JPH07221443A - 導電金属の基板への付着方法 - Google Patents

導電金属の基板への付着方法

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JPH07221443A
JPH07221443A JP6316391A JP31639194A JPH07221443A JP H07221443 A JPH07221443 A JP H07221443A JP 6316391 A JP6316391 A JP 6316391A JP 31639194 A JP31639194 A JP 31639194A JP H07221443 A JPH07221443 A JP H07221443A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性よく、高周波回路への応用にも適し
た、導電金属を誘電体基板に付着させる方法を提供す
る。 【構成】 所定のパラメータを有する荒い表面を有する
金属シートを、その荒い表面を基板の表面に対して押圧
することによって、金属シートを誘電体基板の表面に張
り付け、その後、基板から除去する。基板表面に対して
シーディングを行ない、基板に対する無電解メッキのた
めに基板を活性化する。そして、無電解メッキ槽で基板
に金属をメッキする。もう1つの方法では、誘電体基板
に対してシーディングを行ない、基板に対する無電解メ
ッキのために基板を活性化する。そして、無電解メッキ
槽で基板に金属をメッキする。メッキした金属は、少な
くとも約100℃で、上記金属の基板への付着力を高め
るために十分な時間、加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電金属の無電解付着
を行なうため、誘電体基板の少なくとも1つの主表面を
コンディショニングすることに関するものである。本発
明は特に印刷回路カードおよび印刷回路板の製造に応用
できる。
【0002】
【従来の技術】印刷回路カードおよび印刷回路板の製造
では、誘電体シート材料が基板として用いられる。その
基板の一方または両方の主表面には導電性の回路パター
ンが設けられる。
【0003】導電パターンは基板表面に、種々の既知の
手法を用いて形成することができる。これら既知の手法
の1つにサブトラクティブ法があり、この手法では銅層
をエッチングして所望の回路パターンを形成する。ま
た、EDB法(無電解直接接合)では、基板表面に直
接、銅を無電解メッキし、所望のパターンを形成する。
さらに剥離法(peel−apart)では、剥離銅の
薄層から所望の回路パターンをメッキしていく。
【0004】EDB法を用いる場合には、基板表面に直
接、メッキすることが必要である。
【0005】誘電体基板は非導電性であるため、その基
板にメッキを行なうためには、金属を付着する前に、基
板のシーディング(seeding)あるいは触媒化を
行なう必要がある。そのとき基板はシーダー(seed
er)によって被覆され、また基板に設けられた穴すな
わちバイアの壁も被覆される。
【0006】基板を触媒化するために広く用いられてい
る方法は、塩化スズ増感液および塩化パラジウム活性剤
を用いるというものであり、それによって金属パラジウ
ム粒子の層を形成する。例えば、米国特許第3,01
1,920号明細書に、誘電体基板を触媒化する1つの
方法が例示されている。その方法では、まずコロイド金
属の溶液によって基板を活性化し、選択的溶媒を用い
て、活性化された基板における保護コロイドを除去する
処理を促進し、その後、基板上に金属膜を無電解的に付
着させる。上記金属膜は例えば、銅の塩および還元剤の
溶液から得られる銅によって形成される。また、例えば
米国特許第3,009,608号明細書に提案されてい
るように、半コロイド溶液を用いてパラジウム金属など
の金属粒子の“導電化材料”の薄膜を誘電体基板上に付
着させるという前処理を行なうこともできる。それによ
って導電性の基礎部を形成し、導電金属による基礎部へ
の電気メッキを可能とする。さらに、米国特許第3,6
32,388号明細書には、メッキ処理において高分子
プラスティック基板を処理する方法が提案されている。
その方法では、クロム酸によるエッチングをまず行な
い、次にスズ・パラジウム・ヒドロゾル内で1ステップ
の活性化を行なう。
【0007】以上の方法は、従来の多くの応用において
は、導電材料の薄層を非導電性の誘電体基板に無電解メ
ッキあるいは電気メッキするための方法として、満足の
いくものであった。さらに、いわゆる“トリプル・シー
ディング”と呼ばれる技術を用いる、興味深い手法が米
国特許第4,066,809号明細書に開示されてい
る。それによると、誘電体材料の表面を水性の塩化スズ
増感液に接触させ、さらにその表面を水性の塩化パラジ
ウム活性剤溶液に接触させる。その後、誘電体材料表面
を、塩化パラジウム/塩化スズ/塩酸シーダーの水溶液
に接触させる。
【0008】しかし、初期の頃の印刷回路板作製におけ
る主たる困難の1つは、化学付着させた銅あるいは導電
性金属と誘電体基板との間で十分な付着力が得られない
ということであった。提案された1つの方法では、犠牲
金属層を用いている。すなわち、誘電体基板の表面に、
銅、ニッケル、アルミなどの金属の被覆(sheat
h)あるいは膜のラミネートを行なっている。その後こ
の金属膜は、回路を形成する前に、基板から完全に剥す
かあるいはエッチングされる。この手法では、誘電体基
板の表面が不整となるが、それによって表面は、メッキ
金属を接合するためにより適したものとなる。しかし、
この手法にはいくつかの問題がある。その1つは、メッ
キ金属皮膜にボイドが生じるという問題である。
【0009】特別に調整した銅箔を用いることによっ
て、配線パターンの形成における改善が得られること
は、米国特許第4,358,479号明細書に開示され
ている。この開示は本明細書で参照される。
【0010】さらに、少なくとも2つの有効イオン部を
含む多官能陽イオン基を含む酸性溶液に、基板を接触さ
せることによって、誘電体材料のシーディングあるいは
活性化の効率向上が達成された。これについては米国特
