JP6413494B2 - 導電性インクの焼成方法及びプリント配線板用基板の製造方法 - Google Patents

導電性インクの焼成方法及びプリント配線板用基板の製造方法 Download PDF

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本発明は、導電性インクの焼成方法、プリント配線板用基板の製造方法及び通気性スペーサシートに関する。
近年、絶縁性を有するベースフィルムと、このベースフィルムの一方の面に積層される導電層とを有するプリント配線板用基板が普及している。このプリント配線板用基板は、例えばベースフィルムの一方の面に金属粒子及び溶媒を含む導電性インクを塗布した上、この導電性インクを焼成して溶媒を揮発及び除去し、上記金属粒子を上記ベースフィルムの一方の面に固着させることで製造される(特開2010−272837号公報参照)。
また、上記導電性インクの焼成は、例えば焼成炉等の焼成装置を用いて行われる。このような焼成装置を用いて上記導電性インクを焼成する方法としては、(1)ベースフィルム及びこのベースフィルムの一方の面に積層される導電性インク層を有するシート状の積層体を長手方向に順次焼成装置に供給していき、焼成装置内を通過させながら焼成する方法や、(2)上記積層体をロール状に巻き取った上、このロール状の積層体を焼成装置内で焼成する方法等が考えられる。
中でも、上記焼成装置を用いて上記導電性インクを焼成する方法としては、焼成装置の小規模化や生産効率の向上等の観点からは、上記積層体をロール状に巻き取った上で焼成装置内で焼成する方法が有利である。
しかしながら、このようにロール状に巻き取った積層体に対して焼成を行うと、導電性インク層及びこの導電性インク層に重ねられるベースフィルムの密着に起因して、溶媒の揮発及び除去を十分に行うことができないおそれがある。さらに、溶媒の揮発及び除去が十分に行われない結果、金属粒子をベースフィルム表面に的確に固着できないという不都合を生じるおそれがある。
特開2010−272837号公報
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる導電性インクの焼成方法及びプリント配線板用基板の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる通気性スペーサシートを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る導電性インクの焼成方法は、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、巻き取られた上記積層体を焼成する工程とを備える。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様に係るプリント配線板用基板の製造方法は、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、巻き取られた上記積層体を焼成し、上記ベースフィルムの一方の面に第1導電層を形成する工程と、上記第1導電層形成後に上記通気性スペーサシートを剥離する工程とを備える。
上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様に係る通気性スペーサシートは、絶縁性を有するベースフィルムと、このベースフィルムの一方の面に積層され、金属粒子及び溶媒を含む導電性インク層とを有する積層体に重畳され、この導電性インク層の焼成に用いられる。
本発明の導電性インクの焼成方法、プリント配線板用基板の製造方法及び通気性スペーサシートは、導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。
本発明の一実施形態に係る導電性インクの焼成方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電性インクの焼成方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電性インクの焼成方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電性インクの焼成方法に用いられる巻取り装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板用基板の製造方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板用基板の製造方法によって製造されるプリント配線板用基板を用いたプリント配線板の製造方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板用基板の製造方法によって製造されるプリント配線板用基板を用いたプリント配線板の製造方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板用基板の製造方法によって製造されるプリント配線板用基板を用いたプリント配線板の製造方法を説明する模式的部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板用基板の製造方法によって製造されるプリント配線板用基板を用いたプリント配線板の製造方法を説明する模式的部分断面図である。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る導電性インクの焼成方法は、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、巻き取られた上記積層体を焼成する工程とを備える。
当該導電性インクの焼成方法は、ベースフィルム及び導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取り、このように巻き取られた上記積層体に対して焼成を行う。つまり、当該導電性インクの焼成方法は、上記導電性インク層の一方の面と上記ベースフィルムの他方の面との間に上記通気性スペーサシートを介在させた状態で上記積層体に対して焼成を行うものである。それゆえ、当該導電性インクの焼成方法は、巻き取られた上記積層体の上記導電性インク層の一方の面と上記ベースフィルムの他方の面との密着を上記通気性スペーサシートによって防止することができるため、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。その結果、導電層とベースフィルムとの固着力に優れる基板が得られる。
