JP2014103315A - 導電パターン構造及び導電パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い良好な導電パターンを有する導電パターン構造及び導電パターンの形成方法を提供する。
【解決手段】絶縁性の多孔質層１４上に、多孔質層を露出する開口部２８が形成された絶縁層２６を形成する工程と、導電粒子の結合体を含む液体３０ａを開口部内に供給する工程と、導電粒子を結合させることにより、導電粒子の結合体により形成された導電パターンを形成する工程とを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、導電パターン構造及び導電パターンの形成方法に関する。

近時、導電インクを用いて導電パターンを形成する技術が提案されている。

例えば、基材上に導電インクを塗布し、導電インクを焼結することにより、導電パターンを基材上に形成する。

特開２００７−１０３８５０号公報

しかしながら、提案されている技術では、導電パターンが基材から剥離してしまう場合があった。

本発明の目的は、信頼性の高い良好な導電パターンを有する導電パターン構造及び導電パターンの形成方法を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、絶縁性の多孔質層上に、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層を形成する工程と、導電粒子の結合体を含む液体を前記開口部内に供給する工程と、前記導電粒子を結合させることにより、前記導電粒子の結合体により形成された導電パターンを形成する工程とを有することを特徴とする導電パターンの形成方法が提供される。

実施形態の他の観点によれば、絶縁性の多孔質層と、前記多孔質層上に形成され、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層と、前記開口部内における前記多孔質層上に形成され、導電粒子の結合体により形成された導電パターンとを有することを特徴とする導電パターン構造が提供される。

開示の導電パターン構造によれば、導電粒子の結合体により形成された導電パターンが多孔質層上に形成されているため、導電パターンの一部が多孔質層の孔に入り込み、導電パターンが多孔質層に確実に固定されている。しかも、多孔質層上に形成された絶縁層の開口部内に導電パターンが形成されているため、パターンの寸法精度が高い。従って、信頼性が高く良好な導電パターンを有する導電パターン構造を得ることができる。

図１は、一実施形態による導電パターン構造を示す断面図である。 図２は、アルマイト皮膜の構造を示す模式図である。 図３は、一実施形態による導電パターンの形成方法を示す工程断面図（その１）である。 図４は、一実施形態による導電パターンの形成方法を示す工程断面図（その２）である。 図５は、一実施形態による導電パターンの形成方法を示す工程断面図（その３）である。 図６は、一実施形態の変形例による導電パターン構造を示す断面図である。 図７は、一実施形態の変形例による導電パターンの形成方法を示す工程断面図（その１）である。 図８は、一実施形態の変形例による導電パターンの形成方法を示す工程断面図（その２）である。

導電パターンの密着性を向上すべく、多孔質材料上に導電パターンを形成することが考えられる。多孔質材料上に導電パターンを形成すれば、導電パターンの一部が多孔質材料の孔内に入り込み、導電パターンを多孔質材料に確実に固定することが可能となる。

しかしながら、多孔質材料上に導電インクを塗布した場合には、導電インクが多孔質材料の表面で広がってしまい、高い寸法精度の導電パターンを得ることは困難である。

［一実施形態］
一実施形態による導電パターン構造及び導電パターンの形成方法を図１乃至図５を用いて説明する。

（導電パターン構造）
まず、本実施形態による導電パターン構造について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による導電パターン構造を示す断面図である。

図１に示すように、基材（基板）１０上には、絶縁性の多孔質層１４が表面に形成された部材１６が配されている。基材１０の材料としては、例えば樹脂等を用いることができる。絶縁性の多孔質層１４が表面に形成された部材１６としては、例えば、アルマイト皮膜（アルマイト層）１４が表面に形成されたアルミニウム箔１２等を用いることができる。アルマイト皮膜１４は、素地（基材、ベース）であるアルミニウム箔１２を陽極酸化することにより形成されている。多孔質層１４の厚さは、例えば２０μｍ程度とする。多孔質層１４が表面に形成された部材１６の素地１２の厚さは、例えば１０μｍ程度とする。

