(57)【要約】  ガス電子増倍管の製造方法は、表面上に第１および第２金属層（１４、１６）を有する絶縁シート（１２）を含んでなるブランクシート（２８）を製造する工程、第１金属層を通して孔（１８）を形成するために、写真平版印刷により第１金属層にパターン形成する、第１金属層孔形成工程、第１金属層（１４）中に形成された孔（１８）が、第１表面側からのみのエッチングにより絶縁層（１２）を通して延長される、絶縁シート孔形成工程、および、孔（１８）が第２金属層（１６）を通して延長される、第２金属層孔形成工程、を含む。一実施態様では、第２金属層孔形成工程が、電気化学的エッチングにより、第２金属層（１６）のエッチングの際に第１金属層（１４）が影響されないように行われる。別の実施態様では、第２金属層孔形成工程で、第１および第２金属層（１４、１６）が外側からエッチングされて、第１および第２金属層（１４、１６）の初期厚さが減少し、第２金属層（１６）が、第１金属層（１４）および絶縁シート（１２）中の孔（１８）を通して同時にエッチングされ、エッチングが、孔（１８）が第２金属層を通して伸びるまで維持される。第１および第２金属層（１４、１６）の初期平均厚さは６．５μｍ〜２５μｍ、好ましくは７．５μｍ〜１２μｍである。
2011517050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２表面を有する絶縁シート（１２）、前記第１および第２表面上にそれぞれ施された第１および第２金属層（１４、１６）、および前記絶縁シート（１２）および前記第１および第２金属層（１４、１６）を通って伸びる複数の貫通孔１８、を含んでなるガス電子増倍管（ＧＥＭ）（１０）の製造方法であって、
絶縁シート（１２）を含んでなり、前記絶縁シートの第１および第２表面上に、それぞれ初期の厚さを有する第１および第２金属層（１４、１６）が施されている、ブランクシート（２８）を製造する工程、
前記第１金属層（１４）を通して孔（１８）を形成するために、写真平版印刷により、前記第１金属層（１４）にパターン形成する、第１金属層孔形成工程、
前記第１金属層（１４）中に形成された前記孔（１８）が、前記第１表面側からのエッチングにより前記絶縁層（１２）を通して延長される、絶縁シート孔形成工程、および
前記第１および第２金属層（１４、１６）が外側からエッチングされて、前記第１および第２金属層（１４、１６）の前記初期厚さが減少するとともに、前記第２金属層（１６）が、前記第１金属層（１４）および絶縁シート（１２）中の前記孔（１８）を通してエッチングされ、前記エッチングを、前記孔（１８）が第２金属層を通して伸びるまで維持する、第２金属層孔形成工程、
を含んでなり、
前記第１および第２金属層（１４、１６）の前記初期平均厚さが６．５μｍ〜２５μｍ、好ましくは７．５μｍ〜１２μｍである、方法。
【請求項２】
前記第１および第２金属層（１４、１６）の前記初期平均厚さが、前記第２金属層孔形成工程の後に前記孔（１８）を取り囲む、前記絶縁シート（１２）が前記第１金属層（１４）から露出されるリング状区域（３２）の幅が、１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下になるように選択にされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２金属層形成工程で、前記ブランクシート（２８）が、過硫酸アンモニウムを含む浴中でエッチングされる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記浴が、温度２０℃〜３０℃、好ましくは２３℃〜２７℃に保持される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第１および第２表面を有する絶縁シート（１２）、前記第１および第２表面上にそれぞれ施された第１および第２金属層（１４、１６）、ならびに前記絶縁シート（１２）および前記第１および第２金属層（１４、１６）を通って伸びる複数の貫通孔１８、を含んでなるガス電子増倍管（ＧＥＭ）（１０）の製造方法であって、
絶縁シート（１２）を含んでなり、前記絶縁シートの第１および第２表面上に、それぞれ初期の厚さを有する第１および第２金属層（１４、１６）が施されているブランクシート（２８）を製造する工程、
前記第１金属層を通して孔を形成するために、写真平版印刷により、前記第１金属層にパターン形成する、第１金属層孔形成工程、
前記第１金属層中に形成された孔が、前記第１表面側からのエッチングにより前記絶縁シートを通して延長される、絶縁シート孔形成工程、および
前記第１金属層（１４）および前記絶縁シート（１２）中に形成された孔（１８）が、前記第２金属層（１６）を通して延長される、第２金属層孔形成工程、
を含んでなり、
前記第２金属層孔形成工程が、前記第２金属層と、エッチング剤中に浸漬された電極との間に、第２金属層がエッチングされるように選択される電圧を印加する、電気化学的エッチング処理を含んでなるものである、方法。
【請求項６】
前記電極と前記第２金属層（１６）との間の電位が、前記第２金属層（１６）がアノードを形成し、前記エッチング剤中に浸漬された前記電極がカソードを形成するような電位である、請求項６に記載の方法。
【請求項７】