上記通気性スペーサシートが、上記導電性インク層と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有するとよい。このように、上記通気性スペーサシートが、上記導電性インク層と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有することによって、上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層との接触面側に複数の通気経路を形成することができ、上記導電性インクに含まれる溶媒の揮発及び除去をさらに効率的に行うことができる。
上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層と接する側の面の算術平均粗さRaとしては、0.5μm以上100μm以下が好ましい。このように、上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層と接する側の面の算術平均粗さRaが上記範囲であることによって、上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層との接触面側に複数の通気経路を効果的に形成することができ、上記導電性インクに含まれる溶媒の揮発及び除去をさらに効率的に行うことができる。なお、「算術平均粗さRa」とは、JIS−B−0601:2001に準じてカットオフ値(λc)2.5mm、評価長さ(l)12.5mmで測定される値を意味する。
上記通気性スペーサシートの気孔率としては、30%以上99%以下が好ましい。このように、上記通気性スペーサシートの気孔率が上記範囲であることによって、上記導電性インク層に含まれる溶媒を除去するための通気経路を十分に確保することができる。なお、「気孔率」とは、上記通気性スペーサシートの見かけの体積(V)に対する気孔体積(V)の割合いい、下記式によって測定される。
気孔率(%)=(V/V)×100
式中、上記見かけの体積(V)は、上記通気性スペーサシートの平面面積と平均厚みとの積によって算出される。上記平均厚みは、ダイヤルゲージによって測定される任意の10点の厚みの平均値によって求めることができる。また、上記気孔体積(V)は、上記通気性スペーサシートの乾燥重量を真比重で除することによって算出される体積を、上記見かけの体積(V)から差し引くことによって算出することができる。
上記通気性スペーサシートがポリイミドを主成分とするエンボスシートであるとよい。このように、上記通気性スペーサシートがポリイミドを主成分とするエンボスシートであることによって、上記通気性スペーサシートの耐熱性を十分に確保しつつ、上記導電性インク層や上記ベースフィルムの接触面への傷付きを防止することができる。また、上記通気性スペーサシートがエンボスシートとして構成されることによって、エンボス面において複数の通気経路を形成することができ、これらの通気経路を介して上記導電性インクに含まれる溶媒を的確に除去することができる。なお、本明細書で「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が50質量%以上の成分をいう。
上記通気性スペーサシートが、アラミド繊維を主成分とする織物であるとよい。このように、上記通気性スペーサシートがアラミド繊維を主成分とする織物であることによって、上記通気性スペーサシートの耐熱性を十分に確保することができる。また、上記通気性スペーサシートが織物として構成されることによって、繊維間に複数の通気経路を形成することができ、これらの通気経路を介して上記導電性インクに含まれる溶媒を的確に除去することができる。
上記焼成は、酸素濃度1ppm以上10,000ppm以下の雰囲気下で行われることが好ましく、上記焼成を行う加熱温度としては、150℃以上500℃以下が好ましい。このように、上記焼成を上記範囲の酸素濃度の雰囲気下、かつ上記範囲の加熱温度で行うことによって、上記導電性インク層と上記ベースフィルムとの界面近傍に上記金属粒子の金属酸化物又はこの金属酸化物に由来する基(以下、「金属酸化物等」ということがある。)を多量に生成することができ、上記導電性インク層を焼成して得られる導電層及び上記ベースフィルムの密着性をさらに向上することができる。
本発明の他の一態様に係るプリント配線板用基板の製造方法は、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、巻き取られた上記積層体を焼成し、上記ベースフィルムの一方の面に第1導電層を形成する工程と、上記第1導電層形成後に上記通気性スペーサシートを剥離する工程とを備える。
当該プリント配線板用基板の製造方法は、ベースフィルム及び導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取り、このように巻き取られた上記積層体に対して焼成を行う当該導電性インクの焼成方法を含むので、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。その結果、第1導電層とベースフィルムとの固着力に優れるプリント配線板用基板が得られる。
さらに、本発明の他の一態様に係る通気性スペーサシートは、絶縁性を有するベースフィルムと、このベースフィルムの一方の面に積層され、金属粒子及び溶媒を含む導電性インク層とを有する積層体に重畳され、この導電性インク層の焼成に用いられる。
当該通気性スペーサシートは、上記導電性インク層の一方の面と上記ベースフィルムの他方の面との間に重畳して用いられることによって、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態に係る導電性インクの焼成方法、プリント配線板用基板の製造方法及び通気性スペーサシートを図面を参照しつつ説明する。
[導電性インクの焼成方法]
当該導電性インクの焼成方法は、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程(導電性インク層積層工程)と、上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程(巻取り工程)と、巻き取られた上記積層体を焼成する工程(焼成工程)とを備える。
<導電性インク層積層工程>
上記導電性インク層積層工程は、図1Aに示すように、ベースフィルム1の一方の面に、金属粒子及び溶媒を含む導電性インクを塗布し、乾燥させることで行われる。
