JP4819146B2 - Manufacturing method of fuel cell flow path member stamper, fuel cell flow path member manufacturing method, fuel cell flow path member, and fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂成形品の製造方法、樹脂成形品用スタンパの製造方法、燃料電池用流路部材の製造方法、流路部材用スタンパの製造方法、燃料電池用流路部材及び燃料電池に関し、さらに詳しくは異なる凹凸深さを有する樹脂成形品の製造方法、樹脂成形品用スタンパの製造方法、燃料電池用流路部材の製造方法、流路部材用スタンパの製造方法、燃料電池用流路部材及び燃料電池に関する。 The present invention relates to a resin molded product manufacturing method, a resin molded product stamper manufacturing method, a fuel cell flow channel member manufacturing method, a flow channel member stamper manufacturing method, a fuel cell flow channel member, and a fuel cell. More specifically, a method for manufacturing a resin molded product having different unevenness depth, a method for manufacturing a stamper for a resin molded product, a method for manufacturing a flow channel member for a fuel cell, a method for manufacturing a stamper for a flow channel member, and a flow channel member for a fuel cell And a fuel cell.
燃料電池は、酸素と水素原料から水を合成することを基本反応としているが、電荷担体や電解質の違いから、５種類の型式に大別される。従来の電池(１次電池又は２次電池)では、セル内に電極と電解質が存在、密閉系における電解質/電極界面での反応が主であった。しかし、燃料電池では原料を連続的に電極に供給する方式であるため、セル内には原料流路が存在する。 A fuel cell has a basic reaction of synthesizing water from oxygen and a hydrogen raw material, but is roughly classified into five types depending on the difference in charge carrier and electrolyte. In a conventional battery (primary battery or secondary battery), an electrode and an electrolyte exist in the cell, and a reaction at an electrolyte / electrode interface in a sealed system is mainly performed. However, since the fuel cell is a system in which the raw material is continuously supplied to the electrode, a raw material flow path exists in the cell.
例えば、原料を供給する貫通孔（ポート）と流路（チャネル）を有するセパレーターもしくは電極等の原料供給用の流路部材を複数重ね合わせて配置してセルを形成する。そして、貫通孔から原料ガスを供給して、セル内の電気化学的反応により電流を得て発電している。 For example, a cell is formed by arranging a plurality of raw material supply flow path members such as separators or electrodes having a through hole (port) and a flow path (channel) for supplying the raw material. Then, a raw material gas is supplied from the through hole, and an electric current is obtained by an electrochemical reaction in the cell to generate power.
流路は、セパレーターもしくは電極等自体に形成する必要があり、耐食性・電気伝導性・薄肉剛性を有した材料選定が必要である。また、流路は型式により微細性は異なるが、家電用に開発中のダイレクトメタノール型（ＤＭＦＣ）は、５０〜１００μｍの溝が妥当と考えられている。材料には、流路部材にはＳＵＳ・Ｎｉに代表される金属板を用いるものあるいは導電性樹脂等の導電性炭素材を成形したものを用いるものがあるが開発されている。導電性炭素材を用いたものでは微細加工技術が必要となる。 The flow path needs to be formed in the separator or the electrode itself, and it is necessary to select a material having corrosion resistance, electrical conductivity, and thin rigidity. Further, although the flow path has different fineness depending on the model, it is considered that a groove of 50 to 100 μm is appropriate for the direct methanol type (DMFC) being developed for home appliances. Some materials have been developed that use a metal plate represented by SUS / Ni as a flow path member or a material formed by molding a conductive carbon material such as a conductive resin. In the case of using a conductive carbon material, a fine processing technique is required.
金属板を用いたセパレーターではフォトリソグラフィにより、金属板に溝及び貫通孔を形成している（例えば、非特許文献１）。これにより、精度よく形成されたセパレーターを製造することができる。しかしながら、この方法ではそれぞれの基板毎にレジスト塗布、露光、現像、エッチング及びレジスト剥離工程を行う必要がある。従って、生産性が低く燃料電池のコスト低減が困難であった。 In a separator using a metal plate, grooves and through holes are formed in the metal plate by photolithography (for example, Non-Patent Document 1). Thereby, the separator formed accurately can be manufactured. However, in this method, it is necessary to perform resist coating, exposure, development, etching, and resist stripping processes for each substrate. Therefore, productivity is low and it is difficult to reduce the cost of the fuel cell.
このように従来の方法では精度良く形成された多段構造の燃料電池用セパレーターを生産性良く製造することができないという問題点があった。 As described above, the conventional method has a problem that a separator for a fuel cell having a multistage structure formed with high accuracy cannot be manufactured with high productivity.
本発明は以下の問題点に鑑みてなされたものであり、異なる凹凸深さを有するパターンを有する樹脂成形品の製造方法、樹脂成形品用スタンパの製造方法、燃料電池用流路部材の製造方法、流路部材用スタンパの製造方法並びに異なる凹凸深さを有するパターンが精度よく形成された燃料電池用流路部材及びそれを備える燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the following problems, a method for manufacturing a resin molded product having patterns having different unevenness depths, a method for manufacturing a stamper for a resin molded product, and a method for manufacturing a flow path member for a fuel cell. An object of the present invention is to provide a flow path member stamper for a flow path member, a flow path member for a fuel cell in which patterns having different unevenness depths are accurately formed, and a fuel cell including the same.
本発明にかかる樹脂成形品用スタンパの製造方法は複数の凹凸深さを有する樹脂成形品用のスタンパの製造方法であって、基板（例えば、本実施の形態における基板１）上にネガ型レジスト層（例えば、本実施の形態における１層目のレジスト２）を形成するステップと、前記ネガ型レジストを露光するステップと、前記露光ステップの後に、前記ネガ型レジスト層が形成された基板上にレジスト層を形成するステップと、前記ネガ型レジストに凹凸パターン（例えば、本実施の形態における１層目のレジストパターン２ａ）を形成するステップと、前記レジストの凹凸パターンであって、前記ネガ型レジストの凹凸パターンと異なる凹凸パターン（例えば、本実施の形態における２層目のレジスト５）を、リソグラフィー処理により形成するステップと、前記ネガ型レジストの凹凸パターンと前記レジストの凹凸パターンとが形成された基板に、めっき処理によって金属を付着させるステップと、を備えるものである。これにより、多段構成のパターンが精度よく形成されたスタンパを生産性よく製造することができる。
A method for manufacturing a stamper for a resin molded product according to the present invention is a method for manufacturing a stamper for a resin molded product having a plurality of concave and convex depths, and a negative resist is formed on a substrate (for example, substrate 1 in the present embodiment). Forming a layer (for example, first resist 2 in the present embodiment), exposing the negative resist, and after the exposing step, on the substrate on which the negative resist layer is formed. A step of forming a resist layer, a step of forming a concavo-convex pattern (for example, the
本発明にかかる樹脂成形品用スタンパの製造方法は上述の製造方法であって、前記ネガ型レジストに凹凸パターンを形成するステップは、前記ネガ型レジストの露光後に、現像処理を行い前記ネガ型レジストのパターンを形成し、前記レジスト層を形成するステップは、前記ネガ型レジストのパターン形成後に前記レジスト層を形成し、前記レジストに凹凸パターン形成するステップは、前記レジスト層形成後に、露光及び現像処理を行い、凹凸パターンを形成するものである。これにより、異なる凹凸深さを有するパターンが精度よく形成されたスタンパを生産性よく製造することができる。 The method for manufacturing a stamper for a resin molded product according to the present invention is the above-described manufacturing method, and the step of forming a concavo-convex pattern on the negative resist includes developing the negative resist after exposure to the negative resist. Forming the resist layer, forming the resist layer after forming the negative resist pattern, and forming a concavo-convex pattern on the resist after forming the resist layer, exposing and developing To form a concavo-convex pattern. Thereby, a stamper in which patterns having different uneven depths are formed with high precision can be manufactured with high productivity.
本発明にかかる樹脂成形品の製造方法はさらに、前記レジスト層を形成するステップの後に、前記レジストの露光処理を行うステップを備え、前記ネガ型レジストに凹凸パターンを形成するステップと、前記レジストに凹凸パターンを形成するステップとは、同一の現像処理工程において、前記ネガ型レジストの凹凸パターンと前記レジストの凹凸パターンとを同時に形成することが可能である。これにより、多段構成のパターンが精度よく形成された樹脂成形品を生産性よく製造することができる。 The method for producing a resin molded product according to the present invention further includes a step of performing an exposure process on the resist after the step of forming the resist layer, and forming a concavo-convex pattern on the negative resist; and In the step of forming the concavo-convex pattern, the concavo-convex pattern of the negative resist and the concavo-convex pattern of the resist can be formed simultaneously in the same development processing step. Thereby, the resin molded product in which the pattern of the multistage structure was accurately formed can be manufactured with high productivity.
