JP2004165310A - 多層プリント回路板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来法では大量に生じていた銅箔屑、エッチング廃液などの産業廃棄物を無くし、製造時間の大幅な短縮、少数多品種の生産等を達成した多層プリント回路板の製造方法を提供する。。
【解決手段】（ａ）電気絶縁性基板に、導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて、第１層の電気配線回路を印刷する工程、
（ｂ）前記第１層の電気配線回路と次工程で印刷される第２層の電気配線回路との交差部分に、電気絶縁性インクによりインクジェットプリンターを用いて絶縁層を印刷する工程、及び
（ｃ）導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて第２層の電気配線回路を印刷する工程、
を有することを特徴とする多層プリント回路板の製造方法。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層プリント回路板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
部品実装のための穴あけ工程の前までのプリント回路板の製造方法は、▲１▼プリント回路用基板として銅張積層板の作製、▲２▼フォトマスクの作成、▲３▼レジストの塗布、▲４▼パターン焼付け・現像、▲５▼エッチングという非常に長い複雑な工程で製造される。
また、多層プリント回路板の製造方法は、まず内層回路板については、前述のプリント回路板の製造と同様の工程にて製造される。この内層回路板の上に、ガラス繊維からなる織布あるいは不織布にエポキシ樹脂等の樹脂を含浸したプリプレグを重ね、さらにその上に銅箔を重ねてプレス成形して多層プリント回路板用の基板を得る。その基板に上記の▲１▼〜▲５▼の工程を行い、回路層の数によってはこれらの工程を繰り返し実施して、多層プリント回路板を得る。
ここで、▲１▼〜▲５▼の工程は、実際の作業においては、それぞれいくつかの操作からなる。このような方法は、現在のプリント回路基板ないしは多層プリント回路基板の製造方法の基本的な流れであり、プリント回路基板が開発されて以来、殆ど変化していない。最近、１〜１００ｎｍの金属微粒子を均一に分散させた導電性金属ペーストを用い、インクジェット方式を利用して、配線基板の回路パターンを形成する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２４９６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の多層プリント回路板の製造方法を根本的に変更するもので、代表的なものとして以下の項目の課題を解決するものである。
（１）従来の多層プリント回路板の製造工程において、内層回路板用積層板を製造する工程、回路パターン作成の工程、プリプレグ等の重ね合わせ工程及びプレス成形工程、などを簡略化ないし省略する。
（２）銅箔、プリプレグ、レジストを使用しないので、省資源化できる。
（３）銅箔やレジストを使用しないことにより、廃液の発生を実質的に無くすることができる。
（４）インクジェットプリンターの仕様に応じて、自由自在なパターン形状の多層プリント回路板を製造することができる。
（５）工数及び所要時間を大幅に削減できる。即ち配線設計図が完成すれば直ちに回路印刷を行うことができる。
（６）従来法は大量・少品種生産には適しているが、少量・多品種生産には不向きである。本発明の方法は複雑な工程が必要としないため、大量・少品種生産はもちろん少数・多品種にも対応できる。
（７）製造コストを大幅に低減できる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、以下の本発明（１）〜（７）により達成できる。
（１） （ａ）電気絶縁性基板に、導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて、第１層の電気配線回路を印刷する工程、
（ｂ）前記第１層の電気配線回路と次工程で印刷される第２層の電気配線回路との立体交差部分に、電気絶縁性を有するインクによりインクジェットプリンターを用いて電気絶縁層を印刷する工程、及び
（ｃ）導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて第２層の電気配線回路を印刷する工程、
を有することを特徴とする多層プリント回路板の製造方法。
（２） 前記（１）記載の多層プリント回路板の製造方法において、（ａ）工程、（ｂ）工程、ないし（ｃ）工程の後に、５０〜２００℃に加熱することを特徴とする多層プリント回路板の製造方法。
（３） 導電性微粒子が、微小球状樹脂の周囲に金属およびまたは金属化合物からなる導電性物質が無数の針状突起として存在する複合微粒子である前記（１）又は（２）に記載の多層プリント回路板の製造方法。
