WO2024058112A1 - 導電性基材の製造方法、電子デバイスの製造方法、電磁波シールドフィルムの製造方法および面状発熱体の製造方法 - Google Patents

導電性基材の製造方法、電子デバイスの製造方法、電磁波シールドフィルムの製造方法および面状発熱体の製造方法 Download PDF

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WO2024058112A1
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manufacturing
conductive
coating film
conductive base
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剛 柴田
孝之 小川
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サトーホールディングス株式会社
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D5/12Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a coating with specific electrical properties
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a conductive substrate, a method for manufacturing an electronic device, a method for manufacturing an electromagnetic shielding film, and a method for manufacturing a sheet heating element. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a conductive base material using ultrasonic waves and a method of manufacturing various articles using the manufactured conductive base material.
  • Patent Document 1 can be cited as a prior art related to the formation of such a conductive layer. Patent Document 1 describes the steps of (i) applying an ink containing fine metal particles and a resin binder onto a base material made of synthetic resin, and (ii) curing the ink to bring the base material and the resin binder into close contact.
  • Patent Document 2 discloses that a paste mainly composed of an organic resin and conductor particles is used as a paste for forming a wiring pattern, the paste is applied onto a substrate to form a wiring pattern, and the paste is heated and cured. The organic resin film formed on the surface of the conductor particles in the organic resin is destroyed by applying pressure, or ultrasonic energy and heat energy together with the pressure, on the wiring pattern. describes a method for forming a wiring pattern characterized by closely bonding conductor particles to make them conductive to each other.
  • the present inventors attempted to provide a conductive layer on a base material using ultrasonic waves while referring to the description in Patent Document 1 and other conventional techniques.
  • the application of ultrasonic waves has caused damage to the base material.
  • the output of ultrasonic waves is weakened in order to suppress damage to the base material, it may not be possible to form a conductive layer having high conductivity. That is, there was a trade-off relationship between suppressing damage to the base material and forming a conductive layer with high conductivity.
  • the base material is damaged by ultrasonic waves, the part of the base material surface that is in contact with the conductive layer physically changes, resulting in problems such as a decrease in the adhesion of the conductive layer.
  • the base material is transparent, if the base material is damaged by ultrasonic waves, haze may occur in the base material, and the transparency of the base material may deteriorate.
  • the present invention has been made in view of these circumstances.
  • One of the objects of the present invention is to obtain a conductive layer having high conductivity while suppressing damage to the base material when manufacturing a conductive base material by providing a conductive layer on the base material using ultrasonic waves. That's true.
  • a method for producing a conductive base material comprising: The ultrasonic waves are ultrasonic waves that vibrate in a direction parallel to the surface of the base material, In the ultrasonic application step, an ultrasonic wave is applied to the coating film while an ultrasonic vibrating horn is in contact with the coating film and the base material and the horn are moved relative to each other. Production method. 2.
  • 3. 1. or 2. A method for producing a conductive base material according to The method for producing a conductive base material, wherein the base material is in the form of a film or a sheet. 4. 1. ⁇ 3.
  • a method for producing a conductive base material according to any one of The horn is circular and rotatable around the center of the circle, and the shaft is connected to an ultrasonic transducer, In the method for producing a conductive substrate, in the ultrasonic applying step, the horn is rotated in accordance with the conveyance speed of the substrate while a circumferential portion of the horn is in contact with the coating film. 7. 1. ⁇ 6.
  • a method for producing a conductive base material according to any one of The coating film forming step includes a coating step of applying the conductive composition onto the base material, and a curing step of curing the conductive composition applied onto the base material. Method of manufacturing wood. 8. 1. ⁇ 7.
  • a method for producing a conductive base material according to any one of A method for producing a conductive base material comprising a pressing step of pressing the coating film between the coating film forming step and the ultrasonic impression step.
  • a method for producing a conductive base material according to In the pressing step the coating film is pressed at a pressure of 2 to 150 MPa.
  • a method for producing a conductive base material according to In the pressing step the coating film is pressed while being heated.
  • a method for manufacturing an electromagnetic shielding film comprising manufacturing an electromagnetic shielding film using a conductive base material obtained by the method for manufacturing a conductive base material according to any one of the above. 17. 1. ⁇ 13.
  • a method for manufacturing a sheet heating element comprising manufacturing a sheet heating element using a conductive substrate obtained by the method for manufacturing a conductive substrate according to any one of the above.
  • a conductive base material when manufacturing a conductive base material by providing a conductive layer on the base material using ultrasonic waves, damage to the base material can be suppressed and a conductive layer having high conductivity can be obtained. Can be done.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an ultrasonic wave application process.
  • the method for manufacturing the conductive base material of this embodiment is as follows: A coating film forming step of forming a coating film on the surface of the base material using a conductive composition containing conductive particles; an ultrasonic application step of applying ultrasonic waves to the coating film to make it a conductive film; including.
  • a coating film 3 is formed on at least a portion of the surface of the base material 1 using a conductive composition containing conductive particles.
  • the base material 1 is preferably composed of at least one selected from the group consisting of resin and paper.
  • the base material 1 may be at least one selected from the group consisting of polyester resins such as PET (polyethylene terephthalate), polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyimide resins, and paper. preferable.
  • the paper may be coated paper (paper whose surface is coated with a coating agent) or ordinary paper that is not coated paper.
  • the base material 1 made of a general resin material can be used. When joining metals using ultrasonic waves, heating to melt the metals is basically not required. Therefore, in this embodiment, a base material with low heat resistance such as resin can also be used.
  • the base material 1 is preferably in the form of a film or a sheet. This is because when performing the ultrasonic impression process described below while conveying the base material 1, it is easier to convey the base material 1 if it is in the form of a film or sheet.
  • the base material 1 preferably has flexibility.
  • a flexible base material FPC
  • the base material 1 may be a rigid base material that does not have flexibility.
  • Particularly preferable base materials 1 are polyester resin films and polyolefin resin films.
  • the conductive composition contains at least conductive particles.
  • the conductive particles are typically metal particles.
  • the conductive particles contain at least one element selected from the group consisting of copper and silver. In other words, copper particles, silver particles, etc. are preferably used as the conductive particles.
  • the conductive particles preferably include at least one selected from the group consisting of particles containing silver as a main component and particles containing copper as a main component.
  • the expression “contains silver as a main component” means that the ratio of silver element in all constituent elements in the particles is preferably 50 mol% or more, more preferably 75 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 95 mol% or more.
  • the expression “contains copper as a main component” means that the ratio of the copper element in all the constituent elements in the particles is preferably 50 mol% or more, more preferably 75 mol% or more, even more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 95 mol% or more.
  • the conductive particles may contain elements other than silver and copper as long as the desired conductivity is achieved.
  • elements other than silver and copper include gold, aluminum, platinum, palladium, iridium, tungsten, nickel, tantalum, lead, and zinc.
  • the conductivity of the finally obtained conductive layer may be further improved.
