JP2003193244A - 電気回路を有するプラスチック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のような複雑な工程でなく簡略化した方
法で電気回路を形成でき、しかもパターン幅やパターン
間隔を高密度化することができる電気回路を有するプラ
スチック基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 プラスチック基板５上に金属微粒子を分
散させた薄膜１１を作製し、レーザー光を上記薄膜１１
に照射して溝状の回路パターン１２内に金属微粒子を凝
集させて核にし、レーザー光を照射させていない領域に
残存している薄膜を除去した後、上記プラスチック基板
５を無電解メッキ液に浸漬して回路パターン１２にメッ
キ層１３を付着させて電気回路を形成したたプラスチッ
ク基板の製造方法にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気回路を有するプ
ラスチック基板の製造方法に係り、詳しくはレーザー光
をプラスチック基板上に積層した金属微粒子分散膜に照
射して溝状のパターン内に核を形成し、この核によりメ
ッキ層を形成して回路パターンを設けたプラスチック基
板の製造方法にある。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック基板上にメッキで回路を形
成する方法として、該基板にフォトマスクをかけ紫外線
ランプによる露光を行う「フォトイメージング法」が知
られている。この方法は基本的に現行のガラスエポキシ
基板で行われている「セミアディティブ法」や「サブト
ラクティブ法」を利用したプリント配線基板の製造方法
であり、紫外線ランプを用いるためにパターン幅やパタ
ーン間隔に制限があることと不要部分のメッキをエッテ
ィングにより除去するため、省資源の点から好ましくな
かった。

【０００３】また、他の方法として不要部分のエッティ
ング除去をなくす目的で「フルアディティブ法」が使用
されるようになってきた。更に、パターン幅やパターン
間隔をさらに高密度化するために、レーザ光を用いる
「直接露光法」がある。また、レーザ光を用いる「直接
露光法」の他、例えば特開平９−３０９２６７号公報に
開示されているように、樹脂表面にグリース等の油類を
被着しその表面にレーザー光を照射して文字等をマーキ
ングする方法や、特開平８−１７４２６３号公報に開示
されているように、無機顔料を含有した樹脂を塗布し定
着させる方法がある。

【０００４】そして、最近では、パターン幅やパターン
間隔をさらに高密度化する目的でレーザ光を直接照射す
る「直接露光法」がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記「フルア
ディティブ法」は基本的に現行のガラスエポキシ基板で
行われている「セミアディティブ法」や「サブトラクテ
ィブ法」を利用したプリント配線基板の製造方法であ
り、紫外線ランプを用いるためにパターン幅やパターン
間隔に制限があることと不要部分のメッキをエッティン
グにより除去するため、省資源の点から好ましくなかっ
た。

【０００６】また、不要部分のエッティング除去をなく
す目的で開発された「フルアディティブ法」は、回路不
要部分に触媒が残ることや紫外線ランプによる露光を行
うために、パターン幅やパターン間隔に制限があった。

【０００７】更に、パターン幅やパターン間隔をさらに
高密度化する目的で開発されたレーザ光を用いる「直接
露光法」は、露光にレーザを用いた「サブトラクティブ
法」てあり、基板にエッティング、触媒付加などを施
し、全体に無電解メッキ、電解メッキにて銅メッキを形
成し、この銅メッキ上にメッキレジスト膜を形成した
後、レーザ光を用いて回路パターンをイメージングし、
イメージングされた回路部にエッティングレジストとし
てニッケル、半田、金等を電解メッキする。メッキレジ
ストを除去した後、銅エッチィングを行っていた。しか
し、複雑な回路パターン、ファインパターン化に有効な
方法であるが、不要部分のメッキをエッティングにより
除去するために省資源の点から好ましくなかった。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決し、従来
のような複雑な工程でなく簡略化した方法で電気回路を
形成でき、しかもパターン幅やパターン間隔を高密度化
することができる電気回路を有する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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち本願請求項１記載の
発明は、プラスチック基板上に金属微粒子を分散させた
薄膜を作製し、レーザー光を上記薄膜に照射して溝状の
回路パターン内に金属微粒子を凝集させて核にし、レー
ザー光を照射させていない領域に残存している薄膜を除
去した後、上記プラスチック基板を無電解メッキ液に浸
漬して回路パターンにメッキ層を付着させて通電性にし
た電気回路を有するプラスチック基板の製造方法にあ
り、レーザー光をプラスチック基板上に積層した属微粒
子を分散させた薄膜に照射して加工した溝状の回路パタ
ーン内に金属微粒子を凝集させた核にし、この核よりメ
ッキ層を形成し、パターン幅やパターン間隔を高密度化
することができる電気回路が得られる。