（４） 導電性微粒子の平均粒径が０．０５〜５０μｍである前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
（５） 導電性微粒子を含有するインクが、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１種以上を含有するものである前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
（６） 電気絶縁性インクが、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂から選ばれた１種以上を含有するものである前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
（７） 印刷される電気配線回路の幅が１０〜１００μｍである前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の多層プリント回路板の製造方法について説明する。
本発明の多層プリント回路板の製造方法は、
（ａ）電気絶縁性基板に、導電性微粒子を含有するインク（以下、導電性インクという）によりインクジェットプリンターを用いて、第１層の電気配線回路を印刷する工程、
（ｂ）前記第１層の電気配線回路と次工程で印刷される第２層の電気配線回路との交差部分に、電気絶縁性を有するインク（以下、絶縁性インクという）によりインクジェットプリンターを用いて絶縁層を印刷する工程、及び
（ｃ）導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて、第２層の電気配線回路を印刷する工程、
を有することを特徴とするものである。かかる工程を経ることにより、上述の課題を解決することができる。
【０００７】
本発明において、基板と回路などの接着特性、回路や絶縁層の特性を向上させるために、基板や各インクの種類によっては、インクジェットプリンターで回路あるいは絶縁層を印刷した後、加熱工程を必要とする。この場合、加熱温度は５０〜２００℃が好ましい。この温度範囲であると、基板特性を損なうことなく、導電性インクと基板、絶縁性インクと導電性インクとの接着性を向上させることができ、印刷された回路や絶縁層の諸特性を向上させることができる。これより低温では長い加熱時間を要し、これより高温では回路や絶縁層などの特性や基板特性を損なう場合がある。
本発明の多層プリント回路板の製造方法において、回路層が片面３層以上の場合は、（ａ），（ｂ），（ｃ）の各工程の後に、（ｂ）工程及び（ｃ）工程を繰り返し実施すればよい。また、各回路層間の導通は、回路間にスルーホールやビアホールを設け、これに導電性ペーストの充填あるいは金属めっきを施すなどの通常の方法を実施することができる。
【０００８】
次に、導電性インクについて説明する。
導電性インクに含有される導電性微粒子は、導電性の金属単体、金属酸化物、あるいは、これらのものと樹脂等との複合物など、導電性を有するものであれば、特に限定されない。
本発明において好ましい実施形態の一つは、核となる微小球状樹脂の周囲に金属およびまたは金属化合物からなる導電性物質が無数の針状突起として存在する複合微粒子を使用することにある。この微粒子は、無数の針状突起が互いに絡み合うことにより粒子間においても良好な電気伝導性を有する。本発明は、かかる複合微粒子を含有するインクで有機基板上に直接回路を印刷することによりプリント回路板を作製するものである。
前記導電性微粒子の核となる樹脂は、特に限定されず、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等がある。突起成分である金属あるいは金属化合物は導電性の高いものが好ましい。銀、銅、金、アルミニウム、鉄、ニッケル、イリジウム、タングステン等の金属が好ましいものであるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
このような複合微粒子は、例えば、以下のようにして作製することができる。即ち、核となる微小球状樹脂を得るための反応原料としての２種以上の物質の溶液と金属含有液とを、必要により加熱しつつ、攪拌混合することにより得ることができる。具体例を挙げると、無水テトラカルボン酸と芳香族ジアミンの各溶液と第２鉄塩水溶液とを、常温下で、超音波振動を与えながら混合することにより、核がポリアミド酸であり、表面に鉄を含有する無数の針状突起を有する複合微粒子が得られる。さらに、これを加熱処理することにより、核であるポリアミド酸がポリイミドに変化する。
【００１０】
本発明において、導電性微粒子の粒径は、インクジェットプリンターのノズル径以下であればよく、印刷後の導電特性や回路幅などを考慮して最適な粒径を選択すればよい。従って粒径は特に限定するものではないが、好ましくは平均粒径が０．０５〜５０μｍである。かかる範囲内であると、例えば、回路幅１００μｍ以下の細線の回路も精度よく作成することができる。０．０５μｍ未満のものは、導電性微粒子の作製が困難であり、５０μｍを越える場合は、本発明の目的の一つである細線回路の作成が容易でなくなる。
