JP2011014743A - メンブレン配線板 - Google Patents

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Abstract

【課題】絶縁被覆層で被覆しても優れた導電性を有する回路層を形成することができるメンブレン配線板を提供すること。
【解決手段】プラスチック基材1上に、導電性ペーストを塗布して第1回路層2aを形成し、第1回路層2aを樹脂組成物で被覆して第1絶縁被覆層3を形成する第1工程と、導電性ペーストを塗布して第2回路層2bを形成し、第2回路層2bを樹脂組成物で被覆して第2絶縁被覆層4を形成する第2工程を経て得られるメンブレン配線板であって、導電性ペーストが導電粉とバインダ樹脂とを含み、導電粉がフレーク状の銀粒子から構成され、樹脂組成物が紫外線硬化型インキで構成されるメンブレン配線板100。
【選択図】図1

Description

本発明は、メンブレン配線板に関する。
ノートパソコンの基板間接続配線材やデジタル家電用のスイッチ回路として、メンブレン配線板が使用される。メンブレン配線板は、プラスチックなどの可撓性を有するフィルム上に銀ペーストを印刷して回路層を形成してなるものである(下記特許文献1参照)。このように、メンブレン配線板は、プラスチックフィルム上に銅をエッチング又はめっきして回路層を形成するフレキシブルプリント配線板(FPC)に比べて、低コストで容易に製造できることから、FPCの安価な代替品としてよく使用されるようになってきている。
特開2006−261198号公報
ところで、近年、メンブレン配線板のさらなる小型化が要求されており、それに伴って、回路層の多層化も行われるようになっている。回路層を多層化するためには各回路層を絶縁層で被覆することが必要となる。また銀ぺースト中に含まれる導電粉としては、フレーク状や球状の銀粒子が用いられている。
しかし、銀ペースト中の導電粉としてフレーク状の銀粒子が用いられると、回路層に樹脂組成物を塗布し硬化させて絶縁被覆層を形成した場合に回路層の抵抗が大きくなり、回路層の導電性が低下する場合があった。このことは、多層の回路層を有するメンブレン配線板を製造する上で障害となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、絶縁被覆層で被覆しても優れた導電性を有する回路層を形成することができるメンブレン配線板を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、回路層に樹脂組成物を塗布し硬化させる際に、樹脂組成物中の成分(例えば溶剤や低分子量成分)が回路層中に侵入し、回路層に含まれるバインダ樹脂を膨潤又は溶解させることによって、互いに接触した導電粉同士が離間し、これにより導電性が低下するのではないかと考えた。そこで、本発明者はさらに鋭意研究を重ねた結果、回路層に、有機溶剤を使用しないいわゆる無溶剤型の紫外線硬化型インキを塗布し硬化させて絶縁被覆層を形成することで、導電性ペースト中のバインダ樹脂の膨潤又は溶解を抑制し、それによって上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、プラスチック基材上に、導電性ペーストを塗布して第1回路層を形成し、前記第1回路層を樹脂組成物で被覆して第1絶縁被覆層を形成する第1工程と、導電性ペーストを塗布して第2回路層を形成し、前記第2回路層を樹脂組成物で被覆して第2絶縁被覆層を形成する第2工程と、を経て得られるメンブレン配線板であって、前記導電性ペーストが導電粉とバインダ樹脂とを含み、前記導電粉がフレーク状の銀粒子から構成され、前記樹脂組成物が紫外線硬化型インキで構成されることを特徴とするメンブレン配線板である。
このメンブレン配線板によれば、上記導電性ペーストを塗布して第1回路層を形成し、この第1回路層に樹脂組成物として紫外線硬化型インキを塗布し硬化させて第1絶縁被覆層を形成すると、紫外線硬化型インキは通常、有機溶剤を含まないため、第1回路層に樹脂組成物を塗布する際に第1回路層中のバインダ樹脂を膨潤又は溶解させにくく、フレーク状の銀粒子同士を離間させにくい。このため、第1回路層の抵抗の上昇が十分に抑制される。同様に、上記導電性ペーストを第1絶縁被覆層に塗布して第2回路層を形成し、この第2回路層に樹脂組成物として紫外線硬化型インキを塗布し硬化させて第2絶縁被覆層を形成すると、第2回路層に樹脂組成物を塗布する際に紫外線硬化型インキが第2回路層中のバインダ樹脂を膨潤又は溶解させにくく、フレーク状の銀粒子同士を離間させにくい。このため、第2回路層の抵抗の上昇が十分に抑制される。よって、絶縁被覆層で被覆されても優れた導電性を有する第1及び第2回路層が実現される。
