JP2006294550A - プリント基板配線用導電性インキおよびプリント基板配線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット印刷工程により、各種プリント基板上に１００ｎｍ以下の微細線幅の配線パターンを形成する方法を提供する。
【解決手段】導電性を有する金コロイド粒子を主成分とするインクジェット印刷機用インキを用いて、インクジェット印刷機により、プリント基板上に１００ｎｍ以下の微細線幅の配線パターンを形成させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、プリント基板の配線を印刷法で形成するための導電性インキに関し、また該導電性インキを使い、インクジェット印刷機でプリント基板上に微細な配線パターンを印刷する方法に関し、更に該インキを使い該印刷機を使ってプリント基板上に微細な配線パターンが印刷されたプリント基板製品に関する。かかる導電性インキおよびプリント基板用配線方法は、フレキシブルプリント基板や三次元のフリップチップ実装など広範な用途に応用可能なものである。

近年、各種電子機器の急激な小型化の進行に伴い配線技術の微細化が要求され、様々な角度から検討がなされてきており、マスキングフィルム、露光装置、露光光源などの工夫により、３０μｍ程度のバンプピッチが実現し、それに伴い配線幅も１５０ｎｍが実用化されている。しかし今後の更なる集積化の進行により、近い将来１００ｎｍ以下の線幅が要求されるようになり、それに対応した技術開発の必要性がある。

また、広範な精密機器への高機能化の要求は、集積度を上げただけの従来のプリント基板では狭い機器内に設置することが不可能な用途も多くなり、柔軟性のあるプラスチックフィルムがプリント基板のベースとして使用される、フレキシブルプリント基板が開発されてきている。

しかし、かかる高集積度であったり、柔軟であったりする進化したプリント基板でも、その表面の配線方法は相変わらず金属メッキをした上に感光性樹脂を使ったマスキングフィルムを塗布し、露光、エッチングという工程を通るものが多い。一部には導電性塗料を使って印刷されてもいるが、インクの粘度、安定性、塗装による歩留まりなどを考慮すると、配線の線幅に限界があり、またコストも高くなるなどその用途はまだまだ限定されたものである。

その対策の一つとして、導電性インキを使用して印刷による微細な配線パターンを形成する方法が提案されている。特に近年のインクジェット印刷機の性能向上と相まって、かかる方法によるプリント基板配線方法が急速に広まってきた。

インクジェット印刷そのものは、主にパーソナルコンピュータの出力端末、あるいはデジタルカメラで撮影された写真のパーソナルカラー印刷機として、広く利用されてきている。
インクジェット印刷機は、専用インキを、印字ヘッドからの微小な粒滴にして被印刷物に向かって吹き付けるような機構になっている。

インクジェット用専用インキは、写真画質の再現性に優れる染料系、および耐水性、耐光性に優れる顔料系があり、それぞれ用途に応じて使い分けられている。いずれにしても、印字ヘッドからの噴射安定性（ノズルの目詰り防止）、長期安定性（粒子の沈降防止）を目的に各種の工夫が凝らされている。

特に顔料系インキでは、顔料が機械的粉砕で１００ｎｍ程度にまで微細化されているため粒子の再凝集が起こりやすく、界面活性剤やブロック共重合体高分子材料を利用した各種分散安定剤の使用が必須で、粘度も高くなり最終的な顔料粒子の大きさも１００ｎｍよりはかなり大きなものにならざるを得ないので、この方法でプリント配線基板用微細配線パターンを印刷するには、線幅に自ずと限界があることになる。

本発明は、プリント基板配線に係わる前述の状況に鑑み、従来の多くの工程を必要とせず、インクジェット印刷工程のみで、しかも従来の基板のみならず可撓性を持つプリント基板にも適用可能なプリント基板への１００ｎｍ以下の微細線幅の配線方法に関する。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、導電性を有する金属コロイド粒子を主成分としたインクジェット印刷機用導電性インキを提供する。

更に本発明の第２の観点によれば、前記導電性を有する金属コロイド粒子が、金属化合物と、この金属化合物の還元剤との反応により生成されることを特徴とする請求項１に記載の導電性インキ用を提供する。

更に本発明の第３の観点によれば、請求項１に記載の導電性インキを使ってインクジェット印刷機でプリント基板に配線パターンを印刷する工程を備え、プリント基板は表面に前記金属コロイドと相互作用する部位を有することを特徴とするプリント基板の配線方法を提供する。

