JP2006294550A - Conductive ink for printed board wiring and wiring method of printed board - Google Patents
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Description
本発明は、プリント基板の配線を印刷法で形成するための導電性インキに関し、また該導電性インキを使い、インクジェット印刷機でプリント基板上に微細な配線パターンを印刷する方法に関し、更に該インキを使い該印刷機を使ってプリント基板上に微細な配線パターンが印刷されたプリント基板製品に関する。かかる導電性インキおよびプリント基板用配線方法は、フレキシブルプリント基板や三次元のフリップチップ実装など広範な用途に応用可能なものである。 The present invention relates to a conductive ink for forming wiring on a printed board by a printing method, and also relates to a method for printing a fine wiring pattern on a printed board with an ink jet printer using the conductive ink, and further to the ink. It is related with the printed circuit board product by which the fine wiring pattern was printed on the printed circuit board using this printing machine. Such conductive inks and printed circuit board wiring methods can be applied to a wide range of applications such as flexible printed circuit boards and three-dimensional flip chip mounting.
近年、各種電子機器の急激な小型化の進行に伴い配線技術の微細化が要求され、様々な角度から検討がなされてきており、マスキングフィルム、露光装置、露光光源などの工夫により、30μm程度のバンプピッチが実現し、それに伴い配線幅も150nmが実用化されている。しかし今後の更なる集積化の進行により、近い将来100nm以下の線幅が要求されるようになり、それに対応した技術開発の必要性がある。 In recent years, with the progress of rapid miniaturization of various electronic devices, miniaturization of wiring technology has been required, and studies have been made from various angles, and by using devices such as a masking film, an exposure apparatus, an exposure light source, etc., about 30 μm A bump pitch has been realized, and accordingly, a wiring width of 150 nm has been put into practical use. However, with further progress in integration in the future, a line width of 100 nm or less will be required in the near future, and there is a need for technological development corresponding to that.
また、広範な精密機器への高機能化の要求は、集積度を上げただけの従来のプリント基板では狭い機器内に設置することが不可能な用途も多くなり、柔軟性のあるプラスチックフィルムがプリント基板のベースとして使用される、フレキシブルプリント基板が開発されてきている。 In addition, the demand for higher functionality in a wide range of precision equipment has increased the number of applications that cannot be installed in narrow equipment with conventional printed circuit boards that only have a high degree of integration. Flexible printed circuit boards have been developed for use as printed circuit board bases.
しかし、かかる高集積度であったり、柔軟であったりする進化したプリント基板でも、その表面の配線方法は相変わらず金属メッキをした上に感光性樹脂を使ったマスキングフィルムを塗布し、露光、エッチングという工程を通るものが多い。一部には導電性塗料を使って印刷されてもいるが、インクの粘度、安定性、塗装による歩留まりなどを考慮すると、配線の線幅に限界があり、またコストも高くなるなどその用途はまだまだ限定されたものである。 However, even with such advanced printed circuit boards that are highly integrated or flexible, the surface wiring method is still metal-plated and then a masking film using a photosensitive resin is applied, and exposure and etching are called. Many things go through the process. Some are printed using conductive paint, but considering the ink viscosity, stability, yield due to painting, etc., the line width of the wiring is limited and the cost is high. It is still limited.
その対策の一つとして、導電性インキを使用して印刷による微細な配線パターンを形成する方法が提案されている。特に近年のインクジェット印刷機の性能向上と相まって、かかる方法によるプリント基板配線方法が急速に広まってきた。 As one of countermeasures, a method for forming a fine wiring pattern by printing using a conductive ink has been proposed. In particular, coupled with recent improvements in the performance of inkjet printers, printed circuit board wiring methods using such a method have rapidly spread.
インクジェット印刷そのものは、主にパーソナルコンピュータの出力端末、あるいはデジタルカメラで撮影された写真のパーソナルカラー印刷機として、広く利用されてきている。
インクジェット印刷機は、専用インキを、印字ヘッドからの微小な粒滴にして被印刷物に向かって吹き付けるような機構になっている。
Inkjet printing itself has been widely used mainly as an output terminal of a personal computer or a personal color printing machine for photographs taken with a digital camera.
