JP2004281738A - レーザ走査による導電線パターンの描画方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス表面にスクリーン印刷法により作製したプリントアンテナは、導電線の幅が５００μｍ以下になると導電線が断線しやすくなるため、導電線を５００μｍ以下に細くするすることができないといった問題点があった。
【解決手段】導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光（紫外、可視光、近赤外、赤外）を走査することで、導電性のペーストを硬化させてなる導電線パターンを形成した後、レーザ走査部を除く導電線ペーストを有機溶剤に溶解させて除去した後、焼成することで導電線パターンを基板上に描画することを特徴とするレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
【選択図】 図１
【解決手段】導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光（紫外、可視光、近赤外、赤外）を走査することで、導電性のペーストを硬化させてなる導電線パターンを形成した後、レーザ走査部を除く導電線ペーストを有機溶剤に溶解させて除去した後、焼成することで導電線パターンを基板上に描画することを特徴とするレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ走査によって導電性ペーストを基板上に焼き付けて導電線パターンを形成する導電線の描画方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌のアンテナには、車体外側に取り付けるホイップアンテナ、ピラーアンテナ等が用いられていた。しかしながら、これらのアンテナは、走行時に風切音を発し、また伸ばした状態で屋内駐車場に進入すると天井や梁等と接触し破損することがあり、酸性雨等による腐蝕をうけ、劣化するなど長年の間には、その受信性能が低下する等の短所を有していた。
【０００３】
そこで、アンテナ線をウィンドガラス内部に装着し、更には、ウィンドガラス表面または内部にアンテナを設けた、通称、ガラスアンテナが広く用いられるようになって来ている。
【０００４】
このようなガラスアンテナには、スクリーン印刷にて車輌の窓ガラスに導電性のペーストを焼き付けたプリントアンテナ（特許文献１）、合わせガラスの中間膜に極細のワイヤー線を埋め込んだワイヤーアンテナ（特許文献２）等が知られている。
【０００５】
また、自動車のリアガラスには、アンテナ以外に、防曇ためのスクリーン印刷で導電性のペーストを焼き付け形成した熱線があり、防曇ガラスの加熱構造として特許文献３、特許文献４等が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−９１７０５号公報
【特許文献２】
特開昭５５−１５０６０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−５９８１４号公報
【特許文献４】
特開２００２−２４５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記プリントアンテナは、導電線の幅が５００μｍ以下になると導電線が断線しやすくなるため、導電線を５００μｍ以下に細くすることができないといった問題点があった。
【０００８】
また、新規なパターンのプリントアンテナを開発するためには、種々のスクリーン印刷用の原版を作製しつつ、アンテナ性能、即ち、利得等をテストしなければならず、開発の手間がかかるという問題があった。
【０００９】
ワイヤーアンテナの場合には、１２０μｍ程度までアンテナ線を細くできるものの、分岐できないので、所謂、一筆書きのパターンしかなく、パターンをデザインするのに自由度が低いという問題点があった。
【００１０】
また、自動車のリアガラス等に設ける防曇用の前記熱線は、線幅が大きくリアガラスに形成した場合、目立つという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光を走査することで、導電性のペーストを硬化させてなる導電線パターンを形成した後、レーザ走査部を除く導電線ペーストを有機溶剤に溶解させて除去した後、焼成することで基板上に導電線パターンを描画することを特徴とするレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１２】
更に、本発明は、描画された導電線の線幅が８０μｍ以上であることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１３】
更に、本発明は、前記基板がガラス基板であることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１４】
更に、本発明は、ＣＡＤで作成された導電線パターンデータにより、レーザ光を走査して導電性パターンを形成することを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１５】
更に、本発明は、複数のガルバノメータミラーよって、導電性ペーストを塗布したガラス基板表面のレーザ光の走査位置を移動させることを特徴とする上記のレーザ走査による導電性パターンの描画方法である。
【００１６】
更に、本発明は、水平方向および／または垂直方向に移動可能なステージによって、導電性ペーストを塗布したガラス基板を移動させることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１７】
更に、本発明は、上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法によりガラス表面に描画された導電線パターンからなるガラスアンテナである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光を走査することで、基板上に導電性ペーストによる導電線パターンを硬化させ、その後、レーザ未走査部の導電性ペーストを有機溶剤に溶解させて除去し、乾燥させた後に焼成して基板上に導電線パターンを描画する導電線の描画方法である。
【００１９】
本発明に用いるレーザの種類としては、紫外光レーザ、可視光レーザ、近赤外光レーザ、赤外光レーザ等が挙げられる。
【００２０】
本発明に用いる導電性ペーストは、導電性のある金属粉体と、それをガラスに定着化させるガラスフリットと、成膜性を向上させるためのバインダーとしてのエチルセルロース等の樹脂と、テルピネオール等の溶剤を混合させたもので、レーザビームの走査、即ち、レーザ走査によって、溶剤に溶解しない程度に硬化し、焼成によって導電性パターンとしての十分使用に耐える硬さおよび耐久性が得られるものである。尚、前述の導電性のある金属粉体としては、金、銀、銅、アルミニウム、鉛、白金等の粉体、およびこれら金属の合金の粉体が挙げられる。
【００２１】
レーザ走査による導電性ペーストの硬化のメカニズムについて説明する。ガラス基板上に塗布された塗膜状の導電性ペーストにレーザ走査すると、レーザ走査によって走査部位の導電性ペーストが熱せられ、導電性ペースト中の樹脂成分と溶剤が蒸発除去され、残ったガラスフリットの一部が溶融してガラス基板に弱く溶着する。ガラス基板に密着したレーザ走査部位の導電性ペーストは、樹脂成分および溶剤が蒸発除去されガラスフリット同士が弱く溶着していることでエチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶剤に不溶となる。よって、導電性ペーストにレーザ走査した後、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶剤に浸漬、またはこれら溶剤に浸した紙ワイパー等で拭くと、未走査部のガラスペーストが除去され、走査部のガラスペーストのみが残る。その後、ガラス転移点以上の温度で焼成することにより、ガラスフリットが完全に溶融してガラス基板に固着するため、導電性パターンとして十分使用に耐える硬さおよび耐久性が発現する。
【００２２】
