JP7623896B2 - Metal wiring manufacturing apparatus and method for manufacturing metal wiring - Google Patents
Metal wiring manufacturing apparatus and method for manufacturing metal wiring Download PDFInfo
- Publication number
- JP7623896B2 JP7623896B2 JP2021090367A JP2021090367A JP7623896B2 JP 7623896 B2 JP7623896 B2 JP 7623896B2 JP 2021090367 A JP2021090367 A JP 2021090367A JP 2021090367 A JP2021090367 A JP 2021090367A JP 7623896 B2 JP7623896 B2 JP 7623896B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser light
- metal wiring
- coating film
- light irradiation
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 182
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 181
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 163
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 161
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 104
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 76
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 32
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 28
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 136
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 76
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 40
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 229960004643 cupric oxide Drugs 0.000 description 31
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 28
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 28
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 27
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 27
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- -1 GaAlAs Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 20
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 20
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 20
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 10
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 10
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 8
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 7
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical compound [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 4
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 4
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 2
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 2
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N decan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCO MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 150000004682 monohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 2
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N trioxido(oxo)vanadium;yttrium(3+) Chemical compound [Y+3].[O-][V]([O-])([O-])=O QWVYNEUUYROOSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005968 1-Decanol Substances 0.000 description 1
- FJLUATLTXUNBOT-UHFFFAOYSA-N 1-Hexadecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCN FJLUATLTXUNBOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RXWOHFUULDINMC-UHFFFAOYSA-N 2-(3-nitrothiophen-2-yl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC=1SC=CC=1[N+]([O-])=O RXWOHFUULDINMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 description 1
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920008285 Poly(ether ketone) PEK Polymers 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 229920001665 Poly-4-vinylphenol Polymers 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920001893 acrylonitrile styrene Polymers 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000009 copper(II) carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ZKXWKVVCCTZOLD-UHFFFAOYSA-N copper;4-hydroxypent-3-en-2-one Chemical compound [Cu].CC(O)=CC(C)=O.CC(O)=CC(C)=O ZKXWKVVCCTZOLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GEZOTWYUIKXWOA-UHFFFAOYSA-L copper;carbonate Chemical compound [Cu+2].[O-]C([O-])=O GEZOTWYUIKXWOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ZAOSPOSBUDIHMH-UHFFFAOYSA-N copper;n-hydroxy-n-phenylnitrous amide Chemical compound [Cu].O=NN(O)C1=CC=CC=C1 ZAOSPOSBUDIHMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000011646 cupric carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000019854 cupric carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007607 die coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000010017 direct printing Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 description 1
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N prop-2-enenitrile;styrene Chemical compound C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004984 smart glass Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
本発明は、金属配線製造装置、及び金属配線の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal wiring manufacturing apparatus and a metal wiring manufacturing method.
回路基板は、基板上に導電性の金属配線を施した構造を有する。回路基板の製造方法は、一般的に、次の通りである。まず、金属箔を貼り合せた基板上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光及び現像して所望の回路パターンのネガ状の形状を得る。次に、フォトレジストに被覆されていない部分の金属箔をケミカルエッチングにより除去してパターンを形成する。これにより、高性能の導電性基板を製造することができる。 A circuit board has a structure in which conductive metal wiring is applied onto a substrate. The manufacturing method for a circuit board is generally as follows. First, a photoresist is applied onto a substrate to which metal foil has been attached. Next, the photoresist is exposed and developed to obtain a negative shape of the desired circuit pattern. Next, the metal foil not covered by the photoresist is removed by chemical etching to form a pattern. This allows a high-performance conductive substrate to be manufactured.
しかしながら、従来の方法は、工程数が多く、煩雑であると共に、フォトレジスト材料を要する等の欠点がある。 However, conventional methods have drawbacks, such as the large number of steps, the complexity, and the need for photoresist materials.
これに対し、金属粒子及び金属酸化物粒子からなる群から選択された粒子を分散させた分散体(以下、「ペースト材料」ともいう)で基板上に所望の金属配線パターンを直接印刷する直接金属配線印刷技術が注目されている。この技術は、工程数が少なく、フォトレジスト材料を用いる必要がない等、極めて生産性が高い。 In response to this, direct metal wiring printing technology has been attracting attention, in which a desired metal wiring pattern is directly printed on a substrate using a dispersion (hereinafter also referred to as a "paste material") in which particles selected from the group consisting of metal particles and metal oxide particles are dispersed. This technology has extremely high productivity, as it requires a small number of steps and does not require the use of photoresist materials.
直接印刷金属配線技術の一例としては、ペースト材料を基板の全面に塗布し、ペースト材料にレーザ光をパターン状に照射して選択的に熱焼成することで、所望の金属配線パターンを得る方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
One example of a direct printing metal wiring technology is a method in which a paste material is applied to the entire surface of a substrate, and the paste material is selectively thermally fired by irradiating it with laser light in a pattern to obtain a desired metal wiring pattern (see, for example,
特許文献2には、波長830nmのGaAlAsレーザ光を照射して描画を行ったとき、酸化銅薄膜上でのビーム径は5μmであり、レーザ光被照射部は局部加熱されたことにより酸化銅が還元され、ほぼ5μm幅の還元銅からなる還元金属領域が形成されることが記載されている。 Patent document 2 describes that when drawing is performed by irradiating GaAlAs laser light with a wavelength of 830 nm, the beam diameter on the copper oxide thin film is 5 μm, and the copper oxide is reduced in the area irradiated with the laser light due to local heating, forming a reduced metal area made of reduced copper with a width of approximately 5 μm.
一般に、レーザ光の走査には、例えば、ガルバノスキャナーが用いられ、1点のレーザ光を照射して、一筆書きのように移動させ、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜表面の、所望の大きさ及び形状の領域にレーザ光を照射する。 Generally, for example, a galvanometer scanner is used for scanning the laser light, which irradiates a single point of laser light and moves it in a single stroke to irradiate an area of the desired size and shape on the coating surface containing metal particles and/or metal oxide particles.
回路基板においては、金属配線の抵抗値が均一である(すなわち部位によるばらつきが小さい)ことが求められる。塗膜上でレーザ光を走査させるとき、レーザ光の加熱条件にばらつきがあると、金属配線の抵抗値にばらつきが生じる原因となる。特に、金属配線の形状が、単純な形状(線状又は矩形等)でない場合に、抵抗値のばらつきが生じやすい。 In circuit boards, it is required that the resistance value of the metal wiring is uniform (i.e., there is little variation from one location to another). When a laser beam is scanned over a coating film, any variation in the heating conditions of the laser beam will cause variation in the resistance value of the metal wiring. In particular, when the shape of the metal wiring is not a simple shape (such as a line or a rectangle), variation in the resistance value is likely to occur.
また、ペースト材料には、通常、溶媒、分散剤等の有機成分が含まれているため、レーザ光による加熱により、ペースト材料から煙が発生することがある。この煙がレーザ光の照射光路に侵入しレーザ光を遮ると、塗膜の加熱条件がばらつき、金属配線の抵抗値にばらつきが生じる原因となる。 In addition, since paste materials usually contain organic components such as solvents and dispersants, heating with laser light can cause the paste material to emit smoke. If this smoke gets into the irradiation path of the laser light and blocks the laser light, it can cause variations in the heating conditions of the coating film and lead to variations in the resistance value of the metal wiring.
更に、レーザ光照射により描画を行って形成される金属配線の幅はビーム径とほぼ等しく、狭いため、より大きい金属配線を形成する場合には、レーザ光を金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜に繰り返し走査してレーザ光が照射される領域を広げる必要がある。この時、レーザ光照射領域が広いと、煙の発生量も増加し、金属配線の抵抗値にばらつきが生じる。 Furthermore, the width of the metal wiring formed by drawing with laser light irradiation is narrow and approximately equal to the beam diameter, so when forming larger metal wiring, it is necessary to repeatedly scan the laser light over the coating film containing metal particles and/or metal oxide particles to widen the area irradiated with the laser light. In this case, if the laser light irradiation area is wide, the amount of smoke generated also increases, causing variation in the resistance value of the metal wiring.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、均一な抵抗値の金属配線を容易に得ることができる金属配線製造装置、及び金属配線の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these points, and aims to provide a metal wiring manufacturing device and a metal wiring manufacturing method that can easily obtain metal wiring with a uniform resistance value.
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
[1] 金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する構造体の前記塗膜にレーザ光を照射して金属配線を製造するための金属配線製造装置であって、
前記塗膜にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記塗膜上にガスの流れを発生させるガス流生成部と、
を備える、金属配線製造装置。
[2] 前記ガス流生成部がブロワー及び/又はガス吸引装置である、上記態様1に記載の金属配線製造装置。
[3] 前記構造体を覆うボックスを更に備え、
前記ブロワーが前記ボックス内又は前記ボックス外に配置されており、
前記ブロワーが前記ボックス外に配置されている場合には、前記ブロワーから前記ボックス内にガスを導入する配管を更に備える、上記態様2に記載の金属配線製造装置。
[4] 前記ガスが、空気、窒素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群から選択される少なくとも一つである、上記態様1~3のいずれかに記載の金属配線製造装置。
[5] 前記レーザ光が、350nm以上600nm以下の範囲に中心波長を有する、上記態様1~4のいずれかに記載の金属配線製造装置。
[6] 前記レーザ光照射部が、
レーザ光を発振するレーザ光発振器と、
発振されたレーザ光を前記塗膜に照射するガルバノスキャナーと、
を有する、上記態様1~5のいずれかに記載の金属配線製造装置。
[7] 金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する構造体の前記塗膜にレーザ光を照射して金属配線を形成するレーザ光照射工程を含み、
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の照射と同時に前記塗膜上にガスの流れを発生させる、金属配線の製造方法。
[8] 前記塗膜上にブロワー及び/又はガス吸引装置でガスの流れを発生させる、上記態様7に記載の金属配線の製造方法。
[9] 前記構造体をボックスで覆い、前記ボックス内にガスを流しながら前記塗膜にレーザ光を照射する、上記態様7又は8に記載の金属配線の製造方法。
[10] 前記塗膜上のレーザ光の移動方向とは逆方向にガスを流しながら前記塗膜にレーザ光を照射する、上記態様7~9のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[11] 前記レーザ光の照射出力が、100mW以上1500mW以下である、上記態様7~10のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[12] 前記レーザ光を、前記レーザ光の走査線の線幅方向にオーバーラップさせながら塗膜上に繰り返し走査し、
前記オーバーラップが前記線幅の5%以上99.5%以下である、上記態様7~11のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[13] 前記レーザ光照射工程において、10秒以上60秒以下のレーザ光照射と、1秒以上10秒以下のレーザ光不照射とを交互に繰り返す、上記態様7~12のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[14] 前記レーザ光照射工程において、レーザ光により形成される連続した金属配線の面積あたりの形成速度が、0.01秒/mm2以上500秒/mm2以下である、上記態様7~13のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[15] 前記レーザ光照射工程において、ある連続した金属配線パターンの形成と、別の連続した金属配線パターンの形成との間に、レーザ光を塗膜上に照射しない時間を0.01秒以上100秒以下設ける、上記態様7~14のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
[16] 前記ガスが、空気、窒素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群から選択される少なくとも一つである、上記態様7~15のいずれかに記載の金属配線の製造方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1] A metal wiring manufacturing apparatus for manufacturing a metal wiring by irradiating a laser beam onto a coating film of a structure having the coating film containing metal particles and/or metal oxide particles, comprising:
a laser light irradiation unit that irradiates the coating film with laser light;
a gas flow generating unit that generates a gas flow on the coating film;
A metal wiring manufacturing apparatus comprising:
[2] The metal wiring manufacturing apparatus according to the
[3] Further comprising a box for covering the structure,
The blower is disposed inside or outside the box,
3. The metal wiring manufacturing apparatus according to claim 2, further comprising a pipe for introducing gas from the blower into the box when the blower is disposed outside the box.
[4] The metal wiring manufacturing apparatus according to any one of the
[5] The metal wiring manufacturing apparatus according to any one of the
[6] The laser light irradiation unit,
a laser oscillator that emits laser light;
a galvano scanner that irradiates the coating film with an oscillated laser beam;
The metal wiring manufacturing apparatus according to any one of the
[7] A laser light irradiation step of irradiating a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with a laser light to form a metal wiring,
The method for producing metal wiring, wherein in the laser light irradiation step, a gas flow is generated on the coating film simultaneously with the irradiation of the laser light.
[8] The method for producing a metal wiring according to the above-mentioned aspect 7, further comprising generating a gas flow on the coating film by a blower and/or a gas suction device.
[9] The method for producing a metal wiring according to aspect 7 or 8, wherein the structure is covered with a box, and the coating film is irradiated with laser light while a gas is flowing inside the box.
[10] The method for producing a metal wiring according to any one of the above aspects 7 to 9, wherein the coating film is irradiated with laser light while flowing a gas in a direction opposite to a moving direction of the laser light on the coating film.
[11] The method for producing a metal wiring according to any one of the above aspects 7 to 10, wherein the irradiation output of the laser light is 100 mW or more and 1500 mW or less.
