(57)【要約】 【課題】  安価な材料を用いてケイ素系重合体の表面をメタライズ処理するための表面処理方法を提供することである。また同様に任意の材料からなる基体表面をメタライズあるいは配線などの金属層のパターンを形成する方法を提供することである。【解決手段】 ケイ素系重合体を遷移金属塩溶液あるいは遷移金属塩の懸濁液と接触させ、その後、該ケイ素系重合体を還元剤に接触させることにより、該ケイ素重合体上あるいはケイ素重合体中に遷移金属の微粒子を形成させることを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素系重合体を遷移金属塩溶液あるいは遷移金属塩の懸濁液と接触させ、その後、該ケイ素系重合体を還元剤に接触させることにより、該ケイ素重合体上あるいは該ケイ素系重合体中に遷移金属の微粒子を形成させることを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表面処理がなされた該ケイ素系重合体表面に、さらにめっきを施して金属層を形成する事を特徴するケイ素系重合体の表面処理方法。
【請求項３】
ケイ素系重合体に部分的に光を照射することによりケイ素系重合体の表面に潜像を形成し、その後、該ケイ素系重合体を遷移金属塩溶液あるいは遷移金属塩の懸濁液と接触させ、次に還元剤に接触させて、ケイ素系重合体上あるいはケイ素系重合体中の未露光部分に遷移金属微粒子を形成させることを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の表面処理がなされた該ケイ素系重合体表面に、さらにめっきを施してパターニングされた金属メッキ層を該ケイ素系重合体の表面に形成することを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法。
【請求項５】
基体上にケイ素系重合体を塗布して該ケイ素系重合体表面に請求項１乃至請求項４に記載の表面処理を行なう事を特徴とする基体表面のメタライズ方法。
【請求項６】
表面にケイ素系重合体が形成され、さらに該ケイ素系重合体表面に遷移金属微粒子が分散していることを特徴とする物品。
【請求項７】
該遷移金属粒子が分散している該ケイ素系重合体表面に、さらに金属メッキ層が形成されている請求項６に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面に導電性を付与したりメッキの下地となる表面処理方法に関し、また表面処理した上に金属層を形成するためのメタライズ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポリシランに代表される有機ケイ素重合体を、導電性材料として用いることが研究されている（非特許文献１）。また、ポリシランを銀イオンでドーピングすることで導電性を向上させる（特許文献１）、あるいは弱く光照射した後に貴金属塩でドーピングして無電解めっきする（特許文献２）ことにより、基板上に金属薄膜を形成する方法が開発されている。
【０００３】
しかしながら、貴金属塩でポリシランをドープしてめっきする方法は、高価な貴金属を用いるので用途が限定される。そこで、比較的安価な金属で高い導電性を持ち、さらには光照射によりパターニングできる方法が開発できれば、無電解めっきの触媒やレジストなどを必要としない大幅に簡略化された配線の形成が可能となる。また従来貴金属や銀を用いて高価だったこれらの導電性材料を、銅などの遷移金属をベースにしたものを用いることで、安価に供給することができるが、その方法は開発されていなかった。
【特許文献１】特開平10-120907号
【特許文献２】特開2002-105656号
