新技術説明会（JST）

スポンジでゴシゴシっと配線印刷、曲面ワークに線幅10µm！
Development of print-production technology
for high-resolution circuits on free curved surfaces

東京大学 大学院工学系研究科 長谷川・荒井研究室
特任研究員 井川光弘
2023年1月20日
1はじめに ①

従来技術とその問題点
自由曲面などの複雑な３次元構造物上において、高精細に配線形成する方法がない。
・フォトリソグラフィ:
対象物に1cm以上の高低差があると対応不可
・印刷法:
緩やかに湾曲した表面のみ対応可、線幅10µm以下などの高精細化は未達。

たとえばマウス形状。

自由曲面： 平面曲げから作り得ない
今回見出した新技術は上記を可能とする。
（配線幅（W）10µm以下、 対象物の曲率半径：23～112 mm）
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はじめに ②電子デバイスの作製プロセス
フォトリソグラフィ
真空プロセス、高温、多工程⇒お金も時間もかかる。
信頼性：高例：トランジスタの電極配線（高解像度、高精度）印刷
真空プロセスがない、低温、工程が簡易 ⇒ 安くて速い。
信頼性：低これらが徐々に改善
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はじめに ③

伝統印刷技術の粋新原理印刷技術

50 μm

最小線幅 0.8 μm！
３次元構造物上への5 mm形成が可能に

最小線幅 25 μm

4背景① ニーズ、基盤技術■ 曲面プラスチック上の電子回路形成へのニーズ「人とコンピューターをつなぐ Key Device」
多大なメリット
小型軽量・デザイン性・基板レス・筐体一体化…

・ 現行技術では精細度と形状に限定がある（複雑な形状には製造不可能）。
・量産を見越した技術がない。

■ 基盤技術 スーパーナップ法「光をあてて塗るだけで高精細な印刷が可能」

表面光反応ナノメタル印刷 （SuPR-NaP; Surface Photo-Reactive Nanometal Printing）法5

Yamada et al. Nat. Commun. 7, 11402 (2016).

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背景② プリンテッドエレクトロニクス■ プリンテッドエレクトロニクス「印刷」を用いたデバイス製造のためのシーズ
電子素材を含むインクを常温・常圧下で塗布
有版印刷

金属ナノインク

インクジェット

ポリマー半導体溶液

製造工程の大幅簡略化、プラスチック化・自由曲面化が原理的に可能 TFTアレイ(300 ppi)

１０年余で大きく進展
現状課題• 金属配線の高精細化・半導体の高均質製膜に成功。
• 高精細・高性能ＴＦＴの全印刷製造に成功。 （研究責任者等）
A-STEP機能検証フェーズ研究開発課題
材料・プロセス技術は成熟してきたが、『全塗布型＆超高精細ポリマーＴＦＴアレイシートの開発』
2018年12月～2019年12月「印刷」の特徴をフル活用した量産技術開発に至っていない。
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新技術の特徴① なにをやっているのか？
■ 印刷法の種別
B: ベタ作製後にパターンを形成

A: ダイレクトにパターンを形成

Reverse offset printing, Microcontact printing■ 今回の発明
多孔質体

毛管現象によりインクを吸湿🧽
多孔質体塗工スーパーナップ法

多孔質体塗工を他印刷技術と組み合わせ、Aを可能とする。

ナノAgインク

ワーク形状に追随して変形、曲面塗工が可能。
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新技術の特徴② 多孔質体で印刷するメリット

新技術の概要、メリット•••••

多孔質体の細孔による毛管力（吸液）と多孔質体/基板間の毛管力（吐液・塗工）を利用した印刷法。
立体形状物上に塗工の際、インクが流れ滴ることなく、保持。均一に塗工・印刷が可能である。
多孔質体は柔らかい素材のものを用いることで、下地のダメージは問題とならない。
多孔質体の孔のサイズはマクロ孔以上であることが望ましい（電子素材が浸透する必要性がある）。
例えば本例のようにスーパーナップ法（既存の印刷法）と組み合わせることで、従来不可能であった立体形状物上への高精細印刷が可能となる。

塗工方向

たとえばハケのようなもので塗ると、塗工方向にライン欠陥が生じる

ざっくりと、こんな感じ（平面上のデモ）8

多孔質体の例 （株）イノアックコーポレーション
柔らかくて、耐溶剤性が良く、孔のサイズはインク・下地との兼ね合い。

ポリオレフィン系
多孔質体

材質はこれに限らない

MAPS (inoac.co.jp)

9新技術の特徴③ 既存技術との組み合わせ「スーパーナップ法 + 多孔質体印刷」••••

スーパーナップ法を曲面印刷に応用するために工法の具体化を実施。
塗工方法に新技術の「多孔質塗工」を採用し、曲面形状上の均質印刷が可能。
専用装置を製造し、ロボットアームを用いて各工程を一連化。
対象物の曲率半径:23～112 mm、配線幅10µm以下の高精細化を達成。

