(57)【要約】【課題】  回路基板間の導電接続を容易且つ確実に行うことができ、また、電子デバイスの小型化およびコストダウンを図ることのできる発泡性インクおよびそれを用いた回路基板を提供する。【解決手段】  熱硬化性材料および導電性材料を有するペースト状のインク剤２と、熱膨張性を有する発泡剤３とを混合した発泡性インク１であって、前記発泡剤３が１〜５重量％含有される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、熱硬化性材料および導電性材料を含有するペースト状のインク剤と、熱膨張性を有する発泡剤とを混合した発泡性インクであって、
前記発泡剤が、１〜５重量％含有されていることを特徴とする発泡性インク。
【請求項２】
前記インク剤中には、少なくとも前記導電性材料としての銅粉、および前記熱硬化性材料としてのエポキシ樹脂が含まれ、
前記インク剤１００重量％中に、前記銅粉が７９〜８１重量％、前記エポキシ樹脂が９〜１１重量％含有されていることを特徴とする請求項１に記載された発泡性インク。
【請求項３】
前記発泡剤は、前記発泡剤中に少なくとも発泡性モノマーを１０〜１５重量％含有する共重合体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発泡性インク。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項４に記載された発泡性インクが、スルーホール中に埋め込まれた第一の基板と、前記第一の基板と電気的に接続される第二の基板とを備え、
前記第一の基板と前記第二の基板とを加熱処理することにより前記発泡性インクが膨張し、該発泡性インクが硬化することにより、前記第一の基板と第二の基板とが電気的に接続されていることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
前記第二の基板はＩＴＯ（酸化インジウム錫）が成膜されたＩＴＯ基板であって、
前記発泡性インクは前記ＩＴＯ膜に接続していることを特徴とする請求項４に記載された回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性材料および導電性材料を有するペースト状のインク剤と、熱膨張性を有する発泡剤とを混合した発泡性インクおよびそれを用いた回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示デバイスにおいては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）による透明電極が配されたガラス基板（表示パネル基板と呼ぶ）と、外部回路を搭載した基板（外部回路基板と呼ぶ）とを接続する際、その基板間距離が大きいために直接接続することができない。このため通常は、表示パネル基板と外部回路基板とは、フィルム状の基板であるＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を介して接続されている。
なお、このＦＰＣと表示パネル基板等との接続方法については、例えば特許文献１（特開２００３−４６２３２号公報）に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４６２３２号公報（第３頁左欄第１２行乃至右欄第２４行、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記ＦＰＣを用いる場合、基板間の距離が大きい場合に好適に使用できるが、表示パネル基板の端部にＦＰＣを接続するため、基板面方向あるいは奥行き方向にＦＰＣを収容するスペースを要していた。したがって、ディスプレイ枠（ベゼルと呼ぶ）が幅広になる、あるいは表示デバイスの厚みが増す等の小型化の弊害が生じていた。また、複数のディスプレイを縦横方向に並べて一つの大型ディスプレイとするマルチディスプレイを形成する場合、ベゼルが幅広であるために、ディスプレイ同士の境目が目立ち、大型ディスプレイの一体感が損なわれるという問題があった。
【０００４】
また、前記したようにＦＰＣによる接続においては、ＦＰＣと基板とを加熱圧着により接続するが、ＦＰＣの端子数が多い場合には、端子部分が幅広となり、均一な加圧による圧着が容易ではないという問題があった。したがって、均一な加圧による圧着が出来ない場合においては、圧着力が弱いために導通接続が取れない端子が生じる虞があった。
