説明

導電パターン生成方法

【課題】パターニングのための印刷装置を用いず、またそれによる複雑な処理工程を必要とすることなく、導電パターンの生成を簡易に行え、導電パターンの微細化を実現できる導電パターンの生成方法を提供する。
【解決手段】基板3の表面には、導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散した導電性ペーストによって、導電性ペースト膜4が塗着されている。基板3は導電性ペースト膜4を上方に向けて基台1の所定位置に載置されている。基台1の上方に配置されたレーザー描画装置10による熱線レーザービームが導電性ペースト膜4に入射してペースト成分中の熱硬化性樹脂が熱硬化され、かつ導電性粉体も焼結される。レーザー未照射の部分では熱硬化及び焼結が生じない。この焼結と未焼結がドット状に形成され、焼結された回路パターン2が形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば電子部品や回路基板等における電極、配線等を形成するために、導電性ペーストを用いて物体表面に導電パターンを生成する導電パターン生成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
各種電気機器の回路基板に用いられる印刷配線基板においては、一般にエポキシなどの絶縁基板上あるいは、多層基板の場合には内部に、導電性材料により所定の導電パターンが形成される。
従来の導電パターン生成方法には、例えば、エッチング方法やメッキ方法によるものがよく知られている。前者のエッチング方法によれば、銅箔を表面に形成した絶縁基板の銅箔面にレジストを塗布し、パターニングの露光、現像を施した後、パターン以外の金属箔を薬品で溶解除去することにより、銅箔の導電パターンを残存させて形成する。後者のメッキ方法では、例えば特許文献1に開示されているように、無電界銅メッキ処理により所望の導電パターン個所にだけ銅メッキを基板上に付着させて所望の導電パターンを形成する。
【特許文献1】特開平5−90209号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
エッチング方法はパターニングのためのマスク工程等を必要とするため、製造工程が複雑化し、またレジスト塗布等のパターニングのための設備を必要とする問題があった。メッキ方法でも、導電パターンを施すところ以外がメッキされないようにパターニング処理を行う必要があるため、エッチング方法と同様に、製造工程が複雑化し、パターニング装置を別途用意する必要があった。殊に、これらの方法においては、パターニングにスクリーン印刷技術などを使用するため、導電パターンの配線幅を印刷限度を超えて小さくすることができず、最近強く求められている配線寸法の微細化に適応できない問題があった。
【0004】
従って、本発明は、上記の問題に鑑み、パターニングのための印刷装置を用いず、またそれによる複雑な処理工程を必要とすることなく、導電パターンの生成を簡易に行え、各種電子機器、電子部品の小型化などに応じて、配線基板等に形成される導電パターンの微細化をより一層可能にする導電パターンの生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の形態は、導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散した導電性ペーストを用意し、この導電性ペーストを物体の表面に塗着して導電性ペースト膜を形成し、この導電性ペースト膜に対して熱線レーザー光を所望パターンに照射して前記導電性ペーストを熱硬化させた描画パターンを形成し、この描画パターンにより前記物体表面に導電パターンを生成する導電パターン生成方法である。
【0006】
本発明の第2の形態は、前記第1の形態において、前記導電性粉体はその平均粒径が1nmから数μmの金属粒子からなる導電パターン生成方法である。
【0007】
本発明の第3の形態は、前記第1又は第2の形態において、前記金属粒子が前記熱硬化性樹脂中で単分散している導電パターン生成方法である。
【0008】
本発明の第4の形態は、前記第2又は第3の形態において、前記金属粒子は金属粒子核の周囲に有機基を被覆して構成され、前記有機基により単分散化された導電パターン生成方法である。
【0009】
本発明の第5の形態は、前記第1〜第4のいずれかの形態において、前記熱線レーザー光のビーム径が1nmから数10nmに絞られ、前記導電性粉体の平均粒径が1nmから数10nmに調整されることにより、前記描画パターンの線幅が100nm以下に形成される導電パターン生成方法である。
【0010】
本発明の第6の形態は、前記第2、第3又は第4の形態において、前記金属粒子が貴金属元素からなる導電パターン生成方法である。
【0011】
本発明の第7の形態は、前記第2、第3又は第4の形態において、前記金属粒子が卑金属元素からなる導電パターン生成方法である。
【0012】
本発明の第8の形態は、前記第1の形態において、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂及びウレア樹脂のいずれかからなる請求項1に記載の導電パターン生成方法である。
【0013】
