JP4262699B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

この発明は配線パターンが基板上に形成されてなる配線基板に関する。

基板上に金属の配線パターンが形成された配線基板においては、外部との接続を担う部分（接点部）を除いて樹脂コーティングや絶縁フィルムで配線パターンを被覆するといったことが一般に行われ、このような被覆により配線パターンが保護されるものとなっているものの、接点部は露出した状態となっているため、例えば湿気などによって酸化や腐食さらにはマイグレーションが発生する虞れがあり、これにより接続（接触）不良が発生したり、隣接配線パターン間が短絡するといった問題が起こりうるものとなっていた。
このような問題に対処すべく、接点部にも保護膜を形成するといったことが従来提案されており、例えば特許文献１には相手方コネクタの端子によって突き破ることができる程度の膜厚の樹脂保護膜を形成することが記載されており、また特許文献２には相手方コネクタの端子によって削り取られる程度の硬度のふっ素系樹脂薄膜を形成することが記載されている。
特開２００２−１０９９９７号公報 特許第３５１８０２３号公報

上述したように、従来においてはマイグレーション等の発生を防止するために、樹脂保護膜を接点部に形成するといった構成を採用しているものの、この樹脂保護膜は導通接続時に破られ、あるいは削り取られるものであって、つまり接続部分において保護膜は除去されて接点部が露出されるものであって、そのような露出した接点部における腐食の進行は免れえないものとなっていた。加えて、一旦露出した接点部は露出状態のままとなるため、例えば着脱が繰り返し行われると露出部分が増大し、保護効果が大きく損われるものとなっていた。

さらに、導通接続時に樹脂保護膜が破られたり、削り取られたりするものであるため、その際に生じる樹脂粉等による汚染により接触不良が生じる可能性があった。
また、例えば接触圧が弱い場合には保護膜を良好に破ることができず、また削り取れないといった状況が生じうるため、弱接触圧の外部部品を導通接続することができないという問題もあった。
この発明の目的はこのような状況に鑑み、接点部の酸化、腐食やマイグレーション発生を防止でき、かつ弱接触圧の外部部品でも導通接続可能で、さらに導通接続時に従来のような汚染による接触不良も生じることがない配線基板を提供することにある。

請求項１の発明によれば、外部接続用の接点部を含む金属配線パターンが基板上に形成された配線基板において、シランを含有する絶縁性の有機薄膜が金属配線パターンを覆って基板上に形成され、有機薄膜は膜厚が５μｍ未満とされ、接点部は金属配線パターンの金属元素が拡散した有機薄膜を介して導通接続されるものとされる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、有機薄膜がポリエステル系シランもしくはポリビニル系シランよりなるものとされる。

この発明によれば、金属配線パターンは接点部も含めてシランを含有する有機薄膜によって覆われた構造となっているため、接点部の酸化や腐食、マイグレーション発生を防止することができる。
また、接点部は有機薄膜を介して導通接続されるものとなっているため、従来のように接点部に形成した樹脂保護膜を接続時に破ったり、削り取ったりするもののように、樹脂粉等によって接点部が汚染される虞れもなく、よって接触不良も発生せず、かつ弱接触圧の外部部品であっても良好な導通接続状態を得ることができるものとなっている。

この発明の実施形態を実施例により説明する。
実施例
基板上に配線パターンを形成し、その配線パターンを覆って基板上に有機薄膜を形成して配線基板を作製した。基板材料にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用い、配線材料にはＡｇ（銀）ナノ粒子分散インクを用いた。また、有機薄膜材料にはポリエステル系シラン溶液を用いた。以下に作製方法の詳細を順を追って示す。
（１）Ａｇナノ粒子分散インクによる配線パターン形成の前処理として、ＰＥＴフィルム基板の表面を撥水処理加工した。
（２）描画機能付ディスペンサを使用して基板上にＡｇナノ粒子分散インクを吐出し、配線パターンを描画形成した。図１は基板上に配線パターンが描画形成された配線基板サンプルを示したものであり、基板１１はこの例では幅３ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍとした。また、配線パターン１２は幅（Ｗ）０．２ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚さ２μｍとし、配線パターン間スペース（Ｓ）を０．２ｍｍとして６本形成した。
（３）描画された配線パターンを２００℃／１ｈ（２００℃，１時間）焼成し、Ａｇ配線パターンを形成した。
（４）Ａｇ配線パターンが形成された基板上にポリエステル系シラン溶液をスプレーコートし、２００℃／１ｈ焼成してポリエステル系シランよりなる有機薄膜を形成した。有機薄膜の膜厚は１．２μｍとした。

