JP2018064034A - 立体回路部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小凹形状内での高精度の微細回路のパターン形成において、主に半導体微細加工技術が用いられているが、工程数が多く製造コストが高くなり、加工ワークのサイズもウエハレベルである。また、従来の導電性インキが印刷された転写フィルムを用いた成形加工方法においても、高精度、微細化は困難である。【解決手段】成形型上の成形面に形成されたアライメントマークを基準に、印刷法を用いて導電性インキを該成形型上の成形面の凸部にパターニングし、熱可塑性樹脂フィルムを成形可能な温度まで加熱し、熱可塑性樹脂フィルムの加工面を前記成形面に密着し、剥離させることで、微小凹形状内に回路パターンを高精度、大面積かつ安価で製造することが可能となる。【選択図】図６

Description

本発明は、微小凹部内に回路パターンを有した立体回路部品及びその製造方法に関する。

近年、加速度センサや水晶振動子、ミラーアレイデバイス、マイクロ流路デバイス等の微小立体構造物を有したマイクロデバイスが広く一般に普及し、様々な微小立体構造を有したデバイスが製品化されている。

これらのデバイスの総称としてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスと呼ばれ、シリコンやガラス基板上に微小な凹凸形状や回路パターン及び集積回路などを備えている。

これらＭＥＭＳデバイスの加工方法としては、主に半導体微細加工技術が用いられており、レジスト塗布工程、露光工程、ウエットエッチングもしくはドライエッチング工程といった各工程が用いられている。

上記の加工方法を採用するＭＥＭＳデバイスにおいては、微小凹部内などに回路パターンを備えているデバイス構造（立体回路部品）を形成しようとする際に、微小凹部におけるレジスト塗布工程及び露光工程において、平坦面に比べてパターニング適性が劣化する傾向にあるため、特殊なプロセスや装置が用いられている。

例えば、特許文献１においては、微小凹凸構造を有した基板上でレジストのピンホールの発生を防ぎ、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができるスプレーコーティングによるレジストコートを行っている。

また、特許文献２では、表面に凹凸のある立体サンプルにリソグラフィー加工を行う際に、露光時の入射光を基板面の法線方向に対して、１０°以上６０°以下の範囲で傾斜させて露光することで、立体構造物上のレジストのパターニングを行っている。

また、特許文献３には、凹部に回路パターンを形成する方法として、転写用フィルムにあらかじめ印刷により回路パターンを形成し、印刷した転写用フィルムを成形型にセットし、溶融樹脂を射出する工程により、凹内部に配線パターン形成が可能となる製造方法が挙げられている。

特開２００６−５５７５６号公報 特願２００６−２７３３２６号広報 特開２０１１−４２１０６号公報

しかし、特許文献１及び２のいずれの方法においても、加工ワークのサイズはシリコンウエハレベルであるため、大面積化は困難である。また、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程、ドライエッチングもしくはウエットエッチング工程等の複数の工程及び装置を要し、製造コストが高くなるという問題点がある。

また、特許文献３の方法ではセット工程時に転写フィルムを成形型にセットする工程があるため、フィルムセット時及び射出成形時に成形型に対して、アライメントズレが発生するという問題がある。更には、あらかじめ回路パターンを印刷形成する転写フィルムの厚みに制限され、凹部の形状を大きくする必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回路パターンの印刷位置精度を維持しつつ、微細な凹部に回路パターンの形成がなされた立体回路部品を高精度、大面積かつ安価に提供しようとするものである。

本発明の請求項１に係る発明は、表面上に複数の微小凹部を有する厚さ１μｍ以上４００μｍ以下の熱可塑性樹脂フィルムからなる立体回路部品において、少なくとも前記微小凹部内に導電性インキからなる回路パターンを有しており、前記導電性インキの少なくとも一部が、該微小凹部内の該熱可塑性樹脂の表面に埋設されていることを特徴とする立体回路部品である。

