JP6491032B2 - 抵抗器の製造方法、および、抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に抵抗体膜を備えた抵抗器に関する。

固定抵抗器は、基板の表面に抵抗体膜と電極を実装したチップ型抵抗器や、円筒型の基体表面に抵抗体膜を被覆し、その両端にリード線を接続したリード線型抵抗器等が知られている。抵抗体膜としては、炭素被膜や金属皮膜が用いられる。これら抵抗器の製造工程では、抵抗体膜を印刷工程および焼成工程等により形成した後、抵抗体膜の抵抗値の調整のために、レーザー光等で抵抗体膜の一部をトリミングして、電流経路を狭くする工程が行われる。

一方、回路パターンの製造方法としては、製造プロセスを容易にし、製造装置コストを抑えるために、印刷により回路パターンを形成するプリンテッドエレクトロニクスという技術分野が盛んに研究されている。例えば、特許文献１には、銅ナノ粒子を含む非導電性フィルムをインクジェットプリンタ等により堆積させ、形成したフィルムに上方から光を照射することにより、銅粒子を融合させ、導電性の回路を形成する技術が開示されている。

特開２０１４−１１６３１５号公報

従来の固定抵抗器の製造方法では、上述のように抵抗体膜の抵抗値の調整を抵抗体膜のトリミングによって行う。トリミングは、抵抗値を増加させることはできるが、抵抗値を低下させることはできない。そのため、トリミングで抵抗値を所望の範囲内におさめることができるように、予め抵抗体膜を大きめに形成しておく必要があり、抵抗器の小型化の妨げになる。

本発明の目的は、抵抗体膜の抵抗値を増減させて調整することができる固定抵抗器の製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子と絶縁材料とが分散された溶液、もしくは、絶縁材料層で被覆された導電性ナノサイズ粒子が分散された溶液を、基板表面に所望の形状で塗布し、膜を形成する第１工程と、膜の一部に所定のパターンで光を照射し、光によって導電性ナノサイズ粒子を焼結し、所定のパターンの導電性ナノサイズ粒子層である抵抗体膜を形成する第２工程とを有する。

本発明によれば、固定抵抗器の製造工程において、抵抗体膜の抵抗値を増大させる調整のみならず、抵抗値を低減させる調整を行うことが可能である。

（ａ）〜（ｆ）第１の実施形態の抵抗器の製造工程を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）第１の実施形態の抵抗器の製造工程を示す上面図。 第２の実施形態で製造される抵抗体膜の厚さを示す説明図。 （ａ）第１の実施形態の膜１４１への光照射により抵抗体膜１４０が形成されることを示す説明図、（ｂ）および（ｃ）第２の実施形態の、膜１４１の厚さ方向の一部分にのみ抵抗体膜１４０が形成され、光の追加照射により抵抗体膜４０が厚さ方向に広がることを示す説明図。 （ａ）〜（ｃ）第３の実施形態の網目状の抵抗体膜１４０を示す上面図。 第６の実施形態で製造される電子デバイスの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図。 （ａ）〜（ｅ）第６の実施形態の電子デバイスの製造工程を示す断面図。 （ａ）〜（ｇ）第６の実施形態の電子デバイスの製造工程を示す断面図。

本発明の一実施形態の抵抗器の製造方法について説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の抵抗器の製造方法を図１（ａ）〜（ｆ）および図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

本実施形態では、絶縁材料層で被覆された導電性粒子を含有する膜を形成し、この膜の一部に光を照射して導電性粒子層を形成し、これを抵抗体膜とする。抵抗体膜の抵抗値を測定し、所望の値より大きければ、光を追加照射して導電性粒子層を広げ、抵抗体膜を追加形成する。一方、所望の値よりも小さければ光を照射してトリミングする。これにより、抵抗体膜の抵抗値の調整を増減させ、所望の値の抵抗体膜を形成することができる。以下、具体的に説明する。

まず、図１（ａ）のように、一対の回路パターン（電極）５０が予め形成された基板１０を用意する。

つぎに、粒径（例えば平均粒子径）１μｍ以下の導電性ナノサイズ粒子（以下、導電性ナノ粒子と呼ぶ）と、絶縁材料とが、溶媒に少なくとも分散された溶液、もしくは、絶縁材料の層で被覆された導電性ナノ粒子が溶媒に少なくとも分散された溶液を、図１（ｂ）のように、基板１０表面の領域２０内に所望の形状で塗布する。塗布された溶液は、図１（ｃ）のように、基板１０上で表面が平滑になり、塗膜（膜１４１）を形成することが望ましい。膜１４１の端部は、回路パターン５０の端部と重なるようにする。必要に応じて膜１４１を加熱し、乾燥させる。膜１４１内には、導電性ナノ粒子が分散され、導電性ナノ粒子の周囲は絶縁材料で覆われた状態である。この状態の膜１４１は、全体が非導電性である。

つぎに、図１（ｄ）のように、膜１４１に所望のパターンで光を照射し、光によって導電性ナノ粒子を焼結して、所望のパターンの導電性ナノサイズ粒子層（抵抗体膜１４０）を形成する。光は、回路パターン５０と連続した抵抗体膜１４０を形成するため、回路パターン５０と重なる領域にも照射することが望ましい。光照射により、導電性ナノ粒子は、その粒子を構成する材料のバルクの融点よりも低い温度で溶融する。導電性ナノ粒子の周囲の絶縁材料層は、光照射により蒸発するかもしくは軟化する。そのため、溶融した導電性ナノ粒子は、隣接する粒子と直接融合するか、もしくは、軟化した絶縁材料層を突き破って隣接する粒子と融合する。これにより、導電性ナノ粒子同士を焼結することができ、光照射した領域が、電気導電性の抵抗体膜１４０となる。これにより、図１（ｅ）および図２（ａ）のように抵抗体膜１４０を形成する。なお、光照射後の導電性ナノ粒子は、粒子同士が結合しているが、ある程度粒子形状を保っている。つまり、導電性ナノサイズ粒子層には、導電性ナノ粒子の粒子形状の一部が残っている。光を照射していない膜１４１の領域は、焼結が生じないため、非導電性のままである。

