JP2007194175A - 導体パターン用インク、導体パターン、配線基板及び電気光学装置並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と導電性金属とが少なくとも含有されてなるコロイド粒子が含まれてなるコロイド溶液からなり、前記コロイド溶液には、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体のうちのいずれか一種または二種以上の非イオン性化合物が含まれ、前記非イオン性化合物の含有率が、前記導電性金属に対して5質量%超とされていることを特徴とする導体パターン用インクを採用する。
【選択図】なし
Description
クラック発生の原因は、溶媒の蒸発時における導体パターンの急激な体積収縮、導電性微粒子に付着している分散剤の離脱による導体パターンの体積収縮、溶媒の蒸発時の加熱による金属微粒子の粒成長に伴う導体パターンにおける空隙部の増大等によるものと考えられる。
また、金属微粒子の粒成長に伴って導体パターンにおいて空隙部が増大し、この空隙部が導体パターンの表面に現れると、導体パターン表面の平坦性が低下し、これにより所謂表皮効果が発現されずに高周波特性が低下してしまう問題も内在していた。
また、本発明は、クラックの発生が少なく、比抵抗が低く、高周波特性にも優れた導体パターンを提供することを目的とする。
更に本発明は、クラックの発生が少なく、比抵抗が低く、高周波特性に優れる導体パターンを備えた配線基板、電気光学装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の導体パターン用インクは、アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と導電性金属とが少なくとも含有されてなるコロイド粒子が含まれてなるコロイド溶液からなり、前記コロイド溶液には、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体のうちのいずれか一種または二種以上の非イオン性化合物が含まれ、前記非イオン性化合物の含有率が、前記導電性金属に対して5質量%超とされていることを特徴とする。
また本発明の導体パターン用インクは、アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と還元剤とが溶解された水溶液に、導電性金属塩水溶液が滴下されることによって調製されたコロイド溶液からなり、前記コロイド溶液に、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体のうちのいずれか一種または二種以上の非イオン性化合物が導電性金属に対して5質量%超の割合で含まれていることを特徴とする。
また本発明の導体パターン用インクにおいては、前記非イオン性化合物の含有率が、前記導電性金属に対して7質量%以上とされていることが好ましい。
更に本発明の導体パターン用インクにおいては、前記還元剤がタンニン酸であることが好ましい。
これにより、導体パターンにクラックが発生するおそれが少なく、断線の発生も防止され、かつ比抵抗の低減が図られる。
また本発明の導体パターンにおいては、比抵抗が10μΩcm以下であることが好ましい。
また、導体パターンの比抵抗が12μΩcm未満であるので、導体パターンを流れる電流の損失が小さくなる。また、基材に対する密着性も良好である。
また本発明の電気光学装置は、先のいずれかに記載の導体パターンが備えられてなることを特徴とする。
更に本発明の電子機器は、先に記載の電気光学装置が備えられてなることを特徴とする。
また、本発明によれば、クラックの発生が少なく、比抵抗が低く、高周波特性にも優れた導体パターンを提供できる。
更に本発明によれば、高周波特性の向上と、省エネルギー化とが実現可能な配線基板、電気光学装置及び電子機器を提供できる。
「導体パターン用インク」
本実施形態の導体パターン用インク(以下、インクという)は、アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と導電性金属とが少なくとも含有されてなるコロイド粒子が含まれてなるコロイド溶液から概略構成されている。また、導体パターン用インクを構成するコロイド溶液には、非イオン性化合物が含有されている。
また、このインクは、アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と還元剤とが溶解された水溶液に、導電性金属塩水溶液が滴下されることによって調製されたコロイド溶液からなり、このコロイド溶液に、非イオン性化合物が含まれてなるものである。
上記化合物はアミノ基を有しており、このアミノ基は導電性金属粒子表面への吸着性が優れるので、上記化合物は効率的に導電性金属粒子表面に吸着することができ、少量の添加でより分散性の高いコロイド粒子を得ることができる。また、それに付随して、コロイド粒子の分散に必要なカルボキシル基数を従来の分散剤より減らすことができ、アミノ基とカルボキシル基とを有する化合物は分子中に最低1個のカルボキシル基を有すれば充分な分散性を発現することができる。このため、添加する分散剤量を極めて少なくなり、遠心分離や限外濾過を行わなくとも、導電性に影響する有機物含量の少ない導体パターン用インクを得ることができる。
