JP2016115516A - 導電パターン形成シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銅蒸着膜からなる導電パターンの導電不良が生じにくく、不良率を小さくできる導電パターン形成シートを容易に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】本発明の導電パターン形成シート１の製造方法は、基材１０の一方の面に銅蒸着膜を形成した銅蒸着シートに、前記銅蒸着膜が被覆されるように、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する被覆層３０を形成する被覆工程と、被覆層３０にレーザ光をパターン状に照射して被覆層３０及び銅蒸着膜をエッチングして導電パターン２０を形成する導電パターン形成工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、導電パターン形成シート及びその製造方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯型端末、ゲーム機、オフィス事務機器等の電子機器において、入力装置として静電容量式タッチパネル又は静電容量式タッチセンサが広く使用されている。
従来、静電容量式タッチパネル及び静電容量式タッチセンサ等においては、基材の片面に、導電膜からなる導電パターンが形成された導電パターン形成シートが電極シートとして使用されている。
導電パターン形成シートの導電膜としては、形成しやすさ及びコストの点から、金属膜が使用されることがある。また、導電パターンの形成方法としては、金属膜にレーザ光をパターン状に照射する方法が知られている（特許文献１）。

特開２０１１−２３３８７２号公報

導電パターン形成シートの金属膜としては、コストの点から、銅蒸着膜が使用されることがあるが、銅は酸化しやすい金属である。そのため、銅蒸着膜からなる導電パターンを備えた導電パターン形成シートにおいては、銅蒸着膜の酸化又は腐食によって導電不良等が生じ、電気特性が損なわれることがあった。したがって、銅蒸着膜からなる導電パターンを備えた導電パターン形成シートを静電容量式タッチパネル又は静電容量式タッチセンサに用いた場合には、不良率が大きくなる傾向にあった。
本発明は、銅蒸着膜からなる導電パターンの導電不良が生じにくく、不良率を小さくできる導電パターン形成シート及びその製造方法を提供することを目的とする。

銅蒸着膜の酸化又は腐食を防ぐためには銅蒸着膜を被覆すればよいが、銅蒸着膜を被覆すると、レーザ光による銅蒸着膜のエッチングが困難になる。そこで、本発明者らは、銅蒸着膜を被覆しつつ銅蒸着膜のエッチングを可能な方法について検討し、炭素材料を含む被覆層がレーザ光を吸収しやすいこと見出して、以下の導電パターン形成シート及びその製造方法を発明した。

本発明の導電パターン形成シートは、基材と、該基材の一方の面に形成された銅蒸着膜からなる導電パターンと、該導電パターンを被覆する被覆層とを備え、該被覆層は、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する。
本発明の導電パターン形成シートの製造方法は、基材の一方の面に銅蒸着膜を形成した銅蒸着シートに、前記銅蒸着膜が被覆されるように、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する被覆層を形成する被覆工程と、前記被覆層にレーザ光をパターン状に照射して被覆層及び銅蒸着膜をエッチングして導電パターンを形成する導電パターン形成工程とを有する。
本発明の導電パターン形成シートの製造方法においては、前記被覆工程の前に、前記銅蒸着膜の露出面に易接着処理を施す易接着処理工程を有することが好ましい。

本発明の導電パターン形成シートは、銅蒸着膜からなる導電パターンの導電不良が生じにくく、不良率を小さくできる。
本発明の導電パターン形成シートの製造方法によれば、銅蒸着膜からなる導電パターンの導電不良が生じにくく、不良率を小さくできる導電パターン形成シートを容易に製造できる。

導電パターン形成シートの一実施形態を示す断面図である。 導電パターン形成シートにおける導電パターンの一例を示す平面図である。 実施形態の導電パターン形成シートの製造方法における被覆工程を示す断面図である。 実施形態の導電パターン形成シートの製造方法における導電パターン形成工程を示す断面図である。

＜導電パターン形成シート＞
本発明の導電パターン形成シートの一実施形態について説明する。図１に、本実施形態の導電パターン形成シートを示す。本実施形態の導電パターン形成シート１は、基材１０と、基材１０の一方の面（第１面１０ａ）に形成された導電パターン２０と、導電パターン２０を被覆する被覆層３０とを備える。
なお、本明細書において、「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満であることを意味し、「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上、好ましくは１０ＭΩ以上のことである。

