JP5554971B2

JP5554971B2 - 導体パターンの形成方法、導体パターン、導体パターン形成基材

Info

Publication number: JP5554971B2
Application number: JP2009268111A
Authority: JP
Inventors: 真桑原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP2011114098A

Description

本発明は、プリント配線板の通常の回路パターンの形成のみならず電磁波シールドパターンの形成にも用いられる導体パターンの形成方法、前記方法を使用して形成される導体パターン、前記導体パターンを基材に設けて形成されるプリント配線板や電磁波シールド材等の導体パターン形成基材に関するものである。

従来、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等に用いられる電磁波シールド材を製造するにあたって、電磁波シールドパターンとしての導体パターン１は、図４に示すようにフォトリソグラフィを使用して形成されている（例えば、特許文献１、２参照）。すなわち、まず図４（ａ）のようにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の基材２の表面に感光性材料を用いてレジスト層３を形成する。次にマスクパターン（図示省略）を用い、紫外線等で露光した後現像することによって、図４（ｂ）のようにレジスト層３に所定パターン形状の溝４を形成する。このとき溝４の底面においては基材２が露出している。その後、スパッタリング等の気相めっき又は無電解めっき等の液相めっきを行うことによって、図４（ｃ）のようにレジスト層３の表面及び溝４に導電膜１７を形成する。そして、レジスト層３をその表面の導電膜１７と共に基材２から剥離して除去し、溝４に形成されていた導電膜１７を導体パターン１として基材２の表面に残すことによって、図４（ｄ）に示すような電磁波シールド材を得ることができるものである。

特開２００９−１９４０７１号公報特開２００９−１９４０７７号公報

しかし、図４に示す従来の方法では、導電性の高い導体パターン１を得るためには導電膜１７の形成に手間がかかるだけでなく、最終的にレジスト層３のほか、レジスト層３の表面に形成されていた導電膜１７も廃棄しなければならず、廃棄物の量が多くなるという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、廃棄物の量が少なく手間のかからない工程で導電性の高い導体パターンを形成することができる導体パターンの形成方法、導電性の高い導体パターン、導電性の高い導体パターンが基材に形成された導体パターン形成基材を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る導体パターンの形成方法は、基材２の表面にレジスト層３を形成する工程、前記レジスト層３に前記基材２が底面に露出する溝４を所定パターン形状に形成する工程、導電性微粒子及びバインダー樹脂成分を含む導電性ペースト５を前記レジスト層３の表面に供給し、スキージ６を用いて前記導電性ペースト５を前記溝４に充填すると共に余分な導電性ペースト５を前記レジスト層３の表面から掻き取って除去する工程、前記レジスト層３を除去する工程、前記基材２の表面に所定パターン形状に設けられた導電性ペースト５を加圧しながら水蒸気７により加熱処理する工程をこの順で経ることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る導体パターンは、請求項１に記載の方法を使用して形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２において、アスペクト比（導体厚さ／導体幅）が０．６以上であることを特徴とするものである。

本発明に係る導体パターン形成基材は、請求項２又は３に記載の導体パターン１が基材２の表面に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る導体パターンの形成方法によれば、廃棄物の量が少なく手間のかからない工程で導電性の高い導体パターンを形成することができるものである。また水蒸気による加熱処理と加圧とを組み合わせることによって、表面抵抗がさらに低くなるものである。

本発明の請求項２に係る導体パターンによれば、高い導電性を得ることができるものである。

請求項３に係る発明によれば、さらに高い導電性を得ることができるものである。

本発明の請求項４に係る導体パターン形成基材によれば、高い導電性を得ることができるものである。

本発明に係る導体パターンの形成方法の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は断面図である。本発明に係る導体パターンの形成方法の他の一例を示す断面図である。本発明に係る導体パターンの形成方法の他の一例を示す断面図である。従来の導体パターンの形成方法の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る導体パターンの形成方法の一例を示すものであり、この方法は、（１）レジスト層形成工程（図１（ａ））、（２）溝形成工程（図１（ｂ））、（３）導電性ペースト充填工程（図１（ｃ））、（４）レジスト層除去工程（図１（ｄ））をこの順で経ることによって、導体パターン１を形成することができる。以下、上記の各工程について順に説明する。

（１）レジスト層形成工程
この工程では図１（ａ）のように基材２の平坦な表面に感光性材料を用いてレジスト層３を形成する。ここで、基材２としては、絶縁性のあるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）のほか、ポリメタクリル酸メチルに代表されるアクリル樹脂、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、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、ＪＳＲ株式会社製の商品名「アートン」に代表されるノルボルネン系樹脂、東ソー株式会社製の品番「ＴＩ−１６０」に代表されるオレフィンマレイミド樹脂等にて形成される有機樹脂基体や、ガラスにて形成されるガラス基体、特開平０８−１４８８２９号公報に記載されているエポキシ樹脂基材等のような、シート状あるいは板状のもの等を挙げることができる。基材２の厚さは、０．００１〜２０ｍｍであることが好ましく、０．０１〜１ｍｍであることがより好ましく、０．０２５〜０．２ｍｍであることが最も好ましい。また、レジスト層３を形成する感光性材料としては、ドライフィルムや液状のもの等を用いることができる。レジスト層３の厚さは０．０１〜５００μｍであることが好ましい。

