JP2018011083A - プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム、回路基板の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
【解決手段】プラスチックフィルムの少なくとも一方の表面にプライマーコート層を有するフィルムであって、前記プライマーコート層表面のATR−IRスペクトルにおいて、761cm-1付近と1675cm-1付近とにそれぞれ吸収ピークを有することを特徴とするプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム。
【選択図】図1
Description
また、本発明の他の目的は、基材に対する密着性と導電性とに優れ、なおかつ微細な細線で形成され集積化された配線回路を基材上に有する回路基板を、簡便かつ高い生産性で製造できる回路基板の製造方法を提供することにある。
工程(A):印刷法により、前記基材フィルムの前記プライマーコート層上に導電性インクのパターンを形成する工程
工程(B):前記導電性インクのパターンを焼成して配線回路を形成する工程
本発明のプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム(単に「本発明の基材フィルム」と称する場合がある)は、プラスチックフィルムの少なくとも一方の表面にプライマーコート層を有する積層構成を有するフィルム(積層フィルム)である。図1は、本発明の基材フィルムの一例を示す概略図(断面図)であり(1は基材フィルムである)、2はプラスチックフィルムを示し、3はプライマーコート層を示す。但し、本発明の基材フィルムは図1に示す構成に限定されず、例えば、該基材フィルムの両面に配線回路を形成する場合には、プラスチックフィルムの両方の表面にプライマーコート層を有する、「プライマーコート層/プラスチックフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム等であってもよい。
本発明の基材フィルムにおけるプラスチックフィルムは、本発明の基材フィルム及び該基材フィルム上に配線回路(導電パターン)を形成することにより得られる回路基板の支持体(ベースフィルム)として機能する。
本発明の基材フィルムにおけるプライマーコート層は、上記プラスチックフィルムの少なくとも一方の表面に形成される層であって、印刷法により上記プライマーコート層上に配線回路を形成して得られる回路基板において、配線回路の導電性を保持しつつ、該配線回路の基材に対する密着性を確保する役割を果たす。さらに、上記プライマーコート層は、後述のように、印刷法(特に、インクジェット法)によって導電性インクのパターンを形成する際には基材フィルムに着弾した導電性インクの広がりを抑制し、フッ素系撥液剤によるコーティング処理等の特殊な技術によることなく、微細な細線で形成された配線回路を簡便な工程で形成することを可能とする。
本発明の基材フィルムを回路基板の基材として使用し該基材の表面(プライマーコート層表面)に配線回路を形成することによって、本発明の基材フィルムと、該基材フィルムのプライマーコート層上に形成された配線回路とを少なくとも有する回路基板(配線回路基板;「本発明の回路基板」と称する場合がある)が製造できる。本発明の回路基板は、本発明の基材フィルムのプライマーコート層上に配線回路を形成する公知乃至慣用の方法により製造することができ、特に限定されないが、例えば、下記の工程(A)及び工程(B)を必須の工程として含む回路基板の製造方法(「本発明の回路基板の製造方法」と称する場合がある)により製造することができる。
工程(A):印刷法により、本発明の基材フィルムのプライマーコート層上に導電性インクのパターンを形成(印刷)する工程
工程(B):工程(A)の後、上記導電性インクのパターンを焼成して配線回路(導電パターン)を形成する工程
本発明の回路基板の製造方法における工程(A)は、印刷法により、本発明の基材フィルムのプライマーコート層上に導電性インクのパターンを形成する工程である。上記導電性インクのパターンは、その後の工程(B)にて形成される配線回路(導電パターン)に対応した形状を有する。なお、上記導電性インクのパターンは、本発明の基材フィルムの両側の表面がプライマーコート層表面となっている場合には、一方の表面(片面)のみに形成されていてもよいし、両方の表面(両面)に形成されていてもよい。
上記導電性インクは、導電体を含むインクであり、本発明の回路基板の製造方法においては、公知乃至慣用の導電性インクを使用できる。上記導電体としては、特に限定されないが、例えば、銀、金、銅、ニッケル、ITO、カーボン、カーボンナノチューブ等の導電性を有する無機粒子;ポリアニリン、ポリチオフェン(例えば、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)等)、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性の有機高分子からなる粒子等が挙げられる。中でも、上記導電体としては、無機粒子が好ましく、導電性とコストのバランスの観点で、銀粒子、銅粒子が好ましい。なお、上記導電性インクにおける導電体は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の回路基板の製造方法における工程(B)は、工程(A)の後、上記構造体における導電性インクのパターンを焼成して配線回路(導電パターン)を形成する工程である。