(57)【要約】本発明は、上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含み、分子インクが焼結されて、電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、分子インクが、ａ）３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀、０．１〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量はこの組成物の総重量に基づく；或いは、ｂ）５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、０．２５〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量はこの組成物の総重量に基づく；から選択される、電子デバイスに関する。【選択図】図１９Ａ
2020502818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含む電子デバイスであって、
前記分子インクは、焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、前記分子インクが：
ａ）３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀、０．１〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく；或いは、
ｂ）５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、０．２５〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく；
から選択される、電子デバイス。
【請求項２】
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能である、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記基板が柔軟性を有する、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記電子デバイスが電子部品としてプリントされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記電子デバイスが金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）デバイスとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記インクのトレースが前記電子デバイスの絶縁体上にある、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記電子デバイスがインダクタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記電子デバイスがキャパシタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記電子デバイスが電子フィルタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記電子デバイスがはんだ付け可能なプリント回路板としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記電子デバイスが、コプレーナ導波路、極超短波ＲＦアンテナ、極超短波ＲＦフィルタ及びハイブリッドＲＦデバイス：のうちの一つとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記電子デバイスが、周波数選択性ＲＦフィルタリング、反射又は配向用のエンジニア加工面としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記電子デバイスが太陽電池としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記電子デバイスが半導体デバイスとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記電子デバイスが透明電極としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記電子デバイスが電界発光ランプとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記電子デバイスが、ウェアラブル電子デバイス又はインモールド電子デバイスとしてプリントされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記電子デバイスが、物理化学的及び電気機械的センサのうちの一つとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
電子デバイスを含む加熱装置であって、
前記電子デバイスが、上部にインクのトレースを有するプリント基板を含み、
前記インクは、焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、前記インクが：
ａ）分子インク；又は、
ｂ）フレークインク；
から選択される、加熱装置。
【請求項２０】
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能である、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記基板が柔軟性を有する、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
前記電子デバイスが抵抗性電気回路としてプリントされる、請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記電子デバイスが航空機の一部内に覆われる、請求項２２に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記電子デバイスが航空機の翼内に取り付けられて前記翼を加熱する、請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記電子デバイスが、航空機、緊急システム、電気自動車、照明システム又はビルディングオートメーションシステムの性能を維持するために使用される、請求項２４に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記電子デバイスが電池に取り付けられて前記電池を加熱する、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記電池がリチウム電池である、請求項２６に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含むタッチインターフェイスであって、
前記分子インクは、焼結されて、透明導電膜を形成する導電性金属トレースを形成する、タッチインターフェイス。
【請求項２９】
プリント容量性又は抵抗性素子を更に含む、請求項２８に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３０】
容量性微細ワイヤを更に含む、請求項２８に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３１】
前記容量性微細ワイヤが、プリント銀電極のグリッド又はパターンを含み、前記基板が柔軟性を有する、請求項２９に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３２】
前記導電性金属トレースをレーザートリミングすることにより前記容量性微細ワイヤが作製され、これにより前記微細ワイヤが容量性を有する、請求項３０に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３３】
前記導電性金属トレースの選択的焼結を行うことにより前記容量性微細ワイヤが作製される、請求項３０に記載のタッチインターフェイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（ａ）分野
開示された主題は、一般にプリンテッド・エレクトロニクスに関する。より具体的には、開示された主題は、分子インク又はフレークインクを用いたプリンテッド・エレクトロニクスの応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
（ｂ）関連先行技術
