JP2015184551A - 液体現像剤及び回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上への導電性パターンの形成に使用される新規な液体現像剤を提供する。
【解決手段】絶縁材料により表面処理されていてもよい金属粒子と、キャリア液と、を含有する液体現像剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、液体現像剤及び回路基板に関する。

電気回路で使用される樹脂製基板等に電気回路を作製する技術は、フォトリソグラフィによる方法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法による直接描画等がすでに実用化されてきている。

これらの方法のうち、フォトリソグラフィによる方法及びスクリーン印刷法ではマスクや版を使用するため必要とされる回路をオンデマンドで作製できず、かつマスクや版のコストが高価であった。
インクジェット法においては、直接の描画が可能であるが、導電性インクの調製、インクと基材との濡れ性の制御、配線が薄膜であるため電流に対する耐性が取れないなどの技術課題が多く存在する。

一方、電子写真方式としては、乾式電子写真方式による金属粒子を用いた特殊な現像方式による回路形成技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
他に、光硬化トナーにより金属皮膜基材に配線パターンを作製したのち、エッチング処理にて回路を作製する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
また、液体現像剤を用い配線パターンを作製した後、金属メッキにより導電性を付与する技術が記載されている（例えば、非特許文献１参照。）。

特開２００８−１８５９８０号公報 特開２００８−２７０３９８号公報

２００５年度ビジネス機器関連技術報告書III−３

本発明は、基板上への導電性パターンの形成に使用される新規な液体現像剤を提供することを目的とする。

前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
即ち、請求項１に係る発明は、
絶縁材料により表面処理されていてもよい金属粒子と、キャリア液と、を含有する液体現像剤。

請求項２に係る発明は、
前記金属粒子が、周期表における第４族乃至第１３族元素からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む請求項１に記載の液体現像剤。

請求項３に係る発明は、
前記絶縁材料が、絶縁性高分子である請求項１又は請求項２に記載の液体現像剤。

請求項４に係る発明は、
前記キャリア液の比誘電率が、１．５以上２．５以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液体現像剤。

請求項５に係る発明は、
基板と、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液体現像剤を用いて前記基板上に作製された導電性パターンと、を有する回路基板。

請求項１に係る発明によれば、基板上への導電性パターンの形成に使用される新規な液体現像剤が提供される。
請求項２に係る発明によれば、金属粒子が、周期表における第４族乃至第１３族元素からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含まない場合に比較して、導電性の向上による低抵抗化の効果が得られる。
請求項３に係る発明によれば、絶縁材料が、絶縁性高分子でない場合に比較して、静電的な現像転写の際に良好なパターン作製が可能となる効果が得られる。
請求項４に係る発明によれば、キャリア液の比誘電率が、１．５以上２．５以下の範囲外である場合に比較して、金属粒子含有現像液に対する現像性及び転写性の向上効果が得られる。
請求項５に係る発明によれば、液体現像剤を用い作製された導電性パターンを有する回路基板が得られる。

本実施形態で使用される導電性パターン形成装置の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明の液体現像剤及び回路基板の実施形態について詳細に説明する。

＜液体現像剤＞
本実施形態に係る液体現像剤は、絶縁材料により表面処理されていてもよい金属粒子と、キャリア液と、を含有するものである。
本実施形態に係る液体現像剤を用いることで、導電性パターンを有する回路基板が容易に製造される。
一方、特許文献１に記載の乾式電子写真方式による金属粒子を用いて導電性パターンを形成する場合、金属粒子の粒径が１０μｍ程度と大きいため、作製される回路の解像度（ラインアンドスペース、Ｌ／Ｓ）はかなり荒くなってしまうことがある。
特許文献２に記載の方法は、エッチング工程を有するため、導電性パターンを形成する場合に製造工程的にもメリットが少ない。
非特許文献１に記載の液体現像剤を用い、定着後金属メッキにて導電性を付与する技術では、表面の導電率は低くなるが、体積抵抗が絶縁体と同様になり回路としては問題となることがある。
本実施形態に係る液体現像剤を用いることで、導電性パターンを有する回路基板を形成する際に、上述のような問題点が生じにくい。

以下、本実施形態に係る液体現像剤の構成成分について、詳細に説明する。

−金属粒子−
本実施形態に係る液体現像剤は、金属粒子を含有する。本実施形態で用いられる金属粒子は、絶縁材料により表面処理されていてもよいし、絶縁材料により表面処理されていなくてもよい。

