JP5156102B2

JP5156102B2 - マイクロウェーブを利用した導電性パターンの形成方法

Info

Publication number: JP5156102B2
Application number: JP2011017928A
Authority: JP
Inventors: パク、ジュン−ホ; キム、ジョン−ヒュン
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: KR20110089093A; US20110185934A1; KR101152357B1; US9006625B2; JP2011159976A

Description

本発明は導電性パターンの形成方法に関する。より具体的に、本発明は導電性パターンの焼成時の基材の変形を防ぎ、焼成工程を容易にすることができる導電性パターンの形成方法に関する。

最近用いられているディスプレイ用透明基板、電子部品用回路基板には導電性パターンの形成が必須である。

上記導電性パターンは、主に感光性ペースト法またはフォトエッチング（ｐｈｏｔｏｅｔｃｈｉｎｇ）法により形成される。感光性ペースト法では、感光性電極ペーストをスクリーン印刷機（ｓｃｒｅｅｎｐｒｉｎｔｅｒ）を利用して塗布する。その後、フォトマスク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）を利用してＵＶ露光をする。このとき、ＵＶ露光された部分は光架橋してもアルカリ水溶液によりエッチングされず、ＵＶ露光されない部分が光架橋されずアルカリ水溶液によりエッチングされて電極パターンが形成される。しかし、感光性電極ペーストを利用した電極の形成には、ピッチの精度と電極の幅を制御することが困難であるという短所がある。

一方、フォトエッチング法では、主に電極を全面塗布、または蒸着／エッチング工程により形成している。しかし、真空蒸着による電極形成法は工程時間が長く、薄膜形成装置及び材料の価格が高く、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）時の環境汚染が問題である。これにより、最近では、従来の工程に代わるインクジェットプリンティング及びオフセットプリンティング、グラビアプリンティングのような印刷方式を用いる技術が提案されている。

このような印刷方式によると、必要な場所に、必要な分だけの材料を印刷するため、材料の不必要な消費が少なく、マスクを必要としないため、工程を単純化することができる。

印刷方式によるパターン形成時には焼成工程が伴われ、焼成工程により残留有機物及び溶媒を除去しないと、金属の導電性が表れない。このような焼成工程には、古典的な電気炉の使用から、最近ではマイクロウェーブ焼成、プラズマ焼成に至るまで様々な焼成方法が適用されている。特に、マイクロウェーブ焼成の場合は、基材に熱的衝撃を与えず、マイクロウェーブを吸収するメタル配線のみの温度を上昇させて選択的に焼成することで、短時間に高温焼成と同じ品質の焼成品が得られるとともに、基板の損傷を防ぐ方法として脚光を浴びている。

しかし、このようなマイクロウェーブ焼成の場合、配線のみに熱エネルギーが集中し、配線と基材間の収縮率の差が、異なる焼成法より大きいことがあり、これにより生じる基材の変形が問題である。特に、最近主に用いられるＰＥＴのような柔軟な基材は、このような変形がより酷く表れることがあり、問題となっている。

本発明は、導電性パターンの形成時、焼成工程中に変形が起きる可能性のある基板、及び配線の変形を抑制することができる導電性パターンの形成方法を提供する。

本発明は、１）基材を用意する段階と、２）導電性パターン形成用組成物及び印刷方法を利用し、上記基材上にパターンを形成する段階と、３）上記パターンが形成された基材をマイクロウェーブを透過させる２枚のパネルの間に位置させ、マイクロウェーブを利用して上記パターンを焼成する段階とを含む導電性パターンの形成方法を提供する。

上記１）段階の基材は、ガラス基材またはプラスチック基材であることが好ましい。

上記１）段階の基材は、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）及びシクロオレフィン高分子（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＣＯＰ）からなる群より選択される１種以上を含むことが好ましい。

