(57)【要約】【課題】  描画性と密着性とを両立させ、描画装置として描画機能付ディスペンサやインクジェット装置等を使用し、回路基板を作製するといった産業用途に適した描画形成方法を提供する。【解決手段】  導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法において、基板に酸素元素を表面に含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小さい基板を用い、溶液にその表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法であって、
上記基板に、酸素元素を表面に含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小さい基板を用い、
上記溶液に、その表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項２】
導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法であって、
上記基板に、酸素元素及びシリコン元素を表面に含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小さい基板を用い、
上記溶液に、その表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項３】
導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法であって、
上記基板上にコーティング層を形成して、そのコーティング層上に描画形成するものとし、
上記コーティング層は酸素元素及びシリコン元素を含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小とされ、
上記溶液に、その表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のいずれかの配線パターンの描画形成方法において、
上記表面にフッ素元素が含まれていることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれかの配線パターンの描画形成方法において、
上記溶液の２５℃における表面張力を２５ｄｙｎ／ｃｍ以上、３５ｄｙｎ／ｃｍ以下とすることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項６】
請求項５記載の配線パターンの描画形成方法において、
上記溶液に、サブミクロン以下の導電粒子が分散している液を用いることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のいずれかの配線パターンの描画形成方法において、
上記溶液の滴下にディスペンサもしくはインクジェット装置を用いることを特徴とする配線パターンの描画形成方法。
【請求項８】
請求項１乃至７記載のいずれかの配線パターンの描画形成方法を用いて配線パターンが形成されていることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は導電成分を含む溶液を滴下することにより基板上に配線パターンを描画して形成する方法に関し、特に基板上の描画性と描画後の残留固形分の密着性とを両立させた描画形成方法に関する。なお、ここでは溶液とはいわゆる液相の溶体に加え、微粒子が液に分散混合されている状態のものも含むものとし、これらを合わせて溶液と称する。
【背景技術】
【０００２】
最初に、密着性と描画性についての従来技術について説明する。
まず、密着性について説明する。例えば溶液と溶液を滴下する基材との間の密着性を考える場合、代表的な溶液として接着剤を挙げることができる。一般に、接着剤は滴下した基材上で媒体の役目をし、その目的は付着固定にある。そして、付着固定するためには基材を親水処理して接着剤の濡れ性を高め、付着仕事を大きくすることが通例とされている。即ち、基本的に基材上での溶液の密着性（付着固定）を期待するには、基材上に滴下した溶液の濡れ性を高めるために、基材表面を親水化するといった処理加工が施される。
【０００３】
次に、描画性について説明する。描画（絵を描く）は例えばパーソナルコンピュータを装備して構成された描画機能付ディスペンサやインクジェット装置等を使用し、事前の描画設計に従って行われる。描画性とは事前の設計通りに基材側に描画（転写）されることであり、基材の表面状態が重要な因子となる。一般的には基材表面の濡れ性が高いと滴下した溶液が濡れ広がり、設計通りの描画は期待できない。従って、描画性をより向上させるためには基材表面を撥水処理するといったことが一般に行われる。
一方、今日広く普及している民生用のインクジェット基材においては、その表面に受容層を形成するといったことが行われており、上述したような処理を施す基材とは一線を隔している。つまり、滴下した溶液の溶媒が受容層に吸収されて、顔料や染料等の溶質や溶液中の分散固形分が固着される構造となっており、これにより結果的に描画性を向上させるものとなっている。
【０００４】
