(57)【要約】【課題】導電性に優れた導電性ペーストとそれを用いた配線基板とその製造方法およびそれらを用いた電子機器の提供を目的とする。【解決手段】導電性フィラー１３０と熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物を含むバインダー１４０とを有する導電性ペーストを用いて、絶縁性の基板１１０上に配線パターン１２０を形成する際に、バインダー１４０中の生分解性材料を微生物によって分解させ、導電性フィラー１３０間の緻密性を向上させることにより、導電性に優れた配線パターン１２０を有する配線基板１００を実現できる。【選択図】図１
2006140082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性フィラー成分と、
バインダー成分とを有し、
前記バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物とを含むことを特徴とする導電性ペースト。
【請求項２】
前記導電性ペーストが溶剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記溶剤が生分解性材料と微生物とを含むことを特徴とする請求項２に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
前記生分解性材料が、生分解性高分子からなることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の導電性ペースト。
【請求項５】
前記微生物は、前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上で死滅することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の導電性ペースト。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の導電性ペーストを用いて形成された配線パターンを有する配線基板。
【請求項７】
請求項６に記載の配線基板を用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
基板上に導電性フィラー成分とバインダー成分とを有し、前記バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物を含む導電性ペーストからなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
前記配線パターンが形成された前記基板を所定時間放置し、前記微生物により前記生分解性材料を分解する分解工程と、
前記配線パターンが形成された前記基板を加熱し、前記微生物を死滅させると共に前記配線パターンを硬化させる工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項９】
基板上に導電性フィラー成分とバインダー成分とを有し、前記バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料を含む導電性ペーストからなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
前記基板に形成された前記配線パターンに微生物を散布する工程と、
前記微生物が散布された前記基板を所定時間放置し、前記微生物により前記生分解性材料を分解する分解工程と、
前記配線パターンが形成された前記基板を加熱し、前記微生物を死滅させると共に前記配線パターンを硬化させる工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性ペーストが溶剤を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の配線基板の製造方法。
【請求項１１】
前記溶剤が生分解性材料と微生物とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配線パターンを形成する導電性ペーストとそれを用いた配線基板とその製造方法およびそれらを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣやＬＳＩなどの半導体素子やその他の電子部品の接続、これらの回路基板への実装、さらに回路基板における配線などには、高い導電性と接着強度などの信頼性を確保するために、はんだ付けやはんだペーストが用いられてきた。
【０００３】
しかし、近年、屋外に放置された電子機器から、酸性雨などによりはんだ中の有害な鉛が溶出するという環境汚染問題が取り上げられてきた。その対策として、鉛を含有しない鉛フリーのはんだ合金が開発されてきている。ところが、鉛フリーのはんだは従来のはんだに比べて融点が高く、耐熱性の低い基板に用いることができないという別の課題が生じている。
【０００４】
そこで、耐熱性の低い電子部品の接続やフレキシブル配線基板の配線に、金属粉末（導電性フィラー）が溶融せず、そのままバインダーに結着させて導電体を形成する塗布型の導電性ペーストが用いられている。それにより、バインダーの硬化温度、つまり、はんだに比べて低い温度で接続や配線が形成できるため、熱的な影響による信頼性の低下を回避することができるようになってきた。
【０００５】
