JP2013229392A

JP2013229392A - 厚膜パターン形成方法

Info

Publication number: JP2013229392A
Application number: JP2012098999A
Authority: JP
Inventors: Chie Hosoda; 千恵細田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】硬化不良がなく、耐熱性に優れる厚膜パターンを提供する。
【解決手段】本発明の厚膜パターン形成方法は、基板上および外周部のうちの少なくとも一方に、厚膜パターンのパターン形成用の型を設置する型設置ステップ（ステップＳ１）と、前記型設置ステップで設置した型内に無機接着剤を流し込む注入ステップ（ステップＳ２）と、前記型内の無機接着剤を加熱して硬化する硬化ステップ（ステップＳ３）と、を含み、前記型の少なくとも一部が透湿性を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に形成される厚膜パターン形成方法に関する。

従来、回路配線基板や、各種ディスプレイ等において、導電性または絶縁性の各種塗付液を平板状の基板等の表面に塗布して、厚膜パターン（数μｍ〜数百μｍ）が形成されている。

かかる厚膜パターンの形成方法として、例えば、絶縁性の無機粉体と、６００℃以下で燃焼または分解する樹脂と、溶剤とからなる塗付液を、塗付幅を調節するシム板が所定の範囲で傾斜する塗付装置を用いて基板上に塗布する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４００５１９４号公報

ところで、航空宇宙産業用途や原子力用途の機器などにおいては、その内部が１０００℃以上にもおよぶ高温に曝されることがある。かかる用途に使用される機器内部に、回路配線基板や実装された電子部品が載置されている場合は、高温の影響により、回路配線基板または電子部品が故障するおそれがある。

電子回路基板や電子機器を熱から守る方法として、回路配線基板上に耐熱性を有する厚膜パターンを形成する方法が挙げられる。耐熱性の厚膜パターンは、その厚さに応じて耐熱性が向上するため、要求される耐熱温度が高いほど厚膜パターンを厚くする必要があり、厚膜パターンは数十ｍｍに及ぶこともある。

耐熱性の厚膜パターンは、無機粉体やバインダを含む塗付液である無機接着剤を、回路配線基板上に塗付した後、加熱することにより、無機接着剤を硬化して形成される。

しかしながら、厚膜パターンが厚くなると、厚膜パターン内部では、無機接着剤中の溶剤である水の蒸発や、バインダの置換基である水酸基の反応による脱水反応が進行しにくくなり、厚膜パターン内部で硬化不良が発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、厚膜パターンが厚い場合でも、硬化不良が抑制され、耐熱性に優れる厚膜パターンを形成する厚膜パターン形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の厚膜パターン形成方法は、基板上に厚膜パターンを形成する厚膜パターン形成方法であって、前記基板上および前記基板の外周部の少なくとも一方に、前記厚膜パターン形成用の型を設置する型設置ステップと、前記型設置ステップで設置した型内に無機接着剤を流し込む注入ステップと、前記注入ステップで前記型内に流し込んだ無機接着剤を加熱して硬化させる硬化ステップと、を含み、前記型の少なくとも一部が透湿性を有することを特徴とする。

また、本発明の厚膜パターンの形成方法は、上記発明において、前記基板上には、電子部品が実装されており、前記厚膜パターンは、前記電子部品を覆うように形成されることを特徴とする。