つぎに、形成した抵抗体膜１４０の抵抗値を計測する。例えば、抵抗体膜１４０に電源から電流を供給し、電流値を計測することにより抵抗値を求める。

計測した抵抗値が、所望の抵抗値の範囲よりも大きい場合、図１（ｆ）の工程において、抵抗体膜１４０の縁に接触する未焼結の膜１４１に光を追加照射し、光を照射された領域の導電性ナノ粒子を焼結して電気導電性に変化させる。これにより、図２（ｂ）のように抵抗体膜１４０の形状を広げることができ、抵抗値を低下させることができる。よって、光を追加照射した領域の面積および形状に応じて、抵抗値を低下させることができ、抵抗体膜１４０の抵抗値が所望の抵抗値範囲に入るように調整することができる。

一方、計測した抵抗値が所望の抵抗値の範囲よりも小さい場合、図１（ｆ）の工程において、抵抗値を増加させるために、抵抗体膜１４０の一部に例えば光を照射し、図２（ｃ）のように照射した部分（トリミング部）４３の抵抗体膜１４０を除去し、抵抗体膜１４０をトリミングする。照射光量は、抵抗体膜１４０が消失または除去する強度に調整する。これにより、トリミングした面積及び形状に応じて、抵抗値を増大させることができ、抵抗体膜１４０の抵抗値が所望の抵抗値範囲に入るように調整することができる。

なお、上記工程によって抵抗体膜１４０の抵抗値が所望の抵抗値範囲に入らなかった場合には、図１（ｄ）または図１（ｆ）の工程のいずれかをさらに行うことも可能である。

なお、非導電性の膜１４１は、抵抗値の調整後に除去してもよい。例えば、有機溶媒等に溶解することにより、膜１４１を除去することが可能である。

上記製造方法により、図２（ａ）、（ｂ）のように、一対の回路パターン５０を備えた基板１０と、回路パターン５０を接続する抵抗体膜１４０とを備えた抵抗器を製造することができる。この抵抗器は、抵抗体膜１４０の一部または全部が、粒径が１μｍ未満である導電性ナノ粒子を含んだ層によって構成されている。

抵抗体膜１４０の厚みは、１０ｎｍ〜１０μｍ程度に形成することが可能であり、例えば１μｍ以上の厚さに設定する。また、抵抗体膜１４０の電気抵抗値は、例えば、１０⁻⁴Ω/ｃｍ²以下に形成することができる。回路パターン５０の厚さは、図１（ｅ）のように、抵抗体膜１４０の厚さよりも大きい。

基板１０の材質としては、抵抗体膜１４０および回路パターン５０を支持することができ、少なくとも表面が絶縁性であり、抵抗体膜１４０の形成時の光照射に耐えることができるものであればどのような材質であってもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、フレキシブルプリント基板、セラミック基板、ガラス基板、表面を絶縁層で被覆した金属基板などを用いることができる。また、本実施形態の基板１０は、フィルム状のものを用いることも可能である。

基板１０の材質として、図１（ｄ）、（ｆ）の工程で照射する光を透過する基板を用いることも可能である、この場合、図１（ｄ）、（ｆ）の工程において光を基板１０の裏面側から基板１０を透過させて抵抗体膜１４０または膜１４１に照射することができる。

抵抗体膜１４０を構成する導電性ナノ粒子の材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｆｅなどの導電性金属および導電性金属酸化物のうちの１つ以上を用いることができる。未焼結の状態の導電性ナノ粒子は、粒径（例えば平均粒子径）が０．０１μｍ〜１μｍの導電性粒子を含んでいる。

膜１４１に少なくとも含有され、導電性ナノ粒子を被覆する絶縁材料としては、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、および、アクリル樹脂などの樹脂、ならびに、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などの無機材料、また有機と無機のハイブリット材料のうちの１以上を用いることができる。また、膜１４１において導電性ナノ粒子を被覆する絶縁材料層の厚みは、１ｎｍ〜１００００ｎｍ程度であることが好ましい。絶縁材料層が薄すぎると、非導電性の膜１４１の耐電圧性が低下する。

図１（ｃ）の工程で形成する膜１４１の厚さは、１０ｎｍ〜１０μｍ程度に形成することができる。

照射する光の波長は、膜１４１に含まれる導電性ナノ粒子に吸収される波長を選択して用いる。照射する光は、紫外、可視、赤外いずれの光であってもよい。例えば導電性ナノ粒子として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄなどを用いた場合、４００〜６００ｎｍの可視光を用いることができる。光の強度は、図１（ｄ），（ｆ）の工程において導電性ナノ粒子を焼結する場合には、絶縁材料層が蒸発もしくは軟化し、導電性ナノ粒子同士が融合して結合する照射強度に設定する。具体的には、膜１４１における導電性ナノ粒子の材質および粒径、導電性ナノ粒子を被覆する絶縁材料層の材質および厚さを考慮して、照射強度を設定する。また、図１（ｆ）の工程において、抵抗体膜１４０をトリミングする場合には、焼結された導電性粒子を蒸発または除去することができる強度の光を照射する。

所定のパターンに光を照射するため、所定のパターンの開口を有するマスクを通して光を照射する方法を用いることができる。また、所定のパターンよりも小さい照射径に集光した光ビームを用い、光ビームを膜１４１上で所定のパターンに走査させることにより、所定のパターンのみに光を照射することも可能である。

なお、基板１０に回路パターン５０を形成する方法としては従来の方法を用いることができる。例えば、金属薄膜を基板１０上に形成した後、エッチングにより所望の形状パターニングする方法を用いることができる。また、導電性粒子が分散された溶液を基板１０上に印刷することにより、回路パターン５０の形状の塗膜を形成した後、熱のみもしくは熱と圧力をかけて導電性粒子を焼結して回路パターン５０を形成することも可能である。

