JP2008153555A - 導電回路および非接触型メディア - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、来たるべきユビキタル社会の実現において、飛躍的な利用が期待されるＲＦＩＤタグに代表される非接触型メディアを低コストで短期間に大量生産を行うことができる製造方法の提供。
【解決手段】本発明は、５０〜１００ｍ／分の印刷速度で凹版を利用したグラビア印刷にてアンテナ回路の印刷を行い、インキの乾燥膜厚が１〜３μｍで均一な塗膜を大量かつ短時間で生産することを可能とし、更に、ＩＣ搭載部分の膜厚を凹版の版深を深くする事で１回の印刷によりＩＣ搭載に適した膜厚に調整することでＩＣ搭載時の不良品の発生率を低下し、他の部分を薄膜化する事により高価な銀粉等の導電物質の消費を抑え大幅なコストダウンを図る事ができる非接触型メディア並びにその製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、導電性インキを用いて基材上に印刷または塗工して形成される印刷物に関し、さらに導電性インキを用いた導電回路および導電回路に導通された状態で実装されたＩＣモジュールとを具備する非接触型メディアに関する。さらに、詳しくは、凹版印刷方式により任意の部分の版深をエッチング製版方式若しくは彫刻製版方法により深め、任意の部分の膜厚が他の部分に比べ厚くした導電回路を形成させた導電回路および非接触型メディアであり、更に詳しくはＩＣ搭載部分の膜厚を厚くし、他の部分の膜厚を薄くする事でＩＣ搭載性能を高め、更に銀粉等の高価な導電物質の消費を抑制する事でコストダウンを図り、１回の印刷工程で厚膜・薄膜を共存させた導電回路を形成する事で、大量生産を可能とする非接触型メディアの提供に関する。

一般的に導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアをはじめと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あるいは回路パターンを印刷し、熱処理による焼結する方法、または銅張り基材からのエッチング法が知られている。

焼結法の例としては、特開２０００−３０５２６０号公報には、感光性導電性ペーストとして、アルカリ可溶性ネガ型感光性樹脂組成物、光重合開始剤、金属粉末および金属超微粒子からなる感光性ペーストが開示されている。該公報では、感光性樹脂組成物をパターニングした後、電気炉やベルト炉等の焼成炉で有機成分を揮発させ、無機粉末を焼成させることにより導電性パターン膜を形成しており、その際の焼成の雰囲気は、大気中または窒素雰囲気あるいは水素雰囲気で、５００℃以上であり、大型の設備が必要となる。

エッチング法については、金属の表面や形状を、化学的あるいは電気化学的に溶解除去し、それを表面処理を含めた広義の加工技術とすることである。エッチングはすなわち化学加工の一種であり、主に金属表面に希望のパターン形状を得るために行われるが、一般的に工程が煩雑であり、また後工程で廃液処理が必要であるため、問題が多い。また、エッチング法によって形成された導電回路は、アルミニウムや銅など金属のみで形成されたものであるため、折り曲げ等の物理的衝撃に対して弱いという問題がある。

導電性インキによる印刷法は、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、乾燥させることによって容易に導電性を付与できる。この導電性インキによる印刷法は、乾燥、硬化工程で、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。

しかしながら、熱硬化型導電性インキの内、バインダー成分としてガラスフリットなどの無機物質を用いる物は、基材に塗布または印刷後に高温で過熱する必要がある。加熱による硬化には、多大なエネルギー、時間、装置設置のための床の面積を必要とし、不経済であるばかりでなく、次に示すような大きな制約がある。

すなわち、ガラスフリット等の無機物質をバインダーとする導電性インキは、通常８００℃以上での焼成を必要とするため、合成樹脂系の基材には適用できない。

また、熱可塑型の導電性インキとしては特表平５−５０６８７６号公報にあるように少なくとも１種の熱可塑性酢酸ビニル樹脂／塩化ビニル／ジカルボン酸多元重合体樹脂を用いた導電性インキが開示されているが印刷方式はシルクスクリーンで９〜２２ｍΩ／□の表面抵抗率を得るためには２５μｍの乾燥皮膜の膜厚が必要としている。また、特開２００５−５６７７８号公報にあるように厚さが１３００オングストローム以下の銀粉を用いた導電性インキが開示されているが、回路を印刷する手段としてはシルクスクリーン印刷を用いており、１０^-5Ω・ｃｍの比抵抗を得るためには６〜８μｍのインキ乾燥膜厚を必要としている。

