KR20170066370A

KR20170066370A - 전자회로기판의 제조방법 및 이에 의해 얻어진 전자회로기판

Info

Publication number: KR20170066370A
Application number: KR1020177008486A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 가네하라; 마사아키 우라노
Original assignee: 가부시키가이샤 고무라테크
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-06-14
Also published as: JP2016076538A; EP3203816A4; TWI716359B; CN107079585A; EP3203816A1; TW201618623A; WO2016052043A1; CN107079585B; JP6486053B2; US20170295651A1

Abstract

본 발명의 전자회로기판의 제조방법은 기재 상에, 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물로 이루어진 소정 패턴의 전자회로를 고정화하는 전자회로기판의 제조방법으로서, 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 인쇄판에, 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물을 유지시키는 공정과, 상기 인쇄판에, 상기 기재의 표면을 밀착시켜 상기 잉크 유지부에 유지된 나노잉크 조성물을 기재(워크(W)) 상에 전사하는 공정과, 이 전사 후에 상기 전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시켜 고정화시키고, 소정 패턴의 전자회로를 형성하는 공정을 구비한다. 이 방법에 의해, 상온 상압하에서 균일한 나노잉크 조성물층을 빠르고 효율적으로 도포할 수 있다.

Description

전자회로기판의 제조방법 및 이에 의해 얻어진 전자회로기판{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC CIRCUIT SUBSTRATE, AND ELECTRONIC CIRCUIT SUBSTRATE OBTAINED THEREBY}

본 발명은 도전성 잉크를 사용하여 상온하에서 기판 상에 전자회로를 형성하는 전자회로기판의 제조방법과, 이에 의해 얻어진 전자회로기판에 관한 것이다.

인쇄기술을 이용하여 전자소자나 전자회로 등을 형성하는 프린티드·일렉트로닉스는 잉크형상으로 한 기능성 재료(금속이나 반도체 재료 등)을, 기재(기판)의 표면에 패턴 형상으로 도포(인쇄 또는 전사)함으로써 실시된다. 이 방법은 진공장치 등의 대규모이고, 고가인 제조장치가 필요하지 않으므로, 저비용으로 대면적의 소자나 소자기판을 형성 가능한 기술로서, 최근 주목을 받고 있다. 그러나, 종래의 프린티드·일렉트로닉스는 그 기능성 재료의 소성에, 100~200℃ 이상에 달하는 가열 프로세스를 경유하므로, 수지 필름과 같은 가열에 의해 신축되는 기재를, 기판으로서 사용할 수 없다는 결점이 있었다.

이에 대하여, 본 발명자들은 도포 후에 소성할 필요가 없는 도전성 잉크(나노잉크 조성물)을 개발하여 이미 출원했다(특허문헌 1을 참조). 이 나노잉크 조성물은 금속 나노입자의 배위자로서, 특정의 「도전성을 갖는 방향족성의 분자」를 사용한 것으로, 상기 나노잉크 조성물을 사용함으로써, 모든 도포 프로세스를 대기하·실온에서 실시하여, 승온시키지 않고 전자소자나 전자회로 등을 형성할 수 있다. 또한, 수지필름 등의 플렉시블한 기판 상에, 전자회로 등을 인쇄하는 경우에도, 가열소성 프로세스를 경유할 필요가 없는 상기 나노잉크 조성물을 사용하면, 제조공정 모두를 실온하에서 실시함으로써, 열에 의한 기재 등의 변형을 억제하고, 미세한 회로를 높은 정밀도로 전사하는 것이 가능해진다.

국제공개 제WO2011/114713호

그러나, 현 상황에서 상기 나노잉크 조성물을 사용하여 플렉시블한 기판 상에, 미세한 전자회로를 높은 정밀도로 재현성 좋게 양산하는 도포방법으로서는 잉크젯 방식에 의한 인쇄법 밖에 확립되어 있지 않고, 이 인쇄방법도 반드시 효율이 좋은 것은 아니므로, 상기 나노잉크 조성물을 사용한 생산효율이 높은 잉크도포방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상온상압 하에서 균일한 나노잉크 조성물 층을 빠르고 효율적으로 도포할 수 있는 전자회로기판의 제조방법 및 이에 의해 얻어진 전자회로기판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기재 상에 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물로 이루어진 소정 패턴의 전자회로를 고정화하는 전자회로기판의 제조방법으로, 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 인쇄판에, 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물을 유지시키는 공정과, 이 인쇄판에 상기 기재의 표면을 밀착시켜, 상기 잉크 유지부에 유지된 나노잉크 조성물을 기재 상에 전사하는 공정과, 상기 전사후에 상기 전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시켜 고정화시키고, 소정 패턴의 전자회로를 형성하는 공정을 구비하는 전자회로기판의 제조방법을 제1 요지로 하며, 상기 제조방법에 의해 얻어진 전자회로기판을 제2 요지로 한다.

