TWI323627B - - Google Patents

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1323627 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於於印刷基板上形成導電圖案之形成裝 置。 【先前技術】 以往，作爲於電路基板上等形成任意之導電圖案的方 法，一般有組合光微影技術、触刻技術、及鍍層技術之方 法。但是，此方法於設計與製作上需要時間，也需要高度 之加工技術的曝光用遮罩，另外，一連串之工程相當複 雜，需要長的製作時間與高成本。因此，如多品種少量生 產等般，遮罩需要修正時，存在有成本之增加與交期之延 遲等課題。不單如此，阻劑與蝕刻液等多量的環境有害物 質之使用爲不可或缺，因此，廢棄物的管理與處理上，需 要成本。 對此’作爲工程簡便之導電圖案形成方法，被提出的 有：使用將導電性粒子與接著樹脂等分散於溶媒中之導電 糊，藉由通過經過製版之網目來進行圖案形成之網版印刷 法、利用同樣之導電糊，藉由分配器與噴墨技術等噴嘴掃 描，於基板直接進行圖案形成之直接描繪法。 但是，在網版印刷法中，圖案形成所必須之印刷用網 版的製版’並不簡便’於要求很多之圖案變更的少量多樣 物品的生產時’需要多量的網版製版，製版時間與成本的 增加成爲課題所在。另外，網版本身成爲廢棄物，所以， -5- 1323627 其管理與處理所需要之成本也是課題。另—方面，分配器 或噴墨等之直接描繪方式，係藉由噴嘴之掃描而直接於基 板上描繪無機材料圖案，所以，印刷時間非常長，有無法 對應大量生產與大面積圖案形成之課題，無法實用化。 因此’近年來，作爲新的導電圖案形成方法受到矚目 的是使用’在樹脂中添加導電性金屬粒子之碳粉 (toner )，利用靜電力而於絕緣基板上形成所期望之導 電圖案之方法（例如’參照專利文獻1 )。此方是係接近 印刷的方式，所以’不單可以對應大量生產與大面積圖案 形成’由於導電圖案之變更容易，所以，也最適合於多樣 少量生產。 但是，於此方法中，將成爲導電材料之導電性金屬粒 子添加於碳粉內而使用’於導電性金屬粒子間存在有碳粉 黏合劑之絕緣性樹脂成分，無法實線通常的電路基板所被 要求之電阻値。 作爲前述課題之對策’例如於專利文獻1中，就作爲 基板係使用陶瓷生片’藉由高溫烘燒而將黏合劑樹脂予以 去除之方法進行檢討。另外，在專利文獻2中，檢討以導 電性金屬粒子爲鍍層核，來形成配線之方法。 [專利文獻1]日本專利特開2004-184598號公報 [專利文獻2]日本專利特開2004-48030號公報 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] -6- 1323627 於前述專利文獻1之方法中，作爲配線電路，不單無 法獲得充分之電阻値，也被限定爲陶瓷之類的耐熱性高之 基板，所以，無法適用環氧樹脂等之耐熱性低的樹脂基 板。 另外，於專利文獻2之方法中，需要樹脂層之去除與 鍍層等之工程，存在有製作時間與成本增加之問題。 本發明係爲了解決此種問題點，而實現新的方法之導 電圖案形成裝置而所完成者，目的在於提供：不用進行基 板之限定與鍍層等之新的工程增加，工程簡便、成本與製 作時間與環境負荷小、高生產性、對大面積之對應、使用 圖案容易變更之靜電力之導電圖案形成裝置。 [解決課題之手段] 爲了達成前述目的，於本發明中，係具備有：於介電 性薄膜體表面形成靜電潛像之靜電潛像形成裝置、及對前 述靜電潛像接觸供給導電性粒子分散溶液，來顯像形成導 電圖案之顯像裝置的導電圖案形成裝置，其特徵爲：導電 性粒子分散溶液，係使表面吸附有離子性有機分子之粒徑 爲lOOnm以下的導電粒子分散於無極性溶媒中所形成。 [發明之效果] 如依據本發明之導電圖案形成裝置，可以實現不用進 行基板之限定與鍍層等之新的工程增加，工程簡便、成本 1323627 與製作時間與環境負何小、闻生產性、對大面積之封應、 圖案容易變更之導電圖案形成裝置。 