  • the volume-based median diameter D 50 of the conductive particles is preferably 10 nm to 50 ⁇ m, more preferably 50 nm to 40 ⁇ m, even more preferably 100 nm to 30 ⁇ m. It is thought that by using conductive particles having a suitably large median diameter D50 , the number of grain boundaries between conductive particles per unit volume is reduced, and thus the conductivity is further enhanced. Furthermore, it is thought that by not having a too large median diameter D 50 of the conductive particles, large "gaps" are prevented from forming between the conductive particles, thereby further increasing the conductivity. Further, conductive particles having a suitably large median diameter D50 are advantageous in terms of acquisition cost.
  • Conductive particles that can be used in this embodiment can be purchased from DOWA Electronics, Fukuda Metal Foil and Powder Industries, etc., for example.
  • the proportion of conductive particles in the conductive composition is large.
  • the ratio of conductive particles in the total nonvolatile components of the conductive composition is preferably 75% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and even more preferably 85% by mass or more.
  • the ratio of the conductive particles in the total non-volatile components of the conductive composition may be 100% by mass, but since a binder described below may be used, it is preferably 99% by mass or less, more preferably It is 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less.
  • the ratio of the conductive particles in the total nonvolatile components of the conductive composition is, for example, 75 to 100% by mass, preferably 75 to 99% by mass, more preferably 80 to 95% by mass, and even more preferably 85 to 90% by mass. %.
  • the conductive composition contains at least conductive particles, but may contain components other than the conductive particles.
  • the conductive composition can include a solvent.
  • Solvents typically include organic solvents.
  • the type of solvent is not particularly limited.
  • the solvent may be any solvent as long as it does not substantially alter each component in the conductive composition.
  • the amount of the solvent used may be adjusted as appropriate depending on the method of applying the conductive composition.
  • the conductive composition may or may not contain a binder from the viewpoint of adhesion to the base material 1, applicability, printability, and the like.
  • a binder the type of binder is not particularly limited, but polyvinyl pyrrolidone, polyester, epoxy resin, (meth)acrylic resin, polyvinyl acetal such as polyvinyl butyral, cellulose resin (such as ethyl cellulose), phenol resin, etc. are preferably used. can be mentioned.
  • the amount of binder in the total nonvolatile components of the conductive composition is preferably 25% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less. It is.
  • the lower limit of the amount of binder may be zero.
  • the amount of the binder is preferably 1% by mass or more based on the total nonvolatile components of the conductive composition. It is more preferable to set it as 2 mass % or more, and it is still more preferable to set it as 3 mass % or more. That is, from the viewpoint of the balance of various performances, the amount of the binder is preferably 1 to 25% by mass, more preferably 2 to 20% by mass, and even more preferably 3 to 15% by mass based on the total nonvolatile components of the conductive composition. %.
  • the conductive composition may or may not include various additive components in conventional ink compositions and conductive pastes.
  • the method of applying the conductive composition to the surface of the base material 1 to provide the coating film 3 is not particularly limited.
  • the conductive composition may be applied to the entire surface of the base material 1, or may be applied only to a part of the surface of the base material 1.
  • coating can be performed using a device such as a blade coater, air knife coater, doctor coater, roll coater, bar coater (rod coater), or curtain coater.
  • various printing methods such as screen printing, gravure printing, letterpress printing, planographic printing (offset printing), and inkjet printing can be applied.
  • the coating “pattern” By appropriately designing the coating “pattern,” it is possible to manufacture base materials with pattern structures, such as conductive films (circuit patterns) that can function as circuits and mesh patterns that have electromagnetic shielding ability. .
  • the conductive composition When the conductive composition is applied only to a portion of one surface of the substrate 1, the "pattern” of application is preferably designed appropriately depending on the use of the finally obtained conductive layer.
  • a process is performed in which, for example, a film with holes cut out is placed on the base material 1, the conductive composition is applied thereon, and then the film is removed. You can.
  • the thickness of the coating film 3 (dry thickness when the conductive composition contains a solvent) is preferably 1 to 1. 80 ⁇ m, more preferably 2 to 40 ⁇ m.
  • the conductive composition contains a solvent
  • the conditions of the heat treatment are not particularly limited as long as the solvent is sufficiently dried, but from the viewpoint of sufficiently drying the solvent and suppressing deterioration of the conductive particles due to excessive heating, the temperature of the heat treatment is preferably 50 to 150 ° C. , more preferably 80 to 120°C.
  • the heat treatment time is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 3 to 30 minutes.
  • the heat treatment for drying the solvent can be performed by applying hot air to the coating film 3.
  • the heat treatment may be performed by other methods.
  • a curing step may be performed in which the conductive composition applied onto the base material 1 is cured.
  • the curing step is preferably carried out particularly when the conductive composition has thermosetting properties.
  • the curing step is performed by heating the conductive composition applied onto the substrate 1 at, for example, 50 to 200°C, preferably 70 to 180°C, for 1 to 60 minutes, more preferably 3 to 30 minutes. be able to.
  • the conductivity of the conductive layer formed by applying ultrasonic waves in the ultrasonic application step described below can be further enhanced.
  • a pressing process for pressing the coating film 3 may be performed between the coating film forming process and the ultrasonic application process.
  • the gaps between the conductive particles in the coating film 3 become smaller, so that it is easy to obtain a conductive layer having particularly good conductivity through the subsequent ultrasonic application step.
  • Pressing can be performed, for example, by a roll press method. That is, pressure can be applied to the coating film 3 by transporting the base material 1 provided with the coating film 3 between two opposingly rotating rolls. Further, the pressing may be performed by a flat press method. When performing the pressing step, the coating film 3 is pressed at a pressure of, for example, 2 to 150 MPa, preferably 5 to 100 MPa.
  • the coating film 3 may be pressed while being heated. It is thought that by doing so, the gaps between the conductive particles in the coating film 3 are further reduced, and the conductivity of the conductive layer obtained after the ultrasonic application step is further increased.
  • the heating temperature in this case may be appropriately set in consideration of the heat resistance of the base material 1 and the like.
  • the heating temperature is 70 to 180°C, more preferably 80 to 150°C.
  • ultrasonic waves are applied to the coating film 3 while the base material 1 and the horn 10 are moved relative to each other with the ultrasonic vibrating horn 10 in contact with the coating film 3 . More specifically, the ultrasonic impression process is performed while the base material 1 is being conveyed.
  • an ultrasonic vibrator horn
  • conventional methods are unsuitable for mass production or for forming conductive layers over large areas.
  • by applying ultrasonic waves to the coating film 3 while moving the base material 1 and the horn 10 relative to each other mass production and the formation of a large-area conductive layer are facilitated. There is.
  • the horn 10 is circular and rotatable around the center of the circle. It is preferable that there be.
  • the base material 1 is conveyed while the circumferential portion of the circular horn 10 is in contact with the coating film 3, and the horn 10 is rotated in accordance with the conveyance speed of the base material 1.
  • the ultrasonic impression process can be performed in the following manner. Such a method is preferable in consideration of mass production and formation of a large-area conductive layer.
  • the shaft of the horn 10 is normally connected to the ultrasonic vibrator 20. Further, the ultrasonic transducer 20 is usually connected to an ultrasonic oscillator (not shown).
  • the specific configuration of the device is not particularly limited as long as it is possible to apply ultrasonic waves to the coating film 3 while the base material 1 and the horn 10 move relative to each other with the horn 10 in contact with the coating film 3. .
