JP7096640B2 - 抵抗性周囲電極 - Google Patents

Description

本発明は座標入力パネルに関し、詳しくは、座標入力パネルの抵抗性周囲電極に関する。

図１は静電容量結合方式の座標入力装置の例であり、座標入力パネル１の基材２の表面は均一な面抵抗体３を取り囲む抵抗性周囲電極４が配置されており、４頂点に引き出し線５が、座標検出回路７に設置されている。
従来の座標入力パネルは、基材２の表面に面抵抗体３として、スパッタ法によるＩＴＯ（インジウム酸化物）膜あるいは、ＣＶＤ法による酸化スズ膜などが形成されている。基材２は例えばソーダーガラスが使用される。面抵抗体３の上には、抵抗性周囲電極４が、形成されている。抵抗性周囲電極４は、適宜選択された抵抗値の被膜を印刷、焼成により形成する。また、必要に応じて各頂点部分には、引き出し線５を接続するための、はんだ付け可能な低抵抗の被膜を印刷・焼成する場合もある。

抵抗性周囲電極４上に引き出し線５を接続するために、はんだ付け可能な低抵抗の被膜は、導電性物質を多く添加しているため、密着性を得るための非導電性物質（接着物質）が少なく周囲電極として密着性に問題があった。また、導電性物質として用いられている銀や銅等は、はんだの主成分であるスズに銀や銅が拡散していき、最終的には周囲電極側の銀や銅が消失してしまう、はんだくわれが生じ易いため、はんだ付けを行う場合、周囲電極膜質・周囲電極膜厚さ、はんだの種類、量、温度、時間、温度のかけ方等の注意が必要であった。また、基材にガラスを用いた場合、はんだ付けによる局部加熱によるガラスの割れといった問題があった。

上記はんだくわれの問題を解決するために導電性物質である銀に代えて銀とパラジウムの混成金属粉末又は銀と白金の混成金属粉末を用いたり、特開２００４－０３１３５５号公報（特許文献１）には、有機系金属化合物で銀、又は、銀主体の合金から成る微粒子をコーティングしたものを用いている。また、特開平８－３１５６３４号公報（特許文献２）にはセラミックコンデンサ用ではあるが、導電性物質と非導電性物質の配合組成比を変えたペーストについて開示されている。

特開２００４－０３１３５５号公報 特開平８－３１５６３４号公報

座標入力パネルの抵抗性周囲電極用に用いるためには、はんだ濡れ性、耐はんだくわれ性に加え、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜への抵抗性周囲電極の接着力が必要である。また、座標入力パネルの抵抗性周囲電極として機能するための抵抗値調整が必要である。

本発明は、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜と、前記基材の表面に形成された前記面抵抗体膜上に、前記面抵抗体膜を取り囲む様に形成された抵抗性周囲電極と、前記抵抗性周囲電極に引き出し線を接続する端子部が前記抵抗性周囲電極に設けた座標入力パネルの抵抗性周囲電極において、抵抗性周囲電極表面の導電性物質と非導電性物質の露出量で導電性物質が６１パーセント以上、９５パーセント未満で、非導電性物質がガラス粒子であり、また前記抵抗性周囲電極の膜厚が１０μｍ以上で、前記抵抗性周囲電極表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする抵抗性周囲電極を第一の要旨とし、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜と、前記基材の表面に形成された前記面抵抗体膜上に、前記面抵抗体膜を取り囲む様に形成された抵抗性周囲電極と、前記抵抗性周囲電極に引き出し線を接続する端子部が前記抵抗性周囲電極に設けた座標入力パネルの抵抗性周囲電極において、抵抗性周囲電極表面の導電性物質と非導電性物質の露出量で導電性物質が６１パーセント以上、９５パーセント未満で、非導電性物質がガラス粒子であり、また前記抵抗性周囲電極の膜厚が１０μｍ以上で、前記抵抗性周囲電極表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以上１．０μｍ以下である座標入力パネルの抵抗性周囲電極の引き出し線端子部が１層以上形成され、且つ、前記周囲電極の引き出し線部の最上層以外のすべての層は、最上層より表面の導電性物質と非導電性物質の露出比率で導電性物質が少ないことを特徴とする抵抗性周囲電極を第二の要旨とする。

本発明では、座標入力パネルの抵抗性周囲電極において、抵抗性周囲電極表面の導電性物質と非導電性物質の露出量で導電性物質が６１パーセント以上、９５パーセント未満で、非導電性物質がガラス粒子であり、また前記抵抗性周囲電極の膜厚が１０μｍ以上で、前記抵抗性周囲電極表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以上１．０μｍ以下であることにより、はんだ密着性を向上させ、はんだくわれを抑制し、且つ、抵抗値を適宜選択できる抵抗性周囲電極を提供できる。

