(57)【要約】【課題】十分な導電性、簡便な工程、コストの低減、十分な回路形成速度を実現する導電性回路形成方法及び導電回路装置を提供する。【解決手段】基板に配線パターンを印刷し、前記配線パターンに光を照射することにより導電性回路を形成する方法において、前記配線パターンの印刷には、平均粒子径が２０ｎｍ以下の微粒子を含む導電性材料を使用し、前記配線パターンに光を照射する照射光学系が、光を生成する光生成光学系、及び、前記光の照射パターンを帯状となるように整形する整形光学系を含み、前記照射光学系により照射される前記光の照射パターンを前記基板に対して、前記配線パターンが前記光を通過するように相対的に移動させることにより、前記基板に印刷された配線パターン全幅に渡って前記光を照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配線パターンを印刷し、前記配線パターンに光を照射することにより導電性回路を形成する方法において、
前記配線パターンの印刷には、平均粒子径が２０ｎｍ以下の微粒子を含む導電性材料を使用し、
前記配線パターンに光を照射する照射光学系が、光を生成する光生成光学系、及び、前記光の照射パターンを帯状となるように整形する整形光学系を含み、
前記照射光学系により照射される前記光の照射パターンを前記基板に対して、前記配線パターンが前記光を通過するように相対的に移動させることにより、前記基板に印刷された配線パターン全幅に渡って前記光を照射することを特徴とする導電性回路形成方法。
【請求項２】
前記光が可視光であることを特徴とする請求項１に記載の導電性回路形成方法。
【請求項３】
前記整形光学系は、前記基板に照射される前記光を均一強度分布となるように整形することを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性回路形成方法。
【請求項４】
前記微粒子が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項５】
前記微粒子が、金、銀、銅のいずれかを含む金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項６】
前記基板が、ポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、液晶ポリマ基板のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項７】
前記光生成光学系の光源が、レーザ発振機を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項８】
前記レーザ発振機として、固体素子レーザを用いることを特徴とする請求項７に記載の光学系を用いた導電性回路形成方法。
【請求項９】
前記固体素子レーザとして、窒化物半導体レーザダイオード、ＹＡＧレーザを用いることを特徴とする請求項８に記載の光学系を用いた導電性回路形成方法。
【請求項１０】
前記照射光学系が、シリンドリカルレンズ、Ｆθレンズのいずれか、又はその両方を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１１】
前記照射光学系が、スリット、レンズ、ミラー、シャッター、光学フィルター、光ファイバーのいずれかの組み合わせ、又はすべての組み合わせからなる光学系を含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１２】
前記光生成光学系の光源が、発光ダイオード、ハロゲンランプ、アークランプ、フラッシュランプ、水銀ランプ、白熱球のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１３】
前記照射光学系が、波長３００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上の光を遮断する光学系を含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１４】
前記基板を室温以下に冷却して配線パターンを印刷し、前記配線パターンに前記光を照射することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１５】
前記基板に、室温以下に冷却されたロールを接触させ、前記光を照射することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の導電性回路形成方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の導電性回路形成方法を用いて作成した導電性回路を有する導電回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電性回路形成方法および導電回路装置に関するものであり、特に、導電性物質の微粒子を含むインクを用いて基板上に微細な導電性薄膜のパターンを形成する導電性回路形成方法および導電回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プリント配線板や半導体装置の配線においては、半導体素子や種々の電子部品が高密度で実装されている。このような高密度の実装を行うために、樹脂基板、または半導体製造装置内において形成されるパッシベーション膜などの電気的絶縁性を有する物質の表面に、銅等の導電性層からなる微細な配線パターンを形成する手段が用いられている。
