JP5513366B2 - パターン基板の製造方法 - Google Patents
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基板表面のうち、所定部(所定のパターン部、導体パターンの位置に対応するパターン部)の上に導電性ペースト(A)を印刷(パターン印刷)する第1の印刷工程と、
形成された導電性ペースト(A)の凸部間(又は導電性ペースト(A)で構成された未焼結パターン間)に、導電性ペースト(A)よりも基板に対する密着性の低い焼結体を形成可能な導電性ペースト(B)を印刷又は塗布(コーティング)する第2の印刷工程と、
第2の印刷工程を経た基板を焼結処理する焼結工程と、
基板表面のうち、パターン部を除く非パターン部(詳細には、パターン部を除く部分に対応する非パターン部)の上に形成された導電性ペースト(B)の焼結体をエッチングするエッチング工程とを含む。
第1の印刷工程では、基板表面のうち、所定のパターン部(すなわち、導体パターンの位置に対応するパターン部、所定部、パターン形成部などということがある。)の上に導電性ペースト(A)を印刷(パターン印刷)する。
基板(絶縁基板又は絶縁性基板)としては、焼結処理(焼成温度)に耐えうる基板であれば特に限定されず、用途に応じて選択できる。このような基板としては、例えば、セラミックス基板、ガラスセラミックス基板、シリコーンウエハー基板、ホーロー基板などが挙げられる。特に、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板などのセラミックス基板は、耐熱温度や機械強度、耐薬品性に優れ、本発明において好適に用いることができる。
導電性ペースト(A)は、導電剤を少なくとも含むペーストであれば特に限定されないが、通常、導電剤としての導電性金属を少なくとも含むペーストである場合が多い。
導電性金属としては、用途に応じて適宜選択でき、例えば、遷移金属(例えば、ニオブなどの周期表第5A族金属;モリブデン、タングステンなどの周期表第6A族金属;マンガンなどの周期表第7A族金属;鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、イリジウム、白金などの周期表第8族金属;銅、銀、金などの周期表第1B族金属など)、周期表第2B族金属(例えば、亜鉛など)、周期表第3B族金属(例えば、アルミニウムなど)などの金属単体の他、これらの金属の合金、これらの金属の化合物(金属硫化物、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物など)などが挙げられる。
また、導電性ぺースト(A)は、通常、ガラスを含んでいてもよい。ガラスは、焼結処理中に軟化して基板と焼結金属パターンとの間に強力な接着層を形成することができるため、基板に対する優れた密着性を付与する点で好適である。
導電性ペースト(A)は、ペーストの塗布性(印刷性)を向上させるとともに、基板表面で所定の膜形状(パターン形状)を保持するため、バインダー樹脂を含んでいてもよい。バインダー樹脂としては、特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂であってもよい。代表的なバインダー樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂[例えば、ポリスチレン、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体などのスチレンと(メタ)アクリル系単量体との共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体など]、(メタ)アクリル系樹脂{例えば、ポリ(メタ)アクリル酸エステル(例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート、ポリイソブチルメタクリレートなど)、メタクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸エステル共重合体、ポリ(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリル系単量体[例えば、(メタ)アクリル酸;(メタ)アクリル酸アルキル(例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチルなどの(メタ)アクリル酸C1−20アルキル、好ましくは(メタ)アクリル酸C1−10アルキルなど)などの(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミドなど]の単独又は共重合体;熱又は光硬化性アクリル系樹脂など}、オレフィン系樹脂(例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体など)、ビニルエステル系樹脂(例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなど)、ハロゲン含有樹脂(ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体など)、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレートなどの芳香族ポリエステル系樹脂;脂肪族ポリエステル系樹脂など)、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、多糖類又はその誘導体[例えば、セルロース誘導体(例えば、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースエステル類;メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのセルロースエーテル類;ニトロセルロースなど)、デンプン、グアガム、アラビアガム、アルギン酸ナトリウムなど]、ゴム又はエラストマー(例えば、アクリルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなど)などが挙げられる。