[12] Repeatedly scanning the laser light on the coating film while overlapping the laser light in a line width direction of the scanning line of the laser light,
12. The method for producing a metal wiring according to any one of the above aspects 7 to 11, wherein the overlap is 5% or more and 99.5% or less of the line width.
[13] The method for producing a metal wiring according to any one of aspects 7 to 12, wherein in the laser light irradiation step, laser light irradiation for 10 seconds or more and 60 seconds or less and no laser light irradiation for 1 second or more and 10 seconds or less are alternately repeated.
[14] The method for producing a metal wiring according to any one of Aspects 7 to 13, wherein in the laser light irradiation step, a formation rate per area of the continuous metal wiring formed by the laser light is 0.01 sec/mm2 or more and 500 sec/mm2 or less .
[15] The method for producing metal wiring according to any one of aspects 7 to 14, wherein in the laser light irradiation step, a time period of 0.01 seconds or more and 100 seconds or less during which the laser light is not irradiated onto the coating film is provided between the formation of a certain continuous metal wiring pattern and the formation of another continuous metal wiring pattern.
[16] The method for producing a metal wiring according to any one of the above aspects 7 to 15, wherein the gas is at least one selected from the group consisting of air, nitrogen, helium, and argon.
本発明の一態様によれば、均一な抵抗値の金属配線を容易に得ることができる金属配線製造装置、及び金属配線の製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a metal wiring manufacturing apparatus and a metal wiring manufacturing method that can easily obtain metal wiring with a uniform resistance value.
以下、本発明の一実施の形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。 One embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as "this embodiment") will be described in detail below.
本発明者は、レーザ光照射によって発生する煙がレーザ光の光路を遮ることによって塗膜へのレーザ光照射が不均一になるという問題に着目し、ガスの流れによって当該煙をレーザ光路外に流動させることでこの問題を解決できることを見出した。 The inventors focused on the problem of smoke generated by laser irradiation blocking the optical path of the laser light, resulting in uneven irradiation of the laser light onto the coating film, and discovered that this problem can be solved by using a gas flow to move the smoke out of the laser optical path.
<金属配線製造装置>
本発明の一態様は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する構造体の前記塗膜にレーザ光を照射して金属配線を製造するための金属配線製造装置を提供する。図1A~C及び図2は、本発明の一態様に係る金属配線製造装置の模式図である。
<Metal wiring manufacturing equipment>
One aspect of the present invention provides a metal wiring production apparatus for producing metal wiring by irradiating a coating film of a structure having the coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with laser light. 1A to 1C and 2 are schematic diagrams of a metal wiring manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
図1Aを参照し、金属配線製造装置10は、基材11と、基材11上に配置された、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜12とを含む構造体1の塗膜12にレーザ光Lを照射するレーザ光照射部101と、塗膜12上にガスGの流れを発生させるガス流生成部としてのブロワー102a、とを備える。ブロワー102aによって塗膜12上にガスGの流れを発生させることにより、レーザ光照射部101より発生する煙をレーザ光路外に流動させることができる。これにより、レーザ光が煙に遮られることなく、均一な条件で塗膜にレーザ光を照射することができる。
Referring to FIG. 1A, the metal
また、図1Bを参照し、金属配線製造装置20では、ガス流生成部として、図1Aに示すブロワー102aの代わりにガス吸引装置102bを用いて、塗膜上にガスGの流れを発生させ、レーザ光照射により発生する煙をレーザ光路外に流動させることができる。
Referring to FIG. 1B, in the metal
さらに、図1Cを参照し、金属配線製造装置30では、ブロワー102aとガス吸引装置102bを組み合わせて、塗膜上にガスGの流れを発生させ、レーザ光照射により発生する煙をレーザ光路外に流動させることができる。
Furthermore, referring to FIG. 1C, in the metal
[レーザ光照射部]
レーザ光照射部101は、レーザ光発振器を備える。レーザ光を用いる場合、基材上に形成された、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜に、高強度の光を短時間照射することで、当該塗膜を短時間で高温に昇温して焼成することができる。レーザ光は、焼成時間を短時間にできるため基材に与えるダメージが少なく、基材が例えば耐熱性が低い樹脂フィルム基板である場合でも適用可能である。また、レーザ光を用いる場合、波長選択の自由度が大きく、塗膜の光吸収波長又は基材の光吸収波長を考慮して波長を選択できる。更に、レーザ光によれば、ビームスキャンによる露光が可能であることから、露光範囲の調整が容易であるとともに、マスクを使用せずに塗膜の目的領域に選択的に光照射(描画)を行うことが可能である。
[Laser light irradiation unit]
The laser
レーザ光源には、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、YVO(イットリウムバナデイト)、Yb(イッテルビウム)、半導体(GaAs,GaAlAs,GaInAs)、炭酸ガスなどを用いることができる。レーザ光としては、基本波だけでなく必要に応じ、高調波を取り出して使用することができる。 Laser light sources can include YAG (yttrium aluminum garnet), YVO (yttrium vanadate), Yb (ytterbium), semiconductors (GaAs, GaAlAs, GaInAs), and carbon dioxide gas. As for the laser light, not only the fundamental wave but also higher harmonics can be extracted and used as necessary.
塗膜に照射されるレーザ光は、350nm以上、600nm以下の範囲に中心波長を有することが好ましい。例えば、金属酸化物として後述の酸化第一銅を用いる場合、上記波長は酸化第一銅が吸収する波長であるため、酸化第一銅の還元を均一に生じさせ、低抵抗の金属配線を形成できる。 The laser light irradiated to the coating preferably has a central wavelength in the range of 350 nm to 600 nm. For example, when cuprous oxide (described below) is used as the metal oxide, the above wavelength is absorbed by cuprous oxide, so that reduction of cuprous oxide occurs uniformly, and low-resistance metal wiring can be formed.
レーザ光照射部は、ガルバノスキャナーを有することが好ましい。ガルバノスキャナーを通してレーザ光を走査することで、任意の形状の金属配線を容易に形成できる。 The laser light irradiation unit preferably has a galvanometer scanner. By scanning the laser light through the galvanometer scanner, metal wiring of any shape can be easily formed.
[ガス流生成部]
ガス流生成部は、塗膜上にガスの流れを発生させることができるものであれば、特に限定されない。ガス流生成部としては、ブロワー102a、ガス吸引装置102b等を例示できる。一態様において、ガス流生成部は、ブロワー及び/又はガス吸引装置である。
[Gas flow generating section]
The gas flow generating unit is not particularly limited as long as it can generate a gas flow on the coating film. Examples of the gas flow generating unit include a
(ブロワー)
ブロワー102aの形態は、ガスを塗膜上に流すことができるものであれば、特に限定されるものではない。ブロワーは、モータ駆動により送風するタイプのものでもよいし、高圧ガスボンベから配管を通して直接ガスを流すように構成されたものでもよく、コンプレッサー等で圧縮したガスを流す装置であってもよい。
(Blower)
The type of the
また、ガスの流れは塗膜上全体に同じ流速にて発生している必要はなく、レーザ光が照射されている塗膜上の点においてガスの流れが発生していればよい。より本発明の効果を得る観点からは、塗膜上のレーザ光が照射されている点から半径10mmの領域にガスの流れが発生していることが好ましい。この場合、この領域の全てにおいて同程度のガスの流れが発生している必要はないが、当該領域に亘って、0.01m/s以上、又は0.05m/s以上、又は0.1m/s以上であり、並びに/或いは20m/s以下、又は10m/s以下、又は1.0m/s以下、又は0.8m/s以下、又は0.6m/s以下である流速のガスの流れが発生していることが好ましい。上記流速が0.01m/s以上である場合、煙を除去する効果が良好であり、20m/s以下である場合、装置内でブローしたガスが乱流を起こしにくいため、煙のレーザ光の光路内への侵入を防止できる。なお本開示においては、塗膜表面のレーザ光照射点から塗膜に対して垂直方向に10mm離れた位置に風速計の測定部を設置して測定される値を、塗膜上のガスの流速とする。
In addition, the gas flow does not need to occur at the same flow rate over the entire coating film, but only needs to occur at the point on the coating film where the laser light is irradiated. From the viewpoint of obtaining the effect of the present invention, it is preferable that the gas flow occurs in an area with a radius of 10 mm from the point on the coating film where the laser light is irradiated. In this case, it is not necessary for the gas flow to occur at the same level over the entire area, but it is preferable that the gas flow occurs over the area at a flow rate of 0.01 m/s or more, or 0.05 m/s or more, or 0.1 m/s or more, and/or 20 m/s or less, or 10 m/s or less, or 1.0 m/s or less, or 0.8 m/s or less, or 0.6 m/s or less. When the flow rate is 0.01 m/s or more, the effect of removing smoke is good, and when it is 20 m/s or less, the gas blown in the device is less likely to cause turbulence, so that the intrusion of smoke into the optical path of the laser light can be prevented. In this disclosure, the flow velocity of the gas on the coating film is determined by measuring the flow velocity of the gas on the coating film by placing the measuring part of the anemometer at a
本実施形態の金属配線製造装置は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜にレーザ光を照射し、金属配線を形成するために使用される。塗膜には、溶媒、分散剤等の有機成分が含まれているため、レーザ光による加熱により、塗膜から煙が発生することがある。この煙がレーザ光の照射光路に侵入してレーザ光を遮ると、レーザ光による塗膜の加熱条件がばらつき、形成される金属配線の抵抗値にばらつきが生じる原因となる。金属配線製造装置がブロワー及び/又はガス吸引装置を備えることで、レーザ光の照射時にガスを塗膜上に流すことができるため、煙をレーザ光の光路上から排除することができる。 The metal wiring manufacturing apparatus of this embodiment is used to form metal wiring by irradiating a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with laser light. Since the coating film contains organic components such as solvents and dispersants, smoke may be generated from the coating film when heated by the laser light. If this smoke enters the irradiation optical path of the laser light and blocks the laser light, the heating conditions of the coating film by the laser light will vary, causing variation in the resistance value of the formed metal wiring. By providing the metal wiring manufacturing apparatus with a blower and/or a gas suction device, gas can be made to flow onto the coating film when irradiating the laser light, and the smoke can be removed from the optical path of the laser light.
ブロワーによって塗膜上に供給されるガスの種類は、塗膜から発生する煙をレーザ光の光路上から排除できれば特に限定されるものではないが、塗膜の変質を防止する観点から、空気、窒素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。 The type of gas supplied by the blower onto the coating film is not particularly limited as long as it can remove smoke generated from the coating film from the optical path of the laser light, but from the viewpoint of preventing deterioration of the coating film, it is preferable that the gas be at least one selected from the group consisting of air, nitrogen, helium, and argon.
(ガス吸引装置)
また、金属配線製造装置は、好ましくは、ガス及び/又は分解ガスを吸引するガス吸引装置102b(図1B及び図1C)を備える。ガス吸引装置102bは、ガスG(すなわち塗膜上のガス及び/又は分解ガス)を吸引することで、ガスが流れる方向を安定させ、レーザ光照射光路への煙の侵入をより良好に防止できる。なお分解ガスとは、塗膜にレーザ光を照射した際に塗膜の分解によって発生する分解ガス(煙)のことである。ガス吸引装置としては、特に限定されるものではないが、排気ファン、ダイヤフラムポンプなどのポンプ類、コンプレッサーを用いた吸気装置、等が挙げられる。
(Gas suction device)
The metal wiring manufacturing apparatus preferably includes a
[ステージ]
図1A~C及び図2を参照し、金属配線製造装置10,20,30,40は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜12を有する構造体1にレーザ光を照射する際に当該構造体1を設置するステージ103を有することが好ましい。ステージの形状、材質、及び構造は、特に限定されるものではなく、構造体を保持できるものであればよい。ステージは、平らな板状であってもよいし、立体的な形状をしていてもよい。駆動可能に構成されたステージであれば、任意の位置にレーザ光を照射でき好ましい。また、ステージは、ロボットアームのように、構造体を直接把持する形態を有していてもよい。
[stage]
1A to 1C and 2, the metal
[ボックス]
図2を参照し、金属配線製造装置40は、効率よく塗膜上にガスを流す観点から、塗膜12を有する構造体1を覆うボックス104を更に備えることが好ましい。該ボックス104の中にブロワー102aが配置されてもよいし、又は、図2に示すように該ボックス104の外に配置されたブロワー102aから配管を通してボックス104内にガスを導入することでボックス104内の塗膜12上にガスGの流れを発生させてもよい。ボックス104を用いることで、ガスの流れをボックス内に限定し、より効率よく塗膜上にガスを流すことができるため、より均一な抵抗値の金属配線を得ることができる。
[box]
2, from the viewpoint of efficiently flowing gas onto the coating film, the metal
ボックスの形状、及び材質は、特に限定されるものではなく、構造体がボックスの中に完全に収容される大きさを有していればよい。図2に示すように、ボックス104は、レーザ光をボックス外からボックス内の塗膜に侵入させるための窓部Wを有してよい。窓部Wは、レーザ光が透過できる材質、例えばガラスで構成されていることが好ましい。
The shape and material of the box are not particularly limited, and the box may be large enough to completely accommodate the structure. As shown in FIG. 2, the
一態様において、レーザ光は、塗膜表面上で、第1の方向に走査しながら、当該第1の方向と異なる(例えば、第1の方向に対して垂直の)第2の方向に移動させる。レーザ光の移動方向は、煙の流れ方向(すなわち、ブロワーによるガスの流れの方向)に対して逆方向であることが好ましい。これにより、煙によるレーザ光照射条件への影響をより良好に抑制できる。前述のガルバノスキャナーは、レーザ光のこのような移動方向の制御を容易に行う点でも有利である。 In one embodiment, the laser light is moved in a second direction different from the first direction (e.g., perpendicular to the first direction) while scanning the coating surface in a first direction. The direction of movement of the laser light is preferably opposite to the direction of smoke flow (i.e., the direction of gas flow by the blower). This makes it possible to better suppress the effect of smoke on the laser light irradiation conditions. The aforementioned galvano scanner is also advantageous in that it can easily control the direction of movement of the laser light.