許第4,448,804号明細書に開示されている。こ
の開示は本明細書で参照される。
【0011】上記技術によって重要な改善が達成された
にもかかわらず、金属回路の誘電体基板に対する付着力
に関していまだ改善の余地が残されている。
【0012】さらに、回路パターンの付着力を確保する
ためには、表面荒さは所定の仕様を満たす必要がある
が、そのために微細線の場合に複製表面技術を使用する
ことが制限されてしまう。通常、複製表面技術によって
形成した銅の表面荒さの値は1桁大きい。銅配線はピー
ク・ピーク高さ(SM)より小さいので、配線の幅が狭
くなると、その付着力も低下する。また、フォトレジス
トはその移動性によって荒い表面にコンフォームするた
め、フォトレジスト処理における歩留りも低下する。
【0013】現在の複製表面銅には機能的な問題もあ
る。応用時の周波数が高い場合には、信号伝播に悪影響
が生じる。現在の複製表面銅の表面荒さは、高速ディジ
タル応用およびマイクロ波応用では満足できるものでは
ないことが証明されている。本発明は信号伝播遅延およ
びインピーダンスの変動を最小化するものであり、そし
て高周波回路への応用に適したものである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、後に行なう
無電解メッキのために、誘電体材料のシーディングある
いは活性化の効率を高めることを目的とする。その結
果、改善された、信頼性の高い導電金属の無電解メッキ
を提供することができる。
【0015】また、本発明は、無電解メッキ槽での付着
後の処理により、導電金属の付着力を高めることを目的
とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明では、以下のパラ
メータを有する荒い表面をもつ金属シートを用いて、誘
電体基板の表面に導電金属を付着させる。 Ra =0.00127〜0.00203mm(0.05
〜0.08ミル)、 Rmax =0.00508〜0.0140mm(0.20
〜0.55ミル)、 Sm =0.0254〜0.0762mm(1.00〜
3.00ミル)、 Rp =0.00508〜0.00889mm(0.20
〜0.35ミル)、 表面積=0.000581〜0.000774mm
2 (0.90〜1.20平方ミル)。ここで、Ra は平
均荒さであり、水平平均線プロファイルからのずれの算
術平均、Rmax は谷から頂上までの最大高さ、Sm は平
均線での高点間の平均間隔、Rp は平均線からの最大プ
ロファイル高、表面積は表面プロファイルにおける面積
であって、これらはTalysurfS−120プロフ
ィロメータを用いた測定から得られる。
【0017】上記金属シートの荒い表面を基板の表面に
対して押圧することによって、金属シートを誘電体基板
の表面にラミネートする。
【0018】上記金属を基板から除去し、そして基板表
面に対してシーディングを行ない、基板に対する無電解
メッキのために基板を活性化する。そして、無電解メッ
キ槽で基板に金属をメッキする。
【0019】本発明のもう1つの態様では、誘電体基板
に対してシーディングを行ない、基板に対する無電解メ
ッキのために基板を活性化する。そして、無電解メッキ
槽で基板に金属をメッキする。メッキした金属は、少な
くとも約100℃で、上記金属の基板への付着力を高め
るために十分な時間、加熱する。
【0020】
【実施例】本発明の処理は様々な誘電体基板(非導電
体)のメッキに応用できる。熱可塑性樹脂および熱硬化
性樹脂を含む従来の誘電体基板は、本発明に基づいてメ
ッキすることができる。
【0021】典型的な熱硬化性高分子材料としては、エ
ポキシ、フェノールをベースにした材料、ならびにポリ
アミドがある。誘電体材料は例えば、ガラス充填エポキ
シあるいはフェノールをベースにした材料などの、充填
剤および/または強化剤を含むポリマーのモールド部材
である。フェノール・タイプの材料の例としては、フェ
ノール、レソルシノール、ならびにクレゾールのコポリ
マーが挙げられる。基板に適した熱可塑性高分子材料の
例としては、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポ
リスルフォン、ポリカーボネート、ニトリルゴム、AB
Sポリマー、ならびにポリテトラフルオロエチレンなど
のフッ素化高分子材料がある。
【0022】より典型的に使用されている誘電体基板は
FR−4エポキシ組成物である。
【0023】典型的なFR−4エポキシ組成物は、3〜
4重量部のジシアンジアミドで硬化した70〜90重量
部のビスフェノールのブロミネート・ポリグリシジル・
エーテルと10〜30重量部のテトラキス(ヒドロキシ
フェニール)エタン・テトラグリシジル・エーテル、お
よび0.2〜0.4重量部の第3級アミンを含んでい
る。なお、上記重量部は固体樹脂を100とした場合の
重量部を表す。
【0024】他の典型的なFR−4エポキシ組成物は、
(a)約350〜約450のエポキシ等価重量部を有す
る、約25〜約30重量部のビスフェノール−Aのテト
ラブロミネート・ジグリシジル・エーテルと、(b)約
600〜約750のエポキシ等価重量部を有する、約1
0〜約15重量部のビスフェノール−Aのテトラブロミ
ネート・ジグリシジル・エーテルと、(c)適切な硬化
剤と共に、少なくともエポキシ末端基を有する、約55
〜約65重量部の少なくとも1つのエポキシ化した非線
形ノボラックとを含んでいる。
【0025】他の種類のFR−4エポキシ組成物は、約
70〜90重量部のビスフェノール−Aのブロミネート
・ポリグリシジル・エーテルと、0.8〜1重量部の2
−メチル・イミダゾールで硬化した10〜30重量部の
テトラキス(ヒドロキシフェニル)エタン・テトラグリ
シジル・エーテルとを含んでいる。
【0026】さらに他のFR−エポキシ組成物は、硬化
剤としてのテトラブロモ・ビスフェノール−Aと、触媒
としての2−メチル・イミダゾールとを含んでいる。
【0027】銅シートなどの、荒い表面を有する導電金
属の層を、誘電体基板の少なくとも1つの主表面にラミ
ネートする。これは、銅シートの荒い面を基板表面に押
圧することによって行なう。
【0028】本発明では次のことが分った。すなわち、
