JP2003023231A - 電気回路の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易な電気回路の形成方法を提供する。 【解決手段】 ナノ（ｎｍ）スケールの金属微粒子をフ
ッ素系媒質に分散させた分散液中に上下動可能なテーブ
ル２１を配置し、そのテーブル２１上を覆う分散液に二
酸化炭素レーザー光を照射しつつテーブル２１を下降さ
せて金属微粒子相互間を金属結合させることにより、電
気回路体１２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
等の電気回路の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばプリント配線基板等の電気
回路は、絶縁体表面の全面に薄い銅箔を接着し、銅箔上
に配線図形を印刷し、エッチングにより不要部分の銅を
溶かし去って電気導体のパターンを残すサブトラクティ
ブ法や、絶縁体表面上に必要な配線図形をめっきするこ
とによりパターンを形成するアディティブ法等の方法で
形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法はいずれも多くの製造工程を必要とし、設備コスト
や手間がかかる。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、容易な電気回路の形成方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段、作用および効果】本発明
者は、上記した問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、上述した従来法とは全く異なる画期的な電気回路の
形成方法を見出すことに成功した。すなわち、請求項１
の発明に係る電気回路の形成方法は、金属微粒子を媒質
に分散させた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照
射して前記金属微粒子相互間を金属結合させることによ
り電気回路体を形成するところに特徴を有する。

【０００５】一般的に金属の融点は高温であり、分散状
態の金属粒子を溶融させて互いに隣接する粒子間を導電
可能な結合状態とするには、高温加熱を行う必要があ
る。しかし、粒子径がナノ（ｎｍ）スケールの非常に微
細な金属微粒子においては、２００℃以下の低温でも金
属結合することが知られている。例えば、銀のナノ粒子
は約１００℃でも溶け合う。これは、ナノ（ｎｍ）スケ
ールの金属微粒子においては、微粒子の表面エネルギー
が内部エネルギーに対して無視できないほど大きくな
り、この表面エネルギーを低減させるために隣接した微
粒子同士が凝集・結合し、表面積を下げようとするため
である。一方、このようなナノ（ｎｍ）スケールの金属
微粒子は、有機溶剤等の媒質中において凝集することな
く良好な分散状態を保つことが知られている。

【０００６】そこで上記請求項１の発明では、金属微粒
子を媒質中に分散させることにより低温での金属微粒子
の凝集を回避させるとともに、その分散液または分散ペ
ーストにレーザー光を照射して加熱することにより、媒
質中の分散金属微粒子を溶融させ、互いに隣接する金属
微粒子相互間を金属結合させて、電気回路体を形成する
ようにした。本発明のように、レーザー光を使用すれ
ば、分散液または分散ペースト中の所望の位置の金属微
粒子のみを昇温させて金属結合に至らせることができる
から、直接に導体部分、すなわち電気回路体を微小な大
きさで形成することが可能となる。これにより、従来の
めっきやエッチング等の面倒な作業が一切不要となり、
設備コストや手間を大幅に省略することができる他、よ
り精度が高く高密度な電気回路体を形成することができ
るという優れた作用効果を奏する。

【０００７】なお、金属微粒子は粒子径が１〜１０ｎｍ
のものが好ましく、具体的には銀、銅、亜鉛、アルミニ
ウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、白
金、金、クロム、イリジウム等を使用することができ
る。これらの金属をレーザーによる照射によって金属結
合を生じさせる程度に微粒子化するには、金属を蒸発さ
せるか、高温加熱と超音波振動によって霧化させ、酸化
を防ぐために溶剤雰囲気中にて壁に衝突させることによ
り微粒子化することができる。この場合、分散剤を使用
して凝集を防止することが好ましい。なお、ナノ（ｎ
ｍ）スケールの金属微粒子はゾルゲル法によって製造す
ることもできる。

