JP2014225494A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて比抵抗の低い導体パターンを耐熱性の低い安価な材料の基板上に密着性良く形成すること。【解決手段】ポリイミド（ＰＩ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフィルム状基材３上に、導電性ペースト１３により導体パターン１ａをそれぞれ印刷し、焼成する。焼成後の導体パターン１ａをフィルム状基材３から剥離し、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等のフィルム基板１ｂ上に転写して接着剤５ｃにより接着する。導体パターン１ａを剥離したフィルム状基材３は、導電性ペースト１３により導体パターン１ａを印刷、焼成するのに再利用する。【選択図】図８

Description

本発明は、回路基板の製造方法に関する。

密着性の低い基材上に導体パターンを密着性良く形成して回路基板を製造する方法として、金属ナノ粒子を保護剤により分散媒体中に分散させた導電性ペーストを用いる方法が、従来から知られている。

この導電性ペーストを用いて導体パターンを基材上に形成する場合は、基材上に導電性ペーストを用いて印刷した導体パターンを加熱焼成し、金属ナノ粒子どうしの融着や結晶成長で金属被膜を基材上に形成させる。このとき、保護剤は金属被膜の表面に析出して、基材に金属被膜を接着させる接着剤として機能する。このため、密着性が低い基材に対して金属被膜を良好に密着させることができる（以上、例えば、特許文献１）。

特開２０１０−２５１７０３号公報

導体パターンの加熱焼成の際、理想的には、保護剤が金属被膜の表面に均等に析出して、金属被膜を基材に満遍なく良好な接着力で密着させる。しかし、実際には、金属被膜の表面に保護剤が均等に析出することは難しく、そのため、保護剤が接着剤として機能することで得られる金属被膜の基材に対する密着度が、場所によってばらつく場合がある。

また、金属被膜の表面に均一に析出しない場合の保護剤は、一部、金属被膜の内側に残ることがある。保護剤自体は導電性を有していないので、金属被膜内に保護剤が残ると、その分、導体パターンの比抵抗を上げてしまう。

さらに、金属ナノ粒子どうしの融着や金属被膜表面への保護剤の析出を誘発させるには、焼成温度を高めることが有効である。その代わり、焼成温度を高めるには、基材に耐熱性の高い材料を使用する必要が生じる。例えば、焼成温度を２００℃以上にすると、安価なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレン（ＰＥ）では耐熱性が不足するので基材として使用できず、高価なポリイミド等に基材の材料が限られてしまう。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、金属ナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて比抵抗の低い導体パターンを耐熱性の低い安価な材料の基板上に密着性良く形成することができる回路基板の製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の回路基板の製造方法は、
金属ナノ粒子を分散させた導電性ペーストの印刷、焼成により形成した導体パターンを基板上に有する回路基板の製造方法であって、
前記導体パターンに対する剥離性を有する基材に、前記導体パターンに対応するパターンで前記導電性ペーストを印刷する印刷工程と、
前記基材上の前記導電性ペーストを焼成して前記導体パターンを形成する焼成工程と、
前記基材とは異なる材料製の基板に、前記導体パターンを前記基材から転写、接着させる転写工程と、
を含むことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の回路基板の製造方法によれば、金属ナノ粒子を分散させた導電性ペーストを印刷、焼成して基材上で予め形成した導体パターンが、基材とは異なる材料製の基板に接着されて、回路基板を構成することになる。

そして、焼成後の導体パターンを基板に接着するので、加熱により表面に析出して接着剤として機能する化合物を導電性ペーストに含有させて、基板に対する導体パターンの密着性を良くする必要がなくなる。このため、表面に析出せず金属ナノ粒子間に残留する化合物により導体パターンの比抵抗が上がることがなくなる。

また、導電性ペーストの焼成を基板上で行わないので、耐熱性が高く高価なポリイミド（ＰＩ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を基板の材料に用いる必要がなくなり、耐熱性が低く安価なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等を基板の材料に用いることができる。

しかも、焼成により表面に析出し接着剤として機能する化合物を導電性ペーストに含有させないので、基材上で導電性ペーストを高温で焼成しても導体パターンの基材に対する密着性は上がらない。よって、耐熱性が高く高価なポリイミドやポリテトラフルオロエチレン等の基材上で導電性ペーストを焼成しても、焼成後の導体パターンを基材から容易に剥離させて基材を再利用することができる。