ところが、塗布型の導電性ペーストは、主に有機材料からなるバインダーと導電性フィラーから構成されているため、従来のはんだに比べて導電性は低いものであった。それを向上させるために、導電性フィラーの含有量を高くした導電性ペーストも開発されている。しかし、例えば、導電性フィラーが銀などの場合、銀が高価であるため、含有量の増加によりコストの高い製品になるという課題がある。
【０００６】
また、エポキシ樹脂、メラミン樹脂およびアクリル樹脂などの樹脂と導電性フィラーからなる導電性ペーストにおいては、その硬化時の体積収縮作用の大きい樹脂を用いることにより導電性を向上させる例が開示されている（例えば、特許文献１）。さらに、バインダー中に導電性フィラーと中空フィラーを導入し、硬化時の体積収縮により中空フィラーを縮め、それにより導電性フィラー間を近接させ導電性を向上させる例も開示されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−１８４２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示されている導電性ペーストでは、バインダーを構成する樹脂の大きな体積収縮作用を利用するため、フレキシブル基板に用いる場合、熱膨張係数の差により、フレキシブル基板のそりや配線パターンの基板からの剥離などを生じやすく、信頼性に課題がある。また、特許文献２の導電性ペーストでは、中空フィラーの潰れなどによる変形で導電性フィラーの間隔を近接させるものであるが、中空フィラー内の空気などを抜く方法が不明である。また、空気が抜けなければ、体積が変化しないため導電性は向上しない。さらに、空気が抜ける場合、バインダー樹脂に空気の抜け穴が発生するため、導電性フィラー間が近接しない。さらには、中空フィラーの変形が弾性変形であれば、使用中に元の形状に戻ろうとするためクラックなどを発生する。
【０００８】
本発明は、このような導電性ペーストの課題を解決するためになされたもので、導電性を高めた導電性ペーストとそれを用いた配線基板とその製造方法およびそれらを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したような課題を解決するために、本発明の導電性ペーストは、導電性フィラー成分と、バインダー成分とを有し、バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物とを含むこと構成を有する。
【００１０】
この構成によれば、導電性フィラーの分散性を低下させることなく、硬化時には導電性フィラーの間隔を近接させることにより導電性を高めた導電性ペーストを実現できる。
【００１１】
また、本発明の導電性ペーストが溶剤を含むものでもよい。
【００１２】
また、本発明の導電性ペーストは、生分解性材料と微生物とを含む溶剤を含有するものでもよい。
【００１３】
これらの構成によれば、導電性ペーストの粘度を任意に調整できる。さらに、印刷時や保存時、経時的に、例えば揮発などにより溶剤の含有量が変化しにくいため、粘度変化の小さい安定した導電性ペーストを実現できる。
【００１４】
また、本発明の導電性ペーストは、生分解性材料が、生分解性高分子であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、導電性ペーストの抵抗増加成分となるバインダー中の熱硬化性樹脂成分の絶対量を減少できる。
【００１６】
また、本発明の導電性ペーストは、微生物が、熱硬化性樹脂の硬化温度以上で死滅するもので構成される。
【００１７】
この構成によれば、微生物による配線パターン形成後の経時的な特性の変化などを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の配線基板は、本発明の導電性ペーストを用いて形成される配線パターンを有する。
【００１９】
この構成によれば、配線パターンの配線抵抗の低い配線基板を実現できる。
【００２０】
また、本発明の電子機器は、本発明の配線基板を用いて構成される。
【００２１】
この構成によれば、配線抵抗が低いため、電力効率に優れた電子機器を実現できる。
【００２２】
また、本発明の配線基板の製造方法は、基板上に導電性フィラー成分とバインダー成分とを有し、バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物を含む導電性ペーストからなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、配線パターンが形成された基板を所定時間放置し、微生物により生分解性材料を分解する分解工程と、配線パターンが形成された基板を加熱し、微生物を死滅させると共に配線パターンを硬化させる工程とを有する。
【００２３】
この製造方法によれば、バインダー中の生分解性材料を配線パターン形成後、微生物で分解することによりバインダーの量を減少させることができる。それにより、硬化時に導電性フィラー間が近接するため導電性の高い配線パターンを有する配線基板を実現できる。
【００２４】
また、本発明の配線基板の製造方法は、基板上に導電性フィラー成分とバインダー成分とを有し、バインダー成分が、熱硬化性樹脂と生分解性材料を含む導電性ペーストからなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、基板に形成された配線パターンに微生物を散布する工程と、微生物が散布された基板を所定時間放置し、微生物により生分解性材料を分解する分解工程と、配線パターンが形成された基板を加熱し、微生物を死滅させると共に配線パターンを硬化させる工程とを有する。
