説明

電子デバイスの製造方法

【課題】立体形状を有する基板を備えた電子デバイスの製造方法に関し、インクジェット法を用いてこの基板上に微細な配線を形成する。
【解決手段】基板1は、円筒形の基材と、この基材の周囲に巻かれた樹脂フィルムとを有し、樹脂フィルムの表面には、凹部および凸部が設けられている。基板1をその長手方向軸の周りに回転させながら、インクジェット法により凹部にインクを塗布した後、加熱してシード層を形成する。次いで、シード層の上にメッキ法によって導電膜を形成する。インクの塗布は、カラーCCDカメラで確認しながら行い、所望の箇所にインクが塗布されていない場合には塗布を停止するようにすることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板上に配線を形成する方法の1つとして、従来より、真空蒸着法やスパッタリング法などによって、基板の全面に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ法によって、導電膜を所望のパターンに加工することが行われている。しかし、フォトリソグラフィ法は、工程が煩雑である上に、使用する材料の無駄が大きいという問題を有する。
【0003】
これに対して、インクジェット法によって、基板上に配線を形成することも行われている(例えば、特許文献1参照。)。この方法によれば、所望のパターンを有する配線を、基板上に直接形成できる。したがって、上記した方法に比べて、工程を短縮できるだけでなく、使用する材料の無駄を減らすこともできる。
【0004】
【特許文献1】特開2002−169486号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のインクジェット法を用いた配線形成は、主として平板状の基板に対して行われていた。このため、円筒形などの立体形状を有する基板に、同様の方法で微細な配線を形成するのは困難であった。一方、近年、電子デバイスに対する小型化および高性能化の要求が高まっており、立体形状を有する基板上に微細な配線を設ける必要性も高くなっている。
【0006】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、立体形状を有する基板を備えた電子デバイスの製造方法であって、インクジェット法を用いてこの基板上に微細な配線を形成する方法を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、立体形状を有し、表面に凹部と凸部が設けられた基板と、該凹部に埋め込まれた配線とを備える電子デバイスの製造方法であって、
前記基板を回転させながら、インクジェット法を用いて金属超微粒子を含むインクを前記凹部に塗布した後、該インクを加熱してシード層を形成する工程と、
前記シード層の上にメッキ法によって導電膜を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【0009】
本発明において、前記インクの塗布は、カラーCCDカメラで確認しながら行い、所望の箇所にインクが塗布されていない場合には塗布を停止するようにすることが好ましい。
【0010】
本発明において、前記インクは、前記基板に撥液処理を行った後に塗布されることが好ましい。
【0011】
本発明において、前記基板は、円筒形の基材と、該基材の周囲に巻かれた樹脂フィルムとを有し、前記凹部および前記凸部が前記樹脂フィルムの表面に設けられたものとすることができる。この場合、前記基板をその長手方向軸の周りに回転させながら、前記インクの塗布を行うようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、表面に凹部と凸部が設けられた基板を回転させながら塗布するので、基板上に微細な配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本実施の形態においては、配線の形成にインクジェット法を利用する。インクジェット法によれば、オフセット印刷などのように版下を作製することなしに、基板の必要な領域にのみ必要な量のインクを塗布できる。したがって、基板の全面にインクを塗布し焼成した後に、フォトリソグラフィ法によって不要な部分を除去する方法に比べて、工程数を削減することができ、また、インクの無駄も低減することができる。さらに、エッチング工程で生じる廃液の問題も解消することができる。
