JP2012089544A - 回路基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の回路基板では、品質を向上させることが困難である。
【解決手段】金属粒子を含む液状体をグリーンシートに塗布することによって、前記グリーンシートに前記液状体で回路パターンを描画する描画工程S1と、前記描画工程S1の後に、前記回路パターンに光を照射する光照射工程S2と、前記光照射工程S2の後に、前記回路パターンに他の前記グリーンシートを重ねて積層体を形成する積層工程S3と、前記積層工程S3の後に、前記積層体を加圧する加圧工程S4と、前記加圧工程S4の後に、前記積層体を焼成する焼成工程S5と、を有する、ことを特徴とする回路基板の製造方法。
【選択図】図2
【解決手段】金属粒子を含む液状体をグリーンシートに塗布することによって、前記グリーンシートに前記液状体で回路パターンを描画する描画工程S1と、前記描画工程S1の後に、前記回路パターンに光を照射する光照射工程S2と、前記光照射工程S2の後に、前記回路パターンに他の前記グリーンシートを重ねて積層体を形成する積層工程S3と、前記積層工程S3の後に、前記積層体を加圧する加圧工程S4と、前記加圧工程S4の後に、前記積層体を焼成する焼成工程S5と、を有する、ことを特徴とする回路基板の製造方法。
【選択図】図2
Description
本発明は、回路基板の製造方法等に関する。
従来、回路基板の一種であるセラミック多層配線板の製造方法では、セラミック材料が薄くシート状に成型されたセラミックグリーンシートに、導電性金属を含有する導体ペーストで、所要の回路パターンを形成する印刷工程と、該パターンを有するグリーンシートを積層し、圧着させる圧着工程と、圧着体を一括焼成する焼成工程とが順に実施されている(例えば、特許文献1参照)。
近年、回路パターンの描画に、インクジェット法が活用されてきている。
インクジェットヘッドを用いてインクなどの液状体を液滴として吐出する技術は、インクジェット技術と呼ばれる。そして、インクジェット技術を活用して液状体などを所定の位置に配置する方法は、インクジェット法と呼ばれる。このインクジェット法は、塗布法の1つである。
回路パターンの描画では、インクジェット法に適用され得る液状体の中に、金属の粒子が分散している。インクジェット法を活用して回路を形成する方法では、まず、金属粒子を含有する液状体で回路パターンを描画する。次いで、描画された回路パターンにおける液状体を乾燥させる。これにより、回路パターンに金属粒子が残る。そして、金属粒子が残った回路パターンを焼成することによって、金属粒子同士の密着性が高められる。これにより、回路パターンに沿った導体配線が形成され得る。
インクジェットヘッドを用いてインクなどの液状体を液滴として吐出する技術は、インクジェット技術と呼ばれる。そして、インクジェット技術を活用して液状体などを所定の位置に配置する方法は、インクジェット法と呼ばれる。このインクジェット法は、塗布法の1つである。
回路パターンの描画では、インクジェット法に適用され得る液状体の中に、金属の粒子が分散している。インクジェット法を活用して回路を形成する方法では、まず、金属粒子を含有する液状体で回路パターンを描画する。次いで、描画された回路パターンにおける液状体を乾燥させる。これにより、回路パターンに金属粒子が残る。そして、金属粒子が残った回路パターンを焼成することによって、金属粒子同士の密着性が高められる。これにより、回路パターンに沿った導体配線が形成され得る。
このようなインクジェット法は、前述した多層配線板の製造に活用され得る。インクジェット法を活用した多層配線板の製造では、まず、複数のグリーンシートのそれぞれに、インクジェット法で回路パターンを描画する。
次いで、各グリーンシートに描画された回路パターンの液状体を乾燥させる。
次いで、複数のグリーンシートを重ねて積層体を構成する。
次いで、積層体を加圧する。
次いで、積層体を焼成する。
上記の方法によって、多層配線板が製造され得る。
次いで、各グリーンシートに描画された回路パターンの液状体を乾燥させる。
次いで、複数のグリーンシートを重ねて積層体を構成する。
次いで、積層体を加圧する。
次いで、積層体を焼成する。
上記の方法によって、多層配線板が製造され得る。
