JP4285197B2 - 回路基板の製造方法及び回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板、セラミック基板、プラスチック基板などの基板に導電性ペーストで回路形成を行なうようにした回路基板の製造方法及び回路基板に関するものである。

プリント基板など基板の表面に回路パターンを形成してプリント配線板などの回路基板を製造するにあたって、回路パターンを形成する方法としては、銅張り積層板の銅箔にエッチングを施して導体パターンのみを残して不要部分を取除くサブトラクティブ法や、絶縁基板の表面に導体パターンをメッキするアディティブ法が従来からよく用いられている。しかしこれらの回路形成方法は、多くの製造工程を必要とし、設備コストが多くかかると共に時間も長くかかり、また大量の処理廃液が生じる等の問題がある。

そこで、これらの問題を解決するために、金等の金属粒子を含有する導電性ペーストを用いて回路形成をすることが行なわれている。導電性ペーストにおいて金属粒子は有機化合物を被覆した状態で含有されており、導電性ペーストを絶縁基板の表面にインクジェット等で印刷することによって回路パターンを描画し、そしてこれを焼き付けて加熱処理することによって金属粒子を被覆している有機化合物を燃焼させ、金属粒子同士を結合させて導電性を付与することによって回路を形成する方法が一般的である。しかし、導電性ペーストを焼き付ける温度は５００℃以上の高温が必要である。

一方、平均粒径が１〜１００ｎｍの金属ナノ粒子の表面を有機化合物で被覆した材料をを含有する導電性ペーストが開発され、この導電性ペーストを用いて回路形成をすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のものでは、導電性ペーストを焼き付ける加熱温度は上記よりも低く設定されているが、それでも、２００〜２５０℃の加熱温度を必要としている。
特開２００２−２９９８３３号公報

近年、有機ＥＬや有機トランジスタなど、有機デバイスの開発が盛んに行なわれており、フレキシブルフィルムなど樹脂フィルム基板に回路形成をする必要性が増加している。そして樹脂フィルム基板のような低耐熱性の基板の表面に回路形成をする場合、上記の２００〜２５０℃の温度では耐熱温度を超えるので、さらに低い温度で回路形成できるようにすることが課題になっているものであった。

従って本発明は、高温で加熱する必要なく、導電性ペーストで回路形成をすることができる回路基板の製造方法及び回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る回路基板の製造方法は、平均粒径が１〜１００ｎｍの金属ナノ粒子の表面を有機化合物で被覆した材料を含有するペースト組成物を基板の表面に供給し、次にプラズマ処理をして金属ナノ粒子の表面の有機化合物とペーストのバインダーとを除去すると共に金属ナノ粒子を凝集させて回路を形成することを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、プラズマ処理の温度を１２０℃以下に設定することを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、プラズマ処理を酸素プラズマで行なうことを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る回路基板は、請求項１乃至３のいずれかの方法で製造されたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、金属ナノ粒子の表面の有機化合物にプラズマを作用させることによって、有機化合物を除去することができるものであり、このように有機化合物を除去すると、金属ナノ粒子はその表面エネルギーによって凝集し、導電性を有する回路を形成することができるものである。従って、導電性ペーストで回路形成するにあたって、高温で焼成して金属ナノ粒子の表面の有機化合物を除去するような必要がなく、高温で加熱する必要なく回路形成をすることができるものである。

また請求項２の発明によれば、耐熱温度が低いＰＥＴフィルムなどフィルム基板に回路形成をすることが可能になるものである。

また請求項３の発明によれば、反応性の高い酸素プラズマで、金属ナノ粒子の表面の有機化合物を効率良く除去することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

平均粒子径が１〜１００ｎｍのナノ粒子径の金属微粒子としては、金、白金、銅、ニッケル、クロム、コバルト、亜鉛、インジウム、スズ等を使用することができる。そして本発明で使用する導電性ペーストは、これらから選ばれる金属ナノ粒子をバインダーや溶剤に分散させて調製したものである。ここで、このような粒子径が１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子は、その表面エネルギーが非常に大きく、室温であっても金属ナノ粒子同士が溶融・結合して凝集体を形成し、導電性ペースト中に均一に含有させることができない。このために、金属ナノ粒子を有機化合物で被覆して、金属ナノ粒子の凝集を防止し、導電性ペースト中に金属ナノ粒子を均一に含有させることができるようにしてある。

