JP5677911B2 - 導電パターン、その形成方法、プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一方で、近年、フレキシブルなディスプレイ等、電子デバイスの小型化、薄型化が進んでいる。
このようなデバイスに適用する部材の小型化、薄型化も一層求められており、例えば、金属等の導電材料を印刷によりパターニングして、フレキシブルな基材(樹脂等)上に配線を直接形成することが注目されている。そうすることにより、連続ロール−to−ロール生産が可能となり、大幅な生産性向上とコストダウンが実現し、また、平滑面以外の表面に対しパターニングができたり、可変パターンを任意に印刷可能になったりすることから、デザインの自由度が増し、更に極少量からの生産が実現すると考えられる。
また、特許文献2には、銅粒子が凝集することにより、銅ペーストにより形成したプリント基板等の性能が低下することを防止することを目的とした、表面を保護した金属ナノ粒子分散物が提案されている。
さらに、特許文献3には、金属ナノ粒子(主として銀、銅)を含有するインクジェットインクを調製し、当該インクジェットインクをプリンタに装填し基材面に直接印刷することにより、導電パターンを形成する方法が提案されている。
基材上に、厚み方向において前記基材に最も遠い側から前記基材に最も近い側に向かって金属から樹脂に連続的に組成が変化する組成傾斜膜を有する、導電パターンの形成方法であって、
金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物の少なくとも2種のインク組成物をインクジェット法により前記基材上に吐出して前記組成傾斜膜を作成する、導電パターンの形成方法。
[2]
前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、少なくとも第1のインクジェットヘッドと第2のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクを、第1のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクを、第2のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記第1のインクジェットヘッドから吐出される第1のインクの量と前記第2のインクジェットヘッドから吐出される第2のインクの量との比率を決定する制御工程と、
前記決定された比率に従って、前記第1のインクジェットヘッド及び前記第2のインクジェットヘッドの少なくとも一方から前記第1のインク又は前記第2のインクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程と、
を備え、
前記制御工程において、前記複数層の厚み方向において前記基材に近い層から遠い層に向かって、前記第1のインクの比率が大きくなり、かつ前記第2のインクの比率が小さくなるように前記比率を決定する、[1]に記載の導電パターンの形成方法。
[3]
前記ポリマー又はオリゴマーとしてウレタンポリマー又はオリゴマーを含有する、[2]に記載の導電パターンの形成方法。
[4]
前記ウレタンポリマー又はオリゴマーが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、[3]に記載の導電パターンの形成方法。
前記基材が合成樹脂製の基材である、[2]〜[4]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[6]
前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴のインク量が0.3〜100pLである、[2]〜[5]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[7]
前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴の液滴径が1〜300μmである、[2]〜[6]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[8]
前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、複数のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクと前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクとが混合された混合インクであって、それぞれ異なる比率で混合された複数の混合インクを前記複数のインクジェットヘッドそれぞれのインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記複数のインクジェットヘッドから1つのインクジェットヘッドを順に選択する選択工程であって、前記第2のインクの比率の高い混合インクが供給されるインクジェットヘッドから順に選択する選択工程と、
前記選択されたインクジェットヘッドから混合インクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程と、