上述してきたように、本実施形態では、基板１０上の膜１４１を形成した後で、光を照射することにより、所望のパターンの抵抗体膜１４０を直接形成することができる。そして、光を追加照射することにより、抵抗値を増大させることができるだけでなく、抵抗値を低下させることが可能である。よって、抵抗値の調整が容易であり、必要とされる抵抗値を容易に精度よく実現できる。また、抵抗体膜を印刷および焼結により形成した後、トリミングで抵抗体膜の抵抗値を所定の範囲内におさめる従来の製造方法と比較して、製造工程が容易であり、製造に要する時間を短縮することができる。さらに、抵抗体膜のトリミングのみで抵抗値を調整する従来の製造方法と比較して、本実施形態の製造方法は、抵抗体膜を大きめに形成する必要がないため抵抗器を小型化することができる。

上述してきたように、本実施形態の塗膜（膜１４１）を形成するための溶液として、粒径１μｍ以下の導電性ナノ粒子と、絶縁材料とが溶媒に分散された溶液、もしくは、絶縁材料の層で被覆された導電性ナノ粒子が溶媒に分散された溶液を用いることを説明したが、これら溶液には、粒径（例えば平均粒子径）１μｍ以上の導電性マイクロサイズ粒子（導電性マイクロ粒子と呼ぶ）を含有することができる。これにより、導電性粒子に光を照射した場合に、導電性ナノ粒子が先に溶融して周囲の導電性マイクロ粒子と結合する。よって、導電性ナノ粒子を起点として、導電性マイクロ粒子を光照射によってバルクよりも低温で焼結することができる。導電性マイクロ粒子と導電性ナノ粒子とを含有することにより、厚さの大きい層を比較的容易に形成できる。導電性マイクロ粒子の材質は、導電性ナノ粒子と同様のものを用いることができる。つまり、目標とする抵抗値、抵抗体膜の厚みに応じて、塗膜１４１を形成用の溶液に導電性マイクロ粒子を任意に含有させることができる。塗膜１４１を形成用の溶液に導電性マイクロ粒子を含有させた場合、抵抗体膜は、導電性マイクロ粒子と導電性ナノ粒子の粒子形状の一部が残る状態で形成されている。

また、導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子と共に分散される絶縁材料、あるいは、導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子を被覆する絶縁材料は、導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子を焼結させる光照射時に、蒸発するが、完全に蒸発させず、部分的に抵抗膜中に残してもよい。絶縁材料の一部が抵抗膜中に残ることにより、その分抵抗値は大きいものとなる。つまり、導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子と共に分散される絶縁材料、あるいは、導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子を被覆する絶縁材料の、抵抗膜中への残留量を調整して、抵抗値を調整することができる。

また、導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子と共に、抵抗値調整部材として、酸化インジウム、酸化銅、酸化銀、Ｃｒ、Ｃなどから構成される粉体や粒子を溶液に分散して、抵抗値を調整することができる。これら粉体や粒子を分散することにより抵抗体膜１４０は焼結した導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子中にこれら粉体、粒子が介在する状態となり、部分的に導電性ナノ粒子や導電性マイクロ粒子の焼結を阻害して、分散しないものと比較して抵抗体膜１４０の抵抗値を大きくすることができる。これら粉体や粒子として、ナノサイズ、マイクロサイズのものを用いることができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の抵抗器の製造方法について図３、図４を用いて説明する。

第２の実施形態の製造方法の各工程は、第１の実施形態の図１（ａ）〜（ｆ）と基本的には同様であるが、図１（ｄ）の工程で光を照射して膜１４１に導電性ナノ粒子を焼結して導電性の抵抗体膜１４０を形成する際に、第１の実施形態では、膜１４１の厚さ方向の全体を焼結していた（図３の抵抗体膜１４０および図４（ａ）参照）。第２の実施形態では、図３の膜１４１に照射する光量を少なくとも一部領域については弱めに設定し、図３の抵抗体膜１４０ａ，１４０ｂおよび図４（ｂ）、（ｃ）のように、膜１４１の厚み方向の一部分のみを焼結する。これにより、主平面方向について少なくも一部領域の膜厚が薄い抵抗体膜１４０（１４０ａ、１４０ｂ）を形成する。

図３の抵抗体膜１４０ａは、膜１４１の上面側から光を照射し、膜１４１の上面側の一部領域のみを焼結して形成したものである。一方、図３の抵抗体膜１４０ｂは、光透過性の基板１０を通して、膜１４１の下面側から光を照射し、膜１４１の下面側の一部領域のみを焼結して形成したものである。

このように、照射光量を弱めに設定して、膜１４１の厚み方向の一部領域のみを焼結して抵抗体膜１４０ａ、１４０ｂを形成することにより、図１（ｆ）の工程で光を追加照射して抵抗体膜１４０の形状を広げる場合、例えば図４（ｂ）、（ｃ）のように、厚み方向についての抵抗体膜１４０ａに連続する膜１４１の部分１４０ｃをさらに焼結して抵抗体膜１４０ｂを厚くすることができる。また、図４（ｃ）のように、さらに光を照射して部分１４０ｄを焼結して、３段階に抵抗体膜１４０ｂを厚くすることも可能である。

これにより、主平面方向については抵抗体膜１４０ａの形状を変化させず、抵抗体膜１４０の抵抗値の調整が可能である。よって、最初に塗布する膜１４１の主平面方向の全領域を抵抗体膜１４０にすることも可能であり、抵抗値の調整もできる。したがって、膜１４１を大きめに形成する必要がなく、より小型な抵抗器を製造できる。また、主平面方向については、抵抗体膜１４０ａの形状を変化させることなく抵抗値の調整が可能であるため、図１（ｄ）の工程の光の照射パターンと、図１（ｆ）の工程の光の照射パターンを同じパターンにすることも可能であり、その場合は、製造工程がより容易になる。