本発明の第9の形態は、前記第1〜第8のいずれかの形態において、前記導電性ペーストが有機溶剤を含む請求項1〜8のいずれかに記載の導電パターン生成方法である。
【発明の効果】
【0014】
本発明の第1の形態にかかる導電パターン生成方法によれば、導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散した導電性ペーストを用意し、この導電性ペーストを物体の表面に塗着して導電性ペースト膜を形成し、この導電性ペースト膜に対して熱線レーザー光を所望パターンに照射して前記導電性ペーストを熱硬化させた描画パターンを形成し、この描画パターンにより前記物体表面に導電パターンを生成するので、従来の導電パターン生成方法において必要としているパターン印刷装置を用いず、またパターニングのためのマスク処理等の印刷工程も必要でなく、導電パターンを簡易に生成することができる。しかも、パターン描画に用いる熱線レーザー光は、より細密な照射形状に絞り込むことが可能であるため、前記導電性ペーストを熱硬化させた描画パターンの微細化を行え、各種電子機器、電子部品の小型化などに応じて、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができる。
【0015】
本発明の第2の形態によれば、前記第1の形態において、前記導電性粉体はその平均粒径が1nmから数μmの金属粒子からなるので、前記導電性粉体の平均粒径に応じて前記熱線レーザー光のビーム径を絞って照射することにより、前記導電性ペーストを熱硬化させて線幅の細密な描画パターンを形成することができる。
【0016】
本発明の第3の形態によれば、前記第1又は第2の形態において、前記金属粒子が前記熱硬化性樹脂中で単分散しているので、前記熱線レーザー光の照射の際に、前記導電性ペーストに含有する前記金属粒子どうしが凝結せず、線幅の細密な描画パターンを形成することができる。
【0017】
本発明の第4の形態によれば、前記第2又は第3の形態において、前記金属粒子は金属粒子核の周囲に有機基を被覆して構成され、前記有機基により単分散化された構造を有している。この有機基被覆構造の金属粒子は分散安定性に優れ、かつ溶剤に分散させることにより可溶化状態となるため、前記導電性ペーストにこれを含有させることにより、前記熱線レーザー光の照射により焼結するペースト特性を具備させることができ、前記熱線レーザー光による描画パターン形成を円滑に行うことができる。
【0018】
本発明の第5の形態によれば、前記第1〜第4のいずれかの形態において、前記熱線レーザー光のビーム径が1nmから数10nmに絞られ、前記導電性粉体の平均粒径が1nmから数10nmに調整されることにより、前記描画パターンの線幅が100nm以下に形成されるので、各種電子機器、電子部品の小型化などに応じて、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができ、基板の縮小化や搭載部品の高密度実装に寄与する。
【0019】
本発明の第6の形態によれば、前記第2、第3又は第4のいずれかの形態において、前記金属粒子が貴金属元素、例えば、金、銀、パラジウム等からなる、導電性ペーストの導電性材を使用することにより、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができる。
【0020】
本発明の第7の形態によれば、前記第2、第3又は第4のいずれかの形態において、前記金属粒子が卑金属元素、例えば、銅、ニッケル等からなる、導電性ペーストの導電性材を使用することにより、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができる。
【0021】
本発明の第8の形態によれば、前記第1の形態において、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂及びウレア樹脂のいずれかからなるので、熱線レーザー光の照射により、前記熱硬化性樹脂が前記導電性ペースト含有成分として熱硬化して描画パターンの形成を円滑に行わせ、導電パターンの微細化を実現することができる。
【0022】
本発明の第9の形態によれば、前記第1〜第8のいずれかの形態において、前記導電性ペーストが有機溶剤を含むので、例えば、前記熱線レーザー光のビーム強度に応じて微妙に異なる焼結温度等の硬化条件に、前記有機溶剤を適宜加えることによって適応させた導電性ペーストを用いることにより導電パターンの微細化を円滑に行うことができる。
【0023】
本発明における前記有機溶剤には、例えば、アルコール、アセトン、プロパノール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、その他の石油系溶剤、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート、ブチルカルビトール、セロソルブ類、芳香族類、ジエチルフタレートなどを使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明にかかる導電パターンの生成方法の実施形態を、添付する図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
