JP7667960B2 - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

配線基板及び配線基板の製造方法 Download PDF

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Description

本開示の実施の形態は、配線基板及び配線基板の製造方法に関する。
現在、スマートフォン、タブレット等の携帯端末機器の高機能、小型化、薄型化及び軽量化が進んでいる。これら携帯端末機器は、複数の通信帯域を使用するため、通信帯域に応じた複数のアンテナが必要とされる。例えば、携帯端末機器には、電話用アンテナ、WiFi(Wireless Fidelity)用アンテナ、3G(Generation)用アンテナ、4G(Generation)用アンテナ、LTE(Long Term Evolution)用アンテナ、Bluetooth(登録商標)用アンテナ、NFC(Near Field Communication)用アンテナ等の複数のアンテナが搭載されている。しかしながら、携帯端末機器の小型化に伴い、アンテナの搭載スペースは限られており、アンテナ設計の自由度は狭まっている。また、限られたスペース内にアンテナを内蔵していることから、電波感度が必ずしも満足できるものではない。
このため、携帯端末機器の表示領域に搭載することができるフィルムアンテナが開発されている。このフィルムアンテナは、透明基材上にアンテナパターンが形成された透明アンテナであり、アンテナパターンが、不透明な導電体層の形成部としての導体部と非形成部としての多数の開口部とによるメッシュ状の導電体メッシュ層によって形成されている。
特開2011-66610号公報 特許第5636735号明細書 特許第5695947号明細書
従来のフィルムアンテナにおいては、透明基材上にメッシュ配線層(導電体メッシュ層)が搭載される。特に近年、フィルムアンテナにおいて、高周波の電磁波が使用されてきている。高周波の電磁波を用いた場合、メッシュ配線層を構成する金属の結晶粒界を電子が単位時間当たりに通過する回数が増加するため、電流が流れにくく、伝送損失が増加する恐れがある。
本実施の形態は、メッシュ配線層中に電流が流れにくくなることを抑制することが可能な、配線基板及び配線基板の製造方法を提供する。
本実施の形態による配線基板は、配線基板であって、基板と、前記基板上に配置され、複数の配線を含むメッシュ配線層と、を備え、前記基板は、波長400nm以上700nm以下の光線の透過率が85%以上であり、前記配線は、表面粗さRaを含み、前記表面粗さRaは、100nm以下である。
本実施の形態による配線基板において、前記配線は、金属結晶を含み、前記金属結晶のエリア平均粒径が300nm以上であっても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記配線の線幅は、0.1μm以上5.0μm以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記メッシュ配線層は、アンテナであっても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記配線は、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄又はニッケルを含んでも良い。
本実施の形態による配線基板において、前記基板の誘電正接が0.002以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記基板の厚みが5μm以上200μm以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記基板は、シクロオレフィンポリマー又はポリノルボルネンポリマーを含んでも良い。
本実施の形態による配線基板において、前記メッシュ配線層は、前記基板の一部のみに存在しても良い。
本実施の形態による配線基板において、前記表面粗さRaは90nm以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法は、配線基板の製造方法であって、基板を準備する工程と、前記基板上に、複数の配線を含むメッシュ配線層を形成する工程と、を備え、前記基板は、波長400nm以上700nm以下の光線の透過率が85%以上であり、前記配線は、表面粗さRaを含み、前記表面粗さRaは、100nm以下である。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記配線は、金属結晶を含み、前記金属結晶のエリア平均粒径が300nm以上であっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記配線の線幅は、0.1μm以上5.0μm以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記メッシュ配線層は、アンテナであっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記配線は、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄又はニッケルを含んでも良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記基板の誘電正接が0.002以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記基板の厚みが5μm以上200μm以下であっても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記基板は、シクロオレフィンポリマー又はポリノルボルネンポリマーを含んでも良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記メッシュ配線層は、前記基板の一部のみに存在しても良い。
本実施の形態による配線基板の製造方法において、前記表面粗さRaは90nm以下であっても良い。
本開示の実施の形態によると、メッシュ配線層中に電流が流れにくくなることを抑制することができる。
図1は、一実施の形態による配線基板を示す平面図。 図2は、一実施の形態による配線基板を示す拡大平面図(図1のII部拡大図)。 図3は、一実施の形態による配線基板を示す拡大平面図(図2のIII部拡大図)。 図4は、一実施の形態による配線基板を示す断面図(図3のVI-VI線断面図)。 図5は、一実施の形態による配線基板を示す断面図(図3のV-V線断面図)。 図6は、第1方向配線及び第2方向配線を示す断面図。 図7は、第1方向配線及び第2方向配線の一部を拡大して示す断面図(図6のVII部拡大図)。 図8A-図8Eは、一実施の形態による配線基板の製造方法を示す断面図。 図9A-図9Eは、一実施の形態による配線基板の製造方法を示す断面図。 図10は、一実施の形態による画像表示装置を示す平面図。 図11は、実施例1-2及び比較例1による配線基板を示す平面図。
