(57)【要約】【課題】流動性のある導電性インクを用いてインクジェット印刷で導体層を作製する際に、焼成後の導体層の厚みばらつきを抑制し、かつ、膜厚不足による断線を防ぐための配線の製造方法を提供する。【解決手段】表面が、撥液部２と、撥液部２に囲われた親液部１とを有する基材において親液部１上に導体層を形成する導体層形成方法は、親液部１のうち一部の領域を第１親液部領域３とし、その残りの領域を第２親液部領域４とした場合において、第１の導電性インクを微滴化させて第１親液部領域３に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第１導電性印刷工程と、第１導電性印刷工程に続いて、導体層が親液部１の全体に形成されるように、第１の導電性インクより表面張力が大きい第２の導電性インクを微滴化させて第２親液部領域４に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第２導電性印刷工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が、撥液部と、前記撥液部に囲われた親液部とを有する基材において前記親液部上に導体層を形成する導体層形成方法であって、
前記親液部のうち一部の領域を第１親液部領域とし、その残りの領域を第２親液部領域とした場合において、
第１の導電性インクを微滴化させて前記第１親液部領域に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第１導電性印刷工程と、
前記第１導電性印刷工程に続いて、前記導体層が前記親液部の全体に形成されるように、前記第１の導電性インクより表面張力が大きい第２の導電性インクを微滴化させて前記第２親液部領域に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第２導電性印刷工程とを含む、導体層形成方法。
【請求項２】
前記第１親液部領域は、面積比で前記親液部の５〜９９．９％である、請求項１に記載の導体層形成方法。
【請求項３】
前記第１親液部領域の最小の線幅は、前記第２親液部領域の最小の線幅より、大きい、請求項１又は２に記載の導体層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット印刷を用いた導体層形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術であるフォトリソグラフィ法では、エッチングや現像などにより廃液の増大が問題となる。また、真空装置は、処理面積の大きさに伴い設備が大きくなり、コスト高となる。
そこで、近年、印刷法を用いた回路形成方法が注目されている。印刷法では、配線や端子などの各構成要素を必要な領域のみに付加的に作製することができるため、コストを低減することが可能である。また、印刷法では、連続生産性にも優れており、基材をフィルムのような屈曲性のあるものにすることも容易である。
【０００３】
配線形成などのパターニングが可能な印刷法としては、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷、反転オフセット印刷、インクジェット印刷、スクリーン印刷などがあるが、このうちインクジェット印刷は、印刷版が不要で、かつ、必要な個所にのみインクを印刷することが可能であり、インクの使用量が大幅に削減できることから注目されている。しかし、インクジェット印刷は、比較的低粘度のインクを滴下するため、流動が起こり易く、微細な導体層の形成性が有版印刷と比較して劣るために、高精細な導体層形成には不向きである。
【０００４】
また、高精細な導体層を形成する方法の一つとして、インクに対する親液性と撥液性とを利用して、事前に被印刷物に親液部と撥液部とを形成しておく親撥処理が挙げられる。例えば、引用文献１には、基材の表面に、パターンを形成するための材料が優先的に堆積される表面特性（親液性）を有する第１の領域と、前記第一の領域に比較して前記パターンを形成するための材料が堆積されにくい表面特性（撥液性）を有する第二の領域を形成する工程と、前記基材に対して、前記パターンを形成するための材料を付与し、前記第一の領域にその材料を選択的に堆積させる工程と、前記パターンを形成するための材料に対し相溶性の低い第二の材料を堆積させる工程と、を具備するパターン形成法が記載されている。このように、印刷前に基材表面に親撥処理をすることで、微細な導体層を作製することができる。
【０００５】
しかしながら、上述のように、インクジェット印刷に使用可能なインクは比較的低粘度であるため、親撥処理した基材上にインクジェット印刷をすると、乾燥前にインクが流動して導体層の膜厚が大きくばらつくという問題があった。特に、インクの表面張力の影響で導体層の幅が大きい部位では膜厚が大きく、導体層の幅が小さい部位では膜厚が小さくなる傾向があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０３１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、流動性のある導電性インクを用いてインクジェット印刷で導体層を形成する際に、焼成後の導体層の厚みばらつきを抑制し、かつ、膜厚不足による断線を防ぐための配線の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、精鋭研究をした結果、基材表面の親液及び撥液効果を利用して、撥液部に完全に囲われた親液部上に導体層を形成する、以下の導体層形成方法を見出した。