本発明の請求項２に係わる発明は、前記導電性インキ層が一層以上から構成され、該導電性インキの総厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の立体回路部品である。

本発明の請求項３に係わる発明は、前記微小凹部における底面の最大深さが０．１〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体回路部品である。

本発明の請求項４に係わる発明は、表面上に複数の微小凹部を備え、前記微小凹部内に導電性インキからなる回路パターンを有する立体回路部品の製造方法であって、前記微小凹部を成形するための成形型に対し、印刷法により成形型成形面の少なくとも凸部に、前記導電性インキをパターニングする第１工程と、熱可塑性樹脂フィルムを成形可能な温度まで加熱する第２工程と、加熱された前記熱可塑性樹脂フィルムの上面を前記成形型成形面に密着させる第３工程と、を有することを特徴とする立体回路部品の製造方法である。

本発明の請求項５に係わる発明は、前記成形型には、成形面にアライメントマークが形成され、前記導電性インキの印刷時に該アライメントマークを基準として前記成形型上での印刷位置合わせを実施し、導電性インキによる回路パターンを該成形面の少なくとも凸部の任意箇所に印刷することを特徴とする請求項４に記載の立体回路部品の製造方法である。

本発明の請求項６に係わる発明は、前記成形型は、成形面の凸部の最大高さが０．１〜２００μｍの範囲であり、複数の凹凸形状を有する該成形型を使用することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の立体回路部品の製造方法である。

以上説明したように、本発明によれば、工程数の多いリソグラフィープロセスを使用することなく、微小凹部に対して導電性インキからなる回路パターンを形成した立体回路部品を提供することが可能となる。

また既存の印刷技術及び成形技術を使用できるため大面積化が容易である。更には、成形型に直接的にアライメントし、導電性インキによる回路パターンを形成するため、微小凹部に対し高精度に回路パターンが形成された立体回路部品を提供できる。

本発明の実施形態に係る印刷装置の機械的構成を示す側面図である。 実施形態に係る成形型の側面図である。 実施形態に係る成形時の成形型及び加熱プレート、熱可塑性樹脂フィルム配置を示す側面図である。 実施形態に係る熱可塑性樹脂フィルムに成形型を押圧した状態を示す側面図である。 実施形態に係る熱可塑性樹脂フィルムの表面上に微細凹部及び導電性インキによる回路パターンが形成された側面図である。 実施形態に係る熱可塑性樹脂フィルムの表面上に微細凹部及び導電性インキによる回路パターンが形成された立体図である。 実施例におけるＵＶ硬化樹脂による成形型の側面図である。 実施例における成形型と熱可塑性樹脂フィルムの配置を示す側面図である。 実施例におけるＰＭＭＡフィルムの表面上に微細凹部及び導電性インキによる細線パターンが形成された立体図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（印刷装置概略構成）
図１において、印刷装置１００は、ブランケット１０５と、印刷版１０２とを備えている。ブランケット１０５は、回転可能なブランケット胴１０４の表面に固定されており、被印刷体である成形型１０８に導電性インキ１０６を転写可能に配置されている。

印刷版１０２は、印刷版固定用定盤１０１の上面に固定され、ブランケット１０５の印刷面に導電性インキ１０６を転写可能な位置に配置されている。

ブランケット胴１０４は回転、上下移動が可能なように台車に支持されており、台車には印刷位置決めを行うためのアライメントカメラ１０９が設置されている。

台車は印刷版固定用定盤１０１と被印刷体固定用定盤１０７に対して移動可能に支持されている。被印刷体である成形型１０８は、被印刷体固定用定盤１０７の上面に固定されている。

ブランケット１０５の表面すなわち印刷面はゴム層からなる。このゴム層として用いられるゴム材料としては、ブランケットとして公知の各種の材料を用いることができる。これらのゴム材料は、コア材料の種類に対応して選択される。表面エネルギーの低いシリコーンゴムなどが好適である。

