JP2012227387A - 配線回路の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のライン同士が交差する導電性パターンの交差部におけるパターンのヒビ割れやムラを防止する。
【解決手段】パターンを、複数のライン同士が交わる交点部と、交点部を除くライン部と、に分割し、ライン部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第一材料配置工程（Ｓ２）と、ライン部に塗布された液体の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥工程（Ｓ３）と、交点部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第二材料配置工程（Ｓ４）と、第一材料配置工程及び第二材料配置工程にて塗布した液体を反応させて電気的に接続する導電層形成工程（Ｓ５）と、を有する配線回路の形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線回路の形成方法に関する。

従来、配線回路を形成する方法として、基材上に金属ナノ粒子などの導電性粒子を溶媒に分散させたインクやペーストなどの導電性粒子含有液を所望のパターン状に塗布した後、このパターンを加熱し導電性粒子を焼成して導電性パターンを描画する方法が提案されている。この方法においては、導電性粒子含有液の塗布はインクジェット印刷やスクリーン印刷、転写などの手段を用いている。また、パターンの加熱は基材を加熱炉へ投入することで行われている。

このような配線回路の形成方法において、描画される導電性パターンが角部や十字部のようなラインが交差する領域を含む場合、その交差領域に塗布される液量が多くなることがある。交差領域において塗布液量が多くなると、液体の溶媒乾燥時の体積収縮量が大きくなるため、液の固形成分析出時にヒビ割れ・断線が発生する。

特許文献１には、パターン形成材料を含有する液体を基板上に塗布して少なくとも１つの角部を有する導電性パターンを形成する際、角部を構成する少なくとも２本のラインの他に、この角部から更に少なくとも１つの突出部を形成するように液体を塗布する方法が記載されている。このようにパターンを形成することにより、角部における塗布液過多を軽減し、最終的に得られるパターンの断線、短絡を減らすことができる。

また、他のパターン形成方法を、所望の十字パターンを描画する例を用いて図７を参照して説明する。図７（ｅ）の完成状態の図に示される十字の導電性パターン１０２は、基材１０１上に導電性粒子含有液１０４を塗布することによってなるライン状のパターン１１１，１１２を交差させることによって形成されている。

この方法は、ライン状の第一パターン１１１を形成する第一材料配置工程（図７（ａ））と、第一パターン１１１の一部に交差するようにライン状の第二パターン１１２を形成する第二材料配置工程（図７（ｃ））を有している。さらに、第一材料配置工程と第二材料配置工程との間に、基材１０１を加熱装置１０５で加熱することにより、第一パターン１１１を形成する導電性粒子含有液に含まれる溶媒を乾燥させ、乾燥第一パターン１１１ａとする溶媒乾燥工程（図７（ｂ））を有している。これにより、ライン状のパターン１１１，１１２の交差部における塗布状態を改善している。図７（ｄ）に示すように、乾燥第一パターン１１１ａと第二パターン１１２とは、オーブン１０６で基材１０１を全体加熱することによって、電気的に接続される。

特開２００３−１４２８０２号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、十字のような複数のラインが接するようなパターンを形成する場合、突起部を形成するスペースを確保することが困難となり、塗布液過多を防止することができない。また、近年、製品小型化のため、電子基板においても高密度化が求められているが、突起部形成スペースにより高密度配線実施が妨げられるという問題がある。