【００２５】
この製造方法によれば、バインダー中の生分解性材料を配線パターン形成後、微生物で分解することによりバインダーの量を減少させることができる。それにより、硬化時に導電性フィラー間が近接するため導電性の高い配線パターンを有する配線基板を実現できる。さらに、バインダー中には予め微生物が含まれていないため、微生物による生分解性材料の分解がなく、導電性ペーストの保存特性を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の配線基板の製造方法は、導電性ペーストが溶剤を含むものでもよい。
【００２７】
また、本発明の配線基板の製造方法は、溶剤が生分解性材料と微生物とを含むものでもよい。
【００２８】
これらの製造方法によれば、導電性ペーストの粘度調整が容易で、微細な配線パターンを有する配線基板を実現できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、導電性フィラー間を近接させて導電性を高めることのできる導電性ペーストを実現できるという大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００３１】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る配線基板の斜視図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線から見た要部断面図である。なお、断面図は、説明をわかりやすくするために任意に拡大している。
【００３２】
図１（ａ）において、配線基板１００は、ガラスクロスに樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂やポリイミドなどの樹脂からなる絶縁性の基板１１０上に導電性ペーストを、例えばスクリーン印刷などで印刷し、加熱により硬化させた所定の形状を有する配線パターン１２０を備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、配線パターン１２０は、銀粒子や銅粒子などを含む導電性フィラー１３０と、導電性フィラー１３０を結着するためのバインダー１４０で構成されている。
【００３３】
なお、図１の配線パターン１２０は、導電性ペーストを加熱硬化処理した後の状態を示している。
【００３４】
以下に、配線パターン１２０を形成する導電性ペーストについて説明する。
【００３５】
本発明の実施の形態の導電性ペーストは、例えば８０重量部〜９５重量部の導電性フィラー１３０と５重量部〜２０重量部のバインダー１４０で構成されている。そして、バインダー１４０は、熱硬化性樹脂と生分解性材料と微生物とを含有している。
【００３６】
なお、バインダー１４０が５重量部以下では、導電性ペーストの粘度が高くなるため、スクリーン印刷時に十分な流動性が得られず、印刷性が低下し、取り扱いが難しくなる。特に、バインダー１４０が０．１重量部以下では、導電性フィラー１３０の結着力の低下や基板１１０との付着力の低下を生じる。また、導電性フィラー１３０の分散性が悪くなるため、導電性フィラー１３０の部分的な凝集により、例えばバインダー１４０成分の多い部分が生じ、配線パターン１２０の配線抵抗が高くなる。
【００３７】
一方、バインダー１４０が２０重量部以上では、導電性フィラー１３０間の間隔が広がるため、導電性が低下し、結果的に配線抵抗が高くなる。そのため、通常、導電性フィラー１３０とバインダー１４０の最適な配合比が、上記条件により決められる。
【００３８】
そこで、本発明の実施の形態では、導電性フィラー１３０とバインダー１４０を上記で示した所定量の配合比で混合し、バインダー１４０中に、熱分解性樹脂、生分解性材料と微生物とを含有する導電性ペーストで、絶縁性の基板１１０上に配線パターン１２０を形成した後、加熱硬化処理をする前に、微生物により生分解性材料を分解させ、最終的に二酸化炭素と水にしてバインダー１４０からなくするものである。そして、所定の時間経過後に加熱硬化処理により、微生物を死滅させると共に、生分解性材料の分解除去により、バインダー１４０量が減少し、導電性フィラー１３０間の間隔が近接するため導電性の向上した配線パターン１２０を形成できるものである。
【００３９】
また、必要に応じて、溶剤、硬化促進剤、レベリング剤、沈降防止剤、カップリング剤や消泡剤を添加してもよい。特に、揮発性や非揮発性の溶剤は、導電性ペーストの粘度を任意に変えることができるので、微細な配線パターン１２０の形成に効果が大きい。
【００４０】
また、溶剤として、オリゴ糖などの糖類やアミノ酸などの生分解性材料と微生物を含有したものを用いることもできる。この場合、粘度調整が容易で、微細な配線パターン１２０を形成できる。さらに、生分解性材料は揮発しないため、配線パターン１２０形成前後で導電性ペーストの粘度が変化することがなく、作業効率や形状の安定性などの信頼性が向上する。そして、配線パターン１２０形成後、バインダー１４０中の生分解性材料と溶剤中の生分解性材料が、微生物により分解されるため、配線パターン１２０の加熱硬化後、上記溶剤を含まない導電性ペーストと同様に、配線抵抗の低い配線パターン１２０を形成できる。
【００４１】
