(57)【要約】【課題】  多孔質の基体の性質を利用して、電気回路の一部であるスルーホールと電気回路とを簡単に形成する方法を提供すること。【解決手段】  多孔質基体に導電性液体を部分的に浸透させることにより、スルーホールを形成し、スルーホールに電気的に接続された導電パターンを形成することで、電気回路を形成する。【選択図】  図２
2005183804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質基体に導電性液体を部分的に浸透させることにより、前記多孔質基体中に浸透した前記導電性液体を電気回路の一部とすることを特徴とする電気回路の製造方法。
【請求項２】
多孔質基体に導電性液体を部分的に浸透させることにより、前記多孔質基体中に浸透した前記導電性液体で電気回路の一部を形成するする工程と、
前記多孔質基体の一面側に導電性液体を付与することで、前記電気回路の一部と電気的に接続された導電パターンを前記基体の一面側に形成する工程と、
を含むことを特徴とする電気回路の製造方法。
【請求項３】
前記多孔質基体の前記一面側とは反対側の面に、導電性液体を付与することにより、前記電気回路の一部と電気的に接続された導電パターンを、前記一面側とは反対の面に形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の電気回路の製造方法。
【請求項４】
前記多孔質基体に、部分的に絶縁性物質を付与して絶縁パターンを形成する工程と、
前記多孔質基体に形成された前記絶縁パターンの間隙に前記導電性液体を付与し、前記多孔質基体中に前記導電性液体が浸透することで、前記電気回路の一部が形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項５】
前記電気回路はインクジェット方式によって前記多孔質基体に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項６】
前記多孔質基体は紙およびまたは布製の基体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法によって形成された電気回路と前記多孔質基体とを有する電気回路基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質基体に、導電性液体を付与することで電気回路を形成した、電気回路基体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク端末に接続されたプリンタで、紙に出力される情報として、肉眼で認識できる以外の情報を形成する技術としては、バーコードプリンタなどが存在しており、商品パッケージ等に形成され、商品管理等に利用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のバーコード形成では、情報量が限定されている上、書き換えができない等の制限がある。また、情報の偽造対策の対応も取ることが出来ない為、書き換えが可能で情報量の多いＲＦＩＤ（Radio Frequency-Identification）チップ等が埋め込まれたＩＤカードが注目されている。このような電気回路を簡単に形成する技術として、インクジェット方式を用いたプリント配線体の製造方法（例えば特許文献１参照）がある。
【特許文献１】特開平１０−１１２５８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＦＩＤチップの身近な活用法として、紙や布へのＲＦＩＤチップの形成が考えられる。例えば、ＲＦＩＤチップ等が埋め込まれたコンサートチケットや商品券、商品パッケージ、本のカバー等があげられる。しかし、紙又は布等のシート状の基体に電気回路を形成するには、ガラス基体等に比べ、絶縁性、平滑性、機械的強度の問題点がある。さらに、上述したような従来技術を用いて、積層構造の回路基板を形成しようとした場合、基体に微細孔を開け、そこに導電性の液体をインクジェット方式を用いて打ち込むことにより、スルーホールを形成するというものであり、工程数が多く、手間がかかるといった問題点が挙げられる。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決し、身近な素材である紙や布、をはじめとする多孔質の基体の性質を利用してスルーホールを形成し、積層構造の電気回路を簡単に形成することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明では、多孔質基体に導電性液体を部分的に浸透させることにより、前記多孔質基体中に浸透した前記導電性液体を電気回路の一部とすることを特徴とする電気回路の製造方法に関するものである。
【０００７】
