CN100548088C - 导电图案形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不限定基板、不增加电镀等新的工序，工序简便，成本、制造时间、环境负荷小，适应于高生产效率、大面积，图案可容易地改变，使用静电力的导电图案形成装置。本发明的导电图案形成装置具有在介电性薄膜体表面形成静电图案的静电潜像形成装置、向该静电潜像供给接触导电性粒子分散溶液从而显像形成导电图案的显像装置；导电性粒子分散溶液是使表面吸附有离子性有机分子的粒径为100nm以下的导电粒子分散在无极性溶剂中而形成的。

Description

导电图案形成装置

技术领域

本发明涉及在印刷基板上形成导电图案的形成装置。

背景技术

目前为止，作为在电路基板上等形成任意的导电图案的方法，一般是组合了平版印刷技术、蚀刻技术和电镀技术的方法。但是，该方法需要曝光用的掩模，而且一系列的工序复杂故需要长制造时间和高成本，该曝光用掩模在设计、制造上花费时间，而且需要高度的加工技术。因此，如果如多品种少量生产等那样掩模需要修正，成本增大、交货日期迟等成为了课题。不仅如此，使用抗蚀剂、蚀刻液等大量环境有害物质是不可缺的，所以废弃物的管理、处理也耗费成本。

相对于此，作为工序简便的导电图案形成方法，提出了使用将导电性粒子和粘合树脂等分散到溶剂中形成的导电糊，通过制版过的筛孔，形成图案的丝网印刷法；同样使用导电糊，采用分配器、喷墨技术等喷嘴扫描，在基板上直接形成图案的直接描绘法。

然而，对于丝网印刷法，形成图案所必需的印刷用丝网的制版并不简便，所以在要求图案改变多的少量多品种物的生产时，需要大量的丝网制版，制版时间和成本增大成为了课题。另外，丝网本身会成为废弃物，因此其管理、处理所需的成本也成为了课题。另一方面，分配器、喷墨等直接描绘方式由于也是利用喷嘴扫描直接在基板上描绘无机材料图案，所以印刷时间变得非常长，具有无法适应大量生产、形成大面积图案的课题，尚未实用化。

因此，近年来，作为新的导电图案形成方法，使用在树脂中内添导电性金属粒子的调剂色，利用静电力在绝缘基板上形成所希望的导电图案的方法已受到关注(例如，参照专利文献1)。由于该方式是接近印刷的方式，因此不仅能够应对大量生产、形成大面积图案，而且容易改变导电图案，也最适合多品种少量生产。

然而，这种方法中在调色剂内内添成为导电材料的导电性金属粒子而使用，所以在导电性金属粒子间存在作为调色剂粘合剂的绝缘性树脂成分，无法实现通常的电路基板所要求的电阻值。

作为上述课题的对策，例如在专利文献1中，研究了使用陶瓷生片作为基板，采用高温烧成除去粘合剂树脂的方法。另外，在专利文献2中，研究了以导电性金属粒子作为电镀核，形成配线的方法。

专利文献1：特开2004-184598号公报

专利文献2：特开2004-48030号公报

发明内容

前述专利文献1的方法不仅配线电路无法得到足够的电阻值，而且由于限定于陶瓷这样的耐热性高的基板，所以不能使用环氧树脂等耐热性低的树脂基板。

另外，在专利文献2的方法中，除去树脂层、电镀等工序成为必须，具有制造时间、成本增大的问题。

本发明是为了采用解决了这种问题的新方法而实现导电图案形成装置而提出的，目的在于提供不限定基板、不增加电镀等新的工序，工序简便，成本、制造时间、环境负荷小，适应高生产效率、大面积，图案可以容易地改变，使用了静电力的导电图案形成装置。

为了实现上述目的，本发明涉及导电图案形成装置，该导电图案形成装置具有在介电性薄膜体表面形成静电图案的静电潜像形成装置、向该静电潜像接触供给导电性粒子分散溶液从而显像形成导电图案的显像装置，其特征在于：导电性粒子分散溶液是将表面吸附有离子性有机分子的粒径为100nm以下的导电粒子分散在无极性溶剂中而形成的。

根据本发明的导电图案形成装置，能够实现不限定基板、不增加电镀等新的工序，工序简便，成本、制造时间、环境负荷小，适应高生产效率、大面积，容易改变图案的导电图案形成装置。