【0014】
また、本実施の形態における配線の形成は、まず、基板の表面に設けられた凹部にシード層を形成した後、このシード層の上にメッキ法で導電膜を形成することにより行う。インクジェット法は、シード層を形成する際に適用する。
【0015】
図1は、インクジェット法によって、金属超微粒子を含むインクを円筒形の基板に塗布する様子を示す図である。尚、この金属超微粒子は、シード層の構成材料に対応する。図1において、基板1は、回転軸2を介してθステージ3に取り付けられている。θステージ3は、モータ4によって、基板1の長手方向に沿う軸(Y軸)を中心として回転するようになっている。尚、モータ4は、ステップモータとすることが好ましい。
【0016】
基板1の上方には、インクジェットヘッド5が配置されている。基板1とインクジェットヘッド5とは、Y軸方向に沿って、相対的に移動可能なようになっている。描画を行う際には、基板1がその長手方向軸の周りに回転した状態で、インクジェットヘッド5から基板1の所定位置にインクが吐出される。尚、インクジェットヘッド5に設けられるノズルは、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
【0017】
本実施の形態においては、円筒形の基材の周囲に樹脂フィルムが巻かれたものを基板1として用いる。この樹脂フィルムには、所定のパターンを構成する凹部(図示せず)と凸部(図示せず)が設けられており、凹部にインクを流し込むことによって配線が形成されるようになっている。基板1の直径は、例えば0.5mmとすることができる。また、凹部の幅は、例えば15μmとすることができ、凸部の幅は、例えば5μmとすることができる。
【0018】
図1に示すように、本実施の形態においては、インクジェットヘッド5の近傍に小型で高精度のカラーCCDカメラ6が取り付けられていることが好ましい。このCCDカメラ6は、Y軸方向と、これに垂直なX軸方向とに移動可能なようになっている。CCDカメラ6によって映し出される画像を白黒でなくカラーとすることにより、樹脂フィルムに設けられた凹凸部やインクを明確に視認することができる。したがって、凹部にインクがうまく流れ込んでいるか否かを確認するのが容易となる。
【0019】
例えば、基板1の外周領域に位置決めマーク(図示せず)を設けておき、CCDカメラ6によってこの位置決めマークを検出する。検出した位置決めマークの位置情報に基づいて、インクジェットヘッド5の位置、あるいは、基板1上における凹部の位置が補正される。また、位置決めマークの検出時の焦点距離に基づき、インクジェットヘッド5と基板1との距離が補正される。
【0020】
本実施の形態においては、インクの塗布をカラーCCDカメラで確認しながら行い、所望の箇所にインクが塗布されていない場合には、断線や短絡の原因となるため塗布を停止することが好ましい。これにより、インクの塗布を完全に終える前に不良を把握できるので、不良発生の早期発見が可能となる。また、塗布を停止した後、直ちに適正な位置でインクが塗布されるよう制御することにより、不良の発生数を減らして歩留まりを向上させることが可能となる。
【0021】
例えば、図1において、CCDカメラ6からの画像は、画像処理装置7に送られる。画像処理装置7では、リアルタイムで実際の描画位置に関する情報が蓄積され、この情報は制御装置8に送られて、実際の描画位置と理想的な描画位置とが比較される。これらの間にずれがある場合には、不良が生じていると判断され、描画は停止される。そして、理想的な位置で描画が行われるよう、制御装置8によって、インクジェットヘッド5の位置やモータ4の回転数が補正された後に、再び描画が開始される。
【0022】
インクジェット装置の方式は、コンティニュアス型(連続吐出型)とオンデマンド型に大別されるが、本実施の形態においてはいずれの方式であってもよい。
【0023】
コンティニュアス型では、インクはポンプでノズルから連続的に押し出された後、超音波発振器によって微小な液滴になる。生じたインク滴には、偏向電極を介して電荷が加えられる。これにより、インク滴は、軌道を曲げられて基板面に到達する。一方、偏向電極で軌道を曲げられなかったインク滴は、ガターと呼ばれる回収口に吸い込まれた後、インクタンクに戻って再利用される。
【0024】
