JP2017136782A - 印刷物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、配線パターンの印刷欠損によって発生する断線欠陥を抑制できる製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷することで、断線欠陥を抑制し、高精細かつナノスケールの薄膜パターンにおいて欠陥のない印刷物を形成することができる。また、２回目印刷以降に印刷されるパターンの幅を、印刷１回目に印刷されたパターンの幅以下にすることでアライメントずれの影響を低減できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、印刷パターンの欠損を抑制する、印刷物の製造方法に関するものである。

近年、電子部品の低コスト化および微細化に対応するため、電子部品が備える配線や絶縁層などのパターン状の皮膜を印刷法により形成することが試みられている。

印刷法のなかでも、微細な画像パターンを形成可能な印刷法のひとつとして、反転オフセット印刷法が挙げられる（例えば特許文献１参照）。

反転オフセット印刷法に用いる装置５０の模式図を図５に示す。なお、図４及び図５中の白抜き矢印は移動方向を示している。図５には、通称ブランケットと呼ばれる筒状のインキ膜形成基材５２と、ブランケットにインキを供給しインキ膜５３とするインキ供給手段５１と、ブランケット上に形成されたインキ膜から不要部５３ｂを除去する除去版５４と、ブランケット上に残された要部５３ａを転写されて印刷物となる被印刷基板５５と、除去版５４および被印刷基板５５を印刷に適切な位置へ搬送する定盤５６が示されている。ブランケットには通常インキ膜が剥がれ易いような処理がなされ、例えばシリコーンゴムが用いられる。また、除去版は板状のガラス版を用い、定盤５６上に吸着設置する。

図４により印刷工程を順を追って説明する。まず、インキ供給手段４１からインキをインキ膜形成基材４２上に塗布してインキ膜４３を形成する（図４（ａ））。このとき、インキはインキ膜形成基材上で予備乾燥状態に置かれ、多少の溶媒を失ってインキ膜となる。ついで、該インキ膜に対し所定形状の除去版４４を接触させて該インキ膜の不要部４３ｂをインキ膜形成基材から除去し、要部４３ａを形成する（図４（ｂ））。ここでは除去版として要部に対応する部位が凹部、不要部に対応する部位が凸部となった凸版を使用している。次に、該インキ膜形成基材上に残った該インキ膜の要部４３ａを被印刷基板４５に転写して、印刷物を得ることができる（図４（ｃ））。

このような凸版反転オフセット印刷法により画像パターンを形成する例として、基材上に導電性インキを用いて印刷を行い、電磁波シールドを作製することが提案されている（例えば特許文献２参照）。このほか、さまざまな画像パターンを印刷した印刷物の製造が望まれている。特に、一つの印刷面に対し、キャパシタ電極と配線パターンなど、大面積のべたパターンと、細く間隔の狭いパターンの両方の形成が望まれている。

特公昭６０−２９３５８号公報 特開２００５−１７５０６１号公報

これまでの、印刷法による配線や絶縁層などのパターン形成では、例えば配線パターンの印刷欠損によって、断線欠陥が発生する問題が生じていた。

このような問題の原因は、上記凸版オフセット印刷を例に挙げると、主にインキ膜形成基材４２、凸版１０、被印刷基板４５に対する付着異物や、インキ膜形成基材４２の傷であることが明らかとなった。

また、上記欠陥のリペア手法については、例えば、一般的なインクジェットを用いたリペア手法では、ナノスケールの薄膜や数ミクロンピッチの高精細パターンには適していなかった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、断線欠陥を抑制する製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷し、インキ膜を重ねる工程を含むことを特徴とする印刷物製造方法である。

請求項２に記載の発明は、２回目印刷以降に印刷されるパターンの幅が、印刷１回目に印刷されたパターンの幅以下であることを特徴とする請求項１に記載の印刷物製造方法である。

請求項３に記載の発明は、２回目印刷以降に印刷されるパターンの幅が印刷１回目に印刷されたパターンの幅の１倍から０．０５倍の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の印刷物製造方法である。

請求項４に記載の発明は、凸版反転オフセット印刷、グラビアオフセット印刷、スクリーン印刷のいずれかの印刷方式を用いることを特長とする請求項１から３のいずれか１項に記載の印刷物製造方法である。

請求項５に記載の発明は、凸版反転オフセット印刷またはグラビアオフセット印刷を印刷方式として用いて、インキ膜形成基材上への要部形成工程において、２回目印刷以降にインキ膜形成基材の位置をずらして、印刷１回目とはインキ膜形成基材の位置が異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の印刷物製造方法である。