また、多孔質基体に導電性液体を部分的に浸透させることにより、前記多孔質基体中に浸透した前記導電性液体で電気回路の一部を形成するする工程と、前記多孔質基体の一面側に導電性液体を付与することで、前記電気回路の一部と電気的に接続された導電パターンを前記基体の一面側に形成する工程と、を含むことを特徴とする電気回路の製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、身近な素材である紙や布をはじめとする多孔質の基体の性質を利用して電気回路を形成することで、積層構造の電気回路を簡単に形成する製造方法及び電気回路形成基体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書中における電気回路とは、ＲＦＩＤチップ、トランジスタ、ダイオード、コンデンサなどの電子素子、また、コイルや電子素子同士を繋ぐ配線、さらに、電子素子や配線を形成する、導電パターン、絶縁パターン、半導体パターン等を示す。本明細書中における電気回路基体とは、上記電気回路と上記電気回路が形成された基体とを含む。電気回路を形成する液体とは、導電パターン形成用液体、絶縁パターン形成用液体、半導体パターン形成用液体等、上述した電気回路の形成に必要な材料を含んだ液体を示す。
【００１０】
多孔質基体として用いられる部材としては、身近なもので紙や布、その他にも無機材料（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２）のセラミックス基板など、導電性液体を付与することにより、導電性液体が基体に含浸し、電気回路の一部であるスルーホールを形成することが可能な材質を示す。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図４は本発明の実施形態に用いられるインクジェット方式による電気回路形成装置の要部を示すものである。データ処理装置１、基体の搬送部２、キャリッジの搬送部３、絶縁パターン形成用ヘッド４、絶縁パターン形成用タンク５、半導体パターン形成用ヘッド６、半導体パターン形成用タンク７、導電パターン形成用ヘッド８、導電パターン形成用タンク９、固体映像素子ヘッド１０、加熱硬化装置１１を備えている。
【００１３】
データ処理装置１は、基体の搬送部、キャリッジの搬送部、絶縁パターン形成用ヘッド、半導体パターン形成用ヘッド、導電パターン形成用ヘッド、固体映像素子ヘッド、加熱硬化装置を制御する。
【００１４】
基体の搬送部２は前記データ処理装置により、基体を所望の位置で一時停止させることができるようになっており、電気回路の形成終了後、基体を排出し、新しい基体を供給できる構成となっている。
【００１５】
キャリッジの搬送部３は、基体上の任意の位置へ移動できるように、Ｘ，Ｙ軸のリニアガイド上を移動する機構を持ち、動力源としてステッピングモータ又は、サーボモータ、リニアモーターを用いて位置制御される。また、キャリッジ上には、絶縁パターン形成用ヘッド４、半導体パターン形成用ヘッド６、導電パターン形成用ヘッド８、固体映像素子１０が並んで配置されている。図４では、装置構成の説明上、各用途毎のヘッドとタンクは、一セットずつとなっているが、実際には、回路形成材料に応じて各用途毎に複数セットのヘッド及びタンクを有する構造となっている。
【００１６】
各ヘッドは、圧電体素子に体積変化を生じさせて流動体を吐出する方式や、発熱体に熱を加え気泡を発生させ、その体積膨張によって流動体を吐出する方式など、流動体の吐出を可能とした構造を有している。
【００１７】
タンク５、７、９は、ヘッドと一体化、もしくは液体供給用パイプを介してキャリッジ上に構成されており、それぞれ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの無機材料やポリイミド等の有機材料を含有した絶縁パターン形成用液体と、ＳｉやＧｅなどの無機材料やアミン系、ヒドラゾン系、スチルベン系、スターバスト系などの有機材料を含有した半導体パターン形成用液体と、半田，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｇａ等の金属材料による導電パターン形成用液体が充填されている。
【００１８】
固体映像素子ヘッド１０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）、またはＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子をヘッドと同一キャリッジ上に配置し、ヘッドと同一の駆動機構を用いて下地の電気回路パターンの座標を検出することで、次の層のパターンを形成する際の位置合わせ精度の向上が可能となる構造となっている。
【００１９】