【０００３】
前記樹脂基板等の表面に銅配線パターンを形成する手段としては、従来からレジストと呼ばれる耐エッチング性の樹脂を用いたフォトリソグラフィーによる２つの主要な方法が知られている。
【０００４】
ひとつの方法は、サブトラクティブ法と呼ばれる方法である。具体的には、前記樹脂基板の全面に予め設けた銅箔を、銅溶解性を有する液に浸してエッチングすることにより、不要の銅箔部分を除去し、所望の配線パターンの部分だけを残す方法である。
このような位置選択的エッチングを行うためには、以下の方法により、エッチングの前に配線パターンとしたい部分の銅箔表面をレジストで覆っておく必要がある。まず、感光性を有するレジストを銅箔表面に塗布する。次に、所望の配線パターンに対応する光線像を露光して現像すれば、所望のパターンを有するレジスト膜が得られる。その後、レジストに覆われていない銅箔部分をエッチングで除去し、レジストに応じた所定の方法でレジストを除去すれば、所望の銅配線パターンが得られるというものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
もうひとつの方法は、アデイティブ法と呼ばれる方法である。具体的には、樹脂基板等上の所望の部分に無電解メッキ法により配線パターンを形成するものである。
この方法では、まず前記樹脂基板上の全面に、後の工程で行われる無電解銅メッキを行う際に銅を析出させるための触媒となる核を付着させる。次いで、前記樹脂基板の全面に感光性メッキレジスト膜を設ける。次に、この表面に所望の配線パターンに対応する光線像を露光して現像することにより、前記樹脂基板表面を、所望の配線パターンを有するメッキレジストで被覆する。引き続いて、前記樹脂基板を無電解銅メッキ液に浸し、前記レジストに覆われていない部分に銅を析出させる。その後、樹脂メッキレジストを剥離し、所望の銅配線パターンを樹脂基板等の表面に形成する（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
前記２つの方法は、従来より、プリント配線板を得る手段としていずれも広く用いられているところであり、銅以外の金属や導電性材料が用いられる場合においても同様の方法が用いられる。
【０００７】
一方、上述のようなレジストを用いたフォトリソグラフィーによる方法に対して、レジスト及びフォトリソグラフィーを使用しない導電性配線パターン形成方法も知られている。
【０００８】
１つ目は、電気化学的手法を使った金属配線形成方法である。この方法では、金属箔となるべき可溶性の銅前駆体化合物の薄膜を基板上に設け、この特定の部位に紫外光を照射
することにより銅を析出させている。
具体的には、誘電体やガラスの基板に予め２０ｎｍ程度の銅などの金属薄膜を基板全面に析出しておき、次いで、硫酸銅、硫酸、およびグリコールを含む電解液に浸して、金属薄膜を金属前駆体化合物として溶解するとともに、照射部分のみに配線パターンを形成するためにＡｒ＋イオンレーザを照射する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法は、前記レーザ光線の照射された部位に起電力が生じ、電気化学反応が起こって銅の析出に到ることを利用するものである。
【０００９】
２つ目は、電気化学的手法によらず、レーザ光線を用いた金属配線形成方法である。この方法では、金属薄膜に配線パターン形状など局所的にレーザ光線を照射することにより配線を形成している。
具体的には、基板上に、外皮を保護コロイドとする金属コロイドを、前駆体として薄膜状に堆積し、次いで、この表面に空間選択的な光照射を行って外皮を分解又は破壊して金属薄膜とし、次いで、非露光部の金属コロイドを除去する方法が示されている。前記空間選択的な光照射は、光線像による配線パターンの形成や、配線断線部の修復のための局所的な光照射をいう（例えば、特許文献３参照）。
また、光線像による配線パターンの形成においては、導電性物質の微粒子を溶媒に分散させたインクを使用して、インクジェット法により印刷し、さらにレーザ光線を用いて所望のパターンを描画しつつ光エネルギーで焼結させた上、不要部分を除去する方法も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
３つ目は、電気化学的手法もレーザ光線も用いず、加熱硬化樹脂を用いた金属配線形成方法である。この方法では、金属の微粒子と熱硬化樹脂とを混ぜた金属ペーストを用いて配線パターンを印刷し、加熱硬化により配線を形成している（例えば、特許文献５参照）。
【００１１】
４つ目は、加熱硬化樹脂を使用せずに、基板全体を加熱焼結するという方法を用いた金属配線形成方法である。具体的には、導電性金属微粒子を含む微粒子インクを、基板上に局所選択的に薄膜状に堆積し、その後、全体を加熱焼結する方法である（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２２４９７８号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４８２８号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９２９号公報
【特許文献４】米国特許第５，１３２，２４８号
【特許文献５】特開２００２−３２４９６６号公報
