JP4151541B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電性粒子と結着材とを含む導電体層からなる配線が基板上に形成されている配線基板およびその製造方法に関し、特に導電体層が少なくとも２層積層されているものに関する。

近年、携帯電話、パソコンに代表される電子機器の小型化、薄型化、高性能化、高速化の進展に伴い、電子機器に用いられる配線基板の小型化、配線密度の高密度化に加えて配線抵抗の低抵抗化、低コスト化に対する市場ニーズが高まってきている。また最近では、配線基板の製造工程における環境負荷の低減も重要な課題になってきている。このような背景から、従来より色々な提案がなされているが、特に配線抵抗の低抵抗化に関しては、次のものがある。

絶縁基板上に、平版印刷法により導電性インキの配線パターンを形成したのち、その配線パターンの上に電気メッキで金属膜を形成する（特許文献１）。このように、導電性インキだけでは高抵抗であるが、その導電性インキに低抵抗な金属膜を形成することで、低抵抗な配線とすることができる。
特開昭６１−２２４４９１号公報

しかし、特許文献１に開示されている配線基板は、製造工程が煩雑でしかも電気メッキの廃液処理が必要になることから、製造コストが高くなりしかも環境負荷が大きくなる課題があった。

そこで、本発明は係る従来の課題を解決して、環境負荷を大きくすることなく、配線抵抗の低抵抗化を実現する配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の配線基板は、基板上に、導電性粒子および結着材を含む第１の導電体層と第２の導電体層との少なくとも２層が上下に積層されてなる配線層を有する配線基板であって、第１の導電体層と第２の導電体層とに含まれている各々の導電性粒子の平均粒径が互いに異なっている構成である。

このように、配線層として導電性粒子の平均粒径が異なる導電体層を積層しているので、単層の導電体層に比べて低抵抗化した配線層とすることができる。

また本発明の配線基板は、第２の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径である第２の平均粒径が、第１の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径である第１の平均粒径より小さい構成である。

第１の平均粒径が大きく、第２の平均粒径が小さい構成とすることで、第１の導電体層と第２の導電体層との界面での導電性粒子の密度がより稠密となり、導電性能が向上する。

また本発明の配線基板は、第２の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径である第２の平均粒径を１００ｎｍ以下とする構成である。平均粒径が１００ｎｍ以下であると、２００℃以下で導電性粒子同士が焼結し、導電性を有するようになる。そして、この平均粒径が小さくなるほど、その焼結温度も下がる。その結果、耐熱温度の低い安価なフィルム基板を使用できる。

また本発明の配線基板は、配線層の一部を第１の導電体層のみで構成する。このように、必要な配線層の部分だけ積層して低抵抗にし、それ以外は単層の導電体層とすることで、低抵抗かつ低コストな配線層とできる。

また本発明の配線基板は、結着材を、熱硬化性樹脂もしくは紫外線硬化性樹脂とする構成である。これらの樹脂を使うことにより、配線層自体の強度および配線層と基板との接着強度を強くすることができる。

また本発明の配線基板の製造方法は、導電性粒子と結着材とを含む第１の導電体層の形状に形成する第１の導電体層形成工程と、結着材を固化させて第１の導電体層を導通させ第１の配線パターンを形成する第１の配線パターン形成工程と、第１の導電体層に含まれている平均粒径の導電性粒子より小さな平均粒径の導電性粒子を含む第２の導電体層の形状に形成する第２の導電体層形成工程と、第２の導電体層を加熱して第２の導電体層を導通させ第２の配線パターンを形成する第２の配線パターン形成工程とを有し、基板上に少なくとも第１の配線パターンと第２の配線パターンとを積層する方法である。

このように、導電性粒子の平均粒径が異なる導電体層を積層させる製造方法とすることで、導電性能が大きい導電体層が付加されるうえに、導電性粒子の密度が稠密となり、低抵抗化した配線基板にできる。また、電気メッキなどの廃液を生じることがないので、環境負荷を与えることもない。

また本発明の配線基板の製造方法は、第２の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径を１００ｎｍ以下とする方法である。

また本発明の配線基板の製造方法は、第１の導電体層形成工程と第２の導電体層形成工程とののちに第１の配線パターン形成工程と第２の配線パターン形成工程とを同時に行う方法である。このように、積層した導電体層を同時に固化することで、製造工程がより簡略化される。

また本発明の配線基板の製造方法は、第１の配線パターンの一部に第２の配線パターンを積層する方法である。このような製造方法により、必要な部分のみ低抵抗化でき、低コスト化が図られる。

本発明による配線基板およびその製造方法によれば、導電性粒子の平均粒径の異なる導電体層を積層させて配線層を構成するものである。その結果、電気メッキなどの廃液処理も不要なため、環境負荷を大きくすることなく、配線抵抗の低抵抗化を実現する配線基板およびその製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における配線基板の断面構成図、図２は図１の配線部を模式的に示した要部拡大断面構成図である。