また、図７に示したような既知の技術は、第二パターン１１２を描画する際に乾燥第一パターン１１１ａ上を通過するため、導電性粒子含有液１０４を吐出するインクノズル１０３と基材１０１との間隔が乾燥第一パターン１１１ａの厚さ分だけ小さくなり、当該箇所において塗布状態が不安定となり、パターンのムラが発生するという問題がある。また、３本以上のラインが交差する場合においては、溶媒乾燥工程が２回以上必要となり、パターンの形成に時間がかかってしまうという問題もある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、複数のライン同士、又はラインと電極とが交差する導電性パターンを有する配線回路の形成方法において、交差部におけるパターンのヒビ割れやムラを防止しつつ、より短時間で配線回路を形成することができる配線回路の形成方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、直線又は曲線からなる複数のライン同士が交差するパターンを有する配線回路の形成方法において、前記パターンを、前記複数のライン同士が交わる交点部と、該交点部を除くライン部と、に分割し、前記ライン部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第一材料配置工程と、前記ライン部に塗布された液体の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥工程と、前記交点部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第二材料配置工程と、前記第一材料配置工程及び前記第二材料配置工程にて塗布した液体を反応させて電気的に接続する導電層形成工程と、を有する構成とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の配線回路の形成方法において、前記導電層形成工程は、前記液体が塗布される基材の全体を加熱することによって実施される構成とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の配線回路の形成方法において、前記第二材料配置工程は、前記液体を点状に吐出し、前記基材上に塗布点を形成することによって実施される構成とする。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の配線回路の形成方法において、前記第二材料配置工程にて吐出される前記液体の滴径は、前記塗布点の滴径が前記第一材料配置工程にて前記交点部を挟んで塗布された前記ライン部を構成するライン同士の最大間隔以上となるように調整される構成とする。

請求項５に記載の発明では、ラインと、該ラインよりも幅の広い電極とが交差するパターンを有する配線回路の形成方法において、前記パターンを、前記電極が配置される電極部と、前記ラインが配置されるライン部であって、前記ラインと前記電極の重なり部を除き、かつ、前記電極と所定間隔が設けられたライン部と、前記電極部と前記ライン部との間の交点部と、に分割し、前記ライン部及び前記電極部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第一材料配置工程と、前記ライン部及び前記電極部に塗布された液体の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥工程と、前記交点部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第二材料配置工程と、前記第一材料配置工程及び前記第二材料配置工程にて塗布した液体を反応させて電気的に接続する導電層形成工程と、を有する構成とする。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の配線回路の形成方法において、前記導電層形成工程は、前記液体が塗布される基材の全体を加熱することによって実施される構成とする。

請求項７に記載の発明では、請求項５又は請求項６に記載の配線回路の形成方法において、前記第二材料配置工程は、前記液体を点状に吐出し、前記基材上に塗布点を形成することによって実施される構成とする。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の配線回路の形成方法において、前記第二材料配置工程にて吐出される前記液体の滴径は、前記塗布点の滴径が前記第一材料配置工程にて前記交点部を挟んで塗布された前記ライン部と前記電極部との最大間隔以上となるように調整される構成とする。

本発明の配線回路の形成方法によれば、配線回路のパターンを分割し、別工程にて塗布された導電性粒子を含有した液体を反応させて導電性を付与する。これにより、複数のライン同士、又はラインと電極とが交差する導電性パターンを有する配線回路の形成方法において、交差部におけるパターンのヒビ割れやムラを防止しつつ、より短時間で配線回路を形成することができる。

本発明の第一の実施形態の配線回路の形成方法の工程フローを示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態のパターンの分割方法を示す図である。 本発明の第一の実施形態の配線回路の形成方法を説明する斜視図である。 図３における交点パターンの領域の拡大平面図である。 第一の実施形態の変形例の配線回路の形成方法を説明する斜視図である。 本発明の第二の実施形態の配線回路の形成方法を説明する斜視図である。 従来の配線回路の形成方法を説明する斜視図である。

（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態の配線回路の形成方法について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、基材１上に十字のパターンからなる導電性パターン２を形成する方法について説明する。

配線回路を形成するには、図１に示すステップＳ１〜Ｓ５を順次行う。ステップＳ１は、図２に示すように、十字のパターン２をライン部５と交点部６に分割する工程である。
まず、図２（ａ）に示す、直線を交差させた十字のパターン２を複数の部位に分割する。具体的には、十字のパターン２を、図２（ｂ）に示すようなライン部５と交点部６とに分割する。交点部６は、十字を構成する直線が交差し、重なる領域である。ライン部５は、パターン２のうち交点部６を除いた領域であり、４本の直線状のライン９より構成される。ライン部５と交点部６とは重複する領域がないように分割する。ライン部５を構成する４本のライン９は、それぞれが１本で描くことができ、他のラインと交点を有しなければ、本実施形態の直線状に限らず、曲線状であってもよい。
以上で、ステップＳ１が終了する。

