JPWO2017057301A1 - 導電層形成用塗布液及び導電層の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の一態様に係る導電層形成用塗布液は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液であって、pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。本発明の他の一態様に係る導電層の製造方法は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法であって、導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程とを備え、塗布時の導電層形成用塗布液のpHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。

Description

本発明は、導電層形成用塗布液及び導電層の製造方法に関する。
本出願は、2015年9月30日出願の日本出願第2015−193141号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い、プリント配線板の高密度化が要求されている。
このような要求に対し、耐熱性絶縁ベースフィルムに接着剤層を介することなく銅薄層を積層したプリント配線板用基材が提案されている(特開平9−136378号公報参照)。この公報に記載のプリント配線板用基材は、耐熱性絶縁ベースフィルムの表面にスパッタリング法を用いて厚み0.25〜0.30μmの銅薄膜層を形成している。このプリント配線板用基材は、この銅薄膜層の外面に電気めっき法を用いて銅厚膜層を積層することで、ベースフィルム及び銅薄膜層との接着強度を十分に確保しつつ、高密度化を図ることができるとされている。
特開平9−136378号公報
本発明の一態様に係る導電層形成用塗布液は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液であって、pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。
本発明の他の一態様に係る導電層の製造方法は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法であって、上記導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程とを備え、上記塗布時の上記導電層形成用塗布液のpHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。
本発明の一実施形態に係る導電層の製造方法の塗布工程を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電層の製造方法の加熱工程を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電層の製造方法の第1金属めっき層形成工程を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電層の製造方法の第2金属めっき層形成工程を示す模式的断面図である。
[本開示が解決しようとする課題]
上記公報に記載のプリント配線板用基材は、ベースフィルムに銅薄膜層を直接積層できる点において高密度プリント配線の要求に沿うといえる。しかしながら、このプリント配線板用基材は、銅薄膜層をスパッタリング法によって形成しているため、真空設備を必要とし、設備の建設、維持、運転等、設備コストが高くなるという不都合を有する。また、このプリント配線板用基材は、真空設備を用いた真空条件下で形成する必要があるため、基材のサイズを大きくすることに限界がある。
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、一定の厚みを有する導電層を比較的低コストで容易かつ確実に形成可能な導電層形成用塗布液及びこの導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法の提供を目的とする。
[本開示の効果]
本発明の導電層形成用塗布液及び導電層の製造方法は、一定の厚みを有する導電層を比較的低コストで容易かつ確実に形成することができる。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る導電層形成用塗布液は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液であって、pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。
当該導電層形成用塗布液は、分散媒及び分散剤を含有し、かつpH及び電気伝導率が上記範囲内とされていることによって、金属微粒子の含有量が上記範囲内と多くても分散媒中におけるこの金属微粒子の均一分散性に優れる。そのため、当該導電層形成用塗布液は、例えばプリント配線板用基材を構成するベースフィルムの表面に塗布及び加熱されることで、一定の厚みを有しかつ金属微粒子が高密度で配設される導電層を容易かつ確実に形成することができる。また、当該導電層形成用塗布液は、スパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を用いることなく比較的低コストで導電層を形成することができる。さらに、当該導電層形成用塗布液は、導電層を形成する際に真空設備を用いる必要がないので、この真空設備のサイズによって導電層の大きさが制限されることを防止することができる。その結果、当該導電層形成用塗布液によると、外寸の大きい導電層を形成し易い。
上記分散剤が、高分子化合物であるとよい。このように、上記分散剤が高分子分散剤であることによって、金属微粒子の凝集を防止しつつこの金属微粒子を分散媒中に均一に分散させ易い。これにより、緻密でかつ裂け目のない導電層を形成し易い。