まず、図1乃至図10により、一実施の形態について説明する。図1乃至図10は本実施の形態を示す図である。
以下に示す各図は、模式的に示したものである。そのため、各部の大きさ、形状は理解を容易にするために、適宜誇張している。また、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。なお、以下に示す各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。また、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名は、実施の形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用することができる。本明細書において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば平行や直交、垂直等の用語については、厳密に意味するところに加え、実質的に同じ状態も含むものとする。
また、以下の実施の形態において、「X方向」とは、基板の1つの辺に対して平行な方向である。「Y方向」とは、X方向に垂直かつ基板の他の辺に対して平行な方向である。「Z方向」とは、X方向及びY方向の両方に垂直かつ配線基板の厚み方向に平行な方向である。また、「表面」とは、Z方向プラス側の面であって、基板に対して配線が設けられた面をいう。「裏面」とは、Z方向マイナス側の面であって、基板に対して配線が設けられた面と反対側の面をいう。
[配線基板の構成]
図1乃至図7を参照して、本実施の形態による配線基板の構成について説明する。図1乃至図7は、本実施の形態による配線基板を示す図である。
図1に示すように、本実施の形態による配線基板10は、例えば画像表示装置のディスプレイ上に配置されるものである。このような配線基板10は、透明性を有する基板11と、基板11上に配置されたメッシュ配線層(配線パターン領域)20と、を備えている。また、メッシュ配線層20には、給電部40が電気的に接続されている。
このうち基板11は、平面視で略長方形状であり、その長手方向がY方向に平行であり、その短手方向がX方向に平行となっている。基板11は、透明性を有するとともに略平板状であり、その厚みは全体として略均一となっている。基板11の長手方向(Y方向)の長さLは、例えば2mm以上300mm以下の範囲で選択することができ、好ましくは100mm以上200mm以下の範囲で選択することができる。基板11の短手方向(X方向)の長さLは、2mm以上300mm以下の範囲で選択することができ、好ましくは例えば50mm以上100mm以下の範囲で選択することができる。なお基板11は、その角部がそれぞれ丸みを帯びていても良い。
基板11の材料は、可視光線領域での透明性及び電気絶縁性を有する材料であればよい。本実施の形態において基板11の材料はポリエチレンテレフタレートであるが、これに限定されない。基板11の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリイミド系樹脂、或いは、シクロオレフィン重合体などのポリオレフィン系樹脂、トリアセチルセルロースなどのセルロース系樹脂材料等の有機絶縁性材料を用いることが好ましい。あるいは、基板11の材料としては、シクロオレフィンポリマー(例えば日本ゼオン社製 ZF-16)、ポリノルボルネンポリマー(住友ベークライト社製)等の有機絶縁性材料を用いても良い。また、基板11の材料としては、用途に応じてガラス、セラミックス等を適宜選択することもできる。なお、基板11は、単一の層によって構成された例を図示したが、これに限定されず、複数の基材又は層が積層された構造であってもよい。また、基板11はフィルム状であっても、板状であってもよい。このため、基板11の厚さは特に制限はなく、用途に応じて適宜選択できるが、一例として、基板11の厚み(Z方向)T(図4及び図5参照)は、例えば5μm以上200μm以下の範囲とすることができる。
また、基板11の誘電正接は、0.002以下であっても良く、0.001以下であることが好ましい。なお、基板11の誘電正接の下限は特にないが、0超としても良い。基板11の誘電正接が上記範囲であることにより、とりわけメッシュ配線層20が送受信する電磁波(例えばミリ波)が高周波である場合に、電磁波の送受信に伴う利得(感度)の損失を小さくすることができる。なお、基板11の誘電正接の下限は、特に限定されない。基板11の誘電率は、特に制限はないが、2.0以上、10.0以下であっても良い。
基板11の誘電正接は、IEC 62562に準拠して測定することができる。具体的には、まず、メッシュ配線層20が形成されていない部分の基板11を切り出して試験片を準備する。または、メッシュ配線層20が形成された基板11を切り出し、エッチング等によりメッシュ配線層20を除去しても良い。試験片の寸法は、幅10mmから20mm、長さ50mmから100mmとする。次に、IEC 62562に準拠し、誘電正接を測定する。基板11の誘電率と誘電正接は、ASTM D150に準拠して測定することもできる。
また、基板11は、可視光線(波長400nm以上700nm以下の光線)の透過率が85%以上であっても良く、90%以上であることが好ましい。なお、基板11の可視光線の透過率の上限は特にないが、例えば100%以下としても良い。基板11の可視光線の透過率を上記範囲とすることにより、配線基板10の透明性を高め、画像表示装置90のディスプレイ91(後述)を視認しやすくすることができる。なお、可視光線とは、波長が400nm~700nmの光線のことをいう。また、可視光線の透過率が85%以上であるとは、公知の分光光度計(例えば、日本分光株式会社製の分光器:V-670)を用いて基板11に対して吸光度の測定を行った際、400nm~700nmの全波長領域でその透過率が85%以上となることをいう。
本実施の形態において、メッシュ配線層20は、アンテナとしての機能をもつアンテナパターン領域からなっている。図1において、メッシュ配線層20は、基板11上に複数(3つ)形成されており、それぞれ異なる周波数帯に対応している。すなわち、複数のメッシュ配線層20は、その長さ(Y方向の長さ)Lが互いに異なっており、それぞれ特定の周波数帯に対応した長さを有している。なお、対応する周波数帯が低周波であるほどメッシュ配線層20の長さLが長くなっている。配線基板10が例えば画像表示装置90のディスプレイ91(後述する図10参照)上に配置される場合、各メッシュ配線層20は、電話用アンテナ、WiFi用アンテナ、3G用アンテナ、4G用アンテナ、5G用アンテナ、LTE用アンテナ、Bluetooth(登録商標)用アンテナ、NFC用アンテナ等のいずれかに対応していても良い。またメッシュ配線層20は、基板11の全面に存在するのではなく、基板11上の一部領域のみに存在していても良い。
