JP2002526942A - 電子回路接着転移 - Google Patents

電子回路接着転移

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JP2002526942A
JP2002526942A JP2000573551A JP2000573551A JP2002526942A JP 2002526942 A JP2002526942 A JP 2002526942A JP 2000573551 A JP2000573551 A JP 2000573551A JP 2000573551 A JP2000573551 A JP 2000573551A JP 2002526942 A JP2002526942 A JP 2002526942A
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ノーマン,ピー ドバスティアニ
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チャートパック インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 フレキシブルメンブレン回路の製造かつ/又は設計に於いて用いられる電子回路接着転移に関し,電子回路要素(11,12)は,直接ポリエステルフイルムの基板にプリントされるのでなくして,保持シート(15)にプリントされる。保持シート(15)上のプリント回路パターンの露出面に対して感圧性接着剤(13)が付着され,感圧性接着剤は剥離紙(14)で覆われている。その後,電子回路は所望の基板(44)に付着される。即ち,剥離紙(14)をはぎ取り,感圧性接着剤(13)によって電子回路が定着される。保持シート(15)は,電子回路が基板(44)に固着された後にはぎ取られる。保持シート(15)は,基板(44)に対する回路パターンを透視して配列するのを容易にする為に透明または半透明である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明は,フレキシブルメンブレン回路の製造かつ/又は設計に於いて使用す
る電子回路接着転移に関する。
【0002】
【本発明の背景】
フレキシブルメンブレン回路は,様々に応用されて広く使用されている。それ
らの内,一例としてデータ入力や制御設定等の為に指圧によって作動させる入力
装置がある。その種装置には,典型的にフレキシブルメンブレンが含まれ,基数
パッドやオン・オフ・スイッチ等の外部から視認可能なグラフィクスがフレキシ
ブルメンブレンに設けられている。操作者は,選んだグラフィク要素の上方でフ
レキシブルメンブレンの外側に指圧をかけて,所望操作を行う。フレキシブルメ
ンブレン回路は,通常プリント回路の原理を用いて製造され,本質上相対的に複
雑になる。
【0003】 フレキシブルメンブレン回路の製造の為の典型的な工程は,電子回路形成(導
電性および絶縁性)インクの連続レイヤーでプリントされる準備段階を含む。典
型的な導電性インクは銀やグラファイトで配合されるが,金やニッケル,銅等の
他の金属も採用されている。導電性インクは,回路やスイッチを構成することに
なる電気径路の形態で,ポリエステルフィルムの表面上に直接プリントされる。
極めて単純な回路は,所定の電気的レイアウトで付着される導電性インクの単一
レイヤー,及び固着コネクターから構成される。より複雑な回路の配列も導電性
インクのパターンを形成する複数レイヤー用いて,それらの間に適切な絶縁レイ
ヤーを配置して形成することができる。この様にして準備されたフィルムは一般
的に「固定レイヤー」と呼ばれている。
【0004】 単純または複雑な多層の固定レイヤーは,「グラフィクレイヤー」と呼ばれる
第2のフィルムとしばしば接着して組み合わされる。グラフィクレイヤーは,そ
のフィルムの上側に印刷されるスイッチグラフィクス,及び裏側に適切なパター
ンでプリントされた導電性回路を含む。他方,本発明ではグラフィクレイヤーは
直接印刷可能でもあるし,転移によって生成できる。グラフィクレイヤーと固定
レイヤーは,適切なスペーサーやドーム,テール(tail)等と一緒にラミネ