前記電気化学的エッチングで使用する前記エッチング剤が、硫酸、塩酸および硫酸銅を含んでなる、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２金属層孔形成工程の少なくとも一部で、前記第１金属層（１４）および前記絶縁シート（１２）中に形成された前記孔（１８）を通して前記第２金属層（１６）をエッチングするために、前記電極が、前記ブランクシート（２８）の第１金属層側に設けられてなる、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２金属層孔形成工程の一部で、前記第２金属層（１６）を外側からエッチングするために、前記電極が、前記ブランクシート（２８）の前記第２金属層側に設けられてなる、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ブランクシート（２８）の前記第２金属層側に備えた前記電極による前記第２金属層（１６）の前記電気化学的エッチング工程を、前記孔（１８）が、前記第２金属層（１６）を通して伸びるまで行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１金属層（１４）および前記絶縁シート（１２）中に形成された前記孔（１８）を通した前記電気化学的エッチングを、前記孔（１８）が第２金属層（１６）中に、前記第２金属層（１６）の最終厚さより少なくとも２μｍ深い平均深さに伸びるまで行う、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２金属層（１６）の前記初期厚さが、前記第１金属層の前記初期厚さを、５〜１５μｍ、好ましくは８〜１２μｍだけ超える、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２金属層（１４、１６）の最終厚さの差が２μｍ未満である、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２金属層（１４、１６）の平均最終厚さが４μｍ〜７μｍである、請求項５〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ブランクシート（２８）の製造工程が、電解処理により前記第２金属層（１６）の膜厚を増加させる工程を含んでなる、請求項５〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１および第２金属層（１４、１６）が、銅から製造される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記絶縁シートが、重合体状材料、好ましくはポリイミドから製造される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
クロム層（３０）を、前記銅層（１４、１６）と前記絶縁シート（１２）との間に儲かる、請求項１６または１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記写真平版印刷による第１金属層孔形成工程が、
両方の前記金属層（１４、１６）上にフォトレジストを配置する工程、
前記第１金属層（１４）の上にマスクを置いて形成すべき前記孔（１８）の位置を限定する工程、
前記第２金属層（１６）全体が前記フォトレジストにより覆われ、前記第１金属層が、前記孔（１８）を形成すべき場所を除いて、前記フォトレジストにより覆われるように、前記ブランク（２８）の両側にある前記フォトレジストを露光および現像する工程、および
前記第１金属層（１４）中の前記孔（１８）をエッチングする工程、
を含んでなる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１金属層が、過塩素酸鉄を使用し、３０℃〜３５℃でエッチングされる、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記絶縁シート孔形成工程が、前記絶縁シート（１２）中の前記孔の、前記第１金属層（１４）に隣接する末端における直径が、前記孔の、前記第２金属層（１６）に隣接する末端における直径と、２０％未満、好ましくは１５％未満だけ異なるように行われる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記絶縁シート孔形成工程が、ジアミンエチレン５５％〜６５％および水３５％〜４５％、さらにＫＯＨ５〜１０ｇ／ｌを含んでなる浴中に、前記ブランクシート（２８）を浸漬することを含んでなる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記絶縁シート孔形成工程が、温度６０℃〜８０℃、より好ましくは６５℃〜７５℃で行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記絶縁シート孔形成工程で、前記エッチング剤の中に気泡、特に窒素気泡を発生させることにより、前記エッチング剤を攪拌する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１および第２金属層（１４、１６）を電圧供給源に接続するための電極を写真平版印刷により形成する工程をさらに含んでなる、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２金属層孔形成工程の後、前記ＧＥＭ（１０）の洗浄工程をさらに含んでなり、前記洗浄工程が、露出されたクロム層が全く除去されないように行われる、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記孔（１８）が、０．