JP6801297B2 - 配線基板及び表示装置 - Google Patents
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Description
以下、本開示の実施形態に係る配線基板の構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本明細書において、「基板」、「基材」、「シート」や「フィルム」など用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「基板」や「基材」は、シートやフィルムと呼ばれ得るような部材も含む概念である。更に、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」や「直交」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
図1に示すように、表示装置10は、表示パネル20及び配線基板11を備える。表示パネル20は、表示部21及び回路部22を有する。表示部21は、映像光などの光を放射する。回路部22は、表示部21を駆動するための電子部品、配線などを含む。
次に、図4及び図5を参照して、第1配線構造部30について詳細に説明する。図4は、基板12の第2領域16において配線基板11を切断した場合を示す断面図である。また、図5は、図4の配線基板11を拡大して示す断面図である。
図4に示すように、第1配線層31は、基板12の第2領域16において第1面13上に位置する絶縁層35と、絶縁層35上に位置する導電層38と、を有する。絶縁層35は、例えば、絶縁性を有する有機材料から構成された有機層36を含む。有機層36が基板12の第1面13に接していてもよく、若しくは、基板12の第1面13と有機層36との間にその他の層が位置していてもよい。有機層36の有機材料としては、例えばポリイミド、エポキシ、アクリルなどを用いることができる。有機層36は、着色剤や染料などを含んでいてもよい。これにより、第1配線構造部30の遮光性を高めることができる。絶縁層35の厚みは、例えば0.5μm以上且つ10μm以下である。
次に、第2配線層32について説明する。なお、第2配線層32の構成要素のうち第1配線層31と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略することがある。
以下、配線基板11の製造方法の一例について、とりわけ配線基板11の第1配線構造部30の製造方法の一例について、図6乃至図16を参照して説明する。
まず、基板12を準備する。次に、図6に示すように、第2領域16における基板12の第1面13上に絶縁層35の有機層36を形成する。例えば、まず、感光性ポリイミドなどの有機材料を、スピンコート法などによって基板12上に成膜して、有機層36を形成する。続いて、有機層36のうち基板12の第1領域15上に位置する部分が除去されるよう、有機層36を露光及び現像する。続いて、有機層36を焼成して有機層36を硬化させる。有機層36の焼成温度は、例えば200℃以上である。
次に、図7に示すように、有機層36の表面に、物理成膜法によってバリア層381を形成する。また、バリア層381上に、物理成膜法によってシード層382を形成する。
次に、図12に示すように、第1配線層31の有機層36及び導電層38上に、プラズマCVDにより、第1無機層371を形成する。続いて、図13に示すように、第1無機層371上に、プラズマCVDにより、第2無機層372を形成する。
次に、図14に示すように、基板12の第1面13の法線方向に沿って見た場合に第1配線層31の導電層38と重なる位置に開口361が設けられた有機層36を形成する。例えば、まず、感光性ポリイミドなどの有機材料を、スピンコート法などによって第2無機層372上に成膜して、有機層36を形成する。続いて、有機層36のうち開口361に対応する部分が除去されるよう、有機層36を露光及び現像する。続いて、有機層36を焼成して有機層36を硬化させる。有機層36の焼成温度は、例えば200℃以上である。
次に、有機層36をマスクとして、プラズマエッチングにより、有機層36の開口361に露出している無機層37の第1無機層371及び第2無機層372をエッチングする。これによって、図15に示すように、有機層36の開口361に連通する開口373を無機層37に形成する。エッチングガスとしては、例えば、CF4とH2との混合ガスを用いることができる。なお、プラズマエッチングにより有機層36の表面に損傷が生じる場合、有機層36に熱処理を施すことにより、損傷が生じた有機層36の表面を除去してもよい。有機層36の熱処理温度は、例えば200℃以上である。
次に、図16に示すように、第1配線層31の導電層38に接続されるとともに有機層36の第1側D1にまで至る導電層38を形成する。このようにして、有機層36、無機層37及び導電層38を含む第2配線層32を、第1配線層31の第1側D1に形成することができる。
以下、本実施の形態による配線基板11の作用について説明する。
