JP2006203055A

JP2006203055A - 配線基板

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Publication number: JP2006203055A
Application number: JP2005014235A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nishimura; 秀明西村; Kazuo Shimizu; 一夫清水; Hiroshi Sasaki; 佐々木　　洋
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4507893B2

Abstract

【課題】
導電性微粒子分散液を用いて配線を形成する際に、基板に対する配線の密着性および配線の細線化を両立した配線基板を提供する。
【解決手段】
基板上に導電性微粒子分散液（１）を吐出して配線パターンを形成する配線基板において、前記基板と前記導電性微粒子分散液（１）との間に中間層（４）を設け、該中間層（４）に、前記導電性微粒子分散液（１）に含まれる界面活性剤（３）と対のイオン性を持つ官能基を備えた界面活性剤（６）を含有させ、さらに前記中間層（４）表面に含フッ素化合物を有する撥液層（８）を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性微粒子分散液を用いて金属配線が形成された配線基板に関するものである。

基板上に回路配線を形成する手段としては、例えばフォトリソグラフィー法が知られている。この方法は、スピンコートや蒸着等によって導電膜を形成した基板上に感光性レジストを塗布し、回路配線パターンを施したフォトマスクを介してレジスト膜に紫外光を照射してレジストパターンを形成し、レジストパターンを介して導電膜にエッチングを施した後、レジストを除去することによって回路配線を形成するものである。

これに対して、近年、数ナノメートルオーダーの粒径を有する導電性微粒子が分散した導電性微粒子分散液をインクジェット法によって吐出し、加熱処理、あるいは光処理等を行うことによって導電性微粒子同士を融着させ、金属配線を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。この方法によれば、基板上に直接、所望の回路配線パターンが形成でき、フォトレジスト、フォトマスク等が不要となるため、フォトリソグラフィー法に比べて配線基板をオンデマンドで製造するのに好適であった。

またインクジェット法を用いた配線基板の製造技術において、導電性微粒子分散液に対して、基板表面の撥液性を制御することが一般的である（例えば、特許文献２参照）。これは、基板上に吐出された液滴の濡れ広がりや断線を防ぐためであり、基板に対する導電性微粒子分散液の接触角を３０°以上６０°以下に制御することによって、所望の形状の配線を形成していた。

また、基板の撥液性を制御する方法の例としては次の方法が挙げられる。すなわち、基板表面に紫外線、あるいは酸素プラズマを照射することにより、基板表面に水酸基を形成する。次に、フルオロアルキルシランのような含フッ素化合物中に浸漬してエトキシ基（ＯＣＨ_３）あるいはメトキシ基（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）を基板表面の水酸基と水素結合させた後、脱水縮合することによって、フルオロカーボン（ＣＦ）を有する単分子膜を基板表面に形成させるものである。また、上記フルオロアルキルシランの例として、下記化合物１の１、１、２、２−パーフルオロヘキシルトリメトキシシランおよび化合物２の１、１、２、２−パーフルオロヘキシルトリエトキシシラン等がヒドラス化学（株）より市販されている。この方法において、紫外線、あるいは酸素プラズマの照射条件（照射出力および照射時間）を変化させることにより、所望の撥液性を得ることができる。

従来から、基板に対する金属配線の密着性を向上させる方法が検討され、この方法として、基板上に配線との密着性を向上するための中間層を形成するものがあった（例えば、特許文献３参照）。

また、基板上に多孔性シリカ微粒子、アルミナ、アルミナ水和物から構成される分散液の受容層を１μｍ程度の厚みで形成する方法があった（例えば、特許文献４参照）。この方法は、微小な空隙に導電性微粒子分散液を吸収させることによって密着性を得ようとするものであった。

一般に、導電性微粒子分散液には、数ナノメートルオーダーの粒径を有する導電性微粒子を分散媒中に安定して分散させるために界面活性剤が用いられていた。界面活性剤としては、アミノ基等の金属に対する親和性基を有するカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤または両性界面活性剤が挙げられる（例えば、特許文献５参照）。導電性微粒子分散液は、これらの界面活性剤が、微粒子を荷電させることによる導電性微粒子間の静電気的反発力、あるいは界面活性剤の立体障害によって、安定した分散系を形成するものであった。

