(57)【要約】      （修正有）【課題】微細な紋様の大量生産に向く低コストの、特に大面積に対応する印刷法や、一段と安定で信頼性の高い微細な紋様を有する機能性商品や微細な回路パターンを有する電子電気装置が求められている。【解決手段】網目状やほぼ平行線状の紋様を形成する微細繊維よりなる印刷転写版に、当該微細繊維に沿って塗料を保持せしめる工程、当該塗料を保持した印刷転写版を印刷面に押圧し、当該網目状やほぼ平行線状の紋様を転写する工程、当該塗料よりなる当該紋様印刷面を定着処理する工程を少なくとも経る事を特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
網目状やほぼ平行線状の紋様を形成する微細繊維よりなる印刷転写版に、当該微細繊維に沿って塗料を保持せしめる工程、当該塗料を保持した印刷転写版を印刷面に押圧し、当該網目状やほぼ平行線状の紋様を転写する工程、当該塗料より形成された当該紋様印刷面を定着処理する工程を少なくとも経る事を特徴とした微細紋様の形成方法
【請求項２】
請求項１において、当該塗料が導電性塗料や腐食性塗料で構成されている事を特徴とした微細導電紋様の形成方法
【請求項３】
網目状やほぼ平行線状の紋様を形成する微細繊維よりなる印刷転写版に、当該微細繊維に沿って塗料を保持せしめる工程、当該塗料を保持した印刷転写版を印刷面に押圧し、当該網目状やほぼ平行線状の紋様を転写する工程を少なくとも含み、当該塗料を転写する機能を有した微細導電紋様の印刷形成装置
【請求項４】
請求項３における工程を少なくとも含み、当該印刷転写版を形成する微細繊維からなる紋様の目詰まり防止や余剰塗料除去部を具備した事を特徴とした微細紋様の印刷形成装置
【請求項５】
請求項３及び４における工程を少なくとも含み、当該印刷転写版が印刷面に対して相対的に上下、前後、左右の少なくとも一つの微細な摂動や応力を加えて、当該塗料ないしは当該導電塗料を転写する機能を有した微細紋様の印刷形成装置
【請求項６】
請求項３及び４における工程を少なくとも含み、当該印刷転写版を印刷面に押し付ける押圧部を具備して当該塗料ないしは当該導電塗料を転写する機能を有した微細紋様の印刷形成装置
【請求項７】
請求項３及び４における工程を少なくとも含み、当該印刷転写版を形成する微細繊維がナノ繊維複合繊維、異形断面形状繊維、表面活性繊維の少なくとも一つの特異性を有した事を特徴とした微細紋様の印刷形成装置
【請求項８】
網目状やほぼ平行線状の紋様を形成する微細繊維よりなる印刷転写版に、当該微細紋様に沿って導電性塗料を保持せしめる工程、当該導電性塗料を保持した印刷転写版を印刷面に押圧し、当該網目状やほぼ平行線状の紋様を転写する工程、当該導電性塗料よりなる当該紋様印刷面を定着処理する工程を少なくとも経て作成される事を特徴とした微細導電紋様を有する機能性電子装置
【請求項９】
請求項１〜８において、当該印刷転写版を印刷面に当該塗料ないしは当該導電塗料を転写する際、連続した紋様に適宜途切れ目となる被覆部を形成してなる微細導電紋様の形成方法、及び、その印刷形成装置、及び、微細導電紋様有する機能性電子装置
【請求項１０】
微細繊維がナノ繊維複合繊維、異形断面形状繊維、表面活性繊維の少なくとも一つの特異性を有した事を特徴とした微細紋様の印刷形成装置に用いる印刷転写版
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体表面上に選択的に微細紋様を直接に形成する方法であり、特に昨今盛んに研究が進められている実装基板などに応用される機能性電子装置に期待されているダイレクトプリンティング技術分野に属している。益々微細化し高度化する機能性紋様の形成や、電子電気装置、プリンテッドエレクトロニクスやバイオ素子などの製造に向けて新たな手段や装置を提供し、併せてその電気電子装置の品質や信頼性を向上、コスト低減を実現し、更に環境に優しく、省資源省エネルギーに大いに寄与する。
【背景技術】
