WO2013121773A1 - 配線構造体およびその製造方法 - Google Patents

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中島　嘉樹
久保　雅洋
渋谷　明信
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wiring structure capable of fine multilayer wiring using a micro contact printing method and a method for manufacturing the same.
  • an insulating layer is applied on the first conductor pattern as shown in FIG. 6 of Patent Document 1 as well as the one conductor pattern as shown in FIG. On top of this, another conductor pattern is also formed.
  • the insulating layer is applied to the entire surface of the substrate by a spin coat process or the like, and is not patterned.
  • the multilayer wiring structure by the micro contact printing method is manufactured as follows. First, a first conductor pattern layer is formed on a substrate by a microcontact printing method. Next, an insulating layer is applied to the entire surface of the substrate using a spin coat method or the like. Next, a second conductor pattern layer is formed. In some cases, after this, a semiconductor pattern layer is also formed to provide not only a wiring function but also a transistor function.
  • Patent Document 2 is disclosed as a method of manufacturing a multilayer wiring structure.
  • a step of forming a metal conductor pattern on the surface of a carrier, a step of forming a semi-cured insulating resin layer on the metal conductor pattern forming side of the carrier, a step of curing the insulating resin layer, and an insulating resin A flat wiring board is manufactured by a process of removing carriers from the surface of the layer and the metal conductor pattern, and a multilayer wiring structure is realized by stacking these.
  • Patent Document 3 a conductor layer formed on a semi-cured resin on a substrate is flattened by being pushed into the semi-cured resin, and is bonded to a separately prepared substrate with a conductor layer.
  • a multilayer wiring structure is disclosed.
  • Patent Document 1 a fine and multilayer wiring structure cannot be realized. This is because when a wiring is formed on a substrate having an uneven surface by the microcontact printing method, the wiring pattern cannot be transferred as the wiring becomes finer.
  • Patent Documents 2 and 3 although a multilayer wiring structure can be realized, it is necessary to bond a plurality of substrates. Therefore, misalignment occurred between the substrates. With the miniaturization of wiring, the effect of this misalignment has increased, leading to a decrease in manufacturing yield. Furthermore, it is necessary to form a wiring structure on a plurality of substrates in advance, and the alignment and bonding accompanying the bonding of the substrates to each other necessitates complicated processes.
  • the first problem is that when an insulating layer is transferred to form a multilayer wiring structure, the insulating layer needs to be thicker than a certain thickness in order to ensure sufficient insulation. As a result, irregularities are formed on the surface to which the upper conductor layer is transferred.
  • a fine pattern is transferred to the surface on which the unevenness is formed, there is a problem that it is impossible to achieve both the followability of the transferred surface to the unevenness and the formation of the fine pattern as intended. That is, in the fine pattern, it is necessary to select a plate material having a low elastic modulus in order to ensure followability.
  • the convex patterns come into contact with each other, or the ink applied to a portion other than the convex portion (concave portion) is transferred, thereby transferring an unintended pattern. Inevitable.
  • the plate has a low modulus of elasticity, if it is not a fine pattern, even if the aspect ratio is low, the distance between the irregularities of the pattern can be sufficiently secured, so that the ink applied to the concaves is prevented from being transferred. Is done.
  • the ink is applied in advance to the surface of an ink supply body such as a flat wafer, and the microcontact stamp is brought into contact with the ink supply body so that the convex portion is formed. It is also considered to solve the above-mentioned problem by using an indirect ink application method in which only ink is supplied.
  • the ink on the ink supply body may infiltrate into the concave portion of the stamp due to surface tension or the like, and if the ink is sufficiently dried to avoid this, the ink supply itself is impossible. Therefore, this method cannot be selected for a fine pattern.
  • Patent Document 1 energy is applied to a specific portion in advance by ashing or the like through a pattern mask on a transfer substrate.
  • the surface energy is set high and low, and the portion that is not intended for ink transfer is set to low surface energy in advance, thereby avoiding unintended pattern transfer.
  • the distance between the convex portions is sufficiently large with respect to the height difference between the concave and convex portions of the pattern, it is impossible to avoid the ink transfer over the entire concave portion by this method.
  • the second problem is that even if the pattern to be transferred is not fine and can be transferred using a stamp having a low elastic modulus in order to ensure followability, a step with a steep angle of a certain level or more is required. After all, it cannot be followed. At the stepped portion, the pattern is broken and a multilayer wiring cannot be formed.
  • the third problem is that, when the adhesion between the conductive ink and the insulating ink transferred to the substrate to be transferred is low, delamination occurs during the process between the substrate and each layer in contact with the substrate, resulting in a decrease in yield. That is.
  • the object of the present invention is the above-described problem that a fine multilayer wiring structure cannot be realized by the microcontact printing method.
  • An object of the present invention is to provide a wiring structure that solves the problem of increasing complexity and realizes a fine multilayer wiring structure by a simple process using a microcontact printing method and a method for manufacturing the same.
  • the wiring structure includes a substrate, an uneven absorption layer having an uneven portion on the substrate, a conductive layer pattern on at least the recessed portion of the uneven absorption layer, and at least on the recessed portion straddling the conductive layer pattern and the uneven absorption layer. And an insulating layer pattern.
