JP2004172282A - Method of manufacturing circuit, and circuit board equipped with the circuit - Google Patents

Method of manufacturing circuit, and circuit board equipped with the circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce waste of material and to enable a circuit which is extremely excellent in electrical conductivity to be easily manufactured through a simple process. <P>SOLUTION: A colloidal solution Q where conductive nano metal powder 20 having 0.1 to 100 nm of an average grain diameter is dispersed is applied on the surface of a board 14 where an ink resin 13 is printed through a printing method, the colloidal solution Q and the ink resin 13 are heated up, the ink resin 13 is decomposed and sublimated, the conductive nano metal powder 20 residing thereon is removed, a liquid present in the colloidal solution Q on the surface of a non-printed area 14B is evaporated, and the conductive nano metal powder 20 is fused together to form a conductive metal layer 21 made of only nano metal powder on the surface of the non-printed areas 14B of the board 14 for the formation of a circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路の製造方法および該回路を備えた回路板に関し、詳しくは、電気機器からの電磁波シールド等として用いられ、微細で高精度な印刷パターンを有する回路を、導電性ナノ金属粉末から形成するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、回路パターンを形成する方法として、パターンを形成する際に感光性のレジストを用いて露光を行うフォトリソ法が挙げられ、フォトリソ法には、以下に示すように、サブトラクティブ法とアディティブ法の2種類に分けられる。
【0003】
上記サブトラクティブ法では基板上に予め銅箔、無電解銅メッキや電解銅メッキで導電性層を形成し、次に、感光性のレジスト(フォトレジスト)を導電性の層の上に形成し、フォトマスクを通して所定のパターンのみに感光性レジストを感光させる。 ついで、現像で未感光部分のフォトレジストを洗浄し、硬化させた後に導電性の層をエッチング液(塩化第二鉄等)に浸漬させることで未感光部の導電性層のむきだしになっている部分のみを腐食(エッチング)させ、最後にフォトレジストをアルカリ(KOH)で剥離させて所定のパターンのみの回路を形成している。
【0004】
上記アディティブ法は、サブトラクティブ法とは反対で予め基板の上に感光性レジストの層を形成し、フォトマスクを通じて所定のパターンのみに感光性レジストを感光させる。現像で未感光部分のフォトレジストを洗浄し、露光された部分のみの感光性レジストのパターンを形成する。次に、全面に、無電解銅メッキ、続いて電解メッキを施し、最後にフォトレジストを剥離して、露光されていない部分を回路パターンとして形成している。
【0005】
上記アディティブ法と同様な方法な印刷法も用いられており、該印刷法では、導電性のインキを用いて所定のパターンに印刷することで回路を形成している。この方法では、材料コストも少なく、製造設備も安いために安価なプロセスとして期待されている。
【0006】
さらに、微細な回路パターンの形成方法として従来より種々の提案がなされている。例えば、特開平10−242141号では、ナノプローブとプローブとの間に所定電圧を印加することにより微細パターン形成領域に電界支援酸化膜よりなる微細パターンを形成している微細酸化膜パターンが提案されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−242141号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サブトラクティブ法の最大の問題点はエッチングに用いた多量の有害な廃液が発生することである。この廃液は金属を多量に含んでおり廃液処理にコストがかかり、環境にも良くない。また、導電性層は高価な層であり、余分な部分も捨てることは非常に無駄が多く、かつ、フォトマスクを通じて露光させる装置も非常に高価であるためコストがかかる点が問題である。また、エッチングは導電性層を厚み方向のみではなく、平面方向にも腐食するため、導電性層の厚みが厚い場合にはサイドエッチングが進み、線幅が所定のパターンよりも細くなり、極端な場合には断線することもある。
【0009】
上記アディティブ法の問題点は、無電解銅メッキ、電解銅メッキともに材料が高価でありプロセスが増えるためにコストが上がることである。さらに、露光プロセスを伴うのでサブトラクティブ法と同じで非常に高価な装置が必要である。
【0010】
また、上記印刷法は、導電性インキとして導電性金属が樹脂中に分散されたものを用いるが、特に、被印刷体が樹脂等の場合には高い温度をかけることができず、その結果、導電性が悪く、用途が限定されことがある。また、導電性を向上させるために、導電性金属粉末を多量にインキに添加すると印刷性が悪くなり、電解銅メッキ等を印刷パターンに施すと工程が増えコスト増を招くこととなる。
【0011】
また、上記特開平10−242141号では、電界支援酸化膜の厚みや膜の形成状態によっては良好な導電性が得られない場合があったり、電圧等を印加する高価な装置等が必要になり、コスト高等を招くこととなる。
【0012】
インキをドット状に飛ばすインキジェット法等も考えられるが、回路等の直線パターンの形成は困難であり、ピンホールや断線が発生しやすい。また、インキジェット法は印刷速度が遅い。そのためヘッド数を増やして印刷速度を改善する試みが行われているが、ヘッド数を増やすと、インキの詰まりの不良の頻度が増えて管理が非常に難しくなる。
【0013】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、簡易な工程で、材料の無駄を低減し、導電性の極めて良好な回路を容易に形成する回路の製造方法を提供することを課題としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板表面の非回路パターン領域に熱可塑性樹脂からなるインキ樹脂を印刷し、
ついで、上記基板の上記インキ樹脂印刷部分および回路パターン領域となる非印刷部分の全表面に、平均粒子径が0.1nm〜100nmの導電性ナノ金属粉末を分散させたコロイド溶液を塗布し、
ついで、上記基板を加熱し、上記インキ樹脂印刷部分では上記インキ樹脂を分解昇華させて、その表面の上記導電性ナノ金属粉末を除去すると共に、上記回路パターン領域の上記非印刷部では上記コロイド溶液中の液体のみを蒸発させて導電性ナノ金属粉末同士を融着させ、ナノ金属粉末のみからなる導電性金属層で回路を形成している回路の製造方法を提供している。
【0015】
上記本発明に係る回路の製造方法は、本発明者が鋭意研究の結果、以下のことを見出したことに基づきなされたものである。
導電性金属粉末の粒子径を0.1nm〜100nm程度に小さくすることで、非常に金属表面の活性が高くなり、金属の融着温度が著しく低下し、金属粉末同士が低温で融着可能となることを見出した。例えば、銀の場合、バルクの融点が963℃であるが、0.1nm〜100nm程度のナノ銀粉末とすると融着温度が200℃程度と著しく低下する。
よって、ナノ金属粉末同士を融着させて導電性金属層からなる回路を形成することができるが、ナノ金属粉末が細かくなると粉塵爆発の危険も大となることより溶媒中にコロイド状に分散させて安定化させて使用する必要がある。しかしながら、このナノ金属粉末を溶媒中にコロイド分散させたものは非常に粘度が低く、そのため、このナノ金属のコロイド溶液で回路を印刷して形成するのではなく、印刷技術とリフトオフ技術を融合させた方法としている。
【0016】
