JP2016072442A - 印刷回路、配線基板及び印刷版 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷パターンの内で相対的に線幅の太い部分のインキ充填率を向上させ且つ充填されたインキの表面平滑性を向上させる印刷版の提供と好ましい印刷回路の内部構造の提供を目的とした。【解決手段】内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の空孔を有することを特徴とする印刷回路であって、これを達成するための内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の凸部３２１，３２２，３２３を備える凹部３１２，３１３，３１４を有することを特徴とする印刷版３００である。【選択図】図３

Description

本発明は、グラビアオフセット印刷用の印刷版、及びこの印刷版を用いて製造した印刷回路及び配線基板に関する。特に、基板上に印刷した回路の内部構造に関する。

近年、建材分野、パッケージ分野、出版分野、エレクトロニクス分野など生活系、電気系、情報系さまざまな分野における工業製品の製造方法として、グラビアオフセット印刷を用いるケースが増加している。グラビアオフセット印刷とは、印刷対象物の表面に各種インキ、樹脂、導電ペーストなど粘度の高い塗布材料を用いて、高解像度で高い寸法精度を有するパターンを安定的に印刷するための技術である。

グラビアオフセット印刷工程は、図１に示すように、３つの工程からなっている。ガラス、樹脂、金属などで作製されたグラビアオフセット印刷用凹版１０１の凹部（パターン部）１０４内に、ドクター、スキージまたはスクレーパー１０３によってインキ１０２を充填する工程（工程１）と、表面がシリコーンなどの樹脂で被覆された転写層１１２を備える転写体１１１を、インキ１０２が充填されたグラビアオフセット印刷用凹版１０１に接触させながら回転して、転写層１１２上にインキ皮膜１１３を転移させる工程（工程２）と、転写体１１２を被印刷体１２１に圧着し、転写層１１２上に残るインキ皮膜１１３を印刷パターン１２２として被印刷体上１１２に転写する工程（工程３）と、からなる転写印刷法の一つである。被印刷体の表面に各種インキ、樹脂、導電ペーストなどの粘度の高い塗布材料を高解像度、高寸法精度でパターン印刷することが可能である。

グラビアオフセット印刷により、ＩＣカードに内蔵されるアンテナ（コイル状のパターン）や太陽電池バックシートの導配線、電磁波シールド、タッチパネル用の信号取出し配線等を、導電性インキ、導電性ペースト等を用いて、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ガラス、アクリル等からなる幅広シート基材上に印刷する場合、下記の特性・品質が要求される。
［１］高精細で均一な形状の細線が広い面積に亘り印刷可能なこと。
より具体的には、
［２］印刷された細線が、断線、ショート等を有しないこと。
［３］印刷された細線の膜厚が安定していること。

上記品質を満足するために、例えば、文献１には、厚膜印刷、微細画像、あるいはベタ印刷など、ピンホール、断線をきらうパターン形成において、オフセツト方式による重ね刷り技術の適用が開示されている。重ね刷りにより、細線パターンの断線、版の目詰まりによるピンホール、印刷パターンの伸び縮み等が防止できるとの記載がされている。

一方、上記品質を満足させるには、グラビアオフセット印刷を用いて細線パターンを印刷する際に、インキ剥離性を有する転写層上に、印刷版のパターン凹部内に充填されたインキを確実に転移させることが必要となる。また、断線のない細線パターンを形成するには、ドクター、スキージまたはスクレーパーなどでパターン凹部内にインキを完全充填し、且つ満たされたインキ面を平滑にした上で、インキ剥離性転写層を有する転写体との接触時に、そのインキ面が均等に転写層と接触することが必要である。

特開昭５５−５８５６号公報

しかしながら、印刷しようとする印刷パターン（ここでは配線用の回路とする。）の線幅が太くなると、ドクターにて印刷版にインキを充填する際に、印刷版凹部の底部をドクターが擦ってしまい、充填がうまく行われないという問題が生じている。加えてグラビアオフセット印刷用のインキはレベリング性が低いため、版への充填形状がそのまま転写層を経て印刷物に転写されてしまい、所望の線幅と形状の回路を形成することができないという問題がある。したがって、細線の形状が設計値と異なってくるため、抵抗値や誘電率の制御が困難になる。この問題は、グラビアオフセット印刷において、高精細な印刷パターンを形成しようとするほどパターン内の広幅部分で顕著になる。