【００１０】本願請求項２記載の発明は、金属微粒子が
金微粒子そして銀微粒子から選ばれた少なくとも１種で
ある電気回路を有するプラスチック基板の製造方法にあ
る。

【００１１】本願請求項３記載の発明は、金属微粒子の
添加量が金属微粒子分散液の固形分の合計重量に対して
２５重量％以上である電気回路を有するプラスチック基
板の製造方法にあり、レーザ光を照射する工程において
レーザ光の光エネルギーを十分に利用でき、微細で鮮明
なパターン回路を形成することできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を詳細に
説明する。プラスチック基板表面には、予め金属微粒子
分散膜が形成される。金属微粒子分散膜を形成する金属
微粒子分散剤は、溶媒中あるいは保護高分子中に金属微
粒子が独立分散した金属微粒子分散液、高分子マトリク
ス、及び溶媒の少なくとも３種を含んだものであり、特
有の吸収スペクトルを示す金属微粒子分散薄膜に対応し
た波長を有するレーザー光を照射することによって、金
属微粒子分散膜が吸収したレーザー光エネルギーを熱と
して放出、この熱によって高分子マトリクスが昇華また
は溶融し、金属微粒子が凝集するためにプラスチック基
板上に金属微粒子からなるメッキ核が生成する。

【００１３】金属微粒子分散液中の金属微粒子の添加量
は、金属微粒子分散液の固形分の合計重量（金属微粒
子、高分子等）に対して２５重量％以上であり、好まし
くは４０〜９５重量％であり、２５重量％未満になると
レーザ光を照射する工程においてレーザ光の光エネルギ
ーを十分に利用できず、微細で鮮明なパターン回路を形
成することが困難になる。

【００１４】ここで使用する金属微粒子分散液は、粒径
０．００１〜３μｍの金属微粒子を溶媒中に独立して分
散したものであり、例えば特開平３−３４２１１号公報
に開示されているガス中蒸発法と呼ばれる方法によって
製造される。これはチャンバ内にヘリウム不活性ガスを
導入して金属を蒸発させ、不活性ガスとの衝突により冷
却され凝縮して得られるが、この場合生成直後の粒子が
孤立状態にある段階でα−テレピネオール、トルエンな
どの溶媒の蒸気を導入して粒子表面の被覆を行ったもの
である。また他の作製法としては、一般に良く知られて
いる還元法、アトマイズ法等が知られている。

【００１５】また他の金属微粒子は、分子の末端あるい
は側鎖にシアノ基、アミノ基、及びチオール基から選ば
れた少なくとも１種の官能基を有する高分子あるいはオ
リゴマーを加熱して融解した後、金、白金、パラジウ
ム、ロジウム、銀などの金属を蒸発させて上記保護高分
子の融解物に捕捉させた後、融解した保護高分子中に分
散させたものである。そして、この高分子中に金属微粒
子を分散させた高分子複合物をα−テレピネオール、メ
タノール、エタノール、水、カルビトール、メタクレゾ
ール等の溶媒に溶かして使用することができる。