【０００８】また、レーザーとしては、ＣＯ２レーザ
ー、ＹＡＧレーザー、ＫｒＦレーザー、ＡｒＦレーザー
であってもよく、ＵＶレーザーも使用可能である。

【０００９】媒質は金属微粒子を分散状態に保持できる
ものであればよいが、各種特性の選択肢を多くできると
いう理由から有機溶媒が好ましい。なかでも、パーフロ
ロポリエーテル、パーフロロカーボン、ハイドロフロロ
ポリエーテル、ハイドロフロロエーテル、ＨＣＦＣ−２
２５、ハイドロフロロカーボン、パーフロロジブチルエ
ーテル、キシレンヘキサフロライド等のフッ素系溶媒及
びシリコンオイルが、化学的活性が低く、かつ、不燃性
であるところから推奨される。

【００１０】また、請求項２の発明は、金属微粒子を媒
質に分散させた分散液又は分散ペースト中に上下動可能
なテーブルを配置し、そのテーブル上を覆う前記分散液
又は分散ペーストにレーザー光を照射しつつ前記テーブ
ルを下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて上下
に延びる電気回路体を形成するところに特徴を有する。

【００１１】上記請求項２の発明によれば、まずテーブ
ル上を覆う金属微粒子の分散液又は分散ペーストの所定
の位置にレーザー光を照射して媒質中の分散金属微粒子
相互間を金属結合させることにより、テーブル上に必要
なパターンの導体層が形成される。その後テーブルを僅
かに下降させてその導体層の表面を金属微粒子の分散液
又は分散ペーストで覆った状態としてレーザー光を照射
することにより、上記導体層の上に新たな薄い導体層を
積層させる。このような操作を繰り返すことにより導体
層は上下方向に延び、最終的には所望の厚みを有する３
次元構造の電気回路体が形成される。

【００１２】また、請求項３の発明は、金属微粒子を媒
質に分散させた分散液又は分散ペースト中にリードフレ
ームを配置し、そのリードフレーム上を覆う分散液又は
分散ペーストにレーザー光を照射しつつリードフレーム
を下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて、リー
ドフレームから上方に延びる電気回路体を形成するとこ
ろに特徴を有する。

【００１３】請求項３の発明によれば、上記請求項２の
テーブルの代わりにリードフレームを使用し、上記テー
ブルと同様にリードフレームを下降させつつレーザー光
の照射を行うことにより、リードフレームから直接に上
方に延びる三次元構造の電気回路体を形成することがで
きる。

【００１４】さらに、請求項５の発明は、請求項１ない
し請求項４のいずれかに記載の電気回路の形成方法にお
いて、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペ
ーストにレーザー光を照射して電気回路体を形成した
後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去して前記電
気回路体を埋めるように絶縁性樹脂を充填して固化させ
るところに特徴を有する。

【００１５】請求項５の発明によれば、形成された電気
回路体の空隙部分をを埋めるように絶縁性樹脂が充填・
固化されることにより、電気回路体全体の強度を高める
こととなり、集積回路等の電子部品の実装が可能とな
る。なお、上記絶縁性樹脂としては、具体的にはエポキ
シ樹脂、ケトン樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド
樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ビスマレイドトリ
アジン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリブタジエン、ポリサルホン、ポリエーテルサ
ルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテル
ケトン等を使用することができる。また、この絶縁性樹
脂は、電気回路体を１層形成する毎に形成してもよく、
あるいは電気回路体を多層化させた後に一括に形成して
もよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、本発明を
具体化した第１実施形態について図１ないし図６を参照
して説明する。本実施形態は、図１に示すような平板状
のプリント基板型回路構造体１０の形成方法を示すもの
である。この回路構造体１０は、厚さ方向に例えば三層
の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃを積層した構造である。各
層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃは導電路を横方向に延ば
して構成され、各層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃ間には
導電路を上下に延ばして形成した層間導通体１３によっ
て電気的に導通されている。この回路構造体１０内で、
各層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃ及びそれらをつなぐ層
間導通体１３以外の部分には絶縁樹脂１１が充填されて
いる。

【００１７】この回路構造体１０は、図２ないし図４に
示す露光装置によって製造される。図中２０は基台であ
り、この基台２０に、図示しない駆動機構により基台２
０に水平なＸ−Ｙ方向（図３参照）に移動可能なＸ−Ｙ
テーブル２１が載置されている。さらにこのＸ−Ｙテー
ブル２１上には、上面を開放した露光槽２２が固定され
ている。また露光槽２２の内部には、図４に示すよう
に、昇降装置２３と、この昇降装置２３により上下可動
な昇降テーブル２４とが配置されている。なお露光槽２
２内には、平均粒子径が７ｎｍの銀の微粒子をパーフル
オロポリエーテル中に６０〜７０ｗｔ％で分散させた分
散液２９が貯留されている。