そこで、本発明は、線幅の広い部分の抵抗値や誘電率の制御が可能な印刷回路自体の構造と、これを実現するために印刷パターンの内で相対的に線幅の太い部分のインキ充填率を向上させ且つ充填されたインキの表面平滑性を向上させる印刷版の提供を目的とした。

上記課題を達成するための本発明の一態様は、内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の空孔を有することを特徴とする印刷回路としたものである。

また、本発明の一態様は、回路の幅に応じて異なる差し渡しの空孔を有することを特徴とする請求項1に記載の印刷回路としたものである。

また、本発明の一態様は、前記空孔は、上面視で回路面積の２０％〜７０％を占めていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の印刷回路としたものである。

また、本発明の一態様は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の本発明の別の態様である印刷回路を配線層として備えたことを特徴とする配線基板としたものである。

また、本発明の一態様は、内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の凸部を備える凹部を有することを特徴とする印刷版としたものである。

また、本発明の一態様は、凹部の幅に応じて異なる差し渡しの凸部を有することを特徴とする請求項５に記載の印刷版としたものである。

また、本発明の一態様は、前記凸部は、上面視で凹部面積の２０％〜７０％を占めていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の印刷版としたものである。

本発明になるグラビアオフセット印刷用の印刷版では、パターン形成用凹部の中で凹部の幅が相対的に広い部分に複数の凸部を分散して配置した。凸部の群を設けたことによりインキの充填率と充填インキ部分の表面平滑性が改善され、転写層にも高精度の印刷パターンが転写されるようになった。

したがって、この印刷版を用いることで、印刷パターンの中の線幅が太いパターンでも、線幅が狭い印刷パターンと同じように形状精度の高い印刷パターンを形成することが可能になった。この効果は、例えば細線回路と広幅回路の混在している印刷回路の形成に適しており、設計値通りの抵抗率や誘電率を有する回路を形成できる。

（ａ），（ｂ），（ｃ）グラビアオフセット印刷工程を説明するための断面視の工程図である。 従来技術が採用するグラビアオフセット印刷版の凹凸構造を説明する斜視図である。 本発明になるグラビアオフセット印刷版の構造を説明する上面視の図である。 図３のA-A’の断面視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の実施形態は、以下に記載する実施形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれうるものである。

［グラビアオフセット印刷の工程］
本発明の実施形態に係るグラビアオフセット印刷の工程について、図１を参照しながら説明する。

まず、図１の（ａ）に示すように、グラビアオフセット印刷用の印刷版１０１上にインキ１０２を乗せ、ドクター、スキージまたはスクレーパー１０３にてインキ１０２を一定の圧力で図中の矢印の方向に転がしながら印刷版１０１上を移動させることで、印刷版１０１のパターン部１０４内にインキ１０２を充填する。

印刷版１０１のパターン部１０４は、幅が１０μｍから５ｍｍ程度までの範囲で、深さが５μｍから２０μｍ程度の凹部によって形成されている。本発明は、幅が１００μｍ以上の凹部を備えるグラビアオフセット用印刷版の凹部のインキ充填に対して有効であり、１００μｍ以上の幅の凹部の中に周期的に並ぶ複数の凸部を備えた印刷版である。印刷版の凹部内に凸部を有すると、凹部に充填されたインキは凸部の部分に未充填領域を有するパターンになり、最終的に得られる印刷物はインキが充填されていない貫通孔を周期的に有するものとなる。ここでは貫通孔を、以下では空孔と称する。なお、本発明において、空孔を規定する境界線の内から選ばれる２点を結ぶ直線の最大値を差し渡しと表現する。空孔が円であれば、直径に相当し、また、長方形である場合は、対角線に相当する。

空孔群は、上面視で配線面積の２０％〜７０％の面積を占めるのが望ましい。２０％未満ではドクターによりグラビアオフセット用印刷版の凹部内にインキを充填する際に、凹部の底を擦ってしまうか若しくは充填量が不安定で印刷膜厚が薄くなるという問題が生じて空孔群の効果がみられない。このようになるとパターン設計通りの抵抗値、誘電率などが得られない。他方、７０％より面積を大きくすると、インキ部の占める割合が低下して、配線として使用するのであれば抵抗値が高くなりすぎるといった問題が生じる。尚、凸部の形状と占める割合は、下記に示すように凹部の大きさに依存して変える必要がある。

