(57)【要約】【課題】レーザ照射の際のエネルギー効率を向上させて、より低出力で、短時間で、確実に金属ナノインクを定着することが可能な導電性パターンの形成方法及びめっき端子の製造方法を提供する。【解決手段】母材１の表面にニッケルめっきが施されたニッケルめっき母材からなる基材３の表面に、金ナノインクを用いて所定の形状に塗布してパターン状ナノインク層４を形成した後、基材３の裏面のパターン状ナノインク層４が形成された部分の裏側にＹＡＧレーザを用いてレーザ光６を照射して、パターン状ナノインク層４を基材３の表面に定着させて、所定の形状の導電性パターン７を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に導電性ナノ粒子を含む金属ナノインクからなるパターン状ナノインク層を形成した後、前記基材の裏面の前記パターン状ナノインク層が形成された部分の裏側にレーザ光を照射して、前記パターン状ナノインク層を基材の表面に定着させて導電性パターンを形成することを特徴とする導電性パターンの形成方法。
【請求項２】
基材の表面に導電性ナノ粒子を含む金属ナノインクからなるパターン状ナノインク層を形成した後、前記基材の表面の前記パターン状ナノインク層の周囲にレーザ光を照射して、前記パターン状ナノインク層を基材の表面に定着させて導電性パターンを形成することを特徴とする導電性パターンの形成方法。
【請求項３】
前記基材は、前記レーザ光が照射される部分が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が２０％以上の金属からなることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項４】
前記基材は、前記レーザ光が照射される部分が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が２０％以上の金属のめっき層からなることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項５】
前記金属ナノインクの導電性ナノ粒子が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が１０％以下の金属からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項６】
前記レーザー光が、ＹＡＧレーザを用いたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項７】
前記導電性ナノ粒子が、金粒子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項８】
前記基材がニッケルめっき銅合金であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項９】
前記基材の温度が６００Ｋ〜９５０Ｋになるようにレーザ光の照射を行うことを特徴とする請求項８記載の導電性パターンの形成方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の導電性パターンの形成方法を用いて、端子金具を基材として接点部分に金属ナノインキからなる前記導電性パターンを形成することで、端子金具の接点部分にめっきを施すことを特徴とするめっき端子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性パターンの形成方法及びめっき端子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電機部品や電子部品等の端子、コネクタ、リードフレームのリード等に端子金具が用いられている。端子金具は、接触部位となる接点の信頼性向上のために、接点に金めっき等のめっきを施して所定形状の導電性パターンを形成し、めっき端子として形成する場合がある。めっき端子としては、スポットめっき条を所定の形状に打ち抜いたものを用いることが公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたスポットめっき条は、金属条の表面に型やマスキングテープ等を用いてマスキングした状態で電気めっき法でスポットめっきを施して、所定の形状、大きさに、長手方向に所定の間隔で導電性パターンを形成することで得られる。ところで、電気めっき法で金めっきを行う場合、シアン化合物が用いられる。しかし、シアン化合物を含むめっき廃液を処理する際、環境負荷が高く、多大な費用がかかるという問題がある。
【０００４】
これに対し、電気めっき法を用いずに、所定の部分のみに金めっきを施す方法として、端子金具の表面の所定の範囲に、導電性粒子を含む溶液を塗布し、塗布液に熱処理を施して、表面に導電性のめっき層を定着する方法が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８７２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献２に記載の方法において、前記塗布液の熱処理による定着は、パルスレーザビームの照射によってなされる。また前記塗布液は例えば金ナノ粒子等の金属ナノ粒子を含む金属ナノインクが用いられる。金属ナノインクの定着に用いられるレーザ光源としては、例えばＹＡＧレーザを用いることができる。