【特許文献６】特開２００７−２２０４６３号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｌ．Ｍｉｎｉ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．６４  ｐ．３４０４〜３４０６，１９９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、基板の全面に予め設けた金属箔を、所望の部分を残してエッチング除去するサブトラクティブ法では、配線パターンが微細化するとエッチング液の周り込みなどが起きるおそれがある。そのため、精密な寸法精度を得ることができず、断線などの信頼性にかかわる問題を引き起こすおそれがある。
【００１５】
また、樹脂基板等上の所望の部分に無電解メッキ法により配線パターンを形成するアディティブ法では、所望の配線パターンを得るために、レジストによる被覆、精密光学系による露光、および剥離という工程が必須であり、プリント配線板の生産性の向上において限界がある。
【００１６】
一方、電気化学的手法を使った方法では、電気化学的作用のため、基板表面に銅以外のものが析出され難いという利点がある。また、レーザ光線の掃引速度を変えることによって、析出される銅の膜厚がある程度の範囲で可変である利点を有しているものの、反応速度が遅いため、十分な膜厚に析出させるためには時間をかけて描画する必要がある。そのため、スループットが低下し、コストの増大を招くおそれがある。また、予め基板全面に金属前駆体化合物の薄膜を設けておかねばならないという工程上の制約もある。また、析出した銅は一様でなく、０．１〜０．３μｍの粒径の銅粒子が相互にランダムに結合した不均―な構造となってしまうおそれもある。
【００１７】
さらに、金属薄膜に配線パターン形状など局所的にレーザ光線を照射する方法では、レーザ光線により配線パターンを描画することによりフォトリソグラフィーと同様の極微細線の形成が可能、インクジェット法で必要な部分だけにインクを塗布することにより高価なインクの無駄な使用が避けられる、前述の電気化学的方法に比べて溶媒の種類において自由度が高いという特徴を有するものの、非露光部分の金属薄膜原料は露光後除去しなければならない。そのため、金属薄膜原料の利用効率は悪くなり、コストの増大を招くほか、廃液処理コストの増大を招くおそれがある。
【００１８】
さらに、加熱硬化樹脂を用いる方法では、硬化樹脂で固める手法を用いているために樹脂が配線パターンに残留している。この方法では、電気抵抗が比較的高くても良い用途向けに、微細ではないが安価な導電回路パターンを作製できるものの、残留樹脂により導電率が悪化してしまうおそれがある。また、銅など絶縁性の酸化被膜に覆われやすい金属においては、導電性が著しく低下するおそれがある。
【００１９】
さらに、基板全体を加熱焼結するという方法では、硬化樹脂を使用しないため高導電率の電気配線を形成できるものの、基板全体を加熱するため耐熱性に乏しい樹脂からなる基板が使用できないおそれがある。
【００２０】
本発明の目的は、十分な導電性、簡便な工程、十分な回路形成速度、コストの低減を実現する導電性回路形成方法および導電回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第一の態様は、基板に配線パターンを印刷し、前記配線パターンに光を照射することにより導電性回路を形成する方法において、前記配線パターンの印刷には、平均粒子径が２０ｎｍ以下の微粒子を含む導電性材料を使用し、前記配線パターンに光を照射する照射光学系が、光を生成する光生成光学系、及び、前記光の照射パターンを帯状となるように整形する整形光学系を含み、前記照射光学系により照射される前記光の照射パターンを前記基板に対して、前記配線パターンが前記光を通過するように相対的に移動させることにより、前記基板に印刷された配線パターン全幅に渡って前記光を照射することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記光が可視光であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第三の態様は、第一または第二の態様に記載の発明において、前記整形光学系
は、前記基板に照射される前記光を均一強度分布となるように整形することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第四の態様は、第一ないし第三のいずれかの態様に記載の発明において、前記微粒子が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第五の態様は、第一ないし第三のいずれかの態様に記載の発明において、前記微粒子が、金、銀、銅のいずれかを含む金属の酸化物を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の第六の態様は、第一ないし第五のいずれかの態様に記載の発明において、前記基板が、ポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、液晶ポリマ基板のいずれかであることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第七の態様は、第一ないし第六のいずれかの態様に記載の発明において、前記光生成光学系の光源が、レーザ発振機を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明の第八の態様は、第七の態様に記載の発明において、前記レーザ発振機として、固体素子レーザを用いることを特徴とする。