シードの保持、後にメッキする金属(例えば、銅)の付
着、ならびにフォトレジストの付着の強化のためには、
荒い表面は次のような形態を有していなければならな
い。 (1)Ra =0.00127〜0.00203mm
(0.05〜0.08ミル) (2)Rmax =0.00508〜0.0140mm
(0.20〜0.55ミル) (3)Sm =0.0254〜0.0762mm(1.0
0〜3.00ミル) (4)Rp =0.00508〜0.00889mm
(0.20〜0.35ミル) (5)表面積=0.000581〜0.000774m
2 (0.90〜1.20平方ミル)ここで、Ra は平
均荒さであり、水平平均線プロファイルからのずれの算
術平均である。Rmax は谷から頂上までの最大高さ、S
m は平均線での高点間の平均間隔、Rp は平均線からの
最大プロファイル高、表面積は表面プロファイル下の面
積であって、これらはTalysurf S−120プ
ロフィロメータを用いた各測定から得られる。
【0029】Sm は1サンプリング長の間で評価し、R
p はサンプリング長の範囲での平均線からの最大プロフ
ァイル高である。望ましい金属箔は銅金属箔であり、所
望の性質を備えたものを、Gould Elector
onics(Ohio、McConnelesvill
e)、あるいはOak Mitsuiより入手できる。
【0030】本発明で使用する金属箔は、表面荒さが少
なく、表面積の広い表面改質銅である。この種の箔は多
くの樹枝状結晶を有し、金属表面ではそれが少なくなっ
ている。これにより、ラミネートしたとき、誘電体が山
および谷の側壁に入り込み、誘電体への直接転写が可能
となる。この誘電体には表面エネルギーの低いポケット
が生じ、その部分にレジスト、シード、ならびにメッキ
金属が容易に付着する。
【0031】望ましくない態様は表面積が小さく、表面
荒さが大きい場合である。このような状態を非常にぎざ
ぎざであると表現できる。山および谷の側壁は滑らかで
あり、その結果、表面エネルギーが高くなって、シー
ド、フォトレジスト、あるいはメッキ銅がこれらの壁を
ぬらす確率は非常に低くなる。
【0032】誘電体基板と金属箔との接合は、それらを
共に押圧することによって行なうが、その際、金属箔の
荒い表面を誘電体基板に対向させ、予め決められた圧力
および温度で加圧して積層する。その圧力は約18.3
〜約56.2kg/cm2 (約260〜約800ps
i)、望ましくは約35.2kg/cm2 (約500p
si)とし、温度は約171℃(約340°F)とす
る。加圧時間は、そのときの誘電体基板の材料およびそ
のときの圧力によって変える。上記条件では約1時間と
すれば十分である。加圧は複数の基板および箔に対して
同時に行なってもよく、それらを加圧装置内に重ねて配
置し、加圧する。12枚程度が実用的である。
【0033】次に、箔を誘電体基板の表面から、エッチ
ング液で処理して化学的に完全に除去する。望ましく
は、基板をエッチング液の槽内に浸漬することによって
行なう。銅箔の場合には、銅エッチング液を用いる。銅
エッチング液についてはよく知られており、それには例
えば、塩化第2銅、塩化第2鉄、ペルオキソ二硫酸ナト
リウム、亜塩素酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、
ならびに硝酸の各溶液が含まれている。一般に、いかな
るエッチング液でも、それらが誘電体基板材料に対して
過剰に影響を与えない限り、本発明では用いることがで
きる。
【0034】その後、基板は水または穏やかなアルカリ
溶液でリンスして基板をクリーニングする。
【0035】基板のスルーホールは、金属箔を除去する
前、あるいは除去した後に開けることができる。望まし
くはレーザビームを用いる。また、必要なら、ブライン
ド穴あるいはバイアを基板に開けることもできる。その
後、穴のクリーニングあるいはスミアの除去を行なう。
スミアの除去は通常、クロム硫酸溶液、A150過硫酸
溶液、あるいは水酸化カリウムによる溶媒処理によって
行なう。
【0036】次に、基板に対してシーディングあるいは
触媒化を行ない、次の無電解メッキのために基板を活性
化する。本発明の好適な一実施例では、穴を有する基板
の表面を、少なくとも2つの有効陽イオン官能部を含む
多官能基イオン・コポリマーを含む酸性の溶液を用いて
処理する。望ましいイオン部は、第四級ホスホニウム基
および第四級アンモニウム基である。例えば、不活性な
構造骨格および官能基活性なテトラアルキル・アンモニ
ウムの化合物を形成するポリアクリルアミドのコポリマ
ーなどの少なくとも2つの陽イオン部を含むコポリマー
は、市販されており、ここでの詳しい説明は不要であろ
う。この種の多官能基陽イオン・コポリマーはRete
n210およびReten220であり、それらはHE
RCULESから入手できる。これらについては、“Wa
ter-Soluble Polymers”(Bulletin VC-482A, HERCULE
S, Inc., Wilmington, Del., 1989)に記述されてい
る。
【0037】Reten210は粉末状のものであり、
アクリルアミドと、ベータ・メタクリルオキシエチルト
リメチルアンモニウム・メチル・スルフェートとのコポ
リマーである。その1%溶液のブルックフィールド粘度
は600〜1000センチポアズである。Reten2
20も粉末状であり、Reten210と同じモノマー
から成るが、その1%溶液のブルックフィールド粘度は
800〜1200センチポアズである。Retenポリ
マーの分子量は通常、比較的高く、約50,000〜約
1,000,000であるか、またはこれより大きい。
第四級アンモニウム基はポリマーの多数の正電荷を与え
る。
【0038】本発明の望ましい実施例では、イオン・コ
ポリマーを、約0.01重量%〜約0.1重量%、望ま
しくは約0.05重量%〜約0.5重量%の希釈酸性溶
液として用いる。溶液に含まれる酸は望ましくはH2
4 とし、そのpH値は0〜約3の間とする。コポリマ
ー溶液の粘度を比較的低くするためにはpH値は低い方
がよく、それによってコポリマーの適用が容易となる。
このイオン・コポリマーによる処理の処理時間は一般
