KR20110123250A - 배선 기판 - Google Patents

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KR20110123250A
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films
thin film
compound
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히로끼 가나야
도모야스 스나가
마미꼬 노무라
준이찌 이시이
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소니 케미카루 앤드 인포메이션 디바이스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 보호막과 배선막의 밀착성이 높은 배선 기판을 제공한다. 본 발명은 폴리이미드로 이루어지는 보호막 (17a), (17b)에 의해서, 구리 박막 (11a), (11b)를 갖는 배선막을 보호할 때에, 배선막의 보호막 (17a), (17b)와 접촉하는 부분에 아연 박막 (15)를 설치한다. 박리 강도는 증가하지 않더라도, 금 도금 박막 (18a), (18b)의 금 도금액은 보호막 (17a), (17b)와 아연 박막 (15) 사이에 침입하지 않는다.

Description

배선 기판{WIRING BOARD}
본 발명은 감광성 폴리이미드를 보호막으로 한 배선 기판의 전해 도금에 대한 내성을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 배선막과 보호막 사이의 내성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
종래부터, 리지드 기판이나 플렉시블 기판의 패터닝된 구리 배선에는, 단자가 될 부분에 금 박막이 형성되어 있다.
도 5의 (a)의 부호 (110)은 베이스 필름 (111)과 구리 배선막 (114a), (114b)를 갖고, 금 도금 공정이 행해지기 전의 배선 기판이다. 이 배선 기판 (110)에서는, 베이스 필름 (111)과 구리 배선막 (114a), (114b)의 적층체에 관통 구멍 (116)이 형성되고, 관통 구멍 (116) 내에는 구리 도금막 (118)이 형성되어 있다. 표면측의 구리 배선막 (114a)와 이면측의 구리 배선막 (114b)는 관통 구멍 (116) 내의 구리 도금막 (118)에 의해서 접속되어 있다.
구리 배선막 (114a), (114b)의 표면에는, 보호막 (121a), (121b)가 각각 배치되어 있고, 보호막 (121a), (121b)의 일부는 제거되고, 구리 배선막 (114a), (114b)가 노출되어 있다.
구리 배선막 (114a), (114b)의 일부가 노출된 배선 기판 (110)에서는, 구리 배선막 (114a), (114b)의 노출 부분을 접속 단자로서 이용하기 위해서, 동일 도면의 (b)에 도시된 바와 같이, 저저항의 금 박막 (117a), (117b)를 구리 배선막 (114a), (114b) 표면에 형성하고 있고, 구리 배선막 (114a), (114b)를 다른 기기의 단자에 접속할 때에, 접촉 저항이나 접속 저항이 낮게 되도록 하고 있다.
구리 배선막 (114a), (114b)가 노출되는 부분을 전극에 접속하고, 배선 기판 (110)을 금 도금액에 침지하여 전압을 인가하는 전해 도금법에서는, 노출되는 구리 배선막 (114a), (114b)의 표면에 금 박막 (117a), (117b)가 형성되어 있고, 금 도금액에 침지된 배선 기판 (110)은 구리 배선막 (114a), (114b)의 노출 부분과 보호막 (121a), (121b)의 경계에서, 구리 배선막 (114a), (114b)와 보호막 (121a), (121b)의 계면에 도금액이 침입한다는 문제가 있다.
특히, 보호막 (121a), (121b)가 감광성 폴리이미드 조성물인 경우에는, 무전해 도금법에서는 변색·박리 등의 불량은 생기지 않지만, 전해 도금법에서는 도금액의 침입이 현저하여, 개관 변색이나 보호막 박리와 같은 불량이 생기고 있다.
이러한 문제에 대해서는, 구리 배선막의 표면에 방청층을 설치하여, 전계 도금에 대한 내성을 향상시켰다고 하는 기술이 알려져 있다(하기 문헌 1, 2).
그 기술에서는, 방청층에는 구리 배선막이 되는 금속박의 표면에, 니켈, 주석, 아연, 크롬, 몰리브덴, 코발트 등의 금속 중 어느 하나, 혹은 이들의 합금을 스퍼터나 전기 도금, 무전해 도금에 의해 금속박 상에 박막 형성하고 있고, 다른 종류의 박막을 들 수 있고, 절연 수지 조성물층에 이용하는 수지계에 맞추어서 조합을 적절하게 검토할 수 있도록 되어 있다.
그러나 보호막을 형성하기 전에 표리의 구리 배선막 (114a), (114b)를 접속하는 구리 도금막 (118)이 관통 구멍(스루홀)(116)내에서 형성되어 있거나, 신뢰성 향상을 위해 구리 배선막 (114a), (114b) 표면의 화학·기계 연마의 처리가 행하여지고 있는 등의 이유가 있어, 방청층을 설치하더라도, 그의 표면이 다른 막으로 덮이거나, 방청층이 제거되는 등, 제조 공정의 사양에 따라서는 방청층을 설치하는 이점이 적었다.
또한, 하기 문헌 3에서는, 구리에 대한 밀착성이 높고, 내구성이 우수한 포토솔더 레지스트 조성물을 얻는 것을 목적으로 하여, 디티올을 네가티브형 수지에 첨가함으로써 무전해 금 도금에 대한 내성을 얻는 기술이 기재되어 있다. 문헌 4에서는, 구리막의 표면 처리로서 이절환상 티온 화합물 용액에 침지함으로써 Cu와 Au의 치환을 방지하는 기술이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2007-22091호 공보 일본 특허 공개 제2002-217507호 공보 일본 특허 등록 제2792298호 일본 특허 공개(소)61-253376호 공보
상기한 바와 같은 표면 처리를 행하는 경우에는 유기 화합물을 대량의 유기 용제에 녹여야만 하기 때문에 환경 부하가 크다.
종래 기술에서도 밀착성을 높이기 위해서, 배선막 표면에 금속층을 설치하는 것이 기재되어 있지만, 아연층을 설치하더라도 감광성 폴리이미드로 이루어지는 보호막-Cu 사이·감광성 폴리이미드로 이루어지는 보호막-Zn 사이에서는 박리 강도는 같은 정도이고, 더구나, 금속층에 의해서 박리 강도를 강화하더라도 전해 도금 불량은 극복되어있지 않다. 즉, 박리 강도를 크게하더라도 전해 도금에 대한 내성을 향상시키는 효과는 보이지 않는다.
또한, 티올기를 2개 이상 갖는 복소환상 화합물은 구리에 대한 밀착성을 높이지만, 그 화합물을 함유한 수지 조성을 결정하기 위해서는 대단한 수고를 요한다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 창작된 것으로서, 그의 목적은 배선막과 보호막 사이의 밀착성을 간단히 높여 내도금성을 향상시키는 기술을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 창작된 것으로서, 기판과, 상기 기판 상에 배치되고 패터닝된 금속 배선막과, 상기 금속 배선막과 밀착하여 배치된 폴리이미드 수지로 이루어지는 보호막을 갖고, 상기 보호막의 상기 금속 배선막 상의 위치에는 상기 보호막이 부분적으로 제거된 제거부가 형성되고, 상기 제거부의 저면에는 상기 금속 배선막이 노출된 노출 부분이 형성된 배선 기판으로서, 상기 노출 부분에 접속된 상기 금속 배선막은 적어도 상기 보호막과의 사이 부분의 표면에 아연 박막이 설치되어, 상기 금속 배선막의 상기 아연 박막이 상기 보호막과 밀착된 배선 기판이다.
또한, 본 발명은 상기 금속 배선막의 상기 노출 부분의 표면에는 금 도금 박막이 설치된 배선 기판이다.
또한, 본 발명은 상기 배선막은 패터닝된 구리 박막을 갖고, 상기 아연 박막은 상기 구리 박막 상에 형성된 배선 기판이다.
또한, 본 발명은, 상기 보호막은 하기 화학식 (1)
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로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 포함하는 디아민 성분과, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 이미드화하여 이루어지는 폴리이미드 수지를 포함하는 보호막 원료액이 가열에 의해서 중합 경화되어 형성된 배선 기판이다.