更に本発明の第４の観点によれば、金属コロイドと相互作用する部位が、表面に存在するヘテロ原子を含む官能基である請求項３の方法を提供する。

更に本発明の第５の観点によれば、前記官能基が、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基の少なくとも１種である請求項４に記載の方法を提供する。

また本発明の第６の観点によれば、請求項３に記載の方法で印刷された配線を有するプリント基板製品を提供する。

本発明により、従来技術に比較して非常に簡単な工程で、各種プリント基板上への微細な配線パターンを形成することが可能になった。

本発明は、表面に金属コロイドと相互作用を持つ部位を有する該プリント基板上に、インクジェット印刷機を使って、該金属コロイド粒子を導電性粒子主成分として含むインクジェット印刷用インキにより、該プリント基板に微細な配線パターンを印刷するだけという、従来に比べて非常に簡便で、１００ｎｍ以下の線幅の配線パターンを形成出来るという優れた方法を見いだしたものである。

本発明におけるプリント基板の素材は、従来公知の様々な素材が使用可能である。例えば従来のプリント基板としてはフェノール樹脂、ベークライト樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂などの熱硬化性樹脂およびそれらを紙や布地、ガラス繊維などに含浸硬化させた複合材料が挙げられ、最近使用量が増加しているフレキシブルプリント基板の例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルフェート（ＰＰＳ）、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレンおよびそれらの共重合体などのフィルム・シートなどが好適に用いられる。

本発明における金属は、それ自体良好な導電性を持つ金属であれば材料は特に限定する必要は無いが、例えば金、プラチナ、パラジウム、銀、アルミ、銅などが挙げられ、中でも好ましく用いられるものは金及び銀が挙げられる。

これらの金属は、水溶性の金属化合物の形で使用され、水溶液中で還元剤と共に撹拌され金属コロイド溶液を得ることができ、これらが本発明における導電性インキ用の主成分として好適に使用される。

更に本発明において使用する金属化合物を還元する還元剤は、従来公知の種々の化合物が使用可能で，例えばクエン酸、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム、或いはアニリン、ピロール、チオフェンおよびその誘導体などが例示される。また本発明において使用される金属コロイドは直径数ｎｍ〜数十ｎｍのものが好適に用いられる。

本発明における金属コロイド粒子はそれ自体非常に安定なため、水溶液のまま導電性インキとしてインクジェット印刷機用に使用することもできるが、乾燥防止剤、浸透剤、ｐＨ調整剤、防カビ剤、界面活性剤などを添加し、導電性や表面張力などを調整するのが好ましい。こうして得られた導電性インキは、従来のものに比べ固形分濃度が低く、粘度も低いため、１００ｎｍ以下の線幅の配線パターンを印刷するには最適である。

本発明におけるインクジェット印刷機としては、市販のインクジェット印刷機がそのまま利用可能であるが、本発明の導電性インキが従来品に比べ低粘度であるため、印字ヘッドの孔径を１０μｍ以下にすることも可能で、このような特殊な印字ヘッドを使用することで、より線幅の狭い配線パターンの印刷が可能になる。

本発明において金属コロイドと相互作用するプリント基板表面の官能基としては、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基などが例示され、これらの官能基を有するプリント基板材質を用いてインクジェット印刷機で配線パターンを形成するのが好適である。かかるプリント基板が上述の官能基を有しない場合は、従来公知の種々の方法、例えばプラズマ処理、放射線処理など物理的手法や、酸あるいはアルカリ処理などの化学的手法で、望みの官能基をプリント基板上に生じさせることができる。

上述の官能基を表面に有するプリント基板と金属化合物の間の相互作用は、化学結合だけでなくファンデルワールス力、静電的相互作用、吸着力などが挙げられる。それらを発生させる方法は、単に本発明の金属コロイド粒子を主成分とする導電性インキを使って、通常のインクジェット印刷機で配線パターンを上述の官能基を表面に有するプリント基板上に印刷するだけで達成される。

以下に本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらにより制限されるものではない。

（実施例１）２ｎｍ粒径の金コロイドの作製
トルエン１８ｍｌに、臭化テトラオクチルアンモニウム（アルドリッチ）０．２１２ｇを加え、テトラクロロ金（III）酸四水和物（和光純薬）の１％水溶液を３ｍｌ添加し、水素化ホウ素ナトリウム（和光純薬）０．０８３６ｇを加える。ナフタレンチオール０．０１２０ｇ加え、室温で５時間攪拌した。トルエン層に約２ｎｍのコロイドを得た。

