JP4036176B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に銀を主体とする導電体樹脂からなる配線パターンを形成した配線基板およびその製造方法に関する。

スクリーン印刷等の印刷手段を用いて基板上に銀ペーストからなる配線パターンを形成した配線基板は、従来からよく知られている。しかし、銀ペーストで形成した配線パターンは吸湿あるいは水滴付着等によって水分が付着すると、配線パターン中の銀がマイグレーションして配線抵抗が変化する課題があった。すなわち、銀は電気抵抗の低い優れた導電性金属であるが、他の導電性金属と比較してマイグレーションを起こし易いことが知られている。そこで、従来から銀のマイグレーションを防止する提案が色々なされている。特に、外部機器と接続するための配線基板の端子部は電極を露出させておく必要があるためにマイグレーションが生じ易く、この端子部でのマイグレーションの防止が要求されている。

また、通常用いられる銀粒子を含む導電性樹脂からなるペーストの場合には、印刷し硬化処理した後の配線パターン表面部は凹凸が大きいために、機械的に接触させる接続構成においては接触抵抗を小さくできないという課題もある。

マイグレーションを防止するための配線基板構成としては、図４のような構成が示されている。図４は、従来の配線基板における外部機器との接続部の端子構成を示した斜視図である。端子部６１は、プラスチックフィルム６２の表面に銀ペーストからなる銀ペースト層６４を印刷した後、銀ペースト層６４の上にカーボンペーストからなるカーボンペースト層６６を印刷した構成になっている。なお、端子部６１間のプラスチックフィルム６２は接続を容易にするために除去されている。また、端子部６１以外の領域には保護膜６８が形成されている。このように、銀ペースト層６４の上にマイグレーションの起こりにくいカーボンペースト層６６を積層させた二層構造にすることによって、吸湿もしくは水滴付着による銀のマイグレーションを防止している（例えば、特許文献１）。

また、プラスチックフィルム等の基板上に銀ペーストからなる配線パターンを印刷した後、配線パターンの表面を圧延ローラあるいはバフ研磨によって平滑化して、接続部における接触抵抗を低減する方法も示されている（例えば、特許文献２）。
特開２０００−３４０６０７号公報 特開昭５８−１３４４９６号公報

しかし、銀ペースト層上にカーボンペースト層を形成する二層構成の場合、銀ペースト層の側面部はカーボンペースト層で覆われていないために、銀ペースト層の側面の露出部から銀がマイグレーションすることがあり、確実なマイグレーション防止を行うことはできなかった。特に、配線パターンが基板上に形成されている場合、配線パターンの線幅が狭くなればなるほど、銀ペースト層の側面部の相対的な露出面積が大きくなり、かつ隣接する配線パターン間の距離が小さくなる。このため、銀のマイグレーションが生じ易くなり、線幅の狭い配線パターンの形成には適用できないという課題もあった。さらに、この例においては、銀ペースト層の表面の凹凸をカーボンペーストで小さくするということについてはまったく記載されていない。

また、銀ペースト層の表面をローラ等で平滑にする従来の方法においては、配線パターンと接続部との接触抵抗の低減には有効であるが、銀のマイグレーションに対してはなんらの対策もされていないためにマイグレーションによる不良発生は防止できないという課題があった。

そこで、本発明はかかる従来の課題を解決して、マイグレーション発生を防止し耐湿性および耐水性を向上するとともに、接続時の接触抵抗を低減できる配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる配線基板は、基板と、この基板上に形成された銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターンと、上記銀粒子よりも微細な粒径を有するカーボン粒子を含む導電体樹脂からなり、配線パターンの外部機器に接続する端子部の露出面を覆い、かつ端子部の表面が平坦な形状を有する被覆導体とを含む構成からなる。

この構成により、銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターンの端子部がカーボンを主体とする被覆導体で覆われるため、耐湿性および耐水性を向上できるとともに、その表面部を平坦な形状にできるので機械的な接続を行う場合でも接触抵抗も小さくできる。なお、被覆導体を形成しない配線パターン領域部には、無機絶縁保護膜、樹脂からなる絶縁保護膜を形成すれば、耐湿性および耐水性を有するようにすることができる。または、この領域部にフィルムシートを貼り合せて保護することもできる。

また、本発明にかかる配線基板の製造方法は、基板上に銀粒子を含む導電性樹脂からなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、配線パターンの端子部の形状を内包する形状で、かつ端子部の厚みより厚い開口部を有するステンシル版を用いたステンシル印刷方式を用いて、銀粒子よりも微細な粒径を有するカーボンを含む導電性樹脂を配線パターンの端子部を含む領域部に印刷する被覆導体形成工程とを有する方法からなる。