分子インク又はフレークインクといった、プリントされるインクに特定の特性を付与するように設計されたインクが存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
新たな特性を有するプリント可能なインクの到来により、導電性表面の使用について考え直す可能性が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によれば、上部に分子インクのトレース（跡）を有するプリント基板を含む電子デバイスが提供される。ここで、前記分子インクは焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成する。また、前記分子インクは、３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀、０．１〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく、或いは、５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、０．２５〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく、から選択される。
【０００５】
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能である前記電子デバイスが提供される。
【０００６】
前記基板が柔軟性を有する（フレキシブルである）前記電子デバイスが提供される。
【０００７】
電子部品としてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【０００８】
金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）デバイスとしてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【０００９】
前記インクのトレースが前記電子デバイスの絶縁体上にある、前記電子デバイスが提供される。
【００１０】
インダクタを含む前記電子デバイスが提供される。
【００１１】
キャパシタを含む前記電子デバイスが提供される。
【００１２】
電子フィルタを含む前記電子デバイスが提供される。
【００１３】
はんだ付け可能なプリント回路板としてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００１４】
コプレーナ導波路、極超短波ＲＦアンテナ、極超短波ＲＦフィルタ及びハイブリッドＲＦデバイス：のうちの一つとしてプリントされる、前記電子デバイスが提供される。
【００１５】
周波数選択性ＲＦフィルタリング、反射又は配向用のエンジニア加工面（engineered surface）としてプリントされる、前記電子デバイスが提供される。
【００１６】
太陽電池としてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００１７】
半導体デバイスとしてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００１８】
透明電極としてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００１９】
電界発光ランプとしてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００２０】
ウェアラブル電子デバイス又はインモールド電子デバイスとしてプリントされる、前記電子デバイスが提供される。
【００２１】
物理化学的及び電気機械的センサのうちの一つとしてプリントされる、前記電子デバイスが提供される。
【００２２】
第二の実施形態によれば、電子デバイスを含む加熱装置が提供される。ここで、前記電子デバイスは、上部にインクのトレースを有するプリント基板を含む。また、前記インクは、焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、前記インクが分子インク又はフレークインクから選択される。
【００２３】
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能である前記電子デバイスが提供される。
【００２４】
前記基板が柔軟性を有する前記電子デバイスが提供される。
【００２５】
抵抗性電気回路としてプリントされる前記電子デバイスが提供される。
【００２６】
航空機の一部内に覆われる前記電子デバイスが提供される。
【００２７】
航空機の翼内に取り付けられて前記翼を加熱する、前記電子デバイスが提供される。
【００２８】
航空機、緊急システム、電気自動車、照明システム又はビルディングオートメーションシステムの性能を維持するために使用される、前記電子デバイスが提供される。
【００２９】
電池に取り付けられて前記電池を加熱する、前記電子デバイスが提供される。
【００３０】
前記電池がリチウム電池である、前記電子デバイスが提供される。
【００３１】
第三の実施形態によれば、上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含むタッチインターフェイスが提供される。ここで、前記分子インクは、焼結されて、透明導電膜を形成する導電性金属トレースを形成する。
【００３２】
プリント容量性又は抵抗性素子を更に含む、前記タッチインターフェイスが提供される。
【００３３】
容量性微細ワイヤを更に含む前記タッチインターフェイスが提供される。
【００３４】
前記容量性微細ワイヤが、プリント銀電極のグリッド又はパターンを含み、前記基板が柔軟性を有する、前記タッチインターフェイスが提供される。
【００３５】
前記導電性金属トレースをレーザートリミングすることにより前記容量性微細ワイヤが作製され、これにより前記微細ワイヤが容量性を有する、前記タッチインターフェイスが提供される。
【００３６】
前記導電性金属トレースの選択的焼結を行うことにより前記容量性微細ワイヤが作製される、前記タッチインターフェイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本開示の更なる特徴及び利点は、添付の図面と組み合わせて理解される以下の詳細な記載から明らかとなるであろう。その図面は以下の通りである。
【００３８】
【図１】図１は、一実施形態に従った、回路を構成するためにプリントされたトレース生成の結果を示すグラフ及び表の組合せである。
【図２】図２は、一実施形態に従った、ＡＳＴＭ Ｆ１６８３−０２曲げ及び折り目試験法を用いて試験された、プリント電子デバイスの機械特性を示す平面図、側面図及び表の組合せである。
【図３】図３は、一実施形態に従った、スクリーンプリント可能な銀分子インクの電気特性及びトレース解像度を示す写真、表及びグラフの組合せである。
【図４】図４は、一実施形態に従った、スクリーンプリント可能な銀分子インクに対する、せん断力特性及び環境試験結果を示す写真、表及びグラフの組合せである。
【図５】図５Ａは、一実施形態に従った、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）デバイスを示す透視図である。図５Ｂは、一実施形態に従った、プリントＭＩＭインダクタを示す平面図及び表である。図５Ｃは、一実施形態に従った、プリントＭＩＭキャパシタを示す平面図及び表である。図５Ｄは、一実施形態に従った、プリントＭＩＭローパスフィルタを示す平面図である。図５Ｅは、一実施形態に従った、プリントＭＩＭローパスフィルタの電気的挙動を示すグラフである。
【図６】図６Ａ〜Ｅは、一実施形態に従った、誘電体無しの（ａ）、プリント誘電体とカプセル化された（ｂ）、及びプリント誘電体層上の第二の層としての（ｃ）カプトン基板上に直接プリントされた銀分子インクのプロフィロメータの画像比較、各表面上にプリントされたインダクタの性能（ｄ）並びにインダクタの代表的な品質係数（ｅ）である。
【図７】図７Ａ〜Ｃは、一実施形態に従った、銀分子インクを用いてプラスチック基板（カプトン）上に３層全プリントされた（three-layer, all printed）金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタの図式（ａ）及び写真（ｂ）、並びに３つのシャント型ＭＩＭキャパシタｖｓ．周波数の測定結果（ｃ）である。
【図８】図８Ａ〜Ｃは、一実施形態に従った、右上の挿入図としてのＴＦＴの光学顕微鏡写真（ａ）及び左下の挿入図としての伝達曲線への線形当てはめ（ａ）、トランジスタの光学式プロフィロメータ画像（ｂ）、並びにチャネル幅の断面（ｃ）である。
【図９】図９は、一実施形態に従った、極超短波ＲＦアンテナを示す平面図である。
【図１０】図１０は、一実施形態に従った、極超短波ＲＦアンテナのフィルタリング動作を示すグラフである。