第1配線層31や第2配線層32などの配線層の絶縁層35は、ポリイミドなどの有機材料から構成され、且つ導電層38に接する有機層36を含む。有機層36の有機材料は、無機層37を構成する無機材料よりも小さい誘電率を有する。例えば、有機層36の有機材料の比誘電率は、2.0以上且つ3.3以下であり、一方、無機層37の無機材料の一例であるP−SiO2の比誘電率は4.1である。このような有機材料から構成される有機層36が、配線層において隣り合う2つの導電層38の間に位置することにより、導電層38の間の配線容量を小さくし、導電層38を伝播する信号の遅延量を小さくすることができる。また、隣り合う2つの導電層38の間におけるクロストークを抑制することができる。伝播遅延及びクロストークの抑制という観点からは、第1配線層31や第2配線層32などの配線層において、絶縁層35全体の厚みに対する有機層36の厚みの比率が、40%以上且つ90%以下であることが好ましい。
有機層36を構成するポリイミドなどの有機材料の熱膨張率は、基板12を構成する無機材料の熱膨張率に比べて大きい。例えば、有機層36を構成する有機材料の熱膨張率が50〜100E−6/Kであるのに対し、基板12の材料の一例であるガラスの熱膨張率は、約3E−6/Kであり、基板12の材料のその他の例である珪素の熱膨張率は、約2.4E−6/Kである。このため、有機層36の焼成工程や導電層38のアニール工程などにおいて、雰囲気温度が200℃以上になると、有機層36の熱膨張に起因して基板12に引っ張り応力が発生する。この結果、基板12に反りが生じてしまうことが考えられる。
また、本実施の形態においては、無機層37が、めっき層383と有機層36との間に位置し、SiNなどの珪素窒化物から構成された第1無機層371を含む。このため、雰囲気温度が高温の場合に、めっき層383を構成する銅などの金属材料の原子、分子、イオンなどが有機層36内に拡散することを抑制することができる。これによって、隣り合う2つの導電層38が導通してしまうことや、有機層36の絶縁破壊が生じてしまうことを抑制することができる。
ところで、導電層38を構成する銅などの金属材料の熱膨張率は、基板12を構成するガラスや珪素などの絶縁性無機材料や、無機層37を構成する無機材料の熱膨張率に比べて大きい。例えば、銅の熱膨張率は約16E−6/Kである。このため、有機層36の焼成工程や導電層38のアニール工程などにおいて、雰囲気温度が200℃以上になると、導電層38が膨張することが考えられる。雰囲気温度が200℃以上になる工程が繰り返し実施されると、導電層38の膨張及び収縮が繰り返し発生する。この結果、無機層37と導電層38との間の界面や、第1配線層31の導電層38と第2配線層32の導電層38との間の界面で剥離や割れなどが生じてしまうことが考えられる。ここで、本実施の形態においては、導電層38に有機層36が接している。有機層36を構成する有機材料のヤング率は低く、例えば3GPa以上且つ7GPa以下である。このため、雰囲気温度が上昇するとき、導電層38は、ヤング率が低く柔軟な有機層36側へ膨張することができる。従って、導電層38の熱膨張に起因する応力が、無機層37と導電層38との間の界面や、第1配線層31の導電層38と第2配線層32の導電層38との間の界面に加わることを抑制することができる。これによって、例えば、無機層37にクラックなどの欠陥が生じてしまうことを抑制することができる。このため、無機層37のクラックを介して導電層38のめっき層383を構成する銅などの金属材料が有機層36内へ拡散してしまうことを抑制することができる。また、第1配線層31の導電層38と第2配線層32の導電層38との間で電気的な接続不良が生じてしまうことを抑制することができる。
図17は、第1変形例に係る第1配線構造部30を示す断面図である。図17に示すように、第1配線構造部30は、第2配線層32上に位置する第3配線層33を更に含んでいてもよい。第3配線層33は、第2配線層32の導電層38上に位置する開口が設けられた絶縁層35と、絶縁層35の開口を介して第2配線層32の導電層38に接続された導電層38と、を有する。第3配線層33の絶縁層35は、無機層37及び無機層37よりも第1側D1側に位置する有機層36を含む。第3配線層33の無機層37は、第2配線層32の導電層38を少なくとも部分的に覆っている。
図17に示す第1の変形例においては、第2配線層32及び第3配線層33のいずれもが、無機層37を含む例を示したが、これに限られることはなく、第1配線構造部30の複数の配線層の少なくとも1つが無機層37を含んでいればよい。例えば、図18に示すように、第3配線層33の絶縁層35は無機層37を含むが、第2配線層32の絶縁層35は無機層37を含んでいなくてもよい。若しくは、図示はしないが、第2配線層32の絶縁層35は無機層37を含むが、第3配線層33の絶縁層35は無機層37を含んでいなくてもよい。第1配線構造部30の複数の配線層の少なくとも1つが無機層37を含むことにより、基板12に反りが生じてしまうことを抑制することができる。
図19に示すように、第1配線層31の絶縁層35は、有機層36よりも第2側D2に位置する無機層37を更に含んでいてもよい。第1配線層31の無機層37は、基板12の第1面13に接していてもよく、接していなくてもよい。
図20に示すように、配線基板11は、基板12の第2領域16において第2面14上に位置する絶縁層45を更に備えていてもよい。絶縁層45は、配線基板11の反りを抑制するために第2面14側に設けられる層である。絶縁層45は、有機材料を含む有機層であってもよく、無機材料を含む無機層であってもよく、有機層及び無機層の両方を含んでいてもよい。絶縁層45の層構成は、配線基板11に生じ得る反りの方向及び程度に応じて適切に定められる。
