＊1
産業技術センター 化学材料室（現常滑窯業技術センター 材料開発室）
＊2
産業技術センター 化学材料室（現防 災局消防保安課）
＊
3産業技術センター 自動車・機械技術室
＊
4産業技術センター 化学材料室
研 究 ノ ー ト
イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー を 用 い た 銀 パ タ ー ン の 作 製
吉 元 昭 二
＊1、 杉 本 賢 一
＊2、 酒 井 昌 夫
＊3、 山 口 梨 斉
＊4Preparation of Silver Patterns by Inkjet Printing
Shoji YOSHIMOTO
*1, Kenichi SUGIMOTO
*2, Masao SAKAI
*3and Rise YAMAGUCHI
*4Industrial Research Center*1～4
本 研 究 で は イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー の ノ ズ ル か ら 銀 を 含 む 溶 液 を 直 接 噴 射 す る こ と に よ り 基 材 上 に 銀 パ タ ー ン を 作 製 す る こ と を 試 み た 。 そ の 結 果 、 イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー の ノ ズ ル か ら の 微 小 量 の 噴 射 反 応 溶 液 か ら で も 基 材 上 に 銀 が 生 成 で き て い る こ と が 確 認 で き 、さ ら に は 幅 数 百 μm以 下 の ア ン テ ナ 形 状 の 銀 パ タ ー ン を 作 製 す る こ と も 可 能 で あ る こ と が 分 か っ た 。
１．はじめに
プ リン タ ー の 高 性能 化 、低 価 格 化に 伴 い 、も の づ く り の 現 場 に お い て も プ リ ン タ ー が 積 極 的 に 活 用 さ れ る 時 代 に な っ て き た 。3D プ リ ン タ ー の 出 現 は も の づ く り の 形 態を 大 き く 変 え始 め 、イ ン ク ジェ ッ ト プ リ ンタ ー も ま た、も の づく り の 分 野 へ利 用 が 進め ら れ て い る。そ のひ と つが 、プ リ ン タ ーを 利 用 し て 印刷 に よ り 微 細配 線 を 形 成 する 技 術 で あ るプ リ ン テ ッ ド・エレ ク ト ロ ニ クス と 呼 ば れる 研 究 で ある 1)。 フ ォ ト リ ソグ ラ フ ィ ー 技術 や エ ッ チ ン グ 技 術 と い っ た 複 雑 な 工 程 で 作 製 し て き た 配 線 基 板 の 作 製 に イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー を 活 用 す る こ と で 、製造 コ ス ト や 原料 を 削 減 で きる だ け で な く環 境 に も 優 し い 技 術 と な り 、 さ ら に は 特 殊 な 装 置 も 不 要 と な る 。
我 々 は こ れ ま で の 研 究 に お い て 、 回 路 の マ ス ク(孔 版) を 通し て PET 基 材 上 に 銀 溶 液 と還 元 溶 液 を 噴霧 す る こ と によ り 銀 の ア ンテ ナ パ タ ー ン を作 製 し て き た
2)
。 本 研究 で は 、市 販 のイ ン ク ジ ェ ット プ リ ン タ ーを 改 造 し ノ ズ ル か ら 噴 射 さ れ る pl 量 の 銀 溶 液 と 還 元 溶 液 か ら 銀 パタ ー ン の 作 製を 試 み た の で 報告 す る 。
２．実験方法
実 験に 用 い た 硝 酸銀 、硫酸 ヒ ド ラジ ン は 和 光 純薬 工 業 製 また は 東 京 化 成工 業 製 の 試 薬 を用 い た 。 イ ンク ジ ェ ッ ト プリ ン タ ー は ブラ ザ ー 工 業 製 のDCP-J540Nを 、ま た
PET フ ィル ム は エ ー ワン 製 の 厚み 0.10mm の も の を用
い た。X線回 折 (XRD)分 析 はCuKα線 を用 い た リ ガク 製 粉 末X線 回 折 装 置RINT2200/PCに よ り測 定 し た 。表 面 抵抗 率 は 三 菱 化学 製Loresta HP MCP-T410を 用 いて 四 端子 法 に よ り 測定 し た 。電 子 顕微 鏡 (SEM)は 日 本 電子
社 製JSM-6510を 使用 し た 。
３．実験結果及び考察
改 造 し た 市 販 の イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー の 外 観 を 図 １に 示 す。 イ ン ク カー ト リ ッ ジを 使 用 せ ず に、 銀 パ タ
