目 次 第 1 章 研 究 開 発 の 概 要 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 研 究 体 制 成 果 概 要 当 該 プロジェクト 連 絡 窓 口 11 第 2 章 本 論 2-1 ナノコロイド 触 媒 による MID 用 樹

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1 平 成 24 年 度 戦 略 的 基 盤 技 術 高 度 化 支 援 事 業 ナノコロイド 触 媒 を 用 いたエッチングレスめっきプロセスによる 成 形 回 路 部 品 の 高 性 能 化 研 究 開 発 成 果 等 報 告 書 平 成 25 年 3 月 委 託 者 委 託 先 関 東 経 済 産 業 局 三 共 化 成 株 式 会 社

2 目 次 第 1 章 研 究 開 発 の 概 要 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 研 究 体 制 成 果 概 要 当 該 プロジェクト 連 絡 窓 口 11 第 2 章 本 論 2-1 ナノコロイド 触 媒 による MID 用 樹 脂 へのエッチングレス 無 電 解 めっきの 開 発 1 Pdナノコロイドによる 高 密 着 性 無 電 解 銅 めっきの 開 発 12 2 高 密 着 性 無 電 解 メッキ 触 媒 用 銅 ナノコロイドの 開 発 15 3 まとめと 今 後 MID 用 樹 脂 成 形 品 の 表 面 コントロール 1 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 最 適 化 18 2 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 解 析 20 3 まとめと 今 後 の 課 題 レーザーパターニング 方 法 の 低 コスト 高 効 率 化 1 エッチングレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 の 開 発 23 2 パターニング 条 件 の 最 適 化 製 品 の 評 価 1 ワイヤーボンディング 性 評 価 26 2 光 反 射 性 評 価 28 第 3 章 全 体 総 括 29 1

3 研 究 開 発 の 概 要 成 形 回 路 部 品 (MID:Molded Interconnect Device)は 成 形 樹 脂 部 品 に 立 体 的 に 直 接 回 路 を 形 成 した 部 品 である 本 研 究 開 発 では 電 子 機 器 の 小 型 化 と 高 機 能 化 に 資 する エッチングレス 無 電 解 銅 めっきプロセスによる 新 規 MID 製 造 技 術 の 開 発 を 行 う エッチングによる 樹 脂 表 面 粗 化 なしに 高 密 着 性 めっき 膜 を 得 ることに より 回 路 の 微 細 化 金 属 膜 表 面 の 高 平 滑 化 が 可 能 となり デバイスの 高 集 積 化 高 性 能 化 がもたらされ さらには 環 境 負 荷 低 減 にも 貢 献 することが 期 待 される 本 年 度 はプロジェクトの 最 終 年 度 に 当 たり 最 終 目 標 の 達 成 に 向 けて 取 り 組 みを 行 っ た 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 情 報 家 電 において 半 導 体 関 連 部 材 素 子 センサー 部 材 光 学 部 材 記 録 部 材 及 び 実 装 部 材 等 の 随 所 にめっき 技 術 が 使 われている これらのめっき 技 術 に 関 し 以 下 の 課 題 が 具 体 化 している (1)ダウンサイジングに 対 応 した 研 究 開 発 の 方 向 性 2 高 密 度 実 装 に 資 するめっき 技 術 の 開 発 (2) 高 機 能 化 に 対 応 した 技 術 開 発 の 方 向 性 2 成 膜 技 術 の 改 良 に 資 するめっき 技 術 の 開 発 ア. 部 材 の 高 集 積 化 に 対 応 した 複 雑 形 状 の 材 料 表 面 に 均 一 に 薄 膜 を 形 成 するため のめっき 技 術 の 研 究 開 発 (3) 環 境 に 配 慮 した 技 術 開 発 の 方 向 性 2めっきに 係 るプロセスの 環 境 負 荷 低 減 に 資 するめっき 技 術 の 開 発 近 年, 携 帯 情 報 端 末 などの 情 報 家 電 の 小 型 化, 軽 量 化, 高 機 能 化 にともない, 電 子 部 品 の 組 立 合 理 化, 省 スペース 化 がますます 要 求 されるようになってきた 従 来 のガラスエポキシ 基 板 に 代 表 される 平 面 的 なプリント 配 線 基 板 では, 電 子 部 品 の 実 装 形 態 に 制 約 があり,さらなる 高 機 能 化 と 小 型 化 を 同 時 に 達 成 することが 困 難 にな ってきた 成 形 回 路 部 品 (Molded Interconnect Device, 以 下 MID と 記 す)は 図 1に 示 すように 射 出 成 形 樹 脂 部 品 の 表 面 に 立 体 的 に 直 接 電 気 回 路 を 形 成 する 技 術 である MID は 電 子 機 器 の 構 造 部 品 としての 機 械 的 機 能 と 配 線 回 路 基 板 としての 電 気 的 機 能 との 融 合 により 小 型 化 に 加 え 機 器 の 組 み 立 て 合 理 化 と 部 品 の 高 精 度 化 を 同 時 に 図 ることが 可 能 であり 携 帯 電 話 内 蔵 アンテナ CCD センサー 光 ピッ クアップアクチュエータなど 様 々な 分 野 で 開 発 が 進 められている 2

4 図 1 MID の 製 品 例 ( 携 帯 電 話 内 蔵 アンテナ) 本 研 究 開 発 の 目 的 は 高 密 着 性 高 平 滑 性 を 有 する 金 属 微 細 回 路 を 低 コス ト 低 環 境 負 荷 で 作 製 する 成 形 回 路 部 品 (MID) 製 造 技 術 を 確 立 し 情 報 家 電 機 器 等 の 軽 量 化 高 機 能 化 に 資 する 技 術 を 開 発 することである 本 目 的 を 達 成 するため 金 属 ナノコロイド 触 媒 を 無 電 解 めっき 用 触 媒 として 用 いた エッ チングレスめっきプロセスを 開 発 する エッチングによる 樹 脂 表 面 粗 化 を 行 わずに 高 密 着 めっき 膜 が 得 られること により 回 路 の 微 細 化 金 属 膜 表 面 の 高 平 滑 化 が 可 能 となり デバイスの 高 集 積 化 高 性 能 化 及 び 環 境 負 荷 低 減 を 図 ることが 期 待 される 平 成 24 年 度 の 目 標 は 以 下 のとおりとする 1エッチングレスプロセスによる 現 状 のエッチングプロセスと 同 等 の 0.5 N/ mm 以 上 のはく 離 強 度 を 実 現 する 2コストのさらなる 低 下 希 少 金 属 の 使 用 量 削 減 のためのメッキ 技 術 を 開 発 す る 3 最 適 な 成 形 加 工 条 件 による 表 面 構 造 の 制 御 方 法 の 確 立 4はく 離 強 度 を 達 成 するための 最 適 な 成 形 樹 脂 表 面 のフィラーの 分 散 ポリマ ーの 分 子 配 向 状 態 の 解 明 5 最 小 ライン&スペース 100 μm/100 μm のノンエッチングめっきプロセス に 最 適 なレーザーパターニングシステムを 開 発 する 6 標 準 描 画 速 度 1,000mm/sec x 2 回 描 き を 目 標 とし パターニング 条 件 の 最 適 化 を 行 う 3

