JP5729748B2 - 回路基板の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
例えば、もっとも一般的な手法は全面に銅箔を張られた基板から、不要な部分を取り除いて回路を残す方法があげられる。これは配線として残したい部分に、シルクスクリーン印刷などで防蝕膜となるインクや塗料を塗布して覆い(マスキング)、金属腐食性のある薬品(銅箔の場合、一般的に塩化第二鉄溶液を用いる)で腐食(エッチング)させて必要な回路を残す方式である。印刷によるマスキングに代えて、フォトレジストを塗布した基板に回路パターン図を焼き込んだ銀塩写真フィルムのマスクを重ね紫外線露光して、露光部分のレジストを除去して前述のようにエッチングして用いることも実用している。
例えば、金属インクをインクジェットで基板上に直接描画してパターンを形成し、熱処理を施すことにより配線形成を行なう方法があげられる。
また、電子写真法を用いた導電性の粉体描画方法も提案されている。一つは特許文献1に示すように導電性粉体を樹脂でコートしたものを現像する方法である。
もう一つは特許文献2,3に示すように樹脂を含まない導電性粒子を静電潜像に現像する方法である。
現在市場に流通している銀ナノインクを例にとって説明する。銀ナノインクは銀の微粒子(粒径数十nm以下)に界面活性剤等を付着させることにより、溶媒中で安定的に分散するようにしている。銀濃度を上げると分散性が悪化し、銀が凝集するため均一なインクにはならない。このため、特許文献5に示されるように銀ナノインク中の銀粒子の濃度は15体積%以下程度とならざるを得ない。
また銀ナノインクは粘度の低い液体であって重力の影響を受けて変形するため基材に塗布した際に、基材との接触面積に対して高さを大きくできない。
これらの結果、銀ナノインクを焼成した後の銀層の厚さは大きくても1μm程度でしかない。
しかし、特許文献1のように、導電性粉体を樹脂でコートした場合には、絶縁性の樹脂の混入により配線抵抗が大きくなる欠点がある。
また特許部員兼2,3のように樹脂を含有しない導電性粉体を使う場合、導電性粉体の粒径が比較的大きいことから、昇温(約300℃以下)しても粒子同士が結合せず、十分な導電性が得られないばかりか、該粉体配線は非常にもろく、機械的強度に劣るという欠点があった。
回転する静電潜像担持体1表面を帯電器2により均一に帯電する。次に、図示しないコンピュータによって作成された回路パターンに応じた信号に基づいて露光3を行い、潜像パターンを形成する。潜像パターンは公知の方法で導電性粒子5を内蔵した現像器4によって現像される。図示しない搬送手段により搬送された転写体6を静電潜像担持体と押圧力が印加された転写部材の間を通過させることによって転写を行う。現像器としては例えば特許文献3に開示されたものが使用可能である。
最終的に得る回路パターンの細密化、高精度化に対応するためには、高解像度の潜像形成が可能な表面励起型の感光体、上記例示した中では単層感光体がより好ましい。
その中でも、金、銀、銅、白金、パラジウム、イリジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、鉛、インジウム、錫、亜鉛等の金属粒子が好適に用いられる。
導電性粒子の粒径は用途によって多少最適値が異なるが、0.1〜100μmが好ましく、0.3〜10μmであればより好ましい。
0.1μm以下では凝集が発生し取り扱いが困難であり、100μm以上では機械的強度が弱く配線が脆くなるためである。
このインク塗布手段はインクジェット、ディスペンサー等、どのようなものでも構わないが、導電性粒子パターン8上に確実かつ高速にインクを塗布できるインクジェットが好ましい。
インク10は導電性粒子パターン8を形成している導電性粒子間の空隙に入り込み空隙を埋める。
塗布するインクの量は導電性粒子の形状に依存するが、パターンを形成した導電性粒子の空隙を含めた見かけの体積の10〜80体積%が好ましく、20〜70体積%であればより好ましい。
10体積%より小さい場合は導電性粒子パターンを焼結した後の電気抵抗が十分に改善さず、80体積%より多い場合には、インクが導電性粒子パターンよりはみ出し隣の配線とショートする可能性があるからである。