本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法に使用する基板は、導電性ペーストを焼成するのに十分な耐熱性があればよく、セラミック基板、ウェハ基板、導電性を有しない基板であれば良いが、本発明は、特にガラスアンテナに属するプリントアンテナ、または自動車のリアガラス等に設ける防曇用の熱線に用いることが好ましいので、ガラス基板を用いることが好ましい。
【００２３】
更に、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法で描画された導電線の幅は、レーザ走査の条件とレーザ未走査部の導電性ペースト除去時の拭き取り圧により調整可能であり、８０μｍの微細線から、従来のプリントアンテナに用いられている５００μｍ幅まで断線することなく描画可能であり、微細線を用いた場合はプリントアンテナに用いた場合、目立たないので好ましい。更に、レーザ光の走査により描画を行うので、導電線のパターンのデザインの自由度が高い。
【００２４】
更に、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法において、作製される導電線幅よりも密にレーザ走査して、描画ラインを重ねることで、５００μｍ以上の太い幅の導電線のパターニングができる。
【００２５】
更に、ＣＡＤを使用して導電線パターンデータを作成し、導電線パターンデータに基づきレーザ描画装置を駆動し、ガラス基板等の板状体表面に塗布された導電性ペーストを、レーザ走査により加熱硬化させた後、レーザ未走査部の導電性ペーストを有機溶剤にて剥離除去することで、導電性パターンを板状体上に形成することができるので、従来のスクリーン印刷法に比較して、スクリーン原盤が不要となり、新規導電線パターンの開発期間が短縮され、パターニングに制約が無く自由度が高いアンテナパターンを作ることができる。
【００２６】
次いで、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法において使用するレーザ描画装置の例について説明する。
【００２７】
図１は、レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【００２８】
図１に示すレーザ発振器１は、炭酸ガスレーザ発振器、または、紫外、即ち、ＵＶパルスレーザ発振器である。ＵＶパルスレーザ発振器には、通常、音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）からなる光変調器が、通称、Ｑスイッチとして既に組み込まれている。集光レンズ２および対物レンズ３のうち、図示しないリニアトランスレータに搭載された集光レンズ２を、リニアトランスレータにより光軸上を動かすことによって、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面、または、ガラス基板６の表面近傍でレーザ光ビームを集光する。
【００２９】
炭酸ガスレーザ発振器、またはＵＶパルスレーザ発振器より発光させたレーザ光、即ち、レーザビームは、集光レンズ２、次いで対物レンズ３を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、その後、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面に走査させて、レーザ走査部の導電性ペーストを加熱硬化させる。
【００３０】
また、該導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面におけるレーザ光の走査は、ガルバノメータミラーを動作させるだけでなく、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７によって、ステージ７を移動させて行うことも可能である。
【００３１】
コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、集光レンズ２、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、導電性ペーストを塗布したガラス基板６のレーザ光の走査位置を移動させる。
【００３２】
図２は、レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明に使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【００３３】
レーザ発振器１である、可視光、即ち、ＶＩＳレーザ発振器により発光したレーザ光は、スイッチング素子であるＡＯＭ１１を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、ｆθレンズ１２を透過した後、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面に走査させて、該導電性ペーストのレーザ走査部を加熱硬化させる。ｆθレンズ１２は、ガルバノメータミラーによって走査されるレーザ光をターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６に集光する。
【００３４】
また、該導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面におけるレーザ光の走査は、ガルバノメータミラーを動作させるだけでなく、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７によって、ステージ７を移動させて行うことも可能である。
【００３５】
コンピュータ８に入力されたデジタルコマンドデータは、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換される。ＡＯＭドライバ１３は、コンピュータ８から送信されデジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたレーザ変調信号を無線周波数の信号、すなわち、ＲＦ信号に変換し、図示しない圧電素子、すなわち、トランスデューサを介して、ＡＯＭ１１の中に超音波を発生させる。ＡＯＭ１１に入射したレーザ光は、超音波が形成する回折格子によって回折され、その光路が変化する。その結果、レーザ光はＯＮ／ＯＦＦする。一方、コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６上のレーザ光の走査位置を移動させる。
【００３６】
本発明のレーザによる導電線描画方法に使用するレーザ走査装置の構成物であるステージ７は、例えば、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージで構成され、高速でレーザ光を走査する際、前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６を移動させることにより導電性ペーストの仮焼成を効率よく行うことができる。
【００３７】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法は、ガラスアンテナ以外に、曇り防止のための自動車のリアガラス等に使用する熱線に利用できる。また、ガラス基板上に微細な回路パターンを形成できる。
【００３８】
本発明を以下の実施例によって詳細に説明する。
【００３９】
【実施例】
図１および図２に示したレーザ走査装置を用い、導電性ペーストを塗布したガラス基板６にレーザ光を走査して、走査部の導電性ペーストを硬化させた後、未走査部の導電性ペーストを溶剤で除去し、ガラス基板６上に導電性ペーストを硬化させてなる導電線パターンを得た。この導電性パターンの持つアンテナ性能を評価した。
実施例１
図１に示したレーザ走査装置を使用してガラスアンテナの試作を行った。
【００４０】
図１に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１として、ＵＶパルスレーザ発振器を用い、リニアトランスレータに搭載された集光レンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００４１】