(ベースフィルム)
上記導電性インク積層工程で用いられるベースフィルム1は絶縁性を有する。ベースフィルム1の主成分としては、例えばポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の可撓性を有する樹脂、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、テフロン(登録商標)、ガラス基材等のリジッド材、硬質材料と軟質材料とを複合したリジッドフレキシブル材等を挙げられる。中でも、金属酸化物等との結合力が大きいことから、ポリイミドが好ましい。
ベースフィルム1の厚みは、ベースフィルム1を用いて製造されるプリント配線板によって設定されるものであり特に限定されないが、例えばベースフィルム1の平均厚みの下限としては、5μmが好ましく、12μmがより好ましい。一方、ベースフィルム1の平均厚みの上限としては、2mmが好ましく、1.6mmがより好ましい。ベースフィルム1の平均厚みが上記下限未満の場合、ベースフィルム1の強度が不十分となるおそれがある。逆に、ベースフィルム1の平均厚みが上記上限を超える場合、プリント配線板の薄板化が困難になるおそれがある。
ベースフィルム1は、導電性インクを塗布する側の表面に親水化処理を施されるのが好ましい。上記親水化処理としては、例えばプラズマを照射して表面を親水化するプラズマ処理や、アルカリ溶液で表面を親水化するアルカリ処理が挙げられる。ベースフィルム1の表面にこのような親水化処理が施されることによって、導電性インクのベースフィルム1に対する表面張力を小さくすることができるので、導電性インクをベースフィルム1に均一に塗布し易くなる。
(導電性インク)
上記導電性インクは、金属粒子及び溶媒を含んでいる。上記導電性インクに含まれる金属粒子を構成する金属としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)等が挙げられる。中でも、導電性及びベースフィルム1との密着性に優れる銅が好ましい。
上記導電性インクに含まれる金属粒子の平均粒子径の下限としては、1nmが好ましく、30nmがより好ましい。一方、上記導電性インクに含まれる金属粒子の平均粒子径の上限としては、500nmが好ましく、100nmがより好ましい。上記金属粒子の平均粒子径が上記下限未満の場合、導電性インク中での金属粒子の分散性及び安定性が低下するおそれがある。逆に、上記金属粒子の平均粒子径が上記上限を超える場合、金属粒子が沈殿し易くなるおそれがあると共に、導電性インクを塗布した際に金属粒子の密度が均一になり難くなる。なお、「平均粒子径」とは、分散液中の粒度分布の中心径D50で表されるものを意味する。平均粒子径は、粒子径分布測定装置(例えば、日機装株式会社のマイクロトラック粒度分布計「UPA−150EX」)で測定することができる。
上記金属粒子の製造方法としては、例えば高温処理法、液相還元法、気相法等が挙げられる。また、例えば上記液相還元法としては、水に金属粒子を形成する金属イオンのもとになる水溶性の金属化合物と分散剤とを溶解すると共に、還元剤を加えて一定時間金属イオンを還元反応させる方法が挙げられる。
上記溶媒としては、水又は有機溶媒が挙げられる。中でも、上記溶媒としては、水のみ又は水と有機溶媒との併用が好ましい。
上記水の含有割合としては、金属粒子100質量部当たり20質量部以上1900質量部以下が好ましい。上記水の含有割合が上記下限未満の場合、上記金属粒子の分散性が十分に得られないおそれがある。逆に上記水の含有割合が上記上限を超える場合、導電性インク中の金属粒子の割合が少なくなり、ベースフィルム1の一方の面に金属粒子を的確に塗布できないおそれがあると共に、導電性インク中の水の割合が多くなり、導電性インクの乾燥効率が低下するおそれがある。
上記有機溶媒としては、特に限定されるものではなく、水溶性である種々の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、エチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールやその他のエステル類、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類等が挙げられる。
水溶性の有機溶媒の含有割合としては、金属粒子100質量部当たり30質量部以上900質量部以下が好ましい。上記水溶性の有機溶媒の含有割合が上記下限未満の場合、粘度調整及び蒸気圧調整の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記水溶性の有機溶媒の含有割合が上記上限を超える場合、導電性インク中で金属粒子の凝集が生じるおそれがある。
(導電性インクの調製)
上記導電性インクは、上記金属粒子及び上記溶媒に加え、金属粒子を良好に分散させるための分散剤を含んでいる。上記分散剤の分子量としては、2,000以上100,000以下が好ましい。上記分散剤の分子量が上記範囲であることによって、金属粒子を溶媒中で良好に分散させることができ、導電層の膜質を緻密でかつ欠陥のないものにすることができる。上記分散剤の分子量が上記下限未満の場合、金属粒子の凝集を防止して分散を維持する効果が十分に得られないおそれがあり、その結果、ベースフィルム1に積層される導電層を緻密で欠陥の少ないものにできないおそれがある。逆に、上記分散剤の分子量が上記上限を超える場合、分散剤の嵩が大きすぎ、導電性インクの塗布後に行う焼成工程において、金属粒子同士の焼結を阻害してボイドを生じさせるおそれがある。また、分散剤の嵩が大きすぎると、導電層の膜質の緻密さが低下したり、分散剤の分解残渣が導電性を低下させるおそれがある。
上記分散剤は、部品の劣化防止の観点より、硫黄、リン、ホウ素、ハロゲン及びアルカリを含まないものが好ましい。好ましい分散剤としては、分子量が上記範囲にあるもので、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン等のアミン系の高分子分散剤、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等の分子中にカルボン酸基を有する炭化水素系の高分子分散剤、ポバール(ポリビニルアルコール)、スチレン−マレイン酸共重合体、オレフィン−マレイン酸共重合体、あるいは1分子中にポリエチレンイミン部分とポリエチレンオキサイド部分とを有する共重合体等の極性基を有する高分子分散剤等を挙げることができる。