【０００７】
図１は金属材料の吸収特性を示すグラフである。ところで、ＹＡＧレーザは１０６４ｎｍに発振波長を持っている。しかしながら図１のグラフに示すように、ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍにおける金の吸収率は、数％でありエネルギー効率が低い。そのため、金ナノインクを定着させるためには、レーザーの出力を上げたり、照射時間を長く取る必要があった。
【０００８】
本発明は上記従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、レーザ照射の際のエネルギー効率を向上させて、より低出力で、短時間で、確実に金属ナノインクを定着することが可能な、導電性パターンの形成方法及びめっき端子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の導電性パターンの形成方法は、基材の表面に導電性ナノ粒子を含む金属ナノインクからなるパターン状ナノインク層を形成した後、前記基材の裏面の前記パターン状ナノインク層が形成された部分の裏側にレーザ光を照射して、前記パターン状ナノインク層を基材の表面に定着させて導電性パターンを形成することを要旨とするものである。
【００１０】
また本発明の導電性パターンの形成方法は、基材の表面に導電性ナノ粒子を含む金属ナノインクからなるパターン状ナノインク層を形成した後、前記基材の表面の前記パターン状ナノインク層の周囲にレーザ光を照射して、前記パターン状ナノインク層を基材の表面に定着させて導電性パターンを形成することを要旨とするものである。
【００１１】
上記導電性パターンの形成方法において、前記基材は、前記レーザ光が照射される部分が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が２０％以上の金属からなることが好ましい。
【００１２】
上記導電性パターンの形成方法において、前記基材は、前記レーザ光が照射される部分が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が２０％以上の金属のめっき層からなることが好ましい。
【００１３】
上記導電性パターンの形成方法において、前記金属ナノインクの導電性ナノ粒子が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が１０％以下の金属からなることが好ましい。
【００１４】
上記導電性パターンの形成方法において、前記レーザー光が、ＹＡＧレーザを用いたものであることが好ましい。
【００１５】
上記導電性パターンの形成方法において、前記導電性ナノ粒子が、金粒子であることが好ましい。
【００１６】
上記導電性パターンの形成方法において、前記基材がニッケルめっき銅合金であることが好ましい。この場合、前記基材の温度が６００Ｋ〜９５０Ｋになるようにレーザ光の照射を行うことが好ましい。
【００１７】
本発明のめっき端子の製造方法は、上記の導電性パターンの形成方法を用いて、端子金具を基材として接点部分に金属ナノインキからなる前記導電性パターンを形成することで、端子金具の接点部分にめっきを施すことを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の導電性パターンの形成方法は、前記基材の裏面の前記パターン状ナノインク層が形成された部分の裏側、或いは前記基材の表面の前記パターン状ナノインク層の周囲に、レーザ光を照射して、前記パターン状ナノインク層を基材の表面に定着させて、所定の形状の導電性パターンを形成する方法を採用したことにより、パターン状ナノインク層に直接レーザ光を照射せずに、基材にレーザ光を照射するため、金属ナノインクの金属としてレーザ光に対する反射率が高く吸収率が低い金属を用いた場合でもエネルギー効率を向上させることができる。レーザ照射の際のエネルギー効率を向上させることができるので、より低出力で、短時間で、確実に金属ナノインクを定着することが可能である。
【００１９】
図１に示すように、例えば金属ナノインクとして金ナノインクを用いて、基材としてニッケルめっき銅合金を用いた場合、ＹＡＧレーザの主な発振波長１０６４ｎｍにおける金の吸収率は数％程度であり、金ナノインクからなるパターン状ナノインク層に直接レーザ光を照射した場合は、エネルギー効率がきわめて低い。これに対し、基材のレーザ光が照射される部分がニッケルめっき層の場合、ニッケルの波長１０６４ｎｍにおける吸収率は３０％程度であり、金の吸収率に比較してきわめて高いので、エネルギー効率が格段に向上する。そのため、低い照射エネルギーの装置が使用可能となり、金属ナノインクの定着の際の照射時間を短縮することができる。