各メッシュ配線層20は、それぞれ平面視で略長方形状である。各メッシュ配線層20は、その長手方向がY方向に平行であり、その短手方向がX方向に平行となっている。各メッシュ配線層20の長手方向(Y方向)の長さLは、例えば3mm以上100mm以下の範囲で選択することができ、各メッシュ配線層20の短手方向(X方向)の幅Wは、例えば1mm以上10mm以下の範囲で選択することができる。とりわけメッシュ配線層20は、ミリ波用アンテナであっても良い。メッシュ配線層20がミリ波用アンテナである場合、メッシュ配線層20の長さLは、1mm以上10mm以下、より好ましくは1.5mm以上5mm以下の範囲で選択することができる。
メッシュ配線層20は、それぞれ金属線が格子形状又は網目形状に形成され、X方向及びY方向に繰り返しパターンを有している。すなわちメッシュ配線層20は、X方向に延びる部分(第2方向配線22)とY方向に延びる部分(第1方向配線21)とから構成されるパターン形状を有している。
図2に示すように、各メッシュ配線層20は、アンテナとしての機能をもつ複数の第1方向配線(アンテナ配線)21と、複数の第1方向配線21を連結する複数の第2方向配線(アンテナ連結配線)22とを含んでいる。具体的には、複数の第1方向配線21と複数の第2方向配線22とは、全体として一体となって、格子形状又は網目形状を形成している。各第1方向配線21は、アンテナの周波数帯に対応する方向(長手方向、Y方向)に延びており、各第2方向配線22は、第1方向配線21に直交する方向(幅方向、X方向)に延びている。第1方向配線21は、所定の周波数帯に対応する長さL(上述したメッシュ配線層20の長さ、図1参照)を有することにより、主としてアンテナとしての機能を発揮する。一方、第2方向配線22は、これらの第1方向配線21同士を連結することにより、第1方向配線21が断線したり、第1方向配線21と給電部40とが電気的に接続しなくなったりする不具合を抑える役割を果たす。
図3に示すように、各メッシュ配線層20においては、互いに隣接する第1方向配線21と、互いに隣接する第2方向配線22とに取り囲まれることにより、複数の開口部23が形成されている。また、第1方向配線21と第2方向配線22とは互いに等間隔に配置されている。すなわち複数の第1方向配線21は、互いに等間隔に配置され、そのピッチPは、例えば0.01mm以上1mm以下の範囲とすることができる。また、複数の第2方向配線22は、互いに等間隔に配置され、そのピッチPは、例えば0.01mm以上1mm以下の範囲とすることができる。このように、複数の第1方向配線21と複数の第2方向配線22とがそれぞれ等間隔に配置されていることにより、各メッシュ配線層20内で開口部23の大きさにばらつきがなくなり、メッシュ配線層20を肉眼で視認しにくくすることができる。また、第1方向配線21のピッチPは、第2方向配線22のピッチPと等しい。このため、各開口部23は、それぞれ平面視略正方形状となっており、各開口部23からは、透明性を有する基板11が露出している。このため、各開口部23の面積を広くすることにより、配線基板10全体としての透明性を高めることができる。なお、各開口部23の一辺の長さLは、例えば0.01mm以上1mm以下の範囲とすることができる。なお、各第1方向配線21と各第2方向配線22とは、互いに直交しているが、これに限らず、互いに鋭角又は鈍角に交差していてもよい。また、開口部23の形状は、全面で同一形状同一サイズとするのが好ましいが、場所によって変えるなど全面で均一としなくても良い。
図4に示すように、各第1方向配線21は、その長手方向に垂直な断面(X方向断面)が略長方形形状又は略正方形形状となっている。この場合、第1方向配線21の断面形状は、第1方向配線21の長手方向(Y方向)に沿って略均一となっている。また、図5に示すように、各第2方向配線22の長手方向に垂直な断面(Y方向断面)の形状は、略長方形形状又は略正方形形状であり、上述した第1方向配線21の断面(X方向断面)形状と略同一である。この場合、第2方向配線22の断面形状は、第2方向配線22の長手方向(X方向)に沿って略均一となっている。第1方向配線21と第2方向配線22の断面形状は、必ずしも略長方形形状又は略正方形形状でなくても良い。第1方向配線21と第2方向配線22の断面形状は、例えば表面側(Z方向プラス側)が裏面側(Z方向マイナス側)よりも狭い略台形形状、あるいは、長手方向両側に位置する側面が湾曲した形状であっても良い。
本実施の形態において、第1方向配線21の線幅W(X方向の長さ、図4参照)及び第2方向配線22の線幅W(Y方向の長さ、図5参照)は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択できる。例えば、第1方向配線21の線幅Wは0.1μm以上5.0μm以下の範囲で選択することができ、0.2μm以上2.0μm以下とすることが好ましい。また、第2方向配線22の線幅Wは、0.1μm以上5.0μm以下の範囲で選択することができ、0.2μm以上2.0μm以下とすることが好ましい。さらに、第1方向配線21の高さH(Z方向の長さ、図4参照)及び第2方向配線22の高さH(Z方向の長さ、図5参照)は特に限定されず、用途に応じて適宜選択することができ、例えば0.1μm以上5.0μm以下の範囲で選択することができ、0.2μm以上2.0μm以下とすることが好ましい。
図6は、第1方向配線21及び第2方向配線22の幅方向(X方向、Y方向)の断面を示している。第1方向配線21及び第2方向配線22は、それぞれ表面24aと、裏面24bと、2つの側面24c、24dとを有している。このうち表面24aは、使用時に第1方向配線21及び第2方向配線22が観察者に視認される側(Z方向プラス側)に位置している。裏面24bは、表面24aの反対側であって基板11側(Z方向マイナス側)に位置している。また2つの側面24c、24dは、表面24aと裏面24bとの間に位置しており、それぞれ第1方向配線21及び第2方向配線22の幅方向(X方向、Y方向)両側に位置している。この場合、表面24aと側面24c、24dとはそれぞれ略直交し、裏面24bと側面24c、24dとはそれぞれ略直交しているが、これに限らず、鋭角又は鈍角で交わっていても良い。また表面24a、裏面24b及び側面24c、24dは、それぞれ直線状に延びているが、これに限らず表面24a、裏面24b又は側面24c、24dがそれぞれ湾曲していても良い。