上述の製造方法において、前記レジストにネガ型レジストを用いることが可能である。 In the above manufacturing method, a negative resist can be used as the resist.
上述の製造方法において前記ネガ型レジストの凹凸パターンの凹部の一部と、前記レジストの凹凸パターンの凹部の一部が重なり、前記レジストパターンの重なる凹部の幅を、前記ネガ型レジストの重なる凹部の幅よりも大きくすることも可能である。これにより、２段以上の段差を有する階段状のパターンが精度よく形成されたスタンパを生産性よく製造することができる。 In the manufacturing method described above, a part of the concave part of the concave / convex pattern of the negative resist and a part of the concave part of the concave / convex pattern of the resist overlap, and the width of the concave part where the resist pattern overlaps is set to It is also possible to make it larger than the width. As a result, a stamper in which a step-like pattern having two or more steps is formed with high accuracy can be manufactured with high productivity.
本発明にかかる樹脂成形品の製造方法は、複数の凹凸深さを有する樹脂成形品用の製造方法であって、上述の製造方法によりスタンパを形成するステップと、前記スタンパを使用して樹脂成形品を成形するステップと、を有するものである。 A method for producing a resin molded product according to the present invention is a method for producing a resin molded product having a plurality of concave and convex depths, the step of forming a stamper by the above-described production method, and resin molding using the stamper. Forming a product.
本発明にかかる燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法は、幅２μｍ以上１００μｍ以下でアスペクト比１以上の流路用溝と、前記流路用溝とつながる貫通孔とを有する燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法であって、凹凸面を有する第１の構造体を形成するステップと、前記第１の構造体の凹凸面上にレジスト層を形成するステップと、前記レジストをパターニングし、レジストパターンを形成するステップであって、前記第１の構造体の凹凸面の凸部上に前記レジストの凸部を形成するステップと、前記レジストパターンを形成された第１の構造体の凹凸面上に第２の構造体を構成する材料を付着させ、第２の構造体を形成するステップとを備えるものである。これにより燃料電池の流路部材用スタンパを精度よく成型することができる。 A manufacturing method of a stamper for a flow path member of a fuel cell according to the present invention includes a flow path groove having a width of 2 μm to 100 μm and an aspect ratio of 1 or more, and a through hole connected to the flow path groove. A method for manufacturing a stamper for a road member, comprising: forming a first structure having an uneven surface; forming a resist layer on the uneven surface of the first structure; and patterning the resist. A step of forming a resist pattern, the step of forming a convex portion of the resist on the convex portion of the concave-convex surface of the first structure, and the concave-convex portion of the first structure having the resist pattern formed thereon. A step of depositing a material constituting the second structure on the surface to form the second structure. Thereby, the stamper for the flow path member of the fuel cell can be accurately molded.
本発明にかかる燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法は、上述の製造方法において、前記第２の構造体は、前記第１の構造体の凹凸面上にめっきによって金属を付着させることによって形成される燃料電池の流路部材用スタンパであるものである。これにより燃料電池の流路部材用スタンパを精度よく成型することができる。 The manufacturing method of the stamper for the flow path member of the fuel cell according to the present invention is the above manufacturing method, wherein the second structure body is formed by attaching a metal to the uneven surface of the first structure body by plating. This is a fuel cell flow path member stamper to be formed. Thereby, the stamper for the flow path member of the fuel cell can be accurately molded.
本発明にかかる燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法は、上述の製造方法において、第２の構造体の凹凸面上に、めっきによって金属を付着させ、燃料電池の流路部材用スタンパとしての第３の構造体を形成するステップを備えるものである。これにより燃料電池の流路部材用スタンパを精度よく成型することができる。 A fuel cell flow path member stamper manufacturing method according to the present invention is the above-described manufacturing method, wherein a metal is deposited on the uneven surface of the second structure by plating to provide a fuel cell flow path member stamper. The third structure is formed. Thereby, the stamper for the flow path member of the fuel cell can be accurately molded.
本発明にかかる燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法は、上述の製造方法において、前記レジストにはドライフィルムレジストを用いることを特徴とするものである。これにより燃料電池の流路部材用スタンパを精度よく成型することができる。 The manufacturing method of the stamper for the flow path member of the fuel cell according to the present invention is characterized in that in the above manufacturing method, a dry film resist is used as the resist. Thereby, the stamper for the flow path member of the fuel cell can be accurately molded.
本発明にかかる燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法は、上述の製造方法において、前記凹凸面を有する第１の構造体を形成するステップは、基板上にレジスト層を形成するステップと、前記レジストをリソグラフィー処理し、前記レジストの凹凸パターンを形成するステップとを有するものである。これにより燃料電池の流路部材用スタンパを精度よく成型することができる。 The manufacturing method of the stamper for the flow path member of the fuel cell according to the present invention is the above-described manufacturing method, wherein the step of forming the first structure having the uneven surface includes a step of forming a resist layer on the substrate; And lithography processing the resist to form a concavo-convex pattern of the resist. Thereby, the stamper for the flow path member of the fuel cell can be accurately molded.
本発明にかかる燃料電池用流路部材の製造方法は、上述のスタンパの製造方法により、スタンパを製造するステップと、前記スタンパを使用して燃料電池の流路部材を成型するステップとを有するものである。これにより、精度の高い燃料電池用流路部材を生産性よく製造することができる。 A fuel cell flow path member manufacturing method according to the present invention includes a step of manufacturing a stamper by the above-described stamper manufacturing method, and a step of molding a flow path member of a fuel cell using the stamper. It is. Thereby, a highly accurate flow path member for a fuel cell can be manufactured with high productivity.
本発明にかかる燃料電池用流路部材は、上述の製造方法により製造されたものである。これにより安価な燃料電池用流路部材を得ることができる。 The fuel cell channel member according to the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method. Thereby, an inexpensive fuel cell channel member can be obtained.
本発明にかかる燃料電池は上述の燃料電池用流路部材を備えるものである。 The fuel cell according to the present invention comprises the above-described fuel cell flow path member.
本発明によれば、精度良く形成された多段構成の樹脂成形品の製造方法、燃料電池用流路部材用の製造方法およびそれらに使用されるスタンパ並びに燃料電池用流路部材及び燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, there are provided a method for manufacturing a resin molded article having a multistage structure formed with high accuracy, a method for manufacturing a fuel cell channel member, a stamper used therefor, a fuel cell channel member and a fuel cell. can do.
本発明の実施の形態ついて以下に図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものを実質的に同様の内容を示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description shows preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, the same reference numerals denote the same contents.
発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる樹脂成形品及びスタンパの製造方法について図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。１は基板、２は１層目のレジスト、３は１層目のマスク、５は２層目のレジスト、６は２層目のマスク、７は第２の中間構造体、８はスタンパである。
Embodiment 1 of the Invention
A method for manufacturing a resin molded product and a stamper according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a stamper manufacturing process according to the present embodiment. 1 is a substrate, 2 is a first layer resist, 3 is a first layer mask, 5 is a second layer resist, 6 is a second layer mask, 7 is a second intermediate structure, and 8 is a stamper. .
本実施の形態では基板上１に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２にはネガ型の感光性レジストが用いられている。マスク３を用いて露光すると、図１（ａ）に示す構成となる。そして、現像液により現像する。本実施の形態ではネガ型レジスト（例えば、東京応化工業株式会社製ＣＡ３０００）を用いているため、光が照射されない領域のレジストが現像液に溶け出す。よって、光が照射されていない領域すなわち露光されていない領域のレジストが除去されるよう、レジストパターンが形成される。基板上に残存するレジストパターンは既に変質されているため、２層目以降の露光工程の影響を受けることがない。よって、所望の造形深さの溝を有するパターンを形成することができる。 In the present embodiment, the first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A negative photosensitive resist is used for the first-layer resist 2. When the mask 3 is used for exposure, the structure shown in FIG. And it develops with a developing solution. In this embodiment, since a negative resist (for example, CA3000 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used, the resist in a region not irradiated with light dissolves in the developer. Therefore, a resist pattern is formed so that the resist in the region not irradiated with light, that is, the region not exposed is removed. Since the resist pattern remaining on the substrate has already been altered, it is not affected by the exposure process for the second and subsequent layers. Therefore, it is possible to form a pattern having a groove having a desired modeling depth.
