JP4486660B2 - 印刷回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷回路基板の製造方法（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）に関する。

印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）は、集積回路、抵抗器またはスイッチなどの電気的部品がばんだ付けされる薄い板を意味する。コンピュータなど大部分の電子製品に使用される回路は印刷回路基板上に設置される。

通常、印刷回路基板は、絶縁体であるエポキシ樹脂またはベークライト樹脂で製造された薄い基板に銅箔を積層し、銅箔が残存して回路パターンになる部分だけに選択的にエッチングレジストが印刷されるようにした後、エッチング液に印刷された基板を浸すと、エッチングレジストが印刷されていない部分だけが選択的にエッチングされ、その後にエッチングレジストを除去することで回路パターンを形成する方式により製造される。後処理工程として、電子部品が実装される部分にホールを穿孔し、ソルダが付いてはいけない部分にはソルダレジストを塗布して印刷回路基板の製造を完了する。

最近、絶縁基板に回路パターンをプリンティングする方式として、次のような多様な方式が浮かび上がっている。第一、表面に回路パターンに応ずる凸状パターンが突出形成されたスタンパ（ｓｔａｍｐｅｒ）を高分子樹脂や液状モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）に熱圧着または圧着させた後、熱や紫外線（ＵＶ）で硬化させてスタンパに形成されたパターンを高分子樹脂に転写するインプリンティング（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）方式を例に挙げられる。しかし、樹脂に転写されたパターン内にメッキをして回路パターンを形成しなくてはならないという限界がある。

第二、高分子、金属などのさまざまな成分を有する多様な形態のインクをインクジェットヘッドのノズルを用いて噴射することで所望する回路パターンを描くインクジェット方式と、第三、特定パターンが穿孔された格子網の間にインクを注入して回路パターンを描くステンシル方式を例に挙げることができる。しかし、上述の方式はインクの広がり性などにより所望する厚みの回路パターンを形成しにくいという問題がある。

本発明は、インプリント技術を適用して絶縁層に凹状パターンを形成し、インクジェット方式で凹状パターンに導電性インクを印刷することにより一定の厚み以上の回路パターンを形成することができる印刷回路基板の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、（ａ）回路パターンデータを用いて回路パターンデータに応ずる凸状パターンが形成されたインプリンティングスタンパ（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｓｔａｍｐｅｒ）を提供する段階と、（ｂ）絶縁層にインプリンティングスタンパを加圧して、凸状パターンに応ずる凹状パターンを形成する段階と、及び（ｃ）回路パターンデータを用いて凹状パターンにインクジェット方式で導電性インクをプリンティングして回路パターンを形成する段階と、を含む印刷回路基板の製造方法が提供される。

段階（ａ）は、（ｄ）回路パターンデータに応ずるマスタパターンが凹状で形成されたマスタモールド（ｍａｓｔｅｒ ｍｏｌｄ）を製作する段階と、（ｅ）モールディング材がマスタパターンに充填されるようにモールディング材をマスタモールドに積層させる段階と、及び（ｆ）モールディング材をマスタモールドから分離する段階と、を含むことができる。

段階（ｄ）は、（ｄ１）マスクフィルムに回路パターンデータを印刷する段階と、及び（ｄ２）シリコンウェハまたはガラス基板にマスクフィルムを積層し、選択的にエッチングしてマスタモールドを形成する段階と、を含むことができる。

モールディング材は、単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）及びポリマー前駆体のうち、いずれか一つ以上を含み、段階（ｅ）は、（ｅ１）モールディング材をマスタモールドに塗布する段階と、（ｅ２）モールディング材にマスタパターンに応ずるパターンが凸状で形成されるようにモールディング材を重合（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）させる段階と、を含むことができる。

モールディング材は、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）を含み、段階（ｅ）は、（ｅ３）モールディング材をマスタモールドに積層する段階と、（ｅ４）モールディング材を加熱してモールディング材にマスタパターンに応ずるパターンが凸状で形成されるようにモールディング材を変形させる段階と、を含むことができる。

段階（ｆ）の以後にインプリンティングスタンパの表面にメッキ層を形成する段階をさらに含むことができる。段階（ｅ）は、マスタパターンにメッキ層が充填されるようにマスタモールドの表面をメッキする段階を含むことができる。メッキ層はニッケル（Ｎｉ）を含むことが好ましい。

