JP7022595B2 - 電子デバイス、およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に電子部品を実装した電子デバイスに関する。
従来、電子部品の基板への実装方法としては、様々な方法が知られており、例えば特許文献１には、基板と、基板の表面に形成された配線層と、基板の表面に搭載された、電極を有する電子部品とを含み、電極が配線層内に没入した状態で配線層と接合されている電子デバイスが開示されている。この電子デバイスでは、基板に導電性粒子を塗布して形成した配線層上に電子部品を搭載した後、光照射により基板に電子部品が接合されている。
国際公開２０１４／００６７８７号
導電性粒子を塗布した後に光照射により融合させて配線層を形成する方法は、配線層を細線に描画することが出来るため、高密度に配線可能である。しかし、特許文献１に開示されているように、電子部品を配線層に接合する際に、電極を配線層内に没入させた構造では、配線層と電極とが同じ材料である必要がある。また、このような構成の電子デバイスは、電子部品に電流を流したときに発生する熱が、電子部品から逃げにくい。よって、電子部品に大きな電流を印加できないため、使用用途が限られてしまう。
本発明の目的は、電子部品に大きな電流を供給できる電子デバイス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、本発明の電子デバイスは、基板と、基板の上面に形成された配線層と、配線層の上面に搭載された電子部品と、電子部品と配線層との間に配置された接合層とを有する。配線層および接合層は、空孔を含むポーラスな層である。接合層は、電子部品の直下以外の配線層よりも体積密度が大きい。
本発明によれば、電子部品が発する熱が、体積密度が大きな接合層を高効率で伝導し、さらに基板に伝導して放熱されるため、電子部品に大きな電流を供給できる。
実施形態１の電子デバイスの（ａ）上面図、（ｂ）断面図。 （ａ）～（ｅ）実施形態１の電子デバイスの第１の製造方法を示す説明図。 （ａ）～（ｄ）実施形態１の電子デバイスの第２の製造方法を示す説明図。 実施形態２の電子デバイスの断面図。 （ａ）～（ｅ）実施形態２の電子デバイスの第１の製造方法を示す説明図。 （ａ）～（ｄ）実施形態２の電子デバイスの第２の製造方法を示す説明図。 実施形態３の電子デバイスの断面図。 実施形態４の電子デバイスの断面図。 実施形態５の電子デバイスの断面図。 実施形態６の電子デバイスの断面図。
本発明の一実施形態の電子デバイスについて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に、実施形態１の電子デバイスの上面図および断面図を示す。本実施形態では、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層４０の上面に搭載された電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０との間に配置された接合層５０とを有する。配線層４０および接合層５０は、空孔４２、５２を含むポーラスな層である。接合層５０は、電子部品３０の直下以外の配線層４０よりも体積密度が大きい。なお、ここでいう体積密度とは、接合層５０や配線層４０を構成する導電性材料が層の体積に占める割合をいい、体積密度が大きいほど、層を構成する金属（導電性材料）が層に占める体積の割合、すなわち層の密度が大きくなる。言い換えると、体積密度が大きい層は、空孔が層に占める割合が小さい。なお、図１では、空孔４２、５２を模式的に三角形で示しているが、実際の空孔４２、５２は、ランダムな形状である。
接合層５０の体積密度が電子部品３０の直下以外の配線層４０の体積密度よりも大きいため、接合層５０は、電子部品３０以外の配線層４０よりも熱伝導性が高い。よって、電子部品３０に電流を供給した際に電子部品３０が発する熱は、体積密度が大きな接合層５０を高効率で伝導し、さらに基板に伝導して放熱される。そのため、大きな電流を電子部品３０に供給することができる。
また、接合層５０の体積密度よりも体積密度が小さい配線層４０は、伸縮性が高い。そのため、基板１０の熱膨張により基板１０に応力が加わったり、基板１０が曲がったり、熱衝撃が加わったりしても、配線層４０がこれらの力を吸収できる。よって、配線の信頼性の高い電子デバイスを得ることができる。
配線層４０と接合層５０は、いずれも導電性粒子を焼結した層であることが好ましい。本実施形態では導電性粒子を堆積させ、焼結させることにより配線層４０および接合層５０を形成する。その方法については後で詳述する。
このように、配線層４０と接合層５０は、いずれも導電性粒子を用いて焼結により形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。
なお、配線層４０を形成する第１の導電性粒子の種類と、接合層５０を形成する第２の導電性粒子の種類は、同じでも異なっていてもよい。第１の導電性粒子の種類と第２の導電性粒子の種類が同じ場合、配線層４０と接合層５０との一体性が特に良好になり好ましい。
以下、具体的な実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１の電子デバイスは、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層４０の上面に搭載された電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０との間に配置されて、配線層４０と電子部品３０の電極３１とを接合する接合層５０とを有する。配線層４０および接合層５０は、空孔４２、５２を含むポーラスな層である。接合層５０の空孔５２の体積密度は、配線層４０の空孔４２の体積密度よりも小さい。すなわち、接合層５０は、配線層４０より導電性粒子の体積密度が大きい緻密な層である。
また、配線層４０のうち、電子部品３０直下の部分は、空孔の大きさが電子部品３０直下以外の部分より小さく、接合層５０の空孔５２と同等になっている。そのため、電子部品３０の直下の配線層４０は、接合層５０と同等の構造であり、接合層５０と連続している。よって以下の説明では、電子部品３０直下の配線層も接合層５０と呼ぶ。
すなわち、配線層４０は、接合層５０を介して電気的に電子部品３０の電極３１に接続されている。本実施形態の電子デバイスは、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさが同じであり、これらの側面は一致した位置にあるが、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさは、必ずしも一致していなくてもよい。また、接合層５０の側面に配線層４０が接合されており、接合層５０が配線層４０よりも厚い。
配線層４０および接合層５０の一部または全部は、導電性粒子を焼結した層によって構成されている。配線層４０および接合層５０は、導電性粒子が溶媒に分散された溶液を、基板１０に塗布することにより、導電性粒子を含む膜を形成した後、所望の領域に光照射等で焼結することにより形成できる。配線層４０および接合層５０を形成する方法については、後で詳述する。
基板１０の外側に配置された図示しない電源から配線層４０に電流が供給されると、電流は、接合層５０と電極３１を通って電子部品３０に流れる。
つぎに、図１の電子デバイスの製造方法について説明する。
＜実施形態１の第１の製造方法＞
実施形態１の電子デバイスの第１の製造方法を図２を用いて説明する。
第１の製造方法では、図２（ａ）のように、基板１０を用意し、配線層４０を形成するため、上述した第１の導電性粒子が溶媒に分散された第１の溶液を用意する。
第１の溶液を、基板１０の上面に所望の形状で塗布する。例えば、印刷手法を用いて、配線層４０の形状に塗膜を形成する。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、スクリーン印刷等を用いることができる。塗布された第１の溶液は、基板１０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり塗膜（第１の膜４１）を形成する。
つぎに、図２（ｂ）のように、膜４１の第１の導電性粒子を焼結し、導電性粒子層（配線層４０）を形成する。
光照射で第１の導電性粒子を焼結させる場合、所望のパターンで光を照射することで導電性粒子を焼結する。基板１０が光透過性を有する場合は、基板１０の上面からでも下面からでも光を照射することができる。基板１０が光を透過しない場合は、基板１０の上面から光を照射する。光照射により、導電性粒子は、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。なお、加熱等、光照射以外の方法により第１の導電性粒子を焼結させてもよいし、光照射と光照射以外の方法の両方で第１の導電性粒子を焼結させてもよい。
この工程で照射する光は、紫外、可視、赤外、マイクロ波いずれの波長の光であってもよいが、膜４１に含まれる第１の導電性粒子に吸収される波長を選択して用いる。配線層４０は、開口を有するマスクに光を通すことにより形成することができる。導電性粒子として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどを用いた場合、例えば４００～６００ｎｍの可視光を用いることができる。また、配線層４０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、光ビームを膜４１上の所望のパターンに走査させてもよい。
焼結により、溶融した第１の導電性粒子は、隣接する粒子と直接融合する。これにより、導電性粒子同士を焼結することができ、電気導電性の配線層４０を形成できる。
つぎに、接合層５０を形成するため、上述した第２の導電性粒子が溶媒に分散された第２の溶液を用意する。第２の溶液に使用する第２の導電性粒子には、第１の導電性粒子よりも粒径の小さいものを使用する。第２の溶液に使用する溶媒は、第１の溶液に使用したものと同じものを使用してもよいし、異なっていてもよい。
第２の溶液を、配線層４０の一部の上面に所望の形状で塗布する。塗布された第２の溶液は、図２（ｃ）のように、配線層４０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり、塗膜（膜５１）を形成する。必要に応じて膜５１を加熱し、乾燥させることで、導電性粒子の濃度を上げてもよい。膜５１内には、第２の導電性粒子が分散された状態である。
図２（ｄ）のように、電子部品３０を、電極３１が膜５１と一致するように位置合わせして搭載する。
つぎに、電子部品３０直下の配線層４０の第１の導電性粒子を焼結する。このとき、膜５１の第２の導電性粒子も同時に焼結する。電子部品３０直下の配線層４０の空孔と、接合層５０の空孔が同等程度の大きさとなるような条件で焼結することにより、図２（ｅ）のように、接合層５０と電子部品３０直下の配線層４０が同等な空孔になり、両者は一体となるため、導電性粒子層（接合層５０）が形成される。
具体的には、光照射で焼結を行う場合、接合層５０が位置する電子部品３０の直下に、基板１０の裏面から光を照射して、焼結を行うことができる。この場合、光透過性を有する基板１０を用いることが好ましい。光照射以外の方法で焼結を行ってもよく、例えば基板１０の裏面から接合層５０を形成する位置を加熱してもよいし、電子部品３０を加熱して第１の導電性粒子と第２の導電性粒子を焼結させてもよい。電子部品３０を加熱して接合層５０を形成する方法としては、例えば、電子部品３０を膜５１上に搭載する際に使用したツール（例えばピンセット）を加熱する方法や、電子部品３０の表面にレーザー等を照射することで加熱する方法を採用できる。光照射以外の方法で焼結を行う場合、基板１０には光透過性を有するものと、光透過性を有しないものといずれを使用してもよい。なお、光照射と、加熱等の光照射以外の方法の両方で焼結を行ってもよい。
光の具体的な照射方法は、第１の導電性粒子に光を照射した方法と同じであるため、その説明を省略する。
上述の方法では、第１の溶液の第１の導電性粒子が第２の溶液の第２の導電性粒子よりも大きいため、膜４１への光照射や加熱の時間を膜５１への光照射や加熱の時間よりも長くしたり、エネルギーを強くしたりすることにより、接合層５０と電子部品３０直下の配線層４０に含まれる空孔サイズを同等にすることができる。
図２（ｅ）の焼結工程により、電子部品３０の電極３１が接合層５０と接合され、接合層５０の側面と配線層４０が、基板１０上で接合される。
なお、上述の製造方法では、第２の溶液に使用する第２の導電性粒子には、第１の導電性粒子よりも粒径の小さいものを使用したが、第１の導電性粒子と第２の導電性粒子には同じ粒径のものを使用してもよい。また、第１の溶液と第２の溶液も、同じ溶液であってもよい。第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子が同じ粒径である場合、膜５１と、電子部品３０直下の膜４１を同じ条件で焼結することにより、接合層５０を形成する空孔サイズを容易に同等にすることができる。また、この場合、接合層５０を形成する導電性粒子への光照射や加熱の時間を、電子部品３０直下以外の配線層４０を形成する導電性粒子への光照射や加熱の時間よりも長くしたり、エネルギーを強くしたりすることにより、配線層４０より体積密度の大きな接合層５０を形成できる。
これらの方法で導電性粒子同士を焼結することにより、第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子の粒径が同じでも異なっていても、配線層４０より体積密度の大きな接合層５０を形成できる。接合層５０の形成により、電子部品３０が接合層５０によって基板１０に接合される。
＜実施形態１の第２の製造方法＞
第２の製造方法を図３を用いて説明する。
第２の製造方法は、焼結により配線層４０および接合層５０を形成する点で第１の製造方法と同じであるが、膜４１、５１を形成する膜の両方を塗布した後に焼結工程を実施する点で異なっている。以下、第１の製造方法と同じ工程については詳細な説明を省略する。
第２の製造方法はまず、図３（ａ）のように、基板１０を用意し、第１の溶液と第２の溶液を用意する。第１の溶液と第２の溶液は、同じ溶液でもよいし、異なる溶液でもよい。
第１の溶液を、基板１０の上面に所望の形状で塗布する。塗布された第１の溶液は、基板１０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり膜４１を形成する。膜４１の少なくとも一部の上面に、第２の溶液を塗布する。塗布された第２の溶液は、配線層４０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり、膜５１を形成する。
図３（ｂ）のように、電子部品３０を、電極３１が膜５１と一致するように位置合わせして搭載する。
つぎに、図３（ｃ）のように、膜５１の第２の導電性粒子と、電子部品３０直下の膜４１の第１の導電性粒子を焼結し、導電性粒子層（接合層５０）を形成する。
具体的には、まず接合層５０を形成する位置に光照射または加熱をすることにより焼結を行い、電子部品３０の直下に接合層５０を形成する。例えば、接合層５０を形成する位置とその位置を含む周囲を光照射により焼結させる。また、基板１０の裏面から光照射をして焼結を行うことも可能である。この場合、基板１０には光透過性を有するものを使用することが好ましい。
加熱等、光照射以外の方法により電子部品３０の直下の接合層５０の焼結を行ってもよい。その場合は基板１０裏面から加熱してもよいし、電子部品３０を加熱してもよい。なお、光照射以外の方法と、光照射との両方で焼結を行ってもよい。
第１の溶液の第１の導電性粒子が第２の溶液の第２の導電性粒子よりも大きい場合、光照射や加熱の時間を長くしたり、エネルギーを強くしたりすることにより、接合層５０を形成する空孔サイズを同等にすることができる。第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子が同じ粒径である場合、膜５１と、電子部品３０直下の膜４１を同時に焼結することにより、接合層５０を形成する空孔サイズを容易に同等にすることができる。また、この場合、接合層５０を形成する導電性粒子への光照射や加熱の時間を、電子部品３０直下以外の配線層４０を形成する導電性粒子への光照射や加熱の時間よりも長くしたり、エネルギーを強くしたりすることにより、配線層４０より体積密度の大きな接合層５０を形成できる。
このように導電性粒子同士を焼結することにより、第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子の粒径が同じでも異なっていても、配線層４０より体積密度の大きい接合層５０を形成できる。よって接合層５０の形成により、電子部品３０が接合層５０によって基板１０に接合される。
電子部品３０が接合されたら、図３（ｄ）のように、電子部品３０直下以外の膜４１の第１の導電性粒子を焼結し、導電性粒子層（配線層４０）を形成する。このとき、配線層４０の密度が接合層５０の密度よりも小さく、空孔４２の密度が空孔５２の密度よりも大きくなるように焼結する条件を設定する。例えば、接合層５０を形成したときよりも加熱温度を低くするなどして、配線層４０を形成する。配線層４０の焼結には、光照射による焼結と、光照射以外の方法による焼結との少なくともいずれか一方を採用できる。
図３（ｄ）の焼結工程により、接合層５０は、電子部品３０の電極３１の下面と接合される。配線層４０は、接合層５０の側面の少なくとも一部と接合される。
第２の製造方法では、接合層５０を形成する焼結工程と、配線層４０を形成する焼結工程とを連続して行うことができるため、製造時間の短縮をすることができる。
なお、この製造方法では、図３（ｃ）に示した接合層５０の焼結工程と、図３（ｄ）に示した配線層４０の焼結工程との順番を逆にすることもできる。すなわち、電子部品３０を膜５１に搭載後、膜４１の第１の導電性粒子を焼結させて配線層４０を形成した後、基板１０の裏面から接合層５０を形成する位置と、その位置を含む周囲を光照射または加熱により焼結させることで接合層５０を形成してもよい。
また、この製造方法では、膜４１を形成した後に膜５１を形成したが、これに限られず、膜４１と膜５１は、マスク印刷などで一括して形成してもよい。
第１および第２の製造方法では、配線層４０を形成する工程と接合層５０を形成する工程とを実施することにより焼結された第１および第２の導電性粒子はいずれも、粒子同士がある程度粒子形状を保って結合し、配線層４０および接合層５０はいずれも、空孔４２、５２を含むポーラスな層となる。その上、接合層５０は、電子部品３０の直下以外の配線層４０よりも体積密度が大きくなる。すなわち、接合層５０の体積密度は、電子部品３０の直下以外の配線層４０の体積密度よりも、大きくなる。
また、第１および第２の製造方法は、配線層４０と接合層５０を、塗布と焼結という簡単な工程で形成できる。しかも、配線層４０と、配線層４０より体積密度が大きい接合層５０とを連続して形成することができる。よって、電子部品３０から発する熱が、接合層５０から配線層４０を介して基板１０に効率よく伝導して放熱される。
また、第１および第２の製造方法では、電子部品３０を搭載した状態で焼結によって接合層５０を形成するため、接合層５０と電子部品３０の接合と、接合層５０の形成とを同時に行うことができる。その後、電子部品３０を搭載した状態で焼結を行うため、電子部品３０の電極３１と接合層５０を確実に接合できる。
また、本実施形態の電子デバイスは、配線層４０および接合層５０を焼結により形成することができるため、高密度な配線が実現でき、高密度実装化が可能になる。また、配線層４０に、体積密度の高い接合層５０を接合したことにより、低抵抗な接合層５０により大きな電流を電子部品３０に供給することができ、搭載可能な電子部品３０の数および種類が広がるという効果が得られる。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。
なお、基板１０の材質としては、配線層４０および接合層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、配線層４０の形成時の焼結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。光照射により導電性粒子を焼結させる場合、光を透過する基板１０を用いることが好ましい。その場合、配線層４０および接合層５０の焼成のための光を基板の裏面側から照射することができる。また、基板１０には、フィルム状のものを用いることも可能である。
なお、基板１０は、湾曲した形状にすることも可能である。この場合、図示しないが、配線層４０および接合層５０は、湾曲した基板１０の表面に沿って配置される。本実施形態では、配線層４０および接合層５０を、導電性の粒子を含む膜を塗布して、それを焼結させて形成する上に、配線層４０が空孔４２の大きなポーラスな層であるため、少なくとも接合層５０を形成する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上の回路パターン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。
配線層４０および接合層５０を構成する導電性粒子の材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどの導電性金属のうちの１つ以上を用いることができる。配線層４０の材料と接合層５０の材料は、同じであってもよいし、異なってもよい。導電性粒子を分散させる溶媒としては、有機溶媒や水を用いることができる。
配線層４０は、粒径０．００１μｍ～１μｍの第１の導電性粒子を含んでいる。配線層４０の配線幅は、例えば１μｍ以上にすることができる。配線層４０の厚みは、１ｎｍ～１０μｍ程度に形成することが可能である。また、配線層４０の電気抵抗率は、１０－4Ω・ｃｍ以下であることが望ましく、特に、１０－６Ω・ｃｍオーダーの低抵抗であることが望ましい。
接合層５０は、粒径０．００１μｍ～１μｍの第２の導電性粒子を含んでいる。接合層５０の配線幅は、１μｍ以上にすることができ、例えば２０μｍ程度に形成することができる。接合層５０の厚みは、１μｍ～１０μｍ程度、例えば５μｍ程度に形成することが可能である。また、接合層５０の電気抵抗率は、１０－4Ω・ｃｍ以下であることが望ましく、特に、１０－６Ω・ｃｍオーダーの低抵抗であることが望ましい。
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（ＥＬディスプレイ等）、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等を用いることができる。また、図１では、基板１０上に、電子部品３０を一つのみ搭載しているが、複数の電子部品３０を搭載することももちろん可能である。この場合、配線層４０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。
（実施形態２）
実施形態２の電子デバイスを図４を用いて説明する。この電子デバイスが実施形態１と異なる点は、配線層４０の上面に接合層５０が接合されていることである。他の構成は、実施形態１の電子デバイスと同様であって、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層４０の上面に搭載された電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０との間に配置された接合層５０とを有する。配線層４０および接合層５０は、空孔４２、５２を含むポーラスな層である。接合層５０は、配線層４０よりも体積密度が大きい。よって、電子部品３０から発する熱が、接合層５０から配線層４０を介して基板１０に効率よく伝導して放熱されるため、電子部品３０に大きな電流を供給することができる。本実施形態の電子デバイスは、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさが同じであり、これらの側面は一致した位置にあるが、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさは、必ずしも一致していなくてもよい。
＜実施形態２の第１の製造方法＞
実施形態２の電子デバイスの第１の製造方法を図５を用いて説明する。
実施形態２の電子デバイスの第１の製造方法は、実施形態１の電子デバイスの第１の製造方法と図２（ｄ）の工程まで同じであるが、図５（ｅ）の工程は、配線層４０の上面に接合層５０を形成する点で図２（ｅ）と異なっている。以下、図５（ａ）から図５（ｄ）までは、実施形態１の電子デバイスの第１の製造方法と同じであるため、簡単に説明する。
実施形態２の電子デバイスの第１の製造方法では、まず、図５（ａ）のように、第１の溶液を、基板１０の上面に所望の形状で塗布する。塗布された第１の溶液は、基板１０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり第１の膜４１を形成する。
つぎに、図５（ｂ）のように、膜４１の第１の導電性粒子を焼結し、配線層４０を形成する。焼結は、光照射で行ってもよいし、加熱等の光照射以外の方法で行ってもよいし、これらの方法を組み合わせてもよい。
つぎに、第２の溶液を、配線層４０の一部の上面に所望の形状で塗布する。第２の溶液に使用する第２の導電性粒子の粒径は、第１の導電性粒子の粒径より小さくても、第１の導電性粒子の粒径と同じでもよい。第２の溶液に使用する溶媒は、第１の溶液に使用したものと同じでもよいし、異なっていてもよい。
塗布された第２の溶液は、図５（ｃ）のように、配線層４０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり、膜５１を形成する。必要に応じて膜５１を加熱し、乾燥させることで、導電性粒子の濃度を上げてもよい。
図５（ｄ）のように、電子部品３０を、電極３１が膜５１と一致するように位置合わせして搭載する。
つぎに、図５（ｅ）のように、膜５１の第２の導電性粒子を焼結し、接合層５０を形成する。このとき、接合層５０の空孔５２のサイズが配線層４０の空孔４２のサイズよりも小さくなるような条件で焼結する。これにより、接合層５０の空孔５２の密度を配線層４０の空孔４２の密度よりも小さくなるように、第２の導電性粒子を焼結させる。
具体的には、光照射で焼結を行う場合、膜５１または膜５１を含む周辺部に基板１０の裏面から光を照射して、第２の導電性粒子を焼結させる。この場合、光透過性を有する基板１０を用いることが好ましい。光の具体的な照射方法は、実施形態１で説明した方法と同じであるため、その詳細な説明を省略する。
加熱等、光照射以外の方法で焼結を行うことによって接合層５０を形成してもよい。電子部品３０を加熱する方法としては、実施形態１で説明したのと同じ方法を採用できる。光照射以外の方法で焼結を行う場合、基板１０には光透過性を有するものと、光透過性を有しないものといずれを使用してもよい。なお、光照射と、加熱等の光照射以外の方法の両方で焼結を行ってもよい。
第２の溶液の第２の導電性粒子が第１の溶液の第１の導電性粒子よりも小さい場合、接合層５０への光照射や加熱の時間を配線層４０への光照射や加熱の時間よりも長くしたり、エネルギーを強くしたりしなくても、接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくすることができる。第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子が同じ粒径である場合、接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくするために、接合層５０の焼結度合をより進行させる必要がある。よって、光照射を行う場合は、電子部品３０を加熱しながら焼結を行うとよい。第１の溶液の第１の導電性粒子と第２の溶液の第２の導電性粒子が同じ粒径で、加熱により焼結を行う場合は、電子部品３０を加熱することで、容易に接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくできる。
このような製造方法により、基板１０上の配線層４０の上面の少なくとも一部に接合層５０が形成され、接合層５０と電子部品３０の電極３１が接合される。
＜実施形態２の第２の製造方法＞
実施形態２の電子デバイスの第２の製造方法を図６を用いて説明する。
実施形態２の電子デバイスの第２の製造方法は、実施形態１の電子デバイスの第２の製造方法と図３（ｂ）の工程まで同じであるが、図６（ｃ）の工程では配線層４０を形成した後に接合層５０を形成する点で異なっている。以下、図６（ａ）、図６（ｂ）までは、実施形態１の電子デバイスの第２の製造方法と同じであるため、簡単に説明する。
まず、図６（ａ）のように、第１の溶液を、基板１０の上面に所望の形状で塗布する。塗布された第１の溶液は、基板１０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり膜４１を形成する。膜４１の少なくとも一部の上面に、第２の溶液を塗布する。塗布された第２の溶液は、配線層４０上で表面が平滑または、メニスカスの凸状になり、膜５１を形成する。第１の溶液と第２の溶液は、同じ溶液であっても、異なっていてもよい。なお、この製造方法では、膜４１と膜５１は、マスク印刷などで一括して形成してもよい。
図６（ｂ）のように、電子部品３０を、電極３１が膜５１と一致するように位置合わせして搭載する。
つぎに、図６（ｃ）のように、膜５１の第２の導電性粒子と、膜４１の第１の導電性粒子を焼結し、配線層４０を形成する。
具体的には、配線層４０の焼結には、光照射による焼結と、光照射以外の方法による焼結との少なくともいずれか一方を採用できる。基板１０が光透過性を有する場合、基板１０の上面、下面のいずれから光照射をしてもよい。基板１０が光透過性を有さない場合、光は基板の上面から照射する。
つぎに、図６（ｄ）のように、基板１０の接合層５０を形成する位置に光照射または加熱をすることにより焼結を行い、電子部品３０の直下で配線層４０の上面に接合層５０を形成する。接合層５０を形成する位置とその位置を含む周囲を光照射または加熱により焼結させてもよい。これらの方法で導電性粒子同士を焼結することにより、電気導電性の接合層５０を形成できる。
具体的には、光照射で焼結を行う場合、基板１０の裏面から接合層５０を形成する位置とその位置を含む周囲に光を照射して、焼結を行うことができる。接合層５０を構成する第２の導電性粒子の粒子径が配線層４０を構成する第１の導電性粒子の粒子径よりも小さい場合、接合層５０への光照射や加熱の時間を配線層４０への光照射時間よりも長くしたり、エネルギーを強くしたりしなくても、接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくすることができる。第１の導電性粒子と第２の導電性粒子の粒子径が同じ場合、接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくするために、接合層５０の焼結度合をより進行させる必要がある。よって、電子部品３０を加熱しながら焼結を行うとよい。
光照射以外の方法で焼結を行う場合、第１の導電性粒子と第２の導電性粒子の粒子径にかかわらず、電子部品３０を加熱等しながら焼結を行うことで、容易に接合層５０の体積密度を配線層４０の体積密度よりも大きくすることができる。
焼結により、電子部品３０は、接合層５０によって基板１０上の配線層４０に接合される。
第２の製造方法では、配線層４０を形成する焼結工程と、接合層５０を形成する焼結工程とを連続して行うことができるため、製造時間の短縮をすることができる。
なお、この製造方法では、図６（ｃ）に示した接合層５０の焼結工程と、図６（ｄ）に示した配線層４０の焼結工程との順番を逆にすることもできる。すなわち、電子部品３０を膜５１に搭載後、膜５１の第２の導電性粒子を焼結させて接合層５０を形成した後、膜４１の第１の導電性粒子を焼結させて配線層４０を形成してもよい。
第１および第２の製造方法では、配線層４０を形成する工程と接合層５０を形成する工程とを実施することにより焼結された第１および第２の導電性粒子はいずれも、粒子同士がある程度粒子形状を保って結合し、配線層４０および接合層５０はいずれも、空孔４２、５２を含むポーラスな層となる。その上、接合層５０が、配線層４０よりも空孔密度が小さくなる。すなわち、接合層５０の体積密度は、配線層４０の体積密度よりも、大きくなる。
（実施形態３）
実施形態３の電子デバイスを図７を用いて説明する。この電子デバイスが上述した実施形態と異なる点は、電子部品３０の直下の配線層４０は、厚さ方向に２層構造であり、接合層５０と接する側の層４０Ａの体積密度が、基板１０と接する側の層４０Ｂの体積密度より大きいことである。配線層４０の接合層５０と接する側の層４０Ａは接合層５０と同等の体積密度であることが好ましく、配線層４０の基板１０と接する側の層４０Ｂは電子部品３０の直下以外の配線層４０と同等の体積密度である。これにより、接合層５０の下部が、配線層４０に埋没した構成となる。すなわち、接合層５０の下面の全体と側面の少なくとも一部が配線層４０に接合されている。他の構成は、実施形態２の電子デバイスと同様であって、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層の上面に搭載された、電極３１を有する電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０とで上下に挟まれた接合層５０とを有する。本実施形態の電子デバイスは、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさが同じであり、これらの側面は一致した位置にあるが、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさは、必ずしも一致していなくてもよい。
本実施形態の電子デバイスは、実施形態２の電子デバイスの製造方法を採用できる。具体的には、配線層４０と接合層５０を光照射により焼結させる場合、基板１０の裏面側から光を照射する。第１の膜４１に第２の膜５１よりも大きい粒子径の導電性粒子を用いる場合には、配線層４０の層４０Ａと接合層５０とが、それぞれ焼結された後に同等の空孔サイズとなるように粒子サイズを調整しておくか、または電子部品３０を加熱しながら接合層５０を焼結すればよい。電子部品３０を加熱する方法としては、実施形態１で説明したのと同じ方法を採用できる。接合層５０を光照射により焼結させる場合であって、配線層４０および接合層５０に同じ粒子径の導電性粒子を用いる場合も、電子部品３０を加熱しながら焼結すればよい。
一方、接合層５０を光照射以外の方法により焼結させる場合、実施形態２において接合層５０を形成した工程よりも、基板１０の電子部品３０を加熱する時間を長くする、または加熱温度を高くする。以上の方法により、接合層５０の基板１０側が、配線層４０に埋没した状態の本実施形態の電子デバイスを作製出来る。
本実施形態の電子デバイスは、接合層５０と配線層４０の接触面積が他の実施形態よりも大きいため、電子部品３０からの発熱がより効率よく配線層４０に伝導し、さらに基板１０に伝導して放熱する。これにより、電子部品３０により大きな電流を供給することができる。
さらに、接合層５０と配線層４０の接触面積を大きくできることにより、基板１０と配線層４０に対する、電子部品３０の接合を強固にすることができる。そのため、基板１０が熱膨張したり基板１０に応力が加わったりしても、基板１０と配線層４０に対する、電子部品３０の接合が強固な電子デバイスを得ることができる。
（実施形態４）
実施形態４の電子デバイスを図８を用いて説明する。この電子デバイスが上述した実施形態と異なる点は、配線層４０の上面の少なくとも一部に、導電性粒子で構成される緻密な薄膜層６０が設けられていることである。すなわち、基板１０の上面に配線層４０が設けられ、配線層４０の上面に緻密な薄膜層６０が設けられ、薄膜層６０の上面に接合層５０が設けられ、接合層５０の上面に電子部品３０の電極３１が接合されている。薄膜層６０は、接合層５０よりも体積密度が大きい。他の構成は、実施形態２の電子デバイスと同様である。
本実施形態の電子デバイスの製造方法は、実施形態２の電子デバイスの製造方法１を採用できる。この製造方法において、基板１と配線層４０を形成した後に、配線層４０の上面にスクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビアオフセット印刷等で接合層５０に用いる導電性粒子よりも粒子径の小さい薄膜を塗布し、薄膜層６０を形成する。薄膜層６０は、電解めっき、無電解めっき、または焼結により形成できる。焼結により薄膜層６０を形成する場合、薄膜層６０に用いる導電性粒子の粒子径は、接合層５０より小さくなくてもよく、焼結によって緻密な構造とすればよい。薄膜層６０が形成したら、実施形態２で説明したのと同じ方法で接合層５０を形成する。
緻密な構造の薄膜層６０は熱伝導性が高いため、電子部品３０からの発熱は接合層５０を経由して薄膜層６０に伝導しやすい。そのため、薄膜層６０を配線層４０の上面に設けたことにより、電子部品３０からの発熱がより効率よく配線層４０に伝導して、さらに基板１０に伝導して放熱される。これにより、電子部品３０により大きな電流を供給することができる。
薄膜層６０と接合層５０とに用いる導電性粒子が同一の金属である場合、薄膜層６０と接合層５０との界面の接合強度を向上させることができる。
また、薄膜層６０と、配線層４０や接合層５０とに用いる導電性粒子が異なる金属である場合、配線層４０に用いる導電性粒子よりも熱伝導が良い金属を選ぶことで、熱伝導性の向上が図れる。さらに、薄膜層６０の導電性粒子として配線層４０に用いる導電性粒子よりも腐食に強い金属を選ぶことによって、接合層５０との接合強度を向上させることができる。
また、薄膜層６０の熱膨張係数や弾性率の値が、接合層５０と配線層４０のそれぞれの熱膨張係数や弾性率の値の間にある場合、基板１０に加わる応力を薄膜層６０で緩和することができるという効果も得られる。
本実施形態において、薄膜層６０は、配線層４０の上面の全体を覆うが、これに限られない。薄膜層６０は、配線層４０の上面の少なくとも一部に設けられていればよく、例えば、接合部５０の下面と同じサイズでもよいし、接合部５０の下面よりやや大きく、配線層４０の上面より小さくてもよい。また、本実施形態の電子デバイスは、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさが同じであり、これらの側面は一致した位置にあるが、電子部品３０、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさは、必ずしも一致していなくてもよい。
（実施形態５）
実施形態５の電子デバイスを図９を用いて説明する。この電子デバイスが上述した実施形態と異なる点は、電極３１が電子部品３０の下面より小さいサイズであることである。このとき、接合層５０も、電極３１のサイズに合わせて小さくすることで、接合層５０に用いる材料コストを低減することができる。もちろん、電極３１よりも接合層５０の面積を大きくすることで、電子部品３０から発する熱を基板１０に逃しやすくしてもよい。本実施形態の電子デバイスの他の構成は、上述した実施形態と同様であり、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層４０の上面に搭載された電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０との間に配置された接合層５０とを有する。
なお、図９では、配線層４０の上面に接合層５０が接合されているが、実施形態１で説明したように、接合層５０の直下の配線層４０を接合層５０と同じ体積密度にし、両者を一体の接合層５０としてもよい。
また、本実施形態の電子デバイスは、実施形態３の電子デバイスと同様に、接合層５０の下部が、配線層４０に埋没していてもよい。さらに、本実施形態の電子デバイスは、実施形態４で説明した電子デバイスと同様に、配線層４０の上面の少なくとも一部に、接合層５０よりも密度の高い薄膜層６０が設けられてもよい。
また、本実施形態の電子デバイスは、電極３１が電子部品３０の下面より小さいサイズであり、接合層５０は、電極３１のサイズと同じ大きさであるが、これに限られない。例えば、本実施形態の電子デバイスは、電子部品３０の下面と電極３１が同じサイズで、接合層５０が電極３１よりも小さくてもよい。
本実施形態の電子デバイスの製造方法は、上述した実施形態１～４の電子デバイスの製造方法と同じであるので、説明は省略する。
（実施形態６）
実施形態６の電子デバイスを図１０を用いて説明する。この電子デバイスが上述した実施形態と異なる点は、電極３１が電子部品３０に複数設けられていることである。このとき、配線層４０と接合層５０も、電極３１の個数に合わせて設けることで、接合層５０の表面積を増やし、電子部品３０から発する熱を接合層５０から基板１０に逃がしやすくすることができる。本実施形態の電子デバイスの他の構成は、上述した実施形態と同様であり、基板１０と、基板１０の上面に形成された配線層４０と、配線層４０の上面に搭載された電子部品３０と、電子部品３０と配線層４０との間に配置された接合層５０とを有する。
実施形態６の電子デバイスは図１０では、配線層４０の上面に接合層５０が接合されているが、実施形態１の電子デバイスと同様に、接合層５０の直下の配線層４０を接合層５０と同じ体積密度にし、両者を一体の接合層５０としてもよい。
また、実施形態６の電子デバイスは、実施形態３の電子デバイスと同様に、接合層５０の下部が、配線層４０に埋没していてもよい。さらに、実施形態６の電子デバイスは、実施形態４の電子デバイスと同様に、配線層４０の上面の少なくとも一部に、接合層５０よりも密度の高い薄膜層６０が設けられてもよい。なお、実施形態６の電子デバイスは、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさが同じであり、これらの側面は一致した位置にあるが、電極３１および接合層５０を上面から見た大きさは、必ずしも一致していなくてもよい。