【００２９】
本発明の第九の態様は、第八の態様に記載の発明において、前記固体素子レーザとして、窒化物半導体レーザダイオード、ＹＡＧレーザを用いることを特徴とする。
【００３０】
本発明の第十の態様は、第一ないし第九のいずれかの態様に記載の発明において、前記照射光学系が、シリンドリカルレンズ、Ｆθレンズのいずれか、又はその両方を含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明の第十一の態様は、第一ないし第十のいずれかの態様に記載の発明において、前記照射光学系が、スリット、レンズ、ミラー、シャッター、光学フィルター、光ファイバーのいずれかの組み合わせ、又はすべての組み合わせからなる光学系を含むことを特徴とする。
【００３２】
本発明の第十二の態様は、第一ないし第六のいずれかの態様に記載の発明において、前記光生成光学系の光源が、発光ダイオード、ハロゲンランプ、アークランプ、フラッシュランプ、水銀ランプ、白熱球のいずれかであることを特徴とする。
【００３３】
本発明の第十三の態様は、第一ないし第十二のいずれかの態様に記載の発明において、前記照射光学系が、波長３００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上の光を遮断する光学系を含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の第十四の態様は、第一ないし第十三のいずれかの態様に記載の発明において、前記基板を室温以下に冷却して配線パターンを印刷し、前記配線パターンに前記光を照射することを特徴とする。
【００３５】
本発明の第十五の態様は、第一ないし第十四のいずれかの態様に記載の発明において、前記基板に、室温以下に冷却されたロールを接触させ、前記光を照射することを特徴とする。
【００３６】
本発明の第十六の態様は、第一ないし第十五のいずれかの態様に記載の導電性回路形成方法を用いて作成した導電性回路を有する導電回路装置である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、十分な導電性、簡便な工程、十分な回路形成速度、コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態における導電性回路形成方法の説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態における導電性回路形成方法の説明図である。
【図３】本発明の一実施例及び比較例における平均粒子径と導電率及び密着性との関係を示した図である。
【図４】本発明の他の実施例における金属の種類と導電率及び密着性との関係を示した図である。
【図５】本発明の他の実施例における基板の種類と導電率及び密着性との関係を示した図である。
【図６】本発明の他の実施例における光源の種類及び波長と導電率及び密着性との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
発明者らは、十分な導電性、簡便な工程、コストの低減、十分な回路形成速度を実現することができる導電性回路形成方法について種々検討した。
発明者らは、まず、光を照射することにより導電性薄膜を形成する方法に着目した。
ただし、上述の通り、前駆体物質の電気化学的反応による金属の析出現象を利用する光照射方法では、様々な不具合が生ずるおそれがある。
そこで、発明者らは、ナノメートルサイズの導電性材料微粒子を溶媒に分散させた分散液（以降、微粒子インクともいう）を用いて、前記微粒子に対して光吸収による加熱を行い、焼結させるという方法の有効性に着目した。
特に、前記微粒子を、直径２０ｎｍ程度以下の導電性材料からなるようにした場合、著しく融点が低下することに着目した。
さらに、前記微粒子が直径２０ｎｍ程度以下のサイズになると、量子サイズ効果により、青色から紫外域にかけて金属の表面プラズモンによる特異な光吸収が発生し、それと合わせて可視域から紫外域に至る幅広い波長領域に光吸収が生じるため、光による効率的な加熱が可能となるという特徴に着目した。
【００４０】
しかしながら、従来のレーザ光照射による方法では、レジストを使用することなく所望の配線パターンを得られるという利点はあるもの、微細な配線ラインを順次レーザ走査で描画するため、描画する時間を長く要する。そのため、単に従来のレーザ光照射による方法を用いるだけでは、スループットの点で難がある。
【００４１】
そこで、発明者らは、量産が容易、かつスループットが高い印刷法を用いて所望の配線パターンを基板上に形成した上で、帯状に広げた照射パターンを有する光にて一括して光照射を行うことにより、所望の導電性回路配線パターンを効率よく焼結、形成できることを見出した。
この知見を基に、本発明を実施するための形態を、図面を用いながら説明する。
【００４２】
図１に、本実施形態にかかる導電性回路形成方法を用いた装置の概略構成を示す。
図１に示されるように、本実施形態にかかる導電性回路形成方法を用いた装置は、導電性回路が形成される基板１４を巻き取るために用いられるロール１，４と、基板１４上に所望の導電性回路の配線パターンを印刷するために用いられる印刷機２と、印刷された配前記線パターンに光１０を照射するために用いられる照射光学系により構成されている。
