JP2004214236A

JP2004214236A - プリント配線基板及びその形成方法

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Publication number: JP2004214236A
Application number: JP2002378662A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hirai; 博幸平井; Takemare Nakamura; 剛希中村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP4086143B2

Abstract

【課題】簡易且つ迅速に微細な導電パターンを描画することができるプリント配線基板及びその形成方法を提供する。
【解決手段】(a) 金属塩と金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する第一の還元剤とを含有する溶液と、金属塩に対して加熱下で還元性を有する第二の還元剤又はその溶液とを別々に調製し、(b) 両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、(c) 加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とするプリント配線基板の形成方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板、特にオンデマンドで回路を形成したプリント配線基板に関し、さらに高密度の回路が簡易に形成できるプリント配線基板の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に導電パターンを形成する方法として、▲１▼ 銀や銅等の導電膜をスパッタリング、真空蒸着、無電解めっき、金属箔の接合等により全面に形成した後、フォトリソグラフィーにより所望のパターンにエッチングする方法、▲２▼ マスクを通して無電解めっきや真空蒸着等により所望の導電パターンを形成する方法、▲３▼ はんだや導電ペーストを用いて基板上に描画する方法、▲４▼ 異方性導電膜を形成し、所望のパターンに圧着する方法等が知られている。しかしながら、これらの方法では微細な導電パターンを迅速に形成することは困難である。
【０００３】
以上の方法の他に、インクジェットやディスペンサ等の技術を用いて銀インクを吐出させ、銀の導電パターンを形成する方法も知られている［特開2002-299833号（特許文献１）等］。しかしながら、金属粒子のサイズが数十nm以下になると表面積が大きくなり、酸化を受けやすくなるので、抵抗値の増大が無視できなくなる。この傾向は銅や錫等の標準電極電位がより卑であるナノ粒子の場合顕著であり、インクの保存や取扱いが面倒であるという問題を有する。
【０００４】
【特許文献１】
特開2002-299833号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、オンデマンドのプリント配線基板を提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、簡易且つ迅速に微細な導電パターンを描画することができるプリント配線基板の形成方法を提供することである。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの目的は、簡易且つ迅速に微細な導電パターンを描画することができるプリント配線基板の形成に用いるインクを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一のプリント配線基板は、金属塩と、前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する還元剤とを含有する溶液を調製し、この溶液をノズルから基板上に吐出させた後、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第二のプリント配線基板は、還元剤を含有しない金属塩の溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤又はその溶液とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させ混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第三のプリント配線基板は、金属塩と前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する第一の還元剤とを含有する溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する第二の還元剤又はその溶液とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第一のプリント配線基板の形成方法は、少なくとも金属塩及び還元剤を含有する溶液を調製し、この溶液をノズルから基板上に吐出させた後、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第二のプリント配線基板の形成方法は、(a) 