【０００９】
（１）  表面が、撥液部と、前記撥液部に囲われた親液部とを有する基材において前記親液部上に導体層を形成する導体層形成方法であって、
前記親液部のうち一部の領域を第１親液部領域とし、その残りの領域を第２親液部領域とした場合において、
第１の導電性インクを微滴化させて前記第１親液部領域に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第１導電性印刷工程と、
前記第１導電性印刷工程に続いて、前記導体層が前記親液部の全体に形成されるように、前記第１の導電性インクより表面張力が大きい第２の導電性インクを微滴化させて前記第２親液部領域に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第２導電性印刷工程とを含む、導体層形成方法。
【００１０】
（２）  前記第１親液部領域は、面積比で前記親液部の５〜９９．９％である、（１）に記載の導体層形成方法。
【００１１】
（３）  前記第１親液部領域の最小の線幅は、前記第２親液部領域の最小の線幅より、大きい、（１）又は（２）に記載の導体層形成方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少なくとも二種の導電性インクを用いて親液部に印刷することで、インクの表面張力などに起因した親液部のインクの流動を抑えることが可能で、これにより導体層の膜厚を自由に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る導体層形成方法の実施例１における撥液部に囲われた親液部を示した図である。
【図２】本発明に係る導体層形成方法の実施例１における第１の導電性インク及び第２の導電性インクを用いてインクジェット印刷をする領域を示した図である。
【図３】本発明に係る導体層形成方法の実施例１における第１の導電性インク及び第２の導電性インクを用いてインクジェット印刷をした後の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１から図３を参照して、本発明に係る導体層形成方法の説明をする。
図１に示すように、導体層形成方法は、基材表面の親液及び撥液効果を利用して、撥液部２に完全に囲われた親液部１上に導体層を形成する方法であり、後述するように、親液部１に第１の導電性インク及び第２の導電性インクを用いてインクジェット印刷をする方法である。
【００１５】
基材は、表面が撥液部２と、撥液部２に囲われた親液部１とを有するものである。基材は、親液部１及び撥液部２を形成することができるものであれば特に限定されない。親液部１及び撥液部２の形状は特に限定されない。
親液部１は、例えば、親液部１の上に極薄の撥液層を形成し、回路となるべき部位の撥液層をアブレーションやエッチングなどにより除去して撥液部２を形成することにより得られる。また、親液部１は、紫外光などによる撥液部２の表面改質による親液化処理又は親液部１の表面改質による撥液化処理をする方法で形成することもできるが、これらに限定されない。
図２に示すように、以下、親液部１は、親液部１のうち一部の領域を第１親液部領域３とし、その残りの領域を第２親液部領域４として説明する。
【００１６】
親液部１と撥液部２との表面状態は、通常、接触角計を用いて把握することができる。接触角測定には、水、有機溶媒などが用いられるが、インクジェット印刷に用いる導体層形成用の導電性インクが好ましい。親液部１の接触角と撥液部２の接触角との差が２０°以上が好ましく、３０°以上がより好ましく、４０°以上がさらに好ましい。また、接触角は、前進接触角であることが好ましく、基材を斜めにして液滴を滑落させることにより測定したり、液滴量を増加／減少させる拡張／収縮法を用いて測定したりすることができる。
【００１７】
親液部１の上に導体層を作製するのに用いる、第１の導電性インク及び第２の導電性インクには、導電性を付与することが可能な物質を含有したインク、例えば、金属粒子若しくは金属化合物粒子を分散したインク、又は金属錯体を溶剤に溶解したインクを用いることができる。これらの金属は特に限定しないが貴金属であることが好ましく、金、銀、銅、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウムなどが挙げられる。また、これらの金属は、アルミニウム、ニッケル、クロムなどの卑金属、酸化亜鉛、酸化インジウムスズなどの金属酸化物であってもよい。
【００１８】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクに占める金属成分の濃度は５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましく、２０質量％以上がさらに好ましい。金属成分の濃度が５質量％以上であると、導体層が必要な導電性を充分に付与することができる。
