高周波電磁波照射による金属粒子を相互融着するための金属粒子の焼生方法及びそれを用いて製造した電子部品と金属粒子焼成用材料
【課題】金属粒子を用いた直接回路描画法において、耐熱性の低い基板材料上においても低抵抗の実装部品を短時間に作成することが可能な、新しい技術手法及びこの方法を用いて製造した製品さらに、これに用いる金属粒子を相互融着するための金属粒子焼成用材料を提供する。
【解決手段】高周波電磁波吸収性の優れた金属粒子もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を、各種基板上に表面塗布又は回路パターンニングを行なった後に高周波電磁波照射を行うことで、金属粒子部分を選択的に加熱する金属粒子の相互融着方法と、この方法を用いて形成した導電材、導電路、アンテナ、バンプ、パッド、ビア等の電子実装部品や立体配線基板及び熱伝導路、触媒電極、立体配線である。
【解決手段】高周波電磁波吸収性の優れた金属粒子もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を、各種基板上に表面塗布又は回路パターンニングを行なった後に高周波電磁波照射を行うことで、金属粒子部分を選択的に加熱する金属粒子の相互融着方法と、この方法を用いて形成した導電材、導電路、アンテナ、バンプ、パッド、ビア等の電子実装部品や立体配線基板及び熱伝導路、触媒電極、立体配線である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線基板や回路基板等の電子実装部品製造における、導電部品（導電路、バンプ等）、立体金属配線パターン、アンテナパターン、熱伝導路、触媒電極、ハンダ接合部及びその形成方法ならびに前記製品を製造する時に用いる金属粒子を相互融着するための金属粒子焼成用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属微細粒子の製造技術、独立分散技術、さらには、超微量インクジェット、精密スクリーン印刷、ナノプリンティング、ナノインプリンティングによる微細配線パターンニング技術の近年の著しい発展に伴い、それら技術を応用した直接回路描画法が次世代の電子実装部品形成技術として大いに注目されている。
【０００３】
この直接回路描画法は、それまでリゾグラフィーやエッチングといった複雑な工程を経て製造されていた電子実装部品を、金属粒子の直接描画→焼成→相互融着→導電化によって製造するという手法であり、その詳細については非特許文献1第７１頁に記載されている。この手法の確立により、導電回路パターン、バンプ、パッド、ビア、アンテナパターンといった電子実装部品を、安価かつ簡便に製造することが可能となると期待される。さらに、電子実装部品の熱伝導路としての利用も検討されている。
【０００４】
この直接回路描画法の重要な工程の一つに、金属粒子をパターンニングした回路基板を熱処理し、粒子を相互融着させ、粒子によって構成された回路パターンを導電化する工程がある。
【０００５】
これまでに提案されている直接回路描画法においては、この粒子を相互融着させる熱処理工程に、熱風やスチームもしくは電熱線を用いた抵抗加熱炉によって、金属粒子によって構成された回路パターン部分と下地基板部分の実装部品全体を、１５０℃から２１０℃で加熱処理することが特許文献１に記載されている。また、同じく実装部品全体を１５０℃で加熱処理することが特許文献２に記載されている。
【０００６】
しかしながら、この従来提案されていた熱処理方法では、金属粒子によって構成された回路パターンと共に下地基板部分も同等に等しく加熱されるため、使用可能な下地基板が、この熱処理時の保持温度よりも耐熱温度の高い材料に限定されるという問題があった。特に次世代の超高速電子デバイスにおいて不可欠な低抵抗の電子実装部品を作成する場合、この熱処理条件を高温・長時間に設定する必要があり、その意味で使用可能な基板材料は大きく限定されるものであった。
【０００７】
さらに、この従来提案されていた熱処理方法では、加熱に数十分の時間を要し、生産性も低いことなどか特許文献１の実施例に記載されている。
【０００８】
【非特許文献１】Ｎｉｋｋｅｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ８２４、（２００２）、ｐ６７−７８．
【特許文献１】特開２００２−２９９９８３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３９９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各種基板上にパターンニングされた金属粒子(金属ナノ粒子を含む)の焼成方法としては、抵抗加熱炉による熱処理があるが、この抵抗加熱炉による熱処理では、金属粒子によって構成された回路部分のみならず、金属粒子が配置されている基板全体が加熱されるという問題があった。そのために、金属粒子を用いた直接回路形成法において使用可能な基板材料は、金属粒子を相互融着・導電化するための熱処理温度と基板材料の耐熱温度の関係で決定され、電子回路として必要不可欠な要件である配線の高い導電性を実現するために熱処理温度を高く設定した場合、使用可能な基板にはその熱処理温度よりも耐熱温度の高いものしか使用できなかった。さらに、前記の金属粒子を用いた直接回路描画法においては、使用可能な下地基板が耐熱温度の高い材料に限定されるだけでなく、基板の加熱処理に時間がかかり生産性が低いという問題もあった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、耐熱性の低い基板材料においても低抵抗の実装部品を短時間に作成することが可能な新しい技術手法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を、基板上に塗布もしくは表面パターンニングした後、高周波電磁波を照射することで、前記金属粒子もしくは前記焼結助剤を混合した金属粒子を、選択的に発熱・相互融着させて焼成することを特徴とする金属配線パターンの形成方法。（１）において、終結助剤の電磁波吸収性は、金属粒子の電磁波吸収性より高い方が望ましい。
（２）金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（３）金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（４）金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（５）金属粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のナノ粒子であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（６）低融点金属もしくはこれらの金属の合金からなるハンダ材料粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１ｃｍ以下の粒子であることを特徴とする（４）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（７）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子に照射する高周波電磁波の周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚであることを特徴とする（１）から（６）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（８）焼結助剤の高周波電磁波吸収性が基板の高周波電磁波吸収性よりも高いことを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（９）焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバー)を始めとするカーボン材料であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１０）焼結助剤がＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１１）焼結助剤がｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１２）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ガラスエポキシ、ポリフッ化エチレンなどを主成分とするプラスチック基板であることを特徴とする、（１）から（１１）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１３）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、酸化物、ガラス、セラミックス、金属、半導体からなる群より選ばれる少なくとも１つからなる基板であることを特徴とする、（１）から（１１）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１４）導電路と導電路の接続部、多層配線基板、バンプ、パッド、ビア、立体金属配線パターン、又は配線のハンダ接合部の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１５）アンテナ、電子シールド材、導電路と小型電子部品を含む電子実装部品、又は電子筐体の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１６）触媒電極又は熱伝導路の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１７）（１）から（１６）のいずれかに記載の方法によって基板上に作成された金属配線パターン。
