JPH03220790A - 導体回路およびその製造方法 - 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、フレキシブル配線板等の絶縁基体の表面に
形成される導体回路と、その製造方法に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 従来、フレキシブル配線板等の配線板においては、銅等
の導電材料からなる導体回路か用いられている。

上記導体回路は、銅箔等の導電性薄膜を、接着剤層を介
して絶縁基体の表面に積層した後、この導電性薄膜の表
面に、所定のパターンを有するエツチングレジスト層を
積層、形成し、このエツチングレジスト層でマスクされ
ない部分の導電性薄膜をエツチング除去して、必要な導
体回路を残すサブトラクティブ法、絶縁基体表面の、回
路設計に基づくパターン部分のみに、めっき等によって
導電材料を析出させて導体回路を形成するアディティブ
広、上記サブトラクティブ法とアディティブ法とを組み
合わせたセミアデイティブ法等の製造方法により製造さ
れる。

ところか、上記従来の製造方法は、何れも工程数が多く
、導体回路を効率的、月っ安価に製造できないという問
題がある。

また、上記導体回路は、絶縁基体とは全く異質の材料で
形成されるため、両者の膨脂、収縮率の違い等に起因し
て、製造時や使用時に、配線板に反り、層間剥離等を生
じる虞がある。また、特にフレキシブル配線板において
は、繰り返し屈曲された際に、層間剥離や、金属疲労に
基く導体回路の断線等を生じ易いという問題もある。

そこで、本発明者らは、イオンビームを高分子材料の表
面に照射すると、当該照射部分の高分子が導体化するこ
とを利用して、高分子材料からなる絶縁基体の表面に、
当該絶縁基体と一体化した導体回路を形成する方法を種
々検討した。なお、イオンビーム照射により高分子材料
が導体化されるのは、上記高分子材料が炭化されたり、
照射イオンが注入されて高分子材料が部分酸化、還元さ
れたりするためと推測される（例えば、Ｔ、Ｖｅｎｋａ
ｉｅｓａｎ、　ｅｔ、ａｌ、、　Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、５４．３１５０．　Ｊｕｎｅ１９８３参照）。

上記方法によれば、イオンの加速エネルギー照射量、イ
オン種等の条件を適宜選択することにより、イオン照射
部分の高分子材料を、実質的に絶縁状態から、比較的高
導電率の状態まで、任意に導体化することが可能となり
、単なる導体配線だけでなく、基体上の任意の位置に抵
抗素子を形成することも可能となる。

ところか、上記イオンビーム照射による導体回路の製造
方法では、特に高イオン照射領域（イオン打ち込み量に
して、およそ２Ｘ１０１６イオン／ａＪ以上）において
、イオン打ち込み量に対する導電率の上昇が鈍化する傾
向がある。

このため、イオン照射による導体化のみて、銅等の従来
の導体回路に代わる導体回路を製造しようとすると、極
めて多量のイオンを照射しなければならず、製造に高エ
ネルギー、長時間を要する等、製造コストの点で問題が
生じるだけでなく、極めて耐熱性に優れた絶縁基体を使
用する必要があり、基体に使用し得る高分子材料が限定
されてしまうという問題もある。

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、金属等に比べて耐屈曲性等に優れて０ると共に、容易
に剥離する虞がなく、しかも、導電率が金属等と同程度
に高い導体回路と、上記導体回路を、イオンビームの照
射による絶縁基体の導体化のみで製造する場合に比べて
、より低エネルギー、且つ短時間で製造し得る導体回路
の製造方法とを提供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための、この発明の導体回路は、絶
縁基体の表面にイオンビームの照射によって形成された
導体パターンと、当該導体ノくタン上に被覆された、電
解重合可能な有機導電性高分子の薄膜（以下、「導電性
高分子薄膜」という）とからなることを特徴とし、この
発明の導体回路の製造方法は、高分子材料からなる絶縁
基体の表面に、イオンビームの照射によって導体ノ々タ
ーンを形成した後、この導体パターンを一方の電極とし
て用いて電解重合を行い、導体ノくターンの表面に、上
記導電性高分子薄膜を被覆させることを特徴としている
。

