JP5768501B2

JP5768501B2 - 配線基板の製造方法

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Publication number: JP5768501B2
Application number: JP2011117676A
Authority: JP
Inventors: 石田　方哉; 方哉石田; 知之鎌倉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP2012248595A

Description

本発明は、配線基板の製造方法に関する。

基板の両面に形成された導電性配線パターン同士を、基板に形成された貫通孔を介して電気的に接続させる配線基板の製造方法として、例えば、基板の一方面から貫通孔の周囲の縁部に導電性材料含有溶液を塗布して、貫通孔の内壁部に導電性材料含有溶液を付着させながら、基板の他方の面にまで到達させ、基板の両面に形成された導電性配線パターン同士を接続する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２９４２４４号公報

しかしながら、貫通孔に対して導電性材料含有溶液が容易に濡れ広がらないため、基板の両面に形成された導電性配線パターン同士を容易に接続することができない、という課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる配線基板の製造方法は、基板上に配線パターンが形成された配線基板の製造方法であって、前記基板の第１領域に対して、前記配線パターンの材料を含むとともに、基準の表面張力を有する第１機能液を液滴として吐出して、前記第１領域に前記第１機能液を塗布する第１塗布工程と、前記基板の第２領域に対して、前記配線パターンの材料を含むとともに、前記第１機能液の前記表面張力よりも小さい表面張力を有する第２機能液を液滴として吐出して、前記第２領域に前記第２機能液を塗布する第２塗布工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、基板の領域に応じて表面張力が異なる機能液を塗布することなる。すなわち、基板の領域に応じて機能液の塗り分けが可能となる。第１機能液は、基準の表面張力を有しており、これにより、エッジの良好な配線パターンを描画することができる。また、第２機能液は、例えば、機能液が濡れ広がりにくい領域において適用する。第２機能液は、第１機能液に比べて表面張力が小さい（低い）ため、第２領域において濡れ広がり、良好な配線パターンを描画できる。

［適用例２］上記適用例にかかる配線基板の製造方法では、前記第１領域が、前記基板の平面部であり、前記第２領域が、前記基板に形成された貫通孔の壁面であることを特徴とする。

この構成によれば、基板の平面部においてエッジの良好な配線パターンを形成することができる。また、貫通孔の内壁において容易に配線パターンを形成することができる。これにより、基板の両面に形成された配線パターンを、貫通孔の壁面に形成された配線パターンを介して容易に接続させることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる配線基板の製造方法において、前記第１機能液は、導電性微粒子が第１分散媒に分散された分散液であり、前記第２機能液は、前記導電性微粒子が第２分散媒に分散された分散液であることを特徴とする。

この構成によれば、異なる分散媒を用いることにより、第１機能液と第２機能液の表面張力を容易に異ならせることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる配線基板の製造方法の前記第２塗布工程では、前記貫通孔の周縁部に対して、前記第１塗布工程における単位面積当たりの前記第１機能液の塗布量よりも多くの量の前記第２機能液を塗布することを特徴とする。

この構成によれば、例えば、貫通孔の周縁部に対して、より多くの第２機能液を塗布することにより、塗布された第２機能液が貫通孔の壁面に濡れ広がるため、確実に壁面に配線パターンを形成することができる。

配線基板の構成を示す断面図。液滴吐出装置の構成を示す斜視図。ピエゾ方式による機能液の吐出原理を説明する説明図。配線基板の製造方法を示す工程図。配線基板の製造方法を示す工程図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（配線基板の構成）
まず、配線基板の構成について説明する。図１は、配線基板の構成を示す断面図である。図１に示すように、配線基板１は、基板１０と、基板１０に形成された貫通孔２０と、導電性を有する配線パターン１００と、を備えている。本実施形態では、基板１０の一方の第１平面部１１ａに形成された配線パターン１００と、基板１０の他方の第２平面部１１ｂに形成された配線パターン１００が、貫通孔２０の壁面２１に形成された配線パターン１００を介して電気的に接続されている。基板１０は、例えば、アルミナセラミック基板であり、厚みが２５０μｍであり、貫通孔２０の直径は８０μｍである。

次に、配線基板の製造方法について説明する。なお、本実施形態にかかる配線基板の製造方法では、機能液を液滴として吐出する液滴吐出装置を用いるため、配線基板の製造方法の説明に先立ち、まず、液滴吐出装置について説明する。

（液滴吐出装置の構成）
図２は、液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１００１と、Ｘ軸方向駆動軸１００４と、Ｙ軸方向ガイド軸１００５と、制御装置ＣＯＮＴと、ステージ１００７と、クリーニング機構１００８と、基台１００９と、ヒーター１０１５を備えている。