ここで、インクジェット法を活用した配線の形成では、回路パターンを焼成したときに、回路パターンの体積が収縮する傾向がある。これは、焼成によって、金属粒子間の隙間が減少することが要因の1つである。そして、金属粒子の大きさが小さくなるほど、収縮の程度が大きくなる。
多層配線板においては、焼成によって回路パターンの体積が収縮すると、導体配線やセラミック基板に亀裂などが発生することがある。
つまり、従来の回路基板では、品質を向上させることが困難であるという課題がある。
多層配線板においては、焼成によって回路パターンの体積が収縮すると、導体配線やセラミック基板に亀裂などが発生することがある。
つまり、従来の回路基板では、品質を向上させることが困難であるという課題がある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]金属粒子を含む液状体をグリーンシートに塗布することによって、前記グリーンシートに前記液状体で回路パターンを描画する描画工程と、前記描画工程の後に、前記回路パターンに光を照射する光照射工程と、前記光照射工程の後に、前記回路パターンに他の前記グリーンシートを重ねて積層体を形成する積層工程と、前記積層工程の後に、前記積層体を加圧する加圧工程と、前記加圧工程の後に、前記積層体を焼成する焼成工程と、を有する、ことを特徴とする回路基板の製造方法。
この適用例の回路基板の製造方法によれば、光照射工程において、回路パターンに光を照射するので、回路パターン中の金属粒子同士がくっつきやすくなる。回路パターン中の金属粒子同士がくっつくと、金属粒子同士間の隙間が減少する。この結果、焼成工程による回路パターンの体積の収縮を軽減することができる。このため、回路基板の品質を向上させやすくすることができる。
[適用例2]上記の回路基板の製造方法であって、前記金属粒子における金属は、銀を含んでおり、前記光は、波長が350nm〜450nmの範囲内にある光を含む、ことを特徴とする回路基板の製造方法。
この適用例では、銀を含む金属で構成された金属粒子に、光の波長が350nm〜450nmの範囲内にある光を照射することができる。銀は、波長が350nm〜450nmの範囲内にある光によって活性化されやすい。このため、金属粒子同士間の隙間を減少させやすくすることができる。
また、波長が350nm〜450nmの範囲内にある光は、グリーンシートに吸収されにくい。このため、この製造方法によれば、グリーンシートの温度上昇を低く抑えやすくすることができる。
また、波長が350nm〜450nmの範囲内にある光は、グリーンシートに吸収されにくい。このため、この製造方法によれば、グリーンシートの温度上昇を低く抑えやすくすることができる。
[適用例3]上記の回路基板の製造方法であって、前記金属粒子の粒径が1nm以上200nm以下であること、を特徴とする回路基板の製造方法。
この適用例では、前記粒径の金属粒子を使用することで、液状体への安定分散が可能となる。これにより、前記描画工程において、均一な回路パターンを形成することができる。
以下、実施形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態における回路基板の断面図である。回路基板10は複数のセラミック基板11からなる積層体である。各セラミック基板11は、それぞれ、後述するグリーンシートの焼結体であって、厚みが数十μm〜数百μmで形成されている。各セラミック基板11の層間には、回路パターン14が設けられている。回路パターン14は、抵抗素子、容量素子、コイル素子等の各種の内部素子や、内部素子間を電気的に接続する配線パターンなどを含んでいる。また、各セラミック基板11の層内には、スタックビア構造やサーマルビア構造を成すビア配線13が形成されている。
本実施形態における回路基板10の製造方法について説明する。図2は、回路基板10の製造方法を示すフローチャートである。回路基板10の製造方法は、描画工程S1と、光照射工程S2と、積層工程S3と、加圧工程S4と、焼成工程S5とを有している。
描画工程S1では、図3に示すように、金属粒子を含む液状体35をグリーンシート31に塗布することによって、グリーンシート31に液状体35で描画パターン32を形成する。
描画パターン32の描画には、吐出ヘッド36を利用したインクジェット法が活用され得る。