上記のコンティニュアス型では、基板上にインクを吐出していないときであっても、インクは常に連続して噴射される。これに対して、オンデマンド型は、必要なときに必要な量のインクが吐出される方式である。この場合、インクジェットヘッド5からインクが吐出されるタイミングは、基板1の回転速度に応じて制御されることが好ましい。
【0025】
オンデマンド型には、コンティニュアス型に比べて装置を小型化できるという長所がある。オンデマンド型は、インク滴に圧力を加える方法によって、ピエゾ方式やサーマル方式などに分かれる。ピエゾ方式は、電圧を加えると変形するピエゾ素子(圧電素子)をインクの詰まった微細管に取り付け、これに電圧を加えて変形させることでインクを管外へ噴出させる方式である。また、サーマル方式は、加熱によって管内のインクに気泡を発生させてインクを噴射する方式である。
【0026】
本実施の形態においては、まず、基板の凸部にインクジェット法によってインクを塗布した後、所定の温度でインクを加熱してシード層(給電層)を形成する。1回の塗布によって形成されるシード層の厚みは、0.2〜0.5μm程度とすることができる。次いで、電界メッキ法を用いて、シード層の上に所定の導電膜を析出させる。これにより、所望の厚みを有する配線パターンを形成することができる。尚、電界メッキ法に代えて、無電解メッキ法によって導電膜を形成してもよい。
【0027】
図2は、配線パターン形成後の基板の部分断面図である。この図に示すように、基板1は、基材101の上に樹脂フィルム102が設けられた構造を有しており、樹脂フィルム102には、凹部103と凸部104が設けられている。凹部103の幅は、例えば15μmとすることができ、凸部104の幅は、例えば5μmとすることができる。シード層105は、インクジェット法によって設けられ、導電層106は、電界メッキ法によって設けられる。尚、本実施の形態において、凸部104は、配線間の短絡を防止する機能を有する。したがって、樹脂フィルムの表面に凹凸を形成する以外にも、レジストなどの樹脂材料によって凸部を形成することもできる。
【0028】
近年の電子デバイスに対しては、小型化および高性能化の要求が高く、これに伴って配線は益々高密度化する傾向にある。ここで、凹部の幅がインクジェットヘッドから吐出されるインク滴より小さいと、凸部にインクがうまく流し込まれず、インクがはみ出しやすくなる。こうした場合には、インクジェットヘッドの駆動電圧を低くして塗布することが好ましい。これにより、インク滴の大きさをある程度まで小さくすることができる。また、基板に撥液処理を行ってから、インクを塗布するのも好適である。これにより、基板の上でインク滴が広がってしまうのを抑制することができる。撥液剤としては、例えば、フッ素系表面処理剤を使用することができる。尚、原液で処理すると撥液度が高くなり、断線を起こすおそれがあることから、溶剤で適度に希釈したものを使用する。
【0029】
本実施の形態で用いられるインクとしては、溶剤中に金属超微粒子が分散したものが挙げられる。
【0030】
金属超微粒子には、導電性の高い金属の超微粒子を用いる。具体的には、金、銀、銅、パラジウム、錫、白金、タングステン、ニッケル、タンタル、インジウム、亜鉛、チタン、クロム、鉄およびコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属、または、これらの金属の合金若しくは酸化物の超微粒子とすることができる。これらのうち、導電性が高い点から、銀または銅が好ましく用いられる。尚、金属超微粒子の平均粒径は、100nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。
【0031】
金属超微粒子を得る方法としては、例えば、減圧した不活性ガス雰囲気中で金属を蒸発させた後、冷却部上に超微粒子として回収するガス中蒸発法が挙げられる。この方法によって得られた金属超微粒子を有機溶媒と混合することによりインクとすることができるが、超微粒子同士の凝集を防ぐには、例えば、金属を蒸発させる際に真空室に有機溶媒の蒸気を導入し、金属超微粒子の表面を有機溶媒で覆うようにするのがよい。これにより、有機溶媒中での金属超微粒子の凝集を防いで、超微粒子が良好に分散した状態のインクを得ることができる。
【0032】
また、インクは、次の方法によっても得られる。この方法によれば、インクジェット用として好適なインクが得られる。すなわち、インクジェットノズルを目詰まりさせたりすることがなく、また、使用する溶剤の選択範囲が広いので、インクジェット法に適した特性(粘度および表面張力など)のインクとすることができる。