図7は、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面24aの近傍を拡大して示す概略図である。図7に示すように、第1方向配線21及び第2方向配線22は、それぞれその幅方向(X方向、Y方向)の断面に現れる結晶粒の大きさをEBSD法で測定することができる。
EBSD法とは、走査型電子顕微鏡(以下、SEMとも称する)などを用いて試料の表面に対して大きく傾斜した方向から試料に電子線を照射した場合に得られる電子線の回折パターン(以下、EBSDパターンとも称する)に基づいて、結晶粒を解析する方法である。測定装置としては、例えば、ショットキー電界放出走査型電子顕微鏡と、EBSD検出器とを組み合わせたものを用いることができる。EBSD検出器としては、例えば、株式会社TSLソリューションズ製のOIM(Orientation Imaging Microscopy)検出器を用いることができる。
EBSD法を行う前の前処理として FIB(集束イオンビーム)法を用いて試料の断面加工を行っても良い。またFIB法を行う前の前処理として、試料表面に保護膜としてカーボンを200nm以上付与しても良い。この保護膜としては、Pt、PtPd、Os等の成分でもよく、保護膜を付与する方法としては、スパッタ法、蒸着法のいずれを用いてもよい。保護膜は、FIB法による加工時に加工部の表面に生じるダメージを防ぐものであり、保護膜の膜厚は加工条件により適宜調節することができる。FIB法に用いられるFIB装置としては、マイクロサンプリングをはじめとする、任意の箇所からピックアップすることが可能なシステムを搭載している装置であればどのような装置を用いてもよく、例えば日立ハイテクノロジーズ製NB5000を用いることができる。なお、観察部位の断面を薄膜加工した仕上げ膜厚は300nm以上とし、厚い分には問題がない。観察部位の断面を薄膜加工した仕上げ幅は例えば30μmとしても良い。FIB装置に搭載されているシステムにも依存するが、仕上げ幅が広い方が効率的である。
EBSD法に用いる走査型電子顕微鏡の条件の一例は、以下の通りである。
・観察倍率:30000倍(x1倍率の基準を120mm×90mmとする)
・加速電圧:15kV
・ワーキングディスタンス:15mm
・試料傾斜角度:70度
EBSD法による結晶解析の条件の一例は、以下の通りである。
・ステップサイズ:25nm
解析条件:
株式会社TSLソリューションズ製の結晶方位解析ソフトOIM(Ver7.3)を使用して、以下の解析を実施する。
解析の対象になる測定領域に現れる結晶粒の数が100個未満である場合、測定対象領域をずらしながら試料の断面の複数の位置で画像を取得し、得られた複数の画像を連結することにより、100個以上の結晶粒が現れる画像を生成してもよい。
株式会社TSLソリューションズ製の結晶方位解析ソフト OIM(Ver7.3)にて定義される信頼性指数(Confidence Index:CI値)が所定値以下のデータは排除して、解析を実施する。例えば、CI値が0.2以下のデータを排除する。これにより、試料表裏に存在する基材や前処理に使用した保護膜、試料断面に存在している粒界や、アモルファスの影響を排除することができる。その他の手法としてImage Quality像より一定以上のコントラストを有する箇所を結晶とみなし、データ抽出を行う方法もよい。双晶粒界は存在しないものとして、通常の粒界のみカウントする。
第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径は、300nm以上としても良く、400nm以上であることが好ましい。なお、金属結晶29のエリア平均粒径の上限は特にないが、例えば1000nm以下としても良い。金属結晶29のエリア平均粒径が300nm以上であることにより、後述するように、金属結晶29の密度が相対的に低くなるため、粒界の総面積が減少し、粒界での電子拡散が減少し、電流が流れにくくことを抑制でき、電磁波の伝送損失を低減できる。
なお、金属結晶29の粒径dとは、例えば図7のような断面視における当該金属結晶29の大きさ、言い換えると、第1方向配線21及び第2方向配線22の長手方向に平行な方向から第1方向配線21及び第2方向配線22を観察した場合に観察される当該金属結晶29の大きさと同面積の円の直径としても良い。金属結晶29のエリア平均粒径は、厳密には、第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれるすべての金属結晶29について粒径dを調べて、その平均値を算出することになる。しかしながら、金属結晶29の大きさ等を考慮して、第1方向配線21及び第2方向配線22内での金属結晶29の粒径dの全体的な傾向を表し得ると期待される数量の金属結晶29の粒径dを調べて、その平均値を金属結晶29のエリア平均粒径としてもよい。例えば、第1方向配線21及び第2方向配線22の長手方向の長さ3μmから30μmあたり5個から50個以上の金属結晶29の粒径dを調べて、その平均値を金属結晶29のエリア平均粒径としてもよい。
金属結晶29のエリア平均粒径を測定する箇所は、第1方向配線21及び第2方向配線22の断面等の測定面において、測定に必要なサイズが測定面より狭い場合はその端部から離れた箇所とする。例えば、第1方向配線21及び第2方向配線22の幅方向の位置を測定可能な場合、第1方向配線21及び第2方向配線22の幅の10%以上の長さ分だけ幅方向端部から離れた中央に近い箇所で測定する。第1方向配線21及び第2方向配線22の厚み方向の位置を測定可能な場合、第1方向配線21及び第2方向配線22の厚みの10%以上の長さ分だけ厚み方向端部から離れた中央に近い箇所で測定する。また、上述したように、数点を測定し、それらの平均値をエリア平均粒径としても良い。
また、図7に示すように、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaは100nm以下であっても良く、90nm以下であることが好ましい。なお、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaの下限は特にないが、例えば5nm以上としても良い。第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaが100nm以下であることにより、後述するように、特に高周波の電磁波において、表皮効果により主に第1方向配線21及び第2方向配線22の表面に電子が流れる。このため、当該表面が平滑なほど、つまり表面粗さRaが小さいほど、電磁波の伝送損失を低減できる。表面粗さRaは、非接触式粗さ計を用いて測定される算術平均粗さである。非接触式粗さ計としては、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK-X250(制御部)を用いることができる。