소정의 박리 강도의 범위에서 도금액이 스며듬을 방지할 수 있다.
또한, 표면 처리를 하지 않아도 되기 때문에 유기 용제 등의 폐액을 적게 할 수 있다.
본 발명에서는 아연 박막은 단분자막(0.15 nm) 이상이면 된다. 바람직하게는 2 nm 내지 5 nm 정도이다.
박리 강도의 크기는 특별히 중요하지 않고, 보호막으로서 최저 한도이면 된다. 즉 바둑판 눈금 시험 OK 정도의 밀착성이 있으면 된다.
도 1의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 제1 예의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (e)는 그에 이어서 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제2예의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 제3예의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a), (b)는 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
10: 베이스 필름
11a, 11b: 금속 박막
12a, 12b, 15, 23: 아연 박막
13: 접속막
17a, 17b: 보호막
18a, 18b: 금 도금 박막
19: 관통 구멍
우선, 본 발명의 배선 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 2의 (e)는 본 발명의 배선 기판 (5)의 일례로서, 수지로 이루어지고, 가요성을 갖는 베이스 필름 (10)을 갖고 있다. 베이스 필름 (10)의 표면과 이면에는 원하는 위치에 설치된 세장형의 금속 박막 (11a), (11b)가 각각 복수 배치되어 있다. 베이스 필름 (10)과 금속 박막 (11a), (11b)에는, 관통 구멍 (19)가 형성되어 있고, 관통 구멍 (19)의 내주면에는 금속제의 접속막 (13)이 배치되고, 그 접속막 (13)에 의해서, 표면과 이면의 금속 박막 (11a), (11b)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 예에서는, 베이스 필름은 폴리이미드 필름이고, 금속 박막 (11a), (11b)는 패터닝된 구리 박막이다.
금속 박막 (11a), (11b)는 소정 패턴으로 패터닝되어 있고, 그 위에는 보호막 (17a), (17b)가 배치되고, 금속 박막 (11a), (11b)는 그의 표면과 측면이 보호막 (17a), (17b)에 의해서 둘러싸여 있다. 보호막 (17a), (17b)는 일부가 제거되고, 금속 박막 (11a), (11b)가 보호막 (17a), (17b)로부터 돌출된 단자부 (20a), (20b)가 형성되어 있다. 단자부 (20a), (20b)에 위치하는 금속 박막 (11a), (11b)는 접속 단자 (21a), (21b)로 되어, 외부 배선이나 외부 단자가 전기적으로 접속할 수 있도록 되어 있다.
복수의 금속 박막 (11a), (11b) 중, 그의 일부의 금속 박막 (11a), (11b)는 접속 단자 (21a), (21b)를 갖고 있고, 접속 단자 (21a), (21b)를 갖는 금속 박막 (11a), (11b)의 표면에는 도 2의 (b)에서 나타내는 아연 박막 (15)가 형성되어 있다.
도 2의 (e)에서는, 부호 (15a), (15b)에 의해 표면과 이면의 아연 박막 (15)를 나타내면, 접속 단자 (21a), (21b)를 갖는 금속 박막 (11a), (11b)와 보호막 (17a), (17b)와의 사이에는 아연 박막 (15a), (15b)가 위치하여, 아연 박막 (15a), (15b)가 보호막 (17a), (17b)와 접촉하고 있다.
이 아연 박막 (15a), (15b)는 금속 박막 (11a), (11b) 상의 보호막 (17a), (17b) 바로 아래의 위치로부터 접속 단자 (21a), (21b)의 상부에 걸쳐서 형성되어 있다.
접속 단자 (21a), (21b)의 아연 박막 (15a), (15b) 상에는 금 도금 박막(Au 박막)(18a), (18b)가 형성되어 있다. 이 배선 기판 (5)는 금 도금 박막 (18a), (18b) 상에, (납프리) 땜납이나 이방 도전성 필름 등에 의해서 전기 기기의 단자에 접속되도록 되어 있다. 또한, 커넥터의 단자로서도 접속 가능하다.
이 예의 베이스 필름 (10)은 가요성을 갖고 있을 수도, 딱딱한 기판일 수도 있다.
본 발명의 배선 기판 (5)의 보호막 (17a), (17b)는 폴리이미드로서, 아연 박막 (15a), (15b)와의 밀착성은 높아, 아연 박막 (15)와 보호막 (17a), (17b)의 사이에는 금 도금 박막 (18a), (18b)를 형성할 때의 도금액이 침입하지 않아, 배선 기판 (5)를 제조할 때의 불량품이 발생하지 않는다.
다음으로, 이 배선 기판 (5)의 제조 공정을 설명한다.
도 1의 (a)의 부호 (1)은 본 발명의 배선 기판 (5)의 제조에 이용하는 적층 기판을 도시하고 있다. 상기 적층 기판 (1)은 상술한 바와 같이 수지로 이루어지고, 가요성을 갖는 베이스 필름 (10)을 갖고 있다. 베이스 필름 (10)의 표면과 이면에는 금속 박막 (11a), (11b)가 각각 형성되어 있고, 이 금속 박막 (11a), (11b)의 표면에는 방청막 (12a), (12b)가 각각 배치되어 있다. 방청막 (12a), (12b)는 아연 박막인 경우가 있다.
우선, 이 적층 기판 (1)의 금속 박막 (11a), (11b)가 배치된 위치에 드릴링이나 펀칭 등에 의해서 관통 구멍 (19)를 형성하고(도 1의 (b)), 이어서 도금법에 의해서 관통 구멍 (19)의 내주면에 금속을 석출, 성장시켜, 금속제의 접속 박막 (13)을 형성하고(동일 도면의 (c)), 표면측의 금속 박막 (11a)와 이면측의 금속 박막 (11b)를 접속 박막 (13)에 의해서 접속한다. 이 접속 박막 (13)은 관통 구멍 (19) 내주면 외에, 방청막 (12a), (12b)의 표면에도 형성되고, 베이스 필름 (10)의 표면측과 이면측에서는, 금속 박막 (11a), (11b)와, 방청막 (12a), (12b)와, 접속 박막 (13)이 적층되어 있다.
이 상태의 적층 기판 (1)은 표면에 접속 박막 (13)이 노출되어 있고, 적층 기판 (1)의 표면측과 이면측의 접속 박막 (13)의 표면 상에 구리 에칭용 감광성 수지 필름을 첩부하고, 중복하여 패턴 마스크를 배치하여 노광하고, 패턴 마스크를 투과한 광에 의해, 구리 에칭용 감광성 수지 필름의 원하는 위치에 광이 조사된다.
구리 에칭용 감광성 수지 필름은 광 반응성을 갖고 있고, 광이 조사된 부분의 구리 에칭용 감광성 수지 필름은 현상액에 가용이 되도록 화학 변화하고, 현상액 세정 후, 잔존하는 구리 에칭용 감광성 수지 필름을 가열하여 경화시키면 레지스트막 (14a), (14b)가 형성된다(동일 도면의 (d)).
금속 박막 (11a), (11b) 중, 남겨져야 할 영역은, 방청막 (12a), (12b)와 접속 박막 (13)을 통하여 레지스트막 (14a), (14b)에 의해서 덮여 있고, 금속 박막 (11a), (11b) 중, 제거하여야 할 부분은 레지스트 (14a), (14b)의, 레지스트 (14a), (14b)가 제거된 부분의 아래쪽에 위치하고 있다. 그 제거된 부분의 저면에는 금속 박막 (11a), (11b) 상의 접속 박막 (13)이 노출되어 있다.
이 적층 기판 (1)을 에칭액에 침지하면, 레지스트막 (14a), (14b)에 의해서 덮여 있지 않은 부분이, 접속 박막 (13), 방청막 (12a), (12b), 금속 박막 (11a), (11b)의 순으로 에칭되어, 그 위치에 베이스 필름 (10)이 노출된다. 레지스트막 (14a), (14b)에 의해서 덮인 부분은, 금속막 (11a), (11b)와 방청막 (12a), (12b)와 접속 박막 (13)이 남는다(동일 도면의 (e)).
