特開 2024-1439 回路基板、ＲＦタグ、及び回路基板作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024001439

(43)【公開日】2024-01-10

(54)【発明の名称】回路基板、ＲＦタグ、及び回路基板作製方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/38 20060101AFI20231227BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20231227BHJP

   H05K 3/12 20060101ALI20231227BHJP

   G06K 19/077 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

H05K3/38 A

B32B15/08 J

H05K3/12 630Z

G06K19/077 144

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100078

(22)【出願日】2022-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000197975

【氏名又は名称】石原ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113712

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 裕弘

(72)【発明者】

【氏名】川戸 祐一

(72)【発明者】

【氏名】南原 聡

(72)【発明者】

【氏名】有村 英俊

【テーマコード（参考）】

4F100

5E343

【Ｆターム（参考）】

4F100AB17C

4F100AK01A

4F100AK49B

4F100AK50B

4F100AK52B

4F100AK53B

4F100AL05B

4F100BA03

4F100BA07

4F100DG10A

4F100EJ423

4F100GB43

4F100JB16B

4F100JG01C

4F100YY00B

5E343AA14

5E343AA38

5E343BB72

5E343DD02

5E343ER45

5E343GG16

(57)【要約】

【課題】光焼成によって低抵抗の導電膜を紙基材上に形成する。
【解決手段】回路基板１は、紙基材２と、樹脂層３と、導電膜４とを有する。樹脂層３は、紙基材２上に形成される。導電膜４は、樹脂層３上に形成される。樹脂層３は、熱可塑性樹脂を含有し、厚みが５μｍ以上である。導電膜４は、銅微粒子の光焼成によって形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

紙基材と、
前記紙基材上の樹脂層と、
前記樹脂層上に形成された導電膜とを有する回路基板であって、
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂を含有し、厚みが５μｍ以上であり、
前記導電膜は、銅微粒子の光焼成により形成されることを特徴とする回路基板。

【請求項2】

前記樹脂層は、熱で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。

【請求項3】

前記樹脂材料は、ポリアミドイミドであることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。

【請求項4】

前記樹脂材料は、熱可塑性ポリイミド及びエポキシの混合物であることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。

【請求項5】

前記樹脂層は、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。

【請求項6】

前記樹脂材料は、チオール基含有シルセスキオキサン及び多官能アリレートの混合物であることを特徴とする請求項５に記載の回路基板。

【請求項7】

前記樹脂材料は、紫外線硬化型アクリル樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の回路基板。

【請求項8】

前記樹脂材料は、アクリロイル基含有シルセスキオキサンであることを特徴とする請求項５に記載の回路基板。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の回路基板を有し、
前記導電膜から成るアンテナを有することを特徴とするＲＦタグ。

【請求項10】

請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載された回路基板を作製する回路基板作製方法であって、
熱で硬化された後に熱可塑性を有する前記樹脂材料を紙基材上に塗布する工程と、
前記紙基材上の前記樹脂材料を熱で硬化して樹脂層を形成する工程と、
銅微粒子が分散媒中に分散された銅インクを用いてインク膜を前記樹脂層上に形成する工程と、
前記インク膜を乾燥して前記銅微粒子から成る塗布乾燥膜を前記樹脂層上に形成する工程と、
前記塗布乾燥膜を光焼成して導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする回路基板作製方法。

【請求項11】

請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載された回路基板を作製する回路基板作製方法であって、
紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する前記樹脂材料を紙基材上に塗布する工程と、
前記紙基材上の前記樹脂材料を紫外線で硬化して樹脂層を形成する工程と、
銅微粒子が分散媒に分散された銅インクを用いてインク膜を前記樹脂層上に形成する工程と、
前記インク膜を乾燥して前記銅微粒子からなる塗布乾燥膜を前記樹脂層上に形成する工程と、
前記塗布乾燥膜を光焼成して導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする回路基板作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紙基材を有する回路基板、その回路基板を有するＲＦタグ、及びその回路基板を作製する回路基板作製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製品タグ付けにＲＦＩＤ（radio frequency identification）のＲＦタグが用いられている（非特許文献１参照）。ＲＦＩＤは、電磁的結合を用いてＲＦタグのデータを読み取るシステムである。なお、非特許文献１の日本産業規格ＪＩＳ Ｚ０６６７：２０１７「ＲＦＩＤのサプライチェーンへの適用－製品タグ付け」は、国際規格ＩＳＯ１７３６７：２０１３”Supply chain applications of RFID-Product tagging”に対応する。