配線基板11の上述の第1変形例においては、基板12の第2領域16において第2面14上に絶縁層45を設ける例を示した。本変形例においては、絶縁層45に加えて導電層48を更に設ける例について説明する。すなわち、基板12の第2領域16において第2面14上に、絶縁層45及び導電層48を含む配線層を設ける例について説明する。
配線基板11の上述の第2変形例においては、基板12の第1側D1に位置する第1配線構造部30に含まれる導電層38の層数と、基板12の第2側D2に位置する第2配線構造部40に含まれる導電層48の層数とが同一である例を示した。しかしながら、第1配線構造部30に含まれる導電層38の層数と、第2配線構造部40に含まれる導電層48の層数とが異なっていてもよい。
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、第1配線構造部30の無機層37が、第1側D1からではなく第2側D2から導電層38に面するように位置している点が異なるのみであり、他の構成は、上述の第1の実施の形態と略同一である。第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態において得られる作用効果が本実施の形態においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
以下、配線基板11の製造方法の一例について、図26乃至図32を参照して説明する。
まず、基板12を準備する。次に、図26に示すように、感光性ポリイミドなどの有機材料を、スピンコート法などによって基板12の第1面13上に成膜して、有機層36を形成する。続いて、有機層36を焼成して有機層36を硬化させる。次に、図26に示すように、有機層36上に、プラズマCVDにより、無機層37を形成する。
続いて、図27に示すように、絶縁層35上に導電層38を形成する。絶縁層35上に導電層38を形成する工程は、第1の実施の形態の場合と同一である。
次に、第1配線層31の絶縁層35の場合と同様にして、図28に示すように、第1配線層31の絶縁層35上及び導電層38上に、有機層36及び無機層37を形成する。
続いて、図32に示すように、絶縁層35の開口及び絶縁層35上に導電層38を形成する。これによって、有機層36及び無機層37を含む絶縁層35と、絶縁層35の開口を介して第1配線層31の導電層38に接続された導電層38と、を有する第2配線層32を得ることができる。
図33は、第1変形例に係る第1配線構造部30を示す断面図である。図33に示すように、第1配線構造部30は、第2配線層32上に位置する第3配線層33を更に含んでいてもよい。第3配線層33は、第2配線層32の導電層38上に位置する開口が設けられた絶縁層35と、絶縁層35の開口を介して第2配線層32の導電層38に接続された導電層38と、を有する。第3配線層33の絶縁層35は、有機層36及び有機層36よりも第1側D1側に位置する無機層37を含む。
図33に示す第1の変形例においては、第1配線層31、第2配線層32及び第3配線層33のいずれもが無機層37を含む例を示したが、これに限られることはなく、第1配線構造部30の複数の配線層の少なくとも1つが無機層37を含んでいればよい。例えば、図34に示すように、第1配線層31の絶縁層35は無機層37を含むが、第2配線層32の絶縁層35及び第3配線層33の絶縁層35は無機層37を含んでいなくてもよい。第1配線構造部30の複数の配線層の少なくとも1つが無機層37を含むことにより、基板12に反りが生じてしまうことを抑制することができる。また、無機層37よりも第1側D1側に位置する導電層38に生じる残留応力を軽減することができ、このことにより、導電層38にボイドなどの欠陥が形成されることを抑制することができる。
図35に示すように、配線基板11は、基板12の第2領域16において第2面14上に位置する第1配線層41、及び第1配線層41上に位置する第2配線層42を少なくとも含む第2配線構造部40を更に備えていてもよい。
上述の第1変形例においては、基板12の第1側D1に位置する第1配線構造部30に含まれる導電層38の層数と、基板12の第2側D2に位置する第2配線構造部40に含まれる導電層48の層数とが同一である例を示した。しかしながら、図36に示すように、第1配線構造部30に含まれる導電層38の層数と、第2配線構造部40に含まれる導電層48の層数とが異なっていてもよい。
上述の各実施の形態においては、例えば図2に示すように、基板12の第1領域15が第2領域16よりも広い例を示した。また、平面視において第1領域15が基板12の中央に位置する、例えば第1領域15が基板12の中心点を含む例を示した。また、第1領域15の形状が矩形状である例を示した。しかしながら、第2領域16が第1領域15の周辺に位置する限りにおいて、第1領域15と第2領域16の具体的な形状や位置などが特に限られることはない。
また、上述の各実施の形態においては、例えば図3に示すように、配線基板11が、光Lを放射する表示パネル20と組み合わされる例を示した。しかしながら、配線基板11の用途が特に限られることはない。例えば、図40に示すように、配線基板11を、光Lを受光する受光パネル26と組み合わせて、受光装置25を構成してもよい。