また、ゴム層単独でブランケット１０５とすることも可能であるが、ゴム層はベース基材の上に設けてもよい。

なお、ゴム材料からなるゴム層は、ベース基材上でゴム材料を硬化させることも、フィルム上のゴム材料をベース基材と貼り合わせることも可能である。

ベース基材としては、印刷時にブランケット胴１０４に取り付けられることから可撓性のあるフィルム又は金属薄板であれば種類は問わないが、コスト及び寸法安定性からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系フィルム、あるいはポリイミドフィルムが好適である。

また、ベース基材とシリコーンゴム層の間には、必要に応じてプライマー層や接着層が設けられる。また、ベース基材の下には必要に応じてクッション層が設けられる。クッション層としてはスポンジ状の材料を用いることができる。ブランケット１０５は、その幅方向の両端部を不図示の取付器具によって巻き締めることによって、略円筒形のブランケット胴１０４に固定される。

印刷版１０２は、配線に対応する溝を銅板、ニッケル版などの金属版、あるいはガラス版に形成し、その表面にクロムめっきやカーボンめっきによる耐擦性皮膜を形成している。この印刷版１０２の凹部に対して、ドクターブレード１０３によって一定の速度で導電性インキ１０９を充填する。

また、印刷装置１００は、印刷装置１００の各部を制御するために、制御部を備える。ブランケット胴１０４、ブランケット胴が支持された台車、印刷版固定用定盤１０１、被印刷体固定用定盤１０７のための送り機構は、制御部に電気的に接続されている。

制御部は周知のコンピュータであって、データバスによって相互接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、記憶装置、表示装置及び入出力装置等を含むものである。

制御部はオペレータの操作入力、各種センサ類からの入力、及びＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ドクターブレード１０３を用いた印刷版１０２への導電性インキ１０９の充填、ブランケット胴１０４の送り回転及び移動、ブランケット胴が支持された台車の移動、印刷版固定用定盤１０１、被印刷体固定用定盤１０７のための送り機構の動作、ブランケット１０５に対する乾燥の動作を連繋して制御することが可能に構成されている。

（成形型の形成）
図２において、本実施形態における成形型１０８の外形は平板であり、成形面に回路パターンの印刷位置決めをするためアライメントマークが形成されている。
成形型１０８材料は、金属、ガラス、カーボン、樹脂、及びそれらの複合体から適宜選択できる。

上記成形型１０８の成形材料の凹凸構造及びアライメントマークの形成方法は、特に制限はないが、成形型材料により異なり、金属材料においては、切削加工またウエットエッチング法、ドライエッチング法が好ましく、ガラス材料においては、ウエットエッチング法、ドライエッチング法が好ましく、樹脂材料においては、プレス法もしくは、他にもキャスティング法、射出成形法、ＵＶ成形法が好ましい。

上記成形型１０８の形成方法によって形成される凹凸形状１１０は、凸部の最大高さは０．１〜２００μｍの範囲が好ましい。

（成形型への印刷方法）
次に、以上のとおり構成された印刷装置１００を用いて、成形型上に導電性インキをパターニングする第１工程である印刷方法について説明する。

図１に示すように、ブランケット胴１０４が、図中矢印（Ａ）方向に回転しながら転がり、印刷版１０２に充填された導電性インキ１０６に連続的に接触することによって、ブランケット１０５の印刷面には導電性インキ１０６が転写される。ブランケット１０５への転写速度は、例えば、５０ｍｍ/ｓで行うことができる。

ブランケット１０５上に導電性インキ１０６を転写後に、成形型１０８を被印刷体固定用定盤１０７に固定し、成形型１０８に形成されているアライメントマークを基準に、被印刷体固定用定盤１０７を移動させて成形型１０８上での印刷位置決めを行う。