静電容量結合式座標入力パネルの説明用平面図 本発明による抵抗性周囲電極の位置及び形状の説明図 抵抗性周囲電極の部分拡大図 座標入力パネルの概略図 抵抗性周囲電極の角部分拡大図 実施例に用いた抵抗性周囲電極の寸法箇所 実施例に用いた静電容量結合型の座標検出装置の説明図

図２を使用して、本発明の構成を詳細に説明する。
基材２は、ガラス製の座標入力パネルの場合、ソーダガラスが多く用いられるが、特に材質が限定される物ではなく、例えば、任意のガラスを含む透明なセラミックス素材、あるいはアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。
基材２の表面には、座標入力パネルと同様に面抵抗体膜３が形成される。
面抵抗体膜３の導電性薄膜の材料としては、一般に、酸化錫、アンチモンを添加した酸化錫（ＡＴＯ）、酸化インジウム、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛を添加した酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化亜鉛等が用いられる。また、被覆方法としては、例えば、物理的方法のスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、また、化学的方法のスプレー法、ディップ法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）がある。

基材２の表面に形成される抵抗性周囲電極４は、導電性物質と非導電性物質を適宜の割合で配合した導電性インクをスプレー法、インクジェット法、スクリーン法等といった手法によりパターンを形成する。また、形成された抵抗性周囲電極４の表面は導電性物質が面積換算で６０パーセント以上、９５パーセント未満露出しているようにする。これは、導電性物質が面積換算で６０パーセント未満であるとはんだ乗り性が低下するからである。
また導電性物質が面積換算で９５パーセント以上であると、耐はんだ食われの低下や、基材または、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜と抵抗性周囲電極４との密着性が低下する。
さらに、抵抗性周囲電極４の膜厚は、はんだくわれによる導電性物質の損失を考慮し１０μｍ以上（好ましくは１５μｍ以上）が望ましい。

基材２の抵抗性周囲電極４の非導電物質（バインダー）としては、ガラスや樹脂がある。ガラスはガラス粒子をバインダーとする導電性インクを用いて３００℃～６００℃で焼成される。樹脂は、１２０～２００℃で加熱硬化する物が使われる。
基材２の表面に形成される抵抗性周囲電極４は各頂点間の抵抗値は面抵抗値に対して１：５～１０になるように、インク及び印刷条件が設定される。

また、抵抗性周囲電極４の表面は導電性物質が面積換算で６０パーセント以上、９５パーセント未満露出していることに加え、表面粗さ（Ｒａ）が、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。これは、はんだが周囲電極４上に乗った際、周囲電極上に一定の凹凸があった方が、アンカー効果で密着強度を得ることができるためである。

その後、基材２の表面の抵抗性周囲電極４の各頂点６－ａ、６－ｂ、６－ｃ、６－ｄ（４カ所）には、信号線になる引き出し線５のケーブルをはんだ付け等の手段により、接続し、信号処理部７に接続される。
また、はんだ付けによる局部加熱によって生じるガラス基材の割れ、または、はんだ熱収縮によるガラス基材２またはガラス基材２に形成された面抵抗体膜３と抵抗性周囲電極４との接着力の低下を抑制するために抵抗性周囲電極４の各頂点６－ａ、６－ｂ、６－ｃ、６－ｄ（４カ所）の下層に抵抗性周囲電極４より非導電性物質を多く添加した中間層８を１層以上形成してもよい。

はんだ付けを行う際、非導電性物質の種類に合わせた、はんだを選択する必要がある。
特に非導電性物質が樹脂の場合、高融点はんだを用いると樹脂が炭化し抵抗性周囲電極４が破壊されてしまう。したがって、非導電性物質に樹脂を用いる場合、はんだは融点が低いスズ－ビスマス系あるいはスズ－インジウム系のはんだを選択することが好ましい。
非導電性物質がガラスの場合、はんだの熱収縮による影響によりガラスが破壊されないよう選択することが好ましい。例えば、スズ－銀系、スズ－銀－銅系、スズ－銀－ビスマス－銅系、スズ―インジウム―銀－ビスマス系、スズ－亜鉛系、スズ－亜鉛－ビスマス系等や、非導電性物質に樹脂の際に用いたはんだを用いる。

（導電性物質）
導電性物質は、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム等の貴金属粒子で形成されており、焼成後の抵抗体において電気導通経路を形成する。前記貴金属粉末を単体または２種類以上を混合して用いる。また、前記貴金属単体または混合物にニッケル、銅、スズ等を添加しても構わない。また、貴金属粒子および金属粒子の形状、粒径は、特に限定されない。