図41は、本開示の実施形態に係る配線基板11が搭載されることができる製品の例を示す図である。本開示の実施形態に係る配線基板11は、例えば、表示装置10を備える様々なウェアラブル端末において利用され得る。例えば、メガネ型ウェアラブル端末110、バンド121を備えたバンド型ウェアラブル端末120、クリップ131を備えたクリップ型ウェアラブル端末130、取付部141を備えたウェアラブル端末140等に搭載される。バンド型ウェアラブル端末120は、例えば、人の手首、指、腕、足首などに取り付けられる。クリップ型ウェアラブル端末130は、例えば、人が着用している服などに取り付けられる。ウェアラブル端末140の取付部141は、例えば粘着性を有しており、このためウェアラブル端末140を人の皮膚などに取り付けることができる。
11 配線基板
12 基板
13 第1面
14 第2面
15 第1領域
16 第2領域
20 表示パネル
21 表示部
22 回路部
25 受光装置
26 受光パネル
27 受光部
28 回路部
30 第1配線構造部
31 第1配線層
32 第2配線層
35 絶縁層
36 有機層
361 開口
37 無機層
371 第1無機層
372 第2無機層
373 開口
38 導電層
381 バリア層
382 シード層
383 めっき層
39 レジスト層
391 開口
40 第2配線構造部
41 第1配線層
42 第2配線層
45 絶縁層
46 有機層
47 無機層
48 導電層
D1 第1側
D2 第2側
Claims (20)
- 配線基板であって、
第1側に位置する第1面及び前記第1側とは反対の第2側に位置する第2面を含むとともに、透明性を有する第1領域と前記第1領域の周辺に位置する第2領域とに少なくとも区画される基板と、
前記基板の前記第2領域において前記第1面上に位置する第1配線層、及び、前記第1配線層上に位置する第2配線層を少なくとも含む第1配線構造部と、を備え、
前記第1配線層は、前記基板の第1面上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置する導電層と、を有し、
前記第2配線層は、前記第1配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記開口を介して前記第1配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有し、
前記第2配線層の前記絶縁層は、絶縁性を有する有機層を含み、
前記第1配線層の前記絶縁層、前記第2配線層の前記絶縁層、又は前記第1配線構造部のうち前記第1配線層及び前記第2配線層以外の層の少なくともいずれか1つが、絶縁性を有する無機層を含み、
前記配線基板は、前記基板の前記第2領域において前記第2面上に位置する第1配線層、及び前記第1配線層上に位置する第2配線層を少なくとも含む第2配線構造部を更に備え、
前記第2配線構造部の前記第1配線層は、前記基板の第2面上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置する導電層と、を有し、
前記第2配線構造部の前記第2配線層は、前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記開口を介して前記第1配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有する、配線基板。 - 前記第1配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層は、前記無機層を更に含む、請求項1に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層の前記無機層は、前記第1配線構造部の前記第1配線層の前記導電層を少なくとも部分的に覆っている、請求項2に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層の前記有機層は、前記無機層よりも前記第1側に位置する、請求項2又は3に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部は、前記第2配線層上に位置する第3配線層を更に含み、
前記第3配線層は、無機層及び前記無機層よりも前記第1側に位置する有機層を含み、前記第2配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の開口を介して前記第2配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有する、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の配線基板。 - 前記第2配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層は、絶縁性を有する有機層を含む、請求項2乃至5のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第2配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層は、前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記導電層を少なくとも部分的に覆い、絶縁性を有する無機層を更に含む、請求項6に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部に含まれる前記導電層の層数と、前記第2配線構造部