【００４３】
まず、前記基板１４は、例えば長尺の形状を有する基体であり、前記基板１４の上に所
望の導電性回路の配線パターンが形成されたＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープやＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）の製造に用いられる。
このように長尺の基板１４上に配線パターンが形成されたＴＡＢテープやＣＯＦテープを製造する際には、ロール・トウ・ロール（Ｒｏｌｅ―ｔｏ―ｒｏｌｅ）法を用いて製造する。すなわち、図１に示すように、送り出し側ロール１と巻き取り側ロール４を矢印方向に回転させることにより、長尺の基板１４を矢印方向に搬送する。
【００４４】
前記基板１４としては、例えば、ガラス基板、セラミック基板のほか、樹脂基板を使用することができる。特に、前記樹脂基板においては、テフロン（登録商標）樹脂、液晶ポリマ樹脂、エポキシ樹脂、ケトン樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、  ビスマレイドトリアジン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン等多種多様な樹脂基板や樹脂フィルムを使用することができる。
【００４５】
次に、前記印刷機２に前記基板１４を通過させることにより、前記基板１４上に所望の導電性回路の配線パターンを印刷する。前記印刷機２には従来の印刷機を用いてもよく、例えば、量産が容易、かつスループットが高いフレキソ印刷機が挙げられる。
【００４６】
前記印刷機２による配線パターンの印刷には、導電性材料からなる微粒子インクが用いられる。
前記導電性材料２としては、各種の金属、金属化合物、これらの酸化物が挙げられる。また、前記金属としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、スズ、チタン、マンガン、インジウム、ガリウム、亜鉛、マグネシウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンなどが挙げられる。さらに、これらの金属の合金、金属間化合物を用いてもよく、これらの金属・合金の酸化物、窒化物、炭化物を用いてもよい。なお、他に有望な金属としては、ナノ粒子が入手困難ではあるものの、白金族と呼ばれるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムが考えられる。
また、前記導電性材料からなる微粒子インクには、平均粒子径が２０ｎｍ以下の微粒子を含む導電性材料を使用する。上述の通り、平均粒子径が２０ｎｍ程度以下の微粒子を含む導電性材料を用いると、著しく融点が低下し、光による効率的な加熱が可能となるためである。
なお、前記平均粒子径とは、透過型電子顕微鏡により測定した粒子径の粒度分布から求めた平均径のことであって、平均径は、粒度分布を小粒子径側から積算した積算値５０％の粒度のことである。
また、前記微粒子インクは、ペースト状ないし液体状であって塗布に適するものが良く、必要に応じて溶媒量を加減して粘度を調整するのがよい。また、前記溶媒中における金属微粒子の分散性・塗布均一性を高めるために、前記金属微粒子には、界面活性剤などの適当な有機凝縮防止層が設けられてもよい。
【００４７】
次に、前記基板１４に印刷された配線パターンに、照射光学系を用いて光１０を照射する。この光照射により、導電性材料からなる配線パターンを基板１４上に焼結させ、ＴＡＢテープやＣＯＦテープを作製し、ひいてはこれらのテープから導電回路装置を作製する。
【００４８】
前記照射光学系は、光１０を生成する光生成光学系、及び、前記光１０の照射パターンを帯状となるように整形する整形光学系を含む。
【００４９】
前記光生成光学系においては、光源９によって光１０を生成する。前記光１０は可視光であることが好ましい。また、前記光源９は、可視光１０を発生させる発光光源であれば
よいが、レーザ発振機であることが好ましい。光学系の設計においては、レーザ発振機である光源が扱いやすいためである。また、平行度の高いビームを放射するためコリメーションが容易であり、ミラーやレンズなどの光学系を簡素にできる利点を有するほか、単色化のためのカットフィルターが不要であり、発光出力を有効に使えるためである。
また、前記レーザ発振機としては、Ａｒレーザ、Ｈｏ―Ｃｄレーザなどのガスレーザ、窒化ガリウム系レーザダイオードなどの半導体レーザ、ＹＡＧ、ＹＶ０４などの固体レーザが挙げられる。比較的安価で使いやすいレーザであるためである。
【００５０】
次に、前記整形光学系においては、前記光生成光学系によって生成された可視光１０（以降、レーザ１０ともいう）の照射パターンを帯状となるように整形する。前記レーザ１０の照射パターンは、帯状であることに加え、均一強度分布となるように成形させることが好ましい。
【００５１】
前記レーザ１０の照射パターンの整形を行うためには、平面ミラー８によりレーザ１０を反射させ、この反射させたレーザ１０がシリンドリカルレンズ７、Ｆθレンズ６のいずれか、又はその両方を通過するようにすることが好ましい。レーザ１０の強度分布を抑えつつも、レーザ１０の照射パターンをなるべく均―に帯状に広げるためである。
前記シリンドリカルレンズ７には、例えば平凹型のものが挙げられる。また、必要に応じてこれに直交するように平凸型のレンズを組み合わせて、レーザ１０のフォーカスを調整すると同時に実効光強度を変化させることもできる。