段階（ｂ）は、（ｂ１）基板に絶縁層を積層し、インプリンティングスタンパを加圧する段階と、（ｂ２）インプリンティングスタンパを離型（ｄｅｍｏｌｄ）する段階を含むことができる。段階（ｂ２）の以後に、絶縁層を熱処理して硬化させる段階をさらに含むことができる。段階（ｃ）は、導電性インクを焼成させる段階を含むことができる。

また、本発明の別の実施形態によれば、絶縁層と、回路パターンが形成される位置に応じて絶縁層の一部が陥入されるように形成される凹状パターンと、凹状パターン内に充填されて回路パターンを成す導電性インクを含む印刷回路基板が提供される。

凹状パターンは、回路パターンに応ずる凸状パターンの形成されたインプリンティングスタンパを絶縁層に加圧することで形成されることができる。導電性インクは、凹状パターンにインクジェット方式でプリンティングされることができる。

上述した以外の別の実施形態、特徴、利点が以下の図面、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明より明確になるだろう。

本発明の好ましい実施例によれば、インプリント方式で加工した溝に導電性インクを注入することで、所望する厚みの回路パターンを具現することができ、金属の含有された導電性インクの焼成過程でのインクの滲み及びパターン形状の歪みを防止することができる。また、インプリンティングスタンパの製作に使用された回路パターンのＣＡＤデータをインクジェットプリンティング工程に再活用することができる。

以下、本発明による印刷回路基板の製造方法の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一な図面番号を付与し、これに対する重複される説明は略する。

図１は、本発明の好ましい一実施例によるインプリント工程を示す流れ図であり、図２は本発明の好ましい一実施例によるインクジェットプリンティング工程を示す概念図である。図１及び図２を参照すると、インプリンティングスタンパ１０、凸状パターン１２、絶縁層２０、基板２２、凹状パターン２４、回路パターン２６、インクジェットヘッド３０、導電性インク３２が示されている。

本実施例は、インプリント（ｉｍｐｒｉｎｔ）パターンの形成技術にインクジェットプリンティング技術を適用したもので、特定パターンが凸状で突出されて形成されたインプリンティングスタンパ１０、すなわち、スタンパを用いて高分子樹脂に当該パターンをインプリンティング（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）した後、転写された凹状パターン２４、すなわち、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）にインクジェットプリンティング方式を適用して導電性インク３２を注入することで、特定パターンに応ずる回路パターン２６を具現することを特徴とする。

インプリント技術とは、既存の基板工程でのフォトレジスト積層、エッチング、ビア（ｖｉａ）形成のためのドリルなどの多くの工程を、一つのインプリンティング工程に代替して絶縁性フィルム（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ｆｉｌｍ）に回路パターンを形成する技術である。

インプリント工法を適用して微細回路パターン２６を加工するためには、図１の（ａ）のように加工しようとする微細パターンが凸状で加工された金型であるインプリンティングスタンパ１０を絶縁層２０に積層し、図１の（ｂ）のようにインプリンティングスタンパ１０を絶縁層２０に圧着して離型することにより、図１の（ｃ）のようにビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）を含んだ微細パターンを加工する技術である。このようなインプリント技術を適用することで微細回路パターン２６を具現することができ、複雑な工程が一つの工程に代替されて工程費用を減少させることができる。

一方、インクジェットプリンティング技術は、主にオフィスオートメーション（ＯＡ）分野で使用され、産業用では包装材マーキング（ｍａｒｋｉｎｇ）や衣類印刷のような分野で主に使用されていたが、銀及びニッケルなどのナノ金属粒子を含む機能性インクなどの開発とともに応用可能性が漸次拡大されて、現在、ナノ金属粒子を含む機能性インクを用いて印刷回路基板の回路パターンの形成などに適用されている。

すなわち、インクジェットプリンティングによる回路パターン形成技術は、図２のように、予め入力された回路パターン２６のデータに応じてインクジェットヘッド３０を移動させながら、絶縁層２０上に導電性インク３２を噴射して回路パターン２６が印刷されるようにする方式である。

現在のインクジェット方式は、多様な形態のインクを用いて多様な模様のパターンを描くことができるが、所望する程度の厚いパターンを印刷することには限界がある。電子回路パターン２６を印刷する過程では、一定厚み以上の金属配線が形成されなくてはならないが、この部分で特に問題点が現われている。本実施例は、インクジェットプリンティングによる回路パターン２６の印刷工程にインプリントパターン形成技術を適用して所望する厚みの回路パターン２６を形成することができる。

