JP2010219242A - 回路パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真法を用いて印刷する高い導電性の回路パターンを高い接着力で基材に形成可能な回路パターン形成装置を提供すること。
【解決手段】 基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置は、接着剤を吐出して、回路パターンが形成される基材上の領域に接着剤を塗布する接着剤供給部と、電子写真方式の印刷によって、接着剤供給部が接着剤を塗布した基材上の領域に第１の導電性金属粒子を供給することで、基材に回路パターンを印刷する回路パターン印刷部と、第１の導電性金属粒子よりも小さい大きさの第２の導電性金属粒子又は導電性高分子を含む導電性液体を吐出して、回路パターン上に導電性液体を塗布する導電性液体供給部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の印刷方式を用いて基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置に関する。

フィルムやガラス等の基材に回路パターンを形成する技術として、平版印刷やスクリーン印刷が考えられる。しかし、これらの印刷では版が必要とされるため、少量多品種の生産には向かない。少量多品種の生産に適当な回路パターン形成技術としては、電子写真法を用いた印刷が考えられる。特許文献１は、セラミックグリーンシート上に回路パターンを形成するにあたって電子写真法により印刷を行う回路パターン形成方法及びそれによって形成された配線基板を開示している。図４は、特許文献１の回路パターン形成方法に用いる電子写真システムの構成図である。

上記回路パターン形成方法は、コロナ帯電器１１により感光体１２の表面を帯電する帯電工程と、感光体１２の表面にレーザ光１３を照射して潜像パターンを形成する露光工程と、供給手段１４により回路形成用荷電性粉末１５を感光体１２の表面の潜像パターンに静電吸着させる現像工程と、潜像パターン上に現像された回路形成用荷電性粉末１５をセラミックグリーンシート１６上へ転写する転写工程と、セラミックグリーンシート１６上に転写された回路形成用荷電性粉末１５を定着させ、セラミックグリーンシート１６上に回路パターンを形成する定着工程とから構成される。定着工程の後、回路パターンが形成されたセラミックグリーンシート１６は焼成される。なお、回路形成用荷電性粉末１５は、導電性金属粒子の外周に熱可塑性樹脂を被覆したものである。

特開２００１−２８４７６８号公報

しかし、電子写真法を用いて基材に回路パターンを形成しても、基材の種類によっては、回路パターンの基材との接着力が所望のレベルに達しない場合がある。接着力が低いと回路パターンが基材から剥がれてしまう。

また、上記説明した回路パターン形成方法によって回路パターンが形成されたセラミックグリーンシート１６を焼成すると、回路形成用荷電性粉末１５の熱可塑性樹脂は融解する。その結果、回路形成用荷電性粉末１５に含まれていた回路パターンを形成する偏平形状の導電性金属粒子がセラミックグリーンシート１６上に残る。しかし、導電性金属粒子は偏平形状であるため、多くの粒子は他の粒子と点接触する。このため、粒子間の接触面積は小さく、粒子間の隙間は大きい。なお、導電性金属粒子が円形または楕円形の場合は、さらに粒子間の接触面積は小さくなり、さらに粒子間の隙間も大きくなる。その結果、回路パターンの導電率は低く、さらに、導電性金属粒子間の結合強度も低い。

なお、少量多品種の生産に適当な回路パターン形成技術として、インクジェットプリンタ又はディスペンサを用いて回路パターンを形成する方法も考えられる。しかし、回路パターンとして必要な厚みをこの方法によって実現するためには、複数回の重ね印刷を行うなどの必要がある。したがって、この方法は、生産性の点で回路パターン形成技術としては適当でない。

本発明の第１の目的は、電子写真法を用いて印刷する回路パターンを高い接着力で基材に形成可能な回路パターン形成装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、電子写真法を用いて印刷する高い導電率の回路パターンを基材に形成可能な回路パターン形成装置を提供することである。

本発明は、基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置であって、接着剤を吐出して、前記回路パターンが形成される前記基材上の領域に前記接着剤を塗布する接着剤供給部と、電子写真方式の印刷によって、前記接着剤供給部が前記接着剤を塗布した前記基材上の領域に導電性金属粒子を供給することで、前記基材に前記回路パターンを印刷する回路パターン印刷部と、を備えた回路パターン形成装置を提供する。

本発明は、基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置であって、電子写真方式の印刷によって前記基材上に第１の導電性金属粒子を供給することで、前記基材に前記回路パターンを印刷する回路パターン印刷部と、前記第１の導電性金属粒子よりも小さい大きさの第２の導電性金属粒子又は導電性高分子を含む導電性液体を吐出して、前記回路パターン上に前記導電性液体を塗布する導電性液体供給部と、を備えた回路パターン形成装置を提供する。