【０００５】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、例えば回路基板間の導電接続を容易且つ確実に行うことができ、また、電子デバイスの小型化およびコストダウンを図ることのできる発泡性インク、およびそれを用いた回路基板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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明にかかる発泡性インクは、少なくとも、熱硬化性材料および導電性材料を含有するペースト状のインク剤と、熱膨張性を有する発泡剤を混合した発泡性インクであって、前記発泡剤が、１〜５重量％含有されていることに特徴を有する。
なお、前記インク剤中には、少なくとも前記導電性材料としての銅粉、および前記熱硬化性材料としてのエポキシ樹脂が含まれ、前記インク剤１００重量％中に、前記銅粉が７９〜８１重量％、前記エポキシ樹脂が９〜１１重量％含有されていることが望ましい。
また、前記発泡剤は、前記発泡剤中に少なくとも発泡性モノマーを１０〜１５重量％含有する共重合体であることが望ましい。
【０００７】
このような発泡性インクを、例えば基板に形成された導電性のスルーホールに埋め込み、所定の温度および時間で加熱処理すると、発泡剤が気化して膨張するため、発泡性インク全体がスルーホールの貫通方向に沿って膨張（成長）する。その後、膨張した発泡性インクは硬化するため、この発泡性インクは導電性接着剤として好適に用いることができる。
【０００８】
例えば、前記発泡性インクは、表示デバイスにおけるＩＴＯガラス基板と外部回路基板との接続に好適に用いることができる。その場合、従来のように基板の端部にＦＰＣ用のスペースを要しないため、デバイスの小型化への弊害を除去することができ、デバイスの小型化および薄型化を実現することができる。また、複数のディスプレイによりマルチディスプレイを形成する場合には、ディスプレイ同士の境目を無くすことができ、一体感が損なわれないマルチディスプレイを得ることができる。
【０００９】
また、前記発泡性インクを用いて端子間を接続する際には、所定時間、エアーオーブン等で加熱するのみであるから、接続端子数が多い場合でも、容易且つ確実に、多数の端子を接続することができる。さらに、ＦＰＣを用いないため、コストを低減することができる。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる回路基板は、前記発泡性インクが、スルーホール中に埋め込まれた第一の基板と、前記第一の基板と電気的に接続される第二の基板とを備え、前記第一の基板と前記第二の基板とを加熱処理することにより前記発泡性インクが膨張し、該発泡性インクが硬化することにより前記第一の基板と第二の基板とが電気的に接続されていることに特徴を有する。
【００１１】
このように、前記発泡性インクを導電性のスルーホールに埋め込み、所定の温度および時間、加熱処理すると、発泡剤が気化して膨張するため、発泡性インク全体が、スルーホールの貫通方向に沿って膨張（成長）する。その後、膨張した発泡性インクは硬化するため、この発泡性インクは導電性接着剤として好適に用いることができる。すなわち、前記発泡性インクは膨張成長するため、接続部材間の距離が大きい場合でも相手部材まで成長し、接続部材間を導通接続することができる。
【００１２】
また、前記第二の基板はＩＴＯ（酸化インジウム錫）が成膜されたＩＴＯ基板であって、前記発泡性インクは前記ＩＴＯ膜に接続していることが好ましい。
例えば表示デバイスにおけるＩＴＯガラス基板と外部回路基板との接続において、ＦＰＣの代わりに前記発泡性インクを好適に用いることができる。その場合、従来のように基板の端部にＦＰＣ用のスペースを要しないため、デバイスの小型化への弊害を除去することができ、デバイスの小型化および薄型化を実現することができる。また、複数のディスプレイによりマルチディスプレイを形成する場合には、ディスプレイ同士の境目を無くすことができ、一体感が損なわれないマルチディスプレイを得ることができる。
【００１３】
