レーザー照射と電気化学による次世代 Al 配線板形成法の開発
北海道大学大学院工学研究院 材料科学部門
准教授 菊地竜也（平成 21 年度一般研究開発助成 AF-2009202）

キーワード：アルミニウム、アノード酸化、レーザー加工、電気化学
１.研究の目的と背景

うな局部アノード酸化により、アルミニウムおよびその近年、パソコンやデジタル家電に代表される電子機器の高性能化、小型化および軽量化に伴い、それらに用い酸化物からなる配線構造を構築する試みは例が無く、極めてチャレンジ性の高い研究開発である。

られるプリント配線基板の導体および導体間のさらなる本研究においては、アルミニウムのアノード酸化とレ微細化が求められている。プリント配線板は、通常、銅ーザー照射からなる簡単なプロセスにより、アルミニウ箔の局部エッチングにより作製されているが、この作製ムおよびその酸化物から構成される模擬プリント配線板

プロセスにおいては、化学エッチング、ドリル加工、レの作製を試みた。

ーザー加工、無電解めっきおよび電気めっきなどの表面処理法が複雑に存在しており、より簡便なプリント配線

２.実験方法図１は、本研究の微細加工プロセスを模式的に示した板作製法の開発が強く望まれている。
報告者らはこれまでの研究において、アルミニウムのものである。試料として、純度 99.99 wt%のアルミニウアノード酸化、レーザー照射および電気化学的手法を融ム板（厚さ 350 µm、日本軽金属）を用いた。アルミニウ合した新規な微細構造体作製法の開発に取り組んできた。

ム試料をエタノール中で超音波洗浄したのち、13.6 Mアノード酸化皮膜を化成したアルミニウム試料にパルス

CH3COOH / 2.56 M HClO4 混合水溶液中に浸漬してセル

Nd-YAG レーザーを照射すると、レーザーアブレーション

電圧 28 V の定電圧アノード分極を行い、電解研磨を施しによって照射部の酸化皮膜が局部的に破壊・除去される。

た。電解研磨試料を 0.15 M K2TiO(C2O4)2 / 0.10 M H3BO3 /このさい、レーザー照射部のアルミニウム素地金属が表4.8×10-3 M C6H8O7 / 9.5×10-3 M (COOH)2 混合水溶液（以下、面に露出するので、電気めっき、無電解めっき、電着塗

エマタール浴と呼ぶ、温度 T = 293〜323 K）中に浸漬し、装および電解エッチングなどの電気化学的表面処理を行

20 mA cm-2 の定電流アノード酸化を t = 20 min 行い、試料うことにより、各種金属・酸化物・有機化合物の微細パ表面に厚さ 10 µm のポーラス型アノード酸化皮膜を化成ターニングが可能となる。これまでの研究において、従した（図１a）。アノード酸化ののち、試料を沸騰 2 回蒸来の手法では作製することが困難である、三次元微細金留水中に t = 15 min 浸漬して封孔処理を施した。

属・有機物構造体やマイクロアクチュエーターなどの試作に成功している

1）〜5)。

アノード酸化皮膜化成試料を２回蒸留水中に浸漬した
のち、パルス Nd-YAG レーザーを照射し、アノード酸化

一方、著者らは、レーザー照射により酸化物を局部的皮膜を局部的に破壊・除去した（図１b）。用いたレーザに除去したアルミニウム試料を、酸性水溶液中に浸漬しーは、波長 532 nm、周波数 10 Hz、パルス幅 8 ns の特性て再びアノード酸化を行うと、レーザー照射部からアノを有し、焦点距離 60 mm の平凸レンズを用いてレーザーード酸化皮膜が局部的に成長することを見いだしている集光した。レーザー照射においては、レーザーパワーを

6)。この局部アノード酸化皮膜化成法を発展させること

P = 2 mW、レーザー走査速度を v = 50 µm/s に調整し、平により、アルミニウム（導体）およびアノード酸化皮膜凸レンズの焦点位置に試料を保持して直線状のレーザー（絶縁体）からなるプリント配線板が作製できるものと照射を行うことにより、幅 70 µm の酸化皮膜除去パター予想される。アルミニウムおよびその酸化物からなる配ンを形成した。

線板を作製する大きな利点として、（１）重量当たりの電レーザー照射試料を再びエマタール浴中に浸漬したの気電導性は、銅よりもアルミニウムが優れること、（２）ち、V = 120 V の定電圧アノード酸化を t = 24 h まで行い、コストの低下が予想されること（ドリル加工レス、めっレーザー照射部にアノード酸化皮膜を成長させた（図１

きレス、アルミニウム安）、（３）酸化物の熱伝導率は、c）。一部の試料においては、電解研磨したアルミニウム従来使用されている樹脂に比べて大きいこと、（４）酸化板に同様の定電圧アノード酸化を行い、酸化皮膜の成長物の熱膨張係数は、従来の樹脂に比べて小さいこと、な挙動や体積膨張率を比較・検討した。アノード酸化ののどがあげられ、多くのメリットを享受できよう。このよ

