JPH08209330A - 導電性金属厚膜のパターン形成方法 - Google Patents
導電性金属厚膜のパターン形成方法Info
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Abstract
の処理工程を要さずに、基板上へ直接に電気抵抗率の経
時変化の小さい導電性金属厚膜をパターン形成する方法
を提供すること。 [構成] 純度99.9999%以上の不活性ガス雰囲
気中で導電性金属の超微粒子を生成し、生成された超微
粒子を前記不活性ガスによって搬送し、前記超微粒子の
融点以下の温度に加熱されたノズルから真空雰囲気中に
配置され任意の移動速度で移動する基板に向けて噴射す
ることにより、基板上に所望の膜厚で所望のパターンを
有する導電性金属の厚膜を形成することを特徴とする。
Description
る導電性金属の厚膜を形成する方法に関するものであ
り、更に詳しくはマスキングやエッチングを行なうこと
なく、基板上へ直接に電極や配線パターンを形成する方
法に関するものである。
ム等からなる導電性金属の電極や配線パターンを形成す
る方法として、厚膜ペースト法、スパッタ法、真空蒸着
法、メッキ法等が知られている。これらの方法におい
て、所望のパターンを有する導電性金属の厚膜を形成す
るには、基板上に不必要な個所を遮蔽するマスキングを
行なって金属厚膜を形成するか、又は基板上の全面に金
属厚膜を形成した後に、必要な箇所にレジスト膜を形成
し、レジスト膜を形成していない不必要な箇所の金属厚
膜をエッチングして除去することが行なわれている。
性金属厚膜のパターン形成方法において、基板上の不必
要な箇所をマスキングで遮蔽して形成する場合、厚膜ペ
ースト法では1回の処理で数μm以上の厚膜を得ること
ができるが、塗布した後に焼成工程を必要とし、スパッ
タ法や真空蒸着法は成膜速度が遅いため、数μm以上の
厚膜を得るには非常に時間がかかる問題がある。又、全
面に金属厚膜を形成した後にエッチングにより不必要な
箇所の金属厚膜を除去する場合、レジストの形成やエッ
チング等の処理が必要となり、メッキ法による厚膜形成
においても洗浄等の処理が必要となり、工程数が多くな
るという問題がある。
め、一般的には銅やアルミニウムが使用されるが、これ
らの金属は酸化し易く、特にアルミニウムの場合は非常
に酸化し易いため、厚膜ペースト法やメッキ法では得ら
れた膜内に酸化が生じて、経時的にも電気抵抗率が悪く
なることがある。
キングやエッチング、その他膜形成前後の処理工程を要
さずに、基板上へ直接に電気抵抗率の経時変化の小さい
導電性金属厚膜をパターン形成する方法を提供すること
を目的とする。
9.9999%以上の不活性ガス雰囲気の超微粒子生成
室内で導電性金属材料を高周波誘導加熱により加熱蒸発
させて導電性金属の超微粒子を生成し、該超微粒子を前
記不活性ガスに同伴させて搬送管により真空雰囲気の膜
形成室内に搬送し、前記搬送管の先端に取り付けられ前
記超微粒子の融点以下の温度に加熱されたノズルから前
記膜形成室内に配置された基板に向けて前記超微粒子を
前記不活性ガスの圧力で噴射すると共に前記ノズル又は
前記基板の一方を任意の移動速度で移動させることによ
り前記基板上に所望の膜厚で所望のパターンを有する導
電性金属の厚膜を形成することを特徴とする導電性金属
厚膜のパターン形成方法、によって達成される。
以上の不活性ガス雰囲気中で導電性金属の超微粒子を生
成し、生成された超微粒子を前記不活性ガスによって搬
送し、前記超微粒子の融点以下の温度に加熱されたノズ
ルから真空雰囲気中に配置され任意の移動速度で移動す
る基板に向けて噴射することにより基板上に導電性金属
の膜厚を形成するため、所望の膜厚で所望のパターンを
有する導電性金属の厚膜を一工程で形成でき、又低抵抗
で電気抵抗率の経時変化の小さい導電性金属厚膜を得る
ことができる。
のパターン形成方法について、図面を参照して具体的に
説明する。
例を示す概略図であり、本出願人が特願平6−1960
51号として先に出願した金属部分膜形成装置である。
同装置は概しては、超微粒子生成室1と、膜形成室2
と、これらを結ぶ搬送管3と、超微粒子生成室1から膜
形成室2へ流れるヘリウム(He)ガスを超微粒子生成
室1の底部へ戻すための真空ポンプ15、16とヘリウ
ムガス純化リサイクル・システム17とからなってい
る。
ルツボ6(内径5mmφ、外径15mmφ、高さ10m
m)が配設され、導電性金属材料22、例えばアルミニ
ウム(Al)が収容される。ルツボ6の周囲には誘導加
熱のためのコイル7cが巻装され、その両端は超微粒子