  • a method of manufacturing a wiring structure includes a step of forming a concavo-convex absorption layer on a substrate, a step of forming a conductive layer pattern on the concavo-convex absorption layer, and an insulating layer on the concavo-convex absorption layer and the conductive layer pattern.
  • the transfer of the fine wiring pattern is facilitated, the tearing of the wiring pattern is avoided, and the delamination is suppressed.
  • a wiring structure realized by a simple process using a contact printing method and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a wiring structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the wiring structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the wiring structure according to the embodiment of the present invention. A section taken along the line A-A 'in FIG. 2 corresponds to FIG. 2 corresponds to FIG. 3.
  • 1, 2, and 3 includes a substrate 2 and an uneven absorption layer 3 on the substrate 2.
  • the first conductor layer pattern 4 ′ is formed simultaneously with the first conductor layer pattern 4.
  • a part of the first conductive layer pattern 4 is covered with an insulating layer pattern 5.
  • the first conductive layer pattern 4 and the insulating layer pattern 5 are partially embedded in the uneven absorption layer 3, and the bottom surface of the insulating layer pattern 5 is closer to the substrate 2 than the surface of the uneven absorption layer 3. Yes.
  • the level difference between the insulating layer pattern 5 and the surface of the uneven absorption layer 3 is reduced by the amount of the insulating layer pattern 5 embedded in the uneven absorption layer 3, and the flatness is improved.
  • the uneven absorption layer 3 is in a semi-cured state during manufacture, the surface thereof is sticky. Therefore, adhesion to the upper conductive pattern 4 (and 4 ') and insulating layer pattern 5 can be secured. In such a state, each layer in contact with the uneven absorption layer 3 is less likely to cause delamination with the uneven absorption layer 3, thereby providing an effect of contributing to an improvement in manufacturing yield.
  • FIGS. 4A to 4F a method for manufacturing a wiring structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. Note that the materials and processes to be employed are not limited to those in the present embodiment as long as the effects of the equivalent invention can be obtained.
  • a substrate 2 is prepared.
  • the substrate material may be a flexible material such as a resin film or a rigid material such as a printed circuit board. If a flexible substrate is selected, the wiring structure becomes flexible and can be applied to a wearable device, a flexible display, and the like, which is preferable.
  • the uneven absorption layer 3 is formed on the substrate 2.
  • a thermosetting resin is selected as the material for the uneven absorption layer 3.
  • the uneven absorption layer 3 is laminated by a spin coating method or a bar coating method if it is a liquid material, or by a vacuum laminating method if it is a sheet material, and then heated to a semi-cured state (so-called B stage). .
  • a semi-cured sheet-like material may be laminated in advance by a vacuum laminating method.
  • corrugated absorption layer 3 selects the material which has a thermosetting temperature higher than the sintering temperature and the thermosetting temperature of all the conductor layers and insulation layers laminated
  • the thickness of the uneven absorption layer 3 is preferably as thick as possible, but the thickness is determined in consideration of restrictions in mounting on an electronic device or the like to be incorporated.
  • the uneven absorption layer 3 must be an insulator because the conductor layer pattern is laminated in the subsequent process.
  • a conductor layer pattern is laminated, and when it is partially connected to the conductor layer as a solid pattern to be used for a ground or the like in electrical wiring May be a conductor.
  • a conductor may be used if a single layer of an insulating layer is laminated in order to ensure insulation in the subsequent process.
  • the first conductor layer pattern 4 (and 4 ') is formed.
  • a pattern of a conductor ink in which metal nanoparticles such as silver, copper, gold, and aluminum are dissolved in a solvent using a microcontact printing method or the like is used. Is transferred onto and then sintered.
  • the sintering temperature must be equal to or higher than the sintering temperature of the first conductive layer pattern and lower than the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3. Since the surface of the uneven absorption layer 3 is formed flat, the first conductor layer 4 (and 4 ') can be a fine wiring pattern.
  • an insulating layer pattern 5 ′ is formed on the first conductor layer 4 as shown in FIG. 4D.
  • a pattern of insulating ink in which a precursor of an insulating resin such as polyimide or epoxy is dissolved in a solvent by using a micro contact printing method is covered on the first conductor layer 4 and the first conductor layer 4 ′. It transfers to the part on the uneven
  • the temperature for curing must be equal to or higher than the thermal curing temperature of the insulating layer and lower than the thermal curing temperature of the uneven absorption layer 3.
  • the first conductor layer pattern 4 and the insulating layer pattern 5 are pressed into the uneven absorption layer 3 under pressure. That is, a temperature at which the uneven absorption layer 3 is semi-cured as a whole while a film or the like subjected to a release treatment is placed on the insulating layer pattern 5 and the pressure is uniformly applied from above with a pressure device or the like.
  • a temperature lower than the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3 as described above the uneven absorption layer 3 is given fluidity, and the first conductor layer pattern 4 and the insulating layer pattern 5 are pushed into the uneven absorption layer 3. Thereby, the unevenness
  • the uneven absorption layer 3 is cured by heating to a temperature equal to or higher than the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3.