上記高分子化合物がイミノ基を有するとよい。このように、上記高分子化合物がイミノ基を有することによって、金属微粒子の凝集を容易かつ確実に防止しつつこの金属微粒子を分散媒中により均一に分散させ易い。
上記高分子化合物が、ポリエチレンイミン又はポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物であるとよい。このように、上記高分子化合物がポリエチレンイミン又はポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物であることによって、金属微粒子の凝集を容易かつ確実に防止しつつこの金属微粒子を分散媒中にさらに均一に分散させ易い。
上記金属微粒子のレーザ回折法で測定した累積分布から算出される平均粒子径D50としては、1nm以上500nm以下が好ましい。当該導電層形成用塗布液によると、金属微粒子の平均粒子径D50が上記範囲内のように比較的小さくてもこの金属微粒子を分散媒中に均一に分散させることができる。そのため、上記金属微粒子の平均粒子径D50を上記範囲内とすることによって、緻密な導電層を容易かつ確実に形成することができる。なお、上記「平均粒子径D50」とは、体積累積分布から算出される値をいう。
当該導電層形成用塗布液の25℃における粘度としては、100mPa・s以下が好ましい。このように、25℃における粘度が上記上限以下であることによって、当該導電層形成用塗布液の塗布性を向上することができる。
上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金であるとよい。このように、上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金であることによって、導電性に優れる導電層を形成することができる。
本発明の他の一態様に係る導電層の製造方法は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法であって、上記導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程とを備え、上記塗布時の上記導電層形成用塗布液のpHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。
当該導電層の製造方法は、導電層形成用塗布液が分散媒及び分散剤を含有しており、塗布時の導電層形成用塗布液のpH及び電気伝導率が上記範囲内とされているので、金属微粒子の含有量が上記範囲内と多くても塗布時におけるこの金属微粒子の均一分散性に優れる。そのため、当該導電層の製造方法は、一定の厚みを有しかつ金属微粒子が高密度で配設される導電層を容易かつ確実に形成することができる。また、当該導電層の製造方法は、スパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を用いることなく比較的低コストで導電層を形成することができる。さらに、当該導電層の製造方法は、真空設備を用いる必要がないので、この真空設備のサイズによって導電層の大きさが制限されることを防止することができる。その結果、当該導電層の製造方法は、外寸の大きい導電層を製造し易い。
なお、本明細書において、「電気伝導率」とは、JIS−K0130:2008に準拠して測定される値をいう。「粘度」とは、JIS−Z8803:2011に準拠して測定した値をいう。「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が50質量%以上の成分をいい、好ましくは80質量%以上の成分をいう。
[本発明の実施形態の詳細]
<導電層形成用塗布液>
当該導電層形成用塗布液は、例えばプリント配線板基材形成用である。具体的には、当該導電層形成用塗布液は、プリント配線板を構成するベースフィルムの表面に塗布された上、乾燥及び加熱処理されることで、このベースフィルムの表面に積層され、金属微粒子が焼結された導電層(金属微粒子焼結層)を形成する。
当該導電層形成用塗布液は、金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有している。また、当該導電層形成用塗布液は、pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。当該導電層形成用塗布液は、分散媒及び分散剤を含有し、かつpH及び電気伝導率が上記範囲内とされていることによって、金属微粒子の含有量が上記範囲内と多くても分散媒中におけるこの金属微粒子の均一分散性に優れる。そのため、当該導電層形成用塗布液は、例えばベースフィルムの表面に塗布及び加熱されることで、一定の厚みを有しかつ金属微粒子が高密度で配設される導電層を容易かつ確実に形成することができる。また、当該導電層形成用塗布液は、スパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を用いることなく比較的低コストで導電層を形成することができる。さらに、当該導電層形成用塗布液は、導電層を形成する際に真空設備を用いる必要がないので、この真空設備のサイズによって導電層の大きさが制限されることを防止することができる。その結果、当該導電層形成用塗布液によると、外寸の大きい導電層を形成し易い。
当該導電層形成用塗布液に含有される分散媒としては、特に限定されるものではないが、典型的には水が用いられる。
当該導電層形成用塗布液に含有される金属微粒子の主成分としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)及びこれらの合金等が挙げられる。中でも、導電性に優れると共に、ベースフィルムとの密着力を高め易い銅又は銅合金が好ましい。
当該導電層形成用塗布液における上記金属微粒子の含有量の下限としては、20質量%であり、25質量%がより好ましい。一方、上記金属微粒子の含有量の上限としては、80質量%であり、50質量%がより好ましく、35質量%がさらに好ましい。上記金属微粒子の含有量が上記下限に満たないと、十分な厚み及び密度を有する導電層を形成し難くなるおそれがある。逆に、上記金属微粒子の含有量が上記上限を超えると、上記金属微粒子を分散媒中に均一に分散させ難くなるおそれがある。