を備える、[1]に記載の導電パターンの形成方法。
[9]
前記ポリマー又はオリゴマーとしてウレタンポリマー又はオリゴマーを含有する、[8]に記載の導電パターンの形成方法。
[10]
前記ウレタンポリマー又はオリゴマーが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、[9]に記載の導電パターンの形成方法。
前記基材が合成樹脂製の基材である、[8]〜[10]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[12]
前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴のインク量が0.5〜150pLである、[8]〜[11]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[13]
前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴の液滴径が2〜450μmである、[8]〜[12]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[14]
前記金属の平均粒子径が5〜1000nmである、[1]〜[13]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[15]
前記金属は金、銀、銅、白金、アルミニウム、パラジウム、及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1つを含む粒子、又は、前記群から選択される2つ以上の金属を含む合金の粒子である、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[16]
前記ポリマー及びオリゴマーを含有するインク組成物に、沸点が60℃〜300℃の溶媒が更に含有されている、[1]〜[15]いずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
[17]
[1]〜[16]のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法を使用してなる、プリント配線板の製造方法。
[18]
[17]に記載の製造方法により製造された、プリント配線板。
金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物の少なくとも2種のインク組成物をインクジェット法により前記基材上に吐出して前記組成傾斜膜を作成する、導電パターンの形成方法に関する。
図1に、本発明に係る方法で形成される導電パターンの組成傾斜膜の断面を模式的に示す。
本発明に係る導電パターン1は、基材2上に組成傾斜膜3からなるパターンを有する。組成傾斜膜3は、その厚み方向において基材2に最も遠い側Aから基材2に最も近い側Bに向かって(即ち、図1中の矢印の方向に)、金属から樹脂に連続的に組成が変化している。
ここで、「厚み方向」とは組成傾斜膜3の「膜厚方向」を意味する。「厚み方向において金属から樹脂に連続的に組成が変化する」とは、厚み方向に組成傾斜膜をある厚み(例えば、0.1〜5μm)の領域毎に区切り、各領域での樹脂と金属の総質量に対する樹脂の質量が占める割合(以下、「樹脂の含有率」という)をみたときに、隣接する領域間の樹脂の含有率の差が50%以下、好ましくは30%以下であることを意味する。隣接する領域間の樹脂の含有率の差が50%より大きくなると、樹脂の含有率の変化が段階的となってしまい、高い密着性及び導電性を得ることができない。なお、ある2つの隣接する領域間の樹脂の含有率の差が0%であってもよい。
組成傾斜膜3の基材に最も遠い側Aにおける樹脂の含有率(例えば、Aから厚み0.1〜5μmまでの領域における樹脂の含有率)は、高い導電性を得る観点から、0〜50%であることが好ましく、0〜30%であることがより好ましく、実質的に0%(0〜0.2%)であることが更に好ましい。また、基材に最も近い側Bにおける樹脂の含有率(例えば、Bから厚み0.1〜5μmまでの領域における樹脂の含有率)は、高い密着性を得る観点から、50〜100%であることが好ましく、70〜100%であることがより好ましく、実質的に100%(99〜100%)であることが更に好ましい。
各領域における樹脂の含有率は、例えば、XPSの深さ方向プロファイルにより求めることができる。
図2に示す導電膜1aは、基材2上に組成傾斜膜3を有し、該組成傾斜膜3は、樹脂の含有率の異なる複数の層3−1、3−2、3−3、3−4、3−5を有する。層3−1、3−2、3−3、3−4、3−5は、基材2に最も遠いA側の層3−5から基材2に最も近いB側の層3−1に向かって(即ち、図2中の矢印の方向に)、樹脂の含有率が0%〜100%の範囲内で連続的に大きくなっている。
良好な密着性及び導電性を得る上で、層3−1、3−2、3−3、3−4、3−5のうち、隣り合う2層の樹脂の含有率の差は50%以下であり、好ましくは30%以下である。また、基材2に最も遠いA側の層3−5の樹脂の含有率は0%〜20%であることが好ましく、0%〜15%であることがより好ましい。基材2に最も近いB側の層3−1の樹脂の含有率は80%〜100%であることが好ましく、85%〜100%であることがより好ましい。