【００１６】具体的には、上記保護高分子は、分子の末
端あるいは側鎖にシアノ基（−ＣＮ）、アミノ基（−Ｎ
Ｈ₂ ）、及びチオール基（−ＳＨ）から選ばれた少なく
とも１種の官能基を有するもので、その骨格はポリエチ
レンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニル
アルコール、ナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６,
６、ナイロン６,１０、ポリエチレンテレフタレート、
ポリスチレン等からなり、その融点あるいは軟化点は４
０〜１００°Ｃである。オリゴマーの平均分子量も特に
制限はないが、５００〜６０００程度である。上記官能
基は特に微粒子の表面の金属原子と共有結合や配位結合
を形成しやすく、粒成長を抑制し、微粒子の分散性を高
めることになる。

【００１７】他に例えば特公平６−９９５８５号公報に
開示されているように、融解後急速固化することによっ
て熱力学的に非平衡状態としたナイロン１１のような高
分子層の表面に銅、金、銀、鉛、及びプラチナ、または
銅を含むこれらの合金を蒸着させた後、この高分子層を
平衡状態になるまで緩和させることで、該金属を微粒子
化して保護高分子内に分散させて得ることができる。そ
して、この高分子中に微粒子を分散をさせた高分子複合
物をα−テレピネオール、メタノール、エタノール、カ
ルビトール、メタクレゾール等の溶媒に溶かして使用す
る。

【００１８】上記金属微粒子分散液を高分子マトリクス
中に分散させて金属微粒子分散剤を得る。本発明におい
て、高分子マトリクスとしてエチルセルロース、エチル
ヒドロキシエチルセルロース等が使用される。

【００１９】溶媒は、上記高分子マトリクスを溶かすも
のであれがよく、例えばトルエン、キシレン、テレピネ
オール、シクロヘキサンである。

【００２０】上記金属微粒子を分散した薄膜の厚さは、
０．５〜３０μｍが好ましく、更に好ましくは１５〜２
０μｍ程度である。薄膜の厚さは、使用する高分子と溶
媒の量を適宜調整することによって容易に調整可能であ
る。０．５μｍ未満の膜厚では薄膜の十分な吸光度が得
られず、溝状パターン加工に必要なレーザー光照射エネ
ルギーが大きくなり、好ましくない。

【００２１】高分子中での金属微粒子の分散状態が不良
の場合には、金属微粒子と高分子との相互作用に基づく
固有の吸収スペクトルを得ることが困難となり、得られ
る薄膜はブロードな吸収スペクトルを示す。これは薄膜
のレーザー光に対する感度低下につながる。この場合も
また過大なレーザー光照射が必要となるため、金属微粒
子は高分子内で均一に分散させる必要がある。

【００２２】用いる金属微粒子の種類によって得られる
薄膜の光吸収特性が異なり、例えば金微粒子では５３０
ｎｍ付近に、銀微粒子では４３０ｎｍ付近にその吸収極
大を有する薄膜が得られる。

【００２３】金属微粒子は、上記のように金属微粒子分
散膜として高分子に分散させたもの以外に、金属微粒子
分散剤として有機溶媒に分散させた状態のまま基板上に
塗布してもよい。このとき、市販の金属微粒子分散剤に
添加されている界面活性剤の効果で、金属微粒子がプラ
スチック基板上で凝集することなく、上記金属微粒子分
散膜と同様の金属微粒子に特有の色を有した薄膜がプラ
スチック基板上に形成される。

【００２４】上記プラスチック基板としては、メチルメ
タアクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル樹脂、ポリ
カーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹
脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（Ｐ
Ｓ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポ
リ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂等各種汎用プラスチックが
挙げられる。それぞれ無色のままであってもよく、各種
着色剤を含有した状態であってもよい。