ートされて,フレキシブルメンブレン回路やフレキシブルメンブレンスイッチの
完全機能品を形成する。
【0005】
【本発明の目的および要約】
本発明は,フレキシブルメンブレン回路の部品および製造の改良,つまり回路
設計および回路製造の多様化およびフレキシブリティを大いに拡げることを目的
とする。具体的には,本発明は,フレキシブルメンブレン回路用の回路パターン
が単一または複数のレイヤーの形態で保持シート又は保持フィルムに付着されて
成る電子回路接着転移媒体品を提供することを目的とする。その回路要素は適切
な感圧性接着剤で被覆され,更に感圧性接着剤は剥離紙で保護されている。この
様にして形成された回路は,その後,次の手順で所望の基板に付着される。即ち
,保護用剥離紙をはぎ取り,回路を基板に転移して,この時点で露出した状態の
感圧性接着剤により回路が基板に定着される。保持シートは,回路が基板に固着
された後はぎ取られるが,透明か少なくとも半透明なものを用いる。この結果,
回路パターンは,保持シートを透過して見ることができ,基板に対する適切な配
列を容易にする。
【0006】 幾つかの重要な利点が本発明から導かれる。それらの内,電子回路は,慣用技
術では困難な多種多様な基板に対して転移し得る。又,既存のフレキシブルメン
ブレン回路を修理するのに使用することの出来る電子回路接着転移媒体品を提供
することが可能である。加えて,電子回路接着転移媒体品は,例えばプロトタイ
プの回路の製作およびテストの為に回路設計者によって簡便に使用し得る多種多
様の「標準的」部品,例えばコネクターパターンストリップ,デュアルインライ
ンストリップ,抵抗器ストリップ,エルボー,ドーナツ,端末ストリップなどの
形態で製造され得る。他にも本発明は,特別の遮蔽での応用,例えば電磁干渉(
EMI),無線干渉(RFI)および静電消去(ESD)の為に電子回路接着転
移媒体品を形成するのに使用され得る。
【0007】 以下の好ましい実施例の詳細な説明および添付図面を参照することによって,
本発明の他の目的や利点が明らかになるであろう。
【0008】 [発明の詳細な説明] 先ず図1を参照して説明すると,参照番号10は保持シートを示し,図1に示
すものは単一重合体又は共重合体の熱可塑性素材から成るプラスチックフィルム
である。この種の適切な素材はスチレン,高密度ポリエチレン,ビニール,グタ
ジエンスチレン,ポリカーボネイトなどで,好ましくは0.002インチ(0.
0508mm)から0.002インチ(0.259mm)の範囲の厚みまで平坦
フィルムの形態に引き伸ばされている。保持シート10は透明または半透明であ
る。以下に於いて明らかにするが,この特性は,接着転移媒体品を支持基板に付
着する際,回路パターンを基板上で適切に配列するのに有益である。図1の製品
で示される単純形態の回路パターンは,転移インク11,導電性(または絶縁性
)のレイヤー12および感圧接着剤のレイヤー13から成る。3つのレイヤー1
1乃至13は,一般に良く知られたスクリン印刷方法によって付着される。
【0009】 転移インク11は,熱可塑性保持シート10の表面にスクリン印刷して乾燥し
た後に良好なフィルム形成特性,良好な引張強度および剥離特性を示す成分から
構成されている。転移インクのレイヤー11は通常,非導電特性を有するよう構
成されているが,応用例によっては導電特性が望ましく提供可能である。
【0010】 転移インクの構成は,通常,転移インクが保持フィルムの表面を選択的に湿ら
し,該表面上に化学的結合と言うよりも物理的な静的面親和力のみによって固着
するようなものである。これは,支持基板への回路要素の容易な接着転移を可能
にする保持シートに対して,乾燥形成された転移インクを容易に解離するのを可
能にする。保持シートから転移インクを解離する力は,望ましくは,感圧テープ
・カウンセル・テスト・メソッドPSTC No.1に記載の通り測定したとき
1インチ当たり2乃至4グラムの範囲である。それ故,転移インクは,特定成分
が選択されなければならず,保持シートそれ自体の物理的性質と調和しなければ
ならない。溶媒,フィルム形成レジンおよび添加物の配列は,転移インクが保持
シートに結合しないように選択および構成しなければならない。