また、本発明の厚膜パターンの形成方法は、上記発明において、前記型はセルロース系化合物からなることを特徴とする。

本発明にかかる厚膜パターン形成方法は、回路配線基板上および／または周辺部に、少なくとも一部が透湿性を有する型を設置し、前記型内で無機接着剤を硬化して、厚膜パターンを形成することにより、硬化不良の抑制された厚膜パターンを提供することができるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる厚膜パターンを有する回路配線基板を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる厚膜パターンの形成方法を説明するフローチャートである。図３−１は、外周部に型が設置された基板を上面から見た図である。図３−２は、図３−１のＡ−Ａ線断面図である。図３−３は、図３−２の型内に無機接着剤を充填した図である。図４は、本実施の形態の変形例に係る厚膜パターンを有する回路配線基板を示す図である。図５−１は、図４の変形例において型内に無機接着剤を充填した際の上面図である。図５−２は、図５−１のＢ−Ｂ線断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる厚膜パターン形成方法について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態にかかる厚膜パターンを有する回路配線基板を示す図である。回路配線基板１００は、基板１０と、基板上に実装された電子部品１１ａ、１１ｂと、基板１０上に形成された厚膜パターン１２と、を備える。厚膜パターン１２は、電子部品１１ａ、１１ｂを覆っている。回路配線基板に形成される厚膜パターン１２の厚さは、基板上に実装された電子部品の高さによって適宜設定される。また、厚膜パターン１２の厚さは、回路配線基板が使用される環境の温度にも左右される。

厚膜パターン１２は、耐熱性の無機接着剤を加熱・硬化することにより形成される。

本実施の形態において、無機接着剤は無機系のバインダを含有する。バインダとしては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム等のリン酸塩、またはシリカゾル等を使用することができる。

また、無機接着剤は、硬化補助剤として、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の酸化物、水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、ホウ酸カルシウム、ホウ酸バリウム、ホウ酸マグネシウム等のホウ酸塩等を含んでいてもよい。

さらに、無機接着剤は、耐熱性の向上や、熱収縮によるわれ等の防止のために無機粉体を含んでいてもよい。無機粉体としては、ジルコニア、シリカ、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等のセラミックスが例示される。使用する無機粉体は、１種類でもよく、または２種以上を混合して使用してもよい。無機粉体として、アルミナおよびシリカを配合した無機接着剤が好ましい。無機粉体の平均粒径は、０．１〜３０μｍの範囲のものが好ましい。厚膜パターンの厚さが１ｍｍ以下の場合、無機粉体の平均粒径は小さいほうが好ましい。無機粉体の平均粒径を０．１〜１０μｍ程度にすることにより、厚膜パターンの表面の平坦性を担保することができる。また、厚膜パターンの厚さが１ｍｍより厚い場合、平均粒径が小さい無機粉体と、大きい無機粉体とを混合して使用することも可能である。

次に図２、図３−１〜図３−３を参照して、本実施の形態にかかる厚膜パターン１２の形成方法について説明する。図２は、本実施の形態にかかる厚膜パターンの形成方法を説明するフローチャートである。

まず、図３−１および図３−２に示すように、電子部品１１ａ、１１ｂがはんだ付け等により実装された基板１０の外周部に厚膜パターン１２のパターン形成用の型１３を設置する（ステップＳ１）。図３−１は、外周部に型１３が設置された基板１０を上面から見た図である。図３−２は、図３−１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施の形態では、厚膜パターン１２を電子部品１１ａ、１１ｂが実装されている基板１０の片面全体に形成するため、基板１０の外周部を覆うように型１３を配している。厚膜パターン１２を基板１０の一部にのみ形成する場合には、厚膜パターン１２を形成する基板１０上に、型１３を設置すればよい。

型１３は、透湿性を有する材料から形成されることが好ましい。本明細書において、「透湿性」を有する材料とは、ＪＩＳＫ７１２９による水蒸気透過量が、１０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以上のものが好ましく、３００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以上のものが特に好ましい。

本実施の形態の型１３の材料としては、例えば、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、エチルセルロースなどのセルロース誘導体（セルロース系化合物）、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリル−酢酸ビニル共重合体、ポリブタジエン等を例示することができる。中でも、セルロース系化合物（特に酢酸セルロース）は、透湿性が非常に優れるため、本実施の形態の型１３の材料として好適に使用することができる。

型１３の厚さＴは特に制限はないが、厚膜パターン１２形成の際発生する水蒸気を透過し、厚膜パターン１２の内部の硬化不良を防止するように設定される。

また、型１３の高さＨは特に制限はないが、厚膜パターンの厚さｈ_１と基板１０の厚さｈ_２との和と略同じ、またはそれ以上であればよい。厚膜パターン１２を基板１０の一部にのみ形成する場合には、型１３の高さＨは厚膜パターンの厚さｈ_１と同じか、それ以上とすればよい。