【００２０】
本発明の端子金具の製造方法は、上記の導電性パターンの形成方法を用いて接点を形成することにより、接点を確実に効率よく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面を用いて更に詳細に説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の導電性パターンの形成方法の一例の各工程を示す工程図である。先ず図２（ａ）に示すように、例えば銅合金等の母材１の表面にニッケルめっき等のめっきが施されて、めっき層２が表面に形成されているニッケルめっき銅合金等を基材３として準備する。
【００２２】
本発明は、基材３としてはニッケルめっき銅合金に限定されないが、上記のレーザ光が照射される部分が、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が２０％以上の金属（以下、吸収率の高い金属ということもある）から形成されていることが好ましい。具体的に上記の吸収率の高い金属としては、図１に示すように、ニッケル、鉄（ステンレスを含む）等が挙げられる。またレーザ光が照射される部分に吸収率の高い金属によるめっき層が形成されているものであればよい。すなわち、母材１が吸収率が高い金属ではなくても、吸収率の高い金属のめっき層２がレーザ光が照射される面に形成されていれば使用することができる。尚本発明において、基材３は、少なくともレーザ光が照射される部分が、吸収率の高い金属から形成されていればよいが、基材３全体が吸収率の高い金属から形成されていてもよい。また、基材３の少なくともレーザ光が照射される部分が、吸収率の高い金属のめっき層２から形成されていればよいが、基材３全体が吸収率の高い金属のめっき層２から形成されていてもよい。
【００２３】
次いで図２（ｂ）に示すように、基材３の表面に、導電性ナノ粒子を含む金属ナノインクを用いて、所定の形状に塗布してパターン状ナノインク層４を形成する。尚、所定の形状とは、所望の接点の形状等の導電性パターンを形成しようとする形状のことである。
【００２４】
金属ナノインクは、例えば粒径が７ｎｍ程度の導電性の良い金属からなる導電性ナノ粒子を水又は溶剤中に分散させた分散液からなるものである。上記の導電性ナノ粒子としては、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍにおける吸収率が１０％以下の金属（以下、吸収率の低い金属ということもある）から形成することが好ましい。具体的に上記の吸収率の低い金属としては、図１に示すように、金、銀、銅等が挙げられる。金属ナノインクは、市販のものを用いることができる。このような市販の金属ナノインクとして、例えばアルバックマテリアル社から販売されている「ナノメタルインク  微細配線用導電性インク」等が挙げられる。
【００２５】
金属ナノインクの塗布方法としては、インクジェット法、スピンコート法、ディッピング法等のコーティング法を用いることができる。これらの塗布方法を用いて、基材３の表面の所定の位置に、所定の形状に塗布して、パターン状ナノインク層４を形成する。必要に応じ、金属ナノインクを塗布後、加熱して乾燥する。乾燥時間は、例えば１００℃で３分間程度である。
【００２６】
次いで図２（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザ照射装置５を用いて、パターン状ナノインク層４を設けた基材３の裏面の、パターン状ナノインク層４を形成した部分の裏側の位置にレーザ光６を照射して加熱し、パターン状ナノインク層４を定着させる［同図（ｄ）］。定着されたパターン状ナノインク層４は、導電性パターン７として形成される。一般に、市販の金属ナノインクを用いて配線膜を形成する場合、焼成加工が施される。この焼成加工処理は、通常、２００〜３５０℃で１５分〜３０分程度必要である。本発明のレーザ光の照射は、この焼成加工処理に代わるものであり、焼成加工処理と比較して短時間（例えば、数秒単位）で処理を行うことが可能である。尚、導電性パターンの定着は、特に母材を加熱することなくレーザ光の照射だけで行うことが可能であるが、加熱処理を併用してもよい。
【００２７】
レーザ光６が、基材３の表面のめっき層２に照射されると、レーザ光６がめっき層２で吸収され、母材１及びパターン状ナノインク層４が加熱される。加熱前のパターン状ナノインク層４は、金属の微細な粒子の状態でめっき層２の表面に存在している。レーザ光６の照射によりパターン状ナノインク層４が加熱されると、微細な金属粒子が接合して大きな塊状に成長する。図２（ｄ）に示すように、パターン状ナノインク層４は、金属ナノインクを焼成処理をした場合と同様に、所定の形状の導電性の金属被膜からなる導電性パターン７として形成される。さらに導電性パターン７は、レーザー光６の照射による加熱によって、下地となる母材１と接合している。
【００２８】