附图说明

图1是本发明的导电图案形成装置的简图。

图2是本发明的导电粒子分散溶液的简图。

图3是具有低分子量的离子性有机分子的导电粒子的简图。

图4是本发明的导电图案形成装置的另一实施例。

符号说明

1：带电装置、2：静电潜像、3：曝光装置、4：介电性薄膜体、5：静电潜像图案、6：显像装置、7：导电性粒子分散溶液、8：基板、9：转印装置、10：残留潜像消去装置、11：残留导电粒子清洁装置、12：导电粒子图案、13：加热装置、14：导电图案、15：无极性溶剂、16：离子性有机分子、17：导电粒子、18：无机离子、19：脂肪酸离子、20：掩模、21：导电性薄膜层。

具体实施方式

以下，对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

图1示意地表示本发明的导电图案形成装置的1个例子。本装置主要由使形成转鼓状感光体的介电性薄膜4的表面均匀带电的带电装置1、向均匀带电的介电性薄膜4的表面照射光从而形成静电潜像的曝光装置3、为了使导电粒子附着在静电潜像上进行显像而在内部具有导电粒子分散溶液7的显像装置6、将显像的像转印到基板8上的转印装置9、和用于将基板8上的像加热熔融从而在基板8上定影的加热装置13构成。

作为本发明的静电潜像的形成装置，使用具有感光性的介电性薄膜体4。另外，作为使介电性薄膜体4的表面均匀带电的带电装置1，使用コロトロン带电、辊接触带电、刷接触带电等中的1种。通过带电装置1，使介电性薄膜体4的表面成为均匀带电的状态2。然后，根据来自电脑等图象信息处理装置的图象信号，采用扫描激光的曝光装置3将光照射到介电性薄膜体4表面的任意部分，形成目标静电潜像5。应予说明，也有不使用带电装置1、利用激光的曝光装置3，而是对在表面预先加工为目标图案形状的静电潜像转印体的凸部分赋予静电荷，采用使其接触介电性薄膜体1的表面的模压(stamp)带电，形成目标静电潜像5的方法。但是，模压带电由于使用模，所以具有不能简单地改变将形成的静电潜像的缺点。为了容易地改变静电潜像5，优选使用前者，即通过均匀带电的静电潜像2的曝光从而形成静电潜像图案5的方法。另外，在任一种方法中，所赋予的静电潜像可以是由正电荷和负电荷的任一种形成的。

本发明的显像装置6，将导电性粒子分散溶液7接触、供给到在介电性薄膜体4的表面形成的静电潜像5，通过导电粒子显像形成导电图案。因此，显像装置6具有贮藏导电粒子分散溶液7的贮藏罐以及向介电性薄膜体4上的静电潜像5供给的供给装置。另外，虽然没有图示，但在贮藏罐内设置有检测导电性粒子分散溶液7的浓度的浓度检测装置。设置有根据由该浓度检测装置得到的浓度信息，通过添加无极性溶剂15或者导电粒子17(参照图2)来调节浓度的浓度调节装置。另外，作为向介电性薄膜体4上供给导电性粒子分散溶液7的供给装置，如图1所示，具有在旋转辊的表面上形成导电性粒子分散溶液7的层，使其与静电潜像接触的结构。除此之外，还可以列举采用喷嘴喷射导电性粒子分散溶液7的方式、在贮藏导电性粒子分散溶液7的溶液中浸渍形成了静电潜像5的介电性薄膜体4的方式等。

接着，说明图1的装置的工作。

首先，启动装置，则消去感光体转鼓表面形成的介电性薄膜体4上的静电潜像5的消去装置(eraser)10工作，接着采用清扫装置(cleaner)11消去残留在表面的导电性粒子17。然后，停止消去装置10，使清扫装置11从转鼓表面离开。接着，通过带电装置1使介电性薄膜4的表面均匀带电。然后，根据从未图示的电脑等图象处理装置送来的图象信号，通过曝光装置3向均匀带电的介电性薄膜体4上照射光，从而形成静电潜像5。接着，使设置在显像装置6上的显像辊和感光体转鼓接触旋转，将导电粒子分散液7中的导电粒子17附着到静电潜像5上，从而可视化。通过转印装置9，将可视化的像转印到基板8上。

将转印了由导电性粒子17形成的像的基板8搬送到加热装置15侧，在这里被加热而使导电性粒子熔融，在基板8上定影14。另外，通过该加热，附着在导电粒子外侧的离子性有机分子气化而被除掉。

本发明的导电性粒子分散溶液7的详细情况如图2所示。本发明的导电性粒子分散溶液7是使表面吸附有离子性有机分子16的粒径为100nm以下的导电粒子17分散在无极性溶剂15中而形成的。该离子性有机分子16是为了向导电粒子赋予电荷的功能和防止粒子间凝聚而设置的。