１層目のレジストパターン２ａを有する基板上に２層目のレジスト５を塗布する。２層目のレジスト５にはポジ型の感光性レジストを用いている。１層目のレジストパターン２ａの凹部にもレジスト５が形成される。２層目のマスク３を用いて露光すると図１（ｂ）に示す構成となる。現像することにより、光が照射された領域の２層目のレジスト５が除去される。ここでは１層目のレジストパターン２ａが設けられている領域の一部に光を照射しないようなパターンを有するマスク６により露光している。そのため、基板上には１層目のレジスト２で形成された凸部の上にさらに２層目のレジスト５により２段目の凸部が形成される。これにより、基板１は２段の階段状のパターンを有する多段構成となる。導電化、電鋳処理を行い、この多段構成となった基板と逆パターンのスタンパ８を形成する。このようにしてスタンパ８を形成することが出来る。このスタンパ８を用いて射出成形等することにより、樹脂成形品を製造することができる。
A second-layer resist 5 is applied on the substrate having the first-layer resist
１層目のレジストにポジ型のものを用いた場合、光が照射されていない領域のレジストパターン２ａが残存する。そのため、２層目以降の露光工程で２層目のレジストの上から１層目のレジストパターン２ａが設けられている領域に光が照射された場合、１層目のレジストパターン２ａが変質し、２層目以降の現像工程で溶け出す恐れがある。本実施の形態では１層目のレジストをネガ型としているため、２層目の露光工程で１層目のレジストパターン２ａに対応する領域に光が照射された場合でも、溶け出す恐れがない。２層目の露光工程において１層目のレジストパターン２ａの面まで現像することができ、レジストパターンを精度よく形成することができる。このように、１層目のレジスト２にネガ型の感光性レジストを用いることにより、第１の中間構造体を形成しなくても、精度よく形成された２段以上の段差を有する多段構成のスタンパを生産性よく形成することができる。
When a positive resist is used for the first layer resist, the resist
このスタンパ８により、樹脂成形品に所望の造形深さを有する溝を精度良く形成することが出来る。これにより、生産性を向上することができる。特に、凹部にレジストが残存することがなくなるため、樹脂成形品に精度よく角型の溝を形成することが可能になる。上述の製造方法では１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成型品を精度よく形成することができる。
With this
また、上述のスタンパ８を用いて導電性樹脂等の導電性炭素材を例えば、射出成型又はプレス成型により成型することにより、図９に示す燃料電池用原料を供給するための流路が形成された流路部材を製造することができる。図９は流路部材の一つであるセパレーター１００の構成を示す斜視図である。セパレーターにはポート１０１となる２つの貫通孔が設けられている。一方のポート１０１から酸素や水素等の原料ガスが流入され、他方のポート１０１から原料が排出される。セパレーターの中央には複数の溝が形成され、この溝が２つのポートの間を接続するチャネル１０３（流路）となる。
Further, by forming a conductive carbon material such as a conductive resin, for example, by injection molding or press molding using the
本実施の形態にかかるスタンパの製造方法により形成したスタンパを用いることにより、溝の幅が２μｍ〜１００μｍでアスペクト比が１以上のパターンを有する導電性炭素材を精度よく成型することができる。従って、電気化学反応を促進するための流路及び流路に原料を供給するための貫通孔を精度よく形成することができる。さらに１対のセパレーター１００の間に電極及び電解質を設けることによって燃料電池を形成することができる。これにより、燃料電池の発電効率を向上することができる。
By using the stamper formed by the stamper manufacturing method according to the present embodiment, a conductive carbon material having a pattern with a groove width of 2 μm to 100 μm and an aspect ratio of 1 or more can be accurately molded. Therefore, the flow path for promoting the electrochemical reaction and the through hole for supplying the raw material to the flow path can be accurately formed. Furthermore, a fuel cell can be formed by providing an electrode and an electrolyte between a pair of
図１（ｄ）に示すようなスタンパ８を流路部材の製造に用いる場合、凸部の１段目は浅い溝が形成される。そのため、凸部の１段目に対応する箇所は、流路部材において、電気化学的反応を促進するための流路（チャネル）の形成に適している。凸部の２段目は深い溝が形成されるため、流路部材における原料供給用の貫通孔（ポート）の形成に適している。このように形成する場合、１層目のマスク３は貫通孔の反転パターンとすればよく、２層目のマスク６は流路と同じパターンとすればよい。このような流路と同じパターンのマスク及び貫通孔と同じパターンのマスクで露光すれば、プリント燃料電池の流路部材の流路と貫通孔を形成するためのスタンパ８を製造することができる。このスタンパ８を用いて導電性炭素材を成形することにより燃料電池の原料を供給するための流路が形成されたセパレーター等の流路部材が製造される。流路部材としては、原料の流路が形成されていればよく、原料流路が形成された電極も含まれる。
When the
発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる流路部材及びスタンパの製造方法について図２を用いて説明する。図２は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。また、実施の形態１と同様の工程については、実施の形態１で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
The flow path member and stamper manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view showing a stamper manufacturing process according to the present embodiment. Since the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configuration, the description thereof is omitted. Further, since the same processes as those in the first embodiment are the same as those described in the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施の形態では基板上１に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２にはネガ型の感光性レジストが用いられている。１層目のマスク３を用いて露光すると、図２（ａ）に示す構成となる。 In the present embodiment, the first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A negative photosensitive resist is used for the first-layer resist 2. When exposure is performed using the first mask 3, the structure shown in FIG.
本実施の形態では１層目のレジスト２を現像しないまま、その上から２層目のレジスト５を塗布する。なお、２層目のレジスト５にもネガ型の感光性レジストを用いている。１層目のレジスト２の潜像の上に２層目のレジスト５が形成されることになる。ここで１層目のレジスト２において、光が照射され現像液に溶け出さない部分をレジストパターン２ａとし、光が照射されず現像液に溶け出す部分を潜像部分２ｂとする。２層目のマスク６を用いて露光すると図２（ｂ）に示す構成となる。そして、１層目のレジスト２と２層目のレジスト５を同時に現像する。１層目のレジスト２と２層目のレジスト５は同じレジスト又は同種のレジストを用いているため、同じ現像液で現像することが出来る。１層目のレジスト２の潜像部分２ｂが２層目のレジスト５の光が照射されていない部分と同時に除去され、１層目のレジストパターン２ａと２層目のレジストパターン５ａが形成される。ここで、図２（ｃ）に示すように基板に多段構成のレジストパターンを形成することが出来る。これにより、現像工程を１回省略することができ、生産性を向上することができる。この多段構成の基板に導電化、電鋳処理を施すことにより、スタンパ８が形成される。このスタンパ８を用いて、射出成形等をすることにより樹脂成形品が製造される。
In this embodiment, the second-layer resist 5 is applied from above without developing the first-layer resist 2. Note that a negative photosensitive resist is also used for the second-layer resist 5. The second-layer resist 5 is formed on the latent image of the first-layer resist 2. Here, in the first-layer resist 2, a portion that is irradiated with light and does not dissolve in the developer is referred to as a resist
本実施の形態では１層目及び２層目のレジストをネガ型としているため、光が照射しない領域のレジストの潜像部分２ｂが現像液に溶け出す。２層目の露光工程において、潜像部分２ｂを露光しないようなパターンを有するマスク３を用いることにより、１層目のレジストパターン２ａを変質させることなく、２層目のレジストを露光することができる。すなわち、１層目のレジスト２の光が照射されてない領域（潜像部分２ｂ）の上に設けられた２層目のレジスト６には、２層目の露光工程で光が照射されないようにしている。このようなパターンを有するマスク６を用いて露光することにより、１層目のレジストパターン２ａを精度よく形成することができる。１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成型品を精度よく形成することができる。
In this embodiment, since the first and second resists are negative, the
また、上述のスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、実施の形態１と同様に燃料電池用の原料を供給するための流路が形成された流路部材を製造することができる。特に導電性炭素材に幅２μｍ〜１００μｍでアスペクト比１以上の溝パターンを形成することに好適である。図２（ｄ）に示すようなスタンパ８を流路部材の製造に用いる場合、凸部の１段目は浅い溝が形成される。そのため、凸部の１段目に対応する箇所は流路部材の流路（チャネル）の形成に適している。凸部の２段目は深い溝が形成されるため、基板を貫通する貫通孔（ポート）の形成に適している。このように形成する場合、１層目のマスク３は貫通孔の反転パターンとすればよく、２層目のマスク６は流路の反転パターンとすればよい。このような流路と同じパターンのマスク及び貫通孔と同じパターンのマスクで露光すれば、流路部材の流路と貫通孔を形成するためのスタンパ８を製造することができる。このスタンパ８を用いて導電性炭素材を成形することにより燃料電池の原料を供給するための流路が形成されたセパレーター等の流路部材が製造される。
Further, by forming a conductive carbon material using the
発明の実施の形態３．
本実施の形態にかかる流路部材及びスタンパの製造方法について図３を用いて説明する。図３は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。９は３層目のレジストである。また、実施の形態１又は２と同様の工程については、実施の形態１又は２で説明した内容と同様であるため説明を省略する。本実施の形態では、３層目のレジストを形成して、３段構成のスタンパを形成している。
Embodiment 3 of the Invention
The flow path member and stamper manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the stamper manufacturing process according to the present embodiment. Since the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configuration, the description thereof is omitted.