生成室1の外部に設けた高周波電源7(150kHz)
に接続されている。なお、ここで高周波誘導加熱方式を
採用しているのは次の理由による。すなわち、抵抗加熱
方式ではルツボ自体を発熱体としてジュール熱で加熱
し、内部の蒸発材料はルツボからの伝熱によって加熱さ
れる。溶けた蒸発材料が対流することはあっても粘度が
高く不十分で加熱は不均一となり、突沸も生じて生成さ
れる超微粒子の粒径分布は広くなる。これに対して、高
周波誘導加熱方式はルツボと蒸発材料とに渦電流を発生
させて加熱するので、加熱が均一で生成される超微粒子
の粒径分布は狭くシャープになるためである。
管3(外径1/4インチ)の下端が配置され、その下端
部の上方には搬送管3と軸心を共有する大径の吸込管5
が設けられている。そして、吸込管5と搬送管3との間
の環状空間はバルブ13を介して真空ポンプ16の吸気
側に接続されている。この吸込管5はルツボ6の直上部
以外の超微粒子生成室1内に滞留する超微粒子を吸い込
ませるべく設けられている。又、ルツボ6の底部を支持
してシャッタシステム9が設けられている。シャッタシ
ステム9は図2を参照し、図2のAに示すように、ルツ
ボ6が搬送管3の直下となる位置と、この位置から矢印
aで示す方向に30mm程度移動させて、図2のBに示
すように、ルツボ6が吸込管5と搬送管3との間の環状
空間の直下となる位置との何れかにルツボ6を位置させ
る。すなわち、ルツボ6からの金属蒸気が雰囲気の搬送
ガス(He)に冷却され、超微粒子となっての立ち昇り
20が図2のAの位置では搬送管3へ吸い込まれ、図2
のBの位置では吸込管5へ吸い込まれる。そして、この
2位置間のルツボ6の移動は図示しないコントローラに
よりプログラムに従って行われ、超微粒子の移送が断続
される。さらには、超微粒子生成室1には真空計1Gが
取り付けられている。
先端に取り付けた内径0.4mmφのノズル4が挿入さ
れており、ノズル4には外部の交流電源24に接続され
たノズルヒータ23が巻装されている。ノズル4の先端
の直上に近接して(0.1〜2.0mmの範囲内で可
変)基板ホルダ10に保持された基板8が配置されてい
る。基板ホルダ10は図示しないコントローラによって
プログラムコントロールされ、基板8をその面内のX軸
方向とこれに直角なY軸方向に0.01〜2mm/秒の
速度で走査させる。なお、搬送管3は長さを有している
ので超微粒子が吸い込まれてからノズル4の出口に達す
る迄に0.1秒単位の時間を要する。従って、基板8の
走査はある地点で停止し膜形成を停止して次の地点へ移
るに際しては、超微粒子が搬送管3から出尽くす迄の時
間が経過してから次の地点への移動が始まるようにプロ
グラムされている。すなわち、形成される金属膜が尾を
曳かないようになっている。次の地点へ達して膜形成を
再開する場合も、超微粒子がノズル4の先端から噴射さ
れ始める迄の時間が経過してから膜形成のための移動が
始まるようになっている。又、基板ホルダ10内には、
基板8を加熱するためのヒータ・ユニットが内蔵されて
おり、基板8に取り付けた熱電対11からの温度信号が
入力される図示しない温度制御器によって基板8は所定
の温度に維持される。膜形成室2にはバルブ14を介し
て真空ポンプ15の吸気側が接続されており、かつ真空
計2Gが取り付けられている。
の配管は1本にまとめられ、バルブ19を介してヘリウ
ムガス純化リサイクル・システム17と接続され、さら
には超微粒子生成室1の底部と接続されて、搬送ガスと
してのヘリウムガスを送り込むようになっている。又、
超微粒子生成室1の底部にはバルブ12を介して純度9
9.9999%以上のヘリウムガスボンベ18が接続さ
れている。なお、真空ポンプ15、16とバルブ19と
の中間には、バルブ19に近接して、バルブ20を備え
た枝管が取り付けられている。
基板上への導電性金属厚膜のパターン形成方法を以下に
例示する。
生成室1と膜形成室2とを真空排気する。すなわち、バ
ルブ13、14、20を開、バルブ12、19を閉とし
て真空ポンプ15、16によって圧力10-4Paまで排
気する。次いで、真空ポンプ15、16の運転は継続し
たままバルブ20を閉、バルブ12、19を開としてヘ
リウムガスボンベ18から純度99.9999%以上の
ヘリウムガスを超微粒子生成室1へ所定量導入する。バ
ルブ13の開度を調節して超微粒子生成室1の圧力を2
kg/cm2 に保持する。導入されたヘリウムガスは吸
込管5へ30SLM(1分間当たりの標準状態リットル
数)流れ、搬送管3を通って膜形成室2へ10SLM流
される。膜形成室2へ入ったヘリウムガスはバルブ14