（基材）
基材１０としては、プラスチックフィルム、ガラス板を使用することができ、透明であることが好ましい。透明なプラスチックフィルムを構成する透明樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン、アクリル樹脂等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性及び寸法安定性が高く、低コストであることから、ポリエチレンテレフタレート又はポリカーボネートが好ましい。なお、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７３６１に従って測定した光線透過率が５０％以上のことを意味する。
基材１０の表面には、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理、エキシマ光処理等の各種表面処理が施されてもよい。基材１０に表面処理が施されていると、導電パターン２０との接着性が向上する。
基材１０の厚さ（平均値）は２５〜１２５μｍであることが好ましく、２５〜７５μｍであることがより好ましい。基材１０の厚さが前記下限値以上であれば、加工時に折れにくく、前記上限値以下であれば、導電パターン形成シート１をより薄型化でき、また、折り曲げて使用することが容易になる。

（導電パターン）
導電パターン２０は、電極となる配線であり、パターン状に形成された銅蒸着膜からなる。本実施形態における導電パターン２０は、図２に示すように、一方向に沿って形成された複数本の一方向電極部２１と、一方向電極部２１に電気的に接続され、導電パターン形成シートの端部まで引き回す引き回し配線２２とからなる。本実施形態における一方向電極部２１は、一定幅の直線状の電極部である。一方向電極部２１の幅は、０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましい。一方向電極部２１の幅が前記下限値以上であれば、断線を防止でき、前記上限値以下であれば、検出精度を向上させることができる。
導電パターン２０の厚さ（平均値）は０．０１〜１．０μｍであることが好ましく、０．０５〜０．３μｍであることがより好ましい。導電パターン２０の厚さが前記下限値以上であれば、導電パターン２０の電気抵抗を充分に低くでき、前記上限値以下であれば、導電パターン形成シート１を折り曲げた際の断線を防止できる。

（被覆層）
被覆層３０は、導電パターンを被覆する層であり、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する。本実施形態における被覆層３０は、基材１０の第１面１０ａと導電パターン２０とを覆うように形成されている。
被覆層３０に含まれる炭素材料としては、カーボンブラック、カーボンナノ材料（カーボンナノチューブ、カーボンナノバッド）、炭素繊維、グラファイト等が使用され、コストの点では、カーボンブラックが好ましい。
被覆層３０に含まれるバインダ樹脂としては、絶縁性樹脂が使用される。絶縁性樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の硬化物、光硬化性樹脂の硬化物が挙げられる。
炭素材料がカーボンブラック又はグラファイトである場合には、炭素材料の含有割合は、１〜３０質量％であることがより好ましい。
炭素材料がカーボンナノ材料である場合には、被覆層３０における炭素材料の含有割合は、０．００１〜３０質量％であることがより好ましく、０．０１〜１０質量％であることがさらに好ましい。
被覆層３０における炭素材料の含有割合が前記下限値以上であれば、レーザ光の照射によって導電パターンを容易に形成でき、前記上限値以下であれば、被覆層３０を容易に形成できる。

被覆層３０の厚さ（平均値）は、５〜１５μｍであることが好ましく、７〜１２μｍであることがより好ましい。被覆層３０の厚さが前記下限値以上であれば、導電パターン２０の空気酸化を充分に防ぐことができ、前記上限値以下であれば、導電パターン形成シート１を容易に薄型化できる。

＜導電パターン形成シートの製造方法＞
上記導電パターン形成シートを製造する方法について説明する。
本実施形態の導電パターン形成シートの製造方法は、基材の一方の面に銅蒸着膜を形成した銅蒸着シートから導電パターン形成シートを製造する方法であって、易接着処理工程と被覆工程と導電パターン形成工程とを有する。

（銅蒸着シート）
銅蒸着シートは、基材に銅を蒸着して銅蒸着膜を形成することにより作製される。銅蒸着法としては特に制限されず、例えば、プラズマＣＶＤ法、レーザＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、などが挙げられる。これらの中でも、成膜スピードが速く、低コストであることから、真空蒸着法が好ましい。

（易接着処理工程）
易接着処理工程は、銅蒸着シートにおける銅蒸着膜の露出面に易接着処理を施す工程である。
易接着処理としては、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理、エキシマ光処理等が挙げられる。これらのうちでも、大面積の処理が容易であり、また、接着性の向上効果が容易に得られることから、プラズマ処理が好ましい。