インプリント方式は、インプリンティングスタンパ１０に形成される凸状パターン１２により、絶縁層２０に所望する厚みの凹状パターン２４を具現することができる方式である。すなわち、絶縁層２０上に特定な形態のトレンチを製造することができる。

よって、このようなインプリント方式を適用して絶縁層２０に形成されたトレンチに、インクジェット方式を用いて導電性インク３２を注入すると、インクの広がり性により回路パターン２６が滲む問題も防止することができ、特定の深さのトレンチにインクがトラップされるので焼成過程でも回路パターン２６の形状が歪まれることを防止することができる。

また、インプリンティングスタンパ１０を形成するために用いた回路パターン２６のＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）データをインクジェットプリンティング過程でもそのまま活用することができるという長所がある。

図３ａは、本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す順序図であり、図３ｂは本発明の好ましい一実施例によるインプリンティングスタンパ製造方法を示す順序図であって、図４は本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造工程を示す流れ図である。図４を参照すると、インプリンティングスタンパ１０、凸状パターン１２、絶縁層２０、基板２２、凹状パターン２４、回路パターン２６、インクジェットヘッド３０、導電性インク３２が示されている。

本実施例による印刷回路基板を製造するためには、先ず、段階１００で、回路パターンデータを用いてそれにに応ずる凸状パターン１２が形成されたインプリンティングスタンパ１０を準備する。後述するように、インプリンティングスタンパ１０はシリコンウェハなどをエッチングして製造するので、その過程で回路パターン２６に関するＣＡＤデータが使用される。すなわち、回路パターン２６に応ずるパターンが凸状で突出形成されるようにインプリンティングスタンパを製作する。

図３ｂに示すように、本実施例によるインプリンティングスタンパを製作するためには、先ず、段階１０２で、マスタモールドを製作する。マスタモールドは、インプリンティングスタンパを製作するための枠に該当する構造物であって、シリコンウェハやガラス基板に回路パターンデータに応ずるパターンを凹状で形成することにより製作される。マスタモールドに形成される凹状パターンを以下の説明では‘マスタパターン’と言う。

シリコンウェハやガラス基板などの部材に凹状のマスタパターンを形成するためには、段階１０３で、マスクフィルムに回路パターンデータを印刷し、段階１０４で、回路パターンの印刷されたマスクフィルムをシリコンウェハなどの部材に積層し、露光、現像、エッチングなどの当該部材に適する選択的エッチング工程を行う。これにより、本実施例によるマスタモールドが形成される。

段階１０５で、マスタモールドにモールディング材をラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）してモールディング材がマスタパターンに充填されるようにする。これは、モールディング材がマスタパターンに応じて成形されて、モールディング材の表面にマスタパターンに応ずる凸状パターンが形成されるようにすることであって、このように表面に凸状パターンの成形されたモールディング材をインプリンティングスタンパとして用いるためである。

マスタモールドにモールディング材を積層してモールディング材を成形する方法には、液状の単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）またはポリマー前駆体を重合（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）する方法や、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）を積層した後、加熱して成形させる方法、マスタモールドにメッキをしてマスタパターンにメッキ層を充填させる方法などがある。

液状の単量体またはポリマー前駆体を重合する方法は、モールディング材がマスタパターンに充填されるように、段階１０６ａで、液状のモールディング材をマスタモールドに塗布した後、段階１０７ａで、これを表面に凸状パターンが形成された固形のポリマーになるように重合する。上述したように、マスタパターンは回路パターンに応ずるように形成されるので、モールディング材の表面には回路パターンに応ずる凸状パターンが形成される。

ポリマーを積層した後、加熱して成形させる方法は、段階１０６ｂで、ポリマーであるモールディング材をマスタモールドにラミネーションした後、段階１０７ｂで、ポリマーに熱を加えて表面に凸状パターンが形成されたポリマーに変形されるようにする。熱を除去すると、変形されたポリマーは固形に硬化されてインプリンティングスタンパとして成形される。

マスタモールドにメッキをしてマスタパターンにメッキ層を充填させる方法は、上述の方法のように、ポリマーを重合させてモールディング材を成形することではなく、段階１０６ｃで、直接マスタパターンにニッケルなどをメッキし、すなわち、モールディング材としてメッキ層を用いてインプリンティングスタンパを成形する方法である。メッキ材料としては、ニッケルなどの金属を使用して反復されるインプリント工程に耐えることができる材質の金属でインプリンティングスタンパが製造されることが良い。