その後、図１に示すように導電性インキ１０６による回路パターンが転写されたブランケット１０５を図中矢印Ａ方向に回転しながら成形型１０８に押し付けて、回路パターンを成形型凸部１１０に転写する。成形型１０８への転写速度は、例えば、２００ｍｍ/ｓで行うことができる。

この時、成形型凸部１１０に対する回路パターンの転写は、必ずしも成形型凸部１１０の天頂部に限定されるものではなく、凸部の側面部分など任意の位置に転写することができる。

また、ブランケット１０５の印刷面に残った導電性インキ１０６は、例えば、不図示のクリーニングローラーで除去される。

（微小凹部および回路パターンの形成方法）
続いて、熱可塑性樹脂フィルムを加熱する第２工程、並びに加熱された熱可塑性樹脂フィルムに成形する第３工程について説明する。

まず、図３に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１１２を加熱用プレート１１１にセットし、成形可能な温度まで加熱する。
ここで熱可塑性樹脂フィルムに用いられる材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やポリアクリル酸エステルなどのアクリル樹脂類、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＭＳ（メタクリル酸スチレン共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）、ＰＥＮ（ポリエチレナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）等などの熱可塑性樹脂を単独あるいは混合物や積層体などのように組み合わせて用いることが可能である。

また、熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、１μｍ以上４００μｍ以下であることが望ましいと言える。

これは、薄すぎると成形型１０８の押圧時に、熱可塑性樹脂フィルムが歪みを生じる可能性が高く、また厚すぎると加熱プレート１１１からの熱伝道に時間を要し、生産性の低下を招くためである。

成形時の加熱温度は、熱可塑性樹脂フィルム１１２が成形可能な適切な温度で行うことが必要であり、加熱温度は熱可塑性樹脂材料ごとで異なるが、例えば、ＰＭＭＡでは１６０℃程度が好ましい。

図４に示すように導電性インキ１０６による回路パターンが転写された成形型１０８の成形面を加熱された熱可塑性樹脂フィルム１１２の加工面に対向させて押圧する。

熱可塑性樹脂フィルム１１２に成形型１０８を押圧した後に、熱可塑性樹脂フィルム１１２を成形型１０８から剥離することで、熱可塑性樹脂フィルム１１２の表面上に微小凹部および微小凹部内に導電性インキ１０６による回路パターンが形成される（図５）。

この時、図５からも判る通り、回路パターンを形成する導電性インキ１０６は、少なくともその一部が、微小凹部内の熱可塑性樹脂の表面に埋設された形で形成される。

これにより、微細な回路パターンをフィルム上にも自由に配置することができる。

ここで、熱可塑性樹脂フィルム１１２の表面上に形成される微小凹部における底面の最大深さは、０．１〜２００μｍの範囲が好適であり、微小凹部内に設けられる導電性インキ１０６の厚みは、５０μｍ以下であることが好ましい。

これは、微小凹部の深さが０．１μｍ未満であると微小凹部の形成が困難となるため、成形型の形成が困難であり、２００μｍより深いとインキの取り出しが困難となるためであり、また導電性インキの厚さが５０μｍを超えると回路の形成が困難となるためである。

上記実施形態では、グラビアオフセット印刷法を用いて導電性インキの回路パターン形成を行ったが、印刷方法に制限はなく、公知の印刷技術スクリーン印刷やオフセット印刷等の公知の印刷手段や、インクジェットなどのオンデマンド印刷手段を用いることが出来る。

上記実施形態では、平板形状の印刷版１０２を用いて転写を行っていたが、これに限られず、円筒形状の印刷版を用いて転写を行ってもよい。

また、上記実施形態では、平板形状の成形型１０８を用いたが、これに限らず、ロール形状の成形型を用いてもよい。

＜実施例＞
まず、図７に示す厚さ２００μｍのＰＥＴフィルム１１３上にＵＶ硬化樹脂１１４による凸部１１５を有する成形型を用意した。本実施例で使用したＵＶ硬化樹脂による凸部１１５は、断面形状が三角形で、底面から頂点までの高さが１００μｍであり、三角形状の頂点間の距離が３００μｍである。上記フィルム状のものが本発明でいう成形型１０８に相当し、上記三角形状が本発明でいう成形型凸部１１０に相当する。

