JP2005109311A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐吸湿性および耐水性に優れ、かつ端子間の接触抵抗を低減した配線基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１と、表面部が露呈するように基板１１に埋設されて形成された銀を主体とする導電体樹脂からなる配線パターン１２と、この配線パターン１２の表面部を覆うように形成されたカーボンを主体とする被覆導体１３とを含む構成からなる。この構成とすることにより、水分の影響による銀のマイグレーション防止と接続部における接触抵抗の低減化とを同時に実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に銀を主体とする導電体樹脂からなる配線パターンを形成した配線基板およびその製造方法に関する。

スクリーン印刷等の印刷手段を用いて基板上に銀ペーストからなる配線パターンを形成した配線基板は、従来からよく知られている。しかし、銀ペーストで形成した配線パターンと電子部品等の端子とを接続した場合、吸湿あるいは水滴付着等によって接続部における配線パターンに水分が付着すると、配線パターン中の銀がマイグレーションして配線抵抗が変化する課題があった。銀は、電気抵抗の低い優れた導電性金属であるが、他の導電性金属と比較してマイグレーションを起こし易いことが知られている。そこで、従来から銀のマイグレーションを防止する提案が色々なされている。特に、外部機器と接続するための配線基板の端子部は電極を露出させておく必要があるためにマイグレーションが生じ易い。

また、通常用いられる銀粒子を含む導電性樹脂からなるペーストの場合には、印刷し硬化処理した後の配線パターン表面部は凹凸が大きいために、機械的に接触させる接続構成においては接触抵抗を小さくできないという課題もある。

マイグレーションを防止するための配線基板構成も検討されている。図５は、従来の配線基板における外部機器との接続部の端子構成を示した斜視図である。端子部６１は、プラスチックフィルム６２の表面に銀ペーストからなる銀ペースト層６４を印刷した後、銀ペースト層６４の上にカーボンペーストからなるカーボンペースト層６６を印刷した構成になっている。なお、端子部６１においては、各端子間のプラスチックフィルム６２は除去されている。また、端子部６１以外の領域部は保護層６８で保護されている。このように、銀ペースト層６４の上にマイグレーションの起こりにくいカーボンペースト層６６を積層させた二層構造にすることによって、吸湿もしくは水滴付着による銀のマイグレーションを防止している（例えば、特許文献１）。

また、プラスチックフィルム等の基板上に銀ペーストからなる配線パターンを印刷した後、配線パターンの表面を圧延ローラあるいはバフ研磨によって平滑化して、接続部における接触抵抗を低減する方法も示されている（例えば、特許文献２）。
特開２０００−３４０６０７号公報 特開昭５８−１３４４９６号公報

しかし、銀ペースト層上にカーボンペースト層を形成する二層構成の場合、銀ペースト層の側面部はカーボンペースト層で覆われていないために、銀ペースト層の側面の露出部から銀がマイグレーションすることがあり、確実なマイグレーション防止を行うことはできなかった。特に、配線パターンが基板上に形成されている場合、配線パターンの線幅が狭くなればなるほど、銀ペースト層の側面部の相対的な露出面積が大きくなり、かつ隣接する配線パターン間の距離が小さくなる。このため、銀のマイグレーションが生じ易くなり、線幅の狭い配線パターンの形成には適用できないという課題もあった。

また、銀ペースト層の表面をローラ等で平滑にする従来の方法においては、配線パターンと接続部との接触抵抗の低減には有効であるが、銀のマイグレーションに対してはなんらの対策もされていないためにマイグレーションによる不良発生は防止できないという課題があった。

そこで、本発明はかかる従来の課題を解決して、マイグレーション発生を防止し耐湿性および耐水性を向上するとともに、接続時の接触抵抗を低減できる配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる配線基板は、基板と、銀粒子を含む導電体樹脂からなり、上記基板に少なくともその表面部が露出する形状に埋設され、かつその表面部が平滑面を有する配線パターンと、配線パターンの露出部を覆うように形成されたカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体とを含む構成からなる。この構成とすることにより、水分の影響による銀のマイグレーション防止と接続部における接触抵抗の低減化とを同時に実現することができる。なお、基板に銀粒子を含む導電性樹脂を埋設する方法としては、熱可塑性樹脂からなる基板を加熱して軟化状態として押し込み埋設する方法、またはあらかじめ配線パターン形状と同じ凹部を形成しておき、この凹部に配線パターンを形成することで埋設する方法等がある。

