金属ナノ粒子インクとは

そもそもナノ粒子インクとは？

ナノ粒子インクとは、非常に小さな粒子、すなわち「ナノ粒子」を溶剤の中に分散させた特殊なインクのこと。ナノ粒子の直径は100ナノメートル以下で、これは人の髪の毛の太さの1000分の1から1万分の1程度という極めて微細なサイズです。この微細さによって、印刷の解像度を飛躍的に高めることが可能になります。

このナノ粒子インクにはいくつかの種類があり、たとえばケイ素ナノ粒子を利用したものがあります。これは「構造色」と呼ばれる光の干渉によって色を生み出す技術に活用され、神戸大学では耐久性の高いケイ素ナノ粒子インクの開発にも成功しています。

インク中のナノ粒子のサイズを変えることで、印刷される色合いを精密にコントロールできるため、極めて高い解像度の着色や印刷がさまざまな素材に対して可能となります。この技術は塗料や顔料としての用途に加え、セキュリティ印刷、化粧品、さらにはバイオメディカル分野など、非常に幅広い分野での応用が期待されているのです。

金属ナノ粒子インクとは

銀や銅、酸化インジウムスズ（ITO）といった、導電性のある金属ナノ粒子を含んだインクが「金属ナノ粒子インク」と呼ばれます。

こうした金属ナノ粒子インクは、インクジェットプリンターを使って基板上に微細な電極や配線パターンを形成することが可能。特に、紙のように柔軟な基板に印刷して電子デバイスを作成するフレキシブルエレクトロニクスの分野では、重要な技術となっています。

印刷の最小ライン幅は従来の技術で20〜30ミクロン程度ですが、ナノ粒子インクを使えば0.5ミクロン以下という驚異的な精度で印刷が可能です。

このような導電性のナノ粒子インクを用いた印刷技術は、「プリンテッド・エレクトロニクス」と呼ばれ、今後の電子機器のさらなる小型化や高性能化を支える重要な技術になると考えられています。

プリンテッド・エレクトロニクスについて

プリンテッド・エレクトロニクスとは、従来の半導体製造技術とは異なり、導電性・半導体・絶縁性などの機能を持つインクを用いて、電子回路や電子デバイスを「印刷」によって製造する最先端の技術です。

この技術では、ソリッド（硬質）あるいはフレキシブル（柔軟性のある）な基板上に、必要な材料を直接印刷して電子機能を持たせるというアプローチが採られています。

従来の回路形成方法である「フォトリソグラフィ」では、まず基板全体に材料を塗り、その上で不要な部分を薬液で除去して回路パターンを作成します。この工程は多段階かつ高コストで、環境負荷も小さくはありません。

一方プリンテッド・エレクトロニクスでは、必要な材料を必要な場所にのみ印刷することができるため、材料の使用量を最小限に抑えることができます。資源の節約や製造エネルギーの削減につながるとして、省資源・省エネルギーの特性から、脱炭素化を進める社会の要請にも応える技術として注目されているのです。

金属ナノ粒子インクに対応する産業用インクジェットプリンターは？

紀州技研工業が開発した産業用インクジェット機器「NANO WM5000」が挙げられます。

プリンテッド・エレクトロニクスの用途に向けて作られており、その特徴は「シングルノズルヘッド方式」による安定したインク吐出性能。これにより、微細な金属ナノ粒子インクを使った高精度な細線印刷が可能です。また同じ箇所にインクを何度も重ね描く厚膜形成にも対応できます。こうした機能は、電子デバイスの開発段階における試作回路や、実験用構造の形成に向いているでしょう

ただし、シングルノズルでの印刷方式はインク吐出の制御性に優れる反面、広い面積の印刷や大量の生産には時間がかかり、量産プロセスには適していません。そのため、研究機関や企業のR&D部門で試作品を作る段階では大きな力を発揮しますが、実際の製品製造ラインに導入するには、より高速・多ノズルタイプの機器が必要となるでしょう。

※参照元：紀州技研工業公式HP｜金属ナノ粒子インク専用プリンター
(https://www.kishugiken.co.jp/nanoweb/printer.html)