上記回路パターン形成装置では、前記導電性液体の溶媒は接着剤である。

本発明に係る回路パターン形成装置によれば、電子写真法を用いて印刷する回路パターンを高い接着力で基材に形成することができる。また、電子写真法を用いて印刷する高い導電率の回路パターンを基材に形成することができる。

一実施形態の回路パターン形成装置を示す概念図 図１に示す回路パターン形成過程の各状態（ａ）〜（ｅ）を示す図 図１に示した回路パターン形成装置の動作を示すフローチャート 特許文献１の回路パターン形成方法に用いる電子写真システムの構成図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態の回路パターン形成装置を示す概念図である。また、図２は、図１に示す回路パターン形成過程の各状態（ａ）〜（ｅ）を示す図である。図１に示すように、本実施形態の回路パターン形成装置１は、接着剤供給部１００と、回路パターン印刷部２００と、導電性液体供給部３００とを備える。当該回路パターン形成装置１は、接着剤供給部１００、回路パターン印刷部２００、導電性液体供給部３００の順に、各部がフィルムやガラス等の基材に対して所定の処理を行うことよって、導電性の回路パターンを基材に形成する。なお、回路パターンの画像情報は外部から入力され、当該画像情報は、接着剤供給部１００、回路パターン印刷部２００及び導電性液体供給部３００の各々に送られる。また、本実施形態では、基材としてセラミックグリーンシート５１を例に説明する。

接着剤供給部１００は、インクジェット方式のプリンタ又はディスペンサであって、図２（ａ）に示すように、接着剤３１を吐出することによって、セラミックグリーンシート５１に接着剤３１を塗布する。なお、接着剤供給部１００は、後段で回路パターン印刷部２００がセラミックグリーンシート５１上に印刷する回路パターンの領域と略同一の領域に接着剤３１を塗布する。接着剤３１を構成する成分は、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリサルホンン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂又はシリコーン樹脂である。また、接着剤３１の粘度は、接着剤供給部１００がインクジェット方式のプリンタの場合には１〜１００[Ｐａ・ｓ]、接着剤供給部１００がディスペンサの場合には０．００１〜５００．０００[Ｐａ・ｓ]が好ましい。

回路パターン印刷部２００は、電子写真方式のプリンタであって、導電性トナー５３によってセラミックグリーンシート５１に回路パターンを印刷する。回路パターン印刷部２００は、感光ドラム２０１と、帯電器２０３と、露光器２０５と、現像器２０７と、転写器２０９と、残留トナー除去部２１１と、除電部２１３と、定着部２１５とを有する。

感光ドラム２０１は、静電潜像等が担持されるドラム状の像担持体であって、図１に示す矢印Ａ方向に回転する。帯電器２０３は、感光ドラム２０１の表面を帯電させる。露光器２０５は、図示しない制御部から送られた画像情報に基づき、帯電された感光ドラム２０１上にレーザ光を照射して静電潜像を書き込む。現像器２０７は、静電潜像が書き込まれた感光ドラム２０１上の静電潜像を、導電性トナー５３を用いて可視像化する。静電潜像の可視像化によって、導電性トナー５３によるトナー像が感光ドラム２０１上に形成される。

なお、回路パターン印刷部２００が利用する導電性トナー５３は、導電性金属粒子５５の外周に熱可塑性樹脂５７を被覆して、その外周に荷電制御剤を固着させた粉末である。なお、導電性金属粒子５５は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、合金又はカーボンである。但し、これらの金属に限らず、その他の金属粒子又はこれらの酸化物若しくは合金等であっても良い。熱可塑性樹脂５７は、例えば、スチレンアクリル系樹脂である。荷電制御剤は、例えば、アゾ系金属染料である。導電性金属粒子５５の径は例えば１〜２０[μｍ]であり、導電性トナー５３の粒子径は例えば２〜２５[μｍ]である。

転写器２０９は、図２（ｂ）に示すように、感光ドラム２０１上のトナー像をセラミックグリーンシート５１に静電転写する。すなわち、感光ドラム２０１上の導電性トナー５３をセラミックグリーンシート５１に転移させる。残留トナー除去部２１１は、ドラムクリーナであって、感光ドラム２０１上に残留した導電性トナーを除去する。除電部２１３は、感光ドラム２０１の帯電を除去する。定着部２１５は、図２（ｃ）に示すように、転写器２０９によってトナー像が静電転写されたセラミックグリーンシート５１にフラッシュランプ等の光を照射又は熱を加えて、トナー像をセラミックグリーンシート５１に定着させる。

定着部２１５によって導電性トナー５３に熱が加わると、導電性トナー５３の熱可塑性樹脂５７が融解する。その結果、導電性トナー５３に含まれていた導電性金属粒子５５がセラミックグリーンシート５１上に定着し、回路パターンが形成される。但し、導電性金属粒子５５の多くは、他の導電性金属粒子５５と点接触する。