特開平１０−２０４３５０号公報

特開２００３−０８０６９４号公報

特開２００３−３１５８１３号公報

特開２００４−６５７８号公報

特開２００４−３９３７９号公報

日経エレクトロニクス２００２年６月１７日号第７７頁

フォトリソグラフィー法はスパッタ装置や露光装置等の大掛かりな設備と多くの工程を必要とし、また材料使用効率も悪いため、大量生産には適しているが、多品種少量生産には向かないという問題があった。

また、従来の方法においては、基板表面に含フッ素化合物を付与して撥液性を持たせるため、基板に対する導電性微粒子分散液および導電性微粒子の密着力を低下させていた。

また、基板上に配線との密着性を向上するための中間層を形成する方法においては、中間層にマンガン、クロム、ニッケル、チタン等の導電性微粒子分散液を用いているため、配線パターンと同様に中間層もインクジェット法によってパターンを形成しなければならず、工程が煩雑であった。

さらに、微小な空隙に導電性微粒子分散液を吸収させることによって密着性を得ようとして基板表面に微小な空隙を形成すると、基板に導電性微粒子分散液に対する撥液性を付与したとしても、毛管現象によって、基板鉛直方向だけでなく、基板水平方向に濡れ広がりやすくなり、配線を形成する手段として好適ではなかった。

基板と、該基板上に形成される中間層と、該中間層上に導電性微粒子分散液から形成される金属配線を有する配線基板において、前記中間層は導電性微粒子分散液に含まれる界面活性剤に対して、対となるイオン性を有する官能基を備えた界面活性剤を含んでなることを特徴とする。

また、前記中間層は、バインダー樹脂と無機微粒子と界面活性剤の混合物を有することを特徴とする。

また、前記中間層は、表面に含フッ素化合物からなる撥液層が形成してなることを特徴とする。

本発明によれば、基板上に中間層と導電性微粒子の周囲に吸着した対のイオンを有する界面活性剤間の静電気的な吸着によって、基板と導電性微粒子の密着性を向上させることができる。また中間層にバインダー樹脂を用いることにより、基板と中間層の密着性を得ることができる。また、含フッ素化合物により基板上に形成した中間層表面の撥液性を制御することによって、金属配線の密着性と細線化の両立した配線基板の製造が可能となる。

以下に、本発明を実施例により説明する。

図１は、本発明の特徴である密着機構を示した模式図である。図１は中間層４上に導電性微粒子分散液１が吐出された状態を示すものである。中間層４には無機微粒子５およびその周囲に吸着した無機微粒子界面活性剤６が含有されている。一方、導電性微粒子分散液１には、導電性微粒子２およびその周囲に吸着した導電性微粒子界面活性剤３が含有されている。ここで、無機微粒子界面活性剤６と導電性微粒子界面活性剤３が対となるイオンを有している場合、導電性微粒子２には上述した導電性微粒子界面活性剤３の静電的な作用により、中間層４に対して吸着する作用が働き、導電性微粒子２と無機微粒子５が２種の界面活性剤３，６を介して密着した構造を形成する。すなわち、導電性微粒子２は、静電的な吸着作用が存在しない場合よりも中間層４の表面に緻密な膜構造を形成することになり、この結果、金属配線と基板７の密着性が向上するものである。

さらに、該中間層４の表面に含フッ素化合物を含む撥液層８を設けることによって、導電性微粒子２と中間層４において吸着反応が起こりながら、導電性微粒子分散液１の濡れ広がりを防ぐような撥液性を付与することが可能となる。したがって、上述の方法によれば、金属配線の密着性向上と細線化を両立することができる。

次に、本発明に係る配線基板を形成するための最良の形態を説明する。

図２は、本実施形態に係る配線形成工程を示した図である。図２に示す工程（Ａ）〜（Ｄ）は、基板７上に中間層４を形成した後、中間層４表面に撥液層８を形成し、その表面にインクジェットヘッド９を用いて導電性微粒子分散液１を塗布して金属配線パターンを形成するものである。