金属塩の溶液と、前記金属塩に対する還元剤又はその溶液とを別々に調製し、(b) 両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させるか、別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、(c) 加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第三のプリント配線基板の形成方法は、(a) 金属塩と前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する第一の還元剤とを含有する溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する第二の還元剤又はその溶液とを別々に調製し、(b) 両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、(c) 加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明のプリント配線基板及びその形成方法において、以下の条件を満たすのが好ましい。
(1) 前記第一の還元剤より前記第二の還元剤の方が加熱下で前記金属塩に対する還元性が強い。
(2) 前記金属塩を含有しない溶液に塩基又は塩基プレカーサを含有する。
(3) 前記金属塩が炭素数10以下のカルボン酸塩である。
(4) 前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni、Co、Mn、Tl、Cr、V、Ru、Rh、Ir、Alからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなる。
(5) 前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni及びCoからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなる。
(6) 前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt及びPdからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなる。
(7) 前記還元剤が有機還元剤、ヒドラジン及びヒドロキシルアミンからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物である。
(8) 前記有機還元剤がヒドラジン系化合物類、ヒドロキシルアミン系化合物類、ジオール類及び一般式：X-(A=B)_n-Y（ただし、Ａ及びＢはそれぞれ炭素原子又は窒素原子を表し、Ｘ及びＹはそれぞれ非共有電子対を有する原子がＡ及びＢに結合する原子団を表し、ｎは０〜３を表す。）により表される化合物類からなる群から選ばれた少なくとも１種の有機化合物である。
(9) 加熱還元する手段が、金属塩溶液及び還元剤又はその溶液の少なくともいずれかに吸収を有する波長のレーザである。
(10) 基板が可撓性を有する絶縁シートである。
【００１５】
本発明のプリント配線基板の形成方法において、さらに以下の条件を満たすのが好ましい。
(11) パターンを図形情報としてコンピュータに入力し、前記図形情報に基づき、インクを基板上に吐出させて導電パターンを形成する。
【００１６】
本発明のプリント配線基板形成用インクは、少なくとも金属塩及び還元剤を含有する溶液、又は金属塩溶液及び還元剤溶液の少なくとも２パーツからなること、又は金属塩溶液及び金属塩を含有せず塩基又は塩基プレカーサを含有する溶液（ただし、両液のうちの少なくとも一方に金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤を含有する）の少なくとも２パーツからなることを特徴とする。
【００１７】
本発明のプリント回路基板形成用インクによってパターンが形成された基板を加熱すると、金属塩が還元剤によって還元されて主として金属からなる導電性のパターンが形成される。加熱手段として金属塩、還元剤、塩基又は塩基プレカーサなどインクの構成成分の少なくともいずれかに吸収を有する波長のレーザ光を照射すると、照射部の温度が局部的に上昇するので、プラスチック基板等の耐熱性の低い基板でも使用できる。さらに常温では安定な（金属塩を還元しにくい）弱い還元剤でも使用できる。またインクジェットやディスペンサ等の技術を用いて前記インクを吐出させれば、オンデマンドで簡易、迅速に高密度のパターンを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
[1] プリント配線基板
(A) 金属塩