特に本実施形態の導体パターン用インクは、銀とその他の金属との混合金属コロイド液からなることが好ましい。銀を用いることにより、そのコロイド溶液を用いて形成される導体パターンの比抵抗が低減されるが、配線基板用の電子材料として銀を用いる場合、マイグレーションの問題を考慮する必要がある。銀とその他の金属とからなる混合金属コロイド溶液とすることにより、マイグレーションが起こりにくくなる。上記その他の金属とは、上記の金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウムである。なかでも、銅、白金、パラジウムが好ましい。
また、コロイド溶液中における導電性金属の含有量としては、1〜500g/Lであることが好ましい。1g/L未満であると、薄すぎて所望の膜厚を得るために塗り重ねる回数が増え、500g/Lを超えると、粘度が上がりすぎて取り扱いにくくなる。
他の分散剤としては、適当な溶媒に溶解し、分散効果を示すものであれは特に限定されず、例えば、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、りんご酸二ナトリウム、酒石酸二ナトリウム、グリコール酸ナトリウム等のイオン性化合物;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物等の界面活性剤;ゼラチン、アラビアゴム、アルブミン、ポリエチレンイミン、ポリビニルセルロース類、アルカンチオール類等の高分子等を挙げることができる。これらの分散剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
ポリエチレングリコールは、ポリエチレングリコール#200(平均分子量200)、ポリエチレングリコール#300(平均分子量300)、ポリエチレングリコール#400(平均分子量400)、ポリエチレングリコール#600(平均分子量600)、ポリエチレングリコール#1000(平均分子量1000)、ポリエチレングリコール#1500(平均分子量1500)、ポリエチレングリコール#1540(平均分子量1540)、ポリエチレングリコール#2000(平均分子量2000)のうちのいずれか一種または2種以上の混合物が好ましい。
また、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体の場合は、平均分子量が3000以下のものが好ましい。
また、上記の非イオン性化合物を含むコロイド溶液は、適当な粘度を有するため、成膜性にも優れる。
更に、上記の非イオン性化合物は比較的沸点が高いため、導体パターン用インクから導体パターンを形成する過程において、コロイド溶液の分散媒(水等)が蒸発してからこの非イオン性化合物が蒸発或いは酸化分解する。このため、非イオン性化合物がコロイド粒子を包み込んだ状態が長く続き、急激な体積収縮が避けられるとともに導電性金属の粒成長が妨げられる。
液滴吐出法を用いる場合には非イオン性化合物の添加率が導電性金属に対して100質量%を超えると、インク自体の粘度が増大し、インクの塗布が困難になるおそれがあるので好ましくない。
非イオン性高分子の添加量のより好ましい範囲は、導電性金属に対して7質量%以上70質量%以下の範囲であり、最も好ましい範囲は、導電性金属に対して10質量%以上50質量%以下の範囲である。
固形分の濃度が1質量%未満であると、導電性金属の含有量が少なすぎるので、得られる導体パターン用インクを用いて導体パターンを形成する際、必要な厚みを出すために何度も重ね塗る必要が生じ工業的に不利である。一方、上記固形分の濃度が70質量%を超えると、粘性が上昇し取扱にくくなるので、これも工業的に不利である。より好ましくは、3〜50質量%である。
上記固形分の熱重量分析による100〜500℃までの加熱減量が、1〜25質量%である導体パターン用インクは、分散安定性に優れており、また、有機成分等の導電性を悪化させる原因となる成分の量も適切であるので、導電性に優れた導体パターンを形成することができる。
上記固形分の加熱減量が1質量%未満であると、導電性金属成分に対する有機成分の量が少ないのでコロイド粒子の充分な分散性が得られないことがあり、25質量%を超えると、導電性金属成分に対する有機成分の量が多すぎるので、得られる導体パターンの比抵抗がかなり悪くなることがある。有機成分の量が多い場合、成膜後に加熱焼成して有機成分を分解消失させることで比抵抗をある程度改善することができるが、導体パターンにクラック等が起こり易くなるので好ましくない。より好ましくは、1〜10質量%である。
導体パターン用インクの溶媒が水及び/又は水溶性用剤である場合には、上記造膜助剤は、水性樹脂であることが好ましい。上記水性樹脂としては特に限定されず、例えば、水性ポリウレタン系樹脂、水性ポリエステル系樹脂等の強制エマルジョン樹脂、セルロース系樹脂、アクリレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、セルロース系樹脂、水性ポリアニリン系樹脂、ブロックドイソシアネート等のポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂等を挙げることができる。これらの水性樹脂は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記ブロックドイソシアネートとしては特に限定されず、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート等を、例えば、オキシム類、アルコール類、フェノール類、ラクタム類等でブロックしたもの等を挙げることができる。