  • the unevenness of the insulating layer pattern 5 is fixed in a shape that has been absorbed, and the flatness of the surface is maintained.
  • the shape of the uneven absorption layer 3 is as shown in FIG. 4E or FIG. 5A depending on the elastic modulus of the uneven absorption layer 3. If the elastic modulus of the uneven absorption layer 3 is sufficiently low, the first conductor layer pattern 4 and the insulating layer pattern 5 are pushed straight into the uneven absorption layer 3 as shown in FIG. 4E. On the other hand, if the elastic modulus of the concavo-convex absorption layer 3 is high to some extent, the insulating layer pattern 5 spreads to the periphery as shown in FIG. 5A.
  • the purpose is to enable transfer of a fine wiring pattern in the process following FIG. 4E or FIG. 5A. Therefore, in any case of FIG. 4E or FIG. And achieve the object of the present invention.
  • FIG. 6 shows a thermosetting profile from a semi-cured state of the thermosetting epoxy resin used in the present embodiment.
  • the thermosetting resin in the semi-cured state rapidly increases before reaching the thermosetting temperature (180 ° C. in FIG. 6).
  • the elastic modulus decreases. Thereafter, when heated at a thermosetting temperature for a certain period of time (about 90 minutes in FIG. 6), the elastic modulus gradually increases, and by subsequent cooling, the elastic modulus finally becomes about an order of magnitude higher than before heating.
  • the temperature is maintained at a temperature lower than the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3 (in FIG. 6, for example, around 160 ° C.).
  • the flatness of the surface can be improved by pushing in the state in which the elastic modulus of the uneven absorption layer 3 is significantly lowered.
  • the second conductor layer pattern 6 is transferred.
  • a pattern of a conductive ink in which metal nanoparticles such as silver, copper, gold, and aluminum are dissolved in a solvent is transferred using a microcontact printing method or the like, and then sintered.
  • the sintering temperature is equal to or higher than the sintering temperature of the second conductive layer pattern, and may be higher than the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3.
  • the materials and processes to be adopted in this process are not limited to those described above.
  • the second conductor layer pattern 6 can be a fine wiring pattern. Further, when it is known from the relationship between the physical properties of the uneven absorption layer 3 and the insulating layer pattern 5 that the shape as shown in FIG. 5A is obtained, the first conductor layer pattern 4 is taken into account by taking into account the spread of the insulating layer pattern 5.
  • the wiring pattern can be designed so that the second conductor layer pattern 6 is connected.
  • the uneven absorption layer 3 can be made of a thermoplastic resin.
  • the sintering temperature and the thermosetting temperature of the first conductor layer pattern 4 (and 4 ′) and the insulating layer pattern 5 include the thermosetting temperature of the uneven absorption layer 3.
  • the restriction of having to be lower is removed. As a result, there is a special effect that freedom of material selection is increased.
  • the unevenness of the surface to which the wiring is transferred is reduced, so that the transfer of the fine wiring pattern is facilitated, and the tearing of the wiring pattern due to the unevenness is suppressed. Furthermore, delamination was suppressed by improving the adhesion between the layers. As a result, the microcontact printing method solved the problem that a fine multilayer wiring structure could not be realized. Furthermore, it is no longer necessary to form a multilayer wiring structure by laminating a plurality of substrates, that is, there is no problem of misalignment or complicated process for laminating a plurality of substrates, and simple using the micro contact printing method. Thus, it is possible to provide a wiring structure and a method for manufacturing the same, which can form a fine multilayer wiring structure in a simple process.
  • a substrate A substrate, a concavo-convex absorption layer having a concavo-convex portion on the substrate, a conductive layer pattern on at least a concave portion of the concavo-convex absorption layer, and an insulating layer pattern on at least the concave portion straddling the conductive layer pattern and the concavo-convex absorption layer;
  • a wiring structure comprising:
  • thermosetting temperature of the first thermosetting resin is higher than the thermosetting temperature of the second thermosetting resin and the sintering temperature of the metal particles.
  • thermosetting resin is a polyimide resin or an epoxy resin.
  • Appendix 7 The wiring structure according to appendix 1, wherein the uneven absorption layer is a thermoplastic resin.
  • (Appendix 8) Forming a concavo-convex absorption layer on a substrate; forming a conductive layer pattern on the concavo-convex absorption layer; forming an insulating layer pattern on the concavo-convex absorption layer and the conductive layer pattern;
  • a process for producing a wiring structure comprising: pressing an insulating layer pattern to push the insulating layer pattern and the conductive layer pattern into the uneven absorption layer; and curing the uneven absorption layer.
  • the uneven absorption layer is a first thermosetting resin
  • the insulating layer pattern is a second thermosetting resin
  • the conductive layer pattern is made of metal particles
  • the manufacturing method of a wiring structure according to appendix 8 wherein the thermosetting temperature of the first thermosetting resin is higher than the thermosetting temperature of the second thermosetting resin and the sintering temperature of the metal particles.
  • Appendix 10 The method for manufacturing a wiring structure according to appendix 9, wherein a temperature of the pushing-in step is lower than a thermosetting temperature of the first thermosetting resin.
  • step of forming the uneven absorption layer includes a step of semi-curing the first thermosetting resin at a temperature lower than the thermosetting temperature of the first thermosetting resin.