加熱硬化装置１１は、赤外線ランプやキセノン灯のような輻射熱源により、吐出された回路形成液体を加熱硬化、又は、溶剤を揮発させることを目的としている。ここでの熱硬化処理条件は回路形成液体の熱硬化可能な成分の硬化条件に依存するものである。回路形成の材質、基体の材質によって熱硬化処理による変質の影響がある場合、基体または、形成部の放熱及び冷却の機構を兼ね備える構造をとる。
【００２０】
さらに、回路形成液体の材質によっては、硬化可能なエネルギーとして、熱硬化処理の代わりに光照射あるいはその両方により回路形成部分を硬化させることも可能である。光照射に用いる波長は、光硬化可能な成分が実用的感度を有する範囲の波長であって回路形成液体の成分に依存するものであるが、光反応モードを用いる場合には一般には紫外・可視領域の２００ｎｍから６００ｎｍの範囲が用いられ、光源としては例えば水銀灯、キセノン灯、蛍光灯などの放電管が用いられる。
【実施例１】
【００２１】
本実施例では、多孔質基体として紙を用い、紙の両面に開口部分を設けた絶縁パターンを形成する。次に、開口部分から紙の基体に導電性液体を染み込ませることで、開口部にスルーホールを形成する。そして、基体の両面に形成された絶縁パターン上に、それぞれ薄膜トランジスタを用いた電気回路を形成し、スルーホールを通じて紙の表面と裏面との電気回路が電気的に接続された構造の電気回路を、インクジェット方式を用いて形成する例を示す。本実施例では、絶縁パターンに囲まれた開口部分に導電性液体を染み込ませてスルーホールを形成する例を示したが、必ずしも絶縁パターンに囲まれた開口部にスルーホールを形成するのではなく、形成する回路パターンに応じて、絶縁パターンの間隙であれば構わない場合もある。
【００２２】
図１は、本実施例の電気回路の概略平面図を示す。紙の基体２１の回路形成面には、位置情報を示す位置決めパターン２２があり、絶縁パターンである耐熱性有機高分子膜２３上の、電気回路形成エリア２０には、薄膜トランジスタを用いた電気回路が形成されている。
【００２３】
図２は図１のＡ−Ａ’線における概略断面図である。紙２１の上に、位置決めパターン２２と絶縁パターンである耐熱性有機高分子膜２３、半導体パターンである有機半導体膜２４、絶縁パターンである有機絶縁膜２５、導電パターンである導電性膜２６、２８と電気配線２９とスルーホール２Ａ及び２Ｂ、絶縁パターンである有機高分子保護膜２７からなる。
【００２４】
図３は、図２に示した電気回路である薄膜トランジスタの形成工程を示す概略図である。
【００２５】
図３の（１）では、紙２１上の電気回路を形成すべきエリアに、スルーホールとしての開口部３Ａを除いて、電気的絶縁パターンである耐熱性有機高分子膜２３をポリイミド等を用いてインクジェット方式により形成する。ここで同時に、電気回路を形成すべきエリア内に、有機高分子材料にて電気回路の位置決めパターン２２を形成する。
【００２６】
図３の（２）は、図３の（１）のＡ−Ａ’線における概略断面図である。各パターンを形成後には、加熱硬化装置にてパターン中の溶媒が完全に除去され、パターンを構成する膜が硬化する温度条件にて熱硬化処理を施す。熱硬化処理の温度は、紙に変質等の影響のない温度に設定する。例えば耐熱性有機高分子膜としてポリイミドを使用する場合、一般的に３００℃程度の熱硬化処理を行う必要があるため、基体としては耐熱シート（又は耐熱紙）を用いる。位置決めパターンの材料は、固体映像素子にて位置座標が読み取れるもので、熱硬化処理に耐えうる物であれば材料は特に限定しない。さらに、位置決めパターン２２は有機高分子膜２３に熱硬化処理を施した後に形成することも可能である。
【００２７】
一回のインクジェット方式による有機高分子膜の吐出塗付、硬化処理によって、パターンを構成する膜が、必要とされる厚みや平坦性に達しない場合には、さらに数回インクジェット方式による有機高分子膜の吐出塗付、硬化処理を繰り返すことで、所望の厚みや平坦性を持った絶縁パターンが形成される。
【００２８】
図３の（３）では、基体である紙２１上の電気絶縁パターンである耐熱性有機高分子膜２３に形成されたスルーホールとしての開口部３Ａに、インクジェット方式により導電パターン形成用ヘッド８から、導電性液滴３Ｃを吐出し、開口部３Ａを通して基体となる紙に導電性液体を含浸させ（２Ｂ）、硬化処理を行う。次に、耐熱性有機高分子膜２３の開口部に導電性液体を付与し開口部を埋める（２Ａ）ことで、紙２１に含浸させた導電性液体２Ｂと開口部を埋めた導電性液体２Ａとが電気配線として、紙面裏面と導通する接続部分、つまり電気的なスルーホールになる。そして、硬化処理を施す（図３（４））。
【００２９】
ここで、インクジェット方式で用いられる導電性液体として、粘度は１〜２０ｃｐ程度の範囲を使用するが、紙や布または多孔質基体に含浸させるため、基体に応じて粘度の低い液体を使用する。また、スルーホールの埋め込みに（２Ｂ）に用いられる液体は、より粘度の高い材料が望ましいが、基体に浸透しない程度であれば、他の配線形成部材と同等の粘度の材料でも構わない。
