(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属ナノ粒子を含むインクを塗布し、第一の膜を前記基板上に形成する工程と、
前記第一の膜の一部を選択的に焼成し、焼成部位と非焼成部位とを有する第二の膜を形成する工程と、
前記第二の膜の非焼成部位を前記基板から除去し、前記基板上に焼成部位で構成されている第三の膜を形成する工程と
を有し、
前記第二の膜の非焼成部位の除去方法は、前記焼成部位及び前記非焼成部位に対して一括して光照射を行う方法であることを特徴とする導電性配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記第一の膜の塗布がパターン塗布であることを特徴とする請求項１に記載の導電性配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記第一の膜の焼成が、光照射により行われることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記第一の膜の一部を光照射により選択的に焼成する際に、露光マスクを使用しないことを特徴とする請求項３に記載の導電性配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記第二の膜の非焼成部位の除去時に除去飛散物を吸引あるいは吹き飛ばすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性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、導電性配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に配線、アンテナ等の導電性パターンを形成する方法として、フォトリソグラフィー、エッチング等が主に利用されているが、プロセスの工程数、材料の使用効率等の点で問題があり、製造コストも高い。
【０００３】
そこで、インクジェット印刷法等の印刷法を用いて、導電性パターンを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
前記インクジェット印刷法は、インクジェット法を用いて、基板上にインクを印刷した後、乾燥・焼成する方法である。図面データに基づき所望の位置に選択的にインクを塗布できるので、従来印刷法で必要な版画が要らず簡便にパターン形成することができる。
また、特許文献１や特許文献２にあるようにインクジェット印刷法では微細な線を描画することが可能であり、これはすなわち微細幅の配線を形成することが可能であることを意味する。
【０００４】
印刷法を用いて導電層を形成する方法として、基板の表面上に複数の銅ナノ粒子を含有する層を堆積させる段階と、該層の少なくとも一部を露光して、露光部分を導電性にする段階とを備えた方法（光焼成プロセス）が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
インクとしては、一次粒子径がｎｍオーダーの金属粒子が分散媒中に分散しているナノメタルインクが知られている。ナノメタルインクはナノ粒子、分散剤、溶媒などからなるが、従来分散剤は粒子への吸着平衡により粒子に付着しているので、粒子の分散機能を実現するためには相当量を溶媒に加える必要がある。この時、特に高分子分散剤を使用する場合には分散剤量が多くなるとインクの粘度が上昇するため、特にインクジェットのように適正なインク粘度が規定される場合にはナノ粒子の濃度を上げることができず、所定量の粒子を基材に付与するためには多数回重ね塗りしなければならない。特に特許文献１のように基板の親インク領域と撥インク領域の表面エネルギー差を利用する場合は一回の塗布で吐出される液量が少ない。すなわちインクジェット印刷法では微細で且つ膜厚の厚い配線を形成することは困難であるという課題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来における前記課題を解決し、これまで困難であった微細かつ厚膜の導電配線を備えた導電性配線基板の製造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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、基板上に所定の線幅よりも大きいサイズで、かつ厚膜でもって金属ナノ粒子を含むインクを塗布し、微細配線部分のみを焼成した後、余分な部分を除去することにより上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
すなわち本発明は、基板上に金属ナノ粒子を含むインクを塗布し、第一の膜を前記基板上に形成する工程と、
前記第一の膜の一部を選択的に焼成し、焼成部位と非焼成部位とを有する第二の膜を形成する工程と、
前記第二の膜の非焼成部位を前記基板から除去し、前記基板上に焼成部位で構成されている第三の膜を形成する工程と
を有し、