<構造体>
構造体は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する。一態様において、構造体は、基材と、基材上に配置された当該塗膜とを有する。基材の材質は、レーザ光により形成された金属配線パターン間での電気絶縁性を確保するため、絶縁材料であることが好ましい。ただし、基材の全体が絶縁材料であることは必ずしも必要がない。金属配線が配置される面を構成する部分が絶縁材料であれば足りる。
<Structure>
The structure has a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles. In one embodiment, the structure has a substrate and the coating film disposed on the substrate. The substrate is preferably made of an insulating material in order to ensure electrical insulation between metal wiring patterns formed by laser light. However, it is not necessary that the entire substrate is made of an insulating material. It is sufficient that the portion constituting the surface on which the metal wiring is disposed is made of an insulating material.
[基材]
基材の材質は、レーザ光を照射したときに基材がレーザ光により焼けて煙が発生することを防ぐため、耐熱温度が60℃以上の材質であることが好ましい。基材は単一の素材から構成される必要はなく、耐熱温度を高くするために、例えば樹脂にグラスファイバーなどを添加していてもよい。
[Substrate]
The material of the substrate is preferably a material having a heat resistance of 60° C. or higher in order to prevent the substrate from being burned by the laser light and generating smoke when irradiated with the laser light. The substrate does not need to be made of a single material, and for example, glass fiber may be added to the resin in order to increase the heat resistance temperature.
基材の、塗膜が配置される面は、平面又は曲面であってよく、また段差等を含む面であってもよい。基材は、より具体的には、基板(例えば、板状体、フィルム又はシート)、又は立体物(例えば、筐体等)であってよい。板状体は、例えば、プリント基板等の回路基板に用いられる支持体である。フィルム又はシートは、例えば、フレキシブルプリント基板に用いられる、薄膜状の絶縁体であるベースフィルムである。 The surface of the substrate on which the coating film is disposed may be flat or curved, or may be a surface including steps or the like. More specifically, the substrate may be a substrate (e.g., a plate, film, or sheet) or a three-dimensional object (e.g., a housing, etc.). A plate is, for example, a support used in a circuit board such as a printed circuit board. A film or sheet is, for example, a base film that is a thin-film insulator used in a flexible printed circuit board.
立体物の一例としては、携帯電話端末、スマートフォン、スマートグラス、テレビ、パーソナルコンピュータ等の電気機器の筐体が挙げられる。また、立体物の他の例としては、自動車分野では、ダッシュボード、インストルメントパネル、ハンドル、シャーシ等が挙げられる。 Examples of three-dimensional objects include the housings of electrical devices such as mobile phone terminals, smartphones, smart glasses, televisions, and personal computers. Other examples of three-dimensional objects include dashboards, instrument panels, steering wheels, and chassis in the automotive field.
基材の具体例として、例えば、無機材料からなる基材(以下、「無機基材」)、又は樹脂からなる基材(以下、「樹脂基材」という)が挙げられる。 Specific examples of the substrate include a substrate made of an inorganic material (hereinafter referred to as an "inorganic substrate"), and a substrate made of a resin (hereinafter referred to as a "resin substrate").
無機基材は、例えば、ガラス、シリコン、雲母、サファイア、水晶、粘土膜、及び、セラミックス材料等から構成される。セラミックス材料は、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、イットリア及び窒化アルミニウム、並びに、これらのうち少なくとも2つの混合物から選ばれる。また、無機基材としては、特に光透過性が高い、ガラス、サファイア、水晶等から構成される基材を用いることができる。 The inorganic substrate is composed of, for example, glass, silicon, mica, sapphire, quartz, a clay film, a ceramic material, etc. The ceramic material is selected from, for example, alumina, silicon nitride, silicon carbide, zirconia, yttria, aluminum nitride, and a mixture of at least two of these. In addition, as the inorganic substrate, a substrate composed of glass, sapphire, quartz, etc., which have particularly high optical transparency, can be used.
樹脂基材は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール(POM)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)(PA6、PA66等)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PENt)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)、ポリフェニルスルホン樹脂(PPSU)、シクロオレフィンポリマー(COP)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル・スチレン樹脂(AS)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及びシリコーン樹脂(ポリシロキサン)等から構成される。 Resin substrates include, for example, polypropylene (PP), polyimide (PI), polyester (polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), etc.), polyethersulfone (PES), polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyacetal (POM), polyarylate (PAR), polyamide (PA) (PA6, PA66, etc.), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polyphenylene ether (PPE), modified polyphenylene ether (m-PPE), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyphthalamide (PPA), polyethernitrile (PENt), polybenzimidazole (PBI), polycarbodiimide, polymethacrylamide, nitrile rubber, acrylic rubber, polyethylene tetrafluoride, epoxy resin It is composed of oil, phenolic resin, melamine resin, urea resin, polymethylmethacrylate resin (PMMA), polybutene, polypentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene-diene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, ethylene-propylene-diene copolymer, butyl rubber, polymethylpentene (PMP), polystyrene (PS), styrene-butadiene copolymer, polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), phenol novolac, benzocyclobutene, polyvinylphenol, polychloropyrene, polyoxymethylene, polysulfone (PSF), polyphenylsulfone resin (PPSU), cycloolefin polymer (COP), acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS), acrylonitrile-styrene resin (AS), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), and silicone resin (polysiloxane).
また、上記以外に、例えばセルロースナノファイバーを含有する樹脂シートを基材として用いることもできる。 In addition to the above, a resin sheet containing cellulose nanofibers can also be used as the substrate.
特に、PI、PET及びPENからなる群から選択される少なくとも一種は、金属配線との密着性に優れ、且つ、市場流通性が良く低コストで入手可能であることから、事業上の観点から優位であり、好ましい。 In particular, at least one selected from the group consisting of PI, PET, and PEN has excellent adhesion to metal wiring, is readily available in the market, and is available at low cost, making it advantageous and preferable from a business perspective.
さらに、PP、PA、ABS、PE、PC、POM、PBT、m-PPE及びPPSからなる群から選択される少なくとも一種は、特に筐体に用いられる場合、金属配線との密着性に優れ、また、成型性や成型後の機械的強度に優れる。更に、これらは、金属配線を形成するときに照射されるレーザ光等による熱にも十分耐えうる耐熱性も有しているため、好ましい。 Furthermore, at least one selected from the group consisting of PP, PA, ABS, PE, PC, POM, PBT, m-PPE, and PPS has excellent adhesion to metal wiring, and is also excellent in formability and mechanical strength after molding, especially when used for a housing. Furthermore, these materials are preferable because they have sufficient heat resistance to withstand heat from laser light, etc., that is irradiated when forming the metal wiring.
また、立体物の材質としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。 The material of the three-dimensional object is preferably at least one selected from the group consisting of polypropylene resin, polyamide resin, acrylonitrile butadiene styrene resin, polyethylene resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, polybutylene terephthalate resin, modified polyphenylene ether resin, and polyphenylene sulfide resin.
樹脂基材の荷重たわみ温度は、400℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、250℃以下であることがさらに好ましい。荷重たわみ温度が400℃以下の基材は、低コストで入手可能であり、事業上の観点から優位であるため、好ましい。荷重たわみ温度は、樹脂基材の取扱い性の観点から、好ましくは、70℃以上、又は80℃以上、又は90℃以上、又は100℃以上である。荷重たわみ温度は、JIS K7191に準拠して測定される値である。 The deflection temperature under load of the resin substrate is preferably 400°C or less, more preferably 280°C or less, and even more preferably 250°C or less. Substrates with a deflection temperature under load of 400°C or less are preferred because they are available at low cost and are advantageous from a business perspective. From the viewpoint of the handleability of the resin substrate, the deflection temperature under load is preferably 70°C or more, or 80°C or more, or 90°C or more, or 100°C or more. The deflection temperature under load is a value measured in accordance with JIS K7191.
基材の厚みは、例えば板状体、フィルム又はシートである場合、好ましくは、1μm~100mm、又は25μm~10mm、又は25μm~250μmである。基材の厚みが250μm以下である場合、作製される電子デバイスを、軽量化、省スペース化及びフレキシブル化できるため好ましい。 When the substrate is, for example, a plate, film or sheet, the thickness is preferably 1 μm to 100 mm, or 25 μm to 10 mm, or 25 μm to 250 μm. When the substrate has a thickness of 250 μm or less, the electronic device produced can be made lighter, more space-saving and more flexible, which is preferable.
なお、基材が立体物である場合、その最大寸法(すなわち一辺の最大長さ)は、好ましくは、1μm~1000mm、又は200μm~100mm、又は200μm~5mmである。上記範囲の厚みを有する基材を用いると、成型後の機械的強度や耐熱性が良好である。 When the substrate is a three-dimensional object, its maximum dimension (i.e., the maximum length of one side) is preferably 1 μm to 1000 mm, or 200 μm to 100 mm, or 200 μm to 5 mm. When a substrate having a thickness within the above range is used, the mechanical strength and heat resistance after molding are good.
[金属粒子及び/又は金属酸化物粒子]
金属粒子及び/又は金属酸化物粒子に含まれる金属は、アルミニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、イリジウム、白金、金、タリウム、鉛、ビスマス等であり、これらの2種以上を含む合金又は混合物であってもよい。また金属酸化物としては、上記で例示した金属の酸化物が挙げられる。中でも、銀又は銅の金属酸化物粒子は、レーザ光で照射を行った時に還元されやすく、均一な金属配線を形成できるため、好ましい。特に、銅の金属酸化物粒子は、空気中での安定性が比較的高く、さらに低コストで入手可能であり、事業上の観点から優位であり、好ましい。酸化銅は、例えば、酸化第一銅及び酸化第二銅を包含する。酸化第一銅は、レーザ光に対する吸光度が高く、低温焼結が可能で低抵抗の金属配線を形成できる点で特に好ましい。酸化第一銅及び酸化第二銅は、これらを単独で用いてもよいし、これらを混合して用いてもよい。
[Metal particles and/or metal oxide particles]
The metal contained in the metal particles and/or metal oxide particles is aluminum, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, indium, tin, antimony, iridium, platinum, gold, thallium, lead, bismuth, etc., and may be an alloy or mixture containing two or more of these. In addition, the metal oxide may be an oxide of the metal exemplified above. Among them, silver or copper metal oxide particles are preferred because they are easily reduced when irradiated with laser light and can form uniform metal wiring. In particular, copper metal oxide particles are preferred because they have relatively high stability in air and can be obtained at low cost, which is advantageous from the viewpoint of business. Copper oxide includes, for example, cuprous oxide and cupric oxide. Cuprous oxide is particularly preferred because it has high absorbance to laser light, can be sintered at low temperature, and can form low-resistance metal wiring. Cuprous oxide and cupric oxide may be used alone or in combination.
(酸化銅粒子)
一態様において、塗膜は酸化銅粒子を含む。酸化銅粒子は、コア/シェル構造を有してよく、コア又はシェルのいずれか一方が酸化第一銅であってよく、酸化第二銅を含んでもよい。
(Copper oxide particles)
In one embodiment, the coating comprises copper oxide particles, which may have a core/shell structure, and either the core or the shell may be cuprous oxide or may comprise cupric oxide.
酸化銅粒子を含む塗膜は、銅粒子を更に含んでもよい。すなわち、後述の分散体が銅を含んでもよい。この場合、塗膜中の、酸化銅粒子に対する銅粒子の質量比率(以下、「銅粒子/酸化銅粒子」と記載する)が、1.0以上7.0以下であることが、導電性及びクラック防止の観点で好ましい。 The coating film containing copper oxide particles may further contain copper particles. That is, the dispersion described below may contain copper. In this case, it is preferable from the viewpoint of electrical conductivity and crack prevention that the mass ratio of copper particles to copper oxide particles in the coating film (hereinafter referred to as "copper particles/copper oxide particles") is 1.0 or more and 7.0 or less.