に、約1分〜約10分、望ましくは約1分〜約2分と
し、ほぼ室温にて行なう。
【0039】基板表面に対する良好な付着力を有するこ
の多官能基コポリマーにより、基板表面には、基板に対
して次に付着させるシード粒子とは反対の極性の電荷が
与えられる。このように極性が反対であることによっ
て、シード粒子は静電気的に引き付けられる。基板は、
上記コポリマー溶液に接触させた後、リンスし、基板表
面に付着していないポリマーをすべて除去する。
【0040】次に、基板および穴を、無電解メッキを開
始させることが可能な触媒を含む溶液に接触させる。こ
の溶液は、触媒サイトを直接与えることができるか、ま
たは触媒サイトになる前駆物質として働く金属を含んで
いる。この金属は、元素の形態、合金、または化合物、
もしくはそれらの混合物である。望ましい触媒金属は、
金、パラジウム、ならびに白金などの貴金属である。さ
らに、多官能基ポリマーを用いて基板の状態が改善され
ているので、触媒として、銅、ニッケル、コバルト、
鉄、亜鉛、マンガン、ならびにアルミニウムなどの非貴
金属を用いることもできる。
【0041】最も望ましい触媒はパラジウムである。典
型的なパラジウム溶液は、約1.2〜約2.5g/lの
パラジウム塩、望ましくはPdCl2 と、約80〜約1
50g/lの第1スズ塩、望ましくはSnCl2 ・2H
2 O、ならびに約100〜約150ml/lの酸、望ま
しくはHClを含んでいる。HClを37%のHCl溶
液として準備した場合には、望ましくは約280〜約3
60mlのHClを用いる。最も望ましい溶液は、約
1.5g/lのPdCl2 と約280ml/lの37%
のHClを含む溶液である。この溶液の温度は通常、約
18.3±5.6℃(約65°±10°F)に保つ。
【0042】典型的なトリプル・シーダー処理について
は、例えば米国特許第4,525,390号明細書に開
示されている。
【0043】次に、基板を酸、2%のNaOH溶液など
のアルカリ性促進剤によって処理し、過剰なスズを除去
する。このスズは一般にパラジウム触媒と共に付着して
いるものである。この処理は通常、約1〜約5分、より
典型的には約1〜約2分を要する。
【0044】基板は次に、例えば温度約100℃のオー
ブン中で30分間、真空乾燥させる。この処理により、
すべての水分は不可逆的にコロイド粒子から追い出さ
れ、そして不溶性の酸化スズの形で、酸素の殻が残る。
【0045】シーディングの後、基板に、ニッケルある
いは望ましくは銅などの導電金属の比較的薄い層をメッ
キする。
【0046】このメッキはフラッシュ・メッキと呼ぶこ
とができ、メッキ厚は典型的には約0.000635〜
約0.00254mm(約0.025〜約0.10ミ
ル)である。このメッキは通常、銅無電解フラッシュ槽
を用いて行なう。この第1の無電解メッキ槽は通常、最
高約2.3ppmのシアン化物イオンを含み、望ましく
は約0.2〜約2.3ppm、最も望ましくは約0.5
〜約2ppmのシアン化物イオンを含んでいる。
【0047】この第1の無電解メッキ槽における酸素含
有量は、1ppm以上、飽和以下であり、望ましくは
0.5ppm以上、飽和以下である。本発明の最も望ま
しい実施例では、第1の無電解メッキ槽の酸素含有量
は、空気を用いて実現できる飽和レベル、あるいはその
近辺とする。これらの酸素含有量は、室温が約70℃〜
80℃の時のメッキ槽についてのものである。
【0048】第1の銅無電解メッキ槽は一般に、シアン
化物イオン源および酸素に加えて、銅イオン源、銅イオ
ンに対する錯化剤、ならびにpH調整剤を含む水溶液で
ある。さらに、メッキ槽は表面活性剤をも含んでいるこ
とが望ましい。
【0049】一般に用いられる銅イオン源は、硫酸銅、
あるいは上記錯化剤の第2銅塩である。
【0050】混合する銅イオン源の量は、CuSO4
5H2 Oで計算して、約7〜約12g/lであり、望ま
しくは約8.0〜約10.0g/l、最も望ましくは約
8.5〜約9.5g/lである。言い替えると、銅イオ
ン源がCuSO4 ・5H2 Oである場合、銅イオン源の
量は約7〜約12g/lであり、イオン源が異なるもの
である場合には、CuSO4 ・5H2 Oを用いた場合と
同量の銅イオンが槽中で得られるような量とすることに
なる。
【0051】本発明で使用できるシアン化物の例を挙げ
ると、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ならびにシア
ン化アンモニウムであり、シアン化ナトリウムと共に用
いることが望ましい。
【0052】ここで用いる還元剤として、最も一般的な
ものはホルムアルデヒドである。他の還元剤の例として
は、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、グロキサル
(gloxal)のような、ホルムアルデヒド前駆物質
あるいはホルムアルデヒド・ホモポリマー、水素化ホウ
素アルカリ金属(水素化ホウ素ナトリウムおよび水素化
ホウ素カリウム)のような水素化ホウ素、トリメトキシ
水素化ホウ素・ナトリウムのような置換水素化ホウ素、
アミン・ボラン(イソプロピル・アミン・ボランおよび
モルホリン・ボラン)のようなボラン、ならびに次亜リ
ン酸塩がある。
【0053】還元剤の量は一般に、約1〜約6ml/
l、望ましくは約2〜約4ml/l、より望ましくは約
2〜約2.5ml/lとする。
【0054】適した錯化剤の例としては、ロッシェル
塩、エチレン・ジアミン四酢酸、エチレン・ジアミン四
酢酸のナトリウム(一,二,三,四ナトリウム)塩、ニ
トリロ四酢酸とそのアルカリ塩、グルコン酸、グルコネ
ート、トリエタノール・アミン、グルコノ(ガンマ)ラ
クトン、N−ヒドロキシ・エチル・エチレン・ジアミン
・トリアセテートなどの変性エチレン・ジアミン・アセ
テートなどを挙げることができる。さらに、他の適した
銅錯化剤が米国特許第2,996,408号、第3,0
75,856号、第3,076,855号、ならびに第
2,938,805号の各明細書に提案されている。望
ましい錯化剤はエチレン・ジアミン四酢酸とそのアルカ
リ金属塩である。
【0055】第1のメッキ槽で用いる錯化剤の量は、約
30〜約50g/lである。
