JPH0362036B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロ波周波数帯で使用するに好
適な回路基板に関し、更に詳細に云えば、本発明
は、銅層とアルミニウム層との間に挾まれたプラ
スチツクフイルムを含む積層体にスルーホール接
続を有するマイクロウエーブ回路基板及びその製
造法に関する。

本発明は、マイクロ波周波数帯で電気信号を伝
送する為の回路基板の製造に特に有用である。マ
イクロ波周波数帯で使用する回路基板は、ヒート
シンク作用としても用いられるように、通常は比
較的厚いアルミニウムの板又は層を備えている。
誘電的及び機械的な諸特性を選択したプラスチツ
ク材料層がそのアルミニウム層の一方面に接着的
に接合され、また、この回路基板積層体は、その
誘電体フイルム、すなわちプラスチツク層の露出
面に接合された銅箔層を備えている。このような
誘電体フイルムは、例えば、ポリテトラフルオロ
エチレン（PTFE）か又は繊維強化PTFEからな
る。誘電体材料を比較的厚い下部アルミニウム層
と比較的薄い上部銅箔層との間に挾み込むように
した積層体は、回路基板の準備体又は中間構造体
とみることができる。

このような回路基板には、銅箔層に形成された
回路部分と接地面の一部を形成するアルミニウム
板との間に電気的接続を形成する必要がある。こ
のような接続は、積層体にスルーホールを介して
設けるのが好ましい。斯かるスルーホール接続を
信頼性及びコスト効果手法で設けることは、この
種の分野で積年の課題である。スルーホール接続
を無電解銅メツキで行なうのが最も望ましい。し
かし、離間した銅及びアルミニウムの両要素間に
無電解メツキで簡単に電路を形成することは不可
能である。アルミニウム上にメツキするには、所
要の付着を得るような特殊の処理を要することが
この種分野で周知である。

アルミニウム上にメツキする目的で二つの基本
的な手法が提案されている。これら二つの手法は
亜鉛酸塩法であつて、先ず、薄い亜鉛層をアルミ
ニウム基材上に設けると共に、次いでこの亜鉛層
上に他の金属を設け、そして、多孔質の陽極化コ
ーテイングを施してこのコーテイング上に次いで
金属をメツキするという陽極化工程を含むもので
ある。実施の比較的容易性と比較的低コスト性に
よつて、この亜鉛酸塩法は一般に広く適用される
手法である。しかし、この手法は、アルミニウム
の表面条件に極めて敏感であるので、亜鉛酸塩の
前洗浄処理及びエツチング処理に時間を要すると
いう欠点がある。更に、亜鉛は半田付け時に溶融
し、半田と混合して高い抵抗を形成するか又は不
完全な接続となるので、アルミニウム部材に亜鉛
を被着させることは一般的に得策とは考えられな
い。このような事項は、亜鉛に代えて用いられる
場合のあるカドニウムについても同様に云えるこ
とである。

銅は陽極化コートをアルミニウム面に形成させ
ることを阻害するか化学的に侵すので使用に適し
ないと通常考えられる為、陽極処理法はマイクロ
ウエーブ回路基板の製造には用いられていない。

従つて、従来技術においてマイクロウエーブ回
路基板積層体のアルミニウム及び銅の両層間にス
ルーホール接続を行なう必要があり、かつ、亜鉛
酸塩法を適用できないような事態に直面した場合
には、アルミニウムに直ちにか、又は予めクロム
酸塩転換コートを施したアルミニウム上に銅又は
ニツケルを設けるという信頼性のない手段にたよ
るものであつた。周知の如く、このような方法
は、アルミニウム基材金属に対する結合強度の低
い貧弱な品質のメツキ金属コートを形成するもの
である。従つて、このような低質のコートを例え
ば121.1℃（250〓）で一時間さらすか又は60／40
のすず・鉛溶融半田中に浸漬するなど高温に置く
と、このようなコートは損傷を受けてしまう。

本発明は、メツキスルーホールを有する新規な
マイクロウエーブ回路基板積層体及びその製造法
を提供することにより、従来の上記問題及びその
他の欠点、不利益を解消するものである。

