JPH0324076B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、印刷回路板の製造、特に小型化した
スクリーン印刷回路板の製造法およびこの方法に
よつて得られた製品に関する。 〔発明が解決すべき問題点〕 印刷回路板はその出現以来エレクトロニクス産
業のほとんどすべての分野の重要な一部となつて
いる。印刷回路は、抵抗器、コンデンサ、インダ
クタ、および半導体デバイスなどの個々の回路素
子の相互接続のためにセラミツク、うわぐすりを
かけた金属、および有機樹脂からなる基体上に形
成されてきた。印刷回路は、大量生産のみならず
少量の生産においても相互接続のための唯一の経
済的に発展し得る技術となつている。 導電性の印刷回路パターンは、集積回路チツプ
をリードフレームに接続するための放射状に伸び
ている導体からなる単純なパターンから多数の複
雑な回路素子を相互接続するための非常に複雑な
多層パターンまでさまざまである。 これらの印刷回路を製造するために種々の異な
つた方法が試みられてきた。それらに関する従来
技術としては、米国特許第2692190号、第2721822
号、第3181986号、第3350498号、およびより最近
の第4159222号、第4440823号、第4466538号各明
細書などに見ることができる。 進歩しつつある印刷回路技術に関する上記の列
挙したおよびその他の特許文献によりこの技術に
おいて消費者、商業、産業、および軍事・宇宙の
各利用分野の基本的なすべての面で二つの相反す
る要求を満たすために著しく努力が払われてきた
ことが明らかに分るであろう。第一に、集積回路
それ自体の本来の小型化と相まつて相互接続の複
雑化は、パツケージ（これは相互接続プロセスに
おける小型化の利益を失なうほどに大きくなつて
はならない）内に所望の集積回路機能をもたせる
ために印刷回路のさらに一層の小型化を必要とす
る。第二に、小型化の要求に応じて回路密度が増
大し、相互接続の複雑さと数が同じく増大するに
つれ、故障の機会が同様に増加し、それによつて
相互接続技術の本質的により高い信頼性に対する
要求が生じる。これらの要求への対応が結果的に
より高い密度と信頼性が得られる印刷回路製造法
における一連の改善となつている。 上記のことは最終消費者に手項な価格で常に達
成されるべきである。本発明は回路板のさらな小
型化、信頼性の向上、およびコスト低減の問題に
向けられる。 〔従来の技術〕 熱収縮性材料の電気／エレクトロニクス分野へ
の応用状況に関しては、例えば、米国特許第
4479031号および同第4487994号各明細書中に見ら
れるような従来技術文献によつて明らかなように
電線および接続器具に熱収縮性保護スリーブを用
いるための用途に基本的には限られているようで
ある。 印刷回路板の特定の分野では、何等かの種類の
熱収縮性材料を使用している従来技術は、素子を
該回路板に対してきまつた位置に保持するための
該材料の使用を記載しているだけである。たとえ
ば、西ドイツ国特許第2831397号明細書（1980年
１月31日発行）では、素子を回路板に対して保持
する熱収縮性絶縁シースを使用する回路板へ素子
を固定する保持システムについて教示している。
さらに、米国特許第3800020号明細書は取付けた
導体と基体との間を結合を改善するために熱軟化
性基体を使用する印刷回路板の製造方法を記載し
ているが、この方法では基体は収縮しない。 最後に、エレクトロニクスへの用途を有する熱
収縮性材料に関連する教示がスウエーデンの公告
「Utlaggningsskrift」No.7713−220−８−（1978年
８月14日発行）にも見られる。これは回路板用の
熱収縮性材料から作られた保護スリーブを記載し
ており、このスリーブは電磁気障害に対して回路
をシールドするための導電性物質を含んでいるこ
とを特徴とする。 印刷回路をコスト上効果的な方法で小型化する
問題が印刷回路用の基体として熱収縮性材料を使
用することによつて解決できるという明示または
示唆は従来技術のいずれにもない。事実、一つの
従来技術としての文献である米国特許第4115185
号明細書は、印刷回路板をエツチング溶液、高温
処理溶液、熱油浴、溶融ハンダ等で処理すること
からなる複数の段階を含む慣用のエツチング技術