導電性インクを焼成する際の加熱温度(焼成温度)は、導電性インクの組成、導電体の粒子径等に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、通常、100〜300℃程度の範囲内であることが多い。本発明の基材フィルムにおけるプラスチックフィルムが高い耐熱性を有しない場合(例えば、PETフィルム等の場合)には、劣化を抑制するために焼成温度を比較的低温とすることが好ましいが、一方で、配線回路の電気抵抗を小さくするためには、一般に高温で焼成することが好ましい。これらのバランスを考慮した上で、適当な硬化温度を有する導電性インクを選択して用いることが重要である。上記加熱処理(焼成)により、本発明の基材フィルム上(具体的には、プライマーコート層上)に配線回路が形成され、本発明の回路基板が得られる。
[プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルムの製造]
商品名「ノプコキュアSHC−017R」(サンノプコ(株)製、固形分濃度:60%)100重量部と、メチルジアリルイソシアヌル酸(MeDAIC)10重量部と、メチルエチルケトン(MEK)110重量部とを秤量し、遮光瓶に入れ、混合してプライマーコート剤(溶液)を得た。
上記プライマーコート剤を、ワイヤーバー#30を用いて、PENフィルム(帝人デュポン(株)製、商品名「テオネックス Q65FWA」、厚み125μm)上に流延させた後、70℃の乾燥機にて溶剤を揮発させ、乾燥させた。次いで、空気中にて、高圧水銀灯からの紫外線を約9秒間照射し、厚み10μmの硬化物(プライマーコート層)を形成させた。このようにして、「PENフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
酢酸銀5.0g(0.03mol)をトルエン75mlに加え、次いでオレイルアミン48.1g(0.18mol)を添加し50℃で攪拌して、さらにオクタン酸4.3g(0.03mol)を添加し50℃で攪拌して、無色均一な混合液を調製した。この混合液にアセトヒドラジド2.4g(0.03mol)を粉末で添加し50℃で反応させたところ、反応液は徐々に茶色へと変色すると共に30分ほどでアセトヒドラジドの粉末が消失した。引き続き50℃で攪拌を継続し、アセトヒドラジドの添加から2時間後に攪拌を停止して、反応液中に銀ナノ粒子が分散した反応混合物を得た。
反応混合物を室温(25℃)に戻し、反応混合物を大過剰のメタノールに攪拌しながら添加した後、静置すると、銀ナノ粒子が沈殿した。この上澄み液を除去した後、再度大過剰のメタノールを加え、デカンテーションを行った。この銀ナノ粒子の洗浄操作を、さらに2回繰り返して、反応液が除去され且つメタノールで湿った精製銀ナノ粒子を得た。その後、得られた湿った精製銀ナノ粒子を25℃で真空下で8時間放置してメタノールなどの揮発成分を取り除き、乾燥銀ナノ粒子粉末を得た。得られた銀ナノ粒子の銀換算収率は97%であった。
得られた乾燥銀ナノ粒子粉末を透過型電子顕微鏡で観察したところ平均粒子径は6.6nmであった。
得られた乾燥銀ナノ粒子粉末をシクロドデセン/テトラデカン混合液中に分散し、銀濃度57wt%の分散液を調製した。その後、0.2μmの精密ろ過フィルター(アドバンテック社製、DISMIC−13HP)で濾過処理を行い、インクジェット用導電性インク(銀ナノインク)とした。
基材フィルムのプライマーコート層表面に、上記のインクを用いて、インクジェット装置(吐出量4pl)で、基材フィルム上に微小配線を描画した。銀ナノ粒子の凝集によるノズル詰まりもなく、塗布膜厚1μmでの配線パターンの印刷を実施できた。微小配線を描画した基材フィルムを180℃で1時間焼成して配線回路を形成し、回路基板を得た。
PENフィルムの代わりに、PETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名「コスモシャイン A4300」、厚み188μm)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、「PETフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例1と同様にして回路基板を得た。
PENフィルムの代わりに、表面にコロナ放電処理(コロナ処理)を施した環状ポリオレフィンフィルム(商品名「TOPAS 6013」)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、「コロナ処理TOPAS/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。なお、上記環状ポリオレフィンフィルムの濡れ指数は、コロナ処理前で34mN/mであり、コロナ処理後で46mN/mであった。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例1と同様にして回路基板を得た。
商品名「ノプコキュアSHC−017R」(サンノプコ(株)製)100重量部と、メチルジアリルイソシアヌル酸10重量部と、メチルエチルケトン110重量部とを秤量し、遮光瓶に入れ、混合させた。得られた溶液に対して、商品名「オプツールDAC」(ダイキン工業(株)製、フッ素系化合物、固形分濃度:20%)を、プライマーコート剤の全量における商品そのものの含有量として、0.01重量%となるように配合して混合し、プライマーコート剤(溶液)を得た。