다음으로, 레지스트막 (14a), (14b)를 제거하여 접속 박막 (13)을 노출시킨다(동일 도면의 (f)).
이 상태에서는, 접속 박막 (13)의 표면은 청정하지 않고, 보호막을 형성하더라도 박리되거나, 또한 청정하더라도 접속 박막 (13)과 보호막의 사이에는 후술한 금 도금액이 침입하여 버린다.
본 발명에서는, 우선, 화학·기계 연마에 의해서 금속 박막 (11a), (11b) 상의 접속 박막 (13)과 방청막 (12a), (12b)를 제거하여 청정한 금속 박막 (11a), (11b)의 표면을 노출시킨다(도 2의 (a)). 접속 박막 (13)과 방청막 (12a), (12b)는 얇기 때문에, 이 때 남길 수 없어, 금속 박막 (11a), (11b)도 조금 에칭되어 표면이 노출된다.
이 상태에서, 도 2의 (e)의 단자부 (21a), (21b)가 되는 부분을 도금 장치의 전극에 접속하고, 아연 도금액에 침지하고, 단자부 (21a), (21b)를 갖는 금속 박막 (11a), (11b)에 전압을 인가하여, 그의 표면에 아연 도금층인 아연 박막 (15)를 형성한다(동일 도면의 (b)).
다음으로, 아연 박막 (15)를 형성한 적층 기판 (1)의 표면과 이면에 광 반응성을 갖는 보호막용 원료액(이 보호막용 원료액은 후술하는 <보호막의 원료액의 조정예>에 따라서 조정함)를 도포하고 가건조하여 적층 기판 (1)의 표면과 이면에 각각 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)를 배치한다(동일 도면의 (c)).
보호막용 원료액의 도포가 아니라, 이 보호막용 원료액으로부터 형성한 접착성을 갖는 보호막용 광 반응성 수지 필름을 아연 박막 (15)를 형성한 적층 기판 (1)의 표면과 이면에 첩부할 수도 있다.
도 2의 (c)의 부호 (16a), (16b)는 이들의 보호막용 광 반응성 수지층을 나타내고 있다.
다음으로, 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b) 상에 포토마스크를 배치하고, 포토마스크를 통해 적층 기판 (1)에 광을 조사하여, 원하는 위치에 입사시킨다.
여기서 이용한 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)는 광이 조사되면 알칼리 가용성으로 성질이 변화하고(노광), 알칼리성 세정제에 의한 세정에 의해서 광이 조사된 부분이 제거되고, 조사되지 않았던 부분이 잔존한다(현상). 이어서, 소성되면, 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)의 잔존 부분이 경화하여, 보호막 (17a), (17b)가 얻어진다(동일 도면의 (d)).
보호막용 원료액으로부터 보호막의 형성까지의 공정은
도포→80℃ 10분 가건조→평균 막두께 10 내지 15 ㎛→노광(1500 mJ/cm2)→현상(3％ NaOH·40℃, 60초 이내)→200℃ 60분의 소성(베이킹)
이다.
현상 후, 소성에 의해 보호막이 형성된 상태에서는, 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)가 제거된 부분에 아연 박막 (15)(또는 금속 박막 (11a), (11b))가 노출되어 있고, 이 노출 부분을 단자부 (20a), (20b), 단자부 (20a), (20b)에 위치하는 금속 박막 (11a), (11b)를 접속 단자 (21a), (21b)로 하면, 접속 단자 (21a), (21b)를 도금 장치의 전극에 접속하고, 이 적층 기판 (1)을 금 도금액에 침지하고, 접속 단자 (21a), (21b)를 갖는 금속 박막 (11a), (11b)에 전압을 인가하면, 전압이 인가된 금속 박막 (11a), (11b)의 접속 단자 (21a), (21b)(보호막 (17a), (17b)로부터 돌출된 부분)의 표면의 아연 박막 (15)의 표면에 금 도금 박막 (18a), (18b)가 형성된다(도 2의 (e)).
보호막 (17a), (17b)와 아연 박막 (15) 사이의 액밀성이 높아, 금 도금액은 침입하지 않는다.
종래 기술의 배선 기판에서는, 무전해 도금법에 의해서 금 도금 박막을 성장시킬 때는, 보호막과 배선막 사이에 도금액의 침입은 없지만, 전해 도금에 의해서 금 도금 박막을 성장시키면, 도금액이 침입하여 외관 불량으로 되어있었다. 본 발명에서는, 무전해 도금과 전해 도금의 양쪽에 도금액의 침입은 보이지 않는다.
또한, 도 2의 (e)에 있어서, 단자 부분 (20a), (20b)에는 금속 박막 (11a), (11b)와 아연 박막 (15)와 금 도금 박막 (18a), (18b)의 3층이 적층된 배선막이 형성되어 있고, 보호막 (17a), (17b)의 아래에는 구리 배선 (11a), (11b)로 이루어지는 배선막이나, 구리 배선 (11a), (11b)와 그의 표면의 아연 박막 (15)로 이루어지는 배선막이 형성되어 있다.
이상은, 화학·기계 연마에 의해서, 접속막 (13)과 방청막 (12a), (12b)를, 접속막 (13)을 관통 구멍 (19) 내에 잔존시키는 이외에는 제거한 후, 아연 박막 (15)를 형성했지만, 본 발명은 다른 공정 시에 보호막 (17a), (17b)와 접촉하는 아연 박막을 형성할 수 있다.
도 1의 (a)의 금속 박막 (11a), (11b)는, 베이스 필름 (10)의 전체 표면 상에 형성되어 있고, 방청막 (12a), (12b)는, 금속 박막 (11a), (11b)의 전체 표면 상에 형성되어 있다.
아연 박막으로 이루어지는 방청막 (12a), (12b)를 두껍게 형성해 두고, 접속막 (13)을 적어도 방청막 (12a), (12b)보다도 얇게 형성하여 둔다. 금속 박막 (11a), (11b)와, 방청막 (12a), (12b)와, 접속막 (13)이 적층된 적층막을 도 1의 (f)와 같이 에칭하여 레지스트막 (14a), (14b)를 제거할 때까지 공정을 진행시킨 후, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 방청막 (12a), (12b)를 남기도록 화학·기계 연마를 행하여, 접속막 (13)을 제거하여, 방청막 (12a), (12b)를 노출시킨다.
상술한 보호막용 원료액을 방청막 (12a), (12b)가 형성된 적층 기판 (1)의 표면에 도포·건조하여 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)를 형성하거나, 보호막 원료액으로부터 형성한 접착성을 갖는 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)를 방청막 (12a), (12b)가 형성된 적층 기판 (1)의 표면에 첩부하고(도 3의 (b)), 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)를 노광·현상하여 패터닝하고, 소성하여 보호막 (17a), (17b)를 형성한 후, 금 도금액에 침지하고, 보호막 (17a), (17b)로부터 돌출된 부분에 노출하는 방청막 (12a), (12b)의 표면에, 전해 도금법에 의해서 금 도금 박막 (18a), (18b)를 형성한다(동일 도면의 (c)).
이 예에서도, 보호막 (17a), (17b)와 아연 박막인 방청막 (12a), (12b)가 밀착하고 있다.
또한, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 접속막 (13)을 형성한 후, 또한 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 접속막 (13)의 표면에 아연 박막 (23)을 형성하고, 이어서 금속 박막 (11a), (11b), 방청막 (12a), (12b), 접속막 (13), 아연 박막 (23)이 적층된 적층막을 패터닝하고(동일 도면의 (b)), 상기 2예와 같이 보호막용 원료액을 이용하여, 아연 박막 (23) 표면과 밀착한 보호막용 감광성 수지층 (16a), (16b)를 형성하고(동일 도면의 (c)), 그것을 패터닝하여 보호막 (17a), (17b)를 형성한 후, 금 도금액에 침지하고, 보호막 (17a), (17b)로부터 돌출된 부분에 노출하는 아연 박막 (23)의 표면에 전해 도금법에 의해서 금 도금 박막 (18a), (18b)를 형성한다(동일 도면의 (d)).