즉, 본 발명자들은 상기 진공장치 등의 대규모 장치가 필요한 방법을 대신하여, 잉크젯법 이외의 손쉬운 방법으로 상기 과제를 해결할 수 없는지 생각을 거듭하여, 판(版)을 사용한 전사인쇄에 의해 이를 실현할 수 없는지 착상했다. 그리고, 인쇄판이나 피 인쇄체인 기재의 특성에 대해서 시행착오를 반복한 결과, 판의 표면에 패터닝된 잉크 유지부를 갖는 인쇄판에, 수계의 나노잉크 조성물을 유지시키고, 이들 판을 플렉시블한 기재의 표면에 접촉시키고 이 나노잉크 조성물을 전사함으로써, 상기 기재 상에 비교적 두께가 있는 나노잉크 조성물층을, 소정 패턴대로 불균일 없이 효율적으로 도포할 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 도달했다.

또한, 상기 「판의 표면에 패터닝된 잉크 유지부를 갖는 인쇄판」이라는 것은 볼록판, 오목판 또는 평판 중 어느 것이어도 좋고, 「나노잉크 조성물을 전사」할 수 있는 인쇄방법으로서는 스크린 인쇄로 대표되는 공판(孔版) 인쇄를 제외한 활판 인쇄, 플렉소 인쇄 등의 볼록판 인쇄, 그라비아 인쇄 등의 오목판 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄 등의 평판 인쇄 중 어느 것도 사용할 수 있다.

본 발명의 전자회로기판의 제조방법은 나노잉크 조성물을 인쇄판에 유지시키는 공정, 인쇄판에 유지된 나노잉크 조성물을 기재에 전사하는 공정, 및 상기 전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시켜 고정화하는 공정을 구비하고 있다. 이에 의해, 「열에 약한」 플렉시블한 기재를 사용한 경우에도, 이 기재에 신축을 초래하는 과대한 열을 가하지 않고, 그 표면에 상기 나노잉크 조성물로 이루어진 균일한 층을, 소요의 패턴대로 정확하고 또한 효율적으로 안정되게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법은 상기 소요 패턴의 나노잉크 조성물을 한번 전사하는 경우 뿐만 아니라, 기재 상의 동일한 영역에, 여러 번으로 나누어(몇 번인가 반복하여) 적층하는 경우를 포함한다. 또한, 이 경우, 전사 한번마다 건조(고정화)를 실시할지, 아니면 여러 번의 전사분의 나노잉크 조성물을 일괄하여 건조시킬지는 전사후의 기재의 표면상태에 따라서 적절하게 결정된다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법 중에서도, 상기 기재로서 종이 또는 수지제 필름을 사용하는 경우에는, 이들 「열에 의한 신축이 크고」 다른 제조방법에서는 취급이 어려운 기재에 대해서도, 나노잉크 조성물로 이루어진 균일한 전자회로(층)을, 소요 패턴대로 정확하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법 중에서도, 상기 기재의 표면에서의 물의 접촉각이 30° 이하인 경우에는, 상기 전사된 나노잉크 조성물의 흡수 및 건조가 빨라지므로, 상기 소요 패턴을, 보다 정확하고 정밀하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법 중에서도, 상기 나노잉크 조성물 중에서의 금속입자의 함유량이 0.1~20 wt% 인 경우에는, 균일하고 또한 표면이 평활하며, 충분한 두께를 갖는 전자회로(층)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 나노잉크 조성물 중에서의 금속입자의 함유량이 0.1 wt% 미만인 경우, 또는 반대로 나노잉크 조성물 중에서의 금속입자의 함유량이 20 wt%를 초과하는 경우에는, 전자회로층의 표면이 거칠어, 균일하고 평활한 나노잉크 조성물층을 형성할 수 없을 우려가 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법 중에서도, 특히 상기 나노잉크 조성물 중의 금속입자가 나노미터 사이즈의 은 입자인 경우에는, 잉크 상태에서의 장기의 저장안정성이 우수하므로, 품질이 정돈된 전자회로를, 저비용으로 재현성 좋게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법 중에서도, 상기 인쇄판이 플렉소 인쇄판인 경우에는, 인쇄판 상에 유지할 수 있는 잉크량(1회당의 잉크 전사량)이 많으므로, 적은 전사횟수로 충분한 두께의 전자회로를 효율 좋게 제조할 수 있다.