5 1-2 研 究 体 制 産 総 研 により 開 発 された エッチングレス 無 電 解 めっきプロセスを MID 用 樹 脂 に 適 用 する ポリマーで 保 護 された 貴 金 属 コロイドを 無 電 解 めっき 用 触 媒 として 用 いるこ とにより 樹 脂 基 材 を 粗 化 することなく 高 い 密 着 性 を 得 ることが 可 能 であることが 見 いだされた 樹 脂 基 材 をカチオン 性 界 面 活 性 剤 で 処 理 し 負 に 帯 電 した 貴 金 属 コロイ ド 粒 子 を 静 電 気 的 作 用 により 吸 着 させる コロイド 触 媒 の 高 い 触 媒 活 性 により 無 電 解 めっき 膜 が 短 時 間 で 得 られ 表 面 粗 化 無 しで 高 い 密 着 性 が 得 られる 下 記 に 示 す 実 施 体 制 の 下 サブテーマを 分 担 し 産 総 研 三 共 化 成 三 共 精 密 金 型 の 三 機 関 で 互 い の 実 験 結 果 のフィードバックを 行 いつつ 高 機 能 MID の 量 産 化 を 目 指 す また 事 業 管 理 機 関 三 共 化 成 株 式 会 社 において 本 プロジェクトの 管 理 を 行 う プロジェクトの 研 究 経 緯 と 成 果 について 取 りまとめ 成 果 報 告 書 等 を 作 成 する 本 研 究 の 実 用 化 に 向 けた 到 達 の 度 合 いを 検 証 するとともに 事 業 化 に 向 けての 課 題 等 について 研 究 実 施 者 と 調 整 を 行 う 再 委 託 先 事 業 者 が 作 成 する 証 憑 書 類 について 指 導 確 認 を 行 う 実 施 体 制 全 体 図 4

6 (1) 研 究 組 織 及 び 管 理 体 制 1) 研 究 組 織 ( 全 体 ) 三 共 化 成 株 式 会 社 再 委 託 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 再 委 託 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 総 括 研 究 代 表 者 (PL) 三 共 化 成 株 式 会 社 技 術 部 長 湯 本 哲 男 副 総 括 研 究 代 表 者 (SL) 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ナノシステム 研 究 部 門 ナノ 科 学 計 測 グループ 主 任 研 究 員 堀 内 伸 2) 管 理 体 制 1 事 業 管 理 機 関 [ 三 共 化 成 株 式 会 社 ] 代 表 取 締 役 技 術 部 技 術 課 総 務 部 ( 業 務 管 理 者 : 経 理 課 担 当 者 ) 経 理 課 ( 経 理 担 当 者 ) 再 委 託 再 委 託 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 5

7 2 再 委 託 先 [ 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 ] 代 表 取 締 役 陸 前 高 田 工 場 工 場 長 ( 業 務 管 理 者 : 工 場 長 ) 管 理 課 ( 経 理 担 当 者 ) 技 術 課 品 質 管 理 課 製 造 課 [ 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ] 理 事 長 ナノシステム 研 究 部 門 ナノ 科 学 計 測 グループ 総 務 本 部 財 務 部 経 理 室 ( 業 務 管 理 者 社 : 部 門 長 ) ( 経 理 担 当 者 : 経 理 室 長 ) (2) 管 理 員 及 び 研 究 員 事 業 管 理 機 関 三 共 化 成 株 式 会 社 1 管 理 員 氏 名 所 属 役 職 湯 本 哲 男 吉 澤 徳 夫 林 尚 登 技 術 部 長 技 術 部 技 術 課 長 総 務 部 経 理 課 6

8 2 研 究 員 氏 名 所 属 役 職 湯 本 哲 男 ( 再 ) 吉 澤 徳 夫 ( 再 ) 渡 辺 浩 聡 大 野 裕 志 高 橋 政 浩 高 田 篤 小 田 雅 也 安 達 健 之 技 術 部 長 技 術 部 技 術 課 長 技 術 部 技 術 課 技 術 部 技 術 課 技 術 部 技 術 課 技 術 部 技 術 課 技 術 部 技 術 課 技 術 部 技 術 課 再 委 託 先 ( 研 究 員 ) 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 氏 名 所 属 役 職 菅 野 信 長 谷 川 哲 夫 星 昇 熊 谷 幸 雄 山 本 角 洋 大 和 田 弘 喜 陸 前 高 田 工 場 工 場 長 陸 前 高 田 工 場 品 質 管 理 課 長 陸 前 高 田 工 場 技 術 課 長 陸 前 高 田 工 場 技 術 課 技 術 係 長 陸 前 高 田 工 場 技 術 課 設 計 係 陸 前 高 田 工 場 製 造 課 生 産 設 備 係 長 7

9 ( 研 究 員 ) 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 堀 内 伸 宮 前 孝 行 氏 名 所 属 役 職 ナノシステム 研 究 部 門 ナノ 科 学 計 測 グループ 主 任 研 究 員 ナノシステム 研 究 部 門 ナノ 科 学 計 測 グループ 主 任 研 究 員 (3) 経 理 担 当 者 及 び 業 務 管 理 者 の 所 属 氏 名 ( 事 業 管 理 機 関 ) 三 共 化 成 株 式 会 社 ( 経 理 担 当 者 ) 総 務 部 経 理 課 林 尚 登 総 務 部 経 理 課 鎌 田 和 歌 子 ( 業 務 管 理 者 ) 総 務 部 経 理 課 林 尚 登 ( 再 委 託 先 ) 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 ( 経 理 担 当 者 ) 陸 前 高 田 工 場 管 理 課 長 小 林 幸 浩 ( 業 務 管 理 者 ) 陸 前 高 田 工 場 工 場 長 菅 野 信 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ( 経 理 担 当 者 ) 総 務 本 部 財 務 部 経 理 室 長 井 佐 好 雄 ( 業 務 管 理 者 ) ナノシステム 研 究 部 門 長 山 口 智 彦 (4) 他 からの 指 導 協 力 者 氏 名 所 属 役 職 備 考 末 岐 有 生 電 子 部 品 メーカー 技 術 部 長 アドバイザー 8

10 1-3 成 果 概 要 1 ナノコロイド 触 媒 による MID 用 樹 脂 へのエッチングレス 無 電 解 めっきの 開 発 ( 実 施 : 三 共 化 成 株 式 会 社, 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ) 1-1 Pd ナノコロイドによる 高 密 着 性 無 電 解 銅 メッキの 開 発 めっき 膜 厚 を 上 げた 場 合 においてもピール 強 度 の 低 下 が 起 こらないように,さらな る 密 着 性 の 向 上 を 目 指 した コロイドの 成 形 樹 脂 表 面 への 吸 着 状 態,LCP 成 型 試 料 の 表 面 状 態 を 低 加 速 高 分 解 能 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 (HR-SEM)と 和 周 波 発 生 分 光 (SFG) を 主 に 用 いて 解 析 を 行 い めっきプロセスの 開 発 にフィードバックした 熱 処 理 条 件 は 樹 脂 成 形 品 が 変 形 しない 様 注 意 深 く 最 適 化 を 図 る 最 後 に 量 産 化 のためのコロ イド 触 媒 の 管 理 法 めっきプロセスのスケールアップ 法 を 検 討 した 特 に,スケール アップした 際 のコロイドの 粒 径, 分 散 状 態 を 確 認 するため,クライオ TEM によるコロ イドの 解 析 を 行 った Pd ナノコロイドによるめっきプロセスの 最 適 化, 研 究 課 題 2-1における 成 形 加 工 に よる LCP 樹 脂 表 面 の 最 適 化,および1-2における 塩 化 パラジウムを 触 媒 に 取 り 入 れ ることにより, 膜 厚 5µmにおいて,0.6N/mm のピール 強 度 を 実 現 した 1-2 高 密 着 性 無 電 解 メッキ 触 媒 用 銅 ナノコロイドの 開 発 Pd コロイド 触 媒 によるエッチングレス 無 電 解 めっきプロセスを 確 立 した 後 より 低 コスト 化 を 図 るため 銅 コロイド 触 媒 による 銅 めっきプロセスを 検 討 した 現 状 では 銅 コロイドは Pd に 比 べ 大 気 中 での 安 定 性 に 問 題 があるが 保 護 剤 や 管 理 方 法 等 の 工 夫 によりコロイドの 酸 化 を 抑 制 し 低 コスト 化 レアメタルの 使 用 量 削 減 を 目 指 した しかしながら 銅 コロイドの 安 定 性 が 悪 く 低 コスト 化 に 関 して 優 位 性 は 見 られなかっ た Pd コロイドの 低 コスト 化 を 図 るため, 塩 化 パラジウム 溶 液 による 触 媒 化 プロセス を 新 規 に 見 出 し,コロイドの 使 用 回 数 を 減 らすことによる 低 コスト 化 及 び 高 密 着 化 が 可 能 となった 2 MID 用 樹 脂 成 形 品 の 表 面 コントロール ( 実 施 : 三 共 化 成 株 式 会 社, 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社, 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ) 2-1 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 最 適 化 製 品 化 に 向 けて 個 別 の 製 品 毎 に 最 適 な 樹 脂 表 面 状 態 を 得 る 為 に 樹 脂 表 面 状 態 シミュ レーション 装 置 を 導 入 し 最 適 なゲート 方 式 位 置 製 品 肉 厚 金 型 温 度 射 出 速 度 などの 成 形 条 件 を 検 討 した 金 型 温 度 を まで 変 化 させ, 密 着 性 との 相 関 を 検 討 した 金 型 温 度 を 高 温 にすることにより,LCP 表 面 の 流 動 履 歴 を 消 し,かつフィラーの 表 面 偏 斥 が 少 9