（非導電性物質）
非導電性物質は、ガラス粒子または、樹脂を用いる。また、ガラス粒子は、基板などに対する濡れ性を高めて密着性を向上させるとともに、抵抗膜全体にわたって溶融固化することにより強靭な抵抗体を形成するために配合され、絶縁性であるため、抵抗調整の役割も有している。

ガラス粒子の成分は、通常、酸化ケイ素に加えて、他の酸化物を含んでいる。他の酸化物としては、例えば、他の金属酸化物（例えば、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化鉛、酸化ビスマスなど）、酸化ホウ素などがある。これらの他の酸化物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。前記酸化物を用いたガラス粒子としては、例えば、ホウケイ酸系ガラス粒子、ホウケイ酸亜鉛系ガラス粒子、亜鉛系ガラス粒子、ビスマス系ガラス粒子などがある。ガラス粒子の形状、及び、中心粒径は、特に限定されず、導電性物質を基材に固定、且つ、周囲電極表面に露出できれば良い。

樹脂は、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリオレフィン、エポキシ樹脂等がある。

得られた抵抗性周囲電極の表面面積換算方法は、導電性物質と非導電性物質の面積を測定して得る。測定方法は適宜選択して行う。例えば、マイクロスコープにより拡大した画像から導電性物質と非導電性物質の面積を測定したり、走査型電子顕顕微鏡とエネルギー分散形Ｘ線分光器を用い、元素マッピングを行い、画像解析により導電性物質と非導電性物質との面積比率を算出する。

以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。

（実施例１）
座標入力パネル１は、次のようにして作成した。基材として、ソーダガラス（厚さ３ｍｍ）を略４６９×３７５ｍｍの大きさに切断したものを用い、基材の表面に、スパッタ法によってＩＴＯ（錫を添加した酸化インジウム）膜（シート抵抗値３００Ω／□）を形成して面抵抗体１２とした。次に、抵抗性周囲電極３、及び、引き出し線接続用端子部６を、奥野製薬工業株式会社製導電性ペーストＧ３－６５８１に奥野製薬工業株式会社製ガラスフリットＧＦ３４１０を重量比１５：１で混練したペーストにて、スクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）することで形成した。
抵抗性周囲電極３のパターンは図３のパターンを用い、一片を図４の様な線対称の形状にし、四隅は図５に示したように少なくとの第二の階段状の導電性セグメント１８ｂが、第一の直線状の導電性セグメント１８ａに近い段で、引き出し線接続用端子部６に直接接続させた。また、導電性セグメントは、表１の寸法条件（図６参照）で座標入力パネル１を作成した。
評価は、株式会社小島半田製造所製ＫＳ－２１８ＳＵＰＥＲ直径０．８ｍｍを用い、引き出し線接続用端子部６へのはんだ乗り性、耐はんだくわれを目視にて行った。
また、抵抗性周囲電極３および引き出し線接続用端子部６の密着性確認は、密着性評価用引き出し線として三山電線株式会社製ＡＷＭ１００７、ＶＷ-１、２６ＡＷＧ、ＴＲ－６４を予備はんだ後、引き出し線接続用端子部６に株式会社小島半田製造所製ＫＳ－２１８ＳＵＰＥＲ直径０．８ｍｍにてはんだ付けした。この引き出し線を株式会社イマダ製デジタルフォースゲージＤＳ２－５０Ｎにて引っ張り、引き出し線がパネルから取れる値を測定し、引き出し線がとれた箇所を目視により確認した。
また、抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率は、日本電子データム株式会社製走査型電子顕顕微鏡ＪＳＭ－６５１０ＬＡとエネルギー分散形Ｘ線分光器ＪＥＤ－２３００にて、元素マッピングを行い、元素マッピング画像を画像処理後、フリーソフトＩｍａｇｅＪを用いて面積計算し、導電性物質と非導電性物質との面積比率を算出した。

（実施例２）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を７．７：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例３）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を５：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例４）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を４．５：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例５）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を２．５：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例６）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を２．０：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（比較例１）
実施例１で用いた混錬するペーストを奥野製薬工業製導電性ペーストＧ３－６５８１のみに変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（比較例２）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を１．６：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（比較例３）
実施例１で用いた混錬するペースト（導電性ペーストとガラスフリット）の重量比を１．３：１に変更した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例７）
基材２を、アルミナセラミックス板（厚さ３ｍｍ）を略４６９×３７５ｍｍに変更し、基材２の表面に、スパッタ法によってＩＴＯ（錫を添加した酸化インジウム）膜（シート抵抗値３００Ω／□）を形成して面抵抗体１２とした。次に、実施例５で用いた混錬ペーストにて抵抗性周囲電極３、及び、引き出し線接続用端子部６をスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）し座標入力パネル１を作成した。
また、抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価も、実施例１と同様に実施した。

