特許 7081291 金属配線プラスチック基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-30

(45)【発行日】2022-06-07

(54)【発明の名称】金属配線プラスチック基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/10 20060101AFI20220531BHJP

【ＦＩ】

H05K3/10 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018090291

(22)【出願日】2018-05-09

(65)【公開番号】P2019197788

(43)【公開日】2019-11-14

【審査請求日】2021-02-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅川 吉幸

【審査官】柴垣 宙央

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２８３０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８３１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６５１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３９６８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラスチックフィルムの表面に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記プラスチックフィルムに、スパッタリングにより第１金属層を形成する第１金属層形成工程と、
前記プラスチックフィルムの凹部の側面以外の表面に存在する前記第１金属層に、電気めっきにより第２金属層を選択的に形成する第２金属層形成工程と、が含まれ、
前記第２金属層形成工程後の前記プラスチックフィルムの表面に、前記プラスチックフィルムと同じ性質を持つ封止フィルムを熱圧着して、前記第２金属層を封止する、
ことを特徴とする金属配線プラスチック基板の製造方法。

【請求項2】

前記第１金属層形成工程のあとに、
前記凹部の側面に形成された前記第１金属層を除去する除去工程が含まれる、
ことを特徴とする請求項１記載の金属配線プラスチック基板の製造方法。

【請求項3】

前記第１金属層形成工程の前に、前記プラスチックフィルムに前記第１金属層との密着性を高めるための表面処理を行う表面処理工程が含まれる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属配線プラスチック基板の製造方法。

【請求項4】

前記凹部形成工程が、熱インプリントにより凹部を形成する工程であり、
前記プラスチックフィルムが、シクロオレフィンポリマーフィルムである、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属配線プラスチック基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属配線プラスチック基板の製造方法に関する。さらに詳しくは、微細な回路パターンを形成することが可能となる金属配線プラスチック基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属配線プラスチック基板の製造方法としては、銅張積層板を用いて、エッチングなどで配線を形成する方法が一般的である。しかし、より微細な回路パターンを形成するために、たとえばインプリント法による配線形成法が提案されている。インプリント法として、熱インプリント法、光インプリント法が挙げられる。熱インプリント法を用いた金属配線プラスチック基板の製造方法は、特許文献１に開示されている。すなわち、凹凸のパターンを有する金型が、加熱された状態で基板（プラスチックフィルムなど）へ加圧されることで、この基板の表面が成形される（請求項１の（Ａ）、（Ｂ））。金型の微細表面形状が基板へ転写されたあと、無電解めっき法によって基板の表面に金属膜が形成される（請求項１の（Ｄ））。その後、電気めっき等で金属厚膜が形成され（請求項１の（Ｅ））、不要な部分がエッチングで除去される（請求項１の（Ｆ））ことで、配線パターンが形成された金属配線プラスチック基板が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３０３４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

無電解めっき法で金属膜が形成されたあと、電解めっき工程で金属厚膜が形成される場合、無電解めっき法ではプラスチックフィルムの全体へ均等に金属膜が形成されるため、プラスチックフィルム全体に金属厚膜が形成される。そしてこの金属厚膜うち配線間の絶縁を確保するためにプラスチックフィルムの凸部の頂面や側面に積層された金属厚膜を除去する必要がある。このためこの金属厚膜の除去の負荷が増大するという問題がある。

【0005】

詳細を説明すると、特許文献１では、基板の表面に凹部が形成されたあと、無電解めっきによって金属膜が基板の全面に形成され、この金属膜の上に金属厚膜が積層されている。このため形成された金属膜および金属厚膜のうち、樹脂層凸部の頂面や側面にあるものを研磨処理により除去する必要があり、加工時間がかかるとともにコストが大きくなる。