本発明の製造方法では、上記したように、ナノ金属粉末を液体中に分散させたコロイド溶液として、非回路パターン領域のインキ樹脂印刷部分の表面と、回路パターン領域の非印刷部分の表面とに塗布するため、導電性に優れた非常に細かなナノ粒子の金属コロイドを均一に塗布することができると共に作業性も向上する。
塗布後に加熱することにより、まず、インキ樹脂が昇華分解し、該昇華分解により該インキ樹脂印刷部分の表面に塗布した導電性ナノ金属粉末を除去することが出来る。同時に、該加熱により、非印刷部分ではナノ金属粉末同士が融着して非常に導電性の良好なナノ金属粉末のみからなる導電性金属層が形成され、該導電性金属層からなる回路を形成することができる。
【0017】
導電性ナノ金属粉末の粒子径は融着温度に大きく影響を及ぼす重要なファクターであり、種々検討を行った結果、導電性ナノ金属粉末の平均粒子径を0.1nm〜100nmとしている。これは、0.1nmより小さいと、常温でも非常に活性が高くなり、導電性ナノ金属粉末同士で一部凝集等が発生すると共に、表面の酸化も多くなり金属酸化膜が形成されるためである。一方、100nmより大きいと、融着温度が低下せず、低温での金属被膜形成を行えない上に印刷部分において加熱時にインキ樹脂と共に飛散させにくくなるためである。また、粒子径が小さい方が融着温度が下がるため、好ましい粒子径は1nm〜50nmであり、より好ましくは1nm〜10nmである。また、導電性ナノ金属粉末はお互いが溶融して金属被膜化することで非常に低抵抗とすることができる。
【0018】
また、導電性ナノ金属粉末を融着してなく金属被膜の厚みは、1μm〜15μmが好ましい。1μmより薄いと断線が発生しやすく、また導電性も良くない。一方、15μmより厚くても導電性は十分満たしており材料コストがかかり無駄となる他、表面の平坦性が悪くなる。
【0019】
上記インキ樹脂として用いる熱可塑性樹脂の分解昇華温度は、上記導電性ナノ金属粉末同士の融着温度よりも低温としている。
これは、インキ樹脂の表面に塗布したナノ金属コロイド溶液中のナノ金属粉末同士が融着して金属膜を形成する前に、インキ樹脂を分解昇華して、該インキ樹脂の表面に塗布されたナノ金属粉末を除去するためである。
よって、インキ樹脂が分解昇華する低温状態から金属粉末同士が融着する温度へ徐々に加熱することが好ましい。
【0020】
上記インキ樹脂は、できる限り低い温度で分解する熱可塑性樹脂が好ましく、熱可塑性のアクリル樹脂、ブチラ−ル樹脂、セルロース樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される1種以上の樹脂であることが好ましく、印刷適正に合わせて選択することができる。
【0021】
上記導電性ナノ金属粉末は、金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかまたはこれらの混合物からなることが好ましい。これらの金属は、ある程度の導電性を有する上に、ナノ粒子とすることができる。特にコスト面と導電性の面から銀が好ましい。金属粉末の形状は、球状、楕円球状、柱状、鱗片状、繊維状等の種々の形状とすることができる。
【0022】
上記加熱温度は200℃〜350℃としていることが好ましい。200℃より低いと金属粉末が溶融せず金属被膜を形成しにくい上にインキ樹脂が分解昇華しにくいためである。一方、350℃よりと高いと基板の熱劣化を生じる恐れがある。より好ましくは200℃〜250℃である。なお、金属被膜の形成とインキ樹脂の分解昇華を効率良く行えるように加熱温度、加熱時間を適宜設定することができる。加熱時間は5分〜120分、さらに10分〜60分が好ましい。
【0023】
コロイド溶液に媒体として含まれる液体は、水系あるいはトルエン、アルコール等の溶剤系であることが好ましく、揮発性が高く蒸発しやすい液体とするのが良い。
【0024】
導電性ナノ金属粉末はコロイド溶液の全体積の10%〜95%の体積割合でコロイド溶液中に均一に分散させていることが好ましい。これによりナノ金属粉末同士を効率良く均等に接触させることができる。
上記範囲としているのは、上記範囲より小さいと、金属粉末同士が十分に密着しにくく加熱時に金属被膜を形成しにくくなるためである。一方、上記範囲より大きいと、コロイドが安定せずに凝集する。このため、粒子径が大きくなり低温で溶融しにくくなるという問題があることに因る。なお、より好ましくは30%〜80%である。
【0025】
上記コロイド溶液は、バーコート、スピンコータ、スクリーン印刷、ロールコータから選択される方法等により塗布することができる。
また、上記コロイド溶液は、通常の方法で作成でき、例えば、塩化金酸の水溶液をアミン等の還元剤を用いると金が還元されて析出してくる。この際に、金の粒子表面に保護コロイドとして界面活性剤やポリマー等を吸着させ、コロイドを安定させる方法で作成できる。
【0026】
上記基板上への上記インキ樹脂の印刷法として、凹版からブランケットへインキ樹脂を一旦転写させた後に、上記ブランケットから上記基板へ上記インキ樹脂を転写させる凹版オフセット印刷法を用いることが好ましい。また、平板オフセット印刷、凸版印刷等の従来公知の印刷法を用いることもできる。インキ樹脂の印刷厚みは、印刷部分の分解昇華が行いやすい上に非印刷部分が良好な回路パターンになるために1μm〜10μmが好ましい。
【0027】
版に凹版を用いる凹版オフセット印刷は凹版の深さを変えることで自由にインキ厚みを制御することが可能であり比較的厚みのある印刷が可能である。また、凹版の解像度は非常に高く10μm前後の非常に微細なパターンも忠実に印刷で再現することが可能である。
【0028】
上記ブランケットの表面ゴムはシリコンゴムからなり、上記凹版はガラスからなり、上記インキ樹脂には上記ブランケットに対する膨潤度が小さい溶剤が含まれていることが好ましい。
【0029】
凹版オフセット印刷において、特に、ブランケットの表面ゴムにシリコンゴムを用いると凹版からブランケットに移ったインキを100%基板に移転させることが可能であり、1回で十分にインキ厚みの厚い印刷を行うことも可能である。しかも、インキの分断が1回しか起こらないために印刷物形状が非常に良好であり、約10μmの非常に微細な形状も印刷で再現可能である。よって、非印刷部分が回路パターンになるように良好な印刷を行うことができる。
【0030】
また、凹版は金属やガラスをフォトリソ法でエッチングすると非常に形状に良好な凹版を形成することが可能であるので平滑で転移性の良好なブランケットを組み合わせれば非常に形状の良好な印刷を行うことが可能となる。ナノ金属粉末を用いた本発明において凹版オフセット印刷は非常に適した印刷方式であることが判明した。
【0031】
凹版について検討を行った結果、表面の平滑性が非常に重要であることが判明した。表面の平滑性が悪いとインキをドクターする際に凹版表面にインキのかき残りが起こり非画線部分の汚れ(地汚れ)が発生する。もっとも安価に表面平滑性の良好な凹版を作るにはガラスを用いエッチングすることである。ガラスはソーダガラスやノンアルカリガラス共に使用可能であるが、ノンアルカリガラスは非常に高価であるために高度な寸法精度を要求されない分野ではソーダガラスで十分である。また、金属材料をエッチングにより凹版を作成することも可能である。金属材料としては各種材料が使用可能であるが、特にエッチング性の良好なステンレスや42合金(Fe−Ni合金(Ni42%))、銅、真鍮、アンバー材等の材料が使用可能である。これらの金属を用いた凹版の場合には表面を鏡面加工にラッピング研磨を行うことで平滑性を上げる必要がある。また、金属表面の機械強度を向上させるために最表面に硬質クロムメッキ等の表面強化処理を行うことも考えられる。凹版の深さは目的のインキ膜厚みに応じて設計する必要があるが、通常は1〜50μm程度が良い。凹版の深さの約半分の量のインキがブランケットに転移し、シリコンゴムのブランケットを用いるとほぼ100%が被印刷体に印刷される。
【0032】
ブランケットの表面ゴム硬度が高いとゴムが変形せずに版のインキを十分に転移させることが難しい。また、硬度が低いとゴムの変形が大きくなり精度良く印刷を行うことが難しい。よって、上記の面からブランケットのゴム硬度はJIS−A硬度で70〜20、より好ましくは60〜30である。また、ブランケットの表面形状は特に印刷パターンが微細になるほど印刷形状に大きく影響を及ぼす。ライン幅20μm程度の微細なパターン形成には表面粗度として10点平均粗さで1.0μm以下が好ましく、より好ましくは0.5μm以下の平滑な表面が望ましい。材料としてシリコンゴムを用いるとインキの転移が良好である。
【0033】