型１３の設置後、型１３内に無機接着剤１２ａを充填する（ステップＳ２）。図３−３は、図３−２で示す基板１０の外周部に設置された型１３内に無機接着剤１２ａを充填した図である。無機接着剤１２ａの充填量は、無機接着剤１２ａ中の無機粉体およびバインダの配合量と、設計する厚膜パターン１２の厚さｈ_２とを考慮して決定すればよい。無機接着剤１２ａ中の固形分量が多く、粘度が高い場合は、充填後振動を与えることにより均一に充填することができる。

無機接着剤１２ａの充填後、加熱して無機接着剤１２ａを硬化する（ステップＳ３）。加熱は、循環式オーブン等により、例えば、最初に７０〜１００℃程度で２０〜４０分程度加熱した後、１３０〜１７０℃程度でさらに２０〜４０分加熱することが好ましい。加熱温度および加熱時間は、使用する無機接着剤１２ａの種類や、厚膜パターン１２の厚さにより適宜変更することが好ましい。

無機接着剤１２ａは、主としてバインダと、無機粉体と、水とを含み、約８割がバインダや無機系粉体等の固形分である。無機接着剤１２ａを加熱することにより、溶剤である水が蒸発し、さらに加熱することで、加水分解により生じたバインダの水酸基同士が反応して、二次元および三次元結合を形成する。この反応により生じた水分子が、無機接着剤１２ａ内から蒸発することにより、硬化して厚膜パターン１２が形成される。本実施の形態では、型１３として透湿性の材料を使用するため、無機接着剤１２ａの上面だけでなく、型１３を介して側面からも水分子が蒸発するため、厚膜パターン１２の厚さが厚い場合でも、硬化不良を抑制することが可能となる。

無機接着剤１２ａの加熱・硬化後、型１３を除去して厚膜パターン１２が形成される（ステップＳ４）。

本実施の形態では、耐熱性の無機粉体を含む無機接着剤を用いて、基板上に厚膜パターンを形成する際に、水蒸気を透過する材料からなる型を使用することにより、硬化不良の抑制された厚膜パターンを有する回路配線基板を提供することが可能となる。

なお、本発明は、上記の例に限定されるわけではなく、例えば、図４に示すように、厚膜パターン１２の膜厚が均一ではなく、例えば山状であっても良い。図４は、本実施の形態の変形例に係る厚膜パターンを有する回路配線基板を示す図である。

本実施の形態の変形例に係る厚膜パターンの形成方法では、例えば、図５−１，図５−２に示すように、型１３に無機接着剤１２ａを山状になるように流し込む。図５−１は、本実施の形態の変形例において型１３内に無機接着剤１２ａを充填した際の上面図であり、図５−２は、図５−１のＢ−Ｂ線断面図である。
本工程では、電子部品１１ａ，１１ｂが覆われるように無機接着剤１２ａを流し込むが、型１３の隅々までは充填しない。無機接着剤１２ａは、型１３の少なくとも一部に接するように流し込まれる。
厚膜パターン１２の膜厚が均一でない本変形例においても、型１３の少なくとも一部を透湿性の材料で形成することにより、硬化不良の抑制された厚膜パターン１２を有する回路配線基板１００Ａを提供することができる。

１０基板
１１ａ、１１ｂ電子部品
１２厚膜パターン
１２ａ無機接着剤
１３型
１００、１００Ａ回路配線基板

Claims

基板上に厚膜パターンを形成する厚膜パターン形成方法であって、
前記基板上および前記基板の外周部のうちの少なくとも一方に、前記厚膜パターン形成用の型を設置する型設置ステップと、
前記型設置ステップで設置した型内に無機接着剤を流し込む注入ステップと、
前記注入ステップで前記型内に流し込んだ無機接着剤を加熱して硬化させる硬化ステップと、
を含み、前記型の少なくとも一部が透湿性を有することを特徴とする厚膜パターン形成方法。
前記基板上には、電子部品が実装されており、
前記厚膜パターンは、前記電子部品を覆うように形成されることを特徴とする請求項１に記載の厚膜パターン形成方法。
前記型はセルロース系化合物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の厚膜パターン形成方法。