〈抵抗評価〉
上記のようにして作製した配線基板の配線抵抗と配線間絶縁抵抗を抵抗率計で測定した。測定は有機薄膜の上から、つまり有機薄膜を介して行うものとし、測定時の荷重は０．５Ｎ程度とした。なお、比較のため、有機薄膜無しのＡｇ配線パターンが露出したサンプルを用意し、同様に抵抗評価を行った。
＊有機薄膜有り（実施例）
上記６本の配線パターンにおいて、パターン両端間の配線抵抗は平均２Ω、配線間絶縁抵抗は全て１００ＭΩ以上であった。
＊有機薄膜無し（比較例）
６本の配線パターンにおいて、配線抵抗は平均２Ω、配線間絶縁抵抗は全て１００ＭΩ以上であった。

この結果より、配線抵抗は有機薄膜を介しても有機薄膜がない場合と同じ値が得られ、つまりこの例では有機薄膜が介在した状態で良好な導通がとれていることがわかる。なお、測定後に測定箇所において有機薄膜下の配線パターンが露出していない（有機薄膜が破れていない）ことを確認した。
一方、配線間絶縁抵抗は全て１００ＭΩ以上であり、隣接配線パターン間は良好に絶縁されていることを確認した。

〈腐食評価〉
上記のような有機薄膜を備えた配線基板に対し、マイグレーション試験を実施した。試験条件は８５℃、８５％ＲＨの雰囲気中で５Ｖ、５００ｈ通電とした。試験の結果、配線抵抗、配線間絶縁抵抗共に試験前後の変化はなく、良好な結果が得られた。

有機薄膜の膜厚について
有機薄膜の膜厚のみ変え、他は上記実施例と同様にして配線基板を作製し、配線抵抗及び配線間絶縁抵抗を測定した。結果を図２の表１に示す。
表１より有機薄膜の膜厚が５μｍ未満の時、配線抵抗はいずれも２Ωであって、有機薄膜を介した導通が可能であることがわかる。一方、有機薄膜の膜厚をこれより厚く、５μｍ以上とすると、配線抵抗は１００ＭΩ以上となり、つまり有機薄膜によって絶縁されて導通がとれなくなることがわかる。なお、配線間絶縁抵抗は全て１００ＭΩ以上であった。

有機薄膜の種類、基板・配線材料について
有機薄膜の種類、基板材料、配線材料及び配線工法を変えて各種配線基板サンプルを作製し、配線抵抗を測定した。配線パターンは上述した実施例と同様、図１に示した仕様とした。なお、配線パターン近傍の有機薄膜中の無機成分をＸＭＡで分析した。作製仕様及び測定結果を図３の表２に示す。

サンプルＡは上述した実施例において配線パターンの描画に描画機能付ディスペンサを使用していたのに代えて、インクジェット装置を用いたものであり、サンプルＢはサンプルＡに対し、基板材料をＳｉ（シリコン）に変えたものである。また、サンプルＣはサンプルＢに対し、配線材料・工法を変え、配線パターンをＡｕ（金）スパッタにより形成したものである。サンプルＤ〜ＦはそれぞれサンプルＣに対し、有機薄膜の種類を変えたものである。

