JP2016072370A - 回路基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、少なくとも表面にケイ素を含有する基板を準備する工程、該基板上に中間層前駆体を形成する工程、該中間層前駆体上にアルミニウム粒子を含むペーストを塗布することにより、該中間層前駆体上に導体層前駆体を形成する工程、該中間層前駆体および該導体層前駆体を形成した該基板を焼成することにより該基板上に中間層および導体層を形成する工程、該導体層上に特定パターンのレジスト膜を形成する工程、および該レジスト膜が形成されていない部分の該中間層および該導体層を除去する工程を含む、回路基板の製造方法である。
【選択図】図1
Description
また、該金属酸化物は、希土類元素の酸化物であってもよい。
また、該レジスト膜が形成されていない部分の該中間層および該導体層を除去する工程は、エッチング液により該中間層および該導体層を除去するものであってもよい。
<回路基板の製造方法>
本発明の回路基板の製造方法は、少なくとも表面にケイ素を含有する基板を準備する工程、基板上に中間層前駆体を形成する工程、中間層前駆体上にアルミニウム粒子を含むペーストを塗布することにより、中間層前駆体上に導体層前駆体を形成する工程、中間層前駆体および導体層前駆体を形成した基板を焼成することにより基板上に中間層および導体層を形成する工程、導体層上に特定パターンのレジスト膜を形成する工程、およびレジスト膜が形成されていない部分の中間層および導体層を除去する工程を含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、少なくとも表面にケイ素を含有する基板を準備する工程を含む。
少なくとも表面にケイ素を含有する基板としては、たとえば、図1(i)においてガラス−セラミックス複合基板1として示されるように、セラミックス基板2上にケイ素を含むガラス組成物3を被覆した基板を挙げることができる。ここで、セラミックス基板の材質は特に限定されるものではないが、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。また、ガラス組成物の材質は、ケイ素を含む限り特に限定されるものではないが、ホウ珪酸系ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩ガラスなどが挙げられる。ガラス−セラミックス複合基板はたとえば、セラミックス基板表面にガラスペーストを塗布焼成することにより、形成することができる。
本発明の回路基板の製造方法は、基板上に中間層前駆体を形成する工程を含む。この工程は、たとえば図1(ii)のように、ガラス−セラミックス複合基板1上に、中間層前駆体4aを形成する工程である。
本発明において使用される中間層前駆体の材料としては、この中間層前駆体から形成される後述の中間層において、高温加熱時における基板に含まれるケイ素と導体層に含まれるアルミニウムとの反応を抑制する効果が得られるものであれば特に限定なく用いることができるが、絶縁性を有するものを用いることが好ましい。
金属酸化物粒子は、希土類元素の酸化物またはアルカリ土類金属元素の酸化物であることが好ましいが、その中でも希土類元素の酸化物の粒子であることがより好ましく、酸化ランタン粒子であることがより好ましい。金属酸化物粒子の平均粒径は、特に限定されないが、100nm以上1μm以下であることが好ましい。この場合、中間層前駆体の焼成により形成される中間層の表面平滑性および厚さの制御の点で有利である。ここで、本発明における「平均粒径」とは、レーザー回折法によって測定された体積平均の粒度分布に基づいて算出された平均粒径を意味する。平均粒径はメジアン径(D50)とも呼ばれ、それより粒径が大きいものと小さいものとが等量で存在するような粒径と定義される。
本発明の中間層前駆体の材料として使用されるペースト中に含まれる溶剤は特に限定されず、イソプロピルアルコール、トルエン、シクロヘキサノン、グリコールエーテル系やグリコールエステル系、ターピネオール系などの有機溶剤を使用することができる。