【図１１】図１１は、一実施形態に従った、ＲＦ信号と相互作用している、クラス１及びクラス２のエンジニア加工面のフィルタリングを示す透視図である。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｄは、一実施形態に従った、プリントされたクラス１のエンジニア加工面を示す写真である。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｂは、一実施形態に従った、プリントされたクラス１のエンジニア加工面の多層ＦＳＳ性能を示す写真及びグラフである。
【図１４】図１４は、一実施形態に従った、ＲＦ信号と相互作用している、クラス２のリフレクトアレー格子の取り付けを示す平面図及び透視図である。
【図１５】図１５は、一実施形態に従った、ＦＳＳを裏面に有するクラス２のリフレクトアレー格子の好適なインクトレースパターンを示す正面図である。
【図１６】図１６Ａ〜１６Ｂは、一実施形態に従った、ＦＳＳを裏面に有するリフレクトアレー格子デバイス及びその性能結果を示す透視図及びグラフである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、一実施形態に従った、ハイブリッド集積用に選択されたディスクリートＭＭＩＣチップデバイス（単極４投（ＳＰ４Ｔ）ＧａＡｓ ＭＭＩＣスイッチ）を示す平面図及び底面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、一実施形態に従った、ハイブリッド集積用に選択されたディスクリートＭＭＩＣチップデバイス（単極４投（ＳＰ４Ｔ）ＧａＡｓ ＭＭＩＣスイッチ）の機能図及び外観図である。
【図１８】図１８Ａは、一実施形態に従った、ハイブリッド集積用に選択されたディスクリートＭＭＩＣチップデバイス（単極双投（ＳＰＤＴ）ＧａＮ ＭＭＩＣスイッチ）を示す平面図及び底面図である。図１８Ｂは、一実施形態に従った、ハイブリッド集積用に選択されたディスクリートＭＭＩＣチップデバイス（単極双投（ＳＰＤＴ）ＧａＮ ＭＭＩＣスイッチ）の機能図及び外観図である。
【図１９】図１９Ａは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰ４Ｔチップデバイスを示す平面図である。図１９Ｂは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰ４Ｔチップデバイスを示す拡大された底面図及び平面図である。
【図２０】図２０Ａは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップデバイス（ＣＰＷプローブに基づいたバージョン）を示す平面図である。図２０Ｂは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップデバイス（ＣＰＷプローブに基づいたバージョン）を示す拡大された底面図及び平面図である。
【図２１】図２１Ａは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップデバイス（コネクタに基づいたバージョン）を示す平面図である。図２１Ｂは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップデバイス（コネクタに基づいたバージョン）を示す図である。図２１Ｃは、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップデバイス（コネクタに基づいたバージョン）を示す拡大された底面図及び平面図である。
【図２２】図２２は、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰ４Ｔチップの性能を示すグラフである。
【図２３】図２３は、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップの性能（ＣＰＷプローブに基づいたバージョン）を示すグラフである。
【図２４】図２４は、一実施形態に従った、フレキシブル基板上に組み立てられたディスクリートＳＰＤＴチップの性能（コネクタに基づいたバージョン）を示すグラフである。
【図２５】図２５Ａ〜２５Ｂは、一実施形態に従った、スクリーン印刷された多層ＣＰＷ伝送線路を示す図及び写真である。
【図２６】図２６Ａ〜２６Ｂは、一実施形態に従った、スクリーン印刷された多層ＣＰＷインターコネクトの広帯域特性を示すグラフ及びＰＥＴ基板の仕様である。
【図２７】図２７は、一実施形態に従った、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）基板上にスクリーン印刷されたＲＦフィルタを示す写真及びグラフの組合せである。
【図２８】図２８Ａ〜２８Ｂは、一実施形態に従った、フレキシブルプラスチック基板ＰＥＴ上にスクリーン印刷されたミリ波ＣＰＷバンドパスフィルタ及び性能結果を示す写真及びグラフである。
【図２９】図２９は、一実施形態に従った、微細ワイヤタッチインターフェイスを示す写真である。
【００３９】
添付図面の全体を通じて、同様の特徴は同様の参照番号によって識別されることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下は、フレークインク及び分子インク並びにそれらの製作方法についての記載である。更には、フレークインク及び分子インクを用いて作製可能なプリンテッド・エレクトロニクスについて記載される。更にプリンテッド・エレクトロニクスの様々な応用について以下に考える。
フレークインク
【００４１】
プリント可能なエレクトロニクス、アディティブマニュファクチャリング技術では、大面積で、フレキシブルで、並びに／或いは低コストな、ＯＦＥＴ、膜スイッチ、光起電、アンテナ、ディスプレイ及びセンサの製造を可能とするために、電子材料を従来のプリント工程と組み合わせる。導電性インクは、グラビア印刷、エアロゾルジェット、インクジェット及びスクリーン印刷を用いて、電極、ＯＬＥＤ、アンテナ及び集電装置用バスバー等の重要な部品の製作を可能とするため、プリンテッド・エレクトロニクスの最も大きな市場の一つを占める。
【００４２】
これらプリント技術のそれぞれがその特質を有するものの、銀フレークインクのスクリーン印刷が、産業での導電性部品の製造において現在広く使用されている、最も成熟した技術の一つである。これらのフレーク系インクは、良好なシート抵抗値（１０〜１５ｍΩ／スクウェア／ミリインチ（mil））及び典型的に約４〜１５ミクロンの厚みを有するトレースを生成することができる。プリンテッド・エレクトロニクス産業は、安価な機能性デバイスを製造する望みによって動かされており、銀含有量を単に減らし、その結果としてのトレース厚みを単に低減することが、コスト削減の分かり易い手段である。しかしながら、析出される銀の量を減らすことは、典型的には、フレーク系インクに関する材料消費又はコストを削減するための実行可能な選択肢ではない。なぜなら、プリント導電性トレースにおいて高い導電性（低い体積抵抗率）及び機械的堅牢性を達成するには、複数層の銀フレークを重ねること及び約４μｍの最低厚みを要するからである。
【００４３】
スクリーン印刷は、フレキシブル基板上に導電性の特徴を生じされるために通常使用される技術であり、プリンテッド・エレクトロニクス産業において最も普及して利用されているインクは金属フレーク系である。工業設備では、典型的には、１００μｍ未満のトレース幅及び５μｍ未満のトレース厚みを生成するという問題を抱えている。銀フレークインクは、厚みが４ミクロン未満であると、十分に導電性のあるトレースを生成しない。更には、銀フレークインクは柔軟な導電性トレースももたらさないし、厚みが４ミクロン未満であると折り目を付けることもできない。銀フレークインクもまた、導電性接着剤との接合を強化するためのカプセル化を必要とするような付着性の限界を被るトレースを生成する。銀フレークの大きさ（数ミクロン）が原因で、細いトレースのアスペクト比を最小化するために非常に望まれる、厚みがサブミクロンである導電性トレースをプリントすることは不可能である。加えて、現在のスクリーン印刷インクでは形状的に平坦な表面を生成することができない。
【００４４】