上記金属微粒子のレーザ回折法で測定した体積累積分布から算出される平均粒子径D50の下限としては、1nmが好ましく、30nmがより好ましい。一方、上記平均粒子径D50の上限としては、500nmが好ましく、200nmがより好ましく、100nmがさらに好ましい。上記平均粒子径D50が上記下限に満たないと、分散媒中における金属微粒子の分散性及び安定性が低下するおそれがある。逆に、上記平均粒子径D50が上記上限を超えると、当該導電層形成用塗布液を塗布した際の金属微粒子の密度が不均一になり易く、その結果十分に緻密な導電層を形成し難くなるおそれがある。
上記金属微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による測定に基づいて算出される平均粒子径D50SEMの下限としては、1nmが好ましく、30nmがより好ましい。一方、上記平均粒子径D50SEMの上限としては、550nmが好ましく、250nmがより好ましく、150nmがさらに好ましい。上記平均粒子径D50SEMが上記下限に満たないと、分散媒中における金属微粒子の分散性及び安定性が低下するおそれがある。逆に、上記平均粒子径D50SEMが上記上限を超えると、当該導電層形成用塗布液を塗布した際の金属微粒子の密度が不均一になり易く、その結果十分に緻密な導電層を形成し難くなるおそれがある。なお、「平均粒子径D50SEM」とは、金属微粒子の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、任意に抽出した金属微粒子100個を測長して粒子径の小さい順に体積を積算した際の累積体積が50%となる粒子径をいう。
上記金属微粒子のレーザ回折法で測定した累積分布から算出される平均粒子径D50に対する上記金属微粒子の走査型電子顕微鏡による測定に基づいて算出される平均粒子径D50SEMの比(D50SEM/D50)の上限としては、1.5が好ましく、1.3がより好ましい。上記比(D50SEM/D50)が上記上限を超えると、個々の金属微粒子の形状が不均一となり易い。その結果、当該導電層形成用塗布液を塗布して形成される塗膜表面の平滑性が不十分となり、ひいては十分に緻密な導電層を形成し難くなるおそれがある。なお、上記比(D50SEM/D50)の下限としては、特に限定されるものではなく、例えば1とすることができる。
上記分散剤としては、上記分散媒中で金属微粒子を良好に分散させることができるものである限り特に限定されるものではないが、好ましくは高分子化合物が用いられる。当該導電層形成用塗布液は、上記分散剤が高分子分散剤であることによって、上記金属微粒子の凝集を防止しつつこの金属微粒子を分散媒中に均一に分散させ易い。そのため、上記分散剤が高分子分散剤であることによって、当該導電層形成用塗布液を用いて緻密でかつ裂け目のない導電層を形成し易い。
上記高分子化合物としては、部品劣化防止の観点から、硫黄、リン、ホウ素、ハロゲン元素及びアルカリ金属を含まないものが好ましく、例えばポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン、ポリヘキサメチレンイミン等のポリアルキレンイミン;ポリビニルピロリドン等のアミン系高分子化合物;ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等の分子中にカルボン酸基を有する炭化水素系高分子化合物;ポバール(ポリビニルアルコール);スチレン−マレイン酸共重合体;オレフィン−マレイン酸共重合体;あるいは1分子中にポリエチレンイミン部分とポリエチレンオキサイド部分とを有するポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物等が挙げられる。中でも、上記高分子化合物としては、イミノ基を有する化合物が好ましく、ポリエチレンイミン及びポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物が特に好ましい。当該導電層形成用塗布液は、上記高分子化合物がイミノ基を有することによって、金属微粒子の凝集を容易かつ確実に防止しつつこの金属微粒子を分散媒中により均一に分散させることができる。特に、当該導電層形成用塗布液は、上記高分子化合物がポリエチレンイミン又はポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物であることによって、上記高分子化合物の窒素原子の含有量を高めることができるので、金属微粒子の凝集をさらに容易かつ確実に防止しつつこの金属微粒子を分散媒中にさらに均一に分散させることができる。
上記高分子化合物の重量平均分子量の下限としては、2,000が好ましく、5,000がより好ましい。一方、上記高分子化合物の重量平均分子量の上限としては、750,000が好ましく、100,000がより好ましい。上記高分子化合物の重量平均分子量が上記下限に満たないと、上記金属微粒子の凝集を防止してこの金属微粒子の分散を維持する効果が十分に得られないおそれがあり、その結果緻密で裂け目のない導電層を形成し難くなるおそれがある。逆に、上記高分子化合物の重量平均分子量が上記上限を超えると、分散剤の嵩が大きすぎ、当該導電層形成用塗布液の塗布後に行う加熱処理において、上記金属微粒子同士の焼結を阻害してボイドを生じさせるおそれがある。また、分散剤の嵩が大きすぎると、導電層の緻密性が低下したり、分散剤の分解残渣に起因して導電層の導電性が低下するおそれがある。
当該導電層形成用塗布液における上記分散剤の含有量の下限としては、0.01質量%が好ましく、0.02質量%がより好ましい。一方、上記分散剤の含有量の上限としては、2質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。上記分散剤の含有量が上記下限に満たないと、上記金属微粒子を分散剤によって十分に取り囲むことができず、上記金属微粒子の凝集を十分に防止することができないおそれがある。逆に、上記分散剤の含有量が上記上限を超えると、当該導電層形成用塗布液の塗布後の加熱処理時に、過剰の分散剤が上記金属微粒子の焼結を含む焼成を阻害してボイドが発生するおそれがある。また、上記分散剤の分解残渣が不純物として導電層中に残存してこの導電層の導電性が低下するおそれがある。