【0033】
まず、第1の溶剤の蒸気が存在するガス雰囲気中で金属を蒸発させて、金属の蒸気と第1の溶剤の蒸気とを接触させた後、冷却部上で捕集して、第1の溶剤中に金属微粒子が分散した金属超微粒子分散液を得る(第1の工程)。次に、この分散液に低分子量の極性溶剤である第2の溶剤を加え、金属超微粒子を沈降させてから、上澄み液を捨てて第1の溶剤を除去する(第2の工程)。残った沈降物に第3の溶剤を加えると、粒径100nm以下の金属超微粒子が独立状態で分散したインクが得られる(第3の工程)。
【0034】
第1の工程では、まず、真空室中であって、且つ、Heなどの不活性ガスの圧力を10Torr以下とする雰囲気の下で、金属を蒸発させる。次いで、蒸発した金属の蒸気を冷却捕集する。この際、真空室中に第1の溶剤の蒸気を導入し、金属が粒成長する段階において、その表面に第1の溶剤の蒸気を接触させる。これにより、第1の溶剤中に金属超微粒子が独立且つ均一に分散した分散液が得られる。
【0035】
第2の工程では、まず、第1の工程で得られた分散液に第2の溶剤を加える。すると、分散液中に含まれた金属超微粒子が沈降するので、静置法やデカンテーション法などによって上澄み液を除去する。この操作を複数回繰り返すことによって、第1の溶剤を実質的に除去することができる。これにより、第1の工程で蒸発した金属蒸気が凝縮する際に、共存する第1の溶剤が変性して生じる副生成物を除くことができる。また、用途によっては、第1の工程で使い難い低沸点溶剤、水またはアルコール系溶剤などに分散したインクとする必要がある。第2の工程で第1の溶剤を除去した後、次の第3の工程で溶剤置換を行えば、こうした溶剤に分散したインクを得ることができる。
【0036】
第3の工程では、第2の工程で得られた沈降物に新たな第3の溶剤を加えて、溶剤置換を行う。これにより、平均粒径100nm以下の金属超微粒子が独立状態で分散している分散液、すなわち、本実施の形態におけるインクを得ることができる。
【0037】
上記の例においては、第1の工程および/または第3の工程で分散剤を加えることが好ましい。尚、第3の工程で分散剤を添加する場合には、第1の工程で使用する溶剤(第1の溶剤)に溶解しない分散剤であっても構わない。分散剤としては、例えば、アルキルアミン、カルボン酸アミドおよびアミノカルボン酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。アルキルアミンとしては、炭素数4〜20の主骨格を有するものが好ましく、なかでも炭素数8〜18の主骨格を有するものが、安定性や取り扱いの容易性の点から好ましい。アルキルアミンの炭素数が3以下では、アミンの塩基性が強すぎて金属超微粒子を腐食するおそれがある。一方、炭素数が20を超えると、インクの粘度が上昇して取扱い容易性が低下するおそれがある。尚、アルキルアミンは1級〜3級のいずれであってもよいが、安定性や取り扱い容易性の点からは1級のアルキルアミンが好ましく用いられる。
【0038】
分散剤としてのアルキルアミンの含有量は、金属超微粒子に対して0.1〜10質量%とすることができ、0.2〜7質量%とすることが好ましい。0.1質量%未満では、金属超微粒子が独立状態で分散せずに凝集する場合がある。一方、10質量%を超えると、インクの粘度が高くなってゲル状物質となるおそれがある。
【0039】
アルキルアミンの具体例としては、ブチルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサドデシルアミン、オクタデシルアミン、ココアミン、タロウアミン、水素化タロウアミン、オレイルアミン、ラリウルアミンおよびステアリルアミンなどの1級アミン、ジココアミン、ジ水素化タロウアミンおよびジステアリルアミンなどの2級アミン、ドデシルジメチルアミン、ジドデシルモノメチルアミン、テトラデシルジメチルアミン、オクタデシルジメチルアミン、ココジメチルアミン、ドデシルテトラデシルジメチルアミンおよびトリオクチルアミンなどの3級アミン、ナフタレンジアミン、ステアリルプロピレンジアミン、オクタメチレンジアミンおよびノナンジアミンなどのジアミンなどが挙げられる。また、カルボン酸アミドやアミノカルボン酸塩の具体例としては、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ラウリル酸ラウリルアミド、オレイン酸アミド、オレイン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ラウリルアミド、ステアラニリドまたはオレイルアミノエチルグリシンなどが挙げられる。