（実施例８）
比較例３に用いた混錬ペーストを引き出し線接続用端子部６の箇所にスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）した。続いて、実施例５で用いた混錬するペーストを抵抗性周囲電極３、及び、引き出し線接続用端子部６にスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

（実施例９）
比較例３に用いた混錬ペーストを引き出し線接続用端子部６の箇所にスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）した。続いて、実施例３に用いた混錬ペーストを引き出し線接続用端子部６の箇所にスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）した。さらに、実施例５で用いた混錬するペーストを抵抗性周囲電極３、及び、引き出し線接続用端子部６にスクリーン印刷後、焼成（４５０℃、保持時間５分間）した。
抵抗性周囲電極３の導電性物質と非導電性物質の面積比率、及び、評価は、実施例１と同様に実施した。

はんだ乗り性：○良好、×不良
耐はんだくわれ性：○良好、△一部食われあり、×はんだくわれあり
ガラス基板接着力：○５００ｇ超、△１５０～５００ｇ、×１５０ｇ未満
接着力評価後の状態において「線切れ」は、はんだ付け時配線の被覆部をとって露出した芯線部が切れた状態、「電極剥離」基材からはんだと電極がともに剥離した状態、「はんだ剥離」電極からはんだが剥離した状態である。

表２の結果より、実施例１～９は抵抗性周囲電極へのはんだ乗り性、耐はんだくわれ性、および、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜への抵抗性周囲電極の接着力が高いことが確認された。一方、比較例１は、はんだ乗り性は良いが、はんだ付け後、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜との間に微小に浮いていること（剥離）が確認された。また、接着力も低くなっていた。比較例２は、はんだ乗り性が悪くはんだがはじかれた様な箇所が存在した。そのため、面抵抗体膜への抵抗性周囲電極の接着力確認時に抵抗性周囲電極とはんだとの間で剥離が発生した。さらに、比較例３は、はんだが乗らなかったため、はんだくわれ、基材上の表面に設けられた面抵抗体膜への抵抗性周囲電極の接着力を確認することができなかった。

実施例１～９で作成した座標入力パネル１を、図７に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。また、ＣＰＵ１６から出力される座標データを、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
この座標入力システムを用いて座標入力パネル１を評価した。
その結果、すべての座標入力パネル１から座標データを取り込むことができ、座標入力パネルとして動作するこが確認された。

１ 座標入力パネル
２ 基材
３ 面抵抗体
４ 抵抗性周囲電極
５ 引き出し線
６ 抵抗性周囲電極４の引き出し線接続用端子部
６－ａ、６－ｂ、６－ｃ、６－ｄ 抵抗性周囲電極４の４角の各頂点及び引き出し線接続用端子部
７ 座標検出回路
８ 中間層
９ 静電容量結合
１０ 座標指示ペン
１１ ペンケーブル
１２ スイッチａ、ｂ、ｃ、ｄ
１３ ＡＣ信号発生器
１４ バンドパスフィルターを含むアナログ信号処理部
１５ Ａ／Ｄコンバータ
１６ プロセッサ（ＣＰＵ）
１７ 制御基板
１８ａ、１８ｂ 導電性セグメント
１９ 第一の直線状の導電性セグメントにおける破線線幅
２０ 第一の直線状の導電性セグメントにおける破線線長さＡ
２１ 第一の直線状の導電性セグメントにおける破線線長さＢ
２２ 第一の直線状の導電性セグメントにおける破線間隔
２３ 第二の階段状の導電性セグメントにおける階段線幅
２４ 第二の階段状の導電性セグメントにおける階段間隙
２５ 第二の階段状の導電性セグメントにおける階段の重なり長さ
２６ 第二の階段状の導電性セグメントにおける階段一段部の間隙

Claims (1)

1. 基材上の表面に設けられた面抵抗体膜と、前記基材の表面に形成された前記面抵抗体膜上に、前記面抵抗体膜を取り囲む様に形成された抵抗性周囲電極と、前記抵抗性周囲電極に引き出し線を接続する端子部を前記抵抗性周囲電極に設けた座標入力パネルの抵抗性周囲電極において、前記抵抗性周囲電極表面の導電性物質と非導電性物質の露出量で前記導電性物質が６１パーセント以上、９５パーセント未満で、前記非導電性物質がガラス粒子であり、また前記抵抗性周囲電極の膜厚が１０μｍ以上で、前記抵抗性周囲電極表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする抵抗性周囲電極。

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