また、前記Ｆθレンズ６を光学系に挿入することによって、レーザ照射部５の幅を広げることによるフィルム幅方向両端のレーザの強度の低下を防止できる。
【００５２】
そして、図１に示すように、前記整形光学系により前記レーザ１０の照射パターンを帯状として均一強度分布となるように整形し、前記レーザ照射部５を前記基板１４に対して相対的に移動させる。
例えば、図１に示すように、レーザ照射部５の照射位置を固定した帯状の照射パターンを有するレーザ１０に対して、前記ロール１，４で基板１４を搬送することにより、少なくとも配線パターン部分の全幅が含まれるように、レーザ１０に対して基板１４を直角に交差するように通過させる。好ましくは、基板１４の全幅が含まれるように、レーザ１０に対して基板１４を通過させる。
逆に、前記基板１４上に印刷された導電性材料からなる配線パターンの全幅を焼結させるために、固定した基板１４に対して帯状のレーザ１０を移動させてもよい。この場合、前記照射光学系そのもの又はその一部を移動させてもよいし、平面ミラー８、シリンドリカルレンズ７、Ｆθレンズ６などの傾きを変化させることにより、基板１４に照射されるレーザ照射部５を移動させてもよい。
【００５３】
なお、基板１４の全幅がレーザ照射部５を通過するならば、基板１４の搬送方向に対してレーザ照射部５を直交させるのではなく、斜めにしてもよい。また、基板１４上に照射される帯状の照射パターンを有するレーザ１０の幅においては、ライン状のように細くする以外にも、光照射の際に適切な面強度が得られるならば、レーザ１０の照射パターンの幅を拡げて幅広の帯状とすることも可能である。また、基板１４上への光照射にムラが生じない程度に、レーザ１０の帯状の照射パターンが湾曲していてもよい。
【００５４】
つまり、本実施形態では、配線パターン部分の全幅がレーザ照射部５に含まれるように、帯状かつ均一強度分布の照射パターンを有するレーザ１０が同時かつ一括に照射される。その結果、本実施形態においては、基板１４上の配線パターンにおけるレーザ照射部５において、配線パターンが同時かつ一括して焼結される。
【００５５】
上述のように、帯状かつ均一強度分布の照射パターンを有するレーザ１０を用いて同時
かつ一括して配線パターンを焼結することにより、以下のような利点を有することになる。
すなわち、レーザ１０の照射パターンを帯状に広げれば、レーザ照射部５に配線パターンを印刷した基板１４を通すだけで、基板１４の全面を焼結させることができるという利点を有する。
また、基板１４の全面を焼結させることができるという利点を有しながらも、基板１４にダメージを与えることなく配線を形成することが可能になる。具体的には、光照射を受けると前記微粒子の温度は光吸収によって急激に上昇し、隣接する粒子と融着、融合すると考えられる。さらに、基板１４との界面においても物理的、化学的効果によって接着すると考えられる。このとき、前記微粒子の温度上昇が極めて高速であるため、熱伝導による前記微粒子の周囲の温度上昇はわずかであり、仮に基板１４が比較的耐熱性のない樹脂フィルムにより形成されていたとしても、前記樹脂フィルム全体が溶けることなく配線を形成できる。
さらに、図１に示すように、本実施形態では、長尺の基板１４を一様連続に移動させながらの配線パターンの印刷及び光照射による焼結が可能であるため、量産性に優れる。
その結果、基板１４を通すだけで配線を焼結させることができるので、従来のような長い描画時間を要することなく、十分な回路形成速度を実現することができる。
【００５６】
なお、本実施形態の変形例が記載された図２に示すように、前記照射光学系においては、スリット１２、光学フィルター１３、レンズ１１、ミラー、シャッター、光ファイバー（以上は図示せず）のいずれかの組み合わせ、又はすべての組み合わせからなる光学系を含むことが好ましい。レーザの強度、波長、形状などの制御がしやすくなると共に、外乱光などによるノイズの影響を抑止し、また機器の設置位置に自由度が増し、よりコンパクトな配置が可能となるためである。
【００５７】
ここまででは、前記光生成光学系の光源９がレーザである場合について説明したが、前記光源９は発光ダイオード、ハロゲンランプ、アークランプ、フラッシュランプ、水銀ランプ、白熱球のいずれかであってもよい。高出力の発光ダイオードを光源９とする場合は、単色光源なのでフィルターは不要となり、比較的使いやすい。また、これらの光源を使用する場合、種々の波長を選択できること、単色光でないこと、光源装置が比較的安価であるという利点がある。
また、白熱球やハロゲンランプなどを用いた光源９は、焦点において虚像となるフィラメント像を形成してしまい、照射強度が均―にならなくなるおそれがあるものの、例えば、前記整形光学系にシャッター機能付スリット１２を設けることによって、光源９が擬似的に点光源となるように光を絞り、そして最終的に可視光１０の照射パターンの形状をライン状ないし幅広の帯状に整形し、照射強度を均―にすることができる。
【００５８】
なお、前記光生成光学系の光源９においては、特に、レーザ以外の光源９を使用する場合には、光源９が光焼結に必要な波長域以外にも幅広い波長域の光を放射するため、余分な波長域をフィルター、プリズムなどで遮断するのが好ましい。具体的には、波長３００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上の光を遮断するのが好ましい。