に含まれる前記導電層の層数とが異なる、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部の前記第1配線層の前記絶縁層は、有機層と、前記有機層よりも前記第1側に位置する前記無機層と、を含む、請求項1に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部の前記第1配線層の前記絶縁層の前記無機層は、前記第1配線構造部の前記第1配線層の前記導電層に少なくとも部分的に前記第2側から接している、請求項9に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部の前記第2配線層の前記絶縁層は、前記有機層よりも前記第1側に位置する無機層を更に含む、請求項9又は10に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部は、前記第2配線層上に位置する第3配線層を更に含み、
前記第3配線層は、有機層及び前記有機層よりも前記第1側に位置する無機層を含み、前記第2配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の開口を介して前記第2配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有する、請求項9乃至11のいずれか一項に記載の配線基板。 - 前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記絶縁層は、有機層と、前記有機層よりも前記第2側に位置し、絶縁性を有する無機層と、を含む、請求項9乃至12のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記絶縁層の前記無機層は、前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記導電層に少なくとも部分的に前記第1側から接している、請求項13に記載の配線基板。
- 前記第1配線構造部に含まれる前記導電層の層数と、前記第2配線構造部に含まれる前記導電層の層数とが異なる、請求項13又は14に記載の配線基板。
- 前記有機層は、ポリイミド、エポキシ、又はアクリルを少なくとも含む、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記無機層は、珪素酸化物又は珪素窒化物を少なくとも含む、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記配線基板は、表示パネルに設けられる前面板である、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第2領域は、前記基板の前記第1面の法線方向に沿って前記基板を見た場合に、前記第1領域を囲んでおり、
前記配線基板と組み合わされる表示パネルから放射される光が、前記第1領域を透過する、若しくは、前記配線基板の外部から前記配線基板に入射し、前記第1領域を透過する光が、前記配線基板と組み合わされる受光パネルに到達する、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の配線基板。 - 光を放射する表示パネルと、
前記表示パネルと対向する前面板と、を備え、
前記前面板は、
第1側に位置する第1面及び前記第1側とは反対の第2側に位置する第2面を含むとともに、前記表示パネルから放射された光を透過させる第1領域と前記第1領域の周辺に位置する第2領域とに少なくとも区画される基板と、
前記基板の前記第2領域において前記基板の前記第1面上に位置する第1配線層、及び、前記第1配線層上に位置する第2配線層を少なくとも含む第1配線構造部と、を備え、
前記第1配線層は、前記基板の第1面上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置する導電層と、を有し、
前記第2配線層は、前記第1配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記開口を介して前記第1配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有し、
前記第2配線層の前記絶縁層は、絶縁性を有する有機層を含み、
前記第1配線層の前記絶縁層、前記第2配線層の前記絶縁層、又は前記第1配線構造部のうち前記第1配線層及び前記第2配線層以外の層の少なくともいずれか1つが、絶縁性を有する無機層を含み、
前記前面板は、前記基板の前記第2領域において前記第2面上に位置する第1配線層、及び前記第1配線層上に位置する第2配線層を少なくとも含む第2配線構造部を更に備え、
前記第2配線構造部の前記第1配線層は、前記基板の第2面上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置する導電層と、を有し、
前記第2配線構造部の前記第2配線層は、前記第2配線構造部の前記第1配線層の前記導電層上に位置する開口が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の前記開口を介して前記第1配線層の前記導電層に接続された導電層と、を有する、表示装置。
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