上記分散剤の含有割合としては、金属粒子100質量部当たり1質量部以上60質量部以下が好ましい。分散剤が金属粒子を取り囲むことで凝集を防止して金属粒子を良好に分散させるが、上記分散剤の含有割合が上記下限未満の場合、この凝集防止効果が不十分となるおそれがある。一方、上記分散剤の含有割合が上記上限を超える場合、導電性インクの塗布後の焼成工程において、過剰の分散剤が金属粒子の焼結を含む焼成を阻害してボイドが発生するおそれがある。
(導電性インクの塗布及び乾燥)
上記導電性インクをベースフィルム1の一方の面に塗布する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート法等の従来公知の塗布法を用いることができる。またスクリーン印刷、ディスペンサ等によりベースフィルム1の一方の面の一部のみに導電性インクを塗布するようにしてもよい。
また、ベースフィルム1の一方の面に塗布された上記導電性インクを乾燥する方法としては、例えば自然乾燥や、加熱炉等の加熱装置による乾燥、通風、減圧等による乾燥が挙げられる。また、上記加熱装置を用いた乾燥方法としては、例えば上記導電性インクをベースフィルム1の一方の面に塗布した上、後述する巻取りロール7に誘導する途中に加熱装置を設け、この加熱装置中に走行させる方法が挙げられる。中でも、上記導電性インクを乾燥する方法としては、コスト抑制や乾燥によるベースフィルム1や導電層の劣化防止等の点から自然乾燥が好ましい。
上記自然乾燥によって上記導電性インクを乾燥する場合の乾燥温度の下限としては、20℃が好ましく、25℃がより好ましい。一方、上記自然乾燥によって上記導電性インクを乾燥する場合の乾燥温度の上限としては、40℃が好ましく、35℃がより好ましい。上記乾燥温度が上記下限未満の場合、乾燥にかかる時間が長くなり生産効率が低下するおそれがある。逆に、上記乾燥温度が上記上限を超える場合、温度調整が必要となりコストが嵩むおそれがある。
上記乾燥後における導電性インク層2に含まれる溶媒の残存割合の下限としては、5質量%が好ましく、7質量%がより好ましい。一方、上記乾燥後における導電性インク層2に含まれる溶媒の残存割合の上限としては、20質量%が好ましく、16質量%がより好ましい。導電性インク層2に含まれる溶媒の残存割合が上記下限未満の場合、乾燥にかかる時間が長くなり生産効率が低下するおそれがある。逆に、導電性インク層2に含まれる溶媒の残存割合が上記上限を超える場合、ベースフィルム1の一方の面に導電性インク層2が積層された積層体3を後述する巻取りロール7に巻き取る際のハンドリング性が低下するおそれがある。
<巻取り工程>
上記巻取り工程は、ベースフィルム1及び導電性インク層2を有する積層体3の片面に通気性スペーサシート4を重畳しつつ巻き取ることで行われる。上記巻取り工程は、図2の巻取り装置5を用いて行われる。
(巻取り装置)
巻き取り装置5は、通気性スペーサシート供給ロール6と巻取りロール7とを主に有する。通気性スペーサシート供給ロール6は、通気性スペーサシート4を巻き取りロール7側に供給する。また、巻取りロール7は、上記導電性インク積層工程によって積層された積層体3の導電性インク層2の一方の面に通気性スペーサシート4を重畳しつつロール状に巻き取る。積層体3は、図1Bに示すように、巻取りロール7によって巻き取られることで、導電性インク層2の一方の面とベースフィルム1の他方の面との間に通気性スペーサシート4が介在された状態でロール状に保持される。なお、通気性スペーサシート4は、必ずしも導電性インク層2の一方の面の全面に重畳される必要はないが、導電性インク層2の一方の面の全面に重畳される方が好ましい。通気性スペーサシート4は、導電性インク層2の一方の面の全面に重畳されることによって、重畳されるベースフィルム1及び導電性インク層2の表面の傷付きを防止することができると共に、焼成の均一化を図ることができる。
(通気性スペーサシート)
通気性スペーサシート4は、ベースフィルム1と、ベースフィルム1の一方の面に積層され、金属粒子及び溶媒を含む導電性インク層2とを有する積層体3に重畳され、導電性インク層2の焼成に用いられる。通気性スペーサシート4は、通気性を有する長尺状のシート体として構成されている。通気性スペーサシート4は、導電性インク層2と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有する。通気性スペーサシート4は、このような微細凹凸形状を有することにより、導電性インク層2に重畳される面側において一定の通気性を有する。通気性スペーサシート4としては、例えばステンレス(SUS)、ニッケル(Ni)等の金属や、ポリアラミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルロース樹脂等の合成樹脂や、ガラス等を主成分とするエンボスシートが挙げられる。また、通気性スペーサシート4としては、例えばステンレス(SUS)、ニッケル(Ni)等の金属繊維や、アラミド繊維、ポリイミド繊維、カーボン繊維、セルロース繊維等の合成樹脂繊維や、ガラス繊維等を主成分とする織物又は不織布も挙げられる。さらに、通気性スペーサシート4としては、金属等を主成分とするメッシュシートであってもよい。中でも、通気性スペーサシート4としては、ポリイミドを主成分とするエンボスシート又はアラミド繊維を主成分とする織物が好ましい。
通気性スペーサシート4は、ポリイミドを主成分とするエンボスシートとして構成されることによって、耐熱性を十分に確保しつつ、導電性インク層2やベースフィルム1の接触面への傷付きを防止することができる。また、通気性スペーサシート4がエンボスシートとして構成されることによって、エンボス面において複数の通気経路を形成することができ、これらの通気経路を介して導電性インクに含まれる溶媒を的確に除去することができる。さらに、通気性スペーサシート4がエンボスシートとして構成されることによって、エンボス面において溶媒を除去することができると共に、この溶媒がベースフィルム1側に通気されるのを防止することができ、この溶媒によってベースフィルム1の他方の面が汚染されるのを防止することができる。
一方、通気性スペーサシート4は、アラミド繊維を主成分とする織物として構成されることによっても、耐熱性を十分に確保することができる。また、通気性スペーサシート4が織物として構成されることによって、繊維間に複数の通気経路を形成することができ、これらの通気経路を介して導電性インクに含まれる揮発物質を的確に除去することができる。