그리고, 상기 전자회로기판의 제조방법에 의해 얻어진 전자회로기판은, 플렉시블한 기재에 신축을 초래하는 가열소성공정을 거치지 않고, 그 표면 상에 실용적으로 충분한 두께와 도통성을 갖는 전자회로가, 소요의 패턴대로 정확하게 형성되어 있다. 또한, 상기 전자회로기판은, 그 제조에 상기 진공장치나 가열소성을 위한 오븐 등의 대규모 장치가 필요하지 않으므로, 적은 초기투자와 낮은 러닝 코스트로 제작하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 전자회로기판의 제조방법에 사용되는 플렉소 인쇄기의 개략 구성도이고, 잉크의 전사 개시 전의 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서 플렉소 인쇄기의 플렉소 인쇄판에 잉크를 유지시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에서 플렉소 인쇄판으로부터 피 인쇄물(워크(W))에 잉크를 전사한 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에서 피 인쇄물(워크(W))로의 잉크의 전사를 여러 번 반복한 상태를 도시한 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 실시형태의 전자회로기판의 제조방법에 사용되는 플렉소 인쇄판의 잉크 유지부의 확대 평면도이고, (b)는 (a)의 X-X' 단면을 도시한 도면이다.

다음에, 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서의 인쇄판이나 잉크(층)은 그 두께를 강조하여 나타내고 있다.

우선, 본 실시형태의 전자회로기판의 제조방법에서 사용되는 플렉소 인쇄기에 대해서 간단하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태에서 사용되는 플렉소 인쇄기의 개략 구성도이고, 도면 중의 부호 "1"은 판동(版胴), "2"는 애니록스 롤(Anilox Roll), "3"은 스퀴지(Squeegee), "4"는 잉크탱크, "S"는 피 인쇄물(워크(W))을 얹기 위한 이동 스테이지이다. 또한, 상기 판동(1)의 외주(둘레면)에는 잉크 유지부를 갖는 플렉소 인쇄판(이하, 간단히 「인쇄판」이라고 부름)(11)이 부착되어 있다(도 2~도 4도 동일).

또한, 뒤에서도 설명하지만, 상기 애니록스 롤(2)과 판동(1)은 잉크의 유지시에 동기 회전하도록 이루어져 있다. 또한, 이동 스테이지(S)는 잉크의 전사 시에, 상기 판동(1)의 회전에 동기하여 이동(슬라이딩)하도록 이루어져 있다.

그리고, 상기 플렉소 인쇄기를 사용한 본 실시형태의 전자회로기판의 제조방법은 도 1~도 4에 도시한 바와 같이, 나노잉크 조성물(도면 중의 흑색으로 칠한 「ink」)로 이루어진 전자회로를, 플렉시블 필름형상 기판(피 인쇄물인 워크(W))의 한 면에 형성하는 것이고, (A) 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물을, 그 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부(꼭대기면에 미소한 오목부(11b)를 갖는 볼록부(11a))가 형성된 인쇄판(11)에 유지시키는 공정 〔도 1→도 2〕과, (B) 이 인쇄판(11)에, 상기 워크(W)의 표면을 밀착시키고, 상기 잉크 유지부에 유지된 나노잉크 조성물을 워크(W) 상에 전사하는 공정〔도 2→도 3〕과, (C) 이 전사 후에, 상기 전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시켜 고정화시키고, 소정 패턴의 전자회로를 얻는 공정〔도시하지 않음〕을 구비한다.

보다 상세하게 설명하면, 우선 인쇄(전사) 전의 준비공정으로서 표면(상면)에 소정 패턴(도 5 참조)의 잉크 유지부가 형성된 인쇄판(11)을, 도 1에 도시한 바와 같이, 판동(1)의 외주면의 소정 위치에 감아 고정하고, 또한 스퀴지(3)를 구비한 애니록스 롤(2)에 대응하여 설치된 잉크탱크(4)에, 소정의 나노잉크 조성물(나노은 콜로이달 잉크, 상품명: 드라이큐어, 콜로이달·잉크사제)를 충전한다. 그리고, 상기 이동 스테이지(S) 상의 소정 위치에, 표면(피 인쇄면)에 미리 흡수성을 높이는 표면처리가 실시된, 종이제 또는 수지제 등의 필름형상 기재(워크(W))를 얹어 준비한다.

또한, 상기 나노은 콜로이달 잉크는 저장 안정성이 우수하므로, 잉크 탱크(4) 중에 상시 저장해 두어도 좋다. 또한, 상기 나노은 콜로이달 잉크의 인쇄판(11) 상에서의 의도하지 않은 건조를 미연에 방지하기 위해, 판동(1)의 주위를 포함하는 플렉소 인쇄기의 주위를, 가습기나 에어컨 등을 사용하여, 제조 개시전에 60% RH 이상의 가습분위기로 조정해 두는 것이 바람직하다.

다음에, (A)나노잉크 조성물을 인쇄판(11)에 유지시키는 공정에 대해서 설명한다. 상기 (A)공정은 우선 도 1에 도시한 바와 같이, 애니록스 롤(2)을 회전시킨 상태에서, 잉크탱크(4)로부터 상기 나노은 콜로이달 잉크를 소정의 시간간격으로 공급하고, 스퀴지(3)를 사용하여 이 애니록스 롤(2)의 외주면에, 소정 막 두께의 나노은 콜로이달 잉크의 액상의 막을 형성한다. 그리고, 그 상태에서 판동(1)을 동기 회전시켜 인쇄판(11)을 잉크에 접촉시켜, 도 2에 도시한 바와 같이, 인쇄판(11)의 잉크 유지부(꼭대기면에 미소한 오목부(11b)를 갖는 볼록부(11a))에, 나노은 콜로이달 잉크를 유지시킨다.