導電性液体供給部３００は、インクジェット方式のプリンタ又はディスペンサであって、図２（ｄ）に示すように、導電性液体３３を吐出することによって、セラミックグリーンシート５１の回路パターン上に導電性液体３３を塗布する。なお、導電性液体供給部３００は、回路パターン印刷部２００がセラミックグリーンシート５１上に印刷した回路パターンの領域と略同一の領域に導電性液体３３を塗布する。回路パターン上に塗布された導電性液体３３は、回路パターンを構成する導電性金属粒子５５間の隙間に浸透する。

導電性液体３３は、回路パターン印刷部２００で利用される導電性トナー５３に含まれる導電性金属粒子５５よりも小さな金属ナノ粒子を含む液体である。金属ナノ粒子は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、合金又はカーボンであり、その粒子径は、例えば、１〜３０[ｎｍ]である。なお、導電性液体３３に含まれる金属ナノ粒子は、導電性トナー５３の導電性金属粒子５５よりも小さければ、マイクロオーダーの大きさでも良い。また、導電性液体供給部３００は、金属ナノ粒子を含む導電性液体３３の代わりに、導電性高分子を含む導電性液体を用いても良い。導電性高分子は、例えば、ドープ状のポリアセチレン、ポリアニリン又はポリピロールである。

また、導電性液体３３の溶媒は、接着剤であっても良い。接着剤を構成する成分は、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリサルホンン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂又はシリコーン樹脂である。また、接着剤の粘度は、導電性液体供給部３００がインクジェット方式のプリンタの場合には１〜１００[Ｐａ・ｓ]、導電性液体供給部３００がディスペンサの場合には０．００１〜５００．０００[Ｐａ・ｓ]が好ましい。なお、溶媒を接着剤とした導電性液体３３は、接着剤供給部１００がセラミックグリーンシート５１に塗布する接着剤３１としても用いられ得る。

上記説明した構成の回路パターン形成装置１によって回路パターン上に導電性液体３３が塗布されたセラミックグリーンシート５１は、図１に示す焼成装置４００に送られる。焼成装置４００は、図２（ｅ）に示すように、接着剤供給部１００によって接着剤３１が塗布された領域に回路パターンが形成され、かつ、導電性液体供給部３００によって回路パターン上に導電性液体３３が塗布されたセラミックグリーンシート５１を１００〜１０００度の雰囲気温度で焼成する。

以下、本実施形態の回路パターン形成装置１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１に示した回路パターン形成装置１の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、接着剤供給部１００は、セラミックグリーンシート５１に接着剤３１を塗布する（ステップＳ１０１）。次に、回路パターン印刷部２００の帯電器２０３は、感光ドラム２０１の表面を帯電させる（ステップＳ１０３）。次に、露光器２０５は、帯電された感光ドラム２０１上に静電潜像を書き込む（ステップＳ１０５）。次に、現像器２０７は、導電性トナー５３を用いて感光ドラム２０１上の静電潜像を可視像化する（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７は、ステップＳ１０１と並行して行われても良い。

次に、転写器２０９は、感光ドラム２０１上のトナー像をセラミックグリーンシート５１に静電転写する（ステップＳ１０９）。次に、定着部２１５は、トナー像をセラミックグリーンシート５１に定着させて、回路パターンを形成する（ステップＳ１１１）。次に、導電性液体供給部３００は、セラミックグリーンシート５１の回路パターン上に導電性液体３３を塗布する（ステップＳ１１３）。最後に、焼成装置４００は、回路パターン上に導電性液体３３が塗布されたセラミックグリーンシート５１を焼成する（ステップＳ１１５）。

なお、図３に示したフローチャート中のステップＳ１０１及びステップＳ１１３は、少なくともいずれか一方が行われても良い。

以上説明したように、本実施形態の回路パターン形成装置１では、回路パターン印刷部２００がセラミックグリーンシート５１に回路パターンを印刷する前に、接着剤供給部１００が、回路パターンと略同一の領域に接着剤３１を塗布する。このため、高い接着力でセラミックグリーンシート５１に回路パターンを形成することができる。

なお、回路パターン印刷部２００の定着部２１５が導電性金属粒子５５をセラミックグリーンシート５１に定着した後、回路パターン形成装置１は、回路パターン外の領域に付着した導電性金属粒子５５を除去しても良い。本実施形態では、高い接着力で回路パターンがセラミックグリーンシート５１上に形成されているため、粘着テープによる除去や負圧吸引による除去時に回路パターンがセラミックグリーンシート５１から剥がれない。