１ｍ２より大きい、特に０．５ｍ２より大きい区域（２０）に同時に形成される、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記孔が、直径２０μｍ〜１００μｍ、好ましくは５０μｍ〜７０μｍ、ピッチ５０〜３００μｍ、好ましくは１００μｍ〜２００μｍを有する、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、ガス電子増加装置（ＧＥＭ）の製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
ＧＥＭの構造および操作は、欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１に記載されており、そこには、多くの他の参照文献も記載されている。図１は、欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１からとった略図であり、ＧＥＭの一般的な構造および機能を示す。図１では、ＧＥＭ１０がドリフト電極ＤＥとコレクト電極ＣＥの間に配置されている。ＧＥＭ１０は、第１および第２金属層１４、１６とクラッド加工された絶縁体シート１２からなる。ＧＥＭ１０中には、複数の貫通孔１８が形成されている。貫通孔１８は、典型的には直径が２０〜１００μｍである。貫通孔１８は、典型的には５０〜３００μｍのピッチを有するマトリックスまたは列パターンで配置されている。貫通孔１８の略図を、やはり欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１からとった図３に示す。絶縁シート１２の厚さは約５０μｍでよく、第１および第２金属クラッド層１４および１６の厚さは、典型的には約５μｍである。
【０００３】
手短に言うと、図１のＧＥＭ１０の機能は、下記の通りである。ドリフト電極ＤＥとコレクト電極ＣＥとの間に電圧を印加する。さらに、各孔１８が電気双極子のように挙動するように、第１および第２金属層１４、１６間に電圧を印加する。この電気双極子は、ドリフト電極ＤＥとＧＥＭ１０との間の電界ＥおよびＧＥＭ１０とコレクト電極ＣＥとの間の電界Ｅ”と重なり合った電界ベクトルＥ’により表わされる。これら３電界成分の重なり合いにより、図１に図式的に示す電界線構造が得られる。図１から分かるように、孔１８により、電界が局所的に集中するか、または換言すれば、電界振幅が局所的に強化される。ドリフト電極ＤＥとコレクト電極ＣＥとの間の空間は、ガスで満たされている。ドリフト電極ＤＥとＧＥＭ１０との間の何処かで一次電子が発生すると、その電子は、電界ＥのためにＧＥＭに向かって漂流する。孔１８では、電界振幅が局所的に強化されるので、この一次電子から電子雪崩が形成され、そこでは第２金属層１６が電子雪崩に対する外口（ｏｕｔｐｏｒｔ）相として作用する。一次電子からの電子雪崩の形成が、ＧＥＭによる「電子増倍管」である。次いで、電子雪崩は、電界によりコレクト電極ＣＥに引っ張られ、そこで大きく強化された信号として検出される。
【０００４】
図１および３は、ＧＥＭの非常に小さな部分だけを示しているが、やはり欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１からとった図２は、装置全体を図式的に示す。図２から分かるように、ＧＥＭ１０は、一般的に、活性区域２０からなり、その中に金属層１４、１６および複数の孔が形成されている。この活性区域２０は、フレーム２２により取り囲まれており、このフレームは、金属被覆されておらず、典型的には絶縁シート１２のみからなる。フレーム２２上には、その対向する側部に第１および第２電極２４および２６が形成されており、これらの電極により、第１および第２金属層１４および１６に所望の電位を印加することができる。
【０００５】
欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１は、ＧＥＭ１０の製造方法も開示している。この先行技術の方法によれば、２個の等しいフィルムまたはマスクに、孔の望ましいパターンを刻印し、予め感光樹脂で被覆してある金属クラッド加工したブランクＧＥＭの両側に貼り合わせる。紫外光で露出し、樹脂を現像した後、樹脂は、金属層１４、１６の、形成すべき孔に対応する部分だけを露出する。次いで、金属層を両側から同時にエッチングして孔を両側から成長させて行き、中央で合致させ、貫通孔１８を形成する。
【発明の概要】
【０００６】