一方、現在来たるべくユビキタス社会を実現する為に、各方面でＩＣタグ、ＲＦＩＤタグの実用化が検討されており、短期間で大量のＩＣタグ、ＲＦＩＤタグを製造するための手段として印刷によるアンテナ回路形成が実用化されつつある。しかしながら、従来の印刷アンテナはフラットシルクスクリーン印刷が主流であったため、印刷速度が１〜２ｍ／分と非常に遅く生産性に乏しい。また、最近ではロータリースクリーン印刷により導電性インキを印刷する方法が特開２００３−１１０２２５号公報、特開２００５−２５９５４６号公報にて開示されているが、印刷速度については開示されていない。ロータリースクリーン印刷による導電性インキを用いた回路印刷は一般的にはフラットシルクスクリーン印刷の５倍から１０倍の５〜２０ｍ／分の印刷速度が一般的である。更に、フラットシルクスクリーン並びにロータリースクリーンでは最も細かいスクリーンメッシュを用いても、スクリーン紗厚が２０μｍであり、インキ乾燥皮膜の膜厚が５μｍ以下とすることが困難である事から、導電材料として高価な銀粉を大量に使用しなければならないと言った欠点があった。

他方、ＩＣタグ、ＲＦＩＤタグを製造する際、導電性インキを用いて印刷されたアンテナ回路にＩＣを搭載する方法は導電性接着剤、異方性導電性フィルムを用いたり、非導電性接着剤を用いる方法があるが、一般的に１００℃以上の加熱と５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の加圧を必要とし、これらの条件に耐えうるには印刷アンテナにおけるＩＣ搭載部分の導電インキの硬化被膜の膜厚を４〜５μｍとする必要がある。
特開２０００−３０５２６０号公報 特表５−５０７８７６号公報 特開２００５−５６７７８号公報 特開２００３−１１０２２５号公報 特開２００５−２５９５４６号公報

従来の導電性インキを使用した印刷による導通回路の形成に於いては、フラットシルクスクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷での実用化が行われていたが、フラットスクリーン印刷では印刷速度が１〜２ｍ／分、ロータリースクリーン印刷では５〜２０ｍ／分であり、現在来たるべくユビキタス社会を実現する為に、各方面でＩＣタグ、ＲＦＩＤタグの実用化が検討されており、短期間で大量のＩＣタグ、ＲＦＩＤタグを製造する事は困難である。更に、インキ乾燥皮膜の膜厚が５μｍ以下とすることが困難である事から、導電材料として高価な銀粉を大量に使用しなければならなかった。

本発明は５０〜１００ｍ／分の印刷速度で凹版を利用したグラビア印刷にてアンテナ回路の印刷を行い、インキの乾燥膜厚が１〜３μｍで均一な塗膜を大量かつ短時間で生産することを可能とし、更に、ＩＣ搭載部分の膜厚を凹版の版深を深くする事で１回の印刷によりＩＣ搭載に適した膜厚に調整することでＩＣ搭載時の不良品の発生率を低下し、他の部分を薄膜化する事により高価な銀粉等の導電物質の消費を抑え大幅なコストダウンを図る事ができる非接触型メディアを提供することを目的とする。

本発明の導電回路および非接触メディアは凹版製版工程において、エッチング工程あるいは彫刻工程を繰り返す事により任意の部分の版深を深くする凹版を用い、基材に導電物質およびバインダー成分を含有する導電性インキを導電回路の一部分の膜厚を他の部分に比べ厚くする事を特徴とする。

本発明の導電回路および非接触メディア並びにそれらの製造方法は５０〜１００ｍ／分の印刷速度で凹版を利用したグラビア印刷にてアンテナ回路の印刷を行い、インキの乾燥膜厚が１〜３μｍで均一な塗膜を大量かつ短時間で生産することを可能とし、更に、ＩＣ搭載部分の膜厚を凹版の版深を深くする事で１回の印刷によりＩＣ搭載に適した膜厚に調整することでＩＣ搭載時の不良品の発生率を低下し、他の部分を薄膜化する事により高価な銀粉等の導電物質の消費を抑え大幅なコストダウンを図る事が可能となった。