【0006】

本発明は上記事情に鑑み、配線として用いない部分、すなわち金属厚膜が形成されてはいけない部分を金属厚膜形成前に特定し、これにより金属厚膜の形成を抑制することができ、加工時間またはコストがかかる研磨処理を省略、または少なくできる金属配線プラスチック基板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１発明の金属配線プラスチック基板の製造方法は、プラスチックフィルムの表面に凹部を形成する凹部形成工程と、前記プラスチックフィルムに、スパッタリングにより第１金属層を形成する第１金属層形成工程と、前記プラスチックフィルムの凹部の側面以外の表面に存在する前記第１金属層に、電気めっきにより第２金属層を選択的に形成する第２金属層形成工程と、が含まれ、前記第２金属層形成工程後の前記プラスチックフィルムの表面に、前記プラスチックフィルムと同じ性質を持つ封止フィルムを熱圧着して、前記第２金属層を封止することを特徴とする。
第２発明の金属配線プラスチック基板の製造方法は、前記第１金属層形成工程のあとに、前記凹部の側面に形成された前記第１金属層を除去する除去工程が含まれることを特徴とする。
第３発明の金属配線プラスチック基板の製造方法は、第１発明または第２発明において、前記第１金属層形成工程の前に、前記プラスチックフィルムに前記第１金属層との密着性を高めるための表面処理を行う表面処理工程が含まれることを特徴とする。
第４発明の金属配線プラスチック基板の製造方法は、第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記凹部形成工程が、熱インプリントにより凹部を形成する工程であり、前記プラスチックフィルムが、シクロオレフィンポリマーフィルムであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

第１発明によれば、第１金属層形成工程で、スパッタリングにより第１金属層が形成されることにより、プラスチックフィルムの凹部の側面には必要な第１金属層が形成されないので、第２金属層が形成されない部分が特定され、導電を行う第２金属層が凹部の側面以外の表面に形成される。これにより配線構造を確保するための研磨処理を省略できたり、それにかける時間を少なくできたりする。また、安価に金属配線プラスチック基板を製造することができる。
また、第２金属層形成工程後のプラスチックフィルムの表面に、このプラスチックフィルムと同じ性質を持つ封止フィルムで第２金属層を封止することにより、熱などに対する特性が同じであるので、封止の加工が容易になる。
第２発明によれば、第１金属層形成工程のあとに、除去工程で凹部の側面に形成された第１金属層が除去されるので、第２金属層が形成されてはいけない部分、すなわち凹部の側面の第２金属層の形成が抑制される。これにより確実に金属配線プラスチック基板を製造することができる。
第３発明によれば、第１金属層形成工程の前に、プラスチックフィルムに第１金属層との密着性を高めるための表面処理が行うことにより、第１金属層とプラスチックフィルムとの間の密着性を高めることができる。
第４発明によれば、凹部形成工程が、熱インプリントにより行われ、プラスチックフィルムがシクロオレフィンポリマーフィルムであることにより、熱インプリント後の離形が容易に行われ、凹部形成が容易に行われる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る金属配線プラスチック基板の製造方法の全体説明図である。

【図2】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する凹部形成工程の説明図である。

【図3】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する第１金属層形成工程の説明図である。

【図4】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する除去工程の説明図である。

【図5】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する第２金属層形成工程の説明図である。

【図6】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する切断工程の説明図である。

【図7】図１の金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する封止工程の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための金属配線プラスチック基板の製造方法を例示するものであって、本発明は金属配線プラスチック基板の製造方法を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

【0011】

図１には、本発明の第１実施形態に係る金属配線プラスチック基板１０の製造方法の全体の概略が示されている。図１に示すように、本発明に係る金属配線プラスチック基板の製造方法は、プラスチックフィルム１１に対し、凹部形成工程、スパッタリングによる第１金属層形成工程、除去工程、電気めっきによる第２金属層形成工程、切断工程など複数の工程を経て金属配線プラスチック基板１０を製造する方法である。以下各工程、および各工程で用いられる材料について説明する。

【0012】

（プラスチックフィルム１１）
本実施形態に係るプラスチックフィルム１１の材料は、凹部形成工程で用いられる方法に対して最適な材料が選択される。凹部形成工程が熱インプリントで行われる場合、熱可塑性を有する各種プラスチック材料により形成されたプラスチックフィルム１１が好適に用いられる。