また、グラビアオフセット用印刷版１０１はその表面が平滑であることが望ましい。これにより、印刷版１０１表面にインキ漏れを起こすこと無く印刷可能である。また、ドクター欠けなどの異常の抑制にもなる。ここで、印刷版１０１の表面とは、ドクター、スキージまたはスクレーパー１０３と接触する表面、又は、印刷版１０１のパターン凹部１０４（溝）の内側表面のことをいう。なお、グラビアオフセット用印刷版１０１の表面は、租面研磨加工、鏡面研磨加工、超精密研磨加工（ラッピングやポリシング）によって平滑にすることができる。

グラビアオフセット用印刷版１０１のパターン部１０４の形成方法としては、エッチン
グ法、電鋳法、サンドブラスト法などが挙げられる。これらの形成方法による加工性という点から、印刷版１０１はガラス又は銅、ニッケルなどの金属であることが望ましい。また、表面にクロムやカーボンによる耐擦性皮膜を形成していることが望ましい。

また、ドクター、スキージまたはスクレーパー１０３には、印刷版１０１のパターン凹部１０４内にインキ１０２を充填し且つ印刷版１０１の表面平坦部上のインキ１０２を掻き取る必要があることから、ある程度のしなりが求められる。よって、ドクター、スキージまたはスクレーパー１０３は、ステンレスなどの金属、またはウレタンなどの樹脂、セラミックであることが望ましい。

次に、図１の（ｂ）に示すように、表面に転写層１１２を有する転写体１１１を、パターン部１０４にインキ１０２が充填されたグラビアオフセット用印刷版１０１上で回転及び移動させて、印刷版１０１のパターン部１０４内に充填されたインキ１０２を転写層１１２に転写する。こうして転写層１１２上にインキ皮膜１１３が形成される。転写層１１２を形成する材料としては、周知の材料を用いることができるが、その中でもシリコーンゴムが望ましい。

最後に、図１の（ｃ）に示すように、被印刷体１２１上に転写体１１１を転がしインキ皮膜１１３を転写することで印刷パターン１２２が形成される。インキが導電性であれば表面に配線パターンを有する配線基板が得られる。

グラビアオフセット用印刷版を２版用意した。各版の仕様は、
ａ版：図２に俯瞰図を示す印刷版２００であり、１０００μｍ×１０００μｍの電極部２１１、５００μｍ幅の配線部２１２、１５０μｍ幅の配線部２１３、３０μｍ幅の配線部２１４を有する。
ｂ版：図３に上面図を示す印刷版３００であり、ａ版と電極や配線部の大きさは同一だが、１０００μｍ×１０００μｍの電極部内３１１に印刷部が５０％になるように長軸の長さ５０μｍ、短軸の長さ３０μｍの楕円形の凸部の群３２１が形成されている。また５００μｍ幅の配線部３１２には印刷部が３０％となるようにφ１００μｍの円の凸部の群３２２が形成されている。また１５０μｍ幅の配線部３１３には印刷部が７０％となるように１００μｍ×２００μｍの長方形の凸部の群３２３が形成されている。幅３０μｍの配線部３１４はａ版と同一である。

図４に図３のｂ版のA-A’の断面図４１０を示す。凹部４１１内に凸部の群４１２が形成されている。この凸部の群４１２によって凹部４１１の底部をドクターにより擦るという現象を防止している。

ａ版、ｂ版は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×３ｍｍのガラス板を用いて、エッチングにて凹部を形成した。

この２種のグラビアオフセット用印刷版を用いて、ポリエチレンテレフタレート基材上に導電性銀ペーストによる配線パターンを形成するために、グラビアオフセット印刷を行った。

ポリエチレンテレフタレート基材は、厚さが１２５μｍ、縦が１２０ｍｍ、横が１２０ｍｍのものを使用した。また、導電性銀ペーストとして、レオロジー測定装置で角速度１５ｒａｄ／秒で、８．８Ｐａ／ｓのインキを使用した。また、インキ剥離性の転写体には、ゴム硬さ（ＪＩＳ Ａ）４５°、ゴム厚さ ０．６ｍｍの金陽社製のシリコーンゴムを円筒に巻いたものを使用した。また、ドクターは、ＭＤＣ社製ドクターブレードのレギュラータイプを使用した。