本发明的离子性有机分子16，在高分子的情况下，可以列举在聚苯乙烯、聚对氯苯乙烯、聚乙烯基甲苯、苯乙烯-对氯苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯基甲苯共聚物等苯乙烯及其取代物的均聚物以及它们的共聚物，苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物等苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸正丁酯共聚物等苯乙烯和甲基丙烯酸酯的共聚物，苯乙烯和丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的多元共聚物，以及苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-乙烯基甲基醚共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基甲基酮共聚物、苯乙烯-马来酸酯共聚物等苯乙烯和其它乙烯基类单体的苯乙烯类共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯等甲基丙烯酸酯树脂，聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯等丙烯酸酯树脂，聚酯树脂、环氧树脂、环烯烃共聚物等单独或混合的高分子树脂中带有羧酸基、氨基酸基等能够赋予离子性的官能团的物质。

在低分子量的有机分子的情况下，可以列举出草酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、戊二酸、2，4-二乙基戊二酸、2，4-二乙基戊二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、马来酸、富马酸、一缩二乙二醇酸等二元羧酸，辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、二十二烷酸、亚油酸、油酸、亚麻酸等脂肪酸，乳酸、羟基三甲基乙酸、二羟甲基丙酸、柠檬酸、苹果酸、甘油酸等羟基羧酸等脂肪族羧酸形成的脂肪族羧酸离子19和Ag、Cu、Au、Pd、Pt、Ni、W、Mo、Cr等无机离子18形成的脂肪族羧酸无机盐等。此时，为了低电阻化而降低导电图案中的有机分子成分，并且为了实现在聚酰亚胺等树脂基板上形成导电性图案而进行低温烧成时，优选为图3所示的后者的低分子量的有机分子。

为了实现低温熔融粘着、高析像清晰度化，本发明的导电粒子17的粒径必须为100nm以下，但为了采用200度以下的加热进行熔融粘着，进一步优选为10nm以下。此外，为了形成线宽为100nm以下的导电图案，粒径优选为5nm以下。导电粒子17的成分可以列举出Ag、Cu、Au、Pd、Pt、Ni、W、Mo、Cr等单质金属及其氧化物，以及它们的合金，但为了作为导电体使用，优选使用体积电阻率低的Ag、Cu。另外，导电粒子也可以是将这里列举的物质多种混合形成的。

本发明的无极性溶剂15优选为脂肪族烃类溶剂，可以列举出异链烷烃类、石脑油类、アイソパ一(埃克森公司)、IP Solvent(出光石油公司)、ソルト一ル(菲利浦石油公司)、其它烃等。

以下，对于制造本发明无机微粒分散介质举出具体例子，但并不特别限于该方法。

在100ml特级甲醇(和光化学制造)中投入3.5g硬脂酸银(和光化学制造)，进行加热回流使其完全溶解。用10分钟向其中滴加在25ml纯水中投入溶解了1.5g硝酸银(和光化学制造)的硝酸银水溶液。然后，溶液中产生白色沉淀物。滴加结束后，再加热搅拌30分钟，然后将装置冷却到室温，过滤上述白色沉淀部分，进行干燥，结果得到5.0g白色的硬脂酸银。接着，将1.0g所得的硬脂酸银投入炉中，在氮气下、250度下加热4小时，得到紫色固体。用醇洗涤上述固体后，在10ml的アイソパ一H(埃克森公司制造)中投入100mg，进行超声波照射5分钟，在60度下加热30分钟，得到即使静置也没有发现沉淀的茶色的银粒子分散液。此时，确认粒径为10nm。此外，在该银粒子分散液中浸入不锈钢电极板，在电极间距离为1mm下，外加1分钟10V的直流电荷，确认粒子往阳极侧电沉积。由此可知分散介质中的银粒子带负电。

本发明的导电图案形成装置具有将利用显像装置6而在介电性薄膜体4上显像的导电粒子图案12转印到基板8上的转印装置9。另外，也可以是将介电性薄膜体上形成的导电粒子图案暂时转印到中间转印体上后，转印到基板8上的结构。此时，转印导电图案的基板8必须具有绝缘性。

本发明的导电图案形成装置中，具有用于将转印到基板8上的导电粒子图案12定影到基板8上，形成导电图案14的加热装置13。此时，加热装置13不仅使导电粒子17熔融粘着，而且通过将导电粒子表面的离子性有机分子16烧成而使其气化，只残留熔融的导电粒子。另外，还可以具有在加热的同时能将导电粒子图案12加压在基板8上的功能。此时的加热温度优选为300℃以下，以使导电粒子充分熔融粘着，将离子性有机分子烧成、气化，并且防止基板8的变形、变性。此时，可以设置将气化的有机物成分排出的排气装置。