図２は、アルマイト皮膜の構造を示す模式図である。

図２に示すように、アルマイト皮膜１４は、蜂の巣のような六角柱状のセル１８の集合体により形成されている。セル１８の長手方向は、素地であるアルミニウム層１２の主面の法線方向である。各々のセル１８の中心には微細な孔（微細孔）２０が形成されている。孔２０はセル１８の長手方向に沿って形成されている。孔２０の上端は、セル１８の上面に露出している。一方、孔２０の下端は、素地のアルミニウム層１２には達していない。このため、後述する導電パターン３０の一部が孔２０内に入り込んでも、導電パターン３０と素地のアルミニウム層１２との間の絶縁性は確保される。また、孔２０は各々のセル１８毎に独立しており、各々のセル１８の孔２０同士は互いに繋がっていない。多孔質層１４の孔２０の径は、例えば１０ｎｍ程度である。

多孔質層１４上には、開口部２８が形成された絶縁層２６が形成されている。かかる開口部２８は、導電パターン３０を形成するためのものである。従って、開口部２８は、導電パターン３０の平面形状に形成されている。絶縁層２６の材料としては、例えば熱可塑性材料が用いられている。かかる熱可塑性材料としては、例えば熱可塑性樹脂が用いられている。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンが用いられている。絶縁層２６には熱処理が施されており、絶縁層２６の一部は多孔質層１４の孔２０（図２参照）内に入り込んでいる。このため、絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０には、絶縁層２６の一部が埋め込まれている。絶縁層２６の一部が多孔質層１４の孔２０に埋め込まれているため、絶縁層２６は多孔質層１４に確実に固定されている。また、絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０が絶縁層２６の一部により塞がれているため、後述する導電パターン３０の一部が絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０内に入り込んでしまうことはない。絶縁層２６の厚さは、例えば３０μｍ程度とする。

絶縁層２６の開口部２８内における多孔質層１４上には、導電パターン３０が形成されている。導電パターン３０としては、例えば電気的素子の導電パターンや配線パターン等が挙げられる。電気的素子の導電パターンとしては、例えばアンテナコイルのパターン等が挙げられる。配線パターンとしては、例えばプリント基板の配線パターン等が挙げられる。導電パターン３０は、導電粒子を含む液体３０ａ（図４（ｂ）参照）を開口部内に供給（塗布）し、焼結等により導電粒子を結合させることにより形成されている。このため、導電パターン３０は、導電粒子の結合体により形成されている。導電粒子を含む液体は、導電インクと称される。導電粒子としては、例えば銀や銅を含む金属粒子が用いられている。金属粒子を含む導電インクは、金属インクと称される。導電インク３０ａを開口部２８内に供給すると、開口部２８内に露出している多孔質層１４の孔２０内に導電インクが流入する。このため、導電粒子の結合体により形成された導電パターン３０の一部は、多孔質層１４の孔２０に入り込んだ状態となっている。導電パターン３０の一部が多孔質層１４の孔２０に入り込んでいるため、導電パターン３０は多孔質層１４に確実に固定されている。また、多孔質層１４に確実に固定された絶縁層２６の開口部２８内に導電インク３０ａを供給するため、導電インク３０ａは絶縁層２６と多孔質層１４との界面には浸入しない。このため、導電パターン３０の寸法は正確に制御されている。導電粒子の直径は、多孔質層１４の孔２０の径より小さいことが好ましい。導電粒子を多孔質層１４の孔２０内に入り込ませるためである。ここでは、導電粒子の直径を、例えば５ｎｍ程度とする。導電パターン３０の幅は、例えば１００μｍ程度とする。導電パターン３０の高さは、例えば１μｍ程度とする。

このように、本実施形態では、導電粒子の結合体により形成された導電パターン３０が多孔質層１４上に形成されているため、導電パターン３０の一部が多孔質層１４の孔に入り込み、導電パターン３０が多孔質層１４に確実に固定されている。しかも、本実施形態では、多孔質層１４上に形成された絶縁層２６の開口部２８内に導電パターン３０が形成されているため、寸法精度の高い導電パターン３０が形成されている。従って、本実施形態によれば、信頼性が高く良好な導電パターン３０を有する導電パターン構造を得ることができる。