グラビアオフセット印刷装置は、一般に使用されている印刷装置を使用した。印刷条件は、ドクター速度が５０ｍｍ／秒、転写体速度が２０ｍｍ／秒とし、転写体と印刷版の接触幅、転写体とポリエチレンテレフタレート基材の接触幅は一律で１０ｍｍとした。

印刷タイプの配線基板は以下の工程により作製した。まず、用意したグラビアオフセット用印刷版の凹部に上記導電性銀ペーストをドクターによって充填した。次に、インキが充填された印刷版上で、上記転写体を回転及び移動させて、シリコーンゴム上に導電性銀ペーストの皮膜を形成した。最後に、導電性銀ペーストの皮膜が形成された転写体をポリエチレンテレフタレート基材に回転及び移動させて、ポリエチレンテレフタレート基材上に導電性銀ペーストの皮膜を転写し、印刷回路を形成した。

上記条件において、ａ版とｂ版のグラビアオフセット用印刷版にてグラビアオフセット印刷を行い、ａ版、ｂ版に対応する配線基板を各２０枚作製した。

ａ版で作成した配線基板の印刷回路では、１０００×１０００μｍの電極部パターン内にランダムなサイズで空孔が発生した。また５００μｍ幅の回路、１５０μｍの回路共にランダムに空孔が発生しており、抵抗値を測定したところ大きなばらつきが生じた。３０μｍ幅の回路には空隙が発生せず、抵抗値も安定していた。

一方、ｂ版で作成した配線基板の印刷回路では、設計通りの箇所に空孔を有する電極部パターン、配線パターン部が形成できた。印刷回路の抵抗値を確認したところ、５００μｍ幅、１５０μｍ幅、３０μｍ幅共に狙った抵抗値が達成され安定していた。

本発明のグラビアオフセット用印刷版を用いることで、線幅が太い回路でも、細い回路と同様に形状精度の高い印刷パターンを得ることが可能になる。特に、相対的に線幅の広い回路パターンになるに従って効果は顕著化するため、細線回路と広幅回路の混在している配線基板の形成に適している。

１０１・・・グラビアオフセット印刷版
１０２・・・インキ
１０３・・・ドクター、スキージまたはスクレーパー
１０４・・・パターン部
１１１・・・転写体
１１２・・・転写層
１１３・・・インキ皮膜
１２１・・・被印刷体
１２２・・・印刷パターン
２００・・・グラビアオフセット印刷版
２１１・・・１０００×１０００μｍ電極部用凹部
２１２・・・５００μｍ幅印刷回路用凹部
２１３・・・１５０μｍ幅印刷回路用凹部
２１４・・・３０μｍ幅印刷回路用凹部
３００・・・グラビアオフセット印刷版
３１１・・・１０００×１０００μｍ電極部用凹部
３１２・・・５００μｍ幅印刷回路用凹部
３１３・・・１５０μｍ幅印刷回路用凹部
３１４・・・３０μｍ幅印刷回路用凹部
３２１・・・長軸５０μｍ×短軸３０μｍの楕円形状凸部の群
３２２・・・φ１００μｍの円形状凸部の群
３２３・・・１００μｍ×２００μｍの長方形の凸部の群
４００・・・図３のA-A’部断面図
４１１・・・印刷版凹部
４１２・・・印刷版凸部の群

Claims (7)

1. 内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の空孔を有することを特徴とする印刷回路。
2. 回路の幅に応じて異なる差し渡しの空孔を有することを特徴とする請求項1に記載の印刷回路。
3. 前記空孔は、上面視で回路面積の２０％〜７０％を占めていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の印刷回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の印刷回路を配線層として備えたことを特徴とする配線基板。
5. 内部に所定の間隔で配置された差し渡しが５μｍ以上１００μｍ以下の凸部を備える凹部を有することを特徴とする印刷版。
6. 凹部の幅に応じて異なる差し渡しの凸部を有することを特徴とする請求項５に記載の印刷版。
7. 前記凸部は、上面視で凹部面積の２０％〜７０％を占めていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の印刷版。