【0011】 転移インクのレイヤー11は,所定の回路パターンで保持シート10に付着さ
れる。即ち,メッシュカウント1インチ(2.54cm)当たり100−300
スレッドのポリエステル又はステンレス鋼の繊維状スクリンを用いて,0.00
01インチ(0.00254mm)乃至0.0003インチ(0.0076mm
)の所望範囲の乾燥フィルム厚みを与えるように,保持シートの表面に直接印刷
される。スクリン印刷インクの空気乾燥は,室内温度で4−8時間に亘って実施
され得る。印刷された保持シートは,130−190゜F(52−88゜C)の
温度で45−75秒の間,乾燥トンネルの中でオーブン乾燥することも出来る。
【0012】 電子回路形成レイヤー12は,スクリン印刷技法により転移インク11のプリ
ントパターン上に直接付着される。特定の応用例では導電径路と絶縁径路の両方
が望まれるかもしれない。これらの径路は,原則的に回路設計に応じて高レベル
に導電性か,或いは抵抗性か,或いは絶縁性かである。電子回路形成レイヤー1
2は,熱可塑性か熱硬化性か紫外線硬化性の樹脂から構成される。これら樹脂は
導電性および絶縁性のスクリンインクに調合されている。通常,導電性インクに
対して熱硬化性樹脂が最も望ましく,また絶縁性インクに対して紫外線硬化性樹
脂が最も望ましい。これらのインクは,Dupont(電子素材部門)やAch
eson Colloids Companyから入手できる。
【0013】 導電性インクは,一般にポリマー厚膜組成物と呼ばれ,添加物と一緒に,通常
銀やグラファイト,銅,スズ,或いはこれらの組み合わせで配合されている。熱
可塑性素材が採用される場合は,その硬化は,室内温度で空気乾燥または適度に
上げた高温でオーブン乾燥することによって,溶媒を除去することにより達成さ
れる。又,熱硬化性樹脂が採用される場合は,その硬化は,高い温度の乾燥オー
ブンに於いて溶媒と,樹脂の有機成分の架橋とを除去することにより成し遂げら
れる。硬化サイクルは温度と時間の関数である。代表例は,140゜F(60゜
C)で2時間;212゜F(100゜C)で30−45分;240゜F(115
゜C)で1−2分である。最適な諸特性は,ポリマー厚膜組成物が適切に乾燥,
硬化された後のみ生じる。これらの諸特性は,とりわけ(a)所望レベルの導電
性,(b)接着性,(c)フレキシビリティ,(d)所望硬さ,(e)温度抵抗
,(f)擦り減り及び引っ掻き抵抗,及び(g)耐溶剤性である。
【0014】 電子回路形成インクレイヤー12は,転移インクのレイヤー11上に直接付着
される。それ故,電子回路形成インク12は,転移インクレイヤー11に対して
そのフィルム特性に影響を与えずに結合するものでなければならない。電子回路
形成インクレイヤーは,0.0008インチ(0.020mm)乃至0.001
5インチ(0.038mm)の厚み範囲に付着される耐溶剤性のエマルジョンを
用いて,1インチ(2.54cm)当たり160−325スレッドのメッシュカ
ウントを有するポリエステルかステンレス鋼製のスクリンを利用して,スクリン
印刷技法によって付着される。硬化した(乾燥した)電子回路形成インクの厚み
は,典型的には0.0002インチ(0.0051mm)乃至0.0006イン
チ(0.015mm)の範囲内になる。耐溶剤性のポリウレタン製スキージ(6
0−80のドュロメータを有する)はこの作業で使用される。
【0015】 電子回路形成インクが絶縁素材(導電径路が交差する箇所で一つの導電径路を
もう一つの導電径路から絶縁するものが望まれる)である場合には,相違する素
材が選ばれる。好ましくは,紫外線硬化性の純度100%の絶縁性インクが採用
される。絶縁性インクは,モリマー,オリゴマー,フォトイニシエター,顔料お
よび添加物から構成されている。フォトイニシエターは,200−400ナノメ
ータの範囲の紫外線放射線を吸収し,そしてオリゴマーとモノマーとの重合を開
始させ,顔料と添加物を含有する絶縁性ポリマーフィルムを形成する。未硬化の
絶縁性インクは,1インチ(2.54cm)当り200−400スレッドのメッ
シュ範囲のポリエステルがステンレス製のスクリンを利用して,スクリン印刷技
法で付着される。絶縁材は,0.001インチ(0.00254mm)乃至0.