上述で強調された通り、大抵の市販のスクリーンプリント可能なインクは銀フレークの配合組成を利用している。これらのフレーク系インクで直面する問題は、その大きな寸法（数ミクロンのフレークのサイズ）に起因する。フレークは大きいため、小さなスクリーン寸法を通じて物理的にプリントし、全てのフレークが良好に重なって導電性トレースを生成するような均一なトレースを生成することが困難となる可能性がある。スクリーンインクが高分子基板上にプリントされる場合、インクは低温で焼結されなければならず、その結果、フレークは単に穏やかに焼結されるのみで、典型的には１０〜５０ｍΩ／スクウェア／ミリインチの範囲のシート抵抗値を有するトレースを生じる。加えて、結果として生じるトレースは、大きな重なり合った銀フレークで構成されるため、表面形状は粗いことが通常である。粗い表面は、アンテナの性能が一部表面粗さによって決まるＲＦＩＤ用途において特に問題である。この問題を克服するために、ナノ粒子（＜１００ｎｍの直径）を用いる例がある。しかし、ナノ粒子は生成するのに比較的高価であり、得られる性能はこの追加コストを正当化するには十分でない。
【００４５】
柔軟性のある導電性トレースを生成することのできる、プリント可能な分子インク、特にスクリーン印刷用の分子インクに対する必要性が残る。
分子インク
【００４６】
基板上に導電性トレースをプリントするのに適し（以下に更に記載される通り他のプリント手法が適してはいるが、例えば、スクリーン印刷）、３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀或いは５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、０．１〜１０重量％の高分子バインダー（例えば、エチルセルロース）並びに少なくとも一種の有機溶媒の残部を有するフレーク非含有の分子インクについて記載される。分子インクで形成された導電性トレースは、金属フレークインクよりも薄く、抵抗率が低く、基板に対する付着性が高く、金属フレークインクよりも良好なプリント解像度を有し、最大８倍粗くない。加えて、ロックタイト３８８０でトレースに接着された発光ダイオードを除去するのに要するせん断力は、市場で入手可能なフレーク系インクよりも少なくとも１．３倍より強力である。
【００４７】
本発明の分子インクは、３種の主構成成分：金属前駆体分子、バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒を含む。インク処理中での金属前駆体分子の分解により、導電性金属粒子が生成し、バインダーが導電性金属粒子と共に結着して適切な機械特性及び基板に対する付着性を有するトレースをもたらし、溶媒が、この溶媒は分子インクを溶解してより均質なインク及びそこから作製されるトレースももたらし得るが、主にインクをプリント可能なものにするのに役立たせるために使用される。基板上に付着してトレースを形成し、適切に処理（例えば、熱又は光によって）されると、金属前駆体分子がバインダーによって結着される導電性ナノ粒子を形成する。結果として生じるトレースはインターコネクトされた金属ナノ粒子で構成されるが、ナノ粒子は、インクの費用が市販のフレーク系インクの費用と競えるように、in situで生成される。加えて、インターコネクトされたナノ粒子の構造に起因して、抵抗値は金属フレーク系インクよりも低い。更に、分子インクから得られるトレースは金属フレーク系インクよりも接着剤に対する結着性が向上し、金属フレーク系インクよりも良好なプリント解像度を有し、金属フレーク系インクよりも最大８倍粗くない。
【００４８】
分子インクはフレークを含有せず、導電性をもたらすための金属フレークを利用していない。代わりに、分子インクは金属前駆体分子、具体的には金属カルボン酸塩、より具体的にはＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀或いはビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを含む。インクがフレークを含有していないので、インクから形成された導電性トレースは、非常に薄くて細い導電性トレースの形成を可能とするインターコネクトされた金属ナノ粒子を含む。
【００４９】
分子インクは、約３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀或いは約５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを含有する組成物を含む。ここで、重量は組成物の総重量に基づく。好ましくは、組成物は約４５〜５５重量％、例えば、約５０重量％のカルボン酸銀或いは約６５〜７５重量％、例えば、約７２重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマートを含む。
【００５０】
インクは任意の種類のプリンティング用に配合調製され得るところ、インクは特にスクリーン印刷に適している。この際、インクが約１５００ｃＰ以上の粘度を有することが好ましい。更には、溶媒は、プリンティングの最中にインクがゆっくりと蒸発するように十分高い沸点を有することが好ましい。これにより、性能向上のためにインクを薄める必要が生じる前に行うことのできるプリントサイクル数が増加することが知られている。
【００５１】
分子インクは、基板上に付着、例えば、プリントされて、基板上にインクのトレースを形成し得る。トレース内の銀塩を乾燥及び分解して導電性トレースを形成することは、トレースが上部に付着する基板の種類によって技法及び条件の指針が決まる、任意の適した技法によって成し遂げし得る。例えば、銀塩の乾燥及び分解は、加熱及び／又は光焼結によって成し遂げし得る。
【００５２】
本発明のインクは、任意の適した手法、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷（例えば、スタンプ）、グラビア印刷、オフセット印刷、エアブラシ法、エアロゾル印刷、組版、又は任意の他の手法によって基板上に付着し得る。付着後、インクを、例えば、インクを周囲条件で乾燥させる又は溶媒を蒸発させるのに適切な長時間にわたってインクを加熱することによって乾燥又は硬化させてもよい。本発明のインクは特にスクリーン印刷に適している。
【００５３】
先行技術の分子インクは、一般にはスクリーン印刷用に配合調製されておらず、結果としてスクリーン印刷された導電性トレースには基板に対する付着性に限りがある。限られた付着性は、基板表面からトレースが層剥離する或いはトレースがマクロ構造又はミクロ構造の亀裂を形成するので、回路の断線故障及び導電率の全損失（例えば、無限の抵抗率）をもたらす。対照的に、本発明の導電性トレースは、上述の通り基板に対する付着性が良好で、少なくとも１日、好ましくは少なくとも１カ月、より好ましくは少なくとも１年の期間にわたって回路の断線故障を生じない。本発明でプリントされたトレースは、クロスハッチ付着性試験（ＡＳＴＭ Ｆ１８４２−０９）に従ったグレード５Ｂを得た（剥離は生じなかった）。
【００５４】
分子インクで形成された導電性トレースは、金属フレークインクよりも薄く、抵抗率が低く、良好なプリント解像度を有し、最大８倍粗くない。加えて、エポキシ接着剤を用いてトレースに接着された発光ダイオード（ＬＥＤ）を除去するのに要するせん断力は、市場で入手可能なフレーク系インクよりも少なくとも１．２倍より強力である。基板は任意のプリント可能な表面であり得る。プリント可能な表面としては、中でも、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）（例えば、Ｍｅｌｉｎｅｘ（商標））、ポリオレフィン（例えば、シリカ充填型ポリオレフィン（Ｔｅｓｌｉｎ（商標）））、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（商標））、シリコン膜、織物（例えば、セルロース系織物）、紙、ガラス、金属、誘電体被膜が挙げられる。フレキシブル基板が好ましい。
【００５５】
基板上にプリントされた導電性トレースは、電子デバイス、例えば、電気回路、導電性バスバー（例えば、光起電セル用）、センサ、アンテナ（例えば、ＲＦＩＤアンテナ）、タッチセンサ、薄膜トランジスタ、ダイオード、及びスマートパッケージング（例えば、スマートドラッグパッケージング）内に組み込まれてもよい。本発明の分子インクによってこのような電子デバイスの小型化が可能となる。
プリンテッド・エレクトロニクスに基づく電装部品
【００５６】
分子インクは、回路又はその一部を構成するインクのトレースをプリントするために上述の通り使用される。トレース生成の結果を図１に示す。
【００５７】
図２に示す通り、ＡＳＴＭ Ｆ１６８３−０２曲げ及び折り目試験法を用いて機械特性を試験した。
【００５８】
スクリーンプリント可能な銀分子インクの有利な特性についてこれより記載する。目的は、高導電性及び堅牢な機械特性を有する、機能的で、薄く、高解像度のトレースを生成することのできる、スクリーンプリント可能なインクを開発することである。
【００５９】
スクリーンプリント可能な銀分子インクの電気特性及びトレース解像度を図３に示す。
【００６０】
図４には、せん断力特性及び環境試験結果を示す。
【００６１】