先行技術の製造方法は、感光樹脂に露出するためのフィルムまたはマスクの精確な位置合わせに依存している。実際、活性区域２０、すなわち孔１８を形成すべき区域が大き過ぎない、例えば１０×１０ｃｍくらいの時に、ブランクＧＥＭの両側でパターンを良く一致させることができる。しかし、最近はより大きなサイズのＧＥＭが求められている。より大きなＧＥＭを製造しようとする場合、本発明者らは、先行技術の製造方法では困難が生じることを見出した。特に、より大きなＧＥＭは、ブランクの両側でパターンを確実に精確に重ね合わせることが非常に困難になる。上に述べたように、従来、フォトマスクを、フォトレジストで被覆した第１および第２金属層１４、１６のそれぞれの上に直接配置している。これらのマスクを十分な精度で印刷することは可能であるが、マスクを上に印刷したフィルムは、より大きなＧＥＭを形成するためにフィルムをより大きくすると、ブランクの両側でパターンの精確な整列を保証する程には、十分に安定していない。特に、フィルムは、温度および／または湿度のために僅かに変形する傾向があり、非常に小さいサイズの孔を形成する場合、この歪みは、２つのパターンの精確な重ね合わせを酷く妨害するのにすでに十分であり、対向する側部から形成される半分同士の中央軸が、１５μｍ以上の許容できない量にずれることがある。
【０００７】
本発明者らは、より安定したマスク材料を使用することにより、これらの問題を解決する試みも行った。例えば、そのようなマスクをガラスから製造する試みを行った。しかし、結果は満足できるものではなかった。特に、望ましい大きなマスクサイズには、ガラスの平面性の不足が問題となった。
【０００８】
本発明の目的は、大きなサイズでも、高品質のＧＥＭを製造することができる、ＧＥＭ  １０の製造方法を提供することである。
【０００９】
この問題は、請求項１に記載の方法により解決される。この問題に対する別の解決策は、請求項１２の方法により与えられる。好ましい一実施態様は、従属請求項に規定されている。
【００１０】
本発明の第１の態様による方法は、下記の工程、すなわち
絶縁シートを含んでなり、前記絶縁シートの第１および第２表面上に、それぞれ初期の厚さを有する第１および第２金属層が施されているブランクシートを製造する工程、
前記第１金属層を通して孔を形成するために、写真平版印刷により、前記第１金属層にパターン形成する、第１金属層孔形成工程、
前記第１金属層中に形成された孔が、前記第１表面側からのエッチングのみにより前記絶縁シートを通して延長される、絶縁シート孔形成工程、および
前記第１金属層および前記絶縁シートの中に形成された孔が前記第２金属層を通して延長される、第２金属層孔形成工程、
を含んでなり、
前記第２金属層孔形成工程が、前記第２金属層と、エッチング剤中に浸漬された電極との間に、第２金属層がエッチングされるように選択される電圧を印加する、電気化学的エッチング処理を含んでなるものである。
【００１１】
上記欧州特許ＥＰ０９４８８０３Ｂ１に記載されている方法と対照的に、本発明の方法では、金属層の中の、以下、第１金属層と呼ばれる金属層だけがパターン形成される。つまり、ブランクの両側でパターンを精確に重ね合わせる必要が無い。この第１金属層中のパターンから、連続的な工程で、孔が絶縁シートを通して、および第２金属層を通して成長する。
【００１２】
この方法の難しい部分は、第２金属層孔形成工程である。この工程では、第２金属層を通して孔をエッチングする必要がある、すなわちエッチングの一部を、第１金属層および絶縁シートを通してすでに形成されている孔を通して行う必要がある。しかし、この第２金属層エッチング工程では、原則的に、第２金属層をエッチングする場合、第１金属層もエッチング剤に露出され、同様にエッチングされることになる。実際には、このエッチング工程により、第１金属層が損傷を受け易い（特に、いくつかの場所で、金属が絶縁シートの第１表面から完全に除去されることも起こり得る）。これは特に大きなブランクで起こるが、これは、例えば０．５ｍ２、あるいはさらには１ｍ２の大きな表面上に完全に一様な金属層を形成することが非常に困難なためである。絶縁シートを孔同士の間の区域で完全に除去する必要が無くても、第１金属層が第２金属層孔形成工程の際にエッチングされる場合、孔を取り囲んでいる区域で第１金属層がエッチングされるので、絶縁シート材料の小さなリングが第１金属層側で露出される。これらの露出された絶縁シート材料のリングは、ＧＥＭの機能に悪影響を及ぼすことが分かっているが、これは明らかに、その露出された表面上に捕獲されているイオンによるものである。
【００１３】
しかしながら、本発明の第１態様により、第２金属層孔形成工程の際の第１金属層の好ましくないエッチングは、電気化学的エッチング工程を使用することにより、回避することができる。電気化学的エッチングでは、好適な電圧を印加しない限り、エッチング剤が化学反応により材料をエッチングすることができない。エッチングすべき材料と、エッチング剤中に浸漬された追加電極との間に電圧を印加することにより、電解過程が開始され、その際、電流がエッチング剤の中を流れ、エッチング剤中のイオンが材料と、エッチング様式で反応する。本発明のこの態様により、第１金属層が実質的な影響を受けない状態で、第２金属層だけがエッチングされるように、第２金属層と浸漬された電極との間に電圧を印加する。これによって、第２金属層孔形成工程は、第１金属層を損なうことなく、第２金属層に選択的に作用することができる。
【００１４】