インキに含まれる溶剤はオフセット印刷で印刷適正を支配する重要な因子である。特に印刷時にはインキ中の溶剤が常にブランケットに接触するためにブランケットの表面ゴムは溶剤にて膨潤し表面の濡れ特性は変化する。一般には膨潤の少ない溶剤を用いればブランケットの表面濡れ性は変化が少なく安定した印刷が可能であるがブランケットとの受理性を考慮すると若干膨潤する溶剤を選定する方が良好である。ただし、連続印刷すると膨潤のため表面の濡れ性の変化が大きく、安定した印刷ができなくなる。表面濡れ性が増加し印刷の線幅が広がる、版表面の微少な汚れを転写する、被印刷体への転写が悪くなる等の問題が発生してくる。表面ゴム中の溶剤は表面ゴムを加熱することで蒸発、乾燥し、元の表面状態に完全に戻すことが可能である。よって、蒸発乾燥のし易さは加熱温度、溶剤の沸点やゴム厚みが関係してくるが加熱温度40℃〜200℃であれば十分効果的に乾燥させることが可能である。加熱乾燥はブランケット胴を直接加温することが有効であるが、特に限定されたものではなく、ブランケット外部から熱風を吹きつけて乾燥させることも可能である。また、乾燥は常時加温させることも可能であるが不定期的に加温、冷却を繰り返すような使用も可能である。
【0034】
乾燥後はブランケットの表面温度が高いと版と接触するために版が熱により膨潤し印刷精度が悪くなるといった問題がある。そのため、版の表面温度を通常±1℃以内に保つ必要があり、もちろんクリーンルーム内の室温もそれ以内に保つことが前提であるが、ブランケット表面の温度は+5℃以内に収める必要がある。版の表面温度よりもばらつきが大きいのはブランケットが接触して転がる際に凹版に熱が逃げるためで+5℃以上であると凹版の温度を+1℃以上になり印刷精度への悪影響が出てくる。ブランケットの表面温度を+5℃以上にする手法としてブランケットの表面を冷風で強制的に冷却することが一番効果的であり、ブランケットシリンダーも金属で熱容量が大きいために効果的に冷却が可能である。また、金属定盤上を転がすことでブランケット表面温度を急激に冷却することも可能である。その他、特に限定されることはなく、各種手法が可能である。
【0035】
上記基板は透明性を有する樹脂とし、上記インキ樹脂は非印刷部分が回路パターンになるように印刷され、回路パターンは線幅5〜40μm、線間隔50〜500μmのメッシュ状等とすることができる。これにより、特に高密度なライン部分の多い回路の形成に適したものとなる。また、インキ樹脂の印刷は、基板の片面のみでも良いし、両面に印刷しても良い。
【0036】
透明性を有する樹脂としてはロール状に連続処理できるものが好ましい。透明性が高く、耐熱性が高いものが好ましいが、ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表されるポリエステル類、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等のポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン等のビニル類、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂等が挙げられる。この中でも非常に透過性が良好で安価なPETフィルムが一番望ましい。
【0037】
印刷パターンについて特に1〜1000MHzでの電磁波シールド性能を向上させるには、できるだけ細かいパターンを印刷し形成することが重要であることが判った。鋭意研究を進めた結果、線幅は5〜40μmであれば良好であることが判明した。線幅が40μmを超えると開口率を向上させることができず透過率が下がる。また、パターンの幾何学模様が肉眼で確認され視認性が劣る。また、線幅が5μmより小さいと電磁波シールド効果が衰えると共にパターンを形成する際に断線が発生しやすくなり、良品を安定して生産することは非常に難しい。またPDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)用途を考慮すると、電磁波シールド特性として1〜1000MHzでの電界成分を十分にカットする必要がある。また、線間隔は50〜500μmであれば透明性と電磁波シールド性の両立が可能である。線間隔が50μmより小さくなると透過率が急激に小さくなる。また、500μmより大きい場合には電磁波シールド性が悪くなる。
【0038】
他の印刷法としてはフォトリソ法と同等の高い印刷精度が得られる方が用途が広がり好ましい。スクリーン印刷ではライン幅が100μmより小さいと忠実に版の形状を再現しにくりことがある。また、原理上スクリーン紗はスクリーンの中央部分と周辺部分ではかかる力が異なり伸び量が異なる。このため中央部分と周辺部分でパターンの印刷精度が悪くなることがある。
【0039】
また、凸版印刷(またはフレキソ印刷)では1回のインキ膜厚み0.1μm〜1.0μmと薄くなり、版自身の解像度がやや低い。非印刷部分を明確にするには、ある程度のインキの膜厚みが必要である。また、凸版ではパターンの周辺にインキが広がるマージナルゾーンと呼ばれる現象があり、同じくパターンを忠実に再現しにくいことがある。
【0040】
平版を用いた平版オフセット印刷および最近では版として非画線部分にシリコンゴムを用いた水なし平版(東レ製の商品名TAN)が多く使用されるようになってきている。水ありのPS版を用いるよりも解像度が高い。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
まず、印刷法により、基板の表面上にインキ樹脂を印刷する。印刷法は、図1(A)(B)(C)(D)に示すように、平台型凹版オフセット印刷機10を使用し、凹版11からブランケット12へインキ樹脂13を一旦転写させた後に、ブランケット12から基板14へインキ樹脂13を転写させる凹版オフセット印刷としている。
【0042】
ブランケット12の表面12aはシリコーンゴム(ゴム硬度JIS−A 40、常温硬化型シリコーンゴム付加型、ゴム厚み300μm)とし、表面粗度は10点平均粗さで0.1μmとしている。凹版11はソーダライムガラスからなるガラス製凹版としている。
【0043】
基板14は厚み100μmのポリイミドフィルムとし、インキ樹脂13は熱可塑性樹脂であるアクリル樹脂を、ブランケット12に対する膨潤度が小さい溶剤(酢酸ブチルカルビトール)にて粘度を50〜100Pに調整したものを用いている。
【0044】
平台型凹版オフセット印刷機10は、基板14へ10枚分の印刷を終えると、加熱装置15の送風口15aからブランケット12へ熱風を当てブランケット12を加熱している。ブランケット12の表面温度が80℃となるように調整して5分間行っている。なお、印刷機が設置されているクリーンルーム内の温度は23℃±1℃に制御されており凹版11の表面温度も23℃±1℃に調整している。このように10枚印刷毎に表面に熱風を当て乾燥を行っている。
乾燥後は、冷却装置16の送風口16aからブランケット12に冷風をあてて5分間冷却を行っている。冷却後のブランケット表面温度は面内で室温+3℃以内に調整している。
【0045】
上記した方法で、基板14の表面14aへ熱可塑性樹脂のアクリル樹脂からなるインキ樹脂13を回路とならない非回路パターン領域に印刷している。該インキ樹脂の印刷パターンは線幅W1が200μm、線間隔W2が20μm、未硬化状態(未焼成)での膜厚みが3μmのストライプパターンとしている。
ブランケット12上で転移したインキ樹脂13は100%完全に基板14へ転移し、パターン形状は非常に良好で膜厚みも安定したものを得ている。 基板14上で、インキ樹脂13の印刷部分14Aは非回路パターン領域となり、非印刷部分14Bが回路パターン領域となる。
【0046】
次に、図2に示すように、基板14の全表面、即ち、インキ樹脂13の印刷部分14A及び非印刷部分14Bの全表面に、略球形状で平均粒子径が10nmの銀からなる導電性ナノ金属粉末20を分散させたコロイド溶液Qを塗布している。具体的には、コロイド溶液Qはロールコータの塗布方法で、10μm厚みで均一に塗布している。
【0047】
その後、インキ樹脂13の印刷及びコロイド溶液Qが塗布された基板14を加熱して、コロイド溶液Q及びインキ樹脂13を250℃で1時間加熱する。
この加熱によりインキ樹脂13を熱分解し昇華させ、該インキ樹脂13の表面に塗布されているコロイド溶液Q中に存在する導電性金属粉末20を飛散除去する。かつ、加熱により、非印刷部分14Bの表面上のコロイド溶液Q中に存在する液体を蒸発させ、かつ、導電性ナノ金属粉末20同士を融着し、 基板14の非印刷部分14Bの表面にのみ導電性金属層21を形成する。この導電性金属層21により20μm線幅、3μm厚の非常に微細な回路パターンが形成され、基板14上に導電性ナノ金属粉末20のみからなる回路板30が形成される。
【0048】
上記のように、本発明の製造方法によれば、ナノ金属粉末の粒径を0.1nm〜100nmと非常に小さくしているため、ナノ金属粉末同士が融着して回路となる導電性金属層を形成でき、該回路はナノ金属粉末のみからなるため導電性に優れたものとなる。また、微細なナノ金属粉末を用いているが、該ナノ金属粉末を分散させたコロイド溶液として基板表面に塗布しているため、作業性がよく、簡単に精度の高い回路を形成することができる。
【0049】
本発明は上記実施形態に限定されず、導電性ナノ金属粉末として、金、銅、白金、パラジウムのいずれかまたはこれらの混合物等を用いることができ、コロイド溶液の液体としてはトルエン、アルコール等の溶剤を用いてもよい。インキ樹脂はブチラ−ル樹脂、セルロース樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いるてもよい。また、平版印刷等の他の印刷法により印刷してもよい。