本発明に用いる金属塩としては、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni、Co、Mn、Tl、Cr、V、Ru、Rh、Ir、Al等の金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩、有機錯塩等が挙げられる。これらの中で、還元反応後に伝導度を高める塩が残存しにくいカルボン酸塩が好ましい。カルボン酸塩の炭素数は10以下が好ましく、８以下がより好ましい。かかるカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、2-エチル酪酸、ピバル酸、吉草酸、イソ吉草酸、プロピオール酸、乳酸、安息香酸、サリチル酸、アセト酢酸等が挙げられる。これらのカルボン酸の中でも沸点又は分解点が250℃以下のものが望ましい。
【００１９】
金属イオンとしては、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni及びCoが好ましく、特にAu、Ag、Cu、Pt及びPdが還元されやすく、生成した金属が比較的安定であるので好ましい。上記金属塩は単独で用いても、複数を組合せて用いても良い。
【００２０】
(B) 還元剤
本発明の還元剤は加熱により金属塩に対して強い還元作用を発揮する化合物であり、金属塩に対する還元性の強弱に応じて金属塩と混合するか別の溶液とする。常温で金属塩に対する還元作用が弱い場合には金属塩の溶液に添加しても良いが、金属塩に対して常温で強い還元作用を有する還元剤を金属塩溶液中に添加すると、溶液の保存中に金属塩の還元が起こるので、その還元剤の溶液は金属塩溶液と別に調製する必要がある。金属塩溶液と還元剤溶液の二液型の場合、金属塩溶液は常温（室温付近の比較的低温）で金属塩に対する還元作用が実質的にない還元剤を含有しても良い。
【００２１】
従って、金属塩と還元剤の好ましい組合せとしては、(a) 金属塩と、その金属塩に対する還元作用が常温で実質的にないが加熱下では強い還元剤とを１つの溶液に含有させる場合（一液型）、(b) 金属塩の溶液（還元剤を全く含有しない）と、その金属塩に対して加熱下で強い還元作用を示す還元剤（常温での還元作用の強弱は問わない）の溶液を別々に調製する場合（二液型）、及び(c) 金属塩の溶液（常温で実質的に還元作用を示さない還元剤を含有する）と、その金属塩に対して加熱下で強い還元作用を示す還元剤（常温での還元作用の強弱は問わない）の溶液を別々に調製する場合（二液型）が挙げられる。なお「強い還元作用を示す」とは還元条件（加熱下）で金属塩を実質的に完全に還元し得る程度の還元作用を有すること意味し、また「弱い還元作用を示す」とは保存条件（常温）で金属塩を実質的に還元しないことを意味する。
【００２２】
加熱だけでは強い還元作用を発揮しない還元剤の場合、あるいは加熱下でより強い還元性を発揮させる場合、金属塩とは別液に塩基又は塩基プレカーサのような還元作用促進剤を入れておくことができる。塩基又は塩基プレカーサは同時に還元剤であってもよい。塩基又は塩基プレカーサは金属塩に対して通常沈殿物生成等の反応性を有するので、金属塩溶液とは別の溶液（還元剤溶液）に添加するのが望ましい。
【００２３】
以上の通り、本発明の還元剤は常温では金属塩を還元する速度が小さく、加熱によって速やかに金属塩を還元するものが好ましい。加熱温度は基板や素子の耐熱性から約300℃以下でなければならない（より好ましくは約250℃以下）ので、本発明の還元剤は約300℃以下の温度で金属塩に対して十分な還元性を有するのが好ましい。また加熱温度の下限は金属塩と還元剤との組合せにより決まるが、一般に100℃であるのが好ましい。なお金属塩の還元反応により酸化されやすい金属が生成する場合、還元反応を窒素ガス等の不活性雰囲気中で行うのが好ましい。
【００２４】
本発明では金属塩に対する還元反応は液体が残留している方が起こりやすいので、還元剤は加熱下で還元反応終了まで実質的に液状を保てるように低揮発性であることが望ましい。例えばエチレングリコール等のジオール類は、低揮発性で保湿剤として作用するとともに、他の還元剤に混合した場合他の還元剤の揮発を抑制するので好ましい。ここで「加熱下で実質的に液状を保てる」とは、加熱下で還元反応が完了するまで還元剤（溶液）が液状であれば良いことを意味し、還元剤の揮発温度が加熱温度より高い必要はない。
【００２５】
本発明に用いる還元剤は無機還元剤でも有機還元剤でも良い。無機還元剤としては、NaBH₄、ヒドラジン又はヒドロキシルアミン等が挙げられる。また有機還元剤としては、▲１▼ ヒドラジン基を含有するヒドラジン系化合物類（例えばフェニルヒドラジン等）、▲２▼ p-フェニレンジアミン、エチレンジアミン、アルキルアミノアルコール、p-アミノフェノール等のアミン類、▲３▼ ヒドロキノン、カテコール、1,4-ブタンジオール、エチレングリコール等のジオール類、又は▲４▼ 一般式：X-(A=B)_n-Y（ただし、Ａ及びＢはそれぞれ炭素原子又は窒素原子を表し、Ｘ及びＹはそれぞれ非共有電子対を有する原子がＡ及びＢに結合する原子団を表し、Ｎは０〜３を表す。）により表される有機還元剤又はその互変異性体、又は熱的にこれらを生成する化合物類等が挙げられる。これらの還元剤の還元作用は金属塩に対して選択性があるので、金属塩との組合せにより適宜選択する必要がある。またこれらの還元剤は単独で用いても、複数を組合せて用いても良い。