11 なくなることが 明 らかになった 金 型 温 度 250 において 最 も 密 着 性 が 高 くなるこ とが 明 らかになった また 樹 脂 表 面 状 態 シミュレーション 装 置 を 導 入 し 製 品 化 に 向 け て 個 別 の 製 品 毎 に 最 適 な 樹 脂 表 面 状 態 を 得 る 為 にあらかじめ 最 適 なゲート 方 式 位 置 製 品 肉 厚 金 型 温 度 などの 成 形 条 件 をシミュレーションにより 方 向 付 けすることが 可 能 となった 2-2 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 解 析 樹 脂 表 面 のフィラーの 偏 在 化 ポリマーの 配 向 状 態 化 学 状 態 等 の 表 面 解 析 は 上 述 の 高 分 解 能 SEM に 加 え XPS AFM などを 駆 使 して 行 い 目 標 とするはく 離 強 度 を 得 る ための 最 適 な 表 面 状 態 を 明 らかにし 成 形 加 工 方 法 を 最 適 化 する HR-SEM と SFG を 併 用 し コロイド 触 媒 の 樹 脂 表 面 への 固 定 化 状 態 をナノレベルから 分 子 レベルにわたり 解 析 した LCP 樹 脂 表 面 構 造 とピール 強 度 の 相 関 を 種 々の 表 面 分 析 手 法 を 駆 使 し 解 析 し, 表 面 偏 関 したフィラー 周 囲 に 形 成 する 大 きなくぼみを 少 なくし,かつ 微 妙 な 凹 凸 を 形 成 する ことが,ピール 強 度 を 高 めることに 効 果 的 であることがあきらかになった 3 レーザーパターニング 方 法 の 低 コスト 高 効 率 化 ( 実 施 : 三 共 化 成 株 式 会 社, 三 共 精 密 金 型 株 式 会 社 ) 3-1 エッチングレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 の 開 発 レーザーパターニング 制 御 装 置 の 持 つ 画 像 処 理 による 位 置 補 正 機 能 を 活 用 し 高 精 度 なパターニング 方 向 を 及 びその 装 置 を 開 発 した この 装 置 を 用 いて2 重 直 行 軸 法 によりプログラミングを 行 い 量 産 同 等 の 難 易 度 のパ ターニングの 可 否 を 検 討 試 作 した 結 果 は 各 30 枚 ずつの 試 作 において 量 産 条 件 と 比 較 しパターン 外 析 出 の 無 い 良 好 な 品 質 を 示 した 従 来 方 法 と 同 等 以 上 の 品 質 レベ ルの 製 品 が 製 造 可 能 な 事 がわかり 独 自 のパターニング 方 法 を 確 立 し, 最 小 ライン& スペース 100 μm/100 μm の 数 値 目 標 が 達 成 された 3-2 パターニング 条 件 の 最 適 化 基 礎 実 験 よる 成 果 を 基 に 疑 似 量 産 基 板 での 条 件 最 適 化 を 行 った 結 果 従 来 に 比 べ 基 板 ダメージを 軽 減 しつつ サイクルタイムを 約 15% 短 縮 することができた 加 工 条 件 を 最 適 化 することにより 高 速 加 工 による 低 コスト 高 品 質 の MID 生 産 が 可 能 なことが 分 かり 標 準 描 画 速 度 1,000mm/sec 2 回 描 きの 数 値 目 標 が 達 成 された 最 終 的 には 本 技 術 を 用 いて LED/PKG 基 板 製 品 化 モデル を 製 作 し 製 品 化 に 耐 えうる 条 件 であることの 確 認 が 出 来 た 10

12 1-4 当 該 研 究 開 発 の 連 絡 窓 口 氏 名 : 湯 本 哲 男 所 属 組 織 名 : 三 共 化 成 ( 株 ) 所 属 役 職 : 技 術 部 長 Tel: Fax: 氏 名 : 堀 内 伸 所 属 組 織 名 :( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 所 属 役 職 : 主 任 研 究 員 Tel: Fax:

13 第 2 章 本 論 2-1 ナノコロイド 触 媒 による MID 用 樹 脂 へのエッチングレス 無 電 解 めっきの 開 発 1 Pd ナノコロイドによる 高 密 着 性 無 電 解 銅 めっきの 開 発 液 晶 ポリマー(LCP)への 無 電 解 銅 めっきのピール 接 着 強 度 の 向 上 研 究 開 発 初 年 度 ( 平 成 22 年 度 )には まず LCP への 無 電 解 銅 めっき 用 パラジウム(P d)コロイドの 開 発 を 進 め LCP へのふくれ むらの 無 い 無 電 解 銅 めっきを 可 能 とした 図 2 1 1に 示 す 合 成 スキームにより 調 整 したコロイドの 安 定 性 と 基 材 への 吸 着 性 を 評 価 し LCP への 最 適 なコロイドを 見 出 した コロイドは 安 定 剤 を 加 えた 貴 金 属 塩 ( 塩 化 パラジウム:PdCl 2 または 塩 化 白 金 酸 :H2PtCl6)の 水 溶 液 を 還 元 処 理 するこ とにより 調 製 した 表 2 1 1に 示 すように 種 々の 安 定 剤 によるコロイドの 特 性 を 評 価 したところ 糖 類 の 中 でも 特 に しょ 糖 がコロイドの 安 定 性 と 吸 着 性 の 両 立 が 可 能 であることが 見 出 された さらに コロイドの 触 媒 特 性 を 決 定 する 要 因 として 熟 成 効 果 が 重 要 であることが 明 らかになった 図 2 1 2に PET フィルムへの 吸 着 性 を 400nm の 波 長 の 光 吸 収 で 評 価 すると しょ 糖 安 定 化 Pd コロイド(Pd Suc)を 25 に 一 定 期 間 放 置 することにより コロイドの 吸 着 性 が 向 上 することがわかる Pd Suc は 調 整 後 30 日 程 度 常 温 で 放 置 することにより 性 能 が 向 上 する これは 熟 成 効 果 であ ると 考 えられる 図 無 電 解 銅 めっき 用 ナノコロイド 触 媒 の 調 整 表 Pd コロイドの 安 定 剤 による 性 能 比 較 12

