導電性パターン及びその作製方法
【課題】基材と導電性パターンを形成する導電性インクとの接着性の良好な導電性パターンを形成することができるインク受容基材、およびこのようなインク受容基材を用いた導電性パターンの作製方法を提供する。
【解決手段】導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法及び導電性パターン。
【解決手段】導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法及び導電性パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性パターン及びその作製方法に関し、さらに詳しくは、配線基板、電子回路等の導電性パターン及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な導電性パターンを有する電子回路等を作製するには、導電層が形成されたシート基材にレジスト剤を用いてレジスト層を積層し、所望なパターンを有するフォトマスクを用いて光照射し、不要なレジスト層を除去する、フォトリソグラフによる方法が行 われていた。
しかし、当該方法では多数の工程が必要であるため煩雑となりコスト的に問題があり、また除去するレジスト層が環境に負荷を与えるという問題があった。
【０００３】
これらの課題を解決すべく、インクジェット装置などの印字装置を用いて、導電性インクを直接射出して導電性パターンを形成する製法が開示されて（例えば、特許文献１〜３参照）いる。
【０００４】
このような導電性インクは、一般的には金属ナノコロイドを含有し、これを基材シートに所望なパターンで射出した後、加熱乾燥・溶融させて金属微粒子を接触させることで導電性を付与する。
【０００５】
しかし、このような金属微粒子は基材シート、特に平滑な表面を有する樹脂シート等との接着性が悪く、簡単に基材シートより剥離してしまうという課題を有する。
【０００６】
このような課題を対策すべく、例えば、１５０〜３００℃のオーブン中で、形成した導電パターンを１５〜３０分間処理し、導電性パターンを形成する金属微粒子を焼成処理し導電性皮膜を形成することにより、基材との接着性を向上させる方法が開示されて（例えば、特許文献４参照）いる。
【０００７】
しかしながら、このような高温環境下で長時間にわたり処理を行った場合には、基材として樹脂シートを用いた場合には、樹脂材料の種類によっては基材にカールを生じたり、熱変形を受け、基材平面性を著しく損なう結果となるため、適用することができる基材の種類に制約を受けることとなる。
【０００８】
また、このような導電性パターンにおいては、より優れた導電性を付与する観点から、導電性パターン表面にメッキ処理を施す工程が用いられる。このようなメッキ処理においては、導電性インク中にメッキ形成を促進するメッキ触媒成分や金属微粒子を添加することが好ましい方法であるが、このメッキ触媒成分は上記のような高温環境下で長時間にわたり焼成処理を行うと、触媒としての活性が簡単に失活してしまい、所望のメッキ形成ができなくなるという課題を抱えている。
【特許文献１】特開２００４−２４７６６７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５３２１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５３２２号公報
【特許文献４】特開２００２−１３４８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した課題を解決するためには、導電性インク、基材両者との密着性の高い中間層を設けるという手段が考えられる。特にアクリル系、ウレタン系等各種ラテックスを中間層に設けた場合に、加熱を行わずに導電性インクと基材との接着性を確保できることを我々は見出した。
【００１０】
しかしながらこのラテックスを使用する場合にも、さらに課題があることがわかってきた。
【００１１】
本発明の目的は、上記のような高温環境下で長時間にわたって処理することなく、基材と導電性パターンを形成する導電性インクとの接着性が良好な導電性パターンを形成することのできるインク受容基材、およびこのようなインク受容基材を用いた導電性パターンの作製方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、導電性インクとしてめっき触媒として作用する金属微粒子を用いた場合に、導電性パターンの表面にめっき処理を施すことが可能であり、より優れた導電性を付与することができる導電性パターンの作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
【００１３】
１．導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法。
【００１４】
２．前記導電性インクが、少なくともメッキ触媒として働く金属微粒子を含有することを特徴とする前記１記載の導電性パターンの作製方法。
【００１５】
３．前記導電性インクを描画する手段が、インクジェット装置による射出描画であることを特徴とする前記１又は２記載の導電性パターンの作製方法。
【００１６】
４．前記インクジェット装置のインクを射出する手段が、圧力印加と電界印加の両方の効果によりインクを射出する手段であることを特徴とする前記３記載の導電性パターンの作製方法。
【００１７】
５．前記１〜４のいずれか１項記載の導電性パターンの作製方法により作製されたことを特徴とする導電性パターン。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、高温環境下で長時間にわたって処理することなく、基材と導電性パターンを形成する導電性インクとの接着性が良好な導電性パターンを形成することのできるインク受容基材、およびこのようなインク受容基材を用いた導電性パターンの作製方法を提供することができた。また、導電性インクとしてめっき触媒として作用する金属微粒子を用いた場合に、導電性パターンの表面にめっき処理を施すことが可能であり、より優れた導電性を付与することができる導電性パターンの作製方法を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のインク受容基材およびそれを用いた導電性パターンの作製方法について詳細に説明する。
【００２０】
〈導電性インク〉
本発明に係る導電性インクは、導電性付与材料として金属微粒子を含有する。
【００２１】
本発明に用いられる金属微粒子としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられるが、その中でも特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕのような金属微粒子を用いると、電気抵抗が低く、かつ腐食に強い回路パターンを形成することができるので好ましい。これらの金属微粒子は、平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属ナノコロイドであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る導電性インクには、金属微粒子の保護コロイドとして重合体または界面活性剤を用いることができ、特に、ポリエステル、ポリアクリルニトリル、ポリウレタンとアルカノールアミンとのブロック共重合体が好ましい。
【００２３】
本発明に係る導電性インクは、水系導電性インクと油系導電性インクとが挙げられる。金属微粒子を、水を主体とする分散媒に分散して構成される水系導電性インクは、例えば、以下に示す方法に従って調製することができる。
【００２４】
塩化金酸や硝酸銀のような金属イオンソース水溶液中に水溶性の重合体を溶解させ、撹拌しながら、ジメチルアミノエタノールのようなアルカノールアミンを添加する。数１０秒〜数分で金属イオンが還元され、平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属微粒子が析出する。その後、塩素イオンや硝酸イオンを限外濾過などの濾過方法で除去した後、濃縮・乾燥することにより、高濃度に金属微粒子を含有した水系導電性インクが得られる。この水系導電性インクは、水やアルコール系溶媒、テトラエトキシシランやトリエトキシシランのようなゾルゲルプロセス用バインダーに安定に溶解、混合することが可能である。
