JP6347104B2 - 電気配線層の製造方法、電気配線層形成用部材、電気配線層、電気配線基板の製造方法、電気配線基板形成用部材、電気配線基板、振動子、電子機器および移動体 - Google Patents
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Description
このようなセラミック配線基板は、例えば、セラミック基板と、セラミック基板の表面に敷設されたWまたはMoからなる下地パターンと、下地パターンの表面に設けられたCuからなる配線パターンと、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、下地パターンがないと、セラミック基板と配線パターンとの密着性が低下し、配線パターンが剥離するといった不具合が懸念される。
しかしながら、特許文献2には、熱可塑性絶縁材料として松ヤニ、各種ゴム、熱可塑性剛性樹脂等が用いられる旨、記載されている。これらの材料は耐熱性が小さいため、例えば形成した配線パターンにはんだ付けを行う場合、加熱導電性絶縁材料がはんだ付けの温度に耐えられない。このため、はんだ付けに伴い、レーザーを照射していない領域の加熱導電性絶縁材料も導通してしまい、配線パターン間の絶縁性が低下したりするなどの不具合が発生する。
本発明の電気配線層の製造方法は、電気配線を含む電気配線層を製造する方法であって、
導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む粉体を加圧し、圧粉成形層を得る工程と、
前記圧粉成形層に対してエネルギー線を照射し、照射領域に前記電気配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
これにより、乾燥下で、かつ不活性ガス中で、絶縁層付き金属粒子を製造することができるので、金属粒子と表面絶縁層との間に水分等が介在するおそれが小さくなり、金属粒子の変質、劣化を長期にわたって抑制することができる。また、機械的に固着させることにより、仮に金属粒子の表面に異物や酸化被膜等が付着していても、それらを除去したり、破壊したりしながら表面絶縁層を形成することができる。このため、絶縁層付き金属粒子は、清浄性の高いものとなり、導電性の高い電気配線が得られる。さらには、軟化点が高く取り扱いが難しいガラス材料についても、表面絶縁層として被膜化することができる。このため、幅広い種類のガラス材料を用いることができる。
これにより、前記ガラス粒子が粒子間絶縁部として、絶縁層付き金属粒子同士の間に介在し、絶縁層付き金属粒子を固定することができ、圧粉成形層の機械的強度を確保することができる。
これにより、表面絶縁層の主材料である前記ガラス材料と、絶縁層付き金属粒子同士の間に介在する前記ガラス粒子とが、同じ軟化点で軟化して相互に混合し得るため、エネルギー線が照射されたとき、ガラス材料によって金属粒子同士の結合が阻害され難くなり、その結果、金属粒子同士が結合し易くなる。このため、導電性の高い電気配線を形成することができる。
これにより、電気配線における導電性と絶縁領域における絶縁性とを両立させつつ、電気配線層の機械的強度を高めることができる。
これにより、表面絶縁層の主材料であるガラス材料または絶縁層付き金属粒子とともに混合されるガラス粒子が溶融し、その後固化することにより、絶縁層付き金属粒子が固定され、圧粉成形層の機械的強度が確保される。その結果、圧粉成形層の保形性を高めることができる。
これにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができ、また、得られた粉末の粒子形状が表面張力の作用により球形状に近くなるので、成形した際に充填率を高め得る金属粒子が得られる。
一部にエネルギー線が照射されることにより、照射領域に導電性が発現し、電気配線を形成し得る部材であることを特徴とする。
これにより、単にエネルギー線を任意の領域に照射するのみで、所望のパターンの電気配線を容易に形成することができる。このため、電気配線層の形成に好適に用いられる電気配線層形成用部材が得られる。
導電性を有する金属粒子同士が結合している粒子結合体を含む電気配線と、
を有し、
前記絶縁領域と前記電気配線とが一体に形成されていることを特徴とする。
これにより、絶縁領域と電気配線とが互いに強固に接続されており、電気配線と絶縁領域との境界における機械的強度が十分に高くなるので、電気配線の剥離といった不具合の発生を十分に抑制し得る電気配線層が得られる。
前記基板上において、導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む粉体を加圧しつつ成形し、圧粉成形層を得る工程と、
前記圧粉成形層に対してエネルギー線を照射し、照射領域に前記電気配線を形成し、前記電気配線層を得る工程と、
を有することを特徴とする。
前記基板の一方の面側に設けられ、導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む圧粉成形層と、
を有し、
前記圧粉成形層の一部にエネルギー線が照射されることにより、照射領域に導電性が発現し、電気配線を形成し得る部材であることを特徴とする。
これにより、単にエネルギー線を任意の領域に照射するのみで、所望のパターンの電気配線を容易に形成することができる。このため、電気配線基板の形成に好適に用いられる電気配線基板形成用部材が得られる。