表２より以下のことが言える。
・有機薄膜をポリエステル系シランやポリビニル系シランとすることにより、有機薄膜を介した導通が可能となる。これに対し、シランを含有しない場合は導通がとれない。
・配線材料はＡｇに限らず、Ａｕであっても有機薄膜を介した導通が同様に可能となる。
・シランを含有する有機薄膜を形成した場合、配線パターン近傍の有機薄膜中から配線材料の金属元素が検出された。これに対し、シランを含有しない有機薄膜においてはそのような金属元素は検出されなかった。

以上のことより、シランを含有する有機薄膜を配線パターン上に形成すると、配線材料の金属元素が有機薄膜中に拡散する現象が生じ、このような金属元素の拡散によって有機薄膜が導電性をもち、有機薄膜を介した導通接続が可能になると考えられる。なお、拡散の進行は表１に示した結果から多くても５μｍ程度と考えられ、有機薄膜の膜厚を５μｍ未満とすることで、このような導通接続が可能となる。
また、このような拡散の進行程度から、隣接配線パターン間のスペースは５μｍ以上あれば、有機薄膜を介して隣接配線パターンが導通するといったことを回避でき、つまり隣接配線パターン間の絶縁を確保できる。よって、極めて狭ピッチ（狭スペース）な配線パターンの配列を有する配線基板であっても、この発明を適用することができる。

図４に示した写真はこの発明による配線基板において、配線抵抗を測定し、良好な導通状態を確認した後で表面状態を撮影したものであり、測定箇所における有機薄膜の変化はなく、有機薄膜下の配線パターンは露出していないことがこの写真より確認される。
また、図５は配線基板の断面サンプルにより有機薄膜中の無機成分をＳＥＭ−ＸＭＡ分析した時のＳＥＭ写真の一例を示したものであり、ここでは配線材料をＡｇ（厚さ：０．５μｍ程度）とし、有機薄膜をポリエステル系シラン（厚さ：１０μｍ程度）としたサンプルを用いている。

ＸＭＡ分析により図５の写真中に示したように、有機薄膜中にＡｇ成分が存在していることが確認された。
以上説明したように、この発明による配線基板によれば接点部は有機薄膜で覆われた構造となっているため、接点部の酸化や腐食さらにはマイグレーション発生を防止することができる。
また、接点部は有機薄膜を介して導通接続されるものとなっているため、従来のように接点部を覆う保護膜を接続時に接触によって強制的に除去することによって導通をとる構造と異なり、安定した導通状態が得られ、汚染等による接触不良も生じる虞れがなく、さらには例えば接触圧０．５Ｎ程度の弱接触圧の外部部品でも良好な導通接続状態を得ることができる。なお、この発明で用いるシランを含有する有機薄膜は比較的硬度が高く、通常のコネクタ接続等の接触圧では破損しないものとなっている。

応用例
前述した実施例で用いたポリエステル系シラン溶液にＣｕ（銅）製のコネクタ端子を浸し、表面に有機薄膜を形成する実験を行った。浸漬時間は１分とし、１５０℃／１ｈ焼成してポリエステル系シラン膜を形成した。このコネクタ端子の導通評価を行った結果、導通が確認された。

評価用配線基板の配線パターンを説明するための平面図。 有機薄膜の膜厚を変えたサンプルの抵抗評価結果を示す表。 有機薄膜の種類、基板材料、配線材料・工法を変えたサンプルの抵抗評価結果及びＸＭＡ分析結果を示す表。 配線抵抗測定後の有機薄膜表面状態を示す写真。 ＳＥＭ−ＸＭＡ分析を行った際の有機薄膜中のＡｇ成分を示すＳＥＭ写真。

Claims (2)

1. 外部接続用の接点部を含む金属配線パターンが基板上に形成された配線基板において、
   シランを含有する絶縁性の有機薄膜が上記金属配線パターンを覆って上記基板上に形成され、
   上記有機薄膜は膜厚が５μｍ未満とされ、
   上記接点部は上記金属配線パターンの金属元素が拡散した上記有機薄膜を介して導通接続されることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１記載の配線基板において、
   上記有機薄膜がポリエステル系シランもしくはポリビニル系シランよりなることを特徴とする配線基板。

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