【0050】
以下、本発明の回路の製造方法の実施例、比較例について詳述する。
【0051】
(実施例1)
基板である厚み100μmのポリイミドフィルム(Dupont社製、商品名カプトン)の表面上に、熱可塑性アクリル樹脂(共栄化学社製)を溶剤(酢酸ブチルカルビトール)にて粘度を50〜100Pに調整したインキ樹脂を、凹版オフセット印刷法にて印刷した。印刷にはガラス製凹版を用い、印刷パターンは線幅200μm、線間隔20μmのストライプパターンとした。
【0052】
シリコーンゴム(ゴム硬度JIS−A 40、常温硬化型シリコーンゴム付加型(信越化学工業(株)製:KE1600)、ゴム厚み300μm)を表面ゴムにもつブランケット(表面粗度 10点平均粗さ 0.1μm)を作成し、10枚印刷毎に表面に熱風を当て80℃×5分間乾燥を行った。クリーンルームは室温23℃±1℃に制御されており凹版の表面温度も23℃±1℃に調整した。乾燥後は強制的にブランケット表面に冷風をあてて5分間冷却を行った。冷却後のブランケット表面温度は面内で室温+3℃以内に調整した。
【0053】
その後、連続印刷を行ったが凹版の表面温度はほとんど変化なく、印刷精度への影響は見られなかった。ブランケット上で転移したインキは100%完全にガラス基板へ転移したのでパターン形状は非常に良好で膜厚みも安定したものが得られた。印刷されたパターンは線幅で200μm、膜厚み(未焼成)で3μmとした。インキ樹脂の印刷後に、導電性ナノ金属コロイドとして平均粒子径が10nmの銀粉末を分散させたコロイド溶液(日本ペイント社製)を基板上のインキ樹脂の印刷部分及び非印刷部分の全表面にスクリーン印刷法で塗布した。塗布量としては面平均厚みで約3μmになるようにし、銀粉末はコロイド溶液の全体積の60%の体積割合でコロイド溶液中に均一に分散させたものを用いた。
【0054】
その後、250℃×1時間焼成することにより、銀粉末同士は完全に融着し、非印刷部分に金属被膜が形成された、印刷部分はインキ樹脂が熱分解し昇華して、印刷部分の表面の銀粉末を含むコロイド溶液は飛散及び蒸発した。これにより非印刷部分のみに20μm線幅の非常に微細な1μm厚みの金属被膜からなる導電性回路パターンを形成することができ、体積抵抗で3×10−6Ω・cmと非常に良好な導電性を発現した。
【0055】
(比較例1)
厚み100μmのポリイミドフィルムに厚み16μmの銅箔を貼り付けたものに感光性のフォトレジストフィルム(ドライフィルム)を真空密着しフォトマスクを通じて露光、現像して30μmのレジストパターンを形成した。次に、エッチング液でエッチングを行い、最後にアルカリでレジストを剥離して線幅20μmの銅箔パターンを形成した。
【0056】
導電性は実施例1とほとんど同じ(1.8×10−6Ω・cm)で良好であったが、線幅が非常に細いために部分的に断線が生じる問題が発生した。また、エッチング時に非常に多量の廃液が発生するために廃液の処理費にコストがかかった。さらにフォトリソ工程(露光、現像、乾燥)では高額な製造設備を必要とするため設備償却費が加わるために製造コストは実施例1を1とすると5〜10のコストがかかった。
【0057】
(比較例2)
厚み100μmのポリイミドフィルムに導電性銀ペーストを用いスクリーン印刷にて線幅20μm、線間隔360μmの印刷を行った。印刷物は200℃×1時間硬化させ回路板を製造した。
【0058】
廃液や製造設備費用は実施例1と同様で非常に低コストで製造可能であったが20μmの線幅は安定してスクリーン印刷で形成することができず、断線等が多く、また印刷精度が非常に悪い。また、導電性は6×10−4Ω・cmと非常に悪く、実用化は難しいことが判明した。
【0059】
実施例1及び比較例1、2から、本発明により非常に良好な回路パターンを印刷のみで形成することができ、しかも廃液が全く発生せず、高価な製造設備も不要なために極めて安価で抵抗も安定した回路板を製造可能であることが確認できた。
【0060】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、導電性ナノ金属粉末の粒子径を0.1nm〜100nm程度に小さくしているため、該金属粉末の表面活性が非常に高くなり、金属の融着温度が著しく低下し、金属粉末同士を低温で融着させることができる。また、加熱により分解昇華可能な樹脂をインキ樹脂として用い、該インキ樹脂を非回路パターン領域を予め塗布しているため、加熱することで、インキ樹脂の熱分解昇華によりインキ樹脂の表面のナノ金属粉末を除去でき、非印刷部分の基板表面にのみナノ金属粉末が融着した金属層を形成することができ、導電性の極めて良好な回路を簡易な工程で容易に製造することができる。
【0061】
また、従来のフォトリソ法に比べ現像等の工程がないため廃液の流出がなく環境への影響を心配する必要もない。また、印刷法によりインキ樹脂を印刷しているため、フォトリソ法に比べ装置の構造が簡単で比較的安価である。
よって、本発明の製造方法により製造される回路を備えた回路板は、高密度のライン部分を持つ回路や、CRT(ブラウン管)、PDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)等の電子機器から照射される電磁波を遮蔽する電磁波シールド等として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)(B)(C)(D)は、凹版オフセット印刷による印刷工程の説明図である。
【図2】(A)コロイド溶液が基板に塗布された状態を示す図、(B)は回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
11 凹版
12 ブランケット
13 インキ樹脂
14 基板
20 導電性ナノ金属粉末
21 導電性金属被膜
Q コロイド溶液
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a circuit and a circuit board provided with the circuit, and more particularly, a circuit having a fine and high-precision printing pattern, which is used as an electromagnetic wave shield or the like from an electric device, is formed from a conductive nano metal powder. To form.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of forming a circuit pattern, there is a photolithographic method of performing exposure using a photosensitive resist when forming a pattern, and the photolithographic method includes a subtractive method and an additive method as described below. It can be divided into two types.
[0003]
In the above subtractive method, a conductive layer is previously formed on a substrate by copper foil, electroless copper plating or electrolytic copper plating, and then a photosensitive resist (photoresist) is formed on the conductive layer. The photosensitive resist is exposed only to a predetermined pattern through a photomask. Then, the unexposed portion of the photoresist is washed and cured by development, and then the electrically conductive layer is immersed in an etching solution (such as ferric chloride) to expose the unexposed portion of the conductive layer. Only the portion is corroded (etched), and finally the photoresist is peeled off with alkali (KOH) to form a circuit having only a predetermined pattern.