前記基板の一方の面側に設けられ、導電性を有する金属粒子と前記金属粒子の表面に固着しているガラス材料を主材料とする表面絶縁層とで構成された絶縁層付き金属粒子を含む絶縁領域と、導電性を有する金属粒子同士が結合している粒子結合体を含む電気配線と、を含む電気配線層と、
を有し、
前記電気配線層において前記絶縁領域と前記電気配線とが一体に形成されていることを特徴とする。
これにより、絶縁領域と電気配線とが互いに強固に接続されており、電気配線と絶縁領域との境界における機械的強度が十分に高くなるので、電気配線の剥離といった不具合の発生を十分に抑制し得る電気配線基板が得られる。
前記パッケージ内に収納された振動片と、
を有することを特徴とする。
これにより、小型化および低コスト化が図られた振動子が得られる。
これにより、信頼性の高い電気配線層または電気配線基板を備える電子機器が得られる。
本発明の移動体は、本発明の電気配線層または本発明の電気配線基板を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電気配線層または電気配線基板を備える移動体が得られる。
[振動子および電気配線層]
≪第1実施形態≫
まず、本発明の振動子の第1実施形態および本発明の電気配線層の第1実施形態について説明する。
図1、2に示すように、振動子1は、パッケージ110と、パッケージ110内に収容された振動片190と、を有している。
図3(a)、(b)に示すように、振動片190は、平面視形状が長方形(矩形)の板状をなす圧電基板(振動基板)191と、圧電基板191の表面に形成された導電性を有する一対の電極層193、195と、を有している。なお、図3(a)は、振動片190の上面を上方から見た平面図であり、図3(b)は、振動片190の下面を上方から透視したときの透過図(平面図)である。
圧電基板191は、主として厚み滑り振動をする水晶素板である。
また、圧電基板191は、その長手方向が水晶の結晶軸であるX軸と一致している。
一方、電極層195は、圧電基板191の下面に形成された励振電極195aと、圧電基板191の下面に形成されたボンディングパッド195bと、励振電極195aとボンディングパッド195bとを電気的に接続する配線195cと、を有している。
また、ボンディングパッド193b、195bは、圧電基板191の下面の図3中右側の端部に互いに離間して形成されている。
また、圧電基板191の構成材料は、水晶に限定されず、その他の圧電材料やシリコン等であってもよい。
さらに、振動子1は、タイミング源として用いられるものの他、圧力、加速度、角速度等の物理量を検出するセンサーとして用いられるものであってもよい。
図1および図2に示すように、パッケージ110は、板状のベース120と、下方に開口する凹部131を有するリッド130(蓋体)と、を有している。このようなパッケージ110では、ベース120によって凹部131が塞がれており、これにより画成された凹部131の内側の空間が、前述した振動片190を収納する収納空間Sとして用いられる。なお、図1では、リッド130の一部を切り欠いて図示している。
また、ベース120の上面には、一対の接続電極141、151が設けられている。一方、ベース120の下面には、一対の外部実装電極142、152が形成されている。
接続電極141、151および外部実装電極142、152の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属元素の単体またはこれらの金属元素を含む合金や複合体等が挙げられる。
また、ベース120の上面の外縁部には、図示しない枠状のメタライズ層が設けられている。このメタライズ層は、ベース120と後述するろう材180との密着性を高めるものである。これにより、ろう材180によるベース120とリッド130との接合強度を高めることができる。
リッド130の構成材料は、特に限定されず、例えばセラミックス材料やガラス材料であってもよいが、好ましくはコバール等のFe−Ni−Co系合金、42アロイ等のFe−Ni系合金等の合金が用いられる。
リッド130をベース120に対して接合する方法としては、特に限定されないが、例えば、リッド130をベース120上に載置した状態で、リッド130の縁部にレーザーを照射し、ろう材180を加熱、溶融させることによって、リッド130とベース120との間にろう材180を浸透させる方法が挙げられる。
このようなパッケージ110の収納空間Sには、前述した振動片190が収納されている。収納空間Sに収納された振動片190は、一対の導電性接着剤161、162を介してベース120に片持ち支持されている。
また、導電性接着剤161、162は、例えばボンディングワイヤー等で代替することもできる。
図4は、図2に示す振動子に含まれるベース(本発明の電気配線層の実施形態)のX部分拡大図である。
貫通電気配線143では、図4に示すように、導電性を有する金属粒子31同士が3次元のネットワーク状に結合してなる粒子結合体32を構築している。このため、貫通電気配線143は、その全体でほぼ均一な導電性を有するものとなり、ベース120を厚さ方向に貫通する電気配線として機能する。
このような金属粒子31のビッカース硬度は、JIS Z 2244に規定された試験方法に準拠して測定される。
一方、金属粒子31同士の結合においては、金属粒子31を覆っていた表面絶縁層33は、金属粒子31を構成する物質の移動に伴って押し退けられることとなり、粒子結合体32を覆うように分布することとなる。また、一部の表面絶縁層33は、粒子結合体32の内部に残留する。
