ストレッチャブル配線の形成技術の開発
電子デバイス技術課 横山義之*1、坂井雄一
1. 緒言

射し、任意の配線形状にナノファイバーを光パターニン

IoT/AI/ビッグデータ解析等を基盤とする DX の進展にグした後、これをエッチングマスクとして、Al 薄膜をエは、あらゆる対象物からの情報を収集・共有するために、ッチングした。最後に、ナノファイバーのみを溶解除去し、手軽に任意の表面(人体・機械・乗り物・構造物・ロボッ

Al の細い網目状ナノネットワーク構造からなる透明配線トの複雑な曲面や伸縮・屈曲する部位)への貼付けを可能パターンを露出させた。とするストレッチャブルな電子デバイス(各種のセンサやアンテナ、ディスプレイ等)が求められている。さらに、近年注目を集めている「肌や目に直接張り付けるスキンエレクトロニクス」においては、ストレッチャブルな電子デバイスが透明であることも、人に身に着けていることを意識させない重要な要素となっている。
これまでに、産技研独自の感光性ナノファイバーを駆使することで、金属(Al、アルミニウム)ナノネットワークからなるフレキシブルな透明配線・回路を PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に作製している 1, 2)。この

図 1 PET フィルム上での透明配線の形成プロセス
2.2 シリコーン素材上での透明配線の形成プロセス

配線は、金属ナノネットワークの網目を伝って電気が流金属ナノネットワークからなる透明配線パターンをシれ、同時に、網目の隙間を光が通り抜けることで、透明にリコーン素材上に形成するプロセスを図 2 に示す。はじ見える(網目の線幅が可視光の波長程度に細いため、ほとめに、2.1 の手法により形成した PET フィルム上の透明配んど視認されない)。

線パターンの上に、液状のシリコーン樹脂(ダウコーニン

我々は、このフレキシブルな透明配線の形成技術をさグ製 Silpot 184)を滴下し室温硬化させることで透明配線らに発展させ、衣服や皮膚に貼り付けても違和感のないを含む PET フィルム全面をシリコーン樹脂の塗膜で覆っ柔らかい電子デバイスの実現に向けた大きな伸び・ねじた。次に、全体をフッ素系の有機溶剤 HFIP(Hexafluoro-2-りにも追従できる“ストレッチャブル”な透明配線・回路propanol)に浸漬し、PET フィルムのみを溶解除去するこの形成技術の開発に取り組んでいる。本報告では、従来のとで、シリコーン素材の上に Al ナノネットワークからなPET フィルムの代わりに、より大きな伸縮性を示すシリる透明配線パターンを露出させた。

コーン素材の上に金属ナノネットワークからなる透明配線を形成する技術について検討した。また、配線を伸縮させた際に生じる金属ナノネットワークの網目の変形や歪に、Al よりも追従できる新たな金属素材の探索も行っている。ここでは、室温で液体として振る舞う特殊な金属「液体金属」について、基礎的な特性に関する調査を行い、ストレッチャブル配線の素材としての可能性を検討した。
2. 実験方法

図 2 シリコーン素材上での透明配線の形成プロセス

2.1 PET フィルム上での透明配線の形成プロセス

2.3 液体金属の特性調査方法

感光性ナノファイバーを用いて、金属ナノネットワー液体金属として、それぞれ一定の比率で合金化した Ga-クからなる透明配線パターンを PET フィルム上に形成すIn(ガリウム・インジウム)合金と Ga-In-Sn(ガリウム・インるプロセスを図 1 に示す。はじめに、PET フィルム上にジウム・スズ)合金について、示差走査熱量計(SII ナノテ

蒸着した Al 薄膜上に、エレクトロスピニング法を用いて、クノロジー(株)、DSC7020)を用いて熱特性を調査した。ア

産技研で開発した溶解阻害型の感光性ナノファイバーをルミナ容器にサンプルを入れ、窒素雰囲気下、-60°C 付近均一に堆積した。次に、フォトマスクを介して紫外線を照まで一旦冷却した後、昇温速度 10°C /min で 100°C まで測*1 現