Ink jet printers have a mechanism that sprays dedicated ink in the form of minute droplets from the print head toward the substrate.
インクジェット用専用インキは、写真画質の再現性に優れる染料系、および耐水性、耐光性に優れる顔料系があり、それぞれ用途に応じて使い分けられている。いずれにしても、印字ヘッドからの噴射安定性(ノズルの目詰り防止)、長期安定性(粒子の沈降防止)を目的に各種の工夫が凝らされている。 Ink-jet exclusive inks are classified into dyes that are excellent in reproducibility of photographic image quality and pigments that are excellent in water resistance and light resistance. In any case, various devices have been devised for the purpose of jetting stability from the print head (preventing nozzle clogging) and long-term stability (preventing sedimentation of particles).
特に顔料系インキでは、顔料が機械的粉砕で100nm程度にまで微細化されているため粒子の再凝集が起こりやすく、界面活性剤やブロック共重合体高分子材料を利用した各種分散安定剤の使用が必須で、粘度も高くなり最終的な顔料粒子の大きさも100nmよりはかなり大きなものにならざるを得ないので、この方法でプリント配線基板用微細配線パターンを印刷するには、線幅に自ずと限界があることになる。 In particular, in pigment-based inks, the pigment is fined to about 100 nm by mechanical pulverization, so that reaggregation of particles is likely to occur, and various dispersion stabilizers using a surfactant or a block copolymer polymer material can be used. Indispensable, the viscosity becomes high, and the final pigment particle size must be considerably larger than 100 nm. Therefore, in order to print a fine wiring pattern for a printed wiring board by this method, the line width is naturally limited. There will be.
本発明は、プリント基板配線に係わる前述の状況に鑑み、従来の多くの工程を必要とせず、インクジェット印刷工程のみで、しかも従来の基板のみならず可撓性を持つプリント基板にも適用可能なプリント基板への100nm以下の微細線幅の配線方法に関する。 The present invention does not require many conventional processes in view of the above-mentioned situation related to the printed circuit board wiring, and can be applied not only to the conventional printed circuit board but also to a flexible printed circuit board. The present invention relates to a wiring method having a fine line width of 100 nm or less to a printed board.
上記の課題を解決するため、本発明の第1の観点によれば、導電性を有する金属コロイド粒子を主成分としたインクジェット印刷機用導電性インキを提供する。 In order to solve the above-described problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a conductive ink for an ink jet printing machine mainly composed of conductive metal colloid particles.
更に本発明の第2の観点によれば、前記導電性を有する金属コロイド粒子が、金属化合物と、この金属化合物の還元剤との反応により生成されることを特徴とする請求項1に記載の導電性インキ用を提供する。 Furthermore, according to the second aspect of the present invention, the conductive metal colloidal particles are produced by a reaction between a metal compound and a reducing agent of the metal compound. Provided for conductive ink.
更に本発明の第3の観点によれば、請求項1に記載の導電性インキを使ってインクジェット印刷機でプリント基板に配線パターンを印刷する工程を備え、プリント基板は表面に前記金属コロイドと相互作用する部位を有することを特徴とするプリント基板の配線方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, the method further comprises a step of printing a wiring pattern on a printed board using an ink jet printer using the conductive ink according to claim 1, wherein the printed board has a mutual surface with the metal colloid on the surface. Provided is a printed circuit board wiring method characterized by having a portion to act on.
更に本発明の第4の観点によれば、金属コロイドと相互作用する部位が、表面に存在するヘテロ原子を含む官能基である請求項3の方法を提供する。 Furthermore, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method according to claim 3, wherein the site interacting with the metal colloid is a functional group containing a hetero atom present on the surface.
更に本発明の第5の観点によれば、前記官能基が、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基の少なくとも1種である請求項4に記載の方法を提供する。 Furthermore, according to a fifth aspect of the present invention, the functional group is at least one of a thiol group, a disulfide group, an amino group, an imino group, a carboxyl group, a carbonyl group, a sulfonyl group, and a phosphoryl group. The described method is provided.
また本発明の第6の観点によれば、請求項3に記載の方法で印刷された配線を有するプリント基板製品を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board product having wiring printed by the method according to claim 3.
