(57)【要約】【課題】従来の真空蒸着による金属膜形成に比べ安価な、金属粉を基板に吹き付けることにより金属膜を形成する方法に於いて、金属粉末が酸化して基板に付着しなくなる課題があった。【解決手段】加工室内を窒素ガス雰囲気とし、窒素ガス雰囲気で窒素ガスと金属粉末の混合流体を加工基材に吹き付けることにより、金属粉末が酸化することなく基材表面に金属膜が形成でき、簡単に安定して加工基板の金属による配線パターンを形成できた。【選択図】              図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が３０μm以下であり融点が１２００℃以下の金属粉末を導入したタンク内を0.05MPa以上の圧力の窒素ガスにて加圧し、該窒素ガスにて加圧したタンク内より一定量の該金属粉末を窒素ガスと共に金属粉末供給管を経て金属粉末噴射ノズルに供給し、金属粉末噴射ノズルより該金属粉末と窒素ガスの混合流体を、あらかじめ加工室内をブロアーの負圧にて加工室内の空気を吸い込みながら窒素ガスを加工室内に導入し、ほぼ窒素ガス雰囲気状態にした加工室内に設置した金属又はセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の無機基材に吹き付けることにより該金属又はセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の無機基材表面に金属被膜を形成させることを特徴とする金属被膜形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属被膜形成方法に於いて、あらかじめセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の加工基板上にスクリーン印刷によりレジストインクを印刷しレジストパターンを形成するか、又は感光性ドライフィルム等のフォトレジストによりレジストパターンを形成後、該レジストパターンを形成した加工基板に窒素ガスと金属粉末の混合流体を吹き付け、レジスト以外の部分に金属膜を形成後、レジストを剥離して電極パターンを形成することを特徴とする加工基板上への金属被膜による電極パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定して簡単に無機基材上に均一な金属被膜を形成させる方法に関し、さらにこの金属被膜を使用して均一な電極パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来一般的に基材表面に金属膜を形成する方法としては、真空蒸着により金属膜を形成する方法が一般的に行われてきた。
【０００３】
真空蒸着以外の方法として、高圧エアー等の高圧ガスを使用して空気中に一般的なサンドブラスト装置を使用して低融点の金属パウダーを噴射することにより金属膜を形成する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９４２３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６５２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の真空蒸着による金属膜を形成する方法では、高真空にするために長時間時間がかかる問題や、基材が大型になると大型の真空装置が必要となり、装置の価格が高くなりまた真空装置が大型になればより高真空にするために長時間時間がかかる問題があった。
【０００６】
また、空気中に金属粉末を高圧ガスで噴射する方法では、基材に金属粉末が衝突した時に生じる衝突熱で金属粉末表面の金属が溶融して基材に付着するが、付着するのは融点が５００℃以下の錫や亜鉛やインジウム等の融点が低い金属に限られ、低融点の金属を使用しても基材表面への噴射及び衝突を繰り返している間に金属粉末表面が酸化して付着しなくなる問題があった。
【０００７】
特に融点が６００℃以上の高融点の金属ではより高温になり、酸化被膜が形成しやすくなり、従来の空気中で酸素が大量に存在する雰囲気では金属被膜を形成できなかった。
【０００８】
また、金属粉末を噴射するエアー源として高圧エアーではなく、窒素ガス等のガスを使用しても一般のサクション式サンドブラスト装置は研磨材を吸い込んで噴射するために、外気も研磨材と一緒に取り込むため、窒素ガスのみでの噴射は困難であり、またノズルから金属粉末を噴射したときに大気中の酸素も取り込むため、金属が酸化してしまい金属皮膜を形成できなかった。
【０００９】
一般的に電気配線等の電極パターン形成に使用される金属としては、電気抵抗の低い銅やアルミや銀が使用されるが、この電気抵抗の低い金属はいずれも６００℃以上の高融点の金属であり、高融点の金属被膜が酸化することなく簡単に基材に形成できる方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、加工基板を設置した加工室内を、ブロアーの負圧により加工室内の空気を吸い込みながら窒素ガスを送り込むことにより加工室内を窒素ガス雰囲気とし、平均粒径が３０μm以下の金属粉末を導入したタンク内を0.05MPa以上の圧力の窒素ガスにて加圧し、該窒素ガスにて加圧したタンク内より金属粉末供給装置を介して一定量の該金属粉末を窒素ガスと共に金属粉末供給管を経て金属粉末噴射ノズルに供給し、金属粉末噴射ノズルより該金属粉末と窒素ガスの混合流体を吹き付けることにより、金属又はセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の無機基材表面に金属膜を形成した。