なぜなら、波長３００ｎｍ以下の紫外域の強い光は、樹脂基板を劣化させるおそれがあるためである。また、微粒子インクの吸収係数が高く、印刷した微粒子インクの表面でだけ強く吸収されすぎて、深部において十分に焼結が進まず、密着性を低下させる原因になるためである。例えば、ナノ粒子を直接加熱しない白熱球などにおいて、余分な波長域をフィルター、プリズムなどで遮断して照射すれば、赤外光による加熱による焼結を抑えることができ、基板１４へのダメージを軽減することができる。
一方、波長７００ｎｍ以上の赤色、赤外域の強い熱線は、不必要に基板１４を加熱し、配線金属が基板１４に拡散してしまうおそれがあるためである。なお、７００ｎｍ以上の光をカットするフィルターを入れた場合、フィルターによる光損失が大きいことから、強
力な光強度を有する光源９を用いるのが好ましい。
【００５９】
ここで、本実施形態の変形例について説明する。
まず、室温以下に冷却した基板１４に対して配線パターンを印刷し、前記基板１４にレーザを照射してもよい。また、図２に示すように、ロール１，４を利用して基板１４を搬送する際、配線パターンの印刷される面の反対面の、基板１４上においてレーザ照射部５に対応する位置に、基板１４の速度に合わせて回転させた冷却ロール３を接触させながら、レーザ照射を行ってもよい。これにより、配線の断面積が大きい場合、または耐熱性に乏しい基板１４を用いる必要がある場合、レーザ照射時に基板材料を冷却することにより、配線パターン部分以外の部分の基板１４へのダメージを軽減することができる。
なお、前記冷却ロール３の代わりに、冷却ステージ上に基板を密着させて熱伝導により冷却してもよい。
その他にも、冷気を基板１４に当てることにより基板１４を冷却してもよい。また、基板１４全体を恒温層の中に収納して冷却しながら、導電性回路を形成してもよい。
【００６０】
本実施形態の導電性回路及び導電回路装置は、以下のように形成及び製造される。
図１に示すように、まず、巻き取ることにより搬送させるために、長尺の基板１４をロール１，４に設置する。
次に、前記基板１４をロール１，４による巻き取りを利用して搬送しながら、所望の導電性回路の配線パターンを、従来の印刷機２により、平均粒子径が２０ｎｍ以下の微粒子を含む導電性材料を使用して、基板１４上に印刷する。
そして、照射光学系から、前記配線パターン全幅に対して、帯状の照射パターンを有する光１０を照射する。
この光１０の照射により基板上に印刷された導電性材料を焼結させ、前記基板１４の上に所望の導電性回路の配線パターンが形成されたＴＡＢテープやＣＯＦを製造する。
最後に、前記ＴＡＢテープやＣＯＦから所望の部分を切り出し、導電回路装置を製造する。
【００６１】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、光照射による焼結方法を用いることにより、基板１４全体を加熱焼結せずとも、導電性材料における微粒子を直接加熱できるため、基板１４の温度上昇を大幅に下げることが可能となり、耐熱性に乏しい材料を基板として使うことも可能となる。また、残留樹脂などによる導電率の悪化についても心配なく、十分な導電性を有する導電性回路を形成することができる。
さらに、光照射により配線パターンを描画する場合に比べ、レーザ照射部５に配線パターンを印刷した基板１４を通すだけで基板１４の全面を焼結させるという簡便な工程で済むことにより、十分な回路形成速度で導電性回路を形成することができる。
その結果、コストの低減が可能となり、従来よりもスループットを大幅に改善することが可能となる。
なお、本実施形態の導電性回路形成方法により作製された導電回路装置は、回路基板、配線板、電子部品及び機器として好適であり、特にプリント配線板や半導体装置の配線に好適である。
【実施例】
【００６２】
次に、本発明について、本実施例の導電性回路形成方法の説明図である図１を用いて説明する。
【００６３】
（平均粒子径）
まず、長尺である厚さ４０μｍ、幅３５ｍｍのＰＩ（ポリイミド）フィルムである基板１４（以降、フィルム１４ともいう）を、長手方向に搬送するためにロール１，４に設置
した。フィルム１４の送出速度は概ね２ｍ／分とした。
次に、前記フィルム１４上に、フレキソ印刷法を使用した印刷機２により線幅５μｍ、線間５μｍのラインアンドスペース配線パターンおよび密着性評価用ベタ膜を印刷した。印刷に使用した微粒子インクには銅微粒子を含む銅インク７種類を用い、その平均粒子径は各々約１ｎｍ、３ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ（以上、実施例１〜４）、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１μｍ（以上、比較例１〜３）とした。
印刷後、前記配線パターンが印刷された前記フィルム上に対して、光源９から、帯状（基板長手方向２５μｍ×基板幅方向４０ｍｍ）に広げた照射パターンを有するレーザ１０を照射した。光源９には、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザを使用した。レーザ出力は１ｋＷとした。ここでは、コリメートされたレーザ１０を平面ミラー８と平凹型のシリンドリカルレンズ７、及びＦθレンズ６を組み合わせて導き、前記フィルム１４の印刷面に照射されるレーザ１０の強度が、前記フィルム１４の中央部分と幅方向両端部分において均一となるようにした。