酸化銅粒子の平均二次粒子径は、特に制限されないが、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下、さらに好ましくは80nm以下である。当該粒子の平均二次粒子径は、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上、さらに好ましくは15nm以上である。 The average secondary particle diameter of the copper oxide particles is not particularly limited, but is preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 80 nm or less. The average secondary particle diameter of the particles is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and even more preferably 15 nm or more.
平均二次粒子径とは、一次粒子が複数個集まって形成される凝集体(二次粒子)の平均粒子径のことである。この平均二次粒子径が500nm以下であると、基材上に微細な金属配線を形成でき好ましい。平均二次粒子径が5nm以上であれば、分散体の長期保管安定性が向上するため好ましい。当該粒子の平均二次粒子径は、走査型電子顕微鏡で観察される画像から測定される。上記画像から、粒子の直径((長径+短径)/2)を計測し、粒子10個を測定した数平均値を二次粒子径とする。 The average secondary particle diameter is the average particle diameter of an aggregate (secondary particle) formed by gathering multiple primary particles. If this average secondary particle diameter is 500 nm or less, fine metal wiring can be formed on the substrate, which is preferable. If the average secondary particle diameter is 5 nm or more, it is preferable because the long-term storage stability of the dispersion is improved. The average secondary particle diameter of the particles is measured from an image observed with a scanning electron microscope. From the image, the particle diameter ((major axis + minor axis) / 2) is measured, and the number average value of 10 particles is taken as the secondary particle diameter.
二次粒子を構成する一次粒子の平均一次粒子径は、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下である。平均一次粒子径は、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上、さらに好ましくは5nm以上である。 The average primary particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and even more preferably 20 nm or less. The average primary particle diameter is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and even more preferably 5 nm or more.
平均一次粒子径が100nm以下の場合、レーザ光照射による塗膜の焼成温度を低くすることができる傾向にある。このような低温焼成が可能になる理由は、粒子の粒子径が小さいほど、その表面エネルギーが大きくなって、融点が低下するためであると考えられる。焼成温度を低くすることで、煙の発生量を低減することができる。 When the average primary particle size is 100 nm or less, the baking temperature of the coating film by laser light irradiation tends to be lower. The reason why such low-temperature baking is possible is thought to be that the smaller the particle size of the particles, the higher the surface energy and the lower the melting point. By lowering the baking temperature, the amount of smoke generated can be reduced.
また、平均一次粒子径が1nm以上であれば、分散体中での粒子の良好な分散性を得ることができるため好ましい。基材に金属配線パターンを形成する場合、基材と塗膜との密着性や低抵抗化の観点で、平均一次粒子径は、好ましくは2nm以上、100nm以下、より好ましくは5nm以上、50nm以下である。この傾向は基材が樹脂である場合に顕著である。当該粒子の平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡で観察される画像から測定される。上記画像から単一粒子の直径((長径+短径)/2)を計測し、粒子10個を測定した数平均値を一次粒子径として求める。 In addition, an average primary particle diameter of 1 nm or more is preferable because good dispersibility of the particles in the dispersion can be obtained. When forming a metal wiring pattern on a substrate, the average primary particle diameter is preferably 2 nm or more and 100 nm or less, more preferably 5 nm or more and 50 nm or less, from the viewpoint of adhesion between the substrate and the coating film and low resistance. This tendency is remarkable when the substrate is a resin. The average primary particle diameter of the particles is measured from an image observed with a transmission electron microscope. The diameter ((major axis + minor axis)/2) of a single particle is measured from the image, and the number average value of 10 particles is calculated as the primary particle diameter.
塗膜中の酸化銅粒子の含有率は、塗膜100質量%に対して、40質量%以上であることが好ましく、55質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましい。また、当該含有率は、98質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましく、90質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of copper oxide particles in the coating film is preferably 40% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more, based on 100% by mass of the coating film. The content is preferably 98% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, and even more preferably 90% by mass or less.
また塗膜中の酸化銅粒子の含有率は、塗膜100体積%に対して、10体積%以上であることが好ましく、15体積%以上であることがより好ましく、25体積%以上であることがさらに好ましい。また、当該含有率は、90体積%以下であることが好ましく、76体積%以下であることがより好ましく、60体積%以下であることがさらに好ましい。 The content of copper oxide particles in the coating film is preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and even more preferably 25% by volume or more, based on 100% by volume of the coating film. The content is preferably 90% by volume or less, more preferably 76% by volume or less, and even more preferably 60% by volume or less.
塗膜における酸化銅粒子の含有率が、40質量%以上又は10体積%以上であれば、焼成によって粒子同士が融着して良好な導電性を発現するため好ましい。酸化銅粒子が高濃度になるほど導電性の点では好ましいが、当該含有率が、98質量%以下又は90体積%以下である場合、塗膜が基材に強固に付着でき、特に95質量%以下又は76体積%以下である場合、基材への付着がより強固であり好ましい。また、当該含有率が、90質量%以下又は60体積%以下である場合には、塗膜の可撓性が高く、折り曲げ時にクラックが生じにくく、信頼性が高まる。なお、一態様においては、塗膜のうち、レーザ光が照射されなかった領域が、金属配線間を絶縁する絶縁領域として残存してよく、この場合の絶縁領域に優れた電気絶縁性を与える観点からは、塗膜の酸化銅粒子の含有率が、90体積%以上であってもよい。 If the content of copper oxide particles in the coating film is 40% by mass or more or 10% by volume or more, the particles are fused together by firing to exhibit good electrical conductivity, which is preferable. The higher the concentration of copper oxide particles, the better in terms of electrical conductivity. However, if the content is 98% by mass or less or 90% by volume or less, the coating film can be firmly attached to the substrate, and in particular, if the content is 95% by mass or less or 76% by volume or less, the coating film is more firmly attached to the substrate, which is preferable. In addition, if the content is 90% by mass or less or 60% by volume or less, the coating film is highly flexible, cracks are less likely to occur when folded, and reliability is improved. In one embodiment, the area of the coating film that is not irradiated with laser light may remain as an insulating area that insulates between metal wirings, and from the viewpoint of imparting excellent electrical insulation to the insulating area in this case, the content of copper oxide particles in the coating film may be 90% by volume or more.
酸化銅としては、市販品を用いてもよいし、合成物を用いてもよい。市販品としては、例えば、イーエムジャパン社より販売されている平均一次粒子径18nmの酸化第一銅粒子が挙げられる。 As the copper oxide, a commercially available product or a synthetic product may be used. An example of a commercially available product is cuprous oxide particles having an average primary particle diameter of 18 nm, sold by EM Japan.
酸化第一銅を含む粒子の合成法としては、例えば、次の方法が挙げられる。
(1)ポリオール溶剤中に、水及び銅アセチルアセトナト錯体(以下、有機銅化合物)を加え、一旦有機銅化合物を加熱溶解させ、反応に必要な量の水を更に添加し、有機銅の還元温度に加熱して還元する方法。
(2)有機銅化合物(銅-N-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン錯体)を、ヘキサデシルアミン等の保護剤の存在下、不活性雰囲気中で、300℃程度の高温で加熱する方法。
(3)水溶液に溶解した銅塩をヒドラジンで還元する方法。
The particles containing cuprous oxide can be synthesized, for example, by the following method.
(1) A method in which water and a copper acetylacetonate complex (hereinafter referred to as an organocopper compound) are added to a polyol solvent, the organocopper compound is heated to dissolve, and then an amount of water required for the reaction is further added and the organocopper is reduced by heating to the reduction temperature.
(2) A method in which an organic copper compound (copper-N-nitrosophenylhydroxylamine complex) is heated at a high temperature of about 300° C. in the presence of a protective agent such as hexadecylamine in an inert atmosphere.
(3) A method in which copper salt dissolved in an aqueous solution is reduced with hydrazine.
上記(1)の方法は、例えば、アンゲバンテ・ケミ・インターナショナル・エディション、40号、2巻、p.359、2001年に記載の条件で行うことができる。 The above method (1) can be carried out, for example, under the conditions described in Angewandte Chemistry International Edition, No. 40, Vol. 2, p. 359, 2001.
上記(2)の方法は、例えば、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ・1999年、121巻、p.11595に記載の条件で行うことができる。 The above method (2) can be carried out, for example, under the conditions described in Journal of the American Chemical Society, 1999, Vol. 121, p. 11595.
上記(3)の方法において、銅塩としては、二価の銅塩を好適に用いることができ、その例として、例えば、酢酸銅(II)、硝酸銅(II)、炭酸銅(II)、塩化銅(II)、硫酸銅(II)等を挙げることができる。ヒドラジンの使用量は、銅塩1モルに対して、0.2モル~2モルとすることが好ましく、0.25モル~1.5モルとすることがより好ましい。 In the above method (3), a divalent copper salt can be suitably used as the copper salt, and examples of such a salt include copper(II) acetate, copper(II) nitrate, copper(II) carbonate, copper(II) chloride, and copper(II) sulfate. The amount of hydrazine used is preferably 0.2 to 2 moles, and more preferably 0.25 to 1.5 moles, per mole of copper salt.
銅塩を溶解した水溶液には、水溶性有機物を添加してもよい。該水溶液に水溶性有機物を添加することによって該水溶液の融点が下がるので、より低温における還元が可能となる。水溶性有機物としては、例えば、アルコール、水溶性高分子等を用いることができる。 A water-soluble organic substance may be added to the aqueous solution in which the copper salt is dissolved. By adding a water-soluble organic substance to the aqueous solution, the melting point of the aqueous solution is lowered, making it possible to carry out reduction at a lower temperature. Examples of water-soluble organic substances that can be used include alcohols and water-soluble polymers.
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、1-デカノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等を用いることができる。水溶性高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体等を用いることができる。 As the alcohol, for example, methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-hexanol, 1-octanol, 1-decanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, etc. can be used. As the water-soluble polymer, for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer, etc. can be used.
上記(3)の方法における還元の際の温度は、例えば-20℃~60℃とすることができ、-10℃~30℃とすることが好ましい。この還元温度は、反応中一定でもよいし、途中で昇温又は降温してもよい。ヒドラジンの活性が高い反応初期は、10℃以下で還元することが好ましく、0℃以下で還元することがより好ましい。還元時間は、30分~300分とすることが好ましく、90分~200分とすることがより好ましい。還元の際の雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気であることが好ましい。 The temperature during reduction in the above method (3) can be, for example, -20°C to 60°C, and is preferably -10°C to 30°C. This reduction temperature may be constant during the reaction, or may be increased or decreased during the reaction. In the early stages of the reaction when hydrazine activity is high, reduction is preferably performed at 10°C or lower, and more preferably at 0°C or lower. The reduction time is preferably 30 to 300 minutes, and more preferably 90 to 200 minutes. The reduction atmosphere is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
上記(1)~(3)の方法の中でも、(3)の方法は操作が簡便で、且つ、粒子径の小さい粒子が得られるので好ましい。 Among the above methods (1) to (3), method (3) is preferred because it is easy to operate and produces particles with a small particle size.
このように、本実施形態では、塗膜がヒドラジン及び/又はヒドラジン水和物を含むことができる。塗膜がヒドラジン及び/又はヒドラジン水和物を含む場合、レーザ光を照射した際に酸化銅が銅に還元しやすく、また還元後の銅の低抵抗化が可能となる。塗膜のうちレーザ光が照射されない領域にはヒドラジン及び/又はヒドラジン水和物が残存することになる。塗膜中の、ヒドラジン及び/又はヒドラジン水和物の合計含有量(ヒドラジン量基準)と、酸化銅の含有量とは、下記関係を満たすことが好ましい。
0.0001≦(ヒドラジン質量/酸化銅質量)≦0.10
Thus, in this embodiment, the coating film may contain hydrazine and/or hydrazine hydrate. When the coating film contains hydrazine and/or hydrazine hydrate, copper oxide is easily reduced to copper when irradiated with laser light, and the resistance of copper after reduction can be reduced. Hydrazine and/or hydrazine hydrate remain in the area of the coating film that is not irradiated with laser light. It is preferable that the total content of hydrazine and/or hydrazine hydrate (based on the amount of hydrazine) and the content of copper oxide in the coating film satisfy the following relationship.
0.0001≦(hydrazine mass/copper oxide mass)≦0.10
<金属配線>
金属配線は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜へのレーザ光照射によって形成される。金属粒子及び/又は金属酸化物粒子がレーザ光照射によって互いに融着した構造を形成してもよい。金属配線においては、金属及び/又は金属酸化物の粒子形状が消失し、全てが融着した状態となっていてもよく、又は、一部分が粒子形状を保持し、他の部分が融着状態であってもよい。金属酸化物粒子を用いた場合、金属酸化物はレーザ光により金属に還元されていることが好ましい。これにより、金属配線の導電性を高めることができる。金属粒子及び/又は金属酸化物粒子をレーザ光照射により焼成することで、任意の形状の金属配線パターンを容易に形成することができる。
<Metal wiring>
The metal wiring is formed by irradiating a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with laser light. The metal particles and/or metal oxide particles may be fused to each other by laser light irradiation. In the metal wiring, the particle shape of the metal and/or metal oxide may disappear and all of them may be fused, or a part of the metal and/or metal oxide may retain the particle shape and the other part may be fused. When metal oxide particles are used, it is preferable that the metal oxide is reduced to metal by laser light. This can increase the conductivity of the metal wiring. By firing the metal particles and/or metal oxide particles by laser light irradiation, a metal wiring pattern of any shape can be easily formed.