易接着処理がプラズマ処理である場合には、適切に易接着処理できることから、プラズマ処理装置の出力、処理時間、処理に使用するガス、ガス流量を下記条件にすることが好ましい。
すなわち、プラズマ処理装置の出力は、５００〜２０００Ｗとすることが好ましく、７００〜１５００Ｗとすることがより好ましい。
プラズマ処理時間は、６０〜２４０秒とすることが好ましく、９０〜１５０秒とすることがより好ましい。
処理に使用するガスは、アルゴン、酸素が好ましい。
ガス流量は、１０〜１００ｃｍ^３／分であることが好ましく、３０〜７０ｃｍ^３／分であることがより好ましい。

（被覆工程）
被覆工程は、図３に示すように、銅蒸着シート１ａの銅蒸着膜２０ａが被覆されるように、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する被覆層３０を形成する工程である。
被覆層３０の形成方法としては、銅蒸着膜２０ａの露出面の全面に、炭素材料とバインダ樹脂と分散媒とを含有する炭素材料含有液を印刷又は塗布する方法が挙げられる。炭素材料含有液に含まれるバインダ樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂のいずれであってもよい。熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂の具体例としては、飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
バインダ樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、印刷又は塗布後に加熱し、塗膜を乾燥させて銅蒸着膜を形成する。
バインダ樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、印刷又は塗布後に加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させて銅蒸着膜を形成する。
バインダ樹脂が光硬化性樹脂である場合には、印刷又は塗布後に光（紫外線、電子線等）を照射し、光硬化性樹脂を硬化させて銅蒸着膜を形成する。
炭素材料含有液に含まれる分散媒としては、水、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒等を使用できる。

炭素材料含有液の印刷方法としては、例えば、スクリーン印刷、パッド印刷等を適用することができ、塗工方法としては、スプレー塗工、ワイヤー塗工等を適用することができる。これらのなかでも、導電パターンの精度を容易に高くでき、また、低コストであることから、スクリーン印刷が好ましい。

（導電パターン形成工程）
導電パターン形成工程は、図４に示すように、被覆層３０にレーザ光Ｌをパターン状に照射して被覆層３０及び銅蒸着膜２０ａをエッチングして導電パターン２０を形成する工程である。
該工程において、レーザ光Ｌの焦点が合わせられてレーザ光Ｌが直接照射されるのは被覆層３０であり、銅蒸着膜２０ａにはレーザ光Ｌが直接照射されないが、被覆層３０と共に銅蒸着膜２０ａもエッチングされる。被覆層３０のレーザ光Ｌが照射された部分は、レーザ光Ｌのエネルギーによって分解し、揮発するため、除去される。また、炭素材料を含む被覆層３０においては、レーザ光Ｌのエネルギーを充分に吸収できるため、その吸収したエネルギーを銅蒸着膜２０ａに充分に伝播させることができる。そのため、被覆層３０のレーザ光Ｌが照射された部分と共に、銅蒸着膜２０ａの、被覆層３０からエネルギーが伝播された部分が除去（エッチング）される。
レーザ光Ｌの波長としては、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ、１０６００ｎｍ等を適用することができる。

レーザ光Ｌの波長が５３２ｎｍである場合には、レーザ光Ｌの出力は１〜６Ｗの範囲内であることが好ましく、２〜５Ｗの範囲内であることがより好ましい。
レーザ光Ｌの波長が１０６４ｎｍである場合には、レーザ光Ｌの出力は１〜２０Ｗの範囲内であることが好ましく、５〜１５Ｗの範囲内であることがより好ましい。
レーザ光Ｌの波長が１０６００ｎｍである場合には、レーザ光の出力は１〜２０Ｗの範囲内であることが好ましく、５〜１５Ｗの範囲内であることがより好ましい。
レーザ光Ｌの出力が前記下限値以上であれば、充分に銅蒸着膜及び被覆層をエッチングでき、前記上限値以下であれば、レーザ光Ｌによる基材のダメージを抑制できる。

レーザ光Ｌの波長が５３２ｎｍ又は１０６４ｎｍである場合には、レーザ光Ｌをパターン状に照射する際のレーザ光Ｌの走査速度は１００〜８０００ｍｍ／ｓの範囲内であることが好ましく、１５０〜１５００ｍｍ／ｓの範囲内であることがより好ましい。
レーザ光Ｌの波長が１０６００ｎｍである場合には、レーザ光Ｌの走査速度は１００〜２８００ｍｍ／ｓの範囲内であることが好ましく、２５０〜１５００ｍｍ／ｓの範囲内であることがより好ましい。
レーザ光Ｌの走査速度が前記下限値以上であれば、導電パターン形成シート１の生産性が高くなり、また、レーザ光Ｌによる基材１０のダメージを抑制でき、前記上限値以下であれば、充分に銅蒸着膜２０ａ及び被覆層３０をエッチングできる。