こうしてインク含浸導電性粒子パターン11が形成される。
金属インク中にはコロイド状の金属微粒子が含まれるが、金属微粒子としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、イリジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、鉛、インジウム、錫、亜鉛等が好適に用いられる。
当該金属微粒子の粒径は1〜100nmが焼結温度を低くできるため良く、1〜40nmであるとさらに良い。
また金属錯体を溶媒に溶かしたものも金属インクとして使用可能である。
錯体を構成する金属としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、イリジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、鉛、インジウム、錫、亜鉛等が好適に用いられる。
金属ナノ粒子を用いた銀ナノインクとしては、PChem社製、DOWA社製、アルバックマテリアル社製、ハリマ化成製NPS-J、NPS-J-HTBが、
金ナノインクとしては、ハリマ化成製NPG-Jが、
ITOナノインクとしては、DOWA社製の製品があげられる。
銀錯体を用いたものとして、インクテック社製のものがあげられる。
なお、常温で焼結可能な場合は、特に焼結手段を設ける必要はない。
金属含有インクを塗布しない場合(図2-1)は導電性粒子同士が点接触しかしないため配線の電気抵抗は比較的高いものになる。また導電性粒子同士の接着強度は極めて弱いため、外力により配線は簡単に壊れる。
一方、金属含有インクを塗布した場合(図2-2)は導電性粒子と導電性粒子の間にインク中に含まれる金属ナノ粒子が入り込み、焼結により(図2-3)導電性粒子間の金属ナノ粒子が溶融して導電性粒子と面接触で密着するようになるため、配線の電気抵抗は極めて小さいものとなる。また導電性粒子同士の接着強度が強くなるため、外力により配線は壊れにくくなる。
導電性粒子供給手段41により導電性粒子5を供給する。現像器4内にあらかじめ入れられている磁性粒子16と導電性粒子5はパドル42により撹拌され導電性粒子5は磁性粒子16の表面に付着する。導電性粒子5の付着した磁性粒子16はパドル42により導電性非磁性スリーブ43表面に運ばれる。導電性非磁性スリーブ43の内部には磁性集合体44が内蔵されており図示した方向に回転する。すると磁性粒子16が回転し磁性集合体44の回転方向と逆方向に移動する。磁性粒子16は規制ブレード45によりすり抜け量が調整され、一部の磁性粒子16のみ矢印で示される下流側に運ばれる。
導電性非磁性スリーブ43と現像ローラ46の間には数百ボルトの電圧が印加される。このとき交番電界を重畳すると導電性粒子5の導電性非磁性スリーブ43から現像ローラ46への移行量が増えるため好ましい。
また、現像ローラ46と静電潜像担持体1の間には数百ボルトの電圧が印加される。このとき交番電界を重畳すると導電性粒子5の現像ローラ46から静電潜像担持体1への移行量、すなわち現像量が増えるため好ましい。
電子写真技術におけるトナーと異なり導電性粒子の転写が困難なのは以下の理由による。
静電潜像担持体上に現像された導電性粒子を静電的に転写するために、配線用基材の裏面からバイアスを印加することが行われる。しかしこの場合、粒子自体が帯電している必要があるが、導電性粒子では静電潜像担持体表面に電荷がリークし粒子自体は電荷をもたなくなるため、電界で導電性粒子を転写することができない。
転写体6は基材61と粘着層62からなる。基材61としてはハンダ処理温度に耐えうる耐熱性を有している必要がある。また、回路基板として必要な電気抵抗を有している必要がある。例えばフェノ−ル樹脂板やエポキシ樹脂板と紙の積層板、ガラス繊維入りエポキシ樹脂板、ポリイミド系樹脂板が好適に用いられる。その他には耐熱性フィルム、例えばポリイミドフィルムを使用することも可能である。さらには、ガラスやセラミック等も適用可能で、用途に応じて適宜選択することができる。
還元方法として公知の方法が使用できる。例えば特許文献6に示される水素プラズマを照射する方法、例えば特許文献7に示される酸素減圧環境下で焼成する方法を用いることができる。