このため、導電性ペーストの焼成に使用する高価なポリイミドやポリテトラフルオロエチレン等の基材は再利用し、かつ、焼成後の導体パターンはポリエチレンテレフタレートやポリエチレン等の安価な基板に転写させるようにして、金属ナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて比抵抗の低い導体パターンを耐熱性の低い安価な材料の基板上に密着性良く形成することができる。

また、請求項２に記載した本発明の回路基板の製造方法は、請求項１に記載した本発明の回路基板の製造方法において、前記基板及び前記導体パターンの少なくとも一方を物理的表面処理又は化学的表面処理により改質して接着性を持たせる改質工程をさらに含むことを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の回路基板の製造方法によれば、請求項１に記載した本発明の回路基板の製造方法において、導体パターンに対する接着性を基板及び導体パターンの少なくとも一方に持たせる工程を、基材から基板に導体パターンを転写する前に一連の工程上の一つとして行うようにして、全体の工程管理上で一緒に管理することができる。

本発明によれば、金属ナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて比抵抗の低い導体パターンを耐熱性の低い安価な材料の基板上に密着性良く形成することができる。

本発明の製造方法により製造する回路基板の一実施形態の概略構成を示す説明図である。 本発明の回路基板の製造方法の一実施形態に係る手順を示すフローチャートである。 図２の印刷工程においてフィルム状基材上に導電性ペーストにより導体パターンを印刷した状態を示す断面図である。 図２の印刷工程におけるスクリーン印刷技術による導体パターンのフィルム状基材に対する印刷動作を示す説明図である。 図２の焼成工程においてフィルム状基材上の導体パターンを焼成する場合を模式的に示す説明図である。 図２の接着性付与工程で行う導体パターンに対する接着剤塗布工程の一例を模式的に示す説明図である。 図２の転写工程においてフィルム状基材上の導体パターンをフィルム基板上に転写する手順を示す説明図である。 図２の転写工程においてフィルム状基材上の導体パターンをフィルム基板上に転写する手順を示す説明図である。 銀ペーストによりポリイミド基材上に導体パターンを形成した状態を示す写真である。 図９の導体パターンに１００マスの切れ込みを入れてポリエチレンテレフタレート基板に転写した状態を示す写真である。 図１０の導体パターンの剥離面を拡大して示す写真である。

以下、本発明の回路基板の製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の製造方法により製造する回路基板の一実施形態の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る回路基板１は、導電性ペーストを焼成して形成した導体パターン１ａをポリエチレンテレフタレート製のフィルム基板１ｂ上に接着層１ｃを介して接着して形成されている。

図２は本発明の回路基板の製造方法の一実施形態に係る手順を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の製造方法は、印刷工程（ステップＳ１）、焼成工程（ステップＳ３）、接着性付与工程（ステップＳ５）、及び、転写工程（ステップＳ７）を含んでいる。

ステップＳ１の印刷工程では、図３に示すように、ポリイミド（ＰＩ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフィルム状基材３上に、導電性ペースト１３により導体パターン１ａをそれぞれ印刷する。導電性ペースト１３としては、例えば、銀等の導電性フィラーを分散させた有機バインダーレスの（接着剤としての化合物である有機バインダーを含有しない）ペーストが使用される。

導電性ペースト１３を用いた導体パターン１ａのフィルム状基材３に対する印刷は、例えば、スクリーン印刷技術を用いて行うことができる。その場合は、図４に示すように、スクリーン版１１に乗せた導電性ペースト１３を、スキージ１５を用いて導体パターン１ａに応じたパターンで、フィルム状基材３に転写する。

次に、焼成工程（ステップＳ３）では、図５に示すように、フィルム状基材３上の導電性ペースト１３を高温雰囲気４０によって焼成し、導電性ペースト１３内の導電性フィラー同士の隙間を減らして導体パターン１ａ、導電性ペースト１３の比抵抗を下げて電気伝導性を高める。

ここで、導電性ペースト１３は有機バインダーを含有していないので、焼成後の導体パターン１ａのフィルム状基材３に対する密着性は低く、フィルム状基材３から導体パターン１ａを容易に剥離することができる。