金属配線100体積%に対する金属元素の含有率は、高い導電率を得る観点から、好ましくは、50体積%以上、又は60体積%以上、又は70体積%以上であり、100体積%であってもよい。 From the viewpoint of obtaining high electrical conductivity, the content of metal elements relative to 100% by volume of the metal wiring is preferably 50% by volume or more, 60% by volume or more, or 70% by volume or more, and may be 100% by volume.
金属配線は、上記有機物を含んでいてもよい。金属配線における有機物の含有率は、金属配線100体積%に対して、0.5体積%以上20体積%以下であることが好ましい。当該含有率が0.5体積%以上である場合、金属配線の曲げ耐性が高く、20体積%以下である場合、実用に適した低抵抗な金属配線となる。 The metal wiring may contain the organic material. The content of the organic material in the metal wiring is preferably 0.5 volume % or more and 20 volume % or less, relative to 100 volume % of the metal wiring. When the content is 0.5 volume % or more, the bending resistance of the metal wiring is high, and when it is 20 volume % or less, the metal wiring has low resistance and is suitable for practical use.
金属配線が接触する基材の面は、所定の粗さを有していてもよい。基材の金属配線形成面の算術平均表面粗さRaは、金属配線の一部が基材表面の凹凸部に侵入することで金属配線と基材との密着性が向上する点で、好ましくは、20nm以上500nm以下、又は50nm以上300nm以下、又は50nm以上200nm以下である。 The surface of the substrate with which the metal wiring comes into contact may have a predetermined roughness. The arithmetic mean surface roughness Ra of the substrate surface on which the metal wiring is formed is preferably 20 nm or more and 500 nm or less, or 50 nm or more and 300 nm or less, or 50 nm or more and 200 nm or less, in order to improve the adhesion between the metal wiring and the substrate by allowing part of the metal wiring to penetrate into the unevenness of the substrate surface.
<金属配線の製造方法>
本発明の一態様は、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する構造体の塗膜にレーザ光を照射して金属配線を形成することを含む、金属配線の製造方法を提供する。一態様においては、レーザ光の照射と同時に、塗膜上にガスの流れを発生させる。
<Metal Wiring Manufacturing Method>
One aspect of the present invention provides a method for producing a metal wiring, the method comprising: irradiating a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with a laser beam to form a metal wiring. In one aspect, a gas flow is generated on the coating film simultaneously with the irradiation of the laser beam.
[構造体の形成]
まず、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜を有する構造体を形成する。一態様においては、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む分散体を基材上に塗布、乾燥させることで、基材上に塗膜が配置されてなる構造体を形成する。
[Formation of structure]
First, a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles is formed. In one embodiment, a dispersion containing metal particles and/or metal oxide particles is applied onto a substrate, followed by drying to form a structure having a coating film disposed on the substrate.
(分散体の調製)
以下では、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子として酸化銅を用いる場合を例に説明するが、金属粒子及び/又は金属酸化物粒子は酸化銅に限定されるわけではない。
(Preparation of Dispersion)
In the following, an example will be described in which copper oxide is used as the metal particles and/or metal oxide particles, but the metal particles and/or metal oxide particles are not limited to copper oxide.
まず、酸化銅粒子を分散媒に分散させた酸化銅分散体を調製する。分散体は、分散剤(例えば、リン含有有機化合物)を更に含んでよい。一態様では、前述の(3)の方法で酸化第一銅を合成した後、反応液から遠心分離等の公知の方法で酸化銅粒子を分離する。得られた酸化銅粒子に、分散媒及び分散剤を加え、例えば、ホモジナイザのような公知の方法で撹拌し、酸化銅粒子を分散媒に分散させる。 First, a copper oxide dispersion is prepared by dispersing copper oxide particles in a dispersion medium. The dispersion may further contain a dispersant (e.g., a phosphorus-containing organic compound). In one embodiment, after synthesizing cuprous oxide by the above-mentioned method (3), the copper oxide particles are separated from the reaction solution by a known method such as centrifugation. The dispersion medium and dispersant are added to the obtained copper oxide particles, and the mixture is stirred by a known method such as a homogenizer to disperse the copper oxide particles in the dispersion medium.
なお、分散媒によっては、酸化銅粒子が分散しにくく、分散が不充分な場合がある。このような場合は、例えば、酸化銅粒子が分散しやすいアルコール類、例えば、ブタノールなどを用い、酸化銅を分散させた後、所望の分散媒への置換と所望の濃度への濃縮を行う。一例として、限外濾過(UF)膜による濃縮、並びに、所望の分散媒による希釈及び濃縮を繰り返す方法が挙げられる。 Depending on the dispersion medium, copper oxide particles may not disperse easily and may not be dispersed sufficiently. In such cases, for example, an alcohol in which copper oxide particles disperse easily, such as butanol, may be used to disperse the copper oxide, after which the dispersion medium is replaced with the desired one and concentrated to the desired concentration. One example is concentration using an ultrafiltration (UF) membrane, and a method of repeatedly diluting and concentrating with the desired dispersion medium.
(基材上への分散体の塗布)
上述のような基材の表面に、上記分散体の塗膜を形成する。より具体的には、例えば、分散体を基材上に塗布し、必要に応じて乾燥により分散媒を除去して塗膜を形成する。塗布方法は、特に限定されないが、ダイコート、スピンコート、スリットコート、バーコート、ナイフコート、スプレーコート、ディップコート等の塗布法を用いることができる。これらの方法を用いて、基材上に均一な厚みで分散体を塗布することが望ましい。
以上のようにして、構造体を形成できる。
(Application of Dispersion onto Substrate)
A coating film of the above-mentioned dispersion is formed on the surface of the substrate as described above. More specifically, for example, the dispersion is applied onto the substrate, and the dispersion medium is removed by drying as necessary to form a coating film. The coating method is not particularly limited, and coating methods such as die coating, spin coating, slit coating, bar coating, knife coating, spray coating, and dip coating can be used. It is desirable to apply the dispersion to a uniform thickness on the substrate using these methods.
In this manner, a structure can be formed.
[レーザ光照射]
上記で形成した構造体の塗膜にレーザ光を照射することで、塗膜中の酸化銅を還元して銅粒子を生成させると共に、生成された銅粒子同士の融着による一体化が生じる条件下で塗膜を加熱して、金属配線を形成する。すなわち、レーザ光照射によって塗膜を焼成する。
[Laser light irradiation]
The coating film of the structure formed above is irradiated with laser light to reduce the copper oxide in the coating film to generate copper particles, and the coating film is heated under conditions in which the generated copper particles are fused together to form an integrated body, thereby forming metal wiring. In other words, the coating film is fired by laser light irradiation.
本実施形態においては、塗膜上にガスを流しながら当該塗膜にレーザ光を照射して金属配線を形成する。塗膜には溶媒、分散剤等の有機成分が含まれているため、レーザ光による加熱によって塗膜から煙が発生することがある。この煙がレーザ光の照射光路に侵入しレーザ光を遮ると、レーザ光による加熱条件がばらつき、金属配線の抵抗値にばらつきが生じる原因となる。煙がレーザ光の照射光路に侵入しないように、ガスをブローすることが有効である。 In this embodiment, the coating film is irradiated with laser light while gas is flowing over the coating film to form metal wiring. Because the coating film contains organic components such as solvents and dispersants, smoke may be generated from the coating film when heated by the laser light. If this smoke enters the irradiation optical path of the laser light and blocks the laser light, the heating conditions by the laser light will vary, causing variations in the resistance value of the metal wiring. It is effective to blow gas to prevent smoke from entering the irradiation optical path of the laser light.
本工程において、塗膜上にブローされるガスの流速は、好ましくは、0.01m/s以上、又は0.05m/s以上、又は0.1m/s以上であり、且つ20m/s以下、又は10m/s以下、又は1.0m/s以下、又は0.8m/s以下、又は0.6m/s以下である。上記ガスの流速が0.01m/s以上である場合、煙を除去する効果が良好であり、20m/s以下である場合、装置内でブローしたガスが乱流を起こしにくいため、煙のレーザ光の光路内への侵入を防止できる。 In this process, the flow velocity of the gas blown onto the coating is preferably 0.01 m/s or more, or 0.05 m/s or more, or 0.1 m/s or more, and 20 m/s or less, or 10 m/s or less, or 1.0 m/s or less, or 0.8 m/s or less, or 0.6 m/s or less. When the flow velocity of the gas is 0.01 m/s or more, the smoke removal effect is good, and when it is 20 m/s or less, the gas blown inside the device is less likely to cause turbulence, so that the intrusion of smoke into the optical path of the laser light can be prevented.
また、塗膜上にガスをブローすると同時にガスを吸引しながら、レーザ光を照射することが好ましい。ブローと同時に吸引を行うことで、ガスの流れる方向を安定させ、煙がレーザ光の照射光路に侵入することを防ぐことができる。 It is also preferable to blow gas onto the coating film and simultaneously suck the gas while irradiating the film with laser light. By simultaneously sucking the gas while blowing, the direction of the gas flow can be stabilized and smoke can be prevented from entering the irradiation path of the laser light.
また、塗膜を含む構造体をボックス内に入れて、ボックス内にガスを流しながらレーザ光の照射を行うことが好ましい。この場合、ガスの流れをボックス内に限定できるため、塗膜上にガスをより効率良く流すことができ、煙をレーザ光の光路から除去する効果がより良好である。 It is also preferable to place the structure including the coating film in a box and irradiate the laser light while flowing gas inside the box. In this case, the flow of gas can be limited to within the box, so that the gas can be more efficiently flowed over the coating film, and the effect of removing smoke from the optical path of the laser light is more excellent.
本実施形態において、レーザ光の移動方向とガスの流れ方向とが互いに逆方向となるようにガスを流すことが好ましい。これにより、レーザ光の移動方向の先にガスが流れることでレーザ光の照射光路が妨げられることを防止できる。 In this embodiment, it is preferable to flow the gas so that the laser light travels in the opposite direction to the gas flow. This prevents the gas from flowing ahead of the laser light travel direction, thereby preventing the irradiation path of the laser light from being obstructed.
本実施形態において、レーザ光の照射出力は、好ましくは、100mW以上1500mW以下、又は200mW以上1250mW以下、又は300mW以上1000mW以下である。レーザ光の照射出力が100mW以上であると、酸化第一銅の還元を効率よく行うことができる。また、照射出力が1500mW以下であると、レーザ光の出力を抑えることができ、アブレーションによる金属配線の破壊を抑制でき、低抵抗な金属配線を得ることができるとともに、基材へのダメージを抑制でき、基材からの余分な煙の発生が起こらず、均一にレーザ光を照射することができる。 In this embodiment, the irradiation output of the laser light is preferably 100 mW or more and 1500 mW or less, or 200 mW or more and 1250 mW or less, or 300 mW or more and 1000 mW or less. When the irradiation output of the laser light is 100 mW or more, the reduction of cuprous oxide can be performed efficiently. Furthermore, when the irradiation output is 1500 mW or less, the output of the laser light can be suppressed, the destruction of the metal wiring due to ablation can be suppressed, low-resistance metal wiring can be obtained, damage to the substrate can be suppressed, excess smoke is not generated from the substrate, and the laser light can be irradiated uniformly.
本実施形態において、レーザ光は、ガルバノスキャナーを通して照射することが好ましい。ガルバノスキャナーを通した走査によって、任意の形状の金属配線を容易に形成できる。特に、ガルバノスキャナーによれば、塗膜から発生する煙が流れる方向に対して逆方向にレーザ光を移動させるような照射位置の制御が容易であり、煙による影響を抑制できる。 In this embodiment, the laser light is preferably irradiated through a galvanometer scanner. By scanning through the galvanometer scanner, metal wiring of any shape can be easily formed. In particular, the galvanometer scanner makes it easy to control the irradiation position so that the laser light moves in the opposite direction to the direction in which the smoke generated from the coating flows, thereby suppressing the effects of the smoke.
本実施形態では、レーザ光を塗膜上の所望の位置に繰り返し照射してよい。図3は、本発明の一態様に係る金属配線の製造方法におけるレーザ光の重複照射について説明する模式図である。図3を参照し、走査線幅S1を有する第1の走査線R1のようにレーザ光を照射した後、第1の走査線R1に対して、走査線幅方向にオーバーラップするように、第2の走査線R2のようにレーザ光を照射する。これにより、オーバーラップ領域において蓄熱量が大きくなるため、金属粒子の焼結度を高め、その結果、金属配線の抵抗値をより低くすることができる。さらに、オーバーラップ領域が大きい、すなわち、塗膜のうち2回目照射で初めてレーザ光が照射される部位の面積が小さい場合、2回目照射で発生する煙の量が少なくなるため、ガスの流れにより煙を除去する効果が大きくなり、煙による影響を良好に抑制することができる。 In this embodiment, the laser light may be repeatedly irradiated at a desired position on the coating film. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating overlapping irradiation of laser light in a method for manufacturing metal wiring according to one aspect of the present invention. Referring to FIG. 3, after irradiating the laser light as a first scanning line R1 having a scanning line width S1, the laser light is irradiated as a second scanning line R2 so as to overlap the first scanning line R1 in the scanning line width direction. This increases the amount of heat stored in the overlapping area, thereby increasing the degree of sintering of the metal particles, and as a result, the resistance value of the metal wiring can be reduced. Furthermore, when the overlapping area is large, that is, when the area of the part of the coating film where the laser light is irradiated for the first time in the second irradiation is small, the amount of smoke generated in the second irradiation is reduced, so that the effect of removing the smoke by the gas flow is increased, and the influence of the smoke can be suppressed well.