好ましい実施態様では、第２金属層がアノードを形成し、エッチング剤中に浸漬された電極がカソードを形成するように、電位を選択する。この電極は、第２金属層から、３〜８ｃｍの間隔を置いて配置する。
【００１５】
好ましい実施態様では、第２金属層孔形成工程で使用するエッチング剤が、硫酸、塩酸および硫酸銅を含んでなる。
【００１６】
好ましくは、第２金属層孔形成工程の少なくとも一部で、第２金属層を「内側から」、すなわち第１金属層および絶縁シートに形成された孔を通して、エッチングするために、電極をブランクシートの第１金属層側に備える。さらに、第２金属層孔形成工程の別の部分で、第２金属層を外側から、すなわち第２金属層がより近い側から、エッチングするために、電極をブランクシートの第２金属層側に備えることもできる。ブランクシートの第２金属層側に備えた電極で電気化学的にエッチングする工程は、内側からの、すなわち孔を通したエッチングにより第２金属シート中に予め形成された孔が、第２金属層を通して伸びるまで維持する。しかし、このエッチングは、第２金属層の所望の厚さが得られるまで維持することもできる。
【００１７】
好ましくは、第２金属層の内側からの、すなわち第１金属層および絶縁シートに形成された孔を通した電気化学的エッチングは、該孔が第２金属層中に、第２金属層の最終厚さより少なくとも２μｍ深い平均深さに伸びるまで維持する。次いで、第２金属層が外側からエッチングされると、第２金属層中の孔が露出され、孔の縁部は安定した品質を有する。
【００１８】
好ましい実施態様では、第２金属層の初期厚さは、第１金属層の初期厚さを、５〜１５μｍ、好ましくは８〜１２μｍだけ超える。この余分の厚さは、第２金属層中の孔を、内側から、第２金属層の最終厚さを超える深さに、最初にエッチングするのに使用される。次いで、第２金属層の余分な初期厚さを、外側からのエッチングにより除去し、それによって、第２金属層中の孔を露出させることができる。第１および第２金属層の最終厚さの差は、２μｍ未満にし、装置のより優れた性能をもたらすと考えられる対称的構造を与えるのが好ましい。第１および第２金属層の平均最終厚さは、好ましくは４μｍ〜７μｍである。
【００１９】
前に述べたように、好ましい実施態様では、第２金属層の初期厚さは第１層の初期厚さより大きい。しかし、様々な厚さのクラッド層を有する予め製造されたブランクシートを商業的に得ることは困難である。したがって、好ましい実施態様では、上記のブランクシート製造工程が、電解処理により第２金属層の厚さを加える工程を含んでなる。
【００２０】
本発明の第２の態様により、本発明者らは、第１および第２金属層の初期厚さを適切に選択すれば、第２金属層孔形成工程を通常の化学的エッチングにより、すなわち、電気化学的エッチング無しに、行うこともできることを見出した。この別の方法では、第１および第２金属層を外側からエッチングすることにより、第１および第２金属層の初期厚さを減少させ、同時に、第２金属層を内側から、すなわち第１金属層および絶縁シート中の孔を通して、エッチングする。この第２金属層孔形成工程では、エッチングを、孔が第２金属層を通って伸びるまで維持する。
【００２１】
本発明者らは、第１および第２金属層の平均初期厚さが６．５〜２５μｍ、好ましくは７．５〜１２μｍである場合に、非常に大きいサイズでも、高品質のＧＥＭが得られることを見出した。
【００２２】
第１および第２金属層に対する下限の６．５μｍ、好ましくは７．５μｍは、製造工程の良好な収率を確保するためである。この下限より下では、全ての孔が第２金属層を通して伸びるまでに、場所により、金属が、全てではないにしても、意図的にではなく、過剰にエッチングにより除去され、最終的なＧＥＭの機能が犠牲になることがある。
【００２３】
他方、上限の２５μｍ、好ましくは１２μｍは、第２金属層孔形成工程が長すぎて、第１金属層側の孔の周りにある露出された絶縁シートのリングが、許容できる幅を超えないようにするためであり、ここで、「許容できる幅」とは、最終的な装置の機能により決定される。本発明者らの観察により、そのような露出されたリングの幅は、２５μｍを超えるべきではなく、好ましくは１５μｍを超えるべきではない。しかし、下記の具体例で示すように、初期厚さおよび対応するエッチング工程を適切に選択することにより、例えば８μｍの許容できるリング状構造を、電気化学的エッチング無しに得ることができる。
【００２４】
本発明の第２態様による第２金属層孔形成工程では、ブランクを、過硫酸アンモニウムを含む浴中でエッチングするのが好ましい。浴は、好ましくは温度２０℃〜３０℃、好ましくは２３℃〜２７℃に維持する。
【００２５】
下記の好ましい実施態様は、上記製造方法の両方に関する。
【００２６】
好ましくは、第１および第２金属層を銅から製造する。絶縁シートは、好ましくは重合体材料、例えばポリイミド、から製造する。好ましい実施態様では、銅層と絶縁シートとの間に薄いクロム層を配置し、ポリイミド上の銅の密着性を改良する。
【００２７】
写真平版印刷による第１金属層孔形成工程は、好ましくは両方の金属層上にフォトレジストを配置し、第１金属層の上にマスクを置いて形成すべき孔の位置を限定し、第２金属層全体がフォトレジストにより覆われ、第１金属層が、孔を形成すべき場所を除いて、フォトレジストで覆われるように、ブランクの両側にあるフォトレジストを露光および現像し、第１金属層中の孔をエッチングする工程を含んでなる。好ましくは、第１金属層は、過塩素酸鉄を使用し、３０℃〜４０℃でエッチングする。