図１において、配線基板１４は、導電性粒子と結着材とを含む第１の導電体層１６と第２の導電体層１８とが上下に積層された配線層１２、および絶縁性材料からなる基板１０で構成されている。第１の導電体層１６と第２の導電体層１８との大きな相違点は、図２に示すように、それぞれの層に含まれている第１の導電性粒子１６Ａと第２の導電性粒子１８Ａとの平均粒径が異なっている点である。すなわち、平均粒径の小さな第２の導電性粒子１８Ａを含む第２の導電体層１８が、平均粒径の大きな第１の導電性粒子１６Ａを含む第１の導電体層１６の上に積層された構成になっている。

本発明の実施の形態における基板１０としては、ガラス繊維入りエポキシ樹脂、セラミック板などの耐熱性基板、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリイミドなどのフィルムシートなど、通常の回路基板に用いられているものであればいずれでも適用できる。中でも、上述したフィルムシートは、汎用品として広く利用されているため安価であり、しかも基板の板厚を１００μｍ〜４００μｍに薄くできるため配線基板の薄型化に有効な点で好ましい。

本発明の実施の形態における第２の導電性粒子１８Ａの材料としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、銀とパラジウムの合金などの導電性金属があげられる。そして、それらを平均粒径が１００ｎｍ以下に微細化し、アミン、アルコール、チオールなどの分散剤で被覆したものを有機バインダー１８Ｂに分散混合した超微細ペーストの第２の導電体層１８が、配線層１２の比抵抗を１０^-5Ω・ｃｍ以下に低抵抗化できる点で好ましい。なお、本発明の第１の実施の形態では、第２の導電性粒子１８Ａを有機バインダー１８Ｂに分散混合した例を示しているが、有機バインダー１８Ｂを使用せず、第２の導電性粒子１８Ａを分散剤で被覆するだけでも良い。

また、本発明の実施の形態における第１の導電性粒子１６Ａとしては、上述した導電性金属を平均粒径１μｍ以上、３０μｍ以下に微細化したものが用いられる。そして、それらを結着材１６Ｂに分散混合した導電性ペーストの第１の導電体層１６が、スクリーン印刷法などの印刷方法により容易にかつ低コストで１０^-3〜１０^-4Ω・ｃｍの配線パターンを形成できる点で好ましい。ここで、第２の導電性粒子１８Ａの平均粒径は、平均粒径の大きな第１の導電性粒子１６Ａを最密充填した際に生ずる空隙を埋める大きさが好ましい。具体的には、第２の導電性粒子１８Ａの平均粒径は１００ｎｍ以下が好適で、平均粒径が１００ｎｍ以下であると、２００℃以下で導電性粒子同士が焼結し、導電性を有するようになる。そして、この平均粒径が小さくなるほど、その焼結温度も下がる。その結果、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド（ＰＩ）などの耐熱温度の低い安価なフィルム基板を使用できる。

結着材１６Ｂとしては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化樹脂が、基板１０との接着強度および配線層１２自体の強度が強くなる点で好ましい。

このように第１の導電体層１６に、第２の導電体層１８を積層させると、比抵抗の小さな第２の導電体層１８により配線層１２の配線抵抗は小さくなる。さらに、第１の導電体層１６と第２の導電体層１８との界面では、第１の導電性粒子１６Ａ間の隙間に、第２の導電性粒子１８Ａが入り込んだ状態になっている。このような大小の導電性粒子が混合した箇所では、各導電性粒子間に結着材１６Ｂはなく、各導電性粒子が接触することにより導電性能が向上する。

また、配線層１２の構成は図１、図２に示した第１の導電体層１６に第２の導電体層１８を積層する構成だけに限定されものではなく、この逆の第２の導電体層１８に第１の導電体層１６を積層する構成でも良い。さらに、第１の導電体層１６と第２の導電体層１８とを３層以上積層させて、配線抵抗を小さくした配線基板としても良い。なお、第１の導電性粒子１６Ａを使用せずに、第２の導電性粒子１８Ａのみで導電体層を形成すると、比抵抗が小さくなるので良いが、第２の導電性粒子１８Ａのコストおよびその低粘性による印刷時の取扱い困難性から、第２の導電性粒子１８Ａのみの導電体層形成は適当でない。

次に、本発明の第１の実施の形態における配線基板の製造方法を図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態における配線基板の一製造方法を示した工程断面図である。なお、図１および図２で説明したものと同一のものには同じ符号を付している。