請求項６に記載の発明は、２回目印刷以降に使用するインキ膜形成基材の位置が、印刷１回目より少なくとも５μｍ以上ずらして印刷することを特徴とする請求項５に記載の印刷物製造方法である。

請求項１に記載の発明によって、断線欠陥を抑制し、数ミクロンピッチの高精細かつナノスケールの薄膜パターンにおいて欠陥のない印刷物を形成することができた。

請求項２または３に記載の発明によって、２回目印刷以降のアライメントズレがあった場合でも、２回目印刷以降の印刷パターン幅が印刷１回目の印刷パターン幅内に収まることができ、パターン設計からズレの小さい高精細かつ欠陥の少ない印刷物を製造することができた。

請求項５または６に記載の発明によって、インキ膜形成基材に断線欠陥を引き起こす数十μｍサイズの傷があった場合でも、重ね印刷２回目以降のインキ膜形成基材の位置をかえて印刷することで断線欠陥の位置がかわるため断線欠陥を抑制し、高精細かつ欠陥の少ない印刷物を製造することができた。

凸版反転オフセット印刷用凸版の一例を示す断面図である。 （ａ）は凸版反転オフセット印刷用凸版の例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）で示す図のＡ−Ｂラインでの断面図である。 本発明の凸版の製造工程の一例を示す模式図である。 反転オフセット印刷法を説明する工程の模式図である。 反転オフセット印刷法に用いる装置の模式図である。

本発明を凸版反転オフセット印刷を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、グラビアオフセット印刷、スクリーン印刷も可能である。

＜凸版＞
本発明に用いた凸版について、図１を用いて説明する。凸版の材料は、堅牢で加工が容易であることから、ガラスが好ましい。

図１の示す凸版１０は、インキ膜形成基材上のインキ膜から不要部を除去し、要部を残すために、不要部に対応した部位が凸部（レリーフパターン）となるように形成されている。本明細書中では凸版表面の最も高い部位を凸部頂部１４、最も低い部位を凹部底面１６とし、凸部の側面、あるいは凹部の側面でもある部位は凸部側面１５とする。凸部頂部１４と凹部底面１６の差を版深ｄとし、その許容される範囲は製造される印刷物によって選択される。

＜凸版の製造＞
本発明に用いた凸版の製造工程の一例を図３を用いて説明する。まず、凸版基材３１の表面の凸部に対応する位置をパターン状にマスク３２する（図３（ａ））。マスクは次に行われるレリーフ形成工程において基材表面を保護する役割を備え、例えば金属を用いることができる。金属の場合は蒸着の後、必要な部分を覆うようレジストを形成し、金属のみをエッチングする条件でエッチングを行うことでパターン状に形成できる。

こうして得られた、マスク済みの基材３３のマスクで覆われていない領域を彫り込んでレリーフ３４を形成する（図３（ｂ））。レリーフの形成方法は選択した基材に応じて適宜選択することができ、例えばサンドブラスト、ウェットブラストなどのブラスト法、ＦＩＢ（収束イオンビーム）による切削、ナノインプリンティング法、ドライエッチング、ウエットエッチング等を挙げることができる。

レリーフ形成法として例えば、ガラス基材にクロム蒸着を行い、このクロム皮膜上にフォトリソグラフィー法によってレジストを形成、不要部（すなわち要部に対応する領域）を開口させ、エッチングを行う。次いでクロム皮膜上のレジストを剥離し、クロム皮膜をマスクとしてガラス基材のウエットエッチングを行い、ガラス基材に所定の深さのレリーフパターンを形成する。

次に場合によって、凸版側面及び凹部（すなわちエッチングによって新たに形成された面）に対して、撥インキ処理３５を行ってもよい（図３（ｃ））。凸版の凹部に撥インキ処理面（シランカップリング剤単分子膜）３６が形成される。

撥インキ処理をするために選択する表面処理剤は用いるインキによって異なるが、撥水性や撥油性の高いフッ素元素やシロキサン基が含まれるシランカップリング剤を用いるのが好ましい。好ましく用いることのできる化合物としては例えば、長鎖フルオロアルキルシラン、加水分解性基含有シロキサン、フルオロエーテル基含有ポリマー、フルオロアルキル基含有オリゴマーなどが挙げられる。

