JP2006324571A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 折り曲げや部品実装を行った場合でも導電性被膜の導電性低下を防ぐことができる配線基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板５上に配線層８が形成され、配線層８は、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜６と、融着銀を含む第２導電性被膜７を備えている。第１導電性被膜６は可撓性を有するため、曲げ力によって第２導電性被膜７が破断した場合でも、第１導電性被膜６が破断するのを防ぐことができる。よって、可撓性基板５が折り曲げられた場合でも、配線層８の電気的接続を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フレキシブル配線基板などの配線基板およびその製造方法に関する。

配線基板としては、銀を含む導電性組成物からなる膜を加熱することによって得られた導電性被膜が、可撓性基板上に形成されたものがある（例えば、特許文献１を参照）。この導電性被膜では、銀粒子どうしの接続により高い導電性が得られる。
特開２００３−３０８７３０号公報

しかしながら、上記配線基板では、銀粒子どうしの接続が弱いため、基板が折り曲げられると、導電性被膜からなる回路が断線してしまうことがあった。
また、この配線基板上に、ＮＣＰ（Ｎｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いて部品を加圧し実装すると、この部品の加圧によって導電性被膜が破損し、接続が不安定になることがあった。
導電性被膜を形成するにあたって、導電性組成物を複数回にわたり塗布することによって、導電性被膜を厚く形成し、被膜の強度を高めることは可能であるが、充分な耐久性をもつ導電性被膜は得られていないのが現状である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、導電性に優れ、しかも折り曲げや部品実装を行った場合でも安定した電気的接続が得られる導電性被膜を有する配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る配線基板は、基板上に配線層が形成された配線基板において、前記配線層が、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜と、融着銀を含む第２導電性被膜を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る配線基板は、請求項１において、前記配線層が、第１導電性被膜と第２導電性被膜が交互に積層されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る配線基板は、請求項１または２において、前記配線層の最表層に、前記第２導電性被膜が配されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る配線基板は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、前記第１導電性被膜の導電物が、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、カーボンのうち１または２以上からなることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る配線基板は、請求項１〜４のうちいずれか１項において、前記第２導電性被膜の融着銀が、銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を加熱することにより得られたものであることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る配線基板の製造方法は、基板上に、第１および第２の導電性被膜を有する配線層を備えた配線基板を製造する方法であって、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜を形成する第１成膜工程と、銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を含む膜を加熱することによって、銀粒子の少なくとも一部が相互に融着された第２導電性被膜を形成する第２成膜工程とを含むことを特徴とする。

本発明の配線基板では、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜は可撓性を有するため、外力が加えられた場合にその外力に追従して変形可能である。このため、曲げ力によって第２導電性被膜が破断した場合でも、第１導電性被膜は破断しない。
従って、基板が折り曲げられた場合でも、配線層の電気的接続を確保することができる。
また、配線基板上に部品を実装することによって第２導電性被膜が破損した場合でも、第１導電性被膜が破損することがないので、配線層の電気的接続を確保することができる。
さらには、本発明の配線基板は、融着銀を含む第２導電性被膜を有するので、配線層の導電性を高めることができる。
第２導電性被膜が破断した場合、破断部分では、電流は、導電性に劣る第１導電性被膜のみを通ることになるが、前記破断部分はごく短いため配線層の導電性はほとんど低下しない。従って、基板折り曲げや部品実装による配線層の導電性低下を防ぐことができる。

本発明の製造方法では、第１導電性被膜を形成する第１成膜工程と、銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を含む膜を加熱して銀粒子を相互に融着させた第２導電性被膜を形成する第２成膜工程とを有するので、複雑な工程を経ることなく、配線層を形成できる。従って、上記構成の配線基板を容易に製造できる。

図１は、本発明の配線基板の第１の例を示すものである。
配線基板１は、基材２に、接着剤層３を介してカバー部材４を積層し一体化したものである。
基材２は、可撓性基板５上に配線層８が設けられている。
可撓性基板５としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリイミドなどの樹脂からなるものを例示できる。

配線層８は、第１導電性被膜６と、その上に形成された第２導電性被膜７とを備えており、例えば抵抗などの部品１５と電気的接続が可能なように形成されている。
第１導電性被膜６は、導電物およびバインダを含むものである。
導電物としては、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、カーボンを使用すると、導電性を高めることができるため好適である。これらは単独で用いることもできるし、２以上を併用することもできる。
導電物の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状、フレーク状、粉状、繊維状などとすることができる。導電物の平均粒径は、０．０１〜１００μｍとするのが好ましい。
導電物は、少なくとも一部が互いに接触することによって導電性が確保される。

