JP5546943B2

JP5546943B2 - 回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP5546943B2
Application number: JP2010110177A
Authority: JP
Inventors: 飯野修司; 吉田一郎
Original assignee: 株式会社アフィット
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: JP2011238837A

Description

本発明は静電潜像担持体から導電性粒子の転写が可能な回路基板の製造方法に関する。

回路基板の製造方法、特に導電性パターンの形成方法は種々提案されている。例えば、全面に銅箔を張られた基板から、不要な部分を取り除いて回路を残す方法があげられる。これは配線として残したい部分に、シルクスクリーン印刷などで防蝕膜となるインクや塗料を塗布して覆い（マスキング）、金属腐食性のある薬品（銅箔の場合、一般的に塩化第二鉄溶液を用いる）で腐食（エッチング）させて必要な回路を残す方式である。印刷によるマスキングに代えて、フォトレジストを塗布した基板を用いることもできる。

例えば、絶縁体基板に回路パターンを後から付け加える方法があげられる。銅パターンを形成したくない部分にレジスト（めっきレジスト）を形成し、レジストのない部分に電解または無電解めっきを施すことでパターンを形成する。例えば、金属インクをインクジェットで基板上に直接描画して直接パターンを形成し、熱処理を施すことにより配線形成を行なう方法があげられる。また、電子写真法を用いた導電性の粉体描画方法も提案されている。一つは特許文献１に示すように導電性粉体を樹脂でコートしたものを現像する方法である。もう一つは特許文献２，３に示すように樹脂を含まない導電性粒子を静電潜像に現像する方法である。

防蝕膜を用いてエッチングする方法やレジストを形成してめっきによりパターンを形成する方法は現在一般に用いられる方法である。しかしこれらはシルクスクリーン用のマスクや、レジストを露光するためのフィルムマスクを準備する必要があり、導電性パターン作製条件が決定し、大量生産する場合には好ましいものであるが、条件設定段階や、少量生産の目的には必ずしも適していない。

一方、金属インクをインクジェットでパターンを形成する方法は、パーソナルコンピューター等でパターンを自由に設計し、一枚だけの作製も可能であるため、前記方法とは一線を画す方法である。しかし、原理上金属インク層を厚くできないため、パターンの抵抗を下げられず、大きな電流を流す用途には適していない。また、現在金属インクとして流通している銀ナノインクは銀のマイグレーションという問題を有しているため配線間の絶縁性の確保が困難であるという問題がある。

電子写真法はマスクを用いずデジタルデータから直接描画できる点、マイグレーションの問題のない銅等を使用できる点で優れている。しかし、導電性粉体を樹脂でコートした場合には、絶縁性の樹脂の混入により配線抵抗が大きくなりやすい欠点がある。また樹脂を含有しない導電性粉体を使う場合、導電性粒子を効率よく配線用基材へ転写するのが困難である。

導電性粒子の転写が困難なのは以下の理由による。静電潜像担持体上に現像された導電性粒子を静電的に転写するために、配線用基材の裏面からバイアスを印加することが行われる。しかしこの場合、粒子自体が帯電している必要があるが、導電性粒子では静電潜像担持体表面に電荷がリークし粒子自体は電荷をもたなくなるため、電界で導電性粒子を転写することができない。

これに関連して特許文献４，５に示されるように従来より電子写真の分野において粘着転写法が提案されている。
これらは熱可塑性樹脂を含有したトナーを加熱することで粘着性を持たせ基材へ転写するもの、あるいはカプセルトナーを加圧することにより粘着転写をするものである。従って、熱又は圧力により粘着性を発現する樹脂を含有したトナーにのみ適用可能であり、例えば銅粉のような粘着性のない導電性粒子には適用できない。
特開昭６０−１６０６９０号公報特開２００７−３３６２６号公報特開２００８−１８５９８０号公報特開平６−９５５１８号公報特開平１１−２８８３１号公報特開平１１−１９１５５６号公報特開２００６−２１６６７３号公報

デジタルデータから直接導電性パターンが描画可能であり、配線の厚みを自由にコントロールでき、銅などの導電性粒子を使用可能な回路基板の製造を可能にすることは困難であった。特に、前記した通り、電子写真方式で静電潜像担持体上に現像された導電性粒子を確実に転写することは困難であった。

