(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射して前記金属微粒子相互間を金属結合させることにより電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去することを特徴とする電気回路の形成方法。
【請求項２】
金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペースト中に上下動可能なテーブルを配置し、そのテーブル上を覆う前記分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射しつつ前記テーブルを下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて上下に延びる電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去することを特徴とする電気回路の形成方法。
【請求項３】
金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペースト中にリードフレームを配置し、そのリードフレーム上を覆う前記分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射しつつ前記リードフレームを下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて前記リードフレームから上方に延びる電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去することを特徴とする電気回路の形成方法。
【請求項４】
前記媒質は不燃性であることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の電気回路の形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの電気回路の形成方法において、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射して電気回路体を形成した後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去して前記電気回路体を埋めるように絶縁性樹脂を充填して固化させることを特徴とする電気回路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板等の電気回路の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばプリント配線基板等の電気回路は、絶縁体表面の全面に薄い銅箔を接着し、銅箔上に配線図形を印刷し、エッチングにより不要部分の銅を溶かし去って電気導体のパターンを残すサブトラクティブ法や、絶縁体表面上に必要な配線図形をめっきすることによりパターンを形成するアディティブ法等の方法で形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法はいずれも多くの製造工程を必要とし、設備コストや手間がかかる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、容易な電気回路の形成方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
本発明者は、上記した問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、上述した従来法とは全く異なる画期的な電気回路の形成方法を見出すことに成功した。すなわち、請求項１の発明に係る電気回路の形成方法は、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射して前記金属微粒子相互間を金属結合させることにより電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去するところに特徴を有する。
【０００５】
一般的に金属の融点は高温であり、分散状態の金属粒子を溶融させて互いに隣接する粒子間を導電可能な結合状態とするには、高温加熱を行う必要がある。しかし、粒子径がナノ（ｎｍ）スケールの非常に微細な金属微粒子においては、２００℃以下の低温でも金属結合することが知られている。例えば、銀のナノ粒子は約１００℃でも溶け合う。これは、ナノ（ｎｍ）スケールの金属微粒子においては、微粒子の表面エネルギーが内部エネルギーに対して無視できないほど大きくなり、この表面エネルギーを低減させるために隣接した微粒子同士が凝集・結合し、表面積を下げようとするためである。一方、このようなナノ（ｎｍ）スケールの金属微粒子は、有機溶剤等の媒質中において凝集することなく良好な分散状態を保つことが知られている。
【０００６】
そこで上記請求項１の発明では、金属微粒子を媒質中に分散させることにより低温での金属微粒子の凝集を回避させるとともに、その分散液または分散ペーストにレーザー光を照射して加熱することにより、媒質中の分散金属微粒子を溶融させ、互いに隣接する金属微粒子相互間を金属結合させて、電気回路体を形成するようにした。本発明のように、レーザー光を使用すれば、分散液または分散ペースト中の所望の位置の金属微粒子のみを昇温させて金属結合に至らせることができるから、直接に導体部分、すなわち電気回路体を微小な大きさで形成することが可能となる。これにより、従来のめっきやエッチング等の面倒な作業が一切不要となり、設備コストや手間を大幅に省略することができる他、より精度が高く高密度な電気回路体を形成することができるという優れた作用効果を奏する。