本実施形態で用いられる金属粒子を構成する金属としては、特に限定されるものではない。本実施形態で用いられる金属粒子は、周期表における第４族乃至第１３族元素からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
本実施形態で用いられる金属粒子を構成する金属の具体例としては、金、銀、銅、アルミニウム、プラチナ、クロム、ニッケル、スズ、鉄等が挙げられる。これらの中でも、配線抵抗の観点から金、銀、銅、アルミが好ましく、金属粒子の表面安定性から金、銀、銅がより好ましい。本実施形態においては、これらの金属を１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。金属粒子を構成する金属が２種以上である場合、合金であってもよいし、混合物であってもよい。

本実施形態で用いられる金属粒子の体積平均粒子径は、０．００１μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、０．００１μｍ以上２．０μｍ以下がより好ましく０．００５μｍ以上１．０μｍ以下が更に好ましい。
金属粒子の体積平均粒子径が０．００１μｍ以上５．０μｍ以下の範囲であれば、導電性パターンの解像度（Ｌ／Ｓ）が向上する。
本実施形態において、金属粒子が絶縁材料により表面処理されている場合における金属粒子の体積平均粒子径とは、表面処理されている状態の金属粒子の体積平均粒子径をいう。

金属粒子の体積平均粒子径は、マイクロトラックＵＰＡ９３４０（日機装社製）を用いて測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤（アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい）の５質量％水溶液２ｍｌ中に測定試料を０．５ｍｇ以上５０ｍｇ以下加える。これを蒸留水１００ｍｌ以上１５０ｍｌ以下中に添加する。
試料を懸濁した分散液は超音波分散器で１分間分散処理を行うことが必要である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲（チャネル）に対して体積を小径側から累積分布を描いて、累積１６％となる粒径を体積粒径Ｄ１６ｖ、累積５０％となる粒径を体積平均粒径Ｄ５０ｖ、累積８４％となる粒径を体積粒径Ｄ８４ｖと定義する。
これらを用いて、体積平均粒度分布指標（ＧＳＤｖ）は（Ｄ８４ｖ／Ｄ１６ｖ）^１／２、として算出される。

また、金属粒子の体積平均粒度分布指標ＧＳＤｖは１．５以下が望ましい。体積平均粒度分布指標ＧＳＤｖは１．３０以下であることがより望ましい。
本実施形態において、金属粒子が絶縁材料により表面処理されている場合におけるＧＳＤｖとは、表面処理されている状態の金属粒子のＧＳＤｖをいう。

本実施形態において、金属粒子の表面処理に用いられる絶縁材料としては、液体現像剤に使用されるキャリア液に対して溶解しないものであれば使用が可能である。本実施形態においては、絶縁材料が絶縁性高分子であることが好ましい。
ここで、絶縁材料がキャリア液に「溶解しない」とは、高分子材料がキャリア液に対して膨潤が起きても溶解度は１％以下の状態を意味する。
本実施形態で使用される絶縁性高分子としては、従来使用されている乾式電子写真用トナーの結着樹脂として使用されうる樹脂が挙げられる。具体的には、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、スチレン−（メタ）アクリレート共重合樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。また、絶縁性高分子としては、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂が挙げられる。絶縁材料は、１種単独で使用されても、２種以上が併用されてもよい。これらの中でも、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン−（メタ）アクリレート共重合樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂がより好ましい。なお（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。

金属粒子が絶縁材料により表面処理されている場合、金属粒子表面への絶縁材料の付着量としては、金属粒子１００質量部に対して０．０１質量部以上１０質量部以下が好ましく、０．１質量部以上１．０質量部以下がより好ましい。

金属粒子を絶縁材料により表面処理する方法としては、絶縁材料、及び必要に応じて各種添加剤を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法等が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する絶縁材料、塗布適性等を勘案して選択すればよい。
具体的な表面処理方法としては、金属粒子を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を金属粒子表面に噴霧するスプレー法、金属粒子を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中で金属粒子と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。

［キャリア液］
キャリア液は、金属粒子を分散させるための絶縁性の液体であり、特に制限はない。本実施形態で用いられるキャリア液としては、絶縁性の観点から、沸点が５０℃以上のアルカン類、芳香族炭化水素類、シリコーンオイルなどを使用してもよい。
キャリア液としては、例えば、パラフィンオイル等の脂肪族系炭化水素溶媒（市販品では、松村石油社製モレスコホワイトＭＴ−３０Ｐ、モレスコホワイトＰ４０、モレスコホワイトＰ７０、エクソン化学社製アイソパーＬ、アイソパーＭなど）、ナフテン系オイル等の炭化水素系溶媒（市販品では、エクソン化学社製 エクソールＤ８０、エクソールＤ１１０、エクソールＤ１３０、日本石油化学社製 ナフテゾールＬ、ナフテゾールＭ、ナフテゾールＨ、Ｎｅｗナフテゾール１６０、Ｎｅｗナフテゾール２００、Ｎｅｗナフテゾール２２０、ＮｅｗナフテゾールＭＳ−２０Ｐなど）が挙げられ、それらの中に、トルエン等の芳香族化合物を含有させてもよい。