上記プライマーコート剤を、ワイヤーバー#30を用いて、PENフィルム(帝人デュポン(株)製、商品名「テオネックス Q65FWA」、厚み125μm)上に流延させた後、70℃の乾燥機にて溶剤を揮発させ、乾燥させた。次いで、空気中にて、高圧水銀灯からの紫外線を照射し、厚み10μmの硬化物(プライマーコート層)を形成させた。このようにして、「PENフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例1と同様にして回路基板を得た。
オプツールDACの含有量を表1に示すように変更したこと以外は実施例4と同様にして、「PENフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例4と同様にして回路基板を得た。
メチルジアリルイソシアヌル酸及びオプツールDACの含有量を表1に示すように変更したこと以外は実施例4と同様にして、「PENフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例4と同様にして回路基板を得た。
商品名「ノプコキュアSHC−017R」(サンノプコ(株)製)100重量部と、メチルエチルケトン100重量部とを秤量し、遮光瓶に入れ、混合してプライマーコート剤(溶液)を得た。
上記で得たプライマーコート剤を、ワイヤーバー#30を用いて、PETフィルム(厚さ188μm、東洋紡績(株)製、商品名「コスモシャインA4300」)上に流延させた後、70℃の乾燥機にて溶剤を揮発させ、乾燥させた。次いで、空気中にて、高圧水銀灯からの紫外線を約9秒間照射し、厚み10μmの硬化物(硬化物層)を形成させた。このようにして、「PETフィルム/硬化物層」の積層構成を有する基材フィルムを得た。
さらに、上記で得た基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例1と同様にして、回路基板を得た。
実施例1の基材フィルムの代わりに、PETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名「コスモシャインA4300」)(基材フィルム)を回路基板の基材として使用したこと以外は、実施例1と同様にして、回路基板を得た。
PETフィルムの代わりにPENフィルム(帝人デュポン(株)製、商品名「テオネックス Q65FWA」)を使用したこと以外は、比較例1と同様にして基材フィルム(「PENフィルム/硬化物層」)を得た。
さらに、上記で得た基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は比較例1と同様にして、回路基板を得た。
実施例1の基材フィルムの代わりに、PENフィルム(帝人デュポン(株)製、商品名「テオネックスQ65FWA」)(基材フィルム)を回路基板の基材として使用したこと以外は、実施例1と同様にして、回路基板を得た。
商品名「Novec ECG−1720」(住友スリーエム(株)製、フッ素系撥液剤)25重量部と、商品名「Novec 7200」(住友スリーエム(株)製、ハイドロフルオロエーテル)75重量部とを秤量し、遮光瓶に入れ、混合させて、溶液を得た。
上記で得た溶液を、ワイヤーバー#3を用いて、PENフィルム(帝人デュポン(株)製、商品名「テオネックス Q65FWA」)上に流延させた後、80℃の乾燥機にて5分間、溶剤を揮発させ、乾燥させることによって、上記PENフィルムの撥液処理を行い、基材フィルムを得た。
上記で得られた撥液処理後の基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例1と同様にして回路基板を得た。なお、回路基板における配線回路は、上記基材フィルムの撥液処理面に形成した。
オプツールDACの含有量を表1に示すように変更したこと以外は実施例4と同様にして、「PENフィルム/プライマーコート層」の積層構成を有する基材フィルム(プリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム)を得た。
また、上記で得られた基材フィルムを回路基板の基材として使用したこと以外は実施例4と同様にして回路基板を得た。
実施例1で得られた基材フィルムのプライマーコート層表面のATR−IRスペクトル、比較例1で得られた基材フィルムの硬化物層表面のATR−IRスペクトル、比較例2で使用したPETフィルム(商品名「コスモシャインA4300」)表面のATR−IRスペクトルを測定した。得られたチャートを図2〜4に示す。
なお、ATR−IRスペクトル測定の測定装置としては、商品名「赤外分光光度計 FT−720」((株)堀場製作所製)を使用し、測定分解能:4cm-1、スキャン回数:16回、測定ゲイン:2の条件で測定した。
図2に示すように、実施例1で得られた基材フィルムのプライマーコート層表面のATR−IRスペクトルにおいては、約1685cm-1と約763cm-1に吸収ピークが確認された。
また、実施例2〜11で得られた基材フィルムのプライマーコート層表面のATR−IRスペクトルにおいても、実施例1で得られた基材フィルムの場合と同様に、約1685cm-1と約763cm-1に吸収ピークが確認された。一方、比較例1〜5で使用した基材フィルムの表面のATR−IRスペクトルにおいては、761cm-1付近と1675cm-1付近に吸収ピークは存在しなかった。