【０００２】
基体上に複雑な紋様や金属配線を形成した製品は数多く、種々の形成方法、工法が提案され、広く使用されている。中でも付加価値の高く量も多い電子電気デバイスの実装基板には、実に様々な配線形成技術が開発されている。
【０００３】
スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェットなどや、全面に金属箔を蒸着、めっき、貼り付けなどした後に露光法などの方法で所望の紋様や配線を得る工法が広く使われている。先端的な実装基板においては、伝統的なスクリーン印刷やグラビア印刷技術もある程度応用されているが、微細化には限界があり、以下のような高コストの露光法などの手法が主に使われている。例えば、めっき法では基板の下地処理を先ず行い樹脂全表面を軽く粗面化して、次いでその粗面にＰｄなどの金属触媒を析出させてから無電解めっきで銅などの金属を薄くめっきして、さらに電気メッキなどで厚く金属を成長させる。更に、無電解めっきで厚くする事も有る。その他に、所謂、接着法で極薄の銅薄膜を樹脂基板に密着接合させ、また、蒸着法で真空化で銅金属層を形成、金属薄膜を樹脂基板全面に金属膜を形成する。このようにして得られた銅張り樹脂基板に感光性レジスト塗布し、露光、金属膜を酸などで浸蝕除去してパターンを形成する。これらの方法では上述のように工程が長く、精緻で高価な精密機器を多数使い、省資源省エネなど環境面からも課題が多い。
【０００４】
最近ではダイレクトライティング技術が注目され、例えばナノ銀ペーストを印刷後、焼成して導電性パターンを画く技術：例えば、インクジェットプリンターで直接パターンを描画形成する技術などが広く研究開発されている。しかし、印刷速度が極端に遅く、非常に高コストであるなど基本的な課題が多く残っている。未だに研究開発段階から脱していない。以下本発明では、先端的な実装基板を代表例として詳細な説明を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂基体表面上への微細紋様形成では、背景技術に示されるように、全面に金属層を形成した後に、フォトリソ過程などで作成した開口部を腐食して所望の紋様を得ている。この時、腐食液によって金属と樹脂の接合界面が浸蝕され所謂アンダーエッチが生じることが知られている。このサブ〜数ミクロンの界面浸蝕は、接合強度の低下を招き剥離の原因になっているだけで無く、種々の不良の原因となっていることが知られている。更に、この浸蝕部は使用と共に伝播し成長するので長期信頼性に無視し得ない影響を及ぼす。
更に、紋様の幅が数十ミクロンと精緻になってくると、このサブ〜数ミクロンの界面浸蝕は無視できない大きさであり、その影響は甚大であることは容易に想像できる。
特に次世代電気電子素子では、線幅２０―５０ミクロンを目指しており、このような界面浸蝕による初期劣化や経年劣化、特性変化は大きな課題となっている。また、露光機の大きさに制約があり、本発明例で示されるような数十ｃｍ以上になる大型の微細紋様の製作はほぼ不可能と云える。
【０００６】
また、上記のいずれの方法においても、残す紋様部分、回路パターンなどの所要全面積は小さく、めっきした金属の殆どを除去しているのが現実である。さらに、大量の腐蝕液などの廃液処理に伴う環境コストや、省資源省エネの観点からも大きな課題となっている。この課題は、昨今のダイレクトライティング研究開発に力が入っている一要因でもある。
【０００７】
その代表例のインクジェット法では、残念ながら微細な線を引く事は困難であるし、速度が非常に遅く全く実用的で無い。大面積の素子や電子装置への応用などは全く考えられないのが現状である。更にナノインプリント技術は非常に微細な紋様に印刷には向いているが、極小面積の印刷に限られている。未だに芸術的と云え基礎的研究レベルである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、大量生産に向く微細導電線大面積印刷法、同装置及び機能性電子装置に関する。