本発明により、従来技術に比較して非常に簡単な工程で、各種プリント基板上への微細な配線パターンを形成することが可能になった。 According to the present invention, it is possible to form fine wiring patterns on various printed circuit boards by a very simple process as compared with the prior art.
本発明は、表面に金属コロイドと相互作用を持つ部位を有する該プリント基板上に、インクジェット印刷機を使って、該金属コロイド粒子を導電性粒子主成分として含むインクジェット印刷用インキにより、該プリント基板に微細な配線パターンを印刷するだけという、従来に比べて非常に簡便で、100nm以下の線幅の配線パターンを形成出来るという優れた方法を見いだしたものである。 The present invention relates to an ink jet printing ink containing the metal colloid particles as a main component of conductive particles on the printed circuit board having a portion interacting with the metal colloid on the surface by using an ink jet printer. The present inventors have found an excellent method that can form a wiring pattern having a line width of 100 nm or less, which is much simpler than conventional methods, in which only a fine wiring pattern is printed.
本発明におけるプリント基板の素材は、従来公知の様々な素材が使用可能である。例えば従来のプリント基板としてはフェノール樹脂、ベークライト樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂などの熱硬化性樹脂およびそれらを紙や布地、ガラス繊維などに含浸硬化させた複合材料が挙げられ、最近使用量が増加しているフレキシブルプリント基板の例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルフェート(PPS)、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレンおよびそれらの共重合体などのフィルム・シートなどが好適に用いられる。 Various conventionally known materials can be used as the material for the printed circuit board in the present invention. For example, conventional printed circuit boards include thermosetting resins such as phenolic resin, bakelite resin, epoxy resin, and alkyd resin, and composite materials obtained by impregnating and curing them in paper, fabric, glass fiber, etc. Examples of flexible printed circuit boards include polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polysulfone, polyphenylene sulfate (PPS), nylon, polyester, polystyrene, and copolymers thereof. Etc. are preferably used.
本発明における金属は、それ自体良好な導電性を持つ金属であれば材料は特に限定する必要は無いが、例えば金、プラチナ、パラジウム、銀、アルミ、銅などが挙げられ、中でも好ましく用いられるものは金及び銀が挙げられる。 The metal in the present invention is not particularly limited as long as it is a metal having good conductivity per se, but examples thereof include gold, platinum, palladium, silver, aluminum, copper, etc., among which are preferably used. Includes gold and silver.
これらの金属は、水溶性の金属化合物の形で使用され、水溶液中で還元剤と共に撹拌され金属コロイド溶液を得ることができ、これらが本発明における導電性インキ用の主成分として好適に使用される。 These metals are used in the form of a water-soluble metal compound and can be stirred together with a reducing agent in an aqueous solution to obtain a metal colloid solution, which is preferably used as a main component for the conductive ink in the present invention. The
更に本発明において使用する金属化合物を還元する還元剤は、従来公知の種々の化合物が使用可能で,例えばクエン酸、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム、或いはアニリン、ピロール、チオフェンおよびその誘導体などが例示される。また本発明において使用される金属コロイドは直径数nm〜数十nmのものが好適に用いられる。 Furthermore, as the reducing agent for reducing the metal compound used in the present invention, various conventionally known compounds can be used, such as citric acid, sodium citrate, sodium ascorbate, or aniline, pyrrole, thiophene and derivatives thereof. Is done. In addition, the metal colloid used in the present invention preferably has a diameter of several nm to several tens of nm.
本発明における金属コロイド粒子はそれ自体非常に安定なため、水溶液のまま導電性インキとしてインクジェット印刷機用に使用することもできるが、乾燥防止剤、浸透剤、pH調整剤、防カビ剤、界面活性剤などを添加し、導電性や表面張力などを調整するのが好ましい。こうして得られた導電性インキは、従来のものに比べ固形分濃度が低く、粘度も低いため、100nm以下の線幅の配線パターンを印刷するには最適である。 Since the metal colloidal particles in the present invention are very stable per se, they can be used as an electroconductive ink in an aqueous solution for an ink jet printer. It is preferable to add an activator or the like to adjust conductivity or surface tension. The conductive ink thus obtained has a lower solid content concentration and lower viscosity than conventional ones, and is therefore optimal for printing a wiring pattern having a line width of 100 nm or less.