【００１８】図２に示すように、露光槽２２の上方に
は、レーザー光源（図示せず）を備えたレーザー装置２
５が配置されている。このレーザー装置２５からはレー
ザー光源と連結した光ファイバ２６が導出されており、
この光ファイバ２６の先端から出射されるレーザーが二
つのレンズ２７，２８を通して集束され、その焦点が露
光槽２２内の分散液２９の表面付近に合わせられてい
る。このレーザーは、Ｘ−Ｙテーブル２１をＸ−Ｙ方向
に移動させることにより、昇降テーブル２４上の所望の
位置に照射することができる。

【００１９】図１に示す回路構造体１０は、上記構成の
露光装置において、図中最下層の電気回路体１２Ａから
形成される。すなわち、その形成方法は、まず露光槽２
２内に設けられた昇降テーブル２４をその表面が分散液
２９で全体的に薄く被覆される高さに設定し、上方のレ
ーザー装置２５からレーザーを昇降テーブル２４上の所
定の位置に照射する。すると、昇降テーブル２４上の分
散液２９はレーザー光が照射された部分だけが局部的に
昇温し、分散液２９中の銀微粒子が溶融して互いに隣接
する銀微粒子相互間が金属結合する。このようなレーザ
照射を行いながら、Ｘ−Ｙテーブル２１を移動させて分
散液２９の表面のレーザ照射点が横に移動するようにす
ると、溶融して金属結合した部分が直ちに固化して導電
路となり、昇降テーブル２４上のレーザー光が走査され
た部分に金属結合した銀微粒子による必要なパターンの
導体層が形成される。

【００２０】なお、上記のように描いた一層分の導体層
の厚みが不足する場合には、昇降テーブル２４を僅かに
下降させ、硬化した導体層の表面が分散液２９によって
薄く被覆されるようにし、再び上方からレーザー光を照
射しつつＸ−Ｙテーブル２１を移動させてレーザ照射点
が同一のパターンを描くようにする。このようなレーザ
の横移動照射と昇降テーブル２４の下降を必要回数繰り
返せば、必要な厚さの電気回路体１２Ａを形成すること
ができる（図５（Ａ）参照）。

【００２１】次に、上下の電気回路体１２Ａ，１２Ｂ間
で層間の導通をとる必要がある部分には、必要な位置に
レーザを照射しつつ、Ｘ−Ｙテーブル２１を停止させて
昇降テーブル２４のみを徐々に下降させる。すると、銀
微粒子の結合部分が上下方向に成長するから、導電路が
上下に延びた層間導通体１３を形成することができる
（図５（Ｂ）参照）。

【００２２】そして、この後、レーザ照射しながらＸ−
Ｙテーブル２１を横移動させることにより第３層目の電
気回路体１２Ｃを形成する（図５（Ｄ）参照）。

【００２３】なお図５（Ａ）〜（Ｄ）には図示されない
が、第２層目及び第３層目の電気回路体１２Ｂ，１２Ｃ
を形成する際、金属結合して凝固した独立の導電路が分
散液２９で支えがなく沈む可能性がある場合には、後に
除去できる位置に層間導通体１３と同様にして支持部１
６を形成して上下の導電路を連結しておくことが望まし
い（図５（Ｅ）参照）。

【００２４】このようにして、回路構造体１０の導体部
分が全て形成されたら、その導体部分を露光槽２２から
取り出し、溶剤中に浸漬させて例えば超音波洗浄により
未硬化の残留分散液２９を取り除く。そしてその導体部
分を、絶縁層１５を構成する例えばエポキシ樹脂中に浸
漬させて電気回路体１２間の空隙部分を樹脂にて充填さ
せ、全体を加熱してエポキシ樹脂を硬化させることによ
り絶縁層１５部分を形成する。なお、この時の加熱温度
は、銀の溶融温度と比較して低温であるので、電気回路
体１２が溶けだすことはない。最後に、各電気回路体１
２Ａ〜１２Ｃの相互間を連結する支持部１６を切り離す
とともに、回路構造体１０の表面をバフ研磨して表裏の
電気回路体１２Ａ，１２Ｃを露出させれば、図１に示す
ような平板状の回路構造体１０が完成する。