また、前記発泡性インクを用いて端子間を接続する際には、所定時間、エアーオーブン等で加熱するのみであるから、接続端子数が多い場合でも、容易且つ確実に、多数の端子を接続することができる。さらに、ＦＰＣを用いないため、コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、例えば回路基板間の導電接続を容易且つ確実に行うことができ、また、電子デバイスの小型化およびコストダウンを図ることのできる発泡性インクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる実施の形態につき、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る発泡性インクの構成を模式的に示す断面図である。図１に示す発泡性インク１は、熱硬化性材料および導電性材料を含有するペースト状のインク剤２と、熱膨張性を有する発泡剤３とを混合したものとして構成される。なお、前記発泡剤３は１〜５重量％含有されている。
【００１６】
また、前記インク剤２は、少なくとも導電性材料として銅粉を７９〜８１重量％含有し、熱硬化性材料としてエポキシ樹脂を９〜１１重量％含有する。また、その他成分としては、γ−ブチロラクトン、添加剤を含有する。なお、このような条件を満たす製品としては、例えば、タツタシステムエレクトロニクス株式会社のＤＤペーストＸＡＥ４２が挙げられる。このＸＡＥ４２の硬化条件は１６０℃×３０分（エアーオーブン）であって、比抵抗は４×１０−３Ωｃｍ、ＩＴＯに対する密着性は１００／１００である。
【００１７】
また、前記発泡剤３は、加熱された際には熱膨張するように、少なくとも発泡性モノマー（例えばイソブタン）を１０〜１５重量％含有する共重合体である。なお、このような条件を満たす製品としては、例えば、（株）永瀬スクリーン印刷研究所のＳＶ発泡剤が挙げられる。このＳＶ発泡剤の粒径は５〜３０μｍ、膨張温度は１１０℃〜１５０℃、膨張率は３〜４倍である。
【００１８】
続いて、本発明に係る回路基板の一実施形態について説明する。本発明に係る回路基板においては、図１の発泡性インク１を、導電性接着剤として使用する。図２は、図１の発泡性インクの膨張変化を示す断面図である。図２（ａ）に示す第一の基板としての基板４（ガラスエポキシ製等）には、この基板を貫通すると共に、銅等のめっき処理が施されたスルーホール５が形成されている。前記発泡性インク１を導電材料として用いる場合、図示するように、先ず前記スルーホール５の中に発泡性インク１を埋め込む。この状態から、基板４に対し、エアーオーブン等により所定の温度×時間（例えば１５０℃×３０分）で加熱処理すると、図２（ｂ）に示すように発泡剤３が気化し、膨張して気泡６となる。したがって、インク剤２を含む発泡性インク１全体がスルーホール５の貫通方向（上下方向）に沿って膨張し（成長し）、その後硬化する。
【００１９】
この特性を利用し、例えば基板４と、第二の基板としてのＩＴＯガラス基板（図示せず）とを電気的に接続する際には、ＦＰＣの代わりに、発泡性インク１を用いることができる。すなわち、前記発泡性インク１は、膨張（成長）するため、接続部材間の距離が大きい場合でも、相手部材（この場合、ＩＴＯガラス基板のＩＴＯ膜）まで成長し、接続部材間を電気的に接続することができる。
【００２０】
このように、本実施の形態によれば、例えば表示デバイスにおけるＩＴＯガラス基板と外部回路基板との接続において、ＦＰＣの代わりに発泡性インク１を好適に用いることができる。したがって、従来のように基板の端部にＦＰＣ用のスペースを要しないため、デバイスの小型化への弊害を除去することができ、デバイスの小型化および薄型化を実現することができる。また、複数のディスプレイによりマルチディスプレイを形成する場合には、ディスプレイ同士の境目を無くすことができ、一体感が損なわれないマルチディスプレイを得ることができる。
なお、発泡性インク１は、膨張（成長）するため、接続する基板間距離が不均一であっても（距離にばらつきがあっても）、基板間を良好に接続することができる。
【００２１】
また、発泡性インク１を用いて端子間を接続する際には、所定時間、エアーオーブン等で加熱するのみであるから、接続端子数が多い場合でも、容易且つ確実に、多数の端子を接続することができる。さらに、ＦＰＣを用いないため、コストを低減することができる。