【0003】

ＲＦタグは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等の樹脂フィルムの上にアンテナ、配線、ＩＣチップを有する。そのアンテナ及び配線は、アルミ等の金属箔であり、樹脂フィルム上に形成される。ＲＦタグの製造は、金属箔をエッチングする工程を有し、エッチングで発生する廃液の処理にコストがかかる。さらに、最近、減プラスチックが求められている。しかし、ＲＦタグの樹脂フィルムを紙基材に置き換えると、紙基材上の金属箔をエッチングできなくなる。そこで、銅インクを用いてＲＦタグのアンテナ等を紙基材上に印刷することが望まれる。

【0004】

従来から、銅微粒子を含有する銅微粒子分散液（銅インク）を用いて物体表面上に導電膜を形成する方法が知られている（特許文献１参照）。この方法では、銅微粒子分散液の被膜（液膜）が物体表面上に形成され、その被膜が乾燥されて、光焼成され、導電膜が形成される。基板は、ガラスやポリイミド等から成り、光焼成の熱に耐える。

【0005】

また、導電膜と非熱可塑性の基材を有する回路基板が知られている（特許文献２参照）。導電膜は、銅微粒子の光焼成によって形成される。回路基板は、基材と導電膜との間に樹脂層を有する。樹脂層は、熱可塑性樹脂を含有し、導電膜の基材への密着性を向上する。非熱可塑性の基材は、ガラス、非熱可塑性のポリイミド、セラミックス、熱硬化性樹脂、シリコンウェハ等であり、光焼成の熱に耐える。

【0006】

ＲＦタグの信号強度を上げるには、ＲＦタグのアンテナ（導電膜）が低抵抗である必要がある。しかし、紙基材は、耐熱性が低いので、銅インクの光焼成によって低抵抗の導電膜を紙基材上に形成することは難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５０８８７６０号公報

【特許文献2】特開２０１４－１１１９９号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】ＪＩＳ Ｚ０６６７：２０１７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記問題を解決するものであり、光焼成によって低抵抗の導電膜を紙基材上に形成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の回路基板は、紙基材と、前記紙基材上の樹脂層と、前記樹脂層上に形成された導電膜とを有し、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂を含有し、厚みが５μｍ以上であり、前記導電膜は、銅微粒子の光焼成により形成されることを特徴とする。

【0011】

この回路基板において、前記樹脂層は、熱で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成されることが好ましい。

【0012】

この回路基板において、例えば、前記樹脂材料は、ポリアミドイミドである。

【0013】

この回路基板において、前記樹脂材料は、熱可塑性ポリイミド及びエポキシの混合物であってもよい

【0014】

この回路基板において、前記樹脂層は、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成されてもよい。

【0015】

この回路基板において、例えば、前記樹脂材料は、チオール基含有シルセスキオキサン及び多官能アリレートの混合物である。

【0016】

この回路基板において、前記樹脂材料は、紫外線硬化型アクリル樹脂であってもよい。

【0017】

この回路基板において、前記樹脂材料は、アクリロイル基含有シルセスキオキサンであってもよい。

【0018】

本発明のＲＦタグは、前記の回路基板を有し、前記導電膜から成るアンテナを有することを特徴とする。

【0019】

本発明の回路基板作製方法は、前記の回路基板を作製する方法であって、熱で硬化された後に熱可塑性を有する前記樹脂材料を紙基材上に塗布する工程と、前記紙基材上の前記樹脂材料を熱で硬化して樹脂層を形成する工程と、銅微粒子が分散媒中に分散された銅インクを用いてインク膜を前記樹脂層上に形成する工程と、前記インク膜を乾燥して前記銅微粒子から成る塗布乾燥膜を前記樹脂層上に形成する工程と、前記塗布乾燥膜を光焼成して導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

【0020】

本発明の回路基板作製方法は、前記の回路基板を作製する方法であって、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する前記樹脂材料を紙基材上に塗布する工程と、前記紙基材上の前記樹脂材料を紫外線で硬化して樹脂層を形成する工程と、銅微粒子が分散媒に分散された銅インクを用いてインク膜を前記樹脂層上に形成する工程と、前記インク膜を乾燥して前記銅微粒子からなる塗布乾燥膜を前記樹脂層上に形成する工程と、前記塗布乾燥膜を光焼成して導電膜を形成する工程とを有することを特徴としてもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明の回路基板によれば、紙基材と導電膜との間に形成された樹脂層は、厚みが５μｍ以上であり、熱可塑性樹脂を含有するので、導電膜を形成するための光焼成の熱で紙基材の成分が気化して導電膜がダメージを受けることが防がれる。このため、回路基板は、樹脂層が無い場合と比べて、光焼成時に照射する光のエネルギーを大きくすることができるので、光焼成によって低抵抗の導電膜を紙基材上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は本発明の一実施形態に係る回路基板の断面構成図である。