く作用〉 上記構成からなる、この発明の導体回路においては、導
体パターンが、絶縁基体の表面にイオンビームを照射す
ることにより、当該絶縁基体と連続相をなし、一体形成
されていると共に、この導体穴ターンの表面に被覆され
た導電性高分子薄膜が、有機高分子材料であるがゆえに
、金属よりも絶縁基体に近い物性を有し、且つ、高い導
電率を有している。

また、この発明の導体回路の製造方法によれば、導体パ
ターンの表面に、より導電率の高い上記導電性高分子薄
膜を電解重合によって被覆するので、イオンビームの照
射による絶縁基体の導体化のみで導体回路を製造する場
合に比べて、導体パターン形成時のイオンビーム照射の
工程を、より低エネルギー化、短時間化することができ
る。

〈実施例〉 以下に、この発明を、一実施例としてのフレキシブル配
線板における導体回路の製造工程を示す図面を参照しつ
つ説明する。

まず、絶縁基体としての高分子フィルム１を用意する（
第１図（ａ］）。

上記高分子フィルム１を構成する高分子材料としては、
イオンビーム照射による温度上昇に十分に耐え得るよう
に、分子中に芳香族環または複素環を有する耐熱性高分
子か好ましく用いられる。

上記耐熱性高分子としては、ポリイミド、ボリアリレー
ト、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエ
ーテルイミド、ポリエーテルスルホン、メラミン樹脂、
フェノール樹脂等が挙げられる。

なお、この発明においては、前述したように、イオンビ
ーム照射による導体化のみで導体回路を製造する場合に
比べて、イオンビーム照射の工程を、より低エネルギー
化、短時間化できるので、上述した耐熱性に優れた高分
子材料以外の高分子材料を使用することも、もちろん可
能である。

次に、回路パターンに対応した通孔３１・・・がエツチ
ング等によって形成された、金属箔製の回路パターンマ
スク３を、上記高分子フィルム１の片面に重ね合わせる
（第１図化〉）。

上記回路パターンマスク３を構成する金属箔は、その厚
みが照射イオンビームの最大到達深さよりも大きく、そ
のために、通孔部分のみイオンビームを透過し得るもの
となっている。

次に、第１図（Ｃ１に矢印で示すように、絶縁基体１の
、回路パターンマスク３が重ね合わされた側の表面にイ
オンビームを照射する。そうすると、絶縁基体１の、通
孔３］・・・に臨む部分にのみイオンビームが照射され
て、照射部分の高分子材料が導体化し、第１図（巾に示
すように、回路パターンに対応した導体パターン２１・
・か形成される。

なお、照射イオンビームのイオン種としては、出よりも
質量の大きな元素が好ましく用いられ、中でも、イオン
化し易く、したがって、高いイオンビーム密度か容易に
得られる元素、例えばＮ。

Ａｒや、常温、常圧で固体である金属元素等の元素がよ
り好ましく用いられる。イオン種が山よりも質量の小さ
な水素原子では、高分子材料の種類にもよるが、導体パ
ターンとして使用できるはと十分に高分子材料を導体化
できない虞がある。また、上記金属元素等は、希ガス、
ハロゲン、チッ素等の、常温で気体である元素に比べて
、照射された絶縁基体１内に長時間滞留するため、比較
的小さな打ち込みイオン量で、高分子材料を効率良く導
体化できる。

打ち込みイオン量は、通常、多ければ多い程、高分子材
料を導体化し易いが、前述したように、打ち込みイオン
量が多すぎても、エネルギーと時間の浪費になるたけて
、導体回路を効率的に製造することかできない。しかも
、本発明においては、イオンビームの照射によって形成
される導体パターン２１・・・は、後述する電解重合の
電極として使用し得る程度（表面抵抗率で１０３Ω／　
ｃｎｔ程度）に導体化されていれば良いので、イオン照
射による導体化のみで導体回路を製造する場合に比べて
、打ち込みイオン量を少なくすることができる。

上記打ち込みイオン量の範囲は、この発明では特に限定
されず、高分子材料や打ち込みイオンの種類によって異
なるが、通常、Ｉ　Ｘ　１０１５〜１×１０１６イオン
／　ｃ＋＋？の範囲内であることか好ましい。