上記メンブレン配線板において、前記バインダ樹脂が飽和ポリエステル樹脂であることが好ましい。この場合、基材、特にPET製の基材への密着性が向上するという利点がある。
ここで、前記紫外線硬化型インキがポリウレタン(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。
この場合、紫外線硬化型インキが、導電ペースト中のバインダ樹脂により膨潤又は溶解させにくくなる。このため、より優れた導電性を有する回路層を実現することができる。
なお、本発明において、フレーク状の銀粒子とは、導電粉のみを倍率1000〜3000倍の電子顕微鏡で観察した場合に最小長さに対する最大長さの比が1.1を超える粒子を言うものとする。
本発明によれば、絶縁被覆層で被覆しても優れた導電性を有する回路層を形成することができるメンブレン配線板が提供される。
本発明のメンブレン配線板の一実施形態を示す平面図である。 図1のII−II線に沿った断面図である。
以下、本発明の実施形態について図1及び図2を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るメンブレン配線板の一実施形態を示す平面図、図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。図1及び図2に示すように、本実施形態のメンブレン配線板100は、プラスチック基材1と、プラスチック基材1上に設けられる第1回路層2aと、プラスチック基材1上に第1回路層2aを覆うように設けられる第1絶縁被覆層3と、第1絶縁被覆層3上に設けられる第2回路層2bと、第1絶縁被覆層3上に第2回路層2bを覆うように設けられる第2絶縁被覆層4とを備える。
第1回路層2a及び第2回路層2bはいずれも、導電粉とバインダ樹脂とを含む。導電粉は、フレーク状の銀粒子から構成され、フレーク状の銀粒子同士は互いに接触した状態で保持されている。
メンブレン配線板100は以下のようにして得ることができる。
まずプラスチック基材1を準備する。プラスチック基材1を構成するプラスチックは、プラスチックであれば特に限定されるものではない。このようなプラスチックとしては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリエチレンナフタレート樹脂(PEN)などのポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。
次に導電性ペーストを準備する。導電性ペーストとしては、導電粉と、バインダ樹脂とを含むものが用いられる。導電粉は、フレーク状の銀粒子から構成される。即ち導電粉中のフレーク状銀粒子の含有率は100質量%である。
導電粉のうちフレーク状の銀粒子の平均粒径は、特に制限されるものではないが、通常は0.1〜20μmであり、好ましくは0.5〜10μmであり、更に好ましくは1.0〜6.0μmである。なお、フレーク状の銀粒子の粒径とは、銀粒子を電子顕微鏡にて観察した場合に、下記式:
粒径=(最小長さ+最大長さ)/2
で算出される値を言う。
バインダ樹脂としては、飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。中でも、飽和ポリエステル樹脂が、導電性ペーストの硬化収縮を抑制する点から好ましい。
導電性ペーストは、導電粉及びバインダ樹脂のほか、通常は溶剤を含む。溶剤としては、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、イソホロン、テルピネオール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテートなどの有機溶剤を用いることができる。
導電性ペースト中において、導電粉は、バインダ樹脂100質量部に対して好ましくは230〜1900質量部添加し、より好ましくは400〜900質量部添加する。導電粉の添加量が上記範囲内にあると、第1回路層2a及び第2回路層2bの導電性をより向上させることができ、印刷性及び塗膜特性も向上するという利点もある。