なお、図１（ｆ）の工程において、抵抗体膜１４０ａ、１４０ｂをトリミングする場合は、第１の実施形態の図１（ｆ）の工程と同様に、例えば、光量の大きな光を照射して、抵抗体膜１４０ｂを部分的に蒸発または除去すればよい。

他の工程は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の抵抗器の製造方法について図５を用いて説明する。

第３の実施形態の製造方法の各工程は、第１の実施形態の図１（ａ）〜（ｆ）と基本的には同様であるが、図１（ｄ）の工程で膜１４１に光を照射して焼結して導電性の抵抗体膜１４０を形成する際に、膜１４１の主平面方向について網目状（格子状）に光を照射する。これにより、図５（ａ）〜（ｃ）のように少なくとも一部が網目状の抵抗体膜１４０を形成する。照射方法としては、照射径を細く絞った光ビームを網目状（格子状）に走査して形成してもよいし、網目状の照射パターンに成型した光を照射してもよい。

図１（ｆ）の工程で、網目状の抵抗体膜１４０を広げる場合には、照射径を細く絞った光ビームを照射して、網目（格子）の線を１本加えるかもしくは、図５（ｃ）のように、網目（格子）の内側領域に光を照射して導電性領域に変化させる。これにより、抵抗体膜１４０の抵抗値を低下させることができる。よって、精密に抵抗値を制御することが可能になる。

他の工程は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜第４実施形態＞
第４の実施形態では、第１の実施形態の回路パターン５０を光照射により形成する。

第４の実施形態では、回路パターン５０の一部または全部を、導電性粒子を焼結した層によって構成する。この場合、導電性粒子としては、粒径（例えば平均粒子径）が１μｍ未満の導電性ナノ粒子と、粒径（例えば平均粒子径）１μｍ以上の導電性マイクロサイズ粒子（導電性マイクロ粒子と呼ぶ）とを混合して用いることが好ましい。これにより、導電性粒子に光を照射した場合に、導電性ナノ粒子が先に溶融して周囲の導電性マイクロ粒子と結合する。よって、導電性ナノ粒子を起点として、導電性マイクロ粒子を光照射によってバルクよりも低温で焼結することができる。導電性マイクロ粒子と導電性ナノ粒子とを混合して用いることにより、厚さの大きい層を比較的容易に形成でき、しかも、光照射により焼結して、回路パターン５０を形成することができる。導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子の材質は、第１の実施形態で説明した導電性ナノ粒子と同様のものを用いることができる。

回路パターン５０は、粒径（例えば平均粒子径）１μｍ〜１００μｍの導電性粒子を含んでいる。回路パターン５０の幅は、１０μｍ以上にすることができ、例えば１００μｍ程度に形成することが可能である。回路パターン５０の厚みは、１μｍ〜１００μｍ程度、例えば２０μｍ程度に形成することが可能である。また、回路パターン５０の電気抵抗値は、１０⁻⁴Ω/ｃｍ²以下であることが望ましく、特に、１０^−６Ω/ｃｍ²オーダー以下の低抵抗であることが望ましい。

製造方法について説明する。まず、基板１０を用意する。

つぎに、導電性ナノ粒子と、導電性マイクロ粒子と、絶縁材料とが溶媒に分散された溶液、もしくは、絶縁材料の層で被覆された、導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子が溶媒に分散された溶液を用意する。溶媒としては、有機溶媒や水を用いることができる。

上記溶液を、基板１０表面の、回路パターン５０を形成すべき領域に所望の形状で塗布する。塗布された溶液は、塗膜を形成する。必要に応じて塗膜を加熱し、乾燥させる。塗膜内には、導電性ナノ粒子と導電性マイクロ粒子とが分散され、各粒子の周囲は絶縁材料で覆われた状態である。よって、この状態では塗膜は非導電性である。

つぎに、塗膜に、回路パターン５０の形状に光を照射する。光によって導電性ナノ粒子が導電性マイクロ粒子よりも低温で溶融し、隣接する導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子と融合する。このように、ナノ粒子を起点として焼結が生じるため、バルクよりも低温焼結が可能である。また、塗膜の厚み方向の所望の範囲のみに焼結を生じさせることも可能である。これにより、所望の形状の回路パターン５０を形成することができる。

塗膜に照射する光の波長は、塗膜に含まれる導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子に吸収される波長を選択して用いる。光を照射する回路パターン５０の形状は、所定の開口を有するマスクにより形成することができる。また、回路パターン５０の配線幅よりも小さい照射径に集光した光ビームを用い、光ビームを走査させることにより、回路パターン５０の領域のみに光を照射することも可能である。

光を照射していない塗膜の領域は、焼結が生じないため、非導電性のまま残る。なお、焼結されない非導電性の塗膜の領域は、残存させたままでもよいし、後の工程で除去してもよい。

また、上述した製造方法では、回路パターン５０となる領域よりも広い範囲に塗膜を形成し、回路パターン５０となる領域のみに光を照射する方法を説明したが、印刷手法を用いて、回路パターン５０の形状に、導電粒子が分散された溶液を印刷して塗膜を形成してもよい。この場合、印刷により形成した塗膜の全体に光を照射することにより、回路パターン５０を形成することができる。

上記工程により、回路パターン５０を形成した後、第１の実施形態の製造工程を行って抵抗体膜１４０を形成し、抵抗器を製造する。

＜第５の実施形態＞
第４の実施形態では、基板１０上に回路パターン５０を形成した後で、第１の実施形態の製造方法を行ったが、第５の実施形態では、第４の実施形態により回路パターン５０となる塗膜までを形成した後、光照射を行わないまま、第１の実施形態の製造方法の図１（ｃ）までを行って、抵抗体膜１４０となる膜１４１までを形成する。

そして、回路パターン５０と抵抗体膜１４０の光焼結を連続して、または同時に行う。ただし、回路パターン５０となる領域には、回路パターン５０の塗膜の導電性粒子が吸収する波長の光を照射し、抵抗体膜１４０となる領域には膜１４１の導電性ナノ粒子が吸収する波長の光を照射する。また、照射する光の強度も、回路パターン５０および抵抗体膜１４０のそれぞれに焼結を生じさせることができる強度に調整する。