이상 설명하고자 하는 어느 예에서도, 보호막에서부터 돌출된 금속 박막 (11a), (11b)는, 보호막 (17a), (17b)로 덮인 부분에서부터 노출된 부분의 안에 이를 때까지 아연 박막 (15), (12a), (12b), (23)에 의해서 덮여 있고, 밀착성이 높은 보호막 (16a), (16b)와 아연 박막 (15), (12a), (12b)의 계면이 도금액에 노출되기 때문에, 보호막 (16a), (16b)의 하층에 도금액이 침입하지 않게 되어 있다.
상기 각 실시예의 배선 기판에 이용한 보호막용 원료액은, 폴리이미드 수지 성분과, 감광제와, 가교제와, 용제를 함유하는 보호막용 원료액으로서, 그의 폴리이미드 수지 성분은, 후술하는 화학식 (1)로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 포함하는 디아민 성분과, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 이미드화하여 이루어지는 폴리이미드 수지를 포함하고, 당해 보호막용 원료액을 도포 대상물에 도포하고, 상기 용제를 증발시켜 광 반응성막이 형성되면, 상기 광 반응성막은 광 용해성을 갖는 보호막용 원료액이다.
또한, 본 발명에 이용하는 보호막용 원료액의 상기 감광제는, 폴리이미드 수지 100 질량부에 대하여, 5 질량부 이상 30 질량부 이하의 범위에서 함유할 수 있다.
본 발명은 블록 이소시아네이트 화합물을 함유시킬 수도 있다. 블록 이소시아네이트 화합물은, 폴리이소시아네이트(이소시아네이트기를 2개 이상 갖는 이소시아네이트기의 것임)의 이소시아네이트기가 블록제로 마스크된 구조(블록제에 의해 「이소시아네이트기를 봉쇄한다」라고도 하고, 예를 들면, 이소시아네이트기 중의 N에 H가 결합하고, C에 O를 통해 각 치환기가 결합된 구조임)이고, 블록제가 해리하는 온도 이하의 온도이면, 수산기나 카르복실기를 갖는 수지 성분과 혼합하더라도 반응하지 않는다. 블록제가 해리하는 온도는 통상 80 내지 200℃이기 때문에, 상온에서는 반응하지 않고 장기간 저장할 수 있다.
상기 블록제는, 예를 들면, 알코올류, 페놀류, 락탐류, 옥심류, 아세토아세트산알킬에스테르류, 말론산알킬에스테르류, 프탈이미드류, 이미다졸류, 염화수소, 시안화수소 또는 아황산수소나트륨 등이 알려져 있다.
블록 이소시아네이트 화합물을 함유시키는 경우에는, 폴리이미드 수지를 100 질량부로 한 때에, 2 질량부 이상 10 질량부 이하의 범위에서 함유시킬 수 있다.
블록 이소시아네이트 화합물은, 해리하는 온도까지 가열되면, 활성 이소시아네이트기가 재생되어, 수산기나 카르복실기를 갖는 수지 성분과 반응하여, 강인한 수지가 얻어진다.
수지의 접착성은 극성이 높은 열 경화형의 수지가 접착성이 높고, 그 때문에, 에폭시 수지·아크릴 수지·우레탄 수지를 함유시키는 것이 알려져 있다. 금속과의 접착성을 높이기 위해서는, 수지 중에 OH, SH, NH 등의 극성기가 있으면 금속과 결합하기 쉬워지고, 특히 Cu와의 결합에 대해서는 N·S 원자를 갖는 것이 양호하였다(HASB 법칙으로부터).
알칼리 용해성을 갖는 히드록실기 함유 폴리이미드 배합물에 대하여 블록 이소시아네이트를 배합할 수도 있다. 보호막의 패터닝 후, 가열하여 열 경화시킬 때에, 열에 의해 재생한 이소시아네이트기가 수지 성분에 포함되는 수산기 또는 카르복실기와 반응함으로써 수지 성분끼리가 가교하여, 광에 의해 가교한 경화 수지보다도 강인한 보호막이 얻어진다.
블록 이소시아네이트 화합물을 함유함으로써 금속에 대한 밀착성을 향상시킬 수도 있다. 이것은, 150℃ 정도의 열 경화 시에 활성화하여, 주쇄 폴리이미드의 가교 밀도가 상승하는 것과, 생성되는 우레탄 골격에 의한 기재와의 밀착이 발생하고 있다고 생각되고, 주쇄 히드록실기 함유 폴리이미드와 가교 구조를 형성하고, 발생한 우레탄 골격의 NH기가 금속에 결합하기 쉬워 밀착성이 향상된다.
블록 이소시아네이트 화합물을 함유하면, 단순히 우레탄 수지가 첨가되는 것 과는 달리, 주쇄 PI(폴리이미드)와 결합하여 우레탄 결합의 효과와 가교 밀도 상승의 효과의 양쪽이 얻어진다.
그 반면, 블록 이소시아네이트는 감광성 조성물 가교제로서, 가교제의 반응성 제어가 용이하고 접착제 바니시의 보존 안정성을 확보하기 쉽고, 양면 동장 필름 및 다층 인쇄 배선판의 특성 저하를 유발하지 않는다.
블록 이소시아네이트는 폴리이미드 수지 100 질량부에 대하여 2 내지 10 질량부 첨가하는 것이 바람직하다.
블록 이소시아네이트는 액상이거나 고형상일 수도 있다.
블록 이소시아네이트의 폴리이소시아네이트부에 대해서는, TDI·MDI형 등의 타종이어도 밀착 효과가 얻어지지만, 유효한 함유율 범위가 좁아, 범위가 넓은 HDI 형이 바람직하다.
블록 이소시아네이트의 블록부에 대해서는, 해리 온도역이 80 내지 200℃에 있는 것이 많다. 본 발명에서는 그의 범위에서 사용 가능한데, 바람직하게는 100 내지 180℃에 해리 온도가 있으면 되고, 기판 상에 도포한 원료액을 80℃에서 건조하여 광 반응성막을 형성하고 있기 때문에, 그 온도에서는 이소시아네이트기는 재생하지 않고, 현상 후, 패터닝된 광 반응성막을 열 경화시킬 때에, 이소시아네이트기가 재생시키는 블록 이소시아네이트를 이용하면 좋다. 열 경화는 200℃, 1시간의 가열에 의해 행하고 있기 때문에, 블록 이소시아네이트의 재생 온도는 열 경화온도보다도 낮을 필요가 있다.
따라서, 재생 온도는 80℃보다도 고온이고, 200℃보다도 저온인 것으로 되는데, 온도 여유가 필요한 것으로부터, 100℃ 이상 180℃ 이하가 바람직하다.
보호막의 원료액으로서, 보호막 내의 폴리이미드와 반응하고, Cu로 이루어지는 배선막과 결합력이 강한 질소 치환기를 갖는 수지를 들 수 있는데, 실용적인 수지로서는 글리시딜아민형 에폭시 수지·이소시아네이트 수지·아크릴아미드 수지가 알려져 있다.
<폴리이미드 수지를 합성하기 위한 화합물>
본 발명은 하기 화학식 (1)
Figure pct00002
로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 포함하는 디아민 성분과, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 이미드화하여 이루어지는 폴리이미드 수지를 포함한다.
상기 화학식 (1) 중, R1, R2는, 예를 들면 트리메틸렌이다.
m은 1 내지 30의 정수이고, n은 0 내지 20의 정수가 바람직하다.
폴리이미드 수지 중에서는, 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물은, 40 내지 90몰％인 것이 바람직하다.
또한, 화학식 (1)에 추가로, 디아민 성분이 하기 화학식 (2)로 표시되는 실록산디아민 화합물을 40 내지 90몰％ 더 함유하는 것이 바람직하다.
Figure pct00003
또한, 또한 디아민 성분이, 3,3'-디아미노-디히드록시디페닐술폰을 20 내지 50몰％ 더 함유하는 것이 바람직하다.
산이무수물은, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물인 것이 바람직하다.