バインダとしては、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いることもできるし、これらのうち２以上の混合物を使用することもできる。
バインダの使用量は、導電物１００重量部に対して１〜５０重量部、好ましくは５〜３０重量部が好適である。使用量がこの範囲より少ないと被膜の柔軟性が低下し、この範囲より多いと導電性が低下する。
バインダは、導電物間に充填され、第１導電性被膜６に可撓性を与える。
図示例では、第１導電性被膜６は、可撓性基板５上に直接形成されている。

第２導電性被膜７は、銀粒子の少なくとも一部が相互に融着された構造を有する。このように、相互に融着された銀粒子を融着銀という。
図示例において、第２導電性被膜７は、配線層８の最表層に設けられている。

カバー部材４は、可撓性を有する樹脂材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリイミドなどの樹脂からなるものを例示できる。カバー部材４には開口部１４が形成されており、部品１５が実装できるようになっている。
接着剤層３には、エポキシ樹脂などからなる接着剤が使用できる。

次に、配線基板１を製造する方法を説明する。
可撓性基板５上に、次のようにして第１導電性被膜６を形成する。
まず、上記導電物およびバインダを含む第１導電性組成物を調製する。第１導電性組成物としては、銀粒子とバインダとを含む銀ペーストが好ましい。第１導電性組成物は、上記導電物およびバインダのほかに、分散媒、硬化剤、触媒などを配合してもよい。
分散媒としては、エタノール、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、イソホロン、テルピネオール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ブチルセロソルブアセテートなどの有機溶剤を用いてもよいし、水を用いてもよい。

この第１導電性組成物を可撓性基板５上に塗布し、第１導電性組成物からなる膜を形成する。第１導電性被膜６は、所定の回路パターンをなすように形成することができる。第１導電性組成物の塗布には、スクリーン印刷などの印刷法を採用できる。
この第１導電性組成物からなる膜を乾燥させて第１導電性被膜６を得る。乾燥処理は、常温で行ってもよいし、高温（例えば１００〜１５０℃）で行ってもよい。
このように、第１導電性被膜６を形成する工程を第１成膜工程という。

次いで、第１導電性被膜６上に、以下のようにして第２導電性被膜７を形成する。
銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を含む第２導電性組成物を調製する。
銀酸化物粒子は、加熱により還元されて単体の銀（金属銀）となる性質を有する。銀酸化物粒子は、酸化銀（Ｉ）、酸化銀（ＩＩ）、酢酸銀、炭酸銀などからなるものが好ましい。これらは単独で使用してもよいし、２以上の混合物を使用することもできる。
銀酸化物粒子の平均粒径は、０．０１〜１０μｍが好ましい。特に、平均粒径が０．５μｍ以下であると、分散媒に対する分散性を高めるとともに、加熱時の還元反応速度を高めることができる。
銀酸化物粒子は、銀化合物と他の化合物とを反応させる液相法によって製造できる。例えば酸化銀からなる銀酸化物粒子は、硝酸銀水溶液にアルカリ水溶液（水酸化ナトリウム水溶液など）を滴下する方法により製造できる。

三級脂肪酸銀塩は、総炭素数が５〜３０、好ましくは１０〜３０の三級脂肪酸の銀塩である。三級脂肪酸銀塩の具体例としては、ピバリン酸銀、ネオヘプタン酸銀、ネオノナン酸銀、ネオデカン酸銀などが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、２以上を併用することもできる。
銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩とを併用する場合には、これらの配合割合は、銀酸化物粒子の重量をＡとし、三級脂肪酸銀塩の重量をＢとしたときに、重量比率（Ａ／Ｂ）が１／４〜３／１であることが好ましい。

第２導電性組成物には、バインダを配合することもできる。
バインダとしては、多価フェノール化合物、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂のうち１または２以上を使用することができる。
バインダの使用量は、銀化合物１００重量部に対して０．２〜１０重量部、好ましくは０．５〜５重量部が好適である。使用量がこの範囲より少ないと被膜の柔軟性が低下し、この範囲より多いと導電性が低下する。