  • the step of forming the conductive layer pattern includes the step of sintering the metal particles at a temperature higher than the sintering temperature of the metal particles and lower than the thermosetting temperature of the first thermosetting resin.
  • the step of forming the insulating layer pattern includes curing the second thermosetting resin at a temperature higher than the thermosetting temperature of the second thermosetting resin and lower than the thermosetting temperature of the first thermosetting resin.
  • Appendix 14 14. The method for manufacturing a wiring structure according to any one of appendices 9 to 13, wherein the step of curing the uneven absorption layer is equal to or higher than a thermosetting temperature of the first thermosetting resin.
  • (Appendix 15) Forming a concavo-convex absorption layer on a substrate; forming a conductive layer pattern on the concavo-convex absorption layer; forming an insulating layer pattern on the concavo-convex absorption layer and the conductive layer pattern;
  • a wiring structure comprising: pressing an insulating layer pattern and pressing the insulating layer pattern and the conductive layer pattern into the uneven absorption layer, wherein the uneven absorption layer is a thermoplastic resin. Manufacturing method.
  • the present invention relates to a wiring structure capable of fine multilayer wiring using a micro contact printing method and a method for manufacturing the same.

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Abstract

配線構造体が、基板と、前記基板上に凹凸部を有する凹凸吸収層と、前記凹凸吸収層の少なくとも凹部上の導電層パターンと、前記導電層パターンと前記凹凸吸収層に跨る少なくとも前記凹部上の絶縁層パターンとを有することを特徴とする。これにより、マイクロコンタクトプリント法等による微細な多層配線を可能とする配線構造体およびその製造方法を提供する。

Description

配線構造体およびその製造方法
　本発明は、マイクロコンタクトプリント法を用いた微細多層配線を可能とする配線構造体およびその製造方法に関する。
　近年、印刷技術の応用による、極めて簡易なプロセスによる配線構造の作製が実現されている。例えば、特許文献１に記載されている配線構造は、図１のように、表面に凹凸パターンを持つ版に機能インクを塗付し、該版の凸部を基板に押し付けることにより配線パターンを転写している。このようなプロセスを、一般にマイクロコンタクトプリント法と呼ぶ。
　マイクロコンタクトプリント法による配線構造では、特許文献１の図１のような一層の導体パターンだけでなく、特許文献１の図６のように、一層目の導体パターンの上に絶縁層を塗付し、その上に更にもう一層の導体パターンを形成することも行われている。但しこの場合、絶縁層としてはスピンコートプロセス等によって基板全面に塗付され、パターニングは行われていない。
　マイクロコンタクトプリント法による多層の配線構造体は、次のように製造されている。まず、基板上にマイクロコンタクトプリント法で、第一の導体パターン層を形成する。次に、スピンコート法などを用い、基板全面に絶縁層を塗付する。次に、第二の導体パターン層を形成する。場合によっては、この後、半導体パターン層も形成し、配線機能だけでなくトランジスタ機能を付与することもある。
　一方、多層の配線構造体を製造する方法として、特許文献２が開示されている。特許文献２では、キャリアの表面に金属導体パターンを形成する工程と、キャリアの金属導体パターン形成側に半硬化状態の絶縁樹脂層を形成する工程と、絶縁樹脂層を硬化させる工程と、絶縁樹脂層および金属導体パターンの表面からキャリアを除去する工程により、平坦な配線基板を製造し、これを積層して多層の配線構造体を実現している。
　また、特許文献３では、基板上の半硬化状態の樹脂上に形成された導体層が、半硬化状態の樹脂に押し込まれることで平坦化され、別に用意された導体層付きの基板と圧着された多層の配線構造体が開示されている。
特開２０１０－１４７４０８号公報 特開２００２－０７６５７７号公報 特開２００８－０６０５４８号公報