なお、導電性フィラー１３０としては、例えば、銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、錫などの金属粒子やこれらの合金粒子などを用いることができる。さらに、例えばアルミナなどの無機材料やポリスチレン樹脂などの有機材料の表面に金属をコーティングしたものを用いることもできる。そして、導電性フィラー１３０の形状は、特に限定されないが、球状や鱗片状のものが好ましい。その大きさは、球状の場合、平均粒径が０．１μｍ〜１０数μｍ程度が用いられるが、特に０．１μｍ〜５μｍのものが好ましい。
【００４２】
また、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂や尿素樹脂などが用いられる。さらに、これらの内の１種もしくは２種以上の混合系で使用することもできる。特に、エポキシ樹脂は、導電性ペーストの粘度、硬化反応性や基板との付着性の点から好ましいものである。
【００４３】
また、生分解性材料としては、微生物合成法で製造される脂肪酸ポリエステル系やオリゴ糖などの多糖類系からなる生分解性プラスチック、天然物誘導法で製造されるデンプン複合物系やデンプンからなる生分解性プラスチック、化学合成法で製造される脂肪族ポリエステル系、ポリエステルアミド系、ポリカプロラクトン系、ポリ乳酸系や酢酸セルロース系からなる生分解性プラスチックなどの生分解性高分子などの分子量が数１００〜数１０００の粘性液体、または分子量がそれ以上の固形物のものを用いることができる。特に、固形物からなる生分解性高分子の場合には、従来の流動性を制御するために配合されている、例えばシリカなどからなる無機フィラーと同様の効果を発揮するものである。さらに、生分解性高分子の場合、最終的には、無機フィラーのように配線パターン１２０中に残存しないので、導電性を低下させることがなく、その効果は大きいものである。
【００４４】
また、微生物としては、例えば、放線菌、緑濃菌、子のう菌、担子菌、糸状菌などの細菌やバクテリアを用いることができる。なお、微生物は、常温（例えば２０℃〜６０℃）付近で活動が活発化するものが好ましく、また、１００℃以上では死滅する微生物が望ましい。さらに好ましくは、０℃以下の温度では、活動が休止するか、または分解速度が極端に低下する微生物がよい。これは、微生物を含有した導電性ペーストの保管時の生分解性材料の分解の防止を考慮したものであるが、スクリーン印刷する直前に、微生物をバインダーと混ぜ合わせる場合には特に必要ない。
【００４５】
また、揮発性や非揮発性の溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、トルエン、ブタノール、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、シクロヘキサンなどやエチレングリコール系、エーテル系などを用いることができる。
【００４６】
以下に、本発明の導電性ペーストを用いて形成される配線パターン１２０を有する配線基板１００の製造方法について、図２を用いて説明する。
【００４７】
図２は、配線基板１００の製造方法の一例を説明する要部断面図である。
【００４８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えばエポキシ樹脂などの絶縁性の基板１１０上に、導電性ペーストをスクリーン印刷などにより、所定の配線パターン１２０形状で印刷する。このとき、導電性ペーストは、平均粒径０．３μｍの銀粒子からなる８０重量部の導電性フィラー１３０とエポキシ樹脂とポリ乳酸系の生分解性材料と放線菌からなる２０重量部のバインダー１４０の混合物である。
【００４９】
つぎに、上記方法で形成された配線パターン１２０を、例えば２０℃〜３０℃程度の常温で所定時間放置する。このとき、所定時間とは、放線菌などの微生物がバインダー１４０に混合した生分解性材料を分解するのに要する時間である。
【００５０】
しかし、通常分解に要する時間は、例えば、常温（２０℃）であれば数１０日〜数１００日を要する場合がある。そのため、分解時間を短縮する場合には、混合される微生物の活動温度が高いものを用い、放置温度を４０℃〜７０℃に設定することにより、数１０時間程度にすることが可能である。これは、温度上昇による微生物の活動の活発化と増殖の相乗効果によるものと考えられる。なお、この値は絶対的なものではなく使用する微生物や環境などの要因により最適な条件が決められることは言うまでもない。
【００５１】
上記微生物の作用により、図２（ｂ）に示すような、生分解性材料が低分子化合物を経て、最終的に水と二酸化炭素に分解され、空孔や洞穴形状の穴１５０が形成される。
【００５２】
つぎに、図２（ｂ）の穴１５０が形成された配線パターン１２０形状の導電性ペーストを、バインダー１４０中の熱硬化性樹脂の硬化温度以上で加熱処理する。例えば、熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂の場合、加熱処理条件は、１３０℃、６０分である。この処理工程により、穴１５０を埋めるようにエポキシ樹脂が流動しながら硬化し、それに伴って、導電性フィラー１３０間が緻密になる。その結果、導電性フィラー１３０間の接触面積などが増加し、導電性が高くなる。
【００５３】
また、この加熱処理により、バインダー１４０中の微生物も完全に死滅させることができるため、図２（ｃ）に示す配線パターン１２０形成後に残存する微生物が問題となることはなくなる。よって、熱硬化性樹脂の硬化温度、例えばエポキシ樹脂の場合１３０℃以上で死滅しない微生物は利用できないことになる。
【００５４】