本実施形態に係る液体現像剤に含まれるキャリア液は、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。キャリア液を２種以上の混合系として用いる場合は、例えば、パラフィン系溶剤と植物油との混合系や、シリコーン系溶剤と植物油との混合系が挙げられ、パラフィン系溶剤と植物油との混合系であることが望ましい。

本実施形態において、キャリア液の比誘電率が、１．５以上２．５以下であることが好ましく、１．５以上２．０以下であることがより好ましい。なお、キャリア液を２種以上の混合系として用いる場合、キャリア液の比誘電率は、混合系の比誘電率をいう。

本実施形態において金属粒子が絶縁材料により表面処理される場合、当該絶縁材料とキャリア液との組合せとしては、絶縁材料の溶解性の理由から、ポリエステル樹脂（絶縁材料）と脂肪族系炭化水素溶媒（キャリア液）との組合せ又はポリエステル樹脂（絶縁材料）とシリコーンオイル（キャリア液）との組合せ等が好ましい。

キャリア液は、各種副資材、例えば、分散剤、乳化剤、界面活性剤、安定化剤、湿潤剤、増粘剤、起泡剤、消泡剤、凝固剤、ゲル化剤、沈降防止剤、帯電制御剤、帯電防止剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、付香剤、粘着防止剤、離型剤等を含んでいてもよい。

［液体現像剤の製造方法］
本実施形態に係る液体現像剤は、既述の金属粒子とキャリア液とを、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、ビーズミル等の分散機を用いて混合して、金属粒子をキャリア液中に分散することにより得られる。
なお、金属粒子のキャリア液中への分散は分散機に限られず、ミキサーのごとく、特殊な攪拌羽根を回転させ分散してもよいし、ホモジナイザーとして知られるローター・ステーターの剪断力で分散してもよいし、超音波によって分散してもよい。

キャリア液中の金属粒子の濃度は、液体現像剤の粘度を適性にコントロールし、現像機内の現像液循環をスムーズにするという観点から、０．５質量％以上４０質量％以下の範囲とすることが望ましく、１質量％以上３０質量％以下の範囲とすることがより望ましい。

その後、得られた分散液を、例えば孔径１００μｍの膜フィルターを用いて濾過し、ゴミ及び粗大粒子を除去してもよい。

＜回路基板＞
本実施形態に係る回路基板は、基板と、本実施形態に係る液体現像剤を用いて前記基板上に作製された導電性パターンと、を有する回路基板である。本実施形態に係る回路基板は、本実施形態に係る液体現像剤を用いる導電性パターン形成装置により製造されてもよい。

本実施形態に係る回路基板の製造に用いられる基板としては、ポリイミド樹脂基板、ポリエーテルスルホン樹脂基板、ポリアミド樹脂基板、等が挙げられる。

本実施形態に係る回路基板を製造するための導電性パターン形成装置としては、液体現像剤として本実施形態に係る液体現像剤を用いるものであれば特に限定されるものではない。
本実施形態で使用される導電性パターン形成装置は、例えば、静電潜像保持体と、前記静電潜像保持体の表面を帯電する帯電装置と、前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、本実施形態に係る液体現像剤を貯留し且つ前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を前記液体現像剤により現像して導電性パターン像を形成する現像装置と、前記導電性パターン像を基板上に転写する転写装置と、前記基板上の前記導電性パターン像に加熱および加圧を施して基板に定着させる定着装置と、を有する導電性パターン形成装置が挙げられる。

また本実施形態に係る回路基板を製造するための導電性パターン形成方法は、少なくとも前述の本実施形態に係る液体現像剤を用いていれば特に限定されるものではなく、例えば、静電潜像保持体の表面を帯電する帯電工程と、前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を本実施形態に係る液体現像剤により現像して導電性パターン像を形成する現像工程と、前記導電性パターン像を基板上に転写する転写工程と、前記基板上の前記導電性パターン像に加熱および加圧を施して基板上に定着させる定着工程と、を有する導電性パターン形成方法が挙げられる。