凸版の表面に撥インキ処理を施す方法としては、上述のカップリング剤を凸版表面に化
学的に結合させて固定する方法を挙げることができる。例えば、シランカップリング剤を使用した公知のガラス表面処理方法を用いることができる。すなわち、シランカップリング剤を水、酢酸水、水−アルコール混合液、あるいはアルコールに溶解させてカップリング剤溶液を調製する。次いで、前記カップリング剤溶液を公知の塗工方法であるスピンコート、ロールコート、アプリケータなどを用いてガラス表面に塗工する。最後に加熱乾燥して溶媒を除くことでシランカップリング剤をガラスなどの凸版表面に固定できる。このとき加熱乾燥によって、シランカップリング剤とガラス表面はオリゴマー化することによって強固に結合するために、非常に耐性のある表面処理となる。

撥インキ処理後に、マスク３２に付着した未反応のシランカップリング剤を洗浄し、凸版基材３１からマスク３２を除去することで、要部（パターン形成位置）に該当する凹部に撥インキ処理が施された凸版３０を得ることができる（図３（ｄ））。

＜印刷物の製造＞
こうして得られた凸版を用いた凸版反転オフセット印刷法による印刷物の製造について図４及び図５を用い説明する。なお、既に説明したものについては説明を省略する。凸版は、凸版反転オフセット印刷法の除去版として使用される。

凸版反転オフセット印刷法に用いられるインキ膜形成基材５２は通称ブランケットと呼ばれ、この材料としてはインキ膜の形成、凸版による非画像部（不要部４３ｂ、５３ｂ）のインキ膜除去及び被印刷基板４５、５５への画像部（要部４３ａ、５３ａ）インキ膜の転写が可能なものが用いられる。また、変形の少ない材料が好ましいが、ある程度の柔軟性が求められる。このような材料として、シリコーン系エラストマー、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなどを用いることができる。また、ブランケット表面の濡れ性を調整するため、ブランケット表面にフッ素樹脂およびシリコーンの塗布、プラズマ処理、ＵＶオゾン洗浄処理などの表面処理を施しても良い。このようなインキ膜形成部材は通常可とう性の板として供給されるので、これを円筒形の版胴に巻きつけて用いたり（図５参照）、強度のある平板に固定して用いたりすることができる。

凸版反転オフセット印刷法に用いられるインキは、製造する印刷物の種類に応じて調整すればよく、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウムなどの金属微粒子分散液に必要に応じて各種添加剤を加えた導電性インキや、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料を有機溶媒に溶解または分散させたインキ、カラーフィルタ用顔料分散液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ブランケット材料の膨潤などを考慮すると、水またはアルコール系溶媒を用いて調整することが好ましい。

インキ膜形成基材上へのインキの供給手段４１、５１としては、均一なインキ膜が形成できればよく、バーコート、ダイコート、キャップコート、スピンコート、スリットコート法等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

インキ膜の転写によって画像が形成される被印刷基板４５、５５は、目的とする印刷物に応じて適宜選択することができる。電子部品を製造する場合は通常、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートなどのフレキシブルなプラスチック材料、石英などのガラス基板やシリコンウェハーなどを挙げることができる。印刷物が使用される環境に合わせてフィルム等のフレキシブルな基材を選択することも可能であり、この場合は生産効率の向上のために長尺の基材を用い、連続して印刷を行うことが好ましい。

本発明は、ナノスケールの薄膜や数ミクロンピッチの高精細パターンの断線を抑制することにある。断線欠陥の原因がインキ膜形成基材４２、凸版１０、被印刷基板４５に対す
る付着異物の場合は、同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷し、インキ膜を重ねることで断線を抑制することができる。

同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷する場合、印刷原版と被印刷基板のアライメントズレによってパターン設計値より実際の印刷パターン幅が広くなってしまう問題がある。そこで本発明の印刷物製造方法では、２回目の印刷パターン幅が１回目より狭くなるように凸版１０を設計する。この場合、１回目と２回目の印刷パターン幅の比は、１倍から０．０５倍が望ましい。０．０５倍より小さい場合には、印刷膜の密着性低下によって、はがれが生じやすい。

断線欠陥の原因が、インキ膜形成基材４２の傷の場合は、同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷しても断線欠陥は解消されない。そこで本発明の印刷物製造方法では、インキ膜形成基材上に要部を形成する工程において、重ね印刷２回目以降にインキ膜形成基材の位置をずらして実施する。この場合、少なくとも５μｍ以上ずらして印刷することが望ましい。５μｍより小さい場合には、数ミクロンピッチの高精細パターンの断線を抑制することが困難になる。