[0004]
In the additive method, a layer of a photosensitive resist is previously formed on a substrate, as opposed to the subtractive method, and the photosensitive resist is exposed only to a predetermined pattern through a photomask. The photoresist in the unexposed portions is washed by development, and a pattern of the photosensitive resist is formed only in the exposed portions. Next, the entire surface is subjected to electroless copper plating and subsequently to electrolytic plating, and finally the photoresist is peeled off to form a non-exposed portion as a circuit pattern.
[0005]
A printing method similar to the above-described additive method is also used. In this printing method, a circuit is formed by printing a predetermined pattern using conductive ink. This method is expected to be an inexpensive process because the material cost is low and the manufacturing equipment is cheap.
[0006]
Further, various proposals have conventionally been made as a method of forming a fine circuit pattern. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-242141 proposes a fine oxide film pattern in which a fine pattern composed of an electric field assisting oxide film is formed in a fine pattern formation region by applying a predetermined voltage between nanoprobes. ing.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-242141
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the biggest problem of the subtractive method is that a large amount of harmful waste liquid used for etching is generated. This waste liquid contains a large amount of metal, so that waste liquid treatment is costly and is not good for the environment. In addition, the conductive layer is an expensive layer, and it is very wasteful to discard an excess portion. Further, a device for exposing through a photomask is very expensive, so that there is a problem in that the cost is high. In addition, since the etching corrodes the conductive layer not only in the thickness direction but also in the plane direction, when the thickness of the conductive layer is large, side etching proceeds, the line width becomes narrower than a predetermined pattern, and the extreme In some cases, disconnection may occur.
[0009]
The problem of the additive method is that the materials are expensive for both electroless copper plating and electrolytic copper plating, and the cost increases because the number of processes increases. Further, since an exposure process is involved, very expensive equipment is required as in the subtractive method.
[0010]
In addition, the above printing method uses a conductive ink dispersed in a resin as the conductive ink. Particularly, when the printing object is a resin or the like, a high temperature cannot be applied, and as a result, Poor conductivity may limit applications. Further, if a large amount of conductive metal powder is added to the ink to improve the conductivity, the printability deteriorates, and if electrolytic copper plating or the like is applied to the print pattern, the number of steps increases and the cost increases.
[0011]
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-242141, good conductivity may not be obtained depending on the thickness of the electric field assisting oxide film or the state of the film formation, or an expensive device for applying a voltage or the like is required. This leads to higher costs.
[0012]
An ink jet method or the like in which ink is ejected in the form of dots is also conceivable, but it is difficult to form a linear pattern such as a circuit, and pinholes and disconnections are likely to occur. In addition, the printing speed of the ink jet method is low. For this reason, attempts have been made to improve the printing speed by increasing the number of heads. However, when the number of heads is increased, the frequency of ink clogging failures increases, and management becomes extremely difficult.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a method for manufacturing a circuit that can easily form a circuit with extremely good conductivity by reducing waste of materials in a simple process. I have.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention prints an ink resin made of a thermoplastic resin on a non-circuit pattern area on a substrate surface,
Next, the entire surface of the ink resin printed portion of the substrate and the non-printed portion to be a circuit pattern region, the average particle diameter is coated with a colloid solution in which conductive nano metal powder of 0.1 nm to 100 nm is dispersed,
Next, the substrate is heated, and the ink resin is decomposed and sublimated in the ink resin printed portion to remove the conductive nanometal powder on the surface thereof, and the colloid solution is removed in the non-printed portion of the circuit pattern region. The present invention provides a method for manufacturing a circuit in which a conductive nanometal powder is fused by evaporating only a liquid therein to form a circuit with a conductive metal layer composed of only the nanometal powder.
[0015]
The method of manufacturing a circuit according to the present invention has been made based on the inventor's intensive research and found the following.
By reducing the particle size of the conductive metal powder to about 0.1 nm to 100 nm, the activity of the metal surface becomes extremely high, the fusion temperature of the metal is significantly reduced, and the metal powders can be fused at a low temperature. I found out. For example, in the case of silver, the melting point of the bulk is 963 ° C., but when the nano silver powder is about 0.1 nm to 100 nm, the fusion temperature is remarkably lowered to about 200 ° C.
Therefore, a circuit consisting of a conductive metal layer can be formed by fusing the nano metal powders together.However, when the nano metal powder becomes finer, the danger of dust explosion increases, so that the nano metal powder is dispersed colloidally in a solvent. It is necessary to stabilize and use. However, the colloidal dispersion of this nanometallic powder in a solvent has a very low viscosity, so rather than forming circuits by printing this colloidal solution of nanometallics, we combine printing and lift-off technologies. That's how it works.
[0016]
In the manufacturing method of the present invention, as described above, as a colloid solution in which nano metal powder is dispersed in a liquid, the surface of the ink resin printed portion of the non-circuit pattern region and the surface of the non-printed portion of the circuit pattern region Because of the application, the metal colloid of very fine nanoparticles having excellent conductivity can be applied uniformly and workability is improved.
By heating after application, first, the ink resin is sublimated and decomposed, and the conductive nano metal powder applied to the surface of the printed portion of the ink resin by the sublimation decomposition can be removed. At the same time, due to the heating, the non-printed portions fuse the nano metal powders together to form a conductive metal layer consisting of only the very conductive nano metal powder, thereby forming a circuit composed of the conductive metal layer. can do.
[0017]
The particle size of the conductive nanometal powder is an important factor that greatly affects the fusing temperature, and as a result of various studies, the average particle size of the conductive nanometal powder is 0.1 nm to 100 nm. This is because, if the thickness is smaller than 0.1 nm, the activity becomes extremely high even at room temperature, agglomeration and the like occur partially between the conductive nanometal powders, and the oxidation of the surface increases, and a metal oxide film is formed. is there. On the other hand, if it is larger than 100 nm, the fusion temperature is not lowered, the metal film cannot be formed at a low temperature, and it is difficult to scatter with the ink resin at the time of heating in the printed portion. Further, the smaller the particle size, the lower the fusion temperature, so the preferred particle size is 1 nm to 50 nm, more preferably 1 nm to 10 nm. In addition, the conductive nanometal powder can be made to have a very low resistance by melting each other and forming a metal film.
[0018]
Further, the thickness of the metal coating is preferably 1 μm to 15 μm without fusing the conductive nano metal powder. If the thickness is less than 1 μm, disconnection is likely to occur and the conductivity is not good. On the other hand, even if the thickness is more than 15 μm, the conductivity is sufficiently satisfied, the material cost is increased and waste is caused, and the surface flatness is deteriorated.
[0019]
The decomposition sublimation temperature of the thermoplastic resin used as the ink resin is lower than the fusion temperature between the conductive nanometal powders.
This is because, before the nano metal powder in the nano metal colloid solution applied to the surface of the ink resin was fused and formed a metal film, the ink resin was decomposed and sublimated to be applied to the surface of the ink resin. This is for removing the nano metal powder.
Therefore, it is preferable to gradually heat from a low temperature state in which the ink resin is decomposed and sublimated to a temperature at which the metal powders fuse together.
[0020]
The ink resin is preferably a thermoplastic resin that decomposes at a temperature as low as possible, and may be at least one resin selected from the group consisting of thermoplastic acrylic resins, butyral resins, cellulose resins, and polyester resins. Preferably, the selection can be made in accordance with printability.
[0021]
The conductive nanometal powder is preferably made of any one of gold, silver, copper, platinum, and palladium, or a mixture thereof. These metals have some degree of conductivity and can be nanoparticles. In particular, silver is preferable in terms of cost and conductivity. The shape of the metal powder can be various shapes such as a sphere, an oval sphere, a column, a scale, and a fiber.
