电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置 【技术领域】
本发明涉及在基体上形成电路时所用的电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置。
背景技术
电路板一般用于，将LSI等半导体和各种电子部件装配在电子器械、通信器械和计算机等器械中。电路板种类较多，有以陶瓷为基体的，有使用玻璃纤维等强化材料和环氧树脂等合成树脂的复合材料的，也有以聚酯树脂和酰胺树脂等柔性薄膜作为基体的，此外，从电路层数上看，分为如双面板和单面板的同一面上的电路层为单层的板，以及在同一面上的电路层为多层的多层板等，根据不同的用途和要求特性而分别使用。这些电路板都具有导体电路，随着机器的小型化和半导体的高性能化，电路图案也向高密度化发展。
电路板的电路图案形成，一般是通过金属面腐蚀法进行的。采用金属面腐蚀法的电路形成过程，是经过开孔工序、化学镀金工序、利用干膜等的图案形成工序、电镀工序、蚀刻工序和焊料剥离工序等形成的。由于工序数较多、各工序都需要花费时间等原因，使得在生产成本中加工费所占的比例较高，减少该加工费是电路板业界的一个很大地课题。特别是对于多层电路板，这种问题尤甚。此外，在镀金工序和蚀刻工序中还存在废液处理等问题。
为了解决这些问题，公开了一种电路板的形成方法，其中通过以喷墨的方式在基体表面上同时形成导电图案和绝缘图案形成电路图案(特开平11-163499号公报)。
图4是根据现有例的电路形成方法制作的电路图案(导电图案、绝缘图案)剖面图。在利用现有例的喷墨方式形成电路的情况下，在导电图案和绝缘图案接触的区域内，发生如图4所示的渗透，由于该渗透，有时会在不需要的部分产生导通。
【发明内容】
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种，即使同时在基体上形成导电图案和绝缘图案，也可以抑制在导电图案和绝缘图案接触区域上的渗透，形成细微电路图案的电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置。此外，本发明的另一个目的是提供一种，可以解决电路形成中电路图案形成工序复杂、工序数多、需要较长时间等各种问题，加工成本低廉，且不产生有害的镀金废液和蚀刻废液的电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置。
为达到上述目的，本发明提供了一种电路形成方法，包括：使含有第1成分的用于形成第1图案的第1液体和含有第2成分的用于形成第2图案的第2液体相互接触而供给到基体上，形成由前述第1图案和前述第2图案组成的电路图案，其中前述第2成分与前述第1成分接触时在该接触区域发生界面凝聚。
本发明中前述第1成分为导电性材料，前述第1图案为导电图案，前述第2液体含有前述第2成分和绝缘性材料，其中前述第2成分在与前述导电性材料接触时在该接触区域发生界面凝聚，前述第2图案为绝缘图案。
本发明还包含下述工序：将前述第2液体供应到前述基体上，在前述基体上形成前述绝缘图案后，使前述绝缘图案中的前述第2成分挥发。
在本发明中使前述第2成分挥发的工序为加热处理。
在本发明中使前述第2成分挥发，前述第2成分是通过前述第2液体在前述基体上形成的前述绝缘图案中的成分。
在本发明中前述第1液体和前述第2液体各自含有水，通过喷墨方式供应到前述基体上。
在本发明中还提供一种电路板，具有通过前述的电路形成方法形成的电路图案和前述基体。
在本发明中还提供一种电路形成装置，包括：用于贮存含有第1成分的用于形成第1图案的第1液体的第1液体容器，用于贮存含有第2成分的用于形成第2图案的第2液体的第2液体容器，其中前述第2成分与前述第1成分接触时在该接触区域发生界面凝聚，通过使第1液体和第2液体互相接触而供应到基体上，在前述基体上形成由前述第2图案和前述第1图案组成的电路图案的装置。
在本发明的电路形成装置中前述第1成分为导电性材料，前述第1图案为导电图案，前述第2液体含有前述第2成分和绝缘性材料，其中前述第2成分在与前述导电性材料接触时在该接触区域发生界面凝聚，前述第2图案为绝缘图案。
在本发明中还提供一种油墨装置，包括：含有第1成分的用于形成第1图案的第1液体和含有第2成分的用于形成第2图案的第2液体，其中的前述第2成分与前述第1成分接触时在该接触区域发生界面凝聚。