図2では、層3−1、3−2、3−3、3−4、3−5の5層を積層して組成傾斜膜3を作成しているが、積層する層の数は特に限定されない。好ましくは3〜10層であり、より好ましくは3〜7層である。また、各層の厚みは0.1μm〜5μmが好ましく、0.3μm〜3μmがより好ましい。各層の厚みは実質的に等しい(厚みの誤差が±0.5μmの範囲)ことが好ましい。
なお、層間の界面が明確でない場合には、組成傾斜膜3の厚み方向において厚み0.1μm〜5μmで区切った領域を「層」とみなしてもよい。
各領域における樹脂の含有率は、例えば、XPSの深さ方向プロファイルにより求めることができる。
本発明における組成傾斜膜の膜厚は、1μm以上が好ましく、1μm〜20μmがより好ましく、3μm〜10μmが更に好ましい。この範囲であれば、導電性が良好な導電パターンを得ることができる。また、この範囲は、当該導電パターンを使用してなるデバイス等の性能、商品価値を損なわないという観点からも好ましい範囲である。
以下、本発明で使用するインクについて説明する。
本発明で使用するインク組成物は、金属を含有するインク組成物と、ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物とに大別される。インク組成物は、金属、ポリマー又はオリゴマー以外に、溶媒、バインダー成分、その他の添加剤を含んでもよい。
当該インク組成物は単独でインクとして使用してもよく、2種以上のインク組成物を混合しインクとして使用してもよい。
本発明で使用するインクとして、金属を含有するインク組成物を含むインクと、ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含むインクとを、それぞれ独立した2種以上のインクとして使用してもよいし、金属を含有するインク組成物を含むインクと、ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含むインクとを、混合してなる混合インクとして使用してもよい。
該インクは、金属、ポリマー又はオリゴマー以外に、溶媒、バインダー成分、その他の添加剤を含んでもよい。
本発明で使用するインク組成物が含有する金属としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム及びこれらの混合物又は合金を用いることができる。金、銀、銅、白金、アルミニウム、パラジウム、ニッケル及びこれらの混合物又は合金を用いることが好ましい。低価格で汎用性が高く、良好な電気伝導性を有する点から、銅又は銀を用いることが更に好ましく、銅を用いることが最も好ましい。
インク中における金属の含有量は、該インクがインクジェット法に使用可能な範囲であれば特に制限されるものではないが、インクジェット適性の点から、5〜70質量%であることが好ましく、10〜50質量%であることが更に好ましく、20〜40質量%であることが特に好ましい。
金属は、インクジェット適合性及び安定性の観点から、該金属又は該金属を含む合金の粒子としてインクに含まれることが好ましく、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム、パラジウム、ニッケル及びこれらの混合物又は合金からなる粒子が挙げられる。該粒子の平均粒径は、該粒子を含むインクがインクジェット法で使用可能な範囲であれば特に制限されるものではないが、導電パターンの製造適性やインクジェット適性の点から、5nm〜1000nmであることが好ましく、5nm〜500nmであることがより好ましく、5nm〜200nmであることが更に好ましい。
本発明で使用するインク組成物が含有するポリマー又はオリゴマーとしては、該インクがインクジェット法に使用可能な範囲であれば特に制限されるものではないが、例えば、ウレタン、アルキルメタクリレート、アルキルアクリレート等のポリマー又はオリゴマー若しくはこれらの混合物を用いることができる。
上記アリーレン基としては、フェニレン基又はナフチレン基が好ましい。
上記ビアリーレン基としては、ビフェニレン基又はビナフチレン基が好ましい。
上記アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
上記アリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましい。
上記へテロアリール基としては、ピリジル基が好ましい。
本発明に係るインク組成物は、金属、ポリマー又はオリゴマーと溶媒とを混合して調製する。
溶媒としては、水、有機溶媒から適宜選択して用いることができ、沸点が50℃以上の液体であることが好ましく、沸点が60℃〜300℃の範囲の有機溶媒であることがより好ましい。
溶媒は、インク組成物中の固形分濃度が1〜70質量%となる割合で用いることが好ましい。更には、5〜60質量%が好ましい。この範囲において、得られるインクは作業性良好な粘度の範囲となる。
これらの溶媒は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して使用することができる。好ましい溶媒としては、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、イソプロパノール、ブタノールが挙げられる。