[0022]
It is preferable that the above-mentioned heating temperature is 200 ° C to 350 ° C. When the temperature is lower than 200 ° C., the metal powder is not melted, the metal film is not easily formed, and the ink resin is hardly decomposed and sublimated. On the other hand, if the temperature is higher than 350 ° C., the substrate may be thermally degraded. The temperature is more preferably from 200C to 250C. The heating temperature and the heating time can be appropriately set so that the formation of the metal film and the decomposition and sublimation of the ink resin can be performed efficiently. The heating time is preferably 5 minutes to 120 minutes, more preferably 10 minutes to 60 minutes.
[0023]
The liquid contained in the colloid solution as a medium is preferably aqueous or a solvent such as toluene or alcohol, and is preferably a liquid having high volatility and easily evaporating.
[0024]
It is preferable that the conductive nano metal powder is uniformly dispersed in the colloid solution at a volume ratio of 10% to 95% of the total volume of the colloid solution. Thereby, nano metal powder can be efficiently and uniformly contacted.
The reason why the above range is set is that when the range is smaller than the above range, the metal powders are difficult to sufficiently adhere to each other, and it is difficult to form a metal film during heating. On the other hand, if it is larger than the above range, the colloid aggregates without being stabilized. For this reason, there is a problem that the particle diameter becomes large and it becomes difficult to melt at a low temperature. In addition, it is more preferably 30% to 80%.
[0025]
The colloid solution can be applied by a method selected from a bar coat, spin coater, screen printing, roll coater, and the like.
The colloid solution can be prepared by a usual method. For example, when a reducing agent such as an amine is used for an aqueous solution of chloroauric acid, gold is reduced and precipitated. At this time, a surfactant or a polymer can be adsorbed as a protective colloid on the surface of the gold particles to stabilize the colloid.
[0026]
As a printing method of the ink resin on the substrate, it is preferable to use an intaglio offset printing method in which the ink resin is once transferred from the intaglio to the blanket, and then the ink resin is transferred from the blanket to the substrate. Further, conventionally known printing methods such as flat plate offset printing and relief printing can also be used. The printing thickness of the ink resin is preferably 1 μm to 10 μm in order that the printed portion can be easily decomposed and sublimated and the non-printed portion becomes a good circuit pattern.
[0027]
In the intaglio offset printing using an intaglio printing plate, the thickness of the ink can be freely controlled by changing the depth of the intaglio printing, and printing with a relatively large thickness is possible. In addition, the resolution of the intaglio printing is very high, and it is possible to faithfully reproduce a very fine pattern of about 10 μm by printing.
[0028]
Preferably, the surface rubber of the blanket is made of silicone rubber, the intaglio is made of glass, and the ink resin contains a solvent having a small degree of swelling with respect to the blanket.
[0029]
In the case of intaglio offset printing, in particular, if silicon rubber is used as the surface rubber of the blanket, it is possible to transfer 100% of the ink transferred from the intaglio to the blanket to the substrate, and to perform printing with a sufficiently thick ink in one pass. Is also possible. Moreover, since the ink is separated only once, the shape of the printed matter is very good, and a very fine shape of about 10 μm can be reproduced by printing. Therefore, good printing can be performed so that the non-printed portion becomes a circuit pattern.
[0030]
In addition, the intaglio plate can form a very good intaglio plate by etching a metal or glass by photolithography, so a very good printing can be performed by combining a blanket with a smooth and good transferability. It becomes possible. In the present invention using nano metal powder, intaglio offset printing was found to be a very suitable printing method.
[0031]
As a result of studying the intaglio, it was found that the smoothness of the surface was very important. If the smoothness of the surface is poor, ink remains on the surface of the intaglio when doctoring the ink, and stains (ground stains) occur in non-image areas. In order to produce an intaglio with good surface smoothness at the lowest cost, etching is performed using glass. Glass can be used with both soda glass and non-alkali glass. However, since non-alkali glass is very expensive, soda glass is sufficient in fields where high dimensional accuracy is not required. It is also possible to create an intaglio by etching a metal material. As the metal material, various materials can be used. In particular, materials such as stainless steel, 42 alloy (Fe—Ni alloy (Ni 42%)), copper, brass, and invar which have good etching properties can be used. In the case of an intaglio using these metals, it is necessary to improve the smoothness by lapping and polishing the surface to mirror finish. Further, in order to improve the mechanical strength of the metal surface, it is conceivable to perform a surface strengthening treatment such as hard chrome plating on the outermost surface. It is necessary to design the depth of the intaglio according to the desired thickness of the ink film, but usually it is preferably about 1 to 50 μm. About half the depth of the intaglio ink is transferred to the blanket, and almost 100% is printed on the substrate using a silicone rubber blanket.
[0032]
If the surface rubber hardness of the blanket is high, it is difficult to sufficiently transfer the ink of the plate without deforming the rubber. On the other hand, if the hardness is low, the deformation of the rubber becomes large, and it is difficult to perform printing with high accuracy. Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the rubber hardness of the blanket is JIS-A hardness of 70 to 20, more preferably 60 to 30. In addition, the surface shape of the blanket has a great influence on the print shape, especially as the print pattern becomes finer. For forming a fine pattern having a line width of about 20 μm, the surface roughness is preferably 1.0 μm or less as a 10-point average roughness, more preferably 0.5 μm or less. When silicone rubber is used as the material, ink transfer is good.
[0033]
The solvent contained in the ink is an important factor that governs printability in offset printing. Particularly, during printing, the solvent in the ink always contacts the blanket, so that the surface rubber of the blanket swells with the solvent and the wettability of the surface changes. In general, if a solvent having a small swelling is used, the surface wettability of the blanket has little change and stable printing can be performed. However, it is better to select a solvent which swells a little in consideration of the acceptability with the blanket. However, continuous printing greatly changes the wettability of the surface due to swelling, so that stable printing cannot be performed. Problems such as an increase in surface wettability and an increase in the line width of printing, transfer of minute stains on the plate surface, and poor transfer to a printing medium occur. The solvent in the surface rubber is evaporated and dried by heating the surface rubber, and can be completely returned to the original surface state. Therefore, the ease of evaporation and drying depends on the heating temperature, the boiling point of the solvent and the thickness of the rubber. However, if the heating temperature is 40 ° C. to 200 ° C., it is possible to dry effectively. For heating and drying, it is effective to directly heat the blanket cylinder. However, the heating is not particularly limited, and drying may be performed by blowing hot air from outside the blanket. In addition, the drying can be always heated, but the heating and cooling may be repeated irregularly.
[0034]
After drying, if the surface temperature of the blanket is high, there is a problem that the plate swells due to heat due to contact with the plate, and the printing accuracy is deteriorated. For this reason, the surface temperature of the plate usually needs to be kept within ± 1 ° C., and of course, it is assumed that the room temperature in the clean room is also kept within that range, but the temperature of the blanket surface needs to be kept within + 5 ° C. The reason why the variation is larger than the surface temperature of the printing plate is that heat is released to the intaglio when the blanket contacts and rolls. If the temperature is + 5 ° C or more, the temperature of the intaglio becomes + 1 ° C or more and adversely affects printing accuracy. . The most effective way to keep the surface temperature of the blanket at + 5 ° C. or higher is to forcibly cool the surface of the blanket with cold air, and the blanket cylinder is also made of metal and has a large heat capacity, so it can be cooled effectively. . In addition, it is also possible to rapidly cool the blanket surface temperature by rolling on a metal platen. In addition, there is no particular limitation, and various methods are possible.
[0035]
The substrate is a resin having transparency, and the ink resin is printed so that a non-printed portion becomes a circuit pattern, and the circuit pattern can be a mesh having a line width of 5 to 40 μm and a line interval of 50 to 500 μm. . This is particularly suitable for forming a circuit having many high-density line portions. The printing of the ink resin may be performed on only one side of the substrate, or may be performed on both sides.
[0036]
As the transparent resin, a resin that can be continuously processed into a roll is preferable. Polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polyolefins such as polyethylene, polypropylene and polystyrene, and vinyls such as polyvinyl chloride (PVC) and polyvinylidene chloride are preferred, although those having high transparency and high heat resistance are preferred. , Polyethersulfone, polycarbonate, polyamide, polyimide, acrylic resin and the like. Among these, PET films having very good permeability and being inexpensive are most desirable.