本発明の中間層前駆体の材料として使用されるペースト中に樹脂を含む場合、ペースト中に含まれる樹脂分は特に限定されず、エチルセルロース系、アクリル系、またはポリビニルブチラール系などを用いることができるが、スクリーン印刷適性と焼成工程における残渣の残りにくさの観点からエチルセルロース系が好ましい。
中間層前駆体を形成する方法は特に限定されないが、たとえば少なくとも金属酸化物粒子と溶剤とを含むペーストを材料とする場合においては、該ペーストを基板表面に塗布することによって形成することができる。塗布部分は、基板の表面全面とすることが好ましいが、塗布されていない部分が存在しても、本発明の範囲を逸脱するものではない。
本発明の回路基板の製造方法は、中間層前駆体上にアルミニウム粒子を含むペーストを塗布することにより、中間層前駆体上に導体層前駆体を形成する工程を含む。この工程は、たとえば図1(iii)のように、中間層前駆体4a上に、導体層前駆体5aを形成する工程である。ペーストは、1回又は複数回塗布することができる。
本発明において使用されるアルミニウム粒子を含むペーストとしては、少なくともアルミニウム粒子と溶剤とを含むものを用いることができる。たとえば、溶剤を含む有機液体ビヒクルとアルミニウム粒子とから構成されるペーストを、好適に用いることができる。
アルミニウム粒子は、薄片状アルミニウム粒子であることが好ましく、アルミニウム粒子の平均粒径は、0.5〜50μmが好ましく、0.5〜20μmがより好ましい。上記アルミニウム粒子の平均粒径が0.5μm未満の場合は、アルミニウム粒子の比表面積が増大し、ペースト粘度が高くなってしまうことで印刷に適した粘度が得られにくい。またアルミニウム粒子の平均粒径が50μmを超える場合はペーストの印刷性が低下する場合がある。
本発明において使用されるペースト中に含有される有機液体ビヒクルの構成は、特に限定されないが、バインダー樹脂と溶剤とを含むものとすることができる。
本発明において使用されるペーストは、ガラスフリットを含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。本発明においては基板表面にケイ素が存在するために、必ずしもペースト中にガラスフリットが含まれずとも、ペーストを塗布して形成した導体層前駆体を、後の工程で焼成により導体層としたとき、中間層を介して基板と導体層との間に高い密着性を付与することができる。また導体層中にガラスフリット由来の絶縁物が含まれなければ、導電性などの性能や信頼性において優れたものとなる。このため、ペースト中にガラスフリットが含まれないほうが好ましい。
本発明におけるペーストの塗布方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、スプレー塗装法、スクリーン印刷法、インクジェット法などを採用して、ペーストを塗布して塗膜を形成し、導体層前駆体とすることができる。塗布回数は、1回でもよく、複数回でもよい。塗布部分は、中間層前駆体の表面全面とすることが好ましいが、塗布されていない部分が存在しても、本発明の範囲を逸脱するものではない。好適な導体層前駆体の厚さは、塗布方法およびペースト中の固形分濃度に依存して適宜変動するが、0.1〜100μmが好ましく、0.2〜5μmとすることがさらに好ましい。導体層前駆体が厚過ぎると、導体層前駆体を焼成して導体層を形成した後、後述の中間層および導体層を除去する工程において、中間層および導体層の除去が困難となるおそれがあり、また厚み方向の除去が完了する前に線幅方向の侵食が発生するおそれがある。導体層前駆体が薄過ぎると、導体層前駆体を焼成し、導体層としたとき、基板と導体層との間に十分な密着性を付与できないおそれがある。
上記ペーストの塗布による導体層前駆体の形成後、必要に応じて乾燥、脱脂処理を施してもよい。乾燥、脱脂の処理条件は特に限定されないが、通常、乾燥温度は50℃〜150℃、脱脂温度は250℃〜450℃である。また、乾燥、脱脂処理時の雰囲気は、特に限定されるものではないが、一般には空気中である。
本発明の回路基板の製造方法は、中間層前駆体および導体層前駆体を形成した基板を焼成することにより基板上に中間層および導体層を形成する工程を含む。中間層および導体層を形成する工程においては、たとえば図1(iv)のように、中間層前駆体4aおよび導体層前駆体5aを形成した基板を焼成して、基板上に中間層4bおよび導体層5bを形成する。