接着性付与工程（ステップＳ５）は、導体パターン１ａとフィルム基板１ｂとの密着性が低い場合に、必要に応じて導体パターン１ａやフィルム基板１ｂに対して行うもので、ステップＳ３の焼成工程と前後して行っても良く、並行して行っても良い。

そして、接着性付与工程は、接着剤を導体パターン１ａやフィルム基板１ｂの表面に塗布する接着剤塗布工程として行う場合と、化学的表面処理（ＣＢ処理）により導体パターン１ａやフィルム基板１ｂの表面を改質する化学的改質工程として行う場合と、物理的表面処理により導体パターン１ａやフィルム基板１ｂの表面を改質する物理的改質工程として行う場合とがある。

接着剤塗布工程として接着性付与工程を行う場合は、例えば、図６に示すように、ロールコート装置５の接着液槽５ａからピックアップロール５ｂによりすくい上げた接着剤５ｃを、フィルム状基材３上の導体パターン１ａの表面に塗布する。

ロールコート装置５を用いて接着剤５ｃを塗布する工程は、導体パターン１ａの表面の代わりに、あるいは、導体パターン１ａの表面と共に、導体パターン１ａを転写、接着するフィルム基板１ｂの表面に対して、接着剤塗布工程として行っても良い。また、予め表面に接着層が形成されたフィルム基板１ｂを用いる場合は、接着性付与工程を省略することができる。

化学的表面処理（ＣＢ処理）として接着性付与工程を行う場合は、例えば、上述したロールコート装置５のような装置を用いて、フィルム状基材３上の導体パターン１ａの表面とフィルム基板１ｂの表面とに、分子接合化合物をそれぞれ塗布する。

物理的表面処理として接着性付与工程を行う場合は、例えば、フィルム状基材３上の導体パターン１ａの表面とフィルム基板１ｂの表面とに、非重合性ガスを用いて架橋層を形成したり、反応性ガスを用いて官能基を導入したり、プラズマ照射により表面エッチング（凹凸加工）したり、有機モノマー（有機金属モノマー）を用いて高分子薄膜をコーティングする。

なお、予め表面に接着層が形成されたフィルム基板１ｂを用いる場合は、接着性付与工程を省略することができる。

続いて、転写工程（ステップＳ７）では、図７に示すように、フィルム状基材３上の導体パターン１ａの表面にフィルム基板１ｂを圧着させ、さらに、図８に示すように、フィルム状基材３からフィルム基板１ｂを引き離して、フィルム状基材３から導体パターン１ａを剥離させ、フィルム基板１ｂ上に転写する。

図７及び図８では、接着剤塗布工程として接着性付与工程を行い、導体パターン１ａの表面とフィルム基板１ｂの表面との両方に接着剤５ｃを塗布した場合の転写工程について示している。したがって、この場合は、フィルム基板１ｂに転写した導体パターン１ａをそれぞれの表面に塗布した接着剤５ｃの接着力により接着することになる。

以上の各工程を行うことにより、接着層１ｃである接着剤５ｃが導体パターン１ａをフィルム基板１ｂ上に接着した、図１の回路基板１を得る。

化学的表面処理や物理的表面処理として接着性付与工程を行った場合は、導体パターン１ａをフィルム基板１ｂに分子結合力で接着させることになる。そして、分子結合された部分が接着層１ｃとなった図１の回路基板１を、上述した各工程を行うことで得ることになる。

以上に説明した本実施形態の製造方法によれば、金属ナノ粒子を分散させた導電性ペースト１３を印刷、焼成してフィルム状基材３の上で予め形成した導体パターン１ａが、フィルム状基材１３とは異なる材料製のフィルム基板１ｂに接着されて、回路基板１を構成することになる。

そして、焼成後の導体パターン１ａをフィルム基板１ｂに接着するので、加熱により表面に析出して接着剤として機能する有機バインダー（化合物）を導電性ペースト１３に含有させて、フィルム基板１ｂに対する導体パターン１ａの密着性を良くする必要がなくなる。このため、表面に析出せず金属ナノ粒子間に残留する有機バインダーにより導体パターン１ａの比抵抗が上がることがなくなる。