以下、本実施形態で使用される導電性パターン形成方法および導電性パターン形成装置の構成について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態で使用される導電性パターン形成装置の一例を示す概略構成図である。
形成装置１００は、感光体（静電潜像保持体）１０、帯電装置２０、露光装置（潜像形成装置）１２、現像装置１４、中間転写体１６、クリーナ１８、転写ローラ（転写装置）２８、加熱加圧ロール（定着装置）３４Ａおよび３４Ｂを含んで構成される。
感光体１０は円柱形状を有し、前記感光体１０の外周に、帯電装置２０、露光装置１２、現像装置１４、中間転写体１６、およびクリーナ１８が順次設けられ、中間転写体１６に転写された導電性パターン像２６が基板３０に転写される位置に転写ローラ２８が設けられ、更に基板３０の進行方向の転写ローラ２８よりも下流側に加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂが対を成して設けられる。
以下、この形成装置１００の動作について簡単に説明する。

帯電装置２０が感光体１０の表面を予め定められた電位に帯電させ、帯電された表面を画像信号に基づき、露光装置１２が、例えばレーザ光線によって露光して静電潜像を形成する。
現像装置１４は、現像ローラ１４ａと現像剤収納容器１４ｂとを含んで構成される。現像ローラ１４ａは、現像剤収納容器１４ｂに収納される液体現像剤２４に一部が浸るよう設けられる。液体現像剤２４中では、金属粒子は分散されているが、例えば液体現像剤２４を、さらに現像剤収納容器１４ｂ内に設けられる攪拌部材によって攪拌してもよい。

現像ローラ１４ａに供給された液体現像剤２４は、規制部材によって定められた供給量に制限された状態で現像ローラ１４ａの矢印Ａ方向への回転に伴い感光体１０に向けて搬送され、現像ローラ１４ａと感光体１０とが向かい合う（または接触する）位置で静電潜像に供給される。これによって静電潜像は顕像化されて導電性パターン像２６となる。

現像された導電性パターン像２６は、図の矢印Ｂ方向に回転する感光体１０に搬送され、基板３０に転写されるが、本実施形態では、基板３０に転写する前に一旦中間転写体１６に導電性パターン像を転写する。このとき、感光体１０および中間転写体１６間に周速差を設けてもよい。

次いで、中間転写体１６により矢印Ｃ方向に搬送された導電性パターン像２６は、転写ローラ２８との接触位置において基板３０に転写される。

転写ローラ２８の基板３０進行方向下流には加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂが設けてある。導電性パターン像は、加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂにて加熱しつつ加圧が施されることで、基板３０に定着される。
加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂは、基板３０を挟んでニップを形成するよう対向配置される。加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂは、金属ロールに弾性ゴム層、および導電性パターン像の離型のための離型層を形成し、定められた圧力とニップ幅が得られるよう図示しない加圧機構によって基板３０を挟み込んでいる。また、少なくとも加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂの一方にヒータを備えているが、該ヒータは加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂの両方が備えていてもよい。

加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂでの加熱の温度は、１００℃以上２５０℃以下であることが望ましく、更には１２０℃以上２００℃以下であることがより望ましい。また、印加される圧力は、５ｋｇ／ｃｍ^２以上５０ｋｇ／ｃｍ^２以下であることが望ましく、更には１０ｋｇ／ｃｍ^２以上３０ｋｇ／ｃｍ^２以下であることがより望ましい。

加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂの位置で基板３０に導電性パターン像が定着されて導電性パターン２９が形成され、その後基板３０は図示しない排出部まで搬送される。
一方、中間転写体１６に導電性パターン像２６を転写した感光体１０では、転写残金属粒子がクリーナ１８との接触位置まで運ばれ、クリーナ１８によって回収される。尚、転写効率が１００％に近く、転写残金属粒子の発生が低減されている場合は、クリーナ１８は設けなくともよい。

形成装置１００は、さらに、転写後かつ次の帯電までに感光体１０の表面を除電する除電装置（図示せず）を備えていてもよい。
形成装置１００に備えられる帯電装置２０、露光装置１２、現像装置１４、中間転写体１６、転写ローラ２８、クリーナ１８、および、加熱加圧ロール３４Ａおよび３４Ｂは、すべて感光体１０の回転速度と同期をとって動作されている。

また、上記図１に示す導電性パターン形成装置においては、導電性パターン形成装置に脱着される液体現像剤カートリッジ（不図示）から液体現像剤を現像剤収納容器１４ｂに供給する方式としてもよい。
更に、図１における現像装置１４は形成装置１００に脱着されるプロセスカートリッジの方式としてもよい。