（２）溝形成工程
この工程では、マスクパターン（図示省略）を用い、紫外線等で露光した後現像することによって、図１（ｂ）のようにレジスト層３に溝４を所定パターン形状に形成する。この溝４は、底面に基材２が露出するように形成される。溝４の幅は０．１〜５０μｍに設定するのが好ましい。

（３）導電性ペースト充填工程
この工程では、図１（ｃ）のようにレジスト層３の表面に導電性ペースト５を供給し、スキージ６を用いて導電性ペースト５を溝４に充填すると共に、余分な導電性ペースト５をレジスト層３の表面から掻き取って除去する。その後、溝４に充填された導電性ペースト５を５０〜１５０℃、０．１〜１８０分の条件で加熱して乾燥させる。ここで、導電性ペースト５としては、金属粉、アンチモン−錫酸化物やインジウム−錫酸化物等の金属酸化物粉末、金属ナノワイヤ、グラファイト、カーボンブラック、熱可塑性樹脂、添加剤、溶媒等を配合して調製されたものを用いることができる。金属粉としては、銀粉、銅粉、ニッケル粉、アルミニウム粉、鉄粉、マグネシウム粉及びこれらの合金粉もしくはこれらの粉末に異種金属を１層以上コーティングしたものから選ばれるものを用いることができ、また金属ナノワイヤとしては、金、銀、銅、白金等のナノワイヤを用いることができる。これらの配合量は導電性ペースト５全量に対して０〜９９質量％であることが好ましい。またカーボンブラック、グラファイトの配合量は０〜９９質量％であることが好ましい。なお、少なくとも金属粉、金属ナノワイヤ、カーボンブラック、グラファイトのいずれかを用いる。また熱可塑性樹脂としては、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などや、−ＣＯＣ−骨格、−ＣＯＯ−骨格などを含むこれらの樹脂の誘導体、カルボキシメチルセルロース、アセチルセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース誘導体等を用いることができ、この配合量は０．１〜２０質量％であることが好ましい。また添加剤としては、ビックケミー・ジャパン株式会社製「ＢＹＫ３３３（シリコンオイル）」等の消泡剤・レベリング剤を用いることができ、この配合量は０〜１０質量％であることが好ましい。また溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、トルエン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、キシレン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、１−（２−メトキシ−２−メチルエトキシ）−２−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及び水等をそれぞれ単独で用いたり、任意の割合で混合した混合溶媒として用いたりすることができるものであり、この配合量は０．１〜５０質量％であることが好ましい。なお、レジスト層３の表面からスキージ６で掻き取られて除去された余分な導電性ペースト５は再利用することができる。

ところで、導体パターン１の幅を狭くしつつ、この導体パターン１の導電性を高めるためには、そのアスペクト比（導体厚さ／導体幅）を高める必要がある。具体的には、導体パターン１の幅を５０μｍ以下に設定し、なおかつ導電性を高める場合には、アスペクト比は０．６以上（上限は５．０）に設定するのが好ましい。この場合、レジスト層３にはアスペクト比（深さ／幅）が０．６以上の溝４をあらかじめ形成し、この溝４に導電性ペースト５を充填することになるが、この作業は、従来のスパッタリング等の気相めっきや無電解めっき等の液相めっきに比べて手間のかからない作業である。

（４）レジスト層除去工程
この工程では、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液を用いて、図１（ｄ）のようにレジスト層３を剥離して除去する。これにより、レジスト層３の溝４に充填されていた導電性ペースト５がそのまま基材２の表面に残り、導体パターン１を形成することができるものである。上記のようにレジスト層３を除去するにあたって、レジスト層３の表面には導電性ペースト５は残っていないので、レジスト層３のみを廃棄することができ、図４に示す従来の導体パターン１の形成方法に比べて廃棄物の量を少なくすることができるものである。そして、上記のように導体パターン１を基材２の表面に設けて形成された導体パターン形成基材８は、具体的にはプリント配線板や電磁波シールド材等として用いることができるものである。

上記のように（４）レジスト層除去工程が終了すると、導体パターン１が形成されることになるが、（４）レジスト層除去工程の後に、さらに（５）水蒸気加熱処理工程、（６）加圧処理工程又は（７）水蒸気加熱加圧処理工程のいずれかの工程を経ることによって、より導電性の高い導体パターン１を形成することができる。以下、上記の各工程について順に説明する。