上記メラミン系樹脂としては特に限定されず、例えば、アルキル基型メラミン、メチロール基型メラミン、イミノ基型メラミン等を挙げることができる。上記強制エマルジョン樹脂としては特に限定されず、例えば、水性ポリウレタン系樹脂、水性ポリエステル系樹脂等を挙げることができる。
上記造膜助剤の添加量としては、固形分100質量部に対して、1〜100質量部であることが好ましい。100質量部を超えると、導電性が悪化することがあり、1質量部未満であると、造膜助剤を添加した効果がみられない。より好ましくは、1〜50質量部である。
導体パターン用インクに造膜助剤を添加する方法としては特に限定されず、コロイド溶液に直接添加してもよく、造膜助剤を水溶性溶剤等に溶解して造膜助剤溶液を作製し、コロイド溶液に添加してもよい。
次に、本実施形態の導体パターンについて説明する。この導体パターンは、上記インクを基材上に塗布した後、加熱することにより形成される薄膜状の導体パターンであって、上記導電性金属からなる粒子が相互に結合されてなり、少なくとも導体パターン表面において前記粒子同士が隙間なく結合しており、前記導体パターン表面に光沢が有り、かつ比抵抗が12μΩcm未満のものである。
上記基材としては特に限定されないが、例えば、アルミナ焼結体、グリーンシート、フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラス等からなる基板;樹脂やセラミック等で表面が形成された電子機器等を挙げることができる。また、その形状としては、板状、フィルム状等を挙げることができる。
また、導電性金属粒子同士が相互に緻密に結合した状態になるので、導体パターンにクラックが発生するおそれが少なく、断線の発生も防止され、かつ比抵抗の低下が図られる。
水等の分散媒を蒸発させた後のインクには、非イオン性化合物とコロイド粒子が残存しており、この非イオン性化合物は比較的粘度が高いので、塗膜が完全に乾燥しない状態でも塗膜が流失してしまうおそれがない。従って、一旦、インクを塗布して乾燥してから長時間放置し、その後、再度インクを塗布することが可能になる。
また、非イオン性化合物は比較的沸点も高いので、インクを塗布して乾燥してから長時間放置してもインクが変質するおそれがなく、再度インクを塗布することが可能になり、均質な塗布膜を形成できる。これにより、導体パターン自体が多層構造になるおそれがなく、層間同士の間の比抵抗が上昇して導体パターン全体の比抵抗が増大するおそれがない。
更に、本実施形態の導体パターンは、基材に対する密着性が良好である。
次に、上記の導体パターンを配線基板に適用した一例について説明する。
本実施形態の配線基板は、上記のインクを塗布することによって形成された導体パターンが備えられて構成されている。以下、本実施形態の配線基板の製造工程を順次説明する。
基板10は、図1(a)に示すように、ポリイミド等の樹脂製基板の両面にCuから成る導体パターン12、12…が形成され、更に基板10の両面の導体パターン12、12…を電気的に接続するスルーホールヴィア14が形成されている。この導体パターン12、12…の基板10側の各端部は、図1(a)に示す基板10の部分正面図である図1(b)に示すように、基板10の端縁近傍まで延出されている。
かかる電解めっきによって形成する金属膜26としては、所望の金属から成る金属膜26を形成できるが、金やニッケルから成る金属膜26を形成することが好ましい。
この電解めっきを、図2(b)に示す様に、電解めっき用導電パターン16を露出状態として施してもよい。電解めっき用導電パターン16上に形成された金属膜26は、後述するように、電解めっき用導電パターン16と共に回収再利用できるからである。
電解めっき用導電パターン16を剥離する手段としては、電解めっき用導電パターン16に貼り付けた粘着テープを剥離する手段を好適に用いることができる。粘着テープを剥離する際に、粘着テープに付着して金属膜22が上面に形成された電解めっき用導電パターン16が剥離される。
剥離された金属膜26が上面に形成された電解めっき用導電パターン16は、粘着テープに付着しているため、回収して再利用を図ることができる。
電解めっき用導電パターン16を剥離した基板面の部分正面図を図3(b)に示す。導体パターン12の端部に電解めっき用導電パターン16の一部が残留しているが、配線基板の導体パターンとしては問題にならない程度のものである。
かかる配線基板の製造工程では、液滴吐出法によって導体パターン12…及び電解めっき用導電パターン16を形成するため、その形成及び除去を容易に行なうことができ、従来の配線基板の製造工程よりも、その工程数を削減できる。
以上、説明してきた図1〜図3では、基板10として樹脂基板について説明してきたが、シリコン基板やセラミック基板を基板10として用いることができる。
また、図1〜図3では、両面側に導体パターン12…が形成された基板10を用いたが、一面側のみに導体パターン12…が形成された基板であっても用いることができる。
次に、上記の導体パターンを配線基板に適用した他の例について説明する。
本実施形態の多層配線基板(配線基板)は、上記の導体パターン用インクを塗布することによって形成された導体パターンが備えられて構成されている。以下、本実施形態の多層配線基板の製造工程を順次説明する。
導電ポスト33を形成した後に、図4(c)および(d)に示すように、液滴吐出法によって、絶縁パターン34を設ける。設けられた絶縁パターン34は、導電ポスト33の側面の下部を囲むとともに導電パターン32を覆うことになる。ここで、以下で説明するように、絶縁パターン34は、互いに積層された2つの絶縁サブパターン41、42からなる。絶縁パターン34の形成方法は以下の通りである。
各ダミーポスト35が液滴吐出法によって形成されるので、各ダミーポスト35のそれぞれの断面形状はテーパ状になる。具体的には、ダミーポスト35の底部の幅が、ダミーポスト35の上部の幅よりも大きくなる。
ここで、導電パターン37は導電性金属を含有する。複数のダミーポスト35のそれぞれも同じ種類の導電性金属を含有するので、導電パターン37と複数のダミーポスト35とは相互に密着して固定される。
次に、電気光学装置の一例として、プラズマ型表示装置について説明する。
図6は本実施形態のプラズマ型表示装置500の分解斜視図を示している。
プラズマ型表示装置500は、互いに対向して配置された基板501、502、及びこれらの間に形成される放電表示部510を含んで構成される。
放電表示部510は、複数の放電室516が集合されたものである。複数の放電室516のうち、赤色放電室516(R)、緑色放電室516(G)、青色放電室516(B)の3つの放電室516が対になって1画素を構成するように配置されている。
また、隔壁515によって区画される長方形状の領域の内側には蛍光体517が配置されている。蛍光体517は、赤、緑、青の何れかの蛍光を発光するもので、赤色放電室516(R)の底部には赤色蛍光体517(R)が、緑色放電室516(G)の底部には緑色蛍光体517(G)が、青色放電室516(B)の底部には青色蛍光体517(B)が各々配置されている。
基板501と基板502とは、前記アドレス電極511…と表示電極512…を互いに直交させるように対向させて相互に貼り合わされている。
上記アドレス電極511と表示電極512は図示略の交流電源に接続されている。各電極に通電することにより、放電表示部510において蛍光体517が励起発光し、カラー表示が可能となる。
図7は、本実施形態に係る液晶装置の第1基板上の信号電極等の平面レイアウトを示すものである。本実施形態に係る液晶装置は、この第1基板と、走査電極等が設けられた第2基板(図示せず)と、第1基板と第2基板との間に封入された液晶(図示せず)とから概略構成されている。
また、符号350は1チップ構造の液晶駆動回路で、この液晶駆動回路350と信号配線部分310b…の一端側(図中下側)とが第1引き回し配線331…を介して接続されている。
また、符号340…は上下導通端子で、この上下導通端子340…と、図示しない第2基板上に設けられた端子とが上下導通材341…によって接続されている。また、上下導通端子340…と液晶駆動回路350とが第2引き回し配線332…を介して接続されている。
なお、本発明が適用できるデバイスは、これらの電気光学装置に限られず、半導体の実装配線等、他のデバイス製造にも適用が可能である。
次に、電子機器の具体例について説明する。
図8(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図8(a)において、600は携帯電話本体を示し、601は先の図6に示した液晶装置を備えた液晶表示部を示している。
図8(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図8(b)において、700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は先の図6に示した液晶装置を備えた液晶表示部を示している。
図8(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図8(c)において、800は時計本体を示し、801は先の図6に示した液晶装置を備えた液晶表示部を示している。
図8(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶装置を備えたものであるので、品質の向上と低コスト化が図られる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶装置を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
「実験例1」
(実施例の導体パターン用インクの製造)
銀コロイド液の合成グリシン(和光純薬工業社製、試薬特級)0.44gとタンニン酸(和光純薬工業社製、化学用)0.5gとを90mLのイオン交換水に溶解し、水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬工業社製、試薬特級をイオン交換水で適当な濃度に調整したもの)でpH7に調整した後、イオン交換水を添加して全量を128mLにした。次に室温下にマグネティックスターラーで攪拌しながら、1gの硝酸銀(和光純薬工業社製、試薬特級)を含む水溶液2mLを滴下させて金属含有量約5g/Lのコロイド水溶液を作製した。このとき銀1gに対するグリシンの量は0.69gとなる。