本発明におけるインクジェット印刷機としては、市販のインクジェット印刷機がそのまま利用可能であるが、本発明の導電性インキが従来品に比べ低粘度であるため、印字ヘッドの孔径を10μm以下にすることも可能で、このような特殊な印字ヘッドを使用することで、より線幅の狭い配線パターンの印刷が可能になる。 As the ink jet printer in the present invention, a commercially available ink jet printer can be used as it is. However, since the conductive ink of the present invention has a lower viscosity than conventional products, the pore diameter of the print head may be 10 μm or less. It is possible to print a wiring pattern with a narrower line width by using such a special print head.
本発明において金属コロイドと相互作用するプリント基板表面の官能基としては、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基などが例示され、これらの官能基を有するプリント基板材質を用いてインクジェット印刷機で配線パターンを形成するのが好適である。かかるプリント基板が上述の官能基を有しない場合は、従来公知の種々の方法、例えばプラズマ処理、放射線処理など物理的手法や、酸あるいはアルカリ処理などの化学的手法で、望みの官能基をプリント基板上に生じさせることができる。 Examples of functional groups on the printed circuit board surface that interact with the metal colloid in the present invention include thiol groups, disulfide groups, amino groups, imino groups, carboxyl groups, carbonyl groups, sulfonyl groups, phosphoryl groups, and the like. It is preferable to form a wiring pattern with an inkjet printer using a printed circuit board material having When such a printed circuit board does not have the above-described functional group, the desired functional group is printed by various conventionally known methods, for example, a physical method such as plasma treatment or radiation treatment, or a chemical method such as acid or alkali treatment. It can be generated on a substrate.
上述の官能基を表面に有するプリント基板と金属化合物の間の相互作用は、化学結合だけでなくファンデルワールス力、静電的相互作用、吸着力などが挙げられる。それらを発生させる方法は、単に本発明の金属コロイド粒子を主成分とする導電性インキを使って、通常のインクジェット印刷機で配線パターンを上述の官能基を表面に有するプリント基板上に印刷するだけで達成される。 Examples of the interaction between the printed board having the functional group on the surface and the metal compound include not only a chemical bond but also van der Waals force, electrostatic interaction, and adsorption force. The method for generating them is simply to print a wiring pattern on a printed circuit board having the above-mentioned functional group on the surface with a normal ink jet printer using the conductive ink mainly composed of the metal colloidal particles of the present invention. To be achieved.
以下に本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらにより制限されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)2nm粒径の金コロイドの作製
トルエン18mlに、臭化テトラオクチルアンモニウム(アルドリッチ)0.212gを加え、テトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬)の1%水溶液を3ml添加し、水素化ホウ素ナトリウム(和光純薬)0.0836gを加える。ナフタレンチオール0.0120g加え、室温で5時間攪拌した。トルエン層に約2nmのコロイドを得た。
(Example 1) Preparation of gold colloid having a particle diameter of 2 nm To 18 ml of toluene, 0.212 g of tetraoctylammonium bromide (Aldrich) was added, and 1% of tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3 ml of an aqueous solution is added, and 0.0836 g of sodium borohydride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added. 0.0120 g of naphthalenethiol was added and stirred at room temperature for 5 hours. A colloid of about 2 nm was obtained in the toluene layer.
(実施例2)12nm粒径の金コロイドの作製
超純水183mlに、テトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬)の1%水溶液を12ml添加し、4℃に冷却した。次いでこの溶液を冷却撹拌しながら、その中に炭酸カリウム(和光純薬)の0.5M水溶液を2.4ml加えた。この溶液を冷却下にアスコルビン酸ナトリウム(和光純薬)の8%水溶液を2.6ml加え20分激しく撹拌し、次いで80℃に加熱して更に20分激しく撹拌した。
(Example 2) Preparation of gold colloid having a particle diameter of 12 nm To 183 ml of ultrapure water, 12 ml of a 1% aqueous solution of tetrachlorogold (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries) was added and cooled to 4 ° C. Next, 2.4 ml of a 0.5 M aqueous solution of potassium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the solution while cooling and stirring. Under cooling, 2.6 ml of an 8% aqueous solution of sodium ascorbate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred vigorously for 20 minutes, then heated to 80 ° C. and stirred vigorously for another 20 minutes.