本発明に係るインク組成物には、上記金属、ポリマー又はオリゴマーの他、錯化剤、表面張力調整剤、防汚剤、耐水性付与剤、耐薬品性付与剤等の他の添加剤を含むことができる。
金属を含むインクには、錯化剤及び分散剤を用いることが好ましい。錯化剤としては、酢酸及びクエン酸等のカルボン酸類や、アセチルアセトン等のジケトン類、トリエタノールアミン等のアミン類等が挙げられる。また、分散剤としては、ステアリルアミン、ラウリルアミン等のアミン類等が挙げられる。
本発明に係るインクの粘度は、成膜時の均一性、インクジェット吐出時の安定性、インクの保存安定性の観点から、5〜40cPが好ましく、5〜30cPがより好ましく、8〜20cPが更に好ましい。
また、インクの表面張力は、成膜時の均一性、インクジェット吐出時の安定性、インクの保存安定性の観点から、10〜40mN/mが好ましく、15〜35mN/mがより好ましく、20〜30mN/mが更に好ましい。
次に、本発明の方法により形成される導電パターンを構成する基材について説明する。
本発明における基材としては特に制限されるものでく、有機、無機又は金属製のあらゆる基材を用いることができる。
一方、本発明の方法をプリント配線板の製造方法に使用する際には、軽量で柔軟性があり、かつ、安価である合成樹脂製の基材を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンテレフタレート製等の基材を用いることが好ましく、低価格で汎用性が高いことから、ポリエチレンテレフタレート製の基材を用いることが特に好ましい。
基材の厚さは通常25μm〜1000μm程度のものを用いることができるが、好ましくは25μm〜250μmであり、30μm〜90μmであることがより好ましい。
基材の幅は任意のものを使うことができるが、ハンドリング、得率、生産性の点から通常は1000mm以下のものが用いられ、800mm以下であることが好ましく、600mm以下であることが更に好ましい。透明支持体はロール形態の長尺で取り扱うことができ、通常200m以内、好ましくは100m以内のものである。
基材の表面は平滑であることが好ましく、平均粗さRaの値が1μm以下であることが好ましく、0.8μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることが更に好ましい。
以下、本発明のインクジェット法による組成傾斜膜の作成について説明する。
本発明においては、金属を含有するインク組成物を含むインクと、ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含むインクとをそれぞれ独立した2種以上のインクとしてをインクジェット法により基材上に吐出するか、金属を含有するインク組成物を含むインクと、ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含むインクとを混合してなる混合インクをインクジェット法により基材上に吐出する。
インクの液滴の制御は主にプリントヘッドにより行われる。例えばサーマルインクジェット方式の場合、プリントヘッドの構造で打滴量を制御することが可能である。すなわち、インク室、加熱部、ノズルの大きさを変えることにより、所望のサイズで打滴することができる。またサーマルインクジェット方式であっても、加熱部やノズルの大きさが異なる複数のプリントヘッドを持たせることで、複数サイズの打滴を実現することも可能である。ピエゾ素子を用いたドロップオンデマンド方式の場合、サーマルインクジェット方式と同様にプリントヘッドの構造上打滴量を変えることも可能であるが、ピエゾ素子を駆動する駆動信号の波形を制御することによっても、同じ構造のプリントヘッドで複数のサイズの打滴を行うことができる。
後述する描画混合法に用いられる、金属を含有するインク組成物を含むインクと、ポリマーを又はオリゴマーを含有するインク組成物を含むインクの調製について説明する。
前記インクは、各材料を混合することで調製することができる。各材料を混合する際には攪拌機により攪拌してもよい。攪拌時間は特に限定されないが、通常30分〜60分であり、30分〜40分が好ましい。また混合する際の温度は、通常10℃〜40℃であり、20℃〜35℃が好ましい。
後述するインク混合法においては、上述のように調製したインクを混合して用いることができる。
本発明の方法としては、基材上に、厚み方向において前記基材に最も遠い側から前記基材に最も近い側に向かって金属から樹脂に連続的に組成が変化する組成傾斜膜を有する、導電パターンの形成方法であって、
金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物の少なくとも2種のインク組成物をインクジェット法により前記基材上に吐出して前記組成傾斜膜を作成する、導電パターンの形成方法において、