【００２５】
また、金属微粒子を油性分散媒に分散した油系導電性インクは、例えば、以下に示す方法に従って調製することができる。
【００２６】
油溶性ポリマーをアセトンのような水混和性有機溶媒に溶解させ、このポリマー溶液を金属イオンソース水溶液と混合する。混合物は不均一系であるが、これを撹拌しながらアルカノールアミンを添加すると、金属微粒子が重合体中に分散した形で油相側に析出してくる。これを洗浄、濃縮、乾燥させることにより、水系導電性インクと同様の濃厚な金属微粒子を含有する油系導電性インクが得られる。この油系導電性インクは、芳香族系、ケトン系、エステル系などの溶媒やポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等に安定に溶解、混合することが可能である。
【００２７】
導電性インクの分散媒中における金属微粒子の濃度は、最大８０質量％程度にすることが可能であるが、用途に応じて適宜稀釈して使用することができる。通常は、導電性インクにおける金属微粒子の含有量は２〜５０質量％、界面活性剤および樹脂成分の含有量は０．３〜３０質量％、粘度は３〜３０ｍＰａ・ｓとすることが好ましい。
【００２８】
〈インク受容基材〉
本発明に係るインク受容基材は、支持シートの導電性インクを受容する面にラテックス層が塗設されている。好ましい支持シートとしては、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等の樹脂フィルム、ガラス−エポキシ基板、シリコン基板、セラミックス基板、ガラス基板等が挙げられるが、取り扱い性の観点からシート状の樹脂フィルムを用いることが好ましい。また、最終的な高い透過性、具体的には、可視部における平均透過率が８０％以上である導電性パターンを形成する観点からは、樹脂フィルムあるいはガラス基板が好ましい。
【００２９】
本発明で用いられる樹脂フィルムの材質としては、特に限定はないが、例えば、ポリエステル系フィルム（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート系フィルム、ポリアリレート系フィルム、ポリスルホン（ポリエーテルスルホンも含む）系フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム，ポリカーボネートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム（アートン（ＪＳＲ社製）、ゼオネックス、ゼオネア（以上、日本ゼオン社製））、ポリエーテルスルフォンフィルム、ポリスルホン系フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、ポリアクリレート系フィルム、ポリアリレート系フィルム等を挙げることができる。これらの素材を主成分とする異なる材質のフィルムを積層したフィルムであってもよい。
【００３０】
また、本発明においては、支持シートとその上に設けるラテックス層との密着性を高める観点から、支持シートの表面にプラズマ処理、コロナ放電処理、火炎処理、オゾン処理、プライマー処理、紫外線処理、放射線処理、粗面化処理、化学薬品処理を施すことが好ましい。
【００３１】
本発明に係るラテックス層は、界面活性剤等により表面に保護層が形成されたラテックス粒子が水中に分散されたものを、支持シートに塗布し、乾燥することによりラテックス粒子同士が融着し透明な連続膜が形成されて得られる。
【００３２】
本発明に係るラテックスは、本発明の効果を発現するものであれば特に制約は無く、具体例としてはアクリロニトリル、スチレン、アクリレート類（アクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−エチルへキシルアクリレート、グリシジルアクリレート、メタクリル酸、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート）、酢酸ビニル、ブタジエン、塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、シリコーン、ウレタン、オレフィン（エチレン、プロピレン）、またこれらのモノマーを２つ以上組み合わせた共重合体が好ましい。
【００３３】
支持シートに本発明に係るラテックス層を設ける手法としては、ディップ法、スピンコート法、ワイヤバー塗布法などよく知られた方法を採用できる。ワイヤバー塗布法ではラテックス液の固形分濃度を３０質量％とした場合、Ｎｏ．６バーで約０．５μｍ、Ｎｏ．８バーで約０．７μｍ、Ｎｏ．１０バーで約１．０μｍの膜厚のラテックス層を得ることができる。
【００３４】
本発明においては、支持シートと導電性インクとの密着性の観点および膜強度の観点から、ラテックス層の膜厚は０．３μｍ〜１．０μｍであることが好ましい。
【００３５】
得られたラテックス層の塗布膜は、分散媒が水の場合には、水が乾燥する温度、例えば６０〜１００℃程度で数分間乾燥させることで均一膜とすることができる。
【００３６】
本発明の導電性インクは、本発明に係るラテックスを少し溶解する。その結果、導電性インクがラテックス層の厚さ方向に対して５〜６０％混入する。混入する程度は１０〜５０％が好ましい。混入が６０％を越すと密着性が劣り、５％未満では、めっき膜厚が充分得られない。
【００３７】
〈導電性パターンの形成方法〉
本発明において、本発明に係る導電性パターンの形成方法としては、特に制限はなく、公知のパターン形成方法を適用することができ、例えば、インクジェット方式、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等を挙げることができるが、インクジェット記録装置を用いたインクジェット方式を適用することが好ましく、更には、電気回路等に使用される線幅が２０μｍ以下の細線を高精度に形成できる観点から、インクジェット記録装置による導電性インクの吐出方法が、圧力印加手段と電界印加手段とを用いた方法であることが好ましい。
【００３８】
以下、圧力印加手段と電界印加手段とを用いたインクジェット記録方法について説明する。
【００３９】
一般に、電子回路等で要求されている微細な線幅のパターンを高精細に描画するには、インクジェット記録装置から射出するインク液滴をより微細化する必要がある。
【００４０】
しかしながら、電気−機械変換方式（例えば、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等）や電気−熱変換方式（例えば、サーマルインクジェット型、バブルジェット（登録商標）型等）のみの出力手段を用いて、極微小インク液滴を吐出した場合、ノズルから吐出したインク液滴に付与される運動エネルギーは、インク液滴の半径の３乗に比例して小さくなるため、微小液滴は空気抵抗に耐えるほどの十分な運動エネルギーを確保できず、空気対流などによる擾乱を受け、正確な着弾が困難となる。さらに、インク液滴が微細になるほど、表面張力の効果が増すために、液滴の蒸気圧が高くなり蒸発量が激しくなる。このため微細液滴は、飛翔中の著しい質量の消失を招き、着弾時に液滴の形態を保つことすら難しいという問題があった。このように着弾位置の高精度化は、インク液滴の微細化と相反する課題であり、これら２つを同時に実現することに対し、障害を抱えていた。
【００４１】
本発明においては、上記課題を解決する方法として、圧力印加手段と電界印加手段とを用いた射出方法を適用することが好ましい。
【００４２】
この射出方法は、０．１〜１００μｍの内径の吐出口を有するノズルを用い、導電性インクに任意波形の電圧を印加して、この導電性インクを帯電させることにより、そのインク液滴を吐出口から、導電性インクを受容する面にラテックス層が塗設されているインク受容基材に吐出する方法である。
【００４３】