前記第二の膜の非焼成部位の除去方法は、前記焼成部位及び前記非焼成部位に対して一括して光照射を行う方法であることを特徴とする導電性配線基板の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微細かつ厚膜の導電配線を備えた導電性配線基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法における各工程を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第一の実施の形態は、基板上に金属ナノ粒子を含むインクを塗布し、第一の膜を基板上に形成する工程と、前記第一の膜の一部を選択的に焼成し、焼成部位と非焼成部位とを有する第二の膜を形成する工程と、前記第二の膜の非焼成部位を前記基板から除去し、前記基板上に焼成部位で構成されている第三の膜を形成する工程とを有することを特徴とする導電性配線基板の製造方法である。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の第一の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の製造方法における各工程を説明するための模式断面図である。なお、図１に示す形態は第二の膜および第三の膜を形成する際にいずれも光熱エネルギーを使用した例である。
【００１３】
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１２上に金属ナノ粒子を含むインクを塗布し第一の膜１４を基板１２上に形成する。インクは下記で説明するように、金属ナノ粒子及び分散媒を含み、更に必要に応じて分散剤などその他の成分を含有してなる。基板１２上にインクを塗布した後、加熱あるいは放置するなどにより分散媒を揮発させて除去することにより、金属ナノ粒子を含む第一の膜１４が形成される。インクを塗布する方法に制限はないが、塗布後の膜の膜厚が均一になることが望ましい。例えば、インクジェット法が挙げられる。インクジェット法を採用する場合は塗布・乾燥を数回繰り返して重ね塗りする方法が有効である。第一の膜１４は、所望の配線パターンの線幅よりも太めに、かつ所望の膜厚よりも厚めに形成するのが好ましく、厳密に配線パターンの寸法どおりに塗布する必要はない。
【００１４】
例えば、第一の膜１４は、所望の配線パターンの線幅よりも２倍〜６倍程度太く形成するのが好ましい。また、配線パターンの線幅および第一の膜１４の膜厚は、用途に応じて種々決定されるが、配線パターンの線幅は例えば１０μｍ〜１００μｍであり、２０μｍ〜５０μｍが好ましく、第一の膜１４の膜厚は例えば１μｍ〜１０μｍであり、２μｍ〜５μｍが好ましい。
【００１５】
次に、図１（Ｂ）に示すように前記第一の膜１４の一部を選択的に焼成し、焼成部位１４ａと非焼成部位１４ｂとを有する第二の膜１４’を形成する。焼成工程とは、基板１２上に塗布された金属ナノ粒子を焼成する工程である。基板１２上に塗布された金属ナノ粒子を焼成すると金属ナノ粒子同士が融合することにより、金属ナノ粒子間の界面を消失させることができる。焼成された焼成部位１４ａは導電性をもつ配線部となり、非焼成部位１４ｂはそのまま金属ナノ粒子が堆積した塗膜状態のままである。
【００１６】
焼成方法としては、選択的に金属ナノ粒子同士を融合させることが可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱焼成、プラズマ焼成、光焼成などが挙げられる。焼成する際の雰囲気温度は、加熱焼成およびプラズマ焼成の場合１００℃〜２００℃が好ましく、１００℃〜１５０℃がより好ましい。前記光焼成する際に用いる光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、キセノンランプなどが挙げられる。なお、焼成前に、第一の膜１４を加熱乾燥することが好ましい。
【００１７】
選択的に焼成する手段としては光による焼成（光焼成）が好ましい。光焼成であれば光が照射されたところだけが焼成され焼成部位１４ａとなり、光が照射されなかった部分は非焼成部位１４ｂとなる。また光は直進性が高いので、焼成部位１４ａ、非焼成部位１４ｂの界面が明確になるので、解像度も高くすることが可能になる。
他に、パターンに対応するマスクを使用して配線パターン部分のみに光を照射してもよい。
【００１８】
次に、図１（Ｃ）に示すように前記第二の膜１４’の非焼成部位１４ｂを基板１２から除去し、基板１２上に焼成部位１４ａで構成されている第三の膜１４’’を形成する。非焼成部位１４ｂの除去方法としては、図１（Ｃ）に示すように過剰な光を照射し、非焼成部位１４ｂの堆積粒子Ｐをバーストさせる方法や、湿式洗浄する方法等が挙げられる。
非焼成部位１４ｂが基板１２から除去されると、図１（Ｄ）に示すように、膜厚の厚い第三の膜１４’’からなる微細配線が完成する。
【００１９】
本発明では、所望の線幅および膜厚の配線パターンを得るために、上記のように、第一の膜１４を、所望の配線パターンの線幅よりも太めに、かつ所望の膜厚よりも厚めに形成するのが好ましい。上記の本発明の各工程を経ることにより、第一の膜１４の線幅および膜厚は、初期の値よりも減じられ、微細な配線パターンを得ることができる。また本発明では第一の膜１４の膜厚を厚く設定することができるので、微細な配線パターンが完成した後でも、所望の膜厚を得ることができる。第一の膜１４の線幅および膜厚が、本発明の製造方法の各工程を経てどの程度減少するのかは、第一の膜１４の焼成温度や第二の膜１４’における非焼成部位１４ｂの除去エネルギー等に依存し、これらは予備実験により事前に把握することが可能である。
【００２０】
本発明の上記各工程において使用される基板、インクについて説明する。
【００２１】
（基板）
本発明の実施の形態における基板は、ガラスや金属などの基板、樹脂フィルムなど特に限定されない。特に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、ポリエーテルサルホン、ポリカーボネートが好適に使用される。
【００２２】
（インク）