前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、少なくとも第1のインクジェットヘッドと第2のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクを、第1のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクを、第2のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記第1のインクジェットヘッドから吐出される第1のインクの量と前記第2のインクジェットヘッドから吐出される第2のインクの量との比率を決定する制御工程と、
前記決定された比率に従って、前記第1のインクジェットヘッド及び前記第2のインクジェットヘッドの少なくとも一方から前記第1のインク又は前記第2のインクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程と、
を備え、
前記制御工程において、前記複数層の厚み方向において前記基材に近い層から遠い層に向かって、前記第1のインクの比率が大きくなり、かつ前記第2のインクの比率が小さくなるように前記比率を決定する方法が好ましい。
図3は、描画混合法に係る組成傾斜膜作成装置100の全体構成図であり、図4は、組成傾斜膜作成装置100の描画部10の概略図である。これらの図に示すように、組成傾斜膜作成装置100は、描画部10を含んで構成され、描画部10は、フラットベッドタイプのインクジェット描画装置が用いられている。詳細には、描画部10は、基材である基材が載置されるステージ30、ステージ30に載置された基材を吸着保持するための吸着チャンバー40、基材20に向けて各インクを吐出するインクジェットヘッド50A(以下、インクジェットヘッド1)及びインクジェットヘッド50B(以下、インクジェットヘッド2)を含み構成されている。
このように構成された導電パターン作製装置100を用いた組成傾斜膜の作成について、図5を用いて説明する。
本発明においては、上記のとおり、前記形成工程において吐出された層を半乾燥させる工程を有することが好ましく、半乾燥させるためには、例えば、インク吐出終了後、40〜120℃の環境温度に一定時間保持することが好ましく、50〜100℃の環境温度に一定時間保持することが好ましい。該保持する時間としては、10〜120秒が好ましく、20〜90秒がより好ましい。
すなわち、前記形成工程において、吐出された前記第1のインクと前記第2のインクを拡散混合させる工程を有することが好ましい。拡散混合させる方法としては、加熱による対流を利用する方法や超音波を利用する方法などが挙げられる。
各層の形成工程において、第1のインクジェットヘッド及び第2のインクジェットヘッドから吐出するインク滴の液滴径は膜厚制御及び細線形成性の観点から、1〜300μmとすることが好ましく、5〜250μmがより好ましく、10〜200μmが更に好ましい。
更に、各層の形成工程において、第1のインクと第2のインクのうち吐出量の比率が小さい方のインクについて、インクジェットヘッドから吐出するインク滴の液適量及び液滴径の少なくとも一方を前記比率が大きなインクより小さくすることが好ましい。例えば、前記比率が小さなインクのインク滴が0.3〜60pLであり、前記比率が大きなインクのインク滴が1〜100pLであることが好ましい。これにより、拡散混合する時間を短くしたり、混合の均一性を向上することができる。
なお、インク滴の「液滴径」とは、液滴直径の長さを意味し、インクジェット吐出時の飛翔状態写真から測定することができる。
上記B側又はA側にけるインク2又はインク1の比率は、得ようとする組成傾斜膜の密着性や導電性等の特性により、適宜調節することが可能である。
このように吐出することにより、混合層24−2を形成する際の拡散混合の時間を短縮することができる。
本発明の方法としては、基材上に、厚み方向において前記基材に最も遠い側から前記基材に最も近い側に向かって金属から樹脂に連続的に組成が変化する組成傾斜膜を有する、導電パターンの形成方法であって、
金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物の少なくとも2種のインク組成物をインクジェット法により前記基材上に吐出して前記組成傾斜膜を作成する、導電パターンの形成方法において、
前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、複数のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクと前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクとが混合された混合インクであって、それぞれ異なる比率で混合された複数の混合インクを前記複数のインクジェットヘッドそれぞれのインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記複数のインクジェットヘッドから1つのインクジェットヘッドを順に選択する選択工程であって、前記第2のインクの比率の高い混合インクが供給されるインクジェットヘッドから順に選択する選択工程と、
前記選択されたインクジェットヘッドから混合インクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程とを備える方法が好ましい。
描画混合法による実施形態と同様に、ステージ30上に基材20を載置し、吸着及び加熱を行う。