【００２６】
下記一般式：X-(A=B)_n-Yにより表される▲４▼の化合物における非共有電子対を有する原子としては、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子等が好ましく、酸素原子、窒素原子がより好ましい。これらの原子を含む原子団Ｘ及びＹとしては、OR₁、NR₁R₂、SR₁、及びPR₁R₂（ただし、R₁及びR₂はそれぞれ水素原子又は置換基を表す。）が好ましい。前記置換基としては、置換されていてもよい炭素数１〜10のアルキル基、又は置換されていてもよい炭素数１〜10のアシル基が好ましい。
【００２７】
ｎは０〜３が好ましく、０〜２がより好ましく、０〜１が最も好ましい。ｎが２以上のときＡ及びＢは繰り返し単位ごとに異なっていてもよい。またＡとＢ、ＸとＡ、又はＹとＢは互いに結合して環構造を形成してもよい。環構造を形成する場合、５員環又は６員環が好ましく、さらにこれらの環は縮環していてもよい。縮環する環の環員数は５〜６員環が好ましい。
【００２８】
本発明では還元反応後に電気伝導度が小さい還元剤が望ましく、具体的には金属イオンが残留しない有機還元剤、ヒドラジン又はヒドロキシルアミンが好ましい。還元後に残渣が多く残ると配線の導電性に悪影響を及ぼすため、残渣が少ないものが好ましく、還元後に揮発性（昇華性）又は分解して揮発性になる性質を有するものが好ましい。
【００２９】
同様の観点から、少量で金属塩を還元可能なこと、すなわち低分子量であることが好ましい。従って、還元剤の分子量は500以下が好ましく、300以下がより好ましく、200以下が最も好ましい。
【００３０】
以下、本発明に用いることができる還元剤の具体例を例示するが、本発明はこれらの例に限定されない。
【００３１】
【化1】

【００３２】
【化２】

【００３３】
(C) 溶液
金属塩及び還元剤の溶媒としては以下のものが挙げられる。
(1) 水
(2) 酢酸ブチル、セロソルブアセテート等のエステル類
(3) メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類
(4) ジクロルメタン、1,2-ジクロロエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素類
(5) ジメチルホルムアミド等のアミド類
(6) シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン等の脂肪族炭化水素類
(7) トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類。
(8) テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類
(9) エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、2,5-ヘキサンジオール、1,4-ブタンジオール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、シクロヘキセノール等のアルコール類
(10) 2,2,3,3-テトラフロロプロパノール等のフッ素系溶剤類
(11) エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類
(12) 2-ジメチルアミノエタノール、2-ジエチルアミノエタノール、2-ジメチルアミノイソプロパノール、3-ジエチルアミノ-1-プロパノール、2-ジメチルアミノ-2-メチル-1-プロパノール、2-メチルアミノエタノール、4-ジメチルアミノ-1-ブタノール等のアルキルアミノアルコール類
(13) 酪酸、イソ酪酸、2-エチル酪酸、ピバル酸、吉草酸、プロピオン酸、乳酸、アクリル酸、メタクリル酸、プロピオール酸、エチルメチル酢酸、アリル酢酸等のカルボン酸類
(14) ジエチレントリアミン、エチレンジアミン等のアミン類等。
【００３４】
これらの溶媒は、金属塩又は還元剤の溶解性、還元剤の酸化に対する安定性、粘度等を考慮して、単独又は二種以上を組合せて用いることができる。金属塩溶液及び還元剤溶液はお互いに混合できる溶媒を選択するのが好ましい。
【００３５】
前記金属塩溶液及び／又は還元剤溶液中には、必要に応じて、ノニオン性界面活性剤（例えばポリアルキルグリコールのアルキルエステルやアルキルフェニルエーテル等）、高分子化合物（例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等）、帯電防止剤、酸化防止剤、UV吸収剤、可塑剤、カーボンナノ粒子、色素、熱硬化型フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等の各種添加剤を目的に応じて添加してもよい。