該導電性ペースト塗布が塗布されたガラス基板は、板厚３．５ｍｍ、サイズ３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮ−８００Ｍ）を、エタノールとイソプロパノールを重量百分率で、エタノール：イソプロパノール＝９０：１０とした混合溶剤であるエキネンを用いて、重量比、銀ペースト：エキネン＝２：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるように塗布した後に乾燥させたものである。尚、エキネンは商品名であり日本アルコール販売株式会社より販売されているものを使用した。本実施例ではエキネンを使用したが、銀ペーストの種類により、エタノールのみ、イソプロパノールのみ、または他の有機溶剤を用いてもかまわない。
【００４２】
ＵＶパルスレーザ発振器より、波長、３５５ｎｍ、繰り返し周波数、２５ｋＨｚ、パルスエネルギー、５０μＪで発振させたレーザ光の光径を、集光レンズ２により絞ってレーザビームとし、Ｘミラー４とＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６をレーザ光の焦点位置から＋６ｍｍの位置になるように配置して、ライン間隔、５００μｍ、ショット間隔、０．６μｍ、走査速度、１５．２ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、６ｍｍ角のレーザ走査エリアにライン間隔１８０μｍでレーザ走査し、描画ラインを重ね、導電線の線幅以下で繰り返しレーザ走査を行い、６ｍｍ角の走査エリア全面の導電ペーストにレーザ走査し硬化させることで形成した。
【００４３】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとしてガラス基板上に残った。
【００４４】
ガラス基板を、エキネンに浸漬する時間は、超音波を加えない場合は、１〜１０分程度が好ましい。エキネンに１０分より長く浸漬するとレーザ走査部の導電性ペーストの付着力までもが低下し、浸漬した後に紙ワイパーで導電性ペーストを拭き取る際、硬化部であるレーザ走査部の導電線パターンの断線が生じ易い。断線を発生させないためには、エキネンを入れた超音波洗浄器内で１分程度、超音波を加えることがより好ましい。超音波を加えることにより、付着力の弱いレーザ未走査部から選択的に剥離を起こし始め、その後、紙ワイパー拭き取りを行う際に、硬化部であるレーザ走査部の導電線パターンの断線が生じ難くなる。
【００４５】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上に図３に示す導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポールアンテナ）を得た。
【００４６】
図３が、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製したダイポールアンテナの形状を示した図である。
【００４７】
次いで、得られた導電線をリアルタイム走査型レーザ顕微鏡（レーザーテック社製、１ＬＭ２１ＤＷ）にて観察した。
【００４８】
図４がＵＶレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【００４９】
また、前記レーザ顕微鏡を用いてレーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図４のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、３００μｍ、厚さ、６μｍであった。
【００５０】
図５が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルデータである。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００５１】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ細く、断線することなく外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００５２】
この導電線の抵抗値は、０．７７Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍにおける導電性パターンの誘起電圧値を測定したところ、４０．１ｄＢμＶであった。前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
実施例２
次いで、図２に示したレーザ走査装置を使用してガラスアンテナの試作を行った。
【００５３】
図２に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１である可視光レーザ発振器、ＡＯＭ１１、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、ｆθレンズ１２、および走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００５４】
導電性ペーストが塗布された該ガラス基板６は、板厚３．５ｍｍ、サイズ３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮ−８００Ｍ）をエキネンで重量比、銀ペースト：エキネン＝２：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるよに塗布した後に乾燥させたものである。
【００５５】
可視光レーザ発振器より、波長５３２ｎｍ、出力０．８Ｗで発振させたレーザ光の光径をｆθレンズ１２により絞ってレーザビームとし、ＡＯＭ１１によるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦと、Ｘミラー４およびＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６上をレーザ光の焦点位置に配置して、導電性ペースト塗布面を走査速度３．５ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、実施例１と同じ手順で形成した。
【００５６】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとしてガラス基板上に残った。
【００５７】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上に図３に示す形状の導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポ−ルアンテナ）を得た。
【００５８】
次いで、得られた導電線を前記レーザ顕微鏡にて観察した。
【００５９】
図６は、ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００６０】
また、前記レーザ顕微鏡を用いてレーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図６のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、１８０μｍ、厚さ、８μｍであった。
【００６１】
図７が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡による断面形状プロファイルである。
【００６２】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ細く、断線することなく外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００６３】
この導電線の抵抗値は、０．５０Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍにおける導電線パターンの誘起電圧値を測定したところ、４０．５ｄＢμＶであった。前記導電性パターンの全長２００ｍｍのダイポールアンテナとしての性能を確認するために、前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
実施例３
図２に示したレーザ走査装置を使用して、実施例２と異なるアンテナの試作を行った。
【００６４】
