JP5138447B2 - 回路パターンの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路パターンの形成方法及びエッチング用回路パターン基板に係わり、特に、比較的に厚い金属板をエッチングして回路パターンを形成する場合にもインクレジストをエッチングマスクとして用いた回路パターンの形成方法及びエッチング用回路パターン基板に関する。

従来の回路パターンの形成方法について説明する。
セラミックス基板の表面上に溶湯接合法によりアルミニウム膜を接合し、このアルミニウム膜上にインクレジストを回路パターン形状にスクリーン印刷する。次いで、このインクレジストに紫外線を照射することにより、印刷されたインクレジストを硬化させる。次いで、この硬化したインクレジストをマスクとしてアルミニウム膜をエッチングする。詳細には、前記インクレジストをマスクとしたアルミニウム膜にエッチング液をスプレーで噴射して供給することにより、前記アルミニウム膜がエッチング除去される。その後、インクレジストを剥離する。これにより、セラミックス基板上にアルミニウム膜からなる回路パターンが形成される（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１６１１５８号公報（段落００２２及び図１）

上記従来の回路パターンの形成方法を用いて比較的に厚いアルミニウム膜などの金属板をエッチングしようとすると、例えばエッチング時間をより長くする必要がある。そして、エッチング時間を長くすると、アルミニウム膜のサイドエッチングにより回路パターンの側面がえぐれてくる。このえぐれた部分はインクレジストが浮いた状態となるので、その浮いた状態となった部分のインクレジストがエッチング液の衝撃（スプレー圧）により破壊される。破壊される部分と破壊されない部分とでエッチングの進行状況が変わるので、結果として回路パターンはがたついてしまう。このように比較的に厚い金属板をエッチングしようとすると、エッチング液のスプレー圧に対するインクレジストの強度が不足するため、エッチングによって形成された回路パターンにパターン欠けや寸法精度不良が発生してしまう。従って、比較的に厚い金属板をエッチングして回路パターンを形成する場合は、強度の高いラミネートフィルムによるレジストを用いる必要がある。

しかしながら、ラミネートフィルムによるレジストは、インクレジストに比べてコストが高い。そこで、比較的に厚い金属板をエッチングして回路パターンを形成する場合にも低コストのレジスト形成方法を用いることが求められている。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、比較的に厚い金属板をエッチングして回路パターンを形成する場合にもインクレジストをエッチングマスクとして用いた回路パターンの形成方法及びエッチング用回路パターン基板を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る回路パターンの形成方法は、基板上に金属板を形成する工程と、
前記金属板上に第１のインクレジストを印刷する工程と、
前記第１のインクレジストに紫外線を照射することにより前記第１のインクレジストを硬化させる工程と、
前記第１のインクレジスト上に第２のインクレジストを印刷する工程と、
前記第２のインクレジストに紫外線を照射することにより前記第２のインクレジストを硬化させる工程と、
前記第１及び第２のインクレジストをマスクとしてエッチング液により前記金属板をエッチングすることにより、前記基板上に前記金属板からなる回路パターンを形成する工程と、
を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る回路パターンの形成方法において、前記第１のインクレジストの厚さは８μｍ以上１８μｍ以下であり、前記第２のインクレジストの厚さは８μｍ以上１８μｍ以下であることが好ましい。ここでのインクレジストの厚さは、ＵＶ硬化後に測定した厚さである。

本発明に係るエッチング用回路パターン基板は、基板上に形成された金属板と、
前記金属板上に形成された第１のインクレジストと、
前記第１のインクレジスト上に形成された該第１のインクレジストと略同形状の第２のインクレジストと、
を具備することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、比較的に厚い金属板をエッチングして回路パターンを形成する場合にもインクレジストをエッチングマスクとして用いた回路パターンの形成方法及びエッチング用回路パターン基板を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施の形態による回路パターンの形成方法を説明する断面図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、セラミックス基板１０として例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用意し、このセラミック基板１０の表面及び裏面上に溶湯接合法によりアルミニウム膜１１を接合する。なお、本実施の形態では、セラミックス基板１０として窒化アルミニウム基板を用いているが、他のセラミックス基板、例えばアルミナ基板や窒化珪素基板等を用いることも可能である。また、本実施の形態では、金属板としてアルミニウム膜を用いているが、他の金属板、例えばＡｌ合金板や銅板等を用いることも可能である。また、本実施の形態では、溶湯接合法を用いているが、他の接合法、例えばろう接や直接接合法等を用いることも可能である。

次いで、このアルミニウム膜１１の一方の面に第１のインクレジスト１２を回路パターン形状にスクリーン印刷し、他方の面に第１のインクレジスト１２をベタパターン形状（セラミックス基板の外周端部を残しほぼ全面）にスクリーン印刷する。詳細には、メッシュ＃３００のテトロン上に乳剤を１０μｍの厚さで塗布し、これに開口パターンを形成したスクリーン版（図示せず）を用意し、このスクリーン版を用いてアルミニウム膜１１上に厚さ８μｍ以上１８μｍ以下の第１のインクレジスト１２をスクリーン印刷する。これにより、アルミニウム膜１１上には回路パターン形状の第１のインクレジスト１２が形成される。なお、本実施の形態では、インクレジストをスクリーン印刷により形成しているが、他の印刷方法、例えばパッド印刷や謄写印刷によりインクレジストを形成しても良い。