すなわち、この射出方法は、ノズルの吐出口の内径が０．１〜１００μｍであり、電界強度分布が狭くなっているため、ノズル内に供給された導電性インクに任意波形の電圧を印加することにより電界を集中させることができる。その結果、形成されるインク液滴を微小で、かつ形状の安定化したものとすることができる。従って、従来よりも微細な、例えば１ｐｌ（ピコリットル）未満の複数のインク液滴からなるインク液滴パターンをラテックス層表面に形成することができる。また、電界強度分布が狭くなっているため、ノズル内の導電性インクに印加する総印加電圧を低減することができる。また、インク液滴は、ノズルから吐出された直後、電界と電荷の間に働く静電力により加速されるが、ノズルから離れると電界は急激に低下するので、その後は、空気抵抗により減速する。しかしながら、微小液滴でかつ電界が集中したインク液滴は、ラテックス層に近づくにつれ、静電力により加速される。この空気抵抗による減速と静電力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることが可能となる。
【００４４】
図１は、本発明に好ましく適用できる圧力印加手段と電界印加手段とを用い導電性インク吐出装置の一例を示した概略断面図である。
【００４５】
図１において、導電性インク吐出装置２０は、帯電可能な導電性インクの液滴を先端部からラテックス層を有するインク受容基材Ｋに向かって吐出する超微細径のノズル２１と、ノズル２１の先端部に対向する面側に配置され、その対向面でラテックス層を有するインク受容基材Ｋを支持する対向電極２３と、ノズル内流路２２に導電性インクを供給する導電性インク供給手段と、ノズル２１内の導電性インクに任意波形の吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段（電圧印加手段）２５とを備えている。上記ノズル２１と導電性インク供給手段の一部の構成と吐出電圧印加手段２５の一部の構成とは、ノズルプレート２６と一体的に形成されている。
【００４６】
ノズル２１は、ノズルプレート２６の下面層２６ｃから垂設され、この下面層２６ｃと一体的に形成されている。ノズル２１の先端部は、対向電極２３に指向している。ノズル２１の内部には、その先端部からその中心線に沿って貫通するノズル内流路２２が形成されている。
【００４７】
ノズル２１は、例えば、ガラスなどの電気絶縁体により、超微細径で形成されている。ノズル２１の各部の寸法の具体例を挙げると、ノズル内流路２２の内部直径は１μｍ、ノズル２１の先端部における外部直径は２μｍ、ノズル２１の根元、すなわち、上端部の直径は５μｍ、ノズル２１の高さは１００μｍに設定されている。また、ノズル２１の形状は限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。このようなノズル２１はその全体がノズルプレート２６の下面層２６ｃと共に絶縁性の樹脂材により形成されている。
【００４８】
ノズル２１の各寸法は上記一例に限定されるものではない。特に吐出口の内径については、電界集中の効果により液滴の吐出を可能とする吐出電圧が１０００Ｖ未満を実現する範囲であって、例えば、１００μｍ以下であり、より望ましくは、２０μｍ以下であって、現行のノズル形成技術により溶液を通す貫通穴を形成することが実現可能な範囲である内径、例えば０．１μｍをその下限値とする。
【００４９】
導電性インク供給手段は、ノズルプレート２６の内部であってノズル２１の根元となる位置に設けられると共にノズル内流路２２に連通する溶液室２４と、図示しない外部の導電性インクタンクからインク室２４に導電性インクを導く供給路２７と、インク室２４への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプとを備えている。
【００５０】
上記供給ポンプは、ノズル２１の先端部まで導電性インクを供給し、当該先端部からこぼれ出さない範囲の供給圧力を維持して導電性インクの供給を行う。
【００５１】
吐出電圧印加手段２５は、ノズル２１内の導電性インクに吐出電圧を印加してこの導電性インクを帯電させることにより、この導電性インクの液滴をノズル２１の吐出口からインク受容基材Ｋに向かって吐出させるものである。この吐出電圧印加手段２５は、ノズルプレート２６の内部であってインク室２４とノズル内流路２２との境界位置に設けられた吐出電圧印加用の吐出電極２８と、この吐出電極２８に常時，直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源３０と、吐出電極２８にバイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とするパルス電圧を印加する吐出電圧電源２９とを備えている。
【００５２】
吐出電極２８は、インク室２４内部において導電性インクに直接接触し、導電性インクを帯電させると共に吐出電圧を印加する。
【００５３】
バイアス電源３０によるバイアス電圧は、導電性インクの吐出が行われない範囲で常時電圧印加を行うことにより、吐出時に印加すべき電圧の幅を予め低減し、これによる吐出時の反応性の向上を図っている。
【００５４】
一例を挙げると、バイアス電圧はＤＣ３００Ｖで印加され、パルス電圧は１００Ｖで印される。従って、吐出の際の重畳電圧は４００Ｖとなる。
【００５５】
ノズルプレート２６は、最も上層に位置する上面層２６ａと、その下に位置する導電性インクの供給路を形成する流路層２６ｂと、この流路層２６ｂのさらに下に形成される下面層２６ｃとを備え、流路層２６ｂと下面層２６ｃとの間には、吐出電極２８が介挿されている。
【００５６】
対向電極２３は、ノズル２１に垂直な対向面を備えており、かかる対向面に沿うようにインク受容基材Ｋの支持を行う。ノズル２１の先端部から対向電極２３の対向面までの距離は、例えば１００μｍ等、一定に保持されている。
【００５７】
また、対向電極２３は接地されているため、常時、接地電位を維持している。従って、パルス電圧の印加時にはノズル２１の先端部と対向面との間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極２３側に誘導する。
【００５８】
なお、導電性インク吐出装置２０は、ノズル２１の超微細化による当該ノズル２１の先端部での電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極２３による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル２１と対向電極２３との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。この場合、ノズル２１から吐出され空気抵抗により減速する液滴を、静電力により加速することができる。従って、これら空気抵抗による減速と静電力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることができる。帯電した液滴の電荷を、対向電極２３の接地により逃がすことも可能である。
【００５９】
以上のような導電性インク吐出装置２０は、図示しない駆動機構により、ラテックス層を有するインク受容基材Ｋの搬送方向に対して直交する方向に走査自在とされた走査型の導電性インク吐出装置としてもよい。この場合において、導電性インク吐出装置２０に複数のノズル２１を配列するようにしてもよい。また、導電性インク吐出装置２０は、ラテックス層を有するインク受容基材Ｋの搬送方向に対して直交する方向に多数のノズル２１を配列してなるライン型の導電性インク吐出装置としてもよい。
【００６０】
本発明において、インク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であるように吐出量を制御する。より好ましくは、Ｘ／５００以上Ｘ／５０以下である。
【００６１】
〈メッキ処理〉
本発明の導電性インク、特にメッキ触媒として作用する金属微粒子を含有する導電性インクにより形成した導電性パターンは、この導電性パターンが含有している金属微粒子をメッキ触媒として作用させてメッキ処理を施すことにより優れた導電性が得られる観点から好ましい。
【００６２】
以下、本発明に適用可能なメッキ処理方法について説明する。
【００６３】
本発明においては、従来公知のメッキ法を適用できるが、その中でも、低抵抗の導電性パターンを、煩雑な工程なしに簡便、低コストでメッキ処理することができる観点から、無電解メッキ法を適用することが好ましい。
【００６４】
無電解メッキ法によるメッキ処理は、メッキ触媒として作用する金属微粒子を含有する導電性パターンに、メッキ剤を接触させる方法である。メッキ触媒である金属微粒子とメッキ剤とが接触し、導電性パターン部に無電解メッキが施されて、より優れた導電性を得ることができる。
【００６５】