14 105d 30d 7d 1d 図 しょ 糖 安 定 化 Pd コロイドの 熟 成 の PET フィルムへの 吸 着 性 の 影 響 LCP を 25 の 4%NaOH 中 に 約 20 時 間 浸 漬 0.1% 陽 イオン 性 界 面 活 性 剤 水 溶 液 ( 塩 化 ステアリルトリメチルアンモニウム(SC))および Pd コロイド 中 に 順 次 浸 漬 220 で 30 分 間 加 熱 した 後 無 電 解 めっきを 行 った LCP のコロイド 中 への 浸 漬 は 30 分 間 行 った 無 電 解 銅 めっき 液 は 荏 原 ユージライト 製 の エバシールド EC-Ⅱを 用 い 50 で 15 分 間 めっきを 行 った このようなナノコロイド 触 媒 の 開 発 により 図 2 1 3に 示 すように,ふくれ む らの 無 い 無 電 解 銅 めっきが 可 能 となり LCP へのエッチングレス 無 電 解 銅 めっきが 可 能 となった めっき 皮 膜 はめっき 直 後 にはテープで 剥 離 するが 3~7 日 後 には 強 度 が 増 して 剥 離 しなくなる ふくれ むら 均 一 テープ 剥 離 試 験 図 LCP ヘの 無 電 解 銅 メッキの 開 発 過 程 接 着 強 度 は 2 種 類 の 方 法 で 測 定 した 無 電 解 めっき 後 の 薄 膜 では 銅 めっきを 施 し た LCP 基 板 上 にアルミ 製 スタッドピンを 熱 硬 化 性 エポキシ 系 接 着 剤 により 垂 直 に 固 定 する スタッドピンは 150,1 時 間 で 接 着 する スタッドピンを 垂 直 方 向 に 引 っ 張 ることにより,めっき 膜 を 引 き 剥 がし, 破 断 時 の 荷 重 を 測 定 する 厚 付 け 後 には 銅 めっき 膜 の 端 をつかむことが 可 能 となり 実 用 上 重 要 な 90 はく 離 接 着 強 度 での 評 価 13

15 が 可 能 となる 無 電 解 めっきの 段 階 では 膜 厚 は 500nm 程 度 と 薄 く 銅 めっき 膜 の LCP 基 材 との 密 着 性 は 良 好 である ところが 膜 が 厚 くなるに 従 い 強 度 の 著 しい 低 下 が 起 こること が 問 題 となった これは 電 気 めっきにより 厚 付 けを 行 うことにより 膜 内 部 に 応 力 が 発 生 し 接 着 力 の 低 下 やめっき 中 での 剥 離 が 起 こると 考 えられる 平 成 23 年 度 は,この 問 題 を 解 決 し 厚 膜 化 後 においても 高 い 接 着 強 度 を 維 持 するためのプロセス の 検 討 を 行 った 図 に 示 すように, 従 来 のエッチングレス 無 電 解 めっきプロセ スと 同 様 に Pd Suc コロイドを 基 材 に 吸 着 させた 後 オゾン 処 理 シランカップリン グ 剤 処 理 を 追 加 することにより 5 µm 以 上 に 厚 付 け 後 においても 接 着 強 度 の 低 下 が 抑 えられることが 明 らかになった 平 成 22 年 度 平 成 23 年 度 Na OH 処 理 一 晩 界 面 活 性 剤 数 秒 Pd O 3 シラ ン カ ッ プリ ン グ 剤 1 % 加 熱 Pd 加 熱 無 電 解 めっ き 3 0 min 5 m in 3 min min 3 0 min min E C-II n m 加 熱 電 気 めっ き 300 1h CuSO 4 /H 2 SO 4 5 ~1 0 μ m 図 ナノコロイド 触 媒 によるエッチングレス 無 電 解 めっきプロセス 図 剥 離 接 着 試 験 黒 : 従 来 プロセスでの 剥 離 挙 動 ; 赤 : 新 プロセスによる 5µm 厚 付 電 気 めっき 後 の 剥 離 挙 動 ; 青 : 新 プロセスでの 無 電 解 銅 めっき 後 の 剥 離 挙 動 平 成 24 年 度 は, 銅 めっき 厚 付 け 後 の 密 着 性 のさらなる 向 上 を 目 指 すため, 成 形 加 工 条 件 による LCP の 表 面 形 態 の 制 御 とめっき 性 への 影 響 を 検 討 した 従 来 の 成 形 プロ セスでは, 金 型 温 度 は とすることが 一 般 的 であるが, に 上 げる ことにより, 密 着 性 が 向 上 することが 明 らかになった 特 に, 金 型 温 度 を 250 以 上 とすることにより,5 µmのめっき 厚 においても,ピール 強 度 の 低 下 が 抑 制 され, 目 14

16 標 値 である 0.5 N/mm を 達 成 することが 可 能 となった 金 型 温 度 を 上 げることにより, 射 出 成 形 機 内 で 溶 融 した 液 晶 ポリマーの 固 化 が 遅 くなるため, 流 動 配 向 履 歴 が 消 去 さ れ, 平 滑 な 表 面 が 得 られると 考 えられる 2 高 密 着 性 無 電 解 メッキ 触 媒 用 銅 ナノコロイドの 開 発 Cu コロイドの 生 成 と 安 定 性 エッチングレス 無 電 解 めっきプロセスのさらなるコスト 低 減 を 目 的 として,Cu コロ イドによる 無 電 解 銅 めっきを 検 討 した Cu コロイドの 調 製 は ポリビニルアルコール (PVA) 存 在 下 に 硫 酸 銅 (CuSO 4 )を 水 素 化 ホウ 素 ナトリウム(NaBH 4 )により 還 元 する 方 法 が 知 られているが 得 られる 赤 褐 色 のコロイド(Cu コロイド(1))はやや 不 安 定 で 数 分 で 凝 集 してしまった さらに,10 倍 に 希 釈 した 市 販 の 無 電 解 銅 めっき 液 に PVA を 加 え Pd-Suc を 加 えるとゆっくりと 黒 色 の 銅 コロイド(Cu コロイド(2))が 生 成 し 数 時 間 以 上 均 一 なコロイド 状 態 を 得 た しかし,この 黒 色 コロイドも 空 気 中 で 放 置 すると 徐 々 に 酸 化 され 数 日 後 には 退 色 して 銅 イオンの 色 に 戻 った 非 酸 化 性 雰 囲 気 下 では 退 色 を 防 ぐことができると 思 われるが コストから 考 えるとこの 銅 コロイドを 直 接 無 電 解 めっきに 適 用 することは 短 期 的 には 非 常 に 難 しいと 判 断 した 図 Cu コロイド(1) 左 から 2mM-CuSO 4 + 1%PVA 40mM-NaBH 4 添 加 後 1hr 後 図 Cu コロイド(2) 左 から 10 倍 希 釈 無 電 解 銅 めっき 液 (EC-II)+PVA Pd-Suc 添 加 後 50 /15min 後 無 電 解 銅 めっきにおけるポリマーの 関 与 前 年 度 までに LCP の 無 電 解 銅 めっきについては 0.1% 塩 化 ステアリルトリメチル アンモニウム(SC) 水 溶 液 で 処 理 した 後 に 各 種 の Pd Pt コロイドに 接 触 させて 表 面 に 触 媒 を 付 与 した 後 に 加 熱 することにより フクレ 抑 制 および 密 着 性 についてある 程 度 の 性 能 が 得 られているが Pd-Suc を 用 いた 方 法 に 関 しては 十 分 な 再 現 性 が 得 られてい ない 上 記 のように Pd コロイドが 存 在 すれば PVA を 含 む 銅 めっき 液 中 においてある 程 度 安 定 な 銅 コロイドが 生 成 することから Pd を 付 与 した LCP を PVA 添 加 しためっき 液 に 接 触 させれば Pd の 存 在 する LCP 表 面 のごく 近 傍 で Cu コロイドが 生 成 してめっきに 何 らかの 効 果 を 及 ぼすと 期 待 される 15