本実施形態で使用される導電性パターン形成装置においては、感光体（静電潜像保持体）に替えて、電極ロールを使用してもよい。また、定着装置として、加熱加圧ロールに替えて、金属粒子が吸収する波長のレーザー光を照射することで導電性パターンを基板上に定着可能なレーザー光照射装置を用いてもよい。

以下、実施例を挙げて本実施形態をさらに具体的に説明するが、下記の実施例は、本実施形態を制限するものではない。尚、以下において「部」および「％」は特に断りのない限り質量基準である。

［実施例１］
本実施形態における金属粒子は、種々の方法により作成が可能である。たとえば代表的な製造方法は、ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬ，２００３，１５巻（Ｎｏ．５）、Ｐ３９６−３９９に記載されている化学的合成法、その他レーザーアブレーション法と呼ばれる気相合成法が代表的な方法である。
金属ナノ粒子は、先般市販品が入手可能となりこのものを使用することも可能である。
さらに、本実施形態の金属ナノ粒子液体現像剤は、水溶性溶剤に分散された市販のインクジェット用金属ナノインクを用いて溶剤置換法により作成することも可能である。

本実施形態の金属ナノ粒子を使用した液体現像剤の調製方法を示す。
金属ナノ粒子として銀粒子１．０ｇ（前記粒度分布測定において粒径０．０１μｍ、粒度分布１．３）と、分散媒体として信越化学シリコーンオイルＫＦ−９６（粘度２０ｃｓ）１００ｍｌと、界面活性剤として、花王エマルゲン１３０Ｐ、０．０１ｇとを混合し、ＴＫホモミキサーにて６５００ｒｐｍで５分間分散処理を実施した。

導電性パターン形成装置として、ガラス基板上にＩＴＯにて１５μｍのＬ／Ｓにて櫛形パターンを形成した物に誘電膜として酸化ケイ素を蒸着し電極を取り付けたものを使用して、上記調製の液体現像液１を用いて現像電界２５０Ｖにて現像を行った。現像像が作成されていることを確認した後中間転写体を経て基板上に導電性パターンを形成したところ、所望の導電性パターンを有する回路基板が得られた。

［実施例２］
金属ナノ粒子として銅粒子５．０ｇ（前記粒度分布測定において粒径０．０５μｍ、粒度分布１．３）と、絶縁材料として富士ゼロックス社製品で使用されるトナー樹脂の一つであるポリエステル樹脂０．１ｇをテトラヒドロフラン５０ｍｌに溶解させた溶液と、前記と同様の界面活性剤０．０１ｇとを加え、前記銅ナノ粒子をセラミック製ボールミルにて２時間浸漬撹拌を行う。得られた分散液を濾過し、銅ナノ粒子の洗浄には現像液として使用するアイソパーＬを用いる。得られたポリエステル被膜金属ナノ粒子と、アイソパーＬ５００ｍｌと、界面活性剤として花王エマルゲン１０９Ｐの０．０５ｇとを加えＴＫホモミキサーにて６５００ｒｐｍで５分間分散を行った。
得られた液体現像液２を用い図１に示す画像形成装置にてテストを行った。
感光体のチャージ電位７００Ｖで帯電露光を行い、現像電位２５０Ｖにて作成した導電パターンＬ／Ｓ２０μｍ櫛形回路パターンを現像した。
現像像が作成されていることを確認した後、中間転写体に２７０Ｖの電界を与え転写を行い、さらにＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）樹脂基板上に２６０Ｖで転写を行った。
得られた転写像は熱ロール（２００℃）で定着を行うことで基材上に導電パターンを作成することが出来た。

１０ 感光体（静電潜像保持体）
１２ 露光装置（潜像形成装置）
１４ 現像装置
１６ 中間転写体
１８ クリーナ
２０ 帯電装置
２４ 液体現像剤
２６ 導電性パターン像
２８ 転写ローラ
２９ 導電性パターン
３０ 基板
３４Ａ，３４Ｂ 加熱加圧ロール（定着装置）

Claims (5)

1. 絶縁材料により表面処理されていてもよい金属粒子と、キャリア液と、を含有する液体現像剤。
2. 前記金属粒子が、周期表における第４族乃至第１３族元素からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む請求項１に記載の液体現像剤。
3. 前記絶縁材料が、絶縁性高分子である請求項１又は請求項２に記載の液体現像剤。
4. 前記キャリア液の比誘電率が、１．５以上２．５以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液体現像剤。
5. 基板と、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液体現像剤を用いて前記基板上に作製された導電性パターンと、を有する回路基板。