上述した特性から種々のデバイスが恩恵を受けることができる。種々のデバイスの基礎としては、一般に図５Ａに示される、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）デバイスの構築が挙げられる（金属上に絶縁体、その絶縁体上に金属）。図５Ｂは、上述のインクで作製され、基板上に又は誘電体材料（即ち、金属間の絶縁体）上にプリントされたインダクタを示す。分子インクをプリントすることによってインダクタンスを成功裏に構築可能なことが示されている。
【００６２】
同様の結果が、やはり分子インクをプリントすることによって成功裏に構築可能な、キャパシタ（図５Ｃ）及びローパスフィルタ（図５Ｄ）等の電子フィルタにも適用される。ローパスフィルタの電気的挙動もまた図５Ｅに示されている。分子インクがプリントされたローパスフィルタは、急な遮断スロープ（rejection slope）（即ち、フレークインクよりもよりはっきりとフィルタ処理する）を有し、且つ通過帯域において非常に低い挿入損失を有する（即ち、信号が有益な周波数では減衰しない）。このデバイスの応答は２０ＧＨｚまでスプリアス成分を含まない。デバイスの性質上（即ち、分子インクによって可能となった高回路密度でプリントされている）、デバイスはとりわけ小型である。
【００６３】
図６Ａ〜Ｅは、一実施形態に従った、誘電体無しの（ａ）、プリントされた誘電体とカプセル化された（ｂ）、及びプリントされた誘電体層上の第二の層としての（ｃ）カプトン基板上に直接プリントされた銀分子インクのプロフィロメータの画像比較、各表面上にプリントされたインダクタの性能（ｄ）並びにインダクタの代表的な品質係数（ｅ）である。
【００６４】
図７Ａ〜Ｃは、一実施形態に従った、銀分子インクを用いてプラスチック基板（カプトン）上に３層全プリントされた金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタの図式（ａ）及び写真（ｂ）、並びに３つのシャント型ＭＩＭキャパシタｖｓ．周波数の測定結果（ｃ）である。
【００６５】
図８Ａ〜Ｃは、一実施形態に従った、右上の挿入図としてのＴＦＴの光学顕微鏡写真（ａ）及び左下の挿入図としての伝達曲線への線形当てはめ（ａ）、トランジスタの光学式プロフィロメータ画像（ｂ）、並びにチャネル幅の断面（ｃ）である。
分子インクで作製された回路
【００６６】
分子インクは、先進的なユーザーインターフェイス、回路及びデバイス用の新たなコンダクタとして機能できる。
【００６７】
プリンテッド・エレクトロニクスは、機能性材料及びプリンティングを組み合わせて新たなフォームファクタでの電子デバイスを作製し、革新的な製品を可能とする、破壊的な製造技法である。プリンテッド・エレクトロニクスは、センシング、ディスプレイ及び無線通信において画期的な技術を生み出すであろう。
【００６８】
プリンテッド・エレクトロニクスの応用分野を拡大するために新しい分子インクを使用することができる。このことは、上述の銀分子インク及び銅分子インクの両方に当てはまる。
【００６９】
上述の分子インクは、フレークインクのコストでもってナノ粒子の電気性能をもたらす。
【００７０】
分子インクは、サブミクロンのトレース厚みを有するインクのトレースを製作して細いトレース生成を可能とするために使用することができる。
【００７１】
回路において使用される分子インクは堅牢な機械特性を有する。
【００７２】
分子インクの使用により、新しい又は向上したポリイミドフレックス回路の作製並びにポリイミドフレックス回路又はリジッド（硬質）エポキシプリント基板用の新しいはんだ付け可能な表面仕上げをも可能とする。
【００７３】
これらの分子インクを用いて既存の電子製品を製作して、向上した特性又は全く新しい製品を提供するために、分子インクのこれらの特性を使用することができる。
【００７４】
これより分子インクの有利な特性について記載する。これらの特性は回路製作に適している。
【００７５】
銅分子インクの焼結温度は低い。銀分子インクにおける焼結の容易さ及び優れた電気特性にもかかわらず、銀の高コストが、プリンティングの主な促進要因がコストであるプリント応用に対する懸念となっている。従って、以下の特性を有する低コストの銅スクリーンインクの開発が行われてきた：低コストの銅前駆体；１５０℃で焼結してＰＥＴと互換性があるようにする（安価なフレキシブル基板）；バルク銅の値の２〜５倍の抵抗率；良好な機械特性（ＡＳＴＭ Ｆ１６８３−０２）。
【００７６】
銅インクは酸化に対して強い。銅インクが必要とするのは単純な調製であり、安定且つスクリーンプリント可能である。銅分子インクで作製された回路は以下の特性を有する：高解像度（２〜２０ミリインチの線の特徴形状（features））；カプトンに加えてＰＥＴ上での焼結；Ｎ２下での熱焼結（５００ｐｐｍ Ｏ２）；大気中での光焼結；２０〜３０ｍΩ／スクウェア／ミリインチの抵抗率；耐酸化性Ｃｕトレース。
分子インク及び他のインクを用いたプリンテッド・エレクトロニクスの応用
【００７７】
プリンテッド・エレクトロニクス回路、部品、及びデバイスは、銀のフレーク、ナノ粒子又は分子インクと、半導電性の、炭素ナノチューブ又は誘電体インクを有するフレキシブル又はリジッド基板を用いて開発できる。以下に記載の理由により、分子インクが大抵の用途において好ましく、多くの利点をもたらす。場合によっては（極超短波フィルタ）、分子インクが唯一の適切な選択肢である。
【００７８】
以下に挙げたもの等の、これらのインクを用いた種々の応用が考えられる。
−受動又は能動の、リジッド又はフレキシブルなプリント電子部品
−フレキシブル又はリジッドなプリント回路板
−はんだ付け可能なプリント回路板
−プリントされたフレキシブルな発熱体、例えば、航空宇宙用途用
−プリントされたコプレーナ導波路、ＲＦアンテナ、ＲＦフィルタ及びハイブリッドＲＦデバイス
−選択的周波数での、プリントされたＲＦエンジニア加工フィルタリング又は反射又は配向の面
−プリントされたフレキシブル又はリジッドな太陽電池
−プリントされた半導体デバイス
−プリントされた微細ワイヤフレキシブル又はリジッドなタッチインターフェイス
−プリントされたフレキシブル又はリジッドな透明電極
−プリントされた容量性又は抵抗性のフレキシブル又はリジッドなインターフェイス
−プリントされたフレキシブルな電界発光ランプ
−フレキシブル基板上にプリントされたウェアラブル電子装置
−プリントされた物理化学的及び電気機械的センサ
【００７９】
上述の通り、分子インクは非常に有利な機械特性及び電気特性を有しており、プリントされたトレースにおけるより大きな回路密度並びにより良好な均一性及び厚みを可能とする、特により高いトレース解像度を有している。これらのトレースの機械的柔軟性はより大きく、より高い電流密度に耐えることができる。これらの利点は、例えば、フレークインクを用いて達成されたものに対してスペクトル分解能が向上したフィルタを作製するのに使用することができる（例えば、ロー、ハイ、又はバンド−パスフィルタ）。それは、フレークインクが耐えられるものと比較してはるかに高い周波数で使用可能なアンテナの作製にも使用することができる。
ＲＦ用途
【００８０】
分子インクの一用途は、スクリーン印刷された極超短波（ＵＨＦ）アンテナである。このようなアンテナの一実施形態を図９に示す。電気特性及びトレース表面プロファイルの優れた制御を伴って分子インクを使用することにより、フレークインクなどの他の種類のインクでは到達し得ない周波数の信号と相互作用することが可能となる。
【００８１】
アンテナの一実施形態におけるスペクトル挙動の実証結果を図１０に示す。
【００８２】
測定結果：グラフの最上部：超短波−低、超短波−高及び極超短波帯におけるＴＶチャネルの（周波数での）位置。Ｓ１１の値が低い程、高い受電であることを意味する（指定された周波数にてチャネルを受信する可能性がより高い）。
【００８３】
測定の要点：カプトン（ポリイミド）及びメリネックス（ＰＥＴ）基板上のアンテナは、極超短波帯において同様の性能を発揮した。メリネックス上のアンテナの方が、超短波帯の高域においてより良好な応答を示した。
【００８４】
種々の特性及び備考を表１に示す。
【００８５】
プリントアンテナの特性
【表１】
2020502818.tif 000003
遠距離通信用途
【００８６】
モバイル無線通信量は、今後数年間で１０００倍に増大することが予想される。より小型の電池を採用してそれらをより接近させてパッケージ化することが、この著しい上昇に追い付いていく手法の一つである。このアプローチの欠点としては、必要な基地局塔の数が増えること、及び移動体通信可能区画（セル）間における干渉が増えることが挙げられる。このような干渉は、システム性能を低下させて、パケットロス及びスループットの低下を引き起こし、システムの安全性及びプライバシーをも危うくし得る。従って、システムが干渉の存在する中でも効率的に稼働でき、モバイルブロードバンド容量の増加を成し得るような革新的な解決策を開発することが重要である。二つのアプローチが考えられている：エンジニア加工面と巻付け式ビーム形状アレイ（wrap-around shaped-beam arrays）とである。どちらも、上述のインクを用いた、選択的な周波数帯での、プリントされたＲＦエンジニア加工フィルタリング又は反射又は配向の面を伴う。
