JP4630542B2

JP4630542B2 - 配線形成方法

Info

Publication number: JP4630542B2
Application number: JP2003424988A
Authority: JP
Inventors: 孝志毛利; 和夫岩田; 裕二鶴岡; 理西脇; 秀人高山; 英一甕
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: CN100415068C; US20050133823A1; CN1638605A; JP2005183803A

Description

本発明は、配線を基体に形成するための、配線形成方法に関するものである。

配線板は、電子機器や通信機器、コンピューター等にＬＳＩ等の半導体や各種電子部品等が実装されて用いられている。配線板は種類が多く、セラミックを基体とするもの、ガラス繊維などの補強材とエポキシ樹脂などの合成樹脂との複合材を用いるもの、ポリエステル樹脂やアラミド樹脂等の可撓性フィルムを基体とするものなどがあり、また、回路層数からみると、両面板や片面板などの同一面上の回路層が単層のものと同一面上の回路層が複数の多層板などに分けられ、それぞれ用途や要求特性に応じて使い分けられている。これら配線板はいずれも導体回路を有しており、回路パターンは機器の小形化や半導体の高性能化により高密度化している。

配線板の回路パターン形成は一般にサブトラクテイブ法により行われている。サブトラクテイブ法による回路形成は、穴開け工程、無電解メッキ工程、ドライフィルム等によるパターニング工程、電解メッキ工程、エッチング工程、半田剥離工程などを経て形成されるが、工程数が多いこと、各工程に要する時間が掛ることなどにより、製造原価に占める加工費の割合が高く、この加工費の低減が配線板業界の大きな課題になっている。特に、多層配線板の場合にこのことがいえる。また、メッキ工程やエッチング工程において発生する廃液処理等の問題も抱えている。

これらの問題を解決するため、基体の表面に導電パターン及び絶縁パターンをインクジェット方式により同時に形成することにより回路パターンを形成する配線板の形成方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１６３４９９号公報

図４は、従来例による配線形成方法によって作成した回路パターン（導電パターン、絶縁パターン）の断面図である。従来例によるインクジェット方式によって配線を形成した場合、導電パターンと絶縁パターンとの接触領域で、図４に示すようなにじみ７がおこり、このにじみにより、意図しない部分での導通が発生することがある。

本発明の主たる目的は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、導電パターンと絶縁パターンを同時に基体に形成した場合においても、導電パターンと絶縁パターンとの接触領域でのにじみを抑制し、微細な回路パターンを形成することができる配線形成方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、配線の形成における回路パターンの形成工程の複雑さ、工程数の多さ、長時間を要することなどの諸問題を解決し、加工コストを廉価にし、有害なメッキ廃液やエッチング廃液の発生しない配線形成方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は第１の成分を含有し、導電パターンを形成する第１の液体と、前記第１の成分と接触すると該接触領域で界面凝集が生じる第２の成分を含有し、絶縁パターンを形成する第２の液体と、を互いに接触するように基体に供給することにより、前記絶縁パターンと前記導電パターンからなる配線とを前記基体に形成することを特徴とする配線形成方法に関するものである。

（作用）
導電パターンと絶縁パターンとの接触領域において界面凝集が生じることにより、導電パターンと絶縁パターンの間でのにじみを抑え、微細な回路パターンを形成することができる。ここでいう界面凝集とは、２つの異なる液体が接触したときに、接触した狭い領域（数百ｎｍ〜数μｍ位）で、２液の成分が凝集し、該狭い領域を挟んで、２つの異なる液体が存在している状態を示す。本発明においては、導電パターンを形成する第１の液体と、絶縁パターンを形成する第２の液体が接したときに、２液の接触領域において、凝集がおこり、界面を生じることを界面凝集と呼ぶ。第１の液体の成分に富んだ第１の液体からなる領域と、第２の液体の成分に富んだ第２の液体からなる領域と、が該界面凝集をおこした領域を挟んで、分離している状態を利用した発明である。また、第１の液体に含有される第１のポリマーと、第２の液体に含有される第２のポリマーと、が互いに混和しない２つのポリマーであった場合には、第１の液体と第２の液体とが接したとき、第１の液体と第２の液体は２つの混和しない相に分離し、界面境界で分離される。本発明においては、このような界面も界面凝集に含める。