レーザ光Ｌの波長が５３２ｎｍ又は１０６４ｎｍである場合には、レーザ光Ｌの周波数は２０〜１０００ｋＨｚの範囲であることが好ましく、５０〜３００ｋＨｚであることがより好ましい。

（作用効果）
上記製造方法では、炭素材料を含む被覆層３０にレーザ光Ｌを照射することによって、被覆層３０だけでなく、レーザ光のエネルギーを銅蒸着膜２０ａに容易に伝播させることができ、銅蒸着膜２０ａもエッチングすることができる。さらに、炭素材料は、幅広い波長範囲での光の吸収率が高いため、様々な波長のレーザ光Ｌによって、炭素材料を含む被覆層３０、さらには被覆層３０に隣接する銅蒸着膜２０ａをエッチングできる。例えば、波長が５３２ｎｍより長いレーザ光Ｌ（例えば、１０７６ｎｍ、１０６００ｎｍ等）でもエッチングできる。
また、銅蒸着膜からなる導電パターン２０を被覆層３０によって被覆することにより、導電パターン２０の露出を防ぐことができ、銅の酸化及び腐食を防止できる。そのため、導電パターン２０の導電不良を防ぐことができるため、良好な電気特性を得ることができる。したがって、上記導電パターン形成シート１を用いた静電容量式タッチパネル又は静電容量式タッチセンサでは、不良率を充分に下げることができる。
また、上記製造方法では、銅蒸着膜２０ａに表面処理を施すため、銅蒸着膜２０ａと被覆層３０との接着性を向上させることができる。銅蒸着膜２０ａと被覆層３０との接着性が高いと、レーザ光照射の際に被覆層３０が吸収したエネルギーが銅蒸着膜２０ａに伝達する効率が高くなり、レーザ光Ｌの出力を下げてもエッチング可能になり、低コストとなる。また、レーザ光Ｌの出力を下げると、基材１０のダメージを抑えることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、導電パターンにおける一方向電極部は、幅が一定である必要はなく、例えば、幅が周期的に変化しても構わないし、幅が太い部分と、それよりも細い部分とが交互に配置されても構わない。また、導電パターンが一方向電極部を有するものでなくても構わない。
本発明の導電パターン形成シートの製造方法は、易接着処理工程を有さなくて構わない。

（製造例１）
本例は、被覆層を備えた銅蒸着シートにレーザ光を照射して導電パターン形成シートを製造する例である。
銅蒸着シートとしては、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムと、ポリエチレンテレフタレートフィルムの一方の面に形成された厚さ０．０１９μｍの銅蒸着膜と、銅蒸着膜を被覆する厚さ１０μｍの被覆層とを備え、被覆層がカーボンブラックとバインダ樹脂とを含むものを用いた。被覆層において、カーボンブラックとバインダ樹脂の合計１００質量％に対するカーボンブラック含有割合は４０質量％であった。また、銅蒸着膜が表面処理されていないものを用いた。
前記銅蒸着シートに、レーザ加工装置（株式会社キーエンス製３−Ａｘｉｓ ＹＶＯ_４レーザーマーカーＭＤ−Ｓ９９２０）を用いて、レーザ光（レーザ光の波長：１０６４ｎｍ、最高出力：１０Ｗ、周波数：１００ｋＨｚ）をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表１に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表１に示す。
Ａ：被覆層と銅蒸着膜の両方をエッチングできた。
Ｂ：被覆層のみエッチングできた。
Ｃ：被覆層、銅蒸着膜ともにエッチングできなかった。

（製造例２）
レーザ光の波長を５３２ｎｍ、最高出力を６Ｗに変更した以外は製造例１と同様に、被覆層を備えた銅蒸着シートにレーザ光をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表２に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、製造例１と同様に評価した。評価結果を表２に示す。

（製造例３）
被覆層の厚さを３μｍに、レーザ光の波長を５３２ｎｍ、最高出力を６Ｗ、周波数を２００ｋＨｚに変更した以外は製造例１と同様に、被覆層を備えた銅蒸着シートにレーザ光をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表３に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、製造例１と同様に評価した。評価結果を表３に示す。

（製造例４）
被覆層を備えた銅蒸着シートの代わりに、被覆層を備えない銅蒸着シートを用いた以外は製造例１と同様に、レーザ光をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表４に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、製造例１と同様に評価した。評価結果を表４に示す。