通気性スペーサシート4の平均厚みの下限としては、100μmが好ましく、200μmがより好ましく、300μmがさらに好ましい。一方、通気性スペーサシート4の平均厚みの上限としては、2mmが好ましく、1mmがより好ましく、500μmがさらに好ましい。通気性スペーサシート4の平均厚みが上記下限未満の場合、通気性が十分に向上されず、導電性インク層2に含まれる溶媒を的確に除去できないおそれがある。逆に、通気性スペーサシート4の平均厚みが上記上限を超える場合、積層体3の巻取り量が少なくなって生産効率が低下するおそれがある。
通気性スペーサシート4の導電性インク層2と接する側の面の算術平均粗さRaの下限としては、0.5μmが好ましく、1μmがより好ましく、3μmがさらに好ましい。一方、通気性スペーサシート4の導電性インク層2と接する側の面の算術平均粗さRaの上限としては、100μmが好ましく、40μmがより好ましく、30μmがさらに好ましい。通気性スペーサシート4の導電性インク層2と接する側の面の算術平均粗さRaが上記下限未満の場合、通気性スペーサシート4の導電性インク層2との接触面側に通気経路を十分に形成できないおそれがある。逆に、通気性スペーサシート4の導電性インク層2と接する側の面の算術平均粗さRaが上記上限を超える場合、導電性インク層2の表面に傷付きやしわが生じるおそれが高くなる。
通気性スペーサシート4の気孔率の下限としては、30%が好ましく、40%がより好ましく、50%がさらに好ましい。一方、通気性スペーサシート4の気孔率の上限としては、99%が好ましく、95%がより好ましく、90%がさらに好ましい。通気性スペーサシート4の気孔率が上記下限未満の場合、導電性インク層2に含まれる溶媒を除去するための通気経路を十分に確保できないおそれがある。逆に、通気性スペーサシート4の気孔率が上記上限を超える場合、通気性スペーサシート4の表面の平滑性が低下し、通気性スペーサシート4に重畳されるベースフィルム1又は導電性インク層2の表面に傷付きやしわが生じるおそれが高くなる。
通気性スペーサシート4が織物又は不織布である場合における坪量の下限としては、80g/mが好ましく、150g/mがより好ましく、300g/mがさらに好ましい。一方、通気性スペーサシート4が織物又は不織布である場合における坪量の上限としては、1500g/mが好ましく、1000g/mがより好ましく、700g/mがさらに好ましい。上記坪量が上記下限未満の場合、繊維ほつれが生じやすくなり、焼成後に繊維片が脱落するおそれが高くなる。逆に、上記坪量が上記上限を超える場合、通気性が十分に向上されないおそれがある。なお、「坪量」は、JIS−P−8124:1998に準拠して測定される値である。
通気性スペーサシート4が織物又は不織布である場合における繊維の線密度の下限としては、1デニールが好ましく、3デニールがより好ましく、10デニールがさらに好ましい。一方、通気性スペーサシート4が織物又は不織布である場合における繊維の線密度の上限としては、500デニールが好ましく、400デニールがより好ましく、300デニールがさらに好ましい。上記線密度が上記下限未満の場合、繊維間の空間が少なくなり、通気性が十分に向上されないおそれがある。逆に、上記線密度が上記上限を超える場合、繊維同士の絡みが少なくなり、繊維ほつれが生じ易くなるおそれがある。
<焼成工程>
上記焼成工程は、上記巻取り工程で巻き取られた積層体3を焼成することで行われる。上記焼成工程は、例えば焼成炉等の焼成装置を用いて行われる。上記焼成工程により、上記導電性インクに含まれる溶媒を揮発及び除去することで、上記金属粒子を焼結状態又は焼結に至る前段階において相互に密着させ固体接合したような状態とすると共に、上記金属粒子をベースフィルム1に固着させ、図1Cに示すように、ベースフィルム1の一方の面に第1導電層8を形成することができる。
上記焼結工程は、一定量の酸素が含まれる雰囲気下で行うことが好ましい。このように、上記焼結工程を一定量の酸素が含まれる雰囲気下で行うことによって、第1導電層8のベースフィルム1との界面近傍において金属粒子を酸化させ、この金属粒子の金属に基づく金属水酸化物又はその金属水酸化物に由来する基の生成を抑えつつ、上記金属に基づく金属酸化物又はその金属酸化物に由来する基を生成することができる。具体的には、例えば上記金属粒子として銅を用い、かつ上記ベースフィルム1の材料としてポリイミドを用いた場合、第1導電層8のベースフィルム1との界面近傍に酸化銅及び水酸化銅が生成するが、酸化銅の方が多く生成する。この第1導電層8の界面近傍に生成した酸化銅は、ベースフィルム1を構成するポリイミドと強く結合するため、第1導電層8とベースフィルム1との間の密着力を大きくすることができる。なお、「界面近傍」とは、ベースフィルム1と第1導電層8との界面から厚み方向にそれぞれ所定範囲内の領域を意味し、この所定領域は、例えば第1導電層8の厚みの半分程度の距離とでき、好ましくは0.1μmである。
焼成時の雰囲気の酸素濃度の下限としては、1ppmが好ましく、10ppmがより好ましい。一方、焼成時の雰囲気の酸素濃度の上限としては、10,000ppmが好ましく、1,000ppmがより好ましい。上記酸素濃度が上記下限未満の場合、第1導電層8の界面近傍における上記金属粒子の金属に基づく金属酸化物又はその金属酸化物に由来する基の生成量が少なくなり、第1導電層8とベースフィルム1との密着力が十分に向上されないおそれがある。逆に、上記酸素濃度が上記上限を超える場合、上記金属粒子が過剰に酸化され、第1導電層8の導電性が低下するおそれがある。
上記焼成工程における焼成温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、上記焼成工程における焼成温度の上限としては、500℃が好ましく、400℃がより好ましい。上記焼成温度が上記下限未満の場合、第1導電層8の界面近傍における上記金属粒子の金属に基づく金属酸化物又はその金属酸化物に由来する基の生成量が少なくなり、第1導電層8とベースフィルム1との密着力が十分に向上されないおそれがある。逆に、上記焼成温度が上記上限を超える場合、ベースフィルム1がポリイミド等の有機樹脂の場合にベースフィルム1が変形するおそれがある。
ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属酸化物等の単位面積当たりの質量の下限としては、0.1μg/cmが好ましく、0.15μg/cmがより好ましい。一方、ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属酸化物等の単位面積当たりの質量の上限としては、10μg/cmが好ましく、5μg/cmがより好ましい。上記金属酸化物等の単位面積当たりの質量が上記下限未満の場合、金属酸化物による第1導電層8とベースフィルム1との結合力向上効果が低下するため、ベースフィルム1と第1導電層8との間の密着力が低下するおそれがある。逆に、上記金属酸化物等の単位面積当たりの質量が上記上限を超える場合、上記焼成の制御が難しくなるおそれがある。
ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属水酸化物等の単位面積当たりの質量の下限としては、1μg/cmが好ましく、1.5μg/cmがより好ましい。一方、ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属水酸化物等の単位面積当たりの質量の上限としては、100μg/cmが好ましく、50μg/cmがより好ましい。上記金属水酸化物等の単位面積当たりの質量が上記下限未満の場合、金属酸化物等を多量に生成するための上記焼成の制御が難しくなるおそれがある。逆に、上記金属水酸化物等の単位面積当たりの質量が上記上限を超える場合、相対的に金属酸化物等が減少するため、金属酸化物による第1導電層8とベースフィルム1との結合力向上効果が低下し、ベースフィルム1と第1導電層8との間の密着力が低下するおそれがある。
ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属酸化物等の金属水酸化物等に対する質量比の下限としては、0.1が好ましく、0.2がより好ましい。一方、ベースフィルム1及び第1導電層8の界面近傍における金属酸化物等の金属水酸化物等に対する質量比の上限としては、5が好ましく、3がより好ましい。上記質量比が上記下限未満の場合、上記界面近傍において金属酸化物等に対して金属水酸化物等の量が多くなり過ぎるため、ベースフィルム1と第1導電層8との間の密着力が低下するおそれがある。逆に、上記質量比が上記上限を超える場合、上記焼成の制御が難しくなるおそれがある。
上記焼成工程によって得られる第1導電層8の平均厚みの下限としては、0.05μmが好ましく、0.1μmがより好ましい。一方、上記焼成工程によって得られる第1導電層8の平均厚みの上限としては、2μmが好ましく、1.5μmがより好ましい。上記第1導電層8の平均厚みが上記下限未満の場合、厚み方向に金属粒子が存在しない部分が多くなり導電性が低下するおそれがある。逆に、上記第1導電層8の平均厚みが上記上限を超える場合、薄膜化が困難となるおそれがある。
<利点>
当該導電性インクの焼成方法は、ベースフィルム1及び導電性インク層2を有する積層体3の片面に通気性スペーサシート4を重畳しつつ巻き取り、このように巻き取られた積層体3に対して焼成を行う。つまり、当該導電性インクの焼成方法は、導電性インク層2の一方の面とベースフィルム1の他方の面との間に通気性スペーサシート4を介在させた状態で積層体3に対して焼成を行うものである。それゆえ、当該導電性インクの焼成方法は、巻き取られた積層体3の導電性インク層2の一方の面とベースフィルム1の他方の面との密着を通気性スペーサシート4によって防止することができるため、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。その結果、導電層(導電性インク層2)とベースフィルム1との固着力に優れる基板が得られる。
また、当該導電性インクの焼成方法は、通気性スペーサシート4が導電性インク層2と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有するので、通気性スペーサシート4の導電性インク層2との接触面側に複数の通気経路を形成することができ、上記導電性インクに含まれる揮発性物質の揮発及び除去をさらに効率的に行うことができる。
当該通気性スペーサシート4は、導電性インク層2の一方の面とベースフィルム1の他方の面との間に重畳して用いられることによって、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。
[プリント配線板用基板の製造方法]
次に、ベースフィルム1及び第1導電層8を有するプリント配線板用基板の製造方法について説明する。当該プリント配線板用基板の製造方法は、絶縁性を有するベースフィルム1の一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層2を積層する工程(導電性インク層積層工程)と、ベースフィルム1及び導電性インク層2を有する積層体3の片面に通気性スペーサシート4を重畳しつつ巻き取る工程(巻取り工程)と、巻き取られた積層体3を焼成し、ベースフィルム1の一方の面に第1導電層8を形成する工程(第1導電層形成工程)と、第1導電層形8成後に通気性スペーサシート4を剥離する工程(剥離工程)とを備える。また、当該プリント配線板用基板の製造方法は、上記剥離工程後に、第1導電層8の一方の面にメッキにより第2導電層9を形成する工程(第2導電層形成工程)を備えていてもよい。当該プリント配線板用基板の製造方法における導電性インク層積層工程、巻取り工程は、当該導電性インクの焼結方法における導電性インク積層工程及び巻取り工程と同様であるため、説明を省略する。また、当該プリント配線板用基板の製造方法における第1導電層形成工程は、当該導電性インクの焼結方法における焼結工程と同様のため、説明を省略する。
<剥離工程>
上記剥離工程は、第1導電層8の形成後に通気性スペーサシート4を剥離することで行われる。また、上記剥離工程において剥離された通気性スペーサシート4は、当該導電性インクの焼結方法及び当該プリント配線板用基板の製造方法において再利用することができる。
<第2導電層形成工程>
上記第2導電層形成工程は、図3に示すように、通気性スペーサシート4の剥離後に第1導電層8の一方の面に、無電解メッキにより第2導電層9を形成することで行われる。このように、上記第2導電層積層工程が無電解メッキによって行われることで、第1導電層8を形成する金属粒子間の空隙に第2導電層9の金属を的確に充填することができる。第1導電層8に空隙が残存すると、この空隙部分が破壊起点となって第1導電層8がベースフィルム1から剥離され易くなるが、この空隙部分に第2導電層9が充填されることによって第1導電層8の剥離を防止することができる。