（１８）高周波電磁波を吸収する金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を含む金属粒子焼成用材料。
（１９）（１８）に記載の金属粒子焼成用材料において、金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれらの金属を主成分として含有する合金又は、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれらの金属を主成分とする合金、あるいは金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属からなる合金を主成分とする合金からなる金属粒子の焼成用材料。
（２０）（１８）又は（１９）に記載の金属粒子焼成用材料において、含有する金属粒子の粒径が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のナノ粒子である金属粒子の焼成用材料。
（２１）（１８）から（２０）のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料であって、含有する焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ（気相成長カーボンファイバ）を始めとするカーボン材料、又はＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯを始めとする典型金属合金の酸化物である金属粒子焼成用材料。
（２２）（１８）から（２１）のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料に、有機系分散媒及び／又は有機系バインダー粒子として機能する樹脂成分と、さらに必要に応じて有機溶媒を加えたことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
（２３）（２２）に記載の金属粒子焼成用材料において、添加した有機系分散媒が金属酸化物の金属成分と配位可能なアミン、アルコール、チオール等の少なくとも１種以上を含み、さらに有機バインダー樹脂がブチラール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂から選ばれた少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法を用いて、金属粒子を基板上に表面塗布又はパターンニング後、所定の周波数の高周波電磁波を照射して選択加熱することにより、複雑な電子実装部品を、金属粒子を相互融着させて形成することができる。この方法を用いることにより、基板上に導電路やアンテナ、バンプ、パッド、ビア等や多層積層基板を含む電子部品を実装した電子基板及び基板上に熱伝導路を形成できる。このとき、電子部品形成部を選択的に加熱することから、電子部品実装基板には耐熱性を有する基板のみでなく、耐熱性の低い樹脂基板等を用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の高周波電磁波照射を利用した金属粒子の加熱・相互融着方法の詳細について説明する。導電路もしくはバンプ等の実装部品を構成する粒子材料として、高周波電磁波吸収性の金属粒子、もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を用い、その粒子を各種基板上に表面塗布もしくは表面パターンニングを行う。基板上への表面塗布又はパターンニング法としては、インクジェット法、ナノプリンティング法、ナノインプリンティング法等の各種回路パターンニング方法がある。ここで導電路とは、そこに電流が流れるもの、電磁誘導により電流が誘起されるもの等を含み、閉回路も開回路も含む。さらに回路の形状やパターンニングによる制約を受けないものとする。本発明における回路も同様の意味で使用しているので、必ずしも閉回路に限らない。
【００１３】
また、金属粒子をペースト状にして塗布する時には、目的とする電子部品や導電路の形成部に応じて、ペーストの組成を選択できる。ペーストには、少なくとも高周波電磁波を吸収し、相互融着する粒子が含まれることを必須要件とするが、この他に導電性樹脂又は有機溶媒、導電性樹脂及び有機溶媒を必要に応じて混合する。混合する目的は、高周波電磁波を照射する粒子の分散状態の改善や基板との密着性の改善などのためである。
【００１４】
高周波電磁波を吸収する金属粒子としては、銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、スズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料の少なくとも一つを用いる。
【００１５】
さらに、場合により金属粒子に混合する高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバ)を始めとするカーボン材料、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物の少なく
とも一つを用いる。
【００１６】
次に、金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子が表面塗布もしくは回路パターンニングされた実装基板に対し、高周波電磁波の照射を行うことで、上記金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子を選択的に加熱・相互融着させる。この金属粒子の相互融着によって各種基板上に導電性部品を形成する。
【００１７】
本発明の最も特記すべき特徴は次の二つである。一つは、金属微細粒子を用いた直接回路描画法において、その熱処理（粒子相互融着）工程に、抵抗加熱炉ではなく、高周波電磁波照射装置を用いた点であり、もう一つは、それに使用する粒子として、高周波電磁波吸収性の金属粒子もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を用いた点である。
【００１８】
高周波電磁波照射による物質加熱は、高周波電磁波の物質内部での電子もしくは分子の電磁誘電現象に起因する。電磁波吸収性の優れた材料に照射された高周波電磁波は、材料を構成する電子もしくは分子を回転・衝突・振動・摩擦させ、エネルギーを失いながら物質内部を伝搬する。このとき生じた電子および分子の運動により物質が加熱される。具体的には、導電性金属においては伝導電子の渦状の流れ（渦電流）が、誘電性物質においては物質内部に存在する電気双極子の振動が誘起され、それにより材料が加熱される。
【００１９】
従来提案されていた熱風やスチームもしくは電熱線を用いた抵抗加熱炉による熱処理とこの高周波電磁波加熱との最も大きな相違点は、前者では外部から熱伝導によって材料によらず均一に熱が伝えられるのに対し、後者では、目的とする材料が直接加熱され、さらにこの加熱特性が物質により異なることに起因し、目的とする物質のみが選択的に加熱されるという点にある。
【００２０】
次に、高周波電磁波による材料加熱における物質による加熱特性の相違について説明する。
まず、導電性金属の加熱については、高周波電磁波によって誘起される渦電流のジュール熱に起因するため、その発熱量は材料の透磁率と電気抵抗の積の１／２乗に比例する。このことから、一般に鉄、タングステン、スズなどの金属は特に加熱性がよいことが知られている。
【００２１】
一方で、誘電性物質の加熱については、物質中の双極子電子の振動に起因するため、その発熱量は、それぞれ物質固有の誘電率と誘電損失角の積（誘電損失係数）に比例する。つまり、誘電損失係数が高い物質では、高周波電子波によって物質が高効率に加熱されるのに対し、誘電損失係数が低い物質では、ほとんど加熱されない。この誘電損失係数の値は、温度、周波数によって変化するが、一般に誘電損失係数の高い材料としては、水、エチレングリコール、カーボン、遷移金属酸化物、n型半導性を示す典型金属酸化物などが知られ、また誘電損失係数の低い材料としては、石英ガラス、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフッ化エチレンなどが知られている。