ステップＳ２は、基材１上のライン部５の領域に導電性粒子含有液４を塗布する、第一材料配置工程である。
まず、図３（ａ）に示すように、ポリカーボネート樹脂からなる基材１を用意する。基材１の材質は、ポリカーボネート樹脂に限ることはなく、ガラス、セラミック、樹脂、又はこれらの複合体等、電気的に絶縁性を有するものなら適宜選択することができる。次いで、基材１を水平方向に移動可能に構成されたステージ（図示せず）に搭載する。

次に、図３（ｂ）に示すように、塗布装置３を使用して、基材１上のライン部５の領域に、導電性粒子含有液４を塗布し、液状ライン部５ａを形成する。本実施形態において導電性粒子含有液４は、銀ナノ粒子含有ペーストである。塗布装置３は、ディスペンサであり、導電性粒子含有液４はディスペンス法を用いて基材１の表面に塗布される。塗布装置３としては、ディスペンサに限らずインクジェット装置等、塗布領域、塗布材料に応じて適した塗布装置を選択することができる。また、導電性粒子含有液４としては、銀ナノ粒子含有ペーストに限ることはなく、金粒子、銅粒子等の導電性粒子を有機溶剤に分散させたインクやペースト等を適宜採用することができる。
以上で、ステップＳ２が終了する。

ステップＳ３は、液状ライン部５ａの溶媒を乾燥させる、溶媒乾燥工程である。
まず、図３（ｃ）に示すように、液状ライン部５ａが形成された基材１にエネルギーを付与し、導電性粒子含有液４の溶媒を乾燥させる。具体的には、７０℃に加熱したホットプレート４１上に基材１を載置し、基材１の全体を２０分加熱する。これにより、導電性粒子含有液４で形成された液状ライン部５ａは、乾燥ライン部５ｂとなる。
基材１にエネルギーを付与する手段としては、基材１の全体を加熱するのみならず、液状ライン部５ａのみを加熱してもよい。また、加熱方法は、ホットプレート４１を用いる他に、光照射等、導電性粒子含有液４の溶媒の種類や基材１の材質に応じて適宜選択することができる。
以上で、ステップＳ３が終了する。

ステップＳ４は、基材１上の交点部６の領域に導電性粒子含有液４ａを塗布する、第二材料配置工程である。
まず、乾燥ライン部５ｂが形成された基材１を水平方向に移動可能に構成されたステージ（図示せず）に搭載する。次いで、図３（ｄ）に示すように、交点部６の領域へ導電性粒子含有液４ａを塗布する。具体的には、塗布装置３と基材１とを相対移動させて、交点部６の領域に導電性粒子含有液４ａを液滴として吐出し、点状の塗布点８を形成する。この際、導電性粒子含有液４ａの液滴は、塗布点８の中心が乾燥ライン部５ｂを構成する複数のライン９同士の間隙の略中央となるように吐出される。

ここで、導電性粒子含有液４ａの液滴径及び塗布点８の直径について説明する。導電性粒子含有液４ａの液滴径は、吐出された導電性粒子含有液４ａの基材１上における濡れ性を考慮して設定する必要がある。具体的には、導電性粒子含有液４ａの液滴径は、描画後の塗布点８の直径がライン部５を構成するライン９同士の最大間隔以上となるように調整される必要がある。以下、その設定方法について説明する。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の十字のパターン２の場合、ライン９同士の間隔の距離は、Ｌ１，Ｌ２の２つとなる。上述したように、塗布点８の直径をライン９同士の最大間隔以上とするために、導電性粒子含有液４ａの液滴径を、この２つの距離Ｌ１，Ｌ２のうち大きい方の距離と略同じか、もしくはこの距離よりも小さくなるようにする。液滴の大きさは、塗布装置３を制御することによって調整する。図４（ａ）に示した例の場合、Ｌ１＜Ｌ２であるので、導電性粒子含有液４ａの液滴径は、Ｌ２と略同じか、もしくはＬ２より小さくなるように調整する。