インク混合法においても、前記形成工程において吐出された層を半乾燥させる工程を有することが好ましく、半乾燥させるためには、例えば、インク吐出終了後、40〜120℃の環境温度に一定時間保持することが好ましく、50〜100℃の環境温度に一定時間保持することが好ましい。該保持する時間としては、10〜120秒が好ましく、20〜90秒がより好ましい。
各層の形成工程において、インクジェットヘッドから吐出するインク滴の液滴径は良好な膜形成性の観点から、2〜450μmとすることが好ましく、5〜350μmがより好ましく、10〜250μmが更に好ましい。
上記組成成分比は、得ようとする組成傾斜膜の密着性や導電性等の特性により適宜調節することが可能である。
本発明に係る導電パターンの線幅は特に制限されるものではないが、1μm以上、200μm以下であることが好ましく、2μm以上、150μm以下であることがより好ましい。線幅が1μm以上、200μm以下であると、低抵抗の導電パターンを比較的容易に形成することができる。
導電パターンの体積抵抗率は、1×10−2Ω・m以下であることが好ましく、1×10−3Ω・m以下であることがより好ましく、1×10−4Ω・m以下であることが更に好ましい。体積抵抗率は低いほど好ましいが、現実的な下限値としては、1×10−4Ω・m以上である。
本発明に係る導電パターンの形成方法は、プリント配線板の製造方法に好ましく適用することができる。
当該製造方法にて製造されたプリント配線板は、製造適性に優れ、密着性及び導電性が高く、かつ、導電パターン同士の融合がないため、小型化、薄型化されたデバイスに対しても十分に適用することができる。
(金属インクの作成)
〜金属インクA1〜
銅ナノ粒子MD50(平均粒子径50nm、石原産業製) 10g
ラウリルアミン(東京化成(株)製) 3g
シクロヘキサノン(和光純薬(株)製) 27g
〜樹脂インクB1〜
ウレタンオリゴマーUN−1225(根上工業(株)製) 50g
シクロヘキサノン(和光純薬(株)製) 450g
透明PET基材(膜厚150μm、富士フイルム製)上に、下記インクジェット描画法Aにより、厚さ10μmの組成傾斜膜からなる導電パターン(線幅100μm)を形成し、該導電パターンの基材との密着性、導電性、パターン形成を評価した。
図3に示すようなインクタンク1、インクタンク2に金属インクA1、樹脂インクB1をそれぞれ充填した。インクジェットヘッド1、インクジェットヘッド2に供給されるインクは、それぞれ金属インクA1、樹脂インクB1である。
はじめに、インクジェットヘッド2からの吐出されるインク滴の液適量を10pL、液滴径が30μmとなるように制御し、窒素ガス雰囲気中でインクジェットヘッド2から樹脂インクB1を吐出させた。ここで、インクジェットヘッド1からは金属インクA1を吐出させないで(即ち、インクジェットヘッド2から吐出するインクの吐出量とインクジェットヘッド1から吐出するインクの吐出量の比(質量%)が100:0)としてインク層1を形成し、80℃30秒間乾燥し、半乾燥させた。
続いて、インクジェットヘッド2から吐出するインクの吐出量と、インクジェットヘッド1から吐出するインクの吐出量の比(質量%)を75:25(インク層2)、50:50(インク層3)、25:75(インク層4)、0:100(インク層5)と変化させて積層と半乾燥を繰り返し、最終的に全乾燥(110℃60秒間)させ、組成傾斜膜からなる導電パターンを形成した。
ここで、インク層2形成時のインクジェットヘッド1から吐出させる金属インクA1のインク滴の液適量は5pL、液滴径を20μmとし、インクジェットヘッド2から吐出させる樹脂インクB1のインク滴の液適量は10pL、液滴径を30μmとした。インク層3形成時には、金属インクA1のインク滴の液適量は10pL、液滴径を30μmとし、樹脂インクB1のインク滴の液適量は10pL、液滴径を30μmとした。インク層4形成時には、金属インクA1のインク滴の液適量は10pL、液滴径を30μmとし、樹脂インクB1のインク滴の液適量は5pL、液滴径を20μmとした。インク層5形成時には、金属インクA1のインク滴の液適量は10pL、液滴径を30μmとした。また、全乾燥後のインク層1〜5の膜厚はそれぞれ2μmとなるようにした。
<密着性>
作成した導電膜に対し、クロスハッチテスト(EN ISO2409)を実施した。評価基準については、ISO2409に準拠し、結果は0〜5点の点数評価で示した。
作成した導電膜を、Loresta MP MCP−T350(三菱化学(株)製)にて体積抵抗率を測定し、結果は下記基準にて評価した。
4:体積抵抗率:1×10−5Ω・m以下
3:体積抵抗率:1×10−5Ω・mより大きく1×10−4Ω・m以下
2:体積抵抗率:1×10−4Ω・mより大きく1×10−2Ω・m以下
1:体積抵抗率:1×10−2Ω・mより大きい
インクジェットにより、透明PET基材(膜厚150μm、富士フイルム製)基材上に線幅100μmの組成傾斜膜からなる導電パターンを描画し、描画した直線の直線性を目視評価して、下記評価基準の限度見本により評価を実施した。
4:線の両幅が直線であり、100μm±5μm以内の線幅を再現
3:線の両幅にジグザグが残る、線幅は100μm±10μm以内の線幅を再現
2:線の両幅にジグザグが顕著、線幅は100μm±20μm以内の線幅を再現