【００２８】
好ましい実施態様では、絶縁シート孔形成工程は、孔の、第１金属層に隣接する末端における直径が、孔の、第２金属層に隣接する末端における直径と、２０％未満、好ましくは１５％未満だけ異なるように行う。この孔直径の許容される変動を確保するための幾つかの例を以下に記載する。
【００２９】
絶縁シート孔形成工程では、好ましくはジアミンエチレン５５％〜６５％および水３５％〜４５％、さらにＫＯＨ５〜１０ｇ／ｌを含んでなる浴の中にブランクシートを浸漬する。温度は、好ましくは６０℃〜８０℃、より好ましくは６５℃〜７５℃である。
【００３０】
絶縁シート孔形成工程では、エッチング剤を、その中に気泡、例えば窒素気泡、を発生させることにより、攪拌するとよい。この攪拌により、円錐形ではなく、より円筒形の孔が得られる。
【００３１】
第１および第２金属層を接続するための電極を写真平版印刷により形成する追加工程があるのが好ましい。この追加写真平版印刷工程では、図２のフレーム２２に類似したフレーム、および図２の電極２４および２６に類似した電極を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ドリフト電極とコレクト電極ドリフトとの間に配置された先行技術ＧＥＭを図式的に示す断面図である。
【図２】先行技術ＧＥＭを図式的に示す平面図である。
【図３】図２のＧＥＭにおける活性区域の小断面の、孔のマトリックスを示す拡大図である。
【図４】本発明の第１実施態様によるＧＥＭ製造の異なった段階における、ブランクシートの一連の断面図である。
【図５】本発明の第２実施態様によるＧＥＭ製造の異なった段階における、ブランクシートの一連の断面図である。
【好ましい実施態様の説明】
【００３３】
本発明の原理をより深く理解できるようにするために、図面を参照しながら、好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、その説明により制限されるものではなく、本発明が関連する分野の当業者には、通常、説明する方法におけるそのような変形およびさらなる修正、およびそこに示されるような本発明の原理のさらなる応用が、現在も将来にも、可能である。
【００３４】
下記の図の説明では、異なった図の類似した、または対応する部品は、同一の参照記号で示している。
【００３５】
図４に関して、パネルＡは、ＧＥＭ１０の形成に使用するブランクシート２８の断面図を示す。ブランクシート２８は、厚さが約１５μｍのポリイミドシート１２からなる。ポリイミドシート１２の第１表面、すなわち図４に示す上側表面上には、クロムの薄い皮膜３０および第１銅層１４が配置されている。クロム層３０の厚さは僅か約０．１μｍであり、ポリイミドシート１２上への第１銅層１４の密着性を強化する。ブランクシート２８の第１銅層１４の厚さ、以下、「初期厚さ」とも呼ぶ、は、最終的なＧＥＭの結果にとって非常に重要である。第１銅層１４の初期厚さは、６．５〜２５μｍ、好ましくは７．５〜１２μｍである。ポリイミドシート３０の第２表面上には、別のクロム層３０および第２銅層１６が形成されており、その際、第２銅層１６は、第１銅層１４と同じ厚さを有する。好ましい実施態様では、ブランクシート全体のサイズは、０．２５ｍ２または１ｍ２でもよい。
【００３６】
１．１．第１金属層孔形成工程
第１金属層孔形成工程では、第１銅層１４およびその下に位置するクロム被膜３０をパターン形成し、ＧＥＭにより形成すべき孔１８の上側部分を形成する。この第１金属層孔形成工程では、第１および第２銅層１４、１６を薄いフォトレジスト（ＫＬ１０１５）と貼り合わせる。次に、第１銅層１４の上にマスク形成フィルムを配置し、その上に、形成すべき孔１８のパターンを印刷する。第２銅層１６の上にはマスクを配置しない。次に、ブランクシート２８を、両側から強力な光で露出する。この露出は、ＤＵＰＯＮＴ  ＰＣ  １３０機械で行う。使用するフォトレジストは、露出により、化学的により安定するネガ型フォトレジストである。このフォトレジストを、ＲＥＳＣＯ機械中、Ｎａ２Ｏ３を使用し、速度０．７ｍ／分、３５℃で現像する。この現像の際、孔１８を形成すべき箇所でレジストが除去される。フォトレジスト中の孔の直径を検査する。この実施態様では、直径を５５μｍ±２μｍにする。
【００３７】
次に、第１銅層１４を、コンベヤ機械中、３５℃で、第１銅層１４を通して孔１８が形成されるように、エッチングする。エッチング剤には、過塩素酸鉄を３５℃で使用する。エッチングの後、第１銅層１４中の孔が６０μｍ±２μｍのサイズを有するかを検査する。第１銅層１４中の孔に関する工程を図４のパネルＢに示す。第２銅層１６は、フォトレジストで完全に覆われているので、エッチングされていないことに注意する。
【００３８】
次に、エチルアルコールの浴中でフォトレジストを剥離する。次いで、ブランクシート２８を過マンガン酸カリウムの浴中に、６０℃で１５秒間浸漬することにより、孔１８中の薄いクロム層を剥離する（図４のパネルＣ）。
【００３９】
１．２．絶縁シート孔形成工程
次に、絶縁シート孔形成工程では、第１銅層１４中に形成された孔１８を、ポリイミド層１２を通して垂直に延長する。これは、ジアミンエチレン６０％、水４０％およびＫＯＨ７ｇ／ｌをさらに含む浴中でエッチングにより行う。この浴の温度は７０℃である。
