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次世代プリンテッドエレクトロニクス技術    
Advanced Technologies for Next-Generation Printed Electronics
[コードNo.2014T957]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 時任静士
■編集/ 手塚博昭、中村隆一
■体裁/ B5判 274ページ
■発行/ 2014年12月15日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1050-3

 
★ 「プリンテッドエレクトロニクスへの期待」、「期待される新分野」、「進化する印刷技術・装置」、「次世代微細印刷技術」、
  「進化する印刷材料」、「海外の開発動向」 など8編から構成!
★ 積層セラミック部品、透明導電膜、有機太陽電池、Liイオン電池など期待される応用新分野をピックアップ!
★ 海外のプリンテッドエレクトロニクス開発動向を詳説!

キーワード

スクリーン / 印刷 / ソルダーレジスト / タッチパネル / 配線 / 電子部品 / 電極 / 透明導電膜 / 太陽電池 / 有機回路 / グラビア / オフセット / 凸版 / ロール / ペースト / インク / 低温焼成 / 銀塩 / ナノ粒子 / 導電性 / インクジェット

刊行にあたって

 近年、従来の“ものづくり”と異なる新しい製造法での電子産業の創生を期待する動きがある。それは“プリンテッドエレクトロニクス”と称される分野で、印刷法で電子回路やセンサー、ディスプレイなどの電子デバイスを製造する次世代のエレクトロニクス分野である。その特徴は、従来の真空成膜とフォトリソグラフィー法を組み合わせた製造と比べて工程数が大幅に少ないこと、また真空成膜装置と印刷装置を比較した場合、明らかに印刷装置の方がコスト面で有利であることから、製造設備の初期投資を大幅に抑えることができる。製造に関しても、電気エネルギーや材料消費の点でプリンテッドエレクトロニクスは優位性がある。近年、消費者のニーズが細分化しており、画一的な製品でその事業戦略を描くのは困難であり、時代の変化に柔軟に対応する“ものづくり”が求められている。つまり、個人ニーズに合致した少量・多品種の次世代ものづくりである。このようなニーズに対応できる製造法でもある。
 現在、プリンテッドエレクトロニクスの市場はと言うと、すでにある程度の規模で存在している。代表例は、最も技術的に確立されているスクリーン印刷法を活用した応用分野である。例えば、積層セラミックコンデンサ(MLCC)、メンブレンスイッチ、タッチパネルの額縁部の電極、シリコン結晶系太陽電池のフィンガー電極、アンテナシート、電磁シールド等が挙げられる。この場合の製造技術は、配線や電極をスクリーン印刷法で銀ペーストを印刷するプロセスが中心であり、その印刷精度や抵抗率への要求は高くない。市場規模としてはまだ小さいが、将来は、印刷技術と印刷材料の進化に伴ってディスプレイ関連、RFIDタグ等を含むスマートデバイス関連、エネルギー関連への応用が期待されている。中でも、電子ペーパーや有機ELディスプレイなどがその牽引役として期待されている。
 プリンテッドエレクトロニクスは、下地基板に薄いプラスチックフィルムを用いるフレキシブルエレクトロニクスとも深く関係している。薄くて軽くて、落としても壊れない丈夫なエレクトロニクス製品は新しい市場を切り開くことが期待されている。最近では、IoT(Internet of Things)や非接触通信(NFC : Near Field Communications)などのインターネットに関連する技術ニーズも高まっており、いかに低コストでデバイスを製造できるかが大きな鍵となる。また、食費を含む日用品への用途を想定した場合、ディスポーザブル的な使い方も考えられる。非常に薄いプラスチック基板を用いたデバイスの場合、その部材の量はわずかであり、廃棄しても大きな環境負荷となることは避けられる。
 調査会社の予測では2015年以降からこの分野の市場が立ち上がり、2020年に2兆円から5兆円規模が予測されている。勿論、これら製品はすべて印刷製造されたものではなく部分的でも印刷法を適用した製品を含む。これらの市場が現実化するには、具体的な社会ニーズとともに、前述したようにそれを実現する技術の進化が不可欠である。印刷法に適用できる種々の塗布系(印刷系)材料、微細なパターン形成が可能な印刷技術および製造装置、勿論、印刷作製したデバイスそのものの性能向上などやるべきことは山積している。我が国の強みは国内に多くの材料メーカー、装置メーカー、デバイスメーカーなど、サプライチェーンが整っており、個々の技術レベルも高く世界的に見ても間違いなく優位な環境があることである。この環境を活かした企業の取り組みに期待したい。
 本書は、プリンテッドエレクトロニクス分野の第一線で活躍されている方々のご協力を得て、最新の技術動向をまとめた。現在の市場動向、今後に期待される新しい応用分野、進化した印刷技術や印刷材料、および海外動向も含めて、この分野全体を網羅できるものとなっている。この分野に従事されている、あるいは関心を持たれている方々の参考になれば幸いである。