本発明はデジタルデータから直接描画可能で、導電パターンの厚みを自由に制御でき、銅などの導電性粒子を使用できる回路基板の製造方法及び装置を提供するものである。

本発明の基本的構成を図１に従って説明する。
回転する静電潜像担持体１表面を帯電器２により均一に帯電する。次に、図示しないパーソナルコンピュータによって作成された回路パターンに応じた信号に基づいて露光３を行い、潜像パターンを形成する。潜像パターンは公知の方法で導電性粒子５を内蔵した現像器４によって現像される。図示しない搬送手段により搬送された転写体を静電潜像担持体と押圧力が印加された転写部材の間を通過させることによって転写を行う。現像器としては例えば特許文献３に開示されたものが使用可能である。

図２は転写体の構成を表したものである。
転写体６は基材６１と粘着層６２からなる。基材６としてはハンダ処理温度に耐えうる耐熱性を有している必要がある。また、回路基板として必要な電気抵抗を有している必要がある。例えばフェノ−ル樹脂板やエポキシ樹脂板と紙の積層板、ガラス繊維入りエポキシ樹脂板、ポリイミド系樹脂板が好適に用いられる。その他には耐熱性フィルム、例えばポリイミドフィルムを使用することも可能である。さらには、ガラスやセラミック等も適用可能で、用途に応じて適宜選択することができる。

粘着層は導電性粒子を付着でき、しかし静電潜像担持体とは強く付着しない材料であって、ハンダ処理時の熱に耐えられなくてはならない。具体的にはエポキシ樹脂をベースに硬化剤として有機酸および熱硬化型粘着付与剤を配合して溶剤に溶かしたものを絶縁基板に塗布し乾燥後も粘着性を有する粘着層を用いるのが良い。

粘着剤は熱硬化型であることが望ましい。ハンダ処理時の温度で軟化する材料では、ハンダ処理が困難になり、UV硬化型では熱変形温度が低いためハンダ処理時の温度（200℃〜300℃）で熱軟化し粘着力の低下が起こり銅などの導電層が基板から剥離してしまう。しかし、熱硬化型では室温で粘着性が発現し転写が容易であり、高温で硬化するためハンダ処理が容易となり、粘着性が失われるためその後の取り扱いが容易となる。

粘着剤の厚みは1〜100μmとするのが好ましく、3〜30μmとするとさらに良い。薄い場合
には粘着性が十分ではなく導電性粉体の転写効率が低く、厚い場合には導電性粉の粘着剤への埋没が発生し、ハンダ処理が困難となるからである。

粘着剤は熱硬化型エポキシ樹脂と熱硬化型可塑剤とするのが望ましい。これは最終的に加熱硬化され、回路基板と導電層を固定する粘着剤の働きをする。ハンダ処理時に200℃〜300℃の熱が加えられる時、導電層を回路基板に接着している粘着剤が耐熱性を保持することにより、導電層が回路基板から剥離することが避けられる。

粘着剤中の熱硬化型可塑剤の添加量は1〜40重量％とするのが望ましい。熱硬化型可塑剤の添加量が1重量%以下では粘着力が小さすぎて銅粉を十分転写することが困難となる。一方40重量%以上では粘着層の凝集力が弱くなり、粘着剤が静電潜像担持体に移行する恐れが発生する。

静電的に作成した導電粉からなるパターンを効率よく転写が可能であり、ハンダ使用時の耐熱性にも優れる回路基板が作製可能である。

本発明の基本構成の説明図転写体の説明図

以下に、本発明の実施の形態として、ポリイミド樹脂基板上に静電潜像担持体から導電性粉体を転写する回路基板の製造方法及び装置について説明する。

特許文献３に記載の方法により粒径3μmの銅粉（Cu-HWQ3μm、福田金属箔粉工業株式会社製）によるパターンを静電潜像担持体１上に形成する。次に銅粉パターン８を転写する転写体６を準備する。転写体はポリイミド樹脂基材６１と粘着層６２からなる。