その結果、図4に示すように、粒子結合体32と表面絶縁層33と粒子間絶縁部34とを含む貫通電気配線143が得られる。
このようにして得られた貫通電気配線143は、金属粒子31の構成材料のバルク体と同程度かそれに匹敵する程度の導電性を有するものとなる。これにより、振動子1は、優れた周波数特性と低消費電力とを両立させたものとなる。
上述したようなガラス材料は、有機系材料に比べて化学的安定性および絶縁性に優れていることから、長期にわたって高い絶縁性を維持し得る表面絶縁層33が得られる。
また、表面絶縁層33を構成するガラス材料としては、特に、SnO−P2O5−MgO、SnO−P2O5、Bi2O3−B2O3−ZnO、Bi2O3−ZnO−B2O3、SiO2−Al2O3−B2O3、SiO2−B2O3−Al2O3、SiO2−B2O3−ZnO、Bi2O3−B2O3、ZnO−B2O3−SiO2等が挙げられる。
表面絶縁層33の平均厚さは、特に限定されないが、金属粒子31の平均粒径の0.1%以上5%以下程度であるのが好ましく、0.3%以上3%以下程度であるのがより好ましい。金属粒子31に対して表面絶縁層33の厚さを前記範囲内に設定することで、金属粒子31の表面の凹凸を表面絶縁層33によって十分に吸収することができる。これにより、絶縁層付き金属粒子35は、それ同士が接触しても十分な絶縁性を確保することができる。
粒子間絶縁部34の構成材料としては、ガラス材料、セラミックス材料、シリコン材料等の無機系の絶縁性材料であればいかなるものでもよいが、ガラス材料が好ましく用いられる。
なお、粒子間絶縁部34を構成するガラス材料の組成が表面絶縁層33を構成するガラス材料の組成と異なっている場合であっても、ガラス材料の軟化点の差が100℃以下であるのが好ましく、50℃以下であるのがより好ましい。ガラス材料の軟化点の差を前記範囲内にすることで、金属粒子31同士が焼結により結合する際、これらのガラス材料が金属粒子31同士の結合を阻害し難くなる。このため、導電性が高く、かつ平面視における精細度の高い貫通電気配線143を形成することができる。
なお、この熱膨張係数は、温度30℃から300℃の範囲内におけるものである。
ベース120の厚さ方向のリーク量(漏れ量)は、1×10−4Pa・m3/s以下であるの好ましく、1×10−8Pa・m3/s以下であるのがより好ましい。このようなリーク量のベース120は、振動子1のパッケージ110に用いられるものとして、十分な気密性を有するものとなる。
なお、このリーク量は、リークディテクター(真空法)により測定される。このとき、測定ガスには、ヘリウムガスが用いられる。
次に、本発明の振動子を製造する方法、および、それに含まれる本発明の電気配線層の製造方法の実施形態について説明する。
図5〜9は、本発明の電気配線層の製造方法の実施形態を含む図1に示す振動子を製造する方法を説明するための断面図である。
図5〜9に示す振動子の製造方法は、[1]絶縁層付き金属粒子35を含む粉体4を加圧しつつ成形し、圧粉成形層41を得る工程と、[2]圧粉成形層41に対してエネルギー線を照射し、照射領域に貫通電気配線143、153を形成する工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。
[1−1]
まず、絶縁層付き金属粒子35の集合体(絶縁層付き金属粒子35の粉体)と、粒子間絶縁部34を形成するためのガラス材料と、を混合し、粉体4を用意する。絶縁層付き金属粒子35は、金属粒子31の表面にガラス材料を付着させることにより形成される。この付着方法としては、例えば、ガラス粉末を含む液体を金属粒子31に塗布する方法、ガラス粉末を含む液体を噴霧しつつ金属粒子31を造粒する方法のような湿式法、金属粒子31の表面にガラス材料を固着させる方法のような乾式法等が挙げられる。このうち、金属粒子31の表面にガラス材料を機械的に固着させる方法が好ましく用いられる。このような方法は、乾燥下で行うことができ、しかも必要に応じて不活性ガス中で行うこともできる。このため、金属粒子31と表面絶縁層33との間に水分等が介在するおそれが小さくなり、金属粒子31の変質、劣化を長期にわたって抑制することができる。また、機械的に固着させることにより、仮に金属粒子31の表面に異物や酸化被膜等が付着していても、それらを除去したり、破壊したりしながら表面絶縁層33を形成することができる。このため、表面絶縁層33で覆われた金属粒子31は、清浄性の高いものとなり、このような金属粒子31同士が結合してなる粒子結合体32は、導電性の高いものとなる。
金属粒子31の表面にガラス材料を機械的に固着させる方法としては、例えば、金属粒子31とガラス粉末との混合粉体に対して機械的な圧縮作用および摩擦作用を生じさせる装置を用いる方法が挙げられる。かかる装置としては、例えば、ハンマーミル、ディスクミル、ローラーミル、ボールミル、遊星ミル、ジェットミル等の各種粉砕機や、オングミル(登録商標)、高速楕円型混合機、ミックスマラー(登録商標)、ヤコブソンミル、メカノフュージョン(登録商標)、ハイブリダイゼーション(登録商標)等の各種摩擦混合機等が挙げられる。これらの装置では、金属粒子31の表面にガラス粉末が押し付けられ、互いの粒子表面同士が融合すると考えられる。その結果、金属粒子31の表面にガラス材料が固着してなる絶縁層付き金属粒子35が得られる。