次いで、第１のインクレジスト１２にＵＶ光量１８００Ｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射することにより第１のインクレジスト１２を硬化させる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、前記スクリーン版を用いて第１のインクレジスト１２上に厚さ８μｍ以上１８μｍ以下の第２のインクレジスト１３をスクリーン印刷する。これにより、第１のインクレジスト１２上には、第１のインクレジスト１２と同様のパターン形状の第２のインクレジスト１３が形成される。なお、第１及び第２のインクレジストは、プリント回路用に一般的に市販されている印刷用のＵＶインク（紫外線硬化型インク）であれば良い。その成分は、代表的にはポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等をベースとし、その中に光重合性樹脂、光重合開始剤などを含有する。

次いで、第２のインクレジスト１３にＵＶ光量１８００Ｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射することにより第２のインクレジスト１３を硬化させる。これにより、アルミニウム膜１１上には、第１及び第２のインクレジスト１２，１３からなる厚さ１６μｍ以上３６μｍ以下のインクレジストが形成される。

この後、図１（Ｃ）に示すように、第１及び第２のインクレジスト１２，１３をマスクとしてアルミニウム膜１１をエッチングする。詳細には、第１及び第２のインクレジスト１２，１３をマスクとしたアルミニウム膜１１に例えば塩化鉄溶液などのエッチング液をスプレーで噴射して供給することにより、アルミニウム膜１１がエッチング除去される。次いで、図１（Ｄ）に示すように、第１及び第２のインクレジスト１２，１３を例えば水酸ナトリウム水溶液で剥離する。これにより、セラミックス基板１０上にはアルミニウム膜からなる回路パターン１１ａ、ベタパターン１１ｂが形成される。また、図２は、図１（Ｄ）の斜視図である。

上述したように第１及び第２のインクレジスト１２，１３それぞれの厚さの下限を８μｍとしたのは、８μｍより薄くすると、第１及び第２のインクレジスト１２，１３それぞれにピンホールが発生したり、硬化後のインクレジストの強度（エッチング液のスプレー圧の衝撃に対する強度）が不足してインクレジストの剥がれに起因する回路パターン１１ａの欠け等が発生するからである。また、第１及び第２のインクレジスト１２，１３それぞれの厚さの上限を１８μｍとしたのは、１８μｍより厚くすると、印刷したインクレジストににじみが発生し、それによりエッチング寸法不良、即ち回路パターン１１ａの寸法不良が発生するからである。

上記実施の形態によれば、第１のインクレジスト１２を印刷し、紫外線照射により硬化させ、第２のインクレジスト１３を印刷し、紫外線照射により硬化させることにより、従来の１回のインクレジストの印刷では実現できなかった比較的に厚いアルミニウム膜（例えば、膜厚０．３〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．８ｍｍ）などの金属板を低コスト且つ精度良くエッチングすることができる。

詳細には、従来の１回のインクレジストの印刷では、２０μｍ程度の厚さでインクレジストを印刷し、このインクレジストにＵＶ光量１８００Ｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射することにより硬化させても、インクレジストのエッチング液のスプレー圧に対する強度不足でインクレジストが部分的に破壊され、精度良くエッチングすることができず、回路パターンの寸法不良が発生してしまう。
これに対し、本実施の形態では、厚さ８μｍ以上１８μｍ以下の第１のインクレジスト１２を印刷し、紫外線照射により硬化させ、厚さ８μｍ以上１８μｍ以下の第２のインクレジスト１３を印刷し、紫外線照射により硬化させると、第１及び第２のインクレジスト１２，１３のエッチング液のスプレー圧に対する強度が向上してエッチング時にインクレジストが剥がれるのを抑制し、精度良くエッチングすることができ、回路パターンの寸法不良の発生を抑制できる。この理由は、インクレジストを２層形成することで破壊の起点が各層（２層）で必要となるため、エッチング液のスプレー圧に対する強度が向上するものと考えられる。

図３は、図１（Ｃ）の一部を拡大した断面図であり、回路パターン１１ａの相互間のインクレジストの状態が示されている。第１及び第２のインクレジスト１２，１３の側面はセラミックス基板１０に対して略垂直をなしているが、エッチングされたアルミニウム膜は、図３に示すとおり、側面が円弧状になるのが特徴である。特に、インクレジスト間の距離Ｌ、即ち回路パターン間が狭いほど円弧状になりやすく、アルミニウム膜の厚さ方向にエッチングが進んだときに、エッチング前に第１のインクレジスト１２と接触していたアルミニウム膜１１の表面までエッチングが進んで、第１及び第２のインクレジスト１２，１３が浮いた状態となる部分（その部分の長さｌ_１、ｌ_２）が形成される。この浮いた状態となった部分のインクレジストがエッチング液のスプレー圧によって一部が欠けると、エッチング精度が悪くなったり、回路パターンの欠けの原因となることが考えられ、前述のとおりインクレジストの強度が重要となる。

