JP2008050425A - 導電性インキ、導電回路および非接触型メディア - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷等の通常の印刷方式による導電回路を形成することが可能な導電性インキ、それを用いた導電回路の製造方法、およびその導電回路とICモジュールを積載した非接触型メディアを提供すること。
【解決手段】銀、バインダー成分、および、１次粒子径が２０〜１０００ｎｍであり球状または立方体状である炭酸カルシウムを含有することを特徴とする導電性インキ。また、該導電性インキを用いて導電回路を印刷し、導電回路を形成させることを特徴とする導電回路の製造方法。および、基材上にそのような導電回路及びICチップを積載した非接触型メディア。
【選択図】なし

Description

本発明は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷等の通常の印刷方式による導電回路を形成することが可能な導電性インキ、それを用いた導電回路の製造方法、およびその導電回路とICモジュールを積載した非接触型メディアに関する。

電子部品あるいは電磁波シールド用の薄膜形成あるいは導電回路のパターニングは、一般的に、熱硬化型、熱可塑型の導電性インキなどによる回路を印刷し、熱処理による乾燥する方法、または銅張り基材からのエッチング法が知られている。エッチング法は一般的に、絶縁性樹脂に銅箔やアルミニウム箔を貼着した基板から、エッチングにより銅箔またはアルミニウム箔を所望の回路に形成している。しかし、エッチング法は工程、生産性に限界があり、大量生産には向いていない。更に、廃液処理等の問題もあって環境面からも好ましくない。

導電性インキは、電子部品の小型軽量化あるいは生産性の向上、低コスト化が期待でき、また基材に印刷あるいは塗工し、乾燥、硬化させることによって容易に導電性を付与できる。この乾燥、硬化工程では、基材や電子部品に高温を加えることなく、低温にて行うことが出来ることから、近年急速に需要が高まっている。

導電性インキの導電物質には、安定性、抵抗値の観点から一般的に銀が使用されている。導電性インキの抵抗値は、固形分中に含有する導電物質である銀の量に依存しており、銀の含有量によって抵抗値を調整することが出来る。しかし、所望の抵抗値を実現するために、銀とバインダー成分の重量比率を変えることは、導電性インキの粘弾性に影響が出てしまい、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷等の印刷において、印刷適性が変わってしまう。そこで、抵抗値を調整するために、無機フィラーを使用することが行われている。

例えば、特開２００３−１２８４３３号公報では、銀粉末、モリブデン化合物、ガラスフリットおよび有機ビヒクルを含有する導電性ペーストが開示されており、モリブデン化合物の添加量を調整することにより抵抗値を所望の水準に調整している。しかし、これらモリブデン化合物を使用することは、コスト面に問題がある。

また、特開昭６３−２８９０７７号公報では、カーボンブラックとグラファイトの一つと、合成樹脂と、モース硬度３〜５の繊維状無機粉体とを含む導電塗料が開示されており、前記モース硬度３〜５の繊維状無機粉体を用いて、導電塗料の抵抗値を調整している。しかし、繊維状無機粉体は、球状または立方体状の無機粉体と比べて、その嵩高さから、導電塗料の流動性が悪くなり、印刷が困難となる。

また、特開平２００３−１８７６３９号公報では、バインダー樹脂と銀粉と補強材を含み、前記補強材のモース硬度が３．５〜４．５であることを特徴とする導電性樹脂組成物が開示されている。しかし、ここで補強材を使用する目的は、印刷物の耐摩擦性を高めるためであるため、補強材の粒径は大きいものが使用されている。

一般的に粒径が大きい補強材を使用することは、銀同士の接触を阻害してしまい、抵抗値を大幅に高くしてしまう。そのため、所望の抵抗値を得るためには銀の含有量を多くしなければならないため、コスト面に問題がある。
特開２００３−１２８４３３号公報 昭６３−２８９０７７号公報 特開２００３−１８７６３９号公報

本発明の課題は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷等の通常の印刷方式による導電回路を形成することが可能であり、その印刷適性、流動性を変化させることなく抵抗値を調整するために適した導電性インキの提供を目的とする。

本発明の導電性インキは、銀、バインダー成分、1次粒子径が２０〜１０００ｎｍであり、球状または立方体状である炭酸カルシウムを含有することにより、上記課題を解決しうることを見出した。また、本発明の炭酸カルシウムは、重量比で固形分中に３〜３０％であることを特徴とする。

また、本発明の導電回路の製造方法は、基材上に、上記導電性インキを用いて導電回路を印刷し、導電回路を形成させることを特徴とする。
また、本発明の導電回路の印刷方法として、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷であることを特徴とする。
また、本発明は上記導電回路にICチップを積載した非接触型メディアである。

