JP2014175374A - 微細導電パターンとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工程が簡略化され、作業の安全性が確保された、環境に優しい、線幅が細く、導電パターンのピッチが狭く、さらに厚膜の微細導電パターンの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】 本発明の微細導電パターン７は、微細導電パターン７の形状が形成されたシリコーン型１を基板２の上面に配置する工程と、前記シリコーン型１の空間部に導電性ペースト５を充填する工程と、前記溶液材料を硬化させて前記微細導電パターン７を成形する工程と、前記シリコーン型１を除去する工程からなるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基材の表面に厚膜で微細な導電パターンの製造方法に関するものである。

近年、電子機器部品を高密度に集積させて配置スペースを小さくするため、例えば、携帯電話などの電子機器製品の外形寸法をコンパクトにしたいという要求から、益々、導電パターンの線幅を細くし、導電パターンのピッチを狭くした微細導電パターンやパターンの位置精度を極めて高くすることが求められている。また、微細導電パターンの製造方法においても、環境対策やコストの低減対策がますます重要視されつつあり、さらに、導電パターンの電気特性を向上させる観点より、導電パターンが厚膜であることが求められている。

また従来、導電パターンの製造方法として、ペースト状に調整された導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷などの印刷法により基板表面に印刷される方法が採用されている（たとえば、特許文献１〜２参照）。

また、別の方法として、基板表面に金属箔を積層し、フォトリソグラフィー法のエッチング方式を用いて各種の導電パターンを製造する方法が採用されている（たとえば、特許文献３参照）。

特開平１０−１１７０５５号公報 特開２００９−１４３０９０号公報 特許３１５８５２４号公報

しかし、スクリーン印刷などの印刷法による導電パターンの製造方法は、以下のような課題があった。すなわち、印刷法で製造される線幅は、開口孔パターンの開口幅と印刷後の印刷ペーストの滲み量によって決まるものであり、また、導電パターンの間隔は、未開口幅と印刷後の印刷ペーストの滲み量によって決まるものであるため、線幅／間隔（以下Ｌ／Ｓと表記）が４０μｍ以下／４０μｍ以下の細線パターンを製造することは非常に困難であった。
また、膜厚においても、版の深度、インキ粘度、スキージによって変動させることができるが、これらの条件を変動させても、印刷後のインキ流動が発生するため、膜厚を３μｍ以上に製造することが困難であった。

また、フォトリソグラフィー法のエッチング方式による導電パターンの製造方法は、エッチングファクターの影響により、線幅を細く間隔を狭くすると膜厚は薄いものができ、膜厚を厚くすると線幅細いが導電パターンの間隔が広いものができる。そのため、Ｌ／Ｓ＝２０μｍ以下／２０μｍ以下かつ膜厚１μｍ以上の細線パターンの製造が困難であった。また、細線パターンの製造工程においてエッチング方式を用いるため、塗膜、レーザー照射、現像、アルカリ処理、水洗処理などと工程が煩雑となり、製造のタクトタイムが長く、設備コストも高くなる。さらに、エッチング方式で要する酸やアルカリの使用、水洗時に使用した排水の処理などがあるため、作業の安全性や環境面においても問題とされてきた。

したがって、本発明は上記問題を解決し、工程が簡略化され、作業の安全性が確保された、環境に優しい、線幅が細く、導電パターンのピッチが狭く、さらに厚膜の微細導電パターンの製造方法の提供を目的とする。

本発明者は、上記課題の解決するために以下のように構成した。

上記の目的を達成するために第１の発明は、微細導電パターンの製造方法であって、微細導電パターンの形状が製造されたシリコーン型を基材の上面に配置する工程と、
前記シリコーン型の空間に導電性ペーストを充填する工程と、
前記溶液材料を硬化させて前記微細導電パターンを成形する工程と、
前記シリコーン型を除去する工程からなるように構成した。

このように構成すると、シリコーン型の形状に溶液材料が充填し、硬化、形成されるため、導電パターンの幅、間隔ともに細い、膜厚のある微細導電パターンを製造することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記微細導電パターンがＬ／Ｓ＝１０〜１００μｍ／１０〜１００μｍの微細導電パターン製造方法である。

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記微細導電パターンの膜厚が１０μｍ以上である微細導電パターンの製造方法である。

第４の発明は、第１〜第３の発明の構成において、前記シリコーン型の材料がポリジメチルシロキサンである微細導電パターンの製造方法である。

以上説明したように、第１の発明は、微細導電パターンの製造方法であって、微細導電パターンの形状が形成されたシリコーン型を基材の上面に配置する工程と、
前記シリコーン型の空間部に導電性ペーストを充填する工程と、
前記溶液材料を硬化させて前記微細導電パターンを成形する工程と、
前記シリコーン型を除去する工程からなるように構成した。このように構成すると、シリコーン型の形状に導電性ペーストが充填し、硬化、形成されるため、パターン幅、間隔が細く、膜厚のある微細導電パターンを容易に製造することができる。

