JP4966339B2 - 基板の二重表面処理方法及びこの方法により表面処理された基板 - Google Patents

Description

本発明は、基板の二重表面処理方法及びこの方法により表面処理された基板に関する。

インクジェット印刷技術は、微細ノズルが備えられているインクジェットヘッドから金属インクを吐出して印刷回路基板樹脂にパターンを形成する技術である。近年、電子機器の低価格化のために、製造工程を低コストで構築しようとする要求が高まり、インクジェット印刷を用いた電磁器機用印刷回路基板の製造研究が活発に行われている。
また、ナノ技術の発展によって、優れた分散安定性を有する金属ナノインクの製造が可能となった。

このインク内に含まれている金属ナノ粒子は、２００℃程度の低い温度で焼結が可能であるため、有機化合物質を基板素材として用いる印刷回路基板の回路配線の形成に応用可能である。

このインクジェット技術は、既存印刷回路基板のパターン形成工程を簡素化させることができ、多品種少量生産システムに有利な製造方法である。

インクジェット印刷により印刷回路パターンを形成するためには、印刷されたナノ金属粒子の焼成温度である２００℃の熱でも耐えられる樹脂を使用する必要があり、高いガラス転移温度を有するビスマレイミドトリアジン化合物が含まれているＢＴ樹脂などが好適である。

しかし、ＢＴ樹脂などのような高耐熱性熱硬化樹脂は、導電層を形成している金属パターン層との接着強度が低いため、熱衝撃テストのような信頼性評価時に絶縁層と金属パターン層との間に剥離現象が発生する問題点があった。このような問題点を解決するために、樹脂層と金属パターン層との間に薄い接着剤層を形成する方法が提示されたが、樹脂層と金属パターン層との間に形成された接着剤層の吸湿により、所望する接着強度や耐熱特性を得ることができなかった。

また、インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインクは、樹脂層に広がってしまうため、微細な高密度パターンを形成するのが困難であった。このような問題点を解決するために、ＢＴ樹脂上に薄い接着層をコーティングし、その上にインクジェット印刷で回路パターンを形成したが、ナノ金属焼成時に金属と接着層との間の異なる収縮率のため、形成された金属パターンにクラックが発生して実際の製造工程には適用することができなかった。

また、このようなインクジェット金属インクと基板との間の低い接着力と、インクの広がりのために微細配線パターンの形成が難しいことという二つの問題点は、互いにトレードオフ関係にあり、両方をともに解決することは困難であった。

したがって、インクジェット印刷工法のようなデジタル製造工程を用いて高耐熱性の熱硬化樹脂に印刷回路パターンを形成するために、ＢＴ樹脂のような高耐熱性樹脂と印刷されるナノ金属インクとの間に充分な接着強度が確保され、かつ高密度パターンを形成するためのインク広がり現象を防止できる技術が求められている。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、金属インクと基板との間の接着力が優れ、かつ金属インクの広がりを低減できるため、高密度のパターンを形成できる、基板の二重表面処理方法及びこの方法により表面処理された基板を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、基板を準備する工程と、上記基板に接着剤を塗布して接着層をコーティングする工程と、上記接着層がコーティングされた基板に撥水層をコーティングする工程と、上記接着層及び撥水層がコーティングされた基板に導電性インクを印刷する工程と、上記印刷された導電性インクの焼結及び接着層の硬化を行う工程とを含む、印刷回路基板の表面処理方法が提供される。

本発明の一実施例において、上記接着剤はホットメルト型接着剤またはＵＶ硬化型接着剤であってよく、上記ホットメルト型接着剤は、ポリイミド系、ポリアミド系、エステル系、アクリル系、及びエポキシ系の接着剤からなる群より選択されるものを含み得る。

本発明の一実施例において、上記撥水層をコーティングする工程は、上記接着層を溶解しない溶剤に溶解されている撥水溶液に基板を浸漬する浸漬（wet）法により行われることができる。ここで、上記撥水溶液は、フッ素系溶液であってよい。

本発明の一実施例において、上記撥水層をコーティングする工程は、プラズマ処理による非接触式方法により行われることができる。

本発明の一実施例において、上記インクの焼結及び接着層の硬化を行う工程は、加熱またはＵＶ処理により行われることができ、この焼結及び硬化を行う工程は、上記基板を加熱して金属インクを焼結した後に、ＵＶ処理して接着層を硬化する方法により行われることができる。

本発明の他の実施形態によれば、上述した表面処理方法により製造された印刷回路基板が提供される。

本発明の実施形態により表面処理された基板は、金属インクと基板との間の接着力が優れ、かつインクの広がりを低減して高密度の微細配線パターンを形成することができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、本発明の範囲に含まれ得る。

本発明の一実施例による基板の表面処理方法を示す工程図である。 表面処理されていない基板に導電性インクを印刷した、本発明の比較例の撮影画像である。 接着層コーティング処理のみを施した基板に導電性インクを印刷した、本発明の別の比較例の撮影画像である。 本発明の一実施例により表面処理された基板に導電性インクを印刷した基板の撮影画像である。 本発明の一実施例により表面処理された基板と表面処理されていない基板との接着力を比較撮影した比較画像である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明の実施例を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