一般に、金ナノインク等の吸収率の低い金属からなる導電性ナノ粒子を含むパターン状ナノインク層４に、ＹＡＧレーザ照射装置を用いてレーザ光６を直接照射すると、レーザ光の反射が大きいためエネルギーを十分付与できない。また、レーザ光の反射が大きい場合には、レーザ照射装置によっては、安全のために装置の照射が自動的に停止してしまうこともある。これに対し、本発明によれば、レーザ光６をパターン状ナノインク層４に直接照射しないので、金ナノインクを用いたパターン状ナノインク層４の様な反射率の高い材料であっても、反射の問題は生じない。そしてレーザ光６は、吸収率の高い金属からなる基材（或いは吸収率の高い金属かならるめっき層）に照射されるので、レーザ光のエネルギーを効率よく加熱に利用することができる。
【００２９】
パターン状ナノインク層４の定着の際のレーザ光の照射は、照射条件として、形成された導電性パターン７の基材３に対する密着性が良好となる温度を下限とし、基材３の劣化がない温度が上限となるように、照射条件を決めることが好ましい。例えば、ニッケルめっき銅合金を基材３として用いて、金ナノインクを用いてパターン状ナノインク層４を形成した場合には、基材３の温度が６００Ｋ〜９５０Ｋ以下となるように照射するのが好ましい。ニッケルめっき銅合金の温度が６００Ｋ未満のレーザ光の照射では、形成された導電性パターン７の基材３に対する密着性が不十分となって、導電性パターン７が基材３の表面から剥離してしまうおそれがある。一方、基材３の温度が９５０Ｋを超えるレーザ光の照射では、基材３が劣化するおそれがある。基材３が上記の温度範囲となるようにレーザ光を照射すれば、密着性が良好であり、表面が平滑で基材の劣化がない状態で導電性パターン７を確実に形成することができる。
【００３０】
図３は、本発明の他の例を示すものであり、レーザー光の照射工程を示す図である。図３に示すように、本発明では、レーザ光を照射する際に、基材３の表面のパターン状ナノインク層４を設けた面と同じ面であり、パターン状ナノインク層４の周囲の隣接する部分にレーザ光６を照射して、導電性パターン７を形成してもよい。この場合も、図２に示した基材３の裏面のパターン状ナノインク層の裏側にレーザ光６を照射する場合と同様に、パターン状ナノインク層４に直接レーザ光６が照射されず、めっき層２にレーザ光が照射されるので、エネルギー効率良く導電性パターン７を形成することができる。
【００３１】
また、特に図示しないが、本発明のレーザー光６の照射は、パターン状ナノインク層４に直接照射しなければよく、図２に示すように基材３の裏面のパターン状ナノインク層４の裏側から照射する方法と、図３に示すように基材３の表面のパターン状ナノインク層４の周囲の隣接部分に照射する方法とを併用してもよい。
【００３２】
また本発明は、パターン状ナノインク層４の定着に用いるレーザ光としてＹＡＧレーザに限定されず、波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍに発振波長を有するものであれば、利用することができる。
【００３３】
本発明の端子金具の製造方法は、上記の導電性パターンの形成方法を用いて、端子の接点部分に金属ナノインクからなるめっきを施すものである。図４は、本発明の端子金具の製造方法の接点部分にめっきを施すめっき工程を示す斜視図である。図４に示すように、めっき工程では、一枚のニッケルめっき銅合金からなる基板１０を準備する。基板１０は、リードフレーム１１に複数の端子金具１２が連設された形状に、後から打ち抜き形成される。この基板の接点部分１３に、金属ナノインクを塗布し乾燥させ、パターン状ナノインク層を形成する。基材１０の表面の接点部分１３の裏側、又は基材１０の表面の接点部分１３の周囲の隣接部分にレーザ光を照射して、パターン状ナノインク層を定着し、接点部分１３に金属ナノインクからなる導電性パターンが形成され、めっきが施される。尚、基板１０としてはニッケルめっき銅合金に限定されず、上記の基材３を利用することができる。
【００３４】
その後、端子金具１２とリードフレーム１１を基板１０から打ち抜き、所定の折り曲げ加工等を施して端子金具１２が得られる。尚、上記の例ではめっき工程は、端子の打ち抜き、折り曲げ工程の前に行ったが、接点の形状によっては、めっき工程を端子金具の打ち抜き、折り曲げ工程の後に行ってもよい。
【００３５】
以下、本発明の実施例を示す。
実施例１
長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、ニッケルめっき厚０．００１ｍｍのニッケルめっきリン青銅を基材として用い、該基材の表面に金ナノメタルインク（アルバックマテリアル社製：Ａｕ１Ｔ）を厚さ０．４μｍとなるようにインクジェット法によりパターン状に塗布してパターン状ナノインク層を形成した。次にＹＡＧレーザ照射装置（住友重機械工業製：ＭＷ−２０００型）を用いて、上記基材の裏面の、パターン状ナノインク層が形成された部分の裏側のニッケルめっき層にレーザ光を照射して、パターン状ナノインク層を基材の表面に定着して導電性パターンを形成した。
【００３６】