上記２）段階の導電性パターン形成用組成物は、伝導性粒子及び溶媒を含むことが好ましい。

上記２）段階の印刷方法は、スクリーンプリンティング、グラビアプリンティング、オフセットプリンティング、フレキソプリンティング及びインクジェットプリンティングからなる群より選択されることが好ましい。

上記３）段階のパネルはセラミックパネルであることが好ましい。

上記３）段階のパネルはアルミナパネルであることが好ましい。

上記３）段階のパネルは、ジルコニア、チタニア及びＳｉＣ複合材からなる群より選択される１種以上を含むことが好ましい。

上記３）段階の２枚のパネルは同じ材質であることが好ましい。

また、本発明は上記導電性パターンの形成方法により製造されることを特徴とする導電性パターンを提供する。

本発明による導電性パターンの形成方法は、伝導性粒子を用いる印刷方式によるパターンの形成に、マイクロウェーブ焼成を適用する際、２層のパネルの間に基材を位置させる方法を用いることで、基材の変形を抑制しながらも、マイクロウェーブ焼成の長所である早くて選択的な焼成ができるようにし、基材が変形せず、高い品質の導電性パターンを得ることができる。

本発明の一具体例による導電性パターンの形成方法を概略的に示す図である。本発明の実施例１により製造された導電性パターンを示す図である。本発明の実施例２により製造された導電性パターンを示す図である。本発明の比較例１により製造された導電性パターンを示す図である。

以下では、本発明を詳細に説明する。

本発明による導電性パターンの形成方法は、１）基材を用意する段階と、２）導電性パターン形成用組成物及び印刷方法を利用し、上記基材上にパターンを形成する段階と、３）上記パターンが形成された基材をマイクロウェーブを透過させる２枚のパネルの間に位置させ、マイクロウェーブを利用して上記パターンを焼成する段階とを含むことを特徴とする。

本発明では、ディスプレイ用透明基板、電子部品用回路基板などに形成される導電性パターンを形成する際、マイクロウェーブ焼成を適用するにおいて、基材の変形を最小化することをその目的とする。

従来の導電性パターンを形成する方法は、伝導性粒子を用いる印刷工程によりパターンを形成した後、早い焼成のために用いられるマイクロウェーブ焼成の際、配線に熱エネルギーが集中して配線と基材の間に収縮率の差が大きくなる。このような収縮率の差は基材の変形を引き起こし、特に、ＰＥＴのようなフィルム型の高分子基材の場合は、このような変形がより大きい。このような変形は、後工程の適用を困難にするという短所だけではなく、断線を引き起こし、基板の不良率を高める。

従って、本発明では、このような基板の変形を改善するために、マイクロウェーブを透過させ、且つ高温でも変形のないパネルの間に基材を挿入して焼成することで、基材の変形を防ぐとともに、マイクロウェーブ焼成が有する選択的焼成の長所を維持する方法を提示する。

従来のマイクロウェーブ焼成を含む一般的な印刷方式では、基材を単に加熱することで、配線の溶媒と有機物を除去し、伝導度を表す方法を用いた。しかし、本発明では、マイクロウェーブを透過させる２枚のパネルの間に基材を位置させて固定させることで、基材の変形を抑制しながらもマイクロウェーブ焼成により得られる早くて選択的な焼成の長所を維持することができる。

本発明による導電性パターンの形成方法において、上記１）段階の基材は特に制限されず、ディスプレイ用基板、電子部品用基板などに適用できるガラス基材、プラスチック基材などを使用することができる。上記プラスチック基材のより具体的な例としては、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）、シクロオレフィン高分子（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＣＯＰ）などを挙げることができるが、これに限定されない。

上記１）段階は基材を洗浄する工程と、基材に前処理を行う工程などを含むことができる。上記基材の洗浄方法、前処理方法などは基材または印刷組成物の種類によって適切に選択することができる。より具体的には、上記基材の洗浄はプラズマクリーニングにより行われることができ、上記基材の前処理は疎水性基材処理工程が行われることができるが、これに限定されない。