印刷される画像パターンとしては、例えば、薄膜トランジスタ基板の備える電極、キャパシタ電極、配線等を、また、カラーフィルタの備える着色層、有機エレクトロルミネッセンス素子の備える電極や有機エレクトロルミネッセンス層、プリント配線板の備える配線や、素子内蔵型のプリント配線板である場合はキャパシタ電極や誘電体層、抵抗素子電極や抵抗体、インダクタ、トランジスタ構成部材等の受動素子・能動素子を挙げることができる。

インキ膜形成基材からの不要インキ膜除去後に、凸版の凸部が保持するインキ膜は洗浄工程によって洗浄される。凸版の洗浄方法としては、薬液や有機溶剤によって洗浄する方法と、粘着剤を担時した粘着性フィルムにインキ膜を押し当てて取り除く方法とを挙げることができる。洗浄に使用することのできる薬液としては、例えば硫酸や塩酸等を挙げることができる。有機溶媒としては例えばトルエン等を挙げることができる。インキ膜の組成によって適宜選択することができ、凸版を構成する材料を侵さない液を選べばよい。洗浄時には超音波により振動を与えることもできる。洗浄に用いることのできる粘着性フィルムとしては、市販の粘着性フィルムを使用することができ、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体を基材フィルムとし、アクリル系粘着剤を塗布することによって粘着性の付与された粘着性フィルムを用いることができる。洗浄時に粘着剤が凸版側に転移しなければよい。粘着性フィルムによる洗浄は、洗浄後即時印刷に用いることができるので、特に連続的に同じ凸版を用いて印刷を行う場合に適している。そのため、粘着性フィルムもロール状状態で供給され、使用に応じて必要な部分を凸版に押し当て、使用後のフィルムは巻き取られるようになっていてもよい。

以下、本発明の実施の形態を例を挙げて説明する。

＜実施例１＞
凸版の材料として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、０．７ｍｍ厚のガラス板を用いた。このガラス板の表面及び裏面にクロムを蒸着により５０ｎｍ製膜した。このクロム皮膜上にポジレジストを用いたフォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成し、露出したクロム皮膜をエッチングした。その後レジストを剥離してクロムの画像パターンが形成されたガラス板を得た。

ここで形成したパターンは、図２（ａ）で模式的に示したパターンを１単位として、ガ
ラス板中央部の１００ｍｍ四方の領域に、１０単位×１０単位で計１００単位配置したものである。パターン疎部２７に対応する画像パターンは２５０μｍ×２５０μｍの方形であり、パターン密部２８に対応する画像パターンはライン幅／スペース幅が１５μｍ／１５μｍの矩形である。

このクロム皮膜をマスクとし、フッ酸を用いたガラスエッチングにより、凹部の深さが５μｍになるように凹凸を形成し、凸版反転オフセット印刷用凸版を作製した。

＜インキ１＞
インキとして、銀粒子水分散液（平均粒径２０ｎｍ、住友電工製）にポリエチレンオキサイド（平均分子量１０，０００、アルドリッチ製）を、（ポリエチレンオキサイド／銀粒子／水）＝（１／８／３１）の重量比となるように溶解させ導電性インキを調製した。

＜印刷物の製造＞
実施例に係る印刷物の製造は次のようにして行った。
まず、東芝ＧＥ社製の２液型シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製：商品名ＴＳＥ３４５５Ｔ）を、厚さ２ｍｍ、大きさ１５０ｍｍ×１２０ｍｍに成形してインキ膜形成基材であるブランケットを作製した。

このブランケットをブランケットロールに巻き付け円筒形とし、ブランケット上に上記のように調整した導電性インキをバーコータで塗布した後、室温で３分間乾燥させ、ブランケット上に導電性のインキ膜を形成した。

次に、凸版をブランケット上のインキ膜に密着させたのち剥離し、非画像部のインキ膜を除去した。次に、画像部が残されたブランケットと、厚さ０．７ｍｍ、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍのソーダライムガラス基板とを密着させたのち剥離して、ブランケット上のインキ膜を被印刷基板側に転写した。続いて、同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンの２回目印刷を実施した。印刷基板を２００℃で３０分間熱処理して導電性パターンを備えた印刷物を形成した。得られた導電性パターンを光学顕微鏡で観察したところ、印刷不良由来の断線欠陥はみられなかった。