この方法により、配線パターンの端子部がカーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体で覆われ、かつその表面部が平坦な形状となるので、銀のマイグレーションの防止と接続部の接触抵抗の防止を実現できる。また、基板としては、セラミック基板、ガラス基板やガラスエポキシ基板等のリジッド基板、フィルムシート基板等、通常使用される基板はほとんど使用することができる。また、端子部の配線が狭ピッチになってもステンシル印刷を行うことで、配線パターンの側面部を含めて確実な被覆と平坦な形状を容易に実現できる。

なお、被覆導体を形成しない配線パターン領域部には、無機絶縁保護膜を形成する工程、または樹脂からなる絶縁保護膜を形成する工程、無機絶縁保護膜を形成し、さらに樹脂からなる絶縁保護膜を形成する積層成膜工程、または、この領域部にフィルムシートを貼り合せる工程を加えてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターンの端子部が、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体により被覆されるとともに、その表面部を平坦な形状にできるので、配線パターンの耐湿性および耐水性が著しく向上して銀のマイグレーションの抑制と、接続部の接触抵抗の低減とが可能となり、高信頼性の配線基板およびその製造方法を実現できるという大きな効果を奏する。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態にかかる配線基板およびその製造方法について、図１から図３を用いて説明する。

図１は、本実施の形態にかかる配線基板１０の要部断面を模式的に示した図である。本実施の形態にかかる配線基板１０は、基板２０上にスクリーン印刷等の印刷手段により銀粒子を含む導電体樹脂からなる銀ペーストを用いて形成された配線パターン３０と、この配線パターン３０の端子部３０ａに形成されたカーボン粒子を含む導電体樹脂からなるカーボンペーストを用いて形成された被覆導体４０とを含んで構成されている。ここで用いられるカーボンペーストは、銀粒子よりも微細な粒径を有するカーボン粒子を含む導電体樹脂からなり、このカーボンペーストを用いて配線パターン３０の端子部３０ａを覆うことで、その表面部を平坦な形状とすることができる。

図２は、配線基板１０の端子部３０ａの領域部のみを示す平面図である。図２から分かるように、配線パターン３０の端子部３０ａにおいては、被覆導体４０が配線パターン３０を覆うように形成されている。なお、被覆導体４０が形成されていない配線パターン３０領域部には、絶縁保護膜５０が形成されている。また、この絶縁保護膜５０は被覆導体４０の一部も覆うように形成されている。

このような構成により、端子部３０ａでは、配線パターン３０は被覆導体４０で保護されるとともに表面部が平滑な形状となる。この結果、配線パターン３０の銀のマイグレーションを防止でき、かつ外部機器と接続するときの接触抵抗も低減できる。

本発明の実施の形態における基板２０としては、ガラス繊維入りエポキシ樹脂、セラミック板またはガラス板等の比較的硬質の基板、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネートまたはポリイミド等の高分子樹脂からなるフィルムシート基板等、通常の配線基板に用いられているものであれば、いずれでも使用可能である。なかでも、フィルムシート基板は、汎用性プラスチックとして広く利用されているため安価であり、しかも基板の板厚を１００μｍ〜４００μｍに薄くできるのでこの配線基板を用いた電子回路装置の薄型化に有効な点で好ましい。

本発明の実施の形態における銀ペーストとしては、銀粒子を結着材に分散混合したものであればいずれでもよい。なかでも、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂またはポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を結着材に用いた銀ペーストは、フィルムシート基板との接着強度が強く、しかも配線パターン３０自体の機械的強度が強くなる点で好ましい。