ここで第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaとは、第1方向配線21及び第2方向配線22の外面の表面粗さRaであり、具体的には、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面24aの表面粗さRaをいう。また、表面24aの全面が上記範囲を満たすことが好ましいが、これに限らず、表面24aの一部の表面粗さRaが上記範囲を満たしても良い。第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaを測定する箇所は、表面24aにおいて、その幅方向端部から離れた箇所とする。例えば、第1方向配線21及び第2方向配線22の幅の10%以上の長さ分だけ幅方向端部から離れた中央に近い箇所で測定する。また、一点でも良いが、数点を測定し、それらの平均値としても良い。
なお、本実施の形態において、上述したように、(i)第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径は、300nm以上であり、かつ(ii)第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaが100nm以下となっていることが好ましい。しかしながら、これに限らず、上記(i)又は(ii)のいずれか一方の条件のみを満たしても良い。
第1方向配線21及び第2方向配線22の材料は、導電性を有する金属材料であればよい。本実施の形態において第1方向配線21及び第2方向配線22の材料は銅であるが、これに限定されない。第1方向配線21及び第2方向配線22の材料は、例えば、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄、ニッケルなどの金属材料(含む合金)を用いることができる。また第1方向配線21及び第2方向配線22は、電解めっき法によって形成されためっき層であっても良い。
また、図4及び図5に示すように、基板11上には易接着層15が形成されている。易接着層15は、基板11と第1方向配線21及び第2方向配線22との接着性を高めるものであり、基板11の表面の略全域に形成されている。易接着層15は、絶縁性の被膜からなっている。このような易接着層15の材料としては、例えばポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート等のアクリル樹脂とそれらの変性樹脂と共重合体、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等のポリビニル樹脂とそれらの共重合体、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアミド、塩素化ポリオレフィン等の無色透明な樹脂を用いることができる。また、易接着層15の厚みは、10nm以上800nm以下の範囲で適宜設定することができる。なお、易接着層15は、基板11の表面のうち少なくともメッシュ配線層20に形成されていれば良い。
易接着層15上には、密着層16が形成されている。この密着層16は、第1方向配線21及び第2方向配線22と、易接着層15との間に位置している。密着層16は、基板11と第1方向配線21及び第2方向配線22との密着性を高めるものであり、第1方向配線21及び第2方向配線22と同一の平面形状に形成されている。すなわち、密着層16は、平面視で格子形状又は網目形状を有している。この密着層16の材料としては、例えばチタン、チタン酸化物、ニッケル、ニッケル酸化物、インジウム-亜鉛酸化物(IZO:Indium-Zinc-Oxide)、インジウム-錫酸化物(ITO:Indium-Tin-Oxide)等の金属酸化物を用いることができる。また、密着層16の厚みは、10nm以上100nm以下の範囲で選択することができる。なお、密着層16は必ずしも設けられていなくても良い。
さらに、基板11の表面上であって、第1方向配線21、第2方向配線22及び易接着層15を覆うように保護層17が形成されている。保護層17は、第1方向配線21及び第2方向配線22を保護するものであり、基板11の表面の略全域に形成されている。保護層17の材料としては、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート等のアクリル樹脂とそれらの変性樹脂と共重合体、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等のポリビニル樹脂とそれらの共重合体、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアミド、塩素化ポリオレフィン等の無色透明の絶縁性樹脂を用いることができる。また、保護層17の厚みは、0.3μm以上10μm以下の範囲で選択することができる。なお、保護層17は、基板11のうち少なくともメッシュ配線層20を覆うように形成されていれば良い。
メッシュ配線層20の全体の開口率Atは、例えば87%以上100%未満の範囲とすることができる。配線基板10の全体の開口率Atをこの範囲とすることにより、配線基板10の導電性と透明性を確保することができる。なお、開口率とは、所定の領域(例えばメッシュ配線層20の全域)の単位面積に占める、開口領域(第1方向配線21、第2方向配線22等の金属部分が存在せず、基板11が露出する領域)の面積の割合(%)をいう。
再度図1を参照すると、給電部40は、メッシュ配線層20に電気的に接続されている。この給電部40は、略長方形状の導電性の薄板状部材からなる。給電部40の長手方向はX方向に平行であり、給電部40の短手方向はY方向に平行である。また、給電部40は、基板11の長手方向端部(Y方向マイナス側端部)に配置されている。給電部40の材料は、例えば、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄、ニッケルなどの金属材料(含む合金)を用いることができる。この給電部40は、配線基板10が画像表示装置90(図10参照)に組み込まれた際、画像表示装置90の無線通信用回路92と電気的に接続される。なお、給電部40は、基板11の表面に設けられているが、これに限らず、給電部40の一部又は全部が基板11の周縁よりも外側に位置していても良い。また、給電部40を柔軟に形成することにより、給電部40が画像表示装置90の側面や裏面に回り込んで、側面や裏面側で電気的に接続できるようにしても良い。
[配線基板の製造方法]
次に、図8A-図8E及び図9A-図9Eを参照して、本実施の形態による配線基板の製造方法について説明する。図8A-図8E及び図9A-図9Eは、本実施の形態による配線基板の製造方法を示す断面図である。