第２導電性組成物には、上記銀化合物（銀酸化物粒子および三級脂肪酸銀塩）を還元する還元剤を配合するのが好ましい。この還元剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールジアセチレート、ホルマリン、ヒドラジン、アスコルビン酸、各種アルコールなどが使用できる。これらは単独で用いてもよいし、２以上を併用してもよい。
還元剤の使用量は、上記銀化合物１モルに対し２０モル以下、好ましくは０．５〜１０モルとするのが好ましい。

第２導電性組成物には、上記銀化合物（銀酸化物粒子および三級脂肪酸銀塩）を分散させる分散媒を配合するのが好ましい。
分散媒は、上記銀化合物と反応を起こさず、上記銀化合物を良好に分散するものであれば特に限定されない。分散媒としては、エタノール、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、イソホロン、テルピネオール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ブチルセロソルブアセテートなどの有機溶剤を用いてもよいし、水を用いてもよい。

銀酸化物粒子を用いる場合には、セルロース誘導体を配合することもできる。セルロース誘導体の配合によって、第２導電性組成物の保存安定性を高めることができる。
セルロース誘導体は、銀酸化物粒子を均一に分散する分散安定剤、および銀酸化物粒子の還元剤としても機能する。セルロース誘導体は、所定温度未満では銀酸化物粒子を還元せず、加熱により所定温度以上となると還元作用を示す。
セルロース誘導体としては、例えば、セルロース（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）_ｎを変性したヒドロキシプロピルセルロース；セルロースを変性したエチルヒドロキシエチルセルロース；セルロースの水酸基の水素が部分的にエチル基によって置換されたエチルセルロースなどが挙げられる。
セルロース誘導体は、銀酸化物粒子１モルに対し１モル以上に相当する量を配合するのが好ましい。

上記第２導電性組成物を第１導電性被膜６上に塗布することによって、第２導電性組成物からなる膜を形成する。第２導電性組成物の塗布には、スクリーン印刷などの印刷法を採用できる。
この第２導電性組成物からなる膜を、加熱炉を用いて加熱処理する。加熱温度は、１５０℃以上とするのが好ましい。加熱温度をこの範囲とすることによって、導電性被膜の導電性を高めることができる。可撓性基板５の耐熱性およびコストの観点から、加熱温度は１８０℃以下が好ましい。

加熱によって、第２導電性組成物中の銀酸化物粒子は還元され、銀粒子が生成する。三級脂肪酸銀塩は加熱により分解され、銀粒子が生成する。生成した銀粒子は、溶融や銀の析出により少なくとも一部が相互に融着し、融着銀を含む第２導電性被膜７が形成される。
このように、第２導電性組成物からなる膜を形成し加熱することによって、融着銀を含む第２導電性被膜７を形成する工程を第２成膜工程という。

次いで第２導電性被膜７上に、接着剤を介して、開口部１４を有するカバー部材４を配置し、接着剤を硬化させる。これによって、図１に示す配線基板１が得られる。
なお、本発明の配線基板は、カバー部材および接着剤層がない構成も可能である。

配線基板１は、ＲＦ−ＩＤ方式（ＲＦ：Radio-frequency、ＩＤ：Identification）のアンテナ回路を有する配線基板に適用することができる。

上記配線基板１では、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜６は、導電物がバインダにより結合した構造を有するため、導電物どうしの若干の相対移動が可能となることから、可撓性を有する。このため、第１導電性被膜６は、外力が加えられた場合にその外力に追従して変形可能であり、基板と配線との間の緩衝材、もしくは、配線自身の保護部材としても機能する。
このため、曲げ力によって第２導電性被膜７が破断しにくくなる。また、第２導電性被膜７が破断した場合であっても第１導電性被膜６が破断しないので、可撓性基板５が折り曲げられた場合でも、配線層８の電気的接続を確保することができる。
また、配線層８上に部品を実装することによって第２導電性被膜７が破損した場合でも、第１導電性被膜６が破損することがないので、配線層８の電気的接続を確保することができる。
さらには、融着銀を含む第２導電性被膜７を有するので、配線層８の導電性を高めることができる。
第２導電性被膜７が破断した場合、破断部分では、電流は、導電性に劣る第１導電性被膜６のみを通ることになるが、前記破断部分はごく短いため配線層８の導電性はほとんど低下しない。
従って、基板折り曲げや部品実装による配線層８の導電性低下を防ぐことができる。

