JP4327133B2

JP4327133B2 - 電子回路の製造方法

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Publication number: JP4327133B2
Application number: JP2005223900A
Authority: JP
Inventors: 須勲高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: US7887688B2; US20070181429A1; JP2007042774A

Description

本発明は、電子回路の製造方法に関するものである。さらに詳細には、本発明は、電気泳動処理技術を応用してなる電子回路の製造方法に関するものである。なお、本発明による電子回路の製造方法は、導電性パターンの製造方法あるいは導電性パターンの形成方法として捉えることができる。

電子回路の製造する技術としては従来から数々の方法が提案されており、例えば基板の導電性表面上に電子回路パターンに対応したマスク層を設けたのち、エッチング処理に付して基板上の導電層を除去し、次いで前記マスク層を剥離することによって、基板上に導電性パターンを形成する方法が広く実施されている。

また、導電性パターンを形成する方法の他の例として、電子写真技術を応用したものが提案されている。ここで、電子写真方式とは、感光体を遮光条件下において、コロナ放電などによって一様に帯電させた後、レーザやＬＥＤ光源による光照射によって感光体上の帯電を消失させることにより所望の帯電パターンを形成し、このパターンに基づいて帯電したトナー粒子を静電力によって付着させることによって、導電性基板表面にパターンを形成させることからなるものである。

このような電子写真方式を利用する方法において、トナー粒子として導電性粒子、例えば金属粒子、を使用することによって、単純な光の書き込みによる配線パターンの形成も可能である。しかし、そのような金属粒子を使用した場合には、電子写真処理工程において不可避的に用いられるローラ、例えば現像電圧を与える現像ローラ等、と接触したときに感光体上の潜像が破壊されることがあって、よってこのような方法は高精度の導電性パターンの形成には必ずしも適していない。

そこで、トナー粒子に最小限の金属粒子を配合したものを使用してパターンを形成し（現像）、最終的にこのパターンに沿って前記金属粒子をコアとしたメッキ処理を行うことによって導電性パターンを形成する技術が提案されている（特許文献１）。
特開２００４−４８０３０号公報

上記技術は、電子写真方式を利用した導電性パターンの形成方法として画期的なものであるが、トナー粒子による現像プロセスが高速である一方でメッキ処理プロセスに時間がかかるため、電子写真方式の効率性という利点を十分生かしきれていないものと言える。

本発明は、高精度の導電性パターンを効率的に製造可能な電子回路の製造方法を提供するものである。

したがって、本発明による電子回路の製造方法は、導電性基材上に絶縁性粒子を付着させることにより、前記導電性基材上にパターン領域と非パターン領域とからなる絶縁性パターンを形成する工程と、前記非パターン領域に、第一の電気泳動処理によって導電性粒子を付着させる工程と、前記パターン領域を、第二の電気泳動処理によって除去する工程と、前記導電性粒子を記録媒体に転写して、この導電性粒子による導電性パターンを前記記録媒体上に形成する工程とを具備すること、を特徴とするものである。

本発明によれば、高精度の導電性パターンを効率的に製造可能な電子回路の製造方法を提供することができる。

本発明による電子回路の製造方法における各工程の概要は、図１に示される通りである。

図１において、１は導電性基材である。この導電性基材１は、図１中の矢印方向に移動しており、その移動過程において本発明の工程（Ａ）〜（Ｄ）が順次実施される。図１Ａには、矢印方向に移動しているベルト状物それ自身を導電性基材１として用いる場合が示されており、図１Ｂには、ベルト状物によって複数の導電性基材１を矢印方向に移動させる場合が示されている。

＜導電性基材上に絶縁性粒子を付着させることにより、前記導電性基材上にパターン領域と非パターン領域とからなる絶縁性パターンを形成する工程（工程（Ａ））＞
本発明による電子回路の製造方法においては、先ず、その導電性基材１上に絶縁性粒子を付着させることにより、パターン領域２と非パターン領域３とからなる絶縁性パターンが形成される。ここで、「パターン領域」とは、付着した絶縁性粒子により形成された、絶縁性粒子によるパターン領域をいうものである。「非パターン領域」とは、絶縁性粒子が付着していない領域をいうものである。また、「絶縁性パターン」とは、前記「パターン領域」によって形成された絶縁性のパターンをいうものである。

導電性基材１としては任意の導電性基材を使用することができるが、本発明では、例えばステンレス鋼等の頑強な金属材料を用いることが好ましい。厚みは０．１ｍｍ以下であることが望ましい。

また、この導電性基材１は、その表面が導電性の易離型性処理表面であることが好ましい。このように、導電性基材１の表面が導電性の易離型性処理表面である場合には、工程（Ｃ）において行われるパターン領域２の除去、ならびに工程（Ｄ）において行われる導電性粒子の記録媒体への転写を、より一層容易かつ完全に行うことができる。この易離型性処理のうち好ましい具体例としては、フッ素樹脂処理を例示することができる。本発明では、フッ素樹脂粒子（好ましくは、平均直径が１ミクロン程度）が分散した金属メッキ層を形成させることからなるフッ素樹脂含有メッキ処理が特に好ましい。このときの金属メッキの金属としてはニッケルが代表的であり、かつ好ましい。このようなフッ素樹脂含有メッキ処理は、金属（好ましくはニッケル）による導電性とフッ素樹脂による離型性とを併せて前記導電性基材１の表面に付与するものである。

この工程に用いられる絶縁体粒子としては、アクリル系ポリマーなどの樹脂系の粒子、あるいは酸化物粒子、特に好ましくは二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、セラミック粒子などの無機系の粒子のいずれも使用することができる。具体的な粒子材料は、次の工程の第一の電気泳動処理の具体的内容に応じて、適宜選択することができる。例えば、第一の電気泳動処理において、非ないし弱極性溶媒（例えば、炭化水素系溶媒など）を用いる場合は、絶縁膜としての樹脂粒子は溶解しないため、絶縁パターンとして樹脂系の粒子を用いることができる。一方、第一の電気泳動処理において、特にトルエン、アセトンなどの強い極性溶媒を用いた場合においては、絶縁膜としての樹脂の粒子は溶解してしまうため、無機系の絶縁粒子を用いることが好ましい。

この工程は、前記のように、好ましくは導電性基材上に絶縁性トナーを付着させることからなる電子写真方式、特に好ましくは前記の絶縁性トナーとして液体トナーを用いる湿式電子写真方式、によって行うことができる。液体トナーを用いる湿式電子写真方式は、乾式では実現できないようなサブミクロンサイズの微細トナーを使用することができ、またトナー粒子の飛び散りが少ないこと等の理由によって、より高精細なパターニングができる点で好ましい。液体トナーとは、絶縁性の炭化水素系溶媒などのキャリア液中に顔料成分を含有した直径が約２μｍ以下のトナー粒子を分散させたものである。

図２は、そのような電子写真方式を行う電子写真装置の一具体例を示すものである。なお、電子写真装置の要部としての感光体４１および中間転写体４２は、図１Ａにも示されれている。

図２中の感光体４１は、潜像保持体として機能するものであって、導電性基体の上に有機系もしくはアモルファスシリコン系の感光層を設けた感光体ドラムである。この感光体４１は、周知の帯電器４３（例えば、コロナ帯電器もしくはスコロトロン帯電器）によって均一に帯電された後、画像変調されたレーザビーム４４による露光を受け、感光体４１の表面に静電潜像が形成される。しかる後に、液体現像剤を収納する現像装置４５によって静電潜像の可視像化が行われる。現像装置４５は、液体トナー４６を収容した容器と現像ローラ４７およびスクイズローラ４８から構成されている。現像ローラ４７によって感光体４１上に形成された静電潜像に液体トナー４６が供給され、更にスクイズローラ４８で余剰な液体トナーが絞り取られることで静電潜像が現像される。静電潜像に付着した液体トナー像は、ＬＥＤ等から構成される消去ランプ４９で全面露光して、余分な電荷を消去した後、転写工程に至り、中間転写体４２と加圧ローラ５１からなる転写装置５０によって、導電性基材１に転写される。その際には、転写装置５０の中間転写体４２を用いず、感光体４１と加圧ローラ５１の間に導電性基材１を通し、感光体４１から直接導電性基材１へ転写してもよいし、図２に例示するように中間転写体４２を介して導電性基材１に転写しても良い。感光体４１から導電性基材１への転写、あるいは感光体４１から中間転写体４２への転写、および中間転写体４２から導電性基材１への転写においては、いずれも電界による転写かもしくは圧力（および熱）による転写のいずれかを用いることが出来る。この時、加熱された加圧ローラ５１を用いれば、液体トナー４６は導電性基材１上に熱および圧力の作用によって定着されることになる。５２は中間体クリーナであり、５３はクリーナであり、５４は除電ランプである。

＜非パターン領域に、第一の電気泳動処理によって導電性粒子を付着させる工程（工程（Ｂ））＞
絶縁性パターン２が形成された導電性基材１は、次いで、前記導電性基材１上の非パターン領域３に、第一の電気泳動処理によって導電性粒子が付着される。なお、前記導電性基材１上のパターン領域２については、この第一の電気泳動処理によって導電性粒子が付着することが実質的にないことから、この工程では、導電性基材１上の非パターン領域３に選択的に導電性粒子が付着することになる。

この第一の電気泳動処理は、上記の通りに導電性基材１上の非パターン領域３に導電性粒子を付着させる処理であって、具体的には、導電性粒子を分散ないし懸濁させた分散媒中において、電界の作用によって導電性基材１上のパターン領域３に前記導電性粒子を付着させることからなる。

第一の電気泳動処理において用いられる導電性粒子としては、各種の金属粒粒子、金属酸化物粒子、導電性高分子材料の粒子などを挙げることができる。本発明において特に好ましい導電性粒子としては、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属粒子、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の金属酸化物粒子、およびポリアセチレン、ポリアセン、ポリアジル、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子材料の粒子を挙げることができる。

導電性粒子の粒径は、１０ｎｍ〜５μｍのものが適当である。粒径が５μｍ超過であると十分な解像度が得ることが困難である。第一の電気泳動処理において用いられる分散媒としては、トルエン、アセトン、メタノール、アルコール、イソプロピルアルコール、炭化水素系溶媒などが好ましい。上記の導電性高分子を分散媒に分散させる時には、大豆レシチンなどの分散剤を使用することが好ましい。

一般に導電性粒子を上記の分散媒中に分散させると、導電性粒子は溶媒剤中のプロトンの付着などの機構によって電荷を帯びる。この状態において電極間に電界が発生すると、この電荷によって導電性粒子が一方の電極方向に移動し、その電極に付着して導電性の膜を形成する。本発明の第一の電気泳動処理は、一方の電極として導電性基材１を利用した電気泳動処理を行うことからなるものである。ここで、導電性粒子は、電極（導電性基材１）に付着すると電荷を失うことから、導電性粒子は実質的に中性化したものとして導電性基材１上に層状に付着する。

第一の電気泳動処理は、印加電圧１００Ｖ／ｍ以上１０００Ｖ／ｍ以下の電界中で行うことが好ましい。通常、印加電圧が低い方が緻密な導電性粒子の堆積状態が得られるが、その分、処理に要する時間が長くなる傾向がある。

＜パターン領域を、第二の電気泳動処理によって除去する工程（工程（Ｃ））＞
導電性粒子が付着した導電性基材１は、次いで、パターン領域２が、第二の電気泳動処理によって導電性基材１上から除去される。この第二の電気泳動処理は、導電性基材１上のパターン領域２を除去するために、前記第一の電気泳動処理とは逆の電界中で行うことが肝要である。

この第二の電気泳動処理は、前記の第一の電気泳動処理と同様の分散媒中で行うことができる。特に除去されるパターン領域２が液体トナーによって形成されたものである場合には、この第二の電気泳動処理において使用される分散媒は、液体トナーのキャリア液として用いられたものが好ましい。なお、この分散媒には、必要に応じて石けんなどの分散剤を添加することができる。

この第二の電気泳動処理は、印加電圧１００Ｖ／ｍ以上１０００Ｖ／ｍ以下の電界中で行うことができるが、前記の第一の電気泳動処理における印加電圧よりも高い電界中で行うことが好ましい。このことにより絶縁性領域２の除去をより確実に行うことができるようになる。

前記したように、工程（Ｂ）において導電性基材１に付着した導電性粒子は、電荷を失って中性化したものであること、そして電極とも電気的に接続していることから、導電性基材１に付着した導電性粒子は、第二の電気泳動処理において電荷を帯びることが抑制されている。従って、導電性基材１上のパターン領域２は、この第二の電気泳動処理に付されても剥離することないので、第二の電気泳動処理では導電性基材１上のパターン領域２のみが選択的に剥離される。

導電性基材１の表面が導電性の易離型性処理表面である場合には、パターン領域２の除去をより一層容易かつ完全に行うことができる。

＜導電性粒子を記録媒体に転写して、この導電性粒子による導電性パターンを前記記録媒体上に形成する工程（工程（Ｄ））＞
パターン領域３が除去された導電性基材１は、次いで、導電性基材１上に付着した前記導電性粒子を記録媒体５に転写して、この導電性粒子による導電性パターンを前記記録媒体上に形成することからなる工程（工程（Ｄ））に付される。

この記録媒体上に形成された導電性パターンは、そのまま、あるいは必要に応じて例えば熱等による定着処理を行ったあとに、電子回路の配線パターンとして利用可能なものである。なお、前記記録媒体の導電性粒子が転写される面は、粘着性を有していることが好ましい。

この工程によって導電性粒子が除去されたあとの導電性基材１は、そのまま（あるいは必要な場合には他の処理を追加的に施した後に）工程（Ａ）の導電性基材１として再利用することができる。

以上、本発明によれば、導電性基材上の非パターン領域に導電性粒子を付着させる工程において電気泳動処理を採用し、かつ、導電性基材上のパターン領域を除去する工程においても電気泳動処理を採用したことから、極めて簡単にかつ効率的に精細な導電性金属パターンを形成できる。

また、導電性基材上に絶縁性パターンを形成させる工程を電子写真方式によって行うことができるので、パターン領域の形成が極めて簡単にかつ効率的に行うことができる。この電子写真方式は、従来の所謂フォトエッチング法に比べて、一般に設備、コスト、工程時間等の点で有利である場合が多く、特に小個数ないし中個数の電子回路の生産に特に適したものである。よって、多種多様な電子回路を迅速に生産する際に本発明の上記効果は顕著になる。

また、絶縁性粒子を付着させるために用いられた導電性基材は、その後の工程を経ることによって最終的に絶縁性粒子および導電性粒子の双方が除去されたものとなることから、そのまま（あるいは必要な場合には他の処理を追加的に施した後に）導電性基材として再利用可能なものである。よって、コスト的に有利である。

また、従来法とは異なって導電性金属のエッチング処理が不要であり、そしてメッキ処理も不要であることから、環境等に与える影響が少ない。

本発明による電子回路の製造方法の概要を示す図。本発明の工程（Ａ）の際に使用される電子写真装置の概要を示す図。

符号の説明

１導電性基材
２パターン領域
３非パターン領域
４電子写真装置
５記録媒体

Claims

導電性基材上に絶縁性粒子を付着させることにより、前記導電性基材上にパターン領域と非パターン領域とからなる絶縁性パターンを形成する工程と、
前記非パターン領域に、第一の電気泳動処理によって導電性粒子を付着させる工程と、
前記パターン領域を、第二の電気泳動処理によって除去する工程と、
前記導電性粒子を記録媒体に転写して、この導電性粒子による導電性パターンを前記記録媒体上に形成する工程とを具備することを特徴とする、電子回路の製造方法。
前記絶縁性パターン形成工程を、導電性基材上に絶縁性トナーを付着させることからなる電子写真方式によって行うことを特徴とする、請求項１に記載の電子回路の製造方法。
前記第二の電気泳動処理を、前記第一の電気泳動処理とは逆の電界中で、かつ前記の第一の電気泳動処理における印加電圧よりも高い電界中で行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の電子回路の製造方法。
前記第二の電気泳動処理を、印加電圧１００Ｖ／ｍ以上１０００Ｖ／ｍ以下の電界中で行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子回路の製造方法。
前記導電性粒子が、金属、金属酸化物または高分子化合物であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子回路の製造方法。
前記導電性粒子が、銀、パラジウム、白金、金、ニッケル、銅、アルミニウム、ロジウムのいずれかからなる材料単体、またはこれらの合金であることを特徴とする、請求項５に記載の電子回路の製造方法。
前記絶縁性粒子が、粒径０．１〜５．０μｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子回路の製造方法。
前記導電性基材の表面が、導電性の易離型性処理表面であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子回路の製造方法。