上記無電解メッキに用いる金属としては、導通性のよい銅、ニッケル、銀等を用いることができるが、第1導電層8を形成する金属粒子に銅を使用する場合には、第1導電層8との密着性を考慮して、銅又はニッケルを用いることが好ましい。
上記無電解メッキにより形成する第2導電層9の平均厚みの下限としては、0.2μmが好ましく、0.3μmがより好ましい。一方、上記無電解メッキにより形成する第2導電層9の平均厚みの上限としては、1μmが好ましく、0.5μmがより好ましい。上記無電解メッキにより形成する第2導電層9の平均厚みが上記下限未満の場合、第2導電層9が第1導電層8の空隙部分に十分に充填されず導電性が低下するおそれがある。逆に、上記無電解メッキにより形成する第2導電層9の平均厚みが上記上限を超える場合、無電解メッキに要する時間が長くなり生産性が低下するおそれがある。
なお、上記無電解メッキは、例えばクリーナ工程、水洗工程、酸処理工程、水洗工程、プレディップ工程、アクチベーター工程、水洗工程、還元工程、水洗工程、触媒による金属層形成工程(化学銅工程、化学ニッケル工程等)、水洗工程、乾燥工程等の処理と共に行われるのが好ましい。また、上記無電解メッキによる薄層を形成した後に、さらに電気メッキを行い第2導電層9を厚く形成することも好ましい。
上記第2導電層形成工程により第2導電層9を形成した後、さらに熱処理を行う工程を有することが好ましい。第2導電層9形成後に熱処理を施すと、第1導電層8のベースフィルム1との界面近傍の金属酸化物等がさらに増加し、ベースフィルム1と第1導電層8との間の密着力がさらに大きくなる。
<利点>
当該プリント配線板用基板の製造方法は、ベースフィルム1及び導電性インク層2を有する積層体3の片面に通気性スペーサシート4を重畳しつつ巻き取り、このように巻き取られた積層体3に対して焼成を行う当該導電性インクの焼成方法を含むので、上記導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができる。その結果、第1導電層8とベースフィルム1との固着力に優れるプリント配線板用基板が得られる。
[プリント配線板の製造方法]
続いて、当該プリント配線板用基板の製造方法によって製造されたプリント配線板用基板を用いたプリント配線板の製造方法について説明する。当該プリント配線板の製造方法は、上記プリント配線板用基板に導電パターンを形成する工程(導電パターン形成工程)を備える。
<導電パターン形成工程>
上記導電パターン形成工程は、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法を用いて行われる。ここでは、サブトラクティブ法により導電パターンを形成する方法について説明する。
まず、図4Aに示すように、所定の大きさに調整された上記プリント配線板用基板の一方の面に、感光性のレジスト10を被覆形成する。次に、図4Bに示すように、露光、現像等により、レジスト10に対して導電パターンに対応するパターニングを行う。続いて、図4Cに示すように、レジスト10をマスクとしてエッチングにより導電パターン以外の部分の第2導電層9及び第1導電層8を除去する。そして最後に、図4Dに示すように、残ったレジスト10を除去することにより、導電パターン11がベースフィルム1上に形成されたプリント配線板が得られる。
ここでは、サブトラクティブ法により回路を形成するプリント配線板の製造方法について説明したが、セミアディティブ法等、他の公知の製造方法を用いて回路を形成しても当該プリント配線板を製造できる。当該プリント配線板は、上記プリント配線板用基板を用いて製造したものなので、高密度のプリント配線の要求を満たすべく十分に薄く形成されると共に、ベースフィルム1と第1導電層8との密着力が大きく、ベースフィルム1から導電層が剥離し難い。
[その他の実施形態]
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
上記実施形態では、巻取り工程について、導電性インク層2の一方の面に通気性スペーサシート4を重畳しつつロール状に巻き取る構成としたが、ベースフィルム1の他方の面に通気性スペーサシート4を重畳しつつロール状に巻き取る構成としてもよく、導電性インク層2の一方の面及びベースフィルム1の他方の面に通気性スペーサシート4を重畳しつつロール状に巻き取る構成としてもよい。
また、上記プリント配線板用基板の製造方法の実施形態では、ベースフィルム1の一方の面に第1導電層8及び第2導電層9を積層する構成としたが、同様の形成方法によりベースフィルム1の両面に第1導電層8及び第2導電層9を積層し、両面プリント配線板用基板として製造してもよい。さらに、上記実施形態で得たプリント配線板用基板の他方の面に、他の方法で導電層を形成してもよい。例えば上記プリント配線板用基板の他方の面に、電気メッキにより導電層を形成してもよい。また、このような場合、巻取り工程において、ベースフィルム1の両面に積層される一対の導電性インク層2の各面に通気性スペーサシート4を重畳してもよい。
また、上記実施形態では、通気性スペーサシート4が導電性インク層2と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有する構成としたが、通気性スペーサシート4が導電性インク層2に含まれる溶媒を揮発及び除去できる通気性を有する限り、このような微細凹凸形状は必ずしも形成される必要はない。また、複数の微細凹凸形状が通気性スペーサシート4の両面に形成される構成としてもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[No.1〜6]
平均粒子径が60nmの銅粒子を水に分散させ、銅濃度が26質量%の導電性インクを作成した。次に、絶縁性を有するベースフィルムとして平均厚み12μmのポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社の「カプトンEN−S」)を用い、この導電性インクをポリイミドフィルムの一方の面に塗布し、大気中で乾燥させてベースフィルムの一方の面に導電性インク層が積層された積層体を得た。
上記積層体の導電性インク層の表面に表1に示すNo.1〜6の通気性スペーサシートを重畳し、ロール状に巻き取った上、酸素濃度が100ppmの窒素雰囲気中で30分間、350℃で焼成した。
[No.7]
No.1〜6と同様の積層体の導電性インク層の表面に表1に示すNo.7の非通気性スペーサシートを重畳し、ロール状に巻き取った上、酸素濃度が100ppmの窒素雰囲気中で30分間、350℃で焼成した。