本発明の実施の形態におけるカーボンペーストとしては、導電性カーボンの微粒子を結着材に分散混合したもので、銀ペーストに用いる銀粒子の粒径よりも小さな粒径のカーボン粒子を用いるものであればいずれでもよい。例えば、銀ペーストに用いる銀粒子の粒径が０．５μｍ〜１０μｍの球状銀粒子または鱗片状銀粒子の場合、カーボン粒子の粒径としては０．１μｍ〜１μｍ程度が望ましく、さらに０．３μｍ以下とすることがより望ましい。このような粒径のカーボンペーストを用いてステンシル印刷を行うことで、表面部が平坦な形状を容易に実現できる。なお、ステンシル印刷を容易に行えるようにするためには、粘度を印刷条件に合せてそれぞれ適正に設定する必要がある。また、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂またはポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を結着材に用いたカーボンペーストは、銀ペーストとの接着強度が強く、耐湿性および耐水性に優れ、しかも耐摩擦性に優れる点で好ましい。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる配線基板の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる配線基板の製造方法の一例を示した工程断面図で、図２のＸ−Ｘ線で切断した端子部の断面形状を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、スクリーン印刷またはグラビア印刷等、一般的に配線基板の配線層を形成するために用いられる印刷手段を用いて、基板２０上に銀ペーストを印刷し、乾燥もしくは加熱して硬化させると、低抵抗で、かつ接着強度の良好な配線パターン３０が得られる（この工程を配線パターン形成工程という）。なかでも、スクリーン印刷方式は配線形状を自由に、しかも比較的微細パターンまで作製可能で、かつ量産性に優れ、製造コストも安価である点で好ましい。図３（ａ）に示すように、配線パターン３０の表面部は比較大きな凹凸を有している。これは、スクリーン印刷で形成する場合には、スクリーンメッシュによる印刷厚さのむらが最終的に残ること、および銀ペーストの銀粒子の形状ばらつきの影響によるものである。

つぎに、図３（ｂ）に示すように、ステンシル版６０の開口部６０ａを配線パターン３０に位置合せする。このとき、ステンシル版６０の版厚は、配線パターン３０の膜厚より厚いものを用いる。また、その開口部６０ａの形状は、配線パターン３０の形状を内包する形状とする。

この位置合せを行った後、図３（ｃ）に示すように、配線パターン３０の上にカーボンペーストからなる被覆導体４０を印刷する（この工程を被覆導体形成工程という）。

その後、ステンシル版６０を除去した後、カーボンペーストを乾燥もしくは加熱して硬化させると、図１に示したようなカーボンペーストからなる被覆導体４０で端子部３０ａが被覆され、かつ端子部３０ａの表面が平滑な形状を有する配線基板１０が得られる。

なお、この後さらに、端子部３０ａ以外の配線パターン３０が形成されている領域部上に絶縁保護膜５０を形成する。このとき、端子部３０ａの一部にも重なるように絶縁保護膜５０を形成する。この絶縁保護膜５０としては、通常用いられるポリイミド等の絶縁性の樹脂材料や二酸化ケイ素、窒化ケイ素等の無機材料等を形成すればよく、さらに無機材料と樹脂材料とを積層する構成としてもよい。その結果、図１および図２に示すような配線パターン３０の端子部３０ａがカーボンペーストからなる被覆導体４０で被覆された配線基板１０が得られる。

これにより、カーボンペーストからなる被覆導体４０により配線パターン３０が保護され、かつその表面部が平滑な形状の端子部３０ａが得られるので、湿度の高い雰囲気や水滴が付着するような雰囲気で使用しても銀のマイグレーションを防止でき、かつ表面部が平滑であるので接触抵抗も低減でき、高信頼性の配線基板１０を実現できる。

なお、本実施の形態では、配線パターンの銀ペーストを硬化させた後に被覆導体を形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被覆導体まで形成した後に、銀ペーストとカーボンペーストとを同時に硬化処理してもよい。

以下、具体的な配線基板の作製について、実施例にもとづいて説明する。本実施例においては、以下の条件により、銀ペーストからなる配線パターン３０を基板２０上に印刷した。基板２０としては、ポリイミド樹脂からなるフィルムシートで、その厚みは１００μｍとした。銀ペーストは、銀粒子の粒径が０．５μｍ〜１０μｍの球状銀粒子と鱗片状銀粒子の混合粒子を７５重量部、硬化温度１２０℃の熱硬化性エポキシ樹脂からなる結着材を１５重量部に混合して用いた。これをスクリーン印刷方式で印刷した。そのときのスクリーンメッシュの線径は２５μｍ、感光性乳剤層厚は１０μｍで、配線の線幅設計値が１５０μｍとなるようにした。銀ペーストを印刷し、熱硬化させることにより配線パターン３０を形成した。このときの配線パターン３０の膜厚は２０μｍ〜３０μｍ、その線幅は１６０μｍ〜１７０μｍおよび表面部の凹凸は約１０μｍであった。

