JP2007048827A - 導電性回路の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細かつ高密度の導電性回路を、正確かつ低コストで形成する。
【解決手段】 パラジウムを混入した熱可塑性樹脂を射出形成して基体１を形成し、この基体の表層１ａに含まれるパラジウムを除去する。パラジウムを除去した表層１ａにレーザー光２を照射して、この表層を除去すると共にその下の触媒を含む下地層１ｂの露呈面１ｄを粗化して親水性にする。基体１に無電解銅めっきを施すと、下地層１ｂの露呈面１ｄにのみ導電層３が形成され、この導電層によって導電性回路を形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂を射出成形した部品の表面に、導電性回路を形成する方法に関する。

携帯電話機等の電子機器に使用する電気回路を形成するため、無電解めっきによって、絶縁性樹脂の表面に、銅等の導電性物質の層からなる所定の回路パターンを形成する方法が各種提案されている。例えば、パラジウム等の触媒を混入した熱可塑性樹脂を射出成形して第１の樹脂成形体を形成し、次にこの第１の樹脂成形体の表面に、所定の回路パターンの部分を残して非触媒化された第２の樹脂成形体を射出成形し、次いでこの第１の樹脂成形体の表面であって、第２の樹脂成形体で覆われていない回路パターンの部分に、無電解めっきによって導電層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

あるいは触媒を混入した無定形熱可塑性樹脂を射出成形して第１の樹脂成形体を形成し、次にこの第１の樹脂成形体の表面に、所定の回路パターンの部分を残して結晶性熱可塑性樹脂からなる第２の樹脂成形体を射出成形し、クロム酸等の水溶液に浸漬する。すると無定形熱可塑性樹脂からなる第１の樹脂成形体の表面であって、第２の樹脂成形体で覆われていない回路パターンの部分だけが選択的にエッチングされるので、このエッチングされた部分に、無電解めっきによって導電体の層を形成する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。

さらに予め触媒であるパラジウムを分散させた基板表面の所定の部分に、めっきレジストを形成し、それ以外の部分に導体を無電解めっきし、次いで残存するレジストを除去した後に、このレジストを除去して露呈した基体表面に存在するパラジウムを除去する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開昭６１−２３９６９４号公報（１頁〜４頁、図５） 特開昭６３−５０４８２号公報（１頁〜６頁、図５） 特開平０３−２５４１７９号公報（１頁〜３頁、図８）

周知のように、プラスチック等の樹脂に無電解めっきを行なう場合には、めっき金属を析出させるための核となるパラジウム等の触媒核の存在が必要となり、さらにめっきの密着性を確保するために、めっきをする表面をエッチング等によって粗化することが必要となる。上述した手段は、触媒を混入した基体の表面を、所定の回路パターンの部分を残して、触媒を混入しない樹脂マスキングするもの、またはエッチングで表面を粗化できる基体の表面を、所定の回路パターンの部分を残してエッチング耐性を有する樹脂でマスキングするもの、あるいは触媒を混入した基体の表面を、所定の回路パターンの部分を残してフォトレジストフィルムを貼着し、露光、現像してめっきレジストを形成するものであって、いずれもマスキングやレジストが形成されていない回路パターンの部分に、導電性物質を無電解めっきするものである。

しかるに上述した手段は、いずれも導電性回路を表面に形成する基体を射出形成し、さらにその表面に、所定の回路パターン部分を残して、別部材でマスキングあるいはめっきレジストを形成するものである。したがって別部材でマスキングする場合には、２種類の金型を準備して、２種類の樹脂をそれぞれ射出成形する必要があり、金型製造、樹脂材料、及び射出成形作業にそれぞれ２倍の費用が発生する。さらに微細で高密度の電気回路を形成するためには、マスキングを射出形成する金型も、高精度に仕上げる必要があり、金型コストも上昇する。まためっきレジストを形成する場合には、フォトレジストフィルムを貼着して、露光および現像を行ない、さらに導電性回路を形成後に、このめっきレジストを除去する必要があり、これらの作業を行なうために多くの費用が発生する。