【0040】
上記の例において、第1の溶剤は、ガス中蒸発法の際に用いる金属超微粒子生成用の溶剤であり、また、金属超微粒子を冷却捕集する際に容易に液化できるよう比較的沸点の高い溶剤である。第1の溶剤としては、炭素数5以上のアルコール類、例えば、テルピネオール、シトロネオール、ゲラニオール、およびフェネチルアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する溶剤、または、有機エステル類、例えば、酢酸ベンジル、ステアリン酸エチル、オレイン酸メチル、フェニル酢酸エチルおよびグリセリドよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する溶剤を挙げることができる。尚、使用する金属超微粒子の種類によって適宜選択することが好ましい。
【0041】
第2の溶剤は、分散液中の金属超微粒子を沈降させて、第1の溶剤を分離除去できるものであればよい。具体的には、アセトンなどの低分子量の極性溶剤が挙げられる。
【0042】
第3の溶剤としては、主鎖の炭素数が6〜20の非極性炭化水素、水または炭素数15以下のアルコールなどの常温で液体のものを挙げることができる。非極性炭化水素の場合、炭素数が6未満では乾燥が速くなりすぎて、得られるインクの取り扱いが難しくなる。一方、炭素数が20を超えると、インクの粘度が上昇したり、焼成後に炭素が残留したりするなどの問題が生じる。また、アルコールの場合も炭素数が15を超えると、同様の問題が生じる。例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカンおよびトリメチルペンタンなどの長鎖アルカン、シクロヘキサン、シクロヘプタンおよびシクロオクタンなどの環状アルカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンおよびドデシルベンゼンなどの芳香族炭化水素、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、シクロヘキサノールおよびテルピネオールなどのアルコールなどを用いることができる。これらの溶剤は、単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。例えば、長鎖アルカンの混合物であるミネラルスピリットとすることもできる。
【0043】
インクの粘度は、温度0〜50℃において、1〜100mPa・sとすることが好ましく、1〜10mPa・sとすることがより好ましい。また、インクの表面張力は、25〜80mN/mとすることが好ましく、30〜60mM/mとすることがより好ましい。このようなインクであれば、塗布時におけるインクの供給安定性や液滴形成飛翔安定性を維持したり、インクジェット装置のヘッドの高速応答性などを実現したりするのに適したものとすることができる。
【0044】
また、インク中の金属超微粒子濃度は、10〜70質量%とすることが好ましく、10〜50質量%とすることがより好ましい。10質量%未満では、粘度および表面張力などの値は問題ないが、焼成後に得られる導電膜の電気抵抗が導電回路として十分な値にならない。一方、70質量%を超えると、粘度および表面張力などの値が上記範囲から外れてしまい、インクジェット法に適したインクとすることができなくなる。
【0045】
尚、金属超微粒子は、上記のガス中蒸発法に代えて、液相還元法などの化学還元法によって得ることもできる。この場合、金属超微粒子を製造するための原料としては、例えば、ビスヘキサフルオロアセチルアセトネート銅、ビスアセチルアセトネートニッケルおよびビスアセチルアセトネートコバルトなどの金属含有有機化合物を用いることができる。具体的には、まず、上記原料を適当な溶媒に溶解して分散剤を加えた後、所定の温度で加熱分解して金属超微粒子を発生させる。その後、上記例における第3の溶剤などで溶剤置換すると、平均粒径が約100nm以下である金属超微粒子が分散した状態のインクが得られる。この場合、得られたインクは、真空中での加熱により濃度が80質量%になるまで濃縮しても、安定な分散状態を維持することができる。