17 PdCl 2 /NaCl による Pd 付 与 Pd コロイド(Pd-Suc)はやや 安 定 性 に 欠 けるところがあり 長 期 間 放 置 すると 少 量 な がら 沈 殿 が 生 じやすい その 点 塩 化 パラジウム(II)(PdCl 2 )の 溶 液 は 変 化 することが なく 扱 いが 容 易 である そこで Pd-Suc の 調 製 に 用 いた NaCl とともに 溶 解 した Pd Cl 2 溶 液 (PdCl 2 /NaCl)を 利 用 して LCP 表 面 において Pd コロイドを 形 成 させることを 試 みた LCP は NaOH などのアルカリで 加 水 分 解 される 性 質 があり 結 果 として 表 面 に カチオン 交 換 能 が 付 与 されると 見 込 まれる こうした NaOH 処 理 をした LCP を PdCl 2 /N acl 中 に 浸 漬 したところ 淡 黄 色 に 着 色 して Pd イオンが 固 定 されることが 分 かった つぎに EC-II 中 に 浸 漬 すると 最 初 は 黒 色 になり その 後 徐 々に 銅 光 沢 に 変 化 して 銅 めっきが 進 行 した 初 期 に 見 られる 黒 色 は 表 面 において Pd イオンがめっき 液 中 のホルムアルデヒドで 還 元 されて 生 成 した Pdコロイドによるものと 考 えられる こ うした 各 段 階 の LCP の 外 観 を 図 に 示 した 得 られるめっきは 翌 日 には 十 分 な 密 着 性 を 示 した フクレに 関 してはやや 再 現 性 に 欠 けるところがあり 周 辺 部 にわずか なフクレが 見 られることがあった 表 面 に Pd イオンを 固 定 した LCP を 220 に 加 熱 すると 褐 色 に 変 化 した これはより 微 細 な Pd コロイドが 表 面 に 形 成 されたことを 示 しており さらに EC-II めっき 液 中 に 浸 漬 することにより LCP のめっきが 得 られた このプロセスの 各 段 階 の LCP を 図 に 示 す この 方 法 で 得 られるめっき 膜 はまったくフクレがなく めっき 直 後 にお いても 十 分 な 密 着 性 が 認 められた 図 各 段 階 の LCP の 外 観 4%-NaOH/90 /1hr 処 理 後 EC-II/50 中 で 0.5min めっき 後 EC-II/50 中 で 15min めっき 後 左 から 図 各 段 階 の LCP の 外 観. 左 から 4%-NaOH/90 /1hr 処 理 後 5mM-PdCl 2 /NaCl で 5min 処 理 後 220 で 30min 加 熱 後 PdCl 2 /NaCl 処 理 によるピール 強 度 向 上 Pd 触 媒 化 行 程 に Pd-Suc コロイドと PdCl 2 /NaCl 処 理 を 併 用 することにより, 厚 膜 化 後 のピール 強 度 の 落 ち 込 みが 起 こらず, 高 い 強 度 が 得 られることが 明 らかになった 図 に 示 すように, 電 気 めっきによる 厚 膜 化 後 においても,ピール 強 度 の 落 ち 込 みが 起 こらず, 高 い 密 着 性 を 保 持 できることが 明 らかになった 本 プロセスによれ 16

18 ば,Pd コロイドを 使 用 する 回 数 を 減 らし,さらに,NaOH 処 理 を 一 晩 から 1 時 間 に 短 縮 することができるため, 本 検 討 課 題 の 目 的 であるコスト 軽 減 に 寄 与 することが 可 能 であるといえる 図 PdCl 2 を 用 いた 無 電 解 銅 めっきプロセスによるピール 強 度 3まとめと 今 後 図 MID モデル 基 板 への 無 電 解 銅 めっきとパターニング 24 年 度 は,23 年 度 までに 検 討 した 熟 成 Pd-Suc コロイドによる 無 電 解 銅 めっきプロ セスを 発 展 させ,LCP 樹 脂 の 表 面 状 態 を 成 形 加 工 プロセスによりエッチングレスめっ きに 最 適 化 することにより, 密 着 性 をさらに 向 上 させることに 成 功 した ( 図 ) さらに,PdCl 2 を 触 媒 化 行 程 に 利 用 することにより,コスト 低 減 とさらなる 密 着 性 の 向 上 が 可 能 となり, 最 終 目 的 値 であるピール 接 着 強 度 0.5 N/mm を 達 成 することがで きた めっきプロセスの 条 件 パラメーターは 多 岐 にわたるため,より 詳 細 に 検 討 を 行 うことにより,さらなるプロセスの 簡 略 化 を 進 める 17

19 2 2 MID 用 樹 脂 成 形 品 の 表 面 コントロール 1 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 最 適 化 フィラーのコントロール 本 研 究 開 発 における 樹 脂 素 材 のうち 最 優 先 のターゲットとなる LCP 樹 脂 は 射 出 成 形 時 に 液 晶 構 造 により 強 い 配 向 が 起 こるため 表 面 の 構 造 が 成 形 条 件 に 大 きな 影 響 を 受 ける 銅 めっき 膜 との 高 い 密 着 性 を 得 るためには LCP 樹 脂 の 表 面 配 向 状 態 およ びフィラーの 表 面 での 分 散 状 態 を 制 御 し 高 い 密 着 性 を 得 るための 最 適 な 表 面 状 態 を 明 らかにすることが 重 要 である 22 年 度 の 研 究 では 重 炭 酸 カルシウムを 配 合 した LCP 樹 脂 を 射 出 成 形 により 成 形 すると, 以 下 の 様 な 特 徴 を 持 つ 事 が 解 った 又 標 準 試 料 を 用 いてめっき 試 験 を 行 い,テープ 剥 離 試 験 をクリアする 密 着 性 が 得 られたと 共 に,より 密 着 性 を 向 上 させるための 成 形 加 工 条 件 の 指 針 も 得 ることができた LCP コンポジット 材 料 においてフィラーの 表 面 凝 集 や 分 散 の 不 均 一 性 がめっき 膜 と の 密 着 性 に 大 きな 影 響 を 与 えると 考 えられる フィラーの 表 面 偏 在 化 は 熱 処 理 によ る 密 着 性 向 上 には 不 利 に 作 用 すると 考 えられる 密 着 性 を 更 に 向 上 させる 為 には 表 面 に 存 在 するフィラーをできるだけ 減 らすことが 理 想 である LCP 表 面 のコントロール 23 年 度 は LCP コンポジット 材 料 に 更 なる 改 良 を 加 えベースポリマー 粘 度 フィラ ー 粒 径 添 加 率 などを 見 直 し 素 材 の 最 適 化 を 図 った また 金 型 温 度 射 出 速 度 ゲー ト 数 (ウエルド) ゲート 位 置 などと 密 着 性 との 相 関 を 検 討 し 新 たに 樹 脂 表 面 め っき 性 解 析 装 置 を 導 入 し 最 適 な 樹 脂 表 面 を 得 るための 成 形 条 件 を 検 討 した MID 用 成 形 材 料 として LCP をベースとし フィラーを 混 合 することにより 耐 熱 性 成 形 性 めっき 性 などの 特 性 を 最 適 化 した 下 記 3 点 が 検 討 項 目 としてあげられる 不 定 形 中 性 重 質 炭 酸 カルシウムを 分 級 し 30/wt% 添 加 液 晶 ポリマーの 配 向 の 抑 制 (スキン 層 の 形 成 抑 制 ) ベースポリマーを 高 耐 熱 高 粘 度 タイプに 変 更 成 形 試 料 の 表 面 には 炭 酸 カルシウムと 液 晶 ポリマーが 混 在 するため 化 学 的 な 不 均 一 性 や 配 向 した 液 晶 ポリマーによる 微 細 凹 凸 や 異 方 性 フィラー/ 樹 脂 界 面 に 形 成 する 微 細 な 溝 など 形 態 的 な 特 徴 があり これらがめっき 膜 との 接 着 性 に 影 響 を 与 える と 考 えられる めっき 膜 の 密 着 不 良 を 少 なくするためには 表 面 の 大 きな 溝 を 少 なく し フィラー 成 分 の 表 面 析 出 を 抑 えることが 重 要 であると 考 えられる フィラーとし て 用 いた 不 定 形 重 質 炭 酸 カルシウムを 分 級 し 凝 集 を 起 こさずに 分 散 が 可 能 な 最 小 の 粒 径 である 平 均 粒 径 4µm を 使 用 した 金 型 温 度 120 では 液 晶 ポリマーの 流 動 方 向 への 配 向 と 流 動 方 向 に 対 してフィラーの 前 後 の 界 面 に 多 数 の 溝 が 形 成 している 一 方 220 の 金 型 温 度 では 樹 脂 の 配 向 による 異 方 性 がみられなくなり 界 面 での 溝 も 少 なくなっている 金 型 温 度 220 での 試 験 片 へのめっきでは 高 いピール 接 着 強 度 が 得 られた 更 に 研 究 を 続 けた 結 果 250 にて 最 大 値 が 得 られることがわかった 18