第1の走査線R1の走査線幅S1に対する、オーバーラップ幅S2の比率S2/S1(本開示で、オーバーラップ率Sともいう。)は、好ましくは、5%以上99.5%以下、又は10%以上99.5%以下、又は15%以上99.5%以下である。オーバーラップ率が5%以上であることにより金属粒子の焼結度を高めることができ、かつ煙の発生量を抑制することができる。オーバーラップ率を高くすることで、焼結度を高めることができ、堅い金属配線を製造できる。このような金属配線は、例えば、フレキシブル基板上に形成され曲げられた際にも、割れることなくフレキシブル基板に追従でき有利である。また99.5%以下であることにより工業的に実用性のある速度でレーザ光を走査線幅方向に移動させながら塗膜を焼結することができる。なお、第2の走査線の走査方向は、第1の走査線と同じでも異なってもよい。 The ratio S2/S1 of the overlap width S2 to the scanning line width S1 of the first scanning line R1 (also referred to as the overlap rate S in this disclosure) is preferably 5% or more and 99.5% or less, or 10% or more and 99.5% or less, or 15% or more and 99.5% or less. By having an overlap rate of 5% or more, the degree of sintering of the metal particles can be increased and the amount of smoke generated can be suppressed. By increasing the overlap rate, the degree of sintering can be increased and a hard metal wiring can be manufactured. Such metal wiring is advantageous in that it can follow the flexible substrate without cracking, for example, even when formed on a flexible substrate and bent. In addition, by having a ratio of 99.5% or less, the coating film can be sintered while moving the laser light in the scanning line width direction at an industrially practical speed. The scanning direction of the second scanning line may be the same as or different from that of the first scanning line.
レーザ光を照射する際には、10秒以上60秒以下のレーザ光照射と、1秒以上10秒以下のレーザ光不照射(レストタイム)とを交互に繰り返すことが好ましい。例えばボックス内に構造体を配置する場合、レーザ光を照射することで塗膜から発生する煙の量が多いと、ボックス内に煙が充満し、レーザ光の光路を妨げてしまう。レストタイムを設けることで、レーザ光の光路に侵入しうる多量の煙を排除することができる。 When irradiating the laser light, it is preferable to alternate between 10 to 60 seconds of laser light irradiation and 1 to 10 seconds of no laser light irradiation (rest time). For example, when placing a structure inside a box, if a large amount of smoke is generated from the coating film by irradiating the laser light, the box will be filled with smoke and will obstruct the optical path of the laser light. By providing a rest time, it is possible to eliminate the large amount of smoke that may enter the optical path of the laser light.
レーザ光を照射する際、レーザ光により形成される連続した金属配線の面積あたりの形成速度は、好ましくは、0.01秒/mm2以上、又は0.1秒/mm2以上、又は1秒/mm2以上であり、好ましくは、500秒/mm2以下、又は100秒/mm2以下、又は20秒/mm2以下である。 When irradiating the laser light, the formation speed per area of the continuous metal wiring formed by the laser light is preferably 0.01 sec/mm2 or more , or 0.1 sec/mm2 or more, or 1 sec/ mm2 or more, and preferably 500 sec/mm2 or less , or 100 sec/mm2 or less , or 20 sec/mm2 or less.
金属配線の面積当たりの形成速度とは、図4に示すように、ある連続した金属配線パターンの面積をSA、ある連続した金属配線パターンを作製するのにかかる時間をTAとしたときに、TA/SAで表される値である。上記形成速度を0.01秒/mm2以上とすることで、塗膜を焼結させるに十分なレーザ光を照射して金属配線の焼結度を高め抵抗値の低い金属配線を得ることができる。また、上記形成速度を500秒/mm2以下とすることで、過度なレーザ光照射によるアブレーションを防いで基材からの余分な分解ガスの発生を防ぐことができ、また金属配線の生産効率を高めることができる。 The forming speed per area of metal wiring is a value expressed by T A /S A , where S A is the area of a certain continuous metal wiring pattern and T A is the time required to produce a certain continuous metal wiring pattern, as shown in Figure 4. By setting the forming speed to 0.01 seconds /mm 2 or more, it is possible to irradiate a laser beam sufficient to sinter the coating film, thereby increasing the degree of sintering of the metal wiring and obtaining metal wiring with a low resistance value. In addition, by setting the forming speed to 500 seconds/mm 2 or less, it is possible to prevent ablation due to excessive laser beam irradiation, prevent the generation of excess decomposition gas from the substrate, and increase the production efficiency of the metal wiring.
レーザ光照射工程において、図4に示すように、ある連続した金属配線パターンと、別の連続した金属配線パターンを形成する場合、これらの金属配線パターンの形成の間に、レーザ光を塗膜上に照射しない時間を設けることが好ましい。レーザ光を塗膜上に照射しない時間は、好ましくは、0.01秒以上、又は0.1秒以上、又は1秒以上であり、好ましくは、100秒以下、又は50秒以下、又は10秒以下である。レーザ光を塗膜上に照射しない時間が0.01秒以上であることで、塗膜へのレーザ光照射によって発生した煙を塗膜上から十分に除去することができ、次の連続した金属配線パターンの形成時に煙による影響を良好に抑制することができる。また、レーザ光を塗膜上に照射しない時間が100秒以下であることで、金属配線の生産効率を高めることができる。 In the laser light irradiation process, when a certain continuous metal wiring pattern and another continuous metal wiring pattern are formed as shown in FIG. 4, it is preferable to provide a time during which the laser light is not irradiated onto the coating film between the formation of these metal wiring patterns. The time during which the laser light is not irradiated onto the coating film is preferably 0.01 seconds or more, or 0.1 seconds or more, or 1 second or more, and preferably 100 seconds or less, or 50 seconds or less, or 10 seconds or less. By having a time during which the laser light is not irradiated onto the coating film of 0.01 seconds or more, the smoke generated by the laser light irradiation onto the coating film can be sufficiently removed from the coating film, and the influence of the smoke can be effectively suppressed when the next continuous metal wiring pattern is formed. In addition, by having a time during which the laser light is not irradiated onto the coating film of 100 seconds or less, the production efficiency of the metal wiring can be improved.
以上説明したように、本実施形態に係る金属配線の製造方法及び金属配線製造装置によれば、ブロワーによって金属粒子及び/又は金属酸化物粒子を含む塗膜上にガスの流れを発生させることにより、レーザ光を均一な条件で塗膜に照射することができ、均一な抵抗値の金属配線を容易に得ることができる。 As described above, according to the metal wiring manufacturing method and metal wiring manufacturing apparatus of this embodiment, by using a blower to generate a gas flow on a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles, laser light can be irradiated onto the coating film under uniform conditions, making it easy to obtain metal wiring with a uniform resistance value.
<適用例>
本実施形態に係る金属配線製造装置及び金属配線の製造方法によって製造された金属配線は、種々の形状の基材上に形成されていることができ、例えば、電子回路基板等の金属配線材(プリント基板、RFID、自動車におけるワイヤハーネスの代替など)、携帯情報機器(スマートフォン等)の筐体に形成されたアンテナ、メッシュ電極(静電容量式タッチパネル用電極フィルム)、電磁波シールド材、及び、放熱材料、に好適に適用することができる。
<Application Examples>
The metal wiring manufactured by the metal wiring manufacturing apparatus and metal wiring manufacturing method according to the present embodiment can be formed on substrates of various shapes, and can be suitably applied to, for example, metal wiring materials for electronic circuit boards and the like (printed circuit boards, RFID, replacement for wire harnesses in automobiles, etc.), antennas formed on the housings of portable information devices (smartphones, etc.), mesh electrodes (electrode films for capacitive touch panels), electromagnetic wave shielding materials, and heat dissipation materials.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。 The present invention will be specifically described below using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples and comparative examples.
<評価方法>
[抵抗値の測定]
金属配線の両端にテスタを当て、導電性の指標として抵抗値を測定した。各例について、n=3で抵抗値を測定し、その平均値をX、その標準偏差をσとし、ばらつきの指標Aを、下記式に従って算出した。
A=(σ/X)×100
このAの値が20%より小さければ、導電性が良好であると判断した。
<Evaluation method>
[Resistance measurement]
A tester was applied to both ends of the metal wiring, and the resistance value was measured as an index of conductivity. For each example, the resistance value was measured three times, the average value was designated as X, the standard deviation was designated as σ, and the index of variation A was calculated according to the following formula.
A=(σ/X)×100
If the value of A was less than 20%, the electrical conductivity was determined to be good.
<金属配線の製造>
[実施例1]
(分散体の製造)
イオン交換水800g及び1,2-プロピレングリコール(和光純薬製)400gからなる混合溶媒中に、酢酸銅(II)一水和物(和光純薬製)80gを溶解し、ヒドラジン水和物(和光純薬製)20gを加えて窒素雰囲気下で攪拌した後、遠心分離によって上澄みと沈殿物とに分離した。
<Production of Metal Wiring>
[Example 1]
(Preparation of Dispersion)
80 g of copper(II) acetate monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in a mixed solvent consisting of 800 g of ion-exchanged water and 400 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 20 g of hydrazine hydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was stirred under a nitrogen atmosphere, and then separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation.
得られた沈殿物2.8gに、リン含有有機化合物としてDISPERBYK-145(商品名、ビックケミー社製)(BYK-145)0.4g及び分散媒としてエタノール(和光純薬製)6.6gを加え、ホモジナイザを用いて窒素雰囲気下で分散した後、遠心分離して沈殿物を回収した。沈殿物をエタノールで希釈してホモジナイザで分散した。上記の遠心分離(濃縮)と分散(希釈)とを繰り返すことにより、酸化第一銅(酸化銅(I))を含む酸化第一銅粒子を含有する分散体を得た。この時、分散体を常圧、60℃で4.5時間加熱した時の固形分残渣(酸化第一銅粒子)は、34.7質量%であった。 0.4 g of DISPERBYK-145 (trade name, manufactured by BYK-Chemie) (BYK-145) as a phosphorus-containing organic compound and 6.6 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as a dispersion medium were added to 2.8 g of the obtained precipitate, and the mixture was dispersed under a nitrogen atmosphere using a homogenizer, and then centrifuged to recover the precipitate. The precipitate was diluted with ethanol and dispersed using a homogenizer. By repeating the above-mentioned centrifugation (concentration) and dispersion (dilution), a dispersion containing cuprous oxide particles containing cuprous oxide (copper(I) oxide) was obtained. At this time, the solid residue (cuprous oxide particles) when the dispersion was heated at normal pressure and 60°C for 4.5 hours was 34.7 mass%.
(塗膜の形成)
幅×奥行き×厚みが70mm×70mm×0.1mmのポリイミド基板の表面にUVオゾン処理を3分間施した後、分散体1mlを基板上に滴下してスピンコート(500rpm×30秒)し、室温で10分間乾燥後、90℃で2時間乾燥させ、基板上に厚み3.5μmの塗膜が形成された構造体を得た。
(Formation of coating film)
The surface of a polyimide substrate having dimensions of 70 mm x 70 mm x 0.1 mm in width x depth x thickness was subjected to UV ozone treatment for 3 minutes, and then 1 ml of the dispersion was dropped onto the substrate and spin-coated (500 rpm x 30 seconds), dried at room temperature for 10 minutes, and then dried at 90°C for 2 hours, to obtain a structure in which a coating film having a thickness of 3.5 μm was formed on the substrate.