金属粒子31の平均粒径は、特に限定されないが、特に限定されないが、0.5μm以上30μm以下程度であるのが好ましく、1μm以上20μm以下程度であるのがより好ましい。金属粒子31の平均粒径を前記範囲内に設定することにより、貫通電気配線143の高い導電性と貫通電気配線143の高い位置精度(精細度)とを両立させることができる。なお、金属粒子31の平均粒径が前記下限値を下回ると、金属粒子31の構成材料にもよるが、金属粒子31同士が結合した際の体積減少率が比較的大きくなるおそれがある。このため、貫通電気配線143の位置精度が低下したり、内部に空孔が生じ易くなったりするおそれがある。また、金属粒子31が小さ過ぎて十分な圧縮作用、摩擦作用が生じないため、絶縁層付き金属粒子35の製造効率が低下するおそれがある。一方、金属粒子31の平均粒径が前記上限値を上回ると、例えば線幅の狭い貫通電気配線143を形成しようとするとき、線幅を十分に狭くすることができず、貫通電気配線143の高密度化が難しくなるおそれがある。また、金属粒子31が大き過ぎて表面絶縁層33が剥離し易くなるおそれがある。
また、金属粒子31の平均粒径が前記範囲内であれば、金属粒子31の最大粒径は200μm以下であるのが好ましく、150μm以下であるのがより好ましい。金属粒子31の最大粒径を前記範囲内に設定することにより、貫通電気配線143の精細度を高めつつ、金属粒子31と表面絶縁層33との間が剥離し難くなるので絶縁領域125の絶縁性を十分に確保することができる。
なお、金属粒子31の最大粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により取得された粒度分布において、質量基準で小径側からの累積量が99.9%になるときの粒径として求められる。
また、絶縁層付き金属粒子35の製造に用いる第1ガラス粉末の量は、形成しようとする絶縁層付き金属粒子35における金属粒子31の粒径と表面絶縁層33の厚さとの関係に基づいて適宜設定される。
また、金属粒子31は、いかなる方法で製造されたものであってもよい。その製造方法としては、例えば、アトマイズ法(例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等)、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法が挙げられる。
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは1℃以上20℃以下程度とされる。
なお、このようにして得られた金属粒子31に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
また、製造した絶縁層付き金属粒子35を、必要に応じて造粒してもよい。造粒の方法としては、例えば、噴霧乾燥法(スプレードライ法)、転動造粒法、流動造粒法、転動流動造粒法、撹拌混合造粒法、押出造粒法、破砕造粒法、圧縮造粒法等が挙げられる。
なお、第2ガラス粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により取得された粒度分布において、質量基準で小径側からの累積量が50%になるときの粒径として求められる。
なお、粉体4における絶縁層付き金属粒子35の体積と第2ガラス粉末の体積との合計を100としたとき、粉体4に混合される第2ガラス粉末の体積が0である場合は、後述する第2実施形態に相当する。
次いで、用意した粉体4を加圧しつつ成形する。このような成形は、例えば、図6に示すようなプレス成形機5を用いて行われる。
図6に示すプレス成形機5は、キャビティー51を備える成形型50を有している。この成形型50は、上下に貫通した貫通孔521を備えたダイ52と、ダイ52の下方に設けられ、貫通孔521の下面を塞ぎ得るように構成された下パンチ53と、貫通孔521の下パンチ53とは反対側に設けられ、貫通孔521の上面を塞ぎ得るように構成された上パンチ54と、を有している。これらのダイ52、下パンチ53および上パンチ54で囲まれた空間が、キャビティー51となる。
次いで、上パンチ54を下して、キャビティー51内の粉体4を加圧しつつ成形する。これにより、粉体4が板状に成形され、図7(c)に示す圧粉成形層41が得られる。
また、得られる圧粉成形層41の厚さも、特に限定されないが、0.1mm以上30mm以下程度であるのが好ましく、0.3mm以上15mm以下程度であるのがより好ましい。
また、第1ガラス材料の軟化点が第2ガラス材料の軟化点よりも高い場合には、加熱温度を第1ガラス材料の軟化点以上に設定してもよく、軟化点未満に設定するようにしてもよい。第1ガラス材料の軟化点以上にした場合、金属粒子31同士の結合効率が高まるので、より短時間で貫通電気配線143、153を形成することができ、かつ導電性も高くなる。一方、加熱温度を第1ガラス材料の軟化点未満にした場合、絶縁領域125では、表面絶縁層33が金属粒子31の表面に固着した状態を維持することができる。このため、本工程で加熱したとしても、絶縁領域125における絶縁性を確保することができる。
なお、金属粒子31の焼結温度とは、金属粒子31の構成材料の融点より10%低い温度とする。
なお、圧粉成形層41の形状は、前述した板状に限定されず、ブロック状、球状等、あらゆる形状をとり得る。
[2−1]
次に、得られた圧粉成形層41のうち、貫通電気配線153を形成すべき領域421にエネルギー線Eを照射する(図7(d)参照)。これにより、圧粉成形層41の領域421にある金属粒子31同士が結合し、粒子結合体32が形成される。その結果、領域421の導電性が付与され、図7(e)に示す貫通電気配線153が形成される。