吐出ヘッド36から液状体35を液滴35aとして吐出する技術は、インクジェット技術と呼ばれる。そして、インクジェット技術を活用して液状体35などを所定の位置に配置する方法は、インクジェット法と呼ばれる。このインクジェット法は、塗布法の1つである。
描画パターン32の描画には、吐出ヘッド36を利用したインクジェット法が活用され得る。
吐出ヘッド36から液状体35を液滴35aとして吐出する技術は、インクジェット技術と呼ばれる。そして、インクジェット技術を活用して液状体35などを所定の位置に配置する方法は、インクジェット法と呼ばれる。このインクジェット法は、塗布法の1つである。
グリーンシート31は、ガラスセラミック粉末やバインダー等を含むガラスセラミック組成物からなるシートである。グリーンシート31の膜厚は、内部素子として容量素子を形成する場合に数十μmで形成され、他の層においては100μm〜200μmで形成される。
ガラスセラミック粉末は、0.1μm〜5μmの平均粒径を有する粉末であり、例えばアルミナやフォルステライト等のセラミック粉末にホウ珪酸系ガラスを混合したガラス複合セラミックを用いることができる。また、ガラスセラミック粉末としては、ZnO−MgO−Al2O3−SiO2系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラスセラミック、BaO−Al2O3−SiO2系セラミック粉末やAl2O3−CaO−SiO2−MgO−B2O3系セラミック粉末等を用いた非ガラス系セラミックを用いても良い。
バインダーは、ガラスセラミック粉末の結合剤としての機能を有し、焼成工程で分解して容易に除去できる有機高分子である。バインダーとしては、例えばブチラール系、アクリル系、セルロース系等のバインダー樹脂を用いることができる。また、バインダーは、例えばアジピン酸エステル系可塑剤、ジオクチルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)フタル酸エステル系可塑剤、グリコールエステル系可塑剤等の可塑剤を含有しても良い。
図3におけるビア33は、グリーンシート31にパンチャー法あるいはレーザー加工法により所定の形状に貫通孔を形成した後、貫通孔に導電ペーストを充填することにより形成される。導電ペーストは、導電性金属をペースト状に練り込んだものである。
描画パターン32を形成するために用いられる金属粒子を含む液状体35について説明する。本実施形態では、銀粒子が分散した液状体35を用いた場合について代表的に説明する。
[水系分散媒]
まず、水系分散媒について説明する。
本実施形態において、「水系分散媒」とは、水および/または水との相溶性に優れる液体(例えば、25℃における水100gに対する溶解度が30g以上の液体)で構成されたもののことを指す。このように、水系分散媒は、水および/または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が70wt%以上のものであるのが好ましく、90wt%以上のものであるのがより好ましい。
まず、水系分散媒について説明する。
本実施形態において、「水系分散媒」とは、水および/または水との相溶性に優れる液体(例えば、25℃における水100gに対する溶解度が30g以上の液体)で構成されたもののことを指す。このように、水系分散媒は、水および/または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が70wt%以上のものであるのが好ましく、90wt%以上のものであるのがより好ましい。
水系分散媒の具体例としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系溶媒、ピリジン、ピラジン、ピロール等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、アセトアルデヒド等のアルデヒド系溶媒等が挙げられ、これらのうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、描画パターン形成用の液状体35における水系分散媒の含有率は、25wt%以上60wt%以下であることが好ましく、30wt%以上50wt%以下であることがより好ましい。これにより、インクの粘度を好適なものとしつつ、分散媒の揮発による粘度の変化を少ないものとすることができる。
[銀粒子]