本発明の微細導電パターンの製造方法の一実施例を示す断面図である。 本発明の微細導電パターンの製造方法の一実施例を示す平面図である。 本発明の微細導電パターン板の一実施例を示す斜視図である。 本発明の微細導電パターン板の一実施例を示す平面図である。 本発明のシリコーン型の製造方法の一実施例を示す断面図である。

以下、本発明の微細導電パターン７の製造方法について図面を参照しながら説明する。

本発明の微細導電パターン７は、微細導電パターン７の形状が形成されたシリコーン型１を基板２の上面に配置する工程と（図１−ａ参照）、
前記シリコーン型１の空間部に導電性ペースト５を充填する工程と（図１−ｂ参照）、
前記溶液材料を硬化させて前記微細導電パターン７を成形する工程と（図１−ｃ参照）、
前記シリコーン型１を除去する工程（図１−ｄ参照）からなるように構成した。

［シリコーン型］
シリコーン型１は、厚膜の微細導電パターン７を正確にかつ完全に基板２表面に製造するために形成された成形型であって、以下、シリコーン型１の成形方法について図を参照しながら説明する。

シリコーン型１の成形方法は、基材１１に微細導電パターン７である凸部１２を有する凸型板１３を形成する工程と（図５−ａ参照）、凸型板１３を金属板で包囲して金型１４を形成する工程と（図５−ｂ参照）、金型１４内に液状のシリコーン樹脂を流し込む工程と（図５−ｃ参照）、金型１４を加熱１６して硬化させてシリコーン型１を形成する工程と（図５−ｄ参照）、金型１４からシリコーン型１を取り出す工程（図５−ｅ参照）からなるように構成した（図５参照）。

基材１１は、シリコーン型１のマスター型を成形に使用するものである。材質としては、例えば、シリコン板、ステンレス板、セラミック板、アルミニウム板、ガラス板、プラスチック板などが好ましい。特に、シリコン板を使用することで、特に表面平滑性に優れたシリコーン型１を形成することができる。

凸部１２は製造したい微細配線パターン７の形状と同形状のものを成形すればよく、基材１１の上に樹脂層によって形成される（図５−ａ参照）。凸部１２は、ポジ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法、ネガ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、孔版印刷法、レーザーアブレーション法等の種々のパターン成型法を用いることができるが、微細導電パターン７の高精細さの観点から、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法が好ましく、また、要求精度の凸型板１３を形成可能なポジ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法が最も好ましい。

感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法を凸部１２のパターン形成法として適用する場合、基材１１、感光性樹脂層が順次積層されている感光性樹脂積層体から凸型板１３の凸部１２を形成することが最も望ましい。感光性樹脂層の成型方法は、射出成型法、突出成型法、ラミネート法、バーコート法、スリットコート法、カンマコート法などの公知の方法を用いることができる。感光性樹脂積層体に公知の露光、現像の工程を経て、本発明のシリコーン型１を形成する凸型板１３を形成することができる。

感光性樹脂としては、例えば、ポリマーと不飽和結合を含むモノマーと光重合開始材を構成要素とする感光性樹脂が挙げられる。ポリマーとしては、例えば、ニトリルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴムなどのゴムの他に、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコールなどの合成樹脂やそれらの共重合体、セルロースなどの天然高分子などから一種類以上を選択することができるが、有機発光材料などといった塗工液を塗布する場合、有機溶剤に対する耐溶剤性の観点から、フッ素系エラストマーやポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ六フッ化ビニリデンやそれらの共重合体といったフッ素系樹脂が望ましい。

また、水を用いた現像を可能とするためには、感光性樹脂の一成分となるポリマーとして、水溶性溶剤に可溶なものを一種類以上含有することができる。例えば、ポリアミド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースコハク酸エステル、部分ケン化ポリ酢酸ビニル、カチオン型ピペラジン含有ポリアミドやこれらの誘導体などがあり、これらの内から一つ以上を選択して用いるとよい。

露光の照射によってラジカルを発生させる光重合開始剤としては、この用途に適するものであれば特に制限は無く、各種文献に報告されているものを用いることができる。光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタノール、２−クロロチオキサントン、２−エチルアントラキノン、ジエチルチオキサントン（カヤキュアＤＥＴＸ：日本化薬製）、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア１８４：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタノン（イルガキュア３６９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（イルガキュア６５１：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド（イルガキュア８１９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）又はビイミダゾール化合物などがあり、これらに限定されるものではないが、本発明では露光光源に２００〜４５０ｎｍの波長領域に輝線スペクトルを持つものを用いるため、この範囲の光の照射によってラジカルを発生させるものが好ましい。また、これらの光重合開始剤は、必要に応じて適宜に複数のものを混合して使用しても良い。