감광제는 폴리이미드 수지 100 질량부에 대하여 5 내지 30 질량부 정도의 범위에서 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 가교제를 포함하는 것이 바람직하고, 가교제에는, 에폭시 수지나, 옥사진 수지가 바람직하다.
폴리이미드 수지는, 하기 화학식 (1)로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 포함하는 디아민 성분과, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물, 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 이미드화하여 이루어지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
그 폴리이미드 수지의 필수 디아민 성분인 아미드기 함유 실록산디아민 화합물은 화학식 (1)의 화학 구조를 갖는다.
Figure pct00004
상기 화학식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환될 수도 있는 알킬렌기인데, 그의 구체예로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기를 들 수 있다. 치환기로서는, 메틸기, 에틸기 등의 저급 알킬기, 페닐기 등의 아릴기를 들 수 있다. 그 중에서도, 원재료의 입수의 용이함으로부터 트리메틸렌기가 바람직하다. 또한, R1 및 R2는 동일하거나, 서로 상이할 수도 있지만, 원재료의 입수가 곤란하게 되기 때문에 동일한 것이 바람직하다.
또한, m은 1 내지 30의 정수인데, 바람직하게는 1 내지 20, 보다 바람직하게는 2 내지 20의 정수이다. 이것은, m이 0이면 원재료의 입수가 곤란해지고, 30을 초과하면 반응 용매에 혼합되지 않고 분리되기 때문이다. 한편, n은 0 내지 20의 정수인데, 바람직하게는 1 내지 20, 보다 바람직하게는 1 내지 10의 정수이다. 이것은, n은 1 이상이면, 난연성이 우수한 디페닐실록산 단위가 도입되게 되어, 도입되어 있지 않은 경우보다도 난연성이 향상하고, 20을 초과하면 저탄성에 대한 기여가 작아지기 때문이다.
화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 수 평균 분자량은, m, n의 수에 따라 변동하는데, 바람직하게는 500 내지 3000, 보다 바람직하게는 1000 내지 2000이다.
화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물은, 분자의 양쪽 말단부에 아미드 결합을 갖는 것으로부터, 그로부터 제조된 폴리이미드 수지에도 아미드 결합이 이어지게 된다. 이 때문에, 폴리이미드 수지의 배선판의 구리 등 도체부에 대한 접착성이 향상된다.
또한, 아미드기는 에폭시기와 부가 반응 또는 삽입 반응하는 것이 알려져 있는(히다치 가세이 테크니컬 레포트 No.39 (2002-7)), 29 페이지) 것으로부터, 수지 조성물이나 드라이 필름 등에 일반적으로 이용되고 있는 에폭시 수지와, 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물 유래의 폴리이미드 수지를 병용하면, 아미드기가 가교제와 반응하는 사이트가 되는 가교점을 구성하는 반응기로서 기능하게 된다. 따라서, 폴리이미드 수지를 단리한 후에 가교기를 도입하는 공정이 불필요해진다.
화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물은, 이하의 반응식에 따라서 제조할 수 있다.
Figure pct00005
<반응식>
화학식 (1) 내지 (4) 중, R1, R2, m 및 n은, 화학식 (1)에 있어서 이미 설명한 바와 같고, X는 염소, 브롬 등의 할로겐 원자이다. 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 제조 방법에 있어서는, 우선 화학식 (2)의 디아민 화합물과, 화학식 (3)의 니트로벤조일할라이드를 친핵 치환 반응시켜, 화학식 (4)의 아미드기 함유 디니트로 화합물을 형성한다.
이 경우, 예를 들면 트리에틸아민 등의 염기의 존재 하, 톨루엔 등의 용매 중에서 화학식 (2)의 화합물과 화학식 (3)의 화합물을 가열 혼합함으로써 화학식 (4)의 디니트로 화합물을 형성할 수 있다(문헌[Organic Chemistry, 제5판, 283 페이지(Ed. Stanley H.Pine)] 참조).
다음으로, 화학식 (4)의 디니트로 화합물의 니트로기를 아미노기로 환원한다. 이에 따라 화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물이 얻어진다. 니트로기를 아미노기로 변환하여 화학식 (1)의 화합물이 얻어지는 한 환원 방법에 제한은 없지만, 예를 들면 벤조산에틸과 에탄올과의 혼합 용매 중, 팔라듐카본 촉매의 존재 하에서, 화학식 (4)의 화합물을 과잉의 수소와 접촉시키는 방법을 들 수 있다(문헌[Organic Chemistry, 제5판, 642 페이지(Ed. Stanley H.Pine)] 참조).
폴리이미드 수지를 구성하는 디아민 성분 중의 화학식 (1)로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 함유량은, 너무 적으면 무전해 도금 내성이 악화하고, 너무 많으면 휘어짐이 커지기 때문에, 바람직하게는 디아민의 합계량을 100몰％로 했을 때, 0.1 내지 20몰％, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15몰％이다.
디아민 성분에는, 필수 성분인 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물에 추가로, 휘어짐을 작게 하기 위해서 상기 화학식 (2)의 실록산디아민 화합물을 함유시킬 수 있다.
화학식 (2)의 실록산디아민 화합물의 함유량은, 너무 적으면 저휘어짐의 효과가 충분하지 않고, 너무 많으면 난연성이 저하되기 때문에, 바람직하게는 40 내지 90몰％, 보다 바람직하게는 50 내지 80몰％이다.
상기 화학식 (1), (2)와 같은 실록산디아민 화합물은 디아민 성분과, 산무수 성분과의 합계 100몰 중에 65몰％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 「실시예」는 65몰％ 이하이다.
또한, 디아민 성분은 화학식 (1)의 디아민 화합물에 추가로, 포지티브형의 감광성 부여의 기초가 되는 알칼리 용해성을 달성하기 위해서, 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰을 함유할 수 있다.
3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰의 디아민 성분 중의 함유량은, 너무 적으면 알칼리 용해성이 얻어지지 않고, 너무 많으면 알칼리 용해성이 너무 높아지기 때문에, 바람직하게는 20 내지 50몰％, 보다 바람직하게는 25 내지 45몰％이다.
Figure pct00006
디아민 성분으로서, 화학식 (2) 및 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰에 추가로, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 일반적인 폴리이미드 수지의 디아민 성분으로서 사용되고 있는 것과 동일한 디아민 화합물(일본 특허 제3363600호 명세서 단락 0008 참조)을 병용할 수 있다.
폴리이미드 수지를 구성하는 산이무수물 성분으로서는, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물, 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 들 수 있다. 그 중에서도, 포지티브형의 감광성 부여의 기초가 되는 알칼리 용해성을 높이는 점에서 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물을 사용하는 것이 바람직하다.
산이무수물 성분으로서, 상술한 화합물에 추가로, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 일반적인 폴리이미드 수지의 산이무수물 성분으로서 사용되고 있는 것과 동일한 산이무수물(일본 특허 제3363600호 명세서 단락 0009 참조)을 병용할 수 있다.
폴리이미드 수지는, 상기 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 함유하는 디아민 성분과, 산이무수물 성분을 이미드화함으로써 제조할 수 있다. 여기서, 디아민 성분 1몰에 대한 산이무수물 성분의 몰비는, 통상 0.8 내지 1.2, 바람직하게는 0.9 내지 1.1이다. 또한, 폴리이미드 수지의 분자 말단을 밀봉하기 위해서, 필요에 따라서 디카르복실산 무수물이나 모노아민 화합물을 이미드화시에 공존시킬 수 있다(일본 특허 제3363600호 명세서 단락 0011 참조).
이미드화의 조건으로서는, 공지된 이미드화 조건 중에서 적절하게 채용할 수 있다. 이 경우, 폴리아믹산 등의 중간체를 형성하고, 계속해서 이미드화하는 조건도 포함된다. 예를 들면, 공지된 용액 이미드화 조건, 가열 이미드화 조건, 화학이미드화 조건에 의해 행할 수 있다(문헌[차세대의 일렉트로닉스·전자 재료용의 새로운 폴리이미드의 개발과 고기능 부여 기술, 기술 정보 협회, 2003, P42]).
