導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板
【課題】導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板を提供する。
【解決手段】本発明による配線基板の製造方法は、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線材料をベースフィルムに印刷する段階及び、その配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階を含んでおり、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる。
【解決手段】本発明による配線基板の製造方法は、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線材料をベースフィルムに印刷する段階及び、その配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階を含んでおり、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子機器及び情報端末機器などが小型、軽量化になることに伴って器機内部に使われる電子部品も次第に小型化になって行く趨勢である。したがって、電子部品内に実装のため配線パターンのサイズも次第に小さくなり、配線パターンの幅や配線間のスペースも細くなる趨勢である。すなわち、微細配線の形成が要求されているのである。このような微細配線を形成するため配線材料に含まれる金属粒子の大きさがナノサイズまで至っている。
【０００３】
特に、微細配線を形成するために既存の腐食法に利用されるスクリーン印刷方式を利用することは限界がある。最近では、インクジェット印刷方式のようにノズルを利用して金属粒子を印刷し微細配線を形成する方式が頭をもたげている。インクジェット印刷方式によって形成される配線の場合、配線幅や配線間の間隔は印刷される配線材料の量にだけよることになるので、この印刷方式による場合どんな配線材料を選択するのかが大事な問題になる。
【０００４】
特に、最近、回路間隔が数mm以下の微細配線を形成するためには数十μmのノズルが要求されている。このような微細ノズルを有するインクジェットプリンタで配線材料を印刷する場合、配線材料内の金属ナノ粒子の大きさは、使われるインクジェットプリンタのノズル大きさの１/１００ないし１/１０００位であればノズルの支えることなく安定的な工程を遂行することができる。したがって、数μmの金属粒子を含む配線材料を使うということは、ノズルの支えることと単位配線内に含まれる金属粒子がいくつしかならないので形成される配線が不均一になる問題点がある。また、配線基板の電気伝導度と電気信頼度を確保することにも問題がある。
【０００５】
また、微細回路配線を含む基板も最近では薄くて曲げることができ、小型、軽量化になった電子製品に適するものが要求される。例えば、軟性回路基板、軟硬性回路基板、軟性多層基板などがあげられる。このような基板に使われるベースフィルムとしてポリマーフィルムが適するが、このポリマーフィルムは上記のような長所にもかかわらず８００℃以上の焼成温度に耐えなくてその使用に制限があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低温焼成によっても微細回路配線を形成することができる導電性配線材料を提供する。また、本発明は、このような配線材料を利用した配線基板の製造方法及びその配線基板を提供する。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる導電性配線材料を提示することができる。
ここで、金属ナノ粒子は、金、銀、銅または、白金などの導電性金属であることができるしこれらの混合物であることもできる。
【０００８】
好ましい実施例によれば、第１金属ナノ粒子の粒径は１０ないし５００nmの範囲で、第２金属ナノ粒子の粒径は１ないし１０nmの範囲で選択されることができる。
ここで、第１金属ナノ粒子対上記第２金属ナノ粒子の体積比は１:１ないし１:３のことができる。
好ましい実施例によれば、この配線材料は粘度が１ないし５０cpsのインク形態であることができる。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、上記のような配線材料をベースフィルムに印刷する段階及び、配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階を含んで、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線基板の製造方法を提示することができる。
好ましい実施例によれば、このベースフィルムはポリマーの絶縁性フィルムであり、配線材料をベースフィルムに印刷する方式はインクジェット印刷方式である。
【００１０】
ここで、低温焼成の温度は１８０ないし３００℃であることができる。
本発明のまた別の側面によれば、上記のような配線材料をベースフィルムに印刷し、上記配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成して第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たした導電性配線を含む配線基板を提示することができる。
【００１１】
ここで、低温焼成温度は１８０ないし３００℃であることができる。
好ましい実施例によれば、この導電性配線の比抵抗は１２×１０-５.５Ωcm以下である。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による導電性配線材料で配線基板を製造すれば、粒径が互いに違う第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子の中で、粒径が小さな第２金属ナノ粒子によって焼成温度が決まるので、第２金属ナノ粒子の粒径をナノサイズ効果が著しく起きる大きさに小さくすれば、低温焼成が可能な配線材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
以下、本発明による導電性配線材料、配線基板の製造方法、配線基板の好ましい実施例に対して添付図面を参照して詳しく説明する事にするが、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号にかかわらず同一の構成要素は同じ参照符号を付与してこれに対する重複される説明は略する事にする。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施例を詳しく説明することに先立って、先ず、金属ナノ粒子の一般的な特性に対して説明する事にする。
【００１６】
本発明で'金属ナノ粒子'とは、粒径が数nmないし数百nmの粒子のことである。金属粒子がナノサイズ以下に小くなるとナノサイズ効果を起こす。ここで'ナノサイズ効果'とは、一般的に、普通の材料をナノサイズに到達させる時現われる物理的、化学的特性変化を言う。金属の場合、例えば、ナノサイズ効果を起こす鉄の断熱応力の割合は普通の鉄より１２倍も高くて、ナノサイズ効果を有する金の融点は一般的な金の半分の水準である。
【００１７】
一般的に、金属の場合、約１００nm以下でナノサイズ効果を起こすが、好ましくは５０nm、さらに好ましくは１０nm以下でナノサイズ効果が著しく現われる。例えば、銀(Ag)の場合、一般的な銀の融点は９６１.９℃であるが、約１００nmから融点が落ち始めて、１０nm以下の大きさでは融点が２００ないし２５０℃まで落ちる。
【００１８】
このように、金属粒子の粒径をナノサイズ以下に充分に小さくすれば、金属原子の表面拡散は無視することができない位に大きくなり、この表面拡散に起因して粒子相互間の界面延長になる。したがって、ナノサイズ以下に粒子の大きさが小さくなるほど粒子の融点も低くなる。