感光性樹脂層は、ラジカル重合性モノマー及び光重合開始剤を主成分とするものであるが、これらのほかにバインダー樹脂や樹脂層を基材１１の上に塗布する際に塗布しやすくするために可塑剤を添加することも可能であるし、また、適切な溶剤を加えてもよい。

成形された凸型板１３を金型１４で密閉する方法は、公知の方法を用いればよく、特に限定しない。例えば、凸型板１３を包囲するように金型をセットし、真空ポンプで真空引きすることにより、真空引きされることにより脱気されるため、金型１４内部を機密性高く密閉することができる（図５−ｂ参照）。

密閉された金型１４内部にシリコーン型１の主成分となるシリコーン材料１５を挿入する方法は、公知の方法を用いればよく、特に限定しない。例えば、金型１４の開口口よりシリコーン材料１５を充填する方法などを用いることができる（図５−ｃ）。

金型１４内に流し込まれる液状のシリコーン材料１５は、透明性があり、基材吸着性がよいものであればよく、特に限定しない。例えば、透明性、吸着性のよく、形状再現性にも優れるものとして、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を必須成分としているものを使用することができる。

金型１４を加熱１６する工程は、流し込まれたシリコーン材料１５を硬化させるために実施する。金型１４を加熱１６する方法としては、金型１４内部まで加熱１６されればよく、加熱１６方法は特に限定しない。例えば、オーブンを使用して、オーブン内に金型１４を投入させる方法などがある（図５−ｄ）。オーブン内の温度は、８０〜２５０℃であればよく、特に好ましくは、８０〜１１０℃に設定されることが好ましい。加熱時間は、３０〜９０分であればよい。

［基板］
基板２は、絶縁性を有する基板２であればよく、透明でも不透明でもよく、特に限定しない。例えば、ガラス基板や石英基板が使用できる。また、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムやシートであっても良い。これら、プラスチックフィルムやシートに、金属酸化物薄膜、金属フッ化物薄膜、金属窒化物薄膜、金属酸窒化膜薄膜、あるいは高分子樹脂膜を積層したものを基板２として利用してもよい。

金属酸化物薄膜としては、具体的には、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を用いることができる。金属フッ化物薄膜としては、具体的には、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム等を用いることができる。金属窒化物薄膜としては、具体的には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を用いることができる。また、高分子樹脂膜としては、具体的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。

また、これらの基板２は、あらかじめ加熱処理を行うことにより、基板２内部や表面に吸着した水分を極力低減することができる。また、基板２上に積層される材料に応じて、密着性を向上させるために、超音波洗浄処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理などの表面処理を施してから使用することが好ましい。

基板２の上にシリコーン型１を配置させる際、基板２の上に空気が入らないように密着させるとよい（図１−ａ）。

［導電性ペースト］
導電性ペースト５は、シリコーン型１に充填、樹脂を硬化した後に微粒子間の接続によって導電性の効果を有するため、流動性を有する樹脂に導電材料を分散すればよい。例えば、導電材料は、金属微粒子、導電性ポリマー、金属ナノワイヤーであればよく、金属ナノワイヤーが特に好ましい。また、樹脂を使用しない材料としては金属ナノコロイド溶液などが好ましい。金属ナノコロイド溶液は、シリコーン型１に充填後、加熱することにより、溶剤が揮発し、ナノ粒子間が結合して製膜される。このようにして製膜された微細導電パターン７内に導電性を阻害する樹脂が存在しないので、高い導電性を確保することができる。

金属微粒子としては、銀、銅、金、白金、ニッケル、アルミニウム、鉄、パラジウム、クロム、モリブデン、タングステンなどの金属の微粒子、例えば、酸化銀、酸化コバルト、酸化鉄、酸化ルテニウムなどの金属酸化物の微粒子、例えば、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｃｒ−Ｃｕ、Ｃｒ−Ｃｕ−Ｍｎ、Ｍｎ−Ｆｅ−Ｃｕ、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅなどの複合合金の微粒子、例えば、銀メッキ銅などのメッキ複合体の微粒子などが挙げられ、これら金属微粒子は、単独で、または、２種以上を混合して用いられる。なかでも、金属微粒子は、導電性能、コスト、耐酸化性（すなわち、高絶縁性酸化物を生成しにくいこと）などの観点より、特に、銀微粒子を用いると好ましい。