【００１１】
インクジェット方式に使用されるインクは大別すると３種類ある。水性インク、油性インク及びソリッドインクであり、いずれのタイプも使用できるが、メディア（被印刷物、即ち基板）に十分密着または接着するものでなければならない。本発明において、導電性インクに含有される結合剤としては、ブチラール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましく使用されるが、メディアの種類に応じたインクの種類・配合を選択する必要がある。従って、フェノール樹脂基板に対してはフェノール樹脂を主体にしてブチラール樹脂を併用した配合とする、エポキシ樹脂基板に対してはエポキシ樹脂を主体にしてフェノール樹脂等を併用した配合とする、などによって本発明の目的（特に、基板に対する接着性）を達成することが出来る。インクの成分として、この他に一般的に使用される粘着付与剤、硬化剤、各種助剤なども使用できる。 但し一般的インクジェットプリンター用インクに使用する着色剤は必ずしも使用しなくてもいよい。
【００１２】
次に、絶縁性インクについて説明する。
本発明において使用する絶縁性インクは、導電性インクにより印刷された複数の回路層間を効果的に絶縁し、回路や基板との密着性に優れたものであればいかなるものでもよい。かかる点から、好ましくは、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂などを１種以上を含有するものであり、基板や導電性微粒子を含有するインクの種類に応じて、適宜選択される。
【００１３】
かかる絶縁性インクには、無機充填材を配合してもよい。これにより、インクの耐熱性や熱膨張特性を向上させることができる。無機充填材としては、特に限定されず、例えばタルク、焼成クレー、未焼成クレー、ガラス等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の窒化物等を使用することができる。この中で、耐熱性の点では、溶融シリカ、アルミナ、焼成クレー等が好ましい。
粒子径は、平均粒径で０．０１〜５０μｍが好ましく、０．０５〜２０μｍがより好ましい。この範囲では、上記の効果が十分に発現する。前記下限値より小さいとインクの粘度が高くなりすぎる場合があり、前記上限値より大きいと本発明の目的である回路の配線化に適合しなくなる場合がある。
無機充填材の配合割合は、絶縁性インク全体に対して５〜２５重量％が好ましい。これより少ないと配合効果が小さく、これより多いとインクの粘度が高くなりすぎる場合がある。
【００１４】
本発明において、電気絶縁性基板としては、硬質の基板として銅張積層板の電気絶縁基板部であるフェノール樹脂積層板、エポキシ樹脂積層板をはじめ現在市場で使用されている全ての基板に適応できる。一方、軟質の基板としてフレキシブル回路基板の原料であるポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムも使用できる。
【００１５】
印刷する回路幅は、現在生産されているいかなる寸法にも対応できる。その中でも本発明は、回路幅が狭くかつより複雑な回路ほど優れた生産性を発揮する。現在の最小回路幅は２５μｍ程度であるが、将来さらに回路幅が狭くなることは容易に推測される。従って、本発明の方法は、１０〜１００μｍの回路幅のプリント配線板にも好適に適用されるが、これら数値に制約されず、より細線のものにも適用可能である。
また、本発明において、回路の厚みは、特に限定されないが、銅箔を使用した場合と同様の厚みとすることができる。細線化を考慮すると、好ましくは５〜２０μｍである。
一方、絶縁層については、その厚みは、回路厚みと同様に、特に限定されないが、好ましくは５〜２０μｍである。絶縁層の幅は、特に限定されないが、回路幅の３〜５倍が好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を、実施例により具体的に説明する。
（実施例）
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの各アセトン溶液（いずれも０．００２モル、５０ｍｌ）を混合し、次いで、３９％塩化第２鉄水溶液（１００ｍｌ）を加え、室温で、超音波を与えながら１０分間攪拌混合した。得られた析出物を水洗し、アセトンで洗浄し、２００℃で乾燥して複合微粒子を得た。この微粒子は、核であるポリイミド樹脂の表面に鉄を含有する無数の針状突起を有した導電性微粒子で、平均粒径１．０μｍであった。
【００１７】
この導電性微粒子５重量部、フェノール樹脂系接着剤ＰＲ−５３０８９（住友ベークライト（株）製）４重量部、エチレングリコール１重量部、キシレン５重量部、メタノール５重量部を十分混合してインクジェットプリンター用の導電性インク（Ａ）を調合した。次に、導電性インク（Ａ）から導電性微粒子を除き、球状溶融シリカ（（株）アドマテックス製ＳＯ−２５Ｒ、平均粒径１．０μｍ）５重量部を配合し、インクジェットプリンター用の絶縁性インク（Ｂ）を調合した。