【００１９】
ここで、ナノサイズ効果が著しく起きる大きさ範囲の金属ナノ粒子にて配線を形成すれば、融点が充分に低くて低温焼成が可能になる。しかし、焼成を行った後、金属ナノ粒子の表面が直接接触して凝集体を形成し、結局、金属ナノ粒子の全体が一つの大きなバルク形態になる。この時形成された配線は、金属バルクのように電気伝導度が向上するようだが、小さな粒子が互いに絡み付く過程でホールが発生する確率が急激に増加する。このようなホールは、断線の原因になる。また、金属ナノ粒子間の連結部位が多いので電流の流れもよくないから電気伝導度と電気信頼性が低い。
【００２０】
図１は、粒径が一定した金属ナノ粒子より成った配線を含む配線基板の断面図である。図１を参照すれば、焼成の前、粒径が一定した金属ナノ粒子１３０aより成った配線材料にてベースフィルム１１０上に配線を形成させれば、焼成の前の配線１０aを得ることができる。この焼成の前の配線１０a内の粒径が一定した金属ナノ粒子１３０aは、分散液によってコロイド状態で均衡を維持している。この配線を焼成させると分散液は配線１０bから離脱されてしまって、焼成後には焼成の前の粒径の一定した金属ナノ粒子が互いに絡み付くことになる。この時、焼成後に粒径の一定した金属ナノ粒子１３０bの間にホール１５０が発生される確率が高い。したがって、電気信頼度が低くなる。また、金属ナノ粒子間の連結部位が多いので電流の流れ１９０がよくないようになる。
【００２１】
図２は、本発明の好ましい一実施例による配線を含む配線基板の断面図である。図２を参照すれば、導電性配線材料は、焼成の前の第１金属ナノ粒子３３１a間の空間を焼成の前の第２金属ナノ粒子３３３aが満たしていて、この金属ナノ粒子たちは分散液によってコロイド状態で安定的に分散されている。この導電性配線材料をベースフィルム３１０上に印刷して焼成の前の配線３０aを得ることができる。この配線を低温焼成させると焼成の後、第２金属ナノ粒子３３３bは溶融され第１金属ナノ粒子３３１b間の空間を満たすことになる。ここで、焼成の後、第２金属ナノ粒子３３３bは第１金属ナノ粒子３３１b間のホールを埋めるようになって、電気信頼度が高くなる。また、焼成の後、第１金属ナノ粒子３３１b間の連結点が少なくて電流の流れ３９０がよくなるので電気伝導度の優秀な焼成後の配線３０bを含む配線基板を得ることができる。
【００２２】
以上のように、導電性配線材料とこの導電性配線材料を利用した配線基板に対して図２を参照して説明したが、以下では、導電性配線材料を構成する構成要素の条件とこの構成要素が導電性配線材料を構成するための条件を説明する事にする。
導電性配線材料は、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことにならなければならない。
【００２３】
［金属ナノ粒子の種類］
ここで、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、鉛、インジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビズマス、錫、亜鉛、チタン、アルミニウム、コバルト、鉄及び、これらの中で二つ以上の金属より成った混合物の中の少なくとも一つであることができる。
特に、配線材料に使われる好ましい金属は、金、銀、白金または、パラジウムである。この金属は単独または、焼成時合金を形成する混合物である。一般的な金属化合物としては、金/白金、パラジウム/銀、白金/銀、白金/パラジウム/金または、白金/パラジウム/銀がある。配線材料に含まれる金属ナノ粒子は、銀(任意ではパラジウムとの混合)、白金及び/または金の中から選択され、特に好ましくは、銀及び、銀/パラジウムの中の一つである。
【００２４】
［金属ナノ粒子の大きさ］
最近、回路間隔が数mm以下の微細配線を形成するためには、数十μmのノズルが要求されている。このような微細ノズルをパスするためには、金属ナノ粒子を含む配線材料を使えば、ノズルの支える問題も解決できるし、形成される配線の不均一性も減少させることができ、電気伝導度と電気信頼性の優秀な微細配線を形成するのに適する。
【００２５】
好ましい実施例によれば、インクジェット印刷方式に使われるのに適する金属ナノ粒子の粒径は５００nm以下である。また、金属の場合、約１００nm以下でナノサイズ効果を起こし、１０nm以下でナノサイズ効果が著しく起きる。金属ナノ粒子は、１０nm以下で融点が２００ないし２５０℃である。
【００２６】
低温焼成の温度は、大きさが小さい方の第２金属ナノ粒子の融点によって決まる。したがって、ポリマーフィルムが耐えられる温度の１８０ないし３００℃で低温焼成するために、第２金属ナノ粒子の粒径はナノサイズ効果が著しく起きる１０nm以下であるのが好ましい。さらに好ましくは、第２金属ナノ粒子の粒径が１ないし１０nmのものである。
【００２７】
第１金属ナノ粒子の粒径は、微細配線を形成するためのインクジェットプリンタのノズルをパスすることができるように５００nm以下であり、第２金属ナノ粒子の粒径より粒径が大きくなるため１０nm以上であるのが好ましい。さらに好ましくは、第１金属ナノ粒子もナノサイズ効果を起こすことができる１０ないし１００nmである。
【００２８】
ここで、上述の好ましい範囲内であれば、配線材料を構成する複数の第１金属ナノ粒子と複数の第２金属ナノ粒子の大きさに対する制限はない。好ましい実施例によれば、優秀な電気伝導度と電気信頼度を得るためには、複数の第１金属ナノ粒子は１０ないし５００nmで一つの平均粒径を有することができる。また、一定した焼成温度を有するために複数の第２金属ナノ粒子は１ないし１０nmで一つの平均粒径を有することができる。
【００２９】
［金属ナノ粒子間の体積比］
図３は、本発明の好ましい一実施例による第１金属ナノ粒子の配置を示す概念図である。図３を参照して、金属ナノ粒子間の体積比を説明することにする。大きい粒径の第１金属ナノ粒子の半径をR、小さな粒径の第２金属ナノ粒子の半径をrといい、第１金属ナノ粒子間の空間を第２金属ナノ粒子が全部満たすと仮定する。図３の(a)を参照すれば、第１金属ナノ粒子間が一番近接されられる配置である。この場合、第１金属ナノ粒子間の中心間距離は２Rであって、一辺が２Rである正六面体を仮定する場合、正六面体に第１金属ナノ粒子一つを満たすことができる。
【００３０】
したがって、
第１金属ナノ粒子の体積=４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子間の空間の体積=(２R)３-４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子の体積 : 第２金属ナノ粒子の体積
=４/３×π×R３ :(２R)３-４/３×π×R３=１:６/π-１≒１:０.９０９８５
第１金属ナノ粒子対第２金属ナノ粒子の体積比の最小値は１:１になる。
【００３１】
また図３の(c)を参照すれば、第１金属ナノ粒子間の距離が最大の場合に対する第１金属ナノ粒子間の配置である。この時、同一平面上の第１金属ナノ粒子間の距離は２Rである。同一平面上の第１金属ナノ粒子間の距離が２R以上であれば、第１金属ナノ粒子間の空間を満たす第２金属ナノ粒子が、第２金属ナノ粒子どうし集まって凝集体を形成する可能性があるから、この距離以上では本発明によって求めようとする好ましい効果を得ることができない。したがって、図３の(d)を参照すれば、一辺の長さが６Rである正六面体を仮定することができる。この正六面体は、一辺の長さが２Rである小さな正六面体２７個に分けることができる。小さな正六面体の中、１３個には第１金属ナノ粒子が満たされることができ、１４個の小さな正六面体は空いていることになる。
【００３２】
したがって、
第１金属ナノ粒子の体積=１３×４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子間の空間の体積=１４(２R)３+{(２R)３-(４/３×π×R３)}