【０００７】
なお、金属微粒子は粒子径が１〜１０ｎｍのものが好ましく、具体的には銀、銅、亜鉛、アルミニウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、白金、金、クロム、イリジウム等を使用することができる。これらの金属をレーザーによる照射によって金属結合を生じさせる程度に微粒子化するには、金属を蒸発させるか、高温加熱と超音波振動によって霧化させ、酸化を防ぐために溶剤雰囲気中にて壁に衝突させることにより微粒子化することができる。この場合、分散剤を使用して凝集を防止することが好ましい。なお、ナノ（ｎｍ）スケールの金属微粒子はゾルゲル法によって製造することもできる。
【０００８】
また、レーザーとしては、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＫｒＦレーザー、ＡｒＦレーザーであってもよく、ＵＶレーザーも使用可能である。
【０００９】
媒質は金属微粒子を分散状態に保持できるものであればよいが、各種特性の選択肢を多くできるという理由から有機溶媒が好ましい。なかでも、パーフロロポリエーテル、パーフロロカーボン、ハイドロフロロポリエーテル、ハイドロフロロエーテル、ＨＣＦＣ−２２５、ハイドロフロロカーボン、パーフロロジブチルエーテル、キシレンヘキサフロライド等のフッ素系溶媒及びシリコンオイルが、化学的活性が低く、かつ、不燃性であるところから推奨される。
【００１０】
また、請求項２の発明は、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペースト中に上下動可能なテーブルを配置し、そのテーブル上を覆う前記分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射しつつ前記テーブルを下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて上下に延びる電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去するところに特徴を有する。
【００１１】
上記請求項２の発明によれば、まずテーブル上を覆う金属微粒子の分散液又は分散ペーストの所定の位置にレーザー光を照射して媒質中の分散金属微粒子相互間を金属結合させることにより、テーブル上に必要なパターンの導体層が形成される。その後テーブルを僅かに下降させてその導体層の表面を金属微粒子の分散液又は分散ペーストで覆った状態としてレーザー光を照射することにより、上記導体層の上に新たな薄い導体層を積層させる。このような操作を繰り返すことにより導体層は上下方向に延び、最終的には所望の厚みを有する３次元構造の電気回路体が形成される。
【００１２】
また、請求項３の発明は、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペースト中にリードフレームを配置し、そのリードフレーム上を覆う分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射しつつリードフレームを下降させて金属微粒子相互間を金属結合させて、リードフレームから上方に延びる電気回路体を形成し、その後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去するところに特徴を有する。
【００１３】
請求項３の発明によれば、上記請求項２のテーブルの代わりにリードフレームを使用し、上記テーブルと同様にリードフレームを下降させつつレーザー光の照射を行うことにより、リードフレームから直接に上方に延びる三次元構造の電気回路体を形成することができる。
【００１４】
さらに、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電気回路の形成方法において、金属微粒子を媒質に分散させた分散液又は分散ペーストにレーザー光を照射して電気回路体を形成した後、未硬化の分散液又は分散ペーストを除去して前記電気回路体を埋めるように絶縁性樹脂を充填して固化させるところに特徴を有する。
【００１５】
請求項５の発明によれば、形成された電気回路体の空隙部分をを埋めるように絶縁性樹脂が充填・固化されることにより、電気回路体全体の強度を高めることとなり、集積回路等の電子部品の実装が可能となる。なお、上記絶縁性樹脂としては、具体的にはエポキシ樹脂、ケトン樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ビスマレイドトリアジン樹脂、テフロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン等を使用することができる。また、この絶縁性樹脂は、電気回路体を１層形成する毎に形成してもよく、あるいは電気回路体を多層化させた後に一括に形成してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を具体化した第１実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。本実施形態は、図１に示すような平板状のプリント基板型回路構造体１０の形成方法を示すものである。この回路構造体１０は、厚さ方向に例えば三層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃを積層した構造である。各層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃは導電路を横方向に延ばして構成され、各層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃ間には導電路を上下に延ばして形成した層間導通体１３によって電気的に導通されている。この回路構造体１０内で、各層の電気回路体１２Ａ〜１２Ｃ及びそれらをつなぐ層間導通体１３以外の部分には絶縁樹脂１１が充填されている。