その後、第１の実施形態の製造方法を行って抵抗器を完成させる。

このように、回路パターン５０と抵抗体膜１４０の光照射により焼結を連続または同時に行うことにより、全体の製造工程における光照射の工程を一度に行うことができるため、製造効率が向上する。

本実施形態において、回路パターン５０の塗膜形成と、抵抗体膜１４０の膜１４１の形成の順番を入れ替え、抵抗体膜１４０の膜１４１を形成した後、回路パターン５０の塗膜を形成してもよい。その後、両回路パターンの光照射を連続または同時に行う。

また、第４の実施形態の製造方法において、回路パターン５０の形成工程と、抵抗体膜１４０の形成工程の順番を入れ替え、抵抗体膜１４０の形成後に、回路パターン５０を形成してもよい。

＜第６の実施形態＞

本発明の第６の実施形態として、第１の実施形態の抵抗器を用いた電子デバイスについて図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。

図６の電子デバイスは、第２回路パターン５０ａ、５０ｂ（以下、第２回路パターン５０とも呼ぶ）を備えた基板１０と、基板１０上に搭載された、電子部品３０および電子部品３０に直列に第２回路パターン５０によって接続された抵抗器２４０とを含む。抵抗器２４０は、第１の実施形態の構造の抵抗器であり、電子部品３０に過大な電流が流れるのを防止する保護抵抗として作用する。

第２回路パターン５０のうち一部５０ａは、基板１０の一方の面に搭載され、他の部分５０ｂは、基板１０の他方の面に搭載されている。第２回路パターン５０ａと第２回路パターン５０ｂは、基板１０の主平面方向において、一部で重なり合っており、重なり合っている部分の基板１０には、スルーホール７０が形成され、スルーホール７０には導電体５２が充填されている。これにより、基板１０の一方の面の第２回路パターン５０ａと他方の面の第２回路パターン５０ｂは、スルーホール７０内の導電体５２により基板１０の厚み方向に接続されている。

電子部品３０は、基板１０に設けられた領域２０内に配置されている。領域２０内には電子部品３０と電気的に接続される第１回路パターン４０が配置されている。第２回路パターン５０ａは、領域２０の周縁部で第１回路パターン４０に接続されている。第２回路パターン５０ａは、領域２０の外側に配置された電源６０に接続され、第１回路パターン４０に電流を供給する。

抵抗器２４０は、抵抗体膜１４０を含む。抵抗体膜１４０は、第２回路パターン５０の途中に設けられた間隙に配置され、間隙の両脇の第２回路パターン５０を接続する。抵抗体膜１４０の周囲には、非導電性の膜１４１が備えられている。なお、膜１４１は、除去されていてもよい。

第１回路パターン４０は、一部または全部が、粒径が１μｍ未満である導電性ナノ粒子を焼結した層によって構成されている。第１回路パターン４０は、電子部品３０を搭載するための領域２０内に少なくとも一対配置され、領域２０の両脇の第２回路パターン５０（５０ａ，５０ｂ）とそれぞれ接続されている。一対の第１回路パターン４０の間には、非導電性層４１が配置されている。電子部品３０は、一対の第１回路パターン４０に、直接フリップチップ実装されている。図６（ａ），（ｂ）では、第１回路パターン４０の間に非導電性層４１が配置されているが、非導電性層４１は、必ずしも配置されていなくてもよく、除去されていてもよい。

第２回路パターン５０（５０ａ，５０ｂ）の厚さは、図６（ｂ）のように、第１回路パターン４０の厚さよりも厚い。第１回路パターン４０は、導電性ナノ粒子を焼結して形成しているため、厚く形成することが難しく、第１回路パターン４０を電源６０まで延長して形成した場合、薄い第１回路パターン４０の電気抵抗が大きくなる。そのため、電子部品３０に大きな電流を供給することは難しくなる。本実施形態では、微細な配線が必要な、電子部品３０を搭載する領域２０内のみを第１回路パターン４０で形成し、領域２０の外側は厚膜の第２回路パターン５０によって構成することにより、第１回路パターン４０を電源６０まで形成した場合と比較して電気抵抗を低下させて電子部品３０への大きな電流の供給を可能にする。

また、第２回路パターン５０の一部または全部を、第４の実施形態のように、導電性粒子を光照射によって焼結した層によって構成することも可能である。

なお、図１では、電源６０を基板１０上に搭載しているが、電源６０は必ずしも基板１０上に配置されていなくてもよい。例えば、基板１０に電源６０の代わりにコネクタを配置してもよい。この場合、基板１０に搭載されていない電源をケーブル等を介してコネクタに接続することができる。コネクタは、第２回路パターン５０に接続される。また、電源６０として太陽電池等の発電装置を用いることも可能である。

基板１０は、図１（ｂ）、（ｃ）のように、湾曲した形状にすることも可能である。この場合、第１回路パターン４０および第２回路パターン５０は、湾曲した基板１０の表面に沿って配置されている。本実施形態では、抵抗体膜１４０、第１回路パターン４０および第２回路パターン５０を、導電性の粒子を含む膜を塗布して、それを光照射によって焼結させて形成することができるため、焼結工程よりも前に基板１０を湾曲させることにより、湾曲した基板１０上の抵抗体膜１４０や第１および第２回路パターン４０，５０を断線や線細りさせることなく、容易に形成することができる。

特に、抵抗体膜１４０は、焼結工程後に湾曲工程を実施すると、伸縮することで抵抗膜の抵抗値が変化してしまい、保護回路としての役割が低減するが、湾曲工程後に焼結工程を実施することにより、所望の抵抗値をえることができる。

基板１０の材質は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。第１回路パターン４０を構成する導電性ナノ粒子の材質及びサイズとしては、第１の実施形態で説明した、抵抗体膜４０を形成するための粒子と同様のものを用いることができる。第２回路パターン５０を導電性粒子を焼結して形成する場合は、第４の実施形態と同様の粒子を用いることができる。