계속해서, (B)나노잉크 조성물을 워크(W) 상에 전사하는 공정에 대해서 설명한다. 상기 (B)공정은 상기의 인쇄판(11)을 판동(1)과 함께 회전시키면서, 피 인쇄물인 워크(W)를 이동 스테이지(S)와 함께 동기하여 슬라이드 이동시키고, 상기 잉크를 유지한 인쇄판(11)을 워크(W)의 표면(피 인쇄면)에 키스터치(kiss-touch)시켜, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼록부(11a) 꼭대기면의 오목부(11b)내에 유지된 나노은 콜로이달 잉크를, 이 워크(W)의 표면에 소정 패턴 형상으로 전사한다.

다음에, (C)전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시키고 고정화하는 공정에 대해서 설명한다. 상기 (C)공정은 상기와 같이 표면에 나노은 콜로이달 잉크가 전사된 워크(W)를, 상기 이동 스테이지(S)에 얹은 채로, 또는 다른 평탄한 장소에 이동시킨 상태에서, 상기 나노잉크 조성물의 건조(고정화 또는 피막화)를 대기하고, 그 건조를 확인할 수 있으면, 상기 본 발명의 전자회로기판(전자회로가 부착된 워크(W))를 얻을 수 있다.

또한, 상기 건조는 그 송풍 등의 온도가 40℃를 넘지 않는 범위이면, 송풍기나 온풍건조기 등을 사용하여 건조시간의 단축을 도모할 수도 있다. 또한, 동일하게, 워크(W)의 온도가 40℃를 넘지 않는 범위이면 적외램프, 온열등이나 태양광 등의 열선, 초음파, 고주파 전류 등의 고주파 가열 등, 간접적인 조사가열법을 이용해도 좋다.

또한, 건조 후에도 상기 나노은 콜로이달 잉크로 이루어진 피막의 막두께가 당초의 설정막두께에 도달하지 않는 경우에는, 동일한 가공조건, 동일한 기계설정으로 전사를 반복함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 나노은 콜로이달 잉크로 이루어진 피막을, 동일한 위치에 동일한 패턴으로 적층해도 좋다(도면에서는 막두께를 더욱 강조하고 있다). 또한, 상기 건조공정을 한번의 전사마다 실시할지, 그렇지 않으면 복수 회 전사한 만큼의 나노잉크 조성물의 건조를 일괄하여 한 번에 실시할지는, 전사 후의 기재표면의 건조상태나 거칠음 등에 따라서 적절하게 변경할 수 있다.

상기 전자회로기판의 제조방법에 따르면, 상기 피 인쇄물(워크(W))로서 종이제 또는 수지제 등의 「열에 약한」 플렉시블한 기재를 사용한 경우에도, 이 기재에 신축을 초래하는 과대한 열을 주지 않고, 그 표면에 상기 나노잉크 조성물(나노은 콜로이달 잉크)로 이루어진 균일한 층을, 소요의 패턴대로 정확하고 효율적으로 안정되게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법에서 사용하는 나노잉크 조성물이라는 것은 금속 나노입자(나노미터 사이즈의 금속입자)와, 유기 π공역계 배위자와, 용매를 포함하는 것으로, 상기 금속 나노입자에 상기 유기 π공역계 배위자가 π접합하고, 강한 π접합과 입자 간의 접근에 의해 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물이다.

상기 금속 나노입자에 사용되는 금속으로서는 금, 은, 동, 백금, 파라듐, 니켈, 루테늄, 인듐, 로듐 중 어느 하나, 또는 어느 2개 이상 금속이 혼합되어 사용된다. 상기 금속 나노입자의 나노잉크 조성물 중에서의 함유량으로서는, 바람직하게는 0.1~20 wt%, 보다 바람직하게는 0.5~10 wt%이다. 상기 나노잉크 조성물 중에서의 금속 나노입자의 함유량이 0.1 wt% 미만인 경우, 또는 반대로, 나노잉크 조성물 중에서의 금속 나노입자의 함유량이 20 wt%를 초과하는 경우에는, 전자회로(층)의 표면이 거칠어, 균일하고 평활한 나노잉크 조성물층을 형성할 수 없을 우려가 있다.