によつて製造された印刷回路板の熱による寸法上
の安定化を逆に提案している。 本発明の背景および従来技術を上に述べてきた
が、本発明の本質とその詳細な具体例を次に示
す。 〔問題点を解決するための手段〕 前述したように、本発明によ急速に、容易に、
かつコスト上効果的な方法で小型化できる複雑、
緻密、軽量の印刷回路およびそのための基板を製
造することができるようになつた。 本発明は、印刷回路板の製造、特に小型化した
スクリーン印刷回路板の製造に関する。 本発明のさらに別の目的は容易に小型化できる
印刷回路板の製造方法であつて、この方法はよ経
費がかかり時間を要する印刷−および−エツチン
グ方法にとつて代るものである。 本発明のこれらのおよびその他の目的は本発明
の説明を進めるにつれ一層明白になるであろう。 本発明は、重合体厚膜（PTF）導電性インク
を用いるスクリーン印刷技術を利用することによ
つて形成される高密度、小型化した印刷回路の新
規な製造方法を提供するものである。 高密度PTF回路は高密度回路パツケージおよ
び集積回路リードとの両立性とを必要とし、これ
は時に幅２ミル（0.002インチ）ほどの小さい導
電性エレメントをもつ回路パターンを必要とす
る。基体上にPTFパターンをスクリーン印刷す
る慣用の方法は８〜10ミルより小さい線幅をもつ
パターンを一貫して製造できない。写真石版技術
は２ミル幅の導体をもつPTFパターンを生成す
るために使用されてきたが、この方法は複雑でコ
スト高である。 通常は、ワイヤメツシユまたはステンシルに設
けられたパターンを通してセラミツク基体上に導
電性および／または抵抗性「インク」を適用する
方法により付加的厚膜回路パターンが形成され
る。付着したインクパターンと基体は引き続いて
炉中で焼成して導電性「インク」ペーストから溶
媒を除去し、残留する物質をセラミツクスベース
に焼結する。スクリーンまたはステンシルに微細
なイメージを複製するのはこれまでは困難で、厚
膜ペーストが印刷された後でそれが「くずれる
（slump）」すなわち流れる傾向があるためこれは
不鮮明になる。これらおよびその他の条件が合わ
されると膜回路上の印刷された素子の線とスペー
スの実際上の最小の幅は通常制限される。 １ミクロンの線解像度がこれまで半導体集積回
路上で得られているが、非モノリミツク回路素子
を相互接続する印刷回路用として商業的に現在入
手できる最高の解像度は中心から中心までが10ミ
ルで幅５ミルの線である。 従つて、印刷回路の製造に使用される微細線印
刷技術におけるこれらの制約条件は印刷回路がコ
スト上効果的な方法で小型化されうる程度を厳し
く制限し、印刷回路の小型化の代替技術を工夫す
る必要性を生じさせた。 小型化した基板上に複雑で、高密度、軽量、低
コストの印刷回路を製造するための絶えず増大す
る要求を満足させるための新しい構想の実現可能
性を決定する研究プログラムを計画することは前
述の目的に合致した。 本発明は印刷回路板を小型化する計画に関する
実験の過程で、印刷回路板用の基体として重合体
熱収縮性材料（この材料は、印刷回路をその上に
付着させた後で熱を加えて容易に、迅速に、かつ
安価に小型化される）を使用する構想を基に完成
したものである。 詳細な説明により本発明の目的について記載す
る前に、熱収縮性材料とエレクトロニクス技術分
野におけるこの材料のこれまでの有用性について
簡単に説明する。 本質的に、軸方向または双軸方向に配向でき、
熱収縮し得るいかなる重合体フイルムも架橋重合
したものおよび架橋重合していない材料の両方を
含めて、本願の基体として使用することができ
る。熱収縮性の重合体材料は周知であり、先行技
術中に十分その証拠を見ることができる。たとえ
ば、ここで使用可能な熱収縮性重合体材料として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリアミド、ポリビニールアセテート、ポリ
ビニールクロライド、ポリビニリデンクロライ
ド、ポリエステル、およびこれらのコポリマーが
包含される。しかし、これらに制限されるもので
はない。上述のものの架橋重合方法は当該技術で
は周知であり、化学的方法および照射（高エネル
ギーエレクトロンによるものあるいはイオン化照
射など）の両方を含む。これらの架橋重合した材
