JP2021125521A - プリント配線板、プリント回路板、及びプリント配線板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プリント配線板10は、基板11と、基板11の表面に設けられ、導電ペーストを硬化してなる配線12とを備える。導電ペーストは、30nm以上600nm以下の平均粒子径を有する金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子より大きい平均粒子径を有する金属粒子と、分子内にオキシラン環を有する熱硬化性樹脂と、硬化剤と、セルロース樹脂とを含有する。配線12は、100mm以上1600mm以下の長さ、0.3mm以上3mm以下の幅、10μm以上40μm以下の厚さ、及び1000mΩ/m以下の抵抗値を有する。
【選択図】図1
Description
を提供することにある。
まず、本実施形態に係るプリント配線板について説明する。図1に示すように、プリント回路板20はプリント配線板10と電子部品21とを備えている。プリント配線板10は、基板11と配線12とを備えている。
プリント配線板10に用いることができる基板11は特に限定されず、電気絶縁性のフィルム又は板材を用いることができる。このような基板11は屈曲性があり、使用箇所に応じて折り曲げなどに対応することができる。基板11の材料は特に限定されず、例えばポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、及びポリブチレンテレフタレート(PBT)からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
配線12は、基板11の表面に設けられている。配線12は、100mm以上1600mm以下の長さ、0.3mm以上3mm以下の幅、10μm以上40μm以下の厚さ、及び1000mΩ/m以下の抵抗値を有している。配線12の長さ、幅、厚さ及び抵抗値は、配線12の位置によって同じであってもよく、異なっていてもよい。
金属ナノ粒子は30nm以上600nm以下の平均粒子径を有する。金属ナノ粒子がこのような平均粒子径を有することにより、金属粒子の隙間を金属ナノ粒子で充填することができ、緻密な焼結体となるため、配線12の導電性を高めることが可能となる。なお、より緻密な焼結体を形成し、導電性を高める観点から、金属ナノ粒子の平均粒子径は70nm以上600nm以下であることがより好ましい。金属ナノ粒子の平均粒子径は、金属ナノ粒子を走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。
金属粒子は、金属ナノ粒子より大きい平均粒子径を有する。このような金属粒子を用いることにより、配線12を緻密化し、配線12の抵抗値を低減することができる。
第1樹脂は、オキシラン環を有する分子同士が反応して生成された樹脂である。オキシランは、エチレンオキシドとも呼ばれる三員環エーテルである。このような分子を用いることにより、基板11と配線12との密着性を向上させることができる。
第2樹脂はセルロース樹脂である。導電ペースト中にセルロース樹脂を均一に分散させることにより、導電ペーストの流動性が上昇し、導電ペーストの印刷適性が低下するのを抑制することができる。また、導電ペースト中にセルロース樹脂を均一に分散させることにより、熱硬化性樹脂及び硬化剤が互いに絡み合うため、導電ペーストを焼成してなる配線12と基板11との密着性を向上させることができる。
配線12を備えたプリント配線板10は、配線12の表面を覆って保護するための絶縁カバー材を備えていてもよい。絶縁カバー材としては、絶縁フィルムやレジストを用いることができる。絶縁カバー材は、粘着剤を片面に有するポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、又はポリウレタン(PU)等を用いることが好ましい。また、レジストは、熱硬化性レジスト、又はUV硬化性レジストを用いることが好ましく、特にエポキシ系レジスト、又はウレタン系レジストを用いることが好ましい。
次に、本実施形態に係るプリント回路板について説明する。本実施形態に係るプリント回路板20は、プリント配線板10と、プリント配線板10の基板11に対して配線12を介して接続された電子部品21と、を備えている。
電子部品21は、電子回路に使用可能な公知の部品を使用することができる。電子部品21としては、例えば、集積回路、トランジスタ若しくはダイオードなどの能動部品、抵抗若しくはコンデンサなど受動部品、又はこれらの組み合わせであってもよい。
次に、プリント配線板10の製造方法について説明する。本実施形態に係るプリント配線板10の製造方法は、基板11の表面に導電ペーストを塗布する工程と、塗布した導電ペーストを硬化して配線12を形成する工程と、を備えている。
導電ペーストは、金属ナノ粒子と、金属粒子と、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、セルロース樹脂とを含有している。