図２に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１である可視光レーザ発振器、ＡＯＭ１１、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、ｆθレンズ１２、および走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００６５】
導電性ペーストが塗布された該ガラス基板は、板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮー８００Ｍ）をエキネンで重量比、銀ペースト：エキネン＝３：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるように塗布した後に乾燥させたものである。
【００６６】
可視光レーザ発振器より、波長５３２ｎｍ、出力０．９Ｗで発振させたレーザ光の光径をｆθレンズ１２により絞ってレーザビームとし、ＡＯＭ１１によるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦと、Ｘミラー４およびＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６のレーザ光の焦点位置に配置して、導電性ペースト塗布面を、走査速度３．５ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、６ｍｍ角のレーザ走査エリアに、ライン間隔１００μｍでレーザ走査し、描画ラインを重ね、導電線の線幅以下で繰り返しレーザ走査を行い、６ｍｍ角の走査エリア全面の導電ペーストにレーザ走査し硬化させることで形成した。
【００６７】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとして、ガラス基板上に残った。
【００６８】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上にガラス基板上に図３に示す導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポールアンテナ）を得た。
【００６９】
次いで、得られた導電線を前記レーザ顕微鏡にて観察した。
【００７０】
図８は、ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００７１】
また、前記レーザ顕微鏡を用いて、レーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図８のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、１２０μｍ、厚さ、１２μｍであった。
【００７２】
図９が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡による断面形状プロファイルである。
【００７３】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ非常に細く、断線することなく実施例２よりもさらに細く外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００７４】
実施例２よりも導電線の線幅が細くなったのは、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で用いたレーザ光のビーム強度が、導電線の幅方向で中央部のビーム強度が強く、エッジに近づくにつれビーム強度が低いガウシアン分布となっているため、レーザ走査後の導電性ペーストの幅方向の付着力強度が、導電線幅方向で異なる。即ち、導電線の幅方向で中央部の付着強度が強く、エッジに近づくにつれ付着強度が低いので、エキネンで浸した紙ワイパーでの拭き取りを実施例１よりも強くすることで、付着力の弱い導電線エッジ部の導電性ペーストが剥離したためである。また、エキネンで浸した紙ワイパーでの拭き取りをより強くすることで導電線の幅を８０μｍまでであれば断線することなく細くできる。しかしながら、導電線幅が６０μｍとなるまで拭き取りを強くすると、導電性ペーストが剥離し断線し易くなった。
【００７５】
よって、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法において、導電性ペーストの拭き取りの強弱、即ち、拭き取り時の圧力を調整することで、線幅は８０μｍ以上に対応可能であることが判った。
【００７６】
この導電線の抵抗値は、０．４９Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍで誘起電圧値を測定したところ、４０．４ｄＢμＶであった。前記導電性パターンの全長２００ｍｍのダイポールアンテナとしての性能を確認するために、前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法により、従来のスクリーン印刷法に比較して、線幅が細く、外観上目立ちにくい導電線パターンを作製することが可能となった。
【００７８】
また、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法では、例えば一筆書き以外の複雑なパターンのガラスアンテナが作製可能であり、アンテナの設計の自由度が大きい。
【００７９】
また、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法を用いることで、新規アンテナパターンの開発において、アンテナパターンをＣＡＤで作製し、ＣＡＤデータをコンピュータに入力し、コンピュータおよびドライバにより、例えば、ガルバノメータミラー等を動作させてレーザ光を走査しアンテナパターンを作製することが可能なため、スクリーン印刷法と比較して、スクリーン原版が不要となることは元より、ガラスアンテナの開発期間を短縮することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【図２】レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【図３】本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製したダイポールアンテナの形状を示す図である。
【図４】ＵＶレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線パターンの図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【図５】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【図６】ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用顕微鏡写真である。
【図７】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【図８】ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【図９】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２ 集光レンズ
３ 対物レンズ
４ Ｘミラー
５ Ｙミラー
６ ターゲット（導電性ペーストを塗布したガラス基板）
７ ＸＹＺ−ステージ
８ コンピュータ
９ デジタル・アナログ・コンバータ
１０ サーボドライバ
１１ ＡＯＭ
１２ Ｆθレンズ
１３ ＡＯＭドライバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ走査によって導電性ペーストを基板上に焼き付けて導電線パターンを形成する導電線の描画方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌のアンテナには、車体外側に取り付けるホイップアンテナ、ピラーアンテナ等が用いられていた。しかしながら、これらのアンテナは、走行時に風切音を発し、また伸ばした状態で屋内駐車場に進入すると天井や梁等と接触し破損することがあり、酸性雨等による腐蝕をうけ、劣化するなど長年の間には、その受信性能が低下する等の短所を有していた。