또한, 상기 나노잉크 조성물을 구성하는 유기 π공역계 배위자로서는 예를 들어 아미노기, 메르캅토기, 히드록실기, 카르복실기, 포스핀기, 포스폰산기, 할로겐기, 셀레놀(selenol)기, 설파이드기, 셀레노에테르기(금속 나노입자 표면에 배위하는 치환기) 중 어느 하나 또는 복수의 치환기를 갖는 것, 또는 아미노기, 알킬아미노기, 아미드기, 이미드기, 포스폰산기, 설폰산기, 시아노기, 니트로기(금속 나노입자를 함수용매 및 알콜 용매에 가용(可溶)으로 하는 치환기) 및 그들의 염 중의 어느 하나 또는 복수의 치환기를 갖는 것 등을 들 수 있다. 그 중에서도 2, 3, 9, 10, 16, 17, 23, 24-옥타키스[(2-N,N-디메틸아미노에틸)티오]프탈로시아닌(OTAP)이나 2,3,11,12,20,21,29,30-옥타키스[(2-N,N-디메틸아미노에틸)티오]나프탈로시아닌(OTAN)이 바람직하게 사용된다.

또한, 상기 나노잉크 조성물을 구성하는 바람직한 용매로서는 물 또는 물 혼합 용매, 또는 알콜 또는 알콜 혼합용매 등을 들 수 있다. 또한, 물 이외의 성분으로서는 알콜, 에테르, 에스테르, 케톤, 아미드 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 알콜류, 보다 바람직하게는 탄소수 1~10의 알콜류이다. 이들 용매 중에서도, 특히 바람직한 용매로서 메탄올, 에탄올, 2-에톡시에탄올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜을 사용할 수 있다.

또한, 상기 나노잉크 조성물의 바람직한 점도는 0.001~5 Pa·s(1~5000 cP) 정도이고, 보다 바람직하게는 0.01~4 Pa·s이다. 이 점도범위를 초과하거나 하회하면, 잉크(회로패턴)의 정밀한 도포가 어려워지는 경향이 보인다. 또한, 상기 점도의 측정은 도키산교사제 점도계 TVE-22HT를 사용하여, 20 ℃, 표준로터(1°34′×R24), 0.5~100 rpm으로 실시했다.

상기 나노잉크 조성물의 구체적인 예로서는 비용이나 취급의 용이성 및 저장안정성 등을 고려하여, 앞에서도 설명한 바와 같은 나노은 콜로이달 잉크(상품명: 드라이큐어, 콜로이달·잉크사제)가 바람직하게 채용된다.

또한, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법에서 사용하는 기재(피 인쇄체)로서는 앞에서 설명한 바와 같은, 표면(피 인쇄면)이 흡수성의 종이제 또는 수지제의 필름형상 기재가 사용된다. 이들 기재의 표면의 흡수성을 높이는 처리로서는 플라즈마 처리, 콜로나 방전 처리, 연질 X선 조사, 자외선 조사 등, 기재 표면의 친수성을 향상시키는 표면처리 가공법 중 어느 것을 사용해도 좋다.

또한, 상기 기재에는 피 인쇄면에 코팅을 실시함으로써, 흡수성의 잉크 수용층을 설치해도 좋다. 이 잉크 수용층으로서는 실리카, 카올린(클레이), 알루미나로부터 선택되는 1종 이상의 미립자를 함유하는 수지층(막)을, 적절한 도포법에 의해 코팅하여 형성할 수 있다. 또한, 잉크 수용층에 사용하는 수지로서는 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 잉크 수용층의 막두께는 10 ㎚ ~ 100 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 표면처리를 실시한 기재 또는 상기 표면에 잉크 수용층을 설치한 기재에서의, 처리 후의 기재표면의 친수성의 성능 목표로서는 발수성을 기준으로 하여, 기재의 표면에서의 물의 접촉각이 30°이하가 되도록 설정된다. 상기 물의 접촉각이 30°를 초과할 듯 하면, 나노잉크 조성물이 기재표면 또는 잉크 수용층에 스며들어가지 않고, 옆으로 확산되어 미세한 회로패턴을 그리기 어려워진다.

또한, 물의 접촉각은 교와카이멘가가쿠사제의 자동 접촉각계 DropMaster(DM) 300을 사용하여, 화상해석을 사용한 액적법(θ/2법, 적하액량 2㎕)에 의해, 정적 접촉각을 측정한 것이다.

또한, 상기 기재 본체의 소재(재료)로서는 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지 등의 연질 수지 외에, 기재의 플렉시블성은 손상되지만, 에폭시 수지나 페놀 수지 등의 경질 수지를 사용해도 좋다. 또한, 표면을 흡수성으로 개질하면, 유리나 금속 등을 사용할 수도 있다. 또한, 피혁, 피부나 인공피부, 식물섬유나 셀룰로스 나노파이버로 이루어진 필름, 미생물, 세균 등으로부터 생산되는 동물 유래의 필름, 수목이나 야채 등의 식물에 유래하는 필름 등, 열에 의한 영향을 특히 받기 쉬운 소재나, 특수 분위기에서 특성 열화되는 재료이어도, 표면에 흡수성을 갖고 일정한 필름 형상을 유지할 수 있는 소재이면, 본 발명의 전자회로기판의 제조방법의 기재로서 사용하는 것이 가능하다.