また、微細な線幅を有する導電性パターンを形成するために、上記１）段階の基材に疎水性基材処理を行うことができる。上記疎水性基材処理は当技術分野で公知の方法により行われることができ、より具体的にはプラズマ処理、ＳＡＭコーティング、界面活性剤コーティングなどの方法を利用することができる。

本発明による導電性パターンの形成方法において、上記２）段階の導電性パターン形成用組成物は当技術分野で公知の組成物を利用することができる。より具体的には、上記導電性パターン形成用組成物は伝導性粒子、溶媒、その他の添加剤などを含むことができる。

上記伝導性粒子の具体的な例としてはＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｂ、これらの合金、これらの混合物などを挙げることができるが、これに限定されない。

上記伝導性粒子の粒径は５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下である。上記伝導性粒子の粒径は０．１ｎｍ以上であることが好ましく、５ｎｍ以上であることがより好ましい。

上記溶媒の具体的な例としては水、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、クロロホルム、塩化メチレン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエテン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、２−メトキシブチルアセテート、エチル３−エトキシプロピオネート、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、ブチルアセテート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチルラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テトラメチルスルホン、エチレングリコールアセテート、エチルエーテルアセテート、エチルラクテート、ポリエチレングリコール、シクロヘキサノン、これらの混合物などを挙げることができるが、これに限定されない。

上記添加剤としては分散剤、界面活性剤などがあるが、これらに限定されない。

本発明による導電性パターンの形成方法において、上記２）段階の印刷方法は当技術分野で公知の全印刷方法を含む。より具体的には、このような印刷方法はスクリーンプリンティング、グラビアプリンティング、オフセットプリンティング、フレキソプリンティング、インクジェットプリンティング、及びこのような方法に基づく改善された印刷方法などを全て含む。

上記２）段階で形成されたパターンは、マイクロウェーブを透過させるパネル２枚の間に位置させ、パネルにより固定される。このとき、上記パネルは高温で変形せず、マイクロウェーブを透過させるものであればよく、その中でも、特にセラミックパネルが好ましい。

上記セラミックパネルの具体的な例としてはアルミナパネルなどを挙げることができるが、これに限定されない。また、上記パネルはジルコニア、チタニア、ＳｉＣ複合材からなる群より選択される１種以上を含むこともできる。一方、上記２枚のパネルは同じ材質からなることが好ましい。

上記２）段階で形成されたパターンは、マイクロウェーブを透過させるパネル２枚の間に位置させ、パネルにより固定した後、マイクロウェーブを利用してパターンを焼成することで、導電性パターンを形成する。上記パネルによる固定は、焼成後に分離しやすく、基板の変形を防ぎ、パネルによりパターンが形成された基材が押さえられるものであればよい。より具体的には、一般的なパネルの荷重を利用して固定することができ、別途の物理的器具を利用して固定することもできるが、これに限定されない。

上記マイクロウェーブ焼成は、高出力のマイクロ波を基材に照射し基材上に形成されたパターンの分子が振動により熱を発生させ、このとき発生する熱により上記パターンの焼成が行われる。上記マイクロウェーブ焼成の温度、時間などは用いられる基材によって適切に選択することができる。

特に、本発明では、パターンが形成された基材をマイクロウェーブを透過させるパネルを利用して固定するため、マイクロウェーブ焼成の際、上記パネルが熱を吸収することができ、既存の焼成条件より高い温度、または焼成時間を追加することがより好ましい。上記マイクロウェーブ焼成を行う装備は、例えば、ユニセラ（Ｕｎｉｃｅｒａ）の低温用マイクロウェーブ焼成炉などを用いることができるが、これに限定されない。