【0056】メッキ槽には、被覆すべき面に対するぬれ
を助ける界面活性剤を混入させることもできる。例え
ば、“Gafac RE−610”という商品名で市販
されている有機リン酸エステルを用いると良好な結果が
得られる。一般に、界面活性剤の量は約0.02〜約
0.3g/lとする。
【0057】さらに、メッキ槽のpHは一般に、例え
ば、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムなどの塩
基性化合物を加えることによって調整し、所望の量だけ
加えて所望のpHを得る。第1の無電解メッキ槽の望ま
しいpHは11.5〜12.0とし、最も望ましくは1
1.6〜11.8とする。
【0058】また、メッキ槽には従来から知られている
他の添加物を少量加えることもできる。
【0059】メッキ槽の望ましい比重は1.06〜1.
08である。さらに、メッキ槽の温度は望ましくは約7
0℃〜80℃、さらに望ましくは約70℃から75℃、
そして最も望ましくは約72℃〜約74℃とする。
【0060】第1の無電解メッキ槽によるメッキは一般
に約15分から約2時間、望ましくは約30分〜1時間
30分行なう。
【0061】その後、フォトレジストを基板に設けるこ
とができる。本発明では、ポジあるいはネガのいずれの
フォトレジストでも用いることができる。
【0062】本発明で使用するフォトレジストは、例え
ばネガのすなわち光硬化性の重合可能な組成物であり、
米国特許第3,469,982号、第3,526,50
4号、第3,867,153号、ならびに第3,44
8,098号の各明細書および公開されているヨーロッ
パ特許出願0049504号明細書に提案されている。
トリメチロール・プロパン・トリアクリレートやペンタ
エリトリトール・トリアクリレートといった、メチルメ
タクリレートによるポリマー、グリシジル・アクリレー
トによるポリマー、またはポリアクリレートによるポリ
マーは、E.I.Du Pont de Nemour
sand Companyから“Riston”という
商品名で市販されている。
【0063】本発明において使用するネガ・フォトレジ
ストとしては、E.I.Du Pont de Nem
ours and Companyから“Riston
3120”、“Riston T−168”、ならび
に“Riston 3515”という商品名で市販され
ているものなど、ポリメチルメタクリレート系のものが
ある。T−168は、ポリメチルメタクリレート、およ
びトリメチロール・プロパン・トリアクリレート系など
の架橋単量体単位に基づくネガ・フォトレジスト材料で
ある。ポリメチルメタクリレート、トリメチロール・プ
ロパン・トリアクリレート、ならびにトリメチレン・グ
リコール・ジアセテートからネガ・フォトレジストを得
ることに関する詳細は米国特許第3,867,153号
明細書の例1に記述されている。Riston 312
0はアクリレートをベースにしたネガ・フォトレジスト
材料であり、カルボキシル基を含み、水性溶媒で現像す
ることができる。
【0064】水性溶媒で現像可能なネガ・フォトレジス
トの例は、公開されているヨーロッパ特許出願第004
9504号の明細書中の例23に記述されている。そこ
に記述されている典型的なフォトレジストは、メチルメ
タクリレート、エチルアクリレート、ならびにアクリル
酸のコポリマーによるもの、およびスチレンとマレイン
酸無水物イソブチル・エステルのコポリマーによるもの
である。
【0065】他の種類のフォトレジストの例としては、
フェノール・ホルムアルデヒド・ノボラック・ポリマー
によるものがある。具体的にはShipley AZ1
350で、これはm−クレゾール・ホルムアルデヒド・
ノボラック・ポリマー組成物である。これはポジ・フォ
トレジスト組成物であり、2−ジアゾ・1−ナフトール
・5スルホン酸エステルなどのジアゾケトンを含んでい
る。このようなフォトレジストでは、オルトジアゾケト
ンは光化学反応によってカルボキシル酸に変換される。
その結果、中性有機可溶分子(フェノール・ポリマー)
は、弱アルカリ性の現像液に容易に溶けるものに変換さ
れる。このフォトレジストは通常、約15重量%程度の
ジアゾケトンを含んでいる。
【0066】フォトレジストは典型的には、約0.01
52〜約0.0762mm(約0.6ミル〜約3.0ミ
ル)の厚さに形成する。
【0067】次にフォトレジスト層を、選択的に所望の
パターンで露光し、紫外光、電子ビーム、あるいはX線
ビームなどを用いた既知の手法で描画する。そしてポジ
・フォトレジストの場合には露光した部分を、適当な溶
液中でのエッチングあるいは溶解によって除去する。ネ
ガ・フォトレジストの場合には露光しなかった部分を除
去する。
【0068】フォトレジストを現像し、所望の回路パタ
ーンを得る。
【0069】次に基板に対して、第2の無電解メッキ槽
によって、所望の線厚となるまでメッキを行なうことが
できる。メッキ・サイクルにおけるこの無電解銅メッキ
槽のパラメータは、本発明によって得ることができる最
も望ましい結果を達成するために重要である。例えば、
メッキ槽の活性度が高すぎる場合には、回路板上の非機
能領域に不要な銅が付着する結果となる。メッキ槽のE
MIX電位は、カロメル電極に対し−650mV以下の
値に維持することが望ましいことが分っている。同様
に、ホルムアルデヒドの濃度は20ml/l以下の濃度
とすることが望ましく、これより高い濃度とするとメッ
キ槽が不安定になり、銅の延性が不良となる。
【0070】この第2の無電解メッキ槽には、約5〜約
11ppm、望ましくは約5〜約8ppmのシアン化物
イオンを含有させる。
【0071】ここで用いる第2の無電解メッキ槽の酸素
含有量は、1.5ppm以上で飽和レベル以下、望まし
くは1.0ppm以上飽和レベル以下、より望ましくは
0.5ppm以上飽和レベル以下とする。最も望ましい
実施例では、第2の無電解メッキ槽の酸素含有量は飽和
レベルあるいはその近辺とする。
【0072】これらの酸素含有量の値は、メッキ槽の温
度が約70℃〜約80℃の場合のものである。
【0073】本発明に基づくメッキ槽の酸素飽和レベル
は、温度が約70℃〜80℃の場合、典型的には約3.