打ち込みイオン量が１．Ｘ１０”イオン／　Ｃ＋ａ未満
では、高分子飼料を十分に導体化できない虞があり、逆
に、Ｉ　Ｘ　１０１６イオン／Ｃ♂を超えた場合には、
前述したように、エネルギーと時間の浪費になって、導
体回路の製造効率を低下させる虞がある。

照射イオンのエネルギーの範囲も、この発明では特に限
定されないが、０．５ＭｅＶ以上であることが好ましい
。照射イオンのエネルギーが０．５ＭｅＶを下回った場
合には、高分子材料を効率的に導体化できない虞がある
ためである。

なお、照射イオンのエネルギーを１．　ｅ　Ｖにするに
は、真空中においてＩＶの加速電圧か必要であるから、
１価の照射イオンのエネルギーを０．５Ｍ　ｅ　Ｖ以上
にするには、イオンビームの加速電圧を０．５ＭＶ以上
にすれば良い。

上記イオンビームの照射装置としては、例えば第２図に
示すイオン注入装置が使用できる。

同図に示すイオン注入装置は、イオン源４１、０ ビーム引き出し部４２、イオンビーム加速部４３、質量
分離器４４、イオンビーム走査部４５およびイオン照射
室４６からなり、イオン照射室４６に装着した、回路パ
ターンマスク３が重ね合わされた絶縁基体１に、イオン
源４１から引き出したイオンビーム４７を照射するよう
にしたものである。

次に、上記絶縁基体１に対し、導体パターン２１・・・
を電極（陽極）として用いた、電解重合可能な有機導電
性高分子のモノマーの電解重合を行うと、上記導体パタ
ーン２１・・・の表面に、電解酸化反応によって、上記
有機導電性高分子からなる導電性高分子薄膜２２・・・
が被覆されて、導体回路２・・・が完成する（第１図（
ｅ））。

なお、上記電解重合可能な有機導電性高分子のモノマー
としては、アニリン系化合物；ピロール、Ｎ−メチルピ
ロール、Ｎ−エチルピロール等のピロール系化合物；チ
オフェン、３−メチルチオフェン等のチオフェン系化合
物；フラン系化合物；ピペラジン系化合物等が例示され
る。

上記電解重合は、例えば第３図に示す装置を用１ いて、以下のようにして行われる。

まず、反応容器５１内に、前記モノマーを含有した反応
液りを収容する。

次に、ポテンシオスタット、ガルバノスタット等の電源
装置５２の陽極側に、前記絶縁基体１の導体パターン２
１・・・を接続し、陰極としての金属板５３と共に、上
記反応容器５１内の反応液り中に浸漬する。

そして、電源装置５２から両極間に電圧を印加すると、
例えばアニリンの場合、前記導体バタン２１・・・の表
面で、電解酸化によって、アミノ基の水素１個と、ベン
ゼン環のｐ位の水素１個とが抜けて複数のモノマーが重
合して、下記一般式［Ｉ］で表されるポリアニリンから
なる導電性高分子薄膜が、導体パターン２１・・・の表
面に成長する。

一方、前記ピロール系化合物のうち、例えばピロールの
場合には、前記導体パターン２１・・・の表面で、電解
酸化によって、複素環の２位と５位の水素が抜けて複数
のモノマーが重合して、下記一般式［１］で表されるポ
リピロールからなる導電性高分子薄膜が、導体パターン
２１・・・の表面に成長する。

なお、上記ピロール以外のピロール系化合物や、前記チ
オフェン系化合物：フラン系化合物；ピペラジン系化合
物等においても、上記ピロールと同様に、電解酸化によ
って、複素環の２位と５位の水素が抜けて複数のモノマ
ーが重合して、それぞれの導電性高分子からなる導電性
高分子薄膜が、導体パターン２１・・・の表面に成長す
る。

なお、上記電解重合反応に使用される反応液は、一般に
、前記モノマーと、電解酸化による重合反応を促進する
ための反応触媒とを溶媒中に溶解することで構成されて
いる。上記反応触媒としては、　３ テトラフルオロ硼酸（ＨＢＦ４）、テトラフルオロ硼酸
テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム［（ｎ−Ｃ，Ｈ，）４
ＮＢＦ４）］等のホウフッ化水素酸系の化合物が例示さ
れる。