＜実施例２＞
インキとして、以下に示すように調整したカラーフィルタ用の着色インキを用いた他は実施例１と同様に凸版反転オフセット印刷用凸版を製造し、これを用いて印刷物の製造を行った。

＜インキ２＞
まず、赤色顔料分散液を下記の組成で調整した。
〔赤色顔料分散液〕
・赤色顔料
Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ−ＣＦ」）…１８重量部
Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ （チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）…２重量部
・アクリルワニス（固形分２０％）…１０８重量部
〔赤色着色インキ〕
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色着色インキを得た。
・上記赤色顔料分散液…１００重量部
・メチル化メチロールメラミン（三洋化成工業株式会社製：商品名ＭＷ−３０）…２０重
量部
・レベリング剤（大日本インキ化学工業株式会社製：商品名メガファック Ｆ−４８３ＳＦ）…１重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテル…８５重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート…４５重量部
こうして調整した赤色着色インキを実施例１と同様にブランケットに塗布・不要部の除去・被印刷基板への転写を行ってガラス基板上にインキパターンを得た。こうして得られた印刷パターンを光学顕微鏡で観察したところ、印刷不良由来の断線欠陥はみられなかった。

＜実施例３＞
２回目印刷に使用する凸版の凹部幅を１回目に使用する凸版の凹部幅の０．５倍にして印刷した他は実施例１と同様に印刷物の製造を行った。

こうして得られた印刷パターンを光学顕微鏡で観察したところ、印刷不良由来の断線欠陥はみられなかった。

＜実施例４＞
２回目印刷に使用するブランケットを３０μｍオフセットさせて凸版で不要箇所を除去した他は実施例１と同様に印刷物の製造を行った。

こうして得られた印刷パターンを光学顕微鏡で観察したところ、印刷不良由来の断線欠陥はみられなかった。

＜比較例＞
凸版反転オフセット印刷により、被印刷基板に１度のみ印刷を実施し印刷物の製造を行った。２回目印刷を行わないことを除いては実施例１と同様の条件を用いた。得られた印刷物について、導電性パターンを光学顕微鏡で観察したところ、異物由来の印刷不良が顕著で、所々に断線欠陥があった。

本発明は、異物やキズ由来の断線欠陥を抑制し微細なパターンを連続的に印刷で形成可能であるため、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイ、カラーフィルタなどのデバイスを印刷物として製造する際に応用することができる。

１０：凸版
１１：撥インキ処理面
１４：凸部頂部
１５：凸部側面
１６：凹部底面
２０：凸版
２７：パターン疎部
２８：パターン密部
３０：撥インキ性処理凸版
３１：凸版基材
３２：マスク
３３：マスク済みの基材
３４：レリーフ
３５：撥インキ処理
３６：撥インキ処理面（シランカップリング剤単分子膜）
４１、５１：インキ供給手段
４２：インキ膜形成基材
４３、５３：インキ膜
４３ａ、５３ａ：インキ膜の要部
４３ｂ、５３ｂ：インキ膜の不要部
４４：凸版
４５：被印刷基板
４６、５６：定盤
５０：凸版反転オフセット印刷装置
５２：ブランケット
５４：除去版
５５：被印刷基板

Claims (6)

1. 同一被印刷基板の同一箇所に同一パターンを２回以上印刷し、インキ膜を重ねる工程を含むことを特徴とする印刷物製造方法。
2. ２回目印刷以降に印刷されるパターンの幅が、印刷１回目に印刷されたパターンの幅以下であることを特徴とする請求項１に記載の印刷物製造方法。
3. ２回目印刷以降に印刷されるパターンの幅が印刷１回目に印刷されたパターンの幅の１倍から０．０５倍の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の印刷物製造方法。
4. 凸版反転オフセット印刷、グラビアオフセット印刷、スクリーン印刷のいずれかの印刷方式を用いることを特長とする請求項１から３いずれか１項に記載の印刷物製造方法。
5. 凸版反転オフセット印刷またはグラビアオフセット印刷を印刷方式として用いて、インキ膜形成基材上への要部形成工程において、２回目印刷以降にインキ膜形成基材の位置をずらして、印刷１回目とはインキ膜形成基材の位置が異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の印刷物製造方法。
6. ２回目印刷以降に使用するインキ膜形成基材の位置を、印刷１回目より少なくとも５μｍ以上ずらして印刷することを特徴とする請求項５に記載の印刷物製造方法。