(レーザ光照射)
上面が石英ガラスで構成された、サイズ200mm×150mm×41mmのボックスを準備した。当該ボックスは、ブロワーに接続された穴を側面に有し、当該穴を介してガスがボックス内の塗膜の表面方向に対して平行に吹き付けられるように構成した。上記構造体をボックス内の底部に、塗膜を上側にして配置した。ブロワーとしては、コンプレッサーを用い、圧縮した空気を分離膜で窒素と酸素に分離し、分離された窒素ガスを塗膜に吹き付けた。この時、ガスの吸引機は設置せず、ボックス上面の石英ガラスと、ボックス側面との隙間からガスを排出した。次いで、ガルバノスキャナーを用いて速度5mm/秒で焦点位置を動かしながら、レーザ光(中心波長532nm、周波数300kHz、パルス、出力337mW)を、走査しながら塗膜に繰り返し照射し、所望とする長さ5mm×幅1mmの寸法の銅金属配線を、50秒かけて形成した(金属配線の面積当たりの形成速度10秒/mm2)。このとき、レーザ光は、走査線幅方向にオーバーラップ率93.2%となるように移動させながら繰り返し照射した。レーザ光の照射時には、塗膜表面に向けてボックス側面の穴から塗膜表面に平行に、またレーザ光の移動方向に対して平行に、窒素ガスを流した。同様の条件で、さらに2つの銅配線を作製し、計3つの銅配線を得た。この時、連続するそれぞれの銅配線パターンを形成する間に、10秒ずつ、レーザ光を照射しない時間を設けた。
(Laser light irradiation)
A box with a size of 200 mm x 150 mm x 41 mm, the upper surface of which was made of quartz glass, was prepared. The box had a hole connected to a blower on the side, and the gas was blown through the hole in parallel to the surface direction of the coating film in the box. The above structure was placed at the bottom of the box, with the coating film on the upper side. A compressor was used as a blower, and compressed air was separated into nitrogen and oxygen by a separation membrane, and the separated nitrogen gas was blown onto the coating film. At this time, a gas suction machine was not installed, and the gas was discharged from the gap between the quartz glass on the upper surface of the box and the side surface of the box. Next, the coating film was repeatedly irradiated with a laser light (center wavelength 532 nm, frequency 300 kHz, pulse, output 337 mW) while scanning it, while moving the focal position at a speed of 5 mm/sec using a galvano scanner, and a copper metal wiring with the desired dimensions of length 5 mm x
(抵抗値)
各金属配線の抵抗値を評価したところ、3回の繰り返し評価で、0.18Ω、0.19Ω、0.19Ωとなり、そのばらつきの指標Aの値は、3.1%であった。
(Resistance value)
The resistance value of each metal wiring was evaluated, and the results were 0.18Ω, 0.19Ω, and 0.19Ω after three repeated evaluations, and the value of the variation index A was 3.1%.
[実施例2]
(分散体の製造)
イオン交換水30240g及び1,2-プロピレングリコール(旭硝子製)13976gからなる混合溶媒中に、酢酸銅(II)一水和物(日本化学産業製)3224gを溶解し、ヒドラジン水和物(日本ファインケム製)940gを加えて攪拌した後、遠心分離を用いて上澄みと沈殿物とに分離した。
[Example 2]
(Preparation of Dispersion)
3,224 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd.) was dissolved in a mixed solvent consisting of 30,240 g of ion-exchanged water and 13,976 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), 940 g of hydrazine hydrate (manufactured by Nippon Finechem Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred. Then, the mixture was separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation.
得られた沈殿物1136gに、リン含有有機化合物としてDISPERBYK-145(商品名、ビックケミー社製)(BYK-145)75g及び分散媒としてミックスエタノールNP(山一化学工業製)455gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散した。更に、得られた液体214gを計量し、DISPERBYK-145を11g、ミックスエタノールNPを25g加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散し、酸化第一銅(酸化銅(I))を含む酸化第一銅粒子を含有する分散体を得た。この時、分散体を常圧、60℃で4.5時間加熱した時の固形分残渣(酸化第一銅粒子)は、44.6質量%であった。 75 g of DISPERBYK-145 (trade name, manufactured by BYK-Chemie) (BYK-145) as a phosphorus-containing organic compound and 455 g of Mixed Ethanol NP (manufactured by Yamaichi Chemical Industry Co., Ltd.) as a dispersion medium were added to 1,136 g of the obtained precipitate, and the mixture was dispersed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere. Furthermore, 214 g of the obtained liquid was weighed, and 11 g of DISPERBYK-145 and 25 g of Mixed Ethanol NP were added, and the mixture was dispersed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere to obtain a dispersion containing cuprous oxide particles containing cuprous oxide (copper (I) oxide). At this time, the solid residue (cuprous oxide particles) when the dispersion was heated at normal pressure and 60°C for 4.5 hours was 44.6 mass%.
(塗膜の形成)
幅×奥行き×厚みが70mm×70mm×2mmのポリカーボネート基板表面にエタノール50mlを流して洗浄し、乾燥させた。その後、基板表面にUVオゾン処理を3分間施した後、分散体2mlを基板上に滴下してスピンコート(400rpm×300秒)し、室温で10分間乾燥後、90℃で2時間乾燥させ、基板上に厚み4.8μmの塗膜が形成された構造体を得た。
(Formation of coating film)
A polycarbonate substrate having a width x depth x thickness of 70 mm x 70 mm x 2 mm was washed with 50 ml of ethanol and dried. After that, the substrate surface was subjected to UV ozone treatment for 3 minutes, and then 2 ml of the dispersion was dropped onto the substrate and spin-coated (400 rpm x 300 seconds), dried at room temperature for 10 minutes, and then dried at 90°C for 2 hours to obtain a structure in which a coating film having a thickness of 4.8 μm was formed on the substrate.
(レーザ光照射)
上面が石英ガラスで構成された、サイズ200mm×150mm×41mmのボックスを準備した。当該ボックスは、ブロワーに接続された穴を側面に有し、当該穴を介してガスがボックス内の塗膜の表面方向に対して平行に吹き付けられるように構成した。上記構造体をボックス内の底部に、塗膜を上側にして配置した。ブロワーとして、コンプレッサーを用い、圧縮した空気を分離膜で窒素と酸素に分離し、分離された窒素ガスを塗膜に吹き付けた。この時、ボックス上面の石英ガラスと、ボックス側面との隙間からガスを排出した。次いで、ガルバノスキャナーを用いて速度25mm/秒で焦点位置を動かしながら、レーザ光(中心波長355nm、周波数300kHz、パルス、出力207mW)を、走査しながら塗膜に繰り返し照射し、所望とする長さ5mm×幅5mmの寸法の銅金属配線を、50秒かけて形成した(金属配線の面積当たりの形成速度10秒/mm2)。このとき、レーザ光は、走査線幅方向にオーバーラップ率86.7%となるように移動させながら繰り返し照射した。レーザ光の照射時には、塗膜表面に向けてボックス側面の穴から塗膜表面に平行に、またレーザ光の移動方向に対して平行に、窒素ガスを流した。同様の条件で、さらに2つの銅配線を作製し、計3つの銅配線を得た。この時、連続するそれぞれの銅配線パターンを形成する間に、10秒ずつ、レーザ光を照射しない時間を設けた。以上の手順で、銅配線付き構造体を得た。
(Laser light irradiation)
A box with a size of 200 mm x 150 mm x 41 mm, the upper surface of which was made of quartz glass, was prepared. The box had a hole connected to a blower on the side, and the gas was blown through the hole in parallel to the surface direction of the coating film in the box. The above structure was placed at the bottom of the box with the coating film on the upper side. A compressor was used as a blower, and compressed air was separated into nitrogen and oxygen by a separation membrane, and the separated nitrogen gas was blown onto the coating film. At this time, gas was discharged from the gap between the quartz glass on the upper surface of the box and the side surface of the box. Next, the coating film was repeatedly irradiated with a laser light (center wavelength 355 nm, frequency 300 kHz, pulse, output 207 mW) while scanning it, while moving the focal position at a speed of 25 mm/sec using a galvano scanner, and a copper metal wiring with the desired dimensions of length 5 mm x width 5 mm was formed over 50 seconds (formation speed per area of
その後、銅配線付き構造体にめっき処理を施した。めっき処理の方法は次の通りである。工業用精製水1140gに、銅配線表面の洗浄剤としてALC-009(上村工業(株)社製)60gを加え、前処理液を調製した。前処理液700gを計量し、ガラスビーカーに入れ、スターラーで撹拌しながらウォーターバスで48℃に加温した。次に、銅配線付き構造体を液に5分間浸漬し、前処理を行った。次に、工業用精製水424.8gに、OPCカッパーNCA-1(奥野製薬工業(株)社製)30mlと、OPCカッパーNCA-4(奥野製薬工業(株)社製)4.8mlと、OPCカッパーNCA-2(奥野製薬工業(株)社製)300mlと、OPCカッパーNCA-3(奥野製薬工業(株)社製)4.8mlとを加えた。前記液700gを計量し、ガラスビーカーへ入れ、スターラーで撹拌しながらウォーターバスで59℃に加温した。次いで、無電解銅R-H(奥野製薬工業(株)社製)6.3mlを加え、めっき液を調製した。めっき液にエアバブリングを行いながら、構造体をめっき液に30分間浸漬した。浸漬後、構造体を引き上げ、工業用精製水700mlに浸漬した後、工業用精製水50mlで流水洗浄を行い、めっき処理を行った構造体を得た。 After that, the copper-wiring structure was plated. The plating method was as follows. 60 g of ALC-009 (Uemura Kogyo Co., Ltd.) was added to 1,140 g of industrially purified water as a cleaning agent for the copper wiring surface to prepare a pretreatment solution. 700 g of the pretreatment solution was weighed out and placed in a glass beaker, and heated to 48°C in a water bath while stirring with a stirrer. Next, the copper-wiring structure was immersed in the solution for 5 minutes to perform pretreatment. Next, 30 ml of OPC Copper NCA-1 (Okuno Chemical Industries Co., Ltd.), 4.8 ml of OPC Copper NCA-4 (Okuno Chemical Industries Co., Ltd.), 300 ml of OPC Copper NCA-2 (Okuno Chemical Industries Co., Ltd.), and 4.8 ml of OPC Copper NCA-3 (Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) were added to 424.8 g of industrially purified water. 700 g of the liquid was weighed out and placed in a glass beaker, and heated to 59°C in a water bath while stirring with a stirrer. Next, 6.3 ml of electroless copper R-H (manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) was added to prepare a plating solution. The structure was immersed in the plating solution for 30 minutes while air bubbling was performed in the plating solution. After immersion, the structure was removed and immersed in 700 ml of industrial purified water, and then washed with running water using 50 ml of industrial purified water to obtain a plated structure.
(抵抗値)
上記めっき処理の後、各金属配線の抵抗値を評価したところ、3回の繰り返し評価で、0.013Ω、0.012Ω、0.012Ωとなり、そのばらつきの指標Aの値は、4.7%であった。
(Resistance value)
After the above plating process, the resistance value of each metal wiring was evaluated. When the evaluation was repeated three times, the values were 0.013Ω, 0.012Ω, and 0.012Ω, and the value of the variation index A was 4.7%.
[実施例3]
レーザ光を照射する際、分散体を塗布したポリカーボネート基板をボックスの中に入れず、さらにブロワーを用いず、代わりに排気ファンと接続した開口面が120mm×70mmの矩形であるガス吸引機を、構造体の中心位置から水平方向に130mm、垂直方向に100mm離した位置に設置したこと以外は、実施例2と同様の方法で金属配線を製造した。
[Example 3]
Metal wiring was manufactured in the same manner as in Example 2, except that when irradiating the laser light, the polycarbonate substrate coated with the dispersion was not placed in a box, and furthermore, a blower was not used. Instead, a gas suction machine with a rectangular opening of 120 mm x 70 mm connected to an exhaust fan was installed at a position 130 mm horizontally and 100 mm vertically away from the center position of the structure.
各金属配線の抵抗値を評価したところ、3回の繰り返し評価で、0.020Ω、0.022Ω、0.020Ωとなり、そのばらつきの指標Aの値は、5.6%であった。 The resistance value of each metal wiring was evaluated, and after three repeated evaluations, the results were 0.020Ω, 0.022Ω, and 0.020Ω, with the variation index A being 5.6%.
[実施例4]
(分散体の製造)
イオン交換水30240g及び1,2-プロピレングリコール(旭硝子製)13976gからなる混合溶媒中に、酢酸銅(II)一水和物(日本化学産業製)3224gを溶解し、ヒドラジン水和物(日本ファインケム製)940gを加えて攪拌した後、遠心分離を用いて上澄みと沈殿物とに分離した。
[Example 4]
(Preparation of Dispersion)
3,224 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd.) was dissolved in a mixed solvent consisting of 30,240 g of ion-exchanged water and 13,976 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), 940 g of hydrazine hydrate (manufactured by Nippon Finechem Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred. Then, the mixture was separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation.
得られた沈殿物575gに、リン含有有機化合物としてDISPERBYK-145(商品名、ビックケミー社製)(BYK-145)76g及び分散媒として1-ブタノール(三共化学製)615gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散した。更に、得られた液体1222gを計量し、DISPERBYK-145を11g、1-ブタノールを167g加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散し、酸化第一銅(酸化銅(I))を含む酸化第一銅粒子を含有する分散体を得た。この時、分散体を常圧、60℃で4.5時間加熱した時の固形分残渣(酸化第一銅粒子)は、30.1質量%であった。 76 g of DISPERBYK-145 (trade name, manufactured by BYK-Chemie) (BYK-145) as a phosphorus-containing organic compound and 615 g of 1-butanol (manufactured by Sankyo Chemical) as a dispersion medium were added to 575 g of the obtained precipitate, and the mixture was dispersed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere. Furthermore, 1222 g of the obtained liquid was weighed, and 11 g of DISPERBYK-145 and 167 g of 1-butanol were added, and the mixture was dispersed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere to obtain a dispersion containing cuprous oxide particles containing cuprous oxide (copper (I) oxide). At this time, the solid residue (cuprous oxide particles) when the dispersion was heated at normal pressure and 60°C for 4.5 hours was 30.1 mass%.