また、スクリーン印刷機やエッチング用の設備等を必要としないため、配線の形成における回路パターンの形成工程の複雑さ、工程数の多さ、長時間を要することなどの諸問題を解決し、加工コストが廉価な配線板が形成できる。

また、有害なメッキ廃液やエッチング廃液の発生しないため、環境にやさしい配線形成方法、配線板、配線形成装置及びインクセットに関するものである。

本発明によれば、導電パターンと絶縁パターンとの接触領域において界面凝集が生じることにより、導電パターンと絶縁パターンの間でのにじみを抑え、微細な回路パターンを形成することができる。

本発明における、導電パターンと絶縁パターンからなる回路パターンを基体に形成する方法は、特に限定しないがパソコンのプリンタ等に最近良く使用されているインクジェット方式を利用するのが好適である。

インクジェット方式の場合は、回路パターンを形成する粒子の大きさを調節することにより解像度を２００〜１０００ｄｐｉの範囲で設定することができるため、回路パターン幅やピッチを１００μｍ程度までに細線化することができる。従って、回路パターンの高密度化への要求にも充分対応できる。また、インクジェットプリンタとパソコン等のコンピューターを接続し、コンピューターに入力された回路パターンの図形情報により、一回の工程で導電パターンと絶縁パターンを同時に形成することができ、従来の多数の工程を経て長時間を要した回路パターン形成法と比較すると、格段に容易に短時間で回路パターン形成を行うことができる。また、スクリーン印刷機やエッチング用の設備等を必要とせず、コンピューターに連動するインクジェット方式の回路パターン形成装置と簡単な乾燥機があれば良く、設備的も安価になる。

［１．配線形成装置の構成］
図５は、本発明の実施形態の１つであるインクジェット方式を用いた配線形成装置の概観図であり、図６は第１の液体及び／または第２の液体を貯留する為の容器である。本実施形態で用いる配線形成装置は、基体６上に第１の液体と第２の液体を吐出するためのヘッド（不図示）と、第１の液体を貯留する為の第１の容器２０１及び第２の液体を貯留する為の第２の容器２０２が搭載されたキャリッジ１０９と、記録媒体である基体６が搭載されたステージ１０３と、を有する。図６の（ａ）は、一体型の第１の液体貯留容器及び第２の液体貯留容器の概観図である。図６の（ｂ）は、分離型の第１の液体貯留容器及び第２の液体貯留容器の概観図である。第１の液体を貯留する為の容器２０１には、第１の液体をヘッドに供給するための第１の供給口２０３を備え、第２の液体を貯留する為の容器２０２には、第２の液体をヘッドに供給するための第２の供給口２０４を備えている。キャリッジ１０９の移動手段としてＣＲリニアモータ１０１を、基体６の移動手段としてステージ１０３およびＬＦリニアモータ１０２を有する。ＬＦリニアモータ１０２は定盤１０８に高い剛性を保って固定されており、ステージ１０３が移動しても、基体６を載せるステージ表面が定盤面と常に平行になる。一方、ＣＲリニアモータ１０１は定盤１０８の上にベース１０４および１０５を介して高い剛性を保って固定されており、キャリッジ１０９が定盤面、すなわちステージ表面と平行に移動するように調整されている。ＣＲリニアモータ１０１およびＬＦリニアモータ１０２にはそれぞれリニアエンコーダ１１１、１１２および原点センサ１０６、１０７が内蔵されており、各リニアモータの移動時のサーボ制御入力として利用されるとともに、ＣＲリニアモータ１０１側のリニアエンコーダ１１１は第１の液体と第２の液体の吐出タイミングの制御にも利用される。また、本配線形成装置には、コンピューター（不図示）が接続されており、コンピューターから送られた回路パターンの図形情報データに基づき、ヘッドから第１の液体と第２の液体を吐出し、導電パターンと絶縁パターンを同時に基体６の表面に形成する。