上記成形型をグラビアオフセット印刷装置１００の被印刷体固定用定盤１０７にセットし、アライメント動作により印刷位置決めを行った後、導電性インキ１０６による細線パターンを成形型凸部１１０（断面が三角形状の凸部１１５）に印刷した。

次いで、厚さ５０μｍのＰＭＭＡフィルム１１６を加熱プレート上で１６０℃に加熱した。上記ＰＭＭＡフィルム１１６が熱可塑性樹脂フィルム１１２に相当する。上記ＰＭＭＡフィルム１１６の面と、導電性インキ１０６が印刷されたＵＶ硬化樹脂による凸部１１５が形成されている面を対向させ（図８）、加熱されたＰＭＭＡフィルム１１６上に押圧し、３０秒経過したところでＵＶ硬化樹脂からなる成形型をＰＭＭＡフィルム１１６から剥離した。

このようにして得た立体回路部品は、ＰＭＭＡフィルム１１６上に断面形状が三角形状の幅５０μｍで深さ１０μｍの微小凹部内に線幅２０μｍの導電性インキ１０６の細線パターンが形成できていることを確認した（図９）。

（その他）
本発明は実施形態に示された態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の
技術にも適用することが可能である。

１００ … 印刷装置
１０１ … 印刷版固定用定盤
１０２ … 印刷版
１０３ … ドクターブレード
１０４ … ブランケット胴
１０５ … ブランケット
１０６ … 導電性インキ
１０７ … 被印刷体固定用定盤
１０８ … 成形型
１０９ … アライメントカメラ
１１０ … 成形型凸部
１１１ … 加熱プレート
１１２ … 熱可塑性樹脂フィルム
１１３ … ＰＥＴフィルム
１１４ … ＵＶ硬化樹脂
１１５ … ＵＶ硬化樹脂による凸部
１１６ … ＰＭＭＡフィルム

Claims (6)

1. 表面上に複数の微小凹部を有する厚さ１μｍ以上４００μｍ以下の熱可塑性樹脂フィルムからなる立体回路部品において、
   少なくとも前記微小凹部内に導電性インキからなる回路パターンを有しており、前記導電性インキの少なくとも一部が、該微小凹部内の該熱可塑性樹脂の表面に埋設されていることを特徴とする立体回路部品。
2. 前記導電性インキ層が一層以上から構成され、該導電性インキの総厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の立体回路部品。
3. 前記微小凹部における底面の最大深さが０．１〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体回路部品。
4. 表面上に複数の微小凹部を備え、前記微小凹部内に導電性インキからなる回路パターンを有する立体回路部品の製造方法であって、
   前記微小凹部を成形するための成形型に対し、印刷法により成形型成形面の少なくとも凸部に、前記導電性インキをパターニングする第１工程と、熱可塑性樹脂フィルムを成形可能な温度まで加熱する第２工程と、加熱された前記熱可塑性樹脂フィルムの上面を前記成形型成形面に密着させる第３工程と、を有することを特徴とする立体回路部品の製造方法。
5. 前記成形型には、成形面にアライメントマークが形成され、前記導電性インキの印刷時に該アライメントマークを基準として前記成形型上での印刷位置合わせを実施し、導電性インキによる回路パターンを該成形面の少なくとも凸部の任意箇所に印刷することを特徴とする請求項４に記載の立体回路部品の製造方法。
6. 前記成形型は、成形面の凸部の最大高さが０．１〜２００μｍの範囲であり、複数の凹凸形状を有する該成形型を使用することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の立体回路部品の製造方法。

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