本発明における中間層前駆体および導体層前駆体の焼成方法については特に限定されない。焼成炉は種々のものを使用することができ、バッチ式焼成炉、ローラー式焼成炉、ベルト式焼成炉などが例示できるが、ベルト式焼成炉のように中間層前駆体および導体層前駆体を形成した基板を連続的に焼成することができる焼成炉を使用するのが生産性の面で好ましい。焼成温度は、400℃〜850℃とすることが好ましく、450℃〜600℃とすることがさらに好ましい。焼成時間は、短時間焼成から長時間焼成まで、アルミニウム粒子を含むペーストからなる導体層前駆体が焼成後に導電性を有する導体層となる焼成時間であれば特に限定されるものではない。ただし、抵抗値増大の要因となるアルミニウムの酸化皮膜の形成を抑制するためには短時間焼成が好ましい。
中間層は、たとえば図1(iv)のように、中間層前駆体4aが焼成されて中間層4bとなったものである。
導体層は、たとえば図1(iv)のように、導体層前駆体5aが焼成されて導体層5bとなったものである。このような導体層は、導電性を有するものである。
本発明の回路基板の製造方法は、少なくとも表面にケイ素を含有する基板上に中間層および導体層を形成することにより、上記のとおり中間層を介して基板と導体層との間に高い密着性が付与される。
本発明の回路基板の製造方法は、導体層上に特定パターンのレジスト膜を形成する工程を含む。この工程においては、たとえば図1(v)および(vi)のように、上記中間層および導体層を形成する工程で形成した導体層5b上に、特定パターンのレジスト膜6が形成される。
レジスト膜6は、公知のレジスト膜のうち、後述の中間層および導体層を除去する手段によって浸食されないものであれば、特に限定されずに用いることができる。たとえば、ドライフィルムなどの市販のレジスト膜を用いてもよいし、レジスト液をスピンコート法またはロールコート法などの塗布方法を用いて導体層上に塗布し、これをレジスト膜化してもよい。
ドライフィルムなどの市販のレジスト膜を用いる場合においても、レジスト液をレジスト膜化して用いる場合においても、通常の露光および現像のプロセスにより、特定パターンのレジスト膜を形成することができる。
本発明の回路基板の製造方法は、レジスト膜が形成されていない部分の中間層および導体層を除去する工程を含む。この工程は、たとえば図1(vii)のように、レジスト膜6が形成されていない部分の中間層4bおよび導体層5bを除去し、導体層を所望の配線パターンに形成する。
中間層および導体層を除去する手段としては、回路基板の配線間の絶縁信頼性を確保することができる程度に中間層および導体層を除去することができる手段を適宜用いることができ、エッチング液による除去、ブラスト処理などの手段を採用することが可能であるが、エッチング液により中間層および導体層を除去することが、回路を高精細に形成できるため好ましい。
中間層および導体層を除去する手段としてエッチング液による除去を採用する場合、中間層および導体層を除去することができるエッチング液を適宜用いることができるが、標準電極電位がアルミニウムの標準電極電位より大きな値をとる金属Mの金属イオン(以下単に「金属イオン」とも記す)とフッ化物イオンとを含むものであることが以下の理由から好ましい。
金属イオンは、標準電極電位がアルミニウムの標準電極電位より大きな値をとる金属Mのイオンである。標準電極電位がアルミニウムの標準電極電位より大きな値をとる金属Mのイオンであれば、その種類は特に限定されない。したがってアルミニウムとの電位差が大きいほど効果が高く、金、白金、銀、銅、鉛、錫、ニッケル、鉄、亜鉛などが例示できる。特に価格の点から鉄、銅を好適に用いることができる。鉄イオンは、その価数は特に限定されないが、3価の鉄イオンが好ましい。2価の鉄は空気中の酸素により容易に酸化されやすく、組成を制御する上で扱いが困難であるためである。銅イオンは、2価の銅イオンであることが好ましい。2価の銅塩は水に溶解しやすく、水溶液中で安定しているためである。このような鉄イオンおよび銅イオンは、塩化第二鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、塩化第二銅、硝酸銅および硫酸銅からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物に由来するものであることが例示できるがこれらに限定されるわけではない。ここで、「化合物に由来する」とは、その化合物がエッチング液に含まれ、金属イオンを生成することをいう。