空気中で酸化しない材料や酸化しても導電性を発現できる材料については、この還元作業は不要である。
次に図3に示す現像器を用いて2.3μmのニッケル粉(ニッコーシ株式会社Ni255)を現像バイアスDC800VにAC500Vを重畳して静電潜像担持体上に反転現像した。
転写体として厚さ125μmのポリイミド樹脂フィルム基板の上に粘着性を有するエポキシ樹脂を10μm塗布したものを用い、ポリイミド樹脂フィルム基板の裏面からローラ状の転写部材を線圧300gf/cmで静電潜像担持体側に押圧して静電潜像担持体上のニッケル粉を転写した。
最後に焼結手段で180℃1時間加熱し、ニッケルと銀からなる配線パターンを形成した。
得られた配線パターンの高さは約15μmであり、極めてよい導電性を示し、かつ、機械的強度も十分であった。
次に図3に示す現像器を用いて1.5μmの銅粉(福田金属箔粉工業株式会社Cu-HWQ1.5μm)を現像バイアスDC600VにAC500Vを重畳して静電潜像担持体上に反転現像した。
転写体として厚さ50μmのポリイミド樹脂フィルム基板の上に粘着性を有するエポキシ樹脂を5μm塗布したものを用い、ポリイミド樹脂フィルム基板の裏面からローラ状の転写部材を線圧100gf/cmで静電潜像担持体側に押圧して静電潜像担持体上の銅粉を転写した。
最後に焼結手段で200℃1時間加熱し、銅と銀からなる配線パターンを形成した。
得られた配線パターンの高さは約10μmであり、機械的強度は十分であった。
また、当該配線パターンは公知の還元手段で十分な導電性が発現できるものである。
2・・・・・帯電器
3・・・・・露光
4・・・・・現像器
5・・・・・導電性粒子
6・・・・・転写体
7・・・・・転写部材
8・・・・・導電性粒子パターン
9・・・・・インク塗布手段
10・・・・・インク
11・・・・・インク含浸導電性粒子パターン
12・・・・・焼結手段
13・・・・・焼結された導電性パターン
14・・・・・金属ナノ粒子
16・・・・・磁性粒子
41・・・・・導電性粒子供給装置
42・・・・・パドル
43・・・・・導電性非磁性スリーブ
44・・・・・磁性集合体
45・・・・・規制ブレード
46・・・・・現像ローラ
48・・・・・スクレーパー
49・・・・・補助電源
50・・・・・現像バイアス電源
61・・・・・基材
62・・・・・粘着層
101・・・・・導電性粒子パターン形成部
102・・・・・インク塗布部
103・・・・・焼結部
Claims (2)
- 粒子径が0.1〜100μmの導電性粒子による回路パターンを形成する装置において、少なくとも、静電潜像担持体と、当該静電潜像担持体に形成した静電潜像に静電的に、実質的にバインダー樹脂を含有しない導電性粒子を現像する現像手段と、当該静電潜像担持体に形成された前記導電性粒子のパターンを前記導電性粒子の転写時において粘着性を有する熱硬化型の粘着剤の厚みが1〜100μmに形成された接着層を有する転写体に転写する転写手段と、当該転写体上の前記導電性粒子による回路パターン上にインクジェットにより金属微粒子径が1〜100nmの金属インクを前記導電性粒子の空隙を含めた見かけ体積の10〜80体積%のインク量を塗布するインク塗布手段を有する導電性回路形成装置。
- 粒子径が0.1〜100μmの導電性粒子による回路パターンを形成して回路基板を製造する回路基板の製造方法において、少なくとも、静電潜像担持体上に静電潜像パターンを形成する工程、当該静電潜像に、実質的にバインダー樹脂を含有しない導電性粒子を静電的に現像させて前記導電性粒子のパターンを形成する工程、当該静電潜像上の前記導電性粒子のパターンを前記導電性粒子の転写時において粘着性を有する熱硬化型の粘着剤の厚みが1〜100μmに形成された接着層を有する転写体に転写する工程、当該転写体上の前記導電性粒子の上からインクジェットにより金属微粒子径が1〜100nmの金属インクを前記導電性粒子の空隙を含めた見かけ体積の10〜80体積%のインク量を塗布する工程を有する導電性回路基板の製造方法。
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