20 最 適 な 樹 脂 表 面 を 得 るための 成 形 条 件 最 終 年 度 は 製 品 化 に 向 けて 個 別 の 製 品 毎 に 最 適 な 樹 脂 表 面 状 態 を 得 る 為 にあらか じめ 最 適 なゲート 方 式 位 置 製 品 肉 厚 金 型 温 度 などの 成 形 条 件 をシミュレーショ ンにより 方 向 付 けをする 為 樹 脂 表 面 状 態 シミュレーション 装 置 ( 図 2-2-1)を 導 入 した この 装 置 は 実 際 に 製 作 する 樹 脂 製 品 モデル( 三 次 元 形 状 )を 作 成 し そこにゲート 金 型 などの 属 性 付 けし 実 際 の 射 出 成 形 結 果 に 近 いシミュレーション 結 果 を 導 き 出 せ るものである 本 装 置 を 導 入 したことにより 事 前 検 証 がスムーズに 行 える 図 樹 脂 表 面 状 態 シミュレーション 装 置 成 形 条 件 の 差 異 による 表 面 状 態 の 検 証 50mm 50mm の 製 品 モデル( 図 2-2-2)を 作 成 し 樹 脂 表 面 状 態 シミュレーション 装 置 にて 最 適 な 金 型 温 度 などを 調 べる 為 シミュレーションを 実 施 図 mm 50mm 製 品 モデル 3 点 ゲートと 点 数 の 少 ない 流 動 パターンは 中 央 部 から 外 側 への 樹 脂 回 り 込 みが 見 受 けられ 製 品 内 部 へのガス 発 生 による 表 面 状 態 の 不 良 を 誘 発 する まとめ 成 形 条 件 の 変 更 による 表 面 状 態 の 影 響 は 多 岐 に 渡 るが 樹 脂 表 面 状 態 シミュレー ション 装 置 を 導 入 することにより 個 別 の 製 品 毎 に 最 適 な 樹 脂 表 面 状 態 を 得 る 為 に あらかじめ 最 適 なゲート 方 式 位 置 製 品 肉 厚 金 型 温 度 などの 成 形 条 件 をシミュレ ーションにより 特 定 することが 出 来 た 19

21 2 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 解 析 検 討 課 題 1 Pd ナノコロイドによる 高 密 着 性 無 電 解 銅 めっきの 開 発 において 見 出 された 現 象 の 解 明 を 種 々の 分 光 法, 顕 微 鏡 法 により 解 析 を 行 い,めっきプロセスの 改 良 に 活 用 した Pd コロイドの 熟 成 効 果 Pd-Suc コロイドは 熟 成 することにより, 銅 無 電 解 めっきの 触 媒 性 能 が 向 上 すること が 明 らかになったが, 熟 成 によるコロイド 構 造 の 違 いを 解 析 することが 困 難 であった コロイドに 分 散 する Pd 粒 子 を 乾 燥 させて TEM で 観 察 すると, 粒 子 のサイズ, 形 状 の 違 いは 見 られなかった 水 中 での 分 散 状 態 を 直 接 観 察 するため, 急 速 凍 結 クライオ T EM 法 により, 分 散 媒 体 である 水 を 非 晶 質 氷 に 凍 結 し, 水 中 での Pd ナノ 粒 子 の 分 散 状 態 を 観 察 することを 試 みた 図 に 示 すように, 熟 成 前 のコロイドは,1 次 粒 子 が 凝 集 し, 大 きな 凝 集 体 として 分 散 しているが, 熟 成 後 には 凝 集 体 は 小 さくなり, 良 好 な 分 散 が 得 られていることが 初 めて 確 認 できた 熟 成 前 熟 成 30 日 後 図 急 速 凍 結 クライオ TEM 法 による Pd コロイドの 観 察 LCP 表 面 の 解 析 金 型 温 度 130 では,LCP 樹 脂 成 分 の 配 向 やフィラーの 表 面 偏 斥 が 顕 著 であり,ま た, 多 数 の 微 細 溝 が 形 成 しているのに 対 し, 金 型 温 度 を 高 温 にすることにより,フィ ラーの 表 面 偏 斥 が 少 なく, 平 滑 な 表 面 が 得 られることが 明 らかになった 220 より も 250 の 金 型 温 度 での 表 面 がより 平 滑 で 大 きな 穴 の 無 い 表 面 となっている 射 出 成 形 機 内 の 温 度 は 335 と 高 温 であり, 金 型 内 で 急 激 に 冷 却 されると, 流 動 配 向 したポ リマー 分 子 鎖 が 緩 和 するための 十 分 な 時 間 がないため, 表 層 の 配 向 やフィラーによる 流 動 阻 害 の 形 跡 が 大 きくなると 考 えられる さらに, 金 型 温 度 を 高 くすることにより, スキン 層 の 形 成 が 抑 制 され,めっきの 密 着 性 に 有 利 であることが 明 らかになった ( 図 2-2-4) 20

22 図 LCP 表 面 の 低 加 速 SEM 像 図 で 示 した 最 適 化 めっきプロセスでのコロイドの 吸 着 状 態 の SEM 像 を 示 す 基 材 の NaOH 処 理 時 間 が 従 来 方 法 にくらべ 短 時 間 になったため,コロイドの 吸 着 状 態 は 若 干 悪 くなっている しかしながら,めっき 膜 の 良 好 な 密 着 性 を 与 えていることから, PdCl 2 はコロイドでは 埋 めきれない 表 面 に 吸 着 し,めっき 初 期 過 程 で 銅 めっき 液 によ り Pd イオンが 還 元 され, 触 媒 の 高 密 度 化 が 進 んでいると 考 えられる 21