本実施の形態では基板上１に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２にはネガ型の感光性レジストが用いられている。マスク３を用いて露光すると、図３（ａ）に示す構成となる。そして現像処理を行い、１層目のレジスト２をパターニングする。その上から２層目のレジスト５を塗布する。２層目のレジスト５にはポジ型の感光性レジストを用いている。２層目のマスク６を用いて露光すると図３（ｂ）に示す構成となる。２層目のレジスト５を現像すると露光された領域が現像液に溶け出し、１層目のレジストパターン２ａの上に２層目のレジストパターン５ａが形成される。これにより、１段目の凸部の上にさらに２段目の凸部が形成された２段構成となる。さらに３層目のレジスト９を塗布する。３層目のレジスト９にはネガ型のレジストを用いている。この３層目のレジストを現像すると２層目のレジストパターン５ａの上にさらに３層目のレジストパターンが形成され、図３（ｄ）に示すような３段構成となる。この３段構成の基板に導電化、電鋳処理を施すことにより、図３（ｅ）に示す基板と逆パターンのスタンパ８が形成される。これにより、中間構造体を設けることなく、３段構成のスタンパを精度よく形成することができ、生産性を向上することができる。
In the present embodiment, the first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A negative photosensitive resist is used for the first-layer resist 2. When the mask 3 is used for exposure, the structure shown in FIG. Then, development processing is performed to pattern the first-layer resist 2. A second layer of resist 5 is applied from above. A positive photosensitive resist is used for the second-layer resist 5. When the exposure is performed using the second-
このスタンパ８を用いて、射出成形等をすることにより樹脂成形品が製造される。また、上述の製造方法では１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成形品を精度よく形成することができる。さらに、上述のスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、実施の形態１と同様に燃料電池用の原料を供給するための流路部材を製造することができる。この場合、貫通孔及び異なる深さを有する流路を形成することができる。本実施の形態にかかるスタンパの製造方法により形成したスタンパを用いることにより、溝の幅が２μｍ〜１００μｍでアスペクト比が１以上のパターンを有する導電性炭素材を精度よく成型することができる。従って、電気化学反応を促進するための流路及び流路に原料を供給するための貫通孔を精度よく形成することができる。さらにセパレーターの生産性を向上することができ、燃料電池のコスト低減を図ることができる。
Using this
参考例１．
参考例１にかかる樹脂成形品及びスタンパの製造方法について図４を用いて説明する。図４は参考例１にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。また、実施の形態１乃至３と同様の工程については、実施の形態１乃至３で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
Reference Example 1
The resin molded product and stamper manufacturing method according to Reference Example 1 will be described with reference to FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stamper manufacturing process according to Reference Example 1. FIG. Since the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configuration, the description thereof is omitted. In addition, the same steps as in the first to third embodiments are the same as the contents described in the first to third embodiments, and thus description thereof is omitted.
まず、基板１上に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２にはネガ型の感光性レジストが用いられている。マスク３を用いて露光すると、図４（ａ）に示す構成となる。そして現像処理を行い、１層目のレジスト２をパターニングすると１層目のレジストパターン２ａが形成される。その上から２層目のレジスト５を塗布する。ここで２層目のレジスト５にはポジ型の感光性レジストを用いている。２層目のレジスト５は１層目のレジスト２より厚く塗布している。２層目のマスク６を用いて２層目のレジスト５を露光すると図４（ｂ）に示す構成となる。２層目のレジスト５を現像すると２層目のレジストパターン５ａが形成される。図４（ｃ）に示す様に、凸部の中に凹部が形成され、異なる高さの凸部のレジストパターンを基板上に形成することができる。
First, a first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A negative photosensitive resist is used for the first-layer resist 2. When the mask 3 is used for exposure, the structure shown in FIG. Then, development processing is performed and the first-layer resist 2 is patterned to form a first-layer resist
参考例１では１層目のレジスト２にネガ型のレジストを用いているため、２層目の露光工程で光が照射されても１層目のレジストが現像液に溶け出すことがない。さらに１層目のレジストと２層目のレジストで厚さを変えて塗布しているので高さの異なる凸部を有するパターンを形成できる。もちろん、異なる部分に異なる高さの凸部が形成された多段構成のパターンを形成しても良い。導電化、電鋳処理を行うことにより、図４（ｄ）に示すスタンパ８が形成される。このスタンパ８を用いて射出成形等を行うことにより、１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成型品を精度よく形成することができる。
In Reference Example 1 , since a negative resist is used for the first-layer resist 2, the first-layer resist does not dissolve in the developer even when light is irradiated in the second-layer exposure step. Furthermore, since the first layer resist and the second layer resist are applied with different thicknesses, patterns having convex portions having different heights can be formed. Of course, you may form the pattern of the multistage structure by which the convex part of different height was formed in the different part. The
さらに、上述のスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、実施の形態１と同様に燃料電池用の原料を供給するための流路が形成された流路部材を製造することができる。参考例１にかかる製造方法により形成したスタンパを用いることにより、幅２μｍ〜１００μｍ、アスペクト比１以上の溝パターンを有する導電性炭素材を精度よく成型することができる。従って、電気化学反応を促進するための流路及び流路に原料を供給するための貫通孔を精度よく形成することができる。
Furthermore, by forming a conductive carbon material using the
発明の実施の形態４．
本実施の形態にかかるスタンパ及び樹脂成形品の製造方法について図５を用いて説明する。図５は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。また、４は第１の中間構造体、７は第２の中間構造体である。実施の形態１乃至３、参考例１と同様の工程については、実施の形態１乃至３、参考例１で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
Embodiment 4 of the Invention
The manufacturing method of the stamper and resin molded product concerning this Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a stamper manufacturing process according to the present embodiment. Since the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configuration, the description thereof is omitted. Further, 4 is a first intermediate structure, and 7 is a second intermediate structure. Steps similar to those in Embodiments 1 to 3 and Reference Example 1 are the same as those described in Embodiments 1 to 3 and Reference Example 1 , and thus description thereof is omitted.
レジスト塗布工程について説明する。まず基板１上に、有機材料（例えば、クラリアントジャパン製「ＡＺＰ４４００」）をベースとする１層目のレジストを塗布する。レジスト２はポジ型の感光性レジストであり、光が照射された領域すなわち露光された領域が現像液に溶解する。基板１は、例えば、ガラス基板を利用することができる。樹脂成形品の平面度は、基板上へレジスト層を形成する工程に大きく影響される。すなわち、基板上にレジスト層を形成した時点の平面度がスタンパ、ひいては樹脂成形品の平面度に反映される。 The resist coating process will be described. First, a first resist layer based on an organic material (for example, “AZP4400” manufactured by Clariant Japan) is applied on the substrate 1. The resist 2 is a positive photosensitive resist, and a region irradiated with light, that is, an exposed region is dissolved in the developer. As the substrate 1, for example, a glass substrate can be used. The flatness of the resin molded product is greatly influenced by the process of forming a resist layer on the substrate. That is, the flatness at the time when the resist layer is formed on the substrate is reflected in the flatness of the stamper, and hence the resin molded product.
平面度を保つ方法として、基板面が露出するまで現像を行うことも考えられる。基板にガラスを使用した場合、その平面度は表面研磨によって１μｍ以内に抑える技術が工業的に確立されている。基板面が露出するまで現像を行うことでその平面度を再現でき、平面度を高めることが期待できる。 As a method for maintaining the flatness, development may be performed until the substrate surface is exposed. When glass is used for the substrate, a technique for keeping the flatness within 1 μm by surface polishing is industrially established. By performing development until the substrate surface is exposed, the flatness can be reproduced and the flatness can be expected to increase.
基板上にレジスト２を形成する方法の一つとして、スピンコート方式があげられる。スピンコート方式とは、回転している基板上にレジストを塗布する方法であり、直径３００ｍｍを超える基板にレジストを塗布する場合にも高い平面度が得られる利点がある。スピンコート方式で所定のレジストの厚さを得る場合、レジスト粘度を高める方法も効果的である。しかし、塗布面積が大きくなると平面度が低下することが懸念されるため、実際使用上で要求される平面度に応じてレジスト粘度を調整することが望ましい。 One method for forming the resist 2 on the substrate is a spin coating method. The spin coating method is a method of applying a resist on a rotating substrate, and has an advantage that high flatness can be obtained even when a resist is applied to a substrate having a diameter exceeding 300 mm. In the case of obtaining a predetermined resist thickness by a spin coating method, a method of increasing the resist viscosity is also effective. However, since there is a concern that the flatness will decrease as the coating area increases, it is desirable to adjust the resist viscosity according to the flatness required in actual use.