本発明による物及び方法は、導電化スルーホー
ルを備えたマイクロウエーブ回路基板を含むもの
である。本発明は、誘電体材料シートの一方面に
薄い銅層を有し、またその他方面に厚いアルミニ
ウム層を有するような積層体で着手する。各スル
ーホールは予め決定したパターンで積層体に穿設
される。アルミニウムの全露出面（アルミニウム
層とそれを貫通するスルーホール内周壁）には、
多孔質のアルミニウム酸化被膜を形成するように
慎重に制御された工程で陽極処理を施される。こ
の陽極処理によつて、誘導体上の薄い銅層は、ア
ルミニウムと電気的に絶縁される。次に、全ての
アルミニウム酸化被膜上に導電性材料からなる層
が電気メツキされる。続いて、誘電体内の各穴の
内周壁を処理して“ぬれ”となるようにナトリウ
ム又はプラズマエツチングをこの積層体に施す。
そして、全ての露出電気メツキ金属領域と薄い元
の銅層と及び全てのスルーホール面とを含むこの
積層体の全露出面には、完全な金属被膜を形成す
るように無電解メツキが施される。その後、回路
パターンと接地面になる（アルミニウム上の）他
の銅面との間に導通接触を形成するメツキされた
スルーホールを有するマイクロウエーブ回路パタ
ーンが薄い銅層を本来的に備えている面に形成さ
れる。

本発明を図示により説明すると、図において、
第２図２Ａ〜２Ｅは、種々の金属被膜を図示の目
的で表わしたものであつて、現実のものとの寸法
又は比例する大きさを示すものではない。

本発明の好ましい実施例によれば、マイクロウ
エーブ回路基板は、繊維強化ポリテトラフルオロ
エチレン・シート１４の両面に銅箔１０とアルミ
ニウム板１２とを接合してなる準備又は中間積層
体から製造される（第２図２Ａ参照）。例えば、
このような積層体は、アメリカ合衆国、コネチカ
ツト州、ロジヤースのロジヤース・コーポレーシ
ヨンから入手可能な“RT／ジユロイド”5870又
は5880で構成される。一実施例において、銅箔は
0.0356mm（0.0014インチ）の厚さであり、絶縁材
料シートは1.524mm（0.060インチ）の厚さであ
り、また、アルミニウム層は1.651mm（0.065イン
チ）の厚さであつてこれは6061−T6型アルミニ
ウムからなる。

このような初期積層体の形成後（工程Ａ）、マ
イクロウエーブ回路基板を製造する次の工程（工
程Ｂ）は、積層体を貫通する所要の寸法及び位置
にスルーホール１６を穿設することからなる（第
２図２Ｂ参照）。各穿設孔は必要に応じて次いで
バリ取りされる。次に、この積層体は洗浄され
る。洗浄処理は、アルミニウム及び銅の双方に中
立な洗浄液を用いて速やかに行なわれる。この洗
浄工程は、積層体の脱脂処理及び通常のよごれや
指紋等を除去する目的のものである。

洗浄した積層体は、次に、本発明の一実施例で
は、85％オルトリン酸H₃PO₄の30重量％からな
る陽極処理水溶液に浸漬される。すべての露出ア
ルミニウム面（すなわち、本来的に露出している
すべてのアルミニウム面及びアルミニウム層を貫
通する各スルーホールの内壁）は、慎重に制御さ
れた方法によつて陽極処理を施され（工程Ｃ）、
この場合、アルミニウム面には再使用できるチタ
ニウムクリツプを電気的に接触させるようにして
いる。このクリツプは積層体の銅側と電気的に絶
縁されるように十分な注意が払われる。この予防
策を損ねると、積層体から銅がエツチングされる
ようになつてアルミニウム上には陽極被膜が形成
されなくなる。陽極処理工程での溶液温度は、
40.6℃〜47.8℃（105〓〜118〓）の範囲、好まし
くは43.3℃（110〓）に維持される。一実施例に
おいて、溶液温度が43.3℃（110〓）の場合、陽
極電流密度は26.91mA／cm²（25A／ft²）であつ
て、この陽極処理は５分間継続された。陽極処理
中、アルミニウム表面、特にスルーホール穿設孔
の内壁に生じる酸素あわが完全な陽極処理化の妨
げとならないように、この溶液は適度に撹拌され
る。本発明の実施例で形成された酸化被膜は、
0.0155〜0.310mg／cm²（0.1〜2.0mg／in²）の範囲の
被膜量であつた。