012インチ(0.030mm)の硬化厚みを達成するよう付着される。硬化絶
縁性レイヤーは,絶縁抵抗または絶縁耐力を呈する。
【0016】 感圧性接着レイヤー13は,接着転移媒体品に関して,業界で良く知られた多
種多様な感圧接性着剤の何れか一つで良い。感圧性接着剤は,公知のスクリン印
刷技法によって電子回路形成レイヤー12のパターンと同一パターンで,電子回
路形成パターン12上に付着される。接着転移媒体品が使用される直前まで,シ
リコーン製の剥離紙が感圧性接着レイヤー13の上に,それを保護するために付
着されている。
【0017】 図1の接着転移媒体品は,剥離紙14を取り除いて感圧性接着レイヤー13を
所望の基板44に付着することによって利用される。基板44は,一例としてポ
リエステルフィルムを挙げることができるが,紙状素材,繊維,ガラス,セラミ
ック,金属,プラスチック等を含む他の多種多様の素材でも良い。感圧性接着レ
イヤー13を基板44に接触させる前に,接着転移媒体品の回路パターンは基板
に対して適切に配列させる。これは,保持シート10が透明または半透明である
ことにより容易に行われる。それ故,使用者は保持シートを透視して所望の配列
を行える。又,相当する場合は,外部から充分に視認可能な印し(図示せず)を
備えた不透明の保持シートを利用して,それを基板に適切に配列することが可能
である。
【0018】 接着転移媒体品を基板44に転移して固着するとき,保持シート10は図4に
示す如くはぎ取られて,転移インクのレイヤー11を露出する。この様に製造さ
れる回路は,基板44上に付着された「グラフィクレイヤー」(図示せず)呼ば
れる別のフィルムと,転移レイヤー11と,導電性レイヤー12及び接着性レイ
ヤー13とで公知の原理に従ってラミメートし,封止し,結合することができる
【0019】 望ましい別の形態の新規の転移媒体品が図2に示される。図2の実施例に於い
て,保持シート15は,熱にも化学的にも安定した保持基板16から構成される
。保持基板16は,安定性プラスチック素材,例えばポリプロピレン,テフロン
,ポリエチレンテレフタレート,ポリエチレンナフタレート,ポリアミド,又は
エポキシガラス等からなり,0.00145インチ(0.00368mm)乃至
0.010インチ(0.0254mm)の厚み範囲の平坦フィルムに引き伸ばさ
れている。基板16も紙素材,例えば硫酸紙,高密クラフト紙等から形成しても
良い。紙製基板は,好まれ,シート(24インチX36インチ;609.6mm
X914.4mm)500枚の連(ream)に付き20−40ポンド(9−1
8kg)の範囲の基本重量を有する。
【0020】 保持基板16がフィルムまたは紙の何れから成るにしても,保持基板16には
,電子回路要素を付着するべき表面に高分子被膜17が施されている。高分子被
膜は,相対的に薄いレイヤーで,好ましくは0.00005インチ(0.001
27mm)乃至0.0002インチ(0.005mm)の厚み範囲で付着される
。高分子被膜は,典型的には導電性印刷媒体や接着剤調合で使用される溶媒の中
で,不溶性である実質伸展不能な素材から成る。これらの特性は,多くの架橋熱
硬化性ポリマー,例えばポリビニルブチラール−メラミン,ポリビニルホルマー
ル−フェノール,尿素ホルムアルデヒド,エポキシ−メラミン,アクリル樹脂,
アクリルメラミン等に見られる。変性架橋シリコーンの高分子被膜も使用し得る
。高分子被膜は,極めて低い終局伸び,望ましくはASTM(米国材料試験協会
)テスト方法No.ASTM D638に記載される如く05乃至10%の範囲
のそれを備えていなければならない。
【0021】 保持基板16と高分子被膜17が本発明に依る接着転移媒体品に於いて有用で
あるためには,溶媒と高分子被膜や保持材との間で検出可能な相互作用は存在し
てはいけない。例えば,通常スクリン印刷で見られる様々な化学溶媒,希釈剤,
及び化合物が高分子被膜の表面に付着された。かつ蒸発可能だった。表面には検
出可能な物理的または化学的効果は,観察されなかった。これらの化学溶媒,希
釈剤,及びその他の化合物には,ミネラル・スピリット,ブチルセロソルブ,n
−酢酸ブチル,l−ニトロプロパン,ヘプタン,ヘクサン,アセトン,メチルエ
チルケトン,シクロヘキサン,トルエン,キシレン,酢酸エチル,拡散カルビノ
ール,イソホロン,メチルイソブチルケトン,1,4ジクソーネ(dixone