上記のエッチング液は、上記の金属イオンとともに、フッ化物イオンを含む。
セラミックスなどの基板に接着剤を使用してアルミニウム箔を積層し、このアルミニウム箔をエッチングして回路を形成する場合であれば、エッチング液が上記の金属イオンさえ含んでいれば、フッ化物イオンが含まれずとも、エッチングが可能である。しかしながら、本発明の回路基板の製造方法で形成された導体層(アルミニウム粒子を含むペーストからなる導体層前駆体を焼成することにより形成された導体層)をエッチングして回路を形成する場合には、上記の金属イオンのみを含むエッチング液を用いても、エッチング後においても基板上に残渣が残ってしまい、絶縁信頼性に優れた回路が得られるようなエッチングを行なうことはできない。そこで、本発明で用いるエッチング液は、金属イオンとフッ化物イオンとを含むことが好ましい。これにより、基板上に残渣を残さず回路を形成することが可能となる。
レジスト膜が形成されていない部分の中間層および導体層をエッチング液により除去する具体的な方法は、特に限定されないが、基板全体をエッチング液に浸漬する方法、エッチング液をスプレーする方法などを採用することができる。上記のような方法を採用することで、レジスト膜が形成されていない部分の中間層および導体層をエッチング液により除去し、導体層について所望の配線パターンを形成することができる。
本発明の回路基板の製造方法は、上記の各工程を含む限り、他の任意の工程を含んでいても差し支えない。
(基板を準備する工程)
少なくとも表面にケイ素を含む基板として表1に示したとおり、アルミノ珪酸塩ガラス基板(商品名:「AN100」、旭硝子社製)を準備した。このアルミノ珪酸塩基板は、表面を含む基板全体にケイ素を含有する基板である。
金属酸化物粒子として酸化ランタン粒子(平均粒径1μm)4質量部と、エチルセルロース6質量部と、ブチルカルビトール90質量部とを攪拌してペーストを調整した。次に、上記工程で準備したアルミノ珪酸塩ガラス基板の表面に、スクリーン印刷法によりこのペーストを塗布することにより、該基板上に中間層前駆体を形成した。この中間層前駆体をさらに120℃で30分間乾燥した。乾燥後の中間層前駆体の厚さは約2μmであった。
エチルセルロース10質量部をブチルカルビトール90質量部に溶解した有機液体ビヒクル70質量部、ブチルカルビトール20質量部、および平均粒径11μmのアルミニウム粒子10質量部を攪拌して、アルミニウム粒子を含むペーストを調製した。次に、このペーストを、酸化ランタンを含む中間層前駆体が形成されたアルミノ珪酸塩ガラス基板の全面に、スクリーン印刷により塗布して塗膜を形成し、導体層前駆体とした。この導体層前駆体の形成後、導体層前駆体の凹凸をなくすために、導体層前駆体を形成したアルミノ珪酸塩ガラス基板を10分間水平な状態で静置し、次に100℃で10分間乾燥した。乾燥後の導体層前駆体の厚さは約3μmであった。
上記工程で中間層前駆体および導体層前駆体を形成したアルミノ珪酸塩ガラス基板を、大気雰囲気下において15分で600℃まで昇温し、600℃で10分間保持した後、30分で室温まで冷却するという一連の加熱工程により焼成して基板上に中間層および導体層を形成した。中間層および導体層の厚さを表1に示す。
エッチング液により中間層および導体層の除去を行なった。すなわち、エッチング液としては、塩化第二銅を14質量%含み、フッ化アンモニウムを3質量%含む水溶液であるエッチング液、すなわち、標準電極電位がアルミニウムの標準電極電位より大きな値をとる金属Mの金属イオン(二価の銅イオン)とフッ化物イオンとを含むエッチング液を用いた。エッチングは、レジスト膜が形成されていない部分を室温にて10秒間上記のエッチング液に浸漬させ、中間層および導体層を除去した。これにより、特定の配線パターンを形成した。その後、導体層上のレジスト膜をN−メチルピロリドンにて除去した。