以下に、本発明の基板の二重表面処理方法及びこの方法により表面処理された基板について具体的に説明する。

本発明の一実施例の表面処理方法による接着層と撥水層とをともに有する基板は、基板と金属インクとの間の接着力を向上させ、かつ微細な配線パターンを形成することができる。コーティングされた接着層は金属インクと基板との接着力を向上させ、コーティングされた撥水層はインクの広がりを低減して微細配線パターンの形成を可能とする。

このように接着層と撥水層をともに備えるために、本発明の一実施例による表面処理方法は、基板を準備する工程と、上記基板に接着剤を塗布して接着層をコーティングする工程と、上記接着層がコーティングされた基板に撥水層をコーティングする工程と、上記接着層及び撥水層がコーティングされた基板に導電性インクを印刷する工程と、上記印刷された導電性インクの焼結及び接着層の硬化を行う工程とを含む。

基板は、印刷回路基板として使用できる通常の樹脂で製造された基板であってよく、ビスマレイミドトリアジン化合物を含むＢＴ樹脂などの高耐熱性熱硬化樹脂で製造された基板であってもよい。

基板が準備されると、基板に接着剤を塗布して接着層を形成する。

コーティングされた接着層は、撥水層の形成時または金属インクの印刷時に柔らかくなったり流れたりしない特性を有するものとする。例えば、上記接着剤はホットメルト型接着剤またはＵＶ硬化型接着剤であることができる。

接着層の形成に利用可能なホットメルト型接着剤は、室温でべたつきがなく、可逆反応が可能な接着剤、すなわち、熱を加えると何度でも再び溶けることができ、かつ金属配線を焼結する温度範囲で溶ける特性を有するものを用いる。溶解温度が低過ぎると、金属配線がまだインクの状態で、接着剤がこの配線に浸透して配線の抵抗が高くなることがあり、また、溶解温度が高過ぎると、金属配線を焼結する過程中に反応が起こらないため金属配線の接着力向上の効果が小さいことがある。好ましい温度範囲は１５０℃〜２２０℃の範囲である。

このようなホットメルト型接着剤は、ポリイミド系、ポリアミド系、エステル系、アクリル系、エポキシ系、シアノアクリレート系、ビニル系の接着剤などから選択されることができる。特に、ポリイミド系またはポリアミド系の接着剤を用いると、優れた接着層を形成することができる。

接着層の形成に用いられ得るＵＶ硬化型接着剤は、接着剤のコーティングの後に流れることがなく、熱を加えても全然反応しないものが好ましい。

接着剤を基板に塗布して接着層を形成する方法は、選択される接着剤の特性に合わせて当業者が適切に選択することができる。例えば、ポリイミド系接着剤を用いる場合、接着剤を基板上に塗った後、加熱して接着剤を溶かすことにより、基板上に薄いコーティング膜を形成し、これを室温で乾燥させることにより、接着層を形成することができる。

基板に接着層を形成した後に撥水層をコーティングする。

撥水層をコーティングする工程では接着層が溶解されないようにするために、使用された接着剤に合わせて、接着層を溶解しない溶剤（溶媒）に溶解されている撥水溶液を用いる。上述した接着剤に応じて、接着層を溶解しない溶剤は、当業者であれば容易に選択することができる。

撥水層のコーティング工程は、選択された溶剤に溶解されている撥水溶液に基板を浸漬する浸漬法により行われることができる。例えば、基板を撥水溶液に浸漬した後、 基板をゆっくり取り出しながら、撥水コーティングが均一になるようにして接着層上に撥水層を形成することができる。

このような浸漬法によりコーティングする場合の撥水溶液はフッ素系溶液であることが好ましい。フッ素系溶液の溶質は、化学式ＣＦ_３（ＣＦ_２）_ｎＯＣＨ_３（ここで、ｎは１〜１０の整数）で表される構造の化合物であってよい。

撥水層のコーティングには、フッ素系溶液の他、シリコン系化合物を用いることもできる。また、接着層を溶解することなく、撥水層を形成できる撥水特性を有する物質であれば、それに適した塗布方法によって撥水層を形成できることは、当業者にとって自明なことである。撥水層のコーティング工程は、浸漬法の他、プラズマ処理による非接触式方法により行われることもできる。

接着層と撥水層とをコーティングした後に撥水層上に金属（導電性）インクを用いて配線パターンを印刷する。この印刷工程には、インクジェット印刷方式を用いることが好ましい。金属インクが撥水層上に印刷されるので、インクの広がりが抑制されることになる。

金属インクを印刷した後に、インクが印刷されている基板を加熱して、印刷された導電性インクを焼結させる。

ここで、接着層がホットメルト型（熱硬化性）接着剤で形成された場合には、金属インクの焼結と同時に接着層が硬化されて、基板と焼結された金属インク（配線パターン）との間の接着力が向上する。一方、接着層がＵＶ硬化型接着剤で形成された場合には、加熱して金属インクを焼結した後に、ＵＶを照射して接着層を硬化させることにより、基板と焼結された金属インクとの間の接着力を向上させることができる。