配線基板１では、合成樹脂などからなる可撓性基板５に対して強固に接合する第１導電性被膜６が、可撓性基板５上に直接形成されているので、可撓性基板５と第１導電性被膜６との間にプライマ層を設ける必要がない。
従って、製造工程を簡略化し、製造コスト削減を図ることができる。

一般に、特に高周波帯では、表皮効果により導電性被膜の表面に電流が集中する。
配線基板１では、導電性に優れた第２導電性被膜７が配線層８の最表層に設けられているため、特に高周波帯において優れた導電特性が得られる。
また、このような配線層８をアンテナ回路として用いた場合には損失が起こりにくく、アンテナ回路としての特性を向上させることができる。

上記製造方法によれば、第１導電性被膜６を形成する第１成膜工程と、第２導電性組成物からなる膜を加熱し銀粒子を相互に融着させて第２導電性被膜７を形成する第２成膜工程とを有するので、複雑な工程を経ることなく、導電性被膜６、７を形成できる。
従って、上記構成の配線基板１を容易に製造できる。

図２は、本発明の配線基板の第２の例を示すものである。
この配線基板１１は、可撓性基板５上に、プライマ層１３と配線層１８が順次形成された構成の基材１２を備えている。
配線層１８は、第１導電性被膜６が第２導電性被膜７の上に設けられている点で図１に示す配線層８と異なる。
プライマ層１３は、第２導電性被膜７の剥離を防止するためのもので、ポリエステル樹脂などからなる。

上記構成によれば、可撓性が高い第１導電性被膜６が第２導電性被膜７の上に設けられているので、導電性被膜６、７に大きな外力が加えられた場合に、下層側に位置する第２導電性被膜７を保護し、これが破損するのを防ぐことができる。
従って、接続の安定性を高めることができる。

図３は、本発明の配線基板の第３の例を示すものである。
この配線基板２１は、可撓性基板５上にプライマ層１３と配線層２８が順次形成された構成の基材２２を備えている。
配線層２８は、第１導電性被膜６上に、第２導電性被膜７と同様の構成を有する第３導電性被膜９が設けられている点で、図２に示す配線層１８と異なる。
配線層２８は、第３導電性被膜９が第２導電性被膜７と同様の構成であるため、第１導電性被膜と第２導電性被膜とが交互に設けられているということができる。
「第１導電性被膜と第２導電性被膜が交互に設けられている」とは、第１および第２の導電性被膜の数が合計で３以上であり、これら導電性被膜が交互に配置されていることをいう。

第１導電性被膜と第２導電性被膜とが交互に設けられた構成によれば、曲げ強度に優れた第１導電性被膜によって第２導電性被膜を保護することができ、配線層を、より破断しにくくすることができる。

図４は、本発明の配線基板の第４の例を示すものである。
配線基板３１は、可撓性基板５上に配線層３８が設けられた基材３２を備えている。
配線層３８は、第２導電性被膜７上に、第１導電性被膜６と同様の構成を有する第３導電性被膜１０が設けられている点で、図１に示す配線層８と異なる。

[実施例１]
図１に示すように、ＰＥＴからなる可撓性基板５（厚さ７５μｍ）（東レ製：ルミラーＳ１０）の上に、第１導電性組成物として、銀ペースト（藤倉化成製：ＦＡ−３５３）を、幅１ｍｍ、長さ１０３ｃｍのテスト回路をなすように印刷し、常温で乾燥させて第１導電性被膜６（厚さ７μｍ）とした（第１成膜工程）。
第１導電性被膜６の上に、酸化銀と、ネオデカン酸銀とを含む第２導電性組成物（藤倉化成製：ＸＡ−９０５３）を印刷した。
得られた積層体を加熱処理（加熱温度１７５℃、加熱時間７分）することによって、第２導電性組成物を第２導電性被膜７（厚さ５μｍ）とし、基材２を得た（第２成膜工程）。

[実施例２]
図２に示すように、可撓性基板５上に、プライマペースト（藤倉化成製：ＸＢ−３０２８）を印刷し、プライマ層１３とした。
次いで、第２導電性組成物（藤倉化成製：ＸＡ−９０５３）を、幅１ｍｍ、長さ１０３ｃｍのテスト回路をなすように印刷した。この第２導電性組成物を、加熱処理（加熱温度１７５℃、加熱時間７分）により第２導電性被膜７（厚さ５μｍ）とした（第２成膜工程）。
第２導電性被膜７の上に、銀ペースト（藤倉化成製：ＦＡ−３５３）を印刷し、常温で乾燥させて第１導電性被膜６（厚さ８μｍ）とし（第１成膜工程）、基材１２を得た。その他の条件は実施例１と同様とした。