当該導電層形成用塗布液は、必要に応じて有機溶媒を含有してもよい。上記有機溶媒としては、水溶性である種々の有機溶媒が使用可能であり、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールやその他のエステル類;エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類等が挙げられる。
当該導電層形成用塗布液が有機溶媒を含有する場合、当該導電層形成用塗布液における上記有機溶媒の含有量の下限としては、25質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。一方、上記有機溶媒の含有量の上限としては、75質量%が好ましく、70質量%がより好ましい。上記有機溶媒の含有量が上記下限に満たないと、上記有機溶媒による粘度調整、蒸気圧調整等の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記有機溶媒の含有量が上記上限を超えると、水による分散剤の膨潤効果が不十分となり、当該導電層形成用塗布液中で上記金属微粒子の凝集が生じるおそれがある。
当該導電層形成用塗布液のpHとしては、上述のように4以上8以下とされている。また、上記分散剤がポリエチレンイミンである場合における当該導電層形成用塗布液のpHの下限としては、6が好ましく、6.5がより好ましい。一方、上記分散剤がポリエチレンイミンである場合における当該導電層形成用塗布液のpHの上限としては、7.5が好ましい。また、上記分散剤がポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物である場合における当該導電層形成用塗布液のpHの下限としては、4.5が好ましく、5がより好ましい。一方、上記分散剤がポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物である場合における当該導電層形成用塗布液のpHの上限としては、7が好ましく、6.0がより好ましい。上記pHが上記下限に満たないと、金属微粒子が溶けやすくなるおそれがある。逆に、上記pHが上記上限を超えると、水酸化物イオンの作用によって金属微粒子の均一分散性が低下するおそれがある。
当該導電層形成用塗布液の電気伝導率の下限としては、100μS/cmであり、150μS/cmが好ましく、200μS/cmがより好ましい。一方、上記電気伝導率の上限としては、800μS/cmであり、700μS/cmが好ましく、600μS/cmがより好ましい。上記電気伝導率が上記下限に満たないと、金属微粒子が凝集し易くなるおそれがある。逆に、上記電気伝導率が上記上限を超えると、当該導電層形成用塗布液から形成される導電層中に分散剤等の分解残渣が不純物として残存し易くなり、その結果この導電層の導電性が低下するおそれがある。
当該導電層形成用塗布液の25℃における粘度の上限としては、100mPa・sが好ましく、30mPa・sがより好ましく、2mPa・sがさらに好ましい。一方、上記粘度の下限としては、1mPa・sが好ましい。上記粘度が上記上限を超えると、塗布性が低下するおそれがある。逆に、上記粘度が上記下限に満たないと、塗膜の成形性が低下するおそれがある。
<当該導電層形成用塗布液の製造方法>
当該導電層形成用塗布液の製造方法は、金属微粒子を製造する金属微粒子製造工程と、上記金属微粒子製造工程で製造した金属微粒子を洗浄する洗浄工程と、上記洗浄工程で洗浄した金属微粒子を分散媒中に分散させる分散工程とを備える。
(金属微粒子製造工程)
上記金属微粒子製造工程は、高温処理法、液相還元法、気相法等によって行うことができる。以下では、上記金属微粒子製造工程の好ましい態様として、液相還元法による方法について説明する。
上記液相還元法によって上記金属微粒子を製造するためには、例えば水に金属微粒子を形成する金属のイオンのもとになる水溶性の金属化合物と上記分散剤とを溶解すると共に、還元剤及び任意成分としての錯化剤を加えて一定時間金属イオンを還元反応させればよい。液相還元法の場合、製造される金属微粒子は形状が球状又は粒状で揃っており、しかも微細な粒子とすることができる。上記金属イオンのもとになる水溶性の金属化合物として、例えば銅の場合は、硝酸銅(II)(Cu(NO)、硫酸銅(II)五水和物(CuSO・5HO)等が挙げられる。また銀の場合は硝酸銀(I)(AgNO)、メタンスルホン酸銀(CHSOAg)等、金の場合はテトラクロロ金(III)酸四水和物(HAuCl・4HO)、ニッケルの場合は塩化ニッケル(II)六水和物(NiCl・6HO)、硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO・6HO)等が挙げられる。他の金属微粒子についても、塩化物、硝酸化合物、硫酸化合物等の水溶性の化合物を用いることができる。
上記還元剤としては、液相(水溶液)の反応系において、金属イオンを還元及び析出させることができる種々の還元剤を用いることができる。この還元剤として、例えば水素化ホウ素ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、ヒドラジン、3価のチタンイオンや2価のコバルトイオン等の遷移金属のイオン、アスコルビン酸、グルコースやフルクトース等の還元性糖類、エチレングリコールやグリセリン等の多価アルコールなどが挙げられる。このうち、3価のチタンイオンが4価に酸化する際の酸化還元作用によって金属イオンを還元し、金属微粒子を析出させる方法がチタンレドックス法である。チタンレドックス法で得られる金属微粒子は、粒子径が小さくかつ揃っており、さらにチタンレドックス法は金属微粒子の形状を球形又は粒状にすることができる。そのため、チタンレドックス法を用いることで、当該導電層形成用塗布液から形成される導電層の緻密化を促進することができる。