まず、図8Aに示すように、基板11を準備し、この基板11の表面の略全域に易接着層15及び密着層16を順次形成する。易接着層15を形成する方法としては、ロールコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、マイクログラビアコート、スロットダイコート、ダイコート、ナイフコート、インクジェットコート、ディスペンサーコート、キスコート、スプレーコートを用いても良い。また、密着層16を形成する方法としては、蒸着法やスパッタリング法やプラズマCVD法を用いても良い。
次に、図8Bに示すように、基板11の表面の略全域であって、密着層16上に導電層51を形成する。本実施の形態において導電層51の厚さは、200nmである。しかしながらこれに限定されず、導電層51の厚さは10nm以上1000nm以下の範囲で適宜選択することができる。本実施の形態において導電層51は、銅を用いてスパッタリング法によって形成する。導電層51を形成する方法としては、プラズマCVD法を用いても良い。
次に、図8Cに示すように、基板11の表面の略全域であって、密着層16上に光硬化性絶縁レジスト52を供給する。この光硬化性絶縁レジスト52としては、例えばエポキシ系樹脂等の有機樹脂を挙げることができる。
続いて、凸部53aを有する透明なインプリント用のモールド53を準備し(図8D)、このモールド53と基板11とを近接させて、モールド53と基板11との間に光硬化性絶縁レジスト52を展開する。次いで、モールド53側から光照射を行い、光硬化性絶縁レジスト52を硬化させることにより、絶縁層54を形成する。これにより、絶縁層54の表面に、凸部53aが転写された形状をもつトレンチ54aが形成される。トレンチ54aは、第1方向配線21及び第2方向配線22に対応する平面形状パターンを有する。
その後、モールド53を絶縁層54から剥離することにより、図8Eに示す断面構造の絶縁層54を得る。モールド53を絶縁層54から剥離する方向は、より長い第1方向配線21が延長するY方向とすることが好ましい。
このように、絶縁層54の表面に、インプリント法によってトレンチ54aを形成することにより、トレンチ54aの形状を微細なものとすることができる。なお、これに限らず、絶縁層54をフォトリソグラフィ法により形成しても良い。この場合、フォトリソグラフィ法により、第1方向配線21及び第2方向配線22に対応する導電層51を露出するようにレジストパターンを形成する。
このとき、絶縁層54のトレンチ54aの底部には、絶縁材料の残渣が残ることがある。このため過マンガン酸塩溶液やN-メチル-2-ピロリドン等の有機溶媒を用いたウェット処理や、酸素プラズマを用いたドライ処理を行うことによって、絶縁材料の残渣を除去する。
このように、絶縁材料の残渣を除去することによって、図9Aに示すように導電層51を露出したトレンチ54aを形成することができる。
次に、図9Bに示すように、絶縁層54のトレンチ54aを、導電体55で充填する。本実施の形態において、導電層51をシード層として、電解めっき法を用いて絶縁層54のトレンチ54aを銅で充填する。なお導電体55は、第1方向配線21及び第2方向配線22に対応する平面形状を有する。
このように電解めっき法を用いてトレンチ54aを導電体55で充填する際、例えば電解めっきに用いられるめっき液を適宜調整することにより、(i)導電体55(第1方向配線21及び第2方向配線22)に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径を300nm以上とし、及び/又は、(ii)導電体55(第1方向配線21及び第2方向配線22)の表面粗さRaを100nm以下とすることができる。例えば導電体55が銅から作製され、めっき液として硫酸銅を主成分とする硫酸銅浴が用いられる場合、めっき液に含まれる硫酸銅、硫酸、界面活性剤等を含む光沢剤等の各種成分を適宜調整することにより、結晶の成長速度を抑制し、結果として導電体55に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径を増大させ、導電体55の表面粗さRaを抑制することができる。このように、めっき液として硫酸銅を主成分とするものを用いた場合、一般的なシアン化銅を主成分としためっき液を用いる場合と比較して、導電体55に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径を大きくするとともに、導電体55の外面が平滑になるようにすることができる。
続いて、図9Cに示すように、絶縁層54を除去する。この場合、過マンガン酸塩溶液やN-メチル-2-ピロリドン等の有機溶媒を用いたウェット処理や、酸素プラズマを用いたドライ処理を行うことによって、基板11上の絶縁層54を除去する。
次いで、図9Dに示すように、基板11の表面上の導電層51及び密着層16を除去する。この際、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液、ペルオキソ二硫酸ナトリウム水溶液、硫酸、過酸化水素水等の銅エッチング液を用いたウェット処理を行うことによって、基板11の表面が露出するように導電層51及び密着層16をエッチングする。更にその後、導電体55(第1方向配線21及び第2方向配線22)の表面に黒化層を形成しても良い。
その後、図9Eに示すように、基板11上の易接着層15、導電体55及び密着層16を覆うように保護層17を形成する。保護層17を形成する方法としては、ロールコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、マイクログラビアコート、スロットダイコート、ダイコート、ナイフコート、インクジェットコート、ディスペンサーコート、キスコート、スプレーコート、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷を用いても良い。
このようにして、基板11と、基板11上に配置されたメッシュ配線層20と、を有する配線基板10が得られる(図9E)。この場合、メッシュ配線層20は、第1方向配線21及び第2方向配線22を含む。このとき、導電体55の一部によって、給電部40が形成されても良い。あるいは、平板状の給電部40を別途準備し、この給電部40をメッシュ配線層20に電気的に接続しても良い。
[本実施の形態の作用]
次に、このような構成からなる配線基板の作用について述べる。
図10に示すように、配線基板10は、ディスプレイ91を有する画像表示装置90に組み込まれる。配線基板10は、ディスプレイ91上に配置される。このような画像表示装置90としては、例えばスマートフォン、タブレット等の携帯端末機器を挙げることができる。配線基板10のメッシュ配線層20は、給電部40を介して画像表示装置90の無線通信用回路92に電気的に接続される。このようにして、メッシュ配線層20を介して、所定の周波数の電波を送受信することができ、画像表示装置90を用いて通信を行うことができる。