このように多様な方法でマスタモールドにモールディング材を積層、成形した後には、段階１０８で、成形されたモールディング材をマスタモールドから分離する。

一方、上述の方法のうち、マスタモールドにポリマーをラミネーションしてポリマー材質のモールディング材を成形した後には、段階１０９で、ポリマーの表面をメッキ処理することでインプリンティングスタンパの製造が完了される。ポリマーを成形して製造されたスタンパは、反復的に絶縁層にインプリント工程を行って回路パターンを転写するのに強度及び硬度が充分ではないこともあるので、ポリマーの表面に金属材質のメッキ層を蒸着させることでインプリンティングスタンパが充分な硬度を有するようにする。よって、ニッケル（Ｎｉ）など反復されるインプリント工程に耐えることができる材質の金属でポリマーの表面をメッキすることが良い。

以上のように、本実施例によるインプリンティングスタンパの製造工程を整理すると、マスクフィルム（ｍａｓｋ ｆｉｌｍ）上にＣＡＤデータを用いて回路パターン２６を印刷し、シリコンウェハなどの部材に回路パターンが印刷されたマスクフィルムを積層した後、回路パターン２６の印刷され邸内部分のみを選択的にエッチングすることで、凹状パターンが形成されたマスタモールドを製造する。

次に、マスタモールドを用いて単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）、ポリマー前駆体、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）をコーティングした後固形化して、ポリマー材質を基盤とするインプリンティングスタンパを製造するか、またはマスタモールドに金属物質をメッキして凹状パターン内にメッキ層が充填されるようにした後、メッキ層を分離して金属材質を基盤とするインプリンティングスタンパを製造することができる。

図４の（ａ）のインプリンティングスタンパ１０のように、凸状パターン１２は回路パターン２６だけでなくビアホールも含み、インプリンティングを介して絶縁層２０に回路パターン２６とビアホールに対応される凹状パターン２４が同時に形成されるようにすることが良い。

次に、段階１１０で、絶縁層２０にインプリンティングスタンパ１０を加圧して、凸状パターン１２に対応される凹状パターン２４が絶縁層２０に形成されるようにする。このような‘インプリンティング（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）’工程は、段階１１２で、図４の（ａ）のように基板２２に凹状パターン２４の形成される絶縁層２０を積層し、図４の（ｂ）のようにインプリンティングスタンパ１０を積層して加圧するし、加圧により絶縁層２０が変形された後、段階１１４で、図４の（ｃ）のようにインプリンティングスタンパ１０を離型させた後、段階１１６で、絶縁層２０を熱処理して硬化させることで、絶縁層２０に凹状パターン２４が形成されるようにする段階で構成される。

勿論、絶縁層２０の材質などに応じて、インプリンティングスタンパ１０を離型させる前に絶縁層２０を熱処理して一部硬化させることもでき、インプリンティングスタンパ１０を離型させた後、凹状パターン２４の形成された絶縁層２０に化学的処理のような後処理工程を適用することもできる。

このように凹状パターン２４の形成された絶縁層２０に、段階１２０で、図４の（ｄ）のようにインクジェット方式で導電性インク３２をプリンティングして凹状パターン２４の内に導電性インク３２が充填されるようにした後、図４の（ｅ）のように導電性インク３２を焼成させて所望する厚みの回路パターン２６を形成する。すなわち、本実施例によれば、回路パターン２６の厚みはインプリント工程での絶縁層２０の陥入された程度により決定され、結局、インプリンティングスタンパに回路パターン２６をどれほどの高さで突出形成させるかにより絶縁層２０に形成される回路パターン２６の厚みが決定される。

インクジェットプリンティングは、予め保存されたデータに応じてインクジェットヘッド３０を移動させながら導電性インク３２を噴射して回路パターン２６を印刷する工程であり、よって、上述したインプリンティングスタンパ１０に凸状パターン１２を形成するために使用した回路パターン２６のＣＡＤデータをインクジェットヘッド３０の駆動のためのデータとしてそのまま用いることができる。

上述した印刷回路基板の製造方法により製造された印刷回路基板は、絶縁層２０に回路パターン２６が埋立された形態で形成される。すなわち、回路パターン２６の形成される位置に応じて絶縁層２０に凹状パターン２４が形成され、この凹状パターン２４の内に導電性インク３２が充填されて回路パターン２６を成す構造である。