生活工学研究所
富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.37 (2023)

87また、液体金属が濡れ拡がりやすいように特殊な表面に一旦昇温した後は、融点をある程度下回ってもそのまま液体として扱える可能性があることがわかった。

処理を施した Si 基板上に、室温下、液状の Ga-In 合金を降温室温まで昇温し、基板上での塗膜の変化を観察した。

降温
昇温吸熱昇温吸熱

3. 結果と考察

Ga-In-Sn合金-48.1℃

Ga-In合金

発熱滴下し塗膜を形成した。-60°C 付近まで一旦冷却した後、-31.4℃

発熱定し、続けて、降温速度-10°C /min で-60°C まで測定した。

19.6℃

15.0℃
-80

3.1 シリコーン素材上での透明配線の形成-60-40-20020406080

100120-80-60-40-20

温度 / ℃

020406080100120

温度 / ℃

図 4 液体金属の示差走査熱量測定

はじめに、PET フィルムをシリコーン樹脂フィルムに変える以外は 2.1 と同様のプロセスを用いて、シリコーンまた、Si 基板上に塗布した Ga-In 合金の塗膜を-60°C 付素材上での透明配線の形成を試みた。しかし、伸縮性のあ近まで一旦冷却し、4°C および 23°C における塗膜の様子

るシリコーン上に Al 蒸着膜を均一に形成することは困難を観察した(図 5)。4°C では固体の膜として存在し、23°Cであった。そこで、2.1 の手法により形成した PET フィル

では液体の膜として存在した。温度制御によって、基板やム上の透明配線を、2.2 の手法でシリコーン素材上へ転写

フィルム上の液体金属の塗膜を固体⇔液体それぞれの状することを試みた。その結果、Al ナノネットワークから態に切り替えながら扱えることがわかった。

なる透明配線を破壊することなく、伸縮性のあるシリコーン素材上に良好に転写できることがわかった(図 3)。

図 5 Si 基板上での液体金属の塗膜表面
図 3 シリコーン素材上に転写した透明配線
3.2 液体金属の熱特性

4. 結言
Al ナノネットワークからなる透明配線を伸縮性のあるシリコーン素材上に形成できた。また、液体金属の熱的な図 4 に、Ga-In 合金、Ga-In-Sn 合金の示差走査熱量測定の結果を示す。昇温時の吸熱ピークから、Ga-In 合金の融特性を調査し、ストレッチャブル配線の素材としての可能性を検討した。

点は 20°C 付近、Ga-In-Sn 合金の融点は 15°C 付近に存在することがわかった。また、降温時の凝固による発熱ピー
クは、どちらの金属も過冷却によって融点よりかなり低

参考文献
1) PCT/JP2020/001296, 感光性繊維形成組成物及び繊維い温度領域(Ga-In 合金：-31°C 付近、Ga-In-Sn 合金：-48°C付近）にあらわれた。この結果から、液体金属を融点以上パターンの形成方法
2) 特開 ൬൪൬൭-൱൭൱൲൯ 号公報, 積層体及び積層体の製造方法

キーワード：感光性ナノファイバー，エレクトロスピニング，ストレッチャブル，透明回路，液体金属

Development of Fabrication Technology for Stretchable Circuits
Electronics and Device Technology Section; Yoshiyuki YOKOYAMA*1 and Yuichi SAKAI
We have been developing a method to form “flexible” transparent conductive wiring patterns to replace conventional ITO wiring
patterns. In this method, a photosensitive nanofiber consisting of a mesh-like nanonetwork structure is first fabricated byelectrospinning, and then photo-patterned into the desired wiring shape. Next, using the resulting wiring pattern as an etching mask,
the metal thin film on the plastic film is etched in the form of a nano-network. Finally, the nanofibers are dissolved and removed toform a conductive, transparent wiring pattern. In this study, we further developed this technology to develop "stretchable" conductive
wiring patterns using stretchable silicone sheets and liquid metals.

88

Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.37 (2023)