上記錯化剤としては、例えばクエン酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、リンゴ酸、乳酸、ロシェル塩、チオ硫酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸、アンモニア等が挙げられる。
金属微粒子の粒子径を調整するには、金属化合物、分散剤、還元剤、錯化剤の種類及び配合割合を調整すると共に、金属化合物を還元反応させる際に、攪拌速度、温度、時間、pH等を調整すればよい。例えば反応系のpHは、本実施形態のように微小な粒子径の金属微粒子を得るには、7以上13以下とするのが好ましい。このときpH調整剤を用いることで、反応系のpHを上記範囲に調整することができる。このpH調整剤としては、塩酸、硫酸、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等の一般的な酸又はアルカリが使用されるが、特に周辺部材の劣化を防止するために、アルカリ金属やアルカリ土類金属、塩素等のハロゲン元素、硫黄、リン、ホウ素等の不純物元素を含まない硝酸やアンモニアを用いてもよい。
(洗浄工程)
上記洗浄工程では、上記金属微粒子製造工程で析出させた金属微粒子を水洗浄する。具体的には、上記洗浄工程では、遠心分離により上記金属微粒子と液体とを分離した上、分離後の上記金属微粒子に水を添加して撹拌することで金属微粒子を洗浄する。水洗浄を行う回数としては、特に限定されるものではないが、例えば1回以上3回以下とすることができ、2回がより好ましい。当該導電層形成用塗布液の製造方法は、水洗浄回数を増加させることで当該導電層形成用塗布液のpH、電気伝導率及び分散剤の含有量を低下させることができる。この点に関し、当該導電層形成用塗布液は、水洗浄回数を上記範囲内とすることによって、当該導電層形成用塗布液のpH、電気伝導率及び分散剤の含有量を上記範囲に調整し易い。
なお、当該導電層形成用塗布液の製造方法は、上記洗浄工程後に金属微粒子を乾燥させて粉末状とした上、この粉末状の金属微粒子を後述の分散工程で用いることが好ましい。
(分散工程)
上記分散工程では、上記洗浄工程後の金属微粒子を分散媒中に分散させる。上記分散工程は、例えば上記洗浄工程後に乾燥して得られた粉末状の金属微粒子を分散媒である水に含有させることで行うことができる。なお、上記洗浄工程後の金属微粒子は、分散剤によって取り囲まれた状態で存在しているため、上記分散工程では必ずしも分散媒中に分散剤を添加する必要はないが、上記分散工程では必要に応じて分散媒中に上記分散剤を添加してもよい。
当該導電層形成用塗布液の製造方法は、導電層を比較的低コストで容易かつ確実に形成可能な当該導電層形成用塗布液を容易かつ確実に製造することができる。
<導電層の製造方法>
次に、図1〜図4を参照しつつ、当該導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法を説明する。なお、以下では、当該導電層形成用塗布液を用いてプリント配線板用基材の導電層を製造する場合について説明する。
当該導電層の製造方法は、当該導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程とを備える。また、当該導電層の製造方法は、上記加熱により金属微粒子が焼結して形成される金属微粒子焼結層の外面に金属めっき層を形成する金属めっき層形成工程をさらに備えてもよい。当該導電層の製造方法は、当該導電層形成用塗布液の塗布時のpHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である。本実施形態における導電層の製造方法では、上記金属微粒子焼結層及び金属めっき層の積層体が導電層として形成される。
当該導電層の製造方法は、当該導電層形成用塗布液が分散媒及び分散剤を含有しており、塗布時における導電層形成用塗布液のpH及び電気伝導率が上記範囲内とされているので、金属微粒子の含有量を上記範囲内と多くしても塗布時におけるこの金属微粒子の均一分散性に優れる。そのため、当該導電層の製造方法は、一定の厚みを有しかつ金属微粒子が高密度で配設される導電層を容易かつ確実に形成することができる。また、当該導電層の製造方法は、スパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を用いることなく比較的低コストで導電層を形成することができる。さらに、当該導電層の製造方法は、真空設備を用いる必要がないので、この真空設備のサイズによって導電層の大きさが制限されることを防止することができる。その結果、当該導電層の製造方法は、外寸の大きい導電層を形成し易い。
(塗布工程)
上記塗布工程では、図1に示すように、ベースフィルム1の一方の面に当該導電層形成用塗布液を塗布する。
ベースフィルム1の主成分としては、例えばポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の可撓性を有する樹脂、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、テフロン(登録商標)、ガラス基材等のリジッド材、硬質材料と軟質材料とを複合したリジッドフレキシブル材等を挙げられる。中でも、金属酸化物等との結合力が大きいことから、ポリイミドが好ましい。
また、ベースフィルム1の当該導電層形成用塗布液を塗布する面には親水化処理を施すことが好ましい。上記親水化処理としては、例えばプラズマを照射して塗布面を親水化するプラズマ処理や、アルカリ溶液で塗布面を親水化するアルカリ処理を採用することができる。塗布面に親水化処理を施すことにより、塗布面に対する当該導電層形成用塗布液の表面張力が小さくなるので、当該導電層形成用塗布液を塗布面に均一に塗布することができる。中でも、上記親水化処理としてはプラズマ処理が好ましい。
