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July 07, 2016

回路基板ぐにゃぐにゃ。

凹凸のある3次元曲面に電子回路を印刷@日経テクノロジー


山形大学の有機材料システム研究施設を筆者は2016年6月に訪問し、その一部を見学した。4回に分けて報告する。第1回目の前回は、山形大学の有機材料システム研究の全体像、および研究施設について有機エレクトロニクスイノベーションセンター「INOEL」と実証実験工房スマート未来ハウス「MIHO」を中心に紹介した。今回は、3次元曲面への電子回路印刷技術について紹介する。

素晴らしい、さすが山形大学だ。

ブランケットと呼ばれる印刷転写材を用いる手法を「オフセット印刷」という。オフセット印刷では、「版の形状と表面」「インクの物性」「ブランケットの表面」「基板の表面」という4つの条件が適切でなければ印刷できない。さらに、それぞれの条件の中には各種物性のパラメーターがあり、その無限大とも思われる組み合わせの中から最適な条件を選び出さなければならない。中でも「インク」と「ブランケット」の相性が成功要因の6割を占めると言われている。

 山形大学有機エレクトロニクス研究センター センター長で卓越研究教授の時任静士氏の研究室では、これまで銀(Ag)ナノ粒子をベースに、デバイスの電極としても、それらを接続する配線としても良好な特性を持ち、かつ印刷特性の良好なインクを開発してきた。しかし、インクの開発だけでは限界があり、インクに最適化できるブランケットの技術が必要であると考え、研究を展開し始めた。 具体的には、柔軟性を維持しつつ、インクの受理をスムーズに行える機械物性と表面物性を両立するソフトブランケットを開発した。

 図1に、ソフトブランケットグラビア(SBG)印刷による曲面への印刷原理を示す。まず凹版にインクを「充填」し、次に凹版からソフトブランケットにインクを「受理」、そしてソフトブランケットから曲面にインクを「転写」する。ブランケットが柔らかいので、曲面に追従する。
Fig1_500


回路をフィルム化できるのはアマサイ的には大賛成!


グラビア版の作製には、空気制圧軸受とリニアモーターを採用した同時5軸ナノメートル制御加工機を用いて、10μm以下の線幅を実現した。この印刷法の適用範囲の現状は、図4の通りである。まだ凸形状への印刷しかできないので、凹形状への印刷も望まれる。また、隣接して凹凸がない場合に限られているが、この制約もなくしたい。想定される用途は以下の通りである(図5)。

・自動車(ワイヤーハーネス代替、曲面センターコンソール)
・ロボット(表面へのセンサーの作り込み)
・新たなデバイスの提案(ウエアラブルデバイス、曲面デバイス)
・3Dプリンター技術との融合(造形+機能性付与)

Fig4_5_500


ロボットや車載機器まで影響を受けるとはアマサイには及びもつかない。
この調子で発展してほしいものである。

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