1:線の両幅にジグザグが顕著、かつ線幅は不均一で、部分的にバルジが発生
実施例1で用いた金属インクA1と樹脂インクB1とを混合したインクG1(混合比(質量%)A1:B1=25:75)、G2(混合比(質量%)A1:B1=50:50)、G3(混合比(質量%)A1:B1=75:25)を作成し、A1及びB1を含めた5種のインクをそれぞれ計5個のプリントヘッドを用い、透明PET基材(膜厚150μm、富士フイルム製)上にB1(最下層)、G1、G2、G3、A1(最上層)の順にて、下記のインクジェット描画法Bにより膜厚が10μmの組成傾斜膜(線幅100μm)からなる導電パターンを形成した。本導電パターンが形成された透明PET基材を用い、組成傾斜膜と基材との密着性、導電性、パターン形状を評価した。結果を下記表1に示す。
図7に示すインクタンク60−1〜60−5にインクB1、G1、G2、G3、A1をそれぞれ充填した。インクジェットヘッド50−1〜50−5に供給されるインクは、それぞれインクB1、G1、G2、G3、A1である。
はじめにインクジェットヘッド50−1よりインクB1を、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴の液滴量を10pL、液滴径が30μmとなるように制御しながら、窒素ガス雰囲気中で吐出させた。
このように形成したインクB1層を、80℃30秒間乾燥し、半乾燥させた。
次に、インクジェットヘッド50−2から同様にインクG1を吐出し、インクG1層を積層、半乾燥させた。これを、インクG2、G3、A1についても繰り返し、積層と半乾燥を繰り返し、最終的に全乾燥(110℃60秒間)させることで組成傾斜膜を作成した。
なお、全乾燥後のインク層B1、G1、G2、G3、A1の膜厚はそれぞれ2μmとなるようにした。
金属インク及び樹脂インクが含有する金属及びポリマー又はオリゴマーを下記表1に記載のものに置き換え、その他は実施例1と同様の方法で、膜厚が10μmの組成傾斜膜(線幅100μm)からなる導電パターンを形成し、基材との密着性、導電性、パターン形状を評価した。結果を下記表1に示す。
実施例1で用いた金属インクA1のみを用いて、透明PET基材(膜厚150μm、富士フイルム製)上に、1層のみから構成される膜厚が10μmの導電パターン(線幅100μm)をインクジェット描画により形成し、基材との密着性、導電性、パターン形状を評価した。結果を下記表1に示す。
実施例1で用いた金属インクA1及び樹脂インクB1をあらかじめ混合し(混合比(質量比)=1:1)、良く攪拌して得られた混合インクE1を用いて、透明PET基材(膜厚150μm、富士フイルム製)上に、1層のみから構成される膜厚が10μmの導電パターン(線幅100μm)をインクジェット描画により形成し、基材との密着性、導電性、パターン形状を評価した。結果を下記表1に示す。
また、異なる樹脂を含有するインク間での性能の差異について検討すると、密着性に関しては、ウレタン樹脂を含有するインクを使用した場合の方がその他の樹脂を含有するインクを使用した場合よりも良好な性能を示した。本現象は、ウレタン樹脂の基材との密着性が良好なことに加え、ウレタン結合と金属粒子との配位相互作用により傾斜膜内の凝集力が向上し強固な膜が形成されていることに起因すると考えられる。
また、比較例2のように、金属インクと樹脂インクを混合し、組成傾斜のない単一層の導電パターンを形成した場合、十分な基材への密着、高い導電性、良好なパターンを示さなかった。当該導電パターンは有機物と金属の混合物により形成されているため、有機物の絶縁性が原因で十分な導通が阻害されるのみでなく、インクとして基材への濡れ広がり性が制御されていないため、バルジ等の発生が顕著になったと考えられる。
2 基材
3 組成傾斜膜
10 描画部
100 組成傾斜膜作成装置
Claims (18)
- 基材上に、厚み方向において前記基材に最も遠い側から前記基材に最も近い側に向かって金属から樹脂に連続的に組成が変化する組成傾斜膜を有する、導電パターンの形成方法であって、
金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物の少なくとも2種のインク組成物をインクジェット法により前記基材上に吐出して前記組成傾斜膜を作成する、導電パターンの形成方法。 - 前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、少なくとも第1のインクジェットヘッドと第2のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクを、第1のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクを、第2のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記第1のインクジェットヘッドから吐出される第1のインクの量と前記第2のインクジェットヘッドから吐出される第2のインクの量との比率を決定する制御工程と、
前記決定された比率に従って、前記第1のインクジェットヘッド及び前記第2のインクジェットヘッドの少なくとも一方から前記第1のインク又は前記第2のインクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程と、