第１金属ナノ粒子:第２金属ナノ粒子の体積比≒１３:４１
したがって、第１金属ナノ粒子対第２金属ナノ粒子の体積比の最大値は１:３である。
【００３３】
［金属ナノ粒子と配線材料の形態］
金属ナノ粒子の形態は制限されない。球形、回転楕円体、粉末形態、不規則形態または、任意の適当な別の形態であることができる。ここで、配線材料の形態が制限されるのではない。一番好ましくは、第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子が分散液によってコロイド状態で安定に分散されているインク形態である。
【００３４】
［配線材料の粘度］
ここで、配線材料の粘度は、１ないし１０００cpsで選択されることができる。グラビア印刷方式の場合、１００ないし５００cpsが好ましくて、インクジェット印刷方式の場合、１ないし５０cpsが好ましい。
一番好ましい配線材料の形態はインク形態であって、インク形態の配線材料の一番好ましい粘度は１ないし２０cpsである。
【００３５】
［分散液及び分散剤］
好ましい実施例によれば、インク形態の分散材料の場合、金属ナノ粒子は分散液によって取り囲まれてコロイド状態を維持する。このような金属ナノ粒子は分散剤によって願う粘度で分散されることができるが、分散剤の作用基によって金属ナノ粒子と結合されられる結合点が違うので、分散剤は必要によって適当な重量%で配線材料に含まれることができる。ここで、分散剤は官能基N、OまたはSを有していて、金属ナノ粒子との配位結合が可能な非イオン、カチオン（陽イオン）、アニオン（陰イオン）系界面活性剤を使うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の好ましい一実施例による配線基板の製造方法を示す順序図である。図４を参照すれば、段階S２０５で、ベースフィルム３１０の表面を、後の工程遂行に適合するように洗浄する。段階S２１０で、上記のように用意したベースフィルム３１０上に写真法やスクリーン印刷方法によってあらかじめ設計された配線パターンを転写する。
【００３７】
段階S２１５で、湿式法や乾式法によってベースフィルムの表面処理を行う。段階S２２０は、金属ナノ粒子を含む導電性配線材料を印刷して焼成の前の配線３０aを形成する段階である。段階S２２５では、段階S２２０から得られた配線が含まれている基板を低温焼成する。段階S２２０、S２２５によって、基板上に導電性配線が形成される。
【００３８】
段階S２３０は、基板を積層する段階で多層基板を形成するための必須段階であり、段階S２３５で、既に形成された導電性パターンに被膜を掛けて部品の実装時行われる半田付け(soldering)過程によって望まない接触が起きないようにする。段階S２４０で、部品名、部品位置などのシンボルマークを印刷し、段階S２４５で、HASLなどの工法にて仕上げの表面処理を行う。段階S２５０で、端子部をメッキし、段階S２５５で、ホール及び見掛け加工を行って比抵抗の低い、すなわち優秀な電気伝導度を有する配線基板を得ることができる。
【００３９】
ここで、配線材料をベースフィルムに印刷する方法は、スクリーン印刷、ディスペンス印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などによって印刷することができる。微細配線を形成するためにはインクジェット印刷方式が好ましい。インクジェット印刷方式には、ピエゾ(Piezo)タイプとサーマル(Thermal)タイプがあるが、このようなタイプに制限されることではない。
【００４０】
好ましい実施例によれば、ベースフィルム３１０としてポリマー絶縁性フィルムを使うことができる。ポリマー絶縁性フィルムの場合１８０ないし３００℃の低温焼成が要求されるが、本発明の配線材料は、第２金属ナノ粒子の融点によって焼成温度が決まるから、このようなポリマー絶縁性フィルムに使用可能な低温焼成導電性配線材料を提供することができる。好ましい実施例によれば、ポリマー絶縁性フィルムとしてポリイミドフィルムを使うことができる。
【００４１】
本発明の配線基板の製造方法はその用途が限定されない。例えば、単層、両面または、多層の硬性回路基板、単面または両面の軟性回路基板、硬軟性回路基板、軟性多層基板または、セラミック基板などのプリント回路基板、IC-モジュール、P-BGA、CSP、強化BGAまたは、FC-BGAなどの半導体実装用硬性基板、microBGA、FBGA、TBGAなどの半導体実装用軟性基板、MCM-Lまたは、MCM-Cなどの半導体実装用基板などに使われることができる。好ましくはポリイミドフィルムを使う配線基板の製造方法に使うことができる。
【００４２】
上記の好ましい実施例による配線基板の製造方法によって得られた配線基板は、第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすから金属ナノ粒子間にホールの形成される確率が低く、第１金属ナノ粒子間の連結点が少なくて電流の流れもよい。また、低い比抵抗のため電気伝導度が優秀である。好ましい実施例によれば、比抵抗が１２×１０-５.５Ωcm以下の配線基板を得ることができる。
【００４３】
以上のように、導電性配線材料、この導電性配線材料を利用する配線基板の製造方法及びその方法によって形成された配線基板を図１ないし図４を参照して説明したが、以下では具体的な実施例を基準にして説明する事にする。
【００４４】
［導電性配線材料］
第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子は同一または異種の金属を使うことができる。湿式または乾式方法によって合成され、分散液によって安定化された第１銀(Ag)ナノ粒子と第２銀(Ag)ナノ粒子を水または、有機溶媒に分散させた。使われた分散剤は官能基N、O、Sを有していて銀ナノ粒子との配位結合が可能な非イオン、カチオン、アニオン系界面活性剤とした。第１銀ナノ粒子は１０ないし５００nmの粒径を有して、第２銀ナノ粒子は１ないし１０nmの粒径を有するように選択した。銀ナノ粒子を体積比１:１.２、１:１.８、１:３に均一に交ぜた後、ポリマー絶縁性フィルムに印刷した。配線材料の粘度は、目的にしたがって１ないし１００cpsに調節が可能であり、インクジェット印刷方式の場合１ないし５０cpsが適して、特に１ないし２０cpsが好ましい。
【００４５】
［配線基板の製造方法及びその配線基板］
インクジェットの印刷方式の中で、ピエゾタイプまたはサーマルタイプの制限はないし、導電性配線形成のためのインク形態の配線材料は上記の配線材料を使った。ここで、配線基板の製造方法に使われる基板は、軟性回路基板(FPCB)、硬軟性回路基板(RF-PCB)、軟性多層基板(MF-PCB)を使うことができる。このような基板に使われるベースフィルムとしてポリマー絶縁性フィルムを使った。インクジェット印刷方式によって１００μm位の配線を基板に印刷した後、１８０ないし３００℃で３０ないし１２０分位熱処理した。熱処理条件は、印刷された配線の伝導度を最適化させることができる条件で決まった。得られた配線基板の比抵抗を測定した。
【００４６】
[実施例１]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と、粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:１.２に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は１１.６×１０-５.５Ωcmであった。図５は、本発明の好ましい一実施例２によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４７】