また、本実施形態の回路パターン形成装置１では、回路パターン印刷部２００がセラミックグリーンシート５１に回路パターンを印刷した後、導電性液体供給部３００が、回路パターン上に導電性液体３３を塗布する。上述したように、回路パターン印刷部２００の定着部２１５がトナー像をセラミックグリーンシート５１に定着させた状態では、回路パターンを構成する導電性金属粒子５５同士は点接触している。したがって、導電性金属粒子５５間の接触面積は小さく、導電性金属粒子５５間の隙間は大きい。しかし、導電性液体３３が回路パターンに塗布されると、金属ナノ粒子を含む導電性液体３３が当該隙間に浸透する。この状態で焼成装置４００によって焼成が行われ、金属ナノ粒子が融解して再固化すると、導電性金属粒子５５間の隙間は導通する。その結果、回路パターンの導電率は向上する。

また、回路パターンを構成する導電性金属粒子５５間の接触面積が小さいと、導電性金属粒子５５間の結合強度が低下する。しかし、導電性液体供給部３００が回路パターンに供給する導電性液体３３の溶媒が接着剤であれば、接着剤が導電性金属粒子５５間の隙間に浸透する。このため、導電性金属粒子５５間の結合強度は向上する。

本実施形態では、導電性液体供給部３００が利用する導電性液体３３に含まれる金属ナノ粒子の大きさが、１〜３０[ｎｍ]である。粒径が数ｎｍから数百ｎｍである金属ナノ粒子の大きな特徴は、バルク金属より低い融点を有することである。金属粒子がナノサイズ以下に小さくなると、ナノサイズ効果を有する。ここで「ナノサイズ効果」とは、一般的に普通材料をナノサイズにするときに現われる物理的、化学的な特性変化を言う。金属の場合、例えば、ナノサイズ効果を発現する鉄の断熱応力比率は、通常の鉄より１２倍も高く、ナノサイズ効果を有する金の融点は通常の金の半分程度の水準である。

通常、金属の場合には、約１００ｎｍ以下でナノサイズ効果を発現するが、好ましくは５０ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ以下でナノサイズ効果が明らかに現れる。例えば、銀の場合、一般的な銀の融点は９６１．９℃であるが、約１００ｎｍから融点が低下し始め、１０ｎｍ以下のサイズでは、融点が２００〜２５０℃まで低下する。

このように金属粒子の直径をナノサイズ以下に充分に小さくすると、金属粒子の表面拡散は無視できないほど大きくなり、この表面拡散に起因して粒子相互間の界面が延長される。したがって、粒子サイズがナノサイズ以下になる程、粒子の融点も低くなる。このため、導電性液体３３に含まれる金属ナノ粒子が銀の場合、焼成装置４００が１２０〜３００度の焼成温度で焼成を行えば、導電性液体３３に含まれる金属ナノ粒子は融解する。金属ナノ粒子が融解して再固化すると、回路パターンを構成する導電性金属粒子５５間の隙間が導通する。このように、１〜３０[ｎｍ]の大きさの金属ナノ粒子を含む導電性液体３３を利用することによって、低い焼成温度で回路パターンの導電率を上げることができる。

なお、導電性液体３３は、金属ナノ粒子の代わりに、マイクロオーダーの鱗状の金属粒子を含んでも良い。この場合、金属粒子同士は面接触するため、焼成装置４００は１５０〜２５０度の焼成温度で焼成可能である。

１ 回路パターン形成装置
１００ 接着剤供給部
２００ 回路パターン印刷部
３００ 導電性液体供給部
４００ 焼成装置
２０１ 感光ドラム
２０３ 帯電器
２０５ 露光器
２０７ 現像器
２０９ 転写器
２１１ 残留トナー除去部
２１３ 除電部
２１５ 定着部

Claims (3)

1. 基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置であって、
   接着剤を吐出して、前記回路パターンが形成される前記基材上の領域に前記接着剤を塗布する接着剤供給部と、
   電子写真方式の印刷によって、前記接着剤供給部が前記接着剤を塗布した前記基材上の領域に導電性金属粒子を供給することで、前記基材に前記回路パターンを印刷する回路パターン印刷部と、
   を備えたことを特徴とする回路パターン形成装置。
2. 基材に回路パターンを形成する回路パターン形成装置であって、
   電子写真方式の印刷によって前記基材上に第１の導電性金属粒子を供給することで、前記基材に前記回路パターンを印刷する回路パターン印刷部と、
   前記第１の導電性金属粒子よりも小さい大きさの第２の導電性金属粒子又は導電性高分子を含む導電性液体を吐出して、前記回路パターン上に前記導電性液体を塗布する導電性液体供給部と、
   を備えたことを特徴とする回路パターン形成装置。
3. 請求項２に記載の回路パターン形成装置であって、
   前記導電性液体の溶媒は接着剤であることを特徴とする回路パターン形成装置。

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