【００１７】
この回路構造体１０は、図２ないし図４に示す露光装置によって製造される。図中２０は基台であり、この基台２０に、図示しない駆動機構により基台２０に水平なＸ−Ｙ方向（図３参照）に移動可能なＸ−Ｙテーブル２１が載置されている。さらにこのＸ−Ｙテーブル２１上には、上面を開放した露光槽２２が固定されている。また露光槽２２の内部には、図４に示すように、昇降装置２３と、この昇降装置２３により上下可動な昇降テーブル２４とが配置されている。なお露光槽２２内には、平均粒子径が７ｎｍの銀の微粒子をパーフルオロポリエーテル中に６０〜７０ｗｔ％で分散させた分散液２９が貯留されている。
【００１８】
図２に示すように、露光槽２２の上方には、レーザー光源（図示せず）を備えたレーザー装置２５が配置されている。このレーザー装置２５からはレーザー光源と連結した光ファイバ２６が導出されており、この光ファイバ２６の先端から出射されるレーザーが二つのレンズ２７，２８を通して集束され、その焦点が露光槽２２内の分散液２９の表面付近に合わせられている。このレーザーは、Ｘ−Ｙテーブル２１をＸ−Ｙ方向に移動させることにより、昇降テーブル２４上の所望の位置に照射することができる。
【００１９】
図１に示す回路構造体１０は、上記構成の露光装置において、図中最下層の電気回路体１２Ａから形成される。すなわち、その形成方法は、まず露光槽２２内に設けられた昇降テーブル２４をその表面が分散液２９で全体的に薄く被覆される高さに設定し、上方のレーザー装置２５からレーザーを昇降テーブル２４上の所定の位置に照射する。すると、昇降テーブル２４上の分散液２９はレーザー光が照射された部分だけが局部的に昇温し、分散液２９中の銀微粒子が溶融して互いに隣接する銀微粒子相互間が金属結合する。このようなレーザ照射を行いながら、Ｘ−Ｙテーブル２１を移動させて分散液２９の表面のレーザ照射点が横に移動するようにすると、溶融して金属結合した部分が直ちに固化して導電路となり、昇降テーブル２４上のレーザー光が走査された部分に金属結合した銀微粒子による必要なパターンの導体層が形成される。
【００２０】
なお、上記のように描いた一層分の導体層の厚みが不足する場合には、昇降テーブル２４を僅かに下降させ、硬化した導体層の表面が分散液２９によって薄く被覆されるようにし、再び上方からレーザー光を照射しつつＸ−Ｙテーブル２１を移動させてレーザ照射点が同一のパターンを描くようにする。このようなレーザの横移動照射と昇降テーブル２４の下降を必要回数繰り返せば、必要な厚さの電気回路体１２Ａを形成することができる（図５（Ａ）参照）。
【００２１】
次に、上下の電気回路体１２Ａ，１２Ｂ間で層間の導通をとる必要がある部分には、必要な位置にレーザを照射しつつ、Ｘ−Ｙテーブル２１を停止させて昇降テーブル２４のみを徐々に下降させる。すると、銀微粒子の結合部分が上下方向に成長するから、導電路が上下に延びた層間導通体１３を形成することができる（図５（Ｂ）参照）。
【００２２】
そして、この後、レーザ照射しながらＸ−Ｙテーブル２１を横移動させることにより第３層目の電気回路体１２Ｃを形成する（図５（Ｄ）参照）。
【００２３】
なお図５（Ａ）〜（Ｄ）には図示されないが、第２層目及び第３層目の電気回路体１２Ｂ，１２Ｃを形成する際、金属結合して凝固した独立の導電路が分散液２９で支えがなく沈む可能性がある場合には、後に除去できる位置に層間導通体１３と同様にして支持部１６を形成して上下の導電路を連結しておくことが望ましい（図５（Ｅ）参照）。
【００２４】
このようにして、回路構造体１０の導体部分が全て形成されたら、その導体部分を露光槽２２から取り出し、溶剤中に浸漬させて例えば超音波洗浄により未硬化の残留分散液２９を取り除く。そしてその導体部分を、絶縁層１５を構成する例えばエポキシ樹脂中に浸漬させて電気回路体１２間の空隙部分を樹脂にて充填させ、全体を加熱してエポキシ樹脂を硬化させることにより絶縁層１５部分を形成する。なお、この時の加熱温度は、銀の溶融温度と比較して低温であるので、電気回路体１２が溶けだすことはない。最後に、各電気回路体１２Ａ〜１２Ｃの相互間を連結する支持部１６を切り離すとともに、回路構造体１０の表面をバフ研磨して表裏の電気回路体１２Ａ，１２Ｃを露出させれば、図１に示すような平板状の回路構造体１０が完成する。
【００２５】
このように、上述した本実施形態の電気回路の形成方法は、金属微粒子を昇温・溶融させ、金属結合に至らせることにより電気回路体を直接に形成するという、これまで電気回路の分野においては全く行われていなかった画期的な形成方法であり、従来のめっきやエッチング等の面倒な作業を経ることなく、分散液２９中の昇降テーブル２４を下降させ、レーザー光を照射するという操作だけで、多層化された高精度の電気回路体１２を簡単に形成することができるという優れた作用効果を奏する。しかも、設備コストや手間がかからない。また、金属微粒子を不燃性の媒質に分散させる構成としたことにより、レーザー光の照射を大気中で行うことが可能となり、さらに設備コストがかからない。