【００２５】金微粒子分散薄膜（以下、薄膜１１とい
う）を表面に形成したプラスチック基板に、図１に示す
レーザー光照射系によってレーザー光を照射し、パター
ン加工を行う。レーザー光源１としては、薄膜１１の吸
収波長領域内に収まるものであれば特に限定されるもの
ではないが、薄膜１１のレーザー光に対する感度を考慮
に入れれば、薄膜１１の極大吸収波長付近の波長を有す
るものが好ましい。出力は十数ミリワット程度の小出力
のもので十分であり、例えば、４３０ｎｍ、４８８ｎ
ｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、その他の可視領域の光を
発振するレーザーが好適に用いられる。加工面における
レーザー光強度は２ｍＷ以上が好ましい。このレーザー
光強度は薄膜１１の吸収量によって調整され、レーザー
強度が強すぎる場合、基板の凹凸が大きくなり、金属微
粒子のメッキ核作用を妨げる。微弱なレーザー光でパタ
ーン加工を行う本発明の主旨を考慮すれば、３０ｍＷ以
下が好ましい。

【００２６】レーザー光はミラー２及び偏光ビームスプ
リッタ３を介して、薄膜１１が載置されたＸＹＺステー
ジ４上に導かれる。モーター駆動により３次元方向に移
動可能なＸＹＺステージ４上に載置された基板５上の薄
膜表面は、直上の対物レンズ６及びＣＣＤカメラ７を通
してＴＶモニター８で観察可能である。薄膜１１にレー
ザー光を透過フィルター９を用いて強度を調整して導入
する。レーザー光は対物レンズ６によって薄膜１１上で
１〜２０μｍ程度にまで絞り込まれる。薄膜１１表面を
ＴＶモニター８で観察しながら、ＸＹＺステージ４をＸ
Ｙ方向に所望のパターンに従って駆動する。

【００２７】プラスチック基板５を取り出すと、図２に
示すようにレーザー光を照射した箇所には溝状の回路パ
ターン１２が形成されている。そして、薄膜１１を構成
していた高分子等の有機物質が昇華または溶融するとと
もに回路パターン１２の溝内には金属微粒子が凝集して
得られたメッキ核が連続または不連続に点在する。

【００２８】続いて、プラスチック基板５のレーザー光
を照射させていない領域に残存している薄膜を除去す
る。具体的には、残存している薄膜を、エチルアルコー
ル、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、α−
テレピネオール、カルビトール、エチル−ヘキサン酸、
エチル−ヘキサノール、Ｎ−メチル−ピロリドン、エト
キシエタノール、その他トルエン、ｐ−キシレン、メタ
クレゾール等を用いて除去し洗浄する。

【００２９】このプラスチック基板５を無電解メッキ液
に浸漬して、図３に示すように溝状の回路パターン１２
にメッキ膜１３を設ける。この場合、メッキ膜１３は回
路パターン１２内に点在するメッキ核の間に金属を充填
させて導体回路を形成し、回路パターン１２以外の他の
領域にはメッキ層は付着しない。

【００３０】無電解メッキ処理としては銅メッキ処理、
ニッケルメッキ処理、金メッキ処理、銀メッキ処理、ア
ルミニウムメッキ処理、ロジウムメッキ処理、コバルト
メッキ処理施、そしてルテニウムメッキ処理を行って、
種々のメッキ層を形成したプラスチック基板６が形成さ
れる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の電気回路を有するプラスチッ
ク基板の製造方法について、実施例を示しさらに詳細に
説明する。

【００３２】実施例１〜４、比較例１ 表１の配合Ａに示すように、容器にエチルセルロース５
重量％及び溶媒であるｐ−キシレン９５重量％を加えて
１時間攪拌して溶解し、これにトルエン分散金微粒子
（真空冶金製「パーフェクトゴールド」Ａｕ３０重量
％）を所定量加えて３０分以上攪拌して金微粒子分散液
を作製し、これをＰＭＭＡ基板上に滴下、スピンコータ
（回転数：２，０００ｒｐｍ、時間：２０秒）で厚さ約
１．５μｍの薄膜を作成後、室温で１０分間乾燥し、金
微粒子分散膜を得た。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記金微粒子分散膜上にステージを０．５
μｍまたは１μｍ間隔で長さ１０ｍｍの間を３往復する
ように走査させながら対物レンズ（ＮＡ：０．２５、
０．６５）で集光したグリーンレーザー光（波長：５３
２ｎｍ、出力：２８ｍＷ）を用いて所定幅の回路パター
ンを形成した。なお、加工面でのレーザー光強度は５ｍ
Ｗであった。