　しかしながら、特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示された配線構造体には次の問題がある。すなわち、特許文献１では、微細かつ多層な配線構造が実現できなかった。これは表面に凹凸のある基板上にマイクロコンタクトプリント法で配線を形成する場合、配線の微細化に伴って、配線パターンの転写ができなくなるためである。
　一方、特許文献２、特許文献３では多層な配線構造を実現できるものの、複数の基板を張り合わせる必要があった。そのため基板間には位置合わせずれが生じていた。配線の微細化に伴い、この位置合わせずれの影響が大きくなり、製造歩留まりの低下を招いていた。さらに、予め複数の基板に配線構造を形成しておく必要があることや、基板同士の張り合わせに伴う位置合わせや接着などを必要とすることによる、工程の複雑化を招いていた。
　マイクロコンタクトプリント法により微細な多層配線構造を形成する際の問題点を、以下に説明する。
　第１の問題点は、多層配線構造体を形成するために絶縁層を転写する際、充分な絶縁性を確保するためには、絶縁層を一定以上厚くする必要があることである。その結果、その上層の導体層を転写する面には凹凸が形成されてしまう。この凹凸が形成された面に微細パターンを転写する場合、被転写面の凹凸への追随性と、意図通りに微細パターンを形成することが両立できないという問題に直面する。すなわち、微細パターンにおいては、追随性を確保するために弾性率の低い版材を選択する必要がある。弾性率の低い版材では、凸パターン同士が互いに接触してしまう、或いは、凸部以外（凹部）の部分に塗付されたインクが転写されてしまうことによって、意図しないパターンを転写することが避けられない。
　弾性率の低い版であっても、凹凸パターンのアスペクト比を低くすれば、凸パターンが互いに接触することは避けられる。しかしながら、一方で、凹部に塗付されたインクが転写されることは避けられなくなる。逆に、アスペクト比を高くすれば、凹部に塗付されたインクが転写される可能性は低くなるが、一方で凸パターンが互いに接触することは避けられなくなる。このように、これら二つの問題を、被転写面の凹凸への追随性の良い、従って弾性率の低い版によって避けることはできない。尚、弾性率の低い版においても微細パターンでなければ、低いアスペクト比であっても、パターンの凹凸間の距離は充分に確保できるため、凹部に塗付されたインクが転写されることは回避される。
　また、スタンプ全体にインクを塗付するのではなく、インクを予め平坦なウエハ等のインク供給体の表面に塗付しておき、マイクロコンタクトスタンプをこのインク供給体に接触させることで凸部にのみインクを供給するという、間接的なインク塗付方法を用いて、上記の課題を解決することも考えられている。しかしながら、微細パターンの場合、インク供給体上のインクは、表面張力等によってスタンプの凹部へ浸潤するおそれがあり、これを避けるために充分にインクを乾燥させれば、インク供給そのものが不可能となるため、微細パターンにおいてはこの方法も選択できない。
　凸部以外の部分に塗布されたインク転写を可能な限り避けるために、凹凸パターンの凹部に、別途、回路パターン以外の凸構造を設けることも考えられている。しかしながら、回路設計上、本来は不要なパターンを転写してしまうこととなり、設計の自由度が制限されてしまう。
　特許文献１では、被転写基板にパターンマスクを介して、予め特定の部分にのみアッシング等によりエネルギーを付与する。これにより、表面エネルギーの高低を設け、インク転写を意図しない部分を予め低表面エネルギーとすることで、意図しないパターンの転写を回避しようとしている。しかしながら、パターンの凹凸間の高低差に対し凸部間の距離が充分に大きい場合、この方法で凹部の全てに亘ってインク転写を避けることはできない。
　第２の問題点は、転写すべきパターンが微細でなく、追随性を確保するために弾性率の低いスタンプを用いて転写できる場合であっても、一定以上の急角度の段差に対しては、やはり追随できないことである。該段差の部分においては、パターンが断裂し多層配線は形成できない。
　第３の問題点は、被転写基板と転写される導電インク、絶縁インクの密着性が低い場合、基板と基板に接触する各層の間でプロセス中などに層間剥離が起こり、歩留まりの低下を招くことである。
　本発明の目的は、以上に説明した、マイクロコンタクトプリント法では微細な多層配線構造が実現できなかったという問題、複数の基板を張り合わせて多層配線構造を実現する場合では、位置合わせずれや工程の複雑化を招いていたという問題を解決し、微細な多層配線構造を、マイクロコンタクトプリント法による簡易な工程により実現する配線構造体およびその製造方法を提供することにある。
　配線構造体が、基板と、前記基板上に凹凸部を有する凹凸吸収層と、前記凹凸吸収層の少なくとも凹部上の導電層パターンと、前記導電層パターンと前記凹凸吸収層に跨る少なくとも前記凹部上の絶縁層パターンとを有することを特徴とする。
　配線構造体の製造方法が、基板上に凹凸吸収層を形成する工程と、前記凹凸吸収層上に導電層パターンを形成する工程と、前記凹凸吸収層と前記導電層パターンとの上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記絶縁層パターンを加圧して、前記絶縁層パターンと前記導電層パターンとを前記凹凸吸収層に押し込む工程と、前記凹凸吸収層を硬化する工程とを有することを特徴とする。
　本発明により、マイクロコンタクトプリント法での配線パターンの形成に際して、微細配線パターンの転写が容易となり、配線パターンの断裂が回避され、層間剥離が抑制されたことによって、微細な多層配線構造を、マイクロコンタクトプリント法を用いた簡易な工程により実現する配線構造体およびその製造方法が提供される。