ところで、密着性と描画性を両立させた趣旨の構成が特許文献１に記載されている。特許文献１ではインクジェットにより書き込むフルカラー電子黒板において、特に定着性を向上させることを目的に、電子黒板用に用いられる記録媒体の２５℃における臨界表面張力γＣを２５〜５０ｄｙｎ／ｃｍの範囲とし、インクが滲まず、またはじかれることなく、適切なドット径とするために、インクの表面張力γＬをγＣ≦γＬ≦γＣ＋５ｄｙｎ／ｃｍの範囲とすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２４９６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上に配線パターン（回路）を描画形成する際、重要なことは配線パターンの基板上での密着性と描画性が両立することであり、どちらかが欠けても配線パターンの形成に支障をきたす。上述したように、密着性を高めるためには基板表面を親水化する方向に処理加工しなければならず、一方描画性を向上させるためには基板表面を撥水化する方向に処理加工しなければならない。即ち、密着性と描画性とを両立させるために、相反する処理加工を必要とするという問題がある。
一方、上記したように、インクジェット基材はこのような問題を解決するために、基材表面に設けた受容層に溶媒を吸収させ、溶質や分散固形分を固着させるものとなっているが、例えば基板上への配線パターンの形成においてこのような受容層を設けると、配線パターンを形成する溶質や分散固形分が受容層内に固着されることになり、つまり基板表面に配線パターンを形成することができず、よってこのような受容層を設けるといった構成を基板上への配線パターンの描画形成に採用することはできない。
【０００６】
また、特許文献１ではインクジェットにより書き込むフルカラー電子黒板において、記録媒体の臨界表面張力γＣを２５〜５０ｄｙｎ／ｃｍの範囲とし、インクの表面張力γＬをγＣ≦γＬ≦γＣ＋５ｄｙｎ／ｃｍの範囲とすることを特徴としているが、問題はその範囲である。つまり、基板上に配線パターンを描画形成するといった産業用途においては、後述するように溶液の表面張力γＬは２５〜３５ｄｙｎ／ｃｍが最適であって、この特許文献１に記載されている範囲と異なり、よって配線パターンを基板上に描画形成する場合に、基板の臨界表面張力γＣ及び溶液の表面張力γＬの条件に特許文献１に記載されているような条件を適用することができないことが判明した。
【０００７】
この発明は上述したような点に鑑み、基板上への配線パターンの描画形成において、描画性と密着性とを両立させた最適な描画形成方法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】
【０００８】
請求項１の発明によれば、導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法において、基板に酸素元素を表面に含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小さい基板を用い、溶液にその表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いる。
請求項２の発明によれば、導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法において、基板に酸素元素及びシリコン元素を表面に含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小さい基板を用い、溶液にその表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、導電成分を含む溶液を滴下することによって基板上に配線パターンを描画形成する方法において、基板上にコーティング層を形成して、そのコーティング層上に描画形成するものとし、コーティング層は酸素元素及びシリコン元素を含み、その表面の２５℃における臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍより小とし、溶液にその表面張力が上記臨界表面張力より大きい溶液を用いる。
請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、上記表面にフッ素元素が含まれているものとする。
【００１０】
請求項５の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、溶液の２５℃における表面張力を２５ｄｙｎ／ｃｍ以上、３５ｄｙｎ／ｃｍ以下とする。
請求項６の発明では請求項５の発明において、溶液にサブミクロン以下の導電粒子が分散している液を用いる。
請求項７の発明では請求項１乃至６のいずれかの発明において、溶液の滴下にディスペンサもしくはインクジェット装置を用いる。
請求項８の発明によれば、回路基板は請求項１乃至７記載のいずれかの配線パターンの描画形成方法を用いて配線パターンが形成されているものとされる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、基板上への配線パターンの描画形成において、基板上の描画性と描画後の残留固形分の密着性とを両立させることができ、回路基板の作製に好適な描画形成方法を得ることができる。特に、この発明による描画形成方法は小型携帯機器等の内部に配設されているフレキシブル回路基板等への適用に最適であり、そのような微細な配線パターンを有するフレキシブル回路基板を良好に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施形態を説明する。