【発明の効果】
【００１１】
加工室内を窒素ガス雰囲気とし、窒素ガス雰囲気中に窒素ガスにて加圧した金属粉末と窒素ガスの混合流体を吹き付けることにより、酸素が非常に希薄な状態になり加工基板に衝突したことにより発生した熱により金属粉体が酸化することを防止でき、安定して金属又はセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の無機基材表面に金属膜を形成することができた。
【００１２】
また酸素が高濃度で存在する空気中ではできなかった融点が６００℃以上の金属粉末を基材表面に吹き付けて金属膜を形成することが可能になり、融点が６００℃以上の導電性の高いアルミ・銅・銀等の金属を使用して安価に安定してセラミック又はガラス又はシリコンウェハー又は化合物半導体又は水晶等の基材表面に配線パターンを形成することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の金属被膜形成方法及び金属被膜による電極パターン形成方法を実施するための最良の形態について、以下に図を参照して説明する。
【００１４】
図３はレジストとして感光性ドライフィルムを使用して基板上にレジストパターンを形成後窒素ガスにて金属粉末を吹き付け、配線パターンを形成する例である。
【００１５】
感光性ドライフィルム以外に液状感光性レジストを使用するか、スクリーン印刷にて基板上にレジストインクを使用しレジストパターンを形成しても良い。
【００１６】
図３の（３−１）にて、ドライフィルム用ラミネータを使用して加工基板７上に感光性ドライフィルム４１をラミネートする。
【００１７】
（３−２）にて加工基板７に貼り付けた感光性ドライフィルム４１上にガラスマスク又はフィルムマスク等のマスクパターン４０を乗せて露光装置にて紫外線露光を行う。
【００１８】
（３−３）にて露光した感光性ドライフィルム４１をドライフィルム用現像機にて現像液４４を現像ノズル４３より吹き付け現像を行う。
【００１９】
（３−４）にて窒素ガス雰囲気中で窒素ガスと金属粉末の混合流体６を吹き付けて金属膜５０を加工基板４０上に形成させる。
【００２０】
金属粉末を吹き付ける装置としては図１及び図２のような装置を使用する。
図１及び図２に於いて、金属粉末加圧タンク内２２に金属粉末５を充填した後、金属粉末加圧弁２４を閉じる。
【００２１】
集塵機３５はサイクロン３２を経て、加工室３０とつながっており集塵機３５のブロアーの負圧により加工室内の空気を吸い込みながら、金属粉末圧送用窒素ガス導入部３に窒素ガスを導入し、導入した窒素ガスは金属粉末供給管（金属粉末供給ホース２８）から金属粉末噴射ノズ２０ルより加工室内３０に供給されることにより加工室内が窒素ガス雰囲気となり、加工室内の酸素濃度が低下し、ほぼ窒素ガス雰囲気となる。
【００２２】
金属粉末噴射ノズル２０より窒素ガスを供給する代わりに、集塵機のブロアーの負圧により加工室内の空気を吸い込みながら直接加工室内に窒素ガスを導入しても良い。
【００２３】
加工室内３０に窒素ガスを供給後、タンク加圧用窒素ガス導入部２より窒素ガスを導入し、金属粉末加圧タンク２２内を窒素ガスにて加圧し金属粉末定量供給装置１０から一定量の金属粉末と窒素ガスの混合流体を金属粉末供給管（金属粉末供給ホース）２８に供給し、金属粉末噴射ノズル２０より金属粉末と窒素ガスの混合流体６を噴射し、加工基板７に吹き付ける。
【００２４】
金属粉末噴射ノズル２０は加工室内で左右に揺動させ、加工基板７を前後に移動させることにより加工基板７全面に金属粉末と窒素ガスの混合流体６を吹き付ける。
【００２５】
吹き付けた金属粉末５は、加工室のホッパー３３から集塵機のブロアーの負圧によりサイクロン導管２７を経てサイクロン３２にて捕集され、金属粉末捕集タンク２９に入る。
【００２６】
金属粉末噴射ノズル２０より噴射終了後金属粉末加圧弁２４を開くことにより金属粉末５は金属粉末捕集タンク２９より金属粉末加圧タンク２２内に供給され、再び金属粉末噴射ノズル２０より窒素ガスと金属粉末の混合流体が噴射される。
【００２７】
金属粉末加圧タンク２４を２ヶ設け、交互に弁を開くことにより連続してサイクロン３２で捕集された金属粉末５を金属粉末噴射ノズル２０から噴射中でも金属粉末加圧タンク２２内に金属粉末５を供給できるようにしても良い。
【００２８】
金属粉末５を噴射させる窒素ガスの圧力としては0.05MPa以上で0.3MPa以下の圧力望ましくは0.1MPa以上0.3MPa以下の圧力にて加工する。
【００２９】
加工圧力が0.05MPaより小さいと基板への衝突して発生する熱エネルギーが小さくなり0.3MPaより大きいと熱エネルギーの発生が大きくなり、加工室に残留した微量の酸素にて酸化されやすくなり、長時間の加工で金属膜の付着が悪くなる傾向にある。
【００３０】