本発明に係るメッキ処理で使用できるメッキ剤としては、例えば、メッキ材料として析出させる金属イオンが均一溶解された溶液が用いられ、金属塩とともに還元剤が含有される。ここで、通常は溶液が用いられるが、無電解メッキを生じさせるものであればこれに限らず、ガス状や粉体のメッキ剤を適用することも可能である。
【００６６】
具体的に、この金属塩としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅから選択される少なくとも１種の金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩などが適用可能である。還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン塩、ボロハライド塩、次亜燐酸塩、次亜硫酸塩、アルコール、アルデヒド、カルボン酸、カルボン酸塩などが適用可能である。これらの還元剤に含有されるボロン、燐、窒素などの元素が、析出する電極に含有されていてもよい。或いはこれらの金属塩の混合物を用いて合金が形成されていてもよい。
【００６７】
メッキ剤は、上記金属塩と還元剤とが混合されたものを適用するようにしてもよいし、或いは金属塩と還元剤とを別個に適用するようにしてもよい。ここで、導電性パターンをより鮮明に形成するためには、金属塩と還元剤とが混合されたものを適用することが好ましい。また、金属塩と還元剤とを別個に適用する場合には、導電性パターン部にまず金属塩を配した後、還元剤を配することで、より安定した電極パターンを形成することができる。
【００６８】
メッキ剤には、必要があれば、ｐＨ調整のための緩衝剤、界面活性剤などの添加物を含有させることができる。また、溶液に用いる溶媒としては、水以外にアルコール、ケトン、エステルなどの有機溶剤を添加するようにしてもよい。
【００６９】
メッキ剤の組成は、析出させる金属の金属塩、還元剤、および必要に応じて添加物、有機溶媒を添加した組成で構成されるが、析出速度に応じて濃度や組成を調整することができる。また、メッキ剤の温度を調節して析出速度を調整することもできる。この温度調整の方法としては、メッキ剤の温度を調整する方法、また例えばメッキ剤中に浸漬する場合、浸漬前に基板を加熱、冷却して温度調節する方法などが挙げられる。さらに、メッキ剤に浸漬する時間で析出する金属薄膜の膜厚を調整することもできる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７１】
〔導電性インク〕
金属微粒子：平均粒径が２０ｎｍのＡｇコロイド微粒子（保護コロイド成分を１．５質量％含む） ５質量％
金属微粒子：平均粒径が５０ｎｍのＰｄコロイド微粒子（保護コロイド成分を３質量％含む） １５質量％
プロピレングリコールモノメチルアセテート ８０質量％
微量の界面活性剤を添加して表面張力を調整した。
【００７２】
〔インク受容基材の作製〕
実施例１
厚さ１００μｍのポリイミドシートに対して、１２Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2のコロナ放電処理を２秒間施し、ラテックス塗布液スーパーフレックス１５０（第一工業製薬社製、Ｔｇ＝４０℃）をＮｏ．１０ワイヤーバーにより塗布した。その後１００℃のオーブンにて２分間乾燥させ、乾燥膜厚１．０ミクロンのインク受容基材シート１を作製した。
【００７３】
上記の導電性インク液を図１に記載の圧力印加手段と電界印加手段とを備えたインクジェット記録装置に装填し、導電性インクを１５０ｐｌ／ｍ2の液量で射出、縦横１０ｍｍの正方形パターンを描画する。その後、無電界Ｃｕメッキ浴にて６０分間パターン上にメッキを施し、導電性パターンを作製した。
【００７４】
実施例２
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．４ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を０．３ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート２を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７５】
実施例３
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．２６ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を３ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート３を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７６】
実施例４
実施例３と同様にしてインク受容基材シート４を作製した。上記の導電性インク液を図１に記載の圧力印加手段と電界印加手段とを備えたインクジェット記録装置に装填し、導電性インクを３００ｐｌ／ｍｍ2の液量で射出、縦横１０ｍｍの正方形パターンを描画する。その後、無電界Ｃｕメッキ浴にて６０分間パターン上にメッキを施し、導電性パターンを作製した。
【００７７】
比較例１
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．３ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を０．２ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート５を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７８】
比較例２
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．２８ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を３．５ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート６を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７９】
＜評価法＞
接着性
日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−６に示される、所謂テープ剥離試験をもって接着性の評価を行った。
【００８０】
この際、試験結果分類０のものを○、試験結果分類１のものを△、それより大きく剥離したものを×とした。
【００８１】
めっき形成（導電パターン形成）
形成されたＣｕめっきの膜厚を測定し、５μｍ以上のものを○、３〜５μｍのものを△、３μｍ以下のものを×とした。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１の結果から明らかなように、本発明に係る導電性パターンは、接着性が良好で、めっきの膜厚も充分あることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に好ましく適用できる圧力印加手段と電界印加手段とを用い導電性インク吐出装置の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
２０ 導電性インク吐出装置
２１ ノズル
２２ ノズル内流路
２３ 対向電極
２４ インク室
２５ 吐出電圧印加手段
２６ ノズルプレート
２７ 供給路
２８ 吐出電極
３０ バイアス電源
Ｋ インク受容基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性パターン及びその作製方法に関し、さらに詳しくは、配線基板、電子回路等の導電性パターン及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な導電性パターンを有する電子回路等を作製するには、導電層が形成されたシート基材にレジスト剤を用いてレジスト層を積層し、所望なパターンを有するフォトマスクを用いて光照射し、不要なレジスト層を除去する、フォトリソグラフによる方法が行 われていた。
しかし、当該方法では多数の工程が必要であるため煩雑となりコスト的に問題があり、また除去するレジスト層が環境に負荷を与えるという問題があった。
【０００３】
これらの課題を解決すべく、インクジェット装置などの印字装置を用いて、導電性インクを直接射出して導電性パターンを形成する製法が開示されて（例えば、特許文献１〜３参照）いる。