이상 설명한 폴리이미드 수지의 바람직한 양태는, 주골격의 반복 단위가 이하의 구조식 (a)로 표시되는 폴리이미드 수지를 필수 성분으로서 함유한다. 또한, 이하의 구조식 (b)와 구조식 (c)의 폴리이미드 수지를 더 함유하는 것이 바람직하다.
Figure pct00007
본 발명에 이용하는 감광성 수지 조성물에는, 상술한 폴리이미드 수지와 감광제를 함유시킨다. 이 감광제의 함유에 의해, 형성되는 폴리이미드 조성물에 감광성을 부여할 수 있다.
그 감광제로서는, 예를 들면 디아조나프토퀴논 화합물을 들 수 있다. 상기한 디아조나프토퀴논 화합물을 함유한 폴리이미드 조성물은, 노광에 의해 알칼리 용해성이 변화한다. 노광하기 전에는, 알칼리 수용액에 대한 용해성이 낮다. 한편, 노광된 후에는, 디아조나프토퀴논 화합물의 분자 구조가 변화하여 케텐이 생기고, 알칼리 수용액과 반응하여 카르복실산이 생긴다. 그리고, 생성한 카르복실산이 물과 또한 반응하여 용해한다. 따라서, 광 조사함으로써 알칼리 수용액에 대한 용해성이 높게 된다.
감광제인 디아조나프토퀴논 화합물을 함유함으로써, 수산기를 갖는 폴리이미드로 이루어지는 폴리이미드 조직물은, 이 수산기와 디아조나프토퀴논 화합물이 상호 작용한다. 이에 따라, 알칼리에 용해하기 쉬운 수산기가 보호되어, 알칼리 용해성이 저하된다. 이 상태의 폴리이미드 조성물에 노광을 행하면, 디아조나프토퀴논 화합물의 분자 구조가 변화하여, 알칼리 용해성이 발현한다. 따라서, 감광제로서 디아조나프토퀴논 화합물을 함유시킴으로써, 배선판에의 노광 후, 수산화나트륨, 수산화테트라메틸암모늄 등의 알칼리 수용액에 의한 현상에 의해서 패턴을 형성할 수 있다.
감광제인 디아조나프토퀴논 화합물로서는, 디아조나프토퀴논 골격을 갖는 화합물이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2,3,4-트리히드록시벤조페논o-나프토퀴논디아지드-4-술폰산에스테르, 2,3,4-트리히드록시벤조페논o-나프토퀴논디아지드-5-술폰산에스테르, 2,3,4-트리히드록시벤조페논o-벤조퀴논디아지드-4-술폰산에스테르 등을 들 수 있다.
감광성 수지 조성물에 있어서, 폴리이미드 수지 100 질량부에 대한 감광제의 배합량은, 바람직하게는 5 내지 30 질량부이다.
감광성 수지 조성물은 금속 불활성화제를 함유할 수 있다. 이 금속 불활성화제로서는, 히드라지드계의 금속 불활성화제인 2,3-비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오닐]프로피오노히드라지드(CDA-10, 가부시끼가이샤 아데카(ADEKA))를 들 수 있고, 배선판에 사용하는 경우에, 금속과 접촉하는 폴리이미드 조성물의 수지 열화를 방지할 수 있다.
CDA-10 이외의 금속 불활성화제로서는, 히드라지드계의 것으로서 데카메틸렌카르복실산디살리실로일히드라지드, 트리아졸계의 것으로서 3-(N-살리실로일)아미노-1,2,4-트리아졸 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
감광성 수지 조성물은, 동박 등의 도체와 폴리이미드 수지와의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 도금 내성도 향상시키기 위해서, 가교제를 함유할 수 있다. 가교제는 폴리이미드 수지의 아미드기와, 또는 가교제끼리 등과 반응하여 삼차원 가교 구조를 형성하는 것이다. 이러한 가교제로서는, 전자 부품용의 수지에 종래부터 사용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 반응성의 점에서 에폭시계 가교제나 옥사진계 가교제를 바람직하게 들 수 있다.
에폭시계 가교제의 구체예로서는, 폴리이미드 수지에 양호한 상용성을 나타내는 것이 바람직하고, 종래부터, 에폭시 수지 형성용의 각종 에폭시 단량체, 올리고머나 중합체를 사용할 수 있고, 예를 들면 비스 F형 에폭시 화합물, 비스 A형 에폭시 화합물, 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4-에폭시시클로헥센카르복실레이트 등의 지환식 에폭시 화합물, 소르비톨폴리글리시딜에테르, 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르, 펜타에리트리톨폴리글리시딜에테르, 디글리세롤폴리글리시딜에테르, 글리세롤폴리글리시딜에테르, 폴리메틸올프로판폴리글리시딜에테르, 레조르시놀디글리세릴에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 수소화비스페놀 A 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜글리시딜에테르, 히드로퀴논디글리시딜에테르 등의 글리시딜에테르 화합물, 프탈산디글리시딜에스테르, 테레프탈산글리시딜 등의 글리시딜에스테르, 디브로모네오펜틸글리콜글리시딜에테르 등의 할로겐화 난연성 에폭시 화합물, 크레졸노볼락에폭시 수지, 페놀노볼락에폭시 수지 등의 노볼락에폭시 수지, 테트라글리시딜 디아미노디페닐메탄, 테트라글리시딜메타크실렌디아민, 트리글리시딜아미노페놀, 디글리시딜아닐린 등의 글리시딜아민 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 옥사진계 가교제로서는, 원래는 열에 의해 개환 중합하는 열 경화성 단량체로서 이용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 비스페놀 F형 벤조옥사진(예를 들면, 6,6'-1-메틸리덴)비스[3,4-디히드로-3-페닐-2H-1,3-벤조옥사진] 등), 비스페놀 S형 벤조옥사진(예를 들면, 6,6'-술포닐비스[3,4-디히드로-3-페닐-2H-1,3-벤조옥사진] 등), 비스페놀 A형 벤조옥사진(이하 화학식 (d), 페놀노볼락형 벤조옥사진(이하 화학식 (e)) 등을 들 수 있다.
Figure pct00008
상기 화학식 (e) 중 q는 임의의 정수이다.
감광성 수지 조성물에는, 필요에 따라서 용제, 충전재, 안료 등의 첨가제를 함유할 수 있다. 감광성 수지 조성물은 상술한 폴리이미드 수지와, 감광제, 필요에 따라서 금속 불활성화제나 가교제, 또한 다른 첨가제를 통상법에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다. 감광성 수지 조성물은 폴리이미드 수지층을 갖는 배선 기판의 당해 폴리이미드 수지로서 바람직하게 적용할 수 있다.
이와 같이 하여 구성된 배선 기판도 본원 발명의 사정 범위이다. 적용의 수법으로서는 공지된 수법을 채용할 수 있다. 여기서, 폴리이미드 수지층으로서는, 그 기능면에서 보아, 드라이 필름 레지스트층이나 커버 필름층을 들 수 있다. 층간 절연막으로서도 사용할 수 있고, 또한 반도체칩의 패시베이션막에 이용할 수도 있다.
<아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 합성예>
우선, 상기 화학식 (1)을 이용한 폴리이미드의 합성 방법에 대해서 설명한다.
냉각기, 온도계, 적하 깔때기 및 교반기를 구비한 2 리터의 반응기에, 톨루엔 500 g, 화학식 (2)의 실록산디아민(R1, R2=트리메틸렌; 상품명 X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤) 200 g(0.148 mol), 및 트리에틸아민 30 g(0.297 mol)을 투입하였다.
이어서, p-니트로벤조일클로라이드 54.7 g(0.295 mol)을 톨루엔 300 g에 용해시킨 용액을 적하 깔때기에 장입하였다. 반응기 내를 교반하면서 50℃까지 승온한 후, 적하 깔때기 내의 용액을 1시간에 걸쳐서 적하하였다.
적하 종료 후, 승온시키고 교반을 6시간 행하고, 환류 하에서 반응시켰다. 반응 종료 후, 30℃로 냉각하고, 800 g의 물을 가하고 강교반한 후, 분액 로트에 이액하여, 정치 분액하였다. 5％ 수산화나트륨 수용액 300 g에서의 세정을 3회 행하고, 포화 염화나트륨 수용액 300 g으로의 세정을 2회 행하였다.