粘着層６２の具体的な組成を示す。
エポキシ樹脂JER154（JER社製）100g、及びJER828（JER社製）50g、ジシアンジアミド12g、及びベンジルジメチルアミン5gをメチルエチルケトン200gとDMF50gとトルエン50gの混合溶媒に溶解し厚さ128μmのポリイミドフィルム６１上に厚さ100μmに塗布し80℃で30分間乾燥した結果10μmの粘着層６２が形成できた。このときの熱硬化型可塑剤JER828の固形分に占める割合は30%であった。

こうして得られた転写体６の表面のタックをφ5mmのプローブを用いてタッキング試験機（（株）レスカTACKINESS TESTER Model TAC-II、引き上げ速度 600mm/min）にて測定したところ、20gfであった。

転写体６を静電潜像担持体１に線圧250gf/cmで押圧して銅粉パターン８を転写した。この転写体６を転写後150℃に60分加熱することにより粘着層６２は硬化し不溶不融の耐熱性を有するものとした。この作業により電気回路を有するプリント基板が作製された。

特許文献３に記載の方法により粒径10μmの銅粉（Cu-HWQ10μm、福田金属箔粉工業株式会社製）によるパターンを静電潜像担持体１上に形成する。次に銅粉パターン８を転写する転写体６を準備する。転写体６はポリイミド樹脂基材６１と粘着層６２からなる。

粘着層６２の具体的な組成を示す。エポキシ樹脂系接着剤EPOX-AH3501A（株式会社プリンテック製）100gとEPOX-AH3501B（株式会社プリンテック製）５ｇを混合しその中にエポキシ樹脂JER828（JER社製）5gを加えて十分に混合する。この溶液を128μmのポリイミドフィルム６１上に厚さ150μmに塗布し50℃で10分間乾燥した結果15μmの粘着層６２が形成できた。このときの熱硬化型可塑剤JER828の固形分に占める割合は14%であった。

こうして得られた転写体６の表面のタックをφ5mmのプローブを用いてタッキング試験機（（株）レスカTACKINESS TESTER Model TAC-II、引き上げ速度 600mm/min）にて測定したところ、200gfであった。

転写体６を静電潜像担持体１に線圧100gf/cmで押圧して銅粉パターン８を転写した。
この転写体６を転写後180℃に30分加熱することにより粘着層６２は硬化し不溶不融の耐熱性を有するものとなる。この作業により電気回路を有するプリント基板が作製できた。

上記実施例の導電性粉体材料、粘着剤材料組成、転写圧力等の諸条件は代表例であって、本発明を制限するものではない。

なお、実施例１，２に用いた銅粉は酸化により静電潜像担持体１上で電荷を保持するには電気抵抗が低すぎるものの、電気配線としては電気抵抗が高いため、電気回路を有するプリント基板上の酸化銅粉パターンを還元するのが望ましい。還元方法として公知の方法が使用できる。例えば特許文献６に示される水素プラズマを照射する方法、例えば特許文献７に示される酸素減圧環境下で焼成する方法を用いることができる。但し、空気中で酸化しない材料や酸化しても導電性を発現できる材料については、この還元作業は不要である。

１・・・・・静電潜像担持体
２・・・・・帯電器
３・・・・・露光
４・・・・・現像器
５・・・・・導電粒子
６・・・・・転写体
７・・・・・転写ローラ
８・・・・・導電性パターン
６１・・・・・基材
６２・・・・・粘着層

Claims

静電潜像坦持体に潜像を形成する工程、前記潜像に導電性粒子の現像剤を現像する工程、あらかじめ粘着剤を塗布した転写体を供給する転写体供給工程、前記導電性粒子を前記潜像面に保持した前記静電潜像担持体と前記転写体上の前記粘着剤を接触させ粘着転写する工程とを有する回路基板の製造方法において、前記粘着剤が熱硬化型粘着剤であることを特徴とする回路基板の製造方法。
前記粘着剤が熱硬化型エポキシ樹脂と熱硬化型可塑剤からな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。
前記粘着剤の厚みが1〜100μmであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路基板の製造方法。
前記粘着剤中の固形分に占める前記熱硬化型可塑剤添加量が1〜40重量％であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の回路基板の製造方法。