陽極処理工程に続いて、この基材は典型的には
洗浄水中で洗浄することによつてすすがれる。

本発明法の次の工程（工程Ｄ）は、陽極処理工
程（第２図２Ｃ参照）で形成されたアルミニウム
酸化被膜上に銅被膜１８又はその他のニツケル等
の導電性金属からなる被膜の電解メツキ処理を含
む。電解銅メツキ処理の場合、この基材はアルミ
ニウム酸化被膜が付着銅膜で被覆されるまで硫酸
銅CuSO₄溶液に浸漬される。陽極処理工程での注
意深い制御により形成されたアルミニウム酸化被
膜の有孔性によつて、この酸化被膜上に電解メツ
キされる銅には細孔が入り込むようになり、これ
によつてアルミニウム基材金属上にメツキされる
ものと考えられている。いずれにしても、メツキ
銅は酸化被膜に強固に被着されてアルミニウムと
電気的に接合されるので、基材金属に対する電気
的接続が銅メツキとの電気的接触により形成され
ることとなる。一実施例において、カツパー・グ
リームPCMの商品名で市販されているアメリカ
合衆国、ニユーヨーク州、フリーポートのリー・
ロナール社から入手される硫酸銅−硫酸溶液で銅
がメツキされた。他の実施例において、ニツケル
メツキが銅の代りに施され、この場合には
（NH₂SO₃H）₂Ni溶液を使用した。このメツキ金
属は、マイクロウエーブ回路基板の接地面として
寄与する。

アルミニウム基材金属と信頼性の高い電気的接
合がなされる被膜を得るためには、この積層体を
メツキ処理槽に挿入した際に直流電力を加えるの
が特に重要であることが分つた。銅メツキ処理工
程の典型的なパラメータは次のとおりである。

溶液温度＝21.1℃〜32.2℃（70〓〜90
〓） 陰極電流＝21.53〜43.06mA／cm²（20〜
40A／ft²） 陽極−陰極領域比＝１：１〜２：１ 浄化空気で溶液撹拌（あわ立て処理） 銅及びニツケルの双方とも、メツキ厚さは
0.00508〜0.01016mm（0.0002〜0.0004インチ）の
範囲である。

電解メツキ処理工程後、この構造体は誘電体の
全ての露出面、特に各スルーホールの内壁を変化
させるようにナトリウム又はプラズマエツチング
に付される（工程Ｅ）。この処理は各スルーホー
ルの内壁をぬらすように、すなわち、水をベース
とする材料を受容するか又はこの材料となじむよ
うにする為のものである。

エツチング処理後、上記積層体は触媒処理浴
（パラジウム塩）で洗浄される。次いで、この構
造体は元の銅箔、（元のアルミニウム上の）銅板
及び各スルーホールの内壁上に連続的な銅（又は
ニツケル）被膜２０を形成するように無電解銅
（又はニツケル）メツキが施される（第２図２Ｄ
及び同図のＥ−Ｅ線部分断面図である第２図２Ｅ
参照）。各スルーホールの内壁に施される銅（又
はニツケル）無電解メツキは、アルミニウム基材
金属にメツキした銅を通して、薄い銅箔と銅メツ
キ被膜との間に穿孔スルーホールを介して電路を
形成する。これによりマイクロウエーブ回路基板
構造体は完成されるので、次にその上に回路パタ
ーンを形成する為の準備がなされる。

上記回路基板構造体が完成されたら、本来の薄
い銅箔を含む面上に一以上のマイクロウエーブ回
路パターンが形成される。この回路パターンの一
部は、必要ならば、上記の導電被膜されたスルー
ホールによつて接地面と接続できる。

当業者に明白なとおり、銅層の電気的特性又は
半田付け性或いはその双方を改善する目的で、例
えば銅半田又は銅−ニツケル−金等の付加金属を
設けるようにすること、若しくは回路パターンを
形成する為に化学エツチング作用の耐性となる金
属層を設けるようにすること等は、本発明の予期
するところのものであることが分る。