[0037]
It has been found that it is important to print and form as fine a pattern as possible in order to improve the electromagnetic wave shielding performance particularly at 1 to 1000 MHz for the print pattern. As a result of intensive research, it has been found that a line width of 5 to 40 μm is good. If the line width exceeds 40 μm, the aperture ratio cannot be improved and the transmittance decreases. In addition, the geometrical pattern of the pattern is confirmed with the naked eye and visibility is poor. On the other hand, if the line width is smaller than 5 μm, the electromagnetic wave shielding effect is deteriorated and disconnection is apt to occur when forming a pattern, and it is extremely difficult to stably produce a good product. In consideration of PDP (plasma display panel) applications, it is necessary to sufficiently cut the electric field component at 1 to 1000 MHz as an electromagnetic wave shielding characteristic. If the line spacing is 50 to 500 μm, both transparency and electromagnetic shielding properties can be achieved. When the line spacing is smaller than 50 μm, the transmittance sharply decreases. On the other hand, if it is larger than 500 μm, the electromagnetic wave shielding property is deteriorated.
[0038]
As another printing method, it is preferable to obtain high printing accuracy equivalent to that of the photolithographic method because the application is widened. In screen printing, if the line width is smaller than 100 μm, it may be difficult to faithfully reproduce the shape of the plate. Further, in principle, the screen gauze exerts different forces on the central part and the peripheral part of the screen, and the elongation is different. For this reason, the printing accuracy of the pattern may be deteriorated in the central portion and the peripheral portion.
[0039]
In letterpress printing (or flexographic printing), the thickness of a single ink film is as thin as 0.1 μm to 1.0 μm, and the resolution of the plate itself is slightly lower. In order to clarify the non-printed portion, a certain ink film thickness is required. In the relief printing plate, there is a phenomenon called a marginal zone in which ink spreads around the pattern, and similarly, it may be difficult to faithfully reproduce the pattern.
[0040]
Lithographic offset printing using a lithographic plate and, in recent years, a waterless lithographic plate (trade name TAN manufactured by Toray) using silicone rubber in a non-image area have been increasingly used as a plate. Resolution is higher than using PS plate with water.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an ink resin is printed on the surface of the substrate by a printing method. As shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D, a printing method uses a flat-plate intaglio offset printing press 10 to transfer the ink resin 13 from the intaglio 11 to the blanket 12 once. Intaglio offset printing for transferring the ink resin 13 from the blanket 12 to the substrate 14 is employed.
[0042]
The surface 12a of the blanket 12 is made of silicone rubber (rubber hardness JIS-A 40, room temperature-curable silicone rubber addition type, rubber thickness 300 μm), and the surface roughness is 0.1 μm as a 10-point average roughness. The intaglio 11 is a glass intaglio made of soda lime glass.
[0043]
The substrate 14 is a polyimide film having a thickness of 100 μm, and the ink resin 13 is an acrylic resin which is a thermoplastic resin, the viscosity of which is adjusted to 50 to 100 P with a solvent (butyl carbitol acetate) having a small degree of swelling with respect to the blanket 12. ing.
[0044]
When printing of ten sheets on the substrate 14 is completed, the flatbed-type intaglio offset printing press 10 applies hot air to the blanket 12 from the air outlet 15a of the heating device 15 to heat the blanket 12. The adjustment is performed for 5 minutes by adjusting the surface temperature of the blanket 12 to 80 ° C. The temperature in the clean room where the printing machine is installed is controlled at 23 ° C. ± 1 ° C., and the surface temperature of the intaglio 11 is also adjusted at 23 ° C. ± 1 ° C. Thus, the hot air is applied to the surface every ten printings to perform drying.
After the drying, cooling is performed for 5 minutes by blowing cold air to the blanket 12 from the air outlet 16a of the cooling device 16. The temperature of the blanket surface after cooling is adjusted within room temperature + 3 ° C. within the surface.
[0045]
According to the above-described method, the ink resin 13 made of a thermoplastic acrylic resin is printed on the surface 14a of the substrate 14 in the non-circuit pattern area that does not become a circuit. The printing pattern of the ink resin is a stripe pattern having a line width W1 of 200 μm, a line interval W2 of 20 μm, and a film thickness of 3 μm in an uncured state (unfired).
The ink resin 13 transferred on the blanket 12 is completely transferred to the substrate 14 by 100%, and a pattern having a very good pattern shape and a stable film thickness is obtained. On the substrate 14, the printed portion 14A of the ink resin 13 becomes a non-circuit pattern region, and the non-printed portion 14B becomes a circuit pattern region.
[0046]
Next, as shown in FIG. 2, a substantially spherical conductive particle made of silver having an average particle diameter of 10 nm is formed on the entire surface of the substrate 14, that is, on the entire surface of the printed portion 14A and the non-printed portion 14B of the ink resin 13. The colloid solution Q in which the nano metal powder 20 is dispersed is applied. Specifically, the colloid solution Q is uniformly applied with a thickness of 10 μm by a coating method using a roll coater.
[0047]
Thereafter, the substrate 14 on which the printing of the ink resin 13 and the colloid solution Q are applied is heated, and the colloid solution Q and the ink resin 13 are heated at 250 ° C. for 1 hour.
By this heating, the ink resin 13 is thermally decomposed and sublimated, and the conductive metal powder 20 present in the colloid solution Q applied to the surface of the ink resin 13 is scattered and removed. Further, by heating, the liquid existing in the colloid solution Q on the surface of the non-printing portion 14B is evaporated, and the conductive nano metal powders 20 are fused together. The conductive metal layer 21 is formed. A very fine circuit pattern having a line width of 20 μm and a thickness of 3 μm is formed by the conductive metal layer 21, and a circuit board 30 made of only the conductive nano metal powder 20 is formed on the substrate 14.
[0048]
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, since the particle size of the nano metal powder is extremely small as 0.1 nm to 100 nm, the conductive metal which becomes a circuit by fusing the nano metal powders together. A layer can be formed, and the circuit is made of only the nano metal powder, and thus has excellent conductivity. In addition, although fine nano metal powder is used, it is applied to the substrate surface as a colloid solution in which the nano metal powder is dispersed, so that workability is good and a highly accurate circuit can be easily formed. .
[0049]
The present invention is not limited to the above embodiment, and as the conductive nanometal powder, any of gold, copper, platinum, palladium or a mixture thereof can be used, and the liquid of the colloid solution includes toluene, alcohol, and the like. A solvent may be used. As the ink resin, a thermoplastic resin such as a butyral resin, a cellulose resin, or a polyester resin may be used. Further, printing may be performed by another printing method such as lithographic printing.
[0050]
Hereinafter, examples and comparative examples of the circuit manufacturing method of the present invention will be described in detail.
[0051]
(Example 1)
The viscosity of a thermoplastic acrylic resin (manufactured by Kyoei Chemical Co., Ltd.) was adjusted to 50 to 100 P with a solvent (butyl carbitol acetate) on the surface of a 100-μm-thick polyimide film (manufactured by Dupont, trade name: Kapton) as a substrate. The ink resin was printed by the intaglio offset printing method. A glass intaglio plate was used for printing, and the printing pattern was a stripe pattern having a line width of 200 μm and a line interval of 20 μm.
[0052]
Blanket (surface roughness 10-point average roughness) having silicone rubber (rubber hardness JIS-A 40, room temperature curing type silicone rubber addition type (KE1600, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), rubber thickness 300 μm) on the surface rubber. 1 μm), and hot air was applied to the surface every 10 sheets of printing to dry at 80 ° C. for 5 minutes. The clean room was controlled at room temperature of 23 ° C. ± 1 ° C., and the surface temperature of the intaglio was also adjusted to 23 ° C. ± 1 ° C. After drying, the surface of the blanket was forcibly blown with cold air to cool for 5 minutes. The blanket surface temperature after cooling was adjusted within room temperature + 3 ° C within the surface.