導電性粒子含有液４ａの液滴は、基材１に着弾することによって濡れ広がり、塗布点８となって基材１上に描画される。濡れ広がりにより、塗布点８は導電性粒子含有液４ａの液滴径よりも大きな直径を持つ点として描画されるため、液滴径をＬ２より大きくする必要はない。導電性粒子含有液４ａの液滴径がＬ２と同じ場合、図４（ｂ）に示すように、基材１に塗布される塗布点８は、乾燥ライン部５ｂの４つの端部に跨るように配置される。

上述した液滴の濡れ広がりを考慮すると、液滴径は、Ｌ２以下としてもよい。ただし、導電性粒子含有液４ａの液滴径がＬ２よりも小さ過ぎる場合、図４（ｃ）に示すように、塗布点８は、乾燥ライン部５ｂの一対の端部に接するように配置されることになる。このように、塗布点８と乾燥ライン部５ｂとのオーバーラップが十分でないと、後の工程を経ても塗布点８と乾燥ライン部５ｂとが電気的に接続されないため、好ましくない。よって、導電性粒子含有液４ａの液滴径は、着弾した液滴が濡れ広がった際、塗布点８が乾燥ライン部５ｂに十分オーバーラップするように調整する必要がある。
以上で、ステップＳ４が終了する。

ステップＳ５は、基材１全体を加熱し、乾燥ライン部５ｂと交点部６に塗布された塗布点８を反応させて導電性を付与する、導電層形成工程である。
導電性粒子含有液にエネルギーを付与すると、液体成分（溶媒）が乾燥蒸発し、固体成分である導電性粒子同士が接触又は結合し、導電性を得ることができる。なお、本工程では、固体成分である導電性粒子同士の接触又は結合を実行するため、溶媒乾燥工程よりも多くのエネルギーを付与する必要がある。

本実施形態では、１４０℃のオーブン４２で３０分間、基材１を全体加熱し、乾燥ライン部５ｂ及び塗布点８に含まれる導電性粒子含有液４，４ａを焼成した。これにより、塗布点８の導電性粒子含有液４ａの溶媒は蒸発し、さらに乾燥ライン部５ｂ及び塗布点８の銀微粒子を被覆する有機膜等の分散剤が分解され、金属微粒子同士が凝集し金属結合が完了する。
以上で、基材１の表面に、乾燥ライン部５ｂを構成する４つのライン９は塗布点８により連続的なパターンとなり、ステップＳ５が終了する。つまり、銀のバルクの性質を有する導電性パターン２が形成される。

なお、第二材料配置工程で塗布する導電性粒子含有液４ａは、第一材料配置工程で塗布する導電性粒子含有液４と同様の液を用いても、異なる液を用いてもよい。また、塗布装置３も、第一材料配置工程で使用した装置と同様の装置を用いてもよいし、異なる装置を用いてもよい。

本実施形態によれば、複数の直線同士が交差する十字形状の導電性パターン２の交差部において、この領域に塗布される導電性粒子含有液４，４ａの液量が多くなることがない。これにより、導電性パターン２のヒビ割れやムラを防止することができる。

（変形例）
次に、第一の実施形態の変形例について説明する。第一の実施形態の変形例においては、３本の直線が交差したパターンを形成する。
図５（ａ）に示すように、第一材料配置工程では、基材２１の表面に導電性粒子含有液を塗布し、３本の直線が交わるパターンの交点部２６を除いた６箇所のライン２９からなる液状ライン部２５ａを形成した。溶媒乾燥工程では、７０℃に加熱したホットプレート（図示せず）に基材２１を載置し、２０分間加熱し、液状ライン部２５ａの溶媒を乾燥させ、乾燥ライン部２５ｂを形成した。