まず図３（Ａ）に示すように、スクリーン印刷法あるいはステンシル印刷法などの通常の印刷方法を用いて、図１で説明した第１の導電性粒子である導電性ペースト（平均粒径：１μｍ〜３０μｍ）を基板１０上に印刷して第１の導電体層３０、３２を形成する（第１の導電体層形成工程）。

次に第１の導電体層３０、３２を乾燥もしくは加熱して固化させて導通させ、第１の配線パターン３１、３３を形成する（第１の配線パターン形成工程）。そののち、図３（Ｂ）に示すように、スクリーン印刷法やステンシル印刷法などの通常の印刷方法、あるいはインクジェット法を用いて、図１で説明した第２の導電性粒子である超微細ペースト（平均粒径：０．１ｎｍ〜１００ｎｍ）を第１の配線パターン３１の上に積層して第２の導電体層３４を形成する（第２の導電体層形成工程）。すると、第１の配線パターン３１と第２の導電体層３４の界面には、図２に示したように、第１の導電性粒子間の隙間に、第２の導電性粒子が入り込む。ここで、超微細ペーストは平均粒径が小さく、形成される膜厚が薄くても良いため、インクジェット法でも導電体層の形成ができる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、第２の導電体層３４を加熱して導電性粒子を焼結し導通させ、第２の配線パターン３５を形成する（第２の配線パターン形成工程）。このようにして、第１の配線パターン３３のみの配線、第１の配線パターン３１に第２の配線パターン３５を積層させた配線を作製できる。

なお、第１の配線パターン３１、３３を超微細ペーストで形成し、第２の配線パターン３５を導電性ペーストで形成しても良い。

また、第１の導電体層形成工程ののちに加熱などを行わずに、その上にインクジェット法で第２の導電体層３４を積層し、第２の導電体層３４形成後、同時に第１の配線パターン３１、３３形成と第２の配線パターン３５形成を行っても良い。これにより、製造工程はさらに簡略化される。

次に、具体的な実施例をあげて本発明の実施の形態による配線基板についてさらに詳しく説明する。

（実施例１）
基板は、厚さ５０〜２００μｍのポリエチレンテレフタレートシート（東レ合成フィルム株式会社製の非晶質ポリエチレンテレフタレート「ＰＥＴ−Ｇ」）からなる樹脂基板を用意した。導電性ペーストは、導電性粒子（平均粒径１μｍのＡｇ粒子）７５重量部と、熱硬化性結着材（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の混合物）２５重量部を用いた。また超微細ペーストとしては、平均粒径１０ｎｍのＡｇ粒子（ハリマ化成株式会社製のＡｇナノペースト「ＮＰＳ−Ｊ」）を用いた。

次に、スクリーン印刷法により、導電性ペーストからなる第１の導電体層（線幅５０μｍ×長さ５ｍｍ×膜厚２０μｍ）を複数本、樹脂基板に印刷した。印刷後、１１０℃に設定した熱風循環炉に入れて１０分間加熱し、導電性ペーストを硬化させて第１の配線を形成した。

次に、インクジェット法により、超微細ペーストからなる第２の導電体層（ドットピッチ：２５μｍ×２５μｍ、液滴量：３．０ｐｌ）を第１の配線の上に噴射したのち、１４０℃に設定した熱風循環炉に入れて２時間加熱し、超微細ペーストを固化させて第２の配線（線幅５０μｍ×長さ５ｍｍ×膜厚４μｍ）を形成した。

その結果、導電性ペーストからなる第１の配線と、超微細ペーストからなる第２の配線を第１の配線の上に積層した配線基板が得られた。また、基板と第１の配線および第２の配線が積層された配線とが接合された部分の接合強度をセロテープ試験法で調べたところ、第１の配線および第２の配線が積層された配線は剥がれず、基板に強固に接合されていた。そして、この第１の配線と第２の配線が積層された配線を、四探針法で抵抗値を計測すると２．２７Ωであった。

（実施例２）
実施例１と同様の方法で、導電性ペーストからなる配線パターンを形成し、導電性ペーストが未硬化の配線を形成した。次に、平均粒径のみ実施例１と異なる１００ｎｍのＡｇナノペーストからなる配線パターンを、導電性ペーストが未硬化の配線の上に形成したのち、１４０℃に設定した熱風循環炉に入れて２時間加熱し、導電性ペーストを硬化させた。

その結果、導電性ペーストの上にＡｇナノペーストが積層された配線部の断面を電子顕微鏡で観察したところ、Ａｇナノペーストが導電性ペースト中のＡｇ粒子間に浸透した状態で硬化されていた。抵抗値も同様の方法で計測すると、３．５５Ωであった。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態における多層配線基板の断面斜視図である。基板上に配線層を絶縁膜を挟んで多層に形成する場合も本発明の配線基板が適用できる。