在本发明的油墨装置中前述第1成分为导电性材料，前述第1图案为导电图案，前述第2液体含有前述第2成分和绝缘性材料，其中前述第2成分在与前述导电性材料接触时在该接触区域发生界面凝聚，前述第2图案为绝缘图案。
在本发明中，由于在导电图案和绝缘图案的接触区域内产生界面凝聚，因此抑制了导电图案和绝缘图案之间的渗透，可以形成细微的电路图案。
此外，由于不需要丝网印刷机和蚀刻用设备等，解决了在电路形成中电路图案的形成工序复杂、工序数多，需要较长时间等各种问题，可以形成加工成本低廉的电路板。
此外，由于不产生有害的镀金废液和蚀刻废液，是一种对环境友好的电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置。
【附图说明】
图1A是实施例1的电路图案的示意图。
图1B是沿着图1A的1B-1B线的剖面图。
图1C是沿着图1A的1C-1C线的剖面图。
图2A是实施例2的第2层电路图案的示意图。
图2B是沿着图2A的2B-2B线的剖面图。
图3A是实施例2的第3层电路图案的示意图。
图3B是沿着图3A的3B-3B线的剖面图。
图4是根据现有例的电路形成方法制作的电路图案的剖面图。
图5是表示本发明中的电路形成装置的概略图。
图6A是表示一体型的第1液体贮存容器和第2液体贮存容器的概略图。
图6B是表示分离型的第1液体贮存容器和第2液体贮存容器的概略图。
【具体实施方式】
在本发明中，例如在将第1图案作为导电性的导电图案、将第2图案作为绝缘性的绝缘图案的情况下，在导电图案和绝缘图案的接触区域内产生界面凝聚，由此抑制了导电图案和绝缘图案之间的渗透，可以形成细微的电路图案。
这里所述的界面凝聚是指，当两种不同的液体相接触时，两种液体成分在相互接触的狭窄的区域(几百nm～几μm级)内凝聚，以该狭窄区域为界，存在两种不同液体的状态。
在本发明中，当形成导电图案的第1液体和形成绝缘图案的第2液体接触时，在两种液体接触的区域内发生凝聚而产生界面的现象称为界面凝聚。本发明利用的是，以上述发生界面凝聚的区域为界，由富含第1液体成分的第1液体形成的区域和由富含第2液体成分的第2液体形成的区域处于分离状态。此外，第1液体中含有的第1聚合物和第2液体中含有的第2聚合物为互不混合的2种聚合物，当第1液体和第2液体接触时，第1液体和第2液体分离为不混合的两相，在界面边界上分离。在本发明中，这种界面也包括在界面凝聚中。
此外，由于不需要丝网印刷机和蚀刻用设备等，解决了在电路形成中电路图案的形成工序复杂、工序数多、需要较长时间等各种问题，可以制备加工成本低廉的电路板。
此外，由于不产生有害的镀金废液和蚀刻废液，是一种不污染环境的电路形成方法、电路板、电路形成装置和油墨装置。
在基体上形成由导电图案和绝缘图案组成的电路图案的方法没有特别的限制，优选最近经常用于电脑打印机等的喷墨方式。
在喷墨方式的情况下，通过调节形成电路图案的颗粒的大小，可以将分辨率设定在200～1000dpi的范围内，因此可以使电路图案的宽度和间距细至100μm左右。从而可以充分满足对电路图案的高密度化的要求。此外，将喷墨打印机和个人电脑等计算机连接时，根据输入到计算机中的电路图案图形信息，可以通过一步工序同时形成导电图案和绝缘图案，和现有的经过多步工序、需要较长时间的电路图案形成方法相比，可以明显简单地在短时间内进行电路图案的形成。此外，不需要丝网印刷机和蚀刻用设备等，只需要和计算机联动的喷墨方式的电路图案形成装置以及简单的干燥机，在设备方面也是廉价的。
根据本发明，通过在导电图案和绝缘图案接触的区域内发生界面凝聚，抑制了导电图案和绝缘图案之间的渗透，可以形成细微的电路图案。
1.电路形成装置的构成
图5是作为本发明的一个实施例的采用喷墨方式的电路形成装置的概略图，图6是用于贮存第1液体和/或第2液体的容器。在本实施方式中所用的电路形成装置具有：用于向基体6上喷射第1液体和第2液体的喷头(没有图示)，搭载用于贮存第1液体的第1容器201和用于贮存第2液体的第2容器202的支架109，搭载作为存储介质的基体6的载物台103。图6A是一体型的第1液体贮存容器和第2液体贮存容器的概略图。图6B是分离型的第1液体贮存容器和第2液体贮存容器的概略图。用于贮存第1液体的容器201上具有用于将第1液体供给到喷头的第1供给口203，用于贮存第2液体的容器202上具有用于将第2液体供给到喷头的第2供给口204。还有支架109的移动装置支架(CR，carriage)直线电动机101，作为基体6的移动装置的载物台103以及送纸(LF，line feed)直线电动机102。LF直线电动机102保持着高刚性被固定在平台108上，即使载物台103移动，承载基体6的载物台表面也总是和平台面保持平行。另一方面，CR直线电动机101通过基座104和105保持着高刚性被固定在平台108上，调整支架109使其可以保持与平台面、即载物台表面平行地移动。CR直线电动机101和LF直线电动机102的内部分别设有线性编码器111、112和原点探测器106、107，被用于各直线电动机移动时的伺服控制输入的同时，CR直线电动机101侧的线性编码器111还用于控制第1液体和第2液体喷射的时间。此外，本电路形成装置还和计算机(没有图示)连接，根据计算机的电路图案图形信息数据，从喷头喷出第1液体和第2液体，在基体6的表面上同时形成导电图案和绝缘图案。
2.基体
本发明中使用的基体6具有薄膜状、薄片状、板状等平面形状。为了连续地形成电路图案层，特别优选薄膜状或薄片状的基体。此外，即使不是平面，只要通过喷墨方式可以形成电路图案，也可以是曲面。在材质方面，可以列举：如聚酯薄膜、芳香族聚酰胺薄膜、聚酰亚胺薄膜等热塑性树脂薄膜，或者在由玻璃纤维、聚酯纤维、芳香族聚酰胺纤维形成的织物或无纺布上使热塑性树脂或环氧树脂浸渍硬化形成薄片状的物质，或者是在通常的电路板中所用的玻璃环氧层压板之类的板状的物质，进而还可以列举具有渗透性的基体、纸或布之类的物质。
3.第1液体和第2液体
本发明中使用的形成导电图案的第1液体含有水和导电性材料。作为配制本发明中的第1液体时所使用的水，一般优选是以工业用水作为原料，通过去离子交换处理后除去阳离子和阴离子的水。在第1液体中水的含量根据后述的水溶性有机溶剂的种类、其比例、以及第1液体的要求特性，可在较广的范围内决定，相对于第1液体，一般在10～98重量％的范围内，特别优选在40～90重量％的范围内。导电性材料可视为第1成分。
第1液体中使用作为第1成分的导电性材料，可以列举例如用激光烧蚀制造的平均粒径在1～100nm程度的金属超微颗粒。金属超微颗粒，可以列举ITO(铟·锡氧化物)、SnO2(氧化锡)等。
本发明中所使用的形成绝缘图案的第2液体含有水、绝缘性材料和第2成分。第2成分是一种碱性水溶液，当其与第1液体中所使用的导电性材料接触时，由于pH差引起凝聚沉淀反应，从而在接触区域发生界面凝聚，抑制了第1液体和第2液体之间的渗透，使其互相分离而存在，第2成分经过后序的热硬化处理而挥发。作为第2液体中使用的水，可以列举的是如前述第1液体中使用的水。
作为第2成分的物质，可以列举任意的聚合物。作为任意的聚合物的例子，可以使用阴离子性水溶性聚合物、挥发性胺等。作为第2成分的具体例，阴离子性水溶性聚合物可以列举铵盐、挥发性胺可以列举氢氧化铵。此外，作为绝缘性材料，可以列举非离子性聚合物。作为非离子性聚合物的具体例，可以使用以环氧树脂为主要成分的阻焊膜。
4.导电图案和绝缘图案的形成方法
实施例1
对本发明实施方式1中的导电图案和绝缘图案的形成方法进行说明。
在本实施例中，使用前述的电路形成装置，电路形成装置的第1液体容器和第2液体容器中的第1液体和第2液体从喷头喷出，在绝缘性的基体上大致同时地形成导电图案和绝缘图案。作为绝缘性基体，使用厚度为100μm的聚酰亚胺薄膜。在第1液体中，作为导电性材料使用10重量％的平均粒径在100nm及其以下的SnO2(氧化锡)、以及90重量％的水。此外，在第2液体中，作为第2成分使用10重量％的氢氧化铵、10重量％作为绝缘性材料的环氧树脂类的阻焊膜、以及80重量％的水。
图1A是本发明中的电路图案的示意图。1表示在基体6上形成的第1层电路图案，1a为宽150μm左右的第1层导电图案，1b为第1层绝缘图案。形成导电图案1a的第1液体中的导电材料SnO2(氧化锡)和形成绝缘图案1b的第2液体中的第2成分氢氧化铵接触的区域上发生界面凝聚。也就是说，通过在酸性区域(pH＜7)内稳定的导电性金属超微颗粒SnO2(氧化锡)和在碱性条件下挥发性较高的氢氧化铵之间的pH差，引起凝聚沉淀反应。该图表示：通过产生上述界面凝聚的区域8，抑制由第1液体形成的导电图案和由第2液体形成的绝缘图案之间的渗透，导电图案1a和绝缘图案1b以互相分离的状态形成。
