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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024068901
(43)【公開日】2024-05-21
(54)【発明の名称】配線の形成方法
(51)【国際特許分類】
H05K 3/10 20060101AFI20240514BHJP
【ＦＩ】
H05K3/10 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022179567
(22)【出願日】2022-11-09
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年１１月１１日から１２日にオンラインで開催された薄膜材料デバイス研究会第１８回研究集会のウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｊｐｎ０１．ｓａｆｅｌｉｎｋｓ．ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ／？ｕｒｌ＝ｈｔｔｐ％３Ａ％２Ｆ％２Ｆｗｗｗ．ｔｆｍｄ．ｊｐ％２Ｆａｂｓｔｒａｃｔ％２ＦＴＦＭＤ２０２１－ＡｂｓｔｒａｃｔＢｏｏｋ．ｐｄｆ＆ａｍｐ；ｄａｔａ＝０４％７Ｃ０１％７Ｃｓｅｈｉｇａ％４０ｈｉｒｏｓｈｉｍａ－ｕ．ａｃ．ｊｐ％７Ｃ４４ｆ７６２ａｂｆｆ８９４ｃｆｄｄ０２２０８ｄ９ａ２９８５４ｄｅ％７Ｃｃ４０４５４ｄｄｂ２６３４９２６８６８ｄ８ｅ１２６４０ｄ３７５０％７Ｃ１％７Ｃ１％７Ｃ６３７７１９５９７４２１８４３４２０％７ＣＵｎｋｎｏｗｎ％７ＣＴＷＦｐｂＧＺｓｂ３ｄ８ｅｙＪＷＩｊｏｉＭＣ４ｗＬｊＡｗＭＤＡｉＬＣＪＱＩｊｏｉＶ２ｌｕＭｚＩｉＬＣＪＢＴｉＩ６Ｉｋ１ｈａＷｗｉＬＣＪＸＶＣＩ６Ｍｎ０％３Ｄ％７Ｃ２０００＆ａｍｐ；ｓｄａｔａ＝ＤＪＩｕＴＸｙＰＣＥｌｌａｂＷｘＮ１ＴＥ９８ｐ５ｘｂＤＴｅＲＹｔｙＨＣｆＺａｎＧＸＴｇ％３Ｄ＆ａｍｐ；ｒｅｓｅｒｖｅｄ＝０）にて、令和３年１１月１１日に掲載 〔刊行物等〕 令和３年１１月１１日から１２日にオンラインで開催された薄膜材料デバイス研究会第１８回研究集会にて、令和３年１１月１２日に発表
(71)【出願人】
【識別番号】504237050
【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】酒池 耕平
【テーマコード（参考）】
5E343
【Ｆターム（参考）】
5E343AA02
5E343AA16
5E343AA17
5E343AA19
5E343BB23
5E343BB24
5E343BB25
5E343BB28
5E343BB34
5E343BB43
5E343BB44
5E343BB47
5E343BB48
5E343BB49
5E343BB75
5E343BB76
5E343DD15
5E343ER45
5E343FF05
5E343GG11
(57)【要約】
【課題】基板に低抵抗な配線を短時間で形成する技術を提供する。
【解決手段】配線を形成する方法は、基板に配線を形成する方法であって、導電性物質を含む溶液の液滴を、基板に滴下する第１工程と、基板の側方から、基板に着弾した液滴にのみ、レーザ光を照射する第２工程と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】配線を形成する方法は、基板に配線を形成する方法であって、導電性物質を含む溶液の液滴を、基板に滴下する第１工程と、基板の側方から、基板に着弾した液滴にのみ、レーザ光を照射する第２工程と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に配線を形成する方法であって、
導電性物質を含む溶液の液滴を、前記基板に滴下する第１工程と、
前記基板の側方から、前記基板に着弾した前記液滴にのみ、レーザ光を照射する第２工程と、
を備えることを特徴とする配線を形成する方法。
導電性物質を含む溶液の液滴を、前記基板に滴下する第１工程と、
前記基板の側方から、前記基板に着弾した前記液滴にのみ、レーザ光を照射する第２工程と、
を備えることを特徴とする配線を形成する方法。
【請求項2】
前記第２工程において、前記液滴が前記基板に着弾すると同時に、前記液滴に前記レーザ光を照射する、
請求項１に記載の配線を形成する方法。
請求項１に記載の配線を形成する方法。
【請求項3】
前記第２工程において、前記レーザ光の焦点が前記液滴の表面に位置するよう、レンズを用いて前記レーザ光を絞る、
請求項１に記載の配線を形成する方法。
請求項１に記載の配線を形成する方法。
【請求項4】
少なくとも前記第１工程を真空下で行う
請求項１に記載の配線を形成する方法。