[実施例２]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:１.８に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は７.４×１０-５.５Ωcmであった。図６は、本発明の好ましい一実施例３によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４８】
[実施例３]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:３に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は７×１０-６Ωcmであった。図７は、本発明の好ましい一実施例４によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４９】
[比較例１]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５nmである銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に分散させた。このような導電性配線材料をインクジェット印刷方式によってポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２２０℃で２時間焼成した。このように形成された配線基板の比抵抗は５.５×１０-５Ωcmであった。
【００５０】
[比較例２]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に分散させて配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２２０℃で２時間焼成したが、完全焼成にならなかった。
【００５１】
[比較例３]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:０.６に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は１５.６×１０-５Ωcmであった。
【００５２】
本発明は、上記実施例に限定されないし、本発明の思想内で当分野の通常の知識を持った者によって多くの変形が可能であることは勿論である。
【００５３】
上述のように、本発明による導電性配線材料で配線基板を製造すれば、粒径が互いに違う第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子の中で、粒径が小さな第２金属ナノ粒子によって焼成温度が決まるので、第２金属ナノ粒子の粒径をナノサイズ効果が著しく起きる大きさに小さくすれば、低温焼成が可能な配線材料を得ることができる。したがって、軟性基板、軟硬性基板、軟性多層基板に使われるポリマーフィルムにも使用可能な配線材料を得ることができる。配線基板の製造過程で、低温焼成によって配線基板を製造することができるし、焼成時第２金属ナノ粒子は溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことになるので、第１金属ナノ粒子間の連結点が少なく電気伝導度が高くて電気信頼性の優秀な配線基板を得ることができる。また、配線材料に含まれる金属ナノ粒子はナノサイズを有するので本発明の配線材料はインクジェット印刷方式によって微細配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、粒径が一定した金属ナノ粒子より成った配線を含む配線基板の断面図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい一実施例による配線を含む配線基板の断面図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい一実施例による第１金属ナノ粒子の配置を示す概念図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい一実施例による配線基板の製造方法を示す順序図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい一実施例１によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【図６】図６は、本発明の好ましい一実施例２によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【図７】図７は、本発明の好ましい一実施例３によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１０a、３０a:焼成の前の配線
１０b、３０b:焼成の後の配線
１１０、３１０:ベースフィルム
１３０a:焼成の前の粒径が一定した金属ナノ粒子
１３０b:焼成の後の粒径が一定した金属ナノ粒子
１５０:ホール(hole)
１９０、３９０:電流の流れ
３３１a:焼成の前の第１金属ナノ粒子
３３１b:焼成の後の第１金属ナノ粒子
３３３a:焼成の前の第２金属ナノ粒子
３３３b:焼成の後の第２金属ナノ粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子機器及び情報端末機器などが小型、軽量化になることに伴って器機内部に使われる電子部品も次第に小型化になって行く趨勢である。したがって、電子部品内に実装のため配線パターンのサイズも次第に小さくなり、配線パターンの幅や配線間のスペースも細くなる趨勢である。すなわち、微細配線の形成が要求されているのである。このような微細配線を形成するため配線材料に含まれる金属粒子の大きさがナノサイズまで至っている。
【０００３】
特に、微細配線を形成するために既存の腐食法に利用されるスクリーン印刷方式を利用することは限界がある。最近では、インクジェット印刷方式のようにノズルを利用して金属粒子を印刷し微細配線を形成する方式が頭をもたげている。インクジェット印刷方式によって形成される配線の場合、配線幅や配線間の間隔は印刷される配線材料の量にだけよることになるので、この印刷方式による場合どんな配線材料を選択するのかが大事な問題になる。
【０００４】
特に、最近、回路間隔が数mm以下の微細配線を形成するためには数十μmのノズルが要求されている。このような微細ノズルを有するインクジェットプリンタで配線材料を印刷する場合、配線材料内の金属ナノ粒子の大きさは、使われるインクジェットプリンタのノズル大きさの１/１００ないし１/１０００位であればノズルの支えることなく安定的な工程を遂行することができる。したがって、数μmの金属粒子を含む配線材料を使うということは、ノズルの支えることと単位配線内に含まれる金属粒子がいくつしかならないので形成される配線が不均一になる問題点がある。また、配線基板の電気伝導度と電気信頼度を確保することにも問題がある。
【０００５】
また、微細回路配線を含む基板も最近では薄くて曲げることができ、小型、軽量化になった電子製品に適するものが要求される。例えば、軟性回路基板、軟硬性回路基板、軟性多層基板などがあげられる。このような基板に使われるベースフィルムとしてポリマーフィルムが適するが、このポリマーフィルムは上記のような長所にもかかわらず８００℃以上の焼成温度に耐えなくてその使用に制限があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低温焼成によっても微細回路配線を形成することができる導電性配線材料を提供する。また、本発明は、このような配線材料を利用した配線基板の製造方法及びその配線基板を提供する。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる導電性配線材料を提示することができる。
ここで、金属ナノ粒子は、金、銀、銅または、白金などの導電性金属であることができるしこれらの混合物であることもできる。
【０００８】