图1B是沿着图1A的1B-1B线的剖面图。在基体6上以同样的厚度形成导电图案1a和绝缘图案1b。在本实施例的情况下，将电路图案的厚度设置为25μm左右。在图1 B的剖面上，在基体6上的导电图案1a和绝缘图案1b接触的区域内发生界面凝聚，抑制了两种图案之间的渗透。
图1C是沿着图1A的1C-1C线的剖面图。1a表示导电图案，1b表示绝缘图案。
在第1层电路图案的形成结束后，与电路形成装置连续地，使其通过加热炉(在图5中没有图示)进行溶剂干燥和粘合剂硬化。加热条件根据第1液体和第2液体的成分而定，在本实施例中是在150℃下进行60分钟的热硬化处理。另外，通过该热硬化处理，作为第2液体中的第2成分的氢氧化铵挥发。
当第1液体和第2液体有即干性的情况下，不进行热硬化处理，第2成分也会挥发，所以可以连续地通过喷墨方式形成电路图案。
实施例2
在本发明的实施方式2中，通过图2A、图2 B、图3A、图3B，对形成多层电路的电路板进行说明。另外，本实施例中使用的第1液体、第2液体以及电路形成装置、硬化处理等，和实施方式1相同，基体6上形成的第1层电路图案为图1A～图1C中所示的电路图案。
图2A是表示在图1A～图1C的第1层电路图案上形成第2层电路图案的图。2a为第2层导电图案，是用于连接和导通第1层电路图案和第3层电路图案的电路图案。2b为第2层绝缘图案。由于在经过加热硬化处理后的第1层电路图案上形成第2层电路图案，第1层电路图案和第2层电路图案的形成不会产生互相混合的情况。
图2B是沿着图2A的2B-2B线的剖面图。在第1层电路图案1a、1b上形成第2层电路图案2a、2b，在位于第1层的1B-1B线上的导电图案1a上重叠地形成位于第2层的2B-2B线上的导电图案2a。在导电图案2a和绝缘图案2b的接触区域内发生界面凝聚，通过发生界面凝聚的区域8，抑制导电图案2a和绝缘图案2b之间的渗透，使导电图案2a和绝缘图案2b以互相分离的状态形成。在第2层电路图案的形成结束后，立即在实施例1所示的条件下再次进行热硬化处理。
图3A是在图2A、图2B的第2层电路图案上形成第3层电路图案的图。3a为第3层导电图案，3b为第3层绝缘图案。由于在经过加热硬化处理后的第2层电路图案上形成第3层电路图案，第2层电路图案和第3层电路图案的形成不会产生互相混合的情况。
图3B是沿着图3A的3B-3B线的剖面图。在图1A～图1C、图2A、图2B、图3A、图3B的沿着1B-1B、2B-2B、3B-3B的剖面图分别显示相同的面，从而图3B显示：在第2层电路图案2a、2b上形成第3层电路图案3a、3b，在位于第2层的2B-2B线上的导电图案2a上形成位于第3层的3B-3B线上的导电图案3a的一部分。1a和3a的导电图案通过2a的导电图案而导通，第3层导电图案即使在3B-3B以外的地方，也可以通过2a的导电图案和第1层的导电图案导通。在导电图案3a和绝缘图案3b的接触区域内发生界面凝聚，抑制导电图案3a和绝缘图案3b两个图案之间的渗透。在第3层电路图案的形成结束后，立即进行热硬化处理。
由此，在本发明中，通过反复进行导电图案和绝缘图案的形成和硬化处理，能够形成抑制导电性液体和绝缘性液体的接触区域上的渗透的多层电路板。此外，通过形成使上层导电图案和下层导电图案之间导通的导电图案为中间层，可以形成与通孔电路具有相同效果的电路板，而不需要进行钻孔和通孔镀金工序，简单地制备可靠性高的多层电路板。
实施例3
在实施例1中，所示的是使用聚酰亚胺薄膜基体的单层电路的形成例，在本实施例中，所示的是在具有吸收性的基体上形成电路图案的例子。另外，本实施例中使用的第1液体、第2液体以及电路形成装置与实施方式1中所用的物品相同。
与实施例1相同，由形成导电图案的第1液体和形成绝缘图案的第2液体形成电路图案。此外，由于基体是具有吸收性的物质(例如纸或布)，第1液体和第2液体中的水分被基体吸收，残留在基体上的第1液体中的导电性材料SnO2(氧化锡)和第2液体中的第2成分氢氧化铵在相互接触的区域上发生界面凝聚，抑制由第1液体形成的导电图案和由第2液体形成的绝缘图案之间的渗透，可以形成细微的电路图案。通过本实施例，可以简单地在卡片和标签上形成RFID(radio frequency identification)等IC芯片。