【００３６】
前記金属塩溶液中の金属の含有量は特に制限されないが、１質量％以上が好ましく、２〜80質量％がさらに好ましい。また前記金属塩溶液中、もしくは還元剤又はその溶液中の還元剤の量も特に制限されないが、金属イオンが完全に還元されるのに十分な濃度、混合量であればよい。好ましくは10〜100質量％である。金属塩溶液及び還元剤又はその溶液をインクジェットやディスペンサ等でパターン状に描画する場合、溶液の粘度は重要である。溶液の粘度が高すぎると溶液をノズルから射出するのが困難であり、また粘度が低すぎると描画パターンが滲む恐れがある。具体的には、溶液の粘度は1〜100 cPであるのが好ましく、特に５〜30 cPであるのが好ましい。
【００３７】
(D) 基板
本発明に使用する好ましい基板材料としては以下のものが挙げられる。
(1) 石英ガラス、無アルカリガラス、結晶化透明ガラス、パイレックスガラス（登録商標）、サファイア等のガラス
(2) Al₂O₃、MgO、BeO、ZrO₂、Y₂O₃、ThO₂、CaO、GGG（ガドリウム・ガリウム・ガーネット）等のセラミックス
(3) ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン、スチレン系樹脂、ABS樹脂等の熱可塑性樹脂
(6) エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂
(7) 金属等。
【００３８】
上記基板材料は所望により併用してもよい。用途に応じてこれらの基板材料から適宜選択して、フィルム状等の可撓性支持体、又は剛性のある支持体とすることができる。なお前記支持体の形状は円盤状、カード状、シート状等いずれの形状であってもよい。また三次元的に積層されたものでもよい。
【００３９】
前記基板には、表面の平滑性の改善、接着力の向上、変質防止等の目的で、下地層を設けてもよい。下地層の材料は支持体とインクとの密着性に優れているのが好ましく、例えば以下のものが挙げられる。
(1) ポリメチルメタクリレート、アクリル酸・メタクリル酸共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、N-メチロールアクリルアミド、スチレン・ビニルトルエン共重合体、クロルスルホン化ポリエチレン、ニトロセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリオレフィン、ポリエステル、ポリイミド、酢酸ビニル・塩化ビニル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂
(2) 熱硬化性又は光・電子線硬化性樹脂
(3) カップリング剤（例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、ゲルマニウム系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等）
(4) コロイダルシリカ等。
【００４０】
前記下地層は、上記材料を適当な溶媒に溶解又は分散させて塗布液を調製し、前記塗布液をスピンコート、ディップコート、エクストルージョンコート、バーコート等の塗布法を利用して支持体表面に塗布することにより形成することができる。前記下地層の層厚（乾燥時）は、一般に0.001〜20μｍが好ましく、0.005〜10μｍがより好ましい。
【００４１】
[2] プリント配線基板の形成方法
【００４２】
(A) 溶液の調製及びパターンの形成
まず金属塩と還元剤の溶液は一緒に調製しても別々に調製してもよく、その方法は特に限定されない。別な調製法として、少なくとも金属塩及び還元剤を含有する溶液と塩基を含有する溶液とを別々に調製し、使用する直前に混合することもできる。得られた金属塩溶液及び還元剤溶液又はそれらの混合溶液（まとめて「インク」とも言う）で基板表面にパターンを形成するには、これらの溶液をノズルから液滴状で基板上に吐出するのが好ましく、それにはインクジェットプリンタやディスペンサを用いるのが好ましい。また２液を使用直前に混合するにはマイクロリアクタやマイクロミキサを用いるのが好ましい。
【００４３】
マイクロリアクタやマイクロミキサの詳細は特願2001-388572号に記載されているが、このマイクロリアクタは、流体１を通す第一の流路と流体２を通す第二の流路を具備し、前記２つの流体が各々実質的に薄い流体層をなして流れる領域の少なくとも１箇所で両流体の接触界面が形成され、前記接触界面における前記２つの薄い流れの厚さがそれぞれ１〜500μｍ（接触界面の法線方向）であり、前記接触界面において前記２つの流体が反応又は混合する構造を有する。
【００４４】
インクジェットプリンタには、インクの吐出方式により各種のタイプがある。例えば、圧電素子型、バブルジェット型、空気流型、固形熱溶融性インク型、静電誘導型、音響インクプリント型、電気粘性インク型、また大量生産に適した連続噴射型等があり、いずれも本発明に使用することができる。これらのインクジェットプリンタは、パターンの形状や厚さ、インクの種類等により適宜選択することができる。