好ましい実施例によれば、第１金属ナノ粒子の粒径は１０ないし５００nmの範囲で、第２金属ナノ粒子の粒径は１ないし１０nmの範囲で選択されることができる。
ここで、第１金属ナノ粒子対上記第２金属ナノ粒子の体積比は１:１ないし１:３のことができる。
好ましい実施例によれば、この配線材料は粘度が１ないし５０cpsのインク形態であることができる。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、上記のような配線材料をベースフィルムに印刷する段階及び、配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階を含んで、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線基板の製造方法を提示することができる。
好ましい実施例によれば、このベースフィルムはポリマーの絶縁性フィルムであり、配線材料をベースフィルムに印刷する方式はインクジェット印刷方式である。
【００１０】
ここで、低温焼成の温度は１８０ないし３００℃であることができる。
本発明のまた別の側面によれば、上記のような配線材料をベースフィルムに印刷し、上記配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成して第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たした導電性配線を含む配線基板を提示することができる。
【００１１】
ここで、低温焼成温度は１８０ないし３００℃であることができる。
好ましい実施例によれば、この導電性配線の比抵抗は１２×１０-５.５Ωcm以下である。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による導電性配線材料で配線基板を製造すれば、粒径が互いに違う第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子の中で、粒径が小さな第２金属ナノ粒子によって焼成温度が決まるので、第２金属ナノ粒子の粒径をナノサイズ効果が著しく起きる大きさに小さくすれば、低温焼成が可能な配線材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
以下、本発明による導電性配線材料、配線基板の製造方法、配線基板の好ましい実施例に対して添付図面を参照して詳しく説明する事にするが、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号にかかわらず同一の構成要素は同じ参照符号を付与してこれに対する重複される説明は略する事にする。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施例を詳しく説明することに先立って、先ず、金属ナノ粒子の一般的な特性に対して説明する事にする。
【００１６】
本発明で'金属ナノ粒子'とは、粒径が数nmないし数百nmの粒子のことである。金属粒子がナノサイズ以下に小くなるとナノサイズ効果を起こす。ここで'ナノサイズ効果'とは、一般的に、普通の材料をナノサイズに到達させる時現われる物理的、化学的特性変化を言う。金属の場合、例えば、ナノサイズ効果を起こす鉄の断熱応力の割合は普通の鉄より１２倍も高くて、ナノサイズ効果を有する金の融点は一般的な金の半分の水準である。
【００１７】
一般的に、金属の場合、約１００nm以下でナノサイズ効果を起こすが、好ましくは５０nm、さらに好ましくは１０nm以下でナノサイズ効果が著しく現われる。例えば、銀(Ag)の場合、一般的な銀の融点は９６１.９℃であるが、約１００nmから融点が落ち始めて、１０nm以下の大きさでは融点が２００ないし２５０℃まで落ちる。
【００１８】
このように、金属粒子の粒径をナノサイズ以下に充分に小さくすれば、金属原子の表面拡散は無視することができない位に大きくなり、この表面拡散に起因して粒子相互間の界面延長になる。したがって、ナノサイズ以下に粒子の大きさが小さくなるほど粒子の融点も低くなる。
【００１９】
ここで、ナノサイズ効果が著しく起きる大きさ範囲の金属ナノ粒子にて配線を形成すれば、融点が充分に低くて低温焼成が可能になる。しかし、焼成を行った後、金属ナノ粒子の表面が直接接触して凝集体を形成し、結局、金属ナノ粒子の全体が一つの大きなバルク形態になる。この時形成された配線は、金属バルクのように電気伝導度が向上するようだが、小さな粒子が互いに絡み付く過程でホールが発生する確率が急激に増加する。このようなホールは、断線の原因になる。また、金属ナノ粒子間の連結部位が多いので電流の流れもよくないから電気伝導度と電気信頼性が低い。
【００２０】
図１は、粒径が一定した金属ナノ粒子より成った配線を含む配線基板の断面図である。図１を参照すれば、焼成の前、粒径が一定した金属ナノ粒子１３０aより成った配線材料にてベースフィルム１１０上に配線を形成させれば、焼成の前の配線１０aを得ることができる。この焼成の前の配線１０a内の粒径が一定した金属ナノ粒子１３０aは、分散液によってコロイド状態で均衡を維持している。この配線を焼成させると分散液は配線１０bから離脱されてしまって、焼成後には焼成の前の粒径の一定した金属ナノ粒子が互いに絡み付くことになる。この時、焼成後に粒径の一定した金属ナノ粒子１３０bの間にホール１５０が発生される確率が高い。したがって、電気信頼度が低くなる。また、金属ナノ粒子間の連結部位が多いので電流の流れ１９０がよくないようになる。
【００２１】
図２は、本発明の好ましい一実施例による配線を含む配線基板の断面図である。図２を参照すれば、導電性配線材料は、焼成の前の第１金属ナノ粒子３３１a間の空間を焼成の前の第２金属ナノ粒子３３３aが満たしていて、この金属ナノ粒子たちは分散液によってコロイド状態で安定的に分散されている。この導電性配線材料をベースフィルム３１０上に印刷して焼成の前の配線３０aを得ることができる。この配線を低温焼成させると焼成の後、第２金属ナノ粒子３３３bは溶融され第１金属ナノ粒子３３１b間の空間を満たすことになる。ここで、焼成の後、第２金属ナノ粒子３３３bは第１金属ナノ粒子３３１b間のホールを埋めるようになって、電気信頼度が高くなる。また、焼成の後、第１金属ナノ粒子３３１b間の連結点が少なくて電流の流れ３９０がよくなるので電気伝導度の優秀な焼成後の配線３０bを含む配線基板を得ることができる。
【００２２】
以上のように、導電性配線材料とこの導電性配線材料を利用した配線基板に対して図２を参照して説明したが、以下では、導電性配線材料を構成する構成要素の条件とこの構成要素が導電性配線材料を構成するための条件を説明する事にする。
導電性配線材料は、複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融され上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことにならなければならない。
【００２３】
［金属ナノ粒子の種類］
ここで、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、鉛、インジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビズマス、錫、亜鉛、チタン、アルミニウム、コバルト、鉄及び、これらの中で二つ以上の金属より成った混合物の中の少なくとも一つであることができる。
特に、配線材料に使われる好ましい金属は、金、銀、白金または、パラジウムである。この金属は単独または、焼成時合金を形成する混合物である。一般的な金属化合物としては、金/白金、パラジウム/銀、白金/銀、白金/パラジウム/金または、白金/パラジウム/銀がある。配線材料に含まれる金属ナノ粒子は、銀(任意ではパラジウムとの混合)、白金及び/または金の中から選択され、特に好ましくは、銀及び、銀/パラジウムの中の一つである。
【００２４】
［金属ナノ粒子の大きさ］