유기층을 황산마그네슘으로 건조, 톨루엔 용매를 가열 감압 증류 제거하여 농축 후, 60℃에서 1일 감압 건조하였다. 얻어진 α-(p-니트로벤조일이미노프로필디메틸실록시)-ω-(p-니트로벤조일이미노프로필디메틸실릴)올리고(디메틸실록산-co-디페닐실록산)(이하, 디니트로체)를, 수량 235 g(수율 96％)으로 얻었다. 디니트로체는 담황색의 오일상이었다.
얻어진 디니트로체 112 g(0.068 mol)를, 교반자, 수소 도입관 및 수소구를 구비한 1 리터의 반응기에, 아세트산에틸 180 g, 에탄올 320 g 및 2％ 팔라듐-탄소 20 g(함수율 50％)을 함께 장입하였다.
반응기 내를 수소 가스 분위기 하로 치환한 후, 수소구 압력 하에 실온에서 교반을 2일 계속하였다. 반응 혼합액으로부터 촉매를 여과 제거하고, 반응액을 감압 가열 하에서 농축한 후, 감압 하에서 60℃에서 건조를 2일 행하여, 담황색의 오일로서 α-(p-아미노벤조일이미노프로필디메틸실록시)-ω-(아미노벤조일이미노프로필디메틸실릴)올리고(디메틸실록산-co-디페닐실록산)(본 발명에서 사용하는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물)을 수량 102 g(수율 95％) 얻었다.
얻어진 아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 아민가는 69.96 KOH mg/g이고, 아미노기 당량은 802 g/mol이었다. 또한, 아민가는 전위차 자동 적정 장치(AT-500, 쿄오토 덴시 고교 제조)를 이용하여 측정하였다. 아미노기 당량은 56.106/(아민가)×1000에 의해 산출하였다.
이 아미드기 함유 실록산디아민 화합물에 대해서 적외 흡수 스펙트럼과 1H-NMR 스펙트럼을 측정한 결과, 목적물을 얻은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 적외 흡수 스펙트럼은 푸리에 변환 적외 분광 광도계(FT-IR420, 닛본 분꼬 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여, 투과법으로 측정하였다. 또한, 1H-NMR 스펙트럼은 NMR 분광광도계(머큐리(MERCURY) VX-300, 배리언 테크놀로지스 재팬 리미티드)를 이용하여, 중클로로포름 중에서 측정하였다. 이들의 결과를 이하에 나타내었다.
Figure pct00009
<폴리이미드 수지의 중합예>
(화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 전체 디아민 성분 중 1 mol％ 함유하는 예)
질소 도입관, 교반기 및 딘 스타크 트랩을 구비한 20 리터 반응 용기에 실록산디아민 화합물(X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤)을 4460.6 g(3.30 mol), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물(DSDA, 신닛본 케미컬 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 1912.7 g(5.34 mol), γ-부티로락톤 287 g과, 상술한 화학식 (1)의 아미드기 함유 실록산디아민 화합물 89.0 g(54.3 mmol, 순도 97.10％)과의 혼합액, 및 트리글라임 2870 g을 투입하고, 그의 혼합액을 교반하였다. 또한, 톨루엔 1100 g을 투입한 후, 혼합액을 185℃에서 2시간 가열 환류시키고, 계속해서 감압탈수 및 톨루엔 제거를 행하여, 산무수물 말단 올리고이미드의 용액을 얻었다.
얻어진 산무수물 말단올리고이미드 용액을 80℃로 냉각하고, 그것에 트리글라임 3431 g과 γ-부티로락톤 413 g과, 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰(BSDA, 고니시 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 537.8 g(1.92 mol)으로 이루어지는 분산액을 가하고, 80℃에서 2시간 교반하였다.
거기에 용제량의 조정을 위해 524 g의 트리글라임을 가하고, 185℃에서 2시간 가열 환류시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 실온까지 냉각한 후, 트랩에 저장된 톨루엔 및 물을 제거하였다. 이상의 조작에 의해 아미드기 함유 폴리이미드 수지를 합성하였다.
얻어진 폴리이미드의 실측 고형분은 47.50％였다. 또한, GPC(겔 침투 크로마토그래피)에 의한 폴리스티렌 환산 분자량은 중량 평균 분자량으로서 63000이었다.
이하, 화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물의 함유량을 바꿔 폴리이미드를 합성하는 경우를 설명한다.
<함유율을 바꾸는 경우 1>
(화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 전체 디아민 성분 중 5 mol％ 함유하는 예)
중합예에서, 실록산디아민 화합물(X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤)를 4099.8 g(3.04 mol), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물(DSDA, 신닛본 케미컬 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 1907.0 g(5.32 mol), 참고예 1에서 얻은 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 443.7 g(270.5 mmol, 순도 97.10％), 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰(BSDA, 고니시 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)을 549.5 g(1.96 mol)으로 변경한 점 이외에는 중합예 1과 동일한 조작을 행하여, 아미드기를 갖는 신규 폴리이미드 수지를 합성하였다. 얻어진 폴리이미드의 실측 고형분은 47.4％였다. 또한, GPC(겔 침투 크로마토그래피)에 의한 폴리스티렌 환산 분자량은 중량 평균 분자량으로서 57000이었다.
<함유율을 바꾸는 경우 2>
(화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 전체 디아민 성분 중 10 mol％ 함유하는 예)
중합예에서, 실록산디아민 화합물(X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤)를 3665.3 g(2.72 mol), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물(DSDA, 신닛본 케미컬 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)을 1895.1 g(5.29 mol), 참고예 1에서 얻은 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 881.9 g(537.7 mmol, 순도 97.10％), 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰(BSDA, 고니시 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 557. 8 g(1.99 mol)으로 변경한 점 이외에는 중합예 1과 동일한 조작을 행하여, 아미드기를 갖는 신규 폴리이미드 수지를 합성하였다. 얻어진 폴리이미드의 실측 고형분은 47.7％였다. 또한, GPC(겔 침투 크로마토그래피)에 의한 폴리스티렌 환산 분자량은, 중량 평균 분자량으로서 77000이었다.
<함유율을 바꾸는 경우 3>
(화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 함유하지 않은 예)
중합예에서, 실록산디아민 화합물(X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤)를 4550.2 g(3.37 mol), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물(DSDA, 신닛본 케미컬 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 1914.5 g(5.34 mol), 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰(BSDA, 고니시 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 535.3 g(1.91 mol)로 변경하고, 참고예 1에서 얻은 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 가하지 않은 점 이외에는 중합예 1과 동일한 조작을 행하여 폴리이미드 수지를 합성하였다.
얻어진 폴리이미드의 실측 고형분은 47.3％였다. 또한, GPC(겔 침투 크로마토그래피)에 의한 폴리스티렌 환산 분자량은 중량 평균 분자량으로서 65000이었다.
<함유율을 바꾸는 경우 4>
(화학식 (1)의 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 전체 디아민 성분 중 1 mol％ 함유하는 예)
중합예 1에 있어서, 실록산디아민 화합물(X-22-9409, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤)를 4289.6 g(3.18 mol), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물(DSDA, 신닛본 케미컬 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 1988.4 g(5.62 mol), 참고예 1에서 얻은 신규 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 90.5 g(54.8 mmol), 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐술폰(BSDA, 고니시 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 순도 99.70％)를 631.5 g(2.25 mol)으로 변경한 점 이외에는 동일한 조작을 행하여, 아미드기를 갖는 신규 폴리이미드를 합성하였다. 얻어진 폴리이미드의 실측 고형분은 49.50％였다. 또한, GPC(겔 침투 크로마토그래피)에 의한 폴리스티렌 환산 분자량은, 중량 평균 분자량으로서 69000이었다.