本実施形態に用いるレーザー描画装置10の概略構成を図1に示す。導電パターンが生成される基板3の表面には、導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散した導電性ペーストによって、導電性ペースト膜4が塗着されている。導電性ペースト膜4の塗着は基板3表面上に、ペースト塗膜の厚みが20μmになるように塗布され、乾燥処理を経て形成される。基板3は導電性ペースト膜4を上方に向けて基台1の所定位置に載置されている。基台1の上方位置にレーザー描画装置10が配置されている。基台1は等速で矢印c方向に1軸ステージ移動装置(図示せず)により前進移動する。基台1を2次元的に移動させるXYステージ移動装置を使用してもよい。
半導体などの熱線レーザー光源5から射出されたレーザービーム8は、コリメーターレンズ30により集束されて断面直径がビーム径1μm以下の微細レーザービームに成形される。レーザー描画装置10は、熱線レーザーのビーム径が1nmから数nmまで絞ることが可能なものを使用することができる。
【0026】
レーザービーム8は波形成形ユニット32に入射し、コンピュータ31からのコピュータ信号によってビームのオンオフ制御が行なわれる。コンピュータ31には導電性ペースト膜4に形成されるべき回路パターン2のデータがオン・オフの二値化データとして格納されている。
このオン・オフの二値データのコンピュータ信号が波形成形ユニット32に送信される。コンピュータ信号がオンのときにレーザービーム8はそのまま通過し、オフのときには遮断される。オンはビーム照射信号であり、オフは非照射信号である。この信号形態は、形成されるべき回路パターンに応じて設定される。図1では、回路パターン2の直線部分が示されているが、図2に模式的に示すように、同図(2A)に示すように、配線の一部が屈曲した配線パターン20や、同図(2B)のような電極部分21を含む配線パターンがコンピュータ信号の二値化データとして予め設定される。
【0027】
レーザービーム8は反射ミラー34により反射されてポリゴンミラー36の反射面36aに到達する。ポリゴンミラー36の周面は正多角形に配置された多数の反射面36a、36a・・を有し、モーター37により矢印a方向に回転する。反射したレーザービーム8は、反射面36aの回転に連れて矢印b方向に偏移し、次の反射面36aにより元の位置に帰還して再び偏移する。1回の偏移によって、レーザービーム8はfθレンズ38を通して照射ミラー9の全幅を移動する。照射ミラー9により下方に反射されたレーザービーム8は、回路パターンデータ2に対応して移動し描画パターンを形成する。
【0028】
熱線レーザー照射オンのときにレーザービームが導電性ペースト膜4に入射して導電性ペースト膜4のペースト成分中の熱硬化性樹脂が熱硬化され、かつ導電性粉体も焼結される。オフではレーザービームが遮断されるため熱硬化及び焼結が生じない。この焼結と未焼結がドット状に形成され、焼結された回路パターン2が形成されてゆく。レーザービーム8の断面直径が小さいほどドット直径が小さくなり、レーザービームを走査しながら高精度に回路パターンが形成されてゆく。焼結パターンの形成後は、基板3をエタノール、イソプロパノール等の有機溶剤の浸漬させると、レーザー光照射を受けた導電性ペースト膜4の金属は基板3上に固着しており、レーザー光の未照射部分だけが除去される。ついで、その除去済みの基板3を乾燥処理することにより、所望パターンで生成された導電パターンが得られる。なお、基板3には基準孔6、7が穿設されており、図示しない光学的検知手段により基準孔6、7を検知することにより、レーザービーム8を走査する基準位置が認識される。
【0029】
本発明では、熱線レーザービーム8を用いて導電性ペースト膜4の熱硬化と焼結を行うので、フォトマスク処理などを行うことなく導電パターン形成を高精度に、かつ高速に行なうことができ、しかも他の描画手段、例えば電子ビーム装置などと比較しても格段に安価なレーザー描画装置10を使用でき、導電パターン生成の低コスト化を図ることができる。例えば、スクリーン印刷方法ではパターンごとにマスク材を用意する必要があるが、回路パターンなどが変われば、コンピュータ31に格納する回路パターンデータを変更するだけでよく、所望の回路パターンをコンピュータ制御により簡単かつ安価に形成することが可能となる。なお、本発明のレーザー光には、紫外光レーザー、可視光レーザー、近赤外光レーザー、赤外光レーザーなどを使用でき、また、レーザー光源には半導体レーザーの他にガスレーザーなどを使用できる。
【0030】
導電性ペースト膜4に用いる導電性ペーストには、導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散したものを用意する。導電性粉体の導電性材Aには例えば、金、銀、パラジウム等の貴金属元素、又は例えば、銅、ニッケル等の卑金属元素である。導電性粉体はその平均粒径が1nmから数μmの金属粒子からなる導電性材を使用することができる。特に、平均粒径が1nmから数10nmに調整された導電性粉体を使用し、ビーム径を1nmから数10nmに絞られた熱線レーザー光の照射により、描画パターンの線幅が100nm以下に形成された超微細な導電パターンを生成することができる。例えば、平均粒径が5nmのとき、10nmのビーム径を照射することにより約18nm以下の線幅の導電線を生成でき、あるいは平均粒径が30nmのとき、40nmのビーム径を照射することにより約90nm以下の線幅の導電線を生成できる。