【０００３】
そこで、アンテナ線をウィンドガラス内部に装着し、更には、ウィンドガラス表面または内部にアンテナを設けた、通称、ガラスアンテナが広く用いられるようになって来ている。
【０００４】
このようなガラスアンテナには、スクリーン印刷にて車輌の窓ガラスに導電性のペーストを焼き付けたプリントアンテナ（特許文献１）、合わせガラスの中間膜に極細のワイヤー線を埋め込んだワイヤーアンテナ（特許文献２）等が知られている。
【０００５】
また、自動車のリアガラスには、アンテナ以外に、防曇ためのスクリーン印刷で導電性のペーストを焼き付け形成した熱線があり、防曇ガラスの加熱構造として特許文献３、特許文献４等が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−９１７０５号公報
【特許文献２】
特開昭５５−１５０６０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−５９８１４号公報
【特許文献４】
特開２００２−２４５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記プリントアンテナは、導電線の幅が５００μｍ以下になると導電線が断線しやすくなるため、導電線を５００μｍ以下に細くすることができないといった問題点があった。
【０００８】
また、新規なパターンのプリントアンテナを開発するためには、種々のスクリーン印刷用の原版を作製しつつ、アンテナ性能、即ち、利得等をテストしなければならず、開発の手間がかかるという問題があった。
【０００９】
ワイヤーアンテナの場合には、１２０μｍ程度までアンテナ線を細くできるものの、分岐できないので、所謂、一筆書きのパターンしかなく、パターンをデザインするのに自由度が低いという問題点があった。
【００１０】
また、自動車のリアガラス等に設ける防曇用の前記熱線は、線幅が大きくリアガラスに形成した場合、目立つという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光を走査することで、導電性のペーストを硬化させてなる導電線パターンを形成した後、レーザ走査部を除く導電線ペーストを有機溶剤に溶解させて除去した後、焼成することで基板上に導電線パターンを描画することを特徴とするレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１２】
更に、本発明は、描画された導電線の線幅が８０μｍ以上であることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１３】
更に、本発明は、前記基板がガラス基板であることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１４】
更に、本発明は、ＣＡＤで作成された導電線パターンデータにより、レーザ光を走査して導電性パターンを形成することを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１５】
更に、本発明は、複数のガルバノメータミラーよって、導電性ペーストを塗布したガラス基板表面のレーザ光の走査位置を移動させることを特徴とする上記のレーザ走査による導電性パターンの描画方法である。
【００１６】
更に、本発明は、水平方向および／または垂直方向に移動可能なステージによって、導電性ペーストを塗布したガラス基板を移動させることを特徴とする上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法である。
【００１７】
更に、本発明は、上記のレーザ走査による導電線パターンの描画方法によりガラス表面に描画された導電線パターンからなるガラスアンテナである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光を走査することで、基板上に導電性ペーストによる導電線パターンを硬化させ、その後、レーザ未走査部の導電性ペーストを有機溶剤に溶解させて除去し、乾燥させた後に焼成して基板上に導電線パターンを描画する導電線の描画方法である。
【００１９】
本発明に用いるレーザの種類としては、紫外光レーザ、可視光レーザ、近赤外光レーザ、赤外光レーザ等が挙げられる。
【００２０】
本発明に用いる導電性ペーストは、導電性のある金属粉体と、それをガラスに定着化させるガラスフリットと、成膜性を向上させるためのバインダーとしてのエチルセルロース等の樹脂と、テルピネオール等の溶剤を混合させたもので、レーザビームの走査、即ち、レーザ走査によって、溶剤に溶解しない程度に硬化し、焼成によって導電性パターンとしての十分使用に耐える硬さおよび耐久性が得られるものである。尚、前述の導電性のある金属粉体としては、金、銀、銅、アルミニウム、鉛、白金等の粉体、およびこれら金属の合金の粉体が挙げられる。
【００２１】
レーザ走査による導電性ペーストの硬化のメカニズムについて説明する。ガラス基板上に塗布された塗膜状の導電性ペーストにレーザ走査すると、レーザ走査によって走査部位の導電性ペーストが熱せられ、導電性ペースト中の樹脂成分と溶剤が蒸発除去され、残ったガラスフリットの一部が溶融してガラス基板に弱く溶着する。ガラス基板に密着したレーザ走査部位の導電性ペーストは、樹脂成分および溶剤が蒸発除去されガラスフリット同士が弱く溶着していることでエチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶剤に不溶となる。よって、導電性ペーストにレーザ走査した後、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶剤に浸漬、またはこれら溶剤に浸した紙ワイパー等で拭くと、未走査部のガラスペーストが除去され、走査部のガラスペーストのみが残る。その後、ガラス転移点以上の温度で焼成することにより、ガラスフリットが完全に溶融してガラス基板に固着するため、導電性パターンとして十分使用に耐える硬さおよび耐久性が発現する。
【００２２】
本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法に使用する基板は、導電性ペーストを焼成するのに十分な耐熱性があればよく、セラミック基板、ウェハ基板、導電性を有しない基板であれば良いが、本発明は、特にガラスアンテナに属するプリントアンテナ、または自動車のリアガラス等に設ける防曇用の熱線に用いることが好ましいので、ガラス基板を用いることが好ましい。
【００２３】
更に、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法で描画された導電線の幅は、レーザ走査の条件とレーザ未走査部の導電性ペースト除去時の拭き取り圧により調整可能であり、８０μｍの微細線から、従来のプリントアンテナに用いられている５００μｍ幅まで断線することなく描画可能であり、微細線を用いた場合はプリントアンテナに用いた場合、目立たないので好ましい。更に、レーザ光の走査により描画を行うので、導電線のパターンのデザインの自由度が高い。
【００２４】
更に、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法において、作製される導電線幅よりも密にレーザ走査して、描画ラインを重ねることで、５００μｍ以上の太い幅の導電線のパターニングができる。
【００２５】
更に、ＣＡＤを使用して導電線パターンデータを作成し、導電線パターンデータに基づきレーザ描画装置を駆動し、ガラス基板等の板状体表面に塗布された導電性ペーストを、レーザ走査により加熱硬化させた後、レーザ未走査部の導電性ペーストを有機溶剤にて剥離除去することで、導電性パターンを板状体上に形成することができるので、従来のスクリーン印刷法に比較して、スクリーン原盤が不要となり、新規導電線パターンの開発期間が短縮され、パターニングに制約が無く自由度が高いアンテナパターンを作ることができる。
【００２６】
次いで、本発明のレーザ走査による導電性パターンの描画方法において使用するレーザ描画装置の例について説明する。
【００２７】
図１は、レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【００２８】