つぎに、以下の条件により、カーボンペーストからなる被覆導体４０を配線パターン３０の端子部３０ａに印刷した。カーボンペーストとしては、粒径が０．１μｍ〜０．３μｍのアセチレンブラックから作製された導電性カーボンを８５重量部、硬化温度１２０℃の熱硬化性エポキシ樹脂からなる結着材を１５重量部に混合したものを用いた。印刷方式としては、ステンシル印刷を用いた。ステンシル版６０の版厚は５０μｍ、開口部６０ａは配線パターン３０の端子部３０ａを確実に覆うような形状とした。カーボンペーストを印刷後、基板２０を１３０℃で１０分間加熱して、カーボンペーストを熱硬化させた。その結果、配線パターン３０の端子部３０ａが、硬化したカーボンペーストからなる被覆導体４０で被覆された配線基板１０が得られた。硬化後の被覆導体４０の膜厚は４５〜５０μｍ、表面の凹凸は２μｍ以下であった。さらに、被覆導体４０で覆われていない配線パターン３０部分については、絶縁保護膜５０を形成して、耐湿、耐水性を確保した。このときの絶縁保護膜５０としては、一般的にメッキ等のレジスト膜として用いられている樹脂をスクリーン印刷により形成した。

このようにして作製した配線基板１０の信頼性を評価するために信頼性評価試験を行った。試験条件および評価方法としては、以下のようである。すなわち、６５℃、９５％ＲＨ雰囲気中で電圧を印加した状態で放置し、１０００時間後に配線の表面の観察を行った。その結果、銀のマイグレーションはまったく観察されなかった。また、外部機器と接続するための配線パターン３０の端子部３０ａと外部機器の端子とを機械的に接触させて接触抵抗を測定したが、従来の凹凸がある場合に比べて接触抵抗はほぼ１桁小さくなり、接触抵抗も充分小さくできることが見出された。

なお、本発明の実施の形態では被覆導体が覆われていない配線パターンの領域部にはメッキレジストからなる絶縁保護膜を形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ポリイミドからなるフィルムシートを貼り合せてもよいし、無機膜からなる保護膜をスパッタリングや化学気相成膜（ＣＶＤ）法等により形成してもよい。また、使用する環境によってはまったく保護膜を形成しなくてもよい。

また、本発明の実施の形態では、配線パターンの露出部のうち、端子部のみを被覆導体で覆ったが、配線パターンの露出部全体を被覆導体で覆う構成にしてもよい。

また、本発明の実施の形態においては、単層構成の配線基板について説明したが、本発明はこれに限定されない。多層配線構成であってもよく、その場合には最上層の配線パターン上に本発明の実施の形態で説明した方法でカーボンを含む導電体樹脂からなるカーボンペーストを用いて被覆導体を形成すればよい。

本発明にかかる配線基板およびその製造方法は、銀を含む導電体樹脂からなる配線パターンが、カーボンを含む導電体樹脂からなる被覆導体により保護されるため、配線パターンの耐吸湿性および耐水性が著しく向上し、銀のマイグレーションを大幅に抑制することができる。また、外部機器に接続するための端子部の表面を平滑にすることができるので接触抵抗の低減も可能となる。この結果、銀を含む導電体樹脂からなる配線パターンが形成された配線基板を厳しい環境で使用される各種電子機器に適用することができる。

本発明の実施の形態にかかる配線基板の要部断面を模式的に示した図 同実施の形態にかかる配線基板の端子部の領域部のみを示す平面図 同実施の形態にかかる配線基板の製造方法の一例を示した工程断面図 従来の配線基板における外部機器との接続部の端子構成を示した斜視図

符号の説明

１０ 配線基板
２０ 基板
３０ 配線パターン
３０ａ，６１ 端子部
４０ 被覆導体
５０ 絶縁保護膜
６０ ステンシル版
６０ａ 開口部
６２ プラスチックフィルム
６４ 銀ペースト層
６６ カーボンペースト層
６８ 保護膜

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された銀粒子を含む導電体樹脂からなる配線パターンと、
   前記銀粒子よりも微細な粒径を有するカーボン粒子を含む導電体樹脂からなり、前記配線パターンの外部機器に接続する端子部の露出面を覆い、かつ前記端子部の表面が平坦な形状を有する被覆導体とを含むことを特徴とする配線基板。
2. 基板上に銀粒子を含む導電性樹脂からなる配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
   前記配線パターンの端子部の形状を内包する形状で、かつ前記端子部の厚みより厚い開口部を有するステンシル版を用いたステンシル印刷方式を用いて、前記銀粒子よりも微細な粒径を有するカーボン粒子を含む導電性樹脂を前記配線パターンの前記端子部を含む領域部に印刷する被覆導体形成工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。

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