  • the relative speed of the base material 1 with respect to the horn 10 (equivalent to the conveyance speed when conveying the base material 1) and the time for applying ultrasonic waves are determined based on mass productivity and application of sufficient ultrasonic waves to the coating film 3. It may be set as appropriate, taking into consideration time, damage control to the base material 1, and the like. This is just an example, but the relative speed (conveying speed) is preferably 1 to 100 m/min, more preferably 2 to 50 m/min. Further, the ultrasonic wave application time is preferably 0.01 msec to 1 sec, more preferably 0.1 msec to 100 msec.
  • ultrasonic waves that vibrate in a direction parallel to the surface of the base material 1 are applied as ultrasonic waves.
  • parallel directions may be strictly parallel directions, but are not necessarily strictly parallel directions as long as damage to the base material 1 is suppressed and a conductive layer with good conductivity is obtained. It doesn't have to be.
  • the base material 1 has a curved surface and the coating film 3 is formed on the curved surface, and when applying ultrasonic waves to the coating film 3, the contact point of the curved surface with the horn 10 is Apply ultrasonic waves that vibrate in a direction parallel to the plane.
  • Paragraph 0013 of Patent Document 1 states that the vibration direction of the ultrasonic vibration is preferably perpendicular to the cured ink (that is, to the surface of the base material).
  • the base material 1 may be damaged by the action of the ultrasonic waves.
  • the present inventors have found that ultrasonic waves vibrating in a direction parallel to the surface of the base material 1 are less likely to damage the base material 1.
  • the vibration direction of the ultrasonic waves be perpendicular to the surface of the base material 1. This is because the ultrasonic waves in the direction perpendicular to the surface of the base material 1 act in the direction of "pushing" the conductive particles.
  • the present inventors have studied, even when ultrasonic waves are applied parallel to the surface of the base material 1, the resulting conductive layer has good conductivity.
  • the ultrasonic waves may be ultrasonic waves that vibrate in a direction parallel to the surface of the base material 1.
  • the vibration direction of the ultrasonic wave is parallel to the surface of the base material 1
  • it is preferable that the direction is perpendicular to the direction in which the base material 1 moves relative to the horn 10 (the conveyance direction of the base material 1). This is mainly based on the restriction on the device that when the horn 10 is a rotating body, the axis of rotation of the horn 10 needs to be perpendicular to the conveyance direction.
  • the vibration direction of the ultrasonic waves is preferably perpendicular to the conveyance direction.
  • the "vertical direction" here may be a strictly perpendicular direction, but does not necessarily have to be a strictly perpendicular direction.
  • the frequency of the ultrasonic wave in the ultrasonic application process may be appropriately selected from the viewpoint of bonding properties of the conductive particles and further suppressing damage to the base material 1.
  • the frequency of the ultrasonic waves is, for example, 10 to 100 kHz, preferably 12 to 50 kHz.
  • An electronic device can be manufactured using the conductive base material obtained as described above. For example, by appropriately designing the coating "pattern" during the coating process, a substrate with a conductive layer that can act as an electrical circuit can be manufactured, and this substrate can be combined with other electronic devices. Electronic devices can be manufactured.
  • the electronic device including the conductive base material obtained by the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment is naturally not limited to these.
  • - Sensor For example, the conductive base material obtained by the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment can be applied to a conductive member/circuit in a sensor such as a pressure-sensitive sensor or a vital sensor.
  • - Solar cell For example, the conductive base material obtained by the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment can be applied to current collection wiring of a solar cell.
  • ⁇ Membrane switch A membrane switch is a thin sheet-like switch with circuits and contacts printed on film and pasted on top of each other.
  • the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment can be applied to form the circuits and contacts.
  • - Touch sensor/touch panel For example, the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment can be applied to form lead wiring in a touch sensor/touch panel. Furthermore, it is also possible to apply the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment to form a transparent electrode in a touch sensor/touch panel.
  • ⁇ Flexible base material Conventionally, a circuit is formed by first coating the entire surface of a flexible film with a metal film, and then using chemicals to remove unnecessary parts of the metal film. Instead of such a conventional method, it is conceivable to form a circuit using the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment.
  • a particularly preferred electronic device is an RF tag. That is, in order to manufacture a conductive circuit such as an antenna part in an RF tag, the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment is preferably used.
  • the specific structure of the RF tag reference can be made to, for example, Japanese Patent Application Publication No. 2003-332714, Japanese Patent Application Publication No. 2020-46834, and the like.
  • an electromagnetic shielding film by the method for manufacturing a conductive base material of this embodiment.
  • the electromagnetic shielding film can be manufactured by using a pattern (such as a mesh pattern) unique to the electromagnetic shielding film as a pattern when applying the conductive composition.
  • a planar heating element is one in which electrical wiring is provided on a base material and generates heat by passing an electric current through the wiring.
  • Specific examples of the sheet heating element include sheet heating elements for use in anti-fogging and cold weather protection, such as on the rear windows of passenger cars.
  • ⁇ Preparation of conductive composition > 70 parts by mass of copper particles (manufactured by Fukuda Metal Foil and Powder Industries, product number: EFC-09LML, median diameter D 50 : 1.37 ⁇ m) and 10 parts of polyvinyl butyral resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. "S-LEC BH-A”) parts by mass and 20 parts by mass of diethylene glycol monoethyl ether acetate were stirred using a planetary stirrer. As a result, a uniform paste-like conductive composition A was obtained.
  • ⁇ Manufacture of conductive base material> (Coating film formation process) Using each conductive composition, a coating film (solid film) with a size of 15 mm x 5 mm was formed on a PET film with a thickness of 75 ⁇ m. Specifically, Cellotape (registered trademark) was pasted on a PET film to provide a "hollowed part" of 15 mm x 5 mm, and the conductive composition was applied from above the hollowed out part. Thereafter, using a squeegee, the thickness of the coating film was made almost the same as the thickness of the cellophane tape. Afterwards, the cellophane tape was removed. The thickness of the coating film at this time was about 20 ⁇ m. The coated film was placed in a hot air circulation type atmospheric oven and heated at 100° C. for 15 minutes. This dried the solvent.
  • the ultrasonic waves were applied using the following apparatus and procedure.
  • - Apparatus As the ultrasonic oscillator, SW-D900S-20 (frequency 20 kHz) manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd. or SW-D900S-39 (frequency 39 kHz) manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd. was used.
  • the horn used was a disc made of SUS (stainless steel) material with a thickness of 12 mm and a diameter of 150 mm connected to the vibrator by a shaft with a diameter of 20 mm attached to the center of the disc.
  • Ultrasonic waves were applied to the coating film using an apparatus as schematically shown in FIG. 2. Specifically, the flat surface of the disk of the horn is set substantially perpendicular to the ground, and the 12 mm thick (width) surface of the disk's outer periphery is in contact with the coating film on the film, and the surface of the disk is set substantially perpendicular to the ground.
  • a device with a rotating horn was used. The horn oscillated ultrasonic waves that vibrated in the axial direction, which was connected to an ultrasonic transducer. That is, the vibration direction of the ultrasonic waves was parallel to the surface of the film (substrate) and perpendicular to the transport direction. The frequencies were as listed in the table below.