なお、上記配線基板１００の製造方法では、導電性ペースト中に予め微生物を混合させる方法で説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、導電性フィラー１３０と熱硬化性樹脂および生分解性材料を含むバインダー１４０からなる導電性ペーストで、絶縁性の基板１１０上に配線パターン１２０を形成した後、微生物を少なくとも配線パターン１２０は覆うように散布する。そして、微生物を散布し、所定時間放置した後、硬化処理を行い配線パターン１２０を形成してもよい。これによれば、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、導電性ペーストが保存中に微生物により分解されないため、保存性に優れた導電性ペーストを得ることができる。また、微生物が配線パターン１２０の表面から生分解性材料を分解するため、導電性フィラー１３０が露出しやすく、外部機器などとの接続時の接触抵抗を低減することもできる。
【００５５】
さらに、上記配線基板１００に用いた導電性ペーストに、揮発性、非揮発性の溶剤や生分解性材料と微生物からなる溶剤を含有した導電性ペーストを用いてもよい。この場合、生分解性材料としては、分子量が数１００〜数１０００程度の粘性液体状のものが用いられる。例えばオリゴ糖などの糖類やアミノ酸などである。これにより、導電性ペーストの粘度の調整範囲が広がり、微細な配線パターン１２０などの形成が容易となる。特に、生分解性材料と微生物からなる溶剤は、製造過程で、溶剤の揮発による粘度変化が小さいので、導電性ペーストの管理の簡略化や配線パターン１２０の形状安定性に優れ、信頼性の高い配線基板１００を実現できる。
【００５６】
また、本発明の実施の形態の導電性ペーストを用いた配線基板１００を、例えば、携帯機器や携帯端末などに用いることにより、配線抵抗が低いため電力消費の少ない電子機器を実現できる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施の形態に係る導電性ペーストを用いた配線基板１００の作製について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【００５８】
本実施例においては、以下の条件により、例えば、導電性フィラー１３０として銀粒子を含有する導電性ペーストで配線パターン１２０を絶縁性の基板１１０上に印刷した。絶縁性の基板１１０としては、ポリイミド樹脂からなるフィルムシートで、その厚みが２００μｍのものを用いた。導電性ペーストは、導電性フィラー１３０として銀粒子の粒径が０．５μｍ〜１０μｍの球状銀粒子と鱗片状銀粒子の混合粒子を８５重量部、硬化温度１２０℃のエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂を１０重量部とオリゴ糖などや重合度１５程度のポリ乳酸などからなる生分解性材料を約５重量部と放線菌からなる微生物を０．０１重量部以下の微小量を含有するバインダー１４０に混合して用いた。この導電性ペーストでスクリーン印刷法を用いて、絶縁性の基板１１０上に配線パターン１２０形状を印刷した。そのときのスクリーンメッシュの線径は２５μｍ、感光性乳剤層厚は１０μｍで、配線パターン１２０の線幅設計値が１５０μｍとなるようにした。導電性ペーストで配線パターン１２０形状に印刷した後、微生物に生分解性材料を分解させるために、３５℃の環境温度中に４８時間放置した。その後、バインダー１４０の熱硬化樹脂の硬化温度１３０℃で６０分の加熱処理により配線パターン１２０を形成した。このときの配線パターン１２０の膜厚は２０μｍ〜３０μｍ、その線幅は１４０μｍ〜１５０μｍであった。これは、従来の導電性ペーストを用いた配線パターンよりも小さいものであり、その要因は生分解性材料の分解による体積収縮量によるものと考えている。また、この加熱処理により、バインダー１４０中の微生物が死滅したことを、処理後の配線パターン１２０を培養することにより確認した。
【００５９】
このようにして作製した配線基板１００の配線パターン１２０の導電性を評価した。その結果、表１に示す。
【００６０】
【表１】
2006140082.tif 000003
【００６１】
この表１から、生分解性材料と微生物を含有しない、従来の同じ配合比からなる導電性ペースト（試料名Ａ）を用いた配線パターン１２０の比抵抗に比べて、生分解性材料の含有した導電性ペースト（試料名Ｂ、Ｃ）の比低抗が１／２から１／３になった。つまり、上記導電性ペーストを用いることにより、配線パターン１２０の配線抵抗の小さい配線基板１００を実現できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の導電性ペーストによれば、十分な導電性を得ることができるため、配線抵抗の低い配線基板や電力損失の少ない電子機器の実現において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態に係る配線基板の斜視図（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ線から見た要部断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る配線基板の製造方法の一例を説明する要部断面図
【符号の説明】
【００６４】
１００    配線基板
１１０    基板
１２０    配線パターン
１３０    導電性フィラー
１４０    バインダー
１５０    穴
【図１】
2006140082.tif 000004
【図２】
2006140082.tif 000005