)エタノール,イソプロパノール,(isopropanol),N−ブチルア
ルコール,テトラヒドロフラン,塩化メチル,トリクロロエチレン,ブタノール
,シクロヘキサノン,シアセントアルコール,ジブチルフタレート,アルモテッ
ク(aromatic)100,リン酸トリクレゾール,ヴァルソル(vars
ol)1,プロピレングリコール,メチルエーテル,ジプロピレングリコールメ
チルエーテル,エチレングリコール,ブチルエーテル,エチルグリコールエチル
エーテル,ジプロピレングリコール,酢酸メチルエーテル,ジエチレングリコー
ル,メチルエーテル,VM+Pナフタ,ブチルベンジルフタレート,及びリン酸
オクチルジフェニルがある。
【0022】 図2の実施例の合成保持フィルム15は,耐高熱性が大きい為,また化学的安
定性が大きい為,多くの用途で好まれる。
【0023】 図3の実施例に於いては,多層の電子回路要素が単一の接着転移媒体品に備わ
っている。図3の変更例では,保持シート10または15には,上から下へ順番
に転移インクのレイヤー18,導電性インクのレイヤー19,絶縁性レイヤー2
0,導電性インクの第2レイヤ−21,及び感圧性接着剤の最終レイヤー22か
ら成る連続レイヤーが設けられている。選択基板への接着転移媒体品の付着に応
じて,剥離紙23が感圧性接着剤を覆うように付着されている。
【0024】 図3に示す多層レイヤーは上下方向一致して並ぶように示されているけれども
,連続レイヤーは望ましい場合,別の回路パターンで配列しても良い。
【0025】 同様に,本発明の接着転移媒体品を用いて回路を製作するとき,一つの接着転
移媒体品をもう一つの接着転移媒体品に付着して,多層レイヤーの回路を製作す
ることも可能である。図5の構成では,例示として,基板24は,転移インク2
5,電子回路形成材のレイヤー26,及び感圧性接着剤のレイヤー27から成る
第1接着転移製品に付着している。その後,第2の接着転移媒体品は,第1の接
着転移媒体品の上に付着される。図5に於いて第2の接着転移媒体品は,転移イ
ンクのレイヤー28,電子回路形成材のレイヤー29,及び感圧性接着剤のレイ
ヤー30から成る。図5に於いて,第2接着転移媒体品のレイヤーは,第1接着
転移製品のレイヤーに対して上下方向に一致しない外見形状で付着されている。
或る場合には,例えば上下に隣接する導電性要素の間の交差する箇所で電気接続
が予定されている場合には,転移インクレイヤー25と感圧性インクレイヤー3
0は,上下方向に相応の導電径路を提供するに充分な導電性を備えるよう形成さ
れる。
【0026】 本発明の接着転移の媒介品および方法は,フレキシブルメンブレン回路の製造
の新規かつ極めて有利な態様を提供する。回路を保持シートから所望基板へ接着
転移することが可能であるので,今までは不適切であった広範囲の基板を利用す
ることが可能になる。この点,従来技術を用いてはフレキシブルメンブレン回路
を製造できないような多くの基板材に対して回路を転移することができる。例え
ば,本発明の製品及び示唆並びに方法を用いて,繊維上でフレキシブルメンブレ
ン回路を製造したり,多分に衣類の内部に組み入れたり,又ガラスやセラミック
,ランプ,壁,絵画等の3次元対象物に形成したりできる。又,本発明は,例え
ば電磁干渉(EMI),無線干渉(RFI)および静電消去(ESD)の遮蔽の
為に導電回路の設計および設置に於いて利用することもできる。又,本発明の製
品は,或る場合には既存の回路の修理との関連で用いることができる。加えて,
接着転移回路要素の使用は,低廉な接着転移媒体品を用いて,テストや他の目的
のために実験的プロトタイプ回路を作ることがより効率的かつより迅速に行われ
得る。
【0027】 本発明の具体的な形態は,開示の明確な趣旨から逸脱することなしに変更し得
るので,代表的なものにすぎないと理解されるべきである。従って発明の全範囲
を決定するに際して請求額を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に依る電子回路接着転移媒体品の簡略断面図である。
【図2】 電子回路接着転移媒体品の変更態様を示す,図1と同様の簡略断面
図である。
【図3】 回路が多層レイヤーの形態で付着されている複合的電子回路接着転
移媒体品を示す,図1と同様の簡略断面図である。
【図4】 図1の回路を支持基板に対して付着した状態を示す,図1と同様の
簡略断面図である。