【非特許文献１】「有機ケイ素材料科学の新展開」桜井英樹監修、シーエムシー、2001年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、安価な金属材料を用いてケイ素系重合体の表面をメタライズ処理するための表面処理方法を提供することである。また同様に任意の材料や任意の形状を有する基体表面をメタライズしたり、あるいは配線などの金属層のパターンを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、ケイ素系重合体の溶媒への溶解特性を利用して遷移金属塩溶液あるいは懸濁液に浸漬した時に基体上のケイ素系重合体層を粗化して重合体上あるいは重合体中に遷移金属塩微粒子を分散させ、この遷移金属塩分散層を有する基体を還元剤溶液に浸すことにより遷移金属単体微粒子を形成した。また、さらにこれをめっきを施すことにより導電性金属薄膜をもつ基体が得られること、また、遷移金属塩懸濁液を作用させる前にフォトマスクを用いた光照射により、露光部の有機溶媒溶解性を消失させ、未露光部に選択的に遷移金属塩微粒子が分散することを見出し、この後の遷移金属塩の還元・めっきにより、パターン化された導電層を有する基体が得られることを見出した。
すなわち、本発明はケイ素系重合体を遷移金属塩溶液あるいは遷移金属塩の懸濁液と接触させ、その後、該ケイ素系重合体を還元剤に接触させることにより、該ケイ素重合体上あるいはケイ素重合体中に遷移金属の微粒子を形成させることを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法である。
この遷移金属の微粒子を形成した前記ケイ素系重合体表面に、さらにめっきを施して金属層を形成してもよい。
【０００６】
また本発明は、ケイ素系重合体に部分的に光を照射することによりケイ素形重合体の表面に潜像を形成し、その後、ケイ素系重合体を遷移金属塩溶液あるいは遷移金属塩の懸濁液と接触させ、次に還元剤に接触させて、ケイ素系重合体上あるいはケイ素系重合体中の未露光部分に遷移金属微粒子を形成させることを特徴とするケイ素系重合体の表面処理方法である。さらにメッキを施すことにより未露光部に金属層を形成してもよい。
【０００７】
さらに本発明は、表面にケイ素系重合体が形成され、さらに該ケイ素系重合体表面に遷移金属微粒子が分散していることを特徴とする物品であり、さらには遷移金属粒子が分散している該ケイ素系重合体表面にさらに金属メッキ層が形成されている物品である。
【０００８】
メッキすることにより、表面をメタライズして導電性や装飾などの機能を付与することができるが、メッキする前の遷移金属微粒子が分散した状態でも帯電防止機能を付与したり、あるいは中間製品として有用である。
【０００９】
ケイ素系重合体としてはSi-H結合やSi-C6H5結合を有する化合物が好ましい。これらは適切な溶媒に少量溶解する溶媒溶解特性を有し、表面が微細に粗面化して遷移金属塩が表面に吸着しやすくなる。さらに光照射前と光照射後で溶媒溶解性が異なることも好ましい点である。この点では、光架橋するSi-H結合やSi-C6H5結合を持つポリシランまたはポルカルボシランがより好ましい。
【００１０】
ポリシランとしては、式（１）で表されるポリシランを単一であるいは式(1)の中の異種を混合して用いることが特に好ましい。
(R1R2Si)n ・・式（１）
(式中、R1、R2はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換もしくは無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキン基、アリール基、複素環基を表しｎは5〜100，000の整数を表す。）ケイ素系重合体の重量平均分子量は、該ケイ素樹脂が溶媒に可溶であって、基体上に薄膜を形成できれば特に限定されないが、合成の容易さ、溶媒への溶解性、成膜性などから、1,000〜6,000,000の範囲が好ましい。
【００１１】
本発明によれば未露光部のケイ素系重合体の溶媒溶解性により、遷移金属塩微粒子を未露光部に選択的に分散できることを利用し、その遷移金属塩微粒子から還元ステップにより遷移金属微粒子を形成し、その後0.01〜２０μm厚の金属をめっきすることにより高い導電性を持たせることができ、各種材料に応用できる。
【００１２】