また、第１の導電性インク及び第２の導電性インクに占める金属成分の濃度は９０質量％以下が好ましく、８５質量％以下がより好ましく、８０質量％以下がさらに好ましい。金属成分の濃度が９０質量％以下であると、導電性インクの使用時に凝集沈殿を起こすこと無く、流動性を維持したまま安定して使用することができる。
【００１９】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクの分散媒又は溶媒には、水、アルコール類、ケトン類、エステル類、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素等の有機溶剤などが用いられ、特に限定しないが、第１の導電性インクに使用する分散媒又は溶媒と、第２の導電性インクに使用する分散媒又は溶媒とは相溶しない、又は相溶しにくいものを用いることが好ましい。例えば、第１の導電性インクの分散媒が水、第２の導電性インクの分散媒が水に不溶な脂肪族炭化水素などである。
【００２０】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクの分散媒又は溶媒の沸点は５０〜４００℃であることが好ましく、８０〜３５０℃であることがより好ましい。分散媒又は溶媒の沸点が５０℃以上であると、インクジェットヘッドのノズルの詰まりが発生し難くなる。また、沸点が３５０℃以下であると、導電性を得るための焼成に大きなエネルギーが必要としないため好ましい。
【００２１】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクに含まれる添加剤としては、例えば導電粒子を安定に分散させるための界面活性剤などの分散剤や、導体層の膜厚を制御するためのレベリング剤などを用いることができる。
【００２２】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクは、第１の導電性インクの表面張力＜第２の導電性インク表面張力となる導電性インクである。第１の導電性インク及び第２の導電性インクの表面張力は、１０〜１００ｍＮ／ｍであることが好ましく、１５〜８０ｍＮ／ｍであることがより好ましい。表面張力が１０ｍＮ／ｍ以上であると、撥液部２まで第１の導電性インク又は第２の導電性インクがぬれてしまうことを抑制することができる。また、表面張力が１００ｍＮ／ｍより小さいと、親液部１での第１の導電性インク又は第２の導電性インクのぬれ性が良好となる。
【００２３】
図２に示すように、導体層形成方法は、第１の導電性インクを微滴化させて第１親液部領域３に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第１導電性印刷工程と、第１導電性印刷工程に続いて、導体層が親液部１の全体に形成されるように、第２の導電性インクを微滴化させて第２親液部領域４に直接吹き付けるインクジェット印刷をする第２導電性印刷工程とを含む。
【００２４】
この導体層形成方法では、第２の導電性インクの表面張力は、第１の導電性インクの表面張力より大きい。このため、先ず、第１の導電性インクを用いて第１親液部領域３にインクジェット印刷をすることで、親液部１に多くの第１の導電性インクを効率良くぬれ広がらせることができる。次に、第２の導電性インクを用いて、親液部１で第１の導電性インクがぬれ広がっていない第２親液部領域４のみにインクジェット印刷をすることで、形成される導体層の膜厚のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
このように、少なくとも二種の導電性インクを用いて親液部１にインクジェット印刷をすることで、導電性インクの表面張力などに起因した親液部１の導電性インクの流動を抑えることができ、これにより導体層の膜厚を自由に制御することができる。
【００２６】
特に、第１の導電性インクを用いて親液部１の線幅の大きい領域（第１親液部領域３）にインクジェット印刷をした後、第２の導電性インクを用いて親液部１の線幅の小さい領域（第２親液部領域４）にインクジェット印刷をすることにより、さらに、導電性インクの表面張力などに起因した親液部１の導電性インクの流動を抑えることができ、これにより導体層の膜厚を自由に制御することができる。
【００２７】
第１の導電性インクを用いて親液部１の一部の領域（第１親液部領域３）にインクジェット印刷をする条件は特に限定されないが、撥液部２に第１の導電性インクが着滴しないことが好ましい。また、第２の導電性インクを用いて親液部１の残りの領域（第２親液部領域４）にインクジェット印刷をする方法は特に限定されないが、撥液部２及び第１の導電性インクが着滴した部位に着滴しないことが好ましい。
【００２８】
また本発明では、面積比で親液部１の５〜９９．９％の領域（第１親液部領域３）に第１の導電性インクを微滴化させてインクジェット印刷をし、続いて第２の導電性インクを微滴化させて親液部１の残りの領域（第２親液部領域４）にインクジェット印刷をすることを特徴とする。面積比が５％以上であると、第２の導電性インクの流動が大きくなりすぎず導体層の膜厚の制御が容易になり、また９９．９％以下であると第１の導電性インクの流動が大きくなりすぎず導体層の膜厚の制御が容易になる。
【００２９】