また、本発明にかかる配線基板は、配線パターンの露出部のうち、外部機器に接続する端子部領域のみに被覆導体が形成されている構成からなる。この構成により、配線パターン上に形成する被覆導体は小さな領域部のみに形成すればよくなるので印刷が容易になる。なお、被覆導体を形成しない配線パターン領域部には樹脂等の絶縁保護膜を形成することで耐湿性および耐水性を有するようにすることができる。

また、本発明にかかる配線基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる基板上に銀粒子を含む導電性樹脂からなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、基板を加熱するとともに配線パターンを基板方向に加圧することにより、配線パターンを基板に、その厚みと同じ深さまたは一部を埋設するとともにその表面部を平滑にする配線パターン埋設工程と、基板に埋設された配線パターンの露出部にカーボンを含む導電性樹脂を被覆する被覆導体形成工程とを有する方法からなる。この方法により、端子部の平滑化が容易にでき、機械的な接触による接続を行うときの接触抵抗を大幅に低減できる。さらに、銀粒子を含む導電性樹脂からなる配線パターン表面部がカーボンを含む導電性樹脂により確実に覆われるので、銀のマイグレーションの防止もできる。

また、本発明にかかる配線基板の製造方法は、被覆導体形成工程において、配線パターンの外部機器に接続する端子部領域のみに被覆導体を形成する方法からなる。これにより、被覆導体の印刷形成が容易になる。なお、この場合に被覆導体を形成しない配線パターン領域部については、例えば絶縁樹脂による絶縁保護膜を形成して保護することができる。

以上説明したように、本発明にかかる配線基板によれば、銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターンが、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体と基板とで確実に被覆されているため、配線パターンの耐湿性および耐水性が著しく向上し、銀のマイグレーションを大幅に抑制することができるという大きな効果を奏する。また、本発明にかかる配線基板の製造方法によれば、簡単、かつ安価な製造方法により、耐湿性と耐水性を向上させて銀のマイグレーションを防止するとともに、接続部の接触抵抗の低減化も実現できる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態にかかる配線基板について、図１から図３を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる配線基板１０の要部断面を模式的に示した図である。本実施の形態の配線基板１０は、熱可塑性樹脂のフィルムシートからなる基板１１上にスクリーン印刷等の印刷手段で形成した銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターン１２が、その表面部のみを露出するように埋設されて形成されており、さらにこの表面部にはカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体１３が形成された構成からなる。熱可塑性樹脂からなる基板１１を加熱し、配線パターン１２を加圧手段によって基板１１方向に加圧することにより、軟化した基板１１中に配線基板１２が埋設されるとともに、その表面が平滑化される。その後、配線パターン１２の表面部が、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体１３で被覆された構成である。

図２は、本実施の形態にかかる配線基板の変形例である配線基板２０の要部断面を模式的に示した図である。本変形例の配線基板２０においては、配線パターン１２の厚み方向の一部のみが加熱、加圧手段によって基板１１に埋設されていることが特徴である。なお、配線パターン１２の露出した領域部には、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体１３が被覆されている。また、配線パターン１２の表面部は、図１と同様に加熱、加圧されることにより平滑化されている。

本発明の実施の形態による配線基板の構成上のポイントは、配線パターン１２の表面が加熱、加圧手段によって平滑化されている点と、配線パターン１２が基板１１中に埋設され、かつカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体１３で覆われている点にある。このような構成とすることによって、配線パターン１２と被覆導体１３との接着強度の向上と、配線パターン１２の一部を外部機器と接続するための端子部としたときに接触抵抗の低減化ができる。また、配線パターン１２の耐吸湿性と耐水性も向上でき、銀のマイグレーションを防止できる。

したがって、図１に示す配線基板１０または図２に示す変形例の配線基板２０のいずれの構成であっても良好な特性が得られるが、図１に示す配線基板１０は、配線パターン１２と基板１１とが同一面にできるため、被覆導体１３の形成が容易になること、および多層配線を形成するときに層間絶縁膜の形成が容易になる点で好ましい。

本発明の実施の形態における基板１１としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂からなるフィルムシート等、加熱によって変形し易いものであればいずれでも適用できる。

本発明の実施の形態における銀粒子を含む導電体樹脂としては、粒径が０．１μｍ〜２０μｍの銀微粒子を結着剤に分散混合した銀ペーストが、印刷性に優れている点で好ましい。なかでも、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を結着剤に用いた銀ペーストは、フィルムシートからなる基板１１との接着強度が強く、しかも配線パターン１２自体の機械的強度が強くなる点で好ましい。