本発明の実施の形態の配線構造体の断面構造を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の表面構造を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の断面構造を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態で用いた熱硬化樹脂の特性を示す図である。
　以下、図を参照しながら、本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
　本発明の実施の形態の配線構造体について、図１、図２、図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の配線構造体の断面図を示す。図２は、本発明の実施の形態の配線構造体の平面図を示す。図３は、本発明の実施の形態の配線構造体の断面図を示す。図２のＡ－Ａ’の断面が図１に対応する。また、図２のＢ－Ｂ’の断面が図３に対応する。
　図１、図２、図３で示す配線構造体１は、基板２と、基板２上に凹凸吸収層３を有する。凹凸吸収層３上には第一の導電層パターン４および第一の導電層パターン４’を有する。第一の導体層パターン４’は、第一の導体層パターン４と同時に形成されている。第一の導電層パターン４の一部は絶縁層パターン５に覆われている。第一の導電層パターン４と絶縁層パターン５とは、凹凸吸収層３に一部が埋め込まれ、絶縁層パターン５の底面は凹凸吸収層３の表面よりも、基板２に近い構造となっている。その結果、絶縁層パターン５の凹凸吸収層３の表面との段差は、絶縁層パターン５が凹凸吸収層３に埋め込まれた分、小さくなり平坦性が向上している。
　かかる平坦性が向上した構造の表面においては、この表面にマイクロコンタクトプリント法による転写によって第二の導電層パターン６を形成する場合、凹凸追随のための特別な手立てを必要としない。従って、弾性率の高い版材が使用できるため、凸パターン同士の接触や凹部転写のおそれがなくなり、微細な第二の導電層パターン６の形成が容易になる。
　さらに、本実施の形態では、大きな段差を無くすることができるため、第二の導体層パターン６が段差によって断裂することを防ぐという効果がもたらされる。
　また、本実施の形態では、凹凸吸収層３は、製造途中では半硬化状態であるため、その表面は粘着性有する。よって、その上層の導電パターン４（および４’）や絶縁層パターン５との密着性が確保できる。かかる状態においては、凹凸吸収層３に接する各層は、凹凸吸収層３との間での層間剥離を起こしにくく、製造歩留まり向上に寄与するという効果がもたらされる。
　次に、本発明の実施の形態の配線構造体の製造方法について、図４Ａ～４Ｆを参照して説明する。尚、採用すべき材料及びプロセスは、同等の発明の効果が得られるならば、本実施の形態のものに限らない。
　まず、図４Ａに示すように、基板２を用意する。基板の材料は、樹脂フィルムのようなフレキシブルなものでもよいし、プリント基板のようなリジッドなものでもよい。フレキシブルな基板を選択すれば、配線構造体もフレキシブルとなり、ウェアラブルデバイスやフレキシブルディスプレイ等に適用できるため、好適である。
　次に、図４Ｂに示すように、基板２の上に凹凸吸収層３を形成する。凹凸吸収層３の材料としては、熱硬化性樹脂を選ぶ。凹凸吸収層３は、液状の材料ならスピンコート塗付法、バーコート塗付法等、シート状の材料なら真空ラミネート法等によって積層したのち、加熱して半硬化状態（いわゆるＢステージ）とする。また、予め半硬化状態のシート状の材料を真空ラミネート法によって積層してもよい。尚、凹凸吸収層３は、その上部に積層する全ての導体層や絶縁層の、焼結温度や熱硬化温度よりも高い熱硬化温度を有する材料を選ぶ。凹凸吸収層３の厚みは、可能なかぎり厚い方がよいが、組み込むべき電子機器等への実装における制約等を考慮して厚みを決める。
　また、凹凸吸収層３は、本実施の形態においては、続くプロセスにおいて導体層パターンが積層されるため、絶縁体でなければならない。しかしながら、続くプロセスにおいて絶縁層が積層され、その次に導体層パターンが積層される場合で、かつ、電気配線におけるグランド等に用いられるべきベタパターンとして一部で該導体層と接続される場合には、導体でもよい。また、続くプロセスにおいて絶縁性を確保するために絶縁層のベタパターンを一層積層するならば、導体でもよい。
　続くプロセスにおいて、図４Ｃに示すように、第一の導体層パターン４（および４’）を形成する。第一の導体層パターン４（および４’）では、マイクロコンタクトプリント法等を用いて銀、銅、金、アルミ等の金属ナノ粒子等を溶剤に溶かした導体インクのパターンを、凹凸吸収層３の上に転写し、後に焼結する。焼結する温度は、第一の導電層パターンの焼結温度以上、かつ、凹凸吸収層３の熱硬化温度より低くなければならない。凹凸吸収層３の表面は平坦に形成されているため、第一の導体層４（および４’）は微細配線パターンとすることができる。
　続くプロセスにおいて、図４Ｄに示すように、第一の導体層４の上に、絶縁層パターン５’を形成する。マイクロコンタクトプリント法等を用いてポリイミド、エポキシ等の絶縁樹脂の前駆体を溶剤に溶かした絶縁インクのパターンを、第一の導体層４の上、及び、第一の導体層４’で覆われていない凹凸吸収層３の上の部分に転写し、後に硬化させる。硬化のための温度は、絶縁層の熱硬化温度以上、かつ、凹凸吸収層３の熱硬化温度より低くなければならない。
　続くプロセスにおいて、図４Ｅに示すように、第一の導体層パターン４と絶縁層パターン５とを、圧力をかけて凹凸吸収層３に押し込む。すなわち、絶縁層パターン５の上に離型処理を施したフィルム等を載せ、その上から圧力装置等によりまたは錘等により均一に圧力をかけつつ、全体を凹凸吸収層３を半硬化させた温度以上かつ凹凸吸収層３の熱硬化温度よりも低い温度に加熱することによって凹凸吸収層３に流動性を与え、凹凸吸収層３に第一の導体層パターン４と絶縁層パターン５とを押し込む。これにより、絶縁層パターン５による凹凸を低減する。
　更に続くプロセスにおいて（図４Ｅの状態）、凹凸吸収層３の熱硬化温度以上に加熱し、凹凸吸収層３を硬化させる。これにより、絶縁層パターン５の凹凸を吸収した形状で固定し、表面の平坦性が維持される。