［２．基体］
本発明に使用される基体６は、形状的にはフィルム状、シート状、板状などの平面形状を有するものである。連続的に回路パターン層を形成するために、フィルム状やシート状のものが特に好ましい。また、平面でなくても、インクジェット方式による回路パターンの形成が可能であれば曲面でもかまわない。材質的には、ポリエステルフィルムや芳香族ポリアミドフイルム、ポリイミドフイルムのような熱可塑性樹脂フィルム、また、ガラス繊維やポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維による織物や不織布に熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂を含浸硬化させシート状としたもの、また、通常の配線板に用いられるガラスエポキシ積層板のような板状のもの、さらには、浸透性のある基体、紙や布のようなものをあげることができる。

［３．第１の液体と第２の液体］
本発明で使用される導電パターンを形成する第１の液体は、水、導電性材料を含有するものである。本発明に係る第１の液体調製用に使用される水としては、通常、工業用水を原料とし、脱イオン交換処理によって、陽イオン、陰イオンを除去したものが好ましい。第１の液体中における水の量は、後記する水溶性有機溶媒の種類、その割合、または第１の液体に要求される特性に応じて広い範囲で決定されるが、第１の液体に対して、一般に１０〜９８重量％の範囲であり、とりわけ好ましいのは４０〜９０重量％の範囲である。

第１の液体に使用される第１の成分である導電性材料としては、例えばレーザーアブレーションを用いて作製された平均粒子径が１〜１００ｎｍ以下の金属超微粒子である。金属超微粒子としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、ＳｎＯ２（酸化スズ）等が挙げられる。

本発明で使用される絶縁パターンを形成する第２の液体は、水、絶縁性材料及び第２の成分を含む。第２の成分は、アルカリ性水溶液であり、第１の液体に使用される導電性材料と接触すると、ｐＨ差における凝集沈澱反応により接触領域で界面凝集がおこり、第１の液体と第２の液体とのにじみを抑え、互いに分離して存在し、後処理の熱硬化処理により揮発する物質である。第２の液体に使用される水は、前述の第１の液体に用いられる水の例が挙げられる。

第２の成分として使用される物質として、任意のポリマーがあげられる。任意のポリマーの例としては、アニオン性水溶性ポリマー、揮発性アミン等を用いることができる。第２の成分の具体例として、アニオン性水溶性ポリマー；アンモニウム塩が、揮発性アミン；水酸化アンモニウムが挙げられる。また、絶縁性材料として、非イオン性ポリマーがあげられる。非イオン性ポリマーの具体例として、エポキシ樹脂等を主成分とするソルダーレジストを用いることができる。

［４．導電パターンと絶縁パターンの形成方法］
（実施例１）
本発明の第１の実施形態における導電パターンと絶縁パターンの形成方法を説明する。

本実施例では、前述の配線形成装置を使用して、配線形成装置の第１の液体容器と第２の液体容器中の第１の液体と第２の液体をヘッドから吐出して、絶縁性の基体上に導電パターンと絶縁パターンをほぼ同時に形成する。絶縁性の基体として、厚さ１００μｍのポリイミドフイルムを用いた。第１の液体には、導電性材料としてＳｎＯ２（酸化スズ）：平均粒子径１００ｎｍ以下を１０重量％、水を９０重量％用いる。また、第２の液体には、第２の成分として水酸化アンモニウムを１０重量％、絶縁性材料としてエポキシ樹脂系のソルダーレジストを１０重量％、水を８０重量％用いる。

図１（ａ）は、本発明における回路パターンを示す図である。１は基体６上に形成された１層目の回路パターンを示し、１ａは、幅１５０μｍ程度の１層目の導電パターン、１ｂは、１層目の絶縁パターンである。導電パターン１ａを形成する、第１の液体中の導電性材料であるＳｎＯ２（酸化スズ）と、絶縁パターン１ｂを形成する、第２の液体中の第２の成分の水酸化アンモニウムとの接触領域で界面凝集がおきている。つまり、酸性領域（ｐＨ＜７）で安定な導電性金属超微粒子であるＳｎＯ２（酸化スズ）と、アルカリ性で揮発性の高い水酸化アンモニウムとのｐＨ差により、凝集沈澱反応が起きている。第１の液体からなる導電パターンと第２の液体からなる絶縁パターンとのにじみが、該界面凝集が生じた領域８によって抑えられ、導電パターン１ａと絶縁パターン１ｂとが互いに分離して形成されている様子を示す。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ’線における断面図である。基体６上に導電パターン１ａと絶縁パターン１ｂとが同じ厚さで形成されている。回路パターンの厚さは、本実施例の場合では２５μｍ程度とした。図１（ｂ）の断面図においても、基体６上の導電パターン１ａと絶縁パターン１ｂとの接触領域で界面凝集が生じており、両パターン間のにじみを抑制している。