次に、プラスチック基材1上に印刷法によって上記導電性ペーストを塗布する。印刷法としては、例えばスクリーン印刷法、グラビア印刷法、転写印刷法、ロールコート法などを採用することができる。
次いで、導電性ペーストを乾燥させる。乾燥は、例えば120℃〜180℃の温度で、30〜120分間加熱すればよい。これにより、導電性ペースト中の溶剤が除去され、フレーク状の銀粒子同士が互いに接触する。こうしてプラスチック基材1上に第1回路層2aが得られる。
次に、プラスチック基材1上に第1回路層2aを覆うように第1絶縁被覆層3を形成する(第1工程)。第1絶縁被覆層3は、プラスチック基材1上に第1回路層2aに樹脂組成物を塗布し硬化させることによって得ることができる。このとき、樹脂組成物としては、紫外線硬化型インキを用いる。ここで、紫外線硬化型インキは、紫外線硬化性樹脂及び光重合開始剤を含んで構成されるものである。
紫外線硬化型インキは一般に有機溶剤を含まないため、第1回路層2aに樹脂組成物を塗布する際に第1回路層2a中のバインダ樹脂を膨潤又は溶解させにくい。このため、第1回路層2aの抵抗の上昇が抑制され、より優れた導電性を有する第1回路層2aが実現される。
紫外線硬化性樹脂としては、例えばポリエステル(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレート及びポリエーテル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。第1回路層2a中のバインダ樹脂として飽和ポリエステル樹脂を用いる場合には、導電性ペースト中のバインダ樹脂をより膨潤させにくいことから、ポリウレタン(メタ)アクリレートが好ましい。
樹脂組成物の硬化は、樹脂組成物に紫外線を照射して行う。
次に、第1絶縁被覆層3の上に、上記と同様の導電性ペーストを印刷法によって塗布し、乾燥させる。乾燥は上記の導電性ペーストを乾燥させる場合と同様にして行うことができる。こうして第1絶縁被覆層3の上に第2回路層2bが得られる。
最後に、第1絶縁被覆層3の上に、第2回路層2bを覆うように第2絶縁被覆層4を形成する(第2工程)。第2絶縁被覆層4も、第1絶縁被覆層3と同様、第2回路層2bを覆うように第1絶縁被覆層3上に樹脂組成物を塗布し硬化させる。このとき、樹脂組成物としては、第1絶縁被覆層3を形成した場合と同様に紫外線硬化型インキを用いる。こうしてメンブレン回路板100が得られる。
上記のメンブレン回路板100の製造方法によれば、導電性ペーストをプラスチック基材1上に塗布し乾燥させて第1回路層2aを形成し、さらに第1回路層2aに樹脂組成物として紫外線硬化型インキを塗布し硬化させて第1絶縁被覆層3を形成すると、導電ペースト中のバインダ樹脂が、樹脂組成物中の成分によって膨潤又は溶解されることが十分に抑制される。このため、フレーク状の銀粒子同士は互いに接触した状態で保持される。従って、第1回路層2aの抵抗の上昇を抑制することができ、優れた導電性を有する第1回路層2aを実現することができる。同様に、導電性ペーストを第1絶縁被覆層3上に塗布し乾燥させて第2回路層2bを形成し、さらに第2回路層2bに樹脂組成物として紫外線硬化型インキを塗布し硬化させて第2絶縁被覆層4を形成した場合も、導電ペースト中のバインダ樹脂が、樹脂組成物中の成分によって膨潤又は溶解されることが十分に抑制される。このため、フレーク状の銀粒子同士は互いに接触した状態で保持される。従って、第2回路層2bの抵抗の上昇を抑制することができ、優れた導電性を有する第2回路層2bを実現することができる。このため、メンブレン配線板100は、回路層の多層化に極めて有用である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、回路層が2層形成されているが、回路層は3層以上形成されてもよい。この場合は、上記導電性ペーストを用いて回路層を形成し、この回路層に樹脂組成物を塗布し硬化させて絶縁被覆層を形成する工程を繰り返し行えばよい。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