金属微粒子の粒径は、特に限定されないが、例えば、導電性ペースト５中での金属微粒子の充填性などを良好に保てる粒径であればよい。
金属微粒子の形状は、特に限定されないが、金属微粒子同士の接触面積を大きくして、導電性ペースト５から形成される微細導電パターン７の電気抵抗をより一層低くするには、金属微粒子が球状であるよりも、鱗片状であるのが好ましい。また、導電性ペースト５中において、金属微粒子の充填を最密化させる観点より、鱗片状の金属微粒子と球状の金属微粒子とを混合して用いることも有効である。

導電性ペースト５中の金属微粒子の含有割合は２０％以下が好ましい。後の工程でシリコーン型１内に充填するため、ある程度の流動性を確保する必要がある。樹脂の配合率は８０％以上であることが好ましいが、導電性ペースト５中での樹脂の相対的な含有割合が大きくなることに伴う、微細導電パターン７の導電性、電気特性の低下、あるいは、導電性ペースト５中でのバインダー樹脂の相対的な含有割合が小さくなることに伴う、微細導電パターン７の機械的強度や基材１１との接着強度の低下といった不具合を生じることがない範囲で、適宜設定すればよい。

導電性ポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリアニリン、ポリイミド、ポリピロール、ポリフラン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリイソチアナフテン、ポリアズレン、ポリフェノール、これらの誘導体などを挙げることができる。これらの中で、一般的な環境下で比較的安定的に存在できるという点でポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンが好ましい。

金属ナノコロイドの材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、カドミウム、スズ、鉛、ビスマス等の比較的卑な金属よりなるナノコロイド微粒子や金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム等の比較的貴な金属よりなるナノコロイド微粒子を使用するとよい。

樹脂は、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂のモノマー溶液であればよく、例えば、ポリエステル系アクリレート樹脂、ウレタン系アクリレート樹脂、ポリエーテル系アクリレート樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、ポリエステル系メタクリレート樹脂、ウレタン系メタクリレート樹脂、ポリエーテル系メタクリレート樹脂、エポキシ系メタクリレート樹脂、アクリル化合物、メタアクリル化合物が挙げられる。

［充填方法］
溶液材料をシリコーン型１内に充填する方法としては、シリコーン型１内に充填中に空気やゴミが混入することなく、ムラなく導電性ペースト５を高密度に充填できればよく、充填方法は特に限定しない。具体的には、注入法や吸引法などがある。注入法を使用する場合は、ディスペンサーなどで注入口３から押し込めばよい（図１−ｂ）。吸引法を使用する場合は、吸引口４と反対側の入口に導電性ペースト５を溜めておき、吸引口４から型内を減圧して吸い込ませるとよい。

［硬化方法］
本発明の導電性ペースト５は光硬化性樹脂を使用しているため、導電性ペースト５を硬化させる方法としては、紫外線や電子線など、導電性ペースト５の材料によって適宜変更した光６を照射させることにより、硬化させることができる（図１−ｃ）。

このようにして得られた本発明の微細導電パターン７と微細導電パターン板８を図１−ｄ又は図４に示す。本発明の微細導電パターン７は、シリコーン型１の形状に導電性ペースト５を充填し、硬化、形成するため、シリコーン型１に形成されている厚膜の微細な導電パターンを製造することが容易に得られる作用効果を有するものである。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明は微細導電パターン７に関し、特にＬ／Ｓ＝１０〜１００μｍ／１０〜１００μｍ、膜厚が１０〜１００μｍの微細導電パターン７とその製造方法に関するものである。

１ シリコーン型
２ 基板
３ 注入口
４ 吸引口
５ 導電性ペースト
６ 光
７ 微細導電パターン
８ 微細導電パターン板
１１ 基材
１２ 凸部
１３ 凸型板
１４ 金型
１５ シリコーン材料
１６ 加熱

Claims (6)

1. 微細導電パターンの形状が形成されたシリコーン型を基材の上面に配置する工程と、
   前記シリコーン型の空間部に導電性ペーストを充填する工程と、
   前記溶液材料を硬化させて前記微細導電パターンを成形する工程と、
   前記シリコーン型を除去する工程とを備えたことを特徴とする微細導電パターンの製造方法。
2. 前記微細導電パターンがＬ／Ｓ＝１０〜１００μｍ／１０〜１００μｍである請求項１に記載の微細導電パターンの製造方法。
3. 前記微細導電パターンの膜厚が１０μｍ以上である請求項１または２のいずれかに記載の微細導電パターンの製造方法。
4. 前記シリコーン型の材料がポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細導電パターンの製造方法。
5. 基材と、
   前記基材の上面にＬ／Ｓ＝１０〜１００μｍ／１０〜１００μｍである微細パターンとを備えた配線板。
6. 前記微細パターンの膜厚が１０μｍ以上である請求項６に記載の配線板。

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