  • the film transport speed was approximately 5 m/min
  • the horn rotation speed was approximately 42 rpm.
  • a test was also conducted in which the conveyance speed was lowered to 2.5 m/min.
  • ultrasonic waves were applied using the following apparatus and procedure.
  • JII440 frequency 39.5 kHz
  • horn a vertical vibration unit was used that vibrates a horn made of SUS (stainless steel) material with a height of 20 mm and a bottom surface of 5 mm x 20 mm in the vertical direction.
  • SUS stainless steel
  • the transparency of the base material may deteriorate in areas on the surface of the base material where no coating film is formed due to damage caused by ultrasonic waves. Therefore, on the surface of the base material (PET film), a portion where a coating film was not formed but where ultrasonic waves were applied was visually observed and evaluated based on the following criteria.
  • the base material is almost transparent: Very good When the base material becomes slightly white but transparency is maintained: Good When transparency is completely lost: Bad
  • the resistance value was measured using a 4-terminal resistance measuring device, and the film thickness was also measured using a film thickness meter. Specific resistance was calculated from the measured resistance value and film thickness.
  • damage to the base material can be suppressed by applying ultrasonic waves that vibrate in a direction parallel to the surface of the base material to the coating film while moving the base material and the horn relative to each other. Ta.
  • the adhesion of the conductive layer to the base material could be improved, and the transparency of the base material could be maintained.
  • damage to the base material could not be suppressed.

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Abstract

基材の表面に、導電性粒子を含む導電性組成物を用いて塗膜を形成する塗膜形成工程と、塗膜に超音波を印加して導電性層とする超音波印加工程と、を含む、導電性基材の製造方法。この製造方法において、超音波は、基材の表面と平行な方向に振動する。また、超音波印加工程では、超音波振動するホーンが塗膜に接触した状態で、基材とホーンとを相対運動させながら、塗膜に超音波を印加する。

Description

導電性基材の製造方法、電子デバイスの製造方法、電磁波シールドフィルムの製造方法および面状発熱体の製造方法
 本発明は、導電性基材の製造方法、電子デバイスの製造方法、電磁波シールドフィルムの製造方法および面状発熱体の製造方法に関する。より具体的には、超音波を用いて導電性基材を製造する方法や、製造された導電性基材を用いて各種物品を製造する方法に関する。
 金属に超音波を印加することにより、接合界面に存在する酸化皮膜や付着物を破壊・分散し、塑性変形により金属同士を密着させる技術(超音波金属接合)が知られている。この技術の応用として、金属微粒子に超音波を印加することにより、導電性層を形成すること、また、導電性層を備える導電性基材を製造する試みが知られている。
 超音波により金属を接合する場合、基本的には金属を溶融させるための加熱を要しない。よって、例えば樹脂などの低耐熱性の基材の表面に、金属粒子を含む膜を形成し、その膜に超音波を印加することで、基材(樹脂)の溶融や変形を抑えつつ、導電性層を形成することが可能と考えられる。
 このような導電性層の形成に関する先行技術として、特許文献1を挙げることができる。特許文献1には、(i)合成樹脂からなる基材上に、金属微粒子及び樹脂バインダーを含有するインクを塗布するステップと、(ii)インクを硬化させ、基材と樹脂バインダーを密着させるステップと、(iii)硬化したインクの表面に超音波振動を与えながら圧力を加えることにより、金属微粒子どうしの接触面積を増加させるステップと、を備える導電性基材の製造方法が記載されている。
 また、特許文献2には、配線パターンの形成用ペーストとして、有機樹脂と導体粒子とを主体とするペーストを用い、該ペーストを基板上に塗布して配線パターンを形成し、これを加熱硬化させ、該配線パターン上に、加圧力、又は加圧力とともに超音波エネルギー、又は超音波エネルギー及び熱エネルギーを作用させることにより、有機樹脂中の導体粒子の表面に形成されている有機樹脂皮膜を破壊し、導体粒子相互間を密に接合して互いに導通させることを特徴とする配線パターンの形成方法が記載されている。
特開2008-086895号公報 特開平4-317389号公報
 本発明者らは、特許文献1の記載やその他の従来技術を参考にしつつ、超音波により基材上に導電性層を設けることを試みた。しかし、超音波の印加により基材が損傷してしまう不具合が発生する場合があった。また、基材の損傷を抑えるために超音波の出力を弱めると、高い導電性を有する導電性層を形成できない場合があった。すなわち、基材の損傷を抑えることと、高い導電性を有する導電性層を形成することは、トレードオフの関係にあった。
 ちなみに、基材が超音波で損傷を受けると、基材表面における導電性層に接する部分が物理的に変化して、結果的に、導電性層の密着性が低下するなどの不具合が発生することがある。また、基材が透明である場合には、基材が超音波で損傷を受けると、基材にヘイズが生じ、基材の透明性が悪くなることがある。
 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的の1つは、超音波により基材上に導電性層を設けて導電性基材を製造する際に、基材の損傷を抑えつつ、高い導電性を有する導電性層を得ることである。
 本発明者らは、以下に提供される発明を完成させ、上記課題を解決した。
1.
 基材の表面に、導電性粒子を含む導電性組成物を用いて塗膜を形成する塗膜形成工程と、
 前記塗膜に超音波を印加して導電性層とする超音波印加工程と、
を含む、導電性基材の製造方法であって、
 前記超音波は、前記基材の前記表面と平行な方向に振動する超音波であり、
 前記超音波印加工程では、超音波振動するホーンが前記塗膜に接触した状態で、前記基材と前記ホーンとを相対運動させながら、前記塗膜に超音波を印加する、導電性基材の製造方法。
2.
 1.に記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記基材は、樹脂および紙からなる群より選ばれる少なくともいずれかで構成されている、導電性基材の製造方法。
3.
 1.または2.に記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記基材は、フィルム状またはシート状である、導電性基材の製造方法。
4.
 1.~3.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記基材は、可撓性を有する、導電性基材の製造方法。
5.
 1.~4.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記超音波印加工程は、前記基材を搬送しながら行う、導電性基材の製造方法。
6.
 1.~5.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記ホーンは円形で、円の中心を軸として回転可能であり、前記軸は超音波振動子と連結しており、
 前記超音波印加工程では、前記ホーンの円周部が前記塗膜に接触した状態で、前記基材の搬送速度にあわせて前記ホーンが回転する、導電性基材の製造方法。
7.
 1.~6.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記塗膜形成工程は、前記導電性組成物を前記基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された前記導電性組成物を硬化させる硬化工程と、を含む、導電性基材の製造方法。
8.
 1.~7.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記塗膜形成工程と前記超音波印加工程との間に、前記塗膜を押圧する押圧工程を含む、導電性基材の製造方法。
9.
 8.に記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記押圧工程においては、前記塗膜を2~150MPaの圧力で押圧する、導電性基材の製造方法。
10.
 8.または9.に記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記押圧工程においては、前記塗膜を加熱しながら押圧する、導電性基材の製造方法。
11.