（導電パターンの形成方法）
次に、本実施形態による導電パターンの形成方法を図３乃至図５を用いて説明する。図３乃至図５は、本実施形態による導電パターンの形成方法を示す工程断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、絶縁性の多孔質層１４が表面に形成された部材１６を基材１０上に貼り付ける。かかる部材１６を基材１０上に貼り付ける際には、例えば接着剤（図示せず）を用いる。基材１０の材料としては、例えば樹脂等を用いることができる。絶縁性の多孔質層１４が表面に形成された部材１６としては、例えば、アルマイト皮膜が表面に形成されたアルミニウム箔等を用いることができる。アルマイト皮膜は、素地であるアルミニウム箔を陽極酸化することにより形成されている。多孔質層１４の厚さは、例えば２０μｍ程度とする。多孔質層１４が表面に形成された部材１６の素地１２の厚さは、例えば１０μｍ程度とする。こうして、絶縁性の多孔質層１４が形成された基材１０が得られる（図３（ｂ）参照）
次に、例えば印刷法等により、開口部２８が形成された絶縁層２６を多孔質層１４上に形成する（図３（ｃ）参照）。かかる開口部２８は、導電パターン３０を形成するためのものである。従って、開口部２８の平面形状は、導電パターン３０の平面形状とする。導電パターン３０としては、例えば電気的素子の導電パターンや配線パターン等が挙げられる。電気的素子の導電パターンとしては、例えばアンテナコイルのパターン等が挙げられる。配線パターンとしては、例えばプリント基板の配線パターン等が挙げられる。導電パターン３０がアンテナコイルのパターンである場合には、アンテナコイルの平面形状の開口部２８が形成される。導電パターン３０が配線パターンである場合には、配線パターンの平面形状の開口部２８が形成される。絶縁層２６の材料としては、例えば熱可塑性材料を用いる。かかる熱可塑性材料としては、例えば熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンを用いる。絶縁層２６の厚さは、例えば３０μｍ程度とする。開口部２８の幅は、例えば１００μｍ程度とする。

次に、熱処理を行う。熱処理温度は、例えば１２０℃程度とする。熱処理時間は、例えば１時間程度とする。熱処理を行うと、絶縁層２６の流動性が高くなり、絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０（図２参照）に絶縁層２６の一部が入り込む。従って、絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４においては、多孔質層１４の孔２０が絶縁層２６の一部により塞がれる（図４（ａ）参照）。

熱処理を終了すると、絶縁層２６の温度が低下し、絶縁層２６の流動性が低くなり、やがて、絶縁層２６が固化される。絶縁層２６の一部が多孔質層１４の孔２０に入り込んでいるため、絶縁層２６は多孔質層１４に確実に固定された状態となる。

次に、例えば印刷法又はインクジェット法により、導電粒子を含む液体３０ａ、即ち、導電インクを絶縁層２６の開口部２８内に供給（塗布）する（図４（ｂ）参照）。導電粒子としては、例えば銀や銅を含む金属粒子が用いられる。導電粒子の直径は、多孔質層１４の孔２０の径より小さいことが好ましい。導電粒子を多孔質層１４の孔２０内に入り込ませるためである。ここでは、導電粒子の直径を、例えば５ｎｍ程度とする。導電インク３０ａを開口部２８内に供給すると、開口部２８内に露出している多孔質層１４の孔２０内に導電インク３０ａが流入する。絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０が絶縁層２６の一部により塞がれているため、絶縁層２６の直下に位置する部分の多孔質層１４の孔２０に導電インク３０ａが入り込むことはない。また、絶縁層２６が多孔質層１４に確実に固定されているため、絶縁層２６と多孔質層１４との界面に導電インク３０ａが浸入することはない。また、多孔質層１４の孔２０が素地であるアルミニウム層１２に達していないため、導電インク３０ａがアルミニウム層１２と接することはなく、導電パターン３０とアルミニウム層１２とが短絡してしまうことはない。

次に、例えば光照射又は熱処理により、導電インク３０ａの溶媒等を蒸発させ、導電インク３０ａに含まれている導電粒子を結合させる（図５（ａ）参照）。より具体的には、導電インク３０ａに含まれている導電粒子を焼結する。導電インク３０ａに含まれている導電粒子を光照射により結合させる場合には、例えばキセノンランプを光源として用いる。導電インク３０ａに含まれている導電粒子を熱処理により結合させる場合には、熱処理温度は例えば１２０℃程度とし、熱処理時間は例えば１時間程度とする。こうして、導電粒子の結合体により導電パターン３０が形成される（図５（ｂ）参照）。導電粒子の結合体により形成された導電パターン３０の一部は、多孔質層１４の孔２０に入り込んだ状態となる。導電パターン３０の一部が多孔質層１４の孔２０に入り込んでいるため、導電パターン３０は多孔質層１４に確実に固定された状態となる。多孔質層１４に確実に固定された絶縁層２６の開口部２８内に導電インク３０ａが供給され、導電インク３０が開口部２８の外側に漏れることはないため、正確な寸法の導電パターン３０が得られる。

このように、本実施形態では、導電インク３０ａを用いて形成される導電パターン３０を多孔質層１４上に形成するため、導電パターン３０の一部が多孔質層１４の孔２０に入り込み、導電パターン３０が多孔質層１４に確実に固定される。しかも、本実施形態では、絶縁層２６に形成された開口部２８内に導電インク３０ａを供給して導電パターン３０を形成するため、寸法精度の高い導電パターン３０が形成される。従って、本実施形態によれば、信頼性が高く良好な導電パターン３０を形成することができる。

（変形例）
本実施形態の変形例による導電パターン構造及び導電パターンの製造方法について図６乃至図８を用いて説明する。図６は、導電パターン構造を示す断面図である。

本変形例による導電パターン構造は、基材１０ａとしてアルミニウムが用いられており、アルミニウムの基材１０ａの表面にアルマイトの多孔質層１４が形成されているものである。

図６に示すように、基材（基板）１０ａの表面には絶縁性の多孔質層１４が形成されている。基材１０ａの材料としては、例えばアルミニウムを用いることができる。絶縁性の多孔質層１４としては、例えばアルマイト皮膜（アルマイト層）を用いることができる。アルマイトの多孔質層１４は、アルミニウムの基材１０ａを陽極酸化することにより形成されている。

多孔質層１４上には、図１を用いて上述した第１実施形態による導電パターン構造と同様に、開口部２８が形成された絶縁層２６が形成されている。絶縁層２６の一部は、絶縁層２６の直下の部分における多孔質層１４の孔２０（図２参照）に入り込んでいる。

絶縁層２６の開口部２８内における多孔質層１４上には、図１を用いて上述した第１実施形態による導電パターン構造と同様に、導電パターン３０が形成されている。導電パターン３０の一部は、導電パターン３０の直下の部分における多孔質層１４の孔２０（図２参照）に入り込んでいる。

このように、基材１０ａとしてアルミニウムが用いられており、アルミニウムの基材１０ａの表面にアルマイトの多孔質層１４が形成されていてもよい。

次に、本変形例による導電パターンの形成方法を図７及び図８を用いて説明する。図７及び図８は、本変形例による導電パターンの形成方法を示す工程断面図である。

まず、図７（ａ）に示すように、多孔質層１４が形成された基材１０ａを用意する。具体的には、例えば、アルマイトの多孔質層（アルマイト皮膜）１４が形成されたアルミニウムの基材１０ａを用意する。アルマイト皮膜１４は、アルミニウム板を陽極酸化することにより形成されている。多孔質層１４の厚さは、例えば２０μｍ程度とする。基材１０ａの厚さは、例えば２ｍｍ程度とする。

次に、図３（ｃ）を用いて上述した第１実施形態による導電パターンの形成方法と同様にして、開口部２８が形成された絶縁層２６を多孔質層１４上に形成する（図７（ｂ）参照）。

次に、図４（ａ）を用いて上述した第１実施形態による導電パターンの形成方法と同様にして、熱処理を行う（図７（ｃ）参照）。

次に、図４（ｂ）を用いて上述した第１実施形態による導電パターンの形成方法と同様にして、導電インク３０ａを絶縁層２６の開口部２８内に供給（塗布）する（図８（ａ）参照）。

次に、図５（ａ）を用いて上述した第１実施形態による導電パターンの形成方法と同様にして、導電インク３０ａに含まれている導電粒子を結合させる（図８（ｂ）参照）。

こうして、導電パターン３０が形成される（図８（ｃ）参照）。

このように、基材１０ａとしてアルミニウムが用いられており、アルミニウムの基材１０ａの表面にアルマイトの多孔質層１４が形成されていてもよい。

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、アルマイトにより多孔質層１４を形成する場合を例に説明したが、多孔質層１４はアルマイトに限定されるものではない。絶縁性の多孔質材料を多孔質層１４として適宜用いることが可能である。

上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
絶縁性の多孔質層上に、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層を形成する工程と、
導電粒子の結合体を含む液体を前記開口部内に供給する工程と、
前記導電粒子を結合させることにより、前記導電粒子の結合体により形成された導電パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする導電パターンの形成方法。

（付記２）
付記１記載の導電パターンの形成方法において、
前記絶縁層は、熱可塑性材料を含み、
前記絶縁層を形成する工程の後、前記液体を供給する工程の前に、熱処理を行うことにより、前記絶縁層の一部を前記多孔質層の孔に流入させる工程を更に有する
ことを特徴とする導電パターンの形成方法。

（付記３）
付記２記載の導電パターンの形成方法において、
前記熱可塑性材料は、熱可塑性樹脂を含む
ことを特徴とする導電パターンの形成方法。

（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の導電パターンの形成方法において、
前記多孔質層は、アルマイト層である
ことを特徴とする導電パターンの形成方法。

（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の導電パターンの形成方法において、
前記導電粒子は、銀又は銅を含む
ことを特徴とする導電パターンの形成方法。

（付記６）
絶縁性の多孔質層と、
前記多孔質層上に形成され、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層と、
前記開口部内における前記多孔質層上に形成され、導電粒子の結合体により形成された導電パターンと
を有することを特徴とする導電パターン構造。

（付記７）
付記６記載の導電パターン構造において、
前記導電パターンの一部が前記多孔質層の孔に入り込んでいる
ことを特徴とする導電パターン構造。

（付記８）
付記６又は７記載の導電パターン構造において、
前記絶縁層は、熱可塑性材料を含み、
前記絶縁層の一部が前記多孔質層の孔に入り込んでいる
ことを特徴とする導電パターン構造。

（付記９）
付記８記載の導電パターン構造において、
前記熱可塑性材料は、熱可塑性樹脂を含む
ことを特徴とする導電パターン構造。

（付記１０）
付記６乃至９のいずれかに記載の導電パターン構造において、
前記多孔質層は、アルマイト層である
を有することを特徴とする導電パターン構造。

（付記１１）
付記６乃至１０のいずれかに記載の導電パターン構造において、
前記導電粒子は、銀又は銅を含む
ことを特徴とする導電パターン構造。

１０、１０ａ…基材
１２…素地
１４…多孔質層
１６…部材
１８…セル
２０…孔
２６…絶縁層
２８…開口部
３０…導電パターン
３０ａ…導電インク

Claims (8)

1. 絶縁性の多孔質層上に、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層を形成する工程と、
   導電粒子の結合体を含む液体を前記開口部内に供給する工程と、
   前記導電粒子を結合させることにより、前記導電粒子の結合体により形成された導電パターンを形成する工程と
   を有することを特徴とする導電パターンの形成方法。
2. 請求項１記載の導電パターンの形成方法において、
   前記絶縁層は、熱可塑性材料を含み、
   前記絶縁層を形成する工程の後、前記液体を供給する工程の前に、熱処理を行うことにより、前記絶縁層の一部を前記多孔質層の孔に流入させる工程を更に有する
   ことを特徴とする導電パターンの形成方法。
3. 請求項２記載の導電パターンの形成方法において、
   前記熱可塑性材料は、熱可塑性樹脂を含む
   ことを特徴とする導電パターンの形成方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法において、
   前記多孔質層は、アルマイト層である
   ことを特徴とする導電パターンの形成方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法において、
   前記導電粒子は、銀又は銅を含む
   ことを特徴とする導電パターンの形成方法。
6. 絶縁性の多孔質層と、
   前記多孔質層上に形成され、前記多孔質層を露出する開口部が形成された絶縁層と、
   前記開口部内における前記多孔質層上に形成され、導電粒子の結合体により形成された導電パターンと
   を有することを特徴とする導電パターン構造。
7. 請求項６記載の導電パターン構造において、
   前記導電パターンの一部が前記多孔質層の孔に入り込んでいる
   ことを特徴とする導電パターン構造。
8. 請求項６又は７記載の導電パターン構造において、
   前記絶縁層は、熱可塑性材料を含み、
   前記絶縁層の一部が前記多孔質層の孔に入り込んでいる
   ことを特徴とする導電パターン構造。

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