（実施例２）１２ｎｍ粒径の金コロイドの作製
超純水１８３ｍｌに、テトラクロロ金（III）酸四水和物（和光純薬）の１％水溶液を１２ｍｌ添加し、４℃に冷却した。次いでこの溶液を冷却撹拌しながら、その中に炭酸カリウム（和光純薬）の０．５Ｍ水溶液を２．４ｍｌ加えた。この溶液を冷却下にアスコルビン酸ナトリウム（和光純薬）の８％水溶液を２．６ｍｌ加え２０分激しく撹拌し、次いで８０℃に加熱して更に２０分激しく撹拌した。

（実施例３）３０ｎｍ粒径の金コロイドの作製
超純水１４８ｍｌに、テトラクロロ金（III）酸四水和物（和光純薬）の１％水溶液を３０ｍｌ添加し、８０℃に加熱した。次いでこの溶液を撹拌しながら、その中にクエン酸ナトリウム（片山化学工業）の２％水溶液を２２．５ｍｌ加え、８０℃に加熱したまま更に２０分激しく撹拌した。

（実施例４）５０ｎｍ粒径の金コロイドの作製
超純水２００ｍｌに、テトラクロロ金（III）酸四水和物（和光純薬）の１％水溶液を１２ｍｌ添加し、８０℃に加熱した。次いでこの溶液を撹拌しながら、その中にクエン酸（和光純薬）の３％水溶液を２０ｍｌ加え、８０℃に加熱したまま更に２０分激しく撹拌した。

（実施例５）インクジェット法によるプラスチックシートへの印刷
実施例１で作製したチオール被覆した金コロイド／トルエン溶液をインクタンクにシリンジにより注入し、インクジェットプリンタ（ＥＰＳＯＮ ＰＭ７５０Ｃ）にセットした。パソコン描画ソフト（Ａｄｏｂｅ Illustrator CS）でプリント基板配線用マスキングパターンを作成し、実施例２のインクタンクを内蔵したインクジェットプリンタ（ＥＰＳＯＮ ＰＭ７５０Ｃ）により、プラスチックシート上にパターンを印刷したところ、線幅８０ｎｍの配線が形成されることを確認した。この配線パターンは断線も無く、電気抵抗も５０Ωで十分に実用に耐えるものであった。

（実施例６）インクジェット法によるチオール基含有シートへの印刷
実施例２乃至４で作製した３種類（１２、３０、５０ｎｍ）の金コロイド溶液をそれぞれインクタンクにシリンジにより注入し、インクジェットプリンタ（ＥＰＳＯＮ ＰＭ７５０Ｃ）にセットした。パソコン描画ソフト（Ａｄｏｂｅ Illustrator CS）でプリント基板配線用マスキングパターンを作成し、実施例４のインクタンクを内蔵したインクジェットプリンタ（ＥＰＳＯＮ ＰＭ７５０Ｃ）により、チオール基含有プラスチックシート上にパターンを作製したところ、全てのインキで線幅９０ｎｍの配線が形成されることを確認した。これらの配線パターンは断線も無く、電気抵抗も５０Ωで十分に実用に耐えるものであった。

実施例５におけるプラスチックシート上に配線パターンをインクジェットプリンタで印刷した例である。 実施例５におけるインクジェットプリンタによりプラスチックシート上に作製したパターン表面の拡大デジタル顕微鏡写真（２００倍、スカラー製ＵＳＢ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ Ｍ２）である。 実施例６で粒径５０ｎｍの金コロイドを１０分間から６時間無電解メッキしたそれぞれのプラスチックシート表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

Claims (6)

1. 導電性を有する金属コロイド粒子を主成分としたインクジェット印刷機用導電性インキ。
2. 前記導電性を有する金属コロイド粒子は、金属化合物と、この金属化合物の還元剤との反応により生成されることを特徴とする請求項１に記載の導電性インキ。
3. 請求項１の導電性インキを使ってインクジェット印刷機でプリント基板に配線パターンを印刷する工程を備え、プリント基板は表面に前記金属コロイドと相互作用する部位を有することを特徴とするプリント基板の配線方法。
4. 金属コロイドと相互作用する部位が、表面に存在するヘテロ原子を含む官能基である請求項３の配線方法。
5. 前記官能基が、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、ホスホリル基の少なくとも１種である請求項４に記載の方法。
6. 請求項３に記載の方法で印刷された配線を有するプリント基板製品。