本発明の他の実施形態では、上述した表面処理方法により製造された印刷回路基板を提供することができる。上述したように、本発明の表面処理方法により製造された印刷回路基板は、配線パターンと基板との接着力に優れ、高密度の微細な配線パターンを形成することができる。

以下、実施例を通して本発明をより詳細に説明するが、下記の実施例は、ただ説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。

［実施例１］
基板の表面処理
一般のＢＴ基板を準備し、上記ＢＴ基板にポリイミド系接着剤（DAEHYUN ST Co.,Ltd社製）を用いて接着層を塗布した。上記接着剤をＢＴ基板上に塗布した後、１５０℃で５分間加熱した。接着剤が熱により溶けて基板に薄いコーティング膜が形成されたことが確認された。室温で接着層にべたつきがなくなるまで乾燥させた。

次に、上記接着層が形成された基板をフッ素系撥水溶液（ＥＧＣ、３Ｍ社製）に浸漬した。約１分間基板を浸漬した後に、基板をゆっくり取り出しながらフッ素系撥水コーティングが均一に形成されるようにした。

上記撥水コーティングが形成された基板に金属インクを印刷した。

金属インクが印刷された基板を２００℃で１時間焼結した。この時、金属インクは約１５０℃近くで既に固形状態になり、この温度付近で接着層が溶けて金属と接着することにより、接着力を向上させた。

［試験例１］
接着剤の比較
実施例１と同様な表面処理方法を行うが、但しポリイミド系接着剤の代わりに、ポリアミド系、エステル系、アクリル系、シアノアクリレート系、ビニル系、及びエポキシ系の接着剤を用いて基板製作の容易性（工程の容易性）、接触角、及び接着力を比較する試験を行った。試験結果を下記表１に示す。

ポリイミド系及びポリアミド系の接着剤が優れた結果を示した。エステル系及びアクリル系の接着剤は基板製作には問題がなかったが、接着力の増加の効果が劣った。エポキシ系（一液型及び二液型）接着剤は、空気中でゆっくり硬化し、別途の硬化剤を添加しないと、硬化反応が起こらなかった。シアノアクリレート系接着剤は酸素により硬化するので、基板製作時に問題があった。ビニル系接着剤は、非常に柔らかく、室温でべたつきが強くて、基板製作には不適であった。

［試験例２］
配線の線幅及び液滴の広がりの比較
表面処理されていない基板、接着層だけがコーティングされた基板、及び実施例１により表面処理された基板のそれぞれに、同一条件で金属インクを印刷し、得られた配線の線幅及び各基板における液滴の高さ（液滴の広がり）を比較した。

表面処理されていない基板の配線幅及び液滴の高さは測定が不可能であり（図２参照）、接着層だけがコーティングされた基板の平均配線幅は５７μｍで、平均液滴の高さは１７μｍであり（図３参照）、実施例１により表面処理された基板の平均配線幅は４７μｍで、平均液滴の高さは２８μｍであった（図４参照）。

［試験例３］
金属インクの接着力の比較
表面処理されていない基板及び実施例１により表面処理された基板に、それぞれ金属インクを印刷し、硬化させた後に、配線パターンの印刷面に半透明テープ（３Ｍ社製）を貼り付け、その後、それをゆっくり剥がしながら、印刷された配線パターンが上記テープに付着して基板から取れるか否かを試験した。

表面処理されていない基板では、印刷された配線パターンの相当部分がテープに付着していることが確認できたが、一方、実施例１により表面処理された基板では、印刷された配線パターンがテープにほとんど付着していないことが確認できた（図５参照）。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることは、当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (7)

1. 基板を準備する工程と、
   前記基板に、１５０〜２２０℃の温度で溶けるホットメルト型接着剤及びＵＶ硬化型接着剤からなる群より選ばれる接着剤を塗布して接着層をコーティングする工程と、
   前記接着層がコーティングされた基板に、ＣＦ _３ （ＣＦ _２ ） _ｎ ＯＣＨ _３ （ここで、ｎは１〜１０の整数）を含む撥水層をコーティングする工程と、
   前記接着層及び撥水層がコーティングされた基板に導電性インクを印刷する工程と、
   前記印刷された導電性インクの焼結を行う工程
   とを含む印刷回路基板の表面処理方法。
2. 前記接着剤が、ポリイミド系またはポリアミド系ホットメルト型接着剤である請求項１に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
3. 前記撥水層をコーティングする工程が、前記接着層を溶解しない溶剤にＣＦ _３ （ＣＦ _２ ） _ｎ ＯＣＨ _３ が溶解されている溶液に基板を浸漬する浸漬法により行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
4. 前記インクの焼結を行う工程が、加熱により行われることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
5. 前記接着剤がＵＶ硬化型接着剤接着剤であり、
   前記インクの焼結を行う工程の後に、ＵＶを照射して接着層を硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１、３及び４の何れか１項に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
6. 導電性インクを印刷する工程が、インクジェット印刷により行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の印刷回路基板の表面処理方法。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の表面処理方法により製造された印刷回路基板。