そこで本発明の目的は、金型で射出成形した基体表面に、何ら別部材を射出形成したりめっきレジストを付与したりすることなく、微細で高密度の電気回路を正確かつ安価に形成できる導電性回路の形成方法を提供することにある。

上述した課題を解決すべく、本発明による導電性回路の形成方法の特徴は、触媒を混入した基体に対して、その表層部分の触媒を除去し、次いでレーザー光によって、表層の導電性回路を形成する部分を昇華除去すると共に、その下に露呈した触媒を含む下地層の露呈面を粗化することによって、この導電性回路を形成する部分にのみ、選択的に無電解めっきができるようにしたことにある。

すなわち本発明による導電性回路の形成方法は、無電解めっき用の触媒を混入した熱可塑性樹脂を射出成形して基体を形成する第１の工程と、上記基体の表層に含まれる上記触媒を除去する第２の工程とを備えている。このように触媒を除去した基体の表層には、無電解めっき金属の初期析出に不可欠な触媒核が存在しないために、めっき液に浸漬しても、めっき層が形成されない。次いで本発明による導電性回路の形成方法は、上記基体にレーザー光を照射して、上記触媒を昇華除去した基体の表層であって、所定の導電性回路パターンを形成する部分を除去すると共に、この表層の除去によって露呈した上記触媒を含む下地層の露呈面を粗化する第３の工程と、無電解めっきによって上記下地層の露呈面に導電層を形成する第４の工程とを備えている。

すなわち表層は、触媒を除去されてめっきレジスト性になっているが、この表層にレーザー光を照射して、所定の導電性回路パターンを形成する部分を除去すると共に、この表層の除去によって露呈した触媒を含む下地層の露呈面を粗化すれば、この部分は、めっき金属を析出させるための核となる触媒核が存在し、かつめっきの密着性を確保するための表面の粗化がなされているため、めっき液に浸漬することによって、堅固なめっき層を形成することができる。以上により、レーザー光を照射して下地層を露呈させて粗化した部分にのみ、選択的に無電解めっき層が形成され、この部分に導電性回路が形成される。

上記無電解めっき用の触媒は、パラジウムであり、上記第２の工程は、上記第１の工程によって形成した基体を、化マンガン酸カリウムを含む溶液に浸漬する工程と、その後に芳香族ニトロ化合物、アミン化合物、アミノカルボン酸、カルボン酸、および水酸化ナトリウムを含む溶液に浸漬する工程とを有することが望ましい。

ここで「無電解めっき用の触媒」とは、無電解めっきの最初の析出に必要となる触媒を意味し、プラチナ、金、銀、あるいはパラジウム等の貴金属が該当する。「熱可塑性樹脂」とは、熱を加えると溶融流動して可塑性を発揮し、冷却すると固化する電気的に絶縁な合成樹脂を意味し、例えばポリエチレンおよびその共重合樹脂、ポリプロピレン樹脂、４−メチルペンテンー１樹脂、ポリスチレンおよびその共重合樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、塩化ビニルその共重合樹脂、塩化ビニリデン樹脂、セルロース系樹脂、並びにポリアミド、ポリアセタール、変成ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、およびポリブチレンテレフタレート等のエンジニリアリングプラスチックが該当する。

「基体の表層に含まれる触媒を除去する第２の工程」とは、公知の技術であって、例えばヨウ素、ヨウ化アンモニウム溶液に浸漬して、基体の表層の触媒を溶解するもの、化マンガン酸カリウム溶液に浸漬して、基体の表層の触媒を溶解するもの、あるいはリアクティブイオンエッチング等の真空装置を用いて、基体の表層の触媒を離脱させるものが該当する。「レーザー光」とは、光学系を使用してレーザーの光を被加工物表面に集束するようにした、いわゆるレーザービームを意味し、ＹＡＧレーザーのような公知の固体レーザー、あるいはＣＯ_２レーザーのような公知のガスレーザーによるレーザービームが該当する。

なお上記レーザー光の波長は、１９３〜１０６４ｎｍであることが望ましい。すなわち現在普及している紫外線レーザーの波長は、１９３ｎｍであり、一方現在普及しているＹＡＧレーザーの波長は、１０６４ｎｍである。したがってレーザー光の波長をこの範囲に設定することにより、現在普及しているレーザー機器を容易に利用することができる。

「粗化」とは、無電解めっき被膜との密着性を確保するために、非めっき面をレーザー光で溶融して、小さな凹凸面を形成すると共に、親水性を付与することを意味する。「導電層」とは、導電性の金属からなる無電解めっき被膜を意味し、例えば銅、ニッケル、錫、鉄、あるいはこれらの金属の合金等の被膜が該当する。また二次元的なものに限らず、例えば基体の表裏面や側面を含む三次元的なものも含む。

上述したように、本発明による導電性回路の形成方法は、触媒を混入した基体に対して、その表層部分の触媒を除去し、次いでレーザー光によって、表層の導電性回路を形成する部分を昇華除去すると共に、その下に露呈した触媒を含む下地層の露呈面を粗化することによって、この導電性回路を形成する部分にのみ、選択的に無電解めっきを行なうものである。このため無電解めっきによって導電性回路を形成するために使用する材料は、基体を形成する材料だけで足りる。したがって従来のように、基体とは別の材料を使用して、微細かつ高密度な回路を形成するためのマスキングや、めっきレジストを形成するコストと手間とを不要にすることができる。

また基体表面に直接レーザー光を照射して、導電性回路となる部分を形成するものであるため、従来のように、導電性回路となる部分を残して、基体の表面にマスキング等の別部材を形成する方法に比べて、極めて微細かつ高密度の回路を、容易かつ精密に形成することが可能となる。さらにレーザー光の照射によって基体の表層を昇華除去する際に、併せて触媒を含む下地層の露呈面の粗化を行なうことができるので、無電解めっきに必要な触媒付与および表面粗化の工程を、別途設ける必要がない。

無電解めっき用の触媒としてパラジウムを使用し、基体の表層のパラジウムを除去する手段として、この基体を化マンガン酸カリウムを含む溶液に浸漬し、その後に芳香族ニトロ化合物、アミン化合物、アミノカルボン酸、カルボン酸、および水酸化ナトリウムを含む溶液に浸漬することによって、表層のパラジウムを確実に除去することができる。

図１を参照しつつ、本発明による導電性回路の形成方法の具体例を説明する。まず図１（Ａ）に示すように、無電解めっき用の触媒を混入した熱可塑性樹脂を射出成形して、ブロック状の基体１を成形する。なお熱可塑性樹脂としては、例えばシンジオタチックポリスチレン（以下「ＳＰＳ」という。）を使用し、このＳＰＳに、無電解めっき用の触媒として、０．１重量％のパラジウムを混入する。なおパラジウムは、微小量を均一に分散させるために、粉末珪酸アルミニウムの表面に付着させたものを混入する。

次に図１（Ｂ）に示すように、基体１の表層１ａの部分に含まれるパラジウムを除去する。なおパラジウムを除去した表層１ａの下は、パラジウムが除去されていない元の基体１のままの下地層１ｂになっている。すなわち基体１の表層１ａの部分に含まれるパラジウムの除去は、この基体１を、まず化マンガン酸カリウムを含む溶液に浸漬し、次いで芳香族ニトロ化合物、アミン化合物、アミノカルボン酸、カルボン酸、および水酸化ナトリウムを含む溶液に浸漬して行なう。なおパラジウムの除去程度に応じて、この作業を複数回繰り返してもよい。

次に図１（Ｃ）に示すように、基体１の表面に、外部からレーザー光２を照射して、導電性回路を形成する部分１ｃについて、パラジウムを除去した表層１ａを昇華除去すると共に、この表層の除去によって露呈した下地層１ｂの露呈面１ｄを溶融して粗化する。なおレーザー光２は、コンピュータ制御によって、所定の導電性回路パターンを描くように移動する。またレーザー光２は、１９３ｎｍ〜１０６４ｎｍの波長のものを使用し、パラジウムを除去した表層１ａを昇華除去し、併せてこの表層の除去によって露呈した下地層１ｂの露呈面１ｄを、溶融して粗化できる程度の強度、加工速度等に設定する。

