成果報告書詳細
管理番号20140000000026
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 ナノテク・先端部材実用化研究開発 ナノ粒子と極低酸素技術による超微細銅配線樹脂基板のインクジェット形成技術の研究
公開日2014/1/25
報告書年度2010 - 2013
委託先名株式会社イオックス 株式会社SIJテクノロジ 日本特殊陶業株式会社 地方独立行政法人大阪市立工業研究所
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約(1)銅微細配線描画装置及びプロセスの研究開発 イオックス及び大阪市立工業研究所による145種類の銅インクの試作、吐出試験、改良により、インクジェットに適合した銅インクの開発に成功した。開発終了時では最も良好な銅インクを使用し、ガラス基板及び樹脂基板上でL/S=3/3μmの配線形成が実現できた。また、日本特殊陶業から提供された基板に対しても同インクを使用し、回路パターンサンプルや評価用パターンサンプルの形成が実現できた。また、撥液剤の開発や銅インクの銅含有量を50%から60%に増加させる検討を行ったことにより、撥液剤を使用せずに、少ない回数で高アスペクト比のシングルミクロン配線形成を実現した。
(2)銅ナノ粒子の合成プロセスおよびインク化の研究開発 インクジェット法による銅微細配線形成のための銅ナノ粒子インクの開発を行った。インクジェットによる安定吐出を実現するためには、溶剤に高分散な銅ナノ粒子が必要である。そのため粒子径の制御法を確立し、粒子径20-100 nmの銅ナノ粒子を合成した。この銅ナノ粒子を種々の溶剤に分散させて実際に吐出テストを行い、最適な溶剤としてシクロヘキサノンを選択した。次に、配線抵抗率を低減するために必須となるクラック抑制剤の探索を行った。その結果、アクリル樹脂とターピネオール誘導体の併用によってインク乾燥時および熱処理時のクラックを抑制することに成功した。本インクを使用することにより、インクジェットでの超微細配線描画および低い配線抵抗率を同時に達成することができた。
(3)極低酸素技術の研究開発 銅ナノ粒子の表面は部分的に酸化しているうえ、焼結を大気中で行なえば絶縁体である酸化銅しか得られない。そのため還元雰囲気中での焼結が必須で、酸素ポンプによる極低酸素環境を適用した。エポキシ基板が耐えうる250℃で還元作用が生じることがわかったが、初年度は72時間の焼結で50μΩ・cmにとどまっていた。バルク並みの電気伝導率と焼結時間の短縮を達成するために、プロセスの改良を行なった。まず多段化により8.1μΩ・cmを得た。次に時間短縮のため、2段処理への整理を行ない、還元時間を90分に縮めた。最終的には、極低酸素技術の進化により、45分で4.0μΩ・cmまで下げることができた。
(4)超微細銅配線樹脂基板のインクジェット形成技術の評価 銅インクの描画性と密着強度を両立し得る材料として、特殊な工程にて処理を施したA-E材について評価を実施し、表面粗さRa=28nmと非常に平滑な表面でありながら、最終目標である0.5kgf/cm以上のテープピール強度を達成することができた。また、本工法の実用化可能性を検討するため、生産性及びコストに対する検証を実施。生産性については、大量生産に対しては現行工程と比較し不利であるものの、少量生産時では逆に優位性を期待できる結果であった。この点から、少量多品種生産対応が必要なニッチ市場において競争力を期待できるものと考える。
英文要約1."Development of Super Inkjet equipment and its process for ultrafine copper pattern" Screening evaluation has performed using 145 kinds of copper inks from different points of view, such as, pot life, patterning stability, drying speed, wetting ability, jetting ability, etc  As the result, we could find some nice ink and using NeCu-123, a Line/Space = 3μm/3μm pattern has been performed on a resin substrate. We also developed a repellent ink or a process of copper inks (copper content volume : 60wt%), we could achieve a wiring for high aspect ratio with lower printing times.
2."Research and development of the synthetic process of Cu nanoparticles and the application to Cu nanoparticle inks" The scalable synthetic process of Cu nanoparticles with various particle sizes was developed. The size of Cu nanoparticles can be controlled within a range from 20 to 200 nm by the reaction temperature and the time. The Cu inks for formation of Cu fine-line by the super-inkjet technologies were prepared from the Cu nanoparticles, acrylic resins, terpineol derivatives and cyclohexanone. The role of acrylic resins and termipeol derivatives was to suppress the cracks of Cu fine-line. As a result, we have achieved a value of L/S 3/3 μm and a wiring resistivity 4.0 μΩ cm.
3."Development of extremely-low oxygen partial pressure technology" Partially oxidized copper nanoparticles get completely oxidized if sintered in the atmosphere. We adopted the extremely low oxygen environment via the oxygen pump as a required reducing atmosphere. Epoxy-compatible 250 degrees C was found to cause reduction, which took 72 hours to get only 50 microhm cm in the first year. The process was improved to get an electrical conductivity as of bulk and a shorter sintering time. First, multiplication of steps lead to 8.1 microhm cm. Then, for a shorter process, they were combined into two steps including 90-min sintering. Finally, the improvement of the extremely low oxygen technology saw 4.0 microhm cm in 45 min.
4."Evaluation of Ink-jet Process Technology for Ultra-fine patterning substrate" We have evaluated new insulator "A-E". This new insulator have achieved more than 0.5kgf/cm (tape peel strength) even though the surface roughness is Ra=28nm. And for feasibility study of production using inkjet method, we have investigated productivity and cost study. Regarding productivity, this method have disadvantage for mass production due to higher through-put time, however we can expect some advantages for small production due to simple process. And we can expect that some products for niche market could be the target segment.
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