JP2009064888A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な形状の基材に対しても、低コストで正確な配線パターンを形成できる配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】基材１０にインクをはじく撥インク性の膜３１を形成する膜形成工程と、膜形成工程で形成された撥インク性の膜３１の配線パターン３４が形成される配線領域１３に、少なくとも基材１０の表面が露出する深さまで達する溝３２を加工する溝加工工程と、溝加工工程を経た基材１０をインクに浸漬し、インク中の金属粒子を配線領域１３に付着させる浸漬工程と、浸漬工程にて基材１０に付着された金属粒子を焼成温度以上に加熱して焼成させる焼成工程とを備える配線基板の製造方法で配線基板１を製造する。
【選択図】図６

Description

本発明は、金属粒子を含有するインクを用いて基材の配線面に配線パターンを形成する配線基板の製造方法に関する。

従来、基材の配線面に配線パターンを形成する方法として、例えば、ガラスエポキシ基材の表面に銅箔を貼り合わせた銅張積層板が用いられ、前記銅張積層板の銅箔をエッチングすることにより、所望の配線パターンを形成する方法が広く知られている。

また、近年では、金属ナノ粒子を溶媒中に分散させた金属ナノインクをインクジェット装置で基材に描画して配線パターンを形成する方法（例えば、特許文献１参照）や、基材に溝を形成した後に基材全体を成膜し、その後溝以外の膜を除去することにより、溝に充填された膜のみを残存させ配線パターンとして形成する方法（例えば、特許文献２参照）などが先行技術として提案されている。
特開２００３−１８８４９７号公報 特開２０００−１２４５８２号公報

しかしながら、上記のような先行技術には、次のような問題点があった。
特許文献１に開示された技術では、導電性の独立分散超微粒子を含むインク粒をインクジェットノズルで基材に噴射して配線パターンを描画している。その際、図１０に示すように、基材１０の凹凸が大きかったり（図１０（ａ））、基材１０の曲がり角度が大きかったり（図１０（ｂ））する場合には、図１０のＡ部に示すようにノズル１１の周辺部を構成するヘッド部１２が基材１０と接触してしまう。すると、インクジェットノズル１１と基材１０との距離Ｌを一定に保つことができなくなり、基材１０へ正確な配線パターンを描画できなくなる。

特許文献２に開示された技術では、配線パターン状の溝をレーザー加工等により形成した後に、配線面全体に蒸着やスパッタリングにより金属性の膜を成膜して、パターンを形成する部分以外の金属性の膜を除去している。しかし、配線面全体に金属性の膜を成膜することは、多くの金属を必要とするためコストアップとなり、また除去した金属の廃棄の問題等も発生する。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、複雑な形状の基材に対しても、低コストで正確な配線パターンを形成できる配線基板の製造方法を提供するものである。

前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、金属粒子を含有するインクを用いて基材の配線面に配線パターンを形成する配線基板の製造方法であって、前記基材に前記インクをはじく撥インク性の膜を形成する膜形成工程と、該膜形成工程で形成された前記撥インク性の膜の前記配線パターンが形成される配線領域に、少なくとも前記基材の表面が露出する深さまで達する溝を加工する溝加工工程と、該溝加工工程を経た前記基材を前記インクに浸漬し、該インク中の前記金属粒子を前記配線領域に付着させる浸漬工程と、該浸漬工程にて前記基材に付着された前記金属粒子を焼成温度以上に加熱して焼成させる焼成工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、膜形成工程及び溝加工工程を経た基材を浸漬工程にて金属粒子を含有するインクに単に浸漬させるだけで、基材の配線パターンが形成される領域に金属粒子を付着させることができる。また、配線パターンが形成される領域を除く基材の配線面には撥インク性の膜が形成され、金属粒子を含有するインクがはじかれるので、金属粒子が付着することもない。そして、浸漬工程の後に焼成工程にて配線パターンが形成される領域に付着した金属粒子を単に加熱し焼成させることで、前記領域に配線パターンを形成させることができる。これにより、例えば表面に凹凸を有するような複雑な形状の基材に対しても、低コストで正確な配線パターンを形成できる。

また、本発明は、請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、前記焼成工程の後に前記撥インク性の膜を除去する膜除去工程を備えることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、配線基板に本来不要な撥インク性の膜が除去される。また、焼成工程の後に膜除去工程を実施することで、焼成工程にて金属粒子の焼成が完了するまでは配線パターンが形成される領域以外を撥インク性の膜によって覆うので、金属粒子を含有するインクが配線パターンが形成される領域以外に拡散することはない。これにより、配線基板に不要な構成を除去しつつ、正確な配線パターンの配線基板を製造できる。

また、本発明は、請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、前記焼成工程及び前記膜除去工程の後に前記配線領域をめっき加工するめっき工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、めっき加工を経ることにより、配線基板の配線パターンの厚さを調整することができる。

また、本発明は、請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、前記膜形成工程で形成される前記撥インク性の膜が絶縁体であることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、撥インク性の膜が絶縁体であるため、該撥インク性の膜を除去する必要がなくなる。これにより作業工数が減少し、配線基板をより低コストで製造することができる。

また、本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の配線基板の製造方法であって、前記溝加工工程における溝の加工にレーザー光を用いることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、加工に汎用のレーザー加工機を用いることで、精度の高い加工が比較的安価に実施することができる。これにより、より正確な配線パターンの配線基板をより低コストで製造できる。

本発明の配線基板の製造方法によれば、複雑な形状の基材に対しても、低コストで正確な配線パターンを形成できる配線基板の製造方法の提供が可能である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明にかかる配線基板の製造方法の第１の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。図１は第１の実施形態の製造方法によって製造された配線基板１の斜視図である。また、図３〜図６は、第１の実施形態の各製造工程での基材１０のＡ−Ａ’面の断面図である。

本実施形態の配線基板の製造方法で製造された配線基板１（図１、図６）は、配線面である内壁側の径φが１０ｍｍの半円筒状のポリカーボネートである基材１０と、基材１０の所定の配線領域１３に加工されている溝３２と、溝３２内に形成されている配線パターンである銀パターン３４と、配線領域１３以外の基材１０上に形成されている絶縁性材料からなる撥水膜３１とで構成されている。

配線基板１は、絶縁体であるポリカーボネートを材質とする基材１０上の配線領域１３に、配線パターンとして導電性の銀パターン３４が形成されているので、配線基板としての機能を有する。

次に、本実施形態における配線基板の製造方法の詳細について説明する。
本実施形態の配線基板の製造方法の製造工程には、図２に示すように、膜形成工程Ｓ１と、溝加工工程Ｓ２と、浸漬工程Ｓ３と、焼成工程Ｓ４とがあり、記載の順に実施される。

まず、膜形成工程Ｓ１として、基材１０に絶縁性の撥水剤をコーティングし、インクをはじく撥インク性の膜である撥水膜３１を形成する（図３）。形成する膜を撥水性としたのは、浸漬工程で溶媒として水を用いた銀ナノインクを利用するからである（詳細は後述する）。なお、撥水剤及びコーティング方法には、基材１０に撥水膜３１を形成できれば制限は無いが、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をスプレーによって吹き付ける方法などがある。

次に、溝加工工程Ｓ２として、基材１０の配線領域１３にレーザー光を照射し、撥水膜３１及び基材１０の一部を除去して溝３２を形成する（図４）。なお、溝３２を加工する手段はレーザー光に限らないが、基材１０の材質や形状に依存せず、長さ、幅、深さを精密に調整して加工可能な点でレーザー光を用いることが望ましい。

そして、浸漬工程Ｓ３として、溝３２が形成された基材１０を、溶媒が水からなる銀ナノインク３３に浸漬させ、基材１０の溝３２に銀ナノインク３３を付着させる。このとき、溝３２以外の基材１０の表面は撥水膜３１によって覆われていて、撥水膜３１の撥水作用により銀ナノインク３３をはじくため、銀ナノインク３３は付着しない（図５）。

最後に、焼成工程Ｓ４として、溝３２に銀ナノインク３３が付着した基材１０を１２０℃に設定された加熱炉で３０分間加熱し、銀ナノインク３３を焼成させ、基材１０の配線領域１３に銀パターン３４を形成させる（図６）。これにより、基材１０の配線面に配線パターンを形成することができる。

以上、第１の実施形態の配線基板の製造方法によれば、基板１０に配線パターンを形成させるためには、上述した膜形成工程Ｓ１、溝加工工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び焼成工程Ｓ４を実施すればよく、例えば基材１０が半円筒状であってもその表面に容易に正確な配線パターンを形成することができる。また、膜形成工程Ｓ１で撥水膜３１を形成することで、浸漬工程Ｓ３で用いる銀ナノインク３３を配線面全面に付着させないため、使用する銀ナノインク３３の量も少なくなり、インク費用の低減を図ることができる。更に、膜形成工程Ｓ１で撥水膜３１に絶縁性の撥水剤を用いるため、撥水膜３１を残存させたとしてもこの撥水膜３１を通じて配線パターン同士がショートすることがなく、このため撥水膜３１を除去する膜除去工程を省略でき、作業工数の減少も実現できる。
〔第２の実施形態〕

次に、本発明にかかる配線基板の製造方法の第２の実施形態について、図７および図８を用いて説明する。第１の実施形態との違いは、図７に示すように焼成工程Ｓ４のあとにめっき工程Ｓ５があることである。使用する基材１０及び膜形成工程Ｓ１〜焼成工程Ｓ４までは第１の実施形態と同様である。

めっき工程Ｓ５は、銀パターン３４が焼成された基材１０を無電解の銅めっき浴に入れることで、銀パターン３４の上に銅めっき３５を施す工程である（図８）。

以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、銅めっきを実施することで配線パターンの厚みの調整をすることができる。また、銅は銀よりイオンマイグレーションが発生しづらいため、めっき加工することにより配線基板１のイオンマイグレーション発生の懸念を低減でき、電気的な安定性を向上させることができる、という付随的な効果も奏する。

なお、本実施形態では、めっき工程Ｓ５で、基材１０を無電解の銅めっき浴に入れて銅めっき３５を施したが、これに限らず、銀パターン３４上に銅めっき３５が形成されればどのような方法でもかまわない。また、めっきする金属も銅に限らず、ニッケル、パラジウムなど導電性の金属であればかまわないが、基材１０に焼成される金属よりもイオンマイグレーションが発生しづらい金属が望ましい。

以上、本発明の第１、第２の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記第１の実施形態では、撥水膜３１を残したままとしたが、図９のように撥水膜３１を除去する膜除去工程を実施してもかまわない。第２の実施形態でも同様に、膜除去工程を実施してもかまわない。また、膜除去工程を実施する場合、撥水膜３１の材質には特に制限が無く、導電性を有していてもかまわない。また、膜除去工程の順序は焼成工程Ｓ４の前後であればかまわないが、撥水膜３１が存在する状態で溝３２に付着している銀ナノインク３３を焼成させた方がより正確な配線パターンを形成できる点で、焼成工程Ｓ４の後が望ましい。

また、上記実施形態では、基材１０の形状を内壁側の径φが１０ｍｍの半円筒状としているが、これに限らず、基材１０の配線面を銀ナノインク３３に浸漬できれば形状に制限は無い。また、材質もポリカーボネートとしているが、これに限らない。

また、上記実施形態では、金属粒子を含有するインクである銀ナノインク３３の溶媒に水を用いたが、溶媒は水に限らず他の材料を用いて良い。この場合、基材上に形成する膜の材料も、使用する溶媒の材料にあわせてそれをはじくことができる材料を選択する。また、溶質は銀に限らず、導電性の金属であればかまわない。

また、上記実施形態では、溝加工工程Ｓ２で、溝３２を基材１０の一部も除去する深さまで加工したが、溝３２は基材１０の配線面が露出する深さであればかまわない。

また、上記実施形態では、焼成工程Ｓ４で、基材１０を１２０℃に設定された加熱炉で３０分間加熱したが、これに限らず、銀ナノインク３３内の銀が焼成されれば、加熱の温度、時間、方法に制限は無い。

本発明の実施形態における配線基板の斜視図である。 本発明の第一の実施形態における製造工程のフローチャートである。 本発明の実施形態における膜形成工程完了時の基材の断面図である。 本発明の実施形態における溝加工工程完了時の基材の断面図である。 本発明の実施形態における浸漬工程完了時の基材の断面図である。 本発明の実施形態における焼成工程完了時の基材の断面図である。 本発明の第二の実施形態における製造工程のフローチャートである。 本発明の第二の実施形態におけるめっき工程完了時の基材の断面図である。 本発明の第一の実施形態における膜除去工程完了時の基材の断面図である。 従来のインクジェットノズルを用いる配線基板の製造方法における問題点を示した図である。

符号の説明

１ 配線基板
１０ 基材
１３ 配線領域
３１ 撥水膜（撥インク性の膜）
３２ 溝
３３ 銀ナノインク（金属粒子を含有するインク）
３４ 銀パターン（配線パターン）
３５ 銅めっき（めっき）
Ｓ１ 膜形成工程
Ｓ２ 溝加工工程
Ｓ３ 浸漬工程
Ｓ４ 焼成工程
Ｓ５ めっき工程

Claims (5)

1. 金属粒子を含有するインクを用いて基材の配線面に配線パターンを形成する配線基板の製造方法であって、
   前記基材に前記インクをはじく撥インク性の膜を形成する膜形成工程と、
   該膜形成工程で形成された前記撥インク性の膜の前記配線パターンが形成される配線領域に、少なくとも前記基材の表面が露出する深さまで達する溝を加工する溝加工工程と、
   該溝加工工程を経た前記基材を前記インクに浸漬し、該インク中の前記金属粒子を前記配線領域に付着させる浸漬工程と、
   該浸漬工程にて前記基材に付着された前記金属粒子を焼成温度以上に加熱して焼成させる焼成工程と
   を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、
   前記焼成工程の後に前記撥インク性の膜を除去する膜除去工程を備えること
   を特徴とする配線基板の製造方法。
3. 請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、
   前記焼成工程の後に前記配線領域をめっき加工するめっき工程を備えること
   を特徴とする配線基板の製造方法。
4. 請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、
   前記膜形成工程で形成される前記撥インク性の膜が絶縁体であること
   を特徴とする配線基板の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の配線基板の製造方法であって、
   前記溝加工工程における溝の加工にレーザー光を用いること
   を特徴とする配線基板の製造方法。

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