図１に示すレーザ発振器１は、炭酸ガスレーザ発振器、または、紫外、即ち、ＵＶパルスレーザ発振器である。ＵＶパルスレーザ発振器には、通常、音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）からなる光変調器が、通称、Ｑスイッチとして既に組み込まれている。集光レンズ２および対物レンズ３のうち、図示しないリニアトランスレータに搭載された集光レンズ２を、リニアトランスレータにより光軸上を動かすことによって、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面、または、ガラス基板６の表面近傍でレーザ光ビームを集光する。
【００２９】
炭酸ガスレーザ発振器、またはＵＶパルスレーザ発振器より発光させたレーザ光、即ち、レーザビームは、集光レンズ２、次いで対物レンズ３を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、その後、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面に走査させて、レーザ走査部の導電性ペーストを加熱硬化させる。
【００３０】
また、該導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面におけるレーザ光の走査は、ガルバノメータミラーを動作させるだけでなく、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７によって、ステージ７を移動させて行うことも可能である。
【００３１】
コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、集光レンズ２、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、導電性ペーストを塗布したガラス基板６のレーザ光の走査位置を移動させる。
【００３２】
図２は、レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明に使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【００３３】
レーザ発振器１である、可視光、即ち、ＶＩＳレーザ発振器により発光したレーザ光は、スイッチング素子であるＡＯＭ１１を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、ｆθレンズ１２を透過した後、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面に走査させて、該導電性ペーストのレーザ走査部を加熱硬化させる。ｆθレンズ１２は、ガルバノメータミラーによって走査されるレーザ光をターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６に集光する。
【００３４】
また、該導電性ペーストを塗布したガラス基板６の表面におけるレーザ光の走査は、ガルバノメータミラーを動作させるだけでなく、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７によって、ステージ７を移動させて行うことも可能である。
【００３５】
コンピュータ８に入力されたデジタルコマンドデータは、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換される。ＡＯＭドライバ１３は、コンピュータ８から送信されデジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたレーザ変調信号を無線周波数の信号、すなわち、ＲＦ信号に変換し、図示しない圧電素子、すなわち、トランスデューサを介して、ＡＯＭ１１の中に超音波を発生させる。ＡＯＭ１１に入射したレーザ光は、超音波が形成する回折格子によって回折され、その光路が変化する。その結果、レーザ光はＯＮ／ＯＦＦする。一方、コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、ターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６上のレーザ光の走査位置を移動させる。
【００３６】
本発明のレーザによる導電線描画方法に使用するレーザ走査装置の構成物であるステージ７は、例えば、走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージで構成され、高速でレーザ光を走査する際、前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６を移動させることにより導電性ペーストの仮焼成を効率よく行うことができる。
【００３７】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法は、ガラスアンテナ以外に、曇り防止のための自動車のリアガラス等に使用する熱線に利用できる。また、ガラス基板上に微細な回路パターンを形成できる。
【００３８】
本発明を以下の実施例によって詳細に説明する。
【００３９】
【実施例】
図１および図２に示したレーザ走査装置を用い、導電性ペーストを塗布したガラス基板６にレーザ光を走査して、走査部の導電性ペーストを硬化させた後、未走査部の導電性ペーストを溶剤で除去し、ガラス基板６上に導電性ペーストを硬化させてなる導電線パターンを得た。この導電性パターンの持つアンテナ性能を評価した。
実施例１
図１に示したレーザ走査装置を使用してガラスアンテナの試作を行った。
【００４０】
図１に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１として、ＵＶパルスレーザ発振器を用い、リニアトランスレータに搭載された集光レンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００４１】
該導電性ペースト塗布が塗布されたガラス基板は、板厚３．５ｍｍ、サイズ３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮ−８００Ｍ）を、エタノールとイソプロパノールを重量百分率で、エタノール：イソプロパノール＝９０：１０とした混合溶剤であるエキネンを用いて、重量比、銀ペースト：エキネン＝２：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるように塗布した後に乾燥させたものである。尚、エキネンは商品名であり日本アルコール販売株式会社より販売されているものを使用した。本実施例ではエキネンを使用したが、銀ペーストの種類により、エタノールのみ、イソプロパノールのみ、または他の有機溶剤を用いてもかまわない。
【００４２】
ＵＶパルスレーザ発振器より、波長、３５５ｎｍ、繰り返し周波数、２５ｋＨｚ、パルスエネルギー、５０μＪで発振させたレーザ光の光径を、集光レンズ２により絞ってレーザビームとし、Ｘミラー４とＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６をレーザ光の焦点位置から＋６ｍｍの位置になるように配置して、ライン間隔、５００μｍ、ショット間隔、０．６μｍ、走査速度、１５．２ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、６ｍｍ角のレーザ走査エリアにライン間隔１８０μｍでレーザ走査し、描画ラインを重ね、導電線の線幅以下で繰り返しレーザ走査を行い、６ｍｍ角の走査エリア全面の導電ペーストにレーザ走査し硬化させることで形成した。
【００４３】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとしてガラス基板上に残った。
【００４４】
ガラス基板を、エキネンに浸漬する時間は、超音波を加えない場合は、１〜１０分程度が好ましい。エキネンに１０分より長く浸漬するとレーザ走査部の導電性ペーストの付着力までもが低下し、浸漬した後に紙ワイパーで導電性ペーストを拭き取る際、硬化部であるレーザ走査部の導電線パターンの断線が生じ易い。断線を発生させないためには、エキネンを入れた超音波洗浄器内で１分程度、超音波を加えることがより好ましい。超音波を加えることにより、付着力の弱いレーザ未走査部から選択的に剥離を起こし始め、その後、紙ワイパー拭き取りを行う際に、硬化部であるレーザ走査部の導電線パターンの断線が生じ難くなる。