金属ナノ粒子は、上述した材料を使用することができる。導電ペーストは、30nm以上600nm以下の平均粒子径を有する金属ナノ粒子を含有する。通常、金属粒子の径が小さくなるに従って粒子表面に存在する金属原子数が多くなるため、金属の融点が低下する。そのため、導電ペーストにこのような金属ナノ粒子を用いることにより、比較的低温で配線12を形成することが可能となる。また、金属ナノ粒子の平均粒子径が30nm以上600nm以下であることにより、金属粒子の隙間を金属ナノ粒子で充填することができる。そのため、金属ナノ粒子と金属粒子が焼結することで緻密な焼結体となるため、導電ペーストの焼成により得られる配線12の導電性を高めることが可能となる。なお、より緻密な焼結体を形成し、導電性を高める観点から、金属ナノ粒子の平均粒子径は70nm以上600nm以下であることがより好ましい。
金属粒子は、上述した材料を使用することができる。金属粒子は、金属ナノ粒子より大きい平均粒子径を有する。このような金属粒子を用いることにより、配線12を緻密化し、配線12の抵抗値を低減することができる。金属粒子の平均粒子径は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。金属粒子の平均粒子径がこの範囲内であることにより、配線12の導電性を高めることが可能となる。また、後述するように、導電ペーストをスクリーン印刷法により絶縁性の基板11に塗布する場合でも、スクリーン印刷のメッシュに金属粒子が詰まるおそれが少ないため、微細な回路を効率的に形成することが可能となる。
本実施形態に係る導電ペーストは、分子内にオキシラン環を有する熱硬化性樹脂を含有する。このような熱硬化性樹脂を用いることにより、導電ペーストを基板11に塗布及び硬化させて配線12を形成した場合に、基板11と配線12との密着性を向上させることができる。
硬化剤は、導電ペーストに含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることができれば、特に限定されず、例えば、イミダゾール系硬化剤、アミド系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤などを用いることができる。硬化剤は、これらのうちの一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
導電ペーストは、セルロース樹脂を含有している。導電ペースト中にセルロース樹脂を均一に分散させることにより、導電ペーストの流動性が上昇し、導電ペーストの印刷適性が低下するのを抑制することができる。また、導電ペースト中にセルロース樹脂を均一に分散させることにより、熱硬化性樹脂及び硬化剤が互いに絡み合うため、導電ペーストを焼成してなる配線12と基板11との密着性を向上させることができる。
本実施形態の導電ペーストは、金属ナノ粒子、金属粒子、熱硬化性樹脂、硬化剤及びセルロース樹脂を均一に分散させるために、有機溶剤を含有していてもよい。有機溶剤としては、金属ナノ粒子及び金属粒子を高分散させ、熱硬化性樹脂、硬化剤及びセルロース樹脂を溶解することが可能なものであれば特に限定されない。
プリント回路板20は、プリント配線板10に電子部品21を実装することにより得られる。プリント配線板10に電子部品21を実装する方法は特に限定されず、例えばはんだ付けなどによって、プリント配線板10の基板11に対して配線12を介して電子部品21を接続してもよい。
まず、金属ナノ粒子、金属粒子、第1樹脂、硬化剤、第2樹脂及び有機溶剤を、自転公転攪拌機を用い、表1〜表6に示す配合比で攪拌することにより、各例の導電ペーストを調製した。各例の導電ペーストの原料として用いた材料は以下の通りである。
平均粒子径がそれぞれ25nm、30nm、70nm、350nm、600nm、700nmである銀ナノ粒子
平均粒子径がそれぞれ1.0μm、3.0μm、5.0μmである銀粒子
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂 三菱ケミカル株式会社製、jER(登録商標)828
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂 DIC株式会社製、EPICLON(登録商標)830
・脂肪族型エポキシ樹脂 新日鉄住金化学株式会社製、PG−207GS(ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル)
・ノボラック型エポキシ樹脂 新日鉄住金化学株式会社製、YDPN−638(フェノールノボラック型エポキシ樹脂)
・フェノール樹脂 群栄化学工業株式会社製、PS―2608
・ウレタン樹脂 荒川化学工業株式会社製、ユリアーノ(登録商標)KL−422
・ジシアンジアミド 三菱ケミカル株式会社製、DICY7
・イミダゾール 日本曹達株式会社製、NISSOCURE(登録商標) TIC−188
・ヘキサメチレンテトラミン 三菱ガス化学株式会社製
・ポリイソシアネート DIC株式会社製、BURNOCK(登録商標) D−750
・ヒドロキシエチルメチルセルロース 信越化学工業株式会社製、メトローズ(登録商標)SEB04T
・エチルセルロース ダウ・ケミカル・カンパニー製、エトセル(登録商標)STD4
・エチルセルロースアクリルポリマー 大成ファインケミカル株式会社製、アクリット(登録商標)KWE−250T
・ポリアミド 東京インキ株式会社製、F−915
・アクリル樹脂 DIC株式会社製、ACRYDIC(登録商標)52−204