【實施方式】 以下，針對本發明之實施例予以詳細說明。 [實施例1] 第1圖係模型地表示本發明之導電圖案形成裝置之1 例。本裝置主要藉由：使形成滾筒狀之感光體的介電性薄 膜4的表面藉由電暈管帶電、滾輪接觸帶電、電刷接觸帶 電而帶電之帶電裝置1、及對藉由電暈管帶電、滾輪接觸 帶電、電刷接觸帶電而帶電之介電性薄膜4的表面照射光 線而形成靜電潛像之曝光裝置3、及爲了使靜電潛像附著 導電粒子而顯像，而於內部具備有導電粒子分散溶液7之 顯像裝置6、及將所顯像之圖像轉印於基板8之轉印裝置 9、及將基板8上之圖像予以加熱溶融而使定像於基板8 之加熱裝置1 3所構成。 作爲本發明之靜電潛像的形成裝置，作爲介電性薄膜 體4係使用具有感光性者。另外’作爲使介電性薄膜體4 的表面藉由電暈管帶電、滾輪接觸帶電、電刷接觸帶電而 帶電之帶電裝置1，係使用電暈管（corotron)帶電、滾輪接 觸帶電、電刷接觸帶電等之中的一種。藉由帶電裝置1， b受爲使介電性薄膜體4的表面藉由電暈管帶電、滾輪接觸 帶電、電刷接觸帶電而帶電之狀態2。之後，因應來自個 -8- 1323627 A«腦胃之圖像資訊處理裝置之圖像訊號，藉由掃描雷射 光光裝置3而對介電性薄膜體4表面之任意的部份照 射光線’來形成目的之靜電潛像5。另外，不使用帶電裝 置1或藉由雷射光之曝光裝置3，也有藉由事先於表面加 的之圖案形狀的靜電潛像轉印體之凸部份賦與靜電 荷’使其與介電性薄膜體1的表面接觸之壓印帶電，來形 成目的之靜電潛像5的方法。但是，於壓印帶電中因使用 模版的關係，有無法簡單變更形成之靜電潛像的缺點。於 實現靜電潛像5之容易變更上，以使用和前者之藉由電暈 管帶電、滾輪接觸帶電、電刷接觸帶電而帶電之靜電潛像 2的曝光之靜電潛像圖案5形成方法爲佳。另外，於任何 —種方法中，所被賦予之靜電潛像，可以是藉由正電荷及 負電荷之其中任何一種所形成者。 於本發明之顯像裝置6中，於形成於介電性薄膜體4 之表面的靜電潛像5接觸供給導電粒子分散溶液7，以導 電粒子來顯像形成導電圖案。因此，顯像裝置6係具備： 儲存導電粒子分散溶液7之儲存桶、及供應至介電性薄膜 體4上之靜電潛像5之供給裝置。另外，雖未圖示出，但 是’於儲存桶內設置有檢測導電粒子分散溶液7之濃度的 濃度檢測裝置。或設置有依據藉由此濃度檢測裝置所獲得 之濃度資訊，藉由添加無極性溶媒15、或導電粒子17 (參照第2圖），可調整濃度之濃度調整裝置。另外，作 爲將導電粒子分散溶液7供應至介電性薄膜體4上之供給 裝置，則有如第1圖所示般，於旋轉滾輪的表面上形成導 -9- 1323627 電粒子分散溶液7之層’使其與靜電潛像接觸之構造。另 外，可舉：藉由噴嘴而吹附導電粒子分散溶液7之方式、 將形成有靜電潛像5之介電性薄膜體4浸入儲存有導電粒 子分散溶液7之溶液中之方式等。 接著，說明第1圖之裝置的動作。 首先’ 一啓動裝置時，將形成於感光體滾筒表面之介 電性薄膜體4上的靜電潛像5消除之消除裝置（消除器） 1〇動作’接著，藉由清掃裝置（清潔器）11而將殘留於 表面之導電性粒子1 7予以去除。之後，消除裝置1 0停 止’清掃裝置1〗從滾筒表面離開。接著，藉由帶電裝置 1 ’介電性薄膜4的表面藉由電暈管帶電、滾輪接觸帶 電、電刷接觸帶電而帶電。接著，依據從未圖示出之個人 電腦等之圖像處理裝置所送至之圖像訊號，曝光裝置3對 藉由電暈管帶電、滾輪接觸帶電、電刷接觸帶電而帶電之 介電性薄膜體4上照射光’而形成靜電潛像5。接著，藉 由使設置於顯像裝置6之顯像滾輪與感光體滾筒接觸旋 轉’使導電粒子分散溶液7中之導電性粒子1 7附著於靜 電潛像5而可見化。可見化之圖像被以轉印裝置9而轉印 於基板8。 轉印有以導電性粒子1 7所形成之圖像的基板8，被 搬運至加熱裝置15側，於此處被加熱，導電性粒子熔解 而被固定14於基板8。