【０００９】
その要旨は、網目状やほぼ平行線状の紋様を形成する微細繊維よりなる印刷転写版に、当該微細繊維に沿って塗料を保持せしめる工程、当該塗料を保持した印刷転写版を印刷面に押圧し、当該網目状やほぼ平行線状の紋様を転写する工程、当該塗料よりなる当該紋様印刷面を定着処理する工程を少なくとも経る事を特徴としている。以下、電子素子などで広く使われ、良く知られている実装基板の例に倣って具体的な説明を行なう。
【００１０】
図１に基づいて、本発明の骨子を説明する。図１―Aに示すように、径Dを有する単繊維や複合繊維、ナノ異形複合繊維１の周りに塗料（導電性金属や基板樹脂腐食剤などを含む特殊塗料など）２を染み込ませ保持する。なお、同図の複合繊維の例では、剰余の塗料を掻き取った断面状態３を示している。
【００１１】
この塗料を有した微細繊維３よりなる印刷転写版を印刷基体４押し当て、必要に応じて前後左右に微小に動かして応力を加えることで効率的に塗料２を転写する。これを乾燥、加熱などの定着操作を行い、紋様２ｂを完成する。この結果、印刷転写版３の構成や塗布条件によって、Ｌ＝Ｄ＋２〜６ｔ、Ｐ＝Ｌ＋Ｓでほぼ決まる所望の導電性紋様を得る。従って、極細ナノ繊維より為る５ミクロンの繊維で、１０ミクロン以下の紋様を印刷出来る。
【００１２】
以上の説明で明らかなように、網目に形成した紋様通りに塗料が網目を通過して印刷面に紋様を形成するスクリーン印刷の機構とは全く概念が異なっている。即ち、本発明では当該繊維に絡んだ塗料を転写して紋様を形成している。従って、本発明では塗料が滲み易く絡み易いように、当該印刷転写版を形成する微細繊維にナノ繊維複合繊維、異形断面形状繊維、表面活性繊維の少なくとも一つの特異性を付与するのは効果的である。増えた塗料の分だけ転写された紋様の厚さが増す。また、電気めっきで導電紋様部を厚く出来る。
さらに図２に示すように、印刷転写版３が印刷面４に対して相対的に上下５、前後／左右方向６の微細運動などで応力を加えて、当該塗料ないしは当該導電塗料の転写を補強、また、印刷転写版３を印刷面４に押し付ける押圧部を具備して当該塗料ないしは当該導電塗料を転写するのも非常に効果的である。
【００１３】
また、塗料２として樹脂基板４を腐食などする特殊な塗料を用いて、上述のように紋様を形成した後に、Ｐｄ、Ａｇ、Ｚｎ等を含む溶液に含浸させてその触媒金属を腐食形成された紋様に析出させた後に、無電界めっきなどでその紋様通りに銅紋様を形成する。更に必要に応じて、電気めっきなどで更に厚みを増やすことも出来る。以上の方法で明らかなように金属紋様を金属を腐食除去することなく直接基板上に形成できる。
【００１４】
転写される紋様の幅や高さなどの形状は、主に塗料の表面張力、親和性、粘度、時間などの要因に従い当該繊維に絡む塗料の量が決まる。一般的に粘度は１０〜１０６ｃｐ、望ましくは１００〜１０５ｃｐ程度が望ましく、表面張力は界面活性剤などを添加して低下させたほうが好ましい。また、転写印刷部の厚さｔを厚く、微細な印刷で紋様間の隙間Ｓが詰まってくると網目が塗料で詰まることが生じ易くなる。この時には、当該印刷転写版を形成する微細繊維からなる紋様の目詰まり防止や余剰塗料の除去は重要である。目詰まり防止としては、気流で詰まりを吹き飛ばす、罫書き針、掻き取りよう治具やローラーで余分の塗料を取り去るのは非常に有効である。
なお、腐食性塗料を使用する場合は、粘度を上述の粘度より略一桁低くても効果がある。
【００１５】
連続した微細繊維で印刷転写版が形成されている為に、上記の説明で明らかなように基本的には連続した繊維紋様が出来る。この時、図３のように印刷面に予め被覆部２３を設けておき、その上に塗料を転写した後に被覆部を除去すれば、その形状通りの紋様が得られる。大きな印刷転写版を幾つかに分割使用出来る他に、色々な応用が考えられる。なお、同図では、印刷面に被覆部を設置しているが、印刷転写版の対応する部分に被覆部を設けても同じ効果を得ることが出来る。例えば、塗料が乗らないように塗料をはじく表面処理をしておく事も効果がある。