を備え、
前記制御工程において、前記複数層の厚み方向において前記基材に近い層から遠い層に向かって、前記第1のインクの比率が大きくなり、かつ前記第2のインクの比率が小さくなるように前記比率を決定する、請求項1に記載の導電パターンの形成方法。 - 前記ポリマー又はオリゴマーとしてウレタンポリマー又はオリゴマーを含有する、請求項2に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記ウレタンポリマー又はオリゴマーが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、請求項3に記載の導電パターンの形成方法。
(上記一般式中、R1〜R3はそれぞれ独立して、アルキレン基、アリーレン基又はビアリーレン基を表し、R4〜R6はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。) - 前記基材が合成樹脂製の基材である、請求項2〜4のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴のインク量が0.3〜100pLである、請求項2〜5のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴の液滴径が1〜300μmである、請求項2〜6のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記少なくとも2種のインク組成物として、少なくとも、金属を含有するインク組成物とポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を用い、
前記インクジェット法が、複数のインクジェットヘッドを用いるものであり、
前記金属を含有するインク組成物を含む第1のインクと前記ポリマー又はオリゴマーを含有するインク組成物を含む第2のインクとが混合された混合インクであって、それぞれ異なる比率で混合された複数の混合インクを前記複数のインクジェットヘッドそれぞれのインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記複数のインクジェットヘッドから1つのインクジェットヘッドを順に選択する選択工程であって、前記第2のインクの比率の高い混合インクが供給されるインクジェットヘッドから順に選択する選択工程と、
前記選択されたインクジェットヘッドから混合インクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して前記基材上に前記層を複数層積層して前記組成傾斜膜を得る積層工程と、
を備える、請求項1に記載の導電パターンの形成方法。 - 前記ポリマー又はオリゴマーとしてウレタンポリマー又はオリゴマーを含有する、請求項8に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記ウレタンポリマー又はオリゴマーが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、請求項9に記載の導電パターンの形成方法。
(上記一般式中、R1〜R3はそれぞれ独立して、アルキレン基、アリーレン基又はビアリーレン基を表し、R4〜R6はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。) - 前記基材が合成樹脂製の基材である、請求項8〜10のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴のインク量が0.5〜150pLである、請求項8〜11のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記形成工程において、前記第1及び第2のインクジェットヘッドから吐出する液滴の液滴径が2〜450μmである、請求項8〜12のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記金属の平均粒子径が5〜1000nmである、請求項1〜13いずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記金属は金、銀、銅、白金、アルミニウム、パラジウム、及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1つを含む粒子、又は、前記群から選択される2つ以上の金属を含む合金の粒子である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 前記ポリマー及びオリゴマーを含有するインク組成物に、沸点が60℃〜300℃の溶媒が更に含有されている、請求項1〜15いずれか一項に記載の導電パターンの形成方法。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載の導電パターンの形成方法を使用してなる、プリント配線板の製造方法。
- 請求項17に記載の製造方法により製造された、プリント配線板。
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