23 図 LCP 表 面 に 吸 着 した Pd コロイド 3 まとめと 今 後 の 課 題 LCP 樹 脂 表 面 に 吸 着 している Pd コロイドを 直 接 観 察 することが 低 加 速 高 分 解 能 SEM により 可 能 となり LCP 表 面 へのコロイドの 吸 着 が 改 善 され, 均 一 かつ 高 密 度 な 吸 着 が 可 能 となったことが 確 認 された さらに LCP 成 形 時 における 金 型 温 度 が LCP 表 面 構 造 に 大 きな 影 響 を 及 ぼすことが 明 らかになり,LCP 基 材 表 面 構 造 の 制 御 によりめっ きの 密 着 性 が 改 善 されたことを 確 認 できた 22

24 2-3 レーザーパターニング 方 法 の 低 コスト 高 効 率 化 課 題 と 目 標 現 状 のレーザーパターニング 方 法 では 姿 勢 変 更 を 頻 繁 に 行 うため 加 工 時 間 が 長 く 装 置 自 体 も 複 雑 で 高 価 なシステムにならざるを 得 ない エッチングレスプロセ スに 対 応 したパターニング 方 法 条 件 を 確 立 しイニシャル ローディング 共 にコ ストを 下 げなければならない 開 発 したレーザー 装 置 と 蓄 積 した 種 々のレーザー 加 工 条 件 を 基 に 実 験 を 進 め 最 適 なパターニング 状 態 を 得 るためのレーザー 条 件 を 確 立 する 最 小 ライン&スペース 100 μm/100 μm のノンエッチングめっきプロセスに 最 適 なレーザーパターニングシステムを 開 発 する 標 準 描 画 速 度 1,000mm/sec 2 回 描 き を 目 標 とし パターニング 条 件 の 最 適 化 を 行 う 1 エッチングレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 の 開 発 本 計 画 では22 年 度 にレーザーの 振 り 角 を 逆 利 用 した2 重 直 行 軸 の レーザーパタ ーニング 制 御 装 置 の 開 発 を 行 った 23 年 度 はこの 装 置 を 用 い 独 自 のエッチン グレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 を 確 立 させた 最 終 年 度 は この 装 置 の 応 用 により, 最 小 ライン&スペース 100 μm/100 μm の 数 値 目 標 を 達 成 した 装 置 概 要 図 本 装 置 の 基 本 コンセプトを 図 に 示 す 開 発 システムは 可 能 な 限 り 姿 勢 変 更 を 少 なくし レーザー 照 射 側 の XYZ 軸 スキャナとは 別 に 動 く tx ty 軸 を 設 けた 構 成 となっている 現 行 システムではレーザーのエネルギー 密 度 を 下 げないため 23

25 に レーザーと 加 工 面 とを 極 力 垂 直 にしなければならず 回 転 軸 を 多 用 した 頻 繁 な 姿 勢 制 御 の 必 要 が 発 生 する エッチングレスプロセスでは 比 較 的 弱 いエネルギ ーでもパターニングが 可 能 なことから 開 発 システムはレーザーの 振 り 角 を 逆 利 用 した2 重 直 行 軸 方 式 とした 結 果 姿 勢 制 御 は 半 減 し 加 工 時 間 の 短 縮 に 寄 与 し た ライン&スペース 100 μm/100 μm 試 験 片 の 試 作 レーザーパターニング 制 御 装 置 を 用 い ライン&スペース 150 μm/150 μm 100 μm/100 μm 70 μm/70 μmの 各 パターンを 描 画 し 量 産 仕 様 の 電 解 めっき(Cu+Ni+Au) を 行 い 量 産 性 の 確 認 を 行 った 図 めっき 工 程 図 に 示 す 工 程 は 以 下 のようである 1 試 験 片 成 形 (ナノコロイド 触 媒 担 持 工 程 ) 2 無 電 解 Cu めっき(0.5~0.8μm) 3 レーザーパターニング 4 電 解 Cu めっき(3~15μm) 5 無 電 解 Cu めっき 層 除 去 6 電 解 Ni めっき(3~5μm) 7 電 解 Au めっき(0.01~0.3μm) ピール 強 度 0.6N/mm の 確 認 の 取 れている Cu めっきの 膜 厚 5μmの 試 験 片 を 観 察 す ると 図 に 示 すようにライン&スペース 150 μm/150 μm 100 μm/100 μm 及 び 70 μm/70 μmパターンの 形 成 に 成 功 した ( 図 2-3-6) 24

26 図 パターニング 条 件 の 最 適 化 22 年 度 に 加 工 条 件 と 加 工 状 態 をデータベース 化 し 蓄 積 したノウハウを 元 に 23 年 度 は 疑 似 量 産 基 板 において 従 来 に 比 べ 基 板 ダメージを 軽 減 しつつサイクルタイムを 約 15% 短 縮 することができた 最 終 年 度 は LED/PKG 基 板 製 品 化 モデル ( 図 2-3-7) のサンプルを 製 作 し 実 用 レベルでレーザー 標 準 描 画 速 度 1,000mm/sec 走 査 2 回 を 達 成 した 図

27 2-4 製 品 の 評 価 1 ワイヤーボンディング 性 評 価 本 開 発 の 外 観 的 特 徴 である めっき 膜 の 平 滑 性 を 活 用 したアプリケーションの 中 にLED 実 装 用 パッケージ 基 板 がある 製 品 化 を 行 うにはワイヤーボンディング 性 は 必 要 不 可 欠 であり 社 内 量 産 製 品 同 等 のプル 強 度 が 必 要 である 事 業 化 製 品 化 への 展 望 を 図 るためには 社 内 評 価 のみの 試 作 品 だけでなく 客 先 で も 評 価 可 能 な 汎 用 性 のある LED 実 装 用 パッケージ 基 板 の 製 作 が 不 可 欠 である [LED/PKG 基 板 製 品 化 モデル]の[LED センサー 形 状 部 ]を 評 価 した ( 図 2-4-1) 図 ( 製 品 図 ) 図 (3D モデル) エッチングレスプロセス 品 と 通 常 エッチングプロセス 品 とをそれぞれ 製 作 し ワイ ヤーボンディング 評 価 を 行 う めっき 条 件 及 び ボンディング 条 件 ( 温 度 超 音 波 エ ネルギー 荷 重 )は 社 内 量 産 基 板 と 同 等 とする めっき 膜 厚 [µm]: E-Cu =10~ E-Ni=4~ E-Au=0.3~ 図 ステッチ 状 態 26

28 結 果 エッチングレスプロセス 品 と 通 常 エッチングプロセス 品 とをそれぞれ 5 枚 ずつ 製 作 し 基 板 1 枚 当 たり n=10 のワイヤーボンディング 評 価 を 行 った 結 果 ( 図 2-4-3) 及 び ワイヤー 破 断 モード( 図 2-4-4)は 下 記 のようになった 図 図 エッチングレスプロセス 品 と 通 常 エッチングプロセス 品 とをそれぞれ 製 作 し ワイヤーボンディング 評 価 を 行 った 結 果 はエッチングレスプロセス 品 においてプ ル 強 度 が 4.5g 以 上 であり 社 内 量 産 製 品 の 良 品 基 準 [4.0g]をクリアし 且 つ 通 常 エッチングプロセス 品 よりも 優 位 なワイヤーボンディング 性 を 示 すことが 分 かっ た この 結 果 は 光 学 特 性 を 向 上 させた 製 品 が 後 工 程 における 生 産 性 作 業 性 におい ても 優 れた 付 加 価 値 が 付 与 されたことを 示 すものであり 事 業 化 製 品 化 に 貢 献 す るものである 27