5ppmである。
【0074】上記酸素含有量は、上記メッキ槽温度にお
いて、Leeds&Northrup溶解酸素メータお
よびプローブを用い、上記メッキ槽温度において脱イオ
ン水中における空気飽和状態で校正して測定したもので
ある。
【0075】酸素のレベルは、酸素と不活性ガスの混合
ガス、望ましくは空気をメッキ槽内に導入することによ
って維持する。空気または酸素と混合する不活性ガスと
しては、水素、チッ素、アルゴン、ネオン、ならびにク
リプトンを用いることができる。メッキ槽の温度が約7
3℃±0.5℃の場合、数千ガロン(1ガロンは約3.
79l)のメッキ槽に対して約28.3〜84.9l/
分(1.0〜3.0SCFM(標準立方フィート毎
分))の空気を使用する。
【0076】不活性ガスを用いた場合、その不活性ガス
は、メッキ槽に導入する前に酸素または空気と予め混合
しておく。しかし、必要なガスを個別にメッキ槽内に導
入してもよい。
【0077】第2のメッキ槽内で用いる銅イオン源の量
は、CuSO4 ・5H2 Oで計算して約9〜約14g/
l、望ましくは約10〜約12g/lである。
【0078】使用する還元剤の量は約1〜約4ml/
l、望ましくは約2〜約2.5ml/lである。望まし
い還元剤はホルムアルデヒドであり、望ましくは37%
の溶液として用いる。ホルムアルデヒドの上記量は、p
H9.00とするために必要な量を、滴定によるナトリ
ウム亜硫酸塩法によって得たものである。これについて
はWalkerの“ホルムアルデヒド 第3版”(197
5, pp.486-488, Robert E. Krieger Publishing Compan
y, Huntington, New York)に概説されている。
【0079】第2の無電解メッキ槽で使用する錯化剤の
量は、約25〜約50g/lであり、望ましくは約30
〜約40g/lである。
【0080】界面活性剤を用いる場合、その量は通常約
0.01〜約0.3g/lである。
【0081】さらに、第2の無電解メッキ槽の望ましい
pHは、11.6〜12.0であり、最も望ましくは1
1.7〜11.9である。また、比重は1.060〜
1.080とする。さらに、温度は望ましくは約70℃
〜80℃の範囲とし、より望ましくは約70℃〜76
℃、最も望ましくは約72℃〜約75℃とする。
【0082】第2の無電解メッキ槽でのメッキは一般に
約8〜約20時間に渡って行なうか、あるいは銅膜の厚
さが所望のものとなるまで行なう。銅膜の厚さは典型的
には約0.0178〜約0.0457mm(約0.7ミ
ル〜約1.8ミル)である。
【0083】残留しているフォトレジストは適当な溶媒
中で溶解させることによって除去する。Riston
3120を用いた場合、フォトレジストは水酸化ナトリ
ウムを用いて剥す。次に金属の薄層のエッチングを行な
う。銅の場合には、エッチングは上述したエッチング液
のいずれを用いてもよい。
【0084】本発明ではさらに、付着金属層を少なくと
も約100℃で十分な時間、加熱し、金属層の基板に対
する付着力を高める。典型的には、温度を100℃以上
としたとき、加熱時間は少なくとも約15分、最大で約
2時間とする。この処理における温度は、回路パターン
に歪みが生じない程度のものとする必要があり、典型的
には最高温度は約160℃である。
【0085】図1は、本発明に基づくこの加熱処理によ
って付着力が増加することを示すものである。特に、F
R−4エポキシ基板に対する付着力は、110℃で少な
くとも15分間加熱した場合、22%増加した。基板
は、同じく本発明に基づいて、予め28.35g(1オ
ンス)の犠牲銅箔を用いて処理した。形成された銅線は
幅が約0.104mm(約4.08ミル)、厚さが約
0.0356mm(約1.4ミル)であった。
【0086】付着力の試験方法は、以下に述べるポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)の場合と同じとし
た。ただし下記の例では、もちろん誘電体基板はFR−
4エポキシの代りにPTFEとなっている。
【0087】使用した銅箔の形態によって付着力が改善
されていることを試験するため、ポリテトラフルオロエ
チレン(PTFE)基板を用いた。
【0088】ポリテトラフルオロエチレンに基づく材料
は、それを基板とした場合、それに対する付着力は最も
小さくなると予想され、従ってこの材料を選んだ。PT
FEの層は(厚さ0.0051mm)は、それぞれが厚
さ0.25〜0.036mmの2枚の銅シートの間にラ
ミネートした。その際、Tetrahedron MT
P−14プレス装置を用い、圧力は11.7MN/
2 、温度は388℃とした。機械的に剥し取るため
に、ポリイミド膜の帯を、PTFEと、厚さ0.036
mmの銅箔との間の分離シートととして用いた。ラミネ
ート接合の強度は160〜180g/mmであった。必
要な形態の銅シートはGould Electroni
cs;Foil Divisionから得た。
【0089】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 (1)誘電体基板の表面に導電金属を付着する方法にお
いて、 (a)下記のパラメータ: Ra =0.00127〜0.00203mm(0.05
〜0.08ミル)、 Rmax =0.00508〜0.0140mm(0.20
〜0.55ミル)、 Sm =0.0254〜0.0762mm(1.00〜
3.00ミル)、 Rp =0.00508〜0.00889mm(0.20
〜0.35ミル)、 表面積=0.000581〜0.000774mm
2 (0.90〜1.20平方ミル)を有する荒い表面を
有する金属シートを得るステップを含み、ここで、Ra
は平均荒さであり、水平平均線プロファイルからのずれ
の算術平均、Rmax は谷から頂上までの最大高さ、Sm
は平均線での高点間の平均間隔、Rp は平均線からの最
大プロファイル高、表面積は表面プロファイル下の面積
であって、これらはTalysurf S−120プロ
フィロメータを用いた測定から得られるものであり、
(b)前記金属シートの荒い表面を前記基板の表面に押
圧することによって、前記金属シートを誘電体基板の表
面にラミネートするステップと、(c)前記基板から前
記金属を除去するステップと、(d)前記基板に対する
無電解メッキのために活性化するため、前記基板の表面
のシーディングを行なうステップと、(e)無電解メッ
キ槽で前記基板に金属をメッキするステップと、を含む