以下に本実施例における配線基板の製造に用いる材料および装置について説明する。
［１］基板７
基板７は、用いられる電子機器の要求を満たしていればリジッドでもフレキシブルでも特に限定はないが、導電性微粒子分散液１に含有される導電性微粒子２が融着するときの加熱温度に耐えることが必要であるため、２００〜３００℃程度の耐熱性を有することが望ましい。このため、基板７の材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ガラス、セラミックス、シリコンウェハまたは金属等が望ましい。
［２］中間層４に用いられる材料
中間層４における塗料の基本組成は、バインダー樹脂、無機微粒子５および無機微粒子界面活性剤６を有してなる。それぞれの組成については後述するが、中間層４を塗布する方法としては、塗料の粘度を適宜調整することにより、スピンコート、バーコートまたはギャップコート等、各種塗布方法を採用することができる。
［２−１］バインダー樹脂
用いられるバインダー樹脂として、導電性微粒子分散液１に含有される導電性微粒子２が融着するときの加熱温度に耐えることが必要であるため、２００〜３００℃程度の耐熱性を有することが望ましい。したがって、これに適する樹脂としてはポリイミドやポリアミドイミド等が望ましい。
［２−２］無機微粒子５
本発明における無機微粒子５は、後述の無機微粒子界面活性剤６の担持体としての作用をなすものである。使用することができる無機微粒子５としては、シリカやアルミナ等が挙げられる。
［２−３］界面活性剤
本発明において、最も重要となる材料が界面活性剤である。一般的に界面活性剤の種類としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤があるが、本発明においては、イオン性を有していることが望ましく、すなわち、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤または両性界面活性剤を使用することが望ましい。

すなわち、導電性微粒子分散液１にカチオン性の導電性微粒子界面活性剤３を含有させる場合、中間層４にはアニオン性の無機微粒子界面活性剤６を含有させることによって、所望の機能を得ることができる。あるいは、導電性微粒子分散液１にアニオン性の導電性微粒子界面活性剤３を含有させる場合、中間層４にはカチオン性の無機微粒子界面活性剤６を含有させることにより、所望の機能を得ることができる。あるいは、中間層４に両性界面活性剤であるを無機微粒子界面活性剤６を含有させる場合、中間層４のｐＨを調整することによって、導電性微粒子分散液１に対しては、アニオン性およびカチオン性どちらの導電性微粒子界面活性剤３を用いることができる。
［３］導電性微粒子分散液１
導電性微粒子分散液１は、導電性微粒子２、導電性微粒子界面活性剤３および分散媒を有してなる。導電性微粒子２としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウムまたはインジウム錫酸化物等、導電性を有する金属を用いることができる。

分散媒としては、上記の導電性微粒子２を分散できるものであれば特に限定されず、水以外に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン等の炭化水素系化合物を用いることができる。また、導電性微粒子分散液１の粘度および表面張力等の物性は、使用するインクジェットヘッドの特性に合わせて適宜調整することが望ましい。
［４］含フッ素化合物
含フッ素化合物は基板７表面の撥液性を制御する目的で使用するものである。上述のようにインクジェット法による配線形成工程において、基板７の撥液性が適切でない場合、液滴の凝集や断線が生じる可能性がある。したがって、基板７に対する溶液の接触角は３０°以上６０°以下に制御することが望ましい。

含フッ素化合物材料を基板７に付与する形態としては、前記バインダー樹脂、界面活性剤および無機微粒子からなる塗料に、含フッ素化合物を混入させて基板７上に塗布する形態と、基板７上に前記塗料を塗布した後に、塗料表面に含フッ素化合物の分子膜を形成する形態のいずれも採用することができる。
［５］インクジェット記録装置
図４に、インクジェット記録装置の概略を示す。図４において、筐体１１の上部にＸステージ１２およびＺステージ１３を介してヘッドベース１５が配置され、その上に１個、あるいは複数個のインクジェットヘッド９が搭載される。インクジェットヘッド９には、溶液タンク１６から溶液供給管１７を介して導電性微粒子分散液１が供給される。また、インクジェットヘッド９のノズル面と対向してＹステージ１３が設けられ、その上に本発明である基板７を設置する構成となっている。本例においては、ヘッドベース１５が図中におけるＸ方向に移動し、基板７が図中のＹ方向に移動できる機構が備わっており、基板７に任意の配線パターンを描画することができる構成となっている。