【００４５】
インクジェット方式の場合は吐出するインク滴の大きさを調節し、またディスペンサ方式の場合はインク滴の流量を調節することにより、パターン幅やピッチを数μｍ程度まで微細化することができる。従って、回路パターンの形成にも十分対応できる。またインクジェットプリンタやディスペンサ等の吐出装置とパソコン等のコンピュータを接続することにより、コンピュータに入力された図形情報により、基板上に導電パターンを描画することができる。この方法により、導電パターンと絶縁パターンを同時に描画することもできる（特開平11-163499号）。この場合、導電パターンと絶縁パターンの乾燥膜厚はほぼ同じであるのが望ましい。導電パターンの膜厚は、用途により0.1〜10μｍの範囲で設定できる。
【００４６】
このように本発明によると、フォトレジストを使用して導電膜をパターニングする従来の方法に比べて、格段に容易に短時間でパターン形成を行うことができる。
【００４７】
(B) 導電パターンの形成
導電パターンの形成に用いる加熱手段は、電気炉、マイクロ波等の電磁波、赤外線、ホットプレート、レーザ等が挙げられる。特に局所的に微細に加熱できる点でレーザ光が好ましい。
【００４８】
レーザ光の波長としては、金属塩、還元剤、溶媒もしくは必要に応じて両液中に添加されるカーボンナノ粒子や色素等が吸収を有するものであれば、紫外光から赤外光まで任意のものを選択できる。代表的なレーザとしては、AlGaAs、InGaAsP、GaN系等の半導体レーザ、Nd：YAGレーザ、ArF、KrF、XeCl等のエキシマレーザ、色素レーザ、ルビーレーザ等の固体レーザ、He-Ne、He-Xe、He-Cd、CO₂、Ar等の気体レーザ、自由電子レーザ等が挙げられる。また面発光型半導体レーザやこれを１次元又は２次元に配列したマルチモードアレイを用いることもできる。
【００４９】
これらのレーザ光の第二高調波、第三高調波等の高次高調波を利用してもよい。これらのレーザ光は連続的に照射しても、パルス状に複数回照射してもよい。照射エネルギーは金属種、還元剤種、バインダーや溶剤等の種類や量等に依存し、一概には言えないが、生成した金属ナノ粒子が実質的にアブレーションせずに、溶融するように設定する。
【００５０】
溶液の混合から、基板上に形成した混合液のパターンの加熱まで、全ての工程を不活性ガス中で行うのが望ましい。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。
【００５１】
以下に実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５２】
実施例１
18.2ｇの酢酸銅(II)を25 mlの2-エチル酪酸、５ mlの2-ジエチルアミノエタノール及び30 mlの1-エトキシ-2-プロパノールに加熱溶解し、Ａ液を調製した。また18 mlの例示化合物（R-10）を16 mlの3-ジエチルアミノ-1-プロパノール及び10 mlのエチレングリコールに混合して、Ｂ液を調製した。等容量のＡ液及びＢ液を特願2001-388572号に記載のマイクロリアクタを用いて瞬間に混合した後、ディスペンサを用いてポリイミド基板上に所定のパターンに描画した。Ａ液及びＢ液の混合液からなるパターンを有する基板をホットプレート上に載置し、窒素雰囲気中で200℃に30秒間加熱することにより乾燥した。得られたパターン状皮膜を剥がしてＸ線回折（XRD）で測定した結果、銅のパターンになっていることを確認した。
【００５３】
実施例２
実施例１と同様にポリイミド基板上に描画した混合液（Ａ液＋Ｂ液）をホットプレートで加熱する代わりに、650 nmの半導体レーザ光を走査速度20 mm／秒、レーザビーム径0.5 mmφ及び照射エネルギー18 J/cm²で照射した。得られたパターン状皮膜を剥がしてXRDで測定した結果、銅のパターンになっていることを確認した。
【００５４】
実施例３
9.8ｇの酢酸銀を25 mlのイソ酪酸、５ mlの2-ジエチルアミノエタノール及び30 mlの1-エトキシ-2-プロパノールに加熱溶解して、Ａ液を調製した。実施例１と同じＢ液を用い、実施例１と同様にしてＡ液とＢ液の混合液を瞬間に調製し、得られた混合液でポリイミド基板上にパターンを描画した。前記パターンを有する基板をホットプレート上に載置し、180℃で１分間加熱することにより乾燥させた。得られたパターン状皮膜を剥がしてXRDで測定した結果、銀のパターンになっていることを確認した。
【００５５】
実施例４
実施例３において例示化合物（R-10）の代わりに、例示化合物（R-2）、（R-19）及び（R-24）をそれぞれ等モル用いてＢ液を調製した。実施例３と同様にＡ液と混合し、描画及び基板上での加熱をしたところ、いずれも銀の導電性パターンが得られ抵抗値の低下が見られた。
【００５６】
実施例５