 1.~10.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記導電性粒子が、銅および銀からなる群より選ばれる少なくともいずれかの元素を含有する、導電性基材の製造方法。
12.
 1.~11.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記基材が、ポリエステル系樹脂フィルム、または、ポリオレフィン系樹脂フィルムである、導電性基材の製造方法。
13.
 1.~12.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法であって、
 前記導電性層は、パターン構造を有する、導電性基材の製造方法。
14.
 1.~13.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて電子デバイスを製造する、電子デバイスの製造方法。
15.
 14.に記載の電子デバイスの製造方法であって、
 前記電子デバイスが、RFタグである、電子デバイスの製造方法。
16.
 1.~13.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて電磁波シールドフィルムを製造する、電磁波シールドフィルムの製造方法。
17.
 1.~13.のいずれか1つに記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて面状発熱体を製造する、面状発熱体の製造方法。
 本発明によれば、超音波により基材上に導電性層を設けて導電性基材を製造する際に、基材の損傷が抑えられ、かつ、高い導電性を有する導電性層を得ることができる。
塗膜形成工程について説明するための図である。 超音波印加工程について説明するための図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
 すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
 煩雑さを避けるため、(i)同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その1つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合や、(ii)特に図2以降において、図1と同様の構成要素に改めては符号を付さない場合がある。
 すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応しない。
 本明細書中、数値範囲の説明における「X~Y」との表記は、特に断らない限り、X以上Y以下のことを表す。例えば、「1~5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。
<導電性基材の製造方法>
 本実施形態の導電性基材の製造方法は、
 基材の表面に、導電性粒子を含む導電性組成物を用いて塗膜を形成する塗膜形成工程と、
 上記塗膜に超音波を印加して導電膜とする超音波印加工程と、
を含む。
 以下、塗膜形成工程については図1を、超音波印加工程については図2を、それぞれ参照しながら、各工程について説明する。また、これら工程以外の任意工程についても説明する。
(塗膜形成工程(図1))
 塗膜形成工程では、基材1の表面の少なくとも一部に、導電性粒子を含む導電性組成物を用いて塗膜3を形成する。
・基材1について
 製造コストや、最終的に得られる導電性基材の最終用途を考慮し、基材1は、樹脂および紙からなる群より選ばれる少なくともいずれかで構成されていることが好ましい。より具体的には、基材1は、PET(ポリエチレンテレフタレート)などのポリエステル系樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂および紙からなる群より選択される少なくともいずれかであることが好ましい。ここで、紙は、コート紙(紙表面がコート剤でコーティングされた紙)であってもよいし、コート紙ではない通常の紙であってもよい。これらのほか、一般的な樹脂素材で構成された基材1を用いることができる。
 超音波により金属を接合する場合、基本的には金属を溶融させるための加熱を要しない。よって、本実施形態においては、樹脂などの低耐熱性の基材も採用可能である。
 量産適性の観点から、基材1は、フィルム状またはシート状であることが好ましい。後述の超音波印加工程を、基材1を搬送しながら行う場合に、基材1がフィルム状またはシート状であると、搬送がしやすいためである。
 基材1は、好ましくは可撓性を有する。可撓性を有する基材1を採用することで、最終製品としてフレキシブル基材(FPC)を製造することができる。念のため述べておくと、基材1は、可撓性を有しないリジッドな基材であってもよい。
 特に好ましい基材1は、ポリエステル系樹脂フィルムおよびポリオレフィン系樹脂フィルムである。
・導電性組成物について
 導電性組成物は、少なくとも導電性粒子を含む。
 導電性粒子は、典型的には金属粒子である。好ましくは、導電性粒子は、銅および銀からなる群より選ばれる少なくともいずれかの元素を含有する。換言すると、導電性粒子としては、銅粒子、銀粒子などが好ましく用いられる。
 より具体的には、導電性粒子は、銀を主成分とする粒子、および、銅を主成分とする粒子からなる群より選ばれる少なくともいずれかを含むことが好ましい。ここで、「銀を主成分とする」との表現は、粒子中の全構成元素中の銀元素の比率が、好ましくは50mol%以上、より好ましくは75mol%以上、さらに好ましくは90mol%以上、特に好ましくは95mol%以上であることをいう。同様に、「銅を主成分とする」との表現は、粒子中の全構成元素中の銅元素の比率が、好ましくは50mol%以上、より好ましくは75mol%以上、さらに好ましくは90mol%以上、特に好ましくは95mol%以上であることをいう。
 念のため述べておくと、所望の導電性が得られる限り、導電性粒子は、銀および銅以外の元素を含んでもよい。銀および銅以外の元素としては、金、アルミニウム、白金、パラジウム、イリジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、鉛、亜鉛等を挙げることができる。
 導電性粒子の粒径分布を調整することにより、最終的に得られる導電性層の導電性を一層高められる場合がある。
 一例として、導電性粒子の、体積基準におけるメジアン径D50は、好ましくは10nm~50μm、より好ましくは50nm~40μm、さらに好ましくは100nm~30μmである。適度に大きいメジアン径D50を有する導電性粒子を用いることで、単位体積あたりの導電性粒子間の粒界の数が少なくなるため、導電性が一層高まると考えられる。また、導電性粒子のメジアン径D50が大きすぎないことにより、導電性粒子間に大きな「すき間」が空くことが抑えられて、導電性が一層高まると考えられる。また、適度に大きいメジアン径D50を有する導電性粒子は、入手コストの面でも有利である。
 本実施形態で使用可能な導電性粒子は、例えば、DOWAエレクトロニクス社、福田金属箔粉工業社などから購入可能である。
 超音波印加工程を経て得られる導電性層の導電性を一層高める観点から、導電性組成物中の導電性粒子の比率は大きいことが好ましい。具体的には、導電性組成物の全不揮発成分中の導電性粒子の比率は、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは85質量%以上である。また、導電性組成物の全不揮発成分中の導電性粒子の比率は、100質量%であってもよいが、後述するバインダーを使用する場合もあるので、好ましくは99質量%以下、より好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。
 つまり、導電性組成物の全不揮発成分中の導電性粒子の比率は、例えば75~100質量%、好ましくは75~99質量%、より好ましくは80~95質量%、さらに好ましくは85~90質量%である。
 導電性組成物は、導電性粒子を少なくとも含有するが、導電性粒子以外の成分を含んでいてもよい。
 導電性組成物は、溶剤を含むことができる。導電性組成物が溶剤を含むことにより、導電性組成物の基材への塗布性が向上する。溶剤は、典型的には有機溶剤を含む。
 溶剤の種類は特に限定されない。溶剤は、導電性組成物中の各成分を実質的に変質させないものであればよい。
 溶剤の使用量は、導電性組成物の塗布方法などに応じて適宜調整すればよい。
 導電性組成物は、基材1との密着性、塗布性、印刷性などの観点で、バインダーを含んでもよいし、含まなくてもよい。
 バインダーを用いる場合、バインダーの種類は特に限定されないが、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、エポキシ樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、セルロース系樹脂(例えばエチルセルロースなど)、フェノール樹脂などを好ましく挙げることができる。
 導電性層の導電性を維持する観点からは、導電性組成物の全不揮発成分中のバインダーの量は、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。バインダーの量の下限は0であってもよい。ただし、バインダーを用いることにより密着性向上などの効果を積極的に得ようとする場合には、バインダーの量は、導電性組成物の全不揮発成分中、1質量%以上とすることが好ましく、2質量%以上とすることがより好ましく、3質量%以上とすることがさらに好ましいい。すなわち、諸性能のバランスの観点からは、バインダーの量は、導電性組成物の全不揮発成分中、好ましくは1~25質量%、より好ましくは2~20質量%、さらに好ましくは3~15質量%である。
 導電性組成物は、その他、従来のインク組成物や導電性ペーストにおける各種添加成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。
・塗膜3を設ける方法(塗布工程)について
 導電性組成物を基材1の表面に塗布して塗膜3を設ける方法は、特に限定されない。
 導電性組成物は、基材1の表面の全体に塗布されてもよいし、基材1の表面の一部にのみ塗布されてもよい。前者の場合、ブレードコーター、エアナイフコーター、ドクターコーター、ロールコーター、バーコーター(ロッドコーター)、カーテンコーターなどの装置を用いて塗布を行うことができる。後者の場合、各種の印刷法、例えばスクリーン印刷法、グラビア印刷法、凸版印刷法、平板印刷法(オフセット印刷法)、インクジェット法など適用することができる。塗布の「パターン」を適切に設計することで、回路として働くことができる導電膜(回路パターン)や、電磁波シールド能を有するメッシュパターンなどの、パターン構造を備えた基材を製造することができる。導電性組成物を基材1の一面の一部にのみ塗布する場合、塗布の「パターン」は、最終的に得られる導電性層の用途に応じて適切に設計されることが好ましい。
 所望の場所以外に導電性組成物が塗布されないように、例えば孔をくりぬいたフィルムを基材1の上に置き、その上から導電性組成物を塗布し、その後フィルムを除去するという工程を行ってもよい。
 導電性層としたときの十分な導電性を得る観点と、塗布のしやすさの観点から、塗膜3の厚み(導電性組成物が溶剤を含む場合は乾燥厚み)は、好ましくは1~80μm、より好ましくは2~40μmである。
 導電性組成物が溶剤を含む場合には、溶剤を乾燥させるための加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理の条件は、溶剤が十分に乾燥する限り特に限定されないが、溶剤の十分な乾燥と、過度な加熱による導電性粒子の変質抑制の観点から、加熱処理の温度は好ましくは50~150℃、より好ましくは80~120℃である。加熱処理の時間は好ましくは1~60分、より好ましくは3~30分である。
 溶剤を乾燥させるための加熱処理は、具体的には、塗膜3に対して熱風を当てることで行うことができる。もちろんこれ以外の方法で加熱処理を行ってもよい。
 また、基材1上に塗布された導電性組成物を硬化させる硬化工程を行ってもよい。硬化工程は、特に、導電性組成物が熱硬化性を有するときに好ましく行われる。硬化工程は、基材1上に塗布された導電性組成物を、例えば50~200℃、好ましくは70~180℃で、例えば1~60分、より好ましくは3~30分加熱することで行うことができる。基材1上に塗布された導電性組成物が適切に硬化することで、後掲の超音波印加工程で超音波が印加されて形成される導電性層の導電性を一層高めることができる。
(押圧工程(不図示))
 本実施形態においては、塗膜形成工程と超音波印加工程との間に、塗膜3を押圧する押圧工程を行ってもよい。押圧工程を行うことで、塗膜3中の導電性粒子間のすき間がより小さくなるため、その後の超音波印加工程を経ることで導電性が特に良好な導電性層を得やすい。
 押圧は、例えばロールプレス法により行うことができる。すなわち、塗膜3が設けられた基材1を、対向して回転する2本のロールの間に挟んで搬送することにより、塗膜3に圧力を加えることができる。また、押圧は平面プレス法により行ってもよい。
 押圧工程を行う場合、塗膜3を、例えば2~150MPa、好ましくは5~100MPaの圧力で押圧する。
 押圧工程においては、塗膜3を加熱しながら押圧してもよい。このようにすることで、塗膜3中の導電性粒子間のすき間が一層小さくなり、超音波印加工程後に得られる導電性層の導電性が一層高まると考えられる。この場合の加熱の温度は、基材1の耐熱性などを考慮して適宜設定すればよい。加熱の温度は、70~180℃、より好ましくは80~150℃である。
(超音波印加工程(図2))
 超音波印加工程では、基材1における少なくとも塗膜3の部分に、超音波を印加する。これにより、塗膜3中の導電性粒子同士が接合する。そして、塗膜3は、導電性層となる。
 超音波印加工程においては、超音波振動するホーン10を塗膜3に接触させた状態で、基材1とホーン10とを相対運動させながら、塗膜3に超音波を印加する。より具体的には、超音波印加工程は、基材1を搬送しながら行われる。
 超音波を用いる従来の接合技術では、主として、超音波振動子(ホーン)を、接合対象に「単純に押し当てて」いた。しかし、従来のやり方は、量産や、大面積の導電性層の形成には不向きである。本実施形態においては、基材1とホーン10とを相対運動させながら、塗膜3に超音波を印加するようにすることにより、量産や、大面積の導電性層の形成をしやすくしている。
 基材1とホーン10とを相対運動させやすくする、具体的には基材1を搬送しながら超音波を印加しやすくするため、ホーン10は円形であり、円の中心を軸として回転可能であることが好ましい。このようなホーン10を用いることで、円形のホーン10の円周部を塗膜3に接触させつつ、基材1を搬送し、かつ、基材1の搬送速度にあわせてホーン10を回転させる、というやり方で超音波印加工程を行うことができる。このようなやり方は、量産性や、大面積の導電性層の形成を考慮したときに好ましい。
 ホーン10における軸は、通常、超音波振動子20と連結している。また、超音波振動子20は、通常、超音波発振器(不図示)と連結している。ただし、装置の具体的構成は、ホーン10が塗膜3に接触した状態で、基材1とホーン10とが互いに相対運動しながら、塗膜3に超音波を可能である限り、特に限定されない。
 ホーン10に対する基材1の相対速度(基材1を搬送する場合には搬送速度に相当)や、超音波を印加する時間は、量産性、塗膜3に十分な超音波を印加するための時間、基材1の損傷抑制などを考慮し、適宜設定すればよい。あくまで一例であるが、相対速度(搬送速度)は、好ましくは1~100m/min、より好ましくは2~50m/minである。また、超音波印加時間は、好ましくは0.01msec~1sec、より好ましくは0.1msec~100msecである。
 また、超音波印加工程においては、超音波として、基材1の表面と平行な方向に振動する超音波を印加する。ここで「平行な方向」とは、厳密に平行な方向であってもよいが、基材1の損傷が抑えられ、導電性が良好な導電性層が得られる限り、必ずしも厳密に平行な方向でなくてもよい。ちなみに、もし基材1が曲面を有し、その曲面部分に塗膜3が形成され、その塗膜3の部分に超音波を印加する場合には、曲面におけるホーン10が接している点の接平面と平行な方向に振動する超音波を印加する。
 特許文献1の段落0013には、超音波振動の振動方向は、硬化したインクに対して(すなわち、基材の表面に対して)垂直方向であることが好ましい旨が記載されている。しかし、本発明者らの予備的検討によれば、基材1の表面に対して垂直方向の超音波を印加すると、超音波の作用により基材1が損傷してしまう場合があった。
 本発明者らは、基材1の表面に対して平行な方向に振動する超音波であれば、基材1を損傷させにくいことを見出した。そして、上述の「基材1とホーン10とを相対運動させる」超音波印加工程において、超音波として、基材1の表面と平行な方向に振動する超音波を印加することとした。詳細は不明であるが、塗膜3の表面に平行な方向で振動する超音波が塗膜3に直接印加されることにより、振動エネルギーが下層の基材1に対してよりも塗膜3に伝わりやすいことが、基材1の損傷低減につながっていると考えられる。なお、このことは、塗膜3の厚みが基材1の厚みよりも小さい場合に特に顕著となると考えられる。
 一方、塗膜3の表面に垂直な方向で振動する超音波を用いた場合には、塗膜3と基材1とがほぼ同様に振動してしまうため、基材1の損傷が起こりやすいと考えられる。
 ちなみに、得られる導電性層の導電性向上の観点からは、超音波の振動方向は、基材1の表面に対して垂直な方向が良いようにも思われる。基材1の表面に対して垂直な方向の超音波は、導電性粒子を「押し込む」方向に働くためである。しかし、本発明者らの検討の限り、基材1の表面に対して平行な超音波であっても、得られる導電性層の導電性は良好である。
 超音波は基材1の表面に対して平行な方向に振動する超音波であればよい。ただし、特に、図2に示すような、基材1をホーン10に対して相対運動させることを考慮すると、超音波の振動方向は、基材1の表面に対して平行な方向であって、かつ、基材1がホーン10に対して運動する方向(基材1の搬送方向)と垂直な方向であることが好ましい。これは、主として、ホーン10が回転体である場合、ホーン10の回転軸を搬送方向と垂直にする必要があるという装置上の制約に基づく。超音波は、超音波振動子20からホーン10へ直線的に伝達するため、超音波の振動方向は搬送方向と垂直であることが好ましい。
 ちなみに、ここでの「垂直な方向」とは、厳密に垂直な方向であってもよいが、必ずしも厳密に垂直な方向でなくてもよい。
 超音波印加工程における超音波の周波数は、導電性粒子の接合性や、基材1の損傷を一層抑える観点などから適宜選択すればよい。超音波の周波数は、例えば10~100kHz、好ましくは12~50kHzである。
<導電性基材の用途>
 上記のようにして得られた導電性基材を用いて、電子デバイスを製造することができる。例えば、塗布工程において塗布の「パターン」を適切に設計することで、電気回路として働くことができる導電性層を備えた基材を製造し、この基材と他の電子素子とを組み合わせることで電子デバイスを製造することができる。
 ここで、「電子デバイス」の例をいくつか記載するが、本実施形態の導電性基材の製造方法で得られた導電性基材を含む電子デバイスは、当然、これらのみに限定されない。
・センサー:例えば感圧センサー、バイタルセンサー等のセンサー中の、導電性部材/回路について、本実施形態の導電性基材の製造方法で得られた導電性基材を適用することができる。
・太陽電池:例えば太陽電池の集電配線について、本実施形態の導電性基材の製造方法で得られた導電性基材を適用することができる。
・メンブレンスイッチ:メンブレンスイッチとは、薄いシート状のスイッチでフィルムに回路と接点を印刷して貼り重ねたものである。これの回路や接点を形成するために、本実施形態の導電性基材の製造方法を適用することができる。
・タッチセンサー・タッチパネル:例えばタッチセンサー・タッチパネルにおける引き出し配線を形成するために、本実施形態の導電性基材の製造方法を適用することができる。また、タッチセンサー・タッチパネルにおける透明電極を形成するために、本実施形態の導電性基材の製造方法を適用することも考えられる。
・フレキシブル基材:従来は、まず可撓性フィルムの全面に金属膜をコーティングし、その後、薬剤を使って金属膜の不要な部分を取り除くことで回路を形成している。このような従来の方法の代わりに、本実施形態の導電性基材の製造方法で回路を形成することが考えられる。
 特に、従来は導電ペーストを用いて回路を形成していた電子デバイスにおいて、回路形成を本実施形態の導電性基材の製造方法を利用することで、回路の導電性が向上し、電子デバイスの性能向上を期待することができる。
 とりわけ好ましい電子デバイスとしては、RFタグを挙げることができる。すなわち、RFタグにおけるアンテナ部等の導電回路を製造するために、本実施形態の導電性基材の製造方法は好ましく用いられる。
 RFタグの具体的構造については、例えば特開2003-332714号公報、特開2020-46834号公報などを参考にすることができる。
 電子デバイスとは別の応用として、本実施形態の導電性基材の製造方法により、電磁波シールドフィルムを製造することが考えられる。具体的には、塗布工程において、導電性組成物を塗布する際のパターンを、電磁波シールドフィルム特有のパターン(メッシュパターンなど)とすることで、電磁波シールドフィルムを製造することができる。
 さらに別の応用として、本実施形態の導電性基材の製造方法により、面状発熱体を製造することが考えられる。面状発熱体とは、基材上に電気配線が設けられ、その配線に電流を流すことで発熱するもののことをいう。面状発熱体の具体例としては、例えば乗用車のリアガラスなど、防曇や防寒のための面状発熱体を挙げることができる。
 以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
 本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。念のため述べておくと、本発明は実施例のみに限定されない。
<導電性組成物の調製>
 銅粒子(福田金属箔粉工業製、品番:EFC-09LML、メジアン径D50:1.37μm)70質量部と、ポリビニルブチラール系樹脂(積水化学工業社製「S-LEC  BH-A」)10質量部と、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート20質量部とを、遊星式攪拌機を用いて攪拌した。これにより均一なペースト状の導電性組成物Aを得た。
 また、銀粒子(福田金属箔粉工業製、品番:Ag-HWQ、グレード:1.5μm,メジアン径D50=1.70μm)70質量部と、ポリビニルブチラール系樹脂(積水化学工業社製「S-LEC BH-A」)10質量部と、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート20質量部とを、遊星式攪拌機を用いて攪拌した。これにより均一なペースト状の導電性組成物Bを得た。
<導電性基材の製造>
(塗膜形成工程)
 それぞれの導電性組成物を用いて、厚さ75μmのPETフィルム上に、15mm×5mmの大きさの塗膜(ベタ膜)を形成した。具体的には、PETフィルム上にセロテープ(登録商標)を貼って15mm×5mmの大きさの「くりぬき部」を設け、そのくりぬき部の上から導電性組成物を塗布した。その後、スキージーを用いて、塗膜の厚みをセロテープの厚みとほぼ同じとした。さらにその後、セロテープを剥がした。このときの塗膜の厚みは20μm程度であった。
 塗膜を形成したフィルムを、熱風循環式大気オーブンに入れ、100℃で15分間加熱した。これにより溶剤を乾燥させた。
(押圧工程)
 塗膜形成工程で溶剤を乾燥させた後のフィルムを、荷重調節式のロールプレス機(テスター産業製、ロールプレス機(SA-602)で加圧・加熱処理した。ロール温度は100℃、圧力は10MPa、搬送速度は0.1m/分に調整した。押圧工程後の塗膜の厚みは、12μmだった。
(超音波印加工程)
 基材の表面と平行な方向に振動する超音波を印加する実施例においては、以下のような装置および手順で超音波を印加した。
・装置
 超音波発振器としては、日本アビオニクス社製SW-D900S-20(周波数20kHz)または日本アビオニクス社製SW-D900S-39(周波数39kHz)を用いた。
 ホーンとしては、SUS(ステンレス)材質の、厚さ12mm、直径150mmの円板が、円板の中心に取り付けられた直径20mmの軸で振動子に接続されているものを用いた。
・超音波印加の具体的手順
 概略としては図2に示すような装置を構成して、塗膜に超音波を印加した。
 具体的には、ホーンの円板平面が地面に対して実質的に垂直にセットされ、円板外周の厚さ(幅)12mmの面が、フィルム上の塗膜に接し、フィルムの搬送にあわせてホーンが回転する装置を用いた。
 ホーンからは、超音波振動子に接続されている軸方向に振動する超音波が発振された。すなわち、超音波の振動方向は、フィルム(基材)の表面と平行な方向であって、かつ、搬送方向に対して垂直な方向であった。周波数については後掲の表に記載のとおりとした。
 フィルムの搬送速度は約5m/min、ホーンの回転速度は約42rpmとした。搬送速度を2.5m/minに下げた試験も行った。
 実施例とは別に、基材の表面と垂直な方向に振動する超音波を印加する比較例においては、以下のような装置および手順で超音波を印加した。
・装置
 超音波発振器としては、精電舎電子工業製JII440(周波数39.5kHz)を用いた。ホーンとしては、SUS(ステンレス)材質の高さ20mm、底面5mm×20mmのホーンを垂直方向に振動させる縦振動ユニットを用いた。
・超音波印加の具体的手順
 ホーンの底面がフィルムの塗膜に接するようにして、1秒間、超音波を印加した。
<評価>
(基材の損傷)
 基材が超音波で損傷を受けると、導電性層に接する基材表面が物理的に変化して、導電性層の基材への密着性が悪化する。よって、ここでは、導電性層の密着性を評価することで、基材の損傷の程度を評価した。
 具体的には、超音波印加により形成された導電性層にセロテープ(登録商標)を貼り付けて、ゆっくりと引きはがした。そして、セロテープへの導電層の付着の程度を以下基準で評価した。
 全く剥がれなかった場合:とても良い
 部分的に剥がれたが、一部は残った場合:良い
 すべて剥がれた場合:悪い
 また、基材表面における塗膜が形成されていない部分については、超音波による損傷で基材(PETフィルム)の透明性が悪くなる場合がある。よって、基材(PETフィルム)表面において、塗膜は形成されていないが超音波は印加された部分を目視で観察し、以下の基準で評価した。
 基材がほぼ透明であった場合:とても良い
 やや白色になったが、透明性が維持されていた場合:良い
 全く透明性が失われた場合:悪い
(導電性)
 得られた導電性層について、4端子抵抗測定器で抵抗値を測定し、また、膜厚計で膜厚を測定した。測定された抵抗値および膜厚から、比抵抗を算出した。
 評価結果を含む各種情報をまとめて下表に示す。表中、指数表記を記号「E」で表している。例えば2.0E-03とは2.0×10-3を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例の結果が示すとおり、基材とホーンとを相対運動させながら、基材の表面と平行な方向に振動する超音波を塗膜に印加することで、基材の損傷を抑えることができた。具体的には、基材の損傷を抑えることにより、導電性層の基材に対する密着性を良好とすることができ、また、基材の透明性を維持することができた。これに対し、基材の表面と垂直な方向に振動する超音波を塗膜に印加した比較例では、基材の損傷を抑えることができなかった。
 また、導電性組成物Aを用いた実施例と比較例の対比、および、導電性組成物Bを用いた実施例と比較例の対比から、実施例においては、基材の損傷を抑えつつ、比較例よりも高導電性の(比抵抗が小さい)導電性層を備える導電性基材を製造することができたことが理解される。
 この出願は、2022年9月16日に出願された日本出願特願2022-148044号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1  基材
3  塗膜
10 ホーン
20 超音波振動子

Claims (17)

  1.  基材の表面に、導電性粒子を含む導電性組成物を用いて塗膜を形成する塗膜形成工程と、
     前記塗膜に超音波を印加して導電性層とする超音波印加工程と、
    を含む、導電性基材の製造方法であって、
     前記超音波は、前記基材の前記表面と平行な方向に振動する超音波であり、
     前記超音波印加工程では、超音波振動するホーンが前記塗膜に接触した状態で、前記基材と前記ホーンとを相対運動させながら、前記塗膜に超音波を印加する、導電性基材の製造方法。
  2.  請求項1に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記基材は、樹脂および紙からなる群より選ばれる少なくともいずれかで構成されている、導電性基材の製造方法。
  3.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記基材は、フィルム状またはシート状である、導電性基材の製造方法。
  4.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記基材は、可撓性を有する、導電性基材の製造方法。
  5.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記超音波印加工程は、前記基材を搬送しながら行う、導電性基材の製造方法。
  6.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記ホーンは円形で、円の中心を軸として回転可能であり、前記軸は超音波振動子と連結しており、
     前記超音波印加工程では、前記ホーンの円周部が前記塗膜に接触した状態で、前記基材の搬送速度にあわせて前記ホーンが回転する、導電性基材の製造方法。
  7.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記塗膜形成工程は、前記導電性組成物を前記基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上に塗布された前記導電性組成物を硬化させる硬化工程と、を含む、導電性基材の製造方法。
  8.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記塗膜形成工程と前記超音波印加工程との間に、前記塗膜を押圧する押圧工程を含む、導電性基材の製造方法。
  9.  請求項8に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記押圧工程においては、前記塗膜を2~150MPaの圧力で押圧する、導電性基材の製造方法。
  10.  請求項8に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記押圧工程においては、前記塗膜を加熱しながら押圧する、導電性基材の製造方法。
  11.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記導電性粒子が、銅および銀からなる群より選ばれる少なくともいずれかの元素を含有する、導電性基材の製造方法。
  12.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記基材が、ポリエステル系樹脂フィルム、または、ポリオレフィン系樹脂フィルムである、導電性基材の製造方法。
  13.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法であって、
     前記導電性層は、パターン構造を有する、導電性基材の製造方法。
  14.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて電子デバイスを製造する、電子デバイスの製造方法。
  15.  請求項14に記載の電子デバイスの製造方法であって、
     前記電子デバイスが、RFタグである、電子デバイスの製造方法。
  16.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて電磁波シールドフィルムを製造する、電磁波シールドフィルムの製造方法。
  17.  請求項1または2に記載の導電性基材の製造方法により得られた導電性基材を用いて面状発熱体を製造する、面状発熱体の製造方法。
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