【００２２】
本発明では、使用する粒子材料として、電磁波吸収性の金属粒子もしくは誘電損失係数の高い焼結助剤を混合した金属粒子を用い、さらに下地基板として誘電損失係数の低いポリイミドなどの材料を選択することで、粒子に対する選択的加熱を実現している。
【００２３】
次に、本発明に使用する高周波電磁波の周波数ｆの影響について説明する。本発明で使用する照射する高周波電磁波として、周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚの範囲の高周波電磁波を用いる。これは電磁波照射により物質内部に誘電損失現象が生じると考えられる範囲である。適用周波数を１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚとするのは、周波数１ＭＨｚ以下では、誘電損失効果自体がほとんど生じないからであり、また周波数３００ＧＨｚ以上では、照射された電磁波は極表面で減衰し、物質内部まで侵入しないためである。なお、この周波数範囲の高周波電磁波の中で、周波数範囲が１０ＧＨｚ≦ｆ≦３００ＧＨｚの範囲のものは、電界の均一性が得られ易く、電場不均一により発生する放電現象が起こりにくいという観点から、使用する電磁波としてより適していると考えられる。
【００２４】
次に、本発明に用いる粒子材料について説明する。本発明に使用する粒子の必要要件は、高周波電磁波吸収により相互融着する金属材料であり、その要件を満たすものであれば、粒子の種類を問わない。金属粒子としては、銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料の少なくとも一つの金属を用いることができる。
【００２５】
ここで、相互融着させる金属粒子のサイズに関しては、一般的には特に制約は設けないが、本発明の目的とする電子実装部品の作成、特に次世代高密度電子デバイスに対応した微細実装部品の作成という観点からは、粒子径が大きいと粒子充点率が低下し、その結果抵抗率が増加する。さらに、粒子の界面エネルギー、粒径減少による融点の低下、さらには高周波電磁波の浸透深さを考慮すると、粒子サイズはより小さい方が好ましく、例えば、平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜５０ｎｍがより好ましいと考えられる。
【００２６】
（実施例１）
以下に本発明の実施例について説明する。高周波電磁波を照射した場合の金属粒子の選択加熱性について、以下の実験により確認した。まず金属粒子の一例として、Ａｇナノ粒子ペースト（平均粒径５ｎｍ、ハリマ化成株式会社製）を準備した。次にこのＡｇナノ粒子ペーストを石英基板、ポリイミド、ガラスエポキシの各基板上に部分的に塗布した（図１参照）。なお塗布部分の膜厚は約５０μmであった。
【００２７】
なお本実施例では、金属粒子としてペースト化したＡｇナノ粒子を用いて実験を行ったが、本発明においては用いる粒子は必ずしもこのようなペースト状である必要はない。しかしながら、ペースト化した粒子を用いることで、高周波電磁波照射後に形成された導電材と基板との密着性が向上することが期待される。
【００２８】
次に、このＡｇナノ粒子ペーストを部分的に塗布した各種基板に対し、図２に示す低周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝１ｋＨｚの低周波電磁波の照射を行った。またこれとは別に、同じくＡｇナノ粒子ペーストを部分的に塗布した各種基板に対し、図３に示す高周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波の照射も行った。それぞれの電磁波照射において、Ａｇナノ粒子ペーストを塗布した部分と塗布していない基板部分の温度変化を、熱電対を用いて測定した結果を表１、表２に示す。但し、ここでＡｇナノ粒子ペーストを塗布した部分の温度変化は、特に石英基板上に塗布したものに関する測定結果であるが、この粒子塗布部分の温度変化は基板の種類にほとんど影響されなかった。
【００２９】
【表１】
【００３０】
先ず、表１から、周波数（ｆ）＝１０００Ｈｚの電磁波を照射した場合、１２０ｓｅｃ照射後においても、Ａｇナノ粒子塗布部分の温度上昇は５℃以下であり、この周波数の電磁波照射においてＡｇナノ粒子がほとんど加熱されないことが確認された。この結果は、低周波の電磁波照射は、本発明の目的とする金属粒子の選択的な加熱焼成には不適であることを示唆するものである。
【００３１】
【表２】
【００３２】
一方で、表２より、周波数（ｆ）＝２８ＧＨｚの高周波電磁波を照射した場合、Ａｇ粒子を塗布した領域において顕著な温度上昇が確認された。一方で、Ａｇナノ粒子の塗布を行っていない基板部分では、基板の種類によらずその温度上昇はわずかであった。この結果は、Ａｇナノ粒子の顕著な選択的加熱性を示唆するものである。
【００３３】
このように、この高周波電磁波の照射対象として、Ａｇナノ粒子を始めとする金属粒子を用い、さらに基板材料として石英基板、ポリイミド、ガラスエポキシをはじめとする電磁波吸収性の低い基板を用いることにより、粒子塗布部分のみを選択的に加熱できることを確認した。
【００３４】
（実施例２）
次に、電磁波吸収性の高い焼結助剤の混合による選択加熱性の変化について、次の実験により検証した。まず電磁波吸収性の高い焼結助剤の一例としてＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバ)を、金属粒子の一例としてＡｇナノ粒子ペーストを準備し、両者をよく混合した。その後、上記混合によって得られたＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを石英基板上に部分的に塗布した（図１参照）。なお塗布部分の膜厚は約５０μｍであった。
【００３５】
次に、このＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを部分的に塗布した石英基板に対し、図３に示す高周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波の照射を行った。表３に、この時の粒子を塗布した部分と塗布していない部分の温度変化を、それぞれ熱電対を用いて測定した結果を示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】
表３より、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを部分的に塗布した石英基板に対し、周波数（ｆ）＝２８ＧＨｚの高周波電磁波を照射した場合、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを塗布した領域において、焼結助剤であるＶＧＣＦを混合していないＡｇナノ粒子混合ペーストの場合（表２参照）よりもさらに顕著な温度上昇が確認された。またＡｇナノ粒子の塗布を行っていない基板部分では、先の実験と変わらずその温度上昇はわずかであった。この結果から、ＶＧＣＦを始めとする焼結助剤の混合により、金属粒子塗布部分の選択加熱性をさらに強めることが出来ることが確認された。
【００３８】
（実施例３）
さらに、金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子に対する高周波電磁波照射加熱にともなう粒子焼成効果を確認することを目的に、Ａｇナノ粒子ペーストを塗布した石英基板、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを塗布した石英基板に対し、それぞれ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波を照射したサンプル（５０℃／ｍｉｎで２００℃まで昇温、２００℃で５分間保持するように高周波電磁波出力を制御）の粒子塗布部分の電気抵抗測定を行った。なお、電気抵抗の測定は、デジタルマルチメータ（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製、型式：ＤＭＭ２０００）、直流安定化電源（ケンウッド社製、形式：ＰＡＲ２０−４Ｈ）を用いて直流四端子法によって行った。
【００３９】