図１（ｃ）は、図１（ａ）のＤＤ'線における断面図である。１ａは導電パターンを示し、１ｂは絶縁パターンを示す。

１層目の回路パターンの形成が終了したところで、配線形成装置に連続して過熱炉（図６では図示せず）を通すことにより溶剤乾燥やバインダー硬化を行う。加熱条件は、第１の液体及び第２の液体の成分に依存するものであるが、本実施例では１５０℃で６０分の熱硬化処理を行う。尚、本熱硬化処理によって、第２の液体中の第２の成分である水酸化アンモニウムは揮発する。

第１の液体及び第２の液体が即乾性の場合は、連続でインクジェット方式による回路パターン形成を行うことができる。

（実施例２）
本発明の第２の実施形態における多層回路を形成する配線板について図２、図３で説明する。尚、本実施例で使用する第１の液体、第２の液体、および配線形成装置、硬化処理等は、第１の実施形態と同様であり、基体６上に形成された１層目の回路パターンは、図１の（ａ）〜（ｃ）に示すものとする。

図２（ａ）は図１の１層目の回路パターンの上に２層目の回路パターンを形成した図である。２ａは２層目の導電パターンであり、１層目の回路パターンと３層目の回路パターンを繋ぐ導通用の回路パターンである。２ｂは２層目の絶縁パターンを示す。加熱硬化処理を行った１層目の回路パターンの上に２層目の回路パターンを形成している為、１層目の回路パターンと２層目の回路パターンとは混ざり合うことなく形成される。

図２（ｂ）は図２（ａ）のＢＢ'線における断面図である。１層目の回路パターン１ａ、１ｂの上に２層目の回路パターン２ａ、２ｂが形成されており、１層目のＡＡ'線にある導電パターン１ａの上に２層目のＢＢ´線にある導電パターン２ａが重なるように形成されている。導電パターン２ａと絶縁パターン２ｂとの接触領域で界面凝集がおこり、導電パターン２ａと絶縁パターン２ｂとのにじみが界面凝集が生じた領域８によって抑えられ、導電パターン２ａと絶縁パターン２ｂとが互いに分離して形成されている。２層目の回路パターンの形成が終わったところで、実施例１に示した条件で再び熱硬化処理を行う。

図３（ａ）は図２の２層目の回路パターンの上に３層目の回路パターンを形成した図である。３ａは３層目の導電パターン、３ｂは３層目の絶縁パターンである。加熱硬化処理を行った２層目の回路パターンの上に３層目の回路パターンを形成している為、２層目の回路パターンと３層目の回路パターンとは混ざり合うことなく形成される。

図３（ｂ）は図３（ａ）のＣＣ'線における断面図である。図１、図２、図３のＡＡ'、ＢＢ'、ＣＣ'における断面図はそれぞれ同じ面を示しており、従って、図３（ｂ）は、２層目の回路パターン２ａ、２ｂの上に３層目の回路パターン３ａ、３ｂが形成され、２層目のＢＢ'線にある導電パターン２ａの上に、３層目のＣＣ´線にある導電パターン３ａの一部が形成された様子を示している。１ａと３ａの導電パターンは２ａの導電パターンを介して導通しており、３層目の導電パターンはＣＣ'以外のところでも、２層目の導電パターンを介して１層目の導電パターンに導通している。導電パターン３ａと絶縁パターン３ｂとの接触領域で界面凝集がおこり、導電パターン３ａと絶縁パターン３ｂの両パターン間のにじみを抑制している。３層目の回路パターンの形成が終わったところで、再び熱硬化処理を行う。