ことを特徴とする方法。 (2)前記金属シートが銅であることを特徴とする上記
(1)に記載の方法。 (3)前記金属シートをエッチングによって除去するこ
とを特徴とする上記(1)に記載の方法。 (4)前記シーディングを行なうステップは、パラジウ
ムとスズを含むシーダー組成物を含有させるステップを
含むことを特徴とする上記(1)に記載の方法。 (5)前記シーダー組成物と接触させる前に、少なくと
も2つの有効イオン部を含む多官能基イオン・ポリマー
材料を含有する組成物に前記基板を接触させ、前記イオ
ン部は、後に前記基板に付着させる前記シーダーの粒子
に関連した電荷とは反対極性の電荷であることを特徴と
する上記(4)に記載の方法。 (6)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、多官能基
陽イオン材料であることを特徴とする上記(5)に記載
の方法。 (7)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、アクリル
アミドと第四アンモニウム化合物とのコポリマーである
ことを特徴とする上記(5)に記載の方法。 (8)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、アクリル
アミドとベータメタクリルオキシエチルトリメチル・ア
ンモニウム・メチル・スルフェートとのコポリマーであ
ることを特徴とする上記(5)に記載の方法。 (9)前記誘電体基板はエポキシ樹脂を含むことを特徴
とする上記(1)に記載の方法。 (10)前記無電解メッキ槽は銅槽であることを特徴と
する上記(1)に記載の方法。 (11)前記メッキは、フォトレジストによって画成さ
れる選択的なメッキであることを特徴とする上記(1)
に記載の方法。 (12)前記基板にメッキした金属は、少なくとも約1
00℃の温度で、前記金属の前記基板への付着力を高め
るために十分な時間、加熱することを特徴とする上記
(1)に記載の方法。 (13)前記時間は少なくとも約15分であることを特
徴とする上記(12)に記載の方法。 (14)誘電体基板の表面に導電金属を付着させる方法
において、(a)前記基板に対してシーディングを行な
って、前記基板に対する無電解メッキのために前記基板
を活性化するステップと、(b)無電解メッキ槽で前記
基板に金属をメッキするステップと、(c)前記基板に
メッキした金属を、少なくとも約100℃の温度で、前
記金属の前記基板への付着力を高めるために十分な時
間、加熱するステップと、を含むことを特徴とする方
法。 (15)前記時間は少なくとも約15分であることを特
徴とする上記(14)に記載の方法。 (16)前記メッキは、フォトレジストによって画成さ
れる選択的なメッキであることを特徴とする上記(1
4)に記載の方法。 (17)前記シーディングを行なうステップは、パラジ
ウムとスズを含むシーダー組成物を含有させるステップ
を含むことを特徴とする上記(14)に記載の方法。 (18)前記シーダー組成物と接触させる前に、少なく
とも2つの有効イオン部を含む多官能基イオン・ポリマ
ー材料を含有する組成物に前記基板を接触させ、前記イ
オン部は、後に前記基板に付着させる前記シーダーの粒
子に関連した電荷とは反対極性の電荷であることを特徴
とする上記(17)に記載の方法。 (19)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、多官能
基陽イオン材料であることを特徴とする上記(18)に
記載の方法。 (20)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、アクリ
ルアミドと第四級アンモニウム化合物とのコポリマーで
あることを特徴とする上記(18)に記載の方法。 (21)前記多官能基イオン・ポリマー材料は、アクリ
ルアミドとベータメタクリルオキシエチルトリメチル・
アンモニウム・メチル・スルフェートとのコポリマーで
あることを特徴とする上記(18)に記載の方法。 (22)前記誘電体基板はエポキシ樹脂を含むことを特
徴とする上記(14)に記載の方法。 (23)前記無電解メッキ槽は銅槽であることを特徴と
する上記(14)に記載の方法。
【0090】
【発明の効果】本発明によれば、改善された信頼性の高
い無電解メッキを得るための、誘電体材料のシーディン
グあるいは活性化の効率を高め、めっきされた金属の付
着力を高めることができ、その結果、信号伝播遅延およ
びインピーダンスの変動が最小化され、従って、高周波
回路への応用に適した導電金属を誘電体基板に付着する
方法が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】付着力試験の結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ホウエル・ローレンス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 グリー ヌ アールディーナンバー2 ボックス 319(番地なし) (72)発明者 ヴォヤ・リスタ・マルコヴィッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 エンド ウエル ジョエル ドライブ 3611 (72)発明者 ロバート・ジョン・オウエン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ビンガ ムトン ベルヴュー ロード 15 (72)発明者 カルロス・ジェイ・サンバセッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 クロト ン−オン−ハドソン サッシ ドライブ 4

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体基板の表面に導電金属を付着する方
    法において、 (a)下記のパラメータ: Ra =0.00127〜0.00203mm(0.05
    〜0.08ミル)、 Rmax =0.00508〜0.0140mm(0.20
    〜0.55ミル)、 Sm =0.0254〜0.0762mm(1.00〜
    3.00ミル)、 Rp =0.00508〜0.00889mm(0.20
    〜0.35ミル)、 表面積=0.000581〜0.000774mm
    2 (0.90〜1.20平方ミル)を有する荒い表面を
    有する金属シートを得るステップを含み、ここで、Ra