実施の形態と同様の方法で回路パターンを形成する実験を行った。この際の実験条件は下記のとおりである。インクレジストの厚さは、インクレジスト形成前とインクレジスト形成・ＵＶ硬化後の窒化アルミニウム基板とアルミニウム膜からなる金属セラミックス基板の厚さをマイクロメータで測定し、それらの差から求めた。
第１のインクレジストの厚さ ： １０μｍ
第２のインクレジストの厚さ ： １０μｍ
ＵＶ光量 ： １８００Ｊ／ｃｍ^２
アルミニウム膜 ： 純アルミ（４Ｎ）
アルミニウム膜の厚さ ：０．３ｍｍ
エッチング液 ：塩化第２鉄水溶液

上記実験の結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１〜８を用意し、実施例１〜８それぞれのエッチング後の回路パターン間距離の寸法を測定した。その結果、実施例１〜８におけるすべてのサンプルでパターン間距離の寸法目標値内に入っていることが確認された。これと共に、実施例１〜８におけるすべてのサンプルで回路パターンの欠け及びパターンの直線部のガタつき（波打ち）がないことも確認された。

また、上記の実験と同様の実験をインクレジストの厚さのみを変更して行った。つまり、第１及び第２のインクレジストそれぞれの厚さを９μｍとした場合、１２μｍとした場合、１５μｍとした場合について行った。その結果、すべてのサンプルでパターン間距離の寸法目標値内に入っていること、回路パターンの欠けがないことが確認された。

また、純アルミの厚さが０．６ｍｍであること、第１及び第２のインクレジストそれぞれの厚さが１０μｍであることを除いては、前記実施例と同様の方法でサンプルを作成し、同様に評価した。このときも、パターン間の寸法目標値±０．３ｍｍ内に入っていた。また、前記実施例と同様、パターンの直線部に欠けがなく、パターンの直線がガタつく（波打つ）こともなかった。

また、第１及び第２のインクレジストそれぞれの厚さを２０μｍとした以外は上記の実験と同様の条件で比較実験を行った。その結果、インクレジストににじみが発生することが確認された。また、第１及び第２のインクレジストそれぞれの厚さを５μｍとした以外は上記の実験と同様の条件で比較実験を行った。その結果、回路パターンに欠けおよびガタつきが発生することが多かった。

また、厚さ１０μｍのインクレジストを１回塗り（即ち第１のインクレジストのみとし、第２のインクレジストは塗布しない）した以外は、実施例と同様の方法でサンプルを作成し、評価した。この例では、エッチング液のスプレー圧によりパターンの直線部のインクレジストの破壊が見られ、エッチングされた後のＡｌのパターンの直線部も、上方から見るとガタガタになっており（均一でない波線状になっており）、回路パターンとしての使用に耐えなかった。なお、直線部のガタつきとは、目視で明らかに直線に見えないもので波線のように見える部分をいう。具体例としては、波線のように見える部分の波の上下が１５０μｍ以上あり、且つ波線のように見える部分が１０ｍｍ当たり２波以上有するものである。

尚、本発明は上記実施の形態及び上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施の形態による回路パターンの形成方法を説明する断面図である。 図１（Ｄ）の斜視図である。 図１（Ｃ）の一部を拡大した断面図である。

符号の説明

１０…セラミックス基板
１１…アルミニウム膜
１１ａ…回路パターン
１２…第１のインクレジスト
１３…第２のインクレジスト

Claims (2)

1. 基板上に金属板を形成する工程と、
   前記金属板上に第１のインクレジストを印刷する工程と、
   前記第１のインクレジストに紫外線を照射することにより前記第１のインクレジストを硬化させる工程と、
   前記第１のインクレジスト上に、前記第１のインクレジストと同様のパターン形状の第２のインクレジストを印刷する工程と、
   前記第２のインクレジストに紫外線を照射することにより前記第２のインクレジストを硬化させる工程と、
   前記第１及び第２のインクレジストをマスクとしてエッチング液により前記金属板をエッチングすることにより、前記基板上に前記金属板からなる回路パターンを形成する工程と、
   を具備し、
   前記第１のインクレジストの厚さは８μｍ以上１８μｍ以下であり、前記第２のインクレジストの厚さは８μｍ以上１８μｍ以下であり、
   前記金属板はアルミニウムまたはＡｌ合金からなり、
   前記エッチングする前記金属板の厚さは０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とする回路パターンの形成方法。
2. 請求項１において、
   前記第１及び第２のインクレジストは同じ材質のレジストインクであることを特徴とする回路パターンの形成方法。

Images