[実施例３]
図３に示すように、第１導電性被膜６上に、第３導電性被膜９を形成すること以外は実施例２と同様にして基材２２を得た。第３導電性被膜９は、第２導電性被膜７に準じて作製した。

[実施例４]
図４に示すように、第２導電性被膜７上に、第３導電性被膜１０を形成すること以外は実施例１と同様にして基材３２を得た。第３導電性被膜１０は、第１導電性被膜６に準じて作製した。

[比較例１]
第１導電性被膜６を設けないこと以外は実施例１と同様にして基材を得た。

[比較例２]
可撓性基板５と第２導電性被膜７との間にプライマ層１３を設けること以外は比較例１と同様にして基材を得た。

[比較例３]
第２導電性被膜７を設けないこと以外は実施例１と同様にして基材を得た。

上記実施例および比較例で得られた各導電性被膜を走査型電子顕微鏡により観察した結果、第１導電性被膜６および第３導電性被膜１０は、銀粒子が相互に接触する構造であったのに対し、第２導電性被膜７および第３導電性被膜９は、銀粒子の一部が相互に融着した構造であることが確認された。

実施例および比較例を次に示す試験に供し、導電性被膜の特性を調べた。
（１）チップ実装性
１６０８チップジャンパーチップを、実装材料（スリーボンド社製：ＴＢ３３０３Ｃ）（ＡＣＰ：異方導電ペースト）を用いて配線層上に実装した。
サンプル数を１００とし、すべてのサンプルで接続不良が発生しなかった場合を◎とし、接続不良発生数が１以上１０以下であった場合を○とし、接続不良発生数が１１以上であった場合を×とした。

（２）耐折り曲げ性
基板の一部を上方（内曲げ）または下方（外曲げ）に折り曲げ、２つ折りにした状態で曲げ方向に５ｋｇの荷重を加えた。折り曲げ部分の曲げ半径は約０ｍｍとした。
折り曲げ部分を復元し、配線層の抵抗を測定した。
折り曲げ操作の前後で抵抗値が５０％以上増加したものを断線と判定した。一回の折り曲げ操作で断線が起きたものを×とし、５〜９回の折り曲げ操作で断線が起きたものを○とし、１０回の折り曲げ操作で断線が起こらなかったものを◎とした。

表１より、実施例では、折り曲げや部品実装を行った場合でも導電性被膜の導電性低下を防ぐことができたことがわかる。

本発明は、フレキシブル配線基板、例えばメンブレン回路を有するメンブレン配線基板を備えた各種電子機器に適用できる。
特に、ＲＦ−ＩＤ方式（ＲＦ：Radio-frequency、ＩＤ：Identification）のアンテナ回路を有する配線基板に好適に適用することができる。

本発明の配線基板の第１の例を示す概略断面図である。 本発明の配線基板の第２の例を示す概略断面図である。 本発明の配線基板の第３の例を示す概略断面図である。 本発明の配線基板の第４の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１…配線基板、５…可撓性基板、６…第１導電性被膜、７…第２導電性被膜、８、１８、２８、３８…配線層

Claims (6)

1. 基板上に配線層が形成された配線基板において、
   前記配線層は、導電物およびバインダを含む第１導電性被膜と、融着銀を含む第２導電性被膜を備えていることを特徴とする配線基板。
2. 前記配線層は、第１導電性被膜と第２導電性被膜が交互に積層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. 前記配線層の最表層には、前記第２導電性被膜が配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記第１導電性被膜の導電物は、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、カーボンのうち１または２以上からなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の配線基板。
5. 前記第２導電性被膜の融着銀は、銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を加熱することにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の配線基板。
6. 基板上に、第１および第２の導電性被膜を有する配線層を備えた配線基板を製造する方法であって、
   導電物およびバインダを含む第１導電性被膜を形成する第１成膜工程と、
   銀酸化物粒子と三級脂肪酸銀塩のいずれか一方または両方を含む膜を加熱することによって、銀粒子の少なくとも一部が相互に融着された第２導電性被膜を形成する第２成膜工程とを含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
   

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