【００２６】
また、形成された電気回路体１２の空隙部分をを埋めるように絶縁性樹脂１１が充填・固化されるから、電気回路全体の強度を高めることとなり、集積回路等の電子部品の実装も可能であるという優れた作用効果を奏する。
【００２７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を図６を使用して説明する。本実施形態は、図１に示す上記第１実施形態と同様の構成の回路構造体１０の絶縁層１５を、電気回路体１２が１層形成される毎に形成する方法を示すものである。
【００２８】
すなわち、上記第１実施形態と同様の方法で第１層目の電気回路体１２Ａと層間導通体１３とを形成した後、第２の電気回路体１２Ｂを開始する前に、露光槽２２から電気回路体１２Ａを取り出して溶剤中にて超音波洗浄を行い、絶縁層１５を構成する絶縁性樹脂１１中に浸漬させて空隙部分を絶縁性樹脂１１で埋め込む。そして、その絶縁性樹脂１１の加熱硬化を行い、表面をバフ研磨して層間導通体１３の上面を露出させた平坦な電気回路体１２Ａを得る（図６（Ａ）参照）。その後、その電気回路体１２Ａを再び露光槽２２に浸漬させ、第２層目の電気回路体１２Ｂおよび層間導通体１３を分散液２９のレーザ照射によって形成する（図６（Ｂ）参照）。そして、この後、上記第１の電気回路体１２Ａと同様に、第３層目の電気回路体１２Ｃを形成する前に、やはり絶縁性樹脂１１で空隙部分を埋め込んで全体を平坦な状態にする（図６（Ｃ）参照）。
【００２９】
このような第２実施形態の電気回路の形成方法によれば、電気回路体１２を１層形成する毎に空隙部分を絶縁性樹脂１１で埋め込んで平坦化させる構成であるので、形成途中の電気回路体１２の強度が増し、取り扱いが容易になる。また、上記第１実施形態の電気回路の形成方法と比較して、絶縁性樹脂１１の空隙部への充填が簡単かつ確実に行われる。さらに、電気回路体１２Ｂ〜１２Ｃを積層させる際に、下層の電気回路体が平坦化されているため、上層に形成される電気回路体を互いに連結させる支持部１６の形成は不要となり、上層の電気回路体を安定的に積層させることができるという作用効果を奏する。
【００３０】
＜第３実施形態＞
本実施形態は、リードフレームを利用した電気回路の形成方法を示すものである。すなわち、図７（Ａ）に示すように、まず露光槽２２内の昇降テーブル２４上にリードフレーム３０を載置するとともに、その表面が分散液２９で薄く覆われる高さに昇降テーブル２４を設定する。そして、分散液２９にレーザー光を照射しつつ、Ｘ−Ｙテーブル２１を停止させて昇降テーブル２４のみを徐々に下降させることにより、リードフレーム３０から上方向に延びる円柱状のポスト１４を形成する（図７（Ｂ）参照）。
次に、レーザー照射しながらＸ−Ｙテーブル２１を横移動させることにより、上記リードフレーム３０とポスト１４により電気的に導通される電気回路体１２を形成する（図７（Ｃ）参照）。そして、上記実施形態と同様に、その構造体を露光槽２２から取り出して溶剤中で超音波洗浄を行い、絶縁層１５を構成する絶縁性樹脂１１中に浸漬させて空隙部を埋め込む。そして絶縁性樹脂１１の加熱硬化を行い、表面をバフ研磨して、構造体を平坦な状態とする（図７Ｄ）。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、リードフレーム３０から直接に上方に延びる電気回路体を形成することができる。
【００３２】
なお図示はしないが、上記電気回路体１２の上層に、更なる電気回路体を、上記実施形態と同様の方法にて積層させることも可能である。さらに、電気回路体１２の上に第２のリードフレームを載置することも可能である。この場合には、電気回路体１２の上側に第２のポストを形成し、そのポストと接続するように第２のリードフレームを載置すればよい。
【００３３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３４】
（１）上記第１実施形態では、支持部１６を電気回路体１２に対して垂直方向に形成したが、これに限らず、電気回路体１２の水平方向にに延設する構成としてもよい。
【００３５】
（２）上記第２実施形態では、第１の電気回路体１２Ａおよび層間導通体１３を形成した後に絶縁性樹脂１５にて平坦化する構成としたが、これに限らず、第１の電気回路体１２Ａを形成した後に絶縁性樹脂１５にて一旦平坦化を行い、その後層間導通体１３を形成して再び絶縁性樹脂にて平坦化を行う構成としてもよい。
また、第３実施形態においても、ポスト１４を形成した後に絶縁性樹脂にて一旦平坦化を行い、その後電気回路体１２を形成する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気回路の一部拡大断面図
【図２】同じく露光装置の概略斜視図
【図３】同じく露光装置の一部拡大斜視図
【図４】同じく露光装置の一部拡大断面図
【図５】同じく電気回路の形成方法の工程図
【図６】本発明の第２実施形態に係る電気回路の形成方法の工程図
【図７】本発明の第３実施形態に係る電気回路の形成方法の工程図
【符号の説明】
１０…回路構造体（電気回路）
１２…電気回路体
１３…層間導通体
１４…ポスト
１１…絶縁性樹脂
１５…絶縁層
２４…昇降テーブル（テーブル）
２９…分散液
３０…リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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