その結果、電磁波照射後サンプルのＡｇナノ粒子ペースト塗布部分、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペースト塗布部分の電気抵抗値は、それぞれ、ρ＝６．０μΩ・ｃｍ（Ａｇナノ粒子ペースト塗布部分）、ρ＝７．４μΩ・ｃｍ（ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペースト塗布部分）という共に高い導電性が確認された。この結果は、高周波電磁波の照射により選択的に加熱されたＡｇナノ粒子が相互融着し、低抵抗の銀導電膜が形成されるという事実を示唆するものである。
【００４０】
さらに、上記と同様の周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波照射加熱実験を、Ａuナノ粒子ペースト（平均粒径５ｎｍ、ハリマ化成株式会社製）を塗布した石英基板、ＶＧＣＦ−Ａｕナノ粒子混合ペーストを塗布した石英基板に対しても行った。ただし、高周波電磁波の照射は、５０℃／ｍｉｎで２５０℃まで昇温後、２５０℃で５分間保持するように照射出力を制御して行った。
【００４１】
その結果、電磁波照射後サンプルのＡｕナノ粒子ペースト塗布部分、ＶＧＣＦ−Ａｕ-ナノ粒子混合ペースト塗布部分の電気抵抗値は、それぞれ、ρ＝９．０μΩ・ｃｍ（Ａｕナノ粒子ペースト塗布部分）、ρ＝９．８μΩ・ｃｍ（ＶＧＣＦ−Ａｕナノ粒子混合ペースト塗布部分）という共に高い導電性が確認された。この結果は、Ａｕナノ粒子に対しても、高周波電磁波の照射による選択的な粒子加熱−相互融着が可能であり、低抵抗のＡｕ導電膜が形成されるということを示唆するものである。
【００４２】
なお、同様の効果は同じくポリイミド基板上にバンプ状に形成した円柱突起（円柱状、高さ約１ｍｍ、直径２ｍｍ）においても確認され、形状によらず本方法が適用出来ることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】金属粒子（もしくは焼結助剤を混合した金属粒子）を部分的に塗布した基板
【図２】低周波電磁波照射装置
【図３】高周波電磁波照射装置
【符号の説明】
【００４４】
１．各種基板（石英ガラス、ポリイミド、ガラスエポキシ）
２．金属粒子（もしくは焼結助剤を混合した金属粒子）を塗布した領域
３．電磁波照射容器
４．導線
５．加熱電極
６．ターンテーブル
７．電磁波
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線基板や回路基板等の電子実装部品製造における、導電部品（導電路、バンプ等）、立体金属配線パターン、アンテナパターン、熱伝導路、触媒電極、ハンダ接合部及びその形成方法ならびに前記製品を製造する時に用いる金属粒子を相互融着するための金属粒子焼成用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属微細粒子の製造技術、独立分散技術、さらには、超微量インクジェット、精密スクリーン印刷、ナノプリンティング、ナノインプリンティングによる微細配線パターンニング技術の近年の著しい発展に伴い、それら技術を応用した直接回路描画法が次世代の電子実装部品形成技術として大いに注目されている。
【０００３】
この直接回路描画法は、それまでリゾグラフィーやエッチングといった複雑な工程を経て製造されていた電子実装部品を、金属粒子の直接描画→焼成→相互融着→導電化によって製造するという手法であり、その詳細については非特許文献1第７１頁に記載されている。この手法の確立により、導電回路パターン、バンプ、パッド、ビア、アンテナパターンといった電子実装部品を、安価かつ簡便に製造することが可能となると期待される。さらに、電子実装部品の熱伝導路としての利用も検討されている。
【０００４】
この直接回路描画法の重要な工程の一つに、金属粒子をパターンニングした回路基板を熱処理し、粒子を相互融着させ、粒子によって構成された回路パターンを導電化する工程がある。
【０００５】
これまでに提案されている直接回路描画法においては、この粒子を相互融着させる熱処理工程に、熱風やスチームもしくは電熱線を用いた抵抗加熱炉によって、金属粒子によって構成された回路パターン部分と下地基板部分の実装部品全体を、１５０℃から２１０℃で加熱処理することが特許文献１に記載されている。また、同じく実装部品全体を１５０℃で加熱処理することが特許文献２に記載されている。
【０００６】
しかしながら、この従来提案されていた熱処理方法では、金属粒子によって構成された回路パターンと共に下地基板部分も同等に等しく加熱されるため、使用可能な下地基板が、この熱処理時の保持温度よりも耐熱温度の高い材料に限定されるという問題があった。特に次世代の超高速電子デバイスにおいて不可欠な低抵抗の電子実装部品を作成する場合、この熱処理条件を高温・長時間に設定する必要があり、その意味で使用可能な基板材料は大きく限定されるものであった。
【０００７】
さらに、この従来提案されていた熱処理方法では、加熱に数十分の時間を要し、生産性も低いことなどか特許文献１の実施例に記載されている。
【０００８】
【非特許文献１】Ｎｉｋｋｅｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ８２４、（２００２）、ｐ６７−７８．
【特許文献１】特開２００２−２９９９８３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３９９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各種基板上にパターンニングされた金属粒子(金属ナノ粒子を含む)の焼成方法としては、抵抗加熱炉による熱処理があるが、この抵抗加熱炉による熱処理では、金属粒子によって構成された回路部分のみならず、金属粒子が配置されている基板全体が加熱されるという問題があった。そのために、金属粒子を用いた直接回路形成法において使用可能な基板材料は、金属粒子を相互融着・導電化するための熱処理温度と基板材料の耐熱温度の関係で決定され、電子回路として必要不可欠な要件である配線の高い導電性を実現するために熱処理温度を高く設定した場合、使用可能な基板にはその熱処理温度よりも耐熱温度の高いものしか使用できなかった。さらに、前記の金属粒子を用いた直接回路描画法においては、使用可能な下地基板が耐熱温度の高い材料に限定されるだけでなく、基板の加熱処理に時間がかかり生産性が低いという問題もあった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、耐熱性の低い基板材料においても低抵抗の実装部品を短時間に作成することが可能な新しい技術手法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を、基板上に塗布もしくは表面パターンニングした後、高周波電磁波を照射することで、前記金属粒子もしくは前記焼結助剤を混合した金属粒子を、選択的に発熱・相互融着させて焼成することを特徴とする金属配線パターンの形成方法。（１）において、終結助剤の電磁波吸収性は、金属粒子の電磁波吸収性より高い方が望ましい。
（２）金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（３）金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（４）金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料であることを特徴とする（１）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（５）金属粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のナノ粒子であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（６）低融点金属もしくはこれらの金属の合金からなるハンダ材料粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１ｃｍ以下の粒子であることを特徴とする（４）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（７）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子に照射する高周波電磁波の周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚであることを特徴とする（１）から（６）に記載の金属配線パターンの形成方法。