다음에, 본 실시형태의 플렉소 인쇄법에서 사용하는 플렉소 인쇄판(11)으로서는, 예를 들어 우레탄계 아크릴레이트의 프리폴리머와, 아크릴레이트 올리고머와, 아크릴레이트 모노머, 광중합 금지제, 광중합 개시제 등의 혼합물을, 네가티브 필름을 통한 자외선 조사에 의해 경화시키고 성형한 볼록 인쇄판을 사용할 수 있다.

상기 인쇄판(11)의 잉크 유지면의 볼록형상 잉크 유지부(도 1~도 4의 볼록부(11a))에는 상기 네거 필름을 통한 자외선 조사(포토리소그래피)에 의해, 소정 형상의 회로패턴을 따른 미세한 요철〔도 5(a)의 확대 평면도 및 그 단면도(b)를 참조〕가 형성되어 있고, 이들 사이에 형성된 미세한 오목부(11b)에, 상기 나노잉크 조성물이 유지된다. 또한, 인쇄판(11) 상의 잉크 유지부에 유지되는, 단위면적당의 잉크 유지량은 약 1~50㎖/㎡로 설정되어 있다.

또한, 플렉소 인쇄판(11)으로서 수지조성물과 광중합 개시제 등의 조제의 혼합물을, 네가티브 필름을 통한 자외선 조사에 의해 경화시키고, 성형한 「폴리에스테르계 고무」제 볼록 인쇄판을 사용할 수도 있다. 또한, 얻어지는 인쇄판(11)의 표면형상으로서는 상기 도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 것과 동일하고, 잉크 유지부에 유지되는 단위면적당의 잉크 유지량도 약 1~50 ㎖/㎡ 이다.

다음에, 실시예에 대해서 비교예와 함께 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

이 실시예에서는 나노잉크 조성물(나노은 콜로이달 잉크)를 사용하여, 플렉소 인쇄에 의해 전자회로기판을 제작하고, 그 도통성능(전기저항값:Ω)을 비교했다. 또한, 전기도통이 얻어진 전자회로기판에 대해서는 전자부품을 실장하고, 회로가 정상적으로 작동하는지의 여부를 확인했다.

우선, 나노잉크 조성물의 인쇄에 앞서, 전사에 적합한 표면특성을 갖는 기재를 선택했다.

〔기재의 선택〕

기재의 적합 여부는 표면의 「물의 접촉각」에 의해 판정했다. 또한, 접촉각의 측정은 상기와 동일하게, 교와게이멘가가쿠사제의 자동 접촉각계 DropMaster(DM)300을 사용하여, 화상해석을 이용한 액적법(θ/2법, 적하액량 2㎕)에 의해, 정적(靜的) 접촉각을 측정했다.

<기재의 종류>

적합 여부의 판정에 사용한 기재는 잉크젯 프린터용 사진용 종이(코팅지 또는 광택지로서 시판되고 있는 두꺼운 인화지 타입의 것) 2종과, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)제 필름〔표면 코팅(잉크 수용층)의 유·무〕2종을 준비했다.

[물의 접촉각의 측정]

상기 각 사진용지 a, b와 PET 필름 c(코팅 유), PET 필름 d(코팅 무)를, 각각 실온(23℃)하 무풍상태에서, 상기 자동 접촉각계의 측정대(수평) 위에 얹고, 물의 액적의 적하 직후(0초), 10초 후, 60초(1분) 후, 300초(5분) 후의 물의 접촉각을 계측했다. 또한, 시험은 각 시료에 대해서 2회씩 실시하고, 그 평균을 결과로 했다. 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.

상기 표 1의 결과로부터 본 발명의 실시예에 적합한 기재로서, 사진용지 a(엡손사제)와, PET 필름 c(잉크 수용층의 코팅 유)를 선택했다. 또한, 상기 잉크 수용층이라는 것은 양이온을 포함하는 아크릴 수지로 이루어진 층(막)이고, 바코터 등에 의해 필름의 한 면에, 막두께 17 ㎛ 정도로 균일하게 코팅되어 있는 것이다.

다음에, 플렉소 인쇄에 의해 실시예 1, 2 및 비교예 1~3의 전자회로기판을 제작했다. 또한, 각 시작품(試作品)의 제작에 사용한 나노잉크 조성물, 플렉소 인쇄기, 인쇄조건 등은 이하와 같다.

<나노잉크 조성물>(나노은 콜로이달 잉크)

콜로이달·잉크사제 은 나노잉크 DryCure(드라이큐어) Ag-J

성분: 은 입자-입자직경 1~100 ㎚(평균 입자직경: 15 ㎚)

유기 π 공역계 배위자

물을 주성분으로 하는 용매

고형분: 10~20 wt%

점도: 5~1155 mPa·s

<기재>

종이제로서 상기 사진용지 a(엡손사제, 두께 0.3 ㎜)와, 사진용지 b(코쿠요사제, 두께 0.3 ㎜).