このように、本発明を用いて、導電パターンと絶縁パターンの形成と、硬化処理を繰返すことにより、導電性液体と絶縁性液体の接触領域でのにじみを抑えた多層配線板を形成することがでる。また、上層の導電パターンと下層の導電パターン間を導通させる導電パターンを中間層に形成することにより、スルーホール配線と同じ効果を有する配線板を形成することができ、ドリリング工程やスルーホールメッキ工程を行うことなしに、信頼性の高い多層配線板を容易に得ることができる。

（実施例３）
第１の実施例においては、ポリイミドフイルムの基体を用いた単層回路の形成例を示したが、本実施例では吸収性のある基体に回路パターンを形成した例を示す。尚、本実施例で使用する第１の液体、第２の液体、および配線形成装置は、第１の実施形態で使用したものと同様のものを用いる。

第１の実施例と同様に、導電パターンを形成する第１の液体を、絶縁パターンを形成する第２の液体からなる回路パターンを形成する。ここで、基体は吸収性のある物質（例えば紙や布）であるので、第１の液体と第２の液体中の水分が基体に吸収され、基体上に残された第１の液体中の導電性材料であるＳｎＯ２（酸化スズ）と、第２の液体中の第２の成分の水酸化アンモニウムとの接触領域で界面凝集がおこり、第１の液体からなる導電パターンと、第２の液体からなる絶縁パターンとのにじみを抑えて、微細な回路パターンの形成が可能となる。本実施例を用いれば、カードやラベルにＲＦＩＤ等のＩＣチップを簡単に形成することが可能である。

（ａ）は、実施例１の回路パターンを示す図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ’線における断面図。（ｃ）は図１（ａ）のＤＤ’線における断面図。（ａ）は、実施例２の２層目の回路パターンを示す図。（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ’線における断面図。（ａ）は、実施例２の３層目の回路パターンを示す図。（ｂ）は、図３（ａ）のＣＣ’線における断面図。従来例による配線形成方法によって作成した回路パターンの断面図。本発明の配線形成装置の概観図。（ａ）は、一体型の第１の液体貯留容器及び第２の液体貯留容器の概観図。（ｂ）は、分離型の第１の液体貯留容器及び第２の液体貯留容器の概観図。

符号の説明

１１層目の回路パターン例
１ａ１層目の導電パターン
１ｂ１層目の絶縁パターン
２２層目の回路パターン例
２ａ２層目の導電パターン
２ｂ２層目の絶縁パターン
３３層目の回路パターン例
３ａ３層目の導電パターン
３ｂ３層目の絶縁パターン
６基体
７にじみ
８界面凝集が生じた領域
１０１ＣＲリニアモータ
１０２ＬＦリニアモータ
１０３ステージ
１０４，１０５ベース
１０６，１０７原点センサ
１０８定盤
１０９キャリッジ
１１１，１１２リニアエンコーダ
２０１第１の液体を貯留する為の第１の容器
２０２第２の液体を貯留する為の第２の容器
２０３第１の供給口
２０４第２の供給口

Claims

第１の成分を含有し、導電パターンを形成する第１の液体と、
前記第１の成分と接触すると該接触領域で界面凝集が生じる第２の成分を含有し、絶縁パターンを形成する第２の液体と、
を互いに接触するように基体に供給することにより、前記絶縁パターンと前記導電パターンからなる配線とを前記基体に形成することを特徴とする配線形成方法。
前記第１の成分は、金属超微粒子からなる導電性材料を含有し、前記第２の成分は、アニオン性水溶性ポリマーまたは揮発性アミンを含有することを特徴とする請求項１に記載の配線形成方法。
前記第２の液体を前記基体に供給して前記絶縁パターンを前記基体に形成した後に、前記絶縁パターン中の前記第２の成分を揮発させる工程を含むことを特徴とする請求項１と２のいずれかに記載の配線形成方法。
前記第２の成分を揮発させる工程は、加熱処理であることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
前記第１の液体及び前記第２の液体はそれぞれ水を含有し、インクジェット方式により前記基体に供給されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の配線形成方法。