図５（ｂ）に示すように、第二材料配置工程では、３本の直線が交わるパターンの交点部２６（図５（ａ）参照）に導電性粒子含有液の液滴を点塗布し、塗布点２８を形成した。
導電層形成工程では、１４０℃のオーブンで３０分間、基材２１を全体加熱し、導電性粒子含有液を焼成した。以上により、図５（ｃ）に示すように、基材２１の表面に導電性パターン２２が形成された。

本実施形態の変形例によれば、３本以上の直線が交わる形状のパターンを形成する場合においても、溶媒乾燥工程を１回実施すればよいため、パターンの形成時間を短くすることができる。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態の配線回路の形成方法について説明する。
本実施形態の配線回路の形成方法は、第一の実施形態と同様に、第一材料配置工程、溶媒乾燥工程、第二材料配置工程、導電層形成工程をこの順に実施する方法である。
本実施形態は、例として、直線状の導電性ライン（以下、ラインと言う）の両端に、このラインと直交するように直線状の電極が接続されたパターンを形成した。ここで、電極とは、ラインよりも幅の広い導電性パターンのことを意味する。

まず、パターンを複数の部位に分割する。具体的には、電極が配置される電極部３７と、ラインが配置されるライン部３５とに分割する。ここで、ライン部３５は、ラインと電極との重なり部は除かれ、かつ、電極部３７との間に所定間隔が設けられている領域とする。このライン部３５と、電極部３７との間の間隙を交点部３６とする。

第一材料配置工程は、用意した基材３１を水平方向に移動可能に構成されたステージ（図示せず）に搭載し、基材３１と塗布装置３３を相対移動させて、基材３１の表面のパターン形成領域のうち、ライン部３５と電極部３７に導電性粒子含有液３４を塗布する。電極部３７への描画方法は、電極部３７の領域全体に導電性粒子含有液３４を塗布することができればどのような方法を用いてもよい。
本実施形態では、基材３１としてポリカーボネート樹脂を、塗布装置３３としてインクジェット装置を、導電性粒子含有液３４に銀ナノ粒子含有インクを用いた。電極部３７は、銀ナノ粒子含有インクによる直線を、電極部３７の幅方向に直線の線幅分ずつずらすことで描画した。

溶媒乾燥工程は、ライン部３５及び電極部３７に導電性粒子含有液３４が塗布された基材３１にエネルギーを付与し、導電性粒子含有液３４の溶媒を乾燥させる。本実施形態では、第一の実施形態と同様に、７０℃に加熱したホットプレート（図示せず）に基材３１を載置し２０分間加熱することで実施した。これにより、導電性粒子含有液３４が塗布されたライン部３５及び電極部３７は、乾燥ライン部３５ｂ及び乾燥電極部３７ｂとなった。

第二材料配置工程は、基材３１上のパターンのうち、ライン部３５と電極部３７を含まない交点部３６の領域へ導電性粒子含有液３４ａを描画する工程である。第一材料配置工程と同様、水平方法に移動可能に構成されたステージ（図示せず）に基材３１を搭載し、塗布装置３３ａと基材３１とを相対移動させて交点部３６の領域（図６（ａ）参照）に、導電性粒子含有液３４ａの液滴を吐出し、塗布点３８を描画することによって実施する。本実施形態では、導電性粒子含有液３４ａに第一材料配置工程で塗布した導電性粒子含有液３４よりも粘度の大きい銀ナノ粒子含有ペーストを用い、塗布装置３３ａにディスペンサを用いた。