【００８７】
エンジニア加工面は、小さな金属又は誘電体素子の周期的な格子でパターン付けられた、大きくて薄く、柔軟性のある誘電体基板の単一又は複数のシートである。エンジニア加工面は、上述のインクで有利に作製可能である。
【００８８】
これらの面は、その周波数に基づいて電磁信号を選択的に反射又は伝送するように設計され、信号をブロック、リダイレクト又は伝送するために使用可能である。干渉を低減する並びに／或いはワイヤレス通信可能範囲（カバレッジ）及びスペクトラム効率を改善するために、これらのエンジニア加工面を平坦面又は曲面上に配置できる。より具体的には、制御された手法で電磁信号を環境的に管理してブロードバンドモバイルカバレッジを改善するために、これらのエンジニア加工面をビルディング又は都市のインフラストラクチャに配置できる。このことにより、より高周波帯を使用する新しい可能性が開かれる。なぜなら、より高帯域での信号性能が低いことを意味している都市環境に対する現在の伝播モデルは、電磁波の伝播が制御不可能であるという仮説に基づいているからである。これらの方策（resources）は長年気付かれてこず、より優れた電気性能を有する低コストで丈夫で柔軟性のある材料で被覆する際のせん断の広がり及び技術的な複雑さの結果、未活用のままであった。
【００８９】
プリンテッド・エレクトロニクス（ＰＥ）は、その製作手法のお陰で、エンジニア加工面をビルディング及び都市のインフラストラクチャに統合する際の技術的障害を克服することができる。更には、それらを、カバレッジ領域内での信号環境を変更及び管理するために、今後使用することができる。
【００９０】
巻付け式ビーム形状アレイは、アウトドア環境、例えば、街灯柱に展開することができ、それにより、この広く普及したインフラストラクチャ部分を、広角度のカバレッジを有する基地局のネックワークの主力に変え、見栄えの悪い基地局塔を費用をかけて配置することを排除する。このような開発は、現在の不動産の空き状況及び各柱での電力の入手可能状況に起因して、低コストとなるであろう。加えて、これらのアレイの放射線ビームは、隣接したセルへの流出量を削減することで干渉を低減するように調整することができる。インドア環境には、巻付け式ビーム形状アレイを支柱内に融合して信号の到達範囲を不感帯内にまで拡大し、カバレッジを形作ることでチャネル容量を増大させるために、この同様の戦略を使用することができる。
【００９１】
プリンテッド・エレクトロニクス（ＰＥ）は、設計を可能とし、大面積のエンジニア加工面及び巻付け式ビーム形状アレイの展開を容易にするために有利に使用することができる。このことは、大きく柔軟性のあるＰＥ生成シートを間口の壁紙として並びに／或いはビルディング又は都市のインフラストラクチャの内面として配置することによって成し遂げ得る。これらの柔軟性のあるＰＥ生成シートでは、上述の種々のインク、例えば、フレークインクだけでなく分子インクをも使用することができる。
【００９２】
このような開発の注目すべき例としては、特定の周波数帯をブロック／許可する周波数選択性表面（ＦＳＳ）の設置、又は、インドア領域での自然光の露出を損なうことなくビルディング内への信号の侵入を制御する光学的に半透明なインクに基づく構造の設置が挙げられる。ＰＥ生成表面はまた、カバレッジを選択的に形作って不感帯又は影領域を取り除くように設計することもできる。これらの応用開発における別の関連した広く多目的利用が可能な延長は、サイバーセキュリティの要件に準拠した、特定のカバレッジ領域のオンデマンドな除外であろう。第二の目的は、ＰＥを用いた街灯柱又は支柱を包む巻付け式ビーム形状アレイの展開であり、これにより追加の塔インフラストラクチャに対する必要性を低減する。ＰＥ生成表面の柔軟な性質に起因して、このような開発が今や可能となっている。ＮＲＣ及びＰＥ協会メンバーの施設で集中的に開発されてきた新規の半導体及び強誘電体インクは、より高いチャネル容量を実現する上で重要な特徴である動作周波数、カバレッジ、及び／又は信号偏波の動的変動を可能とすることにより、これらの巻付け式ビーム形状アレイの機能性を著しく拡大するであろう。
【００９３】
電磁環境のこの制御は、大きな設置面積を網羅できる共形（コンフォーマル）の実現を要するフレキシブル基板上へのエンジニア加工面及び巻付け式アンテナアレイの実現というＰＥの独特な特徴（配向とは無関係に動作し、これは従来の対応する平面のものでは不可能である）によって可能となる。加えて、この技術は、可変式構造、ビーム形状アレイ、及び可変式エンジニア加工面の実装用の強誘導体といった、台頭する適応材料の可能性を利用することができる。柔軟性のあるエンジニア加工面は、スクリーン印刷及びインクジェット等の異なるプリンティング技術を用いて、対象物（interest）のＩＳＭバンド又は他のマイクロ波周波数帯において開発されてきた。
【００９４】
この技術の現実的な実装は、５Ｇモバイルワイヤレス通信用のエンジニア加工面（ＥＳ）であろう。
【００９５】
この文脈において使用されるためには、エンジニア加工面は戦略的な位置に配置され、カバレッジを制御する、セキュリティを高める、及び／又は干渉を軽減するために伝播環境を変更する。カバレッジの制御には、二種類のエンジニア加工面を用意する必要がある：周波数選択的であり、その反射／伝送特性が周波数と相関関係にあり、通常はビルディングの外囲に使用される、クラス１面；及び、通常はビルディング内部で（例えば、壁で）使用される、リフレクトアレー格子又は信号をリダイレクトする拡散体であるクラス２面。両クラスのＥＳの設置を図１１に示す。
【００９６】
プリンテッド・エレクトロニクスの独特な特徴により、上述のインクを用いた両クラスのエンジニア加工面の製作が可能となる。フレークインク、ナノ粒子を含む導電性インク及び半導体インク（有機でも無機でも）がこの目的に使用可能である。上述した通りの分子インクもまた考慮される。
【００９７】
クラスＩ：周波数選択性表面（ＦＳＳ）は、壁／窓に配置され、所定の区域に対して信号をブロック／伝送する（セキュリティ）。周波数選択性表面は隣接する区域間の干渉を軽減もする。クラス１のＦＳＳを、種々の適したインク−トレースのパターンを例示した図１２Ａ〜１２Ｄに示す。クラス１のＦＳＳは、より高い精巧性又は窓内への設置のための透明基板を含むフレキシブル基板上にプリントすることができる。多層ＦＳＳの性能を図１３Ａ〜１３Ｂに示す。
【００９８】
クラス２のリフレクトアレー格子又は拡散体は、ビルディング内での死角を照らしたり、マルチパス信号伝送を強化したり、カバレッジを高めたり、又はクワイエットゾーンを生成したりするために、戦略的な位置に配置することができる。この種の有利な信号変更を図１４に示す。
【００９９】
クラス２のリフレクトアレー格子に適したインク−トレースのパターンを図１５に示す。
【０１００】
ＦＳＳを裏面に有するリフレクトアレー格子の性能は、図１６Ａに示すデバイスを用いて特徴づけできる。得られた反射スペクトラムを図１６Ｂに示す。
【０１０１】
プリンテッド・エレクトロニクスはまた、５Ｇモバイルネットワーク技術の実装に有用な種々の機能を可能にする。５Ｇ帯でのより高い周波数用に、例えば、金属及び誘電体インクの組み合わせに基づいて多層ＥＳを開発することができる。プリンテッド・エレクトロニクス又はリアルタイムでの動的制御を可能にする電気機械技術を用いて、再構成可能なＥＳもまた可能となる。
航空宇宙用途
【０１０２】
上述の通り、様々な種類のインクを種々の基板上に使用することができる。例えば、銀のフレーク、ナノ粒子又は分子インクと、半導電性の、炭素ナノチューブ又は誘電体インクを、フレキシブル又はリジッド基板上で使用することができる。
【０１０３】
上述の機械特性及び電気特性は、このようなインク及び基板で作製された製品の潜在的な信頼性を示す。
【０１０４】
航空宇宙は、航空機サブシステムへの製品の統合に高い信頼性を要する分野である。航空機におけるプリンテッド・エレクトロニクスの応用例は、プリントされた柔軟性を有する発熱体を、加熱を必要とする部品へ導入することである。航空機の翼が、非常に低温にさらされた翼上に氷が蓄積することを避けるために道中での加熱を要する航空機サブシステムの一例である。
【０１０５】
現在、飛行機の翼は、エンジンから翼内へと熱風をもたらすアルミニウム管を用いて加熱しており、これによって翼上に氷が形成することを防止している。それでもなお、これらのアルミニウム管は重く、翼の重量プロファイルを変える。