以上、好ましい実施例について説明したが、本
発明の要旨を逸脱することなく、種々の改変又は
置替えをなし得る。従つて、本発明は図示によつ
て説明されているがそれに制約されないことが分
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な製造工程図、第２図
２Ａ〜２Ｅは本発明の各工程での回路基板におけ
る概念的な断面図である。 １０…銅箔、１２…アルミニウム板、１４…
PTFEシート、１６…スルーホール、１８…銅被
膜、２０…無電解銅メツキ被膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムと銅とを誘電体材料で電気的に
   絶縁した積層体に少なくとも一個のスルーホール
   を形成し、このスルーホールを含むアルミニウム
   層の露出領域にオルトリン酸液中で陽極処理を施
   した後、アルミニウム上の陽極被膜に導電性金属
   を電解メツキ処理し、上記誘電体材料の露出領域
   をエツチング処理し、次いでこの積層体の全ての
   露出面上に導電性金属を無電解メツキ処理する各
   工程を含み、上記誘電体材料を銅及びアルミニウ
   ムの両層間に挾んだ積層体からマイクロウエーブ
   回路基板を製造する方法。 ２ 前記陽極処理工程が、アルミニウム層に対す
   る電気的接触を銅層と電気的に絶縁したチタニウ
   ム接触子手段で行なわれる特許請求の範囲１の製
   造法。 ３ 前記電解メツキ工程が、陽極処理した積層体
   を硫酸銅を含むメツキ槽に浸漬してメツキ装置の
   陽極及び陰極と電流源との電気的接触を形成する
   ようにされる特許請求の範囲２の製造法。 ４ 前記陽極処理工程が、オルトリン酸温度を
   40.6℃〜47.8℃の範囲に維持することを含む特許
   請求の範囲１の製造法。 ５ 前記陽極処理工程が、オルトリン酸温度を
   40.6℃〜47.8℃の範囲に維持することを含む特許
   請求の範囲２の製造法。 ６ 前記陽極処理工程が、オルトリン酸温度を
   40.6℃〜47.8℃の範囲に維持することを含む特許
   請求の範囲３の製造法。 ７ 前記陽極処理工程が、0.0155〜0.310mg／cm²
   の範囲に酸化被膜が形成されるまで継続される特
   許請求の範囲１の製造法。 ８ 前記陽極処理工程が、0.0155〜0.310mg／cm²
   の範囲に酸化被膜が形成されるまで継続される特
   許請求の範囲６の製造法。 ９ 銅又はニツケルを含む電解メツキ工程が、 溶液温度＝21.1℃〜32.2℃ 陰極電流＝21.53〜43.06mA／cm² 陽極−陰極領域比＝１：１〜２：１ 時 間＝10〜20分 浄化空気による溶液撹拌 の条件で行なわれる特許請求の範囲１の製造法。 １０ 前記電解メツキ工程が、浸漬する前に電力
   が加えられた電解メツキ槽に積層体を浸漬するこ
   とを含む特許請求の範囲１の製造法。 １１ 銅又はニツケルを含む電解メツキ工程が、 溶液温度＝21.1℃〜32.2℃ 陰極電流＝21.53〜43.06mA／cm² 陽極−陰極領域比＝１：１〜２：１ 時 間＝10〜20分 浄化空気による溶液撹拌 の条件で行なわれる特許請求の範囲１０の製造
   法。 １２ 第一の比較的厚いアルミニウム層と第二の
   比較的薄い銅層との間に誘電体材料を挾んだ積層
   体を有し、該積層体に設けた少なくとも一個のス
   ルーホールを有し、上記アルミニウム層の全ての
   外面又は露出面に電解メツキされた導電性金属被
   膜を備え、上記アルミニウム層の全ての外面又は
   露出面には上記導電性金属の電解メツキ被膜を設
   ける前に陽極処理が施されており、上記比較的薄
   い銅層、電解メツキ銅及び誘電体材料並びにそれ
   らを通る上記スルーホール内壁部を含む全ての外
   面又は露出面に導電性無電解メツキ金属被膜を備
   えてなるマイクロウエーブ回路基板。 １３ 前記導電性電解メツキ被膜が銅又はニツケ
   ルである特許請求の範囲１２の回路基板。 １４ 前記導電性無電解メツキ被膜が銅又はニツ
   ケルである特許請求の範囲１３の回路基板。