（製造例５）
被覆層を備えた銅蒸着シートの代わりに、被覆層を備えない銅蒸着シートを用いた以外は製造例２と同様に、レーザ光をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表５に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、製造例１と同様に評価した。評価結果を表５に示す。

（製造例６）
被覆層を備えた銅蒸着シートの代わりに、被覆層を備えない銅蒸着シートを用いた以外は製造例３と同様に、レーザ光をパターン状に照射した。その際のレーザ光の出力及びレーザ光の走査速度を表６に示す条件とした。
各条件において、エッチング状態を目視により観察し、製造例１と同様に評価した。評価結果を表６に示す。

カーボンブラックを含む被覆層を備えた銅蒸着シートにレーザ光を照射した製造例１〜３では、銅蒸着膜をエッチング可能で導電パターン形成シートが得られる条件を有していた。
これに対し、被覆層を備えない銅蒸着シートにレーザ光を照射した製造例１〜３では、銅蒸着膜をエッチングできなかった。

なお、上記製造例１〜３では、炭素材料としてカーボンブラックを用いたものであったが、被覆層及び銅蒸着膜のレーザーエッチングの可否は炭素材料の形態によらない。すなわち、炭素材料が、グラファイト、カーボンナノワイヤー、カーボンナノバッド等であっても、製造例１〜３と同様に被覆層及び銅蒸着膜のレーザーエッチングできる。

（製造例７）
銅蒸着膜がプラズマ処理された以外は製造例１で使用したものと同様の、被覆層を備えた銅蒸着シートを用意した。プラズマ処理は、出力１０００Ｗ、処理時間１２０秒、ガス：アルゴン、ガス流量５０ｃｍ^３／分とした。
前記銅蒸着シートに、レーザ加工装置（株式会社キーエンス製３−Ａｘｉｓ ＹＶＯ_４レーザーマーカーＭＤ−Ｓ９９２０）を用いて、レーザ光（レーザ光の波長：５３２ｎｍ、最高出力：５Ｗ、周波数：１００ｋＨｚ、走査速度：１５００ｍｍ／分）を走査しながら照射した。
レーザ光照射後、銅蒸着膜のエッチング状態を目視により観察した。観察結果を表７に示す。

（製造例８）
レーザ光の波長を１０６４ｎｍ、出力を９Ｗ、走査速度を７５０ｍｍ／分に変更した以外は製造例７と同様に、銅蒸着シートにレーザ光を走査しながら照射した。レーザ光照射後、銅蒸着膜のエッチング状態を目視により観察した。観察結果を表７に示す。

（製造例９）
銅蒸着シートとして、銅蒸着膜がプラズマ処理されていないものを用いた以外は製造例７と同様に、銅蒸着シートにレーザ光を走査しながら照射した。レーザ光照射後、銅蒸着膜のエッチング状態を目視により観察した。観察結果を表７に示す。

（製造例１０）
銅蒸着シートとして、銅蒸着膜がプラズマ処理されていないものを用いた以外は製造例８と同様に、銅蒸着シートにレーザ光を走査しながら照射した。レーザ光照射後、銅蒸着膜のエッチング状態を目視により観察した。観察結果を表７に示す。

銅蒸着膜にプラズマ処理を施した製造例７，８では、銅蒸着膜をほぼ均一にエッチングできた。
銅蒸着膜にプラズマ処理を施さなかった製造例９，１０では、銅蒸着膜をエッチングできたが、エッチングにややムラが見られた。

本発明の導電パターン形成用シートは、静電容量式タッチパネル、静電容量式タッチパッドに好適に使用することができる。

１ 導電パターン形成シート
１０ 基材
１０ａ 第１面
２０ 導電パターン
２１ 一方向電極部
２２ 引き回し配線
３０ 被覆層

Claims (3)

1. 基材と、該基材の一方の面に形成された銅蒸着膜からなる導電パターンと、該導電パターンを被覆する被覆層とを備え、該被覆層は、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する、導電パターン形成シート。
2. 基材の一方の面に銅蒸着膜を形成した銅蒸着シートに、前記銅蒸着膜が被覆されるように、炭素材料及びバインダ樹脂を含有する被覆層を形成する被覆工程と、
   前記被覆層にレーザ光をパターン状に照射して被覆層及び銅蒸着膜をエッチングして導電パターンを形成する導電パターン形成工程とを有する、導電パターン形成シートの製造方法。
3. 前記被覆工程の前に、前記銅蒸着膜の露出面に易接着処理を施す易接着処理工程を有する、請求項２に記載の導電パターン形成シートの製造方法。

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