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。

本発明に使用される凹版について、以下説明する。

凹版の製造については一般的な方法にて作成でき、例えばダイレクト製版では母材のシリンダーにニッケルメッキと銅メッキを施した後に研磨加工を行った凹版シリンダーに感光剤を塗布しポジフィルム若しくはネガフィルム或いはレーザー光にて画線部分を焼き付け、現像を行う何れかの方法で画線部の感光剤層を除去した後に、酸性溶液等を用いてエッチング処理を行い一定の深さの版深を有する凹版を作製した後、更に感光剤を塗布し印刷物の膜厚を高めたい部分を焼き付け、現像、エッチングを繰り返す事で、任意の部分の版深を深くした凹版が得られる。

また、彫刻製版でも印刷物の膜厚を厚くしたい任意の部分の彫刻を繰り返す事で任意の部分の版深を深くした凹版が得られる。

次に、本発明に用いる導電性インキについて説明する。本発明の導電インキには、導電物質およびバインダー成分を含有する。

本発明の導電インキに含有させる導電物質としては、銀粉末を用いる事が好ましいが、必要に応じて他の導電性物質、例えば銀メッキ銅、銀−銅複合体、銀−銅合金、アモルファス銅等の金属、これらの金属で被覆した無機物粉末、酸化銀、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ、インジウム−スズ複合酸化物等の金属酸化物、またはカーボンブラック、グラファイト等を含有させることができる。これらの導電性物質は、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

また、本発明の導電インキに含有させるバインダーは、有機樹脂を単独或いは併用することができる。有機樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、エポキシ変性ポリエステル樹脂、塩化ビニル、酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル変性ポリエステルなどの各種変性ポリエステル樹脂、ポリエーテルウレタン樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミドイミド、ニトロセルロース、セルロース・アセテート・ブチレート（ＣＡＢ）、セルロース・アセテート・プロピオネート（ＣＡＰ）などの変性セルロース類などが挙げられる。

上記のバインダーを炭化水素溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、アルコール系溶剤等に溶解したワニスに、導電物質を分散させ、添加剤等を必要に応じて添加することで、本発明の導電インキが得られる。

次に、印刷方法については、製版されたシリンダーがインキパン(インキの入った底の平らな鍋のようなもの)に浸漬しながら回転し、版の凹みにインキが充填され、ドクターブレード(シリンダーに付いた不要なインキをかき落とす刃)で表面が拭きとられた上に被印刷体がのせられ強圧を与えられ、被印刷体は凹部に入り込んでインキを受容し、画像が再現されるグラビア印刷方法が好ましいが、更にブランケットを介して被印刷体に転写させるグラビアオフセット印刷方法がより好ましく用いられるが、本発明の目的に合致する印刷方法ならこれに限定されない。

最後に、本発明により形成された導電回路と、該導体回路に導通された状態で実装されたＩＣチップとを具備する非接触型メディアについて説明する。

導電性インキを、使用用途に応じて紙、プラスチック等の基材の片面または両面上に印刷することで導電回路を形成することができる。

紙基材としては、コート紙、非コート紙、その他、合成紙、ポリエチレンコート紙、含浸紙、耐水加工紙、絶縁加工紙、伸縮加工紙等の各種加工紙が使用できるが、非接触メディアとして安定した抵抗値を得るためには、コート紙、加工紙が好ましい。コート紙の場合は、平滑度の高いものほど好ましい。

プラスチック基材としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロハン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリスチレン、ビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール、ナイロン、ポリイミド、ポリカーボネート等の通常のタグ、カードとして使用されるプラスチックからなる基材を使用することができる。

本発明により形成された導電回路は、凹版印刷機を用いた印刷方法によって導電回路が形成できるため、既存の設備を生かした設計が可能である。すなわち、絵柄等の非接触メディアの意匠性を高めるための通常の印刷を施した後に、そのまま導電回路を印刷、形成することが可能なため、従来、エッチング法や転写法で行っていた回路形成法と比較して、生産性、初期投資コスト、ランニングコストの点ではるかに優れている。