次に、銀粒子(金属粒子)について説明する。
銀粒子は、形成される描画パターン32の主成分であり、描画パターン32に導電性を付与する成分である。また、銀粒子は、液状体35中において分散している。
次に、銀粒子(金属粒子)について説明する。
銀粒子は、形成される描画パターン32の主成分であり、描画パターン32に導電性を付与する成分である。また、銀粒子は、液状体35中において分散している。
銀粒子の平均粒径は、1nm以上200nm以下であるのが好ましく、10nm以上100nm以下であるのがより好ましい。粒径が1nm以下となった場合、粒子同士の凝集による、経時的な粒径の変化が生じてしまう。また、粒径が200nm以上となると粒子の沈降が生じるため、安定的なインクジェット吐出ができなくなる。なお、本明細書では、「平均粒径」とは、特に断りのない限り、体積基準の平均粒径のことを指すものとする。
[有機バインダー]
また、金属粒子を含む液状体35は、有機バインダーを含んでいてもよい。有機バインダーは、導体パターン形成用インクによって形成された描画パターン32を乾燥(脱分散媒)した際に、描画パターン32にクラックが発生するのを防止する。
また、金属粒子を含む液状体35は、有機バインダーを含んでいてもよい。有機バインダーは、導体パターン形成用インクによって形成された描画パターン32を乾燥(脱分散媒)した際に、描画パターン32にクラックが発生するのを防止する。
有機バインダーとしては、特には限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール#200(重量平均分子量200)、ポリエチレングリコール#300(重量平均分子量300)、ポリエチレングリコール#400(重量平均分子量400)、ポリエチレングリコール#600(重量平均分子量600)、ポリエチレングリコール#1000(重量平均分子量1000)、ポリエチレングリコール#1500(重量平均分子量1500)、ポリエチレングリコール#1540(重量平均分子量1540)、ポリエチレングリコール#2000(重量平均分子量2000)等のポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール#200(重量平均分子量:200)、ポリビニルアルコール#300(重量平均分子量:300)、ポリビニルアルコール#400(重量平均分子量:400)、ポリビニルアルコール#600(重量平均分子量:600)、ポリビニルアルコール#1000(重量平均分子量:1000)、ポリビニルアルコール#1500(重量平均分子量:1500)、ポリビニルアルコール#1540(重量平均分子量:1540)、ポリビニルアルコール#2000(重量平均分子量:2000)等のポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリグリセリンエステル等のポリグリセリン骨格を有するポリグリセリン化合物が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、ポリグリセリンエステルとしては、例えば、ポリグリセリンのモノステアレート、トリステアレート、テトラステアレート、モノオレエート、ペンタオレエート、モノラウレート、モノカプリレート、ポリシノレート、セスキステアレート、デカオレエート、セスキオレエート等が挙げられる。
また、金属粒子を含む液状体35中の有機バインダーの含有率は、1wt%以上30wt%以下であるのが好ましく、5wt%以上20wt%以下であるのがより好ましい。これにより、クラックの発生をより効果的に防止することができる。
次に図4を用いて、吐出ヘッド36について説明する。本実施形態では、吐出ヘッド36は、圧電体素子としてのピエゾ素子41を用いて液状体35を吐出させるピエゾ方式を用いている。ピエゾ方式は、液状体35に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えないなどの利点を有する。
吐出ヘッド36は、ヘッド本体42と、振動板43と、ピエゾ素子41とを有している。
ヘッド本体42は、ヘッド本体42と、その下端面にノズルプレート44とを有している。そして、ヘッド本体42を板状のノズルプレート44と振動板43とが挟み込むことにより、空間としてのリザーバー45およびリザーバー45から分岐した複数のインク室46が形成されている。