ところで、特に近年使用されてきている高周波の電磁波において、メッシュ配線層20を構成する金属の結晶粒界を電子が単位時間当たりに通過する回数が増加するため、電流が流れにくく、伝送損失が増加する恐れがある。
これに対して本実施の形態によれば、(i)第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径が300nm以上であり、及び/又は、(ii)第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaが100nm以下となっている。これにより、金属結晶29の密度が相対的に低くなるため、粒界の総面積が減少し、粒界での電子拡散が減少し、電流が流れにくくことを抑制でき、電磁波の伝送損失を低減できる。また、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面が平滑であるため、電磁波の伝送損失を低減できる。
また近年、第5世代通信すなわち5G(Generation)用の携帯端末機器の開発が進められている。配線基板10のメッシュ配線層20が例えば5G用のアンテナ(特にミリ波用アンテナ)として用いられる場合、メッシュ配線層20が送受信する電波(ミリ波)は、例えば4G用のアンテナが送受信する電波と比べて高周波である。一般に、交流電流を配線に流したとき、周波数が高くなるほど、配線の中心部分には電流が流れにくくなり、配線の表面を電流が流れるようになる。このように、配線に交流電流を流したときに表面にのみ電流が流れる現象のことを表皮効果という。また、表皮深さとは、最も電流が流れやすい配線の表面の電流に対して、1/e(約0.37)倍に減衰する、配線の表面からの深さのことをいう。この表皮深さδ(図6参照)は、一般に下記の式によって求めることができる。
Figure 0007667960000001
なお、上記式中、ωは角周波数(=2πf)、μは透磁率(真空中では4π×10-7[H/m])、σは配線を構成する導体の導電率(銅の場合は5.8×10[S/m])を意味する。銅の配線の表皮深さδは、周波数が0.8GHzの場合、δ=約2.3μmであり、周波数が2.4GHzの場合、δ=約1.3μmであり、周波数が4.4GHzの場合、δ=約1.0μmであり、周波数が6GHzの場合、δ=約0.85μmである。また、5G用のアンテナが送受信する電波(ミリ波)は、例えば4G用のアンテナが送受信する電波と比べて高周波(28GHz~39GHz)であり、例えば電流の周波数が28GHz~39GHzである場合、δ=約0.3μm~約0.4μmとなる。
このため、メッシュ配線層20の表面が平滑なほど、つまり表面粗さRaが小さいほど、配線の表皮抵抗が増加することが抑えられ、電波の送受信時に生じる伝送損失を低減することができる。これに対して、比較例として配線の表面粗さRaが大きい場合、配線の表皮抵抗が増加し、電波の送受信時に伝送損失が生じるおそれがある。とりわけ、メッシュ配線層20が送受信する電波(ミリ波)が高周波である場合、第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaを100nm以下に抑えることにより、第1方向配線21及び第2方向配線22の表皮抵抗を小さくすることができる。このため、第1方向配線21及び第2方向配線22の表皮抵抗によって、メッシュ配線層20中の電流の流れを阻害しないようにすることができる。
また、本実施の形態によれば、第1方向配線21及び第2方向配線22の線幅が0.1μm以上5.0μm以下である。これにより、第1方向配線21及び第2方向配線22を肉眼で見づらくすることができ、ディスプレイ91の視認性を低下しないようにすることができる。
また、本実施の形態においては、基板11の誘電正接が0.002以下であることにより、とりわけメッシュ配線層20が送受信する電波(ミリ波)が高周波である場合に、電波の送受信時に生じる誘電損失を小さくできる。
また、本実施の形態によれば、第1方向配線21及び第2方向配線22はめっき層からなることにより、第1方向配線21の高さH及び第2方向配線22の高さHを高くすることができる。
また、本実施の形態によれば、基板11上に、易接着層15が形成されているので、基板11と、第1方向配線21及び第2方向配線22との接着性を高めることができる。さらに、易接着層15上に、密着層16が形成されているので、基板11と、第1方向配線21及び第2方向配線22との密着性をより高めることができる。
また、本実施の形態によれば、基板11上に、第1方向配線21及び第2方向配線22を覆うように保護層17が形成されているので、第1方向配線21及び第2方向配線22を外部の衝撃等から保護することができる。
また、本実施の形態によれば、メッシュ配線層20は、アンテナとしての機能をもつ。このアンテナとしてのメッシュ配線層20を画像表示装置90の最表面側に配置することができる。このため、アンテナを画像表示装置90に内蔵させる場合と比べて通信性能を向上させることができる。また、アンテナとしてのメッシュ配線層20を画像表示装置90の面内に複数配置することができるので、通信性能をより向上させることができる。
とりわけ、メッシュ配線層20がアンテナとして用いられる場合に、アンテナとしての性能、具体的にはS11等のアンテナ性能の低下を抑えることができる。ここでS11とは、例えば、アンテナの入力端子から反射される電力を、アンテナの入力端子に入射する電力で割った値をいう。S11は、例えば、ネットワークアナライザを用いて測定することができる。
なお本実施の形態において、メッシュ配線層20がアンテナとしての機能をもつ場合を例にとって説明したが、これに限られるものではない。メッシュ配線層20は、例えばホバリング(使用者がディスプレイに直接触れなくても操作可能となる機能)、指紋認証、ヒーター、ノイズカット(シールド)等の機能を果たしても良い。このような場合においても、メッシュ配線層20中を電流が流れやすくすることができる。
また本実施の形態において、第1方向配線21及び第2方向配線22の両方が、(i)第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径が300nm以上であり、及び/又は、(ii)第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaが100nm以下となっている場合を例にとって説明したが、これに限られるものではない。第1方向配線21及び第2方向配線22のいずれか一方のみが、(i)第1方向配線21及び第2方向配線22に含まれる金属結晶29のエリア平均粒径が300nm以上であり、及び/又は、(ii)第1方向配線21及び第2方向配線22の表面粗さRaが100nm以下となっていても良い。
[実施例]
次に、本実施の形態における具体的実施例について説明する。