多孔質体

🧽A-STEP産学共同「本格型」『自由曲面上への高精細電子回路の全印刷製造技術の開発』
2020年12月～2022年3月

10ロボットアームが3次元動作

プロセスの一連を装置化 （ミノグループ株式会社）11

曲面フォトマスクの製造方法
協力：豊田工業大学 佐々木教授

曲面フォトマスク 凸加工

曲面フォトマスク 凹加工☆ PVA*の水溶性を利用レジストパターンを形成*ポリビニルアルコール

曲面フォトマスクは「機能性パターン転写法」により作製。
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作製した印刷物の精度◎ 曲面への高精細印刷法を確立
凸部

寸法精度
目標：10µm±2.5µm
実績： 9.78µm±0.35µm(σ)）
適応範囲：曲率半径 23～112mm

凹部

凹面、凸面両方に実施可能⇒ 曲率の異なる構造を含むワークにも応用できることを示唆。

形成した配線は長期間導電率を保持。

 タクトタイム：各工程5分以内（絶縁材料塗布：◎、光反応性パターン形成：△（達成見込み）、配線パターン形成：◎） ◎線幅10µmの曲面印刷を達成
 ◎良好な電気伝導度（抵抗率ρ(Ω・cm) : 3.62 x 10-5 ）大気中保管（r.t : 5～30℃, 湿度：40～80％）13新技術の特徴④ 汎用性の高さ 「材料・インク」•••

新技術は多孔質体の細孔による毛管力（吸液）と多孔質体/基板間の毛管力（吐液・塗工）を利用した印刷法であり、上手く原理を利用することで様々なインク（電子材料）の高精細印刷、曲面印刷が可能。
代表的な高分子有機半導体（P3HT）材料を用い、本技術の汎用性の高さを確認。
電子配線と半導体を積層することでトランジスタや電子回路の形成など、応用が広がる。

P3HTのパターン

配線同様に高精細化も可能

P3HT: poly(3-hexylthiophene)

銀インクに限らず、例えば有機半導体インクに応用できる。
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新技術の特徴⑤ 汎用性の高さ 「下地の材質」
今回示した例：「スーパーナップ法+多孔質体塗布」
フッ素樹脂と光照射（VUV）が必要◎ 他の例：「溝形成+多孔質体塗布」
フッ素樹脂・VUVが不要②多孔質体塗工

溝部分にインクが入っていく①下地に溝を形成 e.g.) SU-8 , PDMS

多孔質体の吸湿性と溝に塗れ広がる毛管力の最適化⇒溝内にのみ電子材料が浸透15新技術の優位性
 本技術を自由曲面上への印刷法に展開
各種印刷工法は曲面印刷で苦戦

複雑形状表面＆高精細配線で本技術が有利
競合・既存技術・線幅W:30µm～100µm程度
・溝もしくはガラス瓶などの緩やかな曲面
本発明
・線幅W:10µm～ 5µm程度
・曲率半径 23mm～
例えば人の指先のような形状上16想定される用途３次元化のメリット
基板レス・筐体一体化・小型軽量化・デザイン性付与

 スマートフォン内蔵ユニット
 車載ユニット部品
 小型医療機器
 ウェアラブル機器

ソフトロボティクス

下記引用元
MIDとは何ですか？ - ヱビナ電化工業株式会社 (ebinadk.com)“いい感じ“にモノをつかむソフトロボティクス | テクノロジー&イノベーション | 株式会社ブリヂストン(bridgestone.co.jp)

NTTドコモ、高解像度版浮遊球体ドローンディスプレイを開発 浮遊しながらのアニメ再生も - ロボスタ
(robotstart.info)
Self-Contained Neuromusculoskeletal Arm Prostheses | NEJM
極薄のスキン圧力センサーで指がモノに触れたときの接触圧を計測～敏感な指先に直接貼り付けても皮膚感覚に影響がないことを実証～：電気工学専攻 李 成薫 講師、横田 知之 準教授、染谷 隆夫
教授ら｜工学部/工学系研究科 プレスリリース (u-tokyo.ac.jp)

17実用化に向けた課題• 積層化が必要な場合に生じる「アライメント（位置合わせ）」の曲面適応（位置精度次第で作れるものも変わってくる）。
• 製造装置の自動化。
• ターゲットを絞り込み、本技術を活かすことのできる事業化対象物の明確化。

企業への期待前述の「想定される用途」以外でも、本技術を活かすことのできるニーズがございましたらば、是非産学連携での開発を希望します（形態については別途相談）。
ご検討の程、どうぞよろしくお願いいたします。
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本技術に関する知的財産権••••

発明の名称 :印刷方法、電子デバイスの製造方法および多孔質部材
出願番号:特願 2022-087925
出願人:国立大学法人東京大学
発明者:井川光弘、⾧谷川達生

お問い合わせ先株式会社 東京大学TLO
ＴＥＬ:
03－5539 － 6088
ＦＡＸ:
03－5805 － 7699
HP:http://todaitlo.com/
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