【００４０】
図４のパネルＤで分かるように、ポリイミドシート１２を通してエッチングされた孔１８は、第２銅層１６に向かってテーパーが付いた僅かな円錐形を有する。実際、本発明者らは、そのような円錐形が、最終的なＧＥＭの特に良好な挙動をもたらすことを観察している。しかし、ポリイミド層１２中の孔１８の、第１銅層１４に隣接する末端における直径と、第２銅層１６に隣接する末端における孔の直径との差は、１６％を超えるべきではなく、好ましくは１５％未満である。この例では、ポリイミドシート１２のエッチングは、ポリイミドシート１２中の孔の上側と下側の直径の差が１０μｍ未満になるように行う。ポリイミド層中の孔１８の形状は、例えばエッチング剤中に窒素気泡を導入してエッチング剤を攪拌することにより、より円筒形に近付けることができる。
【００４１】
１．３．電極およびフレーム形成工程
図４には示していないが、次に、追加の写真平版印刷エッチング工程を行い、ＧＥＭ１０の活性区域２０の周囲にフレーム２２を形成し、活性区域２０の第１および第２銅層１４、１６を接続する電極２４および２６を、図２に示すのと同様の様式で形成する。この写真平版印刷工程は、上記の１．１．項に記載する工程と類似しているので、ここでは説明しない。
【００４２】
１．４．第２金属層孔形成工程
次に、第２銅層１６を通して、孔１８を延長する。このエッチング工程は、過硫酸アンモニウム浴中、温度２５℃で行う。ブランクシート２８をこの浴中に、孔１８が第２銅層１６を通って延長されるまで保持する。このエッチング工程の最後は、目視検査により容易に決定することができ、孔１８を通して光が輝いた後、すぐにエッチング工程を終了すべきである。
【００４３】
このエッチング工程では、第１および第２銅層１４、１６を「外側から」エッチングする、すなわち図４に関して、第１銅層１４を上から、および第２銅層１６を下からエッチングする。さらに、第２銅層１６を「内側」から、すなわち、孔１８の内側からエッチングする。したがって、このエッチング工程の際、第１および第２銅層１４、１６の両方を、それらの厚さが、図４のパネルＥに示されるように、減少するようにエッチングする。したがって、初期の銅層１４および１６における不均一性を考慮し、最終的な第１および第２銅層１４および１６が、孔１８同士の間にある区域で連続的にポリイミド層１２を覆うように、第１および第２銅層１４および１６の初期厚さは、孔１８が第２銅層１６を貫通した時に、それらの残りの厚さがなお十分に厚いように、注意深く選択する必要がある。この方法は、これまで知られているより大きなサイズの、例えば０．２５ｍ２またはさらには１ｍ２までの活性表面を有するＧＥＭに特に考案されているので、第１および第２銅層１４、１６、の初期厚さの不均一性は、必然的に制限される。この理由から、第１および第２銅層１４、１６、の初期厚さは、第２銅層孔形成工程のエッチングにおける銅層１４、１６の損傷が回避されるように、少なくとも６．５μｍ、好ましくは少なくとも７．５μｍにする。
【００４４】
他方、第１および第２銅層１４、１６の初期厚さは、大きすぎてもいけない。層１４、１６をエッチングし、第２銅層１６を通る孔１８を完成させる場合、第１銅層１４は、各孔１８の縁部の周縁部区域から除去されるので、ポリイミドシート１２の第１表面上の、孔１８を取り囲む、銅層１４により最早覆われていないリング状区域３２が形成される。本発明者らは、露出されたリング３２が大きすぎると、ＧＥＭの操作において、その性能が損なわれることを見出した。この露出されたリング部分３２の幅は、１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下にすべきである。銅層１４、１６の初期厚さが大きい程、この露出されたリング部分３２の幅が最終的に大きくなる。したがって、第１および第２銅層１４、１６の初期厚さは、２５μｍ未満、好ましくは１２μｍ未満にする。
【００４５】
初期銅層厚さ８μｍおよび上記の処理パラメータで、ポリイミドシート１２の第１表面上における露出されたリング部分３２の幅は、僅か８μｍであり、これは十分に狭いので、ＧＥＭ１０の機能に悪影響を及ぼさない。初期厚さ１５μｍでは、露出されたリング状部分３２の幅は、約１５μｍであり、これはＧＥＭ１０の操作にとっては悪くなるが、なお許容できる。また、別の露出されたリング状部分３４がポリイミドシート１２の第２表面上に形成されるが、このリングは、第１表面上におけるリングより著しく小さい。
【００４６】
１．５．洗浄および試験
最後に、上記のように孔１８を形成したＧＥＭ１０を、それ自体公知の様式で洗浄する。しかし、一実施態様による洗浄方法は、露出されたリング状部分３２および３４を覆う薄いクロム層３０が剥離しないように選択する。特に、この洗浄工程では、クロム層を除去する恐れがあるので、過マンガン酸カリウムを使用しない。露出されたリング状部分３２および３４の上にクロム層が残っている場合、ＧＥＭの機能は、絶縁重合体が直接露出される場合よりも、優れている。あるいは、洗浄方法を、クロム層が部分的または完全に除去されるように選択することもできよう。
【００４７】