【実施例】
【００２２】
続いて、本発明に係る発泡性インクについて、実施例に基づき、さらに説明する。
【００２３】
［実施例１］
本発明に係る発泡性インクの熱膨張性について検討するため、前記一実施の形態に示す構成の発泡性インク１を用いて試験を行った。本試験においては、前記した図２（ａ）に示すように、スルーホール５（穴径：０．５ｍｍ）が設けられた基板４（板厚：１．０ｍｍ）を用いた。そして、図示するように前記スルーホール５の中に発泡性インク１を埋め込んだ。この発泡剤インク１の試料としては、表１に示す試料１〜７を用いた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
次いで、エアーオーブンにより所定の温度×時間（１５０℃×３０分）で加熱処理を行った。その結果、発泡性インク１全体が上下方向に膨張し成長した。そして、膨張によりホールから突出し硬化した状態の発泡性インク１を垂直方向に断面切断し、その断面を観察すると共に、スルーホール５から突出した部分の高さを測定した。
図３〜図５に本試験による発泡性インク１の断面写真を発泡剤３の含有率別に示し、図６に熱膨張による突出部分の高さ比較を表として示す。なお、図３〜図５に示す写真においては、スルーホール５の貫通方向を左右方向に示す。
【００２６】
この結果のうち、図３（ａ）に示すように、発泡剤３の含有率が０．３重量％である試料１の場合には、インク剤２中で発泡する発泡剤３の数が少ないため、発泡性インク１の膨張による突起部の高さは小さくなった（左側：２６３μｍ、右側：２６３μｍ）。
一方、図５に示すように、発泡剤３の含有率が１０重量％の試料７の場合には、インク内における発泡剤３の数が多すぎるために発泡に偏りが生じ、また、発泡性インク１の膨張による突起部高さも小さくなった（左側：１７４μｍ、右側：１１３μｍ）。
また、図３（ｂ），（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）に示す含有率が１〜５重量％の試料２〜６の場合には、左右突起部の高さの和が５４３〜７５０μｍとなり十分な突起部高さが得られ、また気泡６の偏りも少なかった。
【００２７】
これらの結果から、インク剤２に対する発泡剤３の含有率は、１〜５重量％であることが好ましいと考察される。また、前記含有率が３重量％以上になると、硬化前の発泡性インク３の状態が硬く、印刷には不向きであること、また、図６に示す突起部高さの比較結果から、含有率は特に２重量％であることが望ましい。
【００２８】
［実施例２］
本発明に係る発泡性インクの導電接続性を検討するため、前記一実施の形態に示す構成の発泡性インク１（発泡剤２重量％、インク剤９８重量％、インク剤１００重量％中：銅粉８０重量％、エポキシ樹脂１０重量％、その他添加剤等１０重量％）を用いて試験を行った。図７は、その導電接続性に係る試験概要を模式的に示す断面図である。図７に示すように、本試験においては、複数のスルーホール１１が設けられた基板１０（大きさ：１１５ｍｍ×１１５ｍｍ、板厚：１．０ｍｍ、スルーホール１１の穴径：０．５ｍｍ、スルーホール１１の数：１６０個）、およびパターニングされていないＩＴＯ１３を成膜したガラス基板１２（大きさ：１７０ｍｍ×１７０ｍｍ）を使用した。
【００２９】
図７（ａ）に示すように、前記スルーホール１１の中に発泡性インク１を埋め込み、スルーホール１１の下端部分とＩＴＯ１１間との距離は３００μｍに固定した。なお、スルーホール１１の上側の穴は、封止手段（図示せず）により封止した。これにより、発泡性インク１が膨張した際に、上方には成長せず、下方（基板１６側）のみに成長するようにした。そして、この状態でエアーオーブンにより所定の温度×時間（１５０℃×３０分）で加熱処理を行った。
【００３０】
前記条件で加熱処理を行なった結果、発泡性インク１は図７（ｂ）に示すように膨張によりホールから突出して成長し、ＩＴＯ１３に接着した後に硬化した。なお、図８に、本試験による発泡性インク１とＩＴＯ１３との接着部分をガラス基板１２側から撮影した写真を示す。この写真から、成長した発泡性インク１とＩＴＯ１３との接続面が密着している様子を確認することができる。本試験においては、その状態でスルーホール１１とＩＴＯ１３との導通確認を行った。この導通確認は、１６０個のスルーホール１１の夫々について行い、その結果、すべて導通確認を取ることができた。