レーザ照射条件は、表１に示すように、ＹＡＧレーザ照射装置の出力を１００Ｗ又は２００Ｗとし、照射時間を変化させ、ディフォーカス距離が３０ｍｍの条件でレーザ光を照射して、母材の温度を５８０Ｋ（１−１）、６２３Ｋ（１−２）、９２３Ｋ（１−３）、１１２０Ｋ（１−４）の４段階に変化させて行った。各試験片について導電性パターンを形成した基材について、密着性試験と、基材の劣化の評価を行った。試験結果を表１に示す。尚、密着性試験は、ＪＩＳ  Ｈ８５０４により行い、導電性パターンが基材から剥離しなかった場合は○とし、導電性パターンが基材から剥離した場合は×として評価した。また、母材の劣化は、外観を目視して劣化が見られなかった場合は○とし、劣化が見られた場合は×として評価した。
【００３７】
表１に示すように、温度が６２３Ｋ（１−２）、９２３Ｋ（１−３）の場合は、導電性パターンが基材と十分接合していた。また温度が５８０Ｋ（１−１）の場合は、剥離が見られた。また温度が１１２０Ｋ（１−４）の場合は、基材の劣化が見られた。この場合の最適なレーザ照射条件は、基材の温度が６００Ｋ〜９５０Ｋの範囲である。
【００３８】
【表１】
2010043346.tif 000003
【００３９】
実施例２
基材として鉄板を用い、レーザ照射条件を表２に示す条件とした以外は実施例１と同様にして導電性パターンを形成して密着性試験と基材の劣化の評価を行った。試験結果を表２に示す。表２に示すように、温度が６２８Ｋ（２−２）、１１３０Ｋ（２−３）の場合は、導電性パターンが基材と十分接合していた。また温度が５４２Ｋ（２−１）の場合は、剥離が見られた。また温度が１３５８Ｋ（２−４）の場合は、基材の劣化が見られた。この場合の最適なレーザ照射条件は、基材の温度が６００Ｋ〜１１６０Ｋの範囲である。
【００４０】
【表２】
2010043346.tif 000004
【００４１】
実施例３
基材としてニッケル板を用い、レーザ照射条件を表３に示す条件とした以外は実施例１と同様にして導電性パターンを形成して密着性試験と基材の劣化の評価を行った。試験結果を表３に示す。表３に示すように、温度が６３１Ｋ（３−２）、１１０５Ｋ（３−３）の場合は、導電性パターンが基材と十分接合していた。また温度が５９０Ｋ（３−１）の場合は、剥離が見られた。また温度が１４７８Ｋ（３−４）の場合は、基材の劣化が見られた。この場合の最適なレーザ照射条件は、基材の温度が６００Ｋ〜１１４０Ｋの範囲である。
【００４２】
【表３】
2010043346.tif 000005
【００４３】
実施例４
基材としてステンレス板を用い、レーザ照射条件を表４に示す条件とした以外は実施例１と同様にして導電性パターンを形成して密着性試験と基材の劣化の評価を行った。試験結果を表４に示す。表３に示すように、温度が７８７Ｋ（４−２）、１２４４Ｋ（４−３）の場合は、導電性パターンが基材と十分接合していた。また温度が６６０Ｋ（４−１）の場合は、剥離が見られた。また温度が１４７２Ｋ（４−４）の場合は、基材の劣化が見られた。この場合の最適なレーザ照射条件は、基材の温度が７５０Ｋ〜１２８０Ｋの範囲である。
【００４４】
【表４】
2010043346.tif 000006
【００４５】
実施例５
金属ナノインクとして銀ナノインク（住友電気工業社製：ＡＧＩＮ−Ｗ４Ａ）を用い、レーザ照射条件を表５に示す条件とした以外は実施例１と同様にニッケルめっき銅合金を基材として導電性パターンを形成して密着性試験と基材の劣化の評価を行った。試験結果を表５に示す。表５に示すように、温度が５８０Ｋ（５−２）、９２３Ｋ（５−３）の場合は、導電性パターンが基材と十分接合していた。また温度が５４０Ｋ（５−１）の場合は、剥離が見られた。また温度が１１２０Ｋ（５−４）の場合は、基材の劣化が見られた。この場合の最適なレーザ照射条件は、基材の温度が５５０Ｋ〜９５０Ｋの範囲である。
【００４６】
【表５】
2010043346.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】材料の吸収特性を示すグラフである。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の導電性パターンの形成方法の一例の各工程を示す工程図である。
【図３】本発明の他の例を示すものであり、レーザー光の照射工程を示す図である。
【図４】本発明のめっき端子の製造方法の一例のめっき工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  母材
２  めっき層
３  基材
４  パターン状ナノインク層
５  ＹＡＧレーザ照射装置
６  レーザ光
７  導電性パターン
１２  端子金具
１３  接点部分
【図１】
2010043346.tif 000008
【図２】
2010043346.tif 000009
【図３】
2010043346.tif 000010
【図４】
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