【図2】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は本発明の一実施形態に係る回路基板作製方法を時系列順に示す断面構成図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の一実施形態に係る回路基板について図１を参照して説明する。回路基板１は、紙基材２と、樹脂層３と、導電膜４とを有する。樹脂層３は、紙基材２上に形成される。導電膜４は、樹脂層３上に形成される。樹脂層３は、熱可塑性樹脂を含有し、厚みが５μｍ以上である。導電膜４は、銅微粒子の光焼成によって形成される。

【0024】

回路基板１について詳述する。回路基板１は、プリント基板である。導電膜４は、プリント基板の配線を構成する。なお、導電膜４が回路素子の一部又は全部を構成してもよい。そのような回路素子は、例えば、ＲＦタグのアンテナである。

【0025】

紙基材２は、導電膜４を支持するための支持体であり、紙から成る。紙基材２の紙は、液体が染み込みにくいことが望ましい。そのような紙は、例えば、コート紙、アート紙、または高密度の紙である。

【0026】

樹脂層３は、導電膜４の下地として紙基材２上に形成される層である。樹脂層３は、光焼成に耐え、かつ、熱可塑性を有する。樹脂層３が熱可塑性樹脂を含有するので、導電膜４は、樹脂層３を介して紙基材２への密着性が向上する。樹脂層３の厚みは、５μｍ以上である。樹脂層３が薄過ぎると、光焼成の熱で紙基材２の成分（紙表面の塗工剤や紙内部の成分）が気化し、導電膜４がダメージを受ける。樹脂層３の厚みは、２０μｍ以下であることが望ましい。樹脂層３が厚過ぎると、樹脂層３を形成する時の硬化が難しくなる。したがって、本実施形態では、樹脂層３は、厚みが５μｍ以上かつ２０μｍ以下である。

【0027】

樹脂層３は、例えば、熱で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成される。なお、硬化される前における樹脂材料の熱可塑性の有無は問わない。

【0028】

そのような樹脂材料は、例えば、ポリアミドイミドである。ポリアミドイミドは、熱硬化性ポリイミドの性質を有する熱可塑性樹脂である。

【0029】

その樹脂材料は、熱可塑性ポリイミド及びエポキシの混合物（混合樹脂）であってもよい。熱可塑性ポリイミドは、熱可塑性樹脂である。エポキシは、熱硬化性樹脂である。熱可塑性ポリイミド及びエポキシの混合物は、エポキシの熱硬化性と熱可塑性ポリイミドの熱可塑性を有する。

【0030】

樹脂層３は、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて形成されてもよい。

【0031】

そのような樹脂材料は、例えば、チオール基含有シルセスキオキサン及び多官能アリレートの混合物である。

【0032】

その樹脂材料は、紫外線硬化型アクリル樹脂であってもよい。

【0033】

また、その樹脂材料は、アクリロイル基含有シルセスキオキサンであってもよい。

【0034】

導電膜４は、銅インクを用いて形成される。銅インクは、銅微粒子分散液とも呼ばれ、銅微粒子を含有する。導電膜４は、その銅微粒子が光焼成されて形成される。

【0035】

銅インクは、銅微粒子と、液体の分散媒と、銅微粒子をその分散媒中で分散させる分散剤とを含有する。その銅微粒子は、例えば、メジアン径が１μｍ未満のナノ粒子を含む。このため、銅インクは、銅ナノインクとも呼ばれる。

【0036】

分散媒は、例えば、プロトン性分散媒又は比誘電率が３０以上の非プロトン性の極性分散媒である。

【0037】

プロトン性分散媒は、１個のヒドロキシル基を有する炭素数が５以上３０以下の直鎖または分岐鎖状のアルキル化合物もしくはアルケニル化合物である。このプロトン性分散媒は、１個以上１０個以下のエーテル結合を有してもよく、１個以上５個以下のカルボニル基を有してもよい。

【0038】

このようなプロトン性分散媒は、例えば、３－メトキシ－３－メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ－ｔｅｒｔ－ブチルエーテル、２－オクタノール等であり、これらに限定されない。