【０００４】
このような導電性インクは、一般的には金属ナノコロイドを含有し、これを基材シートに所望なパターンで射出した後、加熱乾燥・溶融させて金属微粒子を接触させることで導電性を付与する。
【０００５】
しかし、このような金属微粒子は基材シート、特に平滑な表面を有する樹脂シート等との接着性が悪く、簡単に基材シートより剥離してしまうという課題を有する。
【０００６】
このような課題を対策すべく、例えば、１５０〜３００℃のオーブン中で、形成した導電パターンを１５〜３０分間処理し、導電性パターンを形成する金属微粒子を焼成処理し導電性皮膜を形成することにより、基材との接着性を向上させる方法が開示されて（例えば、特許文献４参照）いる。
【０００７】
しかしながら、このような高温環境下で長時間にわたり処理を行った場合には、基材として樹脂シートを用いた場合には、樹脂材料の種類によっては基材にカールを生じたり、熱変形を受け、基材平面性を著しく損なう結果となるため、適用することができる基材の種類に制約を受けることとなる。
【０００８】
また、このような導電性パターンにおいては、より優れた導電性を付与する観点から、導電性パターン表面にメッキ処理を施す工程が用いられる。このようなメッキ処理においては、導電性インク中にメッキ形成を促進するメッキ触媒成分や金属微粒子を添加することが好ましい方法であるが、このメッキ触媒成分は上記のような高温環境下で長時間にわたり焼成処理を行うと、触媒としての活性が簡単に失活してしまい、所望のメッキ形成ができなくなるという課題を抱えている。
【特許文献１】特開２００４−２４７６６７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５３２１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５３２２号公報
【特許文献４】特開２００２−１３４８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した課題を解決するためには、導電性インク、基材両者との密着性の高い中間層を設けるという手段が考えられる。特にアクリル系、ウレタン系等各種ラテックスを中間層に設けた場合に、加熱を行わずに導電性インクと基材との接着性を確保できることを我々は見出した。
【００１０】
しかしながらこのラテックスを使用する場合にも、さらに課題があることがわかってきた。
【００１１】
本発明の目的は、上記のような高温環境下で長時間にわたって処理することなく、基材と導電性パターンを形成する導電性インクとの接着性が良好な導電性パターンを形成することのできるインク受容基材、およびこのようなインク受容基材を用いた導電性パターンの作製方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、導電性インクとしてめっき触媒として作用する金属微粒子を用いた場合に、導電性パターンの表面にめっき処理を施すことが可能であり、より優れた導電性を付与することができる導電性パターンの作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
【００１３】
１．導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法。
【００１４】
２．前記導電性インクが、少なくともメッキ触媒として働く金属微粒子を含有することを特徴とする前記１記載の導電性パターンの作製方法。
【００１５】
３．前記導電性インクを描画する手段が、インクジェット装置による射出描画であることを特徴とする前記１又は２記載の導電性パターンの作製方法。
【００１６】
４．前記インクジェット装置のインクを射出する手段が、圧力印加と電界印加の両方の効果によりインクを射出する手段であることを特徴とする前記３記載の導電性パターンの作製方法。
【００１７】
５．前記１〜４のいずれか１項記載の導電性パターンの作製方法により作製されたことを特徴とする導電性パターン。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、高温環境下で長時間にわたって処理することなく、基材と導電性パターンを形成する導電性インクとの接着性が良好な導電性パターンを形成することのできるインク受容基材、およびこのようなインク受容基材を用いた導電性パターンの作製方法を提供することができた。また、導電性インクとしてめっき触媒として作用する金属微粒子を用いた場合に、導電性パターンの表面にめっき処理を施すことが可能であり、より優れた導電性を付与することができる導電性パターンの作製方法を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のインク受容基材およびそれを用いた導電性パターンの作製方法について詳細に説明する。
【００２０】
〈導電性インク〉
本発明に係る導電性インクは、導電性付与材料として金属微粒子を含有する。
【００２１】
本発明に用いられる金属微粒子としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられるが、その中でも特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕのような金属微粒子を用いると、電気抵抗が低く、かつ腐食に強い回路パターンを形成することができるので好ましい。これらの金属微粒子は、平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属ナノコロイドであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る導電性インクには、金属微粒子の保護コロイドとして重合体または界面活性剤を用いることができ、特に、ポリエステル、ポリアクリルニトリル、ポリウレタンとアルカノールアミンとのブロック共重合体が好ましい。
【００２３】
本発明に係る導電性インクは、水系導電性インクと油系導電性インクとが挙げられる。金属微粒子を、水を主体とする分散媒に分散して構成される水系導電性インクは、例えば、以下に示す方法に従って調製することができる。
【００２４】
塩化金酸や硝酸銀のような金属イオンソース水溶液中に水溶性の重合体を溶解させ、撹拌しながら、ジメチルアミノエタノールのようなアルカノールアミンを添加する。数１０秒〜数分で金属イオンが還元され、平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属微粒子が析出する。その後、塩素イオンや硝酸イオンを限外濾過などの濾過方法で除去した後、濃縮・乾燥することにより、高濃度に金属微粒子を含有した水系導電性インクが得られる。この水系導電性インクは、水やアルコール系溶媒、テトラエトキシシランやトリエトキシシランのようなゾルゲルプロセス用バインダーに安定に溶解、混合することが可能である。
【００２５】
また、金属微粒子を油性分散媒に分散した油系導電性インクは、例えば、以下に示す方法に従って調製することができる。
【００２６】
油溶性ポリマーをアセトンのような水混和性有機溶媒に溶解させ、このポリマー溶液を金属イオンソース水溶液と混合する。混合物は不均一系であるが、これを撹拌しながらアルカノールアミンを添加すると、金属微粒子が重合体中に分散した形で油相側に析出してくる。これを洗浄、濃縮、乾燥させることにより、水系導電性インクと同様の濃厚な金属微粒子を含有する油系導電性インクが得られる。この油系導電性インクは、芳香族系、ケトン系、エステル系などの溶媒やポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等に安定に溶解、混合することが可能である。
【００２７】
導電性インクの分散媒中における金属微粒子の濃度は、最大８０質量％程度にすることが可能であるが、用途に応じて適宜稀釈して使用することができる。通常は、導電性インクにおける金属微粒子の含有量は２〜５０質量％、界面活性剤および樹脂成分の含有量は０．３〜３０質量％、粘度は３〜３０ｍＰａ・ｓとすることが好ましい。
【００２８】
〈インク受容基材〉