【００１６】
以上の微細紋様大面積印刷法
に基づいた形成装置の一例を図４に示す。先ず、塗料溜め１７に浸かった塗料供給部１８に微細繊維よりなる印刷転写版１３が接して塗料を載せ、必要に応じて余剰塗料除去部１９を通して、過剰な塗料を落として所定の紋様通りに塗料を残す。尚この時、塗料供給部１８と余剰塗料除去部１９を一体化しても同様に効率的に塗料を残すことが出来る。
次に、引き出し部２０の作用により印刷転写版１３を印刷基体４上に移動して押圧し、更に必要に応じて前後動１６や上下動５を行い、転写を促進する。転写が終わった印刷基体４を加熱して塗料を固着して紋様を完成する。なお、印刷転写版１３を引き出し部２０から折り返して塗料供給部１８へ戻して連続使用することも出来る。また、印刷基体４を長尺のシート状として、印刷転写版１３に押圧密着させて送ることで、ロールツロールの効率的な印刷が実現する。この時、上記の転写促進として超音波振動を転写面に与える事は効果的である。
このようにして完成した紋様を有し作成された機能性電子装置は、紋様形成時に酸などの腐食剤を使用しておらず、アンダーエッチや酸残り等に拠る不良などが無く、信頼性が高い。しかも、上述のように環境に優しく省資源省エネルギーの機能性電子装置である。 
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、微細な紋様の大量生産に向く低コストの、特に従来に無い大面積に対応する微細紋様印刷法であり、安定で信頼性の高い微細な紋様を有する機能性商品や微細な回路パターンを有する電子電気装置を提供できる。電子電気装置に使われる微細な回路パターンにおいては、特に微細線の形成のために生じるアンダーカットや界面劣化で剥離強度の低下や信頼性の低下が問題となっていたが、本発明によって、このような弊害が解消する。
【００１８】
また、従来工程では腐食工程を含む多くの処理工程を経て、各種設備、各種機器の維持管理や調整コストが嵩み、その上処理工程の度に表面を汚したり傷つけたりする欠点や、歩留まりや信頼性低下が有ったが、本発明では直接に紋様形成する為に全工程が大幅に簡略化され、これらの課題が一挙に解消された。更にプロセスが簡単で操業度が向上したのみならず、歩留まりの向上など生産性の大幅な向上が図られるなどの副次的な効果も認められた。
【００１９】
さらに本発明では、直接に紋様を形成する為に省資源であり、全面めっきした金属を除去する余計な腐食液なども不要であることから、一層の省資源省エネとなっている。これらによるコスト低減効果も大きく、その上環境にも優しい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】原理図
【図２】凸面転写概念図
【図３】被覆部形成概念
【図４】形成装置基本配置図例
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の基本的な微細導電紋様の印刷形成法を、代表的な応用例である先端的な実装基板に倣って以下に詳細な説明を行う。なお、基体や塗料、さらに様々な部材の組み合わせで多用な応用が展開出来ることは云うまでも無い。
絶縁性基体として厚さ５０ミクロンから１ｍｍ、１ｍＸ２ｍのガラスシート上に５００ミクロン間隔で３０ミクロン幅の平行銀線を端から端まで全面に形成する本発明のごく単純な一例を以って基本的な本発明の要項を説明する。
【００２２】
先ず、その表面を脱脂、清浄化し（一般的なプラズマ処理やオゾン処理などによる清浄化処理）、図２に示すように緩やかな凸面を持つ基板に乗せた。次いで、無数の２０ミクロン径の微細繊維を５００ミクロン間隔でピンと張った印刷転写版を図４に示すような印刷形成装置に付け、導電銀塗料を塗布した後に、印刷面に対して押し付けて相対的に前後、左右に約５ミクロンの微細運動を行い、導電銀塗料を転写した。その後、塗料を定着する為に２５０度で加熱して導電紋様の形成を完了、所望の完成品を得た。