当該導電層形成用塗布液をベースフィルム1の一方の面に塗布する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート法等の従来公知の塗布法を用いることができる。また、スクリーン印刷、ディスペンサ等によりベースフィルム1の一方の面の一部のみに当該導電層形成用塗布液を塗布するようにしてもよい。当該導電層形成用塗布液の塗布後、例えば室温以上の温度で乾燥することによって金属微粒子2を含有する塗膜3が形成される。乾燥温度の上限としては、100℃が好ましく、40℃がより好ましい。乾燥温度が上記上限を超えると、塗膜3の急激な乾燥により、塗膜3に裂け目が発生するおそれがある。
塗膜3の平均厚み(当該導電層形成用塗布液を1回塗布した場合の平均厚み)の下限としては、0.1μmが好ましく、0.2μmがより好ましい。一方、塗膜3の平均厚みの上限としては、0.5μmが好ましく、0.4μmがより好ましい。塗膜3の平均厚みが上記下限に満たないと、後述する加熱工程によって得られる金属微粒子焼結層4の厚みを十分に厚くできないおそれがある。逆に、塗膜3の平均厚みが上記上限を超えると、塗膜3における金属微粒子の密度が不均一になり易く、その結果十分に緻密な金属微粒子焼結層を形成し難くなるおそれがある。なお、「平均厚み」とは、塗膜における金属微粒子の存在部分の厚みを蛍光X線膜厚計によって測定した平均値をいう。また、上記平均値は、例えば面積10cm当たり1箇所の割合で10箇所の厚みを測定し、この10箇所の厚みを平均することで求めることができる。
塗膜3の表面粗さSaの上限としては、0.12μmが好ましく、0.08μmがより好ましい。塗膜3の表面粗さSaが上記上限を超えると、十分に緻密な金属微粒子焼結層4を形成し難くなるおそれがある。なお、塗膜3の表面粗さSaの下限としては、特に限定されるものではなく、例えば0.01μmとすることができる。また、「表面粗さSa」とは、ISO25178に準拠した値をいう。
(加熱工程)
上記加熱工程では、図2に示すように、塗膜3を焼成することで金属微粒子焼結層4を形成する。上記加熱工程では、塗膜3の焼成によって金属微粒子2同士を焼結すると共に、金属微粒子2の焼結体をベースフィルム1の一方の面に固着させる。なお、塗膜3に含まれる分散剤等やその他の有機物はこの焼成によって揮発又は分解される。
また、金属微粒子焼結層4のベースフィルム1との界面近傍では、加熱によって金属微粒子が酸化して、この金属微粒子の金属に基づく金属水酸化物又はその金属水酸化物に由来する基の生成を抑えつつ、上記金属に基づく金属酸化物又はその金属酸化物に由来する基が生成される。具体的には、例えば金属微粒子として銅を用いた場合、金属微粒子焼結層4のベースフィルム1との界面近傍に酸化銅及び水酸化銅が生成するが、酸化銅の方が多く生成する。この金属微粒子焼結層4の界面近傍に生成した酸化銅は、例えばベースフィルム1の主成分として含まれるポリイミドと強く結合するため、金属微粒子焼結層4とベースフィルム1との間の密着力が大きくなる。
上記加熱工程は、一定量の酸素が含まれる雰囲気下で行う。加熱処理時の雰囲気の酸素濃度の下限としては、1ppmが好ましく、10ppmがより好ましい。一方、上記酸素濃度の上限としては、10,000ppmが好ましく、1,000ppmがより好ましい。上記酸素濃度が上記下限に満たないと、金属微粒子焼結層4の界面近傍における酸化銅の生成量が少なくなり、金属微粒子焼結層4とベースフィルム1との密着力が十分に得られないおそれがある。一方、上記酸素濃度が上記上限を超えると、金属微粒子が過剰に酸化してしまい金属微粒子焼結層4の導電性が低下するおそれがある。
加熱温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、加熱温度の上限としては、500℃が好ましく、400℃がより好ましい。加熱温度が上記下限に満たないと、金属微粒子焼結層4の界面近傍における酸化銅の生成量が少なくなり、金属微粒子焼結層4とベースフィルム1との密着力が十分に得られないおそれがある。逆に、加熱温度が上記上限を超えると、ベースフィルム1がポリイミド等の有機樹脂の場合にベースフィルム1が変形するおそれがある。
(金属めっき層形成工程)
上記金属めっき層形成工程は、第1金属めっき層形成工程と、第2金属めっき層形成工程とを有する。
(第1金属めっき層形成工程)
上記第1金属めっき層形成工程では、図3に示すように、金属微粒子焼結層4の外面に第1金属めっき層5を形成する。具体的には、上記第1金属めっき層形成工程では、金属微粒子焼結層4の空隙をめっき金属で充填すると共に、このめっき金属を金属微粒子焼結層4の一方の面に積層する。当該導電層の製造方法は、上記第1金属めっき層形成工程を有することによって、導電層とベースフィルム1との密着力を高めることができる。
第1金属めっき層5を形成するためのめっき方法は、特に限定されず、無電解めっきであっても電気めっきであってもよいが、金属微粒子焼結層4を形成する金属微粒子間の空隙をより的確に埋めることで、金属微粒子焼結層4及びベースフィルム1の剥離強度を容易かつ確実に向上できる無電解めっきが好ましい。
上記無電解めっきを採用する場合の手順は特に限定されず、例えばクリーナ工程、水洗工程、酸処理工程、水洗工程、プレディップ工程、アクチベータ工程、水洗工程、還元工程、水洗工程等の処理と共に、公知の手段で無電解めっきを行えばよい。
上記電気めっきを採用する場合についても、手順は特に限定されず、例えば公知の電解めっき浴及びめっき条件から適宜選択すればよい。
また、金属微粒子焼結層4の空隙をめっき金属で充填した後、さらに熱処理を行うことが好ましい。この熱処理により、金属微粒子焼結層4とベースフィルム1との界面近傍における酸化銅がさらに増加するため、金属微粒子焼結層4とベースフィルム1との間の密着力をより向上させることができる。
(第2金属めっき層形成工程)
上記第2金属めっき層形成工程では、図4に示すように、第1金属めっき層5の外面に第2金属めっき層6を形成する。当該導電層の製造方法は、上記第2金属めっき層形成工程を有することによって、導電層の厚みを容易かつ確実に調整することができる。
第2金属めっき層6を形成するためのめっき方法は、特に限定されるものではなく、無電解めっきであっても電気めっきであってもよいが、厚みの調整を容易かつ正確に行うことができると共に、比較的短時間で第2金属めっき層6を形成することができる電気めっきが好ましい。