（８）焼結助剤の高周波電磁波吸収性が基板の高周波電磁波吸収性よりも高いことを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（９）焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバー)を始めとするカーボン材料であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１０）焼結助剤がＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１１）焼結助剤がｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１２）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ガラスエポキシ、ポリフッ化エチレンなどを主成分とするプラスチック基板であることを特徴とする、（１）から（１１）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１３）金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、酸化物、ガラス、セラミックス、金属、半導体からなる群より選ばれる少なくとも１つからなる基板であることを特徴とする、（１）から（１１）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１４）導電路と導電路の接続部、多層配線基板、バンプ、パッド、ビア、立体金属配線パターン、又は配線のハンダ接合部の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１５）アンテナ、電子シールド材、導電路と小型電子部品を含む電子実装部品、又は電子筐体の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１６）触媒電極又は熱伝導路の作製に適用されることを特徴とする（１）から（１３）のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
（１７）（１）から（１６）のいずれかに記載の方法によって基板上に作成された金属配線パターン。
（１８）高周波電磁波を吸収する金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を含む金属粒子焼成用材料。
（１９）（１８）に記載の金属粒子焼成用材料において、金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれらの金属を主成分として含有する合金又は、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれらの金属を主成分とする合金、あるいは金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属からなる合金を主成分とする合金からなる金属粒子の焼成用材料。
（２０）（１８）又は（１９）に記載の金属粒子焼成用材料において、含有する金属粒子の粒径が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のナノ粒子である金属粒子の焼成用材料。
（２１）（１８）から（２０）のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料であって、含有する焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ（気相成長カーボンファイバ）を始めとするカーボン材料、又はＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯを始めとする典型金属合金の酸化物である金属粒子焼成用材料。
（２２）（１８）から（２１）のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料に、有機系分散媒及び／又は有機系バインダー粒子として機能する樹脂成分と、さらに必要に応じて有機溶媒を加えたことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
（２３）（２２）に記載の金属粒子焼成用材料において、添加した有機系分散媒が金属酸化物の金属成分と配位可能なアミン、アルコール、チオール等の少なくとも１種以上を含み、さらに有機バインダー樹脂がブチラール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂から選ばれた少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法を用いて、金属粒子を基板上に表面塗布又はパターンニング後、所定の周波数の高周波電磁波を照射して選択加熱することにより、複雑な電子実装部品を、金属粒子を相互融着させて形成することができる。この方法を用いることにより、基板上に導電路やアンテナ、バンプ、パッド、ビア等や多層積層基板を含む電子部品を実装した電子基板及び基板上に熱伝導路を形成できる。このとき、電子部品形成部を選択的に加熱することから、電子部品実装基板には耐熱性を有する基板のみでなく、耐熱性の低い樹脂基板等を用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の高周波電磁波照射を利用した金属粒子の加熱・相互融着方法の詳細について説明する。導電路もしくはバンプ等の実装部品を構成する粒子材料として、高周波電磁波吸収性の金属粒子、もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を用い、その粒子を各種基板上に表面塗布もしくは表面パターンニングを行う。基板上への表面塗布又はパターンニング法としては、インクジェット法、ナノプリンティング法、ナノインプリンティング法等の各種回路パターンニング方法がある。ここで導電路とは、そこに電流が流れるもの、電磁誘導により電流が誘起されるもの等を含み、閉回路も開回路も含む。さらに回路の形状やパターンニングによる制約を受けないものとする。本発明における回路も同様の意味で使用しているので、必ずしも閉回路に限らない。
【００１３】
また、金属粒子をペースト状にして塗布する時には、目的とする電子部品や導電路の形成部に応じて、ペーストの組成を選択できる。ペーストには、少なくとも高周波電磁波を吸収し、相互融着する粒子が含まれることを必須要件とするが、この他に導電性樹脂又は有機溶媒、導電性樹脂及び有機溶媒を必要に応じて混合する。混合する目的は、高周波電磁波を照射する粒子の分散状態の改善や基板との密着性の改善などのためである。
【００１４】
高周波電磁波を吸収する金属粒子としては、銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、スズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料の少なくとも一つを用いる。
【００１５】
さらに、場合により金属粒子に混合する高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバ)を始めとするカーボン材料、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物の少なく
とも一つを用いる。
【００１６】
次に、金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子が表面塗布もしくは回路パターンニングされた実装基板に対し、高周波電磁波の照射を行うことで、上記金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子を選択的に加熱・相互融着させる。この金属粒子の相互融着によって各種基板上に導電性部品を形成する。
【００１７】
本発明の最も特記すべき特徴は次の二つである。一つは、金属微細粒子を用いた直接回路描画法において、その熱処理（粒子相互融着）工程に、抵抗加熱炉ではなく、高周波電磁波照射装置を用いた点であり、もう一つは、それに使用する粒子として、高周波電磁波吸収性の金属粒子もしくは高周波電磁波吸収性の優れた焼結助剤を混合した金属粒子を用いた点である。
【００１８】
高周波電磁波照射による物質加熱は、高周波電磁波の物質内部での電子もしくは分子の電磁誘電現象に起因する。電磁波吸収性の優れた材料に照射された高周波電磁波は、材料を構成する電子もしくは分子を回転・衝突・振動・摩擦させ、エネルギーを失いながら物質内部を伝搬する。このとき生じた電子および分子の運動により物質が加熱される。具体的には、導電性金属においては伝導電子の渦状の流れ（渦電流）が、誘電性物質においては物質内部に存在する電気双極子の振動が誘起され、それにより材料が加熱される。
【００１９】
従来提案されていた熱風やスチームもしくは電熱線を用いた抵抗加熱炉による熱処理とこの高周波電磁波加熱との最も大きな相違点は、前者では外部から熱伝導によって材料によらず均一に熱が伝えられるのに対し、後者では、目的とする材料が直接加熱され、さらにこの加熱特性が物質により異なることに起因し、目的とする物質のみが選択的に加熱されるという点にある。
【００２０】