次に、本発明の実験例を説明する。

ポリイミドワニス〔ピーアイ技研（株）製Ｑ−ＩＰ−ＧＷＫ−１１９〕６２重量部に、表面にシラノール基が付与されたシリカ微粒子〔日本アエロジル（株）製アエロジル２００〕０．３重量部と、両性界面活性剤〔花王（株）製ホモゲノールＬ−９５〕０．２重量部と、γ−ブチロラクトン３０重量部と、トリグライム７．５重量部とを加えて攪拌した。

上記で得た塗料を、ポリイミドフィルム〔宇部興産（株）製ユーピレックス〕上にバーコータを用いて塗布した後、電気炉に入れて、１４０℃で３０分間、次いで２３０℃で１時間の条件で加熱処理を行い、厚さ５μｍの中間層を得た。さらに、この基板に酸素プラズマを照射して親液処理を行った。その後、直ちに、１、１、２、２−パーフルオロオクチルトリメトキシシラン０．２重量％溶液（溶媒は、住友スリーエム（株）製フロリナートＰＦ−５０６０）に５分間浸漬し、１５０℃にて１５分間乾燥させることによってフルオロアルキル基を有する単分子膜を形成した。この基板表面と純水との接触角は１４０°であり、後述の導電性微粒子分散液との接触角は３０°であった。

上記で得た基板上に、水を主溶媒とし、界面活性剤としてカチオン性高分子である下記化合物３に示すポリエチレンイミンのプロピオン酸塩を含有した銀微粒子分散液をインクジェットヘッド〔リコープリンティングシステムズ（株）製ＧＥＮ３Ｅ２〕を、図４に示すインクジェット記録装置に搭載して、図３に示す配線パターンを描画した。

上記のごとく配線描画を行った後、電気炉に入れて１５０℃で３０分間、次いで３００℃で３０分間の条件で導電性微粒子の加熱処理を行ったところ、配線厚み２μｍ、配線幅１００μｍ、比抵抗が１０μΩ・ｃｍの配線を得た。この配線パターンの密着力試験として、テープ剥離試験を行ったところ、全く剥がれずに良好な密着力を示した。

すなわち、本実施例において、導電性微粒子分散液に含有されたカチオン性界面活性剤が、両イオン性界面活性剤ホモゲノールＬ−９５のアニオン部に吸着することにより、基板表面と導電性微粒子分散液の界面に密着層が形成され、かつ導電性微粒子の密な構造が形成されたため、基板と金属配線の密着力が向上した。

［比較例１］
上記実験例１における界面活性剤〔花王（株）製ホモゲノールＬ−９５〕の代わりに、無機微粒子の分散剤として、撥液性を有するパーフルオロポリエーテル鎖とバインダー樹脂に対して相溶性のあるベンゼン環部位を有する下記化合物４を用いる以外は、実施例１と全く同様の配線製造方法を用いて配線を形成し、実施例１と同様のテープ剥離試験を行ったところ、配線が簡単に基板から剥がれ、良好な密着性を得ることができなかった。

［比較例２］
上記実施例１における銀微粒子分散液の代わりに、テトラデカンを主溶媒とし、ドデシルアミンを界面活性剤とする銀微粒子分散液を用いる以外は、実施例１と全く同様の配線製造方法を用いて銀配線を形成し、実験例１と同様のテープ剥離試験を行ったところ、簡単に配線が基板から剥がれ、良好な密着性を得ることができなかった。

導電性微粒子密着機構を示す模式図。配線基板の製造工程を示す模式図。配線パターンを示す模式図。配線の描画に使用したインクジェット記録装置を示す模式図。

符号の説明

１導電性微粒子分散液
２導電性微粒子
３導電性微粒子界面活性剤
４中間層
５無機微粒子
６無機微粒子界面活性剤
７基板
８撥液層
９インクジェットヘッド
１０配線パターン
１１筐体
１２Ｘステージ
１３Ｙステージ
１４Ｚステージ
１５ヘッドベース
１６溶液タンク
１７溶液供給管。

Claims

基板と、該基板上に形成される中間層と、該中間層上に導電性微粒子分散液から形成される金属配線を有する配線基板において、前記中間層は導電性微粒子分散液に含まれる界面活性剤に対して、対となるイオン性を有する官能基を備えた界面活性剤を含んでなることを特徴とする配線基板。
前記中間層は、バインダー樹脂と無機微粒子と界面活性剤の混合物を有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。
前記中間層は、表面に含フッ素化合物からなる撥液層が形成してなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。