【0031】
本発明においては、レーザー照射時に金属粒子どうしが凝結すると、線幅が太くなったり不均一になるのを防ぐために、熱硬化性樹脂中で金属粒子が単分散している導電性粉体を使用するのが好ましい。殊に、金属粒子核の周囲に有機基を被覆して構成された金属粒子からなる導電性材を使用することができる。例えば、特開平10−183207に開示されているように、金属核の周囲を金属有機化合物(ナフテン酸塩、オクチル酸塩、ステアリン酸塩、安息香酸塩、n−デカン酸塩、金属エトキシド、金属アセチルアセトネート等)で取り囲むように被覆した構造の有機被覆金属微粒子は分散安定性に優れ、低温焼結条件下で使用可能な導電性ペーストを得ることができる。熱硬化性樹脂中で金属粒子が単分散化された導電性ペーストを用いれば、熱線レーザー光の照射によりペースト成分中の
金属粒子どうしが凝結せず、しかもレーザー光による局所加熱を有効利用して、熱伝導が効率的に行われて金属粒子の溶解も促進され、レーザー光による比較的低温条件下で焼結が円滑に行われ、安定した線幅を備えた導電パターンの微細化を確実に行うことができる。
【0032】
熱硬化性樹脂Bには、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂及びウレア樹脂などを用いることができる。導電性材A及び熱硬化性樹脂Bの組み合わせ(A,B)としては、(銀,フェノール樹脂)、(金,エポキシ樹脂)、(銅,アクリル樹脂)、(ニッケル,ポリイミド樹脂)、(鉄,メラミン樹脂)、(炭素,ウレア樹脂)などである。
【0033】
導電性ペーストには有機溶剤を適宜加えることによって、熱線レーザー光のビーム強度に応じて微妙に異なる焼結温度等の硬化条件に適応させるようにすることができる。有機溶剤には、導電性粉体を均一に分散できる溶剤が好ましく、例えば、アルコール、アセトン、プロパノール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、その他の石油系溶剤、テルピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート、ブチルカルビトール、セロソルブ類、芳香族類、ジエチルフタレートなどを使用する。
【0034】
上記実施形態において、基板3の移動速度が変化すると、導電パターン生成状態にどのように影響するかについての実験を行った。図3は、導電性材に平均粒径1μの銀紛とフェノール樹脂を含有した導電性ペーストを用いて実験を行ったときの導電線パターンのSEM(走査型電子顕微鏡)写真を示す。この実験では、波長810nm、被照射面の面光量300mWで発振させた半導体レーザー光を使用した。ビーム径が約100μmのレーザービームを基板3の導電性ペースト塗膜面の試験個所に照射しながら、基板3を一定方向に移動させたときの、基板3の移動速度と、ビーム照射により生成された導電線(線幅:約200μm)の状態をSEM写真で確認した。図3の(3A)、(3B)、(3C)及び(3D)はそれぞれ、移動速度が8mm/s、4mm/s、2mm/s、1mm/sの場合である。これらの写真から、移動速度を早くしてもレーザービームの局所加熱による短時間焼結効果により、導電線はほぼ同じ生成状態で得られており、高速生成が可能なことが分かった。
【0035】
次に、上記実施形態において、照射レーザー光の適正波長領域の確認測定を行った。図4は、導電性材に平均粒径1μの金紛とエポキシ樹脂を含有した導電性ペーストを基板面に塗布して形成したペースト塗膜と、エポキシ樹脂だけを基板面に塗布して形成した樹脂塗膜とを用いて反射率比較測定実験を行ったときのUV波長(nm)と反射率R(%)との関係を示す。この反射率測定には、測定装置としてのUV3150(島津製作所製)及び積分球を用いた。図4の(4A)、(4B)はそれぞれ、ペースト塗膜、樹脂塗膜の反射率変化を示す。この測定結果から、樹脂塗膜では反射率が700nm領域を越えると大きいが、ペースト塗膜の場合、780nm付近から1800nm程度まで変化せず安定していることが分かる。従って、本発明におけるレーザー光には780〜1800nmの波長領域のものを使用するのが好ましいといえる。
【0036】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明の第1の形態によれば、パターン印刷装置を用いることなく、またパターニングのためのマスク処理等の印刷工程も必要とせず、導電パターンを簡易に生成することができ、また各種電子機器、電子部品の小型化などに応じて、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0038】
本発明の第2の形態によれば、前記導電性粉体の平均粒径に応じて前記熱線レーザー光のビーム径を絞って照射することにより、前記導電性ペーストを熱硬化させて線幅の細密な描画パターンを形成することができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0039】