さらにケイ素系重合体の光反応性を利用すれば、ケイ素系重合体薄膜に配線パターンが形成されたフォトマスクを通して紫外光を照射し、めっき可能な部分（未露光部）とめっき不能な絶縁部（露光部）を形成し、その後遷移金属塩溶液あるいは懸濁液に浸漬して遷移金属塩微粒子分散部分を未露光部に選択的に形成し、それに続く金属めっきにより、導体幅が100μm以下までのサイズに微細加工されたパターン化された導電体を、高価な触媒やレジストを用いずに形成することができる。
紫外光の光源としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、ハロゲンランプなどの光源が望ましいがこの限りではない。
【００１３】
めっきとしては、無電解銅めっき、無電解ニッケルめっきなどが挙げられ、その後、電解銅めっき、電解ニッケルめっき、電解銀めっき、電解金めっきなどを施してもよい。
また本発明で得られる物品としては、例えば配線基板、電子素子、受発光素子、電子素子や光素子を収めるパッケージ、電磁シールド材料などの電子部品、光学部品や電子材料、アンテナ、モーター、インダクタンス素子などの磁性部品あるいは磁性材料、金属光沢を有する装飾品などが好ましい例として挙げられるが、この限りではない。
本発明で用いるケイ素系重合体は、既知の合成法で合成でき、高純度の窒素雰囲気下で製造するのが望ましい。
【００１４】
基体表面に薄膜を形成するために、ケイ素系重合体の塗布液を調製することができる。ケイ素系重合体の薄膜を形成する方法としては、前記の塗布液を基体上に塗布した後、常圧あるいは減圧で常温下、または加温して溶媒を揮散させ薄膜を得る方法が挙げられる。
【００１５】
基体としてはケイ素系重合体が塗布できる材料であれば特に問わないが、さまざまな用途で実績のあるガラス、石英、ポリイミド、シリコン、ガラスエポキシ樹脂が好ましく、これらの材料からなる平板あるいは立体形状物が好適である。またケイ素系重合体溶液は任意の形状の物体に塗布できるので、フレキシブル基板、多層基板やビルドアップ基板などの配線基板や、半導体部品を載せる非平板状のパッケージ、医療機器などの高密度微細配線を要する基板、マイクロマシンのMEMS形成のための配線を要する基板を基体とすることができる。
【００１６】
さらにケイ素重合体溶液はこれら基体の表面処理したい面の全面に塗布してもよいし、配線基板のスルーホール部や上に挙げた基体の配線を要する箇所にのみに塗布してもよい。
また基体に形成されたケイ素系重合体膜を基体から剥離させて、フィルムあるいはシート状で用いてもよい。
【００１７】
遷移金属塩としては、遷移金属の酢酸塩、ハロゲン化物塩、炭酸塩、硫酸塩が好ましい。遷移金属としては実用的に銅、ニッケル、鉄、コバルトが好ましい。遷移金属塩の量は、ケイ素系重合体100質量部に対して通常１〜1,000質量部、好ましくは10〜100質量部である。遷移金属塩溶液あるいは懸濁液の溶剤としては、該遷移金属塩を少量しか溶解せず、該ケイ素系重合体を少量のみ溶解する溶媒が好ましい。具体的にはアセトニトリル，メタノール，エタノール，2-プロパノールが好ましいが、これらに限られるものではない。これらはケイ素系重合体を不均一に溶解してその表面を粗面化させる。
【００１８】
また光照射されて溶媒溶解性が失われるケイ素系重合体としては、フェニルポリシラン，メチルフェニルポリシラン，あるいはそれらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
還元剤としては、水素やヒドラジン系、ホウ素系還元剤など限定しないが、この中でも、ホウ素系還元剤が好ましい。また、還元剤を選択することより、各種の遷移金属塩を還元することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基体にケイ素系重合体を塗布して遷移金属塩溶液と接触させる事で、その表面を改質し、必要によってメタライズをすることができる。したがってケイ素系重合体が塗布可能な材料であれば、基体の形状や材質を選ばない。さらには、ケイ素系重合体を必要箇所のみに塗布するか、あるいは不要箇所を露光することにより、基体の所望箇所のみに選択的に表面処理したりメタライズをする事ができる。この表面処理は導電性を付与したり、あるいはそれにより帯電防止機能を付与する事ができる。また任意の形状物に装飾上の美観を高める事もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