【０１０６】
これらのアルミニウム管が翼から無くなることが好ましい。
【０１０７】
上述のインクで作製されたプリンテッド・エレクトロニクスを含む、プリントされた柔軟性を有する発熱体の使用は、これらアルミニウム管に置き換わることができる。
【０１０８】
これら発熱体の柔軟な性質により、翼の内部をこれら発熱体でとても簡単に覆うことができる。
【０１０９】
また、これら発熱体の基板は通常薄く且つ軽量である。従って航空機の翼における実質的な重量増加は避けられる。このことは、翼及び航空機の重量に有利な影響を及ぼし、全体的な性能を向上させる。
【０１１０】
更には、基板は翼の内面を覆うことができる。回路は基板表面の大部分を構成するので、その表面上で翼を実質的に均一に加熱することができる。回路からの放熱による加熱もまた、氷の蓄積を防ぐためにより加熱を必要とする翼の部分をより加熱するために、翼の特定部分に適合させることができる。従って、熱がより効率的に使用され、エネルギーの無駄が削減される。
太陽電池
【０１１１】
一実施形態に従えば、太陽電池及び太陽光パネルの製造に上述の分子インクを使用することができる。その高導電性及び高解像能を理由として、上述の分子インクは太陽電池のバスバーの印刷に特に適している。
導電膜及びタッチインターフェイス
【０１１２】
一実施形態によれば、その高導電率及び高解像能を理由として、分子インクをプリント透明導電性電極又は透明導電膜の製造に使用することができる。この透明導電膜により、プリント容量性微細ワイヤタッチインターフェイスの製造が可能となる。
【０１１３】
この実施形態の利点は、設計が可能であること、及びタッチスクリーンのカスタム試作を素早く構築できることである。例えば、レーザー会社が、容量性タッチスクリーンの製造を可能とする、ＩＴＯレーザーエッチング工程を開発した。この技術は、ＩＴＯ膜のレーザーアブレーション及びそれに続くバスバーの印刷及び／又はトリミングに基づく。本明細書に記載の実施形態は、むしろ、フレキシブル基板上に銀電極のグリッド又はパターンをプリントすることに基づき、必要に応じて、プリントされたトレースを整えて容量性インターフェイスを生成するレーザーアブレーション工程が後に続くことがある。タッチスクリーンのカスタム試作を素早く設計及び構築するのに、これはより効率的である。
【０１１４】
別の実施形態は、Ａｇ分子インクを用いてプリントされたトレースの選択的焼結を行うことを含む。この実施形態には、はるかに柔軟な生成という利点がある。
【０１１５】
従って、導電性分子インクの直接印刷並びにレーザートリミング及び／又は印刷と、導電性分子インクの選択的焼結とによって生成された導電性トレースが、フレキシブル又はリジッド微細ワイヤ容量性タッチインターフェイスの生成に使用される、そのような工程において、分子インクを有利に使用することができる。
ディスクリートアクティブスイッチのハイブリッド統合
【０１１６】
この作業では、既製のディスクリートＭＭＩＣスイッチチップとスクリーン印刷によって可能となるフレキシブル基板との異種統合プラットフォームに注目する。伝来の小領域低出力且つ高性能なシステムオンチップ（ＳｏＣ）、フレキシブル基板及び費用対効果の良いプリンテッド・エレクトロニクスを組み合わせる（図１７〜２４）。
【０１１７】
伝来のシステムオンチップとプリンテッド・エレクトロニクスとをハイブリッドシステムで組み合わせるという概念の試みは、その双方の利点を提供する形で発展した。予備測定の結果は、プリンテッド・エレクトロニクスが市販のものに匹敵する性能を有することを示した。ＳｏＣ及びプリンテッド・エレクトロニクスに基づくハイブリッドシステムは、十分に再構成可能且つ適用性のある、次世代のエンジニア加工面に対する有望な解決策を提供する。
ＣＰＷ線路及びフィルタ
【０１１８】
プラスチック基板上に実装されたＣＰＷ線路及びフィルタのブロードバンド材料の特徴付け（図２５〜２８）。
微細ワイヤ
【０１１９】
「プリント微細ワイヤ」に「連結された」容量性技術「フィールド」（Capacitive technology “Field coupled” with “printed Micro-wires”）を図２９に示す。それは、スクリーン印刷工程でのＸ及びＹにおける一つ以上の通常のトレースに接続された導電性トレースのグリッドの印刷の問題である。プリントされたトレースの幅は、デバイスの導電性及び透明性が許容なものとなるように、１０μＭ〜５０μＭの範囲となるであろう。
熱成形高温銀分子インク
【０１２０】
銀分子インクをカプトン基板上で光工学的に焼結して、約８．３ｍΩ／Υ／ミリインチ７（以下の外字参照）
2020502818.tif 000004
の、導電性トレースシートの抵抗率値を生じることができる。光焼結は、熱処理法では数十分かかるのとは対照的に、ミリ秒でのトレースの処理を可能とするため有意義である。光焼結は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート及びグリコール変性ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴＧ）等の低温の基板上での分子インクの処理を可能とすることが実証されている。ＰＥＴＧ上でインクを処理するのにＩＰＬを使用できることは、インモールド電子回路を生成する独特な方法を検討する可能性を開くことになるので価値がある。インモールド電子装置の生成に分子インク及び光焼結の組み合わせを使用することの潜在的な利点は、トレースが導電性トレースに変換され、次いで光子エネルギーを用いて導電性３Ｄトレースに変換される前に、トレースを成型できるという事実にある。このことは銀フレークインクでは不可能であり、分子インクを用いてのみ実行可能な他に類を見ないプロセスである。
【０１２１】
導電性３Ｄ成型トレースを生じさせる際には、まず、トレースに形成された特徴ある形状がどのように基板に影響を及ぼすのかを理解することが重要であり、より重量なのは、基板上にプリントされたトレースである。表２に纏めた通り、楕円形及び円形のドームが基板（it）内に形成されたときに基板上に付与される平均及び最大歪みは、それぞれ約１６％及び４０％である。鉛直角から５５〜７５°傾いた直角プリズムが基板に形成されている等のより進んだ形状の物体の場合、基板上にかかる平均及び最大歪みは、それぞれ約４０％及び７５％にものぼる。加えて、角度をつけて丸みを帯びた特徴形状を併せ持ったクレーター系物体もまた、基板上に著しい歪みを与える。対象物体の熱成形に続いて基板上に与えられた歪みについての知識を用いて、次に、熱成形／光焼結処理を通じてトレースの電気特性がどのように影響を受けるかについて検討する。
【０１２２】
ＰＥＴＧ基板内への３Ｄ形状の成型に使用された物体の形状及び熱成形処理の結果として基板上に与えられた歪みの測定値
【表２】
2020502818.tif 000005
【０１２３】
表３に強調される通り、楕円形及び丸みを帯びたドームの特徴形状を分子インクトレース内に成型した際の相対抵抗増加（Ｒ／Ｒ０）は、未形成トレースと比較して、１．４未満である。また注目すべきは、導電性トレースを製造する前にトレースを熱成形する工程により、線幅が１６０μｍの細さである機能的トレースの生成を可能とする。形状の範囲を拡大するにあたり、この工程によっても、導電性３Ｄ直角プリズムの特徴形状を銀トレース内に生じさせることが可能となる。表３に強調される通り、１６０〜５５０μｍの特徴形状での相対抵抗増加もまた、未形成トレースと比較して１．４を下回った。このことは、トレースが約２０〜４０％の平均歪み下にあり、７５％もの大きさの最大歪みを経験する（表２）ことを考えれば、とりわけ素晴らしい。電気的性能を著しく低減することなく高導電性トレースが５０％超の歪みを受けることができる例は文献では非常に少ない。最後に、角度をつけた特徴形状及び丸みを帯びた特徴形状の両方を備えたクレーター構造もまたトレース内に成型された。トレース上に付与された平均歪みは直角プリズムにおける程高くはないものの、トレースの大面積が歪みを受けている（面積の２／３）のでこれらの構造は有意義である。トレースが歪みを受けているこのかなりの面積にもかかわらず、１６０〜５５０μｍの特徴形状での相対抵抗増加は、未形成トレースと比較して１．５〜２．８であった（表３）。
【０１２４】
導電性銀トレースを生成するために、ＰＥＴＧ上にプリントされ、熱成形され、光焼結されたトレースに対して測定された相対抵抗の変化
【表３】
2020502818.tif 000006
【０１２５】
結論として、インクを金属状態へと変換する前に、分子インクのプリントトレースを熱成形できることにより、かなり複雑な形状内に形成されたライン幅１６４μｍの細さの線幅を有し、大面積の歪み（トレース上に形成されたトレースの２／３が歪みを経験する）でも優れた電気特性を有する、細く成型トレースの製造が可能となる。