ステージ１００７は、機能液が塗布されるワークＷを支持するものであって、ワークＷを基準位置に固定する固定機構（図示省略）を備えている。

液滴吐出ヘッド１００１は、複数のノズル孔を備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とＸ軸方向とを一致させている。複数のノズル孔は、液滴吐出ヘッド１００１の下面に一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド１００１のノズル孔からは、ステージ１００７に支持されているワークＷに対して、機能液を液滴として吐出して、ワークＷ上に機能液を塗布するように構成されている。なお、液滴吐出装置ＩＪには、複数の液滴吐出ヘッド１００１を搭載することができる。

Ｘ軸方向駆動軸１００４には、Ｘ軸方向駆動モーター１００２が接続されている。このＸ軸方向駆動モーター１００２は、ステッピングモーター等からなるもので、制御装置ＣＯＮＴからＸ軸方向の駆動信号が供給されると、Ｘ軸方向駆動軸１００４を回転させる。Ｘ軸方向駆動軸１００４が回転すると、液滴吐出ヘッド１００１はＸ軸方向に移動する。

Ｙ軸方向ガイド軸１００５は、基台１００９に対して動かないように固定されている。ステージ１００７は、Ｙ軸方向駆動モーター１００３を備えている。Ｙ軸方向駆動モーター１００３はステッピングモーター等であり、制御装置ＣＯＮＴからＹ軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ１００７をＹ軸方向に移動する。

制御装置ＣＯＮＴは、液滴吐出ヘッド１００１に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、Ｘ軸方向駆動モーター１００２に液滴吐出ヘッド１００１のＸ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Ｙ軸方向駆動モーター１００３にステージ１００７のＹ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。

クリーニング機構１００８は、液滴吐出ヘッド１００１をクリーニングするものである。クリーニング機構１００８には、図示は省略のＹ軸方向の駆動モーターが備えられている。このＹ軸方向の駆動モーターの駆動により、クリーニング機構は、Ｙ軸方向ガイド軸１００５に沿って移動する。クリーニング機構１００８の移動も制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

ヒーター１０１５は、ここではランプアニールによりワークＷを熱処理する手段であり、ワークＷ上に配置された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒーター１０１５の電源の投入及び遮断も制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１００１とワークＷを支持するステージ１００７とを相対的に走査しつつ、ワークＷに対して、液滴吐出ヘッド１００１の下面にＸ軸方向に配列された複数のノズル孔から液滴を吐出するようになっている。

図３は、ピエゾ方式による機能液の吐出原理を説明する説明図である。図３において、機能液を収容する液体室１０２１に隣接してピエゾ素子１０２２が設置されている。液体室１０２１には、機能液を収容する材料タンクを含む液体材料供給系１０２３を介して機能液が供給される。ピエゾ素子１０２２は駆動回路１０２４に接続されており、この駆動回路１０２４を介してピエゾ素子１０２２に電圧を印加し、ピエゾ素子１０２２を変形させることにより、液体室１０２１が変形し、ノズル孔１０２５から機能液が液滴として吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子１０２２の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子１０２２の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。

（配線基板の製造方法）
次に、配線基板の製造方法について説明する。図４および図５は、配線基板の製造方法を示す工程図である。本実施形態の配線基板の製造方法は、基板上に配線パターンが形成された配線基板の製造方法であって、基板の第１領域に対して、配線パターンの材料を含むとともに、基準の表面張力を有する第１機能液を液滴として吐出して、第１領域に第１機能液を塗布する第１塗布工程と、基板の第２領域に対して、配線パターンの材料を含むとともに、記第１機能液の表面張力よりも小さい（低い）表面張力を有する第２機能液を液滴として吐出して、第２領域に第２機能液を塗布する第２塗布工程と、を含むものである。なお、本実施形態では、基板としてのアルミナセラミック基板に導電性を有する配線パターンが形成された配線基板の製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、アルミナセラミック基板１０を液滴吐出装置ＩＪのステージ１００７に載置する。そして、アルミナセラミック基板１０を基準位置に固定する。本実施形態にかかるアルミナセラミック基板１０は、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂと、アルミナセラミック基板１０に形成された貫通孔２０と、を有し、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂが、第１領域に対応し、貫通孔２０の壁面２１が、第２領域に対応する。そして、本実施形態では、第１領域としての第１および第２平面部１１ａ，１１ｂに対して第１機能液を塗布し、第２領域としての貫通孔２０の壁面２１に対して第２機能液を塗布する。