１層目のレジスト塗布で可能なレジスト厚さは、高い平面度を保持すること、及び、露光装置による露光深度を考慮し、１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍの範囲内であることが望ましい。このレジストの厚さが後に形成されるスタンパ、樹脂成形品の段差となる。スピンコート法以外のレジスト層形成の方法としては、ディッピング方式、ロール方式、ドライフィルムレジストの貼り合わせ等があげられる。しかし、高い平面度を実現できる観点から、スピンコート法が好ましい。なお、レジスト層は１回のレジスト塗布工程に限らず、２回以上のレジスト塗布工程により形成しても良い。 The resist thickness that can be applied by applying the first layer of resist is preferably in the range of 10 to 100 μm, preferably 20 to 50 μm in consideration of maintaining high flatness and the exposure depth by the exposure apparatus. . The thickness of this resist becomes a step between a stamper and a resin molded product to be formed later. Examples of the resist layer forming method other than the spin coating method include a dipping method, a roll method, and bonding of a dry film resist. However, the spin coating method is preferable from the viewpoint of realizing high flatness. Note that the resist layer is not limited to a single resist coating process, and may be formed by two or more resist coating processes.
次にレジスト２の露光工程について説明する。レジスト２を塗布した後、図５（ａ）に示すように所望のマスクパターンに加工したマスク３を用いて、ＵＶ露光装置により、レジスト２をＵＶ光により露光を行う。マスク３の白い部分は光を透過し、黒い部分は光を遮るものとする。ＵＶ露光装置は、例えば、光源としてＵＶランプを有し、波長３６５ｎｍ、照度２０ｍＷ／ｃｍ２の露光装置を利用することができる。上記レジストの露光について説明する。露光条件により、レジストへの焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて種類を選択するのが望ましい。露光装置は、ＵＶレーザーを利用したものを使用することもできる。ＵＶレーザーはＵＶランプよりも深い深度を達成する。 Next, the exposure process of the resist 2 will be described. After the resist 2 is applied, the resist 2 is exposed to UV light by a UV exposure apparatus using a mask 3 processed into a desired mask pattern as shown in FIG. The white part of the mask 3 transmits light, and the black part blocks light. The UV exposure apparatus has, for example, a UV lamp as a light source, and an exposure apparatus having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 20 mW / cm 2 can be used. The exposure of the resist will be described. Since the depth of focus on the resist varies depending on the exposure conditions, for example, when a UV exposure apparatus is used, it is desirable to select the type of exposure time and UV output value according to the resist thickness and sensitivity. An exposure apparatus using a UV laser can also be used. UV lasers achieve deeper depths than UV lamps.
リソグラフィー法を用いてレジスト２にパターンを形成する工程では、使用するマスク及び露光条件によってパターンの幅、深さおよびそれらの精度が左右される。そして、その寸法、および精度は、樹脂成形品にも反映される。したがって、プラスチックを成形した樹脂成形品の各寸法、および精度を所定のものとするためには、マスクの寸法および精度を規定する必要がある。使用するマスクはなんら限定されないが、エマルジョンマスク、クロムマスク等を挙げることができる。微細なパターン精度を確保するためにクロムマスクが好適に用いられる。レジストにパターンを形成するために使用するマスクの精度を高めるには、例えば、マスクのパターン形成に使用するレーザ光源をより波長の短いものに変えることが考えられるが、設備費用が高額であり、マスク製作費が高額となるため、要求される精度に応じて適宜選択するのが望ましい。さらに露光条件によりレジストへの焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて選択するのが望ましい。 In the process of forming a pattern on the resist 2 using a lithography method, the width and depth of the pattern and their accuracy depend on the mask used and the exposure conditions. The dimensions and accuracy are also reflected in the resin molded product. Therefore, in order to make each dimension and accuracy of a resin molded product obtained by molding plastic predetermined, it is necessary to define the mask size and accuracy. Although the mask to be used is not limited at all, an emulsion mask, a chrome mask, etc. can be mentioned. In order to ensure fine pattern accuracy, a chrome mask is preferably used. In order to increase the accuracy of the mask used to form the pattern on the resist, for example, it is conceivable to change the laser light source used to form the mask pattern to one having a shorter wavelength, but the equipment cost is high, Since the mask manufacturing cost is high, it is desirable to select appropriately according to the required accuracy. Further, since the depth of focus on the resist varies depending on the exposure conditions, for example, when a UV exposure apparatus is used, it is desirable to select the exposure time and the UV output value according to the thickness and sensitivity of the resist.
次に１層目のレジスト２の現像工程について説明する。図５（ｂ）に示すように、前記レジスト２を有する基板１を基板面が露出するまで現像し、基板１上にレジストパターン２ａを形成する。このレジストパターン２ａにより、平滑な基板上に凸部が形成される。現像液は、例えば、クラリアントジャパン製の「ＡＺ４００Ｋデベロッパー」を使用することができる。リソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成する際には、アルカリ液である現像液の濃度、現像時間も考慮することが必要な場合がある。特に基板１の表面まで現像しようとする際には、レジスト底部の幅（または直径）よりも表面の幅（または直径）が広くなることが懸念されるため、例えば、現像液の希釈倍率をあげることにより現像速度を低下させ、現像時間を最適化することによって、現像を制御することができる。
Next, the developing process of the first resist 2 will be described. As shown in FIG. 5B, the substrate 1 having the resist 2 is developed until the substrate surface is exposed, and a resist
また、造形深さ方向の矩形パターンが台形状、または垂直形状を選択することも可能である。要求される形状、精度、射出成形でプラスチックを成形する際の離型性を考慮して適宜選択するのが望ましい。 It is also possible to select a trapezoidal shape or a vertical shape as the rectangular pattern in the modeling depth direction. It is desirable to select appropriately in consideration of the required shape, accuracy, and releasability when molding plastic by injection molding.
次に第１の中間構造体４を形成するための導電化、電鋳（電気鋳造）工程について説明する。第１の中間構造体４の形成するための金属の付着にはめっき処理を利用することができる。金属を付着するめっき方法は特に限定されないが、電解めっき、無電解めっきなどを利用することができる。導電化工程ではレジストパターン２ａが形成された基板１の表面に蒸着、またはスパッタリングを行い、レジストパターン２ａ及び基板１の表面に導電膜であるめっき種層としてＮｉを堆積させる。この工程において、他にＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどを堆積させることができる。
Next, the conductive and electroforming (electrocasting) process for forming the first intermediate structure 4 will be described. A plating process can be used for attaching the metal for forming the first intermediate structure 4. The plating method for attaching the metal is not particularly limited, but electrolytic plating, electroless plating, or the like can be used. In the conductive step, vapor deposition or sputtering is performed on the surface of the substrate 1 on which the resist
電鋳工程では前記レジストパターン２ａを有する基板１をめっき液に浸け、電気めっきを行い、レジストパターン上と基板上に、Ｎｉを堆積させ第１の中間構造体を形成する。この工程において、他にＣｕ、Ａｕなどを堆積させることができる。アセトン、硝酸水溶液等の溶媒を使用してレジストを溶解させて剥離し、中間構造体４を基板１から分離する。得られた第１の中間構造体４のパターンは図５（ｃ）に示す様に基板のパターンが転写された逆パターンとなる。
In the electroforming process, the substrate 1 having the resist
めっき処理による金属層の付着は、上記の電気めっきに代えて、無電解めっきを利用することができる。無電解めっき処理においては、まず、対象物表面に、めっき種層として、無電解めっきの核となる触媒金属（例えば、Ｐｄ−Ｓｎ錯体）が吸着される。次に、対象物表面のスズ塩を溶解させ、酸化還元反応によって金属パラジウムを生成する。対象物がＮｉめっき液に挿入されると、対象物上にＮｉ層が形成される。この点は、以下のめっき処理において同様である。 For the adhesion of the metal layer by the plating treatment, electroless plating can be used instead of the electroplating. In the electroless plating treatment, first, a catalytic metal (for example, Pd—Sn complex) serving as a core of electroless plating is adsorbed on the surface of the object as a plating seed layer. Next, the tin salt on the surface of the object is dissolved, and metallic palladium is generated by an oxidation-reduction reaction. When the object is inserted into the Ni plating solution, a Ni layer is formed on the object. This point is the same in the following plating treatment.
上記の説明では第１の中間構造体を金属により形成したが、樹脂等の転写体を密着、またはプレス成形させることで樹脂により形成することができる。転写体を密着、またはプレス成形するのに用いる樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を用い、転写後に硬化させることもできる。 In the above description, the first intermediate structure is formed of metal. However, the first intermediate structure can be formed of resin by closely transferring or press-molding a transfer body such as resin. For example, a thermosetting resin or a photocurable resin can be used as the resin used for closely attaching or press-molding the transfer body, and the resin can be cured after the transfer.