また、導電性ペースト１３の焼成をフィルム基板１ｂ上で行わないので、耐熱性が高く高価なポリイミド（ＰＩ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等をフィルム基板１ｂの材料に用いる必要がなくなり、本実施形態のように、耐熱性が低く安価なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）をフィルム基板１ｂの材料に用いることができる。

しかも、焼成により表面に析出し接着剤として機能する有機バインダーを導電性ペースト１３に含有させないので、フィルム状基材３上で導電性ペースト１３を高温で焼成しても導体パターン１ａのフィルム状基材３に対する密着性は上がらない。よって、耐熱性が高く高価なポリイミドやポリテトラフルオロエチレン等のフィルム状基材３上で導電性ペースト１３を焼成しても、焼成後の導体パターン１ａをフィルム状基材３から容易に剥離させて、フィルム状基材３を再利用することができる。

このため、導電性ペースト１３の焼成に使用する高価なポリイミドやポリテトラフルオロエチレン等の基材は再利用し、かつ、焼成後の導体パターン１ａはポリエチレンテレフタレート製の安価なフィルム基板１ｂに転写させるようにして、金属ナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて比抵抗の低い導体パターン１ａを耐熱性の低い安価な材料のフィルム基板１ｂ上に密着性良く形成することができる。

なお、接着性付与工程（ステップＳ５）を行う場合は、導体パターン１ａに対する接着性をフィルム基板１ｂと導体パターン１ａの少なくとも一方に持たせる工程を、フィルム状基材３からフィルム基板１ｂに導体パターン１ａを転写する前に一連の工程上の一つとして行うようにして、全体の工程管理上で一緒に管理することができる。

また、フィルム状基材３から導体パターン１ａを転写するフィルム基板１ｂには、本実施形態で用いたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の他に、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等を用いることができる。

導体パターンの剥離性と比抵抗を検証するために、導電性ペーストによりポリイミド（ＰＩ）基材上に形成した導体パターンをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板に転写する実験を行った。

実験には、導電性ペーストとして、藤倉化成（株）製の銀ペースト（商品名「ナノ・ドータイトＸＡ９０５３」）を使用した。そして、図９に示すようにポリイミド基板上に形成した導体パターンに、ポリイミド基板に届く深さで１００マスの切れ込みを入れた。さらに、接着層付きのポリエチレンテレフタレート基板の接着面を導体パターンに貼り付けて、図１０に示すように、碁盤目試験の要領で導体パターンからポリイミド基板を引き剥がし、図１０に示すように、ポリエチレンテレフタレート基板に導体パターンを転写した。

この状態で、図１１に示す、ポリイミド基板から引き剥がした導体パターンの剥離面を確認したところ、全マスに対する正常に剥離されたマスの割合は、９０／１００であった。また、剥離後の導体パターンの比抵抗を測定したところ、比抵抗ＲはＲ＝３．０μΩ・ｃｍであった。

以上の結果から、金属ナノ粒子を含む導電性ペースト（銀ペースト）を用いて比抵抗の低い導体パターンを耐熱性の低い安価な材料の基板（ポリエチレンテレフタレート基板）上に密着性良く形成することができることがわかった。

本発明は、金属ナノ粒子を分散させた導電性ペーストの印刷、焼成により形成した導体パターンを基板上に有する回路基板を製造する際に用いて極めて有用である。

１ 回路基板
１ａ 導体パターン
１ｂ フィルム基板（基板）
１ｃ 接着層
３ フィルム状基材（基材）
５ ロールコート装置
５ａ 接着液槽
５ｂ ピックアップロール
５ｃ 接着剤
１１ スクリーン版
１３ フィルム状基材
１３ 導電性ペースト
１５ スキージ
４０ 高温雰囲気

Claims (2)

1. 金属ナノ粒子を分散させた導電性ペーストの印刷、焼成により形成した導体パターンを基板上に有する回路基板の製造方法であって、
   前記導体パターンに対する剥離性を有する基材に、前記導体パターンに対応するパターンで前記導電性ペーストを印刷する印刷工程と、
   前記基材上の前記導電性ペーストを焼成して前記導体パターンを形成する焼成工程と、
   前記基材とは異なる材料製の基板に、前記導体パターンを前記基材から転写、接着させる転写工程と、
   を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記基板及び前記導体パターンの少なくとも一方を物理的表面処理又は化学的表面処理により改質して接着性を持たせる改質工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。