本発明による導電性パターンの形成方法において、上記３）段階の後にはパネルを容易に除去することができる。

本発明による導電性パターンの形成方法の一具体例を図１に概略的に示した。

本発明による導電性パターンの形成方法は、伝導性粒子を用いる印刷方式によるパターンの形成に、マイクロウェーブ焼成を適用した際、２層のパネルの間に基材を位置させる方法を用い、基材の変形を抑制しながらもマイクロウェーブ焼成の長所である早くて選択的な焼成ができるようにし、基材が変形せず、高い品質の導電性パターンを得ることができる。

本発明による導電性パターンはマイクロウェーブ焼成を利用するため、既存の箱形炉（ｂｏｘｆｕｒｎａｃｅ）やオーブン（ｏｖｅｎ）焼成より早く焼成できる。また、導電性パターンに選択的にエネルギーを照射することができるため、同一温度、同一時間で焼成した他の焼成方法より、緻密な構造を形成することができ、伝導度が向上するという効果がある。

以下では、下記実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。但し、これらの実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲はこれにより限定されない。

［実施例１］
ＣＯＰ（ＣｙｃｌｏＯｌｅｐｉｎＰｏｌｙｍｅｒ）基板上にインクジェットプリンティング法により印刷したＡｇパターンを２枚のアルミナパネルの間に介し、マイクロウェーブ焼成炉で、３０％の出力で、約１２分間焼成した。基板の変形はなく、線抵抗は約５０Ω／ｃｍと測定された。

上記実施例１の結果を添付の図２に示した。

［実施例２］
ＣＯＰ（ＣｙｃｌｏＯｌｅｐｉｎＰｏｌｙｍｅｒ）基板上にインクジェットプリンティング法により印刷したＡｇパターンを２枚のアルミナパネルの間に介し、マイクロウェーブ焼成炉で、５０％の出力で、約６分間焼成した。基板の変形はなく、線抵抗は約３７Ω／ｃｍと測定された。

［比較例１］
実施例と同様に形成されたＡｇパターンをアルミナパネルなしにマイクロウェーブ焼成炉で、８分間焼成した。基板と配線の収縮率の差により基板が曲がる変形が生じ、線抵抗は同様に５０Ω／ｃｍと測定された。

上記比較例１の結果を添付の図４に示した。

上記のように、本発明による導電性パターンの形成方法は伝導性粒子を用いる印刷方式によるパターンの形成に、マイクロウェーブ焼成を適用した際、２層のパネルの間に基材を位置させる方法を用い、基材の変形を抑制しながらもマイクロウェーブ焼成の長所である早くて選択的な焼成ができるようにし、基材が変形せず、高い品質の導電性パターンが得られることが分かる。

Claims

１）基材を用意する段階と、
２）導電性パターン形成用組成物及び印刷方法を利用し、前記基材上にパターンを形成する段階と、
３）前記パターンが形成された基材をマイクロウェーブを透過させる２枚のパネルの間に位置させて前記２枚のパネルにより固定した後、マイクロウェーブを利用して前記パターンを焼成する段階と
を含み、
前記３）段階の２枚のパネルは同じ材質であることを特徴とする導電性パターンの形成方法。
前記１）段階の基材は、ガラス基材またはプラスチック基材であることを特徴とする請求項１に記載の導電性パターンの形成方法。
前記１）段階の基材は、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）及びシクロオレフィン高分子（ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＣＯＰ）からなる群より選択される１種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の導電性パターンの形成方法。
前記２）段階の導電性パターン形成用組成物は、伝導性粒子及び溶媒を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
前記２）段階の印刷方法は、スクリーンプリンティング、グラビアプリンティング、オフセットプリンティング、フレキソプリンティング及びインクジェットプリンティングからなる群より選択されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
前記３）段階のパネルは、セラミックパネルであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
前記３）段階のパネルは、アルミナパネルであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
前記３）段階のパネルは、ジルコニア、チタニア及びＳｉＣ複合材からなる群より選択される１種以上を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法。
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の導電性パターンの形成方法により製造されることを特徴とする導電性パターン。