本実施形態の電子デバイスの製造方法は、上述した実施形態１～５の電子デバイスの製造方法と同じであるので、説明は省略する。
本発明の電子デバイスは、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、３０・・・電子部品、３１・・・電極、４０・・・配線層、４１・・・膜、５０・・・接合層、５１・・・膜、６０・・・薄膜層

Claims (12)

  1. 基板と、前記基板の上面に形成された配線層と、前記配線層の上面に搭載された電子部品と、前記電子部品と前記配線層との間に配置された接合層とを有し、
    前記配線層および前記接合層は、空孔を含むポーラスな層であり、
    前記接合層は、前記電子部品の直下以外の前記配線層よりも体積密度が大きく、
    前記配線層の上面の少なくとも一部には、前記接合層よりも体積密度が大きい薄膜層が設けられ、前記薄膜層の上面に前記接合層が設けられていることを特徴とする電子デバイス。
  2. 基板と、前記基板の上面に形成された配線層と、前記配線層の上面に搭載された電子部品と、前記電子部品と前記配線層との間に配置された接合層とを有し、
    前記配線層および前記接合層は、空孔を含むポーラスな層であり、
    前記接合層は、前記電子部品の直下以外の前記配線層よりも体積密度が大きく、
    前記接合層は、前記電子部品の下面より小さい面積を有することを特徴とする電子デバイス。
  3. 請求項２に記載の電子デバイスであって、前記接合層が、複数設けられていることを特徴とする電子デバイス。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイスであって、前記接合層と前記配線層は、いずれも導電性粒子を焼結した層であることを特徴とする電子デバイス。
  5. 請求項４に記載の電子デバイスであって、前記接合層を構成する導電性粒子は、前記配線層を構成する導電性粒子よりも、粒径が小さいことを特徴とする電子デバイス。
  6. 第１の導電性粒子が溶媒に分散された第１の溶液を、基板の上面に所望の形状で塗布し、第１の膜を形成する工程と、
    前記第１の膜を焼結することにより配線層を形成する工程と、
    前記第１の導電性粒子よりも粒子径の小さい第２の導電性粒子が溶媒に分散された第２の溶液を、前記配線層の一部の上面に所望の形状で塗布し、第２の膜を形成する工程と、
    前記第２の膜上に、電極を有する電子部品を搭載した後、前記第２の膜を焼結することにより、前記配線層と前記電子部品の前記電極とを接合する接合層を形成する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  7. 第１の導電性粒子が溶媒に分散された第１の溶液を、基板の上面に所望の形状で塗布し、第１の膜を形成する工程と、
    前記第１の導電性粒子よりも粒子径の小さい第２の導電性粒子が溶媒に分散された第２の溶液を、前記第１の膜の一部の上面に所望の形状で塗布し、第２の膜を形成する工程と、
    前記第２の膜上に、電極を有する電子部品を搭載した後、前記第１の膜を焼結することにより配線層を形成する工程と、
    前記第２の膜を焼結することにより、前記配線層と前記電子部品の前記電極とを接合する接合層を形成する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  8. 請求項６または７に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記配線層を形成する工程と前記接合層を形成する工程とを実施することにより形成された前記配線層および前記接合層は、空孔を含むポーラスな層であり、前記接合層が、前記電子部品の直下以外の前記配線層よりも体積密度が大きいこと特徴とする電子デバイスの製造方法。
  9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記接合層を形成する工程は、前記第２の膜または前記第２の膜を含む周辺部に光を照射することにより、前記接合層を焼結することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  10. 請求項６ないし９のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記接合層を形成する工程は、前記電子部品を加熱することにより、前記接合層を焼結することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  11. 光を透過する基板と、前記基板の上面に形成された配線層と、前記配線層の上面に搭載された電子部品と、前記電子部品と前記配線層との間に配置された接合層とを有し、
    前記配線層は、空孔を含み、第１の導電性粒子の焼結体からなるポーラスな層であり、
    前記接合層は、空孔を含み、前記第１の導電性粒子と同等もしくは前記第１の導電性粒子よりも粒子径の小さい第２の導電性粒子の焼結体からなるポーラスな層であり、
    前記接合層は、前記電子部品の直下以外の前記配線層よりも体積密度が大きく、
    前記第１の導電性粒子および前記第２の導電性粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどの導電性金属のうちの１つ以上からなると共に、当該導電性粒子に吸収される波長の光照射により、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ものであり、
    前記電子部品の直下において前記接合層と前記配線層は、前記基板を透過して観察したときに同じ大きさで、一体に焼結されている
    ことを特徴とする電子デバイス。
  12. 請求項１１に記載の電子デバイスであって、前記配線層の前記電子部品の直下は、前記接合層と同等の体積密度であることを特徴とする電子デバイス。
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