【0039】

また、プロトン性分散媒は、２個以上６個以下のヒドロキシル基を有する炭素数が２以上３０以下の直鎖または分岐鎖状のアルキル化合物もしくはアルケニル化合物であってもよい。このプロトン性分散媒は、１個以上１０個以下のエーテル結合を有してもよく、１個以上５個以下のカルボニル基を有してもよい。

【0040】

このようなプロトン性分散媒は、例えば、２－メチルペンタン－２，４－ジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトール等であり、これらに限定されない。

【0041】

比誘電率が３０以上の非プロトン性極性分散媒は、例えば、プロピレンカーボネート、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、ヘキサメチルフォスフォラミド、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン、ニトロベンゼン、Ｎ，Ｎ－ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、フルフラール、γ－ブチロラクトン、エチレンスルファイト、スルホラン、ジメチルスルホキシド、スクシノニトリル、エチレンカーボネート等であり、これらに限定されない。

【0042】

これらの極性分散媒は、１種類を単独で用いても、２種類以上を適宜混合して用いてもよい。

【0043】

分散剤は、銅微粒子を分散媒中で分散させる物質である。例えば、分散剤は、少なくとも１個の酸性官能基を有し、分子量が２００以上１０００００以下の化合物又はその塩である。分散剤の酸性官能基は、酸性、すなわち、プロトン供与性を有する官能基であり、例えば、リン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、硫酸基及びカルボキシル基である。

【0044】

これらの分散剤は、１種類を単独で用いても、２種類以上を適宜混合して用いてもよい。

【0045】

次に、回路基板１を作製する回路基板作製方法について図２（ａ）～（ｅ）を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、紙基材２が用意される。そして、樹脂材料が紙基材２上に塗布される。その樹脂材料は、熱で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂である。そして、図２（ｂ）に示すように、紙基材上の樹脂材料を熱で硬化して樹脂層３が形成される。そして、図２（ｃ）に示すように、銅インクを用いてインク膜５が樹脂層３上に形成される。銅インクは、銅微粒子５１が分散媒５２中に分散された液体である。樹脂層３上のインク膜５は、印刷法で形成される。印刷法では、銅インクが印刷用のインクとして用いられ、印刷装置によって樹脂層３上に所定のパターンの銅インクが塗布され、そのパターンのインク膜５が形成される。そして、インク膜５が乾燥される。インク膜５の乾燥によって、図２（ｄ）に示すように、銅微粒子５１が樹脂層３上に残り、銅微粒子５１から成る塗布乾燥膜６が樹脂層３上に形成される。そして、塗布乾燥膜６は、光が照射され、光焼成される。光焼成に用いられる光源は、例えば、キセノンランプである。光源にレーザー装置を用いてもよい。光のエネルギーによって、塗布乾燥膜６内の銅微粒子の表面酸化被膜が除去され、銅微粒子が互いに溶融してバルク化するとともに、樹脂層３に溶着する。すなわち、図２（ｅ）に示すように、塗布乾燥膜６は、光焼成によって樹脂層３上に導電膜４が形成される。なお、インク膜５の乾燥及び塗布乾燥膜６の光焼成を、光の照射によっていっぺんに行ってもよい。

【0046】

熱で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料にかえて、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂材料を用いて回路基板１を同様に作製してもよい。図２（ａ）に示すように、紙基材２が用意される。そして、樹脂材料が紙基材２上に塗布される。その樹脂材料は、紫外線で硬化された後に熱可塑性を有する樹脂である。そして、図２（ｂ）に示すように、紙基材上の樹脂材料を紫外線で硬化して樹脂層３が形成される。そして、図２（ｃ）に示すように、銅インクを用いてインク膜５が樹脂層３上に形成される。銅インクは、銅微粒子５１が分散媒５２中に分散された液体である。そして、図２（ｄ）に示すように、インク膜５を乾燥して銅微粒子５１から成る塗布乾燥膜６が樹脂層３上に形成される。そして、塗布乾燥膜６が光焼成され、図２（ｅ）に示すように、導電膜４が形成される。

【0047】

上記の回路基板１及び回路基板作製方法において、光焼成の熱で紙基材２の成分が気化して導電膜４がダメージを受けることが防がれる。この理由は、次のように考えられる。回路基板１は、紙基材２と導電膜４との間に厚みが５μｍ以上の樹脂層３を有する（図１参照）。このため、樹脂層３の断熱効果によって、光焼成の熱が紙基材２に伝導しにくくなり、紙基材２の成分の気化が防がれる。紙基材２の成分が一部気化した場合、発生した気体が樹脂層３によって封じ込められる。樹脂層３は、熱可塑性樹脂を含有するので、発生した気体によって紙基材２から剥がれることが防がれる。