(メッシュパターンの作製)
実施例及び比較例の配線基板をそれぞれ以下の通り準備した。
(実施例1)
PETフィルム製の基板上に銅のメッシュパターンを硫酸銅を主成分とするめっき液を用いて電解めっき法により作製した。これにより、基板101と、メッシュ配線層102とを備えた配線基板100を得た(図11参照)。なおメッシュ配線層102の大きさは、幅2mm×長さ7.5mmとし、長さ7.5mmの終端部に同じ幅2mmで長さ1mmの銅のベタ領域103を形成した。メッシュ配線層102と銅のベタ領域103は電気的に接続されている。更に銅のベタ領域103から1~2mm幅を開けて、幅6mm以上、長さ6mm以上の銅ベタ領域(グランド)104を形成した。メッシュ配線層102は格子状であり、ベタ領域103、104はベタ(ソリッド)である。各配線の幅は、メッシュ配線層102の幅方向及び長さ方向ともに1μmとした。また各配線の高さは1μmとし、各配線のピッチは100μmとした。ベタ領域103、104の高さは1μmとした。
(実施例2)
メッシュ配線層102とベタ領域103、104を作製する際のめっき液の各種成分が異なること、以外は実施例1と同様にして、実施例2の配線基板を作製した。
(比較例1)
メッシュ配線層102とベタ領域103、104を作製する際のめっき液の各種成分が異なること、以外は実施例2と同様にして、比較例1の配線基板を作製した。
実施例及び比較例の配線基板100について、銅結晶のエリア平均粒径と配線の表面粗さRaとをそれぞれ測定した。銅結晶のエリア平均粒径は、SEM-EBSD法により分析した。また、配線の表面粗さRaは、レーザー顕微鏡(キーエンス社製VK-X250(制御部)、VK-X260(測定部)、レーザー波長408nm)を用いて測定した。
ベクトルネットワークアナライザ(アジレント社製8722ES)を使用し、同軸ケーブルのG信号を幅6mm以上、長さ6mm以上の銅ベタ領域104に接続し、S信号をメッシュパターン終端部のベタ領域103へ接続し、メッシュ配線層102の8~12GHzのS11を測定した。
この結果、-10dB以下のピークを有するものを「◎」(excellent)と評価し、-8dB以下のピークを有するものを「○」(good)と評価し、-8dB以下のピークを示さないものを「×」(poor)と評価した。以上の評価結果を表1に示す。
Figure 0007667960000002
上記実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態及び変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

Claims (18)

  1. 配線基板であって、
    基板と、
    前記基板上に配置され、複数の配線を含むメッシュ配線層と、を備え、
    前記基板は、波長400nm以上700nm以下の光線の透過率が85%以上であり、
    前記配線は、表面粗さRaを含み、前記表面粗さRaは、100nm以下であり、
    前記配線は、断面視において粒界を介して互いに隣接して配置された複数の金属結晶を含み、前記金属結晶のエリア平均粒径が300nm以上である、配線基板。
  2. 前記配線の線幅は、0.1μm以上5.0μm以下である、請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記メッシュ配線層は、アンテナである、請求項1又は2に記載の配線基板。
  4. 前記配線は、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄又はニッケルを含む、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  5. 前記基板の誘電正接が0.002以下である、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  6. 前記基板の厚みが5μm以上200μm以下である、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  7. 前記基板は、シクロオレフィンポリマー又はポリノルボルネンポリマーを含む、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  8. 前記メッシュ配線層は、前記基板の一部のみに存在する、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  9. 前記表面粗さRaは90nm以下である、請求項1乃至のいずれか一項に記載の配線基板。
  10. 配線基板の製造方法であって、
    基板を準備する工程と、
    前記基板上に、複数の配線を含むメッシュ配線層を形成する工程と、を備え、
    前記基板は、波長400nm以上700nm以下の光線の透過率が85%以上であり、
    前記配線は、表面粗さRaを含み、前記表面粗さRaは、100nm以下であり、
    前記配線は、断面視において粒界を介して互いに隣接して配置された複数の金属結晶を含み、前記金属結晶のエリア平均粒径が300nm以上である、配線基板の製造方法。
  11. 前記配線の線幅は、0.1μm以上5.0μm以下である、請求項10に記載の配線基板の製造方法。
  12. 前記メッシュ配線層は、アンテナである、請求項10又は11に記載の配線基板の製造方法。
  13. 前記配線は、金、銀、銅、白金、錫、アルミニウム、鉄又はニッケルを含む、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  14. 前記基板の誘電正接が0.002以下である、請求項10乃至13のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  15. 前記基板の厚みが5μm以上200μm以下である、請求項10乃至14のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  16. 前記基板は、シクロオレフィンポリマー又はポリノルボルネンポリマーを含む、請求項10乃至15のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  17. 前記メッシュ配線層は、前記基板の一部のみに存在する、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  18. 前記表面粗さRaは90nm以下である、請求項10乃至17のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
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