最近、回路間隔が数mm以下の微細配線を形成するためには、数十μmのノズルが要求されている。このような微細ノズルをパスするためには、金属ナノ粒子を含む配線材料を使えば、ノズルの支える問題も解決できるし、形成される配線の不均一性も減少させることができ、電気伝導度と電気信頼性の優秀な微細配線を形成するのに適する。
【００２５】
好ましい実施例によれば、インクジェット印刷方式に使われるのに適する金属ナノ粒子の粒径は５００nm以下である。また、金属の場合、約１００nm以下でナノサイズ効果を起こし、１０nm以下でナノサイズ効果が著しく起きる。金属ナノ粒子は、１０nm以下で融点が２００ないし２５０℃である。
【００２６】
低温焼成の温度は、大きさが小さい方の第２金属ナノ粒子の融点によって決まる。したがって、ポリマーフィルムが耐えられる温度の１８０ないし３００℃で低温焼成するために、第２金属ナノ粒子の粒径はナノサイズ効果が著しく起きる１０nm以下であるのが好ましい。さらに好ましくは、第２金属ナノ粒子の粒径が１ないし１０nmのものである。
【００２７】
第１金属ナノ粒子の粒径は、微細配線を形成するためのインクジェットプリンタのノズルをパスすることができるように５００nm以下であり、第２金属ナノ粒子の粒径より粒径が大きくなるため１０nm以上であるのが好ましい。さらに好ましくは、第１金属ナノ粒子もナノサイズ効果を起こすことができる１０ないし１００nmである。
【００２８】
ここで、上述の好ましい範囲内であれば、配線材料を構成する複数の第１金属ナノ粒子と複数の第２金属ナノ粒子の大きさに対する制限はない。好ましい実施例によれば、優秀な電気伝導度と電気信頼度を得るためには、複数の第１金属ナノ粒子は１０ないし５００nmで一つの平均粒径を有することができる。また、一定した焼成温度を有するために複数の第２金属ナノ粒子は１ないし１０nmで一つの平均粒径を有することができる。
【００２９】
［金属ナノ粒子間の体積比］
図３は、本発明の好ましい一実施例による第１金属ナノ粒子の配置を示す概念図である。図３を参照して、金属ナノ粒子間の体積比を説明することにする。大きい粒径の第１金属ナノ粒子の半径をR、小さな粒径の第２金属ナノ粒子の半径をrといい、第１金属ナノ粒子間の空間を第２金属ナノ粒子が全部満たすと仮定する。図３の(a)を参照すれば、第１金属ナノ粒子間が一番近接されられる配置である。この場合、第１金属ナノ粒子間の中心間距離は２Rであって、一辺が２Rである正六面体を仮定する場合、正六面体に第１金属ナノ粒子一つを満たすことができる。
【００３０】
したがって、
第１金属ナノ粒子の体積=４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子間の空間の体積=(２R)３-４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子の体積 : 第２金属ナノ粒子の体積
=４/３×π×R３ :(２R)３-４/３×π×R３=１:６/π-１≒１:０.９０９８５
第１金属ナノ粒子対第２金属ナノ粒子の体積比の最小値は１:１になる。
【００３１】
また図３の(c)を参照すれば、第１金属ナノ粒子間の距離が最大の場合に対する第１金属ナノ粒子間の配置である。この時、同一平面上の第１金属ナノ粒子間の距離は２Rである。同一平面上の第１金属ナノ粒子間の距離が２R以上であれば、第１金属ナノ粒子間の空間を満たす第２金属ナノ粒子が、第２金属ナノ粒子どうし集まって凝集体を形成する可能性があるから、この距離以上では本発明によって求めようとする好ましい効果を得ることができない。したがって、図３の(d)を参照すれば、一辺の長さが６Rである正六面体を仮定することができる。この正六面体は、一辺の長さが２Rである小さな正六面体２７個に分けることができる。小さな正六面体の中、１３個には第１金属ナノ粒子が満たされることができ、１４個の小さな正六面体は空いていることになる。
【００３２】
したがって、
第１金属ナノ粒子の体積=１３×４/３×π×R３
第１金属ナノ粒子間の空間の体積=１４(２R)３+{(２R)３-(４/３×π×R３)}
第１金属ナノ粒子:第２金属ナノ粒子の体積比≒１３:４１
したがって、第１金属ナノ粒子対第２金属ナノ粒子の体積比の最大値は１:３である。
【００３３】
［金属ナノ粒子と配線材料の形態］
金属ナノ粒子の形態は制限されない。球形、回転楕円体、粉末形態、不規則形態または、任意の適当な別の形態であることができる。ここで、配線材料の形態が制限されるのではない。一番好ましくは、第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子が分散液によってコロイド状態で安定に分散されているインク形態である。
【００３４】
［配線材料の粘度］
ここで、配線材料の粘度は、１ないし１０００cpsで選択されることができる。グラビア印刷方式の場合、１００ないし５００cpsが好ましくて、インクジェット印刷方式の場合、１ないし５０cpsが好ましい。
一番好ましい配線材料の形態はインク形態であって、インク形態の配線材料の一番好ましい粘度は１ないし２０cpsである。
【００３５】
［分散液及び分散剤］
好ましい実施例によれば、インク形態の分散材料の場合、金属ナノ粒子は分散液によって取り囲まれてコロイド状態を維持する。このような金属ナノ粒子は分散剤によって願う粘度で分散されることができるが、分散剤の作用基によって金属ナノ粒子と結合されられる結合点が違うので、分散剤は必要によって適当な重量%で配線材料に含まれることができる。ここで、分散剤は官能基N、OまたはSを有していて、金属ナノ粒子との配位結合が可能な非イオン、カチオン（陽イオン）、アニオン（陰イオン）系界面活性剤を使うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の好ましい一実施例による配線基板の製造方法を示す順序図である。図４を参照すれば、段階S２０５で、ベースフィルム３１０の表面を、後の工程遂行に適合するように洗浄する。段階S２１０で、上記のように用意したベースフィルム３１０上に写真法やスクリーン印刷方法によってあらかじめ設計された配線パターンを転写する。
【００３７】
段階S２１５で、湿式法や乾式法によってベースフィルムの表面処理を行う。段階S２２０は、金属ナノ粒子を含む導電性配線材料を印刷して焼成の前の配線３０aを形成する段階である。段階S２２５では、段階S２２０から得られた配線が含まれている基板を低温焼成する。段階S２２０、S２２５によって、基板上に導電性配線が形成される。
【００３８】
段階S２３０は、基板を積層する段階で多層基板を形成するための必須段階であり、段階S２３５で、既に形成された導電性パターンに被膜を掛けて部品の実装時行われる半田付け(soldering)過程によって望まない接触が起きないようにする。段階S２４０で、部品名、部品位置などのシンボルマークを印刷し、段階S２４５で、HASLなどの工法にて仕上げの表面処理を行う。段階S２５０で、端子部をメッキし、段階S２５５で、ホール及び見掛け加工を行って比抵抗の低い、すなわち優秀な電気伝導度を有する配線基板を得ることができる。
【００３９】
ここで、配線材料をベースフィルムに印刷する方法は、スクリーン印刷、ディスペンス印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などによって印刷することができる。微細配線を形成するためにはインクジェット印刷方式が好ましい。インクジェット印刷方式には、ピエゾ(Piezo)タイプとサーマル(Thermal)タイプがあるが、このようなタイプに制限されることではない。
【００４０】
好ましい実施例によれば、ベースフィルム３１０としてポリマー絶縁性フィルムを使うことができる。ポリマー絶縁性フィルムの場合１８０ないし３００℃の低温焼成が要求されるが、本発明の配線材料は、第２金属ナノ粒子の融点によって焼成温度が決まるから、このようなポリマー絶縁性フィルムに使用可能な低温焼成導電性配線材料を提供することができる。好ましい実施例によれば、ポリマー絶縁性フィルムとしてポリイミドフィルムを使うことができる。