インクジェット印刷をした層が導電性を有するための導体化処理方法としては、通常、熱や光を用いた焼成や、化学変化を伴う処理などが挙げられるが、特に限定しない。
【００３０】
得られた導体層は、導電性を必要とする回路であればどのような用途に用いてもよく、例えば、プリント配線板、コネクタなどの接続端子、トランジスタなどの電子部品が挙げられる。
【００３１】
以下に、本発明を用いた実施例を記載するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板上に、有機系絶縁体インク（住友化学株式会社製、商品名「ＳＣ−ＧＩ０１」）をスピンコータ（ミカサ株式会社製、商品名「ＭＳ−Ａ１５０」）を用いて塗布し、オーブンで１８０℃、１時間硬化して絶縁層を作製した。
【００３３】
絶縁層にＵＶオゾン洗浄改質装置（株式会社たけでん製、商品名「ＳＫＴ２００５Ｙ−０１」）を用いてＵＶオゾン処理を３分間行った後、フッ素系インク（旭硝子株式会社製、商品名「サイトップ」）を、スピンコータを用いて形成し、ホットプレートで８０℃、３分乾燥して撥液層を作製した。
【００３４】
撥液層をエキシマステッパ露光機（ＳＵＳＳ  ＭｉｃｒｏＴｅｃ社製、商品名「ＥＬＰ−３００」、露光量１００ｍＪ／ｃｍ２）を用いてアブレーションを行い、撥液部を除去して親液部を露出させることで親撥パターンを作製した。ここで、親撥パターンの形状は図１に示した。
【００３５】
作製した親撥パターンにＵＶオゾン処理を３分間行った後、第１の導電性インクとして脂肪族炭化水素であるテトラデカンを分散媒に用いた銀インク（株式会社アルバック製、商品名「Ｌ−Ａｇ１ＴｅＨ」）を用いて、第１親液部領域３にインクジェット印刷をした。インクジェット装置にはマテリアルプリンター（ＦＵＪＩＦＩＬＭ  Ｄｉｍａｔｉｘ社製、商品名「ＤＭＰ−３０００」）を用いた。インクジェット装置の銀インクの吐出量は１２０ｐＬ（１０ｐＬ×１２滴）とした。また、第１親液部領域３は、面積比で、親液部１の９４％である。
【００３６】
続いて第２の導電性インクとして水を分散媒に用いた銀インク（バンドー化学株式会社製、商品名「ＳＷ１０２０」）を用いて、第２親液部領域４にインクジェット印刷をした。インクジェット装置の銀インクの吐出量は６ｐＬ（１ｐＬ×６滴）とした。印刷後、オーブンで１５０℃、１時間焼成を行って導体層を得た。その外観を図３に示した。
【００３７】
作製した導体層を接触式の段差計（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製、商品名「Ｐ−１５」）で測定したところ、第１親液部領域３の膜厚は平均で４０９ｎｍ、第２親液部領域４の膜厚は平均で５１６ｎｍであった。また、第１親液部領域３と第２親液部領域４との間の導通をテスターで調べたところ、導通していることを確認した。
【００３８】
比較例１
第１親液部領域３及び第２親液部領域４ともに、第１の導電性インク（脂肪族炭化水素を分散媒に用いた銀インク）を用いてインクジェット印刷をした以外は、全て実施例１と同じ条件で導体層を作製した。作製した導体層を接触式の段差計で測定したところ、第１親液部領域３の膜厚は平均で３６４ｎｍ、第２親液部領域４の膜厚は平均で２９ｎｍであった。また、第１親液部領域３と第２親液部領域４との間の導通をテスターで調べたところ、導通していることを確認した。
【００３９】
比較例２
第１親液部領域３及び第２親液部領域４ともに、第２の導電性インク（水を分散媒に用いた銀インク）を用いてインクジェット印刷をした以外は、全て実施例１と同じ条件で導体層を作製した。作製した導体層を接触式の段差計で測定したところ、第１親液部領域３の膜厚は平均で５７３ｎｍ、第２親液部領域４の膜厚は平均で４ｎｍであった。また、第１親液部領域３と第２親液部領域４との間の導通をテスターで調べたところ、導通していないことを確認した。
【００４０】
第１親液部領域３の膜厚に対する第２親液部領域４の膜厚の倍率（第２親液部領域４の膜厚／第１親液部領域３の膜厚）は、実施例１では約１．３倍、比較例１では０．０８倍、比較例２では０．００７倍であった。また、比較例２では、第２親液部領域４の膜厚が非常に小さいため導通していないことがわかった。
【００４１】
第１の導電性インク及び第２の導電性インクの表面張力の測定には、表面張力計（協和界面科学株式会社製、商品名「ＣＢＶＰ−Ａ３」）を用い、インク温度２５℃における表面張力値（ｍＮ／ｍ）を白金プレート法により測定した。第１の導電性インク（脂肪族炭化水素を分散媒に用いた銀インク）は２４ｍＮ／ｍ、第２の導電性インク（水を分散媒に用いた銀インク）は３１ｍＮ／ｍであった。
【００４２】
以上説明したとおり、本発明では、撥液部に囲われた親液部上に導体層を形成する導体層形成方法として、異なる二種の導電性インクを用いてインクジェット印刷をすることで導電性インクの流動を抑制し、線幅の異なる親液部にも最適な膜厚の導体層を作製することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：親液部
２：撥液部
３：第１親液部領域
４：第２親液部領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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