導電層形成工程では、第一材料配置工程で塗布し、溶媒乾燥工程で導電性粒子含有液３４の溶媒を乾燥させた、乾燥ライン部３５ｂ及び乾燥電極部３７ｂ、及び第二材料配置工程で導電性粒子含有液３４ａを点塗布し得られた塗布点３８を反応させて導電性を付与する。
本実施形態では、第一の実施形態と同様に、１４０℃のオーブンで３０分間、基材３１を全体加熱し銀ナノ粒子含有ペーストを焼成した。これにより、塗布点３８の導電性粒子含有液３４ａの溶媒は乾燥し、さらに乾燥ライン部３５ｂ、乾燥電極部３７ｂ、及び塗布点３８の銀微粒子を被覆する有機膜等の分散剤は分解され、金属微粒子同士は凝集し金属結合された。
以上より、基材３１の表面に銀のバルクの性質を有する導電性パターン３２が形成された。

本実施形態の配線回路の形成方法によれば、形成に必要な塗布液量が多くなる電極を有するパターンを描画する場合でも、ライン部３５及び電極部３７と交点部３６とで液体を配置する工程を分け、ライン部３５及び電極部３７に配置した液体を乾燥させてから、交点部３６に液体を塗布したことにより、液量過多に起因する直線と電極との交点部にヒビ割れ、断線が発生することを防止することができる。

１，２１，３１…基材
２，２２，３２…導電性パターン
３，２３，３３…塗布装置
４，３４…導電性粒子含有液
５，２５，３５…ライン部
６，２６，３６…交点部
３７…電極部
８，２８，３８…塗布点
９，２９…ライン

Claims (8)

1. 直線又は曲線からなる複数のライン同士が交差するパターンを有する配線回路の形成方法において、
   前記パターンを、前記複数のライン同士が交わる交点部と、該交点部を除くライン部と、に分割し、
   前記ライン部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第一材料配置工程と、
   前記ライン部に塗布された液体の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥工程と、
   前記交点部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第二材料配置工程と、
   前記第一材料配置工程及び前記第二材料配置工程にて塗布した液体を反応させて電気的に接続する導電層形成工程と、を有することを特徴とする配線回路の形成方法。
2. 前記導電層形成工程は、前記液体が塗布される基材の全体を加熱することによって実施されることを特徴とする請求項１に記載の配線回路の形成方法。
3. 前記第二材料配置工程は、前記液体を点状に吐出し、前記基材上に塗布点を形成することによって実施されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線回路の形成方法。
4. 前記第二材料配置工程にて吐出される前記液体の滴径は、前記塗布点の直径が前記第一材料配置工程にて前記交点部を挟んで塗布された前記ライン部を構成するライン同士の最大間隔以上となるように調整されることを特徴とする請求項３に記載の配線回路の形成方法。
5. ラインと、該ラインよりも幅の広い電極とが交差するパターンを有する配線回路の形成方法において、
   前記パターンを、
   前記電極が配置される電極部と、
   前記ラインが配置されるライン部であって、前記ラインと前記電極の重なり部を除き、かつ、前記電極と所定間隔が設けられたライン部と、
   前記電極部と前記ライン部との間の交点部と、に分割し、
   前記ライン部及び前記電極部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第一材料配置工程と、
   前記ライン部及び前記電極部に塗布された液体の溶媒を乾燥させる溶媒乾燥工程と、
   前記交点部に導電性粒子を含有した液体を塗布する第二材料配置工程と、
   前記第一材料配置工程及び前記第二材料配置工程にて塗布した液体を反応させて電気的に接続する導電層形成工程と、を有することを特徴とする配線回路の形成方法。
6. 前記導電層形成工程は、前記液体が塗布される基材の全体を加熱することによって実施されることを特徴とする請求項５に記載の配線回路の形成方法。
7. 前記第二材料配置工程は、前記液体を点状に吐出し、前記基材上に塗布点を形成することによって実施されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の配線回路の形成方法。
8. 前記第二材料配置工程にて吐出される前記液体の滴径は、前記塗布点の直径が前記第一材料配置工程にて前記交点部を挟んで塗布された前記ライン部と前記電極部との最大間隔以上となるように調整されることを特徴とする請求項７に記載の配線回路の形成方法。

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