以上のように、この実施例によれば、イオンビームの照
射によって、絶縁基体としてのポリイミドフィルム１の
表面に形成された導体パターン２１・・・の上に、より
導電率の高い導電性高分子薄膜２２・・・が被覆された
導体回路２・・・を形成することができるので、導体パ
ターン２１・・・自体を高導電率にする必要がない。し
たがって、イオンビーム射の時間やエネルギーを節約す
ることができ、イオン照射による導体化のみで導体回路
を製造する場合に比べて、より低エネルギー、且つ短時
間で導体回路２・・を製造することが可能となる。

また、上記導体パターン２１・・・は、絶縁基体として
のポリイミドフィルム１をイオンビーム照射によって導
体化することで形成されるため、ポリイミドフィルム１
と同質で、且つ、上記ポリイミドフィルム１と連続相を
なして一体化しており、　４ 方、導電性高分子薄膜２２・・・は、有機高分子材料で
あるがゆえに、従来の金属薄膜に比べて絶縁基体に近い
物性を有し、耐屈曲性に優れると共に、彫版、収縮率が
絶縁基体としてのポリイミドフィルム１に近く、しかも
、導体パターン２コ・・・の表面て重合、成長したもの
で、導体パターン２１・・とほぼ連続相をなしているた
め、」１記導体パターン２１・・と導電性高分子薄膜２
２・・・とからなる導体回路２・・は、断線したり、容
易に剥離したりする虞かない。しかも、導電性高分子薄
膜２２・・・が高い導電率を有しているため、上記導体
回路２・・は、導電率か金属等と同程度に高いものとな
る。

したかって、例えば、コンピュータ等のハードディスク
のヘッド部の接続用フレキシブル配線板等の、高い屈曲
性が要求される分野に好適に使用できるものとなる。

なお、以上のようにして形成された導体回路２には、さ
らに、必要に応じて、表層の導電性高分子薄膜２２・の
全部または一部に、■。

ＡＳＦ６−１Ｂｒ−ＢＦ４−　、Ｃ２Ｏ４−、ＣＢ−等
の５ アニオンのドーピング、または脱ドーピングを行って、
導電率を任意に調整することもできる。そして、例えば
導体回路２のうちの一部分を、上記１・−ピングまたは
脱ドーピング処理によって、他の部分よりも導電率を低
く設定して、回路中に抵抗素子を形成することも可能で
ある。

なお、上記実施例では、回路パターンマスク３として、
通孔を有する金属箔を使用していたか、回路パターンに
対応する部分を、イオンビームを透過しやすい材料て形
成し、その他の部分を、イオンビームを透過しない（例
えばイオン阻止能力の大きい）材料で形成した回路パタ
ーンマスクを使用することもできる。

また、照射イオンビームを、目的とする回路パターンに
対応させて、絶縁基体の表面に掃引することでも、同様
に導体パターンを形成することができる。

〈具体例〉 以下に、この発明の具体例について説明する。

具体例１ ６ 幅１　ｍｍ　ｘ長さ５　ｃｍの通孔が形成された、厚め
０．１ｍｍのステンレス製の回路パターンマスクを、厚
み５０μｍのポリイミドフィルム（デュポン社製の商品
名「カプトン」）の表面に重ね合わせた後、第２図に示
すイオンビーム注入装置のイオン照射室４６内に装着し
、Ａｒ＋のイオンビーム４７を、加速電圧１、ＯＭＶの
条件で、約２．５時間照射して、上記通孔の形状に対応
した導体パターンを形成した。なお、打ち込みイオン量
は２Ｘ１０１５イオン／　ｃｎｔてあった。

次に、上記ポリイミドフィルムの表面の導体パターンを
、第３図に示す、電源装置５２としてのポテンシオスタ
ットの陽極側に接続すると共に、陰極側に、ステンレス
製の電極５３を接続した。