【００２３】
なお、塗料の濃度や粘度により線幅が変化し、濃度や粘度が高いと太くなる傾向が認められた。この時には、微細運動を小さくする事で線幅の太さを一定に保つことが出来た。
また、途切れ目を形成するために、図３に示すようにテープを基体上に貼り付けて被覆部を形成して、上述のように転写印刷した後に被覆を取り除いて熱処理して完成品を得た。この結果、平行した銀の直線の平行線紋様を分離分割できた。
以下に代表的な実施例の一部を示す。
【実施例１】
【００２４】
絶縁性基体として厚さ約０．４ｍｍ、１ｍ幅Ｘ２ｍ長のガラスシート上に５００ミクロン間隔で３０ミクロン幅の平行銀線を端から端まで全面に形成する事を狙い、先ず、その表面を脱脂、一般的なプラズマ処理やオゾン処理などによって清浄化し、印刷用の基板に乗せた。次いで、無数の２０ミクロン径の微細繊維を５００ミクロン毎にピンと張った印刷転写版を図４に示すような印刷形成装置に張り、導電銀塗料を塗布した後に、印刷面に対して押し付けて塗料を転写した。その後、２５０度で加熱して導電紋様を定着し完成品を得た。この時、印刷転写の際に条件１：平板基板、条件２：図２に示すように中央部が約１ｃｍ端部より高い緩やかな凸面を持つ基板を用いた場合、条件３／条件４：各々条件１／条件２において印刷面を長手方向に約５ミクロンの微細運動を併用した場合について検討、得られた結果を表１に示す。
【００２５】
凸面や微細運動の効果で塗料の転写量が増えて太めになっているのが見られた。塗料に応力が加わる微細運動下では運動時の振動や装置の遊びも加わって若干太めになったと推定された。尚、条件１でも１０ｃｍレベルの小面積では良好であった。
【００２６】
【表１】
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【実施例２】
【００２７】
実施例１において、印刷面に約２ミクロンの段差を付けた基板に転写印刷を試みた。
表２に条件１〜４に対応する結果をそれぞれ条件５〜８に示す。
凸面や微細運動の大きな効果が見られた。
【００２８】
【表２】
2013247303.tif 000004
【実施例３】
【００２９】
実施例１条件１において、微細繊維を次のように変えて導電紋様の形成を行った。
条件９：微細繊維の表面をプラズマ照射して塗料の載りを改善、条件１０：図１Ａ左図に示すようなナノ構造を有するナノ複合繊維を使用した結果を表３に示す。いずれも改善が見られ、悪い条件下でも良好な作用がある事が実証された。
【００３０】
【表３】
2013247303.tif 000005
【実施例４】
【００３１】
実施例１条件４において、部分的に２０ミクロン径の微細繊維を２００ミクロン毎にピンと張った印刷転写版を用いて、導電紋様の形成を行った。この時、希釈剤や増粘剤で塗料の粘度を調整して、その変化や効果を調べた結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
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【実施例５】
【００３３】
実施例４において、図４に示す余剰塗料除去部を用いて、導電紋様の形成を試みた。その効果を調べた結果を表５に示す。図１Ａ左図に示すように過剰な塗料が除去されて、印刷版の目詰まりが防止されたと推定された。いずれの条件でも改善が見られた。
【００３４】
【表５】
2013247303.tif 000007
【実施例６】
【００３５】
実施例５において、図４に示す余剰塗料除去部に気流を吹き付けて、ないしは、罫書き針を設置し用いて、余剰の塗料の除去や目詰まりの解消を試みた。その効果を調べた結果を表６に示す。いずれの条件でも実施例５とほぼ同レベルに改善されていた。
【００３６】
【表６】
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【実施例７】
【００３７】