수지제로서 상기 PET 필름 c 〔필름부분: 도레사제, 두께 0.1 ㎜, 표면에 잉크 수용층(17 ㎛ 두께)을 코팅〕와, PET 필름 d(도요보사제, 두께 0.25 ㎜, 코팅 무).

또한, 실시예·비교예의 제작에 사용한 플렉소 인쇄기는 이하의 가공조건으로 사용했다(플렉소 인쇄의 개략 구성은 도 1 등도 참조).

〔플렉소 인쇄기〕

고무라테크사제 Smart Labo-Ⅲ(등록상표)

〔플렉소 인쇄판〕

고무라테크사제 폴리에스테르계 고무제 수지 볼록판 타입: T-YP400V

판 두께: 2.84 ㎜ 600선/inch

경도: 40~70도(쇼어 A 경도)

인쇄용 잉크 유지부의 잉크 유지량: 4 ㎖/㎡(조정폭: 1~5 ㎖/㎡)

또한, 인쇄판 표면에는 폭 1 ㎜인 전자회로 패턴의 잉크 유지부가 형성되어 있다.

〔애니록스 롤〕

200선/inch(100~600선/inch)

셀용량(셀용적): 8 ㎖/㎡(조정폭: 1.5~50 ㎖/㎡)

<플렉소 인쇄조건>

·인쇄속도(인쇄 스테이지 이동량): 18 m/분

·애니록스 롤 속도: 25 m/분(둘레 속도)

·애니록스 롤과 인쇄판 간 닙폭: 8 ㎜(조정폭: 4~8 ㎜)

·인쇄판과 기재 간 닙폭: 10㎜(조정폭: 8~12 ㎜)

·인쇄 채임버의 환경(분위기)

온도: 15~30 ℃ 습도: 40~70 %RH

· 인쇄 후의 건조 조건

바람 건조: 온도 23 ℃(대기압 하 자연 건조): 30초~60분

또한, 온풍을 분사하여 건조를 촉진시키는 경우에는 온풍의 온도 및 기재의 온도가 40 ℃ 이하로 유지되도록 조정했다.

[실시예 1]

상기의 가공조건에서 플렉소 인쇄기에 의해 기재(사진용지 a)의 피 인쇄면(코팅면)의 동일한 위치에, 나노잉크 조성물을, 1회 또는 3회, 6회 각각 연속해서 도포하여 적층하고, 실온(23℃) 대기하에서 60분간 방치하여 바람 건조시키고, 기재 상에 전자회로가 전사 형성된 「실시예 1」의 전자회로기판을 얻었다.

[실시예 2]

기재로서 PET 필름 c(잉크 수용층을 코팅)를 사용한 것 이외에, 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 플렉소 인쇄기에 의해 기재표면의 동일 위치에, 나노잉크 조성물을, 1회 또는 3회, 6회 각각 연속하여 도포하고, 실온(23℃) 대기하에서 60분간 방치하여 「실시예 2」의 전자회로기판을 얻었다.

[비교예 1]

기재로서, 사진용지 b(물의 접촉각이 큰 것)을 사용한 것 이외에, 상기 실시예 1과 동일하게 하여 플렉소 인쇄기에 의해 기재표면의 동일한 위치에, 나노잉크 조성물을 1회 또는 3회, 6회 각각 연속하여 도포하고, 실온(23℃) 대기하에서 60분간 방치하고, 「비교예 1」의 전자회로기판을 얻었다.

[비교예 2]

기재로서, PET 필름 d(잉크 수용층이 없는 것)을 사용한 것 이외에, 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 플렉소 인쇄기에 의해 기재 표면의 동일한 위치에 나노잉크 조성물을 1회 또는 3회, 6회 각각 연속하여 도포하고, 실온(23℃) 대기하에서 60분간 방치하여, 「비교예 2」의 전자회로기판을 얻었다.

[비교예 3]

기재로서 PET 필름 c(잉크 수용층을 코팅, 상용 내열온도 40~60℃)를 사용하여, 상기 실시예 2와 동일하게, 플렉소 인쇄기에 의해 기재표면의 동일한 위치에, 나노잉크 조성물을 6회 연속하여 도포하고, 기재표면에 회로배선을 형성하고, 또한 이 전자회로기판을, 유지온도를 50℃ 또는 60℃로 설정한 오븐 중에 60분간 넣고, 상기 회로배선(적층 잉크 패턴: 1㎜ 폭)을 건조시켜, 「비교예 3」의 전자회로기판을 얻었다.

또한, 이 비교예 3의 전자회로기판은 50℃ 또는 60℃에서 건조한 것이 모두, 기재(기판) 전체에 열 신축에 의한 욺이 발생하고, 회로배선이 박리되어 띄엄띄엄 중단되므로, 후기의 「외관」 이외의 시험을 실시하고 있지 않다.