【００４５】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上に図３に示す導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポールアンテナ）を得た。
【００４６】
図３が、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製したダイポールアンテナの形状を示した図である。
【００４７】
次いで、得られた導電線をリアルタイム走査型レーザ顕微鏡（レーザーテック社製、１ＬＭ２１ＤＷ）にて観察した。
【００４８】
図４がＵＶレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【００４９】
また、前記レーザ顕微鏡を用いてレーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図４のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、３００μｍ、厚さ、６μｍであった。
【００５０】
図５が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルデータである。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００５１】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ細く、断線することなく外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００５２】
この導電線の抵抗値は、０．７７Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍにおける導電性パターンの誘起電圧値を測定したところ、４０．１ｄＢμＶであった。前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
実施例２
次いで、図２に示したレーザ走査装置を使用してガラスアンテナの試作を行った。
【００５３】
図２に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１である可視光レーザ発振器、ＡＯＭ１１、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、ｆθレンズ１２、および走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００５４】
導電性ペーストが塗布された該ガラス基板６は、板厚３．５ｍｍ、サイズ３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮ−８００Ｍ）をエキネンで重量比、銀ペースト：エキネン＝２：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるよに塗布した後に乾燥させたものである。
【００５５】
可視光レーザ発振器より、波長５３２ｎｍ、出力０．８Ｗで発振させたレーザ光の光径をｆθレンズ１２により絞ってレーザビームとし、ＡＯＭ１１によるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦと、Ｘミラー４およびＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６上をレーザ光の焦点位置に配置して、導電性ペースト塗布面を走査速度３．５ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、実施例１と同じ手順で形成した。
【００５６】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとしてガラス基板上に残った。
【００５７】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上に図３に示す形状の導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポ−ルアンテナ）を得た。
【００５８】
次いで、得られた導電線を前記レーザ顕微鏡にて観察した。
【００５９】
図６は、ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００６０】
また、前記レーザ顕微鏡を用いてレーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図６のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、１８０μｍ、厚さ、８μｍであった。
【００６１】
図７が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡による断面形状プロファイルである。
【００６２】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ細く、断線することなく外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００６３】
この導電線の抵抗値は、０．５０Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍにおける導電線パターンの誘起電圧値を測定したところ、４０．５ｄＢμＶであった。前記導電性パターンの全長２００ｍｍのダイポールアンテナとしての性能を確認するために、前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
実施例３
図２に示したレーザ走査装置を使用して、実施例２と異なるアンテナの試作を行った。
【００６４】
図２に示すレーザ走査装置は、レーザ発振器１である可視光レーザ発振器、ＡＯＭ１１、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、ｆθレンズ１２、および走査面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である導電性ペーストを塗布したガラス基板６が取り付けられる。
【００６５】
導電性ペーストが塗布された該ガラス基板は、板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスに、銀ペースト（エヌ・イー ケムキャット株式会社製、ＧＣＮー８００Ｍ）をエキネンで重量比、銀ペースト：エキネン＝３：１に希釈してなる導電性ペーストを、バーコータを用い塗膜の厚みが２５μｍとなるように塗布した後に乾燥させたものである。
【００６６】
可視光レーザ発振器より、波長５３２ｎｍ、出力０．９Ｗで発振させたレーザ光の光径をｆθレンズ１２により絞ってレーザビームとし、ＡＯＭ１１によるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦと、Ｘミラー４およびＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚、３．５ｍｍ、サイズ、３０５ｍｍ角のターゲット６である前記導電性ペーストを塗布したガラス基板６のレーザ光の焦点位置に配置して、導電性ペースト塗布面を、走査速度３．５ｍｍ／秒で走査し、走査部がダイポールアンテナ形状となるように、６ｍｍ角の電極と、線長１００ｍｍの導電線が２本ある形状に走査した。尚、６ｍｍ角の電極は、６ｍｍ角のレーザ走査エリアに、ライン間隔１００μｍでレーザ走査し、描画ラインを重ね、導電線の線幅以下で繰り返しレーザ走査を行い、６ｍｍ角の走査エリア全面の導電ペーストにレーザ走査し硬化させることで形成した。
【００６７】