【0048】

以上、本実施形態に係る回路基板１によれば、紙基材２と導電膜４との間に形成された樹脂層３は、厚みが５μｍ以上であり、熱可塑性樹脂を含有するので、導電膜４を形成するための光焼成の熱で紙基材２の成分が気化して導電膜４がダメージを受けることが防がれる。このため、回路基板１は、樹脂層３が無い場合と比べて、光焼成時に照射する光のエネルギーを大きくすることができるので、光焼成によって低抵抗の導電膜４を紙基材２上に形成することができる。

【0049】

この回路基板１は、ＲＦＩＤのＲＦタグに用いることができる。そのＲＦタグは、回路基板１を有し、導電膜４から成るアンテナを有する。

【0050】

このＲＦタグ６は、基材が紙であるので、環境にやさしい。低抵抗の導電膜４によって低抵抗のアンテナを作ることができるので、このＲＦタグは、十分な信号強度が得られる。

【0051】

本発明の実施例としての回路基板１、及び比較例としての回路基板を作製し、それらの回路基板を評価した。

【0052】

共通の実験条件を説明する。紙基材として、コート紙（王子製紙株式会社（Oji PaperCo., Ltd.）製、商品名「ＯＫトップコート＋ＥＦ」（「トップコート」「TOPKOTE」は登録商標）を用いた。そして、その紙基材上に樹脂材料を塗布し、それを硬化して樹脂層を形成した。そして、銅インク（石原ケミカル株式会社製、銅ナノインク「Ｆ-０３Ｂ」）を用いて、フレキソ印刷で約２μｍの厚みの平坦なインク膜を樹脂層上に形成した。そのインク膜を乾燥して塗布乾燥膜を形成した。そして、キセノンランプを有するフラッシュ照射装置を用いて、塗布乾燥膜を光焼成した。光照射のエネルギーは、４Ｊ／ｃｍ^２とした。

【0053】

光焼成によって形成された導電膜について、次の３つの評価を行った。

【0054】

第１に、導電膜の外観を評価した。導電膜の表面を観察し、気泡の有無を確認した。

【0055】

第２に、導電膜の密着性を評価した。１ｋｇｆ（９．８Ｎ）のローラーで導電膜に５回荷重をかけた後、テープ剥離テストを行った。テープ剥離テストは、クロスカット法で行った（日本産業規格Ｋ５６００－５－６参照）。導電膜の試験面に２５マスの格子パターンを切り込み、粘着テープを貼り付け、粘着テープを引き剥がし、試験面を観察した。

【0056】

第３に、導電膜の電気抵抗を評価した。レーザー顕微鏡で導電膜の膜厚を計測し、４探針法でシート抵抗を測定し、体積抵抗率を計算した。

【実施例0057】

樹脂材料として、ポリアミドイミド（荒川化学工業株式会社製、商品名「コンポセラン（登録商標）ＡＩ３０１」）を用いた。その樹脂材料を紙基材上に塗布し、熱で硬化して樹脂層を形成した。硬化条件は、加熱温度１７０℃、加熱時間３０分とした。樹脂層の厚みは、５μｍとした。

【0058】

形成された導電膜に、気泡は見られなかった。テープ剥離テストにおいて、導電膜は、樹脂層から剥離しなかった。導電膜の体積抵抗率は、７μΩ・ｃｍであった。

【実施例0059】

樹脂材料として、熱可塑性ポリイミド（荒川化学工業株式会社製、商品名「ＰＩＡＤ６００」）とエポキシ（三菱ガス化学株式会社製、商品名「ＴＥＴＲＡＤ（登録商標）－Ｘ」）の混合物（重量比４：１）を用いた。その樹脂材料を紙基材上に塗布し、熱で硬化して樹脂層を形成した。硬化条件は、実施例１と同じ、加熱温度１７０℃、加熱時間３０分とした。樹脂層の厚みは、実施例１と同じ、５μｍとした。

【0060】

形成された導電膜に、気泡は見られなかった。テープ剥離テストにおいて、導電膜は、樹脂層から剥離しなかった。導電膜の体積抵抗率は、８μΩ・ｃｍであった。