リザーバー45には、インクタンク(図示せず)より液状体35が供給される。そして、リザーバー45は、各インク室46に液状体35を供給するための流路を形成している。
また、ノズルプレート44は、ヘッド本体42の下端面に装着されており、インク吐出面44Pを構成している。このノズルプレート44には、液状体35を吐出する複数のノズル47が、各インク室46に対応して形成されている。そして、各インク室46から対応するノズル47に向かって、インク流路が形成されている。
振動板43は、ヘッド本体42の上端面に装着されており、各インク室46の壁面を構成している。振動板43は、ピエゾ素子41の振動に応じて振動可能となっている。
ピエゾ素子41は、その振動板43のヘッド本体42と反対側に、各インク室46に対応して設けられている。ピエゾ素子41は、水晶等の圧電材料を一対の電極(図示せず)で挟持したものである。その一対の電極は、駆動回路48に接続されている。
ヘッド本体42は、ヘッド本体42と、その下端面にノズルプレート44とを有している。そして、ヘッド本体42を板状のノズルプレート44と振動板43とが挟み込むことにより、空間としてのリザーバー45およびリザーバー45から分岐した複数のインク室46が形成されている。
リザーバー45には、インクタンク(図示せず)より液状体35が供給される。そして、リザーバー45は、各インク室46に液状体35を供給するための流路を形成している。
また、ノズルプレート44は、ヘッド本体42の下端面に装着されており、インク吐出面44Pを構成している。このノズルプレート44には、液状体35を吐出する複数のノズル47が、各インク室46に対応して形成されている。そして、各インク室46から対応するノズル47に向かって、インク流路が形成されている。
振動板43は、ヘッド本体42の上端面に装着されており、各インク室46の壁面を構成している。振動板43は、ピエゾ素子41の振動に応じて振動可能となっている。
ピエゾ素子41は、その振動板43のヘッド本体42と反対側に、各インク室46に対応して設けられている。ピエゾ素子41は、水晶等の圧電材料を一対の電極(図示せず)で挟持したものである。その一対の電極は、駆動回路48に接続されている。
そして、駆動回路48からピエゾ素子41に電気信号を入力すると、ピエゾ素子41が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子41が収縮変形すると、インク室46の圧力が低下して、リザーバー45からインク室46に液状体35が流入する。また、ピエゾ素子41が膨張変形すると、インク室46の圧力が増加して、ノズル47から液状体35が吐出される。なお、印加電圧を変化させることにより、ピエゾ素子41の変形量を制御することができる。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子41の変形速度を制御することができる。すなわち、ピエゾ素子41への印加電圧を制御することにより、液状体35の吐出条件を制御し得るようになっている。
以上のような吐出ヘッド36を用いることにより、液状体35を、グリーンシート31へ所望の量、精度良く吐出することができる。
以上のような吐出ヘッド36を用いることにより、液状体35を、グリーンシート31へ所望の量、精度良く吐出することができる。
描画パターン32が形成されたグリーンシート31は、分散媒を乾燥させた後に光照射工程S2に送られる。図5に示すように、光照射工程S2では、描画パターン32に光51を照射する。これにより、描画パターン32における銀粒子を粒成長させる。これにより、銀粒子同士間の隙間を低減することができる。この結果、描画パターン32の体積に占める銀粒子の体積を高めることができる。
本実施形態のように金属粒子の粒子径が微粒子化されると、特定の波長の光と共振して非常に大きな吸収を示すようになる。この吸収はプラズモン吸収と呼ばれるものである。使用する光波長は金属粒子材料のプラズモン吸収に対応するように選ぶことが好ましく、銀粒子であれば波長が380nm以上450nm以下の範囲にある光を含むことが好ましい。これにより、金属粒子へ効率よく光吸収させ、粒成長させることができる。
積層工程S3では、このように加工されたグリーンシート31を所定枚数、所定の順序に従い積み重ねる。