　このとき、凹凸吸収層３の形状は、凹凸吸収層３の弾性率によって、図４Ｅ、または図５Ａのようになる。凹凸吸収層３の弾性率が充分に低ければ、図４Ｅのように、凹凸吸収層３に真直ぐに第一の導体層パターン４と絶縁層パターン５とが押し込まれた形状となる。一方、凹凸吸収層３の弾性率がある程度高ければ、図５Ａのように絶縁層パターン５が周辺に広がる形状となる。本実施の形態では、図４Ｅあるいは図５Ａに続くプロセスで、微細な配線パターンの転写を可能にすることが目的であるので、図４Ｅあるいは図５Ａのいずれの場合であっても、凹凸が低減されており、本発明の目的を達成するものである。
　図６に、本実施の形態で用いた熱硬化性エポキシ樹脂の、半硬化状態からの熱硬化プロファイルを示す。図６の弾性率（半硬化状態の弾性率を１として換算）に示すように、半硬化状態の熱硬化性樹脂は、熱硬化温度（図６では１８０℃）に到達する前に、急激に弾性率が下がる。その後、熱硬化温度で一定時間（図６では約９０分）加熱すると、徐々に弾性率が上昇し、その後の冷却によって、最終的には加熱前よりも弾性率が一桁程度高くなる。第一の導体層パターン４と絶縁層パターン５とを凹凸吸収層３に押し込むプロセスにおいては、温度を凹凸吸収層３の熱硬化温度より低い温度に維持し（図６では、たとえば１６０℃付近）、凹凸吸収層３の弾性率が顕著に下がった状態で、押し込むことによって、表面の平坦性を向上させることができる。
　続くプロセスにおいて、図４Ｆあるいは図５Ｂに示すように、第二の導体層パターン６を転写する。マイクロコンタクトプリント法等を用いて銀、銅、金、アルミ等の金属ナノ粒子等を溶剤に溶かした導体インクのパターンを転写し、後に焼結する。この場合、焼結する温度は、第二の導電層パターンの焼結温度以上であり、また、凹凸吸収層３の熱硬化温度より高くてもよい。
　尚、本プロセスで採用すべき材料及びプロセスは、上記のものに限らない。本実施の形態の製造方法によって平坦な被転写面が形成されているため、第二の導体層パターン６は、微細な配線パターンとすることができる。また、凹凸吸収層３と絶縁層パターン５の物性の関係から、図５Ａのような形状になることが分かっている場合、絶縁層パターン５の広がりを加味して、第一の導体層パターン４と第二の導体層パターン６とが接続するよう、配線パターンを設計しておくことができる。
　本実施の形態において、凹凸吸収層３を熱可塑性樹脂で構成することができる。凹凸吸収層３を熱可塑性樹脂とすることで、第一の導体層パターン４（および４’）や絶縁層パターン５の、焼結温度や熱硬化温度には、凹凸吸収層３の熱硬化温度より低くなければならないという制限がなくなる。この結果、材料選択の自由が増大するという格別な効果を奏する。
　以上のように本実施の形態では、配線を転写する表面の凹凸が低減されたことにより、微細な配線パターンの転写が容易となり、かつ、凹凸に起因する配線パターンの断裂が抑制された。さらに、層間の密着性が向上したことで層間剥離が抑制された。これらにより、マイクロコンタクトプリント法では微細な多層配線構造が実現できなかったという問題を解決した。さらにまた、複数の基板を張り合わせて多層配線構造を形成する必要がなくなり、すなわち、複数の基板を張り合わせるための位置合わせずれや工程の複雑化といった問題がなくなり、マイクロコンタクトプリント法を用いた簡易な工程で、微細な多層配線構造の形成を可能とする、配線構造体およびその製造方法を提供することを可能とした。
　（付記）
　（付記１）
　基板と、前記基板上に凹凸部を有する凹凸吸収層と、前記凹凸吸収層の少なくとも凹部上の導電層パターンと、前記導電層パターンと前記凹凸吸収層に跨る少なくとも前記凹部上の絶縁層パターンとを有することを特徴とする配線構造体。
　（付記２）
　前記凹凸吸収層が第一の熱硬化樹脂であり、前記絶縁層パターンが第二の熱硬化樹脂であり、前記導電層パターンが金属粒子からなることを特徴とする、付記１記載の配線構造体。
　（付記３）
　前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度が、前記第二の熱硬化樹脂の熱硬化温度および前記金属粒子の焼結温度よりも高いことを特徴とする、付記２記載の配線構造体。
　（付記４）
　前記第一の熱硬化樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする、付記２乃至３の何れか１項記載の配線構造体。
　（付記５）
　前記第二の熱硬化樹脂がポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂であることを特徴とする、付記２乃至４の何れか１項記載の配線構造体。
　（付記６）
　前記金属粒子が銀、銅、金、アルミニウムを有することを特徴とする、付記２乃至５の何れか１項記載の配線構造体。
　（付記７）
　前記凹凸吸収層が熱可塑性樹脂であることを特徴とする、付記１記載の配線構造体。
　（付記８）
　基板上に凹凸吸収層を形成する工程と、前記凹凸吸収層上に導電層パターンを形成する工程と、前記凹凸吸収層と前記導電層パターンとの上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記絶縁層パターンを加圧して、前記絶縁層パターンと前記導電層パターンとを前記凹凸吸収層に押し込む工程と、前記凹凸吸収層を硬化する工程とを有することを特徴とする、配線構造体の製造方法。
　（付記９）
　前記凹凸吸収層が第一の熱硬化樹脂であり、前記絶縁層パターンが第二の熱硬化樹脂であり、前記導電層パターンが金属粒子からなり、
　前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度が、前記第二の熱硬化樹脂の熱硬化温度および前記金属粒子の焼結温度よりも高いことを特徴とする、付記８記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１０）