まず以下のようにして導電性ペーストを準備した。即ちフレーク状の銀粒子、バインダ樹脂、有機溶剤および硬化剤を混合し、3本ロールで混練して導電性ペーストを得た。このとき、フレーク状の銀粒子、バインダ樹脂は、表1に示す割合で混合し、硬化剤は、バインダ樹脂100質量部に対して20質量部添加した。なお、表1に示す割合は、固形分ベース、即ち固形分の合計を100質量%とした場合の割合を示す。フレーク状の銀粒子、バインダ樹脂、有機溶剤及び硬化剤としては、具体的には、下記のものを用いた。
フレーク状銀粒子:大研化学工業(株)製S−303(平均粒径2.4μm)
バインダ樹脂 :東洋紡績(株)製バイロン300
有機溶剤 :カルビトールアセテート
硬化剤 :ディスモジュールTPLS2759(ブロックHMDI)
次に、上記導電性ペーストを厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基材上にスクリーン印刷法によって、所定形状の印刷パターンとなるように塗布し、150℃で30分間乾燥させた。上記印刷パターンは、直線部と、直線部の両端に設けられる四角形状の引出端子部とで構成し、直線部は、乾燥後の厚さが8μm、幅0.4mm、長さ5cmとなるように形成し、引出端子部は、乾燥後の厚さが8μm、幅3mm、長さ5mmとなるように形成した。こうしてプラスチック基材上に第1回路層を得た。
次に、レジストインク(樹脂組成物)として、紫外線硬化型インキ(互応化学工業(株)製PTF−6D)を、第1回路層の直線部を覆って引出端子部を露出させるように塗布し、メタルハライドランプを用いて強度1000mJ/cmの光を出力することにより、紫外線硬化型インキに紫外線を照射して紫外線硬化型インキを硬化させた。続いて、上記と同様にして、上記の紫外線硬化型インキを、紫外線照射により硬化させた紫外線硬化型インキの上に重ねて塗布し、この紫外線硬化型インキに、上記と同様にして紫外線を照射して紫外線硬化型インキを硬化させた。こうして、厚さ24μmの第1絶縁被覆層を得た。
次に、上記の導電性ペーストを第1絶縁被覆層上にスクリーン印刷法によって所定形状のパターンとなるように塗布し、150℃で30分間乾燥させた。このパターンは、第1回路層と同一のパターンで構成し、寸法も第1回路層と同一とした。こうして第1絶縁被覆層上に第2回路層を得た。
最後に、第2回路層の直線部を覆って引出端子部を露出させるように第1回路層の製造に使用したレジストインクである紫外線硬化型インキを、第2回路層を覆うように塗布し、この紫外線硬化型インキに上記と同様にして紫外線を照射して紫外線硬化型インキを硬化させた。続いて、上記と同様にして、第1回路層の製造に使用した紫外線硬化型インキを、紫外線照射により硬化させた紫外線硬化型インキの上に重ねて塗布し、この紫外線硬化型インキに、上記と同様にして紫外線を照射して紫外線硬化型インキを硬化させた。こうして厚さ24μmの第2絶縁被覆層を得た。以上のようにしてメンブレン配線板を得た。
(実施例2)
導電性ペースト中のフレーク状の銀粒子として、大研化学工業(株)製S−303(平均粒径2.4μm)に代えて、大研化学工業(株)製S−302(平均粒径6.2μm)のものを用いたこと以外は実施例1と同様にしてメンブレン配線板を得た。
(実施例3)
導電ペーストとして、藤倉化成(株)製FA−353Nを用いるとともに、第1及び第2絶縁被覆層を形成するための樹脂組成物として、互応化学工業(株)製PTF−6Dに代えて、互応化学工業(株)製PTF−250Gを用いることによって、フレーク状銀粒子の平均粒径及び紫外線硬化型インキの樹脂材料を変更したこと以外は実施例1と同様にしてメンブレン配線板を得た。なお、藤倉化成(株)製FA−353Nは、フレーク状の銀粒子及びバインダ樹脂を表1に示す配合割合で含んでいる。
(実施例4)
導電ペーストとして、藤倉化成(株)製FA−353Nを用いたこと以外は実施例1と同様にしてメンブレン配線板を得た。
(比較例1)
第1及び第2絶縁被覆層を形成するためのレジストインク(樹脂組成物)として、紫外線硬化型インキに代えて、溶剤型インキであるポリエステル樹脂組成物(藤倉化成(株)製XB−101G)を用い、ボックス型加熱炉にてポリエステル樹脂組成物を150℃で30分間加熱して硬化させることにより第1絶縁被覆層及び第2絶縁被覆層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてメンブレン配線板を得た。