次に図１（Ｄ）に示すように、基体１を無電解銅めっき液に浸して、銅めっきを行う。すなわちパラジウムを除去した表層１ａのうち、レーザー光２に照射されない部分は、表面が粗化されていないので疎水性を有し、かつ触媒も含んでいないので、無電解銅めっき被覆が形成されない。一方レーザー光２を照射された部分は、疎水性の表層１ａが除去されて、触媒を含む下地層１ｂが露呈し、この露呈面１ｄは、粗化されて親水性を有しているため、この部分にのみ銅めっき被覆からなる導電層３が形成され、この導電層によって所定のパターンの導電性回路が形成される。

なお無電解銅めっきは、通常行なわれている公知の方法でよい。例えば粗化された下地層１ｂの露呈面１ｄは、めっきの前処理として、水洗や脱脂等によって表面の汚れや油分を除去する。また無電解銅めっき液としては、例えば金属塩として硫酸銅を５〜１５ｇ／Ｌ、還元剤としてホルマリンの３７容量％の溶液を８〜１２ｍＬ／Ｌ、錯化材としてロッシェル塩を２０〜２５ｇ／Ｌ、そしてアルカリ剤として水酸化ナトリウムを５〜１２ｇ／Ｌ混合した、温度２０℃の溶液を使用することができる。

本発明による導電性回路の形成方法について次のように実施し、目標の作用効果が得られることを確認した。

熱可塑性樹脂として、ＳＰＳ（出光興産株式会社製のＳＰＳ）を使用し、触媒として、この樹脂に対する０．１重量％のパラジウムを粉末珪酸アルミニウムの表面に付着させたものを混練分散させ、さらに補強材として３０重量％のガラス繊維を混練分散させたものを、射出成形して基体を成形した。

次に基体を、過マンガン酸カリウムの水溶液（化工材商事の商品名「ターコ４３３８−Ｃ」を、５０ｇ／Ｌの濃度にした水溶液で、液温８０℃。）に浸漬し、その後、芳香族ニトロ化合物、アミン化合物、アミノカルボン酸、およびカルボン酸を含む薬品（奥野製薬製の商品名「トップリップＡＺＮｏ．１」及び「トップリップＡＺＮｏ．２」）を、それぞれ４０ｇ及び５００ｍＬと、水酸化ナトリウム３０ｇとを、９０℃の蒸留水１Ｌに溶解した水溶液に浸漬して、この基体の表層に含まれるパラジウムを溶解除去した。

次にエキシマレーザー（住友重機械工業株式会社製の型式ＩＮＤＥＸ-８４８）を使用して、所定の回路パターンを形成するように基体の表面にレーザー光を照射した。なおレーザー光の波長は、１４８ｎｍであり、エネルギー密度は、１０Ｊ／ｃｍ^２、パルス数は、１０ショット／ｓに設定した。このレーザー光照射によって、パラジウムを除去した基体の表層が、所定の回路パターンに沿って昇華除去されると共に、その下に露呈したパラジウムを含む下地層の表面が粗化されることが確認された。

次に基体を水洗して汚れを除去し、トリクロルエチレンにて脱脂を行い、再度水洗した後に乾燥させた。乾燥処理後の基体に無電解めっきを行った。なお無電解めっきは、湿潤化、および活性化を含む公知のプラスチック無電解銅めっきで行った。