本発明の第3の形態によれば、前記熱線レーザー光の照射の際に、前記導電性ペーストに含有する前記金属粒子どうしが凝結せず、線幅の細密な描画パターンを形成することができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0040】
本発明の第4の形態によれば、前記熱線レーザー光の照射により焼結するペースト特性を具備させた導電性ペーストを用いて、前記熱線レーザー光による描画パターン形成を円滑に行うことができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0041】
本発明の第5の形態によれば、100nm以下に描画パターンの線幅を形成して導電パターンの微細化を実現することができ、基板の縮小化や搭載部品の高密度実装に寄与する導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0042】
本発明の第6又は第7の形態によれば、前記金属粒子が貴金属元素又は卑金属元素からなる、導電性ペーストの導電性材を使用することにより、配線基板等に形成される導電パターンの微細化を実現することができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0043】
本発明の第8の形態によれば、熱線レーザー光の照射により、前記熱硬化性樹脂が前記導電性ペースト含有成分として熱硬化して描画パターンの形成を円滑に行わせ、導電パターンの微細化を実現することができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【0044】
本発明の第9の形態によれば、例えば、前記熱線レーザー光のビーム強度に応じて微妙に異なる焼結温度等の硬化条件に、前記有機溶剤を適宜加えることによって適応させた導電性ペーストを用いることにより導電パターンの微細化を円滑に行うことができる導電パターンの生成方法の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の実施形態に用いるレーザー描画装置10の概略構成図である。
【図2】前記実施形態において生成される配線パターン例を模式的に示す図である。
【図3】前記実施形態において行った基板移動速度の影響実験を示す導電線パターンのSEM写真である。
【図4】前記実施形態において行ったペースト塗膜及び樹脂塗膜の反射率比較測定実験の結果を示す、UV波長(nm)に対する反射率R(%)変化の測定グラフである。
【符号の説明】
【0046】
1 基台
2 回路パターン
3 基板
4 導電性ペースト膜
5 熱線レーザー光源
6 基準孔
7 基準孔
8 レーザービーム
9 照射ミラー
10 レーザー描画装置
20 配線パターン
21 電極部分
30 コリメーターレンズ
32 波形成形ユニット
31 コンピュータ
32 波形成形ユニット
34 反射ミラー
36 ポリゴンミラー
36a 反射面
37 モーター

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性粉体と熱硬化性樹脂を均一に分散した導電性ペーストを用意し、この導電性ペーストを物体の表面に塗着して導電性ペースト膜を形成し、この導電性ペースト膜に対して熱線レーザー光を所望パターンに照射して前記導電性ペーストを熱硬化させた描画パターンを形成し、この描画パターンにより前記物体表面に導電パターンを生成することを特徴とする導電パターン生成方法。
【請求項2】
前記導電性粉体はその平均粒径が1nmから数μmの金属粒子からなる請求項1に記載の導電パターン生成方法。
【請求項3】
前記金属粒子が前記熱硬化性樹脂中で単分散している請求項1又は2に記載の導電パターン生成方法。
【請求項4】
前記金属粒子は金属粒子核の周囲に有機基を被覆して構成され、前記有機基により単分散化された請求項2又は3に記載の導電パターン生成方法。
【請求項5】
前記熱線レーザー光のビーム径が1nmから数10nmに絞られ、前記導電性粉体の平均粒径が1nmから数10nmに調整されることにより、前記描画パターンの線幅が100nm以下に形成される請求項1〜4のいずれかに記載の導電パターン生成方法。
【請求項6】
前記金属粒子が貴金属元素からなる請求項2、3又は4に記載の導電パターン生成方法。
【請求項7】
前記金属粒子が卑金属元素からなる請求項2、3又は4に記載の導電パターン生成方法。
【請求項8】
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂及びウレア樹脂のいずれかからなる請求項1に記載の導電パターン生成方法。
【請求項9】
前記導電性ペーストが有機溶剤を含む請求項1〜8のいずれかに記載の導電パターン生成方法。

【図1】
image rotate

【図4】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2006−332568(P2006−332568A)
【公開日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−158214(P2005−158214)
【出願日】平成17年5月30日(2005.5.30)
【出願人】(591040292)大研化学工業株式会社 (59)
【Fターム(参考)】