上記無電解めっきを採用する場合の手順は特に限定されず、上述の第1金属めっき層5を形成する場合と同様の手順で行うことができる。また、上記電気めっきを採用する場合についても、手順は特に限定されず、上述の第1金属めっき層5を形成する場合と同様の手順で行うことができる。
なお、当該導電層の製造方法で製造された導電層は、パターニングによりベースフィルム1の一方の面に積層される導電パターンとして形成される。これにより、ベースフィルム1及びベースフィルム1の一方の面に積層される導電パターンを備えるプリント配線板が製造される。
[その他の実施形態]
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、当該導電層形成用塗布液は、必ずしもプリント配線板用基材を形成するために用いられる必要はない。また、当該導電層の製造方法は、必ずしもプリント配線板用基材の導電層の製造方法として実施される必要はない。
さらに、当該導電層の製造方法は、プリント配線板用基材の導電層の製造方法として実施される場合であっても、必ずしも金属めっき層形成工程を備える必要はない。当該導電層の製造方法は、例えば上述の塗布工程及び加熱工程を複数回行うことで導電層を製造してもよい。当該導電層の製造方法は、当該導電層形成用塗布液における金属微粒子の含有量が多いため、1回の塗布及び乾燥によって比較的厚みの厚い金属微粒子焼結層を形成することができる。そのため、当該導電層の製造方法は、少ない塗布回数で導電層を製造することができる。また、当該導電層の製造方法は、金属めっき層形成工程を備える場合でも、必ずしも第1金属めっき層形成工程及び第2金属めっき層形成工程を共に有する必要はなく、第1金属めっき層形成工程のみを有していてもよい。さらに、当該導電層の製造方法は、ベースフィルムの一方の面にのみ導電層を形成する必要はなく、ベースフィルムの両面に導電層を形成してもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例]
[No.1]
還元剤としての三塩化チタン溶液80g(0.1M)、pH調整剤としての炭酸ナトリウム50g、錯化剤としてのクエン酸ナトリウム90g、及び分散剤としてのポリエチレンイミン1gをビーカー内で純水1Lに溶解させ、この水溶液を35℃に保温した。また、この水溶液に同温度(35℃)で保温した硝酸銅三水和物10g(0.04M)の水溶液を添加し撹拌させることで銅微粒子を析出させた。さらに、遠心分離により分離した銅微粒子に対し、200mLの純水による洗浄工程を2回繰り返した上、この銅微粒子を乾燥させることで粉末状の銅微粒子を得た。続いて、この粉末状の銅微粒子に純水を加えて含有量調整を行うことでNo.1の導電層形成用塗布液を得た。このNo.1の導電層形成用塗布液300μLを親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布した。
[No.2〜No.5]
洗浄工程1回当たりの水量を表1の通りとした以外はNo.1と同様にしてNo.2〜No.5の導電層形成用塗布液を得た。また、No.2〜No.5の導電層形成用塗布液を、No.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にそれぞれバーコート法により塗布した。
[No.6〜No.9]
導電層形成用塗布液における銅微粒子の含有量を表1の通りとした以外はNo.1と同様にしてNo.6〜No.9の導電層形成用塗布液を得た。また、No.6〜No.9の導電層形成用塗布液を、No.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にそれぞれバーコート法により塗布した。
[No.10]
分散剤としてポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物1gを用いた以外はNo.1と同様にしてNo.10の導電層形成用塗布液を得た。また、No.10の導電層形成用塗布液を、No.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布した。
[No.11]
分散剤としてポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物1gを用いると共に洗浄工程1回当たりの水量を表1の通りとした以外はNo.1と同様にしてNo.11の導電層形成用塗布液を得た。また、No.11の導電層形成用塗布液を、No.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布した。
[比較例]
[No.12,No.13]
洗浄工程1回当たりの水量を表1の通りとした以外はNo.1と同様にしてNo.12及びNo.13の導電層形成用塗布液を得た。また、No.12及びNo.13の導電層形成用塗布液をNo.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にそれぞれバーコート法により塗布した。
[No.14,No.15]
導電層形成用塗布液における銅微粒子の含有量を表1の通りとした以外はNo.1と同様にしてNo.14及びNo.15の導電層形成用塗布液を得た。また、No.14及びNo.15の導電層形成用塗布液をNo.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にそれぞれバーコート法により塗布した。
[No.16]
分散剤としてポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物1gを用い、洗浄工程における1回当たりの水量をNo.11と同様とし、粉末状の銅微粒子に純水を加えた後に塩酸0.2gを添加した以外はNo.1と同様にしてNo.16の導電層形成用塗布液を得た。また、No.16の導電層形成用塗布液をNo.1と同様にして、親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布した。