最終工程として、装置を、第１および第２銅層１４、１６間に約６００Ｖの電圧を印加し、それらの間の電流を、湿度を３５％に下げて測定することにより、試験する。測定された電流が予め決められた閾より下にある場合に、試験は合格である。
【００４８】
第２実施態様
次に、本発明の第２実施態様を、図５を参照しながら説明する。図５のパネルＡで分かるように、やはり、ポリイミド絶縁シート１２およびその第１および第２表面上に第１および第２銅層１４、１６を有するブランクシート２８を製造する。しかし、この場合、ブランクシート２８は、第２銅層１６が第１銅層１４より厚くなるように製造する。図に示す例では、第１銅層１４は厚さが５μｍであり、第２銅層１６は厚さが１５μｍである。そのようなブランク２８は、両側に５μｍの銅クラッドを有する本来のブランク（図示せず）の第２銅層１６に、１０μｍの銅を電解により加えることにより、製造することができる。
【００４９】
第１銅層１４およびその下に位置するクロム層のパターン形成は、上記の１．１．項に記載するように行うので、ここでは説明しない。図５のパネルＢは、パターン形成後のブランクシート２８を示し、そこでは、図４と異なり、４個の孔の形成を示す。
【００５０】
絶縁シート孔形成工程も上記１．２．項に記載する第１実施態様のそれと類似している。しかし、図４のパネルＤと比較して、この例におけるポリイミド層１２中に形成された孔１８は、より円筒形に近い。これは、窒素気泡によりエッチング剤を攪拌することにより、達成する。ポリイミド層１２を通る孔１８の第１および第２側部末端は、５μｍ未満だけ異なっている。無論、第１実施態様で、より円筒形に近い孔を使用し、第２実施態様でより円錐形の孔を使用することもできる。また、電極２４および２６（図２参照）および活性区域２０を取り囲むフレームを形成する工程は、第１実施態様と同様に行うことができる。
【００５１】
第１実施態様に対する主な違いは、第２金属層孔形成工程に関連する。第２銅層１６を通る穴を形成するために、この実施態様では、ブランクシート２８を、硫酸、塩酸および硫酸銅を基剤とする浴に浸漬する。さらに、電極（図には示していない）を浴中に、第１銅層１４に面した側で、ブランクシート２８から約５ｃｍ離して浸漬する。第２銅層１６と電極（図示せず）との間に、電極がカソードを形成し、第２銅層１６がアノードを形成するように、電圧を印加する。第２銅層１６（アノード）とカソード（図示せず）との間の電圧により、電解過程が開始され、電流がエッチング剤中を流れ、エッチング剤中のイオンが第２銅層１６とエッチング様式で反応する。本方法のこの工程で、カソード（図示せず）は、第１銅層１４に面するように配置する、または換言すれば、図５に示すようにブランクシート２８の上に配置し、第２銅層１６が「内側」から、すなわち、第１銅層１４およびポリイミド層１２の中に形成され孔１８を通してエッチングされる。この電気化学的エッチング工程は、孔１８が第２銅層１６の中に少なくとも７μｍの深さに伸びるまで維持する。この電気化学的エッチングの際、その中性電位のために、第１銅層１４はエッチングされない。
【００５２】
次に、カソードを、今度はブランクシート２８の第２銅層１６に面するように、ブランクシート２８の反対側に配置する。電気化学的エッチングを続行し、今度は、第２銅層１６を外側から、その厚さが約５μｍに達するまで連続的に減少し、したがって、第１銅層１４の厚さと一致するまで、エッチングする。前の工程で、孔は、第２銅層１６の中に少なくとも７μｍの深さに伸びているので、孔１８は露出し、図５のパネルＤに示す構造が得られる。
【００５３】
電気化学的エッチングは、好ましくは室温で、０．５Ａ／ｄｍ２のオーダーの電流密度で行う。
【００５４】
電気化学的エッチングにより、第１銅層１４に損傷を与えずに、第２銅層１６を選択的にエッチングすることができる。また、電気化学的エッチング方向を変えることにより、すなわち、カソードを配置する側を変えることにより、優れた形状品質を有する孔を得ることができる。この第２金属層孔形成工程の後、最終的なＧＥＭを、上記と同様に洗浄および試験する。
【００５５】
好ましい代表的な実施態様を図面および上記の明細書に示し、詳細に説明したが、この実施態様は、本発明を例示するだけであり、制限するものではない。これに関して、好ましい代表的な実施態様を示し、説明しただけであり、現在または将来、本発明の保護範囲内にある全ての変形および修正は保護されるべきである。
【符号の説明】
【００５６】
１０        ＧＥＭ
１２        絶縁体シート／ポリイミドシート
１４、１６  第１および第２金属層
１８        貫通孔
２０        活性区域
２２        フレーム
２４、２６  第１および第２電極
２８        ブランクシート
３０        クロムの薄い皮膜
３２        リング状部分
３４        別のリング状部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【国際調査報告】
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2011517050.tif 000013
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