29 2 光 反 射 性 評 価 本 開 発 の 最 大 の 外 観 的 特 徴 である 光 反 射 性 を 活 用 したアプリケーションの 中 に LED 基 板 がある 製 品 化 を 行 うには 高 反 射 率 は 大 きなアドバンテージであり 最 終 目 標 を 達 成 し 量 産 に 寄 与 する 為 にその 評 価 を 行 った 課 題 3で 製 作 した LED/PKG 基 板 製 品 化 モデル のエッチングレスプロセス 品 と 通 常 エッチングプロセス 品 の LED パラボラ 底 面 の 反 射 濃 度 を 測 定 した ( 図 2-4-5) 図 反 射 率 の 指 標 である YLW MODE,BLK MODE の 測 定 においてエッチングレスプロセス 品 が 約 20% 高 い 数 値 を 示 し 優 位 性 が 確 認 された ( 図 2-4-6) これによって 同 等 の LED チップ 出 力 であれば 更 なる 反 射 部 の 小 型 化 が 可 能 となる 図

30 第 3 章 全 体 総 括 1-1 Pd ナノコロイドによる 高 密 着 性 無 電 解 銅 メッキの 開 発 においては LCP 成 形 品 に 対 しピール 接 着 強 度 0.5N/mm 以 上 を 有 する 無 電 解 銅 メッキを 実 現 することを 目 標 に 取 り 組 み Pd ナノコロイドによるめっきプロセスの 最 適 化, 研 究 課 題 2-1におけ る 成 形 加 工 による LCP 樹 脂 表 面 の 最 適 化,および1-2における 塩 化 パラジウムを 触 媒 に 取 り 入 れることにより, 膜 厚 5µmにおいて,0.6 N/mm のピール 強 度 を 実 現 した 1-2 高 密 着 性 無 電 解 メッキ 触 媒 用 銅 ナノコロイドの 開 発 は 低 コスト 化 を 図 るた め 銅 コロイド 触 媒 による 銅 めっきプロセスを 検 討 した 現 状 では 銅 コロイドは Pd に 比 べ 大 気 中 での 安 定 性 に 問 題 があるが 保 護 剤 や 管 理 方 法 等 の 工 夫 によりコロイド の 酸 化 を 抑 制 し 低 コスト 化 レアメタルの 使 用 量 削 減 を 目 指 して 研 究 を 進 めた し かしながら 銅 コロイドの 安 定 性 が 悪 く 低 コスト 化 に 関 して 優 位 性 は 見 られなかった Pd コロイドの 低 コスト 化 を 図 るため, 塩 化 パラジウム 溶 液 による 触 媒 化 プロセスを 新 規 に 見 出 し,コロイドの 使 用 回 数 を 減 らすことによる 低 コスト 化 を 高 密 着 化 が 可 能 と なった (1 1の 課 題 の 目 標 値 達 成 に 時 間 がかかったため, 無 電 解 銅 めっき 用 銅 コロイドの 開 発 は, 安 定 性 と 触 媒 活 性 を 両 立 させることは 困 難 であり, 本 プロジェクト 期 間 内 に 達 成 することは 難 しいと 判 断 した これに 替 わる 手 法 として, 塩 化 パラジウムによる 触 媒 化 を 検 討 し,Pd コロイドの 使 用 量 の 軽 減 による 低 コスト 化 の 見 通 しが 立 った ) 2-1 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 最 適 化 の 課 題 は 無 機 フィラーを 高 充 填 化 させた 樹 脂 成 形 品 の 表 面 にはフィラーが 存 在 し フィラーの 表 面 凝 集 や 分 散 の 不 均 一 性 がめっき 膜 との 密 着 性 に 大 きな 影 響 を 与 えると 考 えられる 射 出 率 金 型 温 度 ゲート 数 ゲー ト 位 置 などと 密 着 性 との 相 関 を 検 討 し 最 適 な 樹 脂 表 面 を 得 るための 成 形 条 件 を 検 討 した 金 型 温 度 を まで 変 化 させ, 密 着 性 との 相 関 を 検 討 した 金 型 温 度 を 高 温 にすることにより,LCP 表 面 の 流 動 履 歴 を 消 し,かつフィラーの 表 面 偏 斥 が 少 なくなることが 明 らかになった 金 型 温 度 250 において 最 も 密 着 性 が 高 く なることが 明 らかになった 2-2 射 出 成 形 樹 脂 表 面 の 解 析 は 樹 脂 表 面 のフィラーの 偏 在 化 ポリマーの 配 向 状 態 化 学 状 態 等 の 表 面 解 析 は 高 分 解 能 SEM に 加 え XPS AFM などを 駆 使 して 行 い 目 標 とするはく 離 強 度 を 得 るための 最 適 な 表 面 状 態 を 明 らかにし 成 形 加 工 方 法 を 最 適 化 することを 目 標 とした LCP 樹 脂 表 面 構 造 とピール 強 度 の 相 関 を 種 々の 表 面 分 析 手 法 を 駆 使 し 解 析 し, 表 面 偏 関 したフィラー 周 囲 に 形 成 する 大 きなくぼみを 少 なくし, かつ 微 妙 な 凹 凸 を 形 成 することにより,ピール 強 度 を 高 めることに 効 果 的 であること があきらかになった 29

31 3-1 エッチングレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 の 開 発 は 22 年 度 にレーザ ーの 振 り 角 を 逆 利 用 した2 重 直 行 軸 の レーザーパターニング 制 御 装 置 の 開 発 を 行 った 23 年 度 はこの 装 置 を 用 い 独 自 のエッチングレスプロセス 対 応 パターニング 方 法 を 確 立 させ 24 年 度 最 終 目 標 : 最 小 ライン&スペース 100 μm/100 μm)に 取 り 組 んだ 最 終 年 度 はこの 装 置 を 用 いて2 重 直 行 軸 法 によりプログラミングを 行 い 量 産 同 等 の 難 易 度 のパターニングの 可 否 を 検 討 試 作 した 結 果 は 各 30 枚 ずつの 試 作 にお いて 量 産 条 件 と 比 較 しパターン 外 析 出 の 無 い 良 好 な 品 質 を 示 した 従 来 方 法 と 同 等 以 上 の 品 質 レベルの 製 品 が 製 造 可 能 な 事 がわかり 独 自 のパターニング 方 法 を 確 立 し, 最 小 ライン&スペース 100 μm/100 μm の 数 値 目 標 が 達 成 された 3-2 パターニング 条 件 の 最 適 化 の 課 題 は エッチングレスプロセスを 用 いたレー ザーパターニングにおいて, 加 工 条 件 を 最 適 化 (ノウハウ 化 )することにより 高 速 加 工 による 低 コスト 高 品 質 の MID 生 産 が 可 能 となった 22 年 度 の 基 礎 実 験 よる 成 果 を 基 に 疑 似 量 産 基 板 での 条 件 最 適 化 を 行 った 結 果 従 来 に 比 べ 基 板 ダメージを 軽 減 しつ つ サイクルタイムを 約 15% 短 縮 することができた 加 工 条 件 を 最 適 化 すること により 高 速 加 工 による 低 コスト 高 品 質 の MID 生 産 が 可 能 なことが 分 かり 標 準 描 画 速 度 1,000mm/sec 2 回 描 き の 数 値 目 標 が 達 成 された 30

32 31

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