以下，对于本发明采用加热形成导电图案举出其它实施例，但并不特别限于该方法。

在本实施例中，用热板将聚酰亚胺上形成的0.5mm×8mm的导电粒子图案在250度下加热1小时，得到表面具有金属光泽的0.5mm×8mm的由银形成的导电图案。

本实施例中的导电图案形成装置中，可以设置使显像后的导电图案的溶剂成分干燥蒸发的干燥装置。此外，也可以将蒸发的溶剂液化，返回到显像装置6，再作为导电粒子分散溶液7的浓度稀释用的无极性溶剂15循环使用。

本发明的导电图案形成装置中，介电性薄膜体4可以是转印导电图案后，再形成潜像、使导电粒子图案12显像的结构。形状优选为带状或转鼓状。另外，此时优选具有消去转印后的介电性薄膜体的残留静电潜像的装置(eraser)10和除去、回收残留的导电粒子17的清洁装置11。作为清洁装置11，可以列举出使叶片接触介电性薄膜体4进行刮去的方法、用溶剂冲洗的方法。另外，可以使被除去、回收的导电粒子17返回到显像装置7，再分散到导电粒子分散溶液7中循环使用。

实施例2

以下，使用图4对本发明的其它实施例进行说明。在前面的实施例中，使转鼓状的介电体表面均匀带电并向其照射光从而形成静电潜像，本实施例是使用预先形成了图案的掩模的方法。

本发明的静电潜像形成装置，如图4所示，具有如下结构：首先使具有任意图案的掩模20紧密接触介电性薄膜体4的表面。其次，从掩模20的上部通过带电装置1进行带电。由此，通过形成了图案的开口部使介电性薄膜体4的表面带电。然后，除去掩模20，在介电性薄膜体4的表面形成静电潜像图案5。此时，优选介电性薄膜体4的带电赋予面相反侧的面具有导电性薄膜层21，而且该导电性薄膜层21为接地状态。

这里，对于本实施例的静电潜像显像举出具体例子，但并不特别限于该方法。

在本发明中，准备在8μm厚铜箔的一面上形成了聚酰亚胺膜(45μm)的基板。在该基板的聚酰亚胺膜上紧密接触具有0.5mm×8mm的图案的金属掩模，从其上通过电晕带电器进行带电，得到表面电位约1000V的静电潜像图案。将所得的具有静电潜像的聚酰亚胺基板在导电性粒子分散溶液中浸渍1秒，自然干燥10分钟，得到0.5mm×8mm的图案的银粒子集合膜。另外，在上述操作期间，聚酰亚胺膜相反侧的面的铜箔侧均为接地状态。

本发明的导电图案形成装置中所形成的导电图案，可以作为例如个人电脑、大型电子计算机、笔记本电脑、手写输入电脑、笔记本型文字处理器、移动电话、便携卡、手表、相机、电动剃刀、无绳电话、传真机、录像机、摄像机、电子记事本、电子计算器、带有通信功能的电子记事本、便携复印机、液晶电视、电动工具、吸尘器、具有虚拟现实等功能的游戏机、玩具、电动自行车、医疗看护用步行辅助机、医疗看护用轮椅、医疗看护用移动床、自动扶梯、电梯、铲车、装高尔夫球棒的小推车、应急用电源、负荷调节器、电力贮藏系统等的基板配线使用。另外，除了用于民生以外，还可以用于军需、宇宙。

Claims (6)

1.导电图案形成装置，该导电图案形成装置具有在介电性薄膜体表面形成静电潜像的静电潜像形成装置、向前述静电潜像接触供给导电性粒子分散溶液并用导电粒子进行显像的显像装置，其特征在于：前述导电性粒子分散溶液是使表面吸附有离子性有机分子的粒径为100nm以下的导电粒子分散在无极性溶剂中而形成的。

2.权利要求1所述的导电图案形成装置，其特征在于：具有将前述介电性薄膜体表面上形成的导电图案转印到导电图案形成基板上的转印装置。

3.权利要求1所述的导电图案形成装置，其特征在于：具有将前述导电图案转印到中间转印体上的转印装置、和将转印到前述中间转印体上的导电图案转印到导电图案形成基板上的转印装置。

4.权利要求2或3所述的导电图案形成装置，其特征在于：具有对转印到前述基板上的导电图案加热或加压的装置。

5.权利要求1所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述静电潜像形成装置具有由通过对构成材料光照射而失去照射部的表面电荷的感光性材料形成的介电性薄膜体、在前述介电性薄膜体表面形成静电荷的静电荷赋予装置、和对前述介电性薄膜体表面的静电荷照射光从而形成静电潜像图案的曝光装置。

6.权利要求1所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述介电性薄膜体具有感光性，具有使前述介电性薄膜体表面均匀带电的带电装置、对均匀带电的介电性薄膜体表面的任意部位照射光的曝光装置。

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