・テルピネオール 東京化成工業株式会社製
・ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート 東京化成工業株式会社製
・テキサノール(2,2,4−トリメチルペンタン−1,3−ジオールモノイソブチラート) イーストマンケミカル社製
各例の導電ペーストについて、以下のように評価をした。これらの結果を表1〜表6にそれぞれ示す。
配線の比抵抗は、JIS K7194を参考に測定を行った。装置は、4探針抵抗測定器(エヌピイエス株式会社製抵抗率測定器Sigma−5+)を用いた。
基板に対する導電ペーストの密着性は、粘着力が3.9N/10mm以上5.7N/10mm以下のテープを用いた剥離試験により評価した。
・判定基準
○:印刷剥離が見られない(テープ側において剥離した配線が確認できない場合、及び、プリント配線板側において配線の剥離が目視で確認できない場合)
×:印刷剥離が見られる(テープ側において剥離した配線が確認できた場合、又は、プリント配線板側において配線の剥離が目視で確認できた場合)
実施例1−1で得られた導電ペーストをポリイミドフィルムの基板上にスクリーン印刷法で図3に示すパターンとなるように塗布し、140℃以上のオーブンで30分以上焼成してプリント配線板を得た。なお、スクリーン印刷は、図2に示すような角部に切欠部を有するスキージを用いた。切欠部を形成する第1外表面の長さL1及び第2外表面の長さL2は2mmであり、第1外表面と第2外表面とによって形成される内角は90度である。
田中貴金属工業株式会社製CE−I−WB(150)を導電ペーストとして使用した以外は実施例2−1と同様にプリント配線板を得た。
株式会社ダイセル製Picosil(登録商標)DNS−0201Pを導電ペーストとして使用した以外は実施例2−1と同様にプリント配線板を得た。
ナミックス株式会社製UNIMEC(登録商標)H9481を導電ペーストとして使用した以外は実施例2−1と同様にプリント配線板を得た。
(膜厚)
図3に示すパターンのプリント配線板において、KLA−Tencor社製触針式プロファイラD500を用いて配線の膜厚を測定した。
図3に示すパターンとなるように配線を形成したプリント配線板において、ADVANTEST社DIGITAL MULTIMETERを用いて配線の抵抗値を測定した。
上述のようにして得られたプリント配線板に対し、テープの接着面を気泡が残らないように指で圧着し、約10秒経過後、印刷面に直角の方向に、素早くテープを引きはがした。テープは、粘着力が5.30N/10mmのニチバン株式会社製アルミテープ No.950を用いた。印刷剥離が見られない場合(テープ側において剥離した回路が確認できない場合、及び、配線板側において回路の剥離が目視で確認できない場合)を○として評価した。また、印刷剥離が見られる場合(テープ側において剥離した回路が確認できた場合、又は、配線板側において回路の剥離が目視で確認できた場合)を×として評価した。
11 基板
12 配線
20 プリント回路板
21 電子部品
Claims (5)
- 基板と、
前記基板の表面に設けられ、30nm以上600nm以下の平均粒子径を有する金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子より大きい平均粒子径を有する金属粒子と、分子内にオキシラン環を有する熱硬化性樹脂と、硬化剤と、セルロース樹脂とを含有する導電ペーストを硬化してなる配線と、
を備え、
前記配線は、100mm以上1600mm以下の長さ、0.3mm以上3mm以下の幅、10μm以上40μm以下の厚さ、及び1000mΩ/m以下の抵抗値を有する、プリント配線板。 - 分子内にオキシラン環を有する熱硬化性樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂及び脂肪族型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1に記載のプリント配線板。
- 前記金属粒子の平均粒子径が1μm以上5μm以下である、請求項1又は2に記載のプリント配線板。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載のプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記基板に対して前記配線を介して接続された電子部品と、
を備える、プリント回路板。 - 基板の表面に導電ペーストを塗布する工程と、
塗布した前記導電ペーストを硬化して配線を形成する工程と、
を備え、
前記導電ペーストは、30nm以上600nm以下の平均粒子径を有する金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子より大きい平均粒子径を有する金属粒子と、分子内にオキシラン環を有する熱硬化性樹脂と、硬化剤と、セルロース樹脂とを含有し、
前記配線は、100mm以上1600mm以下の長さ、0.3mm以上3mm以下の幅、10μm以上40μm以下の厚さ、及び1000mΩ/m以下の抵抗値を有する、プリント配線板の製造方法。
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