【0013】

熱インプリントが行われる際のプラスチックフィルム１１の材料としては、たとえばオレフィン系樹脂、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの対熱性樹脂、またはポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、液晶ポリマー系樹脂から選択された１種以上の熱可塑性樹脂が挙げられる。なお、プラスチックフィルム１１の材料として２種以上の樹脂を混合した材料が用いられる場合もある。

【0014】

プラスチックフィルム１１として、たとえばオレフィン系樹脂の一つであるシクロオレフィンポリマーフィルムを用いる場合、商業的に流通しているフィルムである日本ゼオン株式会社製のゼオノア（登録商標）シリーズ等が好適に用いられる。なお、ゼオノア（登録商標）シリーズは、吸水量がほぼゼロであるため、後述する各工程において加熱処理はほとんど必要ない。

【0015】

凹部形成工程が、熱インプリントにより行われ、プラスチックフィルム１１がシクロオレフィンポリマーフィルムである場合は、熱インプリント後の離形が容易に行われ、凹部形成が容易に行われる。

【0016】

プラスチックフィルム１１の厚さは特に限定されるものではないが、たとえば、プラスチックフィルム１１の厚さは、５μｍ以上、さらに好適には１０μｍ以上であることが好ましい。

【0017】

後述する凹部形成工程が光インプリントで行われる場合、プラスチックフィルム１１は光硬化性を有する樹脂から製造される。たとえば、光硬化性を有する樹脂としては、東洋合成工業株式会社のＵＶナノインプリント用樹脂ＰＡＫ－０１が用いられる。

【0018】

（凹部形成工程）
図２には、本実施形態にかかる金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する凹部形成工程の説明図が示されている。図２は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、凹部形成工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を表している。図（Ａ－１）はプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図であり、図（Ａ－２）はプラスチックフィルム１１の正面図である。また図（Ｂ－１）は、凹部形成工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図であり、図（Ｂ－２）は、凹部形成工程後のプラスチックフィルム１１の正面図である。

【0019】

凹部形成工程は、公知の熱インプリントまたは光インプリントで行われる。熱インプリントで凹部形成工程が行われる場合、プラスチックフィルム１１はあらかじめ加熱されて軟化している状態で、金型（不図示）に押し付けられる。金型に押し付けられることで、金型の表面のパターンがプラスチックフィルム１１に形成される。このパターンの一つの例が、図１の図（Ｂ－１）、図（Ｂ－２）に示されている。図（Ｂ－１）、図（Ｂ－２）では、４つの凹部１２と３つの凸部１３とが形成されている。このパターンが形成されたあとプラスチックフィルム１１は冷却される。

【0020】

凹部形成工程が、光インプリントで行われる場合、パターンが設けられた石英等の基板上にスピンコート塗布により光硬化性を有する樹脂が供給され、波長３６５ｎｍの紫外線が高圧水銀ランプにより照射され、１００ｍＪ／ｃｍ^２でほぼ完全に硬化し、光硬化性を有する樹脂はプラスチックフィルム１１となり、この時点で凹部形成工程が完了している。

【0021】

なお、この凹部形成工程の前後いずれか、すなわち後述する第１金属層形成工程を実施する前に、プラスチックフィルム１１に第１金属層１４（図３参照）との密着性を高めるための表面処理を行う表面処理工程が行われる場合がある。この場合、プラスチックフィルム１１の一方の面、または両面に、たとえば真空プロセスであれば、プラズマ照射、またはイオンビーム照射の表面処理が行われる。大気中のプロセスであれば、コロ放電処理、または大気圧プラズマ処理の表面処理が行われる。なお、プラスチックフィルム１１からの揮発成分がある場合は、表面処理の前に、プラスチックフィルム１１が加熱される場合もある。

【0022】

第１金属層形成工程の前に、プラスチックフィルム１１に第１金属層１４との密着性を高めるための表面処理が行われる場合は、第１金属層１４とプラスチックフィルム１１との間の密着性を高めることができる。