次に第１の中間構造体４上へのレジストパターン形成工程について説明する。ここでもリソグラフィー処理により、パターニングが行われる。第１の中間構造体４の転写面上に、有機材料をベースとする２層目のレジスト５を塗布する。ここでは１層目のレジスト２と同様のレジストを同様の条件により塗布している。その後、マスク位置が１回目の露光におけるマスクパターンと同じ位置になるよう位置合わせを実施し、２層目のマスク６を用いて、ＵＶ露光装置により、前記レジスト５をＵＶ光により２回目の露光を行う。これにより、１層目のパターンと２層目のパターンを精度よく形成することができる。
Next, a resist pattern forming process on the first intermediate structure 4 will be described. Here too, patterning is performed by lithography. On the transfer surface of the first intermediate structure 4, a second layer resist 5 based on an organic material is applied. Here, the same resist as the first-layer resist 2 is applied under the same conditions. After that, alignment is performed so that the mask position is the same as the mask pattern in the first exposure, and the resist 5 is exposed to the second exposure by UV light using a UV exposure apparatus using the
マスクの位置合わせについて説明する。マスクの位置合わせは、１層目のレジスト２に露光したマスクパターンと、２層目のレジスト５に露光するマスクパターン位置を同じ位置とするために行う。マスクの位置合わせにおいて、１層目のレジスト２に露光したマスクパターンと、２層目のレジスト５に露光するマスクパターン位置に位置ずれが生じると、スタンパ及び樹脂成形品の造形精度に大きく影響するため、位置合わせは誤差範囲±２μｍの範囲内であることが好ましく、±１μｍの範囲であることがより好ましい。
The mask alignment will be described. Mask alignment is performed so that the mask pattern exposed on the first resist
マスクの位置あわせ精度を高める方法はなんら限定されないが、例えば、露光、未露光部分の光の回折差を利用したオフセット調節などがある。マスクの位置合わせ精度を高める他の方法として、例えば、基板上、及びマスクの指定位置にレーザ光により記号を描画しておき、光学顕微鏡等を用いてお互いの位置決めを行うことで精度を高める方法があげられる。また、ガラスマスクにはマスクアライナー等を使用することを考慮して、１層目のマスク３と２層目のマスク６の同じ位置に同一のアライメントマークを入れておくことが望ましい。
A method for improving the alignment accuracy of the mask is not limited at all, but there is, for example, offset adjustment using a light diffraction difference between exposed and unexposed portions. As another method for improving the alignment accuracy of the mask, for example, a method of increasing the accuracy by drawing a symbol with a laser beam on a substrate and a specified position of the mask and positioning each other using an optical microscope or the like Can be given. In consideration of using a mask aligner or the like for the glass mask, it is desirable to place the same alignment mark at the same position on the first layer mask 3 and the
２層目の露光では１層目の露光と同様の露光条件により露光する。なお、レジストへの焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値はレジストの厚さ、感度に応じて変更してもよい。 In the second layer exposure, exposure is performed under the same exposure conditions as the first layer exposure. Since the depth of focus on the resist changes, for example, when a UV exposure apparatus is used, the exposure time and the UV output value may be changed according to the thickness and sensitivity of the resist.
第１の中間構造体４の上に設けられた２層目のレジスト５を第１の中間構造体４が露出するまで現像し、図５（ｅ）に示すような２層目のレジストパターン５ａを形成する。これにより、２段の凹凸パターンが形成される。本形態においては、第１の中間構造体４の凸部の一部以外を露光している。現像処理によって、第１の中間構造体４に設けられた凸部の一部以外のレジスト５を取り除いている。これにより、図５（ｅ）に示すように１段目の凸部の上にさらに２段目の凸部が形成され、第１の中間構造体４は２段の凹凸を有する多段構成となる。
The second layer resist 5 provided on the first intermediate structure 4 is developed until the first intermediate structure 4 is exposed, and the second layer resist
次に第１の中間構造体４の凹凸面上への導電化、電鋳工程について説明する。レジストパターン５ａを有する第１の中間構造体４の表面にスパッタリング、または蒸着を行い、２層目のレジストパターン５ａの表面にめっき種層としてＮｉを堆積させる。この工程において、他にＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどを堆積させることができる。
Next, a description will be given of the process of making the first intermediate structure 4 conductive on the uneven surface and the electroforming process. Sputtering or vapor deposition is performed on the surface of the first intermediate structure 4 having the resist
次に２層目のレジストパターン５ａを有する第１の中間構造体４をメッキ液に浸け、電気メッキを行い、２層目のレジストパターン５ａを形成された第１の中間構造体４上にＮｉを堆積させ、第２の中間構造体を形成する。第２の中間構造体にはレジストパターン５ａを有する第１の中間構造体のパターンが転写される。この工程において、他にＣｕ、Ａｕなどを堆積させることができる。続いて、図５（ｆ）に示すように第１の中間構造体４とレジストパターン５ａを除いて第２の中間構造体７を得る。さらに同様の工程により、第２の中間構造体７に電鋳処理を施してスタンパ８を形成する。この時、第２の中間構造体７の表面には酸化処理を施す。これにより、図５（ｇ）に示すように第２の中間構造体のパターンが転写され、複数の凹凸深さを有する多段構成のＮｉ製のスタンパ８を形成することができる。
Next, the first intermediate structure 4 having the second-layer resist
次にスタンパ８を用いた樹脂の成形工程について説明する。樹脂成形品の形成方法は、射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、押出成形によるロール転写法などを利用することができる。生産性、型転写性の観点から射出成形が好ましく用いられる。所定の寸法を選択した金属構造体を型として射出成形で樹脂成形品を形成する場合、金属構造体の形状を高い転写率で樹脂成形品に再現することができる。得られたスタンパ８を金型として、射出成形でプラスチック材をスタンパ８に充填し、樹脂成形品を得る。射出成形で樹脂成形品を形成するのに使用するプラスチック材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂は必要に応じて、滑剤、光安定剤、熱安定剤、防曇剤、顔料、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの、１種もしくは２種以上を含有することができる。
Next, a resin molding process using the
レジストの厚みが増してくると、例えばＵＶ露光装置を使用する場合、１回の露光では十分な焦点深度が得られないことが懸念される。そこで、本実施の形態における方法は、凹凸面を有する中間構造体を形成した後に、その凸部上にレジストを塗布する。これにより、２回分のリソグラフィー工程に相当する溝を形成することができ、造形深さを増すことができる。この処理を必要に応じて繰り返すことによって、所望の造形深さを有する樹脂成形品を精度よく製造することが可能となる。すなわち、本実施の形態では１層分の厚さのレジストにのみ光を照射しているため、焦点深度によらず精度よく製造することができる。 When the resist thickness increases, for example, when a UV exposure apparatus is used, there is a concern that a sufficient depth of focus cannot be obtained by one exposure. Therefore, in the method according to the present embodiment, after forming an intermediate structure having a concavo-convex surface, a resist is applied on the convex portion. Thereby, the groove | channel equivalent to the lithography process for 2 times can be formed, and modeling depth can be increased. By repeating this process as necessary, a resin molded product having a desired modeling depth can be accurately manufactured. That is, in this embodiment mode, light is irradiated only to the resist having a thickness of one layer, and therefore, it can be manufactured with high accuracy regardless of the depth of focus.
所望のレジスト厚さを有し、かつ微細なレジストパターンを形成しようとする際、複数回の露光、レジストパターンの形成を行うことによってレジストが収縮し、平面度やパターンの深さが均一な基板が得られない場合が考えられる。このレジスト表面形状が中間構造体、スタンパひいては最終工程で形成した樹脂成形品に反映される。本実施の形態では、基板上に１回目のレジスト塗布、前記レジスト層の露光、及びレジストパターンを形成した後、第１の中間構造体４を形成、その上に２回目のレジスト塗布を実施することによって、平面度やパターンの深さを均一にするものである。各レジスト層の露光処理と現像処理は１回行われ、レジスト層が複数回の露光もしくは現像処理を施される必要がない。そのため、レジスト層の劣化、もしくはそれに伴う樹脂成形品の誤差を抑制することができる。 A substrate that has a desired resist thickness and has a uniform flatness and pattern depth when the resist is shrunk by performing multiple exposures and resist pattern formations when attempting to form a fine resist pattern. There is a case that cannot be obtained. This resist surface shape is reflected in the intermediate structure, the stamper, and hence the resin molded product formed in the final process. In the present embodiment, after the first resist coating, the resist layer exposure, and the resist pattern are formed on the substrate, the first intermediate structure 4 is formed, and the second resist coating is performed thereon. Thus, the flatness and the pattern depth are made uniform. The exposure process and the development process for each resist layer are performed once, and the resist layer does not need to be subjected to a plurality of exposure or development processes. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the resist layer or the accompanying error of the resin molded product.