2014年11月
山形大学 時任静士

著者一覧

時任静士山形大学
クレイ・シェパード山形大学
依田健志太陽インキ製造(株)
永井大輔グンゼ(株)
渡辺静晴大研化学製造販売(株)
板倉義雄(株)タッチパネル研究所
池上和志桐蔭横浜大学
山岡弘明三菱化学(株)
金村聖志首都大学東京
福田憲二郎山形大学
竹田泰典山形大学
石田敬雄(独)産業技術総合研究所
向田雅一(独)産業技術総合研究所
衛慶碩(独)産業技術総合研究所
桐原和大(独)産業技術総合研究所
佐野康(株)エスピーソリューション
小林大介東海商事(株)
谷理(株)金陽社
関根智仁山形大学
熊木大介山形大学
片山嘉則DIC (株)
牛島洋史(独)産業技術総合研究所
岩出卓東レエンジニアリング(株)
菅沼克昭大阪大学
名和成明トッパン・フォームズ(株)
有村英俊石原ケミカル(株)
藤井茉美奈良先端科学技術大学院大学
石河泰明奈良先端科学技術大学院大学
浦岡行治奈良先端科学技術大学院大学
内田博昭和電工(株)

目 次

【第1編 序論 プリンテッドエレクトロニクスへの期待】
(クレイ・シェパード、時任静士)
1はじめに
2プリンテッドエレクトロニクス技術の優位性
2.1プリテッドエレクトロニクスの製造工程
2.2プリンテッドエレクトロニクスを後押しする世の中の動向(未来はどう変わるか)
3期待される具体的な応用分野
3.1応用分野の全体像
3.2ディスプレイ応用
3.3センサ応用
3.4有機EL照明応用
3.5RFIDタグ応用
3.6ロジックとメモリ応用
3.7薄膜太陽電池応用
3.8電池応用
3.9その他の応用製品
4おわりに
【第2編 現状のプリンテッドエレクトロニクス技術と市場】
第1章ソルダーレジスト  (依田健志)
1ソルダーレジストとは
2ソルダーレジストの歴史
3アルカリ現像型ソルダーレジスト
3.1材料組成
3.2アルカリ現像型ソルダーレジストの形成工程
4アルカリ現像型ソルダーレジストの動向
4.1デジタル露光方式
4.2ドライフィルムタイプの増加
5インクジェット印刷対応ソルダーレジスト
6おわりに
第2章タッチパネルにおける周囲配線技術  (永井大輔)
1タッチパネル市場の動向
1.1タッチパネル市場の動向
1.2OGSからGFF構成へ
1.3低価格な製品要望
2タッチパネル周囲配線技術の状況
2.1周囲配線形成技術
2.2周囲配線形成技術に求められる特性
3まとめ
【第3編 期待されるプリンテッドエレクトロニクスの新分野】
第1章積層セラミック電子部品  (渡辺静晴)
1はじめに
2MLCC
2.1印刷膜厚の制御
2.2にじみ・かすれ
2.3図形歪
3チップインダクタ
3.1ファインライン印刷
3.2高膜厚・ハイアスペクト比印刷
4LTCC
5電子部品のスクリーン印刷における今後の課題
第2章タッチパネルとタッチパネル用透明導電膜の技術動向―プリンテッドエレクトロニクス技術の活用―  (板倉義雄)
1はじめに
2タッチパネル市場・技術動向
3タッチパネル用導電膜の動向
3.1タッチパネル用センサー電極材料の課題と対策
3.2周辺配線回路用導電膜
3.3ITO代替導電膜の動向
4タッチパネルの生産技術動向と生産性up技術
5まとめ
第3章色素増感太陽電池と新展開  (池上和志)
1はじめに
2色素増感太陽電池の構造と発電原理
3プラスチック基板上への酸化チタン電極の成膜方法
4携帯型モジュールの例
5大面積モジュールの例
6まとめ
第4章プリンタブル有機薄膜太陽電池の開発と今後の展開  (山岡弘明)
1はじめに
2有機薄膜太陽電池の原理
3有機薄膜太陽電池の特徴
4今後の展開
第5章印刷法を適用したLiイオン電池の製造  (金村聖志)
1リチウムイオン電池の構造
2三次元電極の利点
3三次元電池の利点
4ゾル・ゲル法とインジェクション法を用いた三次元電池の作製
4.1作製方法
4.2電池の特性
5MEMSを利用した電池の作製
5.1作製方法
5.2電池特性
6ディスペンサー技術を利用した電極の作製