【００１８】
基板として幅１１００×長さ５００ｍｍの紙基材フェノール樹脂積層板ＰＬ−１２５０（アートライト工業（株）製）を用いた。２層の回路層を形成するために、コンピュータ−にて、１層目の回路（Ｃ）と２層目の回路（Ｅ）とをそれぞれ最小回路幅２５μｍ、最小回路間隔５０μｍにて作画し、さらに１層目の回路（Ｃ）と２層目の回路（Ｅ）との接点（Ｄ）を作画した。この接点部分の回路幅は、各５０μｍとした。次に、この作画をもとにして、ローランドディジー（株）製インクジェットプリンターＨｉＦｉＪＥＴＰＲＯ ＦＪ５００ｎｉ を用い、前記基板に、はじめに、導電性インク（Ａ）を用いて１層目の回路（Ｃ）を厚み２０μｍに印刷し、３０分間風乾したあと１５０℃の乾燥機で１０分間加熱処理した。次に絶縁性インク（Ｂ）を用いて前記接点（Ｄ）を一辺１５０μｍの正方形形状でかつ厚み２０μｍに印刷を行い、１層目と同じく風乾・加熱処理を行った。最後に２層目の回路（Ｅ）を導電性インク（Ａ）を用いて厚み２０μｍに印刷し、同様に風乾・熱処理を行った。このようにして片面２層の多層プリント回路板を得た．。多層プリプレグ回路板の作製過程で特に問題は生じなかった。
【００１９】
得られたプリント回路板の特性について、測定方法及びその結果を以下に示す。
▲１▼ 体積抵抗率
多層プリプレグ回路板の作製時に、導電性インク（Ａ）を用いて上記回路パターンとは別に、回路幅２ｍｍ、厚み３０μｍ、回路長さ１００ｍｍの回路を印刷した。この回路の体積抵抗率を測定したところ、４ｍΩ−ｃｍであった。
▲２▼ 印刷回路のピール強度
ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準じて印刷回路と基板の間のピール強度を測定した。測定結果は、１．２ｋｇ／ｃｍであった。
▲３▼ 半田耐熱性
ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準じて測定し、煮沸２時間の吸湿処理を行った後２６０℃の半田槽に１２０秒間浸漬した後の外観異常の有無を調べたところ、異常は認められなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の多層プリント回路板の製造方法は、電気絶縁性基板に、導電性インクと絶縁性インクによりインクジェットプリンターを用いて、複数層の電気配線回路を印刷することを特徴とするものであり、製造工程が少なく、各工程も簡略化でき、製造時間を大幅に短縮することができるので、多層プリント回路板を迅速かつ低コストで提供しうるものであり、少数多品種の生産にも容易に対応できるものである。
さらに、本発明の方法は、銅箔、プリプレグ、レジスト等を使用しないので、省資源化できるとともに、従来法では大量に生じていた銅箔屑、エッチング廃液などの産業廃棄物を大幅に減少させることができる。

Claims (7)

1. （ａ）電気絶縁性基板に、導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて、第１層の電気配線回路を印刷する工程、
   （ｂ）前記第１層の電気配線回路と次工程で印刷される第２層の電気配線回路との立体交差部分に、電気絶縁性を有するインクによりインクジェットプリンターを用いて電気絶縁層を印刷する工程、及び
   （ｃ）導電性微粒子を含有するインクによりインクジェットプリンターを用いて第２層の電気配線回路を印刷する工程、
   を有することを特徴とする多層プリント回路板の製造方法。
2. 請求項１記載の多層プリント回路板の製造方法において、（ａ）工程、（ｂ）工程、ないし（ｃ）工程の後に、５０〜２００℃に加熱することを特徴とする多層プリント回路板の製造方法。
3. 導電性微粒子が、微小球状樹脂の周囲に金属およびまたは金属化合物からなる導電性物質が無数の針状突起として存在する複合微粒子である請求項１又は２に記載の多層プリント回路板の製造方法。
4. 導電性微粒子の平均粒径が０．０５〜５０μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
5. 導電性微粒子を含有するインクが、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１種以上を含有するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
6. 電気絶縁性インクが、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂から選ばれた１種以上を含有するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。
7. 印刷される電気配線回路の幅が１０〜１００μｍである請求項１ないし６のいずれかに記載の多層プリント回路板の製造方法。