JP5418497B2 - 金属パターン形成方法及び金属パターン - Google Patents
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Description
〔触媒〕
本発明に係るインクで用いられる触媒としては、パラジウム、銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、スズなどの金属が挙げられる。そのなかでも、触媒活性の高さから、パラジウム、銀、スズが好ましく、さらに好ましくはパラジウムである。これらの触媒の形態としては、金属微粒子や金属塩コロイド(例えば、パラジウム−スズコロイドなど)ではなく、インク中において溶解状態で存在していることが特徴である。これは、溶解均一系のインクであることにより、基板上にある多孔層の厚み方向への浸透を十分に行うことができる。
本発明に係るインクに適用可能な溶媒としては、上記触媒の溶解性の観点から水性液媒体が好ましく用いられ、水性液媒体としては、水及び水溶性有機溶剤等の混合溶媒が更に好ましく用いられる。これらの溶媒の組成については、上記触媒の溶解状態に留意して選択する。
本発明に係るインクに適用可能な界面活性剤としては、アルキル硫酸塩、アルキルエステル硫酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキルリン酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸塩、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、アミンオキシド等の界面活性剤、アルキルアミン塩類、第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。
本発明に係るインクにおいては、に必要に応じて、その他の従来公知の添加剤を含有することができる。例えば、蛍光増白剤、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、増粘剤、帯電防止剤、マット剤、水溶性多価金属塩、酸塩基、緩衝液等pH調整剤、酸化防止剤、表面張力調整剤、非抵抗調整剤、防錆剤、無機顔料等を挙げることができる。
本発明の金属パターン形成方法においては、上記触媒を含有するインクを基板の多孔層上に印字する工程と、後述する無電解めっき処理を行う工程の間に、触媒活性化工程を有することが好ましい。
本発明において適用可能な基板としては、絶縁性を備えたものであれば特に制限はなく、例えば、ガラスやセラミックス等の剛性の強いものから、PET(ポリエチレンテレフタレート)やポリイミドなどの樹脂から構成されるフィルム状のものが挙げられる。
本発明に係る基板においては、表面に無機微粒子を含む多孔層を有することを特徴とする。
高解像度な細線を良好かつ迅速に描画するには、インク液滴と多孔層の条件を適正に選択することが必要となる。これらの条件としては、インク液滴ができるだけ小さいほど好ましく、10pl以下、好ましくは4pl以下である。このような微細な液滴の大きさであれば、線幅50μm程度の細線パターンの描画が可能となる。こうした細線を描画するには、印字する際に高解像度が必要となる。360dpi以上、720dpi以上の解像度がさらに好ましい。なお、本発明でいうdpiとは、2.54cmあたりのドット数を表す。こうした微小液滴を高解像度で迅速に印字するには、多孔層がもつインク性能のうち、吸収量および吸収速度が十分でないといけない。吸収量や吸収速度が足りないと、インク溢れや滲みが発生し、細線の描画性を落としてしまう。こうした観点から多孔層が、インク吸収量と吸収速度が十分得られる構成として、膜厚が0.5μm以上、好ましくは5μmで、かつ空隙率が40%以上、好ましくは60%以上である。
本発明に係る無電解めっき処理について説明する。
本発明の金属パターン形成方法においては、触媒を含有したインクはインクジェットヘッドから多孔層を設けた基板へ吐出させ、パターン形成させる。吐出させる液滴の大きさとしては、特に制限はないが、回路配線等の場合は微細線の形成が必要となるので50pl以下、好ましくは20pl以下の液滴量にする。
〔インク1の調製:本発明〕
触媒として酢酸パラジウムを0.02質量%、水溶性有機溶媒として、エチレングリコールを50質量%、グリセリン20質量%、純水を残分としてインク1を調製した。水酸化ナトリウムにてインクのpHを12.0に調整し、酢酸パラジウムが溶解していることを確認した。
触媒として塩化パラジウムを0.04質量%、これと錯体形成する2−アミノピリジンを0.2質量%、水溶性有機溶媒としてエチレングリコールを50質量%、グリセリンを20質量%、純水を残分としてインク−2を調製した。水酸化ナトリウムにてインクのpHを13.0に調整し、塩化パラジウムが溶解していることを確認した。
パラジウム/スズのコロイド液としてプレデップPN−104(ワールドメタル社製)3.0質量%と、キャタリストPN105(ワールドメタル社製)27.0質量%に、水溶性溶媒エチレングリコール30質量%、グリセリン20質量%を添加し、純水を残分として、比較のインク3を調製した。
〔基板1の作製〕
(シリカ分散液の調製)
気相法シリカ(QS−20、平均粒径12nm、トクヤマ社製) 15質量%
ポリビニルアルコール(PVA235、けん化度88%、重合度3500 クラレ社製)の10%水溶液 25質量%
n−プロパノール 5質量%
純水 残量
上記混合液を、高速分散機用いて分散してシリカ分散液を調製した。
厚さ100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に、ロッドバーコーティング法にて、上記シリカ分散液を乾燥膜厚が20μmになる条件で塗布、乾燥して多孔層を有する基板1を作製した。形成した多孔層の空隙率をブリストー法による吸水量から測定した結果、65%であった。
厚さ100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)シートを、基板2とした。
〔金属配線パターン1の形成〕
(配線パターン形成)