電子部品３０としては、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、発光素子（ＬＥＤ，ＬＤ）、受光素子、集積回路、表示素子（液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等）を用いることができる。また、図６では、基板１０上に、電子部品３０を一つのみ搭載しているが、２以上の領域２０を設け、２以上の電子部品３０を搭載することももちろん可能である。この場合、第２回路パターン５０は、複数の電子部品３０を直列や並列等の所望の回路パターンで接続するように形成する。

つぎに、図６の電子デバイスの製造方法について、図７および図８を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は、基板１０にスルーホール７０と第２回路パターン５０を形成する工程を示し、図８（ａ）〜（ｇ）は、基板１０上の領域２０に第１回路パターン４０を形成し、電子部品３０を搭載する工程を示している。

以下において、抵抗体膜１４０、スルーホール７０の導電体５２、第２回路パターン５０は、導電性ナノ粒子と導電性マイクロ粒子とを含んだ層によって形成され、第１回路パターン４０の一部または全部は、粒径が１μｍ未満である導電性ナノ粒子を含んだ層によって構成された電子デバイスの製造方法として説明する。

まず、基板１０として透明基板を用意する。導電性ナノ粒子と、導電性マイクロ粒子と、絶縁材料とが溶媒に分散された溶液、もしくは、絶縁材料の層で被覆された導電性ナノ粒子および導電性マイクロ粒子が溶媒に分散された溶液を、基板１０の一方の面に塗布して、第２回路パターンを形成するための膜５１と、抵抗体膜１４０を形成するための膜１４１とを同時に形成する（図７（ａ），（ｂ）、なお、図７には膜１４１は図示していない）。

次に、図７（ｃ−１）のように、基板１０の膜５１とは逆側の面から所定の位置に光を照射し、光１０１によって基板１０にスルーホール（貫通孔）７０をあける。スルーホール７０が形成されることにより、膜５１の一部はスルーホール７０内に流入し、スルーホール７０を充填する（図７（ｃ−２））。このとき、膜５１は、乾燥していない液体状態の方がスルーホール７０に容易に充填されるため、溶液塗布後に乾燥させないままスルーホール７０を形成することが好ましい。

膜５１、１４１に対して、図６の第２回路パターン５０ａおよび抵抗体膜１４０を形成すべき領域、ならびに、スルーホール７０内に、それぞれ光１０２、１０３を照射する（図７（ｃ−２））。スルーホール７０内に流入した膜５１に照射する光１０３は、スルーホール７０の形成時に照射する光１０１より強度を弱めて照射する。

光１０２，１０３等の照射により、膜５１、１４１を構成する導電性ナノ粒子は、その粒子を構成する材料のバルクの融点よりも低い温度で溶融し、導電性ナノ粒子の周囲の絶縁材料層は、光照射により蒸発するかもしくは軟化する。溶融した導電性ナノ粒子は、周囲の導電性マイクロ粒子と結合するため、導電性ナノ粒子を起点として、導電性マイクロ粒子を光照射によってバルクよりも低温で焼結することができる。これにより、光１０２等が照射された領域の導電性ナノ粒子と導電性マイクロ粒子とを焼結して抵抗体膜１４０および第２回路パターン５０ａを形成することができる。また、スルーホール７０内の膜５１の導電性ナノ粒子と導電性マイクロ粒子とを光１０３により焼結して、スルーホール７０内を充填する導電体５２を形成することできる。

光１０２、１０３等を照射していない膜５１、１４１の領域は、焼結が生じないため、非導電性のまま残る。なお、焼結されない非導電性の膜５１、膜１４１の領域は、残存させたままでもよいし、除去してもよい。

次に、抵抗体膜１４０については、この後、第１の実施形態で説明した図２（ｂ）、（ｃ）の工程を行って、抵抗値の調整を行う。

続いて、基板１０の他方の面に、図７（ａ），（ｂ）と同様の工程を行って膜５１を形成し、光１０２を照射して焼結し、第２回路パターン５０ｂを基板１０の他方の面に形成する（図７（ｃ−４））。このとき第２回路パターン５０ｂをスルーホール７０の位置を覆うように形成することにより、一方の面の第２回路パターン５０ａと、他方の面の第２回路パターン５０ｂとをスルーホール７０内の導電体５２により結合することができる。また、基板１０の一方の面側から形成した導電体５２がスルーホール７０の内部の全体を充填していない場合には、図７（ｃ−４）の工程で、基板１０の他方の面側からスルーホール７０上に膜５１を形成することにより、最終的にスルーホール７０内を全て満たす導電体５２を形成することができる。

なお、第２回路パターン５０ａ，５０ｂの形成方法としては従来の方法を用いることもできる。例えば、金属薄膜を基板１０上に形成した後、エッチングにより図６の第２回路パターン５０ａ、５０ｂの形状にパターニングすることにより第２回路パターン５０ａ，５０ｂを形成することができる。

つぎに、第１回路パターン４０を形成するため、第１の実施形態で説明したように、導電性ナノ粒子と、上記絶縁材料とが溶媒に分散された溶液、もしくは、上記絶縁材料の層で被覆された上記導電性ナノ粒子が溶媒に分散された溶液を用意する。

上記工程により形成された、第２回路パターン５０（５０ａ，５０ｂ）を備えた基板１０（図８（ａ））の領域２０内に、上記溶液を塗布する（図８（ｂ））。塗布された溶液は、図８（ｃ）のように、基板１０上で表面が平滑になり、塗膜（膜４１）を形成する。膜４１の端部は第２回路パターン５０の端部と重なるようにする。必要に応じて膜４１を加熱し、乾燥させる。膜４１内には、導電性ナノ粒子が分散され、導電性ナノ粒子の周囲は絶縁材料で覆われた状態である。

続いて、図８（ｄ）のように、電子部品３０を膜４１の所定の位置に位置合わせして搭載し、図８（ｅ）のように、電子部品３０の電極３１を膜４１に密着させる。

つぎに、図８（ｆ）のように、基板の裏面側から膜４１に、図６（ａ）の第１回路パターン４０の形状に光を照射し、光によって導電性ナノ粒子を焼結する。これにより、領域２０には、図８（ｇ）のように一対の第１回路パターン４０を形成する。膜４１に照射する光は、基板１０の裏面側から照射するが、上述の膜５１、１４１に照射する光は、基板の表面側からでも裏面側からでもよい。

照射する光の波長は、膜４１に含まれる導電性ナノ粒子に吸収される波長であって、基板１０での吸収が少ない波長を選択して用いる。照射する光は、紫外、可視、赤外いずれの光であってもよい。例えば導電性ナノ粒子として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄなどを用いた場合、４００〜６００ｎｍの可視光を用いることができる。

膜４１に照射する光の照射パターンは、膜４１の電子部品の電極３１が当接された領域を含む。搭載された電子部品の電極３１の位置を確認し、その電極３１の位置を基準として照射パターンを決定することができるため、回路パターンと電子部品との位置ずれを抑制することができる。光は、第２回路パターン５０と連続した第１回路パターン４０を形成するため、第２回路パターン５０と重なる領域にも照射する。光照射により、導電性ナノ粒子は、その粒子を構成する材料のバルクの融点よりも低い温度で溶融する。導電性ナノ粒子の周囲の絶縁材料層は、光照射により蒸発するかもしくは軟化する。そのため、溶融した導電性ナノ粒子は、隣接する粒子と直接融合するか、もしくは、軟化した絶縁材料層と突き破って隣接する粒子と融合する。これにより、導電性ナノ粒子同士を焼結することができ、光照射した領域が、電気導電性の第１回路パターン４０となる。なお、光照射後の導電性ナノ粒子は、粒子同士が結合しているが、ある程度粒子形状を保っている。

この後、未焼結の膜４１を除去してもよい。

以上の工程により、所望のパターンの微細な第１回路パターン４０を、塗布と光照射という簡単な工程で形成できる。

また、導電性ナノ粒子は、焼結時に溶融するため、電子部品３０の電極３１と結合し、第１回路パターン４０と電極３１とを固着することができる。すなわち、電極３１はバンプ等を用いることなく、第１回路パターン４０と直接接合される。この製造方法は、電子部品３０を搭載した状態で光照射を行うため、搭載後の電極３１の位置を基準としたパターンで光照射を行うことができる。そのため電子部品３０の電極３１と第１回路パターン４０との接合は確実に高い精度で得られる。

なお、図８（ｂ）の工程において、導電性ナノ粒子と絶縁材料とが溶媒に分散された溶液、もしくは、絶縁材料の層で被覆された上記導電性ナノ粒子が溶媒に分散された溶液を基板１０上に塗布する際に、印刷手法を用いて膜４１を形成してもよい。印刷手法としては、インクジェット印刷やフレキソ印刷、グラビアオフセット印刷等を用いることができる。この場合、図８（ｄ）の工程では、印刷により形成した膜４１の全体に光を照射して焼結して、第１回路パターン４０を形成することができる。また、図７（ａ），（ｂ）、図８（ａ），（ｂ）の工程で形成する膜５１，１４１についても、同様に印刷により形成することが可能である。

基板１０を図６（ｂ）、（ｃ）のように湾曲させる場合には、最初の光照射工程（図７（ｃ−２））の前までに基板１０を湾曲させておくことが望ましい。これにより、抵抗体膜１４０および第１回路パターン４０の断線や線細りを防ぐことができる。

なお、第６の実施形態では、光透過性の基板を用いて、膜４１の裏面側から光を照射したが、基板１０として非透過性の基板を用いて、膜４１の上面から光を照射することもできる。その場合においては、膜４１に光照射して第１回路パターン４０を形成後に、第１回路パターン上にバンプ４２や半田ボール等を必要に応じて搭載し、電子部品３０を、その電極３１が第１回路パターン４０上に一致するように位置合わせして搭載する。バンプ等を配置した場合には、バンプの位置が電子部品３０の電極３１の位置と一致するように位置合わせする。その後、加熱または超音波を照射して、電子部品３０の電極３１を第１回路パターン４０とを接続し、電子部品３０を固定する。

なお、第６の実施形態では、抵抗体器２４０を形成する膜１４１は、第２回路パターン５０を形成する膜５１と同じ塗布液で形成したが、抵抗体器２４０を形成する膜１４１を構成する塗布液に、絶縁性材料をさらに含有させる等して第２回路パターン５０を形成する膜５１の塗布液とは異なる配合の塗布液を用いることも可能である。これにより、抵抗体器２４０を構成する膜１４１の抵抗値を容易に調整することが可能になる。また、抵抗体器２４０を形成する膜１４１を、第１回路パターン４０を形成する膜４１と同じ塗布液で形成することや、第１回路パターン４０を形成する塗布液に絶縁性材料をさらに含有させる等、異なる配合の塗布液で形成することも可能である。

本実施形態によれば、種々の電子部品を高密度に基板１０に搭載しつつ、少ない製造工程で一括して実装して、電子デバイスを製造できる。しかも、光照射により、回路パターンを容易に変更できるため、設計変更にも容易に対応することができる。

また、上述のように本実施形態によれば、以下のように導電体で充電されたスルーホールを備えた電子デバイスの製造方法も提供される。すなわち、第１工程で、粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子と、粒径が１μｍ以上である導電性マイクロサイズ粒子と、絶縁材料とが分散された溶液、もしくは、絶縁材料層でそれぞれ被覆された導電性ナノサイズ粒子および前記導電性マイクロサイズ粒子が分散された溶液を、基板の表面に所望の形状で塗布し、前記絶縁材料で被覆された前記導電性ナノサイズ粒子と前記導電性マイクロサイズ粒子を含む膜を形成する。第２の工程で、前記貫通孔内を前記導電体で充填する。上記第２工程は、前記基板の前記膜とは逆側の面から所定の位置に光を照射し、前記光によって基板に貫通孔をあけ、前記貫通孔に前記膜の一部を流入させて前記貫通孔を前記膜で充填する第２−１工程と、光照射により、前記貫通孔内の前記膜の導電性ナノサイズ粒子と導電性マイクロサイズ粒子とを焼結して導電体を形成する第２−２工程とを有するようにする。

また、上述のように本実施の形態によれば、以下のように、湾曲した基板を有する回路基板の製造方法も提供される。すなわち、第１工程で、粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子と絶縁材料とが分散された溶液、もしくは、絶縁材料層で被覆された前記導電性ナノサイズ粒子が分散された溶液を、基板表面に所望の形状で塗布し、前記絶縁材料で被覆された前記導電性ナノサイズ粒子を含む膜を形成する。第２工程で、前記膜に所定のパターンで光を照射し、前記光によって導電性ナノサイズ粒子を焼結し、前記所定のパターンの導電性ナノサイズ粒子層である第１回路パターンを形成する。前記第１工程の前、もしくは、前記第１工程の後であって第２工程の前に、前記基板を湾曲させる工程をさらに行う。

本実施形態の電子デバイスは、電子部品を基板に搭載したデバイスであればどのようなものでも適用可能である。例えば、自動車のインストルメント・パネル（計器表示盤）やゲーム機の表示部等に適用できる。また、基板を湾曲させることができるため、ウエアラブル（体に装着可能な）な電子デバイス（メガネ、時計、ディスプレイ、医療機器等）や、湾曲したディスプレイに適用可能である。

１０・・・基板、２０・・・電子部品搭載のための領域、３０・・・電子部品、４０・・・第１回路パターン、４１・・・膜、４２・・・バンプ、５０・・・第２回路パターン、６０・・・電源、１４０・・・抵抗体膜、１４１・・・膜

Claims (11)

1. 粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子と絶縁材料とが少なくとも分散された溶液、もしくは、絶縁材料層で被覆された前記導電性ナノサイズ粒子が少なくとも分散された溶液を、基板表面に所望の形状で塗布し、膜を形成する第１工程と、
   前記膜の一部に所定のパターンで光を照射し、前記光によって導電性ナノサイズ粒子を焼結し、前記所定のパターンの導電性粒子層である抵抗体膜を形成する第２工程とを有することを特徴とする抵抗器の製造方法。
2. 請求項１に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記抵抗体膜の抵抗値を計測する第３工程と、
   前記計測した抵抗値が所望の抵抗値の範囲より大きい場合には、前記膜に光を照射して前記導電性ナノサイズ粒子を焼結して、前記抵抗体膜を追加形成し、
   前記計測した抵抗値が所望の抵抗値の範囲より小さい場合には、前記抵抗体膜に光を照射して、前記抵抗体膜をトリミングする、第４工程とを有することを特徴とする抵抗器の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記第１工程において、前記溶液には導電性マイクロサイズ粒子が含有され、前記導電性粒子層には、導電性マイクロサイズ粒子が含まれることを特徴とする抵抗器の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記第１工程において、前記溶液は、酸化インジウム、酸化銅、酸化銀、Ｃｒ、Ｃの少なくともいずれかの抵抗値調整部材を含有し、前記抵抗体膜に前記抵抗値調整部材が含有されることを特徴とする抵抗器の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記第２工程において前記光によって前記導電性ナノサイズ粒子を焼結する際に、前記膜の厚さ方向について一部のみの前記導電性ナノサイズ粒子を焼結することにより、少なくとも一部の領域の膜厚が前記膜の厚さよりも小さい前記抵抗体膜を形成することを特徴とする抵抗器の製造方法。
6. 請求項２に記載の抵抗器の製造方法であって、前記第４工程は、前記抵抗体膜の、膜厚が前記膜の厚さより薄い領域に光を照射して、前記抵抗体膜を厚さ方向に広げることを特徴とする抵抗器の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記第２工程では、前記膜の少なくとも一部領域に、前記膜の主平面方向について網目状に前記光を照射し、少なくとも一部が網目状の前記抵抗体膜を形成することを特徴とする抵抗器の製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記基板表面に、前記抵抗体膜と連続する、回路パターンを形成する第５工程をさらに有し、
   前記回路パターンは、前記抵抗体膜より厚い膜厚で形成されることを特徴とする抵抗器の製造方法。
9. 請求項８に記載の抵抗器の製造方法であって、
   前記第５工程は、粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子と、粒径が１μｍ以上である導電性マイクロサイズ粒子と、絶縁材料とが少なくとも分散された溶液、もしくは、絶縁材料層でそれぞれ被覆された前記導電性ナノサイズ粒子および前記導電性マイクロサイズ粒子が少なくとも分散された溶液を、少なくとも前記膜と端部が接続するように前記基板の表面に所望の形状で塗布し、前記絶縁材料で被覆された前記導電性ナノサイズ粒子と前記導電性マイクロサイズ粒子の第２の膜を形成する第５−１工程と、
   前記第２の膜に所定のパターンで光を照射して、前記光によって導電性ナノサイズ粒子と導電性マイクロサイズ粒子とを焼結し、前記回路パターンを形成する第５−２工程とを有することを特徴とする抵抗器の製造方法。
10. 基板と、前記基板に設けられた、抵抗体膜とを有し、
    前記抵抗体膜の一部または全部は、粒径が１μｍ未満である導電性ナノサイズ粒子を焼結した層によって構成され、
    前記抵抗体膜は、前記導電性ナノサイズ粒子を焼結した層に連続する非導電性層を含み、前記非導電性層は、絶縁膜で被覆された導電性ナノサイズ粒子を含有することを含むことを特徴とする抵抗器。
11. 請求項１０に記載の抵抗器であって、前記抵抗体膜の前記導電性ナノサイズ粒子を焼結した層は、厚み方向について、所定のパターンで形成されていることを特徴とする抵抗器。

Images