6.1作製方法
6.2電極特性
7まとめ
第6章有機集積回路  (福田憲二郎、竹田泰典、時任静士)
1はじめに
2集積回路実現のための技術的課題
2.1薄膜化と平坦化
2.2高速動作
3全印刷方式による有機集積回路作製の取り組み
3.1電極の平坦化手法
3.2印刷型有機トランジスタの高性能化
3.3集積回路応用
4今後の展望
第7章有機系熱電変換材料の現状と展望  (石田敬雄、向田雅一、衛慶碩、桐原和大)
1はじめに
2熱電変換の基礎
3導電性高分子の熱電研究
4カーボンナノチューブ系の熱電研究
5有機系材料での熱電モジュール作製
6有機系材料の問題点、今後の課題
【第4編 進化する印刷技術・装置】
第1章「無変形スクリーン版」と次世代スクリーン印刷技術  (佐野康)
1はじめに
2印刷におけるインキングと転写のメカニズム
3スクリーン印刷最大の課題を解決する「無変形スクリーン版」の開発
4スクリーン印刷用ペーストの粘弾性
5プリンテッドエレクトロニクス製品化のために
6エレクトロニクス分野での最新の印刷応用例
6.1フレキシブルクランプ型電流センサ
6.2有機トランジスタアレイ
6.3S/D電極の「組み合わせ印刷」
7おわりに
第2章スクリーン印刷装置  (小林大介)
1PE市場におけるスクリーン印刷技術活用の現状
1.1はじめに―PE市場の現状―
1.2PE市場におけるスクリーン印刷工法の活用
2スクリーン印刷のメカニズムと印刷条件の最適化
2.1スクリーン印刷の転写メカニズム
2.2スクリーン印刷における管理すべきパラメータ
3スクリーン印刷装置(PE課題に対応するためのスクリーン印刷装置の機構)
3.1印圧のコントロール
3.2スキージ押し込み量の微調整
3.3peal off(オフコン)機構
3.4高精度整合
4まとめ ―次世代のスクリーン印刷技術―
第3章グラビア・オフ・セット印刷技術  (小林大介)
1PEにおけるグラビア・オフ・セット印刷技術の特徴と活用
1.1はじめに―グラビア・オフ・セットの活用領域―
1.2グラビア・オフ・セット印刷の主な特徴
2グラビア・オフ・セットのメカニズム
2.1グラビア・オフ・セット印刷装置の使用凹版による分類
2.2受理〜転写のメカニズム(平版印刷装置)
3グラビア・オフ・セット印刷のパラメータと条件管理(平版印刷装置)
3.1印刷条件と管理すべきパラメータ
3.2パラメータの調整による印刷最適化例
4グラビア・オフ・セットにおける技術課題
4.1ブランケットの乾燥管理
4.2受理画像を傾ける(10〜15°)
5まとめ
第4章シリコーンゴム(PDMS)ブランケット  (谷理)
1はじめに
2ゴムブランケットとは
3PDMSでの転写プロセス
4ゴムブランケットの構成、材料
5ゴムブランケットとして必要な特性
6ゴムブランケットの加工
7PDMSの膨潤
8低分子量シロキサン
9機械への装着及び他形状転写体
10おわりに
第5章印刷電極の信頼性  (関根智仁、福田憲二郎、熊木大介、時任静士)
1はじめに
2銀ナノ粒子インクの特徴
3印刷銀電極の密着強度
3.1密着強度の定量評価
3.2印刷銀電極と下地層の界面観察
4フレキシブル有機TFTの曲げに対する信頼性向上
5印刷電極のマイグレーション
6おわりに
【第5編 次世代微細印刷技術】
第1章凸版反転印刷技術  (片山嘉則)
1はじめに
2凸版反転印刷法のメカニズム
3印刷品質上の特徴
4他印刷方式との比較
5おわりに
第2章表面親撥パターニングを使った微細電極形成と薄膜トランジスタ応用  (熊木大介、時任静士)
1はじめに
2親撥パターニング法
3プラズマ処理を用いた親撥パターニング
4撥液レジストを用いた親撥パターニング
5その他の親撥パターニング法
6おわりに
第3章マイクロコンタクトプリント法  (牛島洋史)
1はじめに
2マイクロコンタクトプリント法とは
3マイクロコンタクトプリント法によるエレクトロニクスデバイスの作製