配線パターンを基板上に描画形成する描画装置としてはパーソナルコンピュータを備えた描画機能付ディスペンサやインクジェット装置を使用するものとし、最初に、これら描画機能付ディスペンサやインクジェット装置等の汎用装置を使用し、描画実験を行った結果を溶液の観点で示す。
基板上に配線パターンを描画形成するといった産業用途に適用する場合、溶液の溶媒は一般的な水系ではなく、溶質を均一溶解し、あるいは微粒子よりなる固形分を均一分散するのに適する有機系溶媒が最適であった。特に、蒸発速度が遅い有機系溶媒を用いることで、微細なノズルから目詰まりすることなく、常時安定して吐出描画することができた。最適な有機系溶媒としては、例えばジエチレングリコールジエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコール、テトラデカン等を挙げることができる。これら溶媒の沸点は１９０℃〜２２０℃程度であった。
【００１３】
これら有機系溶媒を含む溶液が安定に吐出できた理由として、沸点の他、溶液の表面張力が起因していることが判った。基本的にノズルから吐出される溶液の表面張力が高いとメニスカスが形成できず、低いと吐出の瞬間に空中で液滴を形成できない。つまり、溶液の最適表面張力が存在することになる。水系の溶媒では表面張力が７０ｄｙｎ／ｃｍ程度であり、高すぎることが安定吐出できない理由の一つと言える。実験により、基板上に配線パターンを描画形成するといった産業用途に適用する場合、溶液の表面張力γＬは２５℃において２５〜３５ｄｙｎ／ｃｍの範囲が最適であるという測定結果が得られた。
【００１４】
このような表面張力γＬを有する溶液により、基板上に配線パターンを描画形成するには、基板の臨界表面張力γＣは溶液の表面張力γＬよりも小さくしないと描画できないことが判った。基板の臨界表面張力γＣを例えば２５ｄｙｎ／ｃｍよりも小さくすることにより、基板に滴下された液滴が基板の適所に留まっていることを確認した。
次に、密着性の問題について説明する。臨界表面張力γＣが２５ｄｙｎ／ｃｍよりも小さい材料はフッ素系の官能基を有する例えばテフロン（登録商標）等に代表されるフッ素樹脂にほぼ限定される。このようなフッ素系官能基を有する材料は撥水効果をもつ代表的な材料であり、一般に密着性は期待できない。
【００１５】
そこで、密着性問題を解決するために、主に基板に残留する溶液の溶質や固形分と基板表面との関係に注目した。描画機能付ディスペンサやインクジェット装置等で基板上に配線パターンを描画形成するためには基板の臨界表面張力γＣは溶液の最小表面張力２５ｄｙｎ／ｃｍよりも小さくする必要があるが、この条件下において、基板表面に酸素元素が含まれるように処理加工することで密着性が向上した。
密着性が向上した理由として、基板表面の酸素元素を有する官能基と、基板表面に残留する溶質や固形分とが水素結合あるいは化学結合したと推測する。基板表面に酸素元素が存在せず、フッ素系のみの官能基が存在する場合には水素結合や化学結合を期待できず、それら水素結合や化学結合よりも弱い分子間力のみが基板と残留固形分との間に働いているにすぎない。即ち、このことが基板表面に酸素元素がないと密着性が得られなかった理由だと推測する。
【００１６】
また、密着に関与する残留固形分においては、その粒子径も重要な因子である。実験より粒子径がサブミクロン以下の場合は密着し、マイクロオーダー（１μｍ以上）では密着しなかった。粒子径がサブミクロン以下の粒子は表面が活性で、溶媒蒸発過程において粒子どうしが融着反応することが知られている。つまり、この融着反応時に基板との結合反応が進行すると推測できる。一方で、粒子径がマイクロオーダーになると融着反応は進行しない。この時、粒子は単独で分散しているに過ぎず、基板との反応は期待できない。つまり、粒子径がマイクロオーダー以上では基板との密着性は得られないと推測できる。
【００１７】
密着性向上のための基板の処理として、基板表面に酸素元素が存在しない時は、基板表面に対して酸素プラズマ処理やＵＶ照射処理を行うことが最適な手法である。但し、描画性の前提条件である基板の臨界表面張力γＣを溶液の表面張力２５ｄｙｎ／ｃｍよりも小さくする範囲内で上記処理を行うことが必須条件となる。
一方、基板表面の臨界表面張力γＣが大きい場合にはフッ素系ガスによるプラズマ処理を基板表面に施すことによって臨界表面張力γＣを２５ｄｙｎ／ｃｍより小さくすることができる。
【００１８】
以上により、基板上への配線パターンの描画形成において、描画性と密着性とを両立させることができるものとなる。
以下、基板上への配線パターンの描画形成の具体的実施例について説明する。
描画装置には市販のインクジェット装置を使用した。描画する基板は可撓性を有する（フレキシブルな）基板とし、その構成材料はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）とした。溶液の溶媒はジエチレングリコールジエチルエーテルとし、溶液には導電成分として粒子径がサブミクロン以下の銀粒子が分散されているものとした。
【００１９】