本発明の実施の形態におけるカーボンを含む導電体樹脂としては、黒鉛、アセチレンブラック等の導電性カーボンを粒径０．０１μｍ〜１μｍに微粒化した微粒子を結着剤に分散混合したカーボンペーストが、銀のマイグレーション防止に有効である点で好ましい。なかでも、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を結着剤に用いたカーボンペーストは、銀ペーストとの接着強度が強く、しかも耐摩擦性に優れる点で好ましい。なお、このようなカーボンペーストの比抵抗は約１×１０^-1Ω・ｃｍ程度であるが、さらに比抵抗を低減する必要があるときにはカーボンペースト中に銀粒子を一部添加した混合ペーストを用いてもよい。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる配線基板の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる配線基板の製造方法の一例を示した工程断面図である。なお、図１および図２と同じ要素については、同じ符号を付している。

まず、図３（ａ）に示すように、スクリーン印刷やグラビア印刷等、通常の配線パターン形成に用いる印刷手段を用いて、基板１１上に銀ペーストからなる配線パターン１２を印刷する（この工程を配線パターン形成工程という）。なお、銀ペーストは印刷後、熱硬化され、低抵抗の配線パターン１２となる。印刷方式としては種々の方式を用いることができるが、なかでもスクリーン印刷方式は配線パターン１２の形成の自由度が高く、量産性に優れ、しかも製造コストが安くなる点で好ましい。このとき、配線パターン１２の表面は、数μｍ〜数１０μｍの凹凸状の粗面になっている。これは、銀ペーストの銀粒子の形状とスクリーン印刷によるメッシュの形状とを反映したものである。

つぎに、図３（ｂ）に示すように、加熱加圧器７０を用いて、配線パターン１２が形成された基板１１を軟化温度以上に加熱するとともに加圧する。これにより、配線パターン１２が押圧されて、軟化した基板１１中に埋設される（この工程を配線パターン埋設工程という）。このとき、配線パターン１２は、加熱、加圧によりその表面が平滑化されながら、基板１１と同一面まで埋め込まれる。

つぎに、図３（ｃ）に示すように、スクリーン印刷、ステンシル印刷等の印刷手段を用いて、配線パターン１２の上にカーボンを含む導電体樹脂を用いて被覆導体１３を形成する（この工程を被覆導体形成工程という）。これにより、配線パターン１２が基板１１中に埋め込まれ、しかもその表面部が被覆導体１３で被覆された配線基板が得られる。

なお、配線パターン埋設工程において、配線パターン１２が基板１１中に一部のみ埋め込まれている場合は、図４に示すように配線パターン１２の幅より大きな開口部を有するステンシル版４１を用いて、ステンシル印刷方式でカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体１３を配線パターン１２の上に印刷する。このとき、ステンシル版４１の版厚は、配線パターン１２の突出厚より厚いものを用いる。すると、図２に示したように、配線パターン１２が被覆導体１３で被覆された配線基板が得られる。

以下、具体的な配線基板の作製について、実施例にもとづいて説明する。本実施例においては、以下の条件により、銀ベーストからなる配線パターンを基板上に印刷した。

基板１１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。その厚さは１００μｍであり、この基板１１の軟化温度は１３０℃である。銀ペーストとしては、粒径が０．５μｍ〜１０μｍの球状銀粒子と鱗片状銀粒子の混合粒子からなる銀粒子を７５重量部、硬化温度が１２０℃の熱硬化性エポキシ樹脂からなる結着剤を１５重量部としたペーストを用いた。

銀ペーストの印刷方式としては、スクリーン印刷方式で行った。そのときのスクリーン版のメッシュの線径は２５μｍ、感光性乳剤層厚は１０μｍであり、配線パターンの線幅は１５０μｍになるよう設定した。

基板１１表面にスクリーン印刷により銀ペーストを印刷し、硬化処理を行うことで配線パターン１２を形成した。その後、配線パターン１２が形成された基板１１を加熱加圧器７０により、１３０℃、１０分間、加熱、加圧した。その結果、配線パターン１２が基板１１中に埋設され、基板１１と同一平面にすることができた。このときの配線パターン１２の膜厚は２０μｍ〜３０μｍ、線幅は１６０μｍ〜１７０μｍ、およびその表面の凹凸は２μｍ以下であった。また、配線パターン１２と基板１１表面との段差は１μｍ以下であった。