次いで、レーザ走査した該ガラス基板を超音波洗浄機内のエキネンに浸漬させて、超音波を１分間加えた後で取り出して、エキネンを揮発させ導電性ペーストを乾燥させた後、紙ワイパーを用いてレーザ未走査部の導電性ペーストを拭き取った。レーザ走査部の導電性ペーストは、レーザ走査によって硬化したためエキネンに溶解することなく導電線パターンとして、ガラス基板上に残った。
【００６８】
このようにして得られた導電線パターン付きガラス基板を、電気炉内、７５０℃、３分３０秒間、加熱して焼成を行い、ガラス基板上にガラス基板上に図３に示す導電線パターン（ガラスアンテナとしてのダイポールアンテナ）を得た。
【００６９】
次いで、得られた導電線を前記レーザ顕微鏡にて観察した。
【００７０】
図８は、ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。スキャンプロファイルデータの横軸が変位、縦軸が高さであり、ともに単位はμｍである。
【００７１】
また、前記レーザ顕微鏡を用いて、レーザ走査しトレースを行ったスキャンプロファイルより、図８のレーザ顕微鏡写真に示した導電線の線幅および厚みを測定したところ、線幅、１２０μｍ、厚さ、１２μｍであった。
【００７２】
図９が導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡による断面形状プロファイルである。
【００７３】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製した該導電線は、従来のプリントアンテナの導電線（線幅、５００μｍ以上）に比べ非常に細く、断線することなく実施例２よりもさらに細く外観上目立たない導電線パターンが描画できた。
【００７４】
実施例２よりも導電線の線幅が細くなったのは、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で用いたレーザ光のビーム強度が、導電線の幅方向で中央部のビーム強度が強く、エッジに近づくにつれビーム強度が低いガウシアン分布となっているため、レーザ走査後の導電性ペーストの幅方向の付着力強度が、導電線幅方向で異なる。即ち、導電線の幅方向で中央部の付着強度が強く、エッジに近づくにつれ付着強度が低いので、エキネンで浸した紙ワイパーでの拭き取りを実施例１よりも強くすることで、付着力の弱い導電線エッジ部の導電性ペーストが剥離したためである。また、エキネンで浸した紙ワイパーでの拭き取りをより強くすることで導電線の幅を８０μｍまでであれば断線することなく細くできる。しかしながら、導電線幅が６０μｍとなるまで拭き取りを強くすると、導電性ペーストが剥離し断線し易くなった。
【００７５】
よって、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法において、導電性ペーストの拭き取りの強弱、即ち、拭き取り時の圧力を調整することで、線幅は８０μｍ以上に対応可能であることが判った。
【００７６】
この導電線の抵抗値は、０．４９Ω／ｃｍであり、電界強度６０ｄＢ／μｍで誘起電圧値を測定したところ、４０．４ｄＢμＶであった。前記導電性パターンの全長２００ｍｍのダイポールアンテナとしての性能を確認するために、前記導電性パターンに市販のテレビを繋いでＵＨＦ帯を受信したところ、アンテナとして十分に機能した。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法により、従来のスクリーン印刷法に比較して、線幅が細く、外観上目立ちにくい導電線パターンを作製することが可能となった。
【００７８】
また、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法では、例えば一筆書き以外の複雑なパターンのガラスアンテナが作製可能であり、アンテナの設計の自由度が大きい。
【００７９】
また、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法を用いることで、新規アンテナパターンの開発において、アンテナパターンをＣＡＤで作製し、ＣＡＤデータをコンピュータに入力し、コンピュータおよびドライバにより、例えば、ガルバノメータミラー等を動作させてレーザ光を走査しアンテナパターンを作製することが可能なため、スクリーン印刷法と比較して、スクリーン原版が不要となることは元より、ガラスアンテナの開発期間を短縮することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【図２】レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明で使用するレーザ走査装置の一例を示す図である。
【図３】本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で作製したダイポールアンテナの形状を示す図である。
【図４】ＵＶレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線パターンの図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【図５】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【図６】ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用顕微鏡写真である。
【図７】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【図８】ＶＩＳレーザを用い、本発明のレーザ走査による導電線パターンの描画方法で製作した導電線の図面代用レーザ顕微鏡写真である。
【図９】導電線の線幅および厚みを測定した際の、レーザ顕微鏡断面形状プロファイルである。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２ 集光レンズ
３ 対物レンズ
４ Ｘミラー
５ Ｙミラー
６ ターゲット（導電性ペーストを塗布したガラス基板）
７ ＸＹＺ−ステージ
８ コンピュータ
９ デジタル・アナログ・コンバータ
１０ サーボドライバ
１１ ＡＯＭ
１２ Ｆθレンズ
１３ ＡＯＭドライバ
Claims (7)
- 導電性ペーストを塗布した基板表面にレーザ光を走査することで、導電性のペーストを硬化させてなる導電線パターンを形成した後、レーザ走査部を除く導電線ペーストを有機溶剤に溶解させて除去した後、焼成することで導電線パターンを基板上に描画することを特徴とするレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
- 描画された導電線の線幅が８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
- 前記基板が、ガラス基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
- ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｇｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）で作成された導電線パターンデータにより、レーザ光を走査して導電性パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
- 複数のガルバノメータミラーよって、導電性ペーストを塗布したガラス基板表面のレーザ光の走査位置を移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ走査による導電性パターンの描画方法。
- 水平方向および／または垂直方向に移動可能なステージによって、導電性ペーストを塗布したガラス基板を移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ走査による導電線パターンの描画方法。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のレーザ走査による導電線パターンの描画方法によりガラス表面に描画された導電線パターンからなるガラスアンテナ。
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