本発明に係るインク受容基材は、支持シートの導電性インクを受容する面にラテックス層が塗設されている。好ましい支持シートとしては、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等の樹脂フィルム、ガラス−エポキシ基板、シリコン基板、セラミックス基板、ガラス基板等が挙げられるが、取り扱い性の観点からシート状の樹脂フィルムを用いることが好ましい。また、最終的な高い透過性、具体的には、可視部における平均透過率が８０％以上である導電性パターンを形成する観点からは、樹脂フィルムあるいはガラス基板が好ましい。
【００２９】
本発明で用いられる樹脂フィルムの材質としては、特に限定はないが、例えば、ポリエステル系フィルム（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート系フィルム、ポリアリレート系フィルム、ポリスルホン（ポリエーテルスルホンも含む）系フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム，ポリカーボネートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルム（アートン（ＪＳＲ社製）、ゼオネックス、ゼオネア（以上、日本ゼオン社製））、ポリエーテルスルフォンフィルム、ポリスルホン系フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、ポリアクリレート系フィルム、ポリアリレート系フィルム等を挙げることができる。これらの素材を主成分とする異なる材質のフィルムを積層したフィルムであってもよい。
【００３０】
また、本発明においては、支持シートとその上に設けるラテックス層との密着性を高める観点から、支持シートの表面にプラズマ処理、コロナ放電処理、火炎処理、オゾン処理、プライマー処理、紫外線処理、放射線処理、粗面化処理、化学薬品処理を施すことが好ましい。
【００３１】
本発明に係るラテックス層は、界面活性剤等により表面に保護層が形成されたラテックス粒子が水中に分散されたものを、支持シートに塗布し、乾燥することによりラテックス粒子同士が融着し透明な連続膜が形成されて得られる。
【００３２】
本発明に係るラテックスは、本発明の効果を発現するものであれば特に制約は無く、具体例としてはアクリロニトリル、スチレン、アクリレート類（アクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−エチルへキシルアクリレート、グリシジルアクリレート、メタクリル酸、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート）、酢酸ビニル、ブタジエン、塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、シリコーン、ウレタン、オレフィン（エチレン、プロピレン）、またこれらのモノマーを２つ以上組み合わせた共重合体が好ましい。
【００３３】
支持シートに本発明に係るラテックス層を設ける手法としては、ディップ法、スピンコート法、ワイヤバー塗布法などよく知られた方法を採用できる。ワイヤバー塗布法ではラテックス液の固形分濃度を３０質量％とした場合、Ｎｏ．６バーで約０．５μｍ、Ｎｏ．８バーで約０．７μｍ、Ｎｏ．１０バーで約１．０μｍの膜厚のラテックス層を得ることができる。
【００３４】
本発明においては、支持シートと導電性インクとの密着性の観点および膜強度の観点から、ラテックス層の膜厚は０．３μｍ〜１．０μｍであることが好ましい。
【００３５】
得られたラテックス層の塗布膜は、分散媒が水の場合には、水が乾燥する温度、例えば６０〜１００℃程度で数分間乾燥させることで均一膜とすることができる。
【００３６】
本発明の導電性インクは、本発明に係るラテックスを少し溶解する。その結果、導電性インクがラテックス層の厚さ方向に対して５〜６０％混入する。混入する程度は１０〜５０％が好ましい。混入が６０％を越すと密着性が劣り、５％未満では、めっき膜厚が充分得られない。
【００３７】
〈導電性パターンの形成方法〉
本発明において、本発明に係る導電性パターンの形成方法としては、特に制限はなく、公知のパターン形成方法を適用することができ、例えば、インクジェット方式、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等を挙げることができるが、インクジェット記録装置を用いたインクジェット方式を適用することが好ましく、更には、電気回路等に使用される線幅が２０μｍ以下の細線を高精度に形成できる観点から、インクジェット記録装置による導電性インクの吐出方法が、圧力印加手段と電界印加手段とを用いた方法であることが好ましい。
【００３８】
以下、圧力印加手段と電界印加手段とを用いたインクジェット記録方法について説明する。
【００３９】
一般に、電子回路等で要求されている微細な線幅のパターンを高精細に描画するには、インクジェット記録装置から射出するインク液滴をより微細化する必要がある。
【００４０】
しかしながら、電気−機械変換方式（例えば、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等）や電気−熱変換方式（例えば、サーマルインクジェット型、バブルジェット（登録商標）型等）のみの出力手段を用いて、極微小インク液滴を吐出した場合、ノズルから吐出したインク液滴に付与される運動エネルギーは、インク液滴の半径の３乗に比例して小さくなるため、微小液滴は空気抵抗に耐えるほどの十分な運動エネルギーを確保できず、空気対流などによる擾乱を受け、正確な着弾が困難となる。さらに、インク液滴が微細になるほど、表面張力の効果が増すために、液滴の蒸気圧が高くなり蒸発量が激しくなる。このため微細液滴は、飛翔中の著しい質量の消失を招き、着弾時に液滴の形態を保つことすら難しいという問題があった。このように着弾位置の高精度化は、インク液滴の微細化と相反する課題であり、これら２つを同時に実現することに対し、障害を抱えていた。
【００４１】
本発明においては、上記課題を解決する方法として、圧力印加手段と電界印加手段とを用いた射出方法を適用することが好ましい。
【００４２】
この射出方法は、０．１〜１００μｍの内径の吐出口を有するノズルを用い、導電性インクに任意波形の電圧を印加して、この導電性インクを帯電させることにより、そのインク液滴を吐出口から、導電性インクを受容する面にラテックス層が塗設されているインク受容基材に吐出する方法である。
【００４３】
すなわち、この射出方法は、ノズルの吐出口の内径が０．１〜１００μｍであり、電界強度分布が狭くなっているため、ノズル内に供給された導電性インクに任意波形の電圧を印加することにより電界を集中させることができる。その結果、形成されるインク液滴を微小で、かつ形状の安定化したものとすることができる。従って、従来よりも微細な、例えば１ｐｌ（ピコリットル）未満の複数のインク液滴からなるインク液滴パターンをラテックス層表面に形成することができる。また、電界強度分布が狭くなっているため、ノズル内の導電性インクに印加する総印加電圧を低減することができる。また、インク液滴は、ノズルから吐出された直後、電界と電荷の間に働く静電力により加速されるが、ノズルから離れると電界は急激に低下するので、その後は、空気抵抗により減速する。しかしながら、微小液滴でかつ電界が集中したインク液滴は、ラテックス層に近づくにつれ、静電力により加速される。この空気抵抗による減速と静電力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることが可能となる。
【００４４】
図１は、本発明に好ましく適用できる圧力印加手段と電界印加手段とを用い導電性インク吐出装置の一例を示した概略断面図である。
【００４５】
図１において、導電性インク吐出装置２０は、帯電可能な導電性インクの液滴を先端部からラテックス層を有するインク受容基材Ｋに向かって吐出する超微細径のノズル２１と、ノズル２１の先端部に対向する面側に配置され、その対向面でラテックス層を有するインク受容基材Ｋを支持する対向電極２３と、ノズル内流路２２に導電性インクを供給する導電性インク供給手段と、ノズル２１内の導電性インクに任意波形の吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段（電圧印加手段）２５とを備えている。上記ノズル２１と導電性インク供給手段の一部の構成と吐出電圧印加手段２５の一部の構成とは、ノズルプレート２６と一体的に形成されている。
【００４６】
ノズル２１は、ノズルプレート２６の下面層２６ｃから垂設され、この下面層２６ｃと一体的に形成されている。ノズル２１の先端部は、対向電極２３に指向している。ノズル２１の内部には、その先端部からその中心線に沿って貫通するノズル内流路２２が形成されている。
【００４７】
ノズル２１は、例えば、ガラスなどの電気絶縁体により、超微細径で形成されている。ノズル２１の各部の寸法の具体例を挙げると、ノズル内流路２２の内部直径は１μｍ、ノズル２１の先端部における外部直径は２μｍ、ノズル２１の根元、すなわち、上端部の直径は５μｍ、ノズル２１の高さは１００μｍに設定されている。また、ノズル２１の形状は限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。このようなノズル２１はその全体がノズルプレート２６の下面層２６ｃと共に絶縁性の樹脂材により形成されている。
【００４８】
ノズル２１の各寸法は上記一例に限定されるものではない。特に吐出口の内径については、電界集中の効果により液滴の吐出を可能とする吐出電圧が１０００Ｖ未満を実現する範囲であって、例えば、１００μｍ以下であり、より望ましくは、２０μｍ以下であって、現行のノズル形成技術により溶液を通す貫通穴を形成することが実現可能な範囲である内径、例えば０．１μｍをその下限値とする。
【００４９】
導電性インク供給手段は、ノズルプレート２６の内部であってノズル２１の根元となる位置に設けられると共にノズル内流路２２に連通する溶液室２４と、図示しない外部の導電性インクタンクからインク室２４に導電性インクを導く供給路２７と、インク室２４への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプとを備えている。
【００５０】
上記供給ポンプは、ノズル２１の先端部まで導電性インクを供給し、当該先端部からこぼれ出さない範囲の供給圧力を維持して導電性インクの供給を行う。
【００５１】
吐出電圧印加手段２５は、ノズル２１内の導電性インクに吐出電圧を印加してこの導電性インクを帯電させることにより、この導電性インクの液滴をノズル２１の吐出口からインク受容基材Ｋに向かって吐出させるものである。この吐出電圧印加手段２５は、ノズルプレート２６の内部であってインク室２４とノズル内流路２２との境界位置に設けられた吐出電圧印加用の吐出電極２８と、この吐出電極２８に常時，直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源３０と、吐出電極２８にバイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とするパルス電圧を印加する吐出電圧電源２９とを備えている。
【００５２】
吐出電極２８は、インク室２４内部において導電性インクに直接接触し、導電性インクを帯電させると共に吐出電圧を印加する。
【００５３】
バイアス電源３０によるバイアス電圧は、導電性インクの吐出が行われない範囲で常時電圧印加を行うことにより、吐出時に印加すべき電圧の幅を予め低減し、これによる吐出時の反応性の向上を図っている。
【００５４】
一例を挙げると、バイアス電圧はＤＣ３００Ｖで印加され、パルス電圧は１００Ｖで印される。従って、吐出の際の重畳電圧は４００Ｖとなる。
【００５５】
ノズルプレート２６は、最も上層に位置する上面層２６ａと、その下に位置する導電性インクの供給路を形成する流路層２６ｂと、この流路層２６ｂのさらに下に形成される下面層２６ｃとを備え、流路層２６ｂと下面層２６ｃとの間には、吐出電極２８が介挿されている。
【００５６】
対向電極２３は、ノズル２１に垂直な対向面を備えており、かかる対向面に沿うようにインク受容基材Ｋの支持を行う。ノズル２１の先端部から対向電極２３の対向面までの距離は、例えば１００μｍ等、一定に保持されている。
【００５７】
また、対向電極２３は接地されているため、常時、接地電位を維持している。従って、パルス電圧の印加時にはノズル２１の先端部と対向面との間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極２３側に誘導する。
【００５８】
なお、導電性インク吐出装置２０は、ノズル２１の超微細化による当該ノズル２１の先端部での電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極２３による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル２１と対向電極２３との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。この場合、ノズル２１から吐出され空気抵抗により減速する液滴を、静電力により加速することができる。従って、これら空気抵抗による減速と静電力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることができる。帯電した液滴の電荷を、対向電極２３の接地により逃がすことも可能である。
【００５９】
以上のような導電性インク吐出装置２０は、図示しない駆動機構により、ラテックス層を有するインク受容基材Ｋの搬送方向に対して直交する方向に走査自在とされた走査型の導電性インク吐出装置としてもよい。この場合において、導電性インク吐出装置２０に複数のノズル２１を配列するようにしてもよい。また、導電性インク吐出装置２０は、ラテックス層を有するインク受容基材Ｋの搬送方向に対して直交する方向に多数のノズル２１を配列してなるライン型の導電性インク吐出装置としてもよい。
【００６０】
本発明において、インク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であるように吐出量を制御する。より好ましくは、Ｘ／５００以上Ｘ／５０以下である。
【００６１】
〈メッキ処理〉
本発明の導電性インク、特にメッキ触媒として作用する金属微粒子を含有する導電性インクにより形成した導電性パターンは、この導電性パターンが含有している金属微粒子をメッキ触媒として作用させてメッキ処理を施すことにより優れた導電性が得られる観点から好ましい。
【００６２】
以下、本発明に適用可能なメッキ処理方法について説明する。
【００６３】
本発明においては、従来公知のメッキ法を適用できるが、その中でも、低抵抗の導電性パターンを、煩雑な工程なしに簡便、低コストでメッキ処理することができる観点から、無電解メッキ法を適用することが好ましい。
【００６４】
無電解メッキ法によるメッキ処理は、メッキ触媒として作用する金属微粒子を含有する導電性パターンに、メッキ剤を接触させる方法である。メッキ触媒である金属微粒子とメッキ剤とが接触し、導電性パターン部に無電解メッキが施されて、より優れた導電性を得ることができる。
【００６５】
本発明に係るメッキ処理で使用できるメッキ剤としては、例えば、メッキ材料として析出させる金属イオンが均一溶解された溶液が用いられ、金属塩とともに還元剤が含有される。ここで、通常は溶液が用いられるが、無電解メッキを生じさせるものであればこれに限らず、ガス状や粉体のメッキ剤を適用することも可能である。
【００６６】
具体的に、この金属塩としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅから選択される少なくとも１種の金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩などが適用可能である。還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン塩、ボロハライド塩、次亜燐酸塩、次亜硫酸塩、アルコール、アルデヒド、カルボン酸、カルボン酸塩などが適用可能である。これらの還元剤に含有されるボロン、燐、窒素などの元素が、析出する電極に含有されていてもよい。或いはこれらの金属塩の混合物を用いて合金が形成されていてもよい。
【００６７】
メッキ剤は、上記金属塩と還元剤とが混合されたものを適用するようにしてもよいし、或いは金属塩と還元剤とを別個に適用するようにしてもよい。ここで、導電性パターンをより鮮明に形成するためには、金属塩と還元剤とが混合されたものを適用することが好ましい。また、金属塩と還元剤とを別個に適用する場合には、導電性パターン部にまず金属塩を配した後、還元剤を配することで、より安定した電極パターンを形成することができる。