另外，藉由此加熱，附著於導電 粒子之外側的離子性有機分子氣化而被去除。 第2圖係表示本發明之導電粒子分散溶液7的詳細。 -10- 1323627 本發明之導電粒子分散溶液7係將表面吸附有離子性有機 分子16之粒徑lOOnm以下的導電性粒子17分散於無極 性溶媒15中而形成。此離子性有機分子16係設置爲對導 電粒子賦予電荷之作用、及防止粒子間之凝集者。 本發明之離子性有機分子16，在高分子之情形時， 可舉能夠對：聚苯乙烯、聚-P-氯苯乙烯、聚乙烯甲苯、 苯乙嫌-p -氣苯乙稀共聚物、苯乙燦一乙烧甲苯共聚物等 之本乙稀及其之置換體的卓獨聚合物及彼寺之共聚物、苯 乙烯一丙烯酸甲基共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙基共聚物' 苯乙烯-丙烯酸_n_ 丁基共聚物等之苯乙烯與丙烯酸酯 之共聚物、苯乙烯一甲基丙烯酸乙基共聚物、苯乙烯—甲 基丙烯酸一η — 丁基共聚物等之苯乙烯與甲基丙烯酸酯之 共聚物、苯乙嫌與丙嫌酸醋與甲基丙烧酸醋等之多元共聚 物、其他苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯一乙烯甲基醚共 聚物 '苯乙烧一 丁二燒共聚物、苯乙稀一乙烧甲基酮共聚 物、苯乙烯-順丁烯酸酯共聚物等之苯乙烯與其他的乙燒 系單體之苯乙烯系共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯 '聚丁基丙 稀酸甲酯等之甲基丙烯酸酯樹脂、聚丙烯酸甲基、聚丙稀 酸乙基、聚丙烯酸丁基等之丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、環 氧樹脂、環烯共聚物等之單獨或混合的高分子樹脂賦予殘 酸基或氨酸基等之離子性的官能基者。 於低分子量之有機分子的情形時，可舉由：溴酸、丙 一酸、丁二酸、己二酸、戊二酸、2，4-二乙基戊二酸、 2乙基戊一酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、環己院二 •11 - 1323627 羧酸、順丁烯酸、反丁烯二酸、二醇酸等之二羧酸、辛 酸、月桂酸、十四酸、十六酸、硬脂酸、花生球蛋白酸、 二十二酸、亞麻油酸、三油酸脂、蘇子油酸等之脂肪酸、 乳酸、羥基三甲基乙酸、二羥甲基戊酮酸、檸檬酸、蘋果 酸、甘油酸等之羥基羧酸等之脂肪族羧酸的脂肪族羧酸離 子 19、及 Ag、Cu、Au、Pd、Pt、Ni、W、Mo、Cr 等之 無機離子18所形成之脂肪族羧酸無機鹽等。此時，爲了 低電阻化’使導電圖案中之有機分子成分降低，且爲了於 聚醯亞胺等之樹脂基板上實現導電性圖案形成，而進行低 溫烘燒上’以如第3圖之後者的低分子量之有機分子爲 佳。 爲了低溫融合與高解析度化，本發明之導電粒子17 的粒徑雖需要爲1 〇〇nm以下，但是，爲了藉由200度以 下之加熱來融合，以 10 nm以下更佳。進而爲了實現 1 OOnm以下之線寬的導電圖案形成，以5nm以下爲佳。 導電粒子17之成分，雖可舉：Ag、Cu'Au、Pd、Pt、 Ni、W、Mo、Cr等之單體金屬或其之氧化物，更可以爲 彼等之合金，但是，爲了作爲導電體使用，以使用體積電 阻率低之Ag、Cu爲佳。另外，導電粒子也可將此處所舉 之物予以複數混合者。 本發明之無極性溶媒15係以脂肪族碳化氫系溶媒爲 佳，可舉：異烷烴系、石油石腦油系、AISOPA(Exxon公 司）、IP溶劑（出光石油公司）、S〇lUt〇l(Philips石油公 司）、其他之碳化氫等。 -12- 1323627 以下，關於本發明之無機微粒子分散沒之製作’雖舉 具體例子，但是並不特別限定於此種方法。 於特級甲醇（和光化學製）l〇〇ml中投入硬脂酸銀 (和光化學製）3.5g，進行加熱回流，使其完全熔解。將 於純水25 ml中投入1.5g之硝酸銀（和光化學製）而熔解 之硝酸銀水溶液對其滴1〇分鐘。