(実施例3)30nm粒径の金コロイドの作製
超純水148mlに、テトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬)の1%水溶液を30ml添加し、80℃に加熱した。次いでこの溶液を撹拌しながら、その中にクエン酸ナトリウム(片山化学工業)の2%水溶液を22.5ml加え、80℃に加熱したまま更に20分激しく撹拌した。
(Example 3) Preparation of gold colloid having a particle size of 30 nm 30 ml of a 1% aqueous solution of tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries) was added to 148 ml of ultrapure water and heated to 80 ° C. Next, while stirring this solution, 22.5 ml of a 2% aqueous solution of sodium citrate (Katayama Chemical Co., Ltd.) was added thereto and stirred vigorously for another 20 minutes while being heated to 80 ° C.
(実施例4)50nm粒径の金コロイドの作製
超純水200mlに、テトラクロロ金(III)酸四水和物(和光純薬)の1%水溶液を12ml添加し、80℃に加熱した。次いでこの溶液を撹拌しながら、その中にクエン酸(和光純薬)の3%水溶液を20ml加え、80℃に加熱したまま更に20分激しく撹拌した。
(Example 4) Preparation of gold colloid having a particle size of 50 nm To 200 ml of ultrapure water, 12 ml of a 1% aqueous solution of tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate (Wako Pure Chemical Industries) was added and heated to 80 ° C. Next, while stirring this solution, 20 ml of a 3% aqueous solution of citric acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto, and the mixture was further stirred vigorously for 20 minutes while being heated to 80 ° C.
(実施例5)インクジェット法によるプラスチックシートへの印刷
実施例1で作製したチオール被覆した金コロイド/トルエン溶液をインクタンクにシリンジにより注入し、インクジェットプリンタ(EPSON PM750C)にセットした。パソコン描画ソフト(Adobe Illustrator CS)でプリント基板配線用マスキングパターンを作成し、実施例2のインクタンクを内蔵したインクジェットプリンタ(EPSON PM750C)により、プラスチックシート上にパターンを印刷したところ、線幅80nmの配線が形成されることを確認した。この配線パターンは断線も無く、電気抵抗も50Ωで十分に実用に耐えるものであった。
Example 5 Printing on Plastic Sheet by Inkjet Method The thiol-coated gold colloid / toluene solution prepared in Example 1 was injected into an ink tank with a syringe and set in an inkjet printer (EPSON PM750C). A printed circuit board wiring masking pattern was created with personal computer drawing software (Adobe Illustrator CS), and the pattern was printed on a plastic sheet with an ink jet printer (EPSON PM750C) incorporating the ink tank of Example 2. It was confirmed that the wiring was formed. This wiring pattern had no disconnection and had an electric resistance of 50Ω and was sufficiently practical.
(実施例6)インクジェット法によるチオール基含有シートへの印刷
実施例2乃至4で作製した3種類(12、30、50nm)の金コロイド溶液をそれぞれインクタンクにシリンジにより注入し、インクジェットプリンタ(EPSON PM750C)にセットした。パソコン描画ソフト(Adobe Illustrator CS)でプリント基板配線用マスキングパターンを作成し、実施例4のインクタンクを内蔵したインクジェットプリンタ(EPSON PM750C)により、チオール基含有プラスチックシート上にパターンを作製したところ、全てのインキで線幅90nmの配線が形成されることを確認した。これらの配線パターンは断線も無く、電気抵抗も50Ωで十分に実用に耐えるものであった。
(Example 6) Printing on thiol group-containing sheet by inkjet method Three types (12, 30, 50 nm) of colloidal gold solutions prepared in Examples 2 to 4 were each injected into an ink tank with a syringe, and an inkjet printer (EPSON) PM750C). When a masking pattern for printed circuit board wiring was created with personal computer drawing software (Adobe Illustrator CS), and a pattern was produced on a thiol group-containing plastic sheet with an ink jet printer (EPSON PM750C) incorporating the ink tank of Example 4, all It was confirmed that a wiring having a line width of 90 nm was formed with the ink. These wiring patterns had no disconnection and had an electrical resistance of 50Ω, which was sufficiently practical.
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