（１）溶液の表面張力γＬを求めた。測定には協和界面科学（株）製の界面張力測定装置を用い、Young-Laplace法により解析した。その結果、溶液の２５℃における表面張力γＬは２５ｄｙｎ／ｃｍであった。
（２）基板の臨界表面張力γＣを求めた。測定には協和界面科学（株）製の接触角測定装置を用いて、基板上に純水、ジョードメタン、ブロモナフタレンの３種の液体を滴下し、接触角を測定後、北崎−畑法をベースに解析した。その結果、２５℃において基板の臨界表面張力γＣは４４ｄｙｎ／ｃｍであった。ここで、（１）項の溶液の表面張力γＬ＝２５ｄｙｎ／ｃｍよりも基板の臨界表面張力γＣを小さくするため、基板表面にフッ素系プラズマ処理を施した。その結果、基板の臨界表面張力γＣは１９ｄｙｎ／ｃｍとなった。
【００２０】
（３）上記（１），（２）項の溶液、基板を用いて、インクジェット装置により配線パターンの描画形成を行った。インクジェット装置は解像度７２０ｄｐｉ、４０ｐｌ／ノズルに設定し、基板１１上の描画パターンはここでは図１に示したようなラインアンドスペースとした。なお、配線パターン１２のパターン幅Ｗ及びスペースＳは共に０．１ｍｍとし、配線長は２５ｍｍとした。
（４）描画形成した基板１１上の配線パターンの銀粒子の融着を促進するため、１５０℃，３０分の硬化を行った。
【００２１】
（５）以上により形成した回路基板に対して密着性試験及び描画性評価を行った。密着性試験としてはテープ試験（ＪＩＳ規格準拠）を行い、描画性評価においては配線パターン間の短絡、配線パターンの断線の有無を顕微鏡により観察し、また配線パターンの導通試験及び配線パターン間の絶縁試験を行った。
その結果、密着性試験において剥離は発生せず、試験に合格した。また、描画性評価においては外観観察において異常は見られず、配線パターン導通試験では２０Ω程度の値が得られ、さらに配線パターン間絶縁試験で１００ＭΩ以上の値が得られ、良好な結果が得られた。
【００２２】
次に、上述した実施例に対し、基板材料及び溶液を替えて評価した実施例及び比較例について説明する。
用いた溶液は上記の溶液に加え、有機銀溶液と粒子径が１μｍ以上の銀粒子が分散している溶液の３種類である。基板材料にはＰＥＴに加え、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、テフロン（登録商標）を用いた。評価・実施形態は前述した実施例の（１）〜（５）項に準拠し、作製した回路基板の密着性試験及び描画性評価を行った。結果を下記表１に示す。表１は前述した実施例の結果も合わせて示している。なお、用いた溶液（サブミクロン以下の銀粒子分散溶液、有機銀溶液、１μｍ以上の銀粒子分散溶液）の２５℃における表面張力γＬはいずれも２５ｄｙｎ／ｃｍの測定結果を得た。
【００２３】
【表１】
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＊表は描画性＆密着性の評価結果を順に○＆×表示したものであり、○は良、
×は不良を示す。
＊臨界表面張力γＣは２５℃における値であり、単位はｄｙｎ／ｃｍ。
＊コートとは基板にコーティング処理を施したことを示す。
＊Ｆ系プラズマとは基板にフッ素系プラズマ処理を施したことを示す。
＊コート＋Ｆ系プラズマとは基板にコート及びＦ系プラズマ処理を施したこと
を示す。
【００２４】
上記におけるコーティング処理（コート）にはこの例ではシラン（水素化ケイ素：ＳｉｎＨ２ｎ＋２）系コート材を使用し、シラン系コート材を塗布することによって基板上にコーティング層を形成した。このようなコーティング層を形成することにより、溶液の無機固形分と有機基板とを積極的に密着させることができる。ＰＥＴよりなる基板にコーティング層を形成した時のコーティング層表面の臨界表面張力γＣは４５ｄｙｎ／ｃｍとなり、続いてフッ素系プラズマ処理を施した結果、臨界表面張力γＣは１７ｄｙｎ／ｃｍとなった。
【００２５】
コーティング層を施した基板及びフッ素系プラズマ処理を施した基板の表面化学状態をＸＰＳ（X-ray photoelectron Spectroscopy）分析した。コーティング層には酸素元素成分及びシリコン元素成分が存在していることが確認され、フッ素系プラズマ処理を施した状態では酸素元素成分、シリコン元素成分の他、フッ素元素成分が存在していることを確認した。
表１より以下のことが言える。
１）ＰＥＴ及びＰＥＴにコーティング処理を施したものに、フッ素系プラズマ処理を施すことによって臨界表面張力γＣをそれぞれ大幅に小さくすることができる（２０ｄｙｎ／ｃｍ以下）。
【００２６】
２）γＣ≧γＬの条件では描画性は不良であり、γＣ＜γＬとすることで良好な描画性が得られる。
３）γＣ＜γＬの条件で、基板表面に酸素元素が含まれている場合において良好な密着性が得られる。
４）良好な密着性は粒子径がサブミクロン以下の銀粒子分散溶液及び有機銀溶液の双方において得られたが、粒子径が１μｍ以上の銀粒子分散溶液では得られなかった。
なお、上述した例では描画装置としてインクジェット装置を用いているが、これに替え、描画機能付ディスペンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】描画評価を行った配線パターンを示す平面図。
【図１】
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