次に、高周波電磁波による材料加熱における物質による加熱特性の相違について説明する。
まず、導電性金属の加熱については、高周波電磁波によって誘起される渦電流のジュール熱に起因するため、その発熱量は材料の透磁率と電気抵抗の積の１／２乗に比例する。このことから、一般に鉄、タングステン、スズなどの金属は特に加熱性がよいことが知られている。
【００２１】
一方で、誘電性物質の加熱については、物質中の双極子電子の振動に起因するため、その発熱量は、それぞれ物質固有の誘電率と誘電損失角の積（誘電損失係数）に比例する。つまり、誘電損失係数が高い物質では、高周波電子波によって物質が高効率に加熱されるのに対し、誘電損失係数が低い物質では、ほとんど加熱されない。この誘電損失係数の値は、温度、周波数によって変化するが、一般に誘電損失係数の高い材料としては、水、エチレングリコール、カーボン、遷移金属酸化物、n型半導性を示す典型金属酸化物などが知られ、また誘電損失係数の低い材料としては、石英ガラス、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフッ化エチレンなどが知られている。
【００２２】
本発明では、使用する粒子材料として、電磁波吸収性の金属粒子もしくは誘電損失係数の高い焼結助剤を混合した金属粒子を用い、さらに下地基板として誘電損失係数の低いポリイミドなどの材料を選択することで、粒子に対する選択的加熱を実現している。
【００２３】
次に、本発明に使用する高周波電磁波の周波数ｆの影響について説明する。本発明で使用する照射する高周波電磁波として、周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚの範囲の高周波電磁波を用いる。これは電磁波照射により物質内部に誘電損失現象が生じると考えられる範囲である。適用周波数を１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚとするのは、周波数１ＭＨｚ以下では、誘電損失効果自体がほとんど生じないからであり、また周波数３００ＧＨｚ以上では、照射された電磁波は極表面で減衰し、物質内部まで侵入しないためである。なお、この周波数範囲の高周波電磁波の中で、周波数範囲が１０ＧＨｚ≦ｆ≦３００ＧＨｚの範囲のものは、電界の均一性が得られ易く、電場不均一により発生する放電現象が起こりにくいという観点から、使用する電磁波としてより適していると考えられる。
【００２４】
次に、本発明に用いる粒子材料について説明する。本発明に使用する粒子の必要要件は、高周波電磁波吸収により相互融着する金属材料であり、その要件を満たすものであれば、粒子の種類を問わない。金属粒子としては、銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金、金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料の少なくとも一つの金属を用いることができる。
【００２５】
ここで、相互融着させる金属粒子のサイズに関しては、一般的には特に制約は設けないが、本発明の目的とする電子実装部品の作成、特に次世代高密度電子デバイスに対応した微細実装部品の作成という観点からは、粒子径が大きいと粒子充点率が低下し、その結果抵抗率が増加する。さらに、粒子の界面エネルギー、粒径減少による融点の低下、さらには高周波電磁波の浸透深さを考慮すると、粒子サイズはより小さい方が好ましく、例えば、平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜５０ｎｍがより好ましいと考えられる。
【００２６】
（実施例１）
以下に本発明の実施例について説明する。高周波電磁波を照射した場合の金属粒子の選択加熱性について、以下の実験により確認した。まず金属粒子の一例として、Ａｇナノ粒子ペースト（平均粒径５ｎｍ、ハリマ化成株式会社製）を準備した。次にこのＡｇナノ粒子ペーストを石英基板、ポリイミド、ガラスエポキシの各基板上に部分的に塗布した（図１参照）。なお塗布部分の膜厚は約５０μmであった。
【００２７】
なお本実施例では、金属粒子としてペースト化したＡｇナノ粒子を用いて実験を行ったが、本発明においては用いる粒子は必ずしもこのようなペースト状である必要はない。しかしながら、ペースト化した粒子を用いることで、高周波電磁波照射後に形成された導電材と基板との密着性が向上することが期待される。
【００２８】
次に、このＡｇナノ粒子ペーストを部分的に塗布した各種基板に対し、図２に示す低周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝１ｋＨｚの低周波電磁波の照射を行った。またこれとは別に、同じくＡｇナノ粒子ペーストを部分的に塗布した各種基板に対し、図３に示す高周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波の照射も行った。それぞれの電磁波照射において、Ａｇナノ粒子ペーストを塗布した部分と塗布していない基板部分の温度変化を、熱電対を用いて測定した結果を表１、表２に示す。但し、ここでＡｇナノ粒子ペーストを塗布した部分の温度変化は、特に石英基板上に塗布したものに関する測定結果であるが、この粒子塗布部分の温度変化は基板の種類にほとんど影響されなかった。
【００２９】
【表１】
【００３０】
先ず、表１から、周波数（ｆ）＝１０００Ｈｚの電磁波を照射した場合、１２０ｓｅｃ照射後においても、Ａｇナノ粒子塗布部分の温度上昇は５℃以下であり、この周波数の電磁波照射においてＡｇナノ粒子がほとんど加熱されないことが確認された。この結果は、低周波の電磁波照射は、本発明の目的とする金属粒子の選択的な加熱焼成には不適であることを示唆するものである。
【００３１】
【表２】
【００３２】
一方で、表２より、周波数（ｆ）＝２８ＧＨｚの高周波電磁波を照射した場合、Ａｇ粒子を塗布した領域において顕著な温度上昇が確認された。一方で、Ａｇナノ粒子の塗布を行っていない基板部分では、基板の種類によらずその温度上昇はわずかであった。この結果は、Ａｇナノ粒子の顕著な選択的加熱性を示唆するものである。
【００３３】
このように、この高周波電磁波の照射対象として、Ａｇナノ粒子を始めとする金属粒子を用い、さらに基板材料として石英基板、ポリイミド、ガラスエポキシをはじめとする電磁波吸収性の低い基板を用いることにより、粒子塗布部分のみを選択的に加熱できることを確認した。
【００３４】
（実施例２）
次に、電磁波吸収性の高い焼結助剤の混合による選択加熱性の変化について、次の実験により検証した。まず電磁波吸収性の高い焼結助剤の一例としてＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバ)を、金属粒子の一例としてＡｇナノ粒子ペーストを準備し、両者をよく混合した。その後、上記混合によって得られたＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを石英基板上に部分的に塗布した（図１参照）。なお塗布部分の膜厚は約５０μｍであった。
【００３５】
次に、このＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを部分的に塗布した石英基板に対し、図３に示す高周波電磁波照射装置により、出力５００Ｗ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波の照射を行った。表３に、この時の粒子を塗布した部分と塗布していない部分の温度変化を、それぞれ熱電対を用いて測定した結果を示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】
表３より、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを部分的に塗布した石英基板に対し、周波数（ｆ）＝２８ＧＨｚの高周波電磁波を照射した場合、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを塗布した領域において、焼結助剤であるＶＧＣＦを混合していないＡｇナノ粒子混合ペーストの場合（表２参照）よりもさらに顕著な温度上昇が確認された。またＡｇナノ粒子の塗布を行っていない基板部分では、先の実験と変わらずその温度上昇はわずかであった。この結果から、ＶＧＣＦを始めとする焼結助剤の混合により、金属粒子塗布部分の選択加熱性をさらに強めることが出来ることが確認された。
【００３８】
（実施例３）