【００４１】
本発明の配線基板の製造方法はその用途が限定されない。例えば、単層、両面または、多層の硬性回路基板、単面または両面の軟性回路基板、硬軟性回路基板、軟性多層基板または、セラミック基板などのプリント回路基板、IC-モジュール、P-BGA、CSP、強化BGAまたは、FC-BGAなどの半導体実装用硬性基板、microBGA、FBGA、TBGAなどの半導体実装用軟性基板、MCM-Lまたは、MCM-Cなどの半導体実装用基板などに使われることができる。好ましくはポリイミドフィルムを使う配線基板の製造方法に使うことができる。
【００４２】
上記の好ましい実施例による配線基板の製造方法によって得られた配線基板は、第２金属ナノ粒子が溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすから金属ナノ粒子間にホールの形成される確率が低く、第１金属ナノ粒子間の連結点が少なくて電流の流れもよい。また、低い比抵抗のため電気伝導度が優秀である。好ましい実施例によれば、比抵抗が１２×１０-５.５Ωcm以下の配線基板を得ることができる。
【００４３】
以上のように、導電性配線材料、この導電性配線材料を利用する配線基板の製造方法及びその方法によって形成された配線基板を図１ないし図４を参照して説明したが、以下では具体的な実施例を基準にして説明する事にする。
【００４４】
［導電性配線材料］
第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子は同一または異種の金属を使うことができる。湿式または乾式方法によって合成され、分散液によって安定化された第１銀(Ag)ナノ粒子と第２銀(Ag)ナノ粒子を水または、有機溶媒に分散させた。使われた分散剤は官能基N、O、Sを有していて銀ナノ粒子との配位結合が可能な非イオン、カチオン、アニオン系界面活性剤とした。第１銀ナノ粒子は１０ないし５００nmの粒径を有して、第２銀ナノ粒子は１ないし１０nmの粒径を有するように選択した。銀ナノ粒子を体積比１:１.２、１:１.８、１:３に均一に交ぜた後、ポリマー絶縁性フィルムに印刷した。配線材料の粘度は、目的にしたがって１ないし１００cpsに調節が可能であり、インクジェット印刷方式の場合１ないし５０cpsが適して、特に１ないし２０cpsが好ましい。
【００４５】
［配線基板の製造方法及びその配線基板］
インクジェットの印刷方式の中で、ピエゾタイプまたはサーマルタイプの制限はないし、導電性配線形成のためのインク形態の配線材料は上記の配線材料を使った。ここで、配線基板の製造方法に使われる基板は、軟性回路基板(FPCB)、硬軟性回路基板(RF-PCB)、軟性多層基板(MF-PCB)を使うことができる。このような基板に使われるベースフィルムとしてポリマー絶縁性フィルムを使った。インクジェット印刷方式によって１００μm位の配線を基板に印刷した後、１８０ないし３００℃で３０ないし１２０分位熱処理した。熱処理条件は、印刷された配線の伝導度を最適化させることができる条件で決まった。得られた配線基板の比抵抗を測定した。
【００４６】
[実施例１]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と、粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:１.２に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は１１.６×１０-５.５Ωcmであった。図５は、本発明の好ましい一実施例２によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４７】
[実施例２]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:１.８に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は７.４×１０-５.５Ωcmであった。図６は、本発明の好ましい一実施例３によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４８】
[実施例３]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:３に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は７×１０-６Ωcmであった。図７は、本発明の好ましい一実施例４によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【００４９】
[比較例１]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５nmである銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に分散させた。このような導電性配線材料をインクジェット印刷方式によってポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２２０℃で２時間焼成した。このように形成された配線基板の比抵抗は５.５×１０-５Ωcmであった。
【００５０】
[比較例２]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に分散させて配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２２０℃で２時間焼成したが、完全焼成にならなかった。
【００５１】
[比較例３]
湿式または乾式方法によって合成された粒径が５０nmである銀ナノ粒子と粒径が５nmである銀ナノ粒子を体積比１:０.６に交ぜた。互いに違う粒径の銀ナノ粒子を有機溶媒で均一に交ぜて導電性配線材料を得た。インクジェット印刷方式によって配線材料をポリマー絶縁性フィルムに吐出させて配線パターンを形成した後、焼成した。焼成温度は２００℃で２時間焼成すると完全焼成され、このように形成された配線基板の比抵抗は１５.６×１０-５Ωcmであった。
【００５２】
本発明は、上記実施例に限定されないし、本発明の思想内で当分野の通常の知識を持った者によって多くの変形が可能であることは勿論である。
【００５３】
上述のように、本発明による導電性配線材料で配線基板を製造すれば、粒径が互いに違う第１金属ナノ粒子と第２金属ナノ粒子の中で、粒径が小さな第２金属ナノ粒子によって焼成温度が決まるので、第２金属ナノ粒子の粒径をナノサイズ効果が著しく起きる大きさに小さくすれば、低温焼成が可能な配線材料を得ることができる。したがって、軟性基板、軟硬性基板、軟性多層基板に使われるポリマーフィルムにも使用可能な配線材料を得ることができる。配線基板の製造過程で、低温焼成によって配線基板を製造することができるし、焼成時第２金属ナノ粒子は溶融され第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことになるので、第１金属ナノ粒子間の連結点が少なく電気伝導度が高くて電気信頼性の優秀な配線基板を得ることができる。また、配線材料に含まれる金属ナノ粒子はナノサイズを有するので本発明の配線材料はインクジェット印刷方式によって微細配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、粒径が一定した金属ナノ粒子より成った配線を含む配線基板の断面図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい一実施例による配線を含む配線基板の断面図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい一実施例による第１金属ナノ粒子の配置を示す概念図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい一実施例による配線基板の製造方法を示す順序図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい一実施例１によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【図６】図６は、本発明の好ましい一実施例２によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【図７】図７は、本発明の好ましい一実施例３によって形成された導電性配線のSEM写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１０a、３０a:焼成の前の配線