【0023】

（第１金属層形成工程）
図３には、本実施形態にかかる金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する第１金属層形成工程の説明図が示されている。図３は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、第１金属層形成工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を表している。図（Ｂ－１）、図（Ｂ－２）は、図２のものと同じである。また図（Ｃ－１）は、第１金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図であり、図（Ｃ－２）は、第１金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１の正面図である。また、図（Ｃ－２）の一部について拡大された図が記載されている。

【0024】

第１金属層１４の材料は、用途に応じて適切な電気伝導率を有する材料が選択される。たとえば、第１金属層１４の材料は、ＣｕとＮｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｗから選択される少なくとも１種の金属との銅合金、または銅を含む材料であることが好ましい。また、第１金属層１４は銅単体から構成される銅層とすることもできる。

【0025】

凹部１２の底面、または凸部１３の頂面に形成される第１金属層１４の厚さは、たとえば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。第２金属層１５の形成は、後述するように、湿式の電気めっきにより行われるが、第１金属層１４の厚さが１０ｎｍ以上であることで、電気めっきを行う際に十分な給電量が確保されるからである。また５００ｎｍを超えると、スパッタリングに必要となる時間が長くなる。このため第１金属層１４の厚さは５００ｎｍ以下とする。なお、第１金属層１４の厚さは、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の厚さとする。

【0026】

凹部形成工程後のプラスチックフィルム１１には、物理蒸着の一つであるスパッタリングにより第１金属層１４が形成される。図３の図（Ｃ－２）の拡大図に示すように、スパッタリングにより第１金属層１４が形成されると、スパッタリングによる粒子の積層は方向性があるため、第１金属層１４は、凹部１２の底面、または凸部１３の頂面には比較的厚く形成され、凹部１２の側面１２ａには比較的薄く形成される。

【0027】

（除去工程）
図４には、本実施形態にかかる金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する除去工程の説明図が示されている。図４は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、除去工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を表している。図（Ｃ－１）、図（Ｃ－２）は、図３のものと同じである。また図（Ｄ－１）は、除去工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図であり、図（Ｄ－２）は、除去工程後のプラスチックフィルム１１の正面図である。また、図（Ｄ－２）の一部について拡大された図が記載されている。

【0028】

図４の図（Ｄ－２）に示すように、除去工程では、エッチングにより凹部１２の側面１２ａに形成された第１金属層１４が除去される。凹部１２の側面１２ａに形成された第１金属層１４は、比較的薄く形成されているので、第１金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１全体をエッチングすると、エッチングはどのような面も同じように均等に除去が進行するので、側面１２ａの部分の第１金属層１４が早くなくなる。そして凹部１２の底面、または凸部１３の頂面の第１金属層１４は、除去工程後も残存する。

【0029】

第１金属層形成工程のあとに、除去工程で凹部１２の側面１２ａに形成された第１金属層１４が除去されるので、第２金属層１５が形成されてはいけない部分、すなわち凹部１２の側面１２ａ、または場合によっては凹部１２の底面の第２金属層１５の形成が抑制される。これにより確実に金属配線プラスチック基板１０を製造することができる。

【0030】

なお、スパッタリングによる第１金属層１４の形成状態によっては、除去工程は省略される場合がある。たとえば、凹部１２の側面１２ａに第１金属層１４が形成されていない場合、または形成されたとしても第１金属層１４の厚さが、後述する第２金属層１５を形成するための給電量として十分に確保できない場合は、除去工程は省略される。

【0031】

（第２金属層形成工程）
図５には、本実施形態にかかる金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する第２金属層形成工程の説明図が示されている。図５は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、第２金属層形成工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を表している。図（Ｄ－１）、図（Ｄ－２）は、図４のものと同じである。また図（Ｅ－１）は、第２金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図であり、図（Ｅ－２）は、第２金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１の正面図である。また、図（Ｅ－２）の一部について拡大された図が記載されている。

【0032】

第２金属層１５の材料は、第１金属層１４の材料と同じく、用途に応じて選定される。具体的には第１金属層１４で例示されたものが用いられる。なお、第１金属層１４および第２金属層１５は同じ材料から構成される場合もあり、異なる材料から構成される場合もある。