ー ンの 生 成 に 使 用す る 硝 酸 銀 溶 液 (以 下、銀 溶 液)と 硫 酸 ヒ ドラ ジ ン を 含 む溶 液 (以 下 、還 元 溶 液)を プ リ ン タ ーの ノ ズル 部 に 直 接 導入 で き る よ う にす る と と も に、 プ リ ン タ ー内 の 流 路 の 洗浄 が 行 え る よ うに 市 販 の イ ンク ジ ェ ッ ト プリ ン タ ー を 改造 し た 。2M の 銀 溶液 と 約0.4M の 還 元 溶 液 を 用 い て イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー に よ り PET 基 材上 に 銀 薄 膜 を作 製 し 、XRD分 析 、表 面抵 抗 率 の 測定 、
SEM 観 察 及 び 元 素 分 析 を 行 っ た 。図 ２に 作 製 し た 薄 膜
のXRD分 析 の 結果 を 示 す 。2θで38°、44°、64°、77° の ピ ー ク は い ず れ も 銀 の ピ ー ク で あ る 。54°の 強 度 の 強 い ピー ク は 基 材の PETに 由 来 する ピ ー ク で ある 。XRD 分 析の 結 果 か ら 、明 ら か に PET 基材 上 に 銀 の 薄膜 が 形 成 され て い る こ とが 分 か る 。
図 １ 実 験 に 使用 し た イ ン ク ジ ェッ ト プ リ ン ター
作 製し た 銀 薄 膜 の表 面 抵 抗 率 は およ そ175mΩ/□で あ っ た。 膜 厚 は お よそ 200nm で ある た め 、 体 積抵 抗 率 に 換 算す る と3.5×10-8Ω･mに な る。 こ の 値 は 銀の 標 準 的 な 体積 抵 抗 率 で あ る 1×10-8Ω･m に ほ ぼ近 い 値 で あり 、 プ リン タ ー で 作 製し た 銀 が 緻 密 で良 好 な 銀 薄 膜を 形 成 し て いる こ と を 示 して い る 。
イ ンク ジ ェ ッ ト プリ ン タ ー で 作 製し た 銀 の ア ンテ ナ パ タ ーン の 写 真 を図 ３に 示す 。 ラ イン 幅 ／ ス ペ ース 幅 で お よそ300/300μm以 下 の 鮮 明 な 銀パ タ ー ン が 作製 で き て い るこ と が 確 認 でき る 。
こ の 銀 パ タ ー ン の 炭 素(C)、 酸 素(O)、 銀(Ag)の 元 素 分 析 を 行 った 結 果 を図 ４に 示 す。C、O は 銀 以 外 の 部分 、 す な わち 基 材 で ある PET 部 分 に 多く 分 布 し て いる こ と が 分 かる 。ま た 、SEM写 真 と 比 較 して 分 か る よ うに 、SEM 写 真の 銀 パ タ ー ン部 分 にAg が 均一 に 分 布 さ れて い る こ と が確 認 で き る 。
４．結び
本 研究 で は 、 銀 溶液 と 還 元 溶 液 をイ ン ク ジ ェ ット プ リ ン ター の ノ ズ ル から 直 接 噴 射 す るこ と に よ り 基材 上 に 銀 パ ター ン を 作 製 した 。作製 し た パタ ー ンのX線回 折 分 析、 電 子顕 微 鏡 に よ る元 素 分 析 な ど の結 果 か ら イ ンク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ ー の ノ ズ ル か ら の pl 量 の 噴 射 反 応 溶 液 か ら で も銀 が 生 成 さ れて い る こ と が 確認 で き た 。 また 、 イ ン ク ジェ ッ ト プ リ ンタ ー に よ り 、ラ イ ン幅/ス ペ ース 幅 で お よそ300/300μm以 下 の ア ン テ ナ形 状 の 銀 パ ター ン を 作 製 する こ と が 可 能で あ っ た 。
謝辞
本 研究 の 遂 行 に あた り 、 ご 協 力 頂き ま し た ブ ラザ ー 工 業(株)に 深 く 感 謝い た し ま す 。
付記
本 研究 は 、 独 立 行政 法 人 科 学 技 術振 興 機 構 (現 国 立 開 発 法人 科 学 技 術 振興 機 構) 平 成24年 度 研 究 成果 展 開 事 業 研究 成 果 最 適 展開 支 援 プ ロ グ ラム (A-STEP)の助 成 の も と実 施 し た 研 究内 容 の 一 部 で ある 。
文献
1) 牛 島洋 史 ： 表 面 技術 ，64，572(2013)
2) 吉 元昭 二 ， 酒 井 昌夫 ， 山 口 梨 斉 ，松 本 望 ： あ いち 産
業 科学 技 術 総 合 セン タ ー 研 究 報 告，2，36(2013)
400μm
(d)
SEM image C
O Ag
図 ４ PET基 材 上 に作 製 し た 銀 パタ ー ン の 元 素 分 析結 果
図 ２ イ ン ク ジェ ッ ト プ リ ン タ ーに よ り PET基 材 上に 作 製 し た 薄膜 のXRDパ ター ン
図 ３ イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リン タ ー で 作製 し た 銀 の アン テ ナ パ タ ーン