本発明の導電性インキは、銀、バインダー成分、球状または立方体状である炭酸カルシウムを含有し、炭酸カルシウムの含有量を変えることによって、所望の抵抗値に調整することができ、また炭酸カルシウムは安価な材料であるため、生産性、コスト面からも優位である。また、本発明の導電性インキは、抵抗値、流動性に優れており、従来導電回路の印刷方法である、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷において、印刷適性が非常に良好となり、精細な印刷が可能となった。

以下、本発明について、実施の形態に基づいて更に詳しく説明をするが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明に用いる炭酸カルシウムは、１次粒子径が２０〜１０００ｎｍで、球状または立方体状である。これは１次粒子径が２０ｎｍ以下では導電性インキのチキソトロピー性が高くなってしまい、印刷適性が悪くなり、１０００ｎｍ以上では、粒径が大きすぎるために銀同士の接触を阻害してしまい、抵抗値を大幅に高くしてしまう。また、針状などの炭酸カルシウムを使用すると、導電性インキの流動性が著しく乏しくなり、印刷適性が悪くなってしまうため、球状または立方体状である必要がある。

また、炭酸カルシウムは、重量比で固形分中に３〜３０％であることが好ましい。炭酸カルシウムが固形文中に３％以下では、抵抗値にほとんど影響がなく、３０％以上では抵抗値が高くなりすぎてしまう。

本発明の導電性インキに使用する銀は、アスペクト比が３以上であることが好ましい。アスペクト比が３以下であると、印刷した導電回路の抵抗値が高くなってしまう。また、中心粒径は０．５〜２０μｍが好ましく、０．５μｍ以下では導電性インキのチキソトロピー性が高くなってしまい、印刷適性が悪くなり、２０μｍ以上では銀同士の接触点が少なくなるため抵抗値が高くなってしまう。

また、本発明の導電性インキに用いるバインダー成分としては、重合度１０〜１００００、あるいは数平均分子量が１０³〜１０⁶のバインダー成分が好ましい。バインダー成分として、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ブチラール樹脂、アセタール樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン樹脂、ニトロセルロース、ベンジルセルロース、スチレン−無水マレイン酸樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイン酸樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ケトン樹脂、ロジン、ロジンエステル、塩素化ポリオレフィン樹脂、変性塩素化ポリオレフィン樹脂、塩素化ポリウレタン樹脂等から選ばれる１種または２種以上を、印刷方法の種類及び使用基材の種類や、非接触メディアの用途に応じて使用することができる。

また、本発明の導電性インキには、粘度を調整する目的で揮発性有機溶剤を添加することができる。揮発性有機溶剤としては、例えばケトン類、芳香族類、アルコール類、セロソルブ類、エーテルアルコール類、エステル、脂肪族系溶剤類などを使用できる。これらの溶剤は、２種類以上を組み合わせても良い。

ケトン類としてはアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、３−ペンタノン、２−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、イソホロン、シクロヘキサノン等が挙げられ、芳香族類としてはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、クロロベンゼン等が挙げられる。

アルコール類としてはメタノール、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノール、ノルマルブタノール、イソブタノール、ネオペンチルブタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、べンジルアルコール等が挙げられる。セロソルブ類としてはメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ヘキシルセロソルブ等が挙げられる。

エーテルアルコール類では、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノｎ−プロピルエーテル等が挙げられる。

エステル類としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、ノルマルセロソルブアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等が挙げられる。

脂肪族系溶剤としては、ｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンが挙げられる。

印刷方式は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷等の通常の印刷方式で行うことができる。これらの印刷法より形成される導電回路は、エッチング法のようなアルミニウムや銅など金属のみで形成されたものと比べて、折り曲げ等の物理的衝撃に対しても安定しており、信頼性に優れている。

導電回路を印刷、形成する前の行程において、基材との密着性を高める目的で、基材にアンカーコート剤や各種ワニスを塗工してもよい。また、導電回路印刷後に回路の保護を目的としてオーバープリントワニス、各種コーティング剤等を塗工してもよい。これらの各種ワニス、コーティング剤としては、通常の熱乾燥型、活性エネルギー線硬化型のいずれも使用できる。また、導電回路上に接着剤を塗布し、そのまま絵柄等を印刷した紙基材やプラスチックフィルムを接着、または、プラスチックの溶融押出し等によりラミネートして非接触メディアを得ることもできる。勿論、あらかじめ粘着剤、接着剤が塗布された基材を使用することもできる。