導電性ペースト(A)は、通常、溶媒を含んでいる。溶媒としては、バインダー樹脂の種類などに応じて選択でき、導電性ペーストに適度な粘度を与え、容易に乾燥処理などにより除去できる(揮発する)溶媒を好適に使用できる。
導電性ペースト(A)において、導電剤の割合は、導電剤の種類や所望の導電性の程度などにもよるが、例えば、50重量%以上(例えば、55〜98重量%)、好ましくは60重量%以上(例えば、65〜95重量%)、さらに好ましくは70重量%以上(例えば、75〜90重量%)であってもよい。
導電性ペースト(A)は、基板表面のうち、パターン形成部の上に印刷(コーティング、転写)される。印刷方法としては、導電性ペースト(A)を所望の形状パターンで基板に印刷できるものであれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、インクジェット印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷などの公知の印刷方法を利用できる。
第1の印刷工程後、導電性ペースト(A)のパターンが印刷された基板は、第2の印刷工程にそのまま供してもよく、必要に応じて、第2の印刷工程に先立って、焼結処理(又は焼成処理)してもよい。第2の印刷工程前に、導電性ペースト(A)を焼結処理することで、基板に対する密着性をさらに向上させたり、層間剥離を効率よく防止できる場合がある。なお、予備焼結工程において、焼結(焼成)条件は、後述と同様である。
第2の印刷工程では、印刷により形成された導電性ペースト(A)の凸部間(又は凸部の間隙又は空隙)に、導電性ペースト(B)を印刷する。
導電性ペースト(B)は、導電性ペースト(A)よりも基板に対する密着性の低い焼結体(焼結物又は焼結膜)を形成可能であればよい。すなわち、導電性ペースト(B)の焼結体のエッチング除去性(例えば、エッチング液による除去のしやすさ)を、導電性ペースト(A)の焼結体に比べて相対的に高くできればよい。
第2の印刷工程では、導電性ペースト(A)(予備焼結処理を行う場合には、導電性ペースト(A)の焼結体又は焼結パターン、他に同じ)の凸部間(又は導電性ペースト(A)のパターン間)に、導電性ペースト(B)を印刷(コーティング)する。換言すれば、第2の印刷工程は、導電性ペースト(A)で形成された凸部パターン(又は未焼成パターン又はその焼結パターン)間の隙間に、導電性ペースト(B)を埋める工程ともいうことができる。
第2の印刷工程後、導電性ペースト(A)および導電性ペースト(B)が印刷された基板は、焼結工程にそのまま供してもよく、必要に応じて、第2の焼結工程に先立って、導電性ペースト(A)(又はその焼結体)及び導電性ペースト(B)の表面を平坦化(又は研磨)する(又はならす)予備研磨工程(均一化工程又は平坦化工程)を含んでいてもよい。ペーストにより形成された膜は、未焼結であるため、平坦化又は研磨しやすく、容易に平坦化可能であり、後述の焼結後の基板表面を研磨する研磨工程(平面化工程)と組み合わせると、効率よく導体パターンを研磨しやすい。
焼結工程(焼成工程)では、第2の印刷工程(および平坦化工程)を経た基板を焼結処理(又は焼成処理)する。焼成工程は、例えば、トンネル炉、バッチ炉などの慣用の炉を用いることができる。
焼結工程後、導電性ペースト(A)及び導電性ペースト(B)の焼結体が形成された基板は、そのままエッチング工程に供してもよいが、エッチング工程に先立って、導電性ペースト(A)及び導電性ペースト(B)の焼結体表面を研磨により平面化又は平滑化する研磨工程を含んでいてもよい。
エッチング工程では、基板表面のうち、前記パターン形成部以外の部分、すなわち、パターン部を除く部分(導体パターンを形成しない位置)に対応する非パターン部(非パターン形成部)の上に形成された焼結体又は焼結膜(すなわち、導電性ペースト(B)の焼結体)をエッチングする。
このようにして、基板上のパターン形成部に導体パターンが形成されたパターン基板が得られる。本発明の方法により得られる導体パターンは、その表面の表面粗さが前記のように小さく平坦であり、また、厚み又は幅が比較的均一である。例えば、導体パターン(1つの導体パターン)の幅のうち、基板と接触する部分の幅と表面(最表面)部分の幅との差は、導体パターンのサイズにもよるが、例えば、20μm以下(例えば、0〜15μm)、好ましくは10μm以下(例えば、0〜5μm)、さらに好ましくは5μm以下(例えば、0〜3μm)、特に1μm以下(例えば、0〜0.5μm)であり、通常、ほぼ0μmであってもよい。
96%アルミナ基板(4インチ角、厚み0.4mm)に導電性ペースト1(接合用導電性ペースト)を、ライン幅75μmおよび絶縁幅75μmの櫛形パターンと、2mm角パッドパターンとを含むパターン(未焼成のパターン)で印刷した。なお、導電性ペースト1は、銅粉100重量部に対し、ホウケイ酸ガラス粉末(SiO2:45%,B2O3:15%,ZnO:25%,TiO2:5%,その他:10%)を5重量部、アクリル樹脂(ポリイソブチルメタクリレート、重量平均分子量:250000)をテルピネオールに30重量%の割合で溶解させた有機ビヒクルを15重量部含有するもので、乳鉢により原料を一体化させた後、3本ロールにて混練して作製した。また、スクリーン版にはステンレス製♯500メッシュ(線径16μm)に感光剤を10μmの厚みで付けたものを用いた。スキージは硬度70度のウレタン製スキージを用いアタック角70度にて印刷した。
実施例1において、基板を窒化アルミニウムに変更したこと以外は、実施例1と同様とした。
実施例1において、導電性ペースト1のガラスの割合を表に示す割合に変更したこと以外は、実施例1と同様にした。
実施例1において、導電性ペースト2のガラスの割合を表に示す割合に変更したこと以外は、実施例1と同様にした。