第１機能液および第２機能液は、導電性微粒子が分散媒に分散された分散液である。導電性微粒子は、例えば、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル等を含有する金属微粒子の他、導電性ポリマーや超電導体の微粒子、あるいは炭素粒子などを用いることができる。また、これら導電性微粒子については、分散性を向上させるためその表面に有機物などをコーティングして使用することもできる。このようなコーティング剤としては、例えばキシレン、トルエン等の有機溶剤やクエン酸溶液等が挙げられる。また導電性微粒子の粒径は１ｎｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、液滴吐出装置ＩＪの液滴吐出ヘッド１００１のノズル孔１０２５の目詰まりが起こりやすく、液滴Ｓの吐出が困難になるからである。また、１ｎｍより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となるからである。

分散媒としては、前記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。そのような分散媒として、具体的には、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、更にプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を挙げることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、有機金属化合物の溶解性、また液滴吐出法への適用のし易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、さらに好ましい分散媒または溶媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。これらの分散媒または溶媒は、単独でも、あるいは２種以上の混合物としても使用することができる。

なお、本実施形態では、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂに塗布する第１機能液の表面張力を基準とし、貫通孔２０の壁面２１に形成される配線パターンを形成するための第２機能液の表面張力が、第１機能液の表面張力よりも小さく（低く）なるように設定する。換言すれば、アルミナセラミック基板１０に対する第１機能液の基準となる接触角に対して、アルミナセラミック基板１０に対する第２機能液の接触角が小さくなるように設定する。このように、表面張力が異なる第１および第２機能液を設定するため、本実施形態では、各機能液に含まれる分散媒を異ならせる。例えば、第１機能液は、銀の金属微粒子が分散媒としてのオクタノールに分散された分散液を用い、第２機能液は、銀の金属微粒子が分散媒としての２−エチルヘキサノールに分散された分散液を用いることができる。なお、この場合において、アルミナセラミック基板１０に対する第１機能液の接触角は３２°であった。一方、アルミナセラミック基板１０に対する第２機能液の接触角は２８°であり、第１機能液に比べ第２機能液の方が、接触角が小さい結果であった。これは、第２機能液の方が、第１機能液よりも表面張力が小さい（低い）ことを示す。以降、アルミナセラミック基板１０に向けて上記第１および第２機能液を塗布する。

まず、第１塗布工程では、図４（ｂ）に示すように、第１平面部１１ａに対して、配線パターン１００の材料を含むとともに、基準の表面張力を有する第１機能液を液滴Ｓ１として吐出して、第１平面部１１ａに第１機能液を塗布する。これにより、第１平面部１１ａ上に第１機能液の液滴ドットＤ１が付着する。

次いで、第２塗布工程では、図４（ｂ）に示すように、貫通孔２０の壁面２１に対して、配線パターン１００の材料を含むとともに、第１機能液よりも表面張力が小さい（低い）第２機能液を液滴Ｓ２として吐出して、壁面２１に第２機能液を塗布する。さらに具体的には、貫通孔２０の周縁部２０ａに対して、第１塗布工程における単位面積当たりの第１機能液の塗布量よりも多くの量の第２機能液を塗布する。また、例えば、図５に示すように、貫通孔２０の周縁部２０ａを覆うように第２機能液を塗布する。これにより、貫通孔２０の周縁部２０ａに第２機能液の液滴ドットＤ２が付着する。そうすると、塗布された第２機能液が貫通孔２０の壁面２１に濡れ広がりやすくなり、図４（ｂ）に示すように、第２機能液が、第２機能液が塗布された面とは反対の面に到達する。

なお、上記実施形態では、第１塗布工程の後に第２塗布工程を実施したが、第１塗布工程より先に第２塗布工程を行ってもよい。また、第１塗布工程と第２塗布工程とを同時期に行ってもよい。この場合、液滴吐出装置に複数の液滴吐出ヘッド１００１を搭載し、第１機能液を吐出するための液滴吐出ヘッド１００１と、別に第２機能液を吐出するための液滴吐出ヘッド１００１を設ければよい。

次いで、第１平面部１１ａに塗布された第１機能液と壁面２１に塗布された第２機能液とを乾燥する。例えば、液滴吐出装置のヒーター１０１５を用いる。これにより、図４（ｃ）に示すように、アルミナセラミック基板１０上に仮乾燥された配線パターン１００ａが形成される。

次いで、ステージ１００７の載置面に対して、アルミナセラミック基板１０の第１平面部１１ａと第２平面部１１ｂとが逆さまとなるように移動する（ひっくり返す）。そして、図４（ｄ）に示すように、第２平面部１１ｂに第１機能液を塗布する。これにより、第２平面部１１ｂ上に第１機能液の液滴ドットＤ１が付着する。次いで、貫通孔２０の周縁部２０ａに第２機能液を塗布する。これにより、貫通孔２０の周縁部２０ａに第２機能液の液滴ドットＤ２が付着する。なお、先述した第２機能液塗布工程において、第２機能液が貫通孔２０の壁面２１を十分に濡れ広がっている場合には、貫通孔２０の周縁部２０ａに対して第２機能液に変えて第１機能液を塗布してもよい。