（５）水蒸気加熱処理工程
この工程では、図２のように水蒸気加熱装置９を用いて、基材２の表面に所定パターン形状に設けられた導電性ペースト５を水蒸気７により加熱処理する。ここで、水蒸気加熱装置９は、処理室１０内に高温の水蒸気７を噴出する蒸気噴出部１１を設けて形成されている。そして、導電性ペースト５を乾燥させた後の基材２を処理室１０内に入れて、蒸気噴出部１１から水蒸気７を噴出させることによって、水蒸気７による加熱処理（水蒸気加熱処理）を行うことができる。このようにして形成された導体パターン１は、水蒸気７により加熱処理されることによって、熱可塑性樹脂等のバインダー樹脂成分が金属粉等の導電性微粒子間から流れ出して排除され、導電性微粒子間の接触面積が増加するので、表面抵抗が低くなり、導電性が高くなるものである。ここで、水蒸気加熱処理は４０〜２００℃、湿度５０〜１００％、０．０００１〜１００時間の条件で行うのが好ましい。

（６）加圧処理工程
この工程では、図３のように加熱加圧装置１２を用いて、基材２の表面に所定パターン形状に設けられた導電性ペースト５を加圧する。ここで、加熱加圧装置１２としては、近接・離間し、対向面が平坦に形成された一対の熱盤１３，１４を備えたものを用いることができる。上記のようにして形成された導体パターン１は、加圧で圧縮されることによって金属粉等の導電性微粒子間の接触面積が増加するので、表面抵抗が低くなり、導電性が高くなるものである。ここで、加圧は５０〜１５０℃、０．０１〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．９８ｋＰａ〜１９．６ＭＰａ）、０．１〜１８０分の条件で行うのが好ましい。また、加熱加圧終了後に、圧力を保ったまま水冷等で急速冷却、例えば１１０℃から４０℃まで３０分で冷却することも導電性ペースト５の圧縮状態を保つ上で有効である。なお、加圧する場合には、図３のように導電性ペースト５が設けられた基材２と各熱盤１３，１４との間に離型シート１５を介在させるようにしてもよい。この離型シート１５としては、ポリエステルフィルム、ポリエステルフィルムにシリコーン樹脂等の剥離剤を塗布して剥離剤層を設けたもの、公知の偏光板等を用いることができる。

（７）水蒸気加熱加圧処理工程
この工程では、図２のように水蒸気加熱加圧装置１６を用いて、基材２の表面に所定パターン形状に設けられた導電性ペースト５を加圧しながら水蒸気７により加熱処理する。ここで、水蒸気加熱加圧装置１６は、耐圧容器で形成された処理室１０内に高温の水蒸気７を噴出する蒸気噴出部１１及び処理室１０内を加圧する加圧手段（図示省略）を設けて形成されている。そして、導電性ペースト５を乾燥させた後の基材２を処理室１０内に入れて、蒸気噴出部１１から水蒸気７を噴出させると共に加圧手段によって処理室１０内を加圧することによって、水蒸気加熱処理を加圧しながら行うことができる。このようにして形成された導体パターン１は、水蒸気加熱処理によって得られる効果に加えて、加圧することによって、熱可塑性樹脂等のバインダー樹脂成分が金属粉等の導電性微粒子間から流れ出して排除されるのが促進され、導体パターン１を短時間で効率よく形成することができると共に、導電性ペースト５中の金属粉等の導電性微粒子同士を凝集させ、表面抵抗をさらに低くすることができ、導電性をさらに高くすることができるものである。ここで、加圧を伴う水蒸気７による加熱処理（水蒸気加熱加圧処理）は３０〜２００℃、湿度５０〜１００％、０．０１〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．９８ｋＰａ〜１９．６ＭＰａ）、０．０００１〜５０時間の条件で行うのが好ましい。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
基材２として、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製の品番「Ａ４３００」）の表面に厚さ５μｍのインク受容層（イーストマンケミカルジャパン株式会社製の品番「ＣＡＢ５５１−０．２」）を設けて形成されたものを用い、感光性材料として厚さ２０μｍのドライフィルム（デュポンＭＲＣドライフィルム株式会社製の品番「リストンＦＸ９００」（厚さ２５μｍ））を用いた。

（１）レジスト層形成工程
まず図１（ａ）のように基材２の平坦な表面に感光性材料を用いて厚さ２０μｍのレジスト層３を形成した。

（２）溝形成工程
次にマスクパターン（図示省略するが、線幅／ピッチ＝２０μｍ／３００μｍの格子状パターンが形成されたもの）を用い、紫外線等で露光した後現像することによって、図１（ｂ）のようにレジスト層３に所定パターン形状の溝４を形成した。この溝４の底面においては基材２が露出している。

