NIMS(物質・材料研究機構)と住友金属鉱山,エヌ・イー ケムキャット,NIMS発ベンチャー企業のプリウェイズは,共同研究を通じて,フィルムなどの基材の上に印刷技術で電子回路やセンサーを形成する「プリンテッドエレクトロニクス」向けの厚膜導電性インクを開発した(ニュースリリース)。
プリンテッドエレクトロニクスは,金属膜から不要な部分を除去して電子回路を形成する従来の技術(サブトラクティブ)と異なり,必要な部分にだけ電子回路を印刷して形成できる(アディティブ)ため,金属材料の使用量,環境負荷,製造コストなどの低減が期待されている技術。
また,フレキシブル基板と親和性が高いことから,ウェアラブルデバイスやセンサーとしての応用に向けて広く研究開発が行なわれている。自由に電子回路を形成することができるため,次世代デバイスを実現する配線技術としても期待されている。
一方で,現在の主流である銀ナノ粒子インクは,コスト高であること,はんだ耐性が低いこと,マイグレーションを起こしやすいといった問題があり,安価な銅をベースとした金属インクの開発が望まれていた。しかし,銅には酸化に弱いという問題があり,大規模な実用化の妨げとなっていた。
NIMS では,大気下における安定性や長期保存性の観点から金属錯体インクに着目し,銅錯体をベースとして,ニッケル錯体を添加することで耐酸化性を向上させた銅・ニッケル錯体インクの開発を行なってきた。
今回の厚膜導電性インクは,NIMSとプリウェイズが開発した金属錯体インク(金属イオンに帯電した分子を配位して安定化したインク)を元に,住友金属鉱山が持つ金属粉末の合成技術やペースト技術を生かして開発された。
このインクには,プリンテッドエレクトロニクスで要求される膜厚制御と低温焼結性を実現するために,住友金属鉱山が開発した微粒銅粉も添加されている。これにより耐熱性樹脂フィルムにも応用可能な200 °C前後での厚膜の配線形成が可能となる。
さらに一般的な導電性インクと比較して,安価かつ酸化しにくい特長がある。また,印刷時のインクの膜厚を従来の3倍以上とすることが可能となり,資源のロスも少ないことから,大電流・大面積が必要な製品ニーズにも対応している。
現在はスクリーン印刷向けに開発をしているが、今後はグラビア印刷といった他の印刷プロセスにも適合させていく。現在,金属錯体の開発・製造に強みを持つエヌ・イー ケムキャットの技術を活用し,量産化技術の確立に向けた開発を行なっており,今後はインクのさらなる性能向上と用途の拡大を進めていく予定だという。