如此一來，溶液中產生 白色沈澱物》滴下結束後，更進行30分鐘加熱攪拌後， 將裝置冷卻至室溫，過濾前述白色沈澱部並使乾燥後，獲 得5. Og之白色的硬脂酸銀。接著，將獲得脂硬脂酸銀 l.〇g投入爐中，以氮氣下250度加熱4小時，獲得紫色脂 個體。以酒精將前述固體加以洗淨後，投入l〇〇mg於 AISOPA-H(Exx〇n公司製）10ml，進行5分鐘超音波照射， 以3 0分鐘6 0度加熱，獲得即使加以靜置也見不到沈降脂 茶色的銀粒子分散液。此時，確認到粒徑爲1 Onm。進 而，於此銀粒子分散液中浸入不銹鋼電極板，以電極間距 離1 mm施加1分鐘之1 0V的直流電荷，確認到對陽極側 之粒子的電沈積。因此，知道分散媒中之銀粒子帶有負 電。 依據本發明中之導電圖案形成之顯像裝置6，爲具備 將顯像於介電性薄膜體4上之導電粒子圖案12轉印於基 板8上之轉印裝置9。另外’也可做成將形成於介電性薄 膜體上之導電粒子圖案一旦轉印於中間轉印體上後，再轉 印於基板8上之構造。此時’轉印有導電圖案之基板8需 要具有絕緣性。 -13- 1323627 於本發明中之導電圖案形成裝置中，具 板8上之導電粒子圖案12固定於基板8上 案14之加熱裝置13。此時，加熱裝置13 子17融合，也藉由烘燒導電粒子表面的離 16而使之氣化，只留下熔解之導電粒子。 具有在加熱的同時，能將導電粒子圖案12 上之功能。此時之加熱溫度，爲了使導電粒 使離子性有機分子烘燒、氣化，且防止基板 性’以 300 °C以下爲佳。此時，也可設置將 成分加以排氣之排氣裝置。 以下，針對依據本發明之加熱的導電圖 其他之實施例，但是，並不特別限定於此方 於本實施例中，將形成於聚醯亞胺上之 之導電粒子圖案，藉由電熱板於250度加熱 表面具有金屬光澤之0. 5mmx8mm之銀的導 於本實施例中之導電圖案形成裝置中， 像後之導電圖案的溶媒成分乾燥蒸發之乾燥 也可使蒸發的溶媒氣化，回到顯像裝置6， 粒子分散溶液7的濃度稀釋用之無極性溶媒 於本發明中之導電圖案形成裝置中，介 也可做成轉印導電圖案後，再度將形成潛像 案12予以顯像之構造。形狀上，以皮帶； 佳。另外，此時，以具有：將轉印後之介電 備將轉印於基 ，當成導電圖 不單使導電粒 子性有機分子 另外，也可以 加壓於基板8 子充分融合、 8的變形與變 氣化之有機物 案形成，雖舉 法。 ：0.5mmx8mm 1小時，獲得 電圖案。 也可設置使顯 裝置。進而， 再度當成導電 1 5而循環。 電性薄膜體4 之導電粒子圖 伏或滾筒狀爲 性薄膜體的殘 -14- 1323627 留靜電潛像加以消除之裝置（消除器）10、及將殘留之導 電粒子1 7加以去除、回收之清掃裝置1 1爲佳。作爲清掃 裝置11可舉：使刀片接觸介電性薄膜體4而進行刮除之 方法、或藉由溶媒之清洗方法。另外，也可做成去除、回 收之導電粒子17回到顯像裝置7，再度被分散於導電粒 子分散溶液7中而被循環。 [實施例2 ] 接著’利用第4圖（a)〜（c)來說明本發明之其他實施 例。於先前之實施例中，係使滾筒狀之介電體表面藉由電 暈管帶電、滾輪接觸帶電、電刷接觸帶電而帶電，對其照 射光線來形成靜電潛像者，於本實施例中，係使用事先形 成圖案之遮罩的方法。 本發明之靜電潛像的形成裝置，係如第4圖（a)〜（c) 般，首先，使介電性薄膜體4表面與具有任意圖案之遮罩 20密接。接著，從遮罩20的上部藉由帶電裝置1使其帶 電。藉此，透過形成有圖案之開口部使介電性薄膜體4的 表面帶電。之後，藉由去除遮罩20，於介電性薄膜體4 的表面形成有靜電潛像圖案5之構造。此時，介電性薄膜 體4之帶電賦予面之相反側的面，係具有導電性薄膜層 2 1 ’進而，該導電性薄膜層2 1以接地狀態爲佳。 此處，關於本實施例之靜電潛像的顯像，雖舉具體 例，但是，並不特別限定於此方法。 於本發明中，準備於8/zm厚的銅箔上單面形成有聚 -15- 1323627 醯亞胺膜（45"m)之基板。