つぎに、以下の条件により、カーボンを含む導電体樹脂からなるカーボンペーストを配線パターン１２上に印刷した。カーボンペーストとしては、粒径０．１μｍ〜０．３μｍのアセチレンブラックからなる導電性カーボン粒子を８５重量部、硬化温度１２０℃の熱硬化性エポキシ樹脂からなる結着剤を１５重量部としたペーストを用いた。

印刷方式としては、ステンシル印刷法を用いた。そのときのステンシル版の版厚は１５μｍである。このようにしてカーボンペーストからなる導電体樹脂を配線パターン１２上に印刷した後、基板１１を１３０℃、１０分間加熱してカーボンペーストを熱硬化させた。その結果、配線パターン１２上にカーボンペーストからなる被覆導体１３が被覆された配線構成が得られた。硬化後の被覆導体１３の膜厚は１０μｍ〜１５μｍであった。

このようにして作製した配線基板の信頼性を評価するために、６５℃、９５％ＲＨ雰囲気中で電圧を印加した状態で放置し、１０００時間後に配線の表面の観察を行った。その結果、銀のマイグレーションはまったく観察されなかった。また、外部機器と接続するための配線パターンの端子部と外部機器の端子とを機械的に接触させて接触抵抗を測定したが、従来の凹凸がある場合に比べて接触抵抗はほぼ１桁小さくなり、接触抵抗も充分小さくできることが見出された。

なお、本発明の実施の形態においては、被覆導体は配線パターンの全面に形成したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、外部機器と接続するための端子部の配線パターン領域上のみに形成してもよい。その場合には、被覆導体が形成されていない配線パターン部分については絶縁保護膜を形成して保護すればよい。

また、本発明の実施の形態においては、単層構成の配線基板について説明したが、本発明はこれに限定されない。多層配線構成であってもよく、その場合には最上層の配線パターン上に本発明の実施の形態で説明した方法でカーボンを含む導電体樹脂からなるカーボンペーストを用いて被覆導体を形成すればよい。

本発明にかかる配線基板およびその製造方法は、銀を含む導電体樹脂からなる配線パターンが、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体により保護されるため、配線パターンの耐吸湿性および耐水性が著しく向上し、銀のマイグレーションを大幅に抑制することができる。また、特に外部機器に接続するための端子部の表面を平滑にすることができるので接触抵抗の低減も可能となる。この結果、銀を含む導電体樹脂からなる配線パターンが形成された配線基板を各種電子機器に適用することができる。

本発明の実施の形態にかかる配線基板の要部断面を模式的に示した図 同実施の形態にかかる配線基板の変形例である配線基板の要部断面を模式的に示した図 同実施の形態にかかる配線基板の製造方法の一例を示した工程断面図 同実施の形態にかかる配線基板の他の製造方法を示した工程断面図 従来の配線基板における外部機器との接続部の端子構成を示した斜視図

符号の説明

１０，２０ 配線基板
１１ 基板
１２ 配線パターン
１３ 被覆導体
４１ ステンシル版
６１ 端子部
６２ プラスチックフィルム
６４ 銀ペースト層
６６ カーボンペースト層
６８ 保護層
７０ 加熱加圧器

Claims (4)

1. 基板と、
   銀粒子を含む導電体樹脂からなり、前記基板に少なくともその表面部が露出する形状に埋設され、かつ前記表面部が平滑面を有する配線パターンと、
   前記配線パターンの露出部を覆うように形成されたカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体とを含むことを特徴とする配線基板。
2. 前記配線パターンの露出部のうち、外部機器に接続する端子部領域のみに前記被覆導体が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 熱可塑性樹脂からなる基板上に銀粒子を含む導電性樹脂からなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
   前記基板を加熱するとともに前記配線パターンを前記基板方向に加圧することにより、前記配線パターンを前記基板に、その厚みと同じ深さまたは一部を埋設するとともにその表面部を平滑にする配線パターン埋設工程と、
   前記基板に埋設された前記配線パターンの露出部にカーボンを含む導電性樹脂を被覆する被覆導体形成工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。
4. 前記被覆導体形成工程において、前記配線パターンの外部機器に接続する端子部領域のみに前記被覆導体を形成することを特徴とする請求項３に記載の配線基板の製造方法。

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