[0053]
After that, continuous printing was performed, but the surface temperature of the intaglio plate hardly changed, and no influence on printing accuracy was observed. Since the ink transferred on the blanket was completely transferred to the glass substrate 100%, an ink having a very good pattern shape and a stable film thickness was obtained. The printed pattern had a line width of 200 μm and a film thickness (unfired) of 3 μm. After printing the ink resin, a colloid solution (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) in which silver powder having an average particle diameter of 10 nm is dispersed as a conductive nanometal colloid is screened on the entire surface of the printed and non-printed portions of the ink resin on the substrate. It was applied by a printing method. The coating amount was set to be about 3 μm in average surface thickness, and the silver powder used was one that was uniformly dispersed in the colloid solution at a volume ratio of 60% of the total volume of the colloid solution.
[0054]
Thereafter, by baking at 250 ° C. for 1 hour, the silver powders were completely fused together, and a metal coating was formed on the non-printed portion. In the printed portion, the ink resin was thermally decomposed and sublimated, and the surface of the printed portion was The colloidal solution containing the silver powder scattered and evaporated. As a result, a conductive circuit pattern made of a very fine 1 μm-thick metal film having a line width of 20 μm can be formed only on the non-printed portion. -6 Very good conductivity of Ω · cm was developed.
[0055]
(Comparative Example 1)
A photosensitive photoresist film (dry film) was vacuum-adhered to a 16 μm thick copper foil attached to a 100 μm thick polyimide film, exposed through a photomask, and developed to form a 30 μm resist pattern. Next, etching was performed with an etchant, and finally, the resist was peeled off with an alkali to form a copper foil pattern having a line width of 20 μm.
[0056]
The conductivity is almost the same as in Example 1 (1.8 × 10 -6 Ω · cm), which was good, but the line width was very small, and a problem of partial disconnection occurred. Further, since a very large amount of waste liquid is generated at the time of etching, the cost of processing the waste liquid is high. Furthermore, in the photolithography process (exposure, development, and drying), expensive production equipment is required, and equipment depreciation costs are added. Therefore, the production cost is 5 to 10 in the case of Example 1 as 1.
[0057]
(Comparative Example 2)
Using a conductive silver paste on a polyimide film having a thickness of 100 μm, printing was performed by screen printing with a line width of 20 μm and a line interval of 360 μm. The printed matter was cured at 200 ° C. for 1 hour to produce a circuit board.
[0058]
Although the waste liquid and the production equipment cost were the same as in Example 1 and could be produced at a very low cost, the line width of 20 μm could not be formed stably by screen printing, there were many disconnections, etc., and the printing accuracy was low. Very bad. The conductivity is 6 × 10 -4 It was very poor at Ω · cm, and it was found that practical application was difficult.
[0059]
From Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, a very good circuit pattern can be formed only by printing according to the present invention, and further, no waste liquid is generated, and no expensive manufacturing equipment is required. It was confirmed that a circuit board with a stable resistance can be manufactured.
[0060]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, since the particle size of the conductive nano metal powder is reduced to about 0.1 nm to 100 nm, the surface activity of the metal powder becomes extremely high, Of the metal powder is remarkably lowered, and the metal powders can be fused at a low temperature. In addition, since a resin that can be decomposed and sublimated by heating is used as an ink resin, and the ink resin is previously applied to a non-circuit pattern area, the nano metal on the surface of the ink resin is heated by thermal decomposition and sublimation of the ink resin. The powder can be removed, and a metal layer in which the nano metal powder is fused can be formed only on the non-printed portion of the substrate surface, so that a circuit having extremely good conductivity can be easily manufactured by a simple process.
[0061]
In addition, since there is no development step or the like as compared with the conventional photolithography method, there is no waste liquid flowing out and there is no need to worry about the influence on the environment. Further, since the ink resin is printed by the printing method, the structure of the apparatus is simpler and relatively inexpensive than the photolithographic method.
Therefore, a circuit board provided with a circuit manufactured by the manufacturing method of the present invention is irradiated from a circuit having a high-density line portion or an electronic device such as a CRT (CRT) or a PDP (plasma display panel). It can be suitably used as an electromagnetic wave shield for shielding electromagnetic waves.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D are explanatory views of a printing process by intaglio offset printing.
FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which a colloid solution is applied to a substrate, and FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of a circuit.
[Explanation of symbols]
11 Intaglio
12 blanket
13 Ink resin
14 Substrate
20 Conductive nano metal powder
21 Conductive metal coating
Q Colloid solution

Claims (7)

基板表面の非回路パターン領域に熱可塑性樹脂からなるインキ樹脂を印刷し、
ついで、上記基板の上記インキ樹脂印刷部分および回路パターン領域となる非印刷部分の全表面に、平均粒子径が0.1nm〜100nmの導電性ナノ金属粉末を分散させたコロイド溶液を塗布し、
ついで、上記基板を加熱し、上記インキ樹脂印刷部分では上記インキ樹脂を分解昇華させて、その表面の上記導電性ナノ金属粉末を除去すると共に、上記回路パターン領域の上記非印刷部では上記コロイド溶液中の液体のみを蒸発させて導電性ナノ金属粉末同士を融着させ、ナノ金属粉末のみからなる導電性金属層で回路を形成している回路の製造方法。
Printing an ink resin made of thermoplastic resin on the non-circuit pattern area on the substrate surface,
Next, the entire surface of the ink resin printed portion of the substrate and the non-printed portion to be a circuit pattern region, the average particle diameter is coated with a colloid solution in which conductive nano metal powder of 0.1 nm to 100 nm is dispersed,
Next, the substrate is heated, and the ink resin is decomposed and sublimated in the ink resin printed portion to remove the conductive nanometal powder on the surface thereof, and the colloid solution is removed in the non-printed portion of the circuit pattern region. A method for manufacturing a circuit, wherein only a liquid inside is evaporated to fuse conductive nano metal powders together, and a circuit is formed by a conductive metal layer composed of only the nano metal powder.
上記インキ樹脂として用いる熱可塑性樹脂の分解昇華温度は、上記導電性ナノ金属粉末同士の融着温度よりも低温としている請求項1に記載の回路の製造方法。The circuit manufacturing method according to claim 1, wherein a decomposition sublimation temperature of the thermoplastic resin used as the ink resin is lower than a fusion temperature of the conductive nanometal powders. 上記インキ樹脂は、熱可塑性のアクリル樹脂、ブチラ−ル樹脂、セルロース樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される1種以上の樹脂である請求項1または請求項2に記載の回路の製造方法。3. The circuit manufacturing method according to claim 1, wherein the ink resin is at least one resin selected from the group consisting of a thermoplastic acrylic resin, a butyral resin, a cellulose resin, and a polyester resin. 上記導電性ナノ金属粉末は、金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかまたはこれらの混合物からなる請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回路の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive nanometal powder is made of any one of gold, silver, copper, platinum, and palladium or a mixture thereof. 上記加熱温度は200℃〜350℃としている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回路の製造方法。The method according to claim 1, wherein the heating temperature is 200 ° C. to 350 ° C. 6. 上記基板表面への上記インキ樹脂の印刷法として、凹版からブランケットへ上記インキ樹脂を一旦転写させた後に、上記ブランケットから上記基板へ上記インキ樹脂を転写させる凹版オフセット印刷法を用いている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の回路の製造方法。2. An intaglio offset printing method in which the ink resin is once transferred from the intaglio to a blanket, and then the ink resin is transferred from the blanket to the substrate as a printing method of the ink resin on the substrate surface. A method for manufacturing a circuit according to claim 5. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載された製造方法で製造され、基板上にナノ金属粉末のみからなるパターンの回路を備えた回路板。A circuit board manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 6 and provided with a circuit having a pattern made of only nano metal powder on a substrate.
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