【００２５】このように、上述した本実施形態の電気回
路の形成方法は、金属微粒子を昇温・溶融させ、金属結
合に至らせることにより電気回路体を直接に形成すると
いう、これまで電気回路の分野においては全く行われて
いなかった画期的な形成方法であり、従来のめっきやエ
ッチング等の面倒な作業を経ることなく、分散液２９中
の昇降テーブル２４を下降させ、レーザー光を照射する
という操作だけで、多層化された高精度の電気回路体１
２を簡単に形成することができるという優れた作用効果
を奏する。しかも、設備コストや手間がかからない。ま
た、金属微粒子を不燃性の媒質に分散させる構成とした
ことにより、レーザー光の照射を大気中で行うことが可
能となり、さらに設備コストがかからない。

【００２６】また、形成された電気回路体１２の空隙部
分をを埋めるように絶縁性樹脂１１が充填・固化される
から、電気回路全体の強度を高めることとなり、集積回
路等の電子部品の実装も可能であるという優れた作用効
果を奏する。

【００２７】＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態を
図６を使用して説明する。本実施形態は、図１に示す上
記第１実施形態と同様の構成の回路構造体１０の絶縁層
１５を、電気回路体１２が１層形成される毎に形成する
方法を示すものである。

【００２８】すなわち、上記第１実施形態と同様の方法
で第１層目の電気回路体１２Ａと層間導通体１３とを形
成した後、第２の電気回路体１２Ｂを開始する前に、露
光槽２２から電気回路体１２Ａを取り出して溶剤中にて
超音波洗浄を行い、絶縁層１５を構成する絶縁性樹脂１
１中に浸漬させて空隙部分を絶縁性樹脂１１で埋め込
む。そして、その絶縁性樹脂１１の加熱硬化を行い、表
面をバフ研磨して層間導通体１３の上面を露出させた平
坦な電気回路体１２Ａを得る（図６（Ａ）参照）。その
後、その電気回路体１２Ａを再び露光槽２２に浸漬さ
せ、第２層目の電気回路体１２Ｂおよび層間導通体１３
を分散液２９のレーザ照射によって形成する（図６
（Ｂ）参照）。そして、この後、上記第１の電気回路体
１２Ａと同様に、第３層目の電気回路体１２Ｃを形成す
る前に、やはり絶縁性樹脂１１で空隙部分を埋め込んで
全体を平坦な状態にする（図６（Ｃ）参照）。

【００２９】このような第２実施形態の電気回路の形成
方法によれば、電気回路体１２を１層形成する毎に空隙
部分を絶縁性樹脂１１で埋め込んで平坦化させる構成で
あるので、形成途中の電気回路体１２の強度が増し、取
り扱いが容易になる。また、上記第１実施形態の電気回
路の形成方法と比較して、絶縁性樹脂１１の空隙部への
充填が簡単かつ確実に行われる。さらに、電気回路体１
２Ｂ〜１２Ｃを積層させる際に、下層の電気回路体が平
坦化されているため、上層に形成される電気回路体を互
いに連結させる支持部１６の形成は不要となり、上層の
電気回路体を安定的に積層させることができるという作
用効果を奏する。