図４に示すように、基板４０に第１層配線４２と第１層配線４４とが形成されている。ここで第１層配線４２は、導電性ペーストによる第１層配線下層膜４２Ａと超微細ペーストによる第１層配線上層膜４２Ｂより構成され、第１層配線４４は導電性ペーストで形成されている。そして、第１層配線４２、第１層配線４４の一部を除いて覆う絶縁膜４６が形成されている。第１層配線４２および第１層配線４４とそれぞれ接続する第２層配線４８および第２層配線４９が形成されている。第２層配線４９は、導電性ペーストによる第２層配線下層膜４９Ａとその第２層配線下層膜４９Ａの一部に超微細ペーストによる第２層配線上層膜４９Ｂより構成されている。

このように必要な部分だけ、超微細ペーストを積層し低抵抗化し、絶縁層４６を挟んで多層配線基板を作製できる。例えば、第２層配線４９を画像表示装置の信号線とすれば、画像信号の遅延を防止でき、画質低下を招くことがなくなる。

また、従来の電気メッキで配線層を積層して一部を低抵抗にする場合、配線層に直接電気メッキの端子を接触させると、断線を起こす場合がある。そのため、低抵抗にする部分から、電気メッキ用に配線を引き出し、電気メッキ後、引き出した配線を除去するという工程が必要であった。しかし、本発明によれば必要な部分のみ低抵抗にできるため、配線の引き出し、除去する工程は不要となり、製造工程が簡略化される。

（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態の配線の一部を低抵抗化した状態を示す図で、図５（Ａ）は配線基板の断面図、図５（Ｂ）はその平面図である。基板１０に導電性ペーストよりなる第１の導電体層５０を、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法などで形成する。そして、第１の導電体層５０の必要な部分にだけ、超微細ペーストよりなる第２の導電体層５２をスクリーン印刷法、インクジェット法で形成、加熱して、第１の導電体層５０と第２の導電体層５２とを硬化させ、配線層５４を作製した。

図５（Ｂ）に示すように、配線層５４に近接して電子部品６０を実装しなければいけない場合、配線層５４の幅を局所的に狭くする必要がある。このような場合、通常の配線層では抵抗が高くなるため、配線経路を迂回させなければいけないが、配線層の一部の幅を狭くして、その部分に第２の導電体層５２を積層することで、一定の抵抗値を保つことができる。このように、配線層５４の低抵抗化の必要な部分だけ、超微細ペーストで低抵抗化でき、それ以外は導電性ペーストのみの配線層で良い。

また上述の実施の形態以外にも、半導体メモリでメモリセルと電源をつなぐ配線を低抵抗化すると、電圧降下が小さくなり、データ保持特性を改善できるという効果がある。

本発明に係る配線基板およびその製造方法は、電気メッキなどの廃液処理も不要で、環境負荷を大きくすることなく、配線抵抗の低抵抗化が必要な導電体層が少なくとも２層積層されているものなどの用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態における配線基板の断面構成図 同実施の形態における配線基板を模式的に示した要部拡大断面構成図 同実施の形態における配線基板の一製造方法を示した工程断面図 本発明の第２の実施の形態における多層配線基板の断面斜視図 本発明の第３の実施の形態の配線の一部を低抵抗化した状態を示す図

符号の説明

１０，４０ 基板
１２，５４ 配線層
１４ 配線基板
１６，３０，３２，５０ 第１の導電体層
１６Ａ 第１の導電性粒子
１６Ｂ 結着材
１８，３４，５２ 第２の導電体層
１８Ａ 第２の導電性粒子
１８Ｂ 有機バインダー
３１，３３ 第１の配線パターン
３５ 第２の配線パターン
４２，４４ 第１層配線
４２Ａ 第１層配線下層膜
４２Ｂ 第１層配線上層膜
４６ 絶縁膜
４８，４９ 第２層配線
４９Ａ 第２層配線下層膜
４９Ｂ 第２層配線上層膜
６０ 電子部品

Claims (3)

1. 基板上に、導電性粒子および結着材を含む第１の導電体層とその上に形成され第２の導電体層との少なくとも２層が上下に積層されてなる配線層を有する配線基板であって、
   前記第２の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径である第２の平均粒径が、０．１ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記第１の導電体層に含まれている導電性粒子の平均粒径である第１の平均粒径の１μｍ〜３０μｍより小さく、必要な部分のみ前記第１の導電体層の上に前記第２導電体層を形成し、前記第１の導電体層の導電粒子間の隙間に、前記第２の導電体層の導電粒子が入り込むようにしたことを特徴とする配線基板。
2. 前記必要な部分のみとは、必要な信号線である請求項１記載の配線基板。
3. 前記結着材が、熱硬化性樹脂もしくは紫外線硬化性樹脂である請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の配線基板。

Images