加工中は加工室内に窒素ガスを導入し、酸素濃度を限りなく０％とすることが望ましいが、少量の酸素が残っている状態でも加工圧力を0.3MPa以下で加工すれば金属粉末の酸化を抑えて金属粉末を噴射させ金属膜を形成することが可能となる。
【００３１】
窒素ガス雰囲気とした加工室内の酸素濃度としては５％以下で望ましくは２％以下とする。
【００３２】
電極パターンを形成する場合は、噴射する金属粉末の粒径としては平均粒径で３０μm以下であり、望ましくは２０μm以下の粒径とする。
金属の粒径が大きくなるとパターンの間に金属粒子が詰まり加工できなくなる。
【００３３】
金属による電極パターンを形成する場合は、導電率が  以上の金属粉末を使用することが望ましく、金属の融点として６００℃以上１２００℃以下のアルミニウム又は銅又は銀等の金属粉末を使用する。
【００３４】
金属の融点が１２００℃より高い高融点の金属粉末を窒素ガス雰囲気下で窒素ガスにて吹き付けた場合、金属膜を形成することができなかった。
【００３５】
一般的に電極パターンとして使用されている金属は融点が６００℃以上であり、６００℃より低い金属では金属の硬度が低く金属膜を吹き付けた場合に付着する数ミクロンの膜厚では実用性に乏しい。
【００３６】
本発明の窒素ガス雰囲気で窒素ガスと金属粉末の混合流体を吹き付けて金属膜を形成する方法では、数ミクロンの膜厚しか形成できないため、膜厚をさらに厚くするためには吹き付けにより形成した金属膜を基にして無電解鍍金にて膜厚を厚くする。
【実施例】
【００３７】
以下実施例をあげて、本発明を具体的に説明する。
【００３８】
アルミナ基板上にサンドブラスト用感光性ドライフィルムの東京応化工業（株）製ＢＦ４５Ｚを（株）エルフォテック製ドライフィルムラミネータＥＬＭ−３５０にてラミネート温度７０℃でラミネートする。
【００３９】
２００μm幅のラインパターンのフィルムマスクをラミネートした感光性ドライフィルム４１上に乗せて、真空密着させて露光量２００ｍJにて（株）エルフォテック製露光機EEX３５０にて露光する。
【００４０】
（株）エルフォテック製現像機を使用して露光した感光性ドライフィルムを現像する。
【００４１】
現像液の温度は３０℃で噴射圧力0.25Mpaで現像液濃度０．３％の炭酸ナトリウム水溶液を使用した。
【００４２】
あらかじめ、金属粉末加圧タンク内に平均粒径約１０μmの銅粉５ｋｇを投入した後金属粉末加圧弁を閉じた。
【００４３】
集塵機の電源を入れて、集塵機のブロアーにより加工室内を負圧にしながら金属粉末圧送用窒素ガス導入部より窒素ガスを導入し、金属粉末噴射ノズルより窒素ガスのみ圧力0.1MPaの圧力にて約３分間噴射させ加工室内を窒素ガス雰囲気とした。
【００４４】
ノズルを左右に5m/分の速度で左右に揺動し、コンベアを２０mm/分の速度で前に移動させながら、タンク加圧用窒素ガス導入部より窒素ガスを導入し、金属粉末加圧タンク内を窒素ガスにて加圧して、金属粉末定量供給装置から１７０ｇ／分の量の銅粉と0.15Mpaの圧力の窒素ガスを金属粉末供給管（金属粉末供給ホース）に供給し金属粉末噴射ノズルより銅粉を0.15MPaの圧力でアルミナ基板全面に吹き付けた。
【００４５】
銅粉を吹き付けたアルミナ基板を加工室から取り出し、1%のモノエタノールアミン水溶液につけて、アルミナ基板表面のドライフィルムを剥離し、膜厚約２μmの銅膜による配線パターンを形成した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の産業上の利用可能性としては、セラミック等の基板上に大気圧上の窒素ガス雰囲気中で金属粉末を吹き付けることにより安価に安定して耐熱性のセラミック等の基板上に配線パターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】金属粉末を噴射する装置の側面図
【図２】金属粉末を噴射する機構の断面図
【図３】金属による電極パターン形成の工程図
【符号の説明】
【００４８】
１  高圧ガス
２  タンク加圧用窒素ガス導入部
３  金属粉末圧送用窒素ガス導入部
５  金属粉末
６  窒素ガスと金属粉末の混合流体
７  加工基板
１０  金属粉末定量供給装置
１６  金属粉末供給ローラー
１７  金属粉末取り出し部
２０  金属粉末噴射ノズル
２１  金属粉末投入タンク
２２  金属粉末加圧タンク
２３  金属粉末噴射ノズルチップ
２４  金属粉末加圧弁
２６  タンク加圧用窒素ガス導管
２７  サイクロン導管
２８  金属粉末供給管（金属粉末供給ホース）
２９  金属粉末捕集タンク
３０  加工室
３１  金属粉末噴射装置本体
３２  分級装置（サイクロン）
３３  ホッパー
３４  本体導管
３５  集塵機
３６  バイブレーター
３７  集塵用導管
３８  ノズル駆動部
３９  コンベア駆動部
４０  マスクパターン
４１  感光性ドライフィルム
４２  ラミネートロール
４３  現像ノズル
４４  現像液
４５  パターン形成した感光性ドライフィルム
４６  剥離液
４７  剥離液噴射ノズル
５０  金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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