【０１２６】
好適な実施形態について上述し、添付図面に例示したが、本開示から逸脱することなく変更を加え得るということが当業者には明らかであろう。このような変更は、本開示の範囲に含まれる可能な変形として考えられる。
【図１】
2020502818.tif 000007
【図２】
2020502818.tif 000008
【図３】
2020502818.tif 000009
【図４】
2020502818.tif 000010
【図５−１】
2020502818.tif 000011
【図５−２】
2020502818.tif 000012
【図６】
2020502818.tif 000013
【図７】
2020502818.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月27日(2018.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含む電子デバイスであって、
前記分子インクは、焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、前記分子インクが：
ａ）３０〜６０重量％のＣ８〜Ｃ１２カルボン酸銀、０．１〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく；或いは、
ｂ）５〜７５重量％のビス（２−エチル−１−ヘキシルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、ビス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート又はトリス（オクチルアミン）銅（ＩＩ）ホルマート、０．２５〜１０重量％の高分子バインダー及び少なくとも一種の有機溶媒の残部で構成されるフレーク非含有のプリント可能な組成物、ここで、全ての重量は前記組成物の総重量に基づく；
から選択され、
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能であり、
前記分子インクがインモールド電子デバイスとしてプリントされる、電子デバイス。
【請求項２】
前記基板が柔軟性を有する、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記分子インクのトレースが、前記導電性金属トレースに変換される前に、成型される、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
光子エネルギーを用いて、前記導電性金属トレースが前記基板上で導電性３Ｄトレースに変換される、請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記電子デバイスがインダクタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記電子デバイスがキャパシタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記電子デバイスが電子フィルタを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記電子デバイスがはんだ付け可能なプリント回路板としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記電子デバイスが、コプレーナ導波路、極超短波ＲＦアンテナ、極超短波ＲＦフィルタ及びハイブリッドＲＦデバイス：のうちの一つとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記電子デバイスが、周波数選択性ＲＦフィルタリング、反射又は配向用のエンジニア加工面としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記電子デバイスが太陽電池としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記電子デバイスが透明電極としてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記電子デバイスが電界発光ランプとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記電子デバイスが、ウェアラブル電子デバイスとしてプリントされる、請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記電子デバイスが、物理化学的及び電気機械的センサのうちの一つとしてプリントされる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
電子デバイスを含む加熱装置であって、
前記電子デバイスが、上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含み、
前記分子インクは、焼結されて、前記電子デバイスを形成する導電性金属トレースを形成し、
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能であり、
前記分子インクがインモールド電子デバイスとしてプリントされる、加熱装置。
【請求項１７】
前記基板が柔軟性を有する、請求項５に記載の加熱装置。
【請求項１８】
前記分子インクのトレースが、前記導電性金属トレースに変換される前に、成型される、請求項１６に記載の加熱装置。
【請求項１９】
光子エネルギーを用いて、前記導電性金属トレースが前記基板上で導電性３Ｄトレースに変換される、請求項１８に記載の加熱装置。
【請求項２０】
前記電子デバイスが、インモールド抵抗性電気回路としてプリントされる、請求項１６に記載の加熱装置。
【請求項２１】
前記電子デバイスが航空機の一部に取り付けられる、請求項２０に記載の加熱装置。
【請求項２２】
前記電子デバイスが航空機の翼に取り付けられて前記翼を加熱する、請求項２１に記載の加熱装置。
【請求項２３】
前記電子デバイスが、航空機、緊急システム、電気自動車、照明システム又はビルディングオートメーションシステムの性能を維持するために使用される、請求項２２に記載の加熱装置。
【請求項２４】
前記電子デバイスが電池に取り付けられて前記電池を加熱する、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の加熱装置。
【請求項２５】
前記電池がリチウム電池である、請求項２４に記載の加熱装置。
【請求項２６】
上部に分子インクのトレースを有するプリント基板を含むタッチインターフェイスであって、
前記分子インクは、焼結されて、透明導電膜を形成する導電性金属トレースを形成し、
前記分子インクが伸縮可能且つ熱成形可能であり、
前記分子インクがインモールド電子デバイスとしてプリントされる、タッチインターフェイス。
【請求項２７】
前記分子インクのトレースが、前記導電性金属トレースに変換される前に、成型される、請求項２６に記載のタッチインターフェイス。
【請求項２８】
光子エネルギーを用いて、前記導電性金属トレースが前記基板上で導電性３Ｄトレースに変換される、請求項２７に記載のタッチインターフェイス。
【請求項２９】
プリント容量性又は抵抗性素子を更に含む、請求項２６に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３０】
容量性微細ワイヤを更に含む、請求項２６に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３１】
前記容量性微細ワイヤが、プリント銀電極のグリッド又はパターンを含み、前記基板が柔軟性を有する、請求項２９に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３２】
前記導電性金属トレースをレーザートリミングすることにより前記容量性微細ワイヤが作製され、これにより前記微細ワイヤが容量性を有する、請求項３０に記載のタッチインターフェイス。
【請求項３３】
前記導電性金属トレースの選択的焼結を行うことにより前記容量性微細ワイヤが作製される、請求項３０に記載のタッチインターフェイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２５】
結論として、インクを金属状態へと変換する前に、分子インクのプリントトレースを熱成形できることにより、かなり複雑な形状内に形成されたライン幅１６４μｍの細さの線幅を有し、大面積の歪み（トレース上に形成されたトレースの２／３が歪みを経験する）でも優れた電気特性を有する、細い成型トレースの製造が可能となる。
【国際調査報告】
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