さらに、金属粒子もしくは焼結助剤を混合した金属粒子に対する高周波電磁波照射加熱にともなう粒子焼成効果を確認することを目的に、Ａｇナノ粒子ペーストを塗布した石英基板、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペーストを塗布した石英基板に対し、それぞれ、周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波を照射したサンプル（５０℃／ｍｉｎで２００℃まで昇温、２００℃で５分間保持するように高周波電磁波出力を制御）の粒子塗布部分の電気抵抗測定を行った。なお、電気抵抗の測定は、デジタルマルチメータ（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製、型式：ＤＭＭ２０００）、直流安定化電源（ケンウッド社製、形式：ＰＡＲ２０−４Ｈ）を用いて直流四端子法によって行った。
【００３９】
その結果、電磁波照射後サンプルのＡｇナノ粒子ペースト塗布部分、ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペースト塗布部分の電気抵抗値は、それぞれ、ρ＝６．０μΩ・ｃｍ（Ａｇナノ粒子ペースト塗布部分）、ρ＝７．４μΩ・ｃｍ（ＶＧＣＦ―Ａｇナノ粒子混合ペースト塗布部分）という共に高い導電性が確認された。この結果は、高周波電磁波の照射により選択的に加熱されたＡｇナノ粒子が相互融着し、低抵抗の銀導電膜が形成されるという事実を示唆するものである。
【００４０】
さらに、上記と同様の周波数（ｆ）＝28ＧＨｚの高周波電磁波照射加熱実験を、Ａuナノ粒子ペースト（平均粒径５ｎｍ、ハリマ化成株式会社製）を塗布した石英基板、ＶＧＣＦ−Ａｕナノ粒子混合ペーストを塗布した石英基板に対しても行った。ただし、高周波電磁波の照射は、５０℃／ｍｉｎで２５０℃まで昇温後、２５０℃で５分間保持するように照射出力を制御して行った。
【００４１】
その結果、電磁波照射後サンプルのＡｕナノ粒子ペースト塗布部分、ＶＧＣＦ−Ａｕ-ナノ粒子混合ペースト塗布部分の電気抵抗値は、それぞれ、ρ＝９．０μΩ・ｃｍ（Ａｕナノ粒子ペースト塗布部分）、ρ＝９．８μΩ・ｃｍ（ＶＧＣＦ−Ａｕナノ粒子混合ペースト塗布部分）という共に高い導電性が確認された。この結果は、Ａｕナノ粒子に対しても、高周波電磁波の照射による選択的な粒子加熱−相互融着が可能であり、低抵抗のＡｕ導電膜が形成されるということを示唆するものである。
【００４２】
なお、同様の効果は同じくポリイミド基板上にバンプ状に形成した円柱突起（円柱状、高さ約１ｍｍ、直径２ｍｍ）においても確認され、形状によらず本方法が適用出来ることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】金属粒子（もしくは焼結助剤を混合した金属粒子）を部分的に塗布した基板
【図２】低周波電磁波照射装置
【図３】高周波電磁波照射装置
【符号の説明】
【００４４】
１．各種基板（石英ガラス、ポリイミド、ガラスエポキシ）
２．金属粒子（もしくは焼結助剤を混合した金属粒子）を塗布した領域
３．電磁波照射容器
４．導線
５．加熱電極
６．ターンテーブル
７．電磁波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を、基板上に塗布もしくは表面パターンニングした後、高周波電磁波を照射することで、前記金属粒子もしくは前記焼結助剤を混合した金属粒子を、選択的に発熱・相互融着させて焼成することを特徴とする金属配線パターンの形成方法。
【請求項２】
金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項３】
金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項４】
金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項５】
金属粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のナノ粒子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項６】
低融点金属もしくはこれらの金属の合金からなるハンダ材料粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１ｃｍ以下の粒子であることを特徴とする請求項４に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項７】
金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子に照射する高周波電磁波の周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１から６に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項８】
焼結助剤の高周波電磁波吸収性が基板の高周波電磁波吸収性よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項９】
焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバー)を始めとするカーボン材料であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１０】
焼結助剤がＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１１】
焼結助剤がｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１２】
金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ガラスエポキシ、ポリフッ化エチレンなどを主成分とするプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記電磁波吸収性を有する焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、酸化物、ガラス、セラミックス、金属、半導体からなる群より選ばれる少なくとも１つからなる基板であることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１４】
導電路と導電路の接続部、多層配線基板、バンプ、パッド、ビア、立体金属配線パターン、又は配線のハンダ接合部の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１５】
アンテナ、電子シールド材、導電路と小型電子部品を含む電子実装部品、又は電子筐体の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１６】
触媒電極又は熱伝導路の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法によって基板上に作成された金属配線パターン。
【請求項１８】
高周波電磁波を吸収する金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を含む金属粒子焼成用材料。
【請求項１９】
請求項１８に記載の金属粒子焼成用材料において、金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれらの金属を主成分として含有する合金又は、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれらの金属を主成分とする合金、あるいは金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属からなる合金を主成分とする合金からなる金属粒子の焼成用材料。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の金属粒子焼成用材料において、含有する金属粒子の粒径が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のナノ粒子である金属粒子の焼成用材料。
【請求項２１】
請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料であって、含有する焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ（気相成長カーボンファイバ）を始めとするカーボン材料、又はＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯを始めとする典型金属合金の酸化物である金属粒子焼成用材料。
【請求項２２】
請求項１８から請求項２１のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料に、有機系分散媒及び／又は有機系バインダー粒子として機能する樹脂成分と、さらに必要に応じて有機溶媒を加えたことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【請求項２３】