【図5】 複数の電子回路接着転移媒体品が支持基板に付着された状態を示す
,図1と同様の簡略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J004 AA08 AA10 AA11 AA12 AA13 AB01 CA04 CA06 CB03 CE03 DB03 EA06 FA01 FA04 FA05 4J039 AD00 AE00 BA03 BA04 BA06 BE12 BE25 CA07 EA04 EA06 EA24 EA25 GA05 5E343 AA02 BB16 BB17 BB72 CC01 DD02 DD56 DD64 EE22 GG11

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)転移材から成るか,転移材で被覆されて成る転移面付き保持シート, (b)前記転移面に対して,所望の所定回路に全体的に対応するプリントパタ
    ーンの形で物理的かつ解離可能に付着される転移インク, (c)前記転移インクの上に,所定の電子回路パターンの形で付着される電子
    回路形成インクの1つ又は複数のレイヤー, (d)前記電子回路形成インクのレイヤーの露出面の上に,電子回路形成イン
    クレイヤーのパターンに全体的に対応するパターンの形で,付着される感圧性接
    着剤, 及び (e)前記感圧性接着剤の上に解離可能に付着および結合された剥離シート, から成る電子回路接着転移媒体品。
  2. 【請求項2】前記保持シートは,透明または半透明の素材から形成され,基
    板に対して前記電子回路形成インクレイヤーの電子回路を接着付着する間,前記
    電子回路パターンを透視できるようにして成る請求項1による電子回路接着転移
    媒体品。
  3. 【請求項3】前記電子回路形成インクレイヤーは導電性インクのレイヤーか
    ら成る請求項1による電子回路接着転移媒体品。
  4. 【請求項4】前記電子回路形成インクレイヤーは絶縁性インクのレイヤーか
    ら成 る請求項1による電子回路接着転移媒体品。
  5. 【請求項5】前記電子回路形成インクレイヤーは,導電性インクの少なくと
    も1つのレイヤーと,絶縁性インクの少なくとも1つのレイヤーから成る請求項
    1による電子回路接着転移媒体品。
  6. 【請求項6】前記保持シートは熱可塑性フィルムから成る請求項1による電
    子回路接着転移媒体品。
  7. 【請求項7】前記保持シートは,高分子素材の表面被膜を有し,熱的にも化
    学的にも安定した素材の保持基板から成る請求項1による電子回路接着転移媒体
    品。
  8. 【請求項8】電子回路形成インクレイヤーが複数層から成る請求項1による
    電子回路接着転移媒体品。
  9. 【請求項9】 (a)支持基板,及び(b)該基板の表面に対して感圧性接着剤によって接着
    固着される回路パターンから成り,該回路パターンは,順に前記感圧性接着剤, 電子回路形成素材,及ぶ転移接着剤から成ること によって構成されるフレキシブルメンブレン回路。
  10. 【請求項10】 (a)請求項1に記載の電子回路接着転移媒体品を用意すること, (b)該接着転移媒体品を受け取る適切な支持基板を選択すること, (c)前記接着転移媒体品から剥離紙を取り除くこと, (d)前記接着転移媒体品を前記支持基板に接着装着すること から成るフレキシブルメンブレン回路等の製作方法。
  11. 【請求項11】前記接着転移媒体品を前記支持基板に接着装着した後に,該
    接着転移媒体品から保持シートが取り除かれることから成る請求項10によるフ
    レキシブルメンブレン回路等の製作方法。
  12. 【請求項12】 (a)前記保持シートは透明または半透明の素材から形成され,及び (b)前記接着転移媒体品は,前記保持シートを透視することによって前記基
    板に対して配列されること, から成る請求項10によるフレキシブルメンブレン回路等の製作方法。
  13. 【請求項13】複数レイヤーの回路を提供するため,前記接着転移媒体品に
    対して第2の電子回路接着転移媒体品を接着装着することから成る請求項10に
    よるフレキシブルメンブレン回路等の製作方法。
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