使具有〇_5mmx8mm之圖案 的金屬遮罩密接於此基板之聚醯亞胺膜上，由其上藉由電 暈帶電器而進行帶電’獲得表面電位約1000V之靜電潛 像圖案。將具有所獲得之靜電潛像的聚醯亞胺基板浸漬於 導電粒子分散溶液1秒鐘，藉由1 〇分鐘自然乾燥，獲得 0_5mmX8mm之圖案的銀粒子集合膜。另外，於前述之操 作之間’聚醯亞胺膜的相反側之面的銅箔側係接地狀態。 於本發明中之導電圖案形成裝置中，所形成的導電圖 案例如可作爲：個人電腦、大型電子計算機、筆記型個人 電腦、筆式輸入個人電腦、筆記型文字處理器、行動電 話、攜帶式卡片、手錶、照相機、電鬍刀、無線電話、傳 真機、錄影機、錄放影機、電子記事簿、電子計算機、附 通訊功能之電子記事簿、攜帶式影印機、液晶電視、電動 工具、清潔機、具有虛擬真實等之功能遊戲機器、玩具、 電動自行車、醫療看護用步行輔助機、醫療看護用輪椅、 醫療看護用移動式床、電扶梯、升降機、堆高機、高爾夫 車、緊急用電源、負載調節器、電力儲存系統等之基板配 線使用。另外’在民生用之外，也可使用於軍需用、太空 用。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明中之導電圖案形成裝置之槪略圖。 第2圖係本發明中之導電粒子分散溶液的槪略圖。 第3圖係具有滴分子量之離子性有機分子之導電粒子 -16- 1323627 的槪略圖。 第4圖（a)〜（c)係本發明之導電圖案形成裝置的其他 實施例。 【主要元件符號說明】 1 :帶電裝置 2 :靜電潛像 3 :曝光裝置 4 :介電性薄膜體 5 :靜電潛像圖案 6 :顯像裝置 7 :導電粒子分散溶液 8 :基板 9 :轉印裝置 1 〇 :殘留潛像消除裝置 11:殘留導電粒子清掃裝置 1 2 :導電粒子圖案 1 3 :加熱裝置 14 :導電圖案 15 :無極性溶媒 1 6 :離子性有機分子 1 7 :導電粒子 18 :無機離子 1 9 :脂肪酸離子 -17- 1323627

Claims (1)

1323627 十、申請專利範圍 1. 一種導電圖案形成裝置，係具備有：於介電性薄 膜體表面形成靜電潛像之靜電潛像形成裝置；及對前述靜 電潛像接觸供給導電性粒子分散溶液，以導電粒子來顯像 之顯像裝置；其特徵爲： 前述導電性粒子分散溶液，係使表面吸附有離子性有 機分子之粒徑爲1 〇〇nm以下的導電粒子，分散於無極性 溶媒中所形成。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之導電圖案形成裝 置’其中具備：將形成於前述介電體薄膜表面的導電圖案 轉印至導電圖案形成基材上的轉印裝置。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載之導電圖案形成裝 置’其中具備：將前述導電圖案轉印於中間轉印體上之轉 印裝置；及將被轉印於前述中間轉印體上之導電圖案，轉 印至導電圖案形成用的基材上的轉印裝置。 4 _如申請專利範圍第2或第3項所記載之導電圖案 形成裝置’其中具備：將被轉印於前述基材上之導電圖案 予以加熱或加壓之裝置。 5 ·如申請專利範圍第1項所記載之導電圖案形成裝 置’其中前述靜電潛像形成裝置，係具備：以藉由光照射 來失去前述照射部的表面電荷之感光性材料，來形成構成 材料之介電性薄膜體；於前述介電性薄膜體表面形成靜電 荷之靜電荷賦予裝置；及對前述介電性薄膜體表面的靜電 荷照射光’來形成靜電潛像圖案之曝光裝置。 -19- 1323627 6.如申請專利範圍第1項所記載之導電圖案形成裝 置，其中：前述介電性薄膜體具有感光性，係由：使前述 介電性薄膜體表面藉由電暈管帶電、滾輪接觸帶電、電刷 接觸帶電而帶電之帶電裝置；及對藉由電暈管帶電、滾輪 接觸帶電、電刷接觸帶電而帶電之介電性薄膜體表面的任 意部位照射光之曝光裝置所形成。 -20-