上述したように、絶縁層２０に形成される凹状パターン２４はインプリンティング工程、すなわち、回路パターン２６に応ずる凸状パターン１２の形成されたインプリンティングスタンパ１０を絶縁層２０に加圧する工程により形成され、導電性インク３２の充填はインクジェットプリンティング方式、すなわち、予め保存された回路パターンデータに応じてインクジェットヘッド３０を移動させながら導電性インク３２を噴射する方式により行われる。

上述の実施例の以外の多くの実施例が本発明の特許請求の範囲内に存在する。

本発明の好ましい一実施例によるインプリント工程を示す流れ図である。 本発明の好ましい一実施例によるインクジェットプリンティング工程を示す概念図である。 本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す順序図である。 本発明の好ましい一実施例によるインプリンティングスタンパ製造方法を示す順序図である。 本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造工程を示す流れ図である。

符号の説明

１０ インプリンティングスタンパ
１２ 凸状パターン
２０ 絶縁層
２２ 基板
２４ 凹状パターン
２６ 回路パターン
３０ インクジェットヘッド
３２ 導電性インク

Claims (12)

1. （ａ）回路パターンデータを用いて前記回路パターンデータに応ずる凸状パターンの形成されたインプリンティングスタンパ（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｓｔａｍｐｅｒ）を提供する段階と、
   （ｂ）絶縁層に前記インプリンティングスタンパを加圧して、前記凸状パターンに応ずる凹状パターンを形成する段階と、及び
   （ｃ）インクジェットヘッドを用いて前記凹状パターンに導電性インクをプリンティングして回路パターンを形成する段階と、を含み、
   前記プリンティングは、前記スタンパを製造するために用いられた回路パターンデータを前記インクジェットヘッドに入力し、前記インクジェットヘッドを作動させることにより行われることを特徴とする印刷回路基板の製造方法。
2. 前記段階（ａ）は、
   （ｄ）前記回路パターンデータに応ずるマスタパターンが凹状で形成されたマスタモールド（ｍａｓｔｅｒ ｍｏｌｄ）を製作する段階と、
   （ｅ）モールディング材が前記マスタパターンに充填されるように前記モールディング材を前記マスタモールドに積層させる段階と、及び
   （ｆ）前記モールディング材を前記マスタモールドから分離する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板の製造方法。
3. 前記段階（ｄ）は、
   （ｄ１）マスクフィルムに前記回路パターンデータを印刷する段階と、及び
   （ｄ２）シリコンウェハまたはガラス基板に前記マスクフィルムを積層し、選択的にエッチングして前記マスタモールドを形成する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
4. 前記モールディング材は単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）及びポリマー前駆体のうち、いずれか一つ以上を含み、
   前記段階（ｅ）は、
   （ｅ１）前記モールディング材を前記マスタモールドに塗布する段階と、
   （ｅ２）前記モールディング材に前記マスタパターンに応ずるパターンが凸状で形成されるように前記モールディング材を重合（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）させる段階と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
5. 前記モールディング材はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）を含み、
   前記段階（ｅ）は、
   （ｅ３）前記モールディング材を前記マスタモールドに積層する段階と、
   （ｅ４）前記モールディング材を加熱して前記モールディング材に前記マスタパターンに応ずるパターンが凸状で形成されるように前記モールディング材を変形させる段階と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
6. 前記段階（ｆ）の以後に、前記インプリンティングスタンパの表面にメッキ層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４または５に記載の印刷回路基板の製造方法。
7. 前記メッキ層は、ニッケル（Ｎｉ）を含むことを特徴とする請求項６に記載の印刷回路基板の製造方法。
8. 前記段階（ｅ）は、
   前記マスタパターンにメッキ層が充填されるように前記マスタモールドの表面をメッキする段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
9. 前記メッキ層は、ニッケル（Ｎｉ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の印刷回路基板の製造方法。
10. 前記段階（ｂ）は、
    （ｂ１）基板に前記絶縁層を積層し、前記インプリンティングスタンパを加圧する段階と、及び
    （ｂ２）前記インプリンティングスタンパを離型（ｄｅｍｏｌｄ）する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板の製造方法。
11. 前記段階（ｂ２）の以後に、前記絶縁層を熱処理して硬化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の印刷回路基板の製造方法。
12. 前記段階（ｃ）は、前記導電性インクを焼成させる段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板の製造方法。