そして、上記ポリイミドフィルム１と陰極側の電極５３
とを、反応容器５１内に収容された、アニリンと、重合
触媒としてのテトラフルオロ硼酸（ＨＢＦ４）と、溶媒
としての水とを、モル比て１．２・５０の割合で配合し
た反応液り中に浸漬し、上記ポテンシオスタッＩ・より
電圧を印加して、　７ ｉｍＡの電流値で、２時間の定電流電解重合を行い、導
体パターンの上に、厚み３０μｍのポリアニリン製導電
性高分子薄膜を積層して、導体回路を作製した。

得られた導体回路の抵抗値は３５Ωてあった。

具体例２ 具体例１と同様にして、ポリイミドフィルムの表面に形
成された導体パターンを、第３図に示す、電源装置５２
としてのポテンシオスタットの陽極側に接続すると共に
、陰極側に、ステンレス製の電極５３を接続した。

そして、上記ポリイミドフィルム１と陰極側の電極５３
とを、反応容器５１内に収容された、ピロールと、重合
触媒としてのテトラフルオロ硼酸テトラ−ｎ−ブチルア
ンモニウム［（ｎ　　Ｃ４Ｈ９）　４　ＮＢ　Ｆ４　）
　］　と、溶媒としてのプロピレンオキシドとを、モル
比で１０：１：５０の割合て配合した反応液り中に浸漬
し、」１記ポテンシオスタットより電圧を印加して、１
ｍＡの電流値で、２時間の定電流電解重合を行い、導体
パターンの　８ 上に、厚み３０μｍのポリピロール製導電性高分子薄膜
を積層して、導体回路を作製した。

得られた導体回路の抵抗値は０．８Ωであった。

比較例１ 上記具体例１と同様の条件で、イオンビーム照射によっ
て導体パターンを形成した。この導体パターンの抵抗値
を測定したところ１．５にΩと高く、そのままでは、導
体回路として使用できないことが判明した。

比較例２ イオンビーム照射のみにより、前記具体例１と同程度の
抵抗値を有する導体回路の作製を試みたところ、加速電
圧１．０ＭＶの条件で、１４５時間、イオンビームを照
射しなければならなかった。

〈発明の効果〉 この発明の導体回路は、以上のように構成されており、
導体パターンが、絶縁基体の表面にイオンビームを照射
することにより、当該絶縁基体と連続相をなし、一体形
成されていると共に、この導体パターンの表面に被覆さ
れた導電性高分子薄１つ ３図は電解重合装置の概略を示す説明図である。

膜が、有機高分子材料であるがゆえに、金属よりも絶縁
基体に近い物性を有し、且つ、高い導電率を有している
。したがって、上記導体回路は、金属等に比べて耐屈曲
性等に優れ、また、容易に剥離する虞がなく、しかも、
導電率が金属等と同程度に高いものとなる。

また、この発明の導体回路の製造方法によれば、イオン
ビームの照射によって、絶縁基体の表面に形成された導
体パターンの上に、より導電率の高い、上記導電性高分
子薄膜が被覆された導体回路を形成することができるの
で、導体パターン自体を高導電率にする必要がない。し
たがって、イオンビーム照射の時間やエネルギーを節約
することができ、イオン照射による導体化のみで導体回
路を製造する場合に比べて、より低エネルギー、且つ短
時間で導体回路を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｅｌは、それぞれ、この発明の導体回
路の製造方法の一実施例の各工程を示す断面図、第２図
はイオン注入装置の概略を示す説明図、第　０ １・・・絶縁基体、 ２・・・導体回路、 ２１・・・導体パターン、 ２２・・・導電性高分子薄膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　高分子材料からなる絶縁基体の表面に形成された
   導体回路であって、上記絶縁基体の表面にイオンビーム
   の照射によって形成された導体パターンと、当該導体パ
   ターン上に被覆された、電解重合可能な有機導電性高分
   子の薄膜とからなることを特徴とする導体回路。
2. ２．　高分子材料からなる絶縁基体の表面に、イオンビ
   ームの照射によって導体パターンを形成した後、この導
   体パターンを一方の電極として用いて電解重合を行い、
   導体パターンの表面に、電解重合可能な有機導電性高分
   子の薄膜を被覆させることを特徴とする導体回路の製造
   方法。