16.6ｇの塩化金(III)を60 mlの水及び30 mlのエチレングリコールに溶解して、Ａ液を調製した。また25 mlの2-ジエチルアミノエタノール、10 mlのエチレングリコール及び５ mlの熱硬化型フェノール樹脂を混合して、Ｂ液を調製した。ピエゾ式インクジェットプリンタ用カラーインクカートリッジの２つの容器にＡ液及びＢ液を別々に注入し、ポリイミド基板上で両液が混合するようにして、両液をプリンタヘッドからパターン状に吐出させた。得られた混合液パターンに405 nmのブルーレーザ光を照射することにより、低抵抗の導電パターンを得た。XRDにより導電パターン中に金の生成を確認した。
【００５７】
【発明の効果】
以上から明らかなように、金属塩及び還元剤を含有する溶液を調製するか、これらの溶液を別々に調製して使用時に両液を混合し、パターン状に描画した後で加熱還元することにより、主として金属からなる導電性パターンとすることができる。これにより、簡単かつ迅速にプリント配線基板を安定的に形成することができる。

Claims

金属塩と、前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する還元剤とを含有する溶液を調製し、前記溶液をノズルから基板上に吐出させた後、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成してなることを特徴とするプリント配線基板。
還元剤を含有しない金属塩の溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤又はその溶液とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成してなることを特徴とするプリント配線基板。
金属塩と前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する第一の還元剤とを含有する溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する第二の還元剤又はその溶液とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成してなることを特徴とするプリント配線基板。
前記第一の還元剤より前記第二の還元剤の方が、加熱下で前記金属塩に対する還元性が強いことを特徴とする請求項３に記載のプリント配線基板。
金属塩の溶液と金属塩を含有せず塩基又は塩基プレカーサを含有する溶液（ただし、両液のうちの少なくとも一方に金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤を含有する）とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプリント配線基板。
金属塩が炭素数10以下のカルボン酸の塩であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプリント配線基板。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni、Co、Mn、Tl、Cr、V、Ru、Rh、Ir、Alからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプリント配線基板。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni及びCoからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項７に記載のプリント配線基板。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt及びPdからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項８に記載のプリント配線基板。
前記還元剤が有機還元剤、ヒドラジン及びヒドロキシルアミンからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のプリント配線基板。
前記有機還元剤がヒドラジン系化合物類、ヒドロキシルアミン系化合物類、ジオール類及び一般式：X-(A=B)_n-Y（ただし、Ａ及びＢはそれぞれ炭素原子又は窒素原子を表し、Ｘ及びＹはそれぞれ非共有電子対を有する原子がＡ及びＢに結合する原子団を表し、ｎは０〜３を表す。）により表される化合物類からなる群から選ばれた少なくとも１種の有機化合物であることを特徴とする請求項10に記載のプリント配線基板。
加熱還元する手段が、金属塩溶液及び還元剤又はその溶液の少なくともいずれかに吸収を有する波長のレーザであることを特徴とする請求項１〜11のいずれかに記載のプリント配線基板。
前記基板が可撓性を有する絶縁シートであることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載のプリント配線基板。
金属塩と、前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する還元剤とを含有する溶液を調製し、前記溶液をノズルから基板上に吐出させた後、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とするプリント配線基板の形成方法。