이상의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 전자회로기판(공시품)을 사용하여 그 표면 상에 형성된 회로배선(건조 잉크 패턴: 1㎜ 폭)의 「외관」, 「두께」와, 「도통성능」(도전성)을 비교했다.

[회로배선의 외관]

육안관찰에 의해, 회로배선 표면의 균열이나 결손 등의 결함을 관찰했다. 평가는 큰 결함인 것을 「F」, 표면에 균열이 있는 정도의 결함을 「B」, 결함이 보이지 않는 것을 「A」로 했다.

[회로배선부분의 두께]

회로배선패턴의 중앙부근에 해당하는 동일 위치에서, 회로배선을 기재마다 절단하고, 단면을 마이크로스코프<니혼덴시사제 JSM-5500>로 관찰함으로써, 회로배선의 두께(전사된 잉크의 건조 후의 두께: 단위 ㎛)를 측정했다.

[회로배선의 전기저항값]

회로배선패턴의 중앙 부근에 해당하는 동일 위치에서, 디지털 테스터<카스타무사제>를 사용하여, 형성된 폭 1㎜의 회로배선의 2점 간(거리: 10㎜)의 전기저항값(단위:Ω)을 측정했다.

[전자회로의 동작시험]

상기 「전기저항값」 시험에서 도통이 확인된 전자회로기판을 사용하여, 그 회로배선의 소정위치(범프 등)에, 도전 페이스트(은동 도전도료, 플라스코토사제, PTP-1202G, 은 코팅 동 + 1액형 폴리에스테르 수지 바인더, 상온건조 상온경화 유기용제형)를 사용하여, IC, LED 등의 전자부품을 실장하고 전원을 접속하여 전자회로로서 동작하는지 여부를 시작(試作)·확인했다. 결과는 동작하는 것을 「A」, 동작하지 않았던 것을 「F」로 표시한다.

상기 각 시험의 결과를, 이하의 「표 2」에 정리하여 나타낸다. 또한, 표 중의 「-」는 시험을 실시하고 있지 않은(공시품을 제작할 수 없는) 것을 나타낸다.

상기 표 2에서, 표면의 물의 접촉각이 30° 이하인, 친수성의 기재를 사용하여 나노잉크 조성물을 여러 번 겹쳐 도포하면, 전기저항값이 낮은, 전자회로를 구성하는 데에 적합한 회로기판이, 소성 등의 가열공정을 거치지 않고, 효율적으로 얻어지는 것을 알 수 있었다.

상기 실시예에서는 본 발명에서의 구체적인 형태에 대해서 나타냈지만, 상기 실시예는 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 당업자에게 명백한 여러 가지 변형은 본 발명의 범위내인 것이 기도되고 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 전자회로기판의 제조방법 및 이에 의해 얻어진 전자회로기판은 상온상압하에서 균일한 나노잉크 조성물층으로 이루어진 전자회로기판을, 빠르고 효율적으로 제작할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법은 종이제 또는 수지제 등의 「열에 약한」 플렉시블한 기재는 물론, 피혁, 피부나 인공피부, 식물섬유나 셀룰로스 나노파이버로 이루어진 필름, 미생물, 세균 등으로부터 생산되는 동물 유래의 필름, 수목이나 야채 등의 식물에 유래하는 필름 등, 특수한 분위기하에서 특성 열화되는 기재이어도, 그 표면에 나노잉크 조성물로 이루어진 전자회로를 형성할 수 있다.

1: 판동 2: 애니록스 롤
3: 스퀴지 4: 잉크 탱크
11: 인쇄판 11a: 볼록부
11b: 오목부 S: 이동 스테이지
W: 워크

Claims

기재 상에 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물로 이루어진 소정 패턴의 전자회로를 고정화하는 전자회로기판의 제조방법으로서,
표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 인쇄판에, 금속입자를 함유하는 나노잉크 조성물을 유지시키는 공정과, 이 인쇄판에 상기 기재의 표면을 밀착시켜, 상기 잉크 유지부에 유지된 나노잉크 조성물을 기재 상에 전사하는 공정과, 이 전사후에 상기 전사된 나노잉크 조성물을 대기중 40℃ 이하의 환경에서 건조시켜 고정화시키고, 소정 패턴의 전자회로를 형성하는 공정을 구비하는, 전자회로기판의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기재가 종이 또는 수지제 필름인, 전자회로기판의 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 기재의 표면에서의 물의 접촉각이 30° 이하인, 전자회로기판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노잉크 조성물 중에서의 금속입자의 함유량이 0.1~20 wt%인, 전자회로기판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 나노잉크 조성물 중의 금속입자가 나노미터 사이즈의 은 입자인, 전자회로기판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인쇄판이 플렉소 인쇄판인, 전자회로기판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어진, 전자회로기판.