請求項２２に記載の金属粒子焼成用材料において、添加した有機系分散媒が金属酸化物の金属成分と配位可能なアミン、アルコール、チオール等の少なくとも１種以上を含み、さらに有機バインダー樹脂がブチラール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂から選ばれた少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【請求項１】
金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を、基板上に塗布もしくは表面パターンニングした後、高周波電磁波を照射することで、前記金属粒子もしくは前記焼結助剤を混合した金属粒子を、選択的に発熱・相互融着させて焼成することを特徴とする金属配線パターンの形成方法。
【請求項２】
金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項３】
金属粒子がプラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれら金属を主成分として含有する合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項４】
金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属、もしくはこれら金属からなる合金を主成分とするハンダ材料であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項５】
金属粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のナノ粒子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項６】
低融点金属もしくはこれらの金属の合金からなるハンダ材料粒子の平均粒径が１ｎｍ以上１ｃｍ以下の粒子であることを特徴とする請求項４に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項７】
金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子に照射する高周波電磁波の周波数が１ＭＨｚ＜ｆ＜３００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１から６に記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項８】
焼結助剤の高周波電磁波吸収性が基板の高周波電磁波吸収性よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項９】
焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ(気相成長カーボンファイバー)を始めとするカーボン材料であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１０】
焼結助剤がＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１１】
焼結助剤がｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を始めとする典型金属合金の酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１２】
金属粒子もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ガラスエポキシ、ポリフッ化エチレンなどを主成分とするプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記電磁波吸収性を有する焼結助剤を混合した金属粒子を塗布もしくは表面パターンニングする基板が、酸化物、ガラス、セラミックス、金属、半導体からなる群より選ばれる少なくとも１つからなる基板であることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１４】
導電路と導電路の接続部、多層配線基板、バンプ、パッド、ビア、立体金属配線パターン、又は配線のハンダ接合部の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１５】
アンテナ、電子シールド材、導電路と小型電子部品を含む電子実装部品、又は電子筐体の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１６】
触媒電極又は熱伝導路の作製に適用されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金属配線パターンの形成方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法によって基板上に作成された金属配線パターン。
【請求項１８】
高周波電磁波を吸収する金属粒子、もしくは電磁波吸収性の高い焼結助剤を混合した金属粒子を含む金属粒子焼成用材料。
【請求項１９】
請求項１８に記載の金属粒子焼成用材料において、金属粒子が銀、金、銅などの導電性金属もしくはこれらの金属を主成分として含有する合金又は、プラチナ、パラジウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム等の触媒金属もしくはこれらの金属を主成分とする合金、あるいは金属粒子がスズ、鉛、ビスマス、亜鉛等の低融点金属からなる合金を主成分とする合金からなる金属粒子の焼成用材料。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の金属粒子焼成用材料において、含有する金属粒子の粒径が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のナノ粒子である金属粒子の焼成用材料。
【請求項２１】
請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料であって、含有する焼結助剤がカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、ＶＧＣＦ（気相成長カーボンファイバ）を始めとするカーボン材料、又はＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、α―Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３等の遷移金属酸化物、ｎ型半導性を示すＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２，ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＳｉＯ２等の典型金属酸化物、もしくはＩＴＯを始めとする典型金属合金の酸化物である金属粒子焼成用材料。
【請求項２２】
請求項１８から請求項２１のいずれかに記載の金属粒子焼成用材料に、有機系分散媒及び／又は有機系バインダー粒子として機能する樹脂成分と、さらに必要に応じて有機溶媒を加えたことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【請求項２３】
請求項２２に記載の金属粒子焼成用材料において、添加した有機系分散媒が金属酸化物の金属成分と配位可能なアミン、アルコール、チオール等の少なくとも１種以上を含み、さらに有機バインダー樹脂がブチラール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂から選ばれた少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粒子焼成用材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２３９１４９（Ｐ２０１０−２３９１４９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０６８０（Ｐ２０１０−１４０６８０）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【分割の表示】特願２００５−８９５９３（Ｐ２００５−８９５９３）の分割
【原出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【分割の表示】特願２００５−８９５９３（Ｐ２００５−８９５９３）の分割
【原出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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