請求項１に記載の配線を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、インクジェット装置を用いて基板に配線を形成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、金属ナノインクをインクジェットヘッドにより吐出し、基板に所定の配線を描画する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－７７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、フレキシブル・ストレッチャブルセンサのような次世代フレキシブルデバイスが注目されている。次世代フレキシブルデバイスは、基板に高性能センサや電子デバイスを実装したものである。次世代フレキシブルデバイスの開発において、高性能センサや電子デバイスを相互接続する低抵抗な配線を基板上に形成することが求められる。
【0005】
低抵抗な配線は、たとえば、基板に塗布した材料に対してアニール処理を施すことにより形成できる。アニール処理は、材料に熱を加えることにより、残留応力を取り除く処理である。
【0006】
ここで、特許文献１に記載の技術において、基板全体を加熱することで金属ナノインクにアニール処理を施し、低抵抗な配線を形成することができる。しかし、アニール処理に長時間を要するおそれがある。
【0007】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に低抵抗な配線を短時間で形成する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明に係る配線を形成する方法は、基板に配線を形成する方法であって、導電性物質を含む溶液の液滴を、前記基板に滴下する第１工程と、前記基板の側方から、前記基板に着弾した前記液滴にのみ、レーザ光を照射する第２工程と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る配線を形成する方法によれば、基板に低抵抗な配線を短時間で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施形態に係る配線を形成する方法で使用される配線形成装置の概念図である。
【図2】本実施形態に係る配線を形成する方法の一例を示すステップチャートである。
【図3】実施例１に係る実験結果を示すグラフであり、電気炉、及び、レーザ光によりアニール処理した場合の体積抵抗率を比較するグラフである。
【図5】実施例２に係る実験結果を示すグラフであり、異なる波長のレーザ光によりアニール処理した場合の体積抵抗率を、液滴の滴下周波数を変えて比較するグラフである。
【図6】ＰＥＴ樹脂製の基板上の配線を光学顕微鏡で観察した写真であり、上段は、液滴へレーザ光を照射しないで配線を形成した場合の写真であり、下段は、液滴へレーザ光を照射して配線を形成した場合の写真である。
【図7】液滴へのレーザ光の照射有無に応じた配線形成速度を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。図２に示すように、重力方向を基準にＺ方向を定義し、Ｚ方向を上下方向とも呼ぶ。また、Ｚ方向に対し垂直な方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向と定義する。Ｘ方向とＹ方向は、互いに垂直となる方向である。Ｘ方向及びＹ方向により形成される面を、水平面とも呼ぶ。
【0012】
＜配線形成装置１０＞
図１に示すように、配線形成装置１０は、基台１２と、インクジェット機器１４と、レーザ照射機器１６と、制御装置１８と、を備える。
図１に示すように、配線形成装置１０は、基台１２と、インクジェット機器１４と、レーザ照射機器１６と、制御装置１８と、を備える。
【0013】
＜＜基台１２＞＞
基台１２は、基板２０（図２）を保持する保持台１２ａと、保持台１２ａを移動させる駆動機構１２ｂとを有する。
基台１２は、基板２０（図２）を保持する保持台１２ａと、保持台１２ａを移動させる駆動機構１２ｂとを有する。
【0014】
保持台１２ａは、基板搬入出装置（図示せず）により搬入された基板２０を保持する。駆動機構１２ｂは、保持台１２ａを水平面内で移動させる。具体的には、駆動機構１２ｂは、制御装置１８からの指示を受け、保持台１２ａを水平面内で移動させる。基板２０は、保持台１２ａとともに、水平面内で移動する。
【0015】
基板２０は、高性能センサや電子デバイス、および配線が実装されるものである。基板２０のサイズや形状は特に限定されるものではない。本実施形態に係る基板２０は、熱可塑性プラスチック製である。より具体的に、基板２０は、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポチプロピレン等の熱可塑性樹脂で形成されている。なお、後述する金属ナノインクの濡れ性を向上させるために、基板２０の表面にアルミナなどによる表面処理が施されていてもよい。
【0016】
＜＜インクジェット機器１４＞＞
インクジェット機器１４は、溶液を収容するインク室１４ａと、溶液の液滴Ｑ（図２）を滴下させるヘッド１４ｂと、インク室１４ａからヘッド１４ｂへ溶液を供給するポンプ１４ｃと、を有する。インクジェット機器１４は、液滴Ｑを、大気圧下で滴下してもよいし、真空下で滴下してもよい。
インクジェット機器１４は、溶液を収容するインク室１４ａと、溶液の液滴Ｑ（図２）を滴下させるヘッド１４ｂと、インク室１４ａからヘッド１４ｂへ溶液を供給するポンプ１４ｃと、を有する。インクジェット機器１４は、液滴Ｑを、大気圧下で滴下してもよいし、真空下で