(比較例2)
第1及び第2絶縁被覆層を形成するためのレジストインク(樹脂組成物)として、紫外線硬化型インキに代えて、溶剤型インキであるポリエステル樹脂組成物(藤倉化成(株)製XB−101G)を用い、ボックス型加熱炉にてポリエステル樹脂組成物を150℃で30分間加熱して硬化させることにより第1絶縁被覆層及び第2絶縁被覆層を形成したこと以外は実施例2と同様にしてメンブレン配線板を得た。
(比較例3)
第1及び第2絶縁被覆層を形成するためのレジストインク(樹脂組成物)として、紫外線硬化型インキに代えて、溶剤型インキであるポリエステル樹脂組成物(アサヒ化学研究所(株)製CR−18G)を用い、ボックス型加熱炉にてポリエステル樹脂組成物を150℃で30分間加熱して硬化させることにより第1絶縁被覆層及び第2絶縁被覆層を形成したこと以外は実施例3と同様にしてメンブレン配線板を得た。
(比較例4)
第1及び第2絶縁被覆層を形成するためのレジストインク(樹脂組成物)として、紫外線硬化型インキに代えて、溶剤型インキであるポリエステル樹脂組成物(藤倉化成(株)製XB−101G)を用い、ボックス型加熱炉にてポリエステル樹脂組成物を150℃で30分間加熱して硬化させることにより第1絶縁被覆層及び第2絶縁被覆層を形成したこと以外は実施例4と同様にしてメンブレン配線板を得た。


Figure 2011014743
<第1回路層及び第2回路層の導電性評価>
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られたメンブレン配線板について以下の特性を評価した。
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られたメンブレン配線板の製造途中において、第1回路層の印刷・乾燥直後の抵抗(R1)を測定するとともに、メンブレン配線板の完成後の第1回路層の抵抗(R1’)を測定した。結果を表1に示す。なお、このとき、抵抗R1、R1’は、4端子法によって測定した。そして、抵抗上昇率を下記式:
抵抗上昇率=100×(R1’−R1)/R1
に基づいて算出した。結果を表1に示す。
また実施例1〜4及び比較例1〜4で得られたメンブレン配線板の製造途中において、第2回路層の印刷・乾燥直後の抵抗(R2)を測定するとともに、メンブレン配線板の完成後の第2回路層の抵抗(R2’)を測定した。結果を表1に示す。なお、このとき、抵抗R2、R2’も4端子法によって測定した。そして、抵抗上昇率を下記式:
抵抗上昇率=100×(R2’−R2)/R2
に基づいて算出した。結果を表1に示す。
なお、表1における各実施例及び比較例の抵抗値及び抵抗上昇率は、10個のメンブレン配線板について測定した抵抗値及び抵抗上昇率の平均値を示すものである。
表1に示す結果より、実施例1〜4のメンブレン配線板は、比較例1〜4のメンブレン配線板に比べて、抵抗の上昇が著しく抑制され、優れた導電性を有する回路層を実現できることが分かった。
従って、本発明のメンブレン配線板によれば、絶縁被覆層で被覆しても優れた導電性を有する回路層を形成することができることが確認された。
1…プラスチック基材、2a…第1回路層、2b…第2回路層、3…第1絶縁被覆層、4…第2絶縁被覆層、100…メンブレン配線板。

Claims (3)

  1. プラスチック基材上に、導電性ペーストを塗布して第1回路層を形成し、前記第1回路層を樹脂組成物で被覆して第1絶縁被覆層を形成する第1工程と、導電性ペーストを塗布して第2回路層を形成し、前記第2回路層を樹脂組成物で被覆して第2絶縁被覆層を形成する第2工程と、を経て得られるメンブレン配線板であって、
    前記導電性ペーストが導電粉とバインダ樹脂とを含み、
    前記導電粉がフレーク状の銀粒子から構成され、
    前記樹脂組成物が紫外線硬化型インキで構成されること、
    を特徴とするメンブレン配線板。
  2. 前記バインダ樹脂が飽和ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のメンブレン配線板。
  3. 前記紫外線硬化型インキがポリウレタン(メタ)アクリレートを含むことを特徴とする請求項2に記載のメンブレン配線板。
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