(塗膜の形成)
幅×奥行き×厚みが70mm×70mm×1mmのPI基板にUVオゾン処理を3分間施した後、分散体1mlを基板上に滴下してスピンコート(300rpm×300秒)し、室温で10分間乾燥後、60℃で1時間乾燥させ、基板上に厚み0.8μmの塗膜が形成された構造体を得た。
(Formation of coating film)
A PI substrate having dimensions of 70 mm x 70 mm x 1 mm in width x depth x thickness was subjected to UV ozone treatment for 3 minutes, and then 1 ml of the dispersion was dropped onto the substrate and spin-coated (300 rpm x 300 seconds), dried at room temperature for 10 minutes, and then dried at 60°C for 1 hour, to obtain a structure in which a coating film having a thickness of 0.8 μm was formed on the substrate.
(レーザ光照射)
レーザ光を照射する際、分散体を塗布したPI基板をボックスの中に入れず、さらにブロワーを用いず、代わりに排気ファンと接続した開口面が120mm×70mmの矩形であるガス吸引機を、構造体の中心位置から水平方向に130mm、垂直方向に100mm離した位置に設置した。このとき、塗膜表面の中心から塗膜に対して垂直方向に10mm離れた位置の風速を測定すると、0.03m/sであった。次いで、ガルバノスキャナーを用いて速度25mm/秒で焦点位置を動かしながら、レーザ光(中心波長355nm、周波数300kHz、パルス、出力387mW)を、走査しながら塗膜に繰り返し照射し、所望とする長さ5mm×幅1mmの寸法の銅金属配線を34秒かけて形成した(金属配線の面積当たりの形成速度7秒/mm2)。このとき、レーザ光は、走査線幅方向にオーバーラップ率80%となるように移動させながら繰り返し照射した。同様の条件で、さらに2つの銅配線を作製し、計3つの銅配線を得た。この時、連続するそれぞれの銅配線パターンを形成する間に、10秒ずつ、レーザ光を照射しない時間を設けた。
(Laser light irradiation)
When irradiating the laser light, the PI substrate coated with the dispersion was not placed in a box, and a blower was not used. Instead, a gas suction machine with an opening surface of 120 mm x 70 mm and a rectangular shape connected to an exhaust fan was installed at a position 130 mm horizontally and 100 mm vertically away from the center of the structure. At this time, the wind speed at a
(抵抗値)
各金属配線の抵抗値を評価したところ、3回の繰り返し評価で、2.4Ω、2.6Ω、3.3Ωとなり、そのばらつきの指標Aの値は、17%であった。
(Resistance value)
The resistance value of each metal wiring was evaluated, and the results were 2.4Ω, 2.6Ω, and 3.3Ω after three repeated evaluations, and the value of the variation index A was 17%.
[比較例1]
レーザ光を照射する際、分散体を塗布したポリイミド基板をボックスの中に入れず、さらにブロワーを用いないことで、塗膜上にガスの流れを発生させずにレーザ光を照射したこと以外は、実施例1と同様の方法で金属配線を製造した。
[Comparative Example 1]
Metal wiring was produced in the same manner as in Example 1, except that the polyimide substrate coated with the dispersion was not placed in a box and a blower was not used during laser light irradiation, so that laser light was irradiated without generating a gas flow above the coating film.
金属配線の長さ方向両端にテスタを当て、導電性を評価した。3回繰り返し評価したところ、0.7Ω、1.2Ω、0.9Ωとなり、そのばらつきの指標Aの値は、27%であった。 A tester was placed on both ends of the metal wiring in the longitudinal direction to evaluate the conductivity. After repeating the evaluation three times, the values were 0.7Ω, 1.2Ω, and 0.9Ω, and the value of the variation index A was 27%.
本発明によれば、製造工程を極めて簡略化でき、金属配線間の電気絶縁性に優れ、且つ、信頼性が高い金属配線を提供することができる。また、本発明によれば、レーザ光照射に際し、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気のための設備が不要であり、金属配線の製造コストを削減できる金属配線製造装置及び金属配線の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide metal wiring that can greatly simplify the manufacturing process, has excellent electrical insulation between metal wiring, and is highly reliable. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a metal wiring manufacturing apparatus and a metal wiring manufacturing method that can reduce the manufacturing costs of metal wiring by eliminating the need for equipment for a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere when irradiating laser light.
以上により、本発明によって得られる金属配線は、電子回路基板等の金属配線材、メッシュ電極、電磁波シールド材、及び放熱材料等に好適に利用できる。 As a result, the metal wiring obtained by the present invention can be suitably used as metal wiring material for electronic circuit boards, mesh electrodes, electromagnetic shielding materials, heat dissipation materials, etc.
1 構造体
10,20,30,40 金属配線製造装置
11 基材
12 塗膜
101 レーザ光照射部
102a ブロワー
102b ガス吸引装置
103 ステージ
104 ボックス
G ガス
L レーザ光
R1 第1の走査線
R2 第2の走査線
S1 走査線幅
S2 オーバーラップ幅
REFERENCE SIGNS
Claims (17)
前記塗膜にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記塗膜上に前記レーザ光の移動方向と逆方向のガスの流れを発生させるガス流生成部と、
を備える、金属配線製造装置。 A metal wiring manufacturing apparatus for manufacturing a metal wiring by irradiating a laser beam onto a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles, the apparatus comprising:
a laser light irradiation unit that irradiates the coating film with laser light;
a gas flow generating unit that generates a gas flow on the coating film in a direction opposite to a moving direction of the laser light ;
A metal wiring manufacturing apparatus comprising:
前記ブロワーが前記ボックス内又は前記ボックス外に配置されており、
前記ブロワーが前記ボックス外に配置されている場合には、前記ブロワーから前記ボックス内にガスを導入する配管を更に備える、請求項2に記載の金属配線製造装置。 Further comprising a box for enclosing the structure,
The blower is disposed inside or outside the box,
3. The metal wiring manufacturing apparatus according to claim 2, further comprising a pipe for introducing gas from the blower into the box when the blower is disposed outside the box.
レーザ光を発振するレーザ光発振器と、
発振されたレーザ光を前記塗膜に照射するガルバノスキャナーと、
を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の金属配線製造装置。 The laser light irradiation unit is
a laser oscillator that emits laser light;
a galvano scanner that irradiates the coating film with an oscillated laser beam;
The metal wiring manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の照射と同時に前記塗膜上にガスの流れを発生させ、
前記塗膜上のレーザ光の移動方向とは逆方向に前記ガスを流しながら前記塗膜にレーザ光を照射する、金属配線の製造方法。 A laser light irradiation step of irradiating a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with a laser light to form metal wiring,
In the laser light irradiation step, a gas flow is generated on the coating film simultaneously with the irradiation of the laser light ,
The method for manufacturing metal wiring further comprises irradiating the coating film with laser light while flowing the gas in a direction opposite to a moving direction of the laser light on the coating film .
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の照射と同時に前記塗膜上にガスの流れを発生させる、金属配線の製造方法であって、
前記レーザ光照射工程において、10秒以上60秒以下のレーザ光照射と、1秒以上10秒以下のレーザ光不照射とを交互に繰り返す、金属配線の製造方法。 A laser light irradiation step of irradiating a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with a laser light to form metal wiring,
In the laser light irradiation step, a gas flow is generated on the coating film simultaneously with the laser light irradiation,
A method for manufacturing a metal wiring, wherein in the laser light irradiation step, laser light irradiation for 10 seconds or more and 60 seconds or less and no laser light irradiation for 1 second or more and 10 seconds or less are alternately repeated .
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の照射と同時に前記塗膜上にガスの流れを発生させる、金属配線の製造方法であって、
前記レーザ光照射工程において、ある連続した金属配線パターンの形成と、別の連続した金属配線パターンの形成との間に、レーザ光を塗膜上に照射しない時間を0.01秒以上100秒以下設ける、金属配線の製造方法。 A laser light irradiation step of irradiating a coating film of a structure having a coating film containing metal particles and/or metal oxide particles with a laser light to form metal wiring,
In the laser light irradiation step, a gas flow is generated on the coating film simultaneously with the laser light irradiation,
In the laser light irradiation step, a period of time during which the laser light is not irradiated onto the coating film is set to 0.01 seconds or more and 100 seconds or less between the formation of a certain continuous metal wiring pattern and the formation of another continuous metal wiring pattern .
前記オーバーラップが前記線幅の5%以上99.5%以下である、請求項7~14のいずれか一項に記載の金属配線の製造方法。 the laser light is repeatedly scanned onto the coating film while overlapping in a line width direction of the scanning line of the laser light;
The method for manufacturing a metal wiring according to any one of claims 7 to 14 , wherein the overlap is from 5% to 99.5% of the line width.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020095684 | 2020-06-01 | ||
JP2020095684 | 2020-06-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021190713A JP2021190713A (en) | 2021-12-13 |
JP7623896B2 true JP7623896B2 (en) | 2025-01-29 |
Family
ID=78847768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021090367A Active JP7623896B2 (en) | 2020-06-01 | 2021-05-28 | Metal wiring manufacturing apparatus and method for manufacturing metal wiring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7623896B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013247181A (en) | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Ibaraki Univ | Method for forming functional film comprising metal nanoparticle sintered body |
JP2017203199A (en) | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 株式会社ソディック | Lamination molding device |
JP2019140284A (en) | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 旭化成株式会社 | Metal wiring manufacturing method, structure with metal wiring, and metal wiring manufacturing apparatus |
-
2021
- 2021-05-28 JP JP2021090367A patent/JP7623896B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013247181A (en) | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Ibaraki Univ | Method for forming functional film comprising metal nanoparticle sintered body |
JP2017203199A (en) | 2016-05-13 | 2017-11-16 | 株式会社ソディック | Lamination molding device |
JP2019140284A (en) | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 旭化成株式会社 | Metal wiring manufacturing method, structure with metal wiring, and metal wiring manufacturing apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021190713A (en) | 2021-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7430483B2 (en) | Structure with conductive pattern area and manufacturing method thereof | |
JP7076591B2 (en) | A method for manufacturing a copper oxide ink and a conductive substrate using the ink, a method for manufacturing a product containing a coating film and a product using the same, a method for manufacturing a product with a conductive pattern, and a product with a conductive pattern. | |
TWI608498B (en) | Method for producing conductive film, printed circuit board | |
JP2022009098A (en) | Structure having conductive pattern region and manufacturing method thereof, laminated body and manufacturing method thereof, and copper wiring | |
JP2019140284A (en) | Metal wiring manufacturing method, structure with metal wiring, and metal wiring manufacturing apparatus | |
JP7312270B2 (en) | CONDUCTIVE PATTERNED STRUCTURE AND PRODUCTION METHOD THEREOF | |
CN1798481A (en) | Method for producing inorganic pattern on polyimide resin | |
JP7623896B2 (en) | Metal wiring manufacturing apparatus and method for manufacturing metal wiring | |
JP2019178059A (en) | Method for manufacturing dispersion | |
JP2017186605A (en) | Copper paste composition for laser etching | |
JP2020113706A (en) | Structure with conductive pattern region and manufacturing method of the same | |
JP7631104B2 (en) | Structure having metal wiring and method for producing same | |
JP2019160689A (en) | Dispersion, product containing coating film, method for producing structure with conductive pattern, and structure with conductive pattern | |
JP7254444B2 (en) | Metal wiring manufacturing method and metal wiring manufacturing apparatus | |
JP7650842B2 (en) | Metal wiring manufacturing method | |
JP7610483B2 (en) | METAL WIRING MANUFACTURING METHOD, METAL WIRING MANUFACTURING APPARATUS, LASER LIGHT IRRADIATION CONTROL DEVICE, AND LASER LIGHT IRRADIATION CONTROL PROGRAM | |
JP7550575B2 (en) | METAL WIRING MANUFACTURING METHOD AND KIT | |
JP2022002302A (en) | Structure including metal wiring and its manufacturing method | |
JP7610482B2 (en) | METAL WIRING MANUFACTURING METHOD, METAL WIRING MANUFACTURING APPARATUS, LASER LIGHT IRRADIATION CONTROL DEVICE, AND LASER LIGHT IRRADIATION CONTROL PROGRAM | |
JP7399304B2 (en) | Metal wiring manufacturing method and kit | |
JP2020105339A (en) | Tin or tin oxide ink, product containing coating film, and production method of conductive substrate | |
JP2023145371A (en) | Method for manufacturing metal wiring | |
KR102789472B1 (en) | Method and kit for manufacturing metal wiring | |
CN113395837B (en) | Wet laser forming method for nano metal circuit and structure | |
JP2021190594A (en) | Structure, metal wiring manufacturing method, and metal wiring manufacturing equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240131 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240917 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241001 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250117 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7623896 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |