JP5545802B2 - 導電パターン製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼成にて導電パターンを製造するための導電パターン製造方法に関する。

従来から、電子回路や集積回路などの配線として金属の導電パターンを製造するために、フォトリソグラフィー法が用いられている。これは、基板に金属の導電層を形成して、感光剤であるいわゆるレジストを塗布して、導電パターンのマスクを使用して露光現像して、必要のない導電層部分を除去する方法である。この方法では、形成に要する装置や工程が多く、生産性が低くなることもあり、製造費用がかかるなどの問題があった。

そこで、特開２００２−１３４８７８号公報のように、マスクを使用せずに、基板に直接、導電性インクジェットインクを用いてインクジェット印刷して、焼成にて導電パターンを製造する方法や、特許第４０４２４９７号公報のように、マスクを使用せずに、基板に微粒子を含有したインク受容層を形成して、導電性インクジェットインクを用いてインクジェット印刷して、焼成にて導電パターンを製造する方法が開発されている。

特開２００２−１３４８７８号公報 特許第４０４２４９７号公報

基板に直接、インクジェット印刷するとにじむことがある。にじむことなく設定した導電パターンを製造するため、基板にインク受容層を形成する方法があり、上記特許第４０４２４９７号公報のようなインク受容層が開発されているが、しかしながら、製造された導電パターンと基板との密着性が良いものではなかった。

本発明が解決しようとする課題は、導電性インクジェットインクを使用してインクジェット印刷してもにじむことがなく、焼成にて製造された導電パターンと基板との密着性が良いものを提供することである。

これらの課題を解決するために、微粒子を含まず、膨潤タイプのインク受容層にてインク溶媒を吸収してにじみを抑えて、かつ、インク受容層の樹脂中のシリコンによって、基板との密着性を良くしたものである。

本発明は、微粒子を含まず、少なくともアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂からなり、これらの樹脂は、どちらの樹脂においても一方の樹脂だけで２５℃〜１５０℃の乾燥にて膜化でき、互いに相溶できるものであり、シリコン含有量が固形分比で０．１重量％〜０．５重量％であるインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、２５℃〜１５０℃の乾燥にてインク受容層を単層で形成して、有機保護コロイドを有する導電性金属ナノ粒子からなる導電性インクジェットインクを用いて印刷して、２００℃以上の焼成にてアクリルシリコン樹脂やインク溶媒吸収樹脂の有機成分が先に揮散して、続いて金属ナノ粒子が焼結して、それとともにシリコンが金属とポリイミド基板との密着性を良くする導電パターンとなることを特徴とする導電パターン製造方法である。

本発明により、導電性インクジェットインクを使用してインクジェット印刷してもにじむことがなく、焼成にて製造された導電パターンと基板との密着性が良いものを提供することができるようになった。

基板にインク受容層を形成した断面を示した説明図である。 図１にインクジェット印刷した印刷部を示した説明図である。 図２を焼成にて形成した導電部を示した説明図である。

本発明のインク受容層塗工液は、基板に塗布して、２５℃〜１５０℃の乾燥にてインク受容層を単層で形成するものである。微粒子を含まず、膨潤タイプのインク受容層にてインク溶媒を吸収してにじみを抑えて、かつ、インク受容層の樹脂中のシリコンによって、基板との密着性を良くしたものである。

基板は、導電パターンの目的にあったものであれば良いが、２００℃以上の焼成にも耐えうる必要があり、材料としては、ポリイミドが良い。ポリイミドのような耐熱性のある樹脂であれば、基板をフィルム状にすることもできる。フィルム状であれば、いわゆるコーターにてインク受容層塗工液を塗布することができる。

インク溶媒を吸収する膨潤タイプのインク受容層であり、少なくともアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂からなり、これらの樹脂は、どちらの樹脂においても一方の樹脂だけで２５℃〜１５０℃の乾燥にて膜化でき、互いに相溶できる必要がある。

膜化が２５℃〜１５０℃の乾燥であるのは、これより低いと膜化ができにくいことがあり、これより高いと樹脂の熱分解が始まり、インク溶媒の吸収が悪くなることがある。

互いに相溶して基板に塗布して膜化すると、一方の樹脂だけで膜化するので、アクリルシリコン樹脂のネットワークとインク溶媒吸収樹脂のネットワークとが複雑に絡まり合って膜化されたインク受容層となる。

ここで、アクリルシリコン樹脂のネットワークは主にインク受容層を維持する骨格となり、インク溶媒吸収樹脂のネットワークは主に膨潤してインク溶媒を吸収する部分となると考えられる。これにより、微粒子を含まない膨潤タイプのインク受容層であっても、膨潤してもインク受容層の厚みが大きく膨らむことがなく、インク溶媒を吸収することができるものである。また、複雑に絡まり合っているため、どこに印刷してもインク溶媒がほぼ均等にインク受容層に吸収されることになり、微粒子を含有したインク受容層より、にじみが生じにくい。

インク溶媒吸収樹脂が少ないと、インク溶媒の吸収が悪くなりにじんだりする不具合が起こりやすくなる。固形分比で、インク溶媒吸収樹脂は５０重量％〜９５重量％が好ましく、６０重量％〜９０重量％がより好ましい。また、塗工液には各種添加剤を含んでもよい。

インク溶媒吸収樹脂としては、導電性インクジェットインクの溶媒を吸収することができ、アクリルシリコン樹脂と互いに相溶して基板に塗工でき、２５℃〜１５０℃の乾燥にて膜化することができるものであればよい。例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、無水マレイン酸樹脂、スチレンブタジエン樹脂などで、そのような性質を有するものが使用できる。

インクに用いる溶媒が水である場合は、ポリビニルアルコールが好ましく、有機溶剤である場合はポリウレタン樹脂が好ましい。

シリコンは、微粒子ではなく、アクリル樹脂にシリコンを変性させたアクリルシリコン樹脂を使用している。このようなアクリル樹脂に変性させたシリコンにより、インク溶媒吸収樹脂と互いに相溶してポリイミド基板に塗布するので、シリコンをインク受容層に偏りなく分布させることになる。これを焼成することで、アクリルシリコン樹脂やインク溶媒吸収樹脂の有機成分が先に揮散して、続いて金属ナノ粒子が焼結して、それとともにシリコンが金属とポリイミド基板との密着性を良くしているものである。

シリコン含有量は、固形分比で０．１重量％〜５．０重量％であるのが好ましい。これより少なくても多くても、密着性を良くするような効果は見られない。少ない場合は、シリコンが金属と基板との密着性を良くすることができていないが、多い場合には、シリコン同士の密着が強くなって、金属と基板との密着を良くする効果が得られないのではないかと推測している。シリコン含有量は、固形分比で０．３重量％〜０．５重量％であるのがより好ましい。

この受容層塗工液を用いた導電パターン製造方法を、図を用いて説明する。

図１は、基板１にインク受容層２を形成した断面を示した説明図である。基板１にインク受容層塗工液を塗布して、２５℃〜１５０℃の乾燥にて膜化して、インク受容層２を単層で形成したものである。

図２は、図１にインクジェット印刷した印刷部３を示した説明図である。図１のインク受容層２に導電性インクジェットインクを用いてインクジェット印刷したものである。

導電性インクジェットインクは、有機保護コロイドを有する導電性金属ナノ粒子からなるものが一般的である。有機保護コロイドを有することでインク溶媒に分散させることができ、インクジェット印刷ができる。

インクジェット印刷の吐出方式としては、ピエゾ圧電素子を用いて圧力によってヘッドノズルからインクを吐出させる方式であるピエゾ式が適している。インクに瞬時に熱を加えてヘッドノズルからインクを吐出させるサーマル式では、熱に対してインク自体や有機保護コロイドなどが不安定になって、ドット欠けや飛行曲がり、にじみやハジキ、また、焼成にて製造した導電パターンにおいて抵抗値のバラツキが大きくなるなどの不具合が生じることがある。

金属ナノ粒子の平均粒子径は１００ｎｍ以下であり、１０ｎｍ程度のものが適している。その金属ナノ粒子の周囲に有機保護コロイドを有している。そのため、印刷されたインク受容層２の印刷部３において、インク溶媒はインク受容層２に吸収されるが、金属ナノ粒子は受容層２の表面に残ることになる。また、インク溶媒が吸収されても、有機保護コロイドがあることにより、にじむことなく積み上がり厚さを出していると推測している。

図３は、図２を焼成にて形成した導電部４を示した説明図である。２００℃以上の焼成を行うものである。図は断面であるので、図では導電部４は隣同士で接していないが、図の上から見た平面であれば、導電部４は回路のように導電パターンになっている。

焼成による温度上昇に伴い、有機成分が先に揮散して、続いて金属ナノ粒子が焼結して導電パターンとなっている。そのため、インク受容層２の揮散とともに、有機保護コロイドの揮散も始まり、印刷部３のない部分から直接インク受容層２が揮散するだけでなく、印刷部３の下にあるインク受容層２も金属ナノ粒子の隙間を通って揮散していると考えられる。

このようにして、インク受容層塗工液を用いた導電パターンが製造される。

インク受容層塗工液としては、微粒子を含まず、次のようなアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂からなり、固形分比で、アクリルシリコン樹脂は４０重量％、インク溶媒吸収樹脂は６０重量％にして、溶媒に水を用いて相溶させて、インク受容層塗工液を作製した。このインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化して、インク受容層を単層で形成した。

アクリルシリコン樹脂として、ダイセル化学工業株式会社製「アクアブリッド９０８」を用いた。アクリルシリコン樹脂のシリコン比は１％であるので、シリコン含有量が固形分比で０．４重量％となる。インク溶媒吸収樹脂として、株式会社クラレ製のポリビニルアルコール「ＰＶＡ−２２０Ｅ」を用いた。

この実施例におけるアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂は、どちらの樹脂においても一方の樹脂だけを溶媒に水を用いて希釈して、ポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化できた。また、溶媒に水を用いてこれらを混合させても、層分離などすることなく、相溶させることができた。

導電性インクジェットインクとして、水系のもの、つまり、水に分散できるような有機保護コロイドを有する導電性金属ナノ粒子を、溶媒としての水に分散させたものを用いた。この水系導電性インクジェットインクを用いてピエゾ式インクジェットプリンタにて、インク受容層に次のような評価パターンを印刷した。評価パターンは、１辺がほぼ１００μｍの正方形を１００μｍ間隔で１０個×１０個の点状のパターンである。

印刷性の評価として、にじみやハジキがあるかないかを光学顕微鏡で拡大観察した。評価結果としては、にじみやハジキがなく、１辺がほぼ１００μｍの正方形になっていることを確認して、ＯＫとした。

密着性の評価として、インク受容層に評価パターンを印刷したものを、３００℃で焼成して、インク受容層の樹脂を揮散させて、基板に導電パターン（評価パターン）を製造した。この評価パターンにセロテープ（登録商標）を貼着して、ＪＩＳＫ５６００の付着性試験に準じて引き剥がして、１辺がほぼ１００μｍの正方形が剥がれた数を測定した。基板から浮き上がったものも剥がれたとした。評価結果としては、剥がれた数は２０個以下であり、ＯＫとした。

実施例１とはインク溶媒吸収樹脂が異なり、他は実施例１と同様にしてインク受容層塗工液を作製した。インク溶媒吸収樹脂として、株式会社村山化学研究所製のポリウレタン樹脂「ＰＵＥ９３０ＢＳ」を用いた。このインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化して、インク受容層を単層で形成した。

この実施例におけるアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂は、どちらの樹脂においても一方の樹脂だけを溶媒に水を用いて希釈して、ポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化できた。また、溶媒に水を用いてこれらを混合させても、層分離などすることなく、相溶させることができた。

導電性インクジェットインクとして、溶剤系のもの、つまり、有機溶剤に分散できるような有機保護コロイドを有する導電性金属ナノ粒子を、溶媒としての有機溶剤に分散させたものを用いた。この溶剤系導電性インクジェットインクを用いてピエゾ式インクジェットプリンタにて、インク受容層に次のような評価パターンを印刷した。評価パターンは、１辺がほぼ１００μｍの正方形を１００μｍ間隔で１０個×１０個の点状のパターンである。

印刷性の評価として、にじみやハジキがあるかないかを光学顕微鏡で拡大観察した。評価結果としては、にじみやハジキがなく、１辺がほぼ１００μｍの正方形になっていることを確認して、ＯＫとした。

密着性の評価として、インク受容層に評価パターンを印刷したものを、３００℃で焼成して、インク受容層の樹脂を揮散させて、基板に導電パターン（評価パターン）を製造した。この評価パターンにセロテープ（登録商標）を貼着して、ＪＩＳＫ５６００の付着性試験に準じて引き剥がして、１辺がほぼ１００μｍの正方形が剥がれた数を測定した。基板から浮き上がったものも剥がれたとした。評価結果としては、剥がれた数は２０個以下であり、ＯＫとした。