実施例２条件１と条件４において、平行に張った微細繊維に替えて無数の２０ミクロン径の微細繊維を織った５００ミクロン角の網目の印刷転写版をピンと張って印刷転写を実施した。長手方向には張力が働いているが横方向には弱いので、版の両端部に高張力繊維を配して横方向にも強い版を作成した。
この結果、張力が全印刷版の長手横方向に伝わる網目紋様が出来たと推定される。この特徴を活かす為に長手方向に加えて横方向にも５ミクロンの振動を与えた。その結果を表７に示す。横方向にも効果的に動きがあることから線幅が太めになっている。
【００３８】
【表７】
2013247303.tif 000009
【実施例８】
【００３９】
実施例１条件４に従い、その時５Ｎの苛性カリを含む腐食性塗料２を用い、基板４としてポリイミド膜を適用した。その結果、紋様に沿った腐食部が形成された。更に通常使われている無電解銅析出法を適用して、無電解めっきを行い紋様通りの銅析出を得た。即ち、腐食したポリイミド膜を塩化Ｐｄを含む液に浸漬して水洗後、還元してナノＰｄ粒子を析出させ、これを核として無電解銅を析出した。その線幅は平均２２ミクロンであった。
更に、電気めっきにより3ミクロン厚の銅膜を追加形成した。その結果、線幅は太くなっており、概略２８ミクロンになっていた。
（比較例１）
【００４０】
実施例１と同様にして、従来のスクリーン印刷を行った。印刷版は可能であったが、印刷はうまく出来なかった。３０ミクロンに替えて７０ミクロンの印刷版で試行した処、所定の良好な印刷が出来た。
インクジェット法での試行では、約５０ミクロンの線幅を何とか実現できたが、形成速度は極端に遅く、１０ｃｍ角の小型でも時間が掛かり、実施例のような大型の印刷は不可能であった。グラビア印刷法では大型や長尺の印刷は得意としているが、線幅は実用的に１００ミクロン級である。５０ミクロンを切る印刷は当面困難とされている。
表８に各工法の特徴をまとめている。
【００４１】
【表８】
2013247303.tif 000010
以上の説明で明らかなように、本発明の微細紋様大面積印刷法によれば、微細紋様の大型の印刷が廉価で形成される環境に優しく省資源の転写印刷工法である。さらに同方法に基づく微細紋様大面積印刷装置により形成された機能性電子装置は、品質や信頼性が高く、更に低コストである。更に、省資源省エネにも大きく寄与する機能性電子装置である。
【００４２】
また、上記の説明で明らかなように単に大面積、高速転写印刷が可能なだけでなく、長尺のフィルムを使用するとエンドレスの転写／印刷ができる特徴がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、昨今盛んに研究が進められている基体表面上に選択的な機能性紋様を直接に形成する方法、マイクロコンタクトプリンティング技術分野に属しており、更に微細な紋様を大面積長尺の転写印刷を廉価で可能とする。
特に、他の方法では作成が非常に困難である大型の電子電気装置などに応用される。益々微細化し高度化し大型の機能性紋様の形成やその電子電気装置などの製造に新たな手段を提供し、併せてその品質や信頼性を大幅に向上すると共に、更なる省資源省エネルギーと特段のコスト低減を実現する。
【符号の説明】
【００４４】
１    塗料を載せた微細繊維（単繊維、ナノ異形繊維の例）
２ａ  繊維上の塗料
２ｂ  印刷面に転写された塗料
３    塗料を載せた印刷転写版の微細繊維部分 
４    印刷基体
５    微小上下動、押圧
６    左右、前後動
１３  塗料を載せた微細繊維よりなる印刷転写版 
１６  前後動
１７  塗料溜め  
１８  塗料供給部
１９  余剰塗料除去部
２０  引き出し部
２３  切れ目を形成する被覆部の例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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