【0046】
本実施の形態において、金属超微粒子を含むインクには、基板との密着性を向上させるために、有機ケイ素化合物および有機マンガン化合物などの金属含有有機化合物を添加することができる。有機ケイ素化合物としては、常温で液体である非極性炭化水素系溶剤に可溶であり、分解温度が150〜250℃程度であるものが用いられる。例えば、ジフェニルシラン、テトラアリルシランまたはデカメチルテトラシロキサンなどを挙げることができる。また、有機マンガン化合物としては、例えば、オクタン酸マンガン、ナフテン酸マンガンまたはリノール酸マンガンなどを用いることができる。添加量は、金属超微粒子の質量に対し、ケイ素またはマンガンの質量で、0.5〜10質量%程度とするのがよい。0.5質量%未満の添加量では、密着性の向上に寄与しない。一方、添加量が10質量%を超えると、導電膜の比抵抗が上昇してしまう。
【0047】
尚、密着性に効果がある他の金属含有有機化合物の例としては、ケイ素、マンガン、クロム、ニッケル、チタン、マグネシウム、アルミニウム、ゲルマニウム、タンタル、ニオブおよびバナジウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する脂肪酸塩が挙げられる。これらの内で、分解温度が300℃以下のものが好ましい。具体的には、(C1735COO)Mgまたは(C1735COO)Alなどを挙げることができる。
【0048】
以上の工程によって、円筒形の基板の表面に配線を形成することができる。この方法は、例えば、超小型のモータなどの電子デバイスの製造に好ましく用いられる。
【0049】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、円筒形の基板を用いたが、本発明においては、円筒形以外の他の立体形状を有する基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本実施の形態において、円筒形の基板にインクを塗布する様子を示す図である。
【図2】本実施の形態において、配線パターン形成後の基板の部分断面図である。
【符号の説明】
【0051】
1 基板
2 回転軸
3 θステージ
4 モータ
5 インクジェットヘッド
6 CCDカメラ
7 画像処理装置
8 制御装置
101 基材
102 樹脂フィルム
103 凹部
104 凸部
105 シード層
106 導電層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
立体形状を有し、表面に凹部と凸部が設けられた基板と、該凹部に埋め込まれた配線とを備える電子デバイスの製造方法であって、
前記基板を回転させながら、インクジェット法を用いて金属超微粒子を含むインクを前記凹部に塗布した後、該インクを加熱してシード層を形成する工程と、
前記シード層の上にメッキ法によって導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項2】
前記インクの塗布をカラーCCDカメラで確認しながら行い、所望の箇所にインクが塗布されていない場合には塗布を停止することを特徴とする請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項3】
前記インクは、前記基板に撥液処理を行った後に塗布されることを特徴とする請求項1または2に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記基板は、円筒形の基材と、該基材の周囲に巻かれた樹脂フィルムとを有しており、
前記凹部および前記凸部は、前記樹脂フィルムの表面に設けられていて、
前記基板をその長手方向軸の周りに回転させながら、前記インクの塗布を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。


【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−59863(P2009−59863A)
【公開日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−225477(P2007−225477)
【出願日】平成19年8月31日(2007.8.31)
【出願人】(000231464)株式会社アルバック (1,740)
【Fターム(参考)】