(a) 還元剤を含有しない金属塩の溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤又はその溶液とを別々に調製し、(b) 両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させるか、別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、(c) 加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とするプリント配線基板の形成方法。
(a) 金属塩と前記金属塩に対して実質的に常温では還元性を有さないが加熱下で還元性を有する第一の還元剤とを含有する溶液と、前記金属塩に対して加熱下で還元性を有する第二の還元剤又はその溶液とを別々に調製し、(b) 両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、(c) 加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成することを特徴とするプリント配線基板の形成方法。
前記第一の還元剤より前記第二の還元剤の方が、加熱下で前記金属塩に対する還元性が強いことを特徴とする請求項16に記載のプリント配線基板の形成方法。
金属塩の溶液と金属塩を含有せず塩基又は塩基プレカーサを含有する溶液（ただし、両液のうちの少なくとも一方に金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤を含有する）とを別々に調製し、両液を使用直前に混合してノズルから基板上に吐出させた後、又は別々にノズルから基板上に吐出させて混合した後に、加熱還元して主として金属からなる導電パターンを形成したことを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
前記導電パターンを図形情報としてコンピュータに入力し、前記図形情報に基づき、前記溶液又はこれらの混合物を基板上に吐出させて導電パターンを形成することを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
加熱還元する手段が前記金属塩及び前記還元剤の少なくとも一方に吸収を有する波長のレーザであることを特徴とする請求項14〜19のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
前記基板が可撓性を有する絶縁シートであることを特徴とする請求項14〜20のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
金属塩が炭素数10以下のカルボン酸の塩であることを特徴とする請求項14〜21のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni、Co、Mn、Tl、Cr、V、Ru、Rh、Ir、Alからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項14〜22のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni及びCoからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項23に記載のプリント配線基板の形成方法。
前記金属塩がAu、Ag、Cu、Pt及びPdからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属イオンからなることを特徴とする請求項24に記載のプリント配線基板の形成方法。
前記還元剤として有機還元剤、ヒドラジン及びヒドロキシルアミンからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を使用することを特徴とする請求項14〜25のいずれかに記載のプリント配線基板の形成方法。
前記有機還元剤がヒドラジン系化合物類、ヒドロキシルアミン系化合物類、ジオール類及び一般式：X-(A=B)_n-Y（ただし、Ａ及びＢはそれぞれ炭素原子又は窒素原子を表し、Ｘ及びＹはそれぞれ非共有電子対を有する原子がＡ及びＢに結合する原子団を表し、ｎは０〜３を表す。）により表される化合物類からなる群から選ばれた少なくとも１種の有機化合物であることを特徴とする請求項26に記載のプリント配線基板の形成方法。
少なくとも前記金属塩及び前記還元剤を含有する溶液からなるプリント配線基板形成用インク。
前記金属塩溶液及び前記還元剤溶液の少なくとも２パーツからなるプリント配線基板形成用インク。
前記金属塩溶液及び前記金属塩を含有せず塩基又は塩基プレカーサを含有する溶液（ただし、両液のうちの少なくとも一方に金属塩に対して加熱下で還元性を有する還元剤を含有する）の少なくとも２パーツからなるプリント配線基板形成用インク。