[No.8]
No.1〜7と同様の積層体の導電性インク層の表面にスペーサシートを重畳せず、ロール状に巻き取った上、酸素濃度が100ppmの窒素雰囲気中で30分間、350℃で焼成した。
上記No.1〜8について、以下の数値を測定した。
<算術平均粗さRa>
スペーサシートの導電性インク層と接する面の算術平均粗さRa(μm)について、JIS−B−0601:2001に準拠して、カットオフ値(λc)2.5mm、評価長さ(l)12.5mmで測定した。
<気孔率>
スペーサシートの気孔率(%)について、スペーサシートの見かけの体積(V)、気孔体積(V)とし、下記式によって測定した。
気孔率(%)=(V/V)×100
なお、上記見かけの体積(V)は、スペーサシートの平面面積と平均厚みとの積によって算出した。また、上記平均厚みは、ダイヤルゲージによって測定した任意の10点の厚みの平均値によって算出した。また、上記気孔体積(V)は、スペーサシートの乾燥重量を真比重で除することによって算出される体積を、上記見かけの体積(V)から差し引くことで算出した。
<耐熱性評価>
No.1〜7のスペーサシートについて、焼成後のシートの収縮の有無について目視にて観察し、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:シートの収縮は見られない。
B:シートの収縮がやや見られる。
C:シートの収縮が見られる。
<脱落性評価>
No.1〜7のスペーサシートについて、焼成後のシート表面における脱落の有無について、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:シート表面における脱落は見られない。
B:シート表面における脱落がやや見られる。
<損傷性評価>
No.1〜8について、焼成後の導電性インク層(第1導電層)表面における損傷の有無について、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:導電性インク層表面に損傷は見られない。
B:導電性インク層表面に部分的なしわが僅かに見られる。
C:導電性インク層表面にしわが見られる。
D:導電性インク層表面に部分的なインクの脱落が見られる。
<密着性評価>
No.1〜8について、焼成後におけるベースフィルム及び導電性インク層(第1導電層)の密着性について引っ張り試験機による剥離試験により、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:全面的に剥離力が500g/cm以上。
B:部分によって剥離力500g/cm以上の箇所及び剥離力500g/cm未満の箇所のバラつきが見られる。
C:全面的に剥離力が500g/cm未満。
Figure 0006413494
[評価結果]
表1の結果より、No.1〜6のように通気性スペーサシートを用いて焼成することによってベースフィルム及び第1導電層間における優れた密着性が得られることが解った。また、No.1〜6の中でも、通気性スペーサシートとしてNo.2のポリイミドを主成分とするエンボスシートを用いた場合、耐熱性、脱落性、損傷性及び密着性の全てにおいて優れた結果が得られることが解った。さらに、通気性スペーサシートとして、No.4、5のアラミド繊維を主成とする織物を用いた場合にも、耐熱性、脱落性、損傷性及び密着性の全てにおいて良好な結果が得られることが解った。
以上のように、本発明の導電性インクの焼成方法、プリント配線板用基板の製造方法及び通気性スペーサは、導電性インクに含まれる溶媒を容易かつ確実に揮発及び除去することができるので、溶媒を含む導電性インクを用いたプリント配線板の製造等に好適に用いられる。
1 ベースフィルム
2 導電性インク層
3 積層体
4 通気性スペーサシート
5 巻取り装置
6 通気性スペーサシート供給ロール
7 巻取りロール
8 第1導電層
9 第2導電層
10 レジスト
11 導電パターン

Claims (5)

  1. 絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、
    上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に、上記導電性インク層に接するように通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、
    巻き取られた上記積層体を焼成する工程と
    を備え
    上記通気性スペーサシートが、上記導電性インク層と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有し、
    上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層と接する側の面の算術平均粗さRaが0.5μm以上100μm以下であり、
    上記通気性スペーサシートの気孔率が30%以上99%以下である導電性インクの焼成方法。
  2. 上記通気性スペーサシートが、ポリイミドを主成分とするエンボスシートである請求項1に記載の導電性インクの焼成方法。
  3. 上記通気性スペーサシートが、アラミド繊維を主成分とする織物である請求項1に記載の導電性インクの焼成方法。
  4. 上記焼成を酸素濃度が1ppm以上10,000ppm以下の雰囲気下での150℃以上500℃以下の加熱により行う請求項1から請求項のいずれか1項に記載の導電性インクの焼成方法。
  5. 絶縁性を有するベースフィルムの一方の面への金属粒子及び溶媒を含む導電性インクの塗布により導電性インク層を積層する工程と、
    上記ベースフィルム及び上記導電性インク層を有する積層体の片面に、上記導電性インク層に接するように通気性スペーサシートを重畳しつつ巻き取る工程と、
    巻き取られた上記積層体を焼成し、上記ベースフィルムの一方の面に第1導電層を形成する工程と、
    上記第1導電層形成後に上記通気性スペーサシートを剥離する工程と
    を備え
    上記通気性スペーサシートが、上記導電性インク層と接する側の面に複数の微細凹凸形状を有し、
    上記通気性スペーサシートの上記導電性インク層と接する側の面の算術平均粗さRaが0.5μm以上100μm以下であり、
    上記通気性スペーサシートの気孔率が30%以上99%以下であるプリント配線板用基板の製造方法。
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