無電解銅めっきの結果、表層が除去されて粗化された下地層に、厚さ１０μｍの銅被膜が形成され、他の表層部分には銅被膜が形成されないことが確認できた。

実施例１と同様に、熱可塑性樹脂として、ＳＰＳ（出光興産株式会社製のＳＰＳ）を使用し、触媒として、この樹脂に対する０．１重量％のパラジウムを粉末珪酸アルミニウムの表面に付着させたものを混練分散させ、さらに補強材として３０重量％のガラス繊維を混練分散させたものを、金型温度を１６０℃に設定して、射出成形により基体を成形した。このように金型温度をＳＰＳの融点（２７０℃）に近い温度に設定して射出成形すると、高温の金型に触れた表層は流動性が高くなり、触媒は内部に沈み込み、基体の表層には、触媒を含まないＳＰＳ単体からなる、厚さ３〜１０μｍのスキン層が形成され、その内部に触媒を含む下地層が形成されることが確認された。

そこでエキシマレーザー（住友重機械工業株式会社製の型式ＩＮＤＥＸ-８４８）を使用して、所定の回路パターンを形成するように基体の表面にレーザー光を照射した。なおレーザー光の波長は、１４８ｎｍであり、エネルギー密度は、１０Ｊ／ｃｍ^２、パルス数は、１０ショット／ｓに設定した。このレーザー光照射によって、基体の表層を形成するＳＰＳ単体からなるスキン層が、所定の回路パターンに沿って昇華除去されると共に、その下に露呈した触媒を含む下地層の表面が粗化されることが確認された。

次に基体を水洗して汚れを除去し、トリクロルエチレンにて脱脂を行い、再度水洗した後に乾燥させた。乾燥処理後に基体に無電解めっきを行った。なお無電解めっきは、湿潤化、および活性化を含む公知のプラスチック無電解銅めっきで行った。無電解銅めっきの結果、スキン層が除去されて粗化された下地層に、厚さ１０μｍの銅被膜が形成され、他のスキン層の表面には銅被膜が形成されないことが確認できた。

以上のように、金型温度を熱可塑性樹脂の融点に近づけて射出成形すると、基体の表層には、触媒を含まない樹脂単体からなる、薄いスキン層が形成され、その内部に触媒を含む下地層が形成できる。このスキン層は、触媒核を有せず、かつ疎水性であるため、無電解めっき層を形成することができない。したがってこのように金型温度を熱可塑性樹脂の融点に近づければ、上述したような表層に含まれる触媒の除去工程を省くことができる。

なお触媒を含まないスキン層を形成できる金型温度は、熱可塑性樹脂の種類、基体の大きさ等によって異なるが、このような現象は公知のものであり、熱可塑性樹脂の種類、基体の大きさ等が決まれば、射出成形に関する実績データ、経験あるいは何度かの試行によって設定することができる。

本発明による導電性回路の形成方法は、金型で射出成形した基体表面に、何ら別部材を射出形成したりめっきレジストを付与したりすることなく、微細で高密度の電気回路を正確かつ安価に形成できるので、電子機器等に関する産業に広く利用可能である。

導電性回路の形成手順を示す工程図である。

符号の説明

１ 基体
１ａ （触媒を除去した）表層
１ｂ 下地層
１ｃ 導電性回路を形成する部分
１ｄ 露呈面
２ レーザー光
３ 導電層（導電性回路）

Claims (2)

1. 無電解めっき用の触媒を混入した熱可塑性樹脂を射出成形して基体を形成する第１の工程と、
   上記基体の表層に含まれる上記触媒を除去する第２の工程と、
   上記基体にレーザー光を照射して、上記触媒を除去した基体の表層であって、所定の導電性回路パターンを形成する部分を除去すると共に、この表層の除去によって露呈した上記触媒を含む下地層の露呈面を粗化する第３の工程と、
   無電解めっきによって上記下地層の露呈面に導電層を形成する第４の工程とを備える
   ことを特徴とする導電性回路の形成方法。
2. 請求項１において、上記無電解めっき用の触媒は、パラジウムであり、
   上記第２の工程は、上記第１の工程によって形成した基体を、化マンガン酸カリウムを含む溶液に浸漬する工程と、その後に芳香族ニトロ化合物、アミン化合物、アミノカルボン酸、カルボン酸、および水酸化ナトリウムを含む溶液に浸漬する工程とを有する
   ことを特徴とする導電性回路の形成方法。
   

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