【００３１】
［実施例３］
さらに、本発明に係る発泡性インクの抵抗値について検討するため、前記一実施の形態に示す構成の発泡性インク１（発泡剤２重量％、インク剤９８重量％、インク剤１００重量％中：銅粉８０重量％、エポキシ樹脂１０重量％、その他添加剤等１０重量％）を用いて試験を行った。図９および図１０は、その抵抗値測定に係る試験概要を模式的に示す図である。図９は、本試験に用いる２枚の基板の平面図、図１０は、図９のＡ−Ａ断面図である。
【００３２】
図１０に示すように、本試験においては、５つのスルーホール１５が一列に形成された基板１４（板厚：１．６ｍｍ）と、導電性のランド１７が表面にプリント形成された基板１６とを用いた。
図９（ａ）に示すように、基板１４の表面には、前記５つのスルーホール１５が基板面の一端に一列に形成され、その基板面の他端には、相対して、５つの導電性のパッド１９が一列に形成されている。さらに各スルーホール１５と各パッド１９とは、夫々プリント配線１８により導通されている。
【００３３】
一方、図９（ｂ）に示すように、基板１６の表面には、前記５つのランド１７が基板面の一端に一列に形成され、その基板面の他端には、相対して、５つの導電性のパッド２１が一列に形成されている。さらに各ランド１７とパッド２１とは、夫々プリント配線２０により導通され、すべてのパッド２１は、銅線２２により短絡接続されている。
【００３４】
本試験においては、このように形成された基板１４と基板１６とを、図１０（ａ）に示すように、前記５つのスルーホール１５と、５つのランド１７とが上下に重なるように、所定の間隔（ギャップ）を空けて固定設置した。そして、先ず、図１０（ａ）に示すように、各スルーホール１５に発泡性インク１を埋め込んだ。なお、スルーホール１５の上側の穴は、封止手段（図示せず）により封止した。これにより、発泡性インク１が膨張した際に、上方には成長せず、下方（基板１６側）のみに成長するようにした。次いで、エアーオーブンにより、所定の温度×時間（１５０℃×３０分）で加熱処理を行った。その結果、図１０（ｂ）に示すように、発泡性インク１は下方に成長し、基板１６上のランド１７に接着後、硬化した。
【００３５】
なお、本試験においてはスルーホール１５の穴径と基板間の距離（ギャップ）の組み合わせにより３つの条件を用意した。すなわち、ギャップ等の条件による抵抗値への影響についても検討した。条件１は、穴径１７０μｍ、ギャップ６０μｍ、条件２は、穴径４２０μｍ、ギャップ１８０μｍ、条件３は、穴径４２０μｍ、ギャップ２８０μｍである。図１１（ａ）〜（ｃ）に発泡性インク１がランド１７に接続した状態の断面写真を前記条件別に示す。
【００３６】
本試験では、この状態において、５つのスルーホール１５に用いた発泡性インク１に夫々試料番号を付し、その接続部の抵抗値について検討した。すなわち、試料として５つ用意し、夫々につき、基板１４のパッド１９と基板１６の銅線２２との間の抵抗値を先ず測定した。
そして、その測定値に基づき発泡性インク１の接続部における抵抗値を演算により求めた。この演算においては、測定抵抗値からＡ＋Ｂ（Ａはパッド１９からスルーホール１５までの抵抗値、Ｂはランド１７からパッド２１までの抵抗値）を減じた値を接続部抵抗値とした。図１２（ａ）〜（ｃ）の表に、本試験により求められた抵抗値を前記条件別に示す。その結果、発泡性インク１の接続部における平均抵抗値は、条件１では４９ｍΩ、条件２では１８９ｍΩ、条件３では３１５ｍΩであった。すなわち、ギャップが大きいほど抵抗値が大きい結果となったが、本試験における条件の範囲においては、発泡性インク１を導電性接続材料として実用的に使用できることを確認した。
【００３７】
［実施例４］
さらに、本発明に係る発泡性インクの接合強度（シェア強度）について検討するため、前記一実施の形態に示す構成の発泡性インク１（発泡剤２重量％、インク剤９８重量％、インク剤１００重量％中：銅粉８０重量％、エポキシ樹脂１０重量％、その他添加剤等１０重量％）を用いて試験を行った。図１３は、本試験に用いた試料の平面写真である。本試験の発泡性インク１の試料は、図１３に示すように、基板２３（板厚１．６ｍｍ）に形成された複数のスルーホール２４（穴径０．５ｍｍ）において膨張させ、硬化させた状態のものを使用した。
【００３８】