上記の方法で製造された導体回路は、基材上にＩＣモジュールと共に積載され、非接触ＩＤが得られる。基材は導体回路およびＩＣチップを保持するものであり、導体回路の基材と同様な紙、フィルムなどを用いることができる。また、ＩＣチップは、データの記憶、蓄積、演算をおこなうものである。非接触ＩＤは、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｎｅｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、非接触ＩＣカード、非接触ＩＣタグ、データキャリア（記録媒体）、ワイヤレスカードとして、リーダー、あるいはリーダーライターとの間で、電波を使用して個体の識別やデータの送受信を行うものである。その使用用途としては、料金徴収システム等のＩＤ管理と履歴管理、道路利用状況管理システムや貨物、荷物追跡・管理システム等の位置管理がある。

次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。尚、実施例中の「部」は重量部を表す。

＜実施例１＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（白石工業株式会社製「白艶華TDD」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜実施例２＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（日信化学工業株式会社製ポリ塩化ビニル酢酸ビニルヒドロキシアルキルアクリレート共重合体樹脂「ソルバインTA−３」、溶剤はイソホロン、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（白石工業株式会社製「白艶華TDD」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜実施例３＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（白石工業株式会社製「白艶華O」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜実施例４＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（米庄石灰工業株式会社製「ED-1」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜実施例５＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（白石工業株式会社製「Gerton５０」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜比較例１＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）８０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）２５部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

＜比較例２＞
フレーク銀（福田金属箔粉株式会社製「シルコートAgC-A」）１００部、樹脂溶液（荒川化学工業株式会社製ポリウレタン樹脂溶液「ポリウレタンKL-５９３」、固形分３５％）４０部、溶剤（２−プロパノール／酢酸エチル＝７／３）５０部、炭酸カルシウム（丸尾カルシウム株式会社製「ウィスカルA」）１４部を混合し、ディソルバーを用いて３０分撹拌して導電性インキを得た。

・インキ流動性評価
調整した活性エネルギー線硬化型導電性インキをブルックフィールド型粘度計RE８０H（東機産業株式会社製）を用いて、２５℃環境下でローター回転数が２、５および２０回転時の粘度を測定した。本明細書における粘度およびチキソトロピーインデックス値（TI値）の値を以下に定義した。
粘度 ： ５回転時の粘度
TI値 ＝ （２回転時の粘度）／（２０回転時の粘度）

・印刷、体積抵抗値の測定
ポリエステルフィルム（ユニチカ株式会社製「エンブレットTA」、厚さ１００μｍ）上に導電性インキを５０×１００ｍｍのパターンのシルクスクリーン版（スクリーンメッシュ＃２３０、線形２３μｍ）を用いて印刷し、８０℃で３０分間乾燥させ、４探深抵抗測定器を用いて測定し、シート抵抗と膜厚より体積抵抗値を算出した。

・印刷効果
印刷物の平滑性、印刷の再現性を目視により評価した。

・炭酸カルシウムの粒径測定方法
走査型電子顕微鏡による写真撮影を行い（倍率５万倍）、１次粒子径をノギスにより測定して、平均を求め、粒径とした。

上記結果のように、球状または立方体状の炭酸カルシウムを使用した実施例１〜５では、抵抗値、印刷効果が良好であった。これに対して、比較例１は、銀に対して樹脂分が多すぎるために、印刷時に版と原反であるポリエステルフィルムにインキの糸引きが発生し、印刷物のエッジ形状が劣っていた。また、針状の炭酸カルシウムを使用した比較例２は、インキのチキソトロピック性が強かったため、印刷が困難であり、印刷物に抜けがあった。

以上のように本発明では、導電性インキに球状または立方体状である炭酸カルシウムを含有させることにより、流動性が良好であるため、印刷効果、抵抗値が良好な印刷物を提供することが出来る。

Claims (5)

1. 銀、バインダー成分、および、１次粒子径が２０〜１０００ｎｍであり球状または立方体状である炭酸カルシウムを含有することを特徴とする導電性インキ。
2. 炭酸カルシウムが、重量比で固形分中に３〜３０％であることを特徴とした請求項１記載の導電性インキ。
3. 基材上に、請求項１または２記載の導電性インキを用いて導電回路を印刷し、導電回路を形成させることを特徴とする導電回路の製造方法。
4. 請求項３記載の印刷方法として、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷であることを特徴とする導電回路の製造方法。
5. 基材上に、請求項３または４記載の導電回路及びICチップを積載した非接触型メディア。