また基板としては、プリント基板、Ｓｉ基板やガラス基板等のセラミック基板、プラスチック基板など各種の任意のものを用いることができるが、耐熱温度が２００℃以下のＰＥＴフィルムなど比較的耐熱温度の低い樹脂フィルム基板を用いることもできる。

そしてこの基板の表面に回路形成するにあたっては、まず基板の表面に導電性ペーストを印刷等して供給する。印刷の方法は従来から知られている任意の方法を採用することができるものであり、導電性ペーストを回路パターンで印刷するものである。次に、基板の表面に印刷した導電性ペーストをプラズマ処理する。このように導電性ペーストをプラズマ処理することによって、導電性ペーストのバインダーを分解して除去することができると共に、金属ナノ粒子に被覆されている有機化合物を分解して除去することができるものである。粒子径が１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子はその表面エネルギーが非常に大きいので、表面に被覆されている有機化合物をこのように除去すると、金属ナノ粒子同士は結合して凝集するため導電性が付与され、回路パターンとして印刷した部分に回路を形成することができるものである。

ここで、プラズマは有機化合物に直接作用して有機化合物を分解反応させ、有機化合物を容易に除去することができる。従って、高温で加熱する必要なく金属ナノ粒子に被覆されている有機化合物を除去することができるものであり、プラズマ処理の温度は１２０℃以下に設定するのが好ましい。このようにプラズマ処理の温度が１２０℃以下であれば、耐熱温度が低いＰＥＴフィルムなどフィルム基板に回路形成をすることが可能になるものである。プラズマ処理の温度は可能な限り低いほうが望ましいが、実用的には８０℃程度が下限である。またプラズマ処理は、各種のプラズマで行なうことができるが、中でもプラズマ媒体ガスとして酸素ガスを用いた酸素プラズマで行なうのが好ましい。酸素プラズマを用いることによって、有機化合物を効率よく分解反応させて除去することができるものである。

以下本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
金属ナノ粒子として日本ペイント株式会社製金ナノ粒子（粒子径５〜２０ｎｍ）を用い、この金ナノ粒子を２０質量％、有機化合物を３質量％、エノタール７７質量％の比率で含有する導電性ペーストを調製した。

そしてこの導電性ペーストを厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムの上に塗布し、回転数１０００ｒｐｍで１０秒間スピンコーティンすることによって、厚み０．２μｍで回路パターンを描画した。次いで、このように描画した回路パターンを酸素プラズマ処理した。酸素プラズマ処理は、電力２００Ｗ、酸素流量５０ｓｃｃｍの条件で行なった。このプラズマ処理の際の温度は１１０℃であった。

プラズマ処理の時間経過とともに回路パターンの比抵抗値は小さくなり、プラズマ処理時間１０分で比抵抗値０．１７×１０^−４Ω・ｃｍ、プラズマ処理時間１５分で比抵抗値０．４２×１０^−５Ω・ｃｍであり、電気回路として十分な導電性を有するものであった。また酸素プラズマにおいて酸素濃度を増やすことによって比抵抗値が小さくなることも確認した。

（実施例２）
実施例１で得た導電性ペーストを用い、厚さ０．４ｍｍのガラス基板の上に実施例１と同様にして回路パターンを描画した。そして実施例１と同様にして回路パターンに酸素プラズマ処理を施したところ、プラズマ処理時間１０分で比抵抗値０．９４×１０^−５Ω・ｃｍであり、電気回路として十分な導電性を有するものであった。

（比較例）
実施例１で得た導電性ペーストを用い、厚さ０．４ｍｍのガラス基板の上に実施例１と同様にして回路パターンを描画した。そして２００℃、３０分の加熱条件で熱処理を行なったところ、回路パターンに電気伝導性を得ることはできなかった。また２５０℃、３０分の加熱条件で熱処理をおこなったところ、回路パターンは比抵抗値０．６７×１０^−５Ω・ｃｍであった。

以上の結果から、各実施例のようにプラズマ処理を行なうことによって、１２０℃以下の低温度で、比較例のように２５０℃程度の高温加熱と同等の効果を得ることができることが確認された。

Claims (4)

1. 平均粒径が１〜１００ｎｍの金属ナノ粒子の表面を有機化合物で被覆した材料を含有するペースト組成物を基板の表面に供給し、次にプラズマ処理をして金属ナノ粒子の表面の有機化合物とペーストのバインダーとを除去すると共に金属ナノ粒子を凝集させて回路を形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
2. プラズマ処理の温度を１２０℃以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. プラズマ処理を酸素プラズマで行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかの方法で製造されたことを特徴とする回路基板。