搬送系オプションXY100に装着したインクジェットヘッド評価装置EB100(コニカミノルタIJ(株)製)に、インクジェットヘッドとして、ノズル口径20μm、液適量2pl、最大駆動周波数25kHz、ノズル数1024、ノズル密度360dpiであるピエゾ型のインクジェットヘッドを搭載し、入力する画像を8パスのインターリーブ方式で記録可能であり、主走査、副走査方向の記録解像度がともに1440dpiであり、上記調製したインク1が吐出できるようにした。ステージに、上記作製した基板1を取り付け、触媒を含むインク1を吐出して、配線幅50μm、配線間距離50μm、配線長30mmで100本の細線パターンを形成した。
上記方法でパターン形成した後の基板1を50℃で5分乾燥したのち、ホウ素系の還元剤を含有した下記活性化液に、室温で15分浸漬した。この工程で、Pd錯体を還元してPd金属を形成した。浸漬後の基板1は純水にて洗浄した。
アルカップMDR2−C(上村工業社製) 6質量%
純水 残量
(無電解めっき工程)
下記の無電解銅めっき溶液を調製した。仕上がりのめっき液は、銅濃度として2.5質量%、ホルマリン濃度が1質量%、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)濃度が2.5質量%である。また、水酸化ナトリウムでめっき液のpHを13.0に調整した。
メルプレートCU−5100B(メルテックス社製) 5.5質量%
メルプレートCU−5100C(メルテックス社製) 2.0質量%
メルプレートCU−5100M(メルテックス社製) 4.0質量%
純水 残量
50℃に保温した上記無電解銅めっき溶液に、活性化処理を施した基板1を90分間浸漬し、Pd金属パターン部に銅金属にめっき化された配線幅50μm、配線間距離50μm、配線長30mmで100本の金属配線パターン1を形成した。
上記金属配線パターン1の形成において、インク1に代えてインク2を用い、更に活性化工程1による活性化処理を行わなかった以外は同様にして、金属配線パターン2を形成した。
上記金属配線パターン1の形成において、インク1に代えてインク2を用いた以外は同様にして、金属配線パターン3を形成した。
上記金属配線パターン1の形成において、インク1に代えて比較のインク3を用い、更に活性化工程1による活性化処理に代えて、下記活性化工程2を用いた以外は同様にして、金属配線パターン4を形成した。
パラジウム/スズコロイドのインク3を、下記溶液に室温にて2分間浸漬させて、スズの除去を行い、パラジウム金属を残した。この工程により、インク3のパラジウム金属の配線パターンが形成された。
純水 残量
〔金属配線パターン5の形成〕
上記金属配線パターン3の形成において、多孔層を備えた基板1に代えて、ポリエチレンテレフタレート(PET)シート単体である基板2に変更した以外は同様にして、金属配線パターン5を形成した。
上記金属配線パターン4の形成において、多孔層を備えた基板1に代えて、ポリエチレンテレフタレート(PET)シート単体である基板2に変更した以外は同様にして、金属配線パターン6を形成した。
上記作製した各金属配線パターン及びその作製に用いたインクについて、下記の各評価を行った。
上記形成した各銅配線パターンを光学顕微鏡にて観察し、下記の基準に従って細線の描写性を評価した。
△:細線の欠け(断線)、細線同士の接触がなく、かつ線形状の乱れ(細りや太り)が10%以上、30%未満である
×:細線の欠け(断線)、細線同士の接触が認められ、かつ線形状の乱れ(細りや太り)が30%以上である
〔細線の耐擦過性の評価〕
上記形成した各銅配線パターン表面を、水で濡らした布(BEMCOT;旭化成工業社製)を用いて、往復20回摺擦した。摺擦後の細線部について、金属膜の欠落や金属膜の剥がれを目視観察し、下記の基準に従って細線の耐擦過性を評価した。
△:金属膜の欠落や金属膜の剥がれが発生した細線の数が、10%以上、50%未満である
×:金属膜の欠落や金属膜の剥がれが発生した細線の数が、50%以上である
〔金属パターンの膜厚測定〕
上記各金属パターンの形成方法で、10mm×10mmの大きさの金属パターン形成させた。次いで、金属パターンをミクロトームで切断してその断面を光学顕微鏡にて観察し、50点の膜厚を測定し、その平均値を求めた。なお、膜厚が1μm未満の場合には、走査型電子顕微鏡を用いて膜厚を測定した。
上記配線パターンの形成で用いたインクおよびインクジェット出射装置を、低温低湿(10℃、20%rh)環境下で、全ノズルにより1時間の連続出射を行い、1時間後のノズル欠の発生状態を拡大鏡にて観察し、下記の基準に従ってインクの出射安定性を評価した。
△:欠ノズルの数が、全ノズル数に対して2%以上、10%未満である
×:欠ノズルの数が、全ノズル数に対して10%以上である
以上により得られた各評価結果を、表1に示す。
Claims (5)
- 基板上に触媒を含有するインクをインクジェット方式でパターン部を印字し、該パターン部の上に無電解めっき処理によって金属パターンを形成する金属パターン形成方法において、該基板は、表面に無機微粒子Fと有機バインダーBとを3:1〜10:1の質量比(F:B)で含む多孔層を有し、かつ前記触媒としてパラジウム化合物が、pHが8〜14の範囲である前記インク中で溶解した状態で存在していることを特徴とする金属パターン形成方法。
- 前記インクが、前記パラジウム化合物と錯体形成可能な化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の金属パターン形成方法。
- 前記無機微粒子Fが、シリカ微粒子またはアルミナ微粒子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属パターン形成方法。
- 前記触媒を含有するインクを前記基板の多孔層上に印字する工程と、前記無電解めっき処理を行う工程の間に、触媒活性化工程を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属パターン形成方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属パターン形成方法によって形成されたことを特徴とする金属パターン。
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