立体物を基体とし、その上にケイ素系重合体層を塗布形成し、これを遷移金属塩溶液に浸漬するなどしてケイ素系重合体全面に遷移金属塩微粒子を分散させて、還元剤処理後、この上にめっきをすることにより、表面をメタライズした立体物が得られる。この場合基体の材料は、ケイ素系重合体を塗布できるものであればよく、広い材料から選択する事ができる。
【００２２】
また、プリント配線基板となる基体の上にケイ素系重合体層を形成し、配線パターンに対応したパターンが形成されたフォトマスクを通して、紫外光を照射する。次にこれを遷移金属微粒子溶液あるいは懸濁液に浸漬すると、光を照射した部分（露光部）には遷移金属塩微粒子が分散せず、未露光部のみ還元ステップにより遷移金属微粒子が形成される。このケイ素系重合体に金属無電解めっきすると、未露光部のみに金属が析出して、金属配線パターンが得られる。これにより、配線幅が100μm以下の微細配線も可能となる。この場合も基体の材料は広い材料から選択できる。従来配線基板として用いられているガラスエポキシ基板や、ポリイミド基板が好適に用いられる。
【００２３】
さらに、このプリント配線基板などの基体にあらかじめスルーホールが形成されている場合、スルーホール内にもケイ素系重合体層が形成され、フォトマスクでスルーホール部にも光が照射されないようにすると、スルーホール内に金属めっきが施されて配線基板の表裏の導通をとることができる。
【００２４】
以下の実施例によって、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。これらの例中、部はすべて質量部を表し、物性値は25℃における値である。
【００２５】
（実施例1）
（C6H5SiH）n  1部を9部のトルエンに溶解し、ガラス基板上にスピンコート（1,500 r.p.m., 20秒）、60 ℃で減圧乾燥し、基板上にポリシラン膜を形成した。ここでｎは30〜100である。この基板を1部の酢酸銅（I）Cu(OCOCH3)  を99部のアセトニトリルに溶かした懸濁液に5分間浸漬し、5分間窒素気流で乾燥し、さらにアセトニトリルで10秒間洗浄した。この基板を還元剤であるN,N-ジメチルアミンボランの0.18重量％水溶液に浸漬した。これにより金属銅の微粒子が析出した。さらにこの基板を2分間無電解銅めっきすることにより、導電性の銅層を有する基板を作成した。無電解銅メッキのメッキ浴は奥野製薬工業製のATSアドカッパー液を用いた。
【００２６】
（実施例２）
実施例１と同様に、（C6H5SiH）n  1部を9部のトルエンに溶解し、ガラス基板上にスピンコート（1,500 r.p.m., 20秒）、60 ℃で減圧乾燥し、基板上にポリシラン膜を形成した。ｎは30〜100である。この基板にフォトマスクを用いて254 nmの紫外光を1.2 J/cm2照射し、基板上のポリシランに潜像を形成した。次に、この基板を1部の酢酸銅（I）を99部のアセトニトリルに溶かした懸濁液に5分間浸漬し、5分間窒素気流で乾燥し、さらにアセトニトリルで10秒間洗浄した。この基板をN,N-ジメチルアミンボランの0.18重量％水溶液に浸漬して未露光部に金属銅の微粒子を析出させた。さらにこの基板を2分間無電解銅めっきすることにより、パターン化された導電性の銅層を有する基板を作成した。ちなみに導線の厚さは0.1μｍ、幅は100μｍで線間隔は100μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
太陽電池や各種ディスプレーなどの大型機器の配線に使用する導電性材料、回路基板、半導体基板等の電子材料作成、電磁シールド材、ロボット、情報家電、携帯電話、携帯機器に応用可能な素材であり、電気、電子、通信分野に広く用いることができる他、自動車、モーターなどの部品や内臓検査・治療などの医療器具の微細配線、いわゆるMEMSと称するマイクロマシンの構造体を接続する配線やメタライズ等にも応用可能である。また、磁性をもつ遷移金属を使用すれば、磁気材料としても応用できる。その他、表面に金属層を形成した装飾品の作成にも応用可能である。