【００３０】＜第３実施形態＞本実施形態は、リードフ
レームを利用した電気回路の形成方法を示すものであ
る。すなわち、図７（Ａ）に示すように、まず露光槽２
２内の昇降テーブル２４上にリードフレーム３０を載置
するとともに、その表面が分散液２９で薄く覆われる高
さに昇降テーブル２４を設定する。そして、分散液２９
にレーザー光を照射しつつ、Ｘ−Ｙテーブル２１を停止
させて昇降テーブル２４のみを徐々に下降させることに
より、リードフレーム３０から上方向に延びる円柱状の
ポスト１４を形成する（図７（Ｂ）参照）。次に、レー
ザー照射しながらＸ−Ｙテーブル２１を横移動させるこ
とにより、上記リードフレーム３０とポスト１４により
電気的に導通される電気回路体１２を形成する（図７
（Ｃ）参照）。そして、上記実施形態と同様に、その構
造体を露光槽２２から取り出して溶剤中で超音波洗浄を
行い、絶縁層１５を構成する絶縁性樹脂１１中に浸漬さ
せて空隙部を埋め込む。そして絶縁性樹脂１１の加熱硬
化を行い、表面をバフ研磨して、構造体を平坦な状態と
する（図７Ｄ）。

【００３１】このように、本実施形態によれば、リード
フレーム３０から直接に上方に延びる電気回路体を形成
することができる。

【００３２】なお図示はしないが、上記電気回路体１２
の上層に、更なる電気回路体を、上記実施形態と同様の
方法にて積層させることも可能である。さらに、電気回
路体１２の上に第２のリードフレームを載置することも
可能である。この場合には、電気回路体１２の上側に第
２のポストを形成し、そのポストと接続するように第２
のリードフレームを載置すればよい。

【００３３】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。

【００３４】（１）上記第１実施形態では、支持部１６
を電気回路体１２に対して垂直方向に形成したが、これ
に限らず、電気回路体１２の水平方向にに延設する構成
としてもよい。

【００３５】（２）上記第２実施形態では、第１の電気
回路体１２Ａおよび層間導通体１３を形成した後に絶縁
性樹脂１５にて平坦化する構成としたが、これに限ら
ず、第１の電気回路体１２Ａを形成した後に絶縁性樹脂
１５にて一旦平坦化を行い、その後層間導通体１３を形
成して再び絶縁性樹脂にて平坦化を行う構成としてもよ
い。また、第３実施形態においても、ポスト１４を形成
した後に絶縁性樹脂にて一旦平坦化を行い、その後電気
回路体１２を形成する構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る電気回路の一部拡
大断面図

【図２】同じく露光装置の概略斜視図

【図３】同じく露光装置の一部拡大斜視図

【図４】同じく露光装置の一部拡大断面図

【図５】同じく電気回路の形成方法の工程図

【図６】本発明の第２実施形態に係る電気回路の形成方
法の工程図

【図７】本発明の第３実施形態に係る電気回路の形成方
法の工程図

【符号の説明】

１０…回路構造体（電気回路） １２…電気回路体 １３…層間導通体 １４…ポスト １１…絶縁性樹脂 １５…絶縁層 ２４…昇降テーブル（テーブル） ２９…分散液 ３０…リードフレーム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属微粒子を媒質に分散させた分散液又
   は分散ペーストにレーザー光を照射して前記金属微粒子
   相互間を金属結合させることにより電気回路体を形成す
   ることを特徴とする電気回路の形成方法。
2. 【請求項２】 金属微粒子を媒質に分散させた分散液又
   は分散ペースト中に上下動可能なテーブルを配置し、そ
   のテーブル上を覆う前記分散液又は分散ペーストにレー
   ザー光を照射しつつ前記テーブルを下降させて金属微粒
   子相互間を金属結合させて上下に延びる電気回路体を形
   成することを特徴とする電気回路の形成方法。
3. 【請求項３】 金属微粒子を媒質に分散させた分散液又
   は分散ペースト中にリードフレームを配置し、そのリー
   ドフレーム上を覆う前記分散液又は分散ペーストにレー
   ザー光を照射しつつ前記リードフレームを下降させて金
   属微粒子相互間を金属結合させて前記リードフレームか
   ら上方に延びる電気回路体を形成することを特徴とする
   電気回路の形成方法。
4. 【請求項４】 前記媒質は不燃性であることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項３に記載の電気回路の形成方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかの電
   気回路の形成方法において、金属微粒子を媒質に分散さ
   せた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射して電
   気回路体を形成した後、未硬化の分散液又は分散ペース
   トを除去して前記電気回路体を埋めるように絶縁性樹脂
   を充填して固化させることを特徴とする電気回路の形成
   方法。