導電性インクジェットインクは、有機保護コロイドを有する銀ナノ粒子と溶媒からなる。有機保護コロイドを有する銀ナノ粒子は、溶媒をノナノールに変更した大研化学工業株式会社製「ＮＡＧ−０９」を用いた。これに、インクジェットインクとしての適性を出すために、溶媒としてアイソパーＥを追加した。有機保護コロイドを有する銀ナノ粒子、ノナノール、アイソパーＥの混成比が、２７重量％、２７重量％、４６重量％からなる導電性インクジェットインクである。

この導電性インクジェットインクを用いてピエゾ式インクジェットプリンタにて、これら溶媒を吸収することができる実施例２のインク受容層に次のような評価パターンを印刷した。評価パターンは、１辺がほぼ１００μｍの正方形を１００μｍ間隔で１０個×１０個の点状のパターンである。

印刷性の評価として、にじみやハジキがあるかないかを光学顕微鏡で拡大観察した。評価結果としては、にじみやハジキがなく、１辺がほぼ１００μｍの正方形になっていることを確認して、ＯＫとした。

密着性の評価として、インク受容層に評価パターンを印刷したものを、３００℃で焼成して、インク受容層の樹脂を揮散させて、基板に導電パターン（評価パターン）を製造した。この評価パターンにセロテープ（登録商標）を貼着して、ＪＩＳＫ５６００の付着性試験に準じて引き剥がして、１辺がほぼ１００μｍの正方形が剥がれた数を測定した。基板から浮き上がったものも剥がれたとした。評価結果としては、剥がれた数は２０個以下であり、ＯＫとした。

（比較例１）
実施例１と樹脂の固形分比が異なり、他は実施例１と同様にしてインク受容層塗工液を作製した。固形分比で、アクリルシリコン樹脂は６０重量％、インク溶媒吸収樹脂は４０重量％にした。アクリルシリコン樹脂のシリコン比は１％であるので、シリコン含有量が固形分比で０．６重量％となる。このインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化して、インク受容層を単層で形成した。

実施例１と同様に、水系導電性インクジェットインクを用いてインク受容層に評価パターンを印刷して、評価した。印刷性の評価結果としては、にじみが見られ、また、密着性の評価結果としては、剥がれた数は２０個より多くあり、ＯＫとしなかった。

（比較例２）
実施例２と樹脂の固形分比が異なり、他は実施例２と同様にしてインク受容層塗工液を作製した。固形分比で、アクリルシリコン樹脂は６０重量％、インク溶媒吸収樹脂は４０重量％にした。アクリルシリコン樹脂のシリコン比は１％であるので、シリコン含有量が固形分比で０．６重量％となる。このインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、１２０℃の乾燥にて膜化して、インク受容層を単層で形成した。

実施例２と同様に、溶剤系導電性インクジェットインクを用いてインク受容層に評価パターンを印刷して、評価した。溶剤系導電性インクジェットインクは、実施例３のものを用いた。印刷性の評価結果としては、にじみが見られ、また、密着性の評価結果としては、剥がれた数は２０個より多くあり、ＯＫとしなかった。

１ 基板
２ インク受容層
３ 印刷部
４ 導電部

Claims (1)

1. 微粒子を含まず、少なくともアクリルシリコン樹脂とインク溶媒吸収樹脂からなり、これらの樹脂は、どちらの樹脂においても一方の樹脂だけで２５℃〜１５０℃の乾燥にて膜化でき、互いに相溶できるものであり、シリコン含有量が固形分比で０．１重量％〜０．５重量％であるインク受容層塗工液をポリイミド基板に塗布して、２５℃〜１５０℃の乾燥にてインク受容層を単層で形成して、有機保護コロイドを有する導電性金属ナノ粒子からなる導電性インクジェットインクを用いて印刷して、２００℃以上の焼成にてアクリルシリコン樹脂やインク溶媒吸収樹脂の有機成分が先に揮散して、続いて金属ナノ粒子が焼結して、それとともにシリコンが金属とポリイミド基板との密着性を良くする導電パターンとなることを特徴とする導電パターン製造方法。

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