本実施の形態における樹脂成形品の製造方法では、以上のように１層目のレジストとしてポジ型のレジストを用いている。そのため、１層目のレジストパターン２ａの上に直接２層目のレジストを形成した場合、２層目の露光工程で１層目のレジストパターン２ａが露光に曝され、１層目のレジストパターン２ａが変質する恐れがある。１層目のレジストパターン２ａが変質した場合、その後の現像工程で１層目のレジストが溶け出し、パターンが変形してしまう。基板上に１層目のレジストパターンを形成した後に第１の中間構造体を形成することにより、２段以上の段差を有するパターンを精度よく形成することができ、第１の中間構造体の凹凸深さよりも深いパターンを有するスタンパを精度良く形成することができる。そのため、このスタンパを用いて樹脂成形品を生産性良く製造することができる。上述の樹脂成形品の製造方法では、１層の深さが１０〜１００μｍ程度で幅が１０〜１００μｍ程度のパターンを有する樹脂成形品を精度よく形成することができる。
In the method of manufacturing a resin molded product in the present embodiment, a positive resist is used as the first layer resist as described above. Therefore, when the second-layer resist is formed directly on the first-layer resist
さらに、上述のスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、実施の形態１と同様に燃料電池用の原料を供給するための流路が形成された流路部材を製造することができる。特に幅２μｍ〜１００μｍでアスペクト比１以上の溝パターンを有する導電性炭素材の成型に好適である。図５（ｇ）に示すようなスタンパ８を流路部材の製造に用いる場合、第２の中間構造体７のパターンが転写されるため凸部の１段目は浅い溝が形成される。そのため、凸部の１段目に対応する箇所は流路部材の流路に対応付けられた箇所の形成に適している。凸部の２段目は深い溝が形成されるため、貫通孔により構成されるポートに対応付けられた箇所の形成に適している。このように形成する場合、１層目のマスク３は流路と同じパターンとすればよく、２層目のマスク６は貫通孔と同じパターンとすればよい。このような流路に対応するパターンのマスク及び貫通孔に対応するパターンの２枚のマスクで露光すれば、流路の流路と貫通孔を形成するためのスタンパ８を製造することができる。
Furthermore, by forming a conductive carbon material using the
このように製造されたスタンパ８を用いることにより、燃料電池用のセパレーターを精度よく形成することができた。さらにセパレーターの生産性を向上することができ、燃料電池のコスト低減を図ることができる。このように製造された２枚のセパレーターを対抗配置して、その間に電極及び電解質を配置する。これにより燃料電池のセルが形成される。このセパレーターを有するセルを積層することにより、燃料電池が形成される。
By using the
発明の実施の形態５．
本実施の形態にかかるスタンパ及び樹脂成形品の製造方法について図６を用いて説明する。図６は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。本実施の形態は実施の形態４で示した製造工程を変形したものであり、図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。また、実施の形態１乃至４、参考例１と同様の工程については、実施の形態１乃至４、参考例１で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
The manufacturing method of the stamper and resin molded product concerning this Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the stamper manufacturing process according to the present embodiment. The present embodiment is a modification of the manufacturing process shown in the fourth embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. In addition, the same steps as in the first to fourth embodiments and the reference example 1 are the same as the contents described in the first to fourth embodiments and the reference example 1 , and thus the description thereof is omitted.
まず、基板１上に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２には、ポジ型レジストを用いている。そして、１層目のマスク３により露光する。これにより、図６（ａ）に示す構成となる。さらに現像処理を施すと、露光された領域のレジスト２が除去され、１層目のレジストパターン２ａが形成される。これにより、基板上に凸部が形成され、図６（ｂ）に示す構成となる。
First, a first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A positive resist is used for the first-layer resist 2. Then, exposure is performed with the mask 3 of the first layer. As a result, the configuration shown in FIG. When the development process is further performed, the resist 2 in the exposed region is removed, and a first-layer resist
図６（ｃ）に示すように導電化、電鋳工程により、第１の中間構造体４を形成する。第１の中間構造体４の上から２層目のレジスト５を塗布する。本実施の形態では、２層目のレジスト５にはポジ型の感光性レジストを用いている。２層目のマスク６を用いて露光することにより、図６（ｄ）に示す構成となる。現像を行うと図６（ｅ）に示す様に第１の中間構造体４の上にレジストパターン５ａが形成され、凸部上面の内側にさらに凸部を有する多段構成となる。２回のリソグラフィー工程によりパターニングされているため、パターンを精度よく形成することができる。そして、導電化、電鋳工程により、図６（ｆ）に示す様にスタンパ８を形成する。このような工程により作製されたスタンパ８はパターンが転写され図６（ｆ）に示すように凸部の上にさらに凸部が形成された多段構成となる。このスタンパ８を用いて射出成形等により、樹脂成形品を形成する。
As shown in FIG. 6C, the first intermediate structure 4 is formed by conducting and electroforming processes. A second layer of resist 5 is applied from above the first intermediate structure 4. In this embodiment, a positive photosensitive resist is used for the second-layer resist 5. By exposing using the
本実施の形態における樹脂成形品の製造方法では、実施の形態４と同様に第１の中間構造体４を形成することにより、この第１の中間構造体４の凹凸深さよりも深いパターンを有するスタンパを精度良く形成することができる。そのため、このスタンパを用いて樹脂成形品を生産性良く製造することができる。さらに、本実施の形態では第１の中間構造体４から直接スタンパ８を形成しているため、第２の中間構造体７を形成する必要がなく生産性を向上することができる。上述の製造方法では１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成形品を精度よく形成することができる。
In the method for manufacturing a resin molded product according to the present embodiment, the first intermediate structure 4 is formed in the same manner as in the fourth embodiment, thereby having a pattern deeper than the uneven depth of the first intermediate structure 4. The stamper can be formed with high accuracy. Therefore, a resin molded product can be manufactured with high productivity using this stamper. Furthermore, in the present embodiment, the
さらに、上述のスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、実施の形態１と同様に燃料電池用の原料を供給するための流路が形成された流路部材を製造することができる。例えば、スタンパ８の凸部を流路部材の流路（チャネル）とし、凸部の上にさらに形成された２段目の凸部を貫通孔（ポート）とすることが可能である。この場合、１層目のマスク３のパターンを貫通孔のパターンが反転されたパターンとし、貫通孔を設ける部分以外に光を照射する。そして、２層目のマスク６のパターンは回路のパターンと同じパターンとし、流路を設ける部分に光を照射する。このようなパターンを有するマスクを用いることにより電鋳工程が２回で済み、第２の中間構造体を設けることなく流路部材用スタンパを製造することができる。これにより、スタンパの生産性を向上することができる。
Furthermore, by forming a conductive carbon material using the
このスタンパ８を用いて導電性炭素材を成型することにより、幅が２μｍ〜１００μｍでアスペクト比が１以上のパターンを有する導電性炭素材を精度よく成型することができる。従って、電気化学反応を促進するための流路及び流路に原料を供給するための貫通孔を精度よく形成することができる。
By molding the conductive carbon material using this
もちろん２層目のレジストはネガ型の感光性レジストを用いても同様の効果を得ることができる。さらに２層目のリソグラフィー工程において第１の中間構造体４の凹部に設けられた２層目のレジスト５を露光せずに２段以上の段差を有するパターンを形成できる。そのため、焦点深度によらずスタンパを精度よく形成することができる。 Of course, the same effect can be obtained even if a negative photosensitive resist is used for the second layer resist. Furthermore, a pattern having two or more steps can be formed without exposing the second layer resist 5 provided in the concave portion of the first intermediate structure 4 in the second layer lithography process. Therefore, the stamper can be accurately formed regardless of the depth of focus.
発明の実施の形態６．
本実施の形態にかかるスタンパ及び樹脂成形品の製造方法について図７を用いて説明する。図７は本実施の形態にかかるスタンパの製造工程を示す断面図である。本実施の形態は実施の形態４で示した製造工程を変形したものであり、図１で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。また、実施の形態１乃至５、参考例１と同様の工程については、実施の形態１乃至５、参考例１で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
The manufacturing method of the stamper and resin molded product concerning this Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stamper manufacturing process according to the present embodiment. The present embodiment is a modification of the manufacturing process shown in the fourth embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. In addition, the same steps as in the first to fifth embodiments and the reference example 1 are the same as those described in the first to fifth embodiments and the first reference example , and thus the description thereof is omitted.