エネルギー線Eとしては、例えば、ランプ光、レーザー、放射光、電子線、イオン線等が挙げられ、特にレーザーが好ましく用いられる。レーザーは、指向性が高いので、マスク等を用いることなく、所望の領域に対して選択的にエネルギーを付与することができる。このため、ベース120の製造効率をより高めることができる。レーザー以外のエネルギー線であって、指向性が低いものを用いる場合には、マスクを用いて照射するようにすればよい。
また、エネルギー線Eがレーザーであるとき、レーザーの種類としては、例えばエキシマーレーザー、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、YVO4レーザー等が用いられる。
[2−2]
まず、図8(g)に示すように、圧粉成形層41の上面にマスク61を配置する。マスク61は、後述する工程において接続電極141、151を形成する領域に対応する窓部を有するステンシルマスクである。
このような導電ペースト62は、導電性材料の粉末と有機バインダーとこれらを溶解または分散させる分散媒とを含む液状組成物である。導電ペースト62は、後述する焼成工程により、分散媒が揮発するとともに有機バインダーが除去され、導電膜を形成する。
その後、導電ペースト62の膜を形成した圧粉成形層41を焼成する。これにより、導電ペースト62中の有機バインダーおよび分散媒が除去されるとともに、導電ペースト62中の導電材料が焼結し、図9(i)に示すように、接続電極141、151および外部実装電極142、152が形成される。
なお、この焼成は、第1ガラス材料の軟化点および第2ガラス材料の軟化点の双方を下回る温度で行う。したがって、導電ペースト62には、焼結温度がこれらのガラス材料の軟化点よりも低いものが選択される。
次に、接続電極141、151上に導電性接着剤161、162を載置する。続いて、図9(j)に示すように、導電性接着剤161、162上に振動片190を載置する。
次に、ベース120上に図示しないメタライズ層を形成する。同様に、リッド130の側壁134の下端面にも図示しないメタライズ層を形成する。なお、これらのメタライズ層は、本工程よりも前に形成されていてもよい。また、メタライズ層は、必要に応じて設けるようにすればよく、リッド130の構成材料が金属材料の場合、省略することもできる。
このようにして製造された振動子1は、前述したように、導電性の高い貫通電気配線143、153を備えているため、優れた周波数特性と低消費電力とを両立したものとなる。
次に、本発明の電気配線層の第2実施形態について説明する。
図10は、本発明の電気配線層の第2実施形態を適用したベースの部分拡大図である。
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
すなわち、図10に示す貫通電気配線143は、金属粒子31同士が結合してなる粒子結合体32と、粒子結合体32の表面を覆うように設けられた表面絶縁層33と、を備えている。
したがって、貫通電気配線143では、金属粒子31同士の結合により、これらが固定され、貫通電気配線143の機械的強度が確保されている。
よって、本実施形態に係るベース120の製造においては、第1ガラス材料が溶融する温度で圧粉成形層を加熱するのが好ましい。これにより、ベース120の機械的強度を確保することができる。
また、表面絶縁層33は、第1実施形態と同様、ガラス材料を主材料としているので、厚さ方向における十分な気密性を有している。
この他、本実施形態に係るベース120は、第1実施形態に係るベース120と同様の作用、効果を奏する。
次に、本発明の電気配線層の第3実施形態について説明する。
図11、12は、それぞれ本発明の電気配線層の第3実施形態を示す斜視図である。
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1、第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図11に示す貫通電気配線143、153、163は、それぞれベース120の長手方向に沿って直線状に延伸しているとともに、長手方向と直交する方向に沿って並列している。このような貫通電気配線143、153、163は、それぞれ長手方向に離間した2点間を電気的に接続することができる。
なお、このようなベース120を他の絶縁性基板上に載置し、電気配線基板として使用することもできる。
図示の都合上、図12では、貫通電気配線143のみ、貫通部1431と非貫通部1432とを備えているように図示されている。これらの貫通部1431および非貫通部1432は、圧粉成形層41に対してエネルギー線Eを照射する際、その照射エネルギーを部位ごとに異ならせることによってそれぞれを形成することができる。
このような本実施形態においても、第1、第2実施形態と同様の作用、効果が得られる。
次に、本発明の電気配線基板の実施形態について説明する。
図13、14は、それぞれ本発明の電気配線基板の実施形態を示す斜視図である。
図13に示す電気配線基板10は、絶縁性基板7と、その一方の面に設けられた電気配線層11と、を備えている。電気配線基板10は、本発明の電気配線基板の実施形態に相当し、電気配線層11は、本発明の電気配線層の実施形態に相当する。
電気配線層11は、長尺状の形状を有している。そして、電気配線層11には、電気配線121、122、123と、電気配線121、122、123の間を埋める絶縁領域125と、を備えている。このうち、電気配線層11は、前述した実施形態に係るベース120と同じ構成を有しており、電気配線121、122、123は、前述した実施形態に係る貫通電気配線143、153、163と同じ構成を有している。
また、電気配線基板10では、絶縁性基板7と電気配線層11とが融着している。これにより、電気配線基板10は、優れた機械的強度を有するものとなる。
また、ガラス材料としては、前述したものが用いられる。
また、電気配線基板10は、絶縁性基板7によって電気配線層11を支持している。このため、電気配線層11の厚さを薄くしても、電気配線基板10全体の機械的強度を確保することができる。
また、得られた電気配線基板10を複数枚積層することにより、積層型の電気配線基板を得ることもできる。
また、図14に示す電気配線基板10は、電気配線121、122、123が電気配線層11の厚さ方向を貫通するとともに、絶縁性基板7に貫通電気配線71が形成されていること以外、図13に示す電気配線基板10と同様である。
貫通電気配線71は、絶縁性基板7に埋め込まれた導電性材料で構成される。この導電性材料は、例えば、前述した金属粒子31の構成材料と同じものから適宜選択される。
そして、図14に示すような電気配線基板10を用いることにより、層間の電気的接続が可能になり、積層型の電気配線基板の製造に際して好適である。
次に、本発明の電気配線基板の製造方法の実施形態について説明する。
図15は、本発明の電気配線基板の製造方法の実施形態を示す断面図である。
本実施形態に係る電気配線基板の製造方法は、プレス成形機のキャビティー内に絶縁性基板を配置するようにした以外は、第1実施形態と同様である。
本実施形態では、まず、図15(a)に示すように、キャビティー51内に絶縁性基板7を配置する。これにより、図15(b)に示すように、絶縁性基板7に付着した圧粉成形層41が得られる。
その後、前述した実施形態と同様、圧粉成形層41にエネルギー線が照射されることにより、電気配線121、122、123が形成される。
次いで、本発明の電気配線層を備える電子機器(本発明の電子機器)について、図16〜18に基づき、詳細に説明する。
図16は、本発明の電気配線層を備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、電気回路が形成されたベース120(電気配線層)が内蔵されている。
次に、本発明の電気配線層を備える移動体(本発明の移動体)について説明する。
図19は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には、電気回路が形成されたベース120(電気配線層)が搭載されている。ベース120は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
また、本発明においては、上述した実施形態に任意の構成物が付加されていてもよく、各実施形態が適宜組み合わされていてもよい。
1.サンプルの製造
(サンプル1)
[1]まず、水アトマイズ法により製造されたFe−3.5Si−4.5Cr系合金の金属粉末(金属粒子)を用意した。この金属粉末は、Crを4.5質量%、Siを3.5質量%の割合でそれぞれ含むFe基合金粉末である。なお、この金属粉末の平均粒径は10μmであった。
次に、これら金属粉末と第1ガラス粉末を摩擦混合機に投入し、機械的な圧縮摩擦作用を生じさせた。これにより、第1ガラス材料を金属粒子の表面に固着させ、絶縁層付き金属粒子を得た。
計算により求めた表面絶縁層の平均厚さは60nmであった。
次に、得られた絶縁層付き金属粒子と、第1ガラス粉末と同じ第2ガラス粉末とを混合し、混合粉体を得た。混合粉体における絶縁層付き金属粒子の体積と第2ガラス粉末の体積との合計を100としたとき、第2ガラス粉末の体積が50となるように混合した。
次いで、得られた圧粉成形層を加熱した。これにより、第2ガラス材料を溶融させ、圧粉成形層を固化させた。このときの加熱温度は400℃、加熱雰囲気は窒素ガス雰囲気であった。
なお、レーザーの照射領域は、直径200μmの円形とし、金属粒子同士の結合が圧粉成形層を貫通するまで進行するように照射した。
また、レーザー発振源としてYAGレーザーを用い、発振させたレーザーの波長は1064nmとした。
以上のようにして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル6)
第2ガラス粉末の混合を省略した以外は、サンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル7〜10)
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
金属粉末の材質をCuに変更するとともに、第1ガラス材料および第2ガラス材料の材質をそれぞれBi2O3−B2O3−ZnO系ガラスに変更した以外は、サンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。なお、製造条件の詳細は、表1に示す通りである。
また、Bi2O3−B2O3−ZnO系ガラスの軟化点は405℃で、圧粉成形層の加熱温度は450℃であった。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、サンプル11と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル16)
第2ガラス粉末の混合を省略した以外は、サンプル11と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプル11と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル21〜26)
製造条件を表2に示すように変更した以外は、それぞれサンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
第2ガラス粉末とともにアルミナ粉末を添加するようにした以外は、サンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。なお、アルミナ粉末としては、平均粒径3μmのものを用い、混合粉体における絶縁層付き金属粒子の体積と第2ガラス粉末の体積とアルミナ粉末の体積との合計を100としたとき、アルミナ粉末の体積が5となるように混合した。
アルミナ粉末の添加を省略するとともに、その分、第2ガラス粉末を追加するようにした以外は、サンプル27と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル29)
第1ガラス粉末に代えて、ポリプロピレン粒子を投入し、絶縁層付き金属粒子を得た。絶縁層の平均厚さは200μm、ポリプロピレンの軟化点は150℃であった。
次に、この絶縁層付き金属粒子をサンプル1と同様にプレス成形機により成形した。
次に、得られた圧粉成形層のうち、貫通電気配線を形成すべき領域にレーザーを照射した。これにより、貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
なお、製造条件の詳細は、表2に示す通りである。
製造条件を表2に示すように変更した以外は、サンプル29と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル31)
第1ガラス粉末に代えて、ポリプロピレン粒子を投入し、絶縁層付き金属粒子を得た。絶縁層の平均厚さは350μm、ポリプロピレンの軟化点は150℃であった。
次に、この絶縁層付き金属粒子とポリプロピレン粒子との混合粉体をサンプル1と同様にプレス成形機により成形した。
次に、得られた圧粉成形層のうち、貫通電気配線を形成すべき領域にレーザーを照射した。これにより、貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
なお、製造条件の詳細は、表2に示す通りである。
製造条件を表2に示すように変更した以外は、サンプル31と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
(サンプル33)
表面絶縁層の形成を省略するようにした以外は、サンプル1と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
表面絶縁層の形成を省略するようにした以外は、サンプル11と同様にして貫通電気配線を備えるサンプルを得た。
以上、各サンプルの製造条件を表1、2に示す。なお、表1、2には、各サンプルのうち、本発明に相当するものを「実施例」、本発明に相当しないものを「比較例」または「参考例」としている。
2.1 導電性の評価
まず、各実施例および各比較例で得られたサンプルについて、貫通電気配線の抵抗値を四端子法により測定した。そして、以下の評価基準にしたがって導電性を評価した。なお、測定には、デジタルマルチメーターを用い、印加電流は1mAとした。
<導電性の評価基準>
A:抵抗値が非常に小さい(5mΩ未満)
B:抵抗値が小さい(5mΩ以上25mΩ未満)
C:抵抗値がやや小さい(25mΩ以上50mΩ未満)
D:抵抗値がやや大きい(50mΩ以上75mΩ未満)
E:抵抗値が大きい(75mΩ以上100mΩ未満)
F:抵抗値が非常に大きい(100mΩ以上)
次に、各実施例および各比較例で得られたサンプルについて、テスターにより絶縁領域の絶縁抵抗を測定した。そして、以下の評価基準にしたがって絶縁性を評価した。
<絶縁性の評価基準>
A:抵抗値が非常に大きい(1×1013Ω以上)
B:抵抗値が大きい(1×1012Ω以上1×1013Ω未満)
C:抵抗値がやや大きい(1×1011Ω以上1×1012Ω未満)
D:抵抗値がやや小さい(1×1010Ω以上1×1011Ω未満)
E:抵抗値が小さい(1×109Ω以上1×1010Ω未満)
F:抵抗値が非常に小さい(1×109Ω未満)
次に、各実施例および各比較例で得られたサンプルについて、リークディテクター(真空法)により気密性を測定した。そして、以下の評価基準にしたがって気密性を評価した。なお、リーク(漏れ)の検出にはヘリウムガスを用いた。
<気密性の評価基準>
A:リーク量が特に小さい(1×10−8Pa・m3/s未満)
B:リーク量が小さい(1×10−8Pa・m3/s以上1×10−7Pa・m3/s未満)
C:リーク量がやや小さい(1×10−7Pa・m3/s以上1×10−6Pa・m3/s未満)
D:リーク量がやや大きい(1×10−6Pa・m3/s以上1×10−5Pa・m3/s未満)
E:リーク量が大きい(1×10−5Pa・m3/s以上1×10−4Pa・m3/s未満)
F:リーク量が特に大きい(1×10−4Pa・m3/s以上)
次に、各実施例および各比較例で得られたサンプルについて、貫通電気配線にPb−Sn共晶はんだ(融点:186℃)を用いたはんだ付け作業を行った。そして、作業後のサンプルについて、2.3と同様にして気密性の評価を行った。
<耐熱性の評価基準>
A:耐熱性が特に高い(1×10−8Pa・m3/s未満)
B:耐熱性が高い(1×10−8Pa・m3/s以上1×10−7Pa・m3/s未満)
C:耐熱性がやや高い(1×10−7Pa・m3/s以上1×10−6Pa・m3/s未満)
D:耐熱性がやや低い(1×10−6Pa・m3/s以上1×10−5Pa・m3/s未満)
E:耐熱性が低い(1×10−5Pa・m3/s以上1×10−4Pa・m3/s未満)
F:耐熱性が特に低い(1×10−4Pa・m3/s以上)
次に、各実施例および各比較例で得られたサンプルについて、JIS C 5016に規定された試験方法に準拠して耐折強さを測定した。そして、サンプル29の耐折強さを1とし、各サンプルの耐折強さの相対値を求め、以下の評価基準にしたがって評価した。
<機械的強度の評価基準>
A:耐折強さの相対値が5以上
B:耐折強さの相対値が4以上5未満
C:耐折強さの相対値が3以上4未満
D:耐折強さの相対値が2以上3未満
E:耐折強さの相対値が1超2未満
F:耐折強さの相対値が1以下
以上の評価結果を表3、4に示す。
Claims (15)
- 電気配線を含む電気配線層を製造する方法であって、
導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む粉体を加圧し、圧粉成形層を得る工程と、
前記圧粉成形層に対してエネルギー線を照射し、照射領域に前記電気配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする電気配線層の製造方法。 - 前記絶縁層付き金属粒子は、前記金属粒子の表面に前記ガラス材料を固着させることにより製造されたものである請求項1に記載の電気配線層の製造方法。
- 前記圧粉成形層は、前記絶縁層付き金属粒子と、ガラス粒子とを含む粉体を加圧して得られたものである請求項1または2に記載の電気配線層の製造方法。
- 前記ガラス材料および前記ガラス粒子の構成材料は、互いに同じ材料である請求項3に記載の電気配線層の製造方法。
- 前記圧粉成形層における前記絶縁層付き金属粒子の体積と前記ガラス粒子の体積との合計を100としたとき、前記ガラス粒子の体積は65以下である請求項3または4に記載の電気配線層の製造方法。
- 前記圧粉成形層を加熱する工程を有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電気配線層の製造方法。
- 前記金属粒子は、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものである請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電気配線層の製造方法。
- 導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む圧粉成形層であって、
一部にエネルギー線が照射されることにより、照射領域に導電性が発現し、電気配線を形成し得る部材であることを特徴とする電気配線層形成用部材。 - 導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に固着しているガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む絶縁領域と、
導電性を有する金属粒子同士が結合している粒子結合体を含む電気配線と、
を有し、
前記絶縁領域と前記電気配線とが一体に形成されていることを特徴とする電気配線層。 - 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた電気配線を含む電気配線層と、を有する電気配線基板を製造する方法であって、
前記基板上において、導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む粉体を加圧し、圧粉成形層を得る工程と、
前記圧粉成形層に対してエネルギー線を照射し、照射領域に前記電気配線を形成し、前記電気配線層を得る工程と、
を有することを特徴とする電気配線基板の製造方法。 - 基板と、
前記基板の一方の面側に設けられ、導電性を有する金属粒子と、前記金属粒子の表面に位置しガラス材料を主材料とする表面絶縁層と、で構成された絶縁層付き金属粒子を含む圧粉成形層と、
を有し、
前記圧粉成形層の一部にエネルギー線が照射されることにより、照射領域に導電性が発現し、電気配線を形成し得る部材であることを特徴とする電気配線基板形成用部材。 - 基板と、
前記基板の一方の面側に設けられ、導電性を有する金属粒子と前記金属粒子の表面に固着しているガラス材料を主材料とする表面絶縁層とで構成された絶縁層付き金属粒子を含む絶縁領域と、導電性を有する金属粒子同士が結合している粒子結合体を含む電気配線と、を含む電気配線層と、
を有し、
前記電気配線層において前記絶縁領域と前記電気配線とが一体に形成されていることを特徴とする電気配線基板。 - 請求項9に記載の電気配線層または請求項12に記載の電気配線基板と、前記電気配線層または前記電気配線基板に接合された蓋部材と、を備えるパッケージと、
前記パッケージ内に収納された振動片と、
を有することを特徴とする振動子。 - 請求項9に記載の電気配線層または請求項12に記載の電気配線基板を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項9に記載の電気配線層または請求項12に記載の電気配線基板を備えることを特徴とする移動体。
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