本試験では、この複数のスルーホール２４における発泡性インク１から無作為に６個の試料（試料Ｎｏ．１〜６）を選び（図１３の写真に矢印で示す）、これら試料に対してシェア強度試験を行った。本試験における測定には、ボンドテスタ（接合強度試験機）として、Ｄａｇｅ社製、Ｍｉｃｒｏ  Ｔｅｓｔｅｒ２２を使用した。このテスタでの試験条件は、シェアモードでのロードセル（荷重変換器）が最大５ｋｇｆ、シェア速度が０．３ｍｍ／ｓｅｃ、シェア治具の幅が０．８ｍｍ、クリアランスが１０μｍとした。
図１４の表に、本試験の結果、すなわち各試料のシェア強度を示す。この結果に示すように、６個の試料の平均シェア強度は、０．５１ｋｇｆであった。すなわち、本試験により発泡性インク１は、導電接続材料として実用的な強度を有することを確認した。
【００３９】
以上の実施例１〜４の結果から、本発明に係る発泡性インクは、導電接続材料として使用でき、例えば表示デバイス等における基板同士の導電接続に好適に用いることができることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる発泡性インクは、例えば表示デバイスにおける基板同士の導電接続に好適に用いることができ、また、それを用いた回路基板は、薄型化あるいは小型化する電子デバイスに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明に係る発泡性インクの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１の発泡性インクを、導電性接着剤として適用した場合を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、実施例１において発泡性インクの成長後の断面を示す写真である。
【図４】図４は、実施例１において別の発泡性インクの成長後の断面を示す写真である。
【図５】図５は、実施例１において別の発泡性インクの成長後の断面を示す写真である。
【図６】図６は、実施例１において発泡性インクの突出部分の高さ比較を示す表である。
【図７】図７は、実施例２において試験の概要を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、実施例２において発泡性インクとＩＴＯとの接着部分をガラス基板側から撮影した写真である。
【図９】図９は、実施例３において試験の概要を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、実施例３において試験の概要を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施例３において発泡性インクの接続部分の断面を示す写真である。
【図１２】図１２は、実施例３において試験結果を示す表である。
【図１３】図１３は、実施例４における試料の平面写真である。
【図１４】図１２は、実施例４において試験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００４２】
１        発泡性インク
２        インク剤
３        発泡剤
４        基板（第一の基板）
５        スルーホール
６        気泡
１２      ガラス基板
１３      ＩＴＯ
【図１】
2005206728.tif 000004
【図２】
2005206728.tif 000005
【図３】
2005206728.tif 000006
【図４】
2005206728.tif 000007
【図５】
2005206728.tif 000008
【図６】
2005206728.tif 000009
【図７】
2005206728.tif 000010
【図８】
2005206728.tif 000011
【図９】
2005206728.tif 000012
【図１０】
2005206728.tif 000013
【図１１】
2005206728.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2005206728.tif 000016
【図１４】
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