料は通常は分子量1000当り１以下の架橋を含む。
更に、本発明で使用可能なその他の熱収縮性の熱
可塑性樹脂としては天然ゴム、シリコーンゴム、
ブチルゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴ
ム、およびこれらの混合物などのゴム類が包含さ
れる。 従つて、本願で基体として使用される重合体材
料は熱収縮するようにしたものである。本発明で
使用されるとき、これらの重合体の収縮面積は少
なくとも10％、好ましくは少なくとも50％であ
る。 より具体的には、本発明は重合体基体上の重合
体厚膜（PTF）回路（熱収縮性材料から作られ
ている基板または基体に印刷回路が付着されてい
るために解像度の損失を伴なわずにこの両者が著
しく縮小する）の製造を目的とするものである。 本発明はさらに別の目的として、スクリーン印
刷法を通して導電性インクの形でその上に付着し
た印刷回路をもつ印刷回路板を小型化する方法を
提供するものであり、この方法は、その上に導電
性インクを含有する基板への熱を加えることによ
り(a)その上に回路をもつ基板の小型化および(b)基
板上に付着された導電性インクの硬化および回路
の形成の両方をほとんど同時に達成することを特
徴とする。 本発明は、高密度、微細線解像度の印刷回路を
製造するためにいわゆるPTFインクを用いるこ
とを企画した。従つて、本発明は低コストのスク
リーン印刷法を利用し、かつ印刷回路用の基体と
して熱収縮性材料を用いて、導電性フイラーの割
合が通常より少ないPTFインクを使用して（こ
れらは全て、小型の印刷回路の製造コストの大幅
な低下に寄与する）印刷回路板を小型化する方法
を提供する。 PTF技術で製作された回路板の線の鮮明度は、
とりわけ使用されるインクの微細線スクリーン印
刷適性によつて一般に制限される。 いくつかのタイプの導電性インクが先行技術に
おいて使用されてきた。一例として、米国特許第
4406826号明細書はエチレン系不飽和モノマーと
結合したポリチオールからなる熱硬化性、無溶
媒、スクリーン印刷可能な導電性インク組成物を
教示している。 本発明を実施するに当、米国特許第3968056号
および同第4008801号各明細書に記載されている
ような照射硬化性導電性インクを用いることも可
能である。すなわち、導電性インクを熱収縮性基
体にスクリーン印刷によつてパターン状に付着さ
せ、こうして被覆した基体に熱を加えて基体を収
縮させ、その後導電性インクをUV照射にさらし
てそれをその場で硬化させることができる。 溶媒ペースのインクを使用する場合、生産上の
実際の限界は幅10ミルのスペースで幅約10ミルの
線（すなわち10／10）であろう。６／６の線／ス
ペースを再現可能に印刷するには腕のよい経験豊
かな印刷技術者を必要とする。 本発明では無溶媒インクを選択した。その理由
はこのインクによつて５／５寸法を容易に印刷す
ることができるからである。さらに、使用される
無溶媒インクの優れた微細線の印刷適性をこのイ
ンク用の基体として使用される基板の熱収縮性能
と組み合わせることによつて2.5／2.5寸法も達成
された。理論的には、最小の達成可能な寸法は最
初のスクリーン印刷の解像度（これはインクのレ
オロジーとスクリーン印刷能の凾数である）と使
用される基体によつて得られる収縮率によつて主
に決まる。基体の収縮の量が全ての方向に等しい
とすると、収縮した回路の面積は元の収縮してい
ない回路／基体の面積の１／４以下に容易になり
得る。これは、エレクトロニクス製品の小型化に
きわめて重要な一要因である基板の「リアル・エ
ステート（real estate）」の非常に著しい縮小を
もたらす。 本発明によつて製作される回路は数分の内に製
造でき、導電性インクのコストは主に使用される
導電性フイラーの割合（重量で70〜75％の割合が
最も典型的である）によつて決まる。基体が熱収
縮する際に導電性の軌跡が収縮するので、導電性
粒子の間の点接触は改善され、それゆえに、本発
明では、慣用のものより低い導電性フイラー濃度
を有する導電性インクを使用してもよく、これは
本発明の態様による印刷回路の製造に起因するコ
ストの低下に寄与する因子である。 本願発明は、特に、固化してない硬化性の導電
性インクを熱収縮性の回路板（基体）に施すこと
によつて熱収縮性基体上に導電性回路パターンを
形成し、そして次に加熱するか、または加熱およ
びUV照射を行つて、回路板の収縮とその上に施
された導電性インクの硬化を行わせることによつ
て、熱収縮性基体の熱収縮時に基体上に施された
導電性回路パターンが基体と一緒になつて自由に
収縮しながら同時に、または基体の収縮後に硬化
するために、基体の熱収縮による導電性回路パタ
ーンの破壊、歪み等を何ら生ずることがなく、良
好な回路パターンを有する小型化された印刷回路
を得ることができる。 本発明の構想の実現可能性は後記する実施例に
よつて具体的に例示する。 一般に、用いられる手順は下記のとおりであつ
た。 導電性インクのテストパターンを収縮可能なポ
リスチレン基体上へスクリーン印刷した。この基
体を熱を加えることにより引き続いて収縮させ
た。行われた実験では、導電性インクを熱収縮段
階の前におよび別の場合には後にUV照射によつ
て硬化させた。しかしながら、より良い結果は、
このインクをUV照射によつて硬化する代りに、
基体の実際の熱収縮段階の間にインクが熱硬化さ
れるときに得られた。この熱硬化はこの熱収縮段
階の直後に優先的に行なつてもよい。どちらの場
合にも上記したように、熱収縮テスト回路パター
ンによる改善された、点接触のために、導電性イ
ンク組成物中の導電性フイラーの濃度が慣用のも
のより低い優れた導電性の高解像度パターンを生
成することが可能であつた。 基体を収縮させ、かつインクを硬化させるため
の加熱段階は慣用の空気オーブン中またはパーフ
ロロカーボン、水、その他の慣用の商業的に入手
できる液体の熱蒸気相中など通常の手段で行なう
ことができる。 ここで用いる熱硬化性の導電性インクにおいて
は、慣用の熱開始剤がその系に通常添加される。
このような熱開始剤としては、置換または非置換
ピナコール、チウラム、有機パーオキサイドおよ
びこれらの混合物から選択される遊離基開始剤が
ある。しかし、これに限定されるものではない。
熱開始剤はインク中のエチレン系不飽和分の基準
として重量で0.001〜10％、好ましくは0.1〜５％
の範囲の量で組成物に加える。 インクの硬化を照射で行なう場合は、UV照射
またはイオン化照射のいずれかを使用することが
できる。UV照射を使用する場合は、光開始剤を
インクに添加する。光開始剤の１つの種類は、

〔実施例〕

実施例 １ 用いられたインクは銀フイラ−59重量％を含有
し熱開始剤としてベンゾピナコールを含有する無
溶媒熱硬化性アクリレートベースの導電性インク
であつた。用いられた基体は厚み10ミルの熱収縮
性ポリスチレンフイルムであつた。線の幅が８ミ
ルでこの線の間のスペースの幅が４ミルの回路パ
ターンを有する325メツシユのステンレス鋼スク
リーンを通して基体上にインクをスクリーン印刷
した。 インクを付着した基体を沸騰している
「Fluorinert 」Ｌ−9321（BP132℃）の蒸気相に
５分間置き、直ちに沸騰している「Fluorinert
」FC−40（BP155℃）の蒸気相に１分間移すこ
とによつて基体を収縮させ、かつインクを（同時
に）硬化させた。 試料は次に平らな面上で室温まで放冷した。 硬化し、収縮した回路の線−スペース幅の測定
値は、バウシユ・アンド・ローム（Bausch＆
Lomb）社製の立体顕微鏡を用いて45Xの倍率で
測定して各々４ミルと２ミルであつた。抵抗値計
算のための抵抗測定はシンプソン（Simpson）
Model461−２デジタルマルチメーターを用いて
行ない、膜厚はマイクロメータで測定した。3.1
×10^-5オーム−cmの抵抗値が得られた。 実施例 ２〜16 下記の実施例は印刷回路を小型化する能力と得
られた抵抗値を示す。実施例２ではメソード・デ
イベロツプメント社（Methode Development
Co.）から商業的に入手可能な70〜75重量％の銀
を含有する慣用の溶媒ベースのインク、すなわち
「Methode−1727」を使用した。溶媒は蒸気相中
で加熱する前に蒸発させた。実施例３〜16では、
熱開始剤としてベンゾピナコールを含有する無溶
媒、熱硬化性、アクリレートベースの導電性イン
クを用いた。全実施例で、インクは325メツシユ
スクリーンを通してポリスチレン基体上にスクリ
ーン印刷した。印刷後、インクを付着した基体を
沸騰している「Fluorinert 」Ｌ−9321（BP132
℃）の蒸気相に５分間置き、直ちにインクを付着
した基体を沸騰している「Fluorinert 」FC−
40（BP155℃）に１分間移すことによつて基体を
収縮させ、かつインクを硬化させた。収縮の前後
の線／スペース比および抵抗値を第１表に示す。

【表】 実施例 17 アクリルプレポリマー、光開始剤としてのベン
ゾフエノン、およびインクの54重量％の銀粒子か
ら導電性インクを調合した。インクは325メツシ
ユスクリーンを通してスクリーン印刷してポリス
チレン基体上に線の間のスペースが幅10ミルであ
る幅10ミルの線を形成した。インクを付着した基
体は150℃で10分間加熱し、次にコライト
（Colight）UVランプからのUV照射に24秒間さ
らした。その結果のインクは1.2×10^-3オーム−
cmの抵抗値を有し、収縮した印刷回路は線の間の
スペースが５ミルである幅５ミルの線を有してい
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スクリーン上にイメージを形成する
ために使用されるスイツチ回路のアート・ワーク
の原付図面である。第２図は、第１図のアート・
ワークから形成されたスクリーンを用いて熱収縮
および硬化段階の後に形成された実際のスイツチ
回路の図面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱を加えた時に収縮する材料でできた重合体
   基体に硬化性の導電性インクからなる印刷回路を
   付着させ、そして加熱するか、または加熱および
   UV照射を任意の順序で行つて、回路板を収縮さ
   せそしてその上に施された導電性インクを硬化さ
   せることを特徴とする、硬化性の導電性インクか
   らなる印刷回路を小型化する方法。 ２ 熱収縮性重合体基体上にスクリーン印刷法に
   よつて印刷回路を付着させる特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 重合体基体がポリスチレン基体である特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４ 最初に上記基体の収縮を120℃で開始させ、
   そしてその後で約150℃で該基体の収縮と導電性
   インクの硬化を行わせる２段階工程により加熱を
   行う特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 導電性インクが無溶媒導電性インク系である
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 印刷回路面積の縮小が軌跡解像度に悪影響を
   及ぼさずに且つ導電性が少なくとも４倍であるよ
   うに行われる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 熱収縮性重合体基体上に導電性インクを回路
   パターン状にスクリーン印刷し、次いで任意の順
   序で、このように印刷した基体を基体の収縮を起
   こすのに充分な温度に加熱し、そして該印刷され
   た基体を導電性インクを硬化するのに充分な時間
   UV照射にさらすことからなる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ８ 熱収縮性重合体基体上に導電性インクを回路
   パターン状にスクリーン印刷し、その後、該印刷
   された基体を基体の収縮と導電性インクの硬化を
   行わせるのに充分な時間加熱することからなる特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ 硬化性の導電性インクを熱収縮性重合体基体
   に所望のパターンで施し、その後、基体に熱を施
   して同時にまたは順次に基体の収縮とインクの硬
   化を行わせる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 基体の収縮およびインクの硬化を少なくと
   も150℃の温度で同時に行うことからなる特許請
   求の範囲１〜９項のいずれか１項記載の方法。