　前記押し込む工程の温度が、前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低いことを特徴とする、付記９記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１１）
　前記凹凸吸収層を形成する工程が、前記第一の熱硬化樹脂を、前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低い温度で半硬化する工程を有することを特徴とする、付記９乃至１０の何れか１項記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１２）
　前記導電層パターンを形成する工程が、前記金属粒子を、前記金属粒子の焼結温度よりも高く前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低い温度で焼結する工程を有することを特徴とする、請求項９乃至１１の何れか１項記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１３）
　前記絶縁層パターンを形成する工程が、前記第二の熱硬化樹脂を、前記第二の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも高く前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低い温度で硬化する工程を有することを特徴とする、付記９乃至１２の何れか１項記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１４）
　前記凹凸吸収層を硬化する工程が、前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度以上であることを特徴とする、付記９乃至１３の何れか１項記載の配線構造体の製造方法。
　（付記１５）
　基板上に凹凸吸収層を形成する工程と、前記凹凸吸収層上に導電層パターンを形成する工程と、前記凹凸吸収層と前記導電層パターンとの上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記絶縁層パターンを加圧して、前記絶縁層パターンと前記導電層パターンとを前記凹凸吸収層に押し込む工程とを有し、前記凹凸吸収層が熱可塑性樹脂であることを特徴とする、配線構造体の製造方法。
　この出願は、２０１２年２月１６日に出願された日本出願特願２０１２－０３１９３２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、マイクロコンタクトプリント法を用いた微細多層配線を可能とする配線構造体およびその製造方法に関する。
　１　　配線構造体
　２　　基板
　３　　凹凸吸収層
　４　　第一の導体層パターン
　５　　絶縁層パターン
　６　　第二の導体層パターン

Claims (10)

  1. 　基板と、前記基板上に凹凸部を有する凹凸吸収層と、前記凹凸吸収層の少なくとも凹部上の導電層パターンと、前記導電層パターンと前記凹凸吸収層に跨る少なくとも前記凹部上の絶縁層パターンとを有することを特徴とする配線構造体。
  2. 　前記凹凸吸収層が第一の熱硬化樹脂であり、前記絶縁層パターンが第二の熱硬化樹脂であり、前記導電層パターンが金属粒子からなることを特徴とする、請求項１記載の配線構造体。
  3. 　前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度が、前記第二の熱硬化樹脂の熱硬化温度および前記金属粒子の焼結温度よりも高いことを特徴とする、請求項２記載の配線構造体。
  4. 　前記第一の熱硬化樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２乃至３の何れか１項記載の配線構造体。
  5. 　前記凹凸吸収層が熱可塑性樹脂であることを特徴とする、請求項１記載の配線構造体。
  6. 　基板上に凹凸吸収層を形成する工程と、前記凹凸吸収層上に導電層パターンを形成する工程と、前記凹凸吸収層と前記導電層パターンとの上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記絶縁層パターンを加圧して、前記絶縁層パターンと前記導電層パターンとを前記凹凸吸収層に押し込む工程と、前記凹凸吸収層を硬化する工程とを有することを特徴とする、配線構造体の製造方法。
  7. 　前記凹凸吸収層が第一の熱硬化樹脂であり、前記絶縁層パターンが第二の熱硬化樹脂であり、前記導電層パターンが金属粒子からなり、
    　前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度が、前記第二の熱硬化樹脂の熱硬化温度および前記金属粒子の焼結温度よりも高いことを特徴とする、請求項６記載の配線構造体の製造方法。
  8. 　前記押し込む工程の温度が、前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低いことを特徴とする、請求項７記載の配線構造体の製造方法。
  9. 　前記凹凸吸収層を形成する工程が、前記第一の熱硬化樹脂を、前記第一の熱硬化樹脂の熱硬化温度よりも低い温度で半硬化する工程を有することを特徴とする、請求項７乃至８の何れか１項記載の配線構造体の製造方法。
  10. 　基板上に凹凸吸収層を形成する工程と、前記凹凸吸収層上に導電層パターンを形成する工程と、前記凹凸吸収層と前記導電層パターンとの上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記絶縁層パターンを加圧して、前記絶縁層パターンと前記導電層パターンとを前記凹凸吸収層に押し込む工程とを有し、前記凹凸吸収層が熱可塑性樹脂であることを特徴とする、配線構造体の製造方法。
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