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ー 147 ー局部部的に成長させせる新規な微細細加工法を用い
い、アルミニウム
ムとその酸化物物からなる模擬擬配線板の作製製を試みた結果、次の結論を得得た。
１）エマタール
ル浴を用いたア
アノード酸化皮皮膜の体積膨（１張率は、アアノード酸化ににおける温度おおよびアノード酸化時間間に依存する。 323 K のアノノード酸化により、体積積膨張率の小ささいアノード酸酸化皮膜を化成できる。
（２２）上述のアノノード酸化皮膜膜はポーラス構構造を有するため、化学学的な耐食性がが低い。一方、酸化皮膜を封孔処理すすることによりり、良好な耐食食性を持つアノード酸化化皮膜が得られれ、酸化時間のの増大とともに耐食性はは向上する。
（３３）アノード酸
酸化、レーザーー照射、再アノノード酸化および表面皮皮膜除去の連続続プロセスによより、ラインアンドスペ
ペースが 100 µµm のアルミニウム（導体）およびアノノード酸化皮膜膜（絶縁体）かからなる模擬配線板を作作製できる。
図６

ード酸化皮膜をを支持基板としした改良型微細細配
アノー

謝辞
辞

線形成プロセセス

本研
研究は、財団法法人天田金属加加工機械技術振振興財団（現ら得られた知見見を元に、工業業的な応用を考考慮
本研究から

公益益財団法人天田田財団）平成 221 年度一般研研究開発助成

した微細配線線作製プロセス
スについて図６６に示す。図１
１に（AFF-2009202）かからの研究費ににより行われたた。また、本示したプロセ
セスと異なる点
点は、アルミニニウム試料の裏
裏面

研究
究は、北海道大大学大学院工学学研究院修士課課程の藤田哲をアノード酸酸化し、このアアノード酸化皮皮膜を支持基板板と君ととともに遂行さされた。本研究究の遂行においいては、高橋することにあある（図６c）。すなわち、絶絶縁体であるアアノ英明
明先生（旭川工工業高等専門学学校長）、坂入正正敏先生（北ード酸化皮膜膜上に、導体ののアルミニウムム配線と絶縁体体の海道
道大学大学院工工学研究院准教教授）および中中井通氏（イアノード酸化化皮膜が微細パパターニングさされた構造を構構築

ビデデン（株））からら数多くのご助助言を頂戴したた。ここに深することがでできる。アノーード酸化皮膜はは、ある程度のの曲い感感謝の意を表すする次第であるる。

げを許容し、フレキシブルルであることがが知られておりり、参考文
文献

した配線板は、「新規なフレキキシブル配線板板」
図６d）に示しとして応用でできると予想さされる。

1) T.
T Kikuchi, S. Z. Chu, S. Jonishhi, M. Sakairi, H.
H Takahashi ;本研究におおいては、比較較的長時間のアアノード酸化にによElecctrochim. Acta, 47, 225 (2001)).

り、厚いアノノード酸化皮膜膜を化成し、そその成長挙動をを検2) T.
T Kikuchi, M. Sakairi,
SH. Takaahashi ; J. Electtrochem. Soc.,

討した。一方方、アルミニウ
ウム素地の厚さが 1 µm 以下のの薄150,, C567 (2003).

膜の場合、アアノード酸化時時間を大幅に減減少することがが可

3) T.
T Kikuchi, H. Taakahashi, T. Maaruko ; Electrocchim. Acta, 52,

能であり、体体積膨張や局部部酸化におけるる等方的成長のの影

2352
2 (2007).

響は、かなりり小さくなるこことが予想されれる。このよううな

4) T. Kikuchi, Y.
Y Akiyama, M
M. Ueda, M. Sakairi, H.

サブミクロンンオーダーの配配線においてはは、ポーラス型型酸

ochim. Acta, 52,, 4480 (2007).
Takaahashi ; Electro

化皮膜のみなならず、バリヤヤー型酸化皮膜膜を局部的に化化成

5) T.
T Kikuchi, M. Sakairi,S
H. Takahahashi, Y. Abe, N.
N Katayama ;する手法が選選択肢になろうう。

J. Electrochem.
ESocc., 148, C740 (22001).
6) T.
T Kikuchi, M. Sakairi,S
H. Takahahashi ; Electrocchim. Acta, 54,

４.結論7018 (2009).

ル浴を用いてアアノード酸化皮皮膜を化成した
たア
エマタール
ルミニウム板
板にレーザー照照射を行い、酸酸化皮膜を局部部的に破壊・除去去したのち、レレーザー照射部部から酸化皮膜膜をー 148 ー