<보호막의 원료액의 조정예>
「폴리이미드 수지의 중합예」에서 합성한 아미드기 함유 폴리이미드 수지 100 질량부에 대하여, 감광제로서 디아조나프토퀴논(4NT-300, 도요 고세이 고교 가부시끼가이샤)과, 가교제로서, 옥사진 화합물(6,6'-(1-메틸리덴)비스[3,4-디히드로-3-페닐-2H-1,3-벤조옥사진])(BF-BXZ, 고니시 가가꾸 고교), 레졸(쇼와 고분시(주)의 「BRL-274」), 및 다른 가교제로서는 무첨가(No.4), 에폭시 수지(No.1,2,5,6), 또는 블록 이소시아네이트 수지(No.3)를 첨가하고, 또한 방청제 CDA-10(가부시끼가이샤 아데카)를, 하기 표 1에 기재한 No.1 내지 6에 기재한 각각의 배합량 첨가하고, 충분히 균일하게 될 때까지 혼합하여, 보호막용의 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
또한, 하기 표 1 중, 아미드기 함유 폴리이미드 수지에 대해서는, 당해 폴리이미드 수지를 구성하는 각 디아민 성분, 산무수물 성분에 대해서, 전체 디아민 성분을 100몰로 한 경우의 각각의 성분의 몰비로 나타내었다.
하기 표 1 중의 No.1·No.5 바니시에 대하여, 질소 함유량이 높게 되면 Cu·Zn과의 밀착성은 향상된다고 예상되기 때문에, No.2·No.3·No.6은, 가교제 에폭시 수지 jER807:2phr을 보다 질소 함유량이 높은 수지로 변경하고 있다.
또한, 박리 강도를 저하시키기 위해서 가교제 에폭시 수지 jER807:2phr을 제외한 No.4를 제조하였다. 에폭시 수지의 첨가가 감소하면 극성기가 감소하기 때문에, 박리 강도 저하가 예상된다.
이상, 4종의 바니시(가교제는, No.1과 No.5는 동일하고, No.2와 No.6도 동일함)에 대해서 10-15 um 두께로 도포→노광→알칼리 현상→200℃ 후 소성을 행하였다. 사용한 기재는 No.1-3에서는 동장적층판, No.4-6에서는 Zn 도금을 행한 동장적층판을 이용하였다.
얻어진 각 샘플에 대하여, 박리 강도 측정·바둑판 눈금 시험·무전해 Ni/Au 도금 시험·전해 Ni/Au 도금 시험·전해 치Au 도금 시험을 행하였다. 또한, 도금 시험은, 커버제의 들뜸·변색이 5 ㎛ 이내일 때 합격이 된다.
Figure pct00010
(17B-60PX: 아사히 가세이 케미컬즈 가부시끼가이샤 제조, EPU78-13S: 가부시끼가이샤 아데카 제조)
박리 강도에 대해서, No.1은 6.7 N/cm이 되었다. 이에 비하여 No.2·No.3에서는 강도가 향상하고, 블록형 폴리이소시아네이트 수지를 이용한 No.4에서는, 박리 강도가 약 4배인 24.8 N/cm이 되었다. No.1·5와 No.2·6으로부터, Cu·Zn 기재 표면에 의한 박리 강도차는 없다. No.5에 대하여 약간 No.4의 박리 강도는 5.9 N/cm로 저하하였다. 이 No.4도 포함시켜, 어느 샘플이라도 바둑판 눈금 시험은 OK가 되었다.
3종의 도금을 행한 결과, 무전해 Ni/Au 도금에서는 No.1 내지 6 전부에 합격이 되었다. 그러나, 전해 도금에서는, No.1 내지 3은 커버재-기재 사이에 100 um 이상 Au 도금이 삽입되어 버려, Zn 도금 표면 기재(No.4 내지 6)만 합격이 되었다. 박리 강도 최소인 No.4에서도 전해 도금 내성은 얻어져 있다.
따라서, 3종의 도금 내성을 얻을 수 있는 것은, 박리 강도의 대소가 아니라 Zn 도금층의 유무라고 할 수 있다.
Zn층 있음·없음의 자료의 단면의 TEM 화상을 얻어 관찰한 바, Zn층 있는 시료에서는, Cu층·증착층 사이(TEM 관찰을 위한 증착층)에 흰 박층이 관찰되었다. 추가로 확대하면 약 2.5 nm 정도의 층이 확인되어, EDX보다 Zn의 존재가 시사되었다. 따라서, 5 nm 이하의 박층이 있으면 전해 도금 내성 향상할 수 있는 것을 알 수 있었다.
전해 도금 내성을 나타내지 않은 No.1 내지 3에 대해서는, 통전하지 않고서 전해 도금액에 침지한 후, 표면을 관찰하더라도 외관 불량으로는 되지 않았지만, No.1 내지 3은 통전함으로써 전해 도금 내성이 NG가 된다.
따라서, 합격 여부 요인은 Cu와 Zn의 전기전도율의 차에 의한 것은 아닌가라고 추측된다.
0℃에서의 전기전도율(단위: 106 지멘스/m)는 Cu: 64.5 Zn: 18.1이고, Zn 표면 처리 샘플에서는, 기재 표면에 전기가 흐르기 어렵다. 따라서, 보호막-배선막 사이를 파고들어 가는 전해 도금이 발생하기 어려워 전해 도금 내성이 얻어진 것은 아닌가라고 고찰된다.
무전해 Au 도금은, 0.3 내지 3.0 ㎛, Ni/Au 도금은, Ni는 1 ㎛ 이상, Au는 0.03 ㎛ 이상 형성할 수 있다.
또한, 블록 이소시아네이트 화합물은, 블록형 이소시아네이트, 블록형 폴리이소시아네이트, 블록화 폴리이소시아네이트라고도 불리고 있고, 폴리이소시아네이트 화합물에 어떤 종류의 활성 수소를 갖는 화합물(블록재 또는 마스크제)을 반응시켜서, 상온에서 안정적으로 한 시아네이트기 봉쇄의 화합물이다. 여기서는 MDI (4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트: 디페닐메탄·디이소시아네이트)의 이소시아네이트 화합물을 봉쇄한 블록 이소시아네이트 화합물과 HDI(헥사메틸렌디이소시아네이트)의 이소시아네이트 화합물을 봉쇄한 블록 이소시아네이트 화합물이 가교제이다.
상기 실시예에서는, 기판은 가요성을 갖는 폴리이미드 필름으로 구성되어 있었지만, 가요성이 없는 수지 기판일 수도 있고, 유리 섬유 함유의 경질의 에폭시 기판일 수도 있다.

Claims (4)

  1. 기판과,
    상기 기판 상에 배치되고 패터닝된 금속 배선막과,
    상기 금속 배선막과 밀착하여 배치된 폴리이미드 수지로 이루어지는 보호막을 갖고,
    상기 보호막의 상기 금속 배선막 상의 위치에는 상기 보호막이 부분적으로 제거된 제거부가 형성되고, 상기 제거부의 저면에는 상기 금속 배선막이 노출된 노출 부분이 형성된 배선 기판으로서,
    상기 노출 부분에 접속된 상기 금속 배선막은 적어도 상기 보호막과의 사이 부분의 표면에 아연 박막이 설치되어, 상기 금속 배선막의 상기 아연 박막이 상기 보호막과 밀착된 배선 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 배선막의 상기 노출 부분의 표면에는 금 도금 박막이 설치된 배선 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배선막은 패터닝된 구리 박막을 갖고, 상기 아연 박막은 상기 구리 박막 상에 형성된 배선 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막은 하기 화학식 (1)
    Figure pct00011

    로 표시되는 아미드기 함유 실록산디아민 화합물을 포함하는 디아민 성분과, 피로멜리트테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 2,2'-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판산이무수물, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산이무수물, 9,9-비스(3,4-디카르복시페닐)플루오렌산이무수물, 9,9-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]플루오렌산이무수물 및 1,2,3,4-시클로부탄산이무수물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 방향족산 이무수물을 포함하는 산이무수물 성분을 이미드화하여 이루어지는 폴리이미드 수지를 포함하는 보호막 원료액이 가열에 의해서 중합 경화되어 형성된 배선 기판.
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