（３）導電性ペースト充填工程
次に導電性ペースト５として太陽インキ製造株式会社製の品番「ＡＦ５２００Ｅ」を用い、これを図１（ｃ）のようにレジスト層３の表面に供給し、スキージ６を用いて導電性ペースト５を溝４に充填すると共に、余分な導電性ペースト５をレジスト層３の表面から掻き取って除去した。その後、溝４に充填された導電性ペースト５を１２０℃、３０分の条件で加熱して乾燥させた。

（４）レジスト層除去工程
次に８％水酸化ナトリウム水溶液（２５℃）を用い、図１（ｄ）のようにレジスト層３を剥離して除去した。これにより、レジスト層３の溝４に充填されていた導電性ペースト５がそのまま基材２の表面に残り、導体パターン１を形成することができた。なお、レジスト層３を除去するにあたって、レジスト層３の表面には導電性ペースト５は残っていなかったので、レジスト層３のみを廃棄することができた。

このようにして得られた導体パターン１のアスペクト比（導体厚さ／導体幅）は０．８１であり、かつ幅は２０μｍであった。また表面抵抗は０．５２Ω／□であった。

（実施例２）
実施例１と同様にして得られた導体パターン１を図２のように水蒸気加熱装置９を用いて８５℃、湿度９０％、１２時間の条件で水蒸気７により水蒸気加熱処理したところ、この導体パターン１のアスペクト比（導体厚さ／導体幅）は０．７９となり、かつ幅は２０．１μｍとなった。また表面抵抗は０．２９Ω／□となった。

（実施例３）
実施例１と同様にして得られた導体パターン１を図３のように加熱加圧装置１２を用いて１１５℃、２．５４ｋｇｆ／ｃｍ^２（２４９ｋＰａ）、５０分の条件で加熱加圧したところ、この導体パターン１のアスペクト比（導体厚さ／導体幅）は０．０７となり、かつ幅は２２μｍとなった。また表面抵抗は０．２３Ω／□となった。

（実施例４）
実施例１と同様にして得られた導体パターン１を図２のように水蒸気加熱加圧装置１６を用いて１１５℃、湿度９０％、２．５４ｋｇｆ／ｃｍ^２（２４９ｋＰａ）、５０分の条件で加圧しながら水蒸気７により加熱処理したところ、この導体パターン１のアスペクト比（導体厚さ／導体幅）は０．０６となり、かつ幅は２３μｍとなった。また表面抵抗は０．１９Ω／□となった。

（比較例１）
実施例１と同様の基材２及び感光性材料を用いた。

まず図４（ａ）のように基材２の平坦な表面に感光性材料を用いて厚さ２０μｍのレジスト層３を形成した。次にマスクパターン（図示省略するが、線幅／ピッチ＝２０μｍ／３００μｍの格子状パターンが形成されたもの）を用い、紫外線等で露光した後現像することによって、図４（ｂ）のようにレジスト層３に所定パターン形状の溝４を形成した。この溝４の底面においては基材２が露出している。その後、無電解銅めっきを行うことによって、図４（ｃ）のようにレジスト層３の表面及び溝４に導電膜１７を形成した。そして、８％水酸化ナトリウム水溶液（２５℃）を用い、レジスト層３をその表面の導電膜１７と共に基材２から剥離して除去した。これにより、レジスト層３の溝４に形成されていた導電膜１７がそのまま基材２の表面に残り、導体パターン１を形成することができた。

このようにして得られた導体パターン１のアスペクト比（導体厚さ／導体幅）は０．４３であり、かつ幅は２０μｍであった。また表面抵抗は０．９Ω／□であった。

実施例１の導体パターン１と同程度の導電性を得るためには、無電解銅めっきによる導電膜１７の形成に更なる時間をかける必要があるものと考えられる。

１導体パターン
２基材
３レジスト層
４溝
５導電性ペースト
６スキージ
７水蒸気
８導体パターン形成基材

Claims

基材の表面にレジスト層を形成する工程、前記レジスト層に前記基材が底面に露出する溝を所定パターン形状に形成する工程、導電性微粒子及びバインダー樹脂成分を含む導電性ペーストを前記レジスト層の表面に供給し、スキージを用いて前記導電性ペーストを前記溝に充填すると共に余分な導電性ペーストを前記レジスト層の表面から掻き取って除去する工程、前記レジスト層を除去する工程、前記基材の表面に所定パターン形状に設けられた導電性ペーストを加圧しながら水蒸気により加熱処理する工程をこの順で経ることを特徴とする導体パターンの形成方法。
請求項１に記載の方法を使用して形成されていることを特徴とする導体パターン。
アスペクト比（導体厚さ／導体幅）が０．６以上であることを特徴とする請求項２に記載の導体パターン。
請求項２又は３に記載の導体パターンが基材の表面に形成されていることを特徴とする導体パターン形成基材。