本発明に使用されるインクは、導電性の配線パターンの形成に用いられ、金属ナノ粒子及び分散媒を含み、更に必要に応じて分散剤などその他の成分を含有してなる。
【００２３】
＜金属ナノ粒子＞
金属粒子としては、導電性の配線パターンを形成することが可能であれば、特に限定されないが、銅粒子、銀粒子、ニッケル粒子などが挙げられる。
本発明で言う金属ナノ粒子とは、平均一次粒子径が１μｍ未満の粒子を意味し、該粒子径は、２ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍがより好ましい。
なお、金属ナノ粒子の平均粒径は、例えば、動的光散乱法を用いて測定することができる。
金属ナノ粒子のインクにおける含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、分散媒１００質量部に対して、１０質量部〜５０質量部が好ましい。
【００２４】
＜分散媒＞
分散媒としては、金属ナノ粒子を分散させることが可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機溶媒などが挙げられる。前記有機溶媒としては、アルコール、アルキルエステル、モノアルキルグリコールエーテル、グリコールモノアルキルエーテルエステル又はジアルキルグリコールエーテルなどの極性有機溶媒、炭化水素などの非極性有機溶媒が挙げられる。
【００２５】
前記モノアルキルグリコールエーテルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−２−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル等のエチレングリコール系エーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコール系エーテルなどが挙げられる。
【００２６】
前記グリコールモノアルキルエーテルエステルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
【００２７】
前記ジアルキルグリコールエーテルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。
【００２８】
非極性有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、テトラデカン等のパラフィン系炭化水素、イソヘキサン、イソオクタン、イソドデカン等のイソパラフィン系炭化水素、シクロドデセンなどのシクロオレフィン系炭化水素、流動パラフィン等のアルキルナフテン系炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、アルキルベンゼン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素、あるいは、ジメチルシリコーンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、ジアルキルシリコーンオイル、アルキルフェニルシリコーンオイル、環状ポリジアルキルシロキサン又は環状ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーン系のオイルが挙げられる。
【００２９】
＜分散剤＞
本発明では前記金属ナノ粒子の分散媒中での凝集を防ぐ目的として、分散剤を添加することが好ましい。分散剤としては公知の分散剤が使用でき、特に限定されない。分散剤の前記インクにおける含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記分散媒１００質量部に対して、１質量部〜２０質量部が好ましい。
【００３０】
前記金属ナノ粒子を分散媒中に分散させる際に用いる分散機としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、アトライターなどが挙げられる。
【００３１】
本発明の第二の実施の形態は、前記第一の膜１４の塗布がパターン塗布である前記第一の実施の形態における導電性配線基板の製造方法である。
パターン塗布とは基板１２全面ではなく必要な部分のみに選択的にインクを塗布することであり、例えば電気回路の配線を基板１２上に形成することを想定している。塗布領域が必要部分のみなので、インクの消費量が全面塗布に比べて少なく済み、経済的である。
前記パターン塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インクジェット法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などが挙げられる。これらの中でも、簡便に直接パターニングできる点から、インクジェット法が好ましい。
【００３２】
本発明の第三の実施の形態は、前記第一の膜１４の焼成が光照射により行われる前記第一または第二の実施の形態における導電性配線基板の製造方法である。
光焼成とは光源からの光をインク中の特に金属ナノ粒子が吸収し、発熱することによって生じる熱エネルギーによって金属ナノ粒子が焼成されることである。光により焼成するので配線パターン部分のみを特に選択的に焼成することが可能である。
【００３３】
本発明の第四の実施の形態は、前記第一の膜１４の一部を光照射により選択的に焼成する際に、露光マスクを使用しないことを特徴とする前記第三の実施の形態における導電性配線基板の製造方法である。