また、レーザ１０照射時のフィルム冷却用ロール３の温度は制御せず、室温とした。
【００６４】
以上の条件下で、フィルム１４上に形成された配線パターンに対し、レーザ１０照射による焼結を行い、導電率と密着性について評価した。
前記導電率については、デジタルマルチメーターにより抵抗を測定し、線幅、膜厚、測定距離から導電率を測定した。前記密着性については、ＪＩＳ  Ｃ５０１２に基づいた９０°剥離法で試験をおこなった。図３に測定結果を示す。
【００６５】
図３に示されるように、銅微粒子の平均粒子径によって導電率及び密着性に差異が見られる。具体的には、銅微粒子の平均粒子径が２０ｎｍ以下のサイズ（実施例１〜４）においては導電率、密着性ともに概ね良好な結果が得られた。
その一方、平均粒子径が２０ｎｍを越えたサイズ（比較例１〜３）の粒子からなる微粒子インクでは、レーザの照射条件などを調整しても導電率および密着性は改善しなかった。なお、平均粒子径が１μｍのものは、そもそも金属膜になっていなかった。
【００６６】
（導電性材料の種類）
実施例５〜７において、微粒子インクの導電性材料となる金属として金、銀、銅を各々使用し、印刷用のインクに粒径約３ｎｍの金属ナノ粒子を含む微粒子インクを使用したこと以外は、前記実施例１〜４と同様に、配線パターンを形成した。
導電率と密着性の評価結果について、図４に示す。図４に示されるように、いずれの金属においても良好な導電率と密着性が得られた。
【００６７】
（基板の種類）
実施例８〜１５において、基板１４としてＰＩフィルム、ＬＣＰ（液晶ポリマ樹脂）フィルム、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、ガラス基板を各々使用し、印刷用のインクに粒径約３ｎｍの金属ナノ粒子を含む微粒子インクを使用したこと以外は、前記実施例１〜４と同様に、配線パターンを形成した。なお、ＰＥＴ及びＰＥＮ（実施例１１〜１４）については、密着性を向上させるために照射強度を増すとフィルムの変形が生じるおそれがあるため、フィルム冷却用ロール３の温度を室温から５℃に下げた。
導電率と密着性の評価結果について、図５に示す。図５に示されるように、いずれの基板においても良好な導電率と密着性が得られた。
【００６８】
（光源の種類および波長）
実施例１６〜３１において、光源９としてＧａＮ系ＬＤ（レーザダイオード）、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、ＫｒＦレーザ、ＧａＮ系ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、ハロゲンランプ、アークランプ、フラッシュランプ、水銀ランプ、白熱球を各々使用し、波長を２４８ｎｍ〜１０６４ｎｍの範囲で設定し、印刷用のインクに粒径約３ｎｍの金属ナノ粒子を含む微粒子インクを使用したこと以外は、前記実施例１〜４と同様に、配線パターンを形成した。なお、その際、ハロゲンランプおよび白熱球においては、３００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域を透過するバンドバスフィルター１３を光学系に挿入し、この有無毎に試験を行った。導電率と密着性の評価結果について、図６に示す。
【００６９】
まず、レーザを用いた光源の場合（実施例１６〜２３）について説明する。
図６に示されるように、いずれの光源においても実用可能な導電率と密着性が得られた。
特に、ＧａＮ系ＬＤ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザの場合、良好な導電率と密着性が得られた。また、波長３００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上の光を有しない光源の場合、良好な導電率と密着性が得られた。なお、波長２６６ｎｍ以下のレーザではフィルムに曇りが生じたものの、実用可能な導電率と密着性が得られた。
【００７０】
次に、発光ダイオード（実施例２４）、ランプ類（実施例２５〜３１）を用いた光源について説明する。
図６に示されるように、いずれの光源においても実用可能な導電率と密着性が得られた。特に、ハロゲンランプ及び白熱球（実施例２６及び３１）については、波長３００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上の光を遮断するバンドパスフィルター１３を光学系として挿入することによって、良好な導電率と密着性が得られた。
【符号の説明】
【００７１】
１      送り出し側ロール
２      印刷機
３      冷却ロール
４      巻き取り側ロール
５      レーザ照射部
６      Ｆθレンズ
７      シリンドリカルレンズ
８      平面ミラー
９      レーザ光源
１０    照射光
１１    レンズ
１２    シャッター機能付きスリット
１３    光学フィルター
１４    基板
【図１】
2010161251.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010161251.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010161251.tif 000007
【図６】
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