JP5113149B2 - 熱転写式導電性リボン、熱転写式導電性リボンを製造する方法およびフレキシブル基板上に電気回路を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、転写式導電性リボンと、導電性経路を製造する方法とに関する。さらに詳しくは、本発明は、熱によって基板に付着または印刷する導電性リボンに関する。

回路を製造する多くの既知の処理が存在する。フレキシブルまたは湾曲可能な回路を製造する際特に有用なこうした処理の１つはシルクスクリーン法である。こうした回路は、例えば、自動車のダッシュボード、器具の制御板、航空機のバックライトパネル、コンピュータ等に見られる。回路はポリエステルフィルムのようなフレキシブル基板上に印刷する。

しかし、シルクスクリーン印刷は非常に複雑なことがある。まず、回路のネガを生成することによって、個々の望ましい回路に合致するスクリーンを製造する。フレームを製造しフレーム全体にシルクを伸長する。フォトレジスト（ネガ）をシルクに付着させ、スクリーンをネガに感光させる。そして、スクリーンを現像して、スクリーン上に回路の「写真」を生じる。

そして、ポリエステルのような、スクリーン印刷インクを受容可能な基板を使用してパネルを製造し、導電性インクを混合して付着させる。通常、インクは層状に付着させる。インクを付着させた後、スクリーンを処理して基板上のインクを硬化または乾燥する。

シルクスクリーン処理はフレキシブル回路を提供する上で有効ではあるが、欠点が存在する。シルクスクリーン法全般に関する欠点は、可燃性および毒性の化学物質を使用することである。スクリーンを製造するために現在知られ使用されている化学物質は揮発性であり、場合によっては有害である。さらに、生成される化学廃棄物を廃棄する必要がある。インクおよび／または化学物質の種類に応じて、廃棄するための特殊な処理が必要なこともある。また、これは比較的高価な処理である。

その上、シルクスクリーン処理を使用すると、（設計上の）柔軟性に制限がある。プロトタイピングは困難で、一旦スクリーンを製造すると、それを変更するのは、たとえできたとしても容易ではない。

導電性回路を製造する代替的な方法はインクジェット印刷技術を使用している。しかし、この技術では、インクに導電性ナノ粒子を配合し、一部変更したインクジェットプリンタで印刷する。印刷した回路を焼結（熱処理）し、インク中の導電性粒子を完全に溶融して連続した導電性経路を達成し回路を形成する。この方法の欠点は、導電性ナノ粒子のコストが高く、望ましい最終特性を有するインクジェット印刷可能なインクの配合が困難で、導電性インクを処理するインクジェットプリンタの特殊な設計が必要であり、かつ望ましい導電性を達成するため、「印刷した」回路を焼結する追加ステップが必要なことである。

したがって、シルクスクリーン処理またはインクジェット処理以外の処理によって形成したフレキシブルな導電性回路に対する必要が存在している。望ましくは、その処理は回路設計の柔軟性を許容する。さらに望ましくは、その処理では、リボンを利用した方法を使用して回路を形成する。またさらに望ましくは、その処理は、コンピュータ支援回路設計ツールを使用して回路を容易に設計および作成し、既知の熱転写処理を使用して対象物に転写する熱印刷処理である。

熱転写式導電性リボンは、第１および第２の側面を有するキャリアウェブと、キャリアウェブの第１の側面の上に配置した導電層とを含む。導電層の一部を関連する対象物に転写して、対象物の上に導電性回路を形成する。

ウェブからの導電層の剥離を容易にするため、キャリアウェブの第１の側面の上のキャリアウェブと導電層との間に剥離コートを配置する。導電層の上に接着層を配置して、関連する対象物に転写可能な導電層の一部と関連する対象物との間の接着を提供する。

このリボンと、リボンを製造し使用する方法とは、シルクスクリーン処理にかかる時間とコストを回避する。この方法は、リボンを利用した熱転写処理を使用して回路を形成する。この処理を使用すると、コンピュータ支援回路設計ツールおよび既知の熱転写または印刷技術を使用して、電気回路を容易に設計、作成し、対象物、有利にはポリエステルフィルムのようなフレキシブルな対象物に転写することができる。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の請求項ならびに以下の詳細な説明および図面から明らかになるだろう。