実施例1において、導電性ペースト2の印刷をネガではなく、ベタ(全面カバー)印刷に変えたこと以外は、実施例1と同様にした。ベタ印刷において、スクリーン版にはステンレス製#400メッシュ(線径23μm)に感光剤を10μmの厚みで付けたものを用いた。焼成後膜厚は最も厚いところで30μm、最も低いところで23μmであった。また、研磨後の膜厚は20μmであった。
実施例6において、ベタ印刷を2回に変更し、研磨をラップ研磨に変更したこと以外は、実施例6と同様にした。焼成後膜厚は最も厚いところで45μm、最も低いところで33μmであった。研磨は、砥粒サイズ2μmのスラリーで粗研磨した後、0.1μmのスラリーに変えて仕上げることにより行い、研磨後の膜厚は20μmであった。
実施例1において、導電性ペースト2の印刷まで終えたあと、焼成前に、乾燥膜の状態でバフ研磨(硬度S#320,硬度S#1000)し、焼成後、エッチング前に、再度バフ研磨(1本,硬度S#1000)したこと以外は、実施例1と同様に行った。焼成を終えた時点で膜厚は均一であり15μmであった。再度の研磨で膜厚3μmになった。
実施例1において、導体ペースト1を印刷後、そのまま焼成し、バフ研磨もエッチングも行わなかったこと以外は、実施例1と同様にした。膜厚15μmであった。
導電性ペースト1をベタ印刷した後、そのまま実施例1と同様の条件で、焼成、バフ研磨、およびエッチングした。膜厚15μmであった。
比較例2において、導電ペースト1中のホウケイ酸ガラス粉末を1重量部としたこと以外は、比較例2と同様にして、ベタ印刷、焼成、バフ研磨、およびエッチングした。膜厚15μmであった。
Claims (16)
- 基板上に導体パターンが形成されたパターン基板を製造する方法であって、
基板表面のうち、所定のパターン部の上に導電性ペースト(A)をパターン印刷する第1の印刷工程と、
形成された導電性ペースト(A)の凸部間に、導電性ペースト(A)よりも基板に対する密着性の低い焼結体を形成可能な導電性ペースト(B)を印刷する第2の印刷工程と、
第2の印刷工程を経た基板を焼結処理する焼結工程と、
基板表面のうち、パターン部を除く非パターン部の上に形成された導電性ペースト(B)の焼結体をエッチングするエッチング工程とを含む製造方法。 - 導電性ペースト(A)および導電性ペースト(B)が導電剤としての導電性金属を含み、かつ導電性ペースト(A)がガラスを含み、導電性ペースト(B)を構成する導電性金属に対するガラスの重量割合よりも、導電性ペースト(A)を構成する導電性金属に対するガラスの重量割合が大きい請求項1記載の方法。
- 導電性ペースト(A)中のガラスの割合を、導電性ペースト(A)を構成する導電性金属100重量部に対してA重量部とし、導電性ペースト(B)中のガラスの割合を、導電性ペースト(B)を構成する導電性金属100重量部に対してB重量部とするとき、A−Bの値が0.5重量部以上である請求項1又は2に記載の方法。
- 導電性ペースト(A)中のガラスの割合が、導電性ペースト(A)を構成する導電性金属100重量部に対して1.5重量部以上であり、導電性ペースト(B)中のガラスの割合が、導電性ペースト(B)を構成する導電性金属100重量部に対して3重量部以下である請求項2又は3記載の方法。
- 導電性ペースト(A)中のガラスの割合を、導電性ペースト(A)を構成する導電性金属100重量部に対してA重量部とし、導電性ペースト(B)中のガラスの割合を、導電性ペースト(B)を構成する導電性金属100重量部に対してB重量部とするとき、A−Bの値が1重量部以上であり、導電性ペースト(A)中のガラスの割合が、導電性ペースト(A)を構成する導電性金属100重量部に対して1.8重量部以上であり、導電性ペースト(B)中のガラスの割合が、導電性ペースト(B)を構成する導電性金属100重量部に対して2.5重量部以下である請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 第2の印刷工程において、導電性ペースト(A)の凸部間を埋める形態で導電性ペースト(B)を印刷する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 第2の印刷工程において、導電性ペースト(B)を導電性ペースト(A)の凸部を被覆するように印刷する請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 第2の印刷工程において、導電性ペースト(B)を複数回印刷する請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 第1の印刷工程と第2の印刷工程との間に、導電性ペースト(A)を焼結処理する予備焼結工程を含む請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 第2の印刷工程と焼結工程との間に、導電性ペースト(A)及び導電性ペースト(B)の表面を研磨する予備研磨工程を含む請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 焼結工程とエッチング工程との間に、導電性ペースト(A)及び導電性ペースト(B)の焼結体表面を研磨する研磨工程を含む請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 研磨工程により、焼結体表面の表面粗さRaを0.3μm以下とする請求項11記載の方法。
- 請求項1〜12のいずれかの方法により得られるパターン基板。
- 導体パターンの幅のうち、基板と接触する部分の幅と表面部分の幅との差が10μm以下であり、導体パターン間の間隔が100μm以下であり、非パターン形成部の抵抗値が1×109Ω以上であり、基板に対する導体パターンのピール強度が0.5kgf/mm以上である請求項13記載のパターン基板。
- 導体パターン上にさらにメッキが施されている請求項13又は14に記載のパターン基板。
- 請求項13〜15のいずれかに記載のパターン基板を備えた電子回路基板又は部品。
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