１０b、３０b:焼成の後の配線
１１０、３１０:ベースフィルム
１３０a:焼成の前の粒径が一定した金属ナノ粒子
１３０b:焼成の後の粒径が一定した金属ナノ粒子
１５０:ホール(hole)
１９０、３９０:電流の流れ
３３１a:焼成の前の第１金属ナノ粒子
３３１b:焼成の後の第１金属ナノ粒子
３３３a:焼成の前の第２金属ナノ粒子
３３３b:焼成の後の第２金属ナノ粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融されて上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる導電性配線材料。
【請求項２】
請求項１において、
上記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、鉛、インジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、錫、亜鉛、チタン、アルミニウム、コバルト、鉄及び、これらの中の二つ以上の金属よりなった混合物の中で少なくとも一つである導電性配線材料。
【請求項３】
請求項１において、
上記第１金属ナノ粒子の粒径は１０ないし５００nm範囲で選択されることができる導電性配線材料。
【請求項４】
請求項１において、
上記第２金属ナノ粒子の粒径は１ないし１０nm範囲で選択されることができる導電性配線材料。
【請求項５】
請求項１において、
上記第１金属ナノ粒子対上記第２金属ナノ粒子の体積比は１:１ないし１:３である導電性配線材料。
【請求項６】
請求項１において、
上記配線材料は、粘度が１ないし５０cpsのインク形態である導電性配線材料。
【請求項７】
請求項１ないし６の中のある一項に記載されている配線材料をベースフィルムに印刷する段階;及び上記配線材料が印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階、
を含んでおり、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融されて第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線基板の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
上記ベースフィルムは、ポリマー絶縁性フィルムである配線基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、
上記配線材料をベースフィルムに印刷する方式は、インクジェット印刷方式である配線基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、
上記の低温焼成の温度は１８０ないし３００℃である配線基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし６の中のある一項に記載されている配線材料をベースフィルムに印刷し、上記配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成して第２金属ナノ粒子が溶融されて第１金属ナノ粒子間の空間を満たした導電性配線を含む配線基板。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記の低温焼成温度は１８０ないし３００℃である配線基板。
【請求項１３】
請求項１１において、
上記の導電性配線の比抵抗が１２×１０-５.５Ωcm以下である配線基板。
【請求項１】
複数の第１金属ナノ粒子と上記複数の第１金属ナノ粒子より小さな粒径を有する複数の第２金属ナノ粒子を含んで、低温焼成によって上記第２金属ナノ粒子が溶融されて上記第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる導電性配線材料。
【請求項２】
請求項１において、
上記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、鉛、インジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、錫、亜鉛、チタン、アルミニウム、コバルト、鉄及び、これらの中の二つ以上の金属よりなった混合物の中で少なくとも一つである導電性配線材料。
【請求項３】
請求項１において、
上記第１金属ナノ粒子の粒径は１０ないし５００nm範囲で選択されることができる導電性配線材料。
【請求項４】
請求項１において、
上記第２金属ナノ粒子の粒径は１ないし１０nm範囲で選択されることができる導電性配線材料。
【請求項５】
請求項１において、
上記第１金属ナノ粒子対上記第２金属ナノ粒子の体積比は１:１ないし１:３である導電性配線材料。
【請求項６】
請求項１において、
上記配線材料は、粘度が１ないし５０cpsのインク形態である導電性配線材料。
【請求項７】
請求項１ないし６の中のある一項に記載されている配線材料をベースフィルムに印刷する段階;及び上記配線材料が印刷されたベースフィルムを低温焼成する段階、
を含んでおり、上記低温焼成によって第２金属ナノ粒子が溶融されて第１金属ナノ粒子間の空間を満たすことができる配線基板の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
上記ベースフィルムは、ポリマー絶縁性フィルムである配線基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、
上記配線材料をベースフィルムに印刷する方式は、インクジェット印刷方式である配線基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、
上記の低温焼成の温度は１８０ないし３００℃である配線基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし６の中のある一項に記載されている配線材料をベースフィルムに印刷し、上記配線材料の印刷されたベースフィルムを低温焼成して第２金属ナノ粒子が溶融されて第１金属ナノ粒子間の空間を満たした導電性配線を含む配線基板。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記の低温焼成温度は１８０ないし３００℃である配線基板。
【請求項１３】
請求項１１において、
上記の導電性配線の比抵抗が１２×１０-５.５Ωcm以下である配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２７９０３８（Ｐ２００６−２７９０３８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７７５６３（Ｐ２００６−７７５６３）
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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