中間層前駆体を形成する工程を行わないことにより中間層を形成しなかったことを除き、実施例1と同様の方法で回路基板を形成した。基板の材質および導体層の厚さを表1に示す。
上記の実施例1および比較例1によって得られた回路基板について、密着性および導体層の抵抗を測定することにより評価した。
導体層の密着性は、以下のように測定した。すなわち、セロテープ(登録商標)、(商品名:「CT−24」、ニチバン(株)製)を導体層表面に密着させ、45度の角度で引っ張り、導体層の剥離度合いを目視で観察した。観察結果に応じて、剥離がなければ密着性は「良好」、剥離があれば密着性は「不可」と評価した。この結果を表1に示す。
導体層の抵抗は、以下のように測定した。すなわち、まず、以下の(a)の抵抗値を測定し、これを初期値とした。その後、(b)および(c)のような各加熱工程を経た後の抵抗を測定した。
(a)回路基板作成後の抵抗を測定した。
(b)上記(a)の後、回路基板を800℃まで昇温し、800℃で10分間保持し、30分で室温まで冷却した後の抵抗を測定した。
(c)上記(b)の後、回路基板を800℃まで昇温し、800℃で10分間保持し、30分で室温まで冷却した後の抵抗を測定した。
(密着性)
表1の「密着性」の項は、実施例および比較例において作製された回路基板の基板と導体層との密着性の評価結果を示している。表1より明らかなように、中間層の有無に関わらず、良好な密着性が得られることが確認できた。
表1の「抵抗」の項は、抵抗の測定結果を示している。表1より明らかなように、実施例1と比較例1とを対比すると、中間層前駆体を形成し、それを焼成した中間層を有する実施例1の方が、中間層を形成しなかった比較例1よりも加熱後の抵抗値の増加が抑えられていることが確認できた。以上より、中間層前駆体を形成し、それを焼成した中間層を有することによって、加熱による抵抗の増加を抑制できるという本発明の優れた効果を得られることが明らかとなった。
Claims (8)
- 少なくとも表面にケイ素を含有する基板を準備する工程、
前記基板上に中間層前駆体を形成する工程、
前記中間層前駆体上にアルミニウム粒子を含むペーストを塗布することにより、前記中間層前駆体上に導体層前駆体を形成する工程、
前記中間層前駆体および前記導体層前駆体を形成した前記基板を焼成することにより前記基板上に中間層および導体層を形成する工程、
前記導体層上に特定パターンのレジスト膜を形成する工程、および
前記レジスト膜が形成されていない部分の前記中間層および前記導体層を除去する工程を含む、回路基板の製造方法。 - 前記中間層は、金属酸化物を含む、請求項1に記載の回路基板の製造方法。
- 前記金属酸化物は、希土類元素の酸化物である、請求項2に記載の回路基板の製造方法。
- 前記希土類元素の酸化物は、酸化ランタンである、請求項3に記載の回路基板の製造方法。
- 前記レジスト膜が形成されていない部分の前記中間層および前記導体層を除去する工程は、エッチング液により前記中間層および前記導体層を除去する、請求項1〜4のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
- 前記エッチング液は、標準電極電位がアルミニウムの標準電極電位より大きな値をとる金属Mの金属イオンとフッ化物イオンとを含む、請求項5に記載の回路基板の製造方法。
- 前記金属Mの金属イオンは、鉄イオンまたは銅イオンであり、前記フッ化物イオンは、フッ化水素、テトラフルオロケイ素、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロケイ酸塩、三フッ化ホウ素、フルオロホウ酸、フルオロホウ酸塩、フッ化リン、フッ化アンモニウム、フッ化銀、フッ化アルミニウム、フッ化セシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化リチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物に由来するものである、請求項6に記載の回路基板の製造方法。
- 前記エッチング液は、0.01〜10質量%の前記フッ化物イオンを含む、請求項6または7に記載の回路基板の製造方法。
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