    は平均荒さであり、水平平均線プロファイルからのずれ
    の算術平均、Rmax は谷から頂上までの最大高さ、Sm
    は平均線での高点間の平均間隔、Rp は平均線からの最
    大プロファイル高、表面積は表面プロファイル下の面積
    であって、これらはTalysurf S−120プロ
    フィロメータを用いた測定から得られるものであり、
    (b)前記金属シートの荒い表面を前記基板の表面に押
    圧することによって、前記金属シートを誘電体基板の表
    面にラミネートするステップと、(c)前記基板から前
    記金属を除去するステップと、(d)前記基板に対する
    無電解メッキのために活性化するため、前記基板の表面
    のシーディングを行なうステップと、(e)無電解メッ
    キ槽で前記基板に金属をメッキするステップと、を含む
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記金属シートが銅であることを特徴とす
    る請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記金属シートをエッチングによって除去
    することを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】前記シーディングを行なうステップは、パ
    ラジウムとスズを含むシーダー組成物を含有させるステ
    ップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】前記シーダー組成物と接触させる前に、少
    なくとも2つの有効イオン部を含む多官能基イオン・ポ
    リマー材料を含有する組成物に前記基板を接触させ、前
    記イオン部は、後に前記基板に付着させる前記シーダー
    の粒子に関連した電荷とは反対極性の電荷であることを
    特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、多
    官能基陽イオン材料であることを特徴とする請求項5記
    載の方法。
  7. 【請求項7】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、ア
    クリルアミドと第四アンモニウム化合物とのコポリマー
    であることを特徴とする請求項5記載の方法。
  8. 【請求項8】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、ア
    クリルアミドとベータメタクリルオキシエチルトリメチ
    ル・アンモニウム・メチル・スルフェートとのコポリマ
    ーであることを特徴とする請求項5記載の方法。
  9. 【請求項9】前記誘電体基板はエポキシ樹脂を含むこと
    を特徴とする請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】前記無電解メッキ槽は銅槽であることを
    特徴とする請求項1記載の方法。
  11. 【請求項11】前記メッキは、フォトレジストによって
    画成される選択的なメッキであることを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  12. 【請求項12】前記基板にメッキした金属は、少なくと
    も約100℃の温度で、前記金属の前記基板への付着力
    を高めるために十分な時間、加熱することを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】前記時間は少なくとも約15分であるこ
    とを特徴とする請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】誘電体基板の表面に導電金属を付着させ
    る方法において、(a)前記基板に対してシーディング
    を行なって、前記基板に対する無電解メッキのために前
    記基板を活性化するステップと、(b)無電解メッキ槽
    で前記基板に金属をメッキするステップと、(c)前記
    基板にメッキした金属を、少なくとも約100℃の温度
    で、前記金属の前記基板への付着力を高めるために十分
    な時間、加熱するステップと、を含むことを特徴とする
    方法。
  15. 【請求項15】前記時間は少なくとも約15分であるこ
    とを特徴とする請求項14記載の方法。
  16. 【請求項16】前記メッキは、フォトレジストによって
    画成される選択的なメッキであることを特徴とする請求
    項14記載の方法。
  17. 【請求項17】前記シーディングを行なうステップは、
    パラジウムとスズを含むシーダー組成物を含有させるス
    テップを含むことを特徴とする請求項14記載の方法。
  18. 【請求項18】前記シーダー組成物と接触させる前に、
    少なくとも2つの有効イオン部を含む多官能基イオン・
    ポリマー材料を含有する組成物に前記基板を接触させ、
    前記イオン部は、後に前記基板に付着させる前記シーダ
    ーの粒子に関連した電荷とは反対極性の電荷であること
    を特徴とする請求項17記載の方法。
  19. 【請求項19】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、
    多官能基陽イオン材料であることを特徴とする請求項1
    8記載の方法。
  20. 【請求項20】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、
    アクリルアミドと第四級アンモニウム化合物とのコポリ
    マーであることを特徴とする請求項18記載の方法。
  21. 【請求項21】前記多官能基イオン・ポリマー材料は、
    アクリルアミドとベータメタクリルオキシエチルトリメ
    チル・アンモニウム・メチル・スルフェートとのコポリ
    マーであることを特徴とする請求項18記載の方法。
  22. 【請求項22】前記誘電体基板はエポキシ樹脂を含むこ
    とを特徴とする請求項14記載の方法。
  23. 【請求項23】前記無電解メッキ槽は銅槽であることを
    特徴とする請求項14記載の方法。
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