【0033】

第２金属層１５の厚さは、金属配線プラスチック基板１０に要求される電流の供給量、またはこの金属配線プラスチック基板１０が加工される際の条件などに応じて任意に選択される。たとえば第２金属層１５の厚さは、第１金属層１４の厚さと合わせて、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。なおアスペクト比を考慮すると、凸部１３の高さをａ、第１金属層１４の厚さをｂ、第２金属層１５の厚さをｃとした場合に、０．４×ａ≧ｂ＋ｃを満足するように各パラメータが定められているのが好ましい。

【0034】

除去工程後のプラスチックフィルム１１には、電気めっきにより第２金属層１５が選択的に形成される。「選択的に」とは、プラスチックフィルム１１の全体に電気めっきを行うのではなく、プラスチックフィルム１１に部分的に電気めっきを行うことを意味する。本実施形態では凸部１３の頂面に通電させて電気めっきが行われているが、凹部１２の底面、および凹部１２の側面１２ａには電気めっきが行われていない。図５の図（Ｃ－２）の拡大図に示すように、スパッタリングにより形成された第１金属層１４に積み重なるように第２金属層１５が形成されている。

【0035】

なお、電気めっきを行う際には、凹部１２の底面および凸部１３の頂面の両方、または凹部１２の底面のみに通電することも可能である。

【0036】

（切断工程）
図６には、金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する切断工程の説明図が示されている。図６は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、切断工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を表している。図（Ｅ－１）は、図５の図（Ｅ－１）に記載のものから、フラッシュエッチングを経て凹部１２の底の第１金属層１４が除去されたものである。また図（Ｆ－１）は、切断工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図である。

【0037】

切断工程は、配線で用いられる以外の部分をパンチング等で切断する工程である。このように切断することで、絶縁抵抗が高く、矩形性に優れた配線パターンを得ることができる。

【0038】

（封止工程）
図７には、金属配線プラスチック基板の製造方法を構成する封止工程の説明図が示されている。図７は、上側に示されているプラスチックフィルム１１が、封止工程を経て、下側に示されているプラスチックフィルム１１となる状態を示している。図（Ｆ－１）は、図６のものと同じである。また図（Ｇ－１）は、封止工程後のプラスチックフィルム１１の一部を斜視方向から見た図である。

【0039】

切断工程後のプラスチックフィルム１１は、配線部分がプラスチックフィルム１１と同じ性質を持つ封止フィルム１６で覆われて封止されて、金属配線プラスチック基板１０となる。このとき、配線部分を覆う封止フィルム１６は、本発明の金属配線プラスチック基板の製造方法において凹部１２が形成されたプラスチックフィルム１１と同じ材質であることが好ましい。すなわち、凹部１２が形成されたプラスチックフィルム１１がシクロオレフィンポリマーフィルムである場合、シクロオレフィンポリマーフィルムである封止フィルム１６で配線部分を覆うことが好ましい。

【0040】

第２金属層形成工程後のプラスチックフィルム１１の表面に、このプラスチックフィルム１１と同じ材質の封止フィルム１６で配線を封止する場合、熱などに対する特性が同じであるので、封止の加工が容易になる。

【0041】

上記のように、金属配線プラスチック基板１０が製造される、すなわち、第１金属層形成工程で、第１金属層１４がスパッタリングによりが形成されると、プラスチックフィルム１１の凹部１２の側面１２ａには第１金属層１４が形成されないので、導電を行う第２金属層１５が形成されていけない部分が、第２金属層１５を形成する前に特定される。すなわち第２金属層１５は、凹部１２の側面１２ａ以外の表面に形成され、凹部１２の側面１２ａには形成されない。これにより従来配線を絶縁するために必要であった研磨処理を省略できたり、それにかける時間を少なくできたりする。また安価に金属配線プラスチック基板１０を製造することができる。

【符号の説明】

【0042】

１０ 金属配線プラスチック基板
１１ プラスチックフィルム
１２ 凹部
１２ａ 側面
１４ 第１金属層
１５ 第２金属層
１６ 封止フィルム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】