まず、基板１上に１層目のレジスト２を塗布する。１層目のレジスト２には、ポジ型レジストを用いている。そして、１層目のマスク３により露光する。これにより、図７（ａ）に示す構成となる。さらに現像処理を施すと、露光された領域のレジスト２が除去され、１層目のレジストパターン２ａが形成される。これにより、基板に凹凸が形成され図７（ｂ）に示す構成となる。導電化、電鋳工程により、図７（ｃ）に示すように第１の中間構造体４を形成する。
First, a first layer of resist 2 is applied on the substrate 1. A positive resist is used for the first-layer resist 2. Then, exposure is performed with the mask 3 of the first layer. As a result, the configuration shown in FIG. When the development process is further performed, the resist 2 in the exposed region is removed, and a first-layer resist
本実施の形態では２層目のレジスト５にポジ型のドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いている。第１の中間構造体４の凸部にＤＦＲを貼り合わせる。ＤＦＲを用いることにより、第１の中間構造体４の凹部にレジスト液が残存することが無くなり、所望の造形深さを有するパターンをより精度よく形成することができる。そして、２層目のマスク６の位置合わせを行い、露光すると図７（ｄ）に示す構成となる。現像を行うと図７（ｅ）に示す様に第１の中間構造体４の凸部の上に２層目のレジストパターン５ａが形成される。
In this embodiment, a positive dry film resist (DFR) is used for the second-layer resist 5. The DFR is bonded to the convex portion of the first intermediate structure 4. By using DFR, the resist solution does not remain in the recesses of the first intermediate structure 4, and a pattern having a desired modeling depth can be formed with higher accuracy. When the
そして、実施の形態４と同様に図７（ｆ）に示すような多段構成の第２の中間構造体７を導電化、電鋳処理により形成する。さらに導電化、電鋳処理を行うことにより、図７（ｇ）に示すスタンパ８を製造することができる。さらにこのスタンパ８を用いて、樹脂成形品を製造することができる。上述の製造方法では１層の深さが数十μｍ程度で幅が数十μｍのパターンを有する樹脂成形品を精度よく形成することができる。このようにＤＦＲを用いても、実施の形態４と同様の効果を得ることができ、さらに第１の中間構造体４の凹部にレジスト液が残存することが無くなり、より精度よくパターンを形成することができる。もちろん、ＤＦＲは実施の形態５に示した製造工程にも利用することができる。
Then, similarly to the fourth embodiment, a second intermediate structure 7 having a multi-stage structure as shown in FIG. 7 (f) is formed by conducting and electroforming. Furthermore, the
上述の製造方法では特に、幅２μｍ〜１００μｍでアスペクト比１以上のパターンを有する導電性炭素材を精度よく成型することができる。従って、電気化学反応を促進するための流路及び流路に原料を供給するための貫通孔を精度よく形成することができる。例えば、スタンパ８の１段目の凸部を流路部材の流路（チャネル）とし、１段目の凸部の上にさらに形成された２段目の凸部を貫通孔（ポート）とすることが可能である。この場合、１層目のマスク３のパターンを流路のパターンと同じパターンとし、流路を設ける部分以外に光を照射する。そして、２層目のマスク６のパターンは貫通孔のパターンが反転されたパターンとし、貫通孔を設ける部分に光を照射する。このようなパターンを有するマスクを用いることにより電鋳工程が２回で済み、第２の中間構造体を設けることなく、燃料電池用の流路部材を成型するためのスタンパを製造することができる。これにより、生産性を向上することができ、大量生産によりコスト低減を図ることができる。もちろん２層目のレジスト５はネガ型の感光性レジストを用いても同様の効果を得ることができる。
In particular, in the above-described manufacturing method, a conductive carbon material having a pattern with a width of 2 μm to 100 μm and an aspect ratio of 1 or more can be accurately molded. Therefore, the flow path for promoting the electrochemical reaction and the through hole for supplying the raw material to the flow path can be accurately formed. For example, the first-stage convex part of the
その他の実施の形態．
上述の実施の形態を用いることにより、面内に精度良くライン＆スペース、楕円を含む円柱状、及び四角柱などの多角柱のパターンが混在して形成されたスタンパを生産性よく製造することができる。例えば、図８に示すような多段構成の樹脂成形品用スタンパ及び流路部材用スタンパを製造することができる。もちろん、図８（ａ）、図８（ｂ）に形成されたスタンパを一例であり、図示した形状に限られるものではない。なお、本発明は２段構成又は３段構成のスタンパに限らず、４段以上の多段構成をなすスタンパに用いることができる。この場合、流路部材には深さの異なる流路を形成することができる。
Other embodiments.
By using the above-described embodiment, it is possible to manufacture with high productivity a stamper that is formed by mixing line and space, a cylindrical shape including an ellipse, and a polygonal column pattern such as a quadrangular column in a plane with high accuracy. it can. For example, a stamper for a resin molded product and a stamper for a flow path member having a multistage structure as shown in FIG. 8 can be manufactured. Of course, the stamper formed in FIGS. 8A and 8B is an example, and is not limited to the illustrated shape. The present invention is not limited to a stamper having a two-stage configuration or a three-stage configuration, and can be used for a stamper having a multi-stage configuration of four or more stages. In this case, channels having different depths can be formed in the channel member.
また、それぞれの実施の形態を組み合わせて用いることも可能であり、実施の形態４で詳細に説明した製造工程についてはいずれの実施の形態でも利用可能である。また、本発明の樹脂成形品用スタンパを用いて血液粘度測定用チップ等のマイクロデバイスあるいはプリント配線基板を作成することもできる。さらに、実施の形態で説明した場合を除き、ネガ型のレジストをポジ型のレジストにすることができ、ポジ型のレジストをネガ型のレジストにすることも可能である。特に２層目以降のレジストはポジ型、ネガ型にいずれを用いることが可能である。 In addition, the embodiments can be used in combination, and the manufacturing process described in detail in Embodiment 4 can be used in any embodiment. In addition, a microdevice such as a blood viscosity measuring chip or a printed wiring board can also be produced using the stamper for resin molded products of the present invention. Further, except for the case described in the embodiment, a negative resist can be a positive resist, and a positive resist can be a negative resist. In particular, the second and subsequent resists can be either positive type or negative type.
本発明にかかる流路部材はＤＭＦＣ型の燃料電池に限ることなく、例えば、固体高分子型（ＰＥＦＣ）の燃料電池に対して利用することが可能である。さらには燃料電池のリアクターを成型するためのスタンパとしても利用可能である。 The flow path member according to the present invention is not limited to a DMFC type fuel cell, but can be used for a solid polymer type (PEFC) fuel cell, for example. Furthermore, it can be used as a stamper for molding a reactor of a fuel cell.
１ 基板、２ １層目のレジスト、３ １層目のマスク、４ 第１の中間構造体、５ ２層目のレジスト、６ ２層目のマスク、７ 第２の中間構造体、
８ スタンパ、９ ３層目のレジスト、１００ セパレーター、１０１ チャネル、
１０３ ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 board | substrate, 2nd layer resist, 3rd layer mask, 4 1st intermediate structure, 5 2nd layer resist, 6 2nd layer mask, 7 2nd intermediate structure,
8 stamper, 9 third layer resist, 100 separator, 101 channel,
103 ports
Claims (8)
凹凸面を有する第１の構造体を形成するステップと、
前記第１の構造体の凹凸面上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジストをパターニングし、レジストパターンを形成するステップであって、前記第１の構造体の凹凸面の凸部上に前記レジストの凸部を形成するステップと、
前記レジストパターンを形成された第１の構造体の凹凸面上に第２の構造体を構成する材料を付着させ、第２の構造体を形成するステップとを備える、燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法。 A manufacturing method of a fuel cell channel member stamper having a channel groove having a width of 2 μm or more and 100 μm or less and an aspect ratio of 1 or more and a through hole connected to the channel groove,
Forming a first structure having an uneven surface;
Forming a resist layer on the concavo-convex surface of the first structure;
Patterning the resist to form a resist pattern, the step of forming a convex portion of the resist on the convex portion of the concave-convex surface of the first structure;
A material for forming a second structure is attached on the concavo-convex surface of the first structure on which the resist pattern is formed, and the second structure is formed. Stamper manufacturing method.
基板上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジストをリソグラフィー処理し、前記レジストの凹凸パターンを形成するステップとを有する、請求項１に記載の燃料電池の流路部材用スタンパの製造方法。 The step of forming the first structure having the uneven surface includes:
Forming a resist layer on the substrate;
The method for manufacturing a stamper for a flow path member of a fuel cell according to claim 1, further comprising: lithography processing the resist to form a concavo-convex pattern of the resist.
前記スタンパを使用して燃料電池の流路部材を成型するステップとを有する、燃料電池用流路部材の製造方法。 A step of producing a stamper by the method for producing a stamper for a flow path member of a fuel cell according to claim 1;
Forming a flow path member for a fuel cell using the stamper.
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