から排気されて膜形成室2の圧力は約1Torrに保持
され、超微粒子生成室1と膜形成室2との間に約2kg
/cm2 の差圧が生起する。この時点でバルブ12を閉
とする。
送管3へ吸い込まれずに超微粒子生成室1内に滞留する
超微粒子が存在するとこれらは滞留中に凝集体となり、
何時かは搬送管3を搬送されて膜形成室2内のガラス基
板8上に形成されつつある膜に悪影響を与えるので、そ
の凝集体の生成を予防するためである。
ムガス純化リサイクル・システム17から吐出されるガ
スは純度99.9999%以上のヘリウムとなり、系全
体の雰囲気が純度99.9999%以上のヘリウムガス
となる。つまり、純度99.9999%以上のヘリウム
ガスが矢印で示す方向へ循環される状態となる。
れておいた導電性金属材料22としてのアルミニウム
(純度99.9995%以上)を高周波電源7によって
1430℃に誘導加熱し蒸発させて超微粒子を生成させ
る。生成したアルミニウムの超微粒子の大部分はヘリウ
ムガスと共に搬送管3に吸い込まれ、膜形成室2内にお
いて、ノズルヒータ23で600℃に加熱されたノズル
4から基板ホルダ10のヒータユニットで予め250℃
の温度に加熱されているガラス基板8上に噴射されてア
ルミニウムの厚膜が形成される。
向とY軸方向とへ走査され得るので、シャッタシステム
9を作動させアルミニウム超微粒子の搬送を断続させる
ことを組み合わせて、ガラス基板8上の任意の個所から
任意の個所に至る任意のパターンのアルミニウム厚膜を
形成させることができる。
幅0.4mm、長さ50mmのアルミニウム厚膜の比抵
抗は3.51×10-6Ωcm(20℃)であり、バルク
状アルミニウムの約1.3倍であった。又、膜形成後に
おいてアルミニウム厚膜について行なった50℃、95
%RHの条件での電気抵抗率に関する耐湿性の加速寿命
試験の結果、図3に示すように、1000時間以上(4
0日間以上)経過しても比抵抗は全く変化せず、耐湿性
が極めて優れていることを示した。
99%に低下させ、ノズル4の加熱温度を100℃とし
た以外は実施例1と全く同様にして、厚さ20μm、幅
0.4mm、長さ50mmのアルミニウム厚膜をガラス
基板8上に形成させたが、その比抵抗はバルク状アルミ
ニウムの500〜900倍であった。
せて99.99%とした以外は実施例1と全く同様にし
て、厚さ20μm、幅0.4mm、長さ50mmのアル
ミニウム厚膜をガラス基板8上に形成させたが、その比
抵抗はバルク状アルミニウムの200〜700倍であっ
た。
ヘリウムガスを使用した以外は実施例1と全く同様にし
てガラス基板8上に厚さ20μm、幅0.4mm、長さ
50mmのアルミニウム厚膜を形成させた。その厚膜の
比抵抗は抵抗測定器の測定限界である9.6Ωcmを超
えており、測定できなかった。
膜形成装置(図1)において、ルツボ6にアルミニウム
を98.5重量部、銅(Cu)を1.5重量部の割合で
入れ、それ以外は実施例1と全く同様にして、ガラス基
板8上にアルミニウム−銅(Al−Cu)合金の厚膜
(厚さ20μm、幅0.4mm、長さ50mm)をパタ
ーン形成させた。
り、比抵抗3.5×10-6Ωcm(20℃)を示した。
更に、この合金厚膜を温度350℃の真空炉中で30分
間加熱し、再び比抵抗を測定したところ、3.5×10
-6Ωcm(20℃)であり変化を生じていなかった。
の電気抵抗率に関する耐湿性の加速寿命試験を行なった
ところ、1000時間以上経過しても比抵抗はほとんど
変化しなかった。
膜形成装置(図1)において、ルツボ6に錫(Sn)を
入れて1050℃に誘導加熱し、ノズル4の加熱温度を
200℃にし、又基板の加熱温度を200℃とした以外
は実施例1と同様にして、ガラス基板上に錫の厚膜(厚
さ20μm、幅0.4mm、長さ50mm)をパターン
形成させた。
cm(23℃)でバルク値の約1.2倍であった。又、
電気抵抗率の経時変化もほとんどなかった。
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
99%以上の不活性ガスとしてヘリウムを使用したが、
ヘリウム以外のアルゴン、又はネオンを使用しても同様
な効果が得られる。
採用したが、基板はガラスに限らず各種のものを使用し
得る。
としてアルミニウムと銅との合金について説明したが、
これ以外のアルミニウム合金、例えばアルミニウム−シ
リコン(Al−Si)、アルミニウム−シリコン−銅
(Al−Si−Cu)、アルミニウム−シリコン−チタ
ン(Al−Si−Ti)、アルミニウム−銅−チタン
(Al−Cu−Ti)の合金によっても耐湿性に優れ、
