２、比較例１、および比較例３における引
き剥し強さ（Ｋｇ／１ｃｍ幅）を表２に示す。

表２　引き剥し強さ（にｇ／ｌｃ＋ａ幅）以上のように
、実施例１．２のどちらにおいてもその効果は明らかで
あった。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、感光剤を含む絶縁層
に紫外レーザを照射し、絶縁層を分解除去すると共に感
光剤を活性化する工程、感光剤の活性部にメッキ核を形
成する工程、メッキ核形成部をメッキして導体パターン
とする工程を施すことにより、複雑なりソゲラフイエ程
を省略でき、その製造工程を大幅に簡略化できる。さら
に、レーザによる分解除去作用を利用するため、導体パ
ターンの付着力が増強され、信頼性の高い導体パターン
を形成できる紫外レーザによる導体パターンの形成方法
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｌ斥１（ａ）〜（ｅ）はこの発明の〜実施例による紫外
レーザによる導体パターンの形成方法を工程順に示す説
明図である。 （＋）　　・・・絶縁層、（２）　　・・・感光剤、（
３）　　・・・紫外レーザ、（４）・・・金属酸化物、
（５）　　・・・メッキ核、（６）・・・導体パターン
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 感光剤を含む絶縁層に紫外レーザを照射し、上記絶縁層
   を分解除去すると共に上記感光剤を活性化する工程、上
   記感光剤の活性部にメッキ核を形成する工程、上記メッ
   キ核形成部をメッキして導体パターンとする工程を施す
   紫外レーザによる導体パターンの形成方法。