そして、上記のコロイド溶液に、ポリエチレングリコール#300(以下、PEGと表記する)を、銀の質量に対して7〜100質量%の割合で添加することによって、本実施例の導体パターン用インクを製造した。
PEGの添加量を、銀の質量に対して0〜5質量%とした以外は上記実施例と同様にして比較例の導体パターン用インクを製造した。
得られた実施例及び比較例の導体パターン用インクを、液滴吐出法によってガラス基板上に塗布し、180℃で30分間加熱して乾燥することにより、長さ30mm、幅50μm、厚み5μmの導体パターンを形成した。導体パターンの形成にあたっては、導体パターンの厚みが5μmになるまでインクの塗布及び乾燥の工程を何度も繰り返した。
形成された導体パターンについて、クラックの発生の状況を確認すると共に、比抵抗を測定した。表1に、クラックの発生の状況及び比抵抗の測定結果を示す。また、図9に比抵抗とPEGの添加量との関係を示す。尚、比較例については、クラックの発生が多く比抵抗の測定が困難になると予測されたので、厚み0.5μmの導体パターンを製造して比抵抗の測定を行った。
また、実施例の導体パターン用インクで製造した導体パターンは、その表面は平滑面となっており、金属光沢が見られた。一方、比較例では、導体パターン表面が粗面になっており、金属光沢は観察されなかった。
図10に示すように、比較例の導体パターンは、銀粒子が粒成長して粒径が比較的大きくなっており、銀粒子同士の間に隙間が多くなっていることがわかる。比較例では、銀粒子同士の隙間が多いために、比抵抗が増大したものと考えられる。
実験例1において製造された実施例及び比較例の導体パターン用インクを、液滴吐出法によってガラス基板上に塗布し、180℃で30分間加熱して乾燥することにより、長さ30mm、幅50μm、厚み0.5〜50μmの導体パターンを形成した。
導体パターンの形成にあたっては、導体パターンにクラックが発生するまで、インクの塗布及び乾燥の工程を何度も繰り返すことで、インク毎に厚みの異なる導体パターンを形成した。導体パターンにクラックが1カ所でも発生したならば、インクの塗布及び乾燥工程を終了し、クラックが発生する前の導体パターンの厚みを測定した。但し、導体パターンの形成厚みを最大で50μmとした。
図12及び表2に、PEGの添加量と、クラックが発生する前の時点での導体パターンの厚みとの関係を示す。
Claims (10)
- アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と導電性金属とが少なくとも含有されてなるコロイド粒子が含まれてなるコロイド溶液からなり、前記コロイド溶液には、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体のうちのいずれか一種または二種以上の非イオン性化合物が含まれ、前記非イオン性化合物の含有率が、前記導電性金属に対して5質量%超とされていることを特徴とする導体パターン用インク。
- アミノ基及びカルボキシル基を少なくとも各1個ずつ有する化合物からなる分散剤と還元剤とが溶解された水溶液に、導電性金属塩水溶液が滴下されることによって調製されたコロイド溶液からなり、
前記コロイド溶液に、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、酸化プロピレン−酸化エチレンブロック共重合体のうちのいずれか一種または二種以上の非イオン性化合物が導電性金属に対して5質量%超の割合で含まれていることを特徴とする導体パターン用インク。 - 前記非イオン性化合物の含有率が、前記導電性金属に対して7質量%以上とされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導体パターン用インク。
- 前記還元剤がタンニン酸であることを特徴とする請求項2に記載の導体パターン用インク。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の導体パターン用インクによって形成されたことを特徴とする導体パターン。
- 導電性金属からなる粒子が相互に結合されてなり、導体パターン表面において前記粒子同士が隙間なく結合しており、前記導体パターン表面に光沢が有り、かつ比抵抗が12μΩcm未満であることを特徴とする請求項5に記載の導体パターン。
- 比抵抗が10μΩcm以下であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の導体パターン。
- 請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の導体パターンが備えられてなることを特徴とする配線基板。
- 請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の導体パターンが備えられてなることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項9に記載の電気光学装置が備えられてなることを特徴とする電子機器。
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