【００６８】
メッキ剤には、必要があれば、ｐＨ調整のための緩衝剤、界面活性剤などの添加物を含有させることができる。また、溶液に用いる溶媒としては、水以外にアルコール、ケトン、エステルなどの有機溶剤を添加するようにしてもよい。
【００６９】
メッキ剤の組成は、析出させる金属の金属塩、還元剤、および必要に応じて添加物、有機溶媒を添加した組成で構成されるが、析出速度に応じて濃度や組成を調整することができる。また、メッキ剤の温度を調節して析出速度を調整することもできる。この温度調整の方法としては、メッキ剤の温度を調整する方法、また例えばメッキ剤中に浸漬する場合、浸漬前に基板を加熱、冷却して温度調節する方法などが挙げられる。さらに、メッキ剤に浸漬する時間で析出する金属薄膜の膜厚を調整することもできる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７１】
〔導電性インク〕
金属微粒子：平均粒径が２０ｎｍのＡｇコロイド微粒子（保護コロイド成分を１．５質量％含む） ５質量％
金属微粒子：平均粒径が５０ｎｍのＰｄコロイド微粒子（保護コロイド成分を３質量％含む） １５質量％
プロピレングリコールモノメチルアセテート ８０質量％
微量の界面活性剤を添加して表面張力を調整した。
【００７２】
〔インク受容基材の作製〕
実施例１
厚さ１００μｍのポリイミドシートに対して、１２Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2のコロナ放電処理を２秒間施し、ラテックス塗布液スーパーフレックス１５０（第一工業製薬社製、Ｔｇ＝４０℃）をＮｏ．１０ワイヤーバーにより塗布した。その後１００℃のオーブンにて２分間乾燥させ、乾燥膜厚１．０ミクロンのインク受容基材シート１を作製した。
【００７３】
上記の導電性インク液を図１に記載の圧力印加手段と電界印加手段とを備えたインクジェット記録装置に装填し、導電性インクを１５０ｐｌ／ｍ2の液量で射出、縦横１０ｍｍの正方形パターンを描画する。その後、無電界Ｃｕメッキ浴にて６０分間パターン上にメッキを施し、導電性パターンを作製した。
【００７４】
実施例２
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．４ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を０．３ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート２を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７５】
実施例３
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．２６ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を３ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート３を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７６】
実施例４
実施例３と同様にしてインク受容基材シート４を作製した。上記の導電性インク液を図１に記載の圧力印加手段と電界印加手段とを備えたインクジェット記録装置に装填し、導電性インクを３００ｐｌ／ｍｍ2の液量で射出、縦横１０ｍｍの正方形パターンを描画する。その後、無電界Ｃｕメッキ浴にて６０分間パターン上にメッキを施し、導電性パターンを作製した。
【００７７】
比較例１
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．３ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を０．２ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート５を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７８】
比較例２
ラテックス塗布液を塗布する際に、Ｎｏ．２８ワイヤーバーにより塗布し、乾燥膜厚を３．５ミクロンとする以外は実施例１と同様にしてインク受容基材シート６を作製した。以下、実施例１と同様にして導電性パターンを作製した。
【００７９】
＜評価法＞
接着性
日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−６に示される、所謂テープ剥離試験をもって接着性の評価を行った。
【００８０】
この際、試験結果分類０のものを○、試験結果分類１のものを△、それより大きく剥離したものを×とした。
【００８１】
めっき形成（導電パターン形成）
形成されたＣｕめっきの膜厚を測定し、５μｍ以上のものを○、３〜５μｍのものを△、３μｍ以下のものを×とした。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１の結果から明らかなように、本発明に係る導電性パターンは、接着性が良好で、めっきの膜厚も充分あることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に好ましく適用できる圧力印加手段と電界印加手段とを用い導電性インク吐出装置の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
２０ 導電性インク吐出装置
２１ ノズル
２２ ノズル内流路
２３ 対向電極
２４ インク室
２５ 吐出電圧印加手段
２６ ノズルプレート
２７ 供給路
２８ 吐出電極
３０ バイアス電源
Ｋ インク受容基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法。
【請求項２】
前記導電性インクが、少なくともメッキ触媒として働く金属微粒子を含有することを特徴とする請求項１記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項３】
前記導電性インクを描画する手段が、インクジェット装置による射出描画であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項４】
前記インクジェット装置のインクを射出する手段が、圧力印加と電界印加の両方の効果によりインクを射出する手段であることを特徴とする請求項３記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の導電性パターンの作製方法により作製されたことを特徴とする導電性パターン。
【請求項１】
導電性インクを使用し、表面にラテックス層を設けたインク受容基材に描画することにより、導電性パターンを作製する際、該導電性インクのインク受容基材に対して塗布する単位面積当たりのインク量をＸｐｌ／ｍｍ2、該ラテックス層の乾燥膜厚をＹμｍとした場合、ＹがＸ／６００以上Ｘ／５０以下であることを特徴とする導電性パターンの作製方法。
【請求項２】
前記導電性インクが、少なくともメッキ触媒として働く金属微粒子を含有することを特徴とする請求項１記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項３】
前記導電性インクを描画する手段が、インクジェット装置による射出描画であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項４】
前記インクジェット装置のインクを射出する手段が、圧力印加と電界印加の両方の効果によりインクを射出する手段であることを特徴とする請求項３記載の導電性パターンの作製方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の導電性パターンの作製方法により作製されたことを特徴とする導電性パターン。
【図１】
【公開番号】特開２００９−４９１２４（Ｐ２００９−４９１２４Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１２８０６（Ｐ２００７−２１２８０６）
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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