<電気伝導率>
導電層形成用塗布液の電気伝導率[μS/cm]をJIS−K0130:2008に準拠して、株式会社堀場製作所製のコンパクト電気伝導率計「LAQUAtwin B−771」を用いて測定した。この測定結果を表1に示す。
<粘度>
導電層形成用塗布液の粘度[mPa・s]を、JIS−Z8803:2011に準拠して、東機産業株式会社製のコーンプレート型粘度計「TV22L」を用いて25℃、20rpmの条件で測定した。この測定結果を表1に示す。
<塗膜厚み>
株式会社日立ハイテクサイエンス製の蛍光X線膜厚計「FT9500」を用いて塗膜厚みを測定した。この塗膜厚みは、銅微粒子の存在部分の厚みを面積10cm当たり1箇所の割合で10箇所測定し、この10箇所の厚みを平均することで求めた。この測定結果を表1に示す。
<表面粗さ>
株式会社キーエンス製のレーザ顕微鏡「VK−X150」を用い、対物レンズ100倍、デジタルズーム1倍で、導電層形成用塗布液を塗布して形成される塗膜表面を観察し、高さカットレベル90として30μm×30μmの範囲を分析し、ISO25178に準拠して表面粗さSa[μm]を測定した。この測定結果を表1に示す。
<かすれ>
導電層形成用塗布液を塗布して形成される塗膜を目視にて観察し、白抜けの有無を確認した。白抜けがある場合はかすれ有り、白抜けがない場合はかすれ無しとして評価した。この評価結果を表1に示す。
<平均粒子径D50SEM
金属微粒子(銅微粒子)の表面を100k〜300k倍の倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、任意に抽出した金属微粒子100個を測長して粒子径の小さい順に体積を積算した際の累積体積が50%となる粒子径[nm]を測定した。この測定結果を表1に示す。
<平均粒子径D50
マイクロトラック・ベル株式会社製の粒子径分布測定装置「Nanotrac Wave−EX150」を用い、体積累積分布から算出される金属微粒子(銅微粒子)の平均粒子径D50[nm]を測定した。この測定結果を表1に示す。
Figure 2017057301
[評価結果]
表1に示すように、No.1〜No.11の導電層形成用塗布液は、pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、及び金属微粒子(銅微粒子)の含有量が20質量%以上80質量%以下に調整されることで、厚みが0.1μm以上で比較的厚く、かつ表面粗さSaが0.12μm以下の比較的小さい塗膜を形成できることが分かった。特に、No.1,No.10及びNo.11の導電層形成用塗布液は、平均粒子径D50SEM/平均粒子径D50の比が1.1以下と小さいことから、個々の金属微粒子(銅微粒子)の形状が略球状に揃っており、その結果塗膜中でこれらの金属微粒子が高密度で均一分散され易いので、塗膜の表面粗さSaを0.063μm以下と小さくすることができることが分かった。これに対し、No.12〜No.16の導電層形成用塗布液は、pH、電気伝導率及び金属微粒子(銅微粒子)の含有量が上記の範囲に調整されていないため、比較的厚みが厚くかつ表面粗さSaが比較的小さい塗膜を形成することが困難であることが分かった。特に、No.12,No.13,No.15及びNo.16の導電層形成用塗布液は、平均粒子径D50SEMが比較的大きく、かつ平均粒子径D50SEM/平均粒子径D50の比が2.1以上と大きいことから、塗膜の表面粗さSaを十分に小さく抑えることができず、十分に緻密な導電層を形成し難いことが分かった。さらに、No.15の導電層形成用塗布液は、粘度が123mPa・sと、100mPa・sを超える高い粘度のため、塗膜がポリイミドフィルム上に均一に広がり難く、塗膜にかすれが生じていることが分かった。
1 ベースフィルム
2 金属微粒子
3 塗膜
4 金属微粒子焼結層
5 第1金属めっき層
6 第2金属めっき層

Claims (8)

  1. 金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液であって、
    pHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である導電層形成用塗布液。
  2. 上記分散剤が、高分子化合物である請求項1に記載の導電層形成用塗布液。
  3. 上記高分子化合物がイミノ基を有する請求項2に記載の導電層形成用塗布液。
  4. 上記高分子化合物が、ポリエチレンイミン又はポリエチレンイミン−エチレンオキサイド付加物である請求項3に記載の導電層形成用塗布液。
  5. 上記金属微粒子のレーザ回折法で測定した体積累積分布から算出される平均粒子径D50が1nm以上500nm以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電層形成用塗布液。
  6. 25℃における粘度が100mPa・s以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の導電層形成用塗布液。
  7. 上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の導電層形成用塗布液。
  8. 金属微粒子、分散媒及び分散剤を含有する導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法であって、
    上記導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、
    上記塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程と
    を備え、
    上記塗布時の上記導電層形成用塗布液のpHが4以上8以下、電気伝導率が100μS/cm以上800μS/cm以下、上記金属微粒子の含有量が20質量%以上80質量%以下である導電層の製造方法。
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