実施例1〜11で得られた基材フィルムのプライマーコート層表面のESCAを下記の測定装置で測定した。その結果、いずれの基材フィルムにおいても、プライマーコート層の表面元素中に窒素原子が確認された。
・測定装置:商品名「Physical Ecectronics PHI 5800 ESCA System」(アルバック・ファイ(株)製)
実施例及び比較例で回路基板の基材として使用した基材フィルムについて、配線回路を形成した側の表面に対するn−ヘキサデカンの接触角を以下の測定条件で測定した。測定結果を表1に示す。
・測定条件:23℃、50%RH、滴下量2.5μl、着滴後に測定
実施例及び比較例で得られた回路基板における配線回路の基材に対する密着性を、JIS K5600−5−6に準拠して評価した。具体的には、以下の手順で評価した。
まず、回路基板における配線回路に対して、1mm角の切れ目を碁盤目状に入れ、25個の1mm角の配線回路を形成した。次いで、接着テープ(ニチバン(株)製、セロテープ(登録商標))を貼り付け、その後、接着テープを引き剥がし、1mm角の配線回路25個中、基材上に残った配線回路の個数を計測した。
その結果、基材上に残った1mm角の配線回路の数が21〜25個であった場合を○(密着性が極めて良好)とし、基材上に残った1mm角の配線回路の数が11〜20個であった場合を△(密着性良好)、基材上に残った1mm角の配線回路の数が0〜10個であった場合を×(密着性不良)と評価した。評価結果を表1に示す。
実施例及び比較例で得られた回路基板における配線回路の導電性(導通性)を、得られた銀焼成膜(配線回路)について、4端子法(ロレスタGP MCP−T610)により測定した。測定結果を表1に示す。
なお、電気抵抗率が50μΩ・cm以下である場合を導電性が良好と判断できる。
実施例及び比較例で得られた基材フィルムを使用して、以下の手順でインクジェット印刷描画可能線幅の評価を行った。
銀ナノインクで、14ピコリットル/ドットのインクジェットヘッドでラインを連続で描画し、配線回路を形成した。その線幅をCCDカメラで描画可能線幅として測定することで、インクジェット印刷描画可能線幅の評価を行った。評価結果を表1に示す。
一方、プライマーコート層を有しない基材フィルム(比較例2、4)、メチルジアリルイソシアヌル酸を含有しないプライマーコート剤より形成された硬化物層を有する基材フィルム(比較例1、3)を使用した場合には、上述の密着性と導電性とを両立させることができなかった。さらに、これら基材フィルムはインクジェット印刷による描画可能線幅が比較的大きく、微細な配線回路形成の点においても、実施例で得られた基材フィルムよりも劣るものであった。また、比較例5のように、フッ素系撥液剤による撥液処理のみでは、焼成時にプラスチックフィルムから出てくるオリゴマー成分によるものと推測されるが、導電性が不良であった。なお、このような導電性の低下は、フッ素系撥液剤による撥液処理の前にプラスチックフィルム上にハードコート層を形成することで抑制することができると考えられるが、工程が煩雑となる。さらに、フッ素系撥液剤を使用した場合には、液状のフッ素系撥液剤が配線回路形成後の回路基板上に残存することにより、回路を保護するための封止材との密着性が悪化する等、後の工程で不具合が生じやすい。
2 : プラスチックフィルム
3 : プライマーコート層
Claims (5)
- プラスチックフィルムの少なくとも一方の表面にプライマーコート層を有するフィルムであって、前記プライマーコート層表面のATR−IRスペクトルにおいて、761cm-1付近と1675cm-1付近とにそれぞれ吸収ピークを有し、前記プライマーコート層表面に対するn−ヘキサデカンの接触角が32〜65°であることを特徴とするプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム。
- 前記プライマーコート層表面のESCAにより分析される表面元素中に窒素元素が存在する請求項1に記載のプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム。
- 前記プライマーコート層表面に対するn−ヘキサデカンの接触角が40〜60°である請求項1又は2に記載のプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルムと、該基材フィルムの前記プライマーコート層上に形成された配線回路とを有する回路基板の製造方法であって、下記の工程(A)及び工程(B)を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
工程(A):印刷法により、前記基材フィルムの前記プライマーコート層上に導電性インクのパターンを形成する工程
工程(B):前記導電性インクのパターンを焼成して配線回路を形成する工程 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプリンタブルエレクトロニクス用基材フィルムと、該基材フィルムの前記プライマーコート層上に形成された配線回路とを有する回路基板。
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