【００３０】
図３の（５）では、ゲート電極としての導電性膜２６、ゲート絶縁膜としての有機絶縁膜２５、半導体パターンとしての有機半導体膜２４、ソース／ドレイン電極としての導電性膜２８、電気配線としての導電性膜２９を、順次、インクジェット方式により形成し、硬化処理を施す。この際、各工程で位置決めパターンを同時に形成し、固体映像素子にて位置座標を読み取り、次工程の形成パターンの位置合わせに使用する。最後に絶縁パターンである有機高分子保護膜２７を塗布し、硬化処理を施す。
【００３１】
次に紙を一旦排紙し、表裏を反転させ装置に挿入する。ここで、図４では固体映像素子１０が基体の表側にしか配置していない例を示したが、本実施例では基体の裏側にも個体映像素子が配置され、基体の両面の位置決めパターンを検出することができる例を示す。
【００３２】
電気回路が形成された面が裏側になった基体において、有機高分子保護膜２７の塗布位置を決める際に形成された、最上層の位置決めパターンの位置座標を、裏側に配置された個体素子ヘッドで読み取り、表面のスルーホールの位置合わせに使用する。また、スルーホールが複数箇所形成され、表側に配置された固体素子ヘッドで読み取れるような場合には、スルーホール自体を位置決めパターンとして用いてもよい。
【００３３】
図３（６）では、再度、電気回路を形成すべきエリアにインクジェット印刷方式によりポリイミド等の耐熱性有機高分子膜２３を塗布し、電気的絶縁パターンを形成する。
【００３４】
この際、先に形成した導電性液体を含浸させたスルーホール部に該当する部分には、絶縁パターンを塗布しない開口部３Ａ’を形成する。さらに電気回路を形成すべきエリア内に同時に、位置決めパターン２２を形成する。
【００３５】
次いで先に形成した電気回路の形成方法と同様の手順により、スルーホール部２Ａ’と位置決めパターン２２を導電性液体にて形成し、硬化処理を施す。位置決めパターンの材料は、固体映像素子にて位置座標が読み取れるもので、熱硬化処理に耐えうる物であれば材料は特に限定しない。さらに、位置決めパターン２２は有機高分子膜２３に熱硬化処理を施した後に形成することも可能である。
【００３６】
図３（７）では、さらにゲート電極としての導電性膜２６、ゲート絶縁膜としての有機絶縁膜２５、半導体パターンとしての有機半導体膜２４、ソース／ドレイン電極としての導電性膜２８、電気配線としての導電性膜２９を、順次、インクジェット方式により形成する。この際も、各工程で位置決めパターンを同時に形成し、固体映像素子にて位置座標を読み取り、次工程の形成パターンの位置合わせに使用する。また、各パターンのパターン形成後には、硬化処理を施す。
【００３７】
以上の工程を経ることで、紙の両面に、電気回路としての薄膜トランジスタを２パターン、積層構造にて形成することができる。
【００３８】
さらに同様の工程により、導電性膜からなるコイルや導電性膜と有機絶縁膜からなるコンデンサを形成することで、非接触のＲＦＩＤチップや、ダイオード等の電子素子を紙面上に形成することも可能である。さらに、本実施例１の保護膜としての絶縁パターンを形成する際、部分的に絶縁パターンを塗布しない開口部を設け、その部分に導電性材料を塗布し電気的に接続可能なスルーホールを形成すれば、さらに高層の積層構造の電気回路を形成することが可能となる。
【００３９】
また、本実施例では１枚の基体に積層構造の電気回路を形成した例を示したが、この他にも、スルーホールや回路が形成された、複数枚の基体を積み重ねることにより、積層構造の電気回路を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の電気回路の概略平面図
【図２】図１のＡ−Ａ’線における概略断面図
【図３】実施例１における電気回路の形成工程を示す概略図
【図４】インクジェット方式による電気回路形成装置の要部
【符号の説明】
【００４１】
１  データ処理装置
２  基体の搬送部
３  キャリッジの搬送部
４  絶縁パターン形成用ヘッド
５  絶縁パターン形成用タンク
６  半導体パターン形成用ヘッド
７  半導体パターン形成用タンク
８  導電パターン形成用ヘッド
９  導電パターン形成用タンク
１０  固体映像素子
１１  加熱硬化装置
２０  電気回路形成エリア
２１  多孔質基体
２２  位置決めパターン
２３  耐熱性有機高分子膜
２４  有機半導体膜
２５  有機絶縁膜
２６、２８、２９  導電性膜
２９  電気配線
２７  有機高分子保護膜
２Ａ、２Ａ’、２Ｂ  スルーホール
３Ａ、３Ａ’  スルーホールとしての開口部
３Ｃ  導電性液滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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