次いで、加圧工程S4において、積み重ねられた複数のグリーンシート31を真空パック用袋(例えば、ナイロン袋)に入れて真空パックし、静水圧加圧装置を用いて、加圧することで図6に示す積層体60を形成する。加圧条件としては700kgf/cm2とすることが望ましい。700kgf/cm2を超えると積層体60の変形が発生したり、電極パターンなどの寸法精度が得られにくくなるという問題があるためである。
次いで、加圧工程S4において、積み重ねられた複数のグリーンシート31を真空パック用袋(例えば、ナイロン袋)に入れて真空パックし、静水圧加圧装置を用いて、加圧することで図6に示す積層体60を形成する。加圧条件としては700kgf/cm2とすることが望ましい。700kgf/cm2を超えると積層体60の変形が発生したり、電極パターンなどの寸法精度が得られにくくなるという問題があるためである。
光照射工程S2で各描画パターン32における金属粒子を粒成長させているので、本加圧条件において、金属粒子の充填率をセラミック粒子と同程度まで上げることが可能となる。これにより、後述する焼成工程S5における収縮量が金属粒子とセラミック粒子とで近似するようになり、配線や基板内の亀裂が抑制される。尚、「充填率」とは、特に断りのない限り、一定体積に占める粒子の割合を指すものとする。つまり、本実施形態では、光照射工程S2によって、金属粒子同士間の隙間を低減することができるので、描画パターン32における金属粒子の充填率が高められる。
次いで、焼成工程S5において、積層体60を焼成する。焼成工程S5では、例えば、ベルト炉などによって積層体60を焼成する。グリーンシート31は、焼成されることで、セラミック基板11となる。また、描画パターン32は、これを構成する銀粒子が焼結して回路パターン14となる。また、ビア33は、ビア配線13となる。つまり、積層体60が焼成されることで、この積層体60は回路基板10となる。
ここで、積層体60の焼成温度としては、グリーンシート31中に含まれるガラスの軟化点以上とするのが好ましく、具体的には、600℃以上900℃以下とするのが好ましい。また、焼成条件としては、適宜な速度で温度を上昇させ、かつ下降させるようにし、さらに、最大加熱温度、すなわち600℃以上900℃以下の温度では、その温度に応じて適宜な時間保持するようにする。
このようにガラスの軟化点以上の温度、すなわち600℃以上900℃以下の温度範囲にまで温度を上げることにより、得られるセラミック基板11のガラス成分を軟化させることができる。したがって、その後常温にまで冷却し、ガラス成分を硬化させることにより、回路基板10を構成する各セラミック基板11と回路パターン14との間がより強固に固着するようになる。
このように製造された回路基板10では、回路パターン14やセラミック基板11などに亀裂が発生することを低く抑えることができる。この結果、回路基板10の品質や信頼性を向上させやすくすることができる。
10…回路基板、11…セラミック基板、13…ビア配線、14…回路パターン、31…グリーンシート、32…描画パターン、33…ビア、35…液状体、35a…液滴、60…積層体。
Claims (3)
- 金属粒子を含む液状体をグリーンシートに塗布することによって、前記グリーンシートに前記液状体で回路パターンを描画する描画工程と、
前記描画工程の後に、前記回路パターンに光を照射する光照射工程と、
前記光照射工程の後に、前記回路パターンに他の前記グリーンシートを重ねて積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程の後に、前記積層体を加圧する加圧工程と、
前記加圧工程の後に、前記積層体を焼成する焼成工程と、を有する、
ことを特徴とする回路基板の製造方法。 - 請求項1に記載の回路基板の製造方法であって、
前記金属粒子における金属は、銀を含んでおり、
前記光は、波長が350nm〜450nmの範囲内にある光を含む、
ことを特徴とする回路基板の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の回路基板の製造方法であって、
前記金属粒子の粒径が1nm以上200nm以下である、
ことを特徴とする回路基板の製造方法。
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