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。

以下に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例における「部」は「重量部」を表す。
〔凹版１〕
導電回路としてインピンジ社製アンテナデザインを用いて、ダイレクト製版にて版深３０μｍの凹版を作製し、更に感光層を塗布しＩＣ実装部分のみを焼き付け現像した後にエッチングを行いＩＣ実装部分のみを５０μｍとした〔凹版１〕を作製した。
〔凹版２〕
導電回路としてインピンジ社製アンテナデザインを用いて、ダイレクト製版にて版深３０μｍの〔凹版２〕を２版作製した。
〔導電性インキの調整〕
日本製紙ケミカル製塩素化ポリオレフィン樹脂スーパークロンＨＰ６２０を６０部、丸善石油化学製芳香族炭化水素溶剤スワゾール１０００を４０部丸底フラスコに投入し、７０℃、３時間攪拌、溶解したバインダー３０部に福田金属箔粉工業製フレーク状銀シルコートＡｇＣ−Ａを６０重量部およびトルエン１０部をディスパーにて混合し導電性インキを作成した。
〔実施例１〕
小型グラビア輪転機にて〔凹版１〕を用いて被印刷体として３８μｍＰＥＴフィルム（東洋紡エステルフィルムＥ５１００）に導電インキを、印刷速度７０ｍ／分にて印刷し、８０℃熱風オーブンにて乾燥させ、ＩＣ搭載部が５μｍ、その他の部分が３μｍの導電回路を得た。得られた導電回路１００個にインピンジ社製ＩＣチップを搭載し非接触型メディアを作成した。得られた非接触型メディアをインピンジ社製リーダー、ライター装置を用いて通信の可否を確認したところ全ての非接触メディアで通信することが確認できた。
〔比較例１〕
〔凹版２〕を用いた以外は〔実施例１〕の条件と同様とし、全体の膜厚が３μｍの導電回路を作成した。得られた導電回路１００個にインピンジ社製ＩＣチップを搭載し非接触型メディアを作成した。得られた非接触型メディアをインピンジ社製リーダー、ライター装置を用いて通信の可否を確認したところ２４個が通信不能であった。通信不能となった非接触型メディアのＩＣ搭載部はＩＣのバンプが導電インキ層を突き抜けてしまい断線していた。
〔比較例２〕
〔凹版２〕２版を、小型グラビア輪転機２ユニットにそれぞれセットし、導電インキを重ね刷りすることで膜厚６μｍの導電回路を得た。得られた導電回路１００個にインピンジ社製ＩＣチップを搭載し非接触型メディアを作成した。得られた非接触型メディアをインピンジ社製リーダー、ライター装置を用いて通信の可否を確認したところ６２個が通信不能であった。通信不能となった非接触型メディアの導電回路は１重ね刷りでの見当がずれていた。

Claims (8)

1. 導電回路の一部分の膜厚を他の部分に比べ厚くする事を特徴とする、導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディア。
2. 基材に導電物質およびバインダー成分を含有する導電性インキを印刷する事により作製した請求項１記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディア。
3. 基材に導電物質およびバインダー成分を含有する導電性インキを凹版印刷方式にて印刷する事を特徴とする請求項１または２記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディア。
4. 凹版印刷方式における凹版製版工程において、厚膜化する部分のエッチング処理を繰り返す事により、任意の部分の版深を他の部分と比べ深くした画線部を有する凹版を用いて作製する事を特徴とする請求項１乃至３何れか記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアの製造方法。
5. 凹版印刷方式における凹版製版工程において、厚膜化する部分の彫刻処理を繰り返す事により、任意の部分の版深を他の部分と比べ深くした画線部を有する凹版を用いて作製する事を特徴とする請求項１乃至３何れか記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアの製造方法。
6. 導電回路の一部分の膜厚を他の部分に比べ厚くする事を特徴とする請求項１乃至５何れか記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアの製造方法。
7. 基材に導電物質およびバインダー成分を含有する導電性インキを印刷する事により作製した請求項１乃至６何れか記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアの製造方法。
8. 基材に導電物質およびバインダー成分を含有する導電性インキを凹版印刷方式にて印刷する事を特徴とする請求項１乃至７何れか記載の導電回路およびＩＣチップを積載した非接触型メディアの製造方法。