次いで、塗布された第１および第２機能液を熱処理して個化（焼成）させる。このような熱処理は、通常は大気中で行うが、必要に応じて窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。熱処理の処理温度としては、分散媒の沸点（蒸気圧）、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。本実施形態では、例えば、２５０℃でおよそ３０分の熱処理を施す。なお、液滴吐出装置ＩＪのヒーター１０１５を用いて熱処理を行ってもよい。

以上の工程を経ることにより、配線基板１が形成される。

従って、上記実施形態によれば、以下に示す効果がある。

アルミナセラミック基板１０の第１および第２平面部１１ａ，１１ｂに対して第１機能液を塗布し、貫通孔２０の壁面２１に対して第２機能液を塗布した。この際、第１機能液は、基準の表面張力を有しているため、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂ上に所定の通りに濡れ広がり、所望の寸法の配線パターン１００を形成することができる。一方、貫通孔２０の壁面２１に対して塗布された第２機能液は、第１機能液に比べ、表面張力が小さい（低い）ため、壁面２１に濡れ広がり、良好な配線パターン１００を描画できる。従って、アルミナセラミック基板１０の領域に応じて、機能液を使い分けることにより、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂ、および壁面２１に対して容易に配線パターン１００を形成することができる。また、壁面２１における配線パターン１００を介して、第１および第２平面部１１ａ，１１ｂに形成された配線パターン１００を確実に電気的に接続させることができ、品質の高い配線パターンを有する配線基板１を提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）上記実施形態では、第１機能液の表面張力に基づいて、第１機能液よりも表面張力が小さな第２機能液を用いた場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第１機能液の表面張力に基づいて、表面張力が異なる２種類以上の機能液を用いてもよい。この場合、第１機能液の表面張力よりも小さい機能液に限らず、第１機能液の表面張力よりも大きな機能液を設定してもよい。このようにすれば、基板に対して機能液の塗布する場合において、基板の領域をさらに詳細に設定し、その領域に合致した機能液で塗布することが可能となり、さらに品質の高い配線パターン１００を形成することができる。

（変形例２）上記実施形態では、分散媒を異ならせて第１機能液と第２機能液の表面張力を異ならせたが、別の手段によって表面張力を調整してもよい。例えば、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加することにより各機能液の表面張力を異ならせてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。

（変形例３）上記実施形態では、基板としてアルミナセラミック基板１０を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、半導体装置（電子デバイス）における配線として用いる場合にはシリコン基板、液晶表示装置や有機ＥＬ装置、プラズマディスプレイなどの電気光学装置（電子デバイス）における配線として用いる場合にはガラス基板、多層配線基板の配線として用いる場合にはポリイミド基板等に適宜適用することができる。このような場合であっても、各基板の対象領域に応じて、基準の表面張力を有する機能液と、表面張力が異なる機能液と、を用いればよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。

１…配線基板、１０…基板としてのアルミナセラミック基板、１１ａ…第１平面部、１１ｂ…第２平面部、２０…貫通孔、２０ａ…周縁部、２１…壁面、１００…配線パターン、１００１…液滴吐出ヘッド。

Claims

基板上に配線パターンが形成された配線基板の製造方法であって、
前記基板の第１領域に対して、前記配線パターンの材料を含むとともに、第１の表面張力を有する第１機能液を液滴として吐出して、前記第１領域に前記第１機能液を塗布する第１塗布工程と、
前記基板の第２領域に対して、前記配線パターンの材料を含むとともに、前記第１の表面張力よりも小さい第２の表面張力を有する第２機能液を液滴として吐出して、前記第２領域に前記第２機能液を塗布する第２塗布工程と、を含み、
前記第１領域が、前記基板の平面部であり、
前記第２領域が、前記基板に形成された貫通孔の壁面であることを特徴とする配線基板の製造方法。
請求項１に記載の配線基板の製造方法において、
前記第１機能液は、導電性微粒子が第１分散媒に分散された分散液であり、
前記第２機能液は、前記導電性微粒子が第２分散媒に分散された分散液であることを特徴とする配線基板の製造方法。
請求項１または２に記載の配線基板の製造方法において、
前記第２塗布工程では、
前記貫通孔の周縁部に対して、前記第１塗布工程における単位面積当たりの前記第１機
能液の塗布量よりも多くの量の前記第２機能液を塗布することを特徴とする配線基板の製
造方法。