本発明の利益および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を検討すれば、当業者にはより容易に明らかになるだろう。

本発明は様々な形態の実施形態が可能であるが、以下図示し説明するのは現在好適な実施形態であり、本開示は本発明の例示と見なすべきであって例示する個々の実施形態に本発明を制限することを意図するものではないことが理解されよう。

本明細書の本節の名称、すなわち「発明の詳細な説明」とは、米国特許庁の要求に関するものであって、本出願で開示する主題を制限することを意味するものではなく、またそのように推論されるべきものでもないことを理解されたい。

本発明は、熱転写処理を使用したフレキシブル回路の製造を可能にする。有利には、本発明は高価なシルクスクリーン処理の必要およびその付随する欠点を除去する。

図１を参照すると、本発明の原理によって形成した典型例であるフレキシブル回路１０が示される。回路１０は、マイラー、アクリル、ポリエステルフィルム、ビニルフィルム、紙、厚紙または大部分の任意の印刷可能な基板といったフレキシブルベースフィルムまたは基板１２の上に形成する。基板はフレキシブルな基材である必要はなく、すなわち、剛体の基材でもよいことが認識されるだろうが、本発明の利点はフレキシブル基板１２の環境で真価が認められる。こうしたフレキシブル回路は、例えば、自動車のダッシュボード、器具の制御板、航空機のバックライトパネル、コンピュータ等で使用してもよい。

フレキシブル回路１０の断面図を図２に例示する。基板１２は、導電性材料１４を支持し、そのための構造を提供する。導電性材料１４は、接着剤１６によって基板１２に保持される。必要に応じて保護コート１８を導電性材料１４（層）の上に付着させてもよい。

導電性材料１４（層）を基板１２に熱転写する際に使用するフィルム２０の断面図を図４に例示する。この形態では、図３に見るように、フィルム２０はリボンＲとして形成する。図３および図４を参照すると、リボン形態のフィルム２０は、キャリアウェブ２２と、キャリアウェブ２２の上に形成した剥離コート２４とを含む。導電層２６は剥離コート２４に付着し、接着層２８は導電層２６に付着する。ウェブ２２からの熱転写を容易にするため、バックコート３０をウェブ２２の反対側に付着させてもよい（図３参照）。バックコート３０は、ウェブ２２を通じて（熱転写のための）より多くの熱が印加されるように形成してもよい。フレキシブル回路の基板１２に付着させる際に、接着層２８が、（導電性材料１４を形成する）導電層２６を基板１２に接着する（接着剤１６を形成する）ことを当業者は認識するだろう。剥離コート２４は、転写の後熱転写フィルム２０の上に（すなわち、キャリア２２と共に）残ってもよい。

キャリアウェブ２２は、広範な材料のいずれかから構成してもよい。熱印刷ウェブ２２（キャリア）で使用する１つの既知の材料はポリエステルフィルムである。一般に使用される熱印刷処理では、約４〜約２０ミクロンのポリエステルフィルムを使用する。ウェブ２２の裏面は、バックコート３０によって、熱転写処理で使用する際フィルム２２を保護するように処理してもよい。

剥離コート２４は、熱転写処理の際にウェブに印加される熱に応答して、隣接する層２６、２８を「剥離する（ｒｅｌｅａｓｅ）」ように形成する。隣接する層２６、２８と共に剥離する（導電層および接着層と共に転写する）１つの種類の剥離コート２４は、転写の後導電層から（フレキシブル回路から）除去されるアルカリ可溶性熱可塑性ポリマーである。剥離コート２４を除去すると導電層と干渉する可能性が減少する。剥離コート２４は、アンモニアと水の混合物のようなアルカリ溶液によって除去してもよい。導電層２６と共に転写する、使用可能な他の材料は、パラフィンのような蝋、微晶質またはポリエチレングリコールを含む。印刷性能を改善するため、架橋剤またはカップリング剤といった改質剤を剥離層に追加してもよい。

代替的には、剥離コート２４は、ウェブ２２の上に残って隣接する層２６、２８と共に転写しない種類のものでもよい。こうした種類のコーティングは、例えば、架橋シリコンベースの材料等を含む。隣接する層２６、２８の剥離を容易にするため改質剤を加えてもよい。