【００３５】プラスチック基板を取り出し、レーザー光
照射した以外の残存している薄膜を、エチルヘキサノー
ルを用いて除去し、エタノールで洗浄後、無電解ニッケ
ルメッキ処理を施した。メッキ処理としては、無電解ニ
ッケルメッキ液に１０分間浸漬し、水洗いしてメッキ析
出を確認した。そして、回路の両端部にドータイトを塗
り、テスターを用いて抵抗を測定した。その結果を表２
に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】この結果、実施例１は実施例２に比べてレ
ーザー光の走査の移動間隔ピッチと幅が小さくなってい
るが、充分にメッキが析出して通電性回路を有し、パタ
ーン幅やパターン間隔を高密度化した電気回路を形成で
きることが判る。実施例３では、実施例１と実施例２に
比べてレーザー光の幅が小さくなっており、メッキが析
出してやや通電性に欠ける回路になっている。実施例４
では、他の実施例に比べて金微粒子の添加量が少なくな
っており、メッキが析出しているがやや通電性に欠ける
回路になっている。一方、比較例１では、実施例４に比
べて金微粒子の添加量がさらに少なくなっており、メッ
キが析出せず、非通電性回路になっている。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本願各請求項記載で
は、プラスチック基板上に金属微粒子を分散させた薄膜
を作製し、レーザー光を上記金属微粒子分散膜に照射し
て溝状のパターン内に金属微粒子を凝集させて核にし、
レーザー光を照射させていない領域に残存している薄膜
を除去した後、上記プラスチック基板を無電解メッキ液
に浸漬してパターンにメッキ層を付着させて電気的回路
を設けたプラスチック基板の製造方法にあり、レーザー
光をプラスチック基板上に積層した金属微粒子分散膜に
照射して加工した溝状のパターン内に金属微粒子を凝集
させた核にし、この核よりメッキ層を形成し、パターン
幅やパターン間隔を高密度化することができる電気回路
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラスチック基板の微細加工に係る装置の概念
図である。

【図２】レーザー光を照射した後に形成された溝状の回
路パターンを示すプラスチック基板の平面図である。

【図３】回路パターンにメッキ層を付着したプラスチッ
ク基板の平面図である。

【符号の説明】

５ プラスチック基板 １１ 薄膜 １２ 回路パターン １３ メッキ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/18 Ｈ０５Ｋ 3/18 Ｅ Ｆターム(参考） 4K022 AA13 AA42 BA14 BA35 CA06 CA12 CA20 DA01 5E343 AA12 AA17 BB23 BB24 BB25 BB28 BB44 CC72 DD33 EE02 EE15 ER02 ER08 FF01 GG08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック基板上に金属微粒子を分散
   させた薄膜を作製し、レーザー光を上記薄膜に照射して
   溝状の回路パターン内に金属微粒子を凝集させて核に
   し、レーザー光を照射させていない領域に残存している
   薄膜を除去した後、上記プラスチック基板を無電解メッ
   キ液に浸漬して回路パターンにメッキ層を付着させて通
   電性にしたことを特徴とする電気回路を有するプラスチ
   ック基板の製造方法。
2. 【請求項２】 金属微粒子が金微粒子そして銀微粒子か
   ら選ばれた少なくとも１種である請求項１記載の電気回
   路を有するプラスチック基板の製造方法。
3. 【請求項３】 金属微粒子の添加量は金属微粒子分散液
   の固形分の合計重量に対して２５重量％以上である請求
   項１〜３記載の電気回路を有するプラスチック基板の製
   造方法。