4マイクロコンタクトプリント法の応用
5おわりに
第4章ロールtoロール量産化技術(インクジェット)  (岩出卓)
1はじめに
2樹脂フィルム基板のロールtoロール技術(連続送り)
3樹脂フィルム基板のロールtoロール技術(ステップ送り)
4インクジェットによる回路描画
4.1樹脂フィルム基板の歪補正
4.2インクジェットによる導電インク描画
5ロールtoロールインクジェット装置
【第6編 進化する印刷材料】
第1章導電性ペースト・インクの進展  (菅沼克昭)
1はじめに
2導電性接着剤
2.1導電性接着剤の主な用途
2.2導電性接着剤の電気特性
2.3導電性接着剤配線における留意点
3金属ナノ粒子インク
4金属ナノワイヤインク
5これから
第2章低温焼成可能な「銀塩インク」を用いた印刷配線形成技術  (名和成明)
1はじめに
2低温焼成インクの必要性
3低温焼成可能な導電インクの開発の手段
4有機銀錯体化合物(銀塩)
5有機銀錯体化合物(銀塩)インク
680℃焼成インク
7印刷配線と基材との密着性確保
8銀塩インクの保管安定性
9耐環境性能(信頼性)
9.1クロスカット試験(碁盤目テープ試験)
9.2マイグレーション試験、その他試験
10印刷適正
11アプリケーション
11.1筐体ダイレクト印刷アンテナ
11.2印刷アンテナの性能
11.3アプリケーションの展開性
第3章銀インク、 ペースト  (片山嘉則)
1はじめに
2導電性材料としての位置づけ
3物理的特徴とナノサイズ粒子
4組成
5おわりに
第4章半導体デバイスに向けた低温焼結型銀ナノ粒子インク  (熊木大介、時任静士)
1はじめに
2半導体デバイスに向けた導電インク
3インクジェット印刷用金属ナノ粒子インク
4インクジェット配線の微細化
5全印刷型有機TFT
6おわりに
第5章導電性銅ナノインクとプリンテッドエレクトロニクスに適応した焼成  (有村英俊)
1はじめに
2PEに適用した銅ナノインクと焼成プロセス
2.1PEと銅ナノインクの必要性
2.2光を利用した導電性金属インクの焼成
2.3銅ナノインクとフォトシンタリングプロセス
2.4銅皮膜サンプルの諸特性
3フォトシンタリングメカニズム
4各種印刷法による回路形成
4.1無版印刷
4.2有版印刷
5おわりに
第6章酸化物半導体  (藤井茉美、石河泰明、浦岡行治)
1はじめに
2スピンコート成膜InZnO薄膜のTFT応用
3プロセス温度の低温化1 〜UV-O3処理〜
4プロセス温度の低温化2 〜水系溶液〜
5水系溶液IZO TFTの信頼性
第7章選択加熱を利用する焼成技術  (内田博)
1はじめに
2内部発熱を利用した焼成方法
2.1パルス光照射技術
2.2マイクロ波加熱
3おわりに
【第7編 海外のプリンテッド・エレクトロニクス開発動向】
(クレイ・シェパード)
1はじめに
2米国
2.1Flextech Alliance
2.2NBMC (Nano-Bio-Manufacturing-Consortium)
3欧州地域
3.1IMEC(ベルギー)
3.2CEA-Liten(フランス)
3.3COMEDD(ドイツ)
3.4Holst Centre (オランダ)
3.5IAPP(ドイツ)
3.6IMPS  Institute for Photonic Microsystems(ドイツ)
3.7CPI(イギリス)
3.8pmTUC(ドイツ)
3.9VTT(フィンランド)
4アジア地域
4.1韓国
4.2台湾
【第8編 企業の紹介(執筆者所属企業)】
(1)太陽インキ製造(株)
(2)グンゼ(株)
(3)大研化学製造販売(株)
(4)(株)タッチパネル研究所
(5)(株)エスピーソリューション
(6)(株)金陽社
(7)DIC(株)
(8)東レエンジニアリング(株)
(9)トッパンフォームズ(株)
(10)石原ケミカル(株)
(11)昭和電工(株)



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