電気抵抗率の経時変化の小さい導電性金属厚膜のパター
ン形成ができる。
はアルミニウム合金の超微粒子に対してノズル4の温度
をそれらの融点以下である600℃に加熱し、実施例3
では、錫の超微粒子に対してその融点以下である200
℃にノズル4を加熱したが、加熱された超微粒子によっ
てノズル4が閉塞されない範囲、超微粒子が凝集体を形
成しない範囲において、ノズル4の加熱は均質な金属厚
膜を与えるので好ましい。
ターシステム9を使用し、搬送ガスとしてのヘリウムガ
スを循環させたが、シャッターシステム9は必ずしも必
要とせず、又、搬送ガスを循環させなくとも導電性金属
厚膜のパターン形成は可能である。
厚膜のパターン形成方法によれば、マスキングやエッチ
ングなどの工程を必要とせずに基板上の任意の箇所に任
意の膜厚で任意のパターンを有する導電性金属厚膜を形
成することができるので、パターン化された導電性金属
厚膜の形成コストを大巾に削減できる。又、純度99.
9999%以上の不活性ガスを使用しているので、アル
ミニウムやアルミニウム合金の如き酸化され易い金属の
厚膜であっても、低抵抗で長期間に渡って膜特性の安定
したものが得られる。従って、本発明の方法で形成され
るアルミニウムやアルミニウム合金の如き酸化され易い
金属からなる厚膜回路を使用した電気部品は信頼性が高
い。又、本発明の導電性金属厚膜のパターン形成方法に
よれば、基板上に導電性の回路を形成させるだけでな
く、電気回路の補修、電極の形成、リード線のボンディ
ングなどが可能である。
実施例で使用される金属部分膜形成装置の概略図であ
る。
す図であり、Aは超微粒子の搬送状態、Bは搬送の停止
状態である。
ニウム厚膜についての電気抵抗率に関する耐湿性の加速
寿命試験の結果を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 純度99.9999%以上の不活性ガス
雰囲気の超微粒子生成室内で導電性金属材料を高周波誘
導加熱により加熱蒸発させて導電性金属の超微粒子を生
成し、該超微粒子を前記不活性ガスに同伴させて搬送管
により真空雰囲気の膜形成室内に搬送し、前記搬送管の
先端に取り付けられ前記超微粒子の融点以下の温度に加
熱されたノズルから前記膜形成室内に配置された基板に
向けて前記超微粒子を前記不活性ガスの圧力で噴射する
と共に前記ノズル又は前記基板の一方を任意の移動速度
で移動させることにより前記基板上に所望の膜厚で所望
のパターンを有する導電性金属の厚膜を形成することを
特徴とする導電性金属厚膜のパターン形成方法。 - 【請求項2】 前記導電性金属材料がアルミニウム、ア
ルミニウム合金又は錫である請求項1に記載の導電性金
属厚膜のパターン形成方法。 - 【請求項3】 前記アルミニウム合金がAl−Si、A
l−Cu、Al−Si−Cu、Al−Si−Ti又はA
l−Cu−Tiである請求項2に記載の導電性金属厚膜
のパターン形成方法。 - 【請求項4】 前記不活性ガスがヘリウム、アルゴン又
はネオンである請求項1、請求項2又は請求項3に記載
の導電性金属厚膜のパターン形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04235495A JP3652398B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 導電性金属厚膜のパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08209330A true JPH08209330A (ja) | 1996-08-13 |
JP3652398B2 JP3652398B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=12633702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04235495A Expired - Lifetime JP3652398B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 導電性金属厚膜のパターン形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1995-02-06 JP JP04235495A patent/JP3652398B2/ja not_active Expired - Lifetime
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