露光マスクを使用する際にはその作製に時間・コストが必要となり、大量生産しない限り製造コストが高くなってしまうという課題があるが、露光マスクを使用せずに選択的に必要な部分のみを光照射することにより、これらの課題が解決される。
露光マスクを使用しない光照射方法としてはレーザー光の照射が挙げられる。レーザー光の波長としては特に限定されないが、インク材料、特に金属ナノ粒子が吸収することができる波長であることが好ましい。
【００３４】
本発明の第五の実施の形態は、前記第二の膜１４’の非焼成部位１４ｂの除去方法が光照射であることを特徴とする前記第一乃至第四の実施の形態における導電性配線基板の製造方法である。
過剰な光を照射すると過剰な発熱により瞬時にインク中の分散剤などの有機物が熱分解してガス化することによりバーストし、非焼成の金属ナノ粒子が飛散する。光照射方法としてはレーザーで非焼成部位１４ｂを選択的に過剰露光する方法や、後述のとおり全面一括でフラッシュランプにより過剰照射する方法が挙げられる。なお、全面を過剰照射する場合、既に焼成されている焼成部分１４ａは基材１２と金属ナノ粒子からなる金属層とが密着している状態なので、過剰照射による影響は何も受けず、そのまま残る。
【００３５】
本発明の第六の実施の形態は、前記第二の膜１４’の非焼成部位１４ｂの除去時に除去飛散物を吸引あるいは吹き飛ばすことを特徴とする前記第一乃至第五の実施の形態における導電性配線基板の製造方法である。
前記第二の膜１４’の非焼成部位１４ｂの除去時には非焼成のインク材料が飛散することになり、この内の一部は基板１２上に付着する可能性もある。これは電気回路に対しての異物となるため、ショートなどの原因になりかねない。本実施形態により飛翔した非焼成のインク材料が基板１２上に付着することがなくなるので、電気回路の信頼性が向上する。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されない。なお、部は質量部を意味する。
【００３７】
実施例１
（インクの調製）
特開２０１４‐１７７６００号公報の実施例１のインクを調製した。
すなわち、５部の下記分散剤１、銅粒子ＱＳＩ−Ｎａｎｏ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｐｏｗｄｅｒ（ＱｕａｎｔｕｍＳｐｈｅｒｅ社製）４０部及びエチレングリコールモノメチルエーテル１００部を１０分間超音波分散させた後、高速ミキサーのフィルミックス（プライミクス社製）を用いて１０分間分散させた。次に、孔径が１μｍのフィルターを用いて粗大粒子を除去し、平均一次粒子径が７５ｎｍである銅からなる金属ナノ粒子を含むインクを得た。
分散剤１： 撹拌機、温度計及び還流冷却器を備えた反応容器に、エタノール３００部を入れた後、窒素パージの下、６０℃に加熱した。次に、数平均分子量が５００のポリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレート９０部、メタクリル酸１０部及び重合開始剤アゾビスジメチルバレロニトリル１部からなる混合液を１時間で滴下した後、６０℃で５時間撹拌した。さらに、エバポレーターを用いてエタノールを蒸発させ、分散剤１を得た。
【００３８】
（基板へのインク塗布）
上記インクを用いてインクジェット装置（ピーエムティー社製、ＩＪ−ＤＥＳＫ）により受容層付きＰＥＴフィルム（ピクトリコ社製、グラフィックアーツ透明フィルム）にパターン描画した。描画後６０℃で３０分オーブン乾燥した。この塗布・乾燥を４回繰り返し、基板上に第一の膜を調製した。第一の膜の線幅は１２０μｍであり、膜厚は５．８μｍであった。
【００３９】
（配線部分の選択的焼成）
波長８１０ｎｍの赤外線レーザーを第一の膜の中心線に合わせて出力３００ｍＷ、ビーム径３０μｍ、掃引速度１ｍｍ／ｓで光照射したところ照射部分のみが焼成され、焼成部位と非焼成部位からなる第二の膜を作成した。
【００４０】
（非焼成部位の除去）
キセノンフラッシュランプ焼成装置（ＳＩＮＴＥＲＯＮ２０００、ＸＥＮＯＮ社製）を用いてパルス幅２ｍｓ、２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギーの光を照射したところ、焼成部位はそのままでそれ以外の非焼成部位の粒子が飛散し基板上から消失した。この工程により基板上に第三の膜が形成された。第三の膜の線幅は２８μｍ、膜厚は２．８μｍであった。  
【００４１】
実施例２
実施例１の配線部分の選択的焼成において、配線部分（幅３０μｍ）のみ光を透過するフォトマスク越しにキセノンフラッシュランプ焼成装置からパルス幅２ｍｓ、１６Ｊ／ｃｍ２のエネルギーの光を照射して配線部分を光焼成した以外は実施例１と同様に行ったところ、第三の膜の線幅は３０μｍ、膜厚は２．８μｍとなった。
【００４２】
実施例３
実施例１の基板へのインク塗布において、インクジェットの代わりにワイヤーバー（ウェットギャップ４０μｍ）で基板全面塗布した以外は実施例１と同様に行ったところ、第三の膜の線幅は２７μｍ、膜厚は３．４μｍとなった。
【符号の説明】
【００４３】
１２  基板
１４  第一の膜
１４’  第二の膜
１４’’  第三の膜
１４ａ  焼成部位
１４ｂ  非焼成部位
Ｐ  堆積粒子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開２０１３−１６７７３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１４６４９号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２８４２８号公報
【図１】
0006736973.tif 000002