導電層２６は、剥離コート２４の上でウェブ２２に付着する。層２６は、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ゲルマニウム、シリコンおよびシリコン含有材料、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム錫酸化物（ＡＴＯ）アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、炭素、ニッケル等といった広範な金属から形成してもよい。導電層２６は、吹き付け、コーティング、イオン蒸着、真空メタライジング、スパッタコーティング等といった処理を使用して付着させてもよい。導電層２６をフィルムに付着させる、または埋め込む様々な方法を、当業者は認識するだろう。また、導電性材料を、ウェブ２２に付着する樹脂のようなコーティングと混合する（例えば内部に形成する）ことも考慮される。こうした場合、（層２４のような）剥離層を必要とせずに、印刷するとキャリアから剥離するようにコーティングを形成してもよい。必要に応じて、接着層２８を基板１２に付着させて、印刷を受容する基板を形成し、接着層をリボンＲに付着させる必要を除去してもよい。

（層２８として施される）接着剤１６は、導電性材料１４と回路基板１２との間の必要な接着を提供して、導電性材料１４の良好な結合を保証する。（接着層２８として導電層２６の上に付着する）好適な接着剤１６は、塩化ビニルアクリル、ポリエステルまたは塩素化ポリオレフィン樹脂またはそれらの混合物といった熱可塑性樹脂であり、望ましい転写温度で反応する（例えば、軟化及び溶融する）。導電性材料１４の基板１２への接着を促進するため、シランのようなカップリング剤を接着層２８に添加してもよい。

フレキシブル回路１０を製造する１つの方法１１０を図５のフロー図に例示する。方法１１０は、基板を提供するステップ１１２と、上部に導電層を有する熱印刷式導電性リボンを提供するステップ１１４と、導電層の一部をフレキシブル基板に転写するステップ１１６とを含む。転写した部分は、望ましい電気回路または電気回路の一部１０を画定する。

必要な場合、残った剥離コート材料があればそれを今形成した電気回路または電気回路の一部１０から除去する１１８。必要に応じて、転写した電気回路１０に保護コーティング（例えば、オーバーコーティング）を付着させる１２０。

本発明の利点の１つは、現在利用可能な回路設計ツールと共に使用する場合、以前使用されていたシルクスクリーン処理よりはるかに少ない時間およびはるかに少ない労力で回路の設計、試作品の作成および試験ができることである。例えば、ＣＡＤ回路設計ツールを使用する場合、回路を設計し、必要な熱印刷式導電性リボンと基板をプリンタにセットして印刷コマンドを入力すれば、回路を印刷し試験することができる。設計およびその後印刷した試作品回路に対する調整および／または変更も可能である。一旦最終設計がなされれば、同じ熱印刷または転写方法および技術を使用して回路の本番生産を行うことができる。

本出願中で参照した全ての特許は、本開示の文章中に明記されていてもいなくても、引用によって本出願の記載に援用する。

本開示では、数を記載しない名詞は単数および複数の両者を含むものと考えられる。逆に、複数形で記載する場合も、適宜単数を含むものとする。

上記から、本発明の新しい概念の真の精神および範囲から離れることなく非常に多くの修正および変形を実現可能であることが分かるだろう。例示した個々の実施形態は何らかの制限を意図するものではなくまたそのように推論されるべきものでもないことを理解されたい。本開示はそのような全ての修正を請求項の範囲内にあるものとして包含することを意図するものである。

本発明の原理によって形成したフレキシブル回路の例の平面図である。 図１の線２−２に沿って見た図１の回路の一部の断面図である。 本発明の原理に係る熱印刷式導電性リボンの透視例示である。 図３の線４−４に沿って見たリボンの断面図である。 図１のフレキシブル回路を製造する１つの方法の例を例示するフロー図である。

Claims (13)

1. 熱転写式導電性リボンであって、
   第１の側面および第２の側面を有し、電気回路を形成するポリマフィルムのキャリアウェブと、
   前記キャリアウェブの前記第１の側面の上に配置した、アルカリ可溶性熱可塑性ポリマーである剥離コートと、
   前記剥離コートの上に配置した導電層と、
   関連する対象物に転写された前記導電層の一部と前記関連する対象物との間の接着を提供するための、前記導電層の上に配置した接着層と、
   を備え、
   前記導電層および前記接着層の一部が、前記関連する対象物の上に導電性回路を形成するように、熱転写プリンタによって、直接に且つ熱的に且つ選択的に転写可能であり、前記導電層および前記接着層の一部が前記キャリアウェブに接着したままで、前記導電層および前記接着層の前記一部が前記導電層が転写される前記関連する対象物に直接転写される、熱転写式導電性リボン。
2. 前記剥離コートが、少なくとも部分的に、前記導電層の前記一部と共に前記対象物に転写される請求項１に記載の熱転写式導電性リボン。
3. 前記導電層の前記一部が前記対象物に転写された後、前記剥離コートが前記キャリアウェブと共に残る請求項１に記載の熱転写式導電性リボン。
4. 前記導電層が、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ゲルマニウム、シリコンおよびシリコン含有材料、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム錫酸化物（ＡＴＯ）アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、炭素およびニッケルのうち１つ以上から形成される請求項１に記載の熱転写式導電性リボン。
5. 前記キャリアウェブのポリマー材料がポリエステルである請求項１に記載の熱転写式導電性リボン。
6. 熱転写式導電性リボンを製造する方法であって、
   第１の側面および第２の側面を有し、電気回路を形成するポリマフィルムのキャリアウェブであって、前記第1の側面上にアルカリ可溶性熱可塑性ポリマーである剥離コートを有するキャリアウェブを提供するステップと、
   前記剥離コートの上に導電層を付着させるステップと、
   関連する対象物に転写された前記導電層の一部と前記関連する対象物との間の接着を提供するための接着層を前記導電層の上に付着させるステップと、を備え、
   前記導電層および前記接着層の一部が、前記関連する対象物の上に導電性回路を形成するように、熱転写プリンタによって、直接に且つ熱的に且つ選択的に転写可能であり、前記導電層および前記接着層の一部が前記キャリアウェブに接着したままで、前記導電層および前記接着層の前記一部が前記導電層が転写される前記関連する対象物に直接転写される、方法。
7. 真空メタライジングによって前記導電層を付着させるステップを含む請求項６に記載の方法。
8. イオン蒸着によって前記導電層を付着させるステップを含む請求項６に記載の方法。
9. スパッタコーティングによって前記導電層を付着させるステップを含む請求項６に記載の方法。
10. アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ゲルマニウム、シリコンおよびシリコン含有材料、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム錫酸化物（ＡＴＯ）アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、炭素およびニッケルのうち１つ以上から形成される請求項６に記載の方法。
11. フレキシブル基板上に電気回路を製造する方法であって、
    熱転写式の導電性リボンであって、第１の側面および第２の側面を有し、電気回路を形成するポリマフィルムのキャリアウェブと、前記キャリアウェブの前記第１の側面の上に配置したアルカリ可溶性熱可塑性ポリマーである剥離コートと、前記剥離コートの上に配置した導電層と、関連する対象物に転写された前記導電層の一部と前記関連する対象物との間の接着を提供するための、前記導電層の上に配置した接着層と、を備え、前記導電層および前記接着層の一部が、前記関連する対象物の上に導電性回路を形成するように、熱転写プリンタによって、直接に且つ熱的に且つ選択的に転写可能であり、前記導電層および前記接着層の一部が前記キャリアウェブに接着したままで、前記導電層および前記接着層の前記一部が前記導電層が転写される前記関連する対象物に直接転写される、熱転写式の導電性リボンを提供するステップと、
    前記関連する対象物としてのフレキシブル基板を提供するステップと、
    前記導電性リボンを、前記接着層で前記フレキシブル基板と接触させるステップと、
    前記導電層の選択した部分と前記選択した部分の上にある前記接着層とを、熱転写プリンタによって前記フレキシブル基板に熱転写して、前記選択した部分を前記キャリアウェブから剥離するステップと、を備える方法。
12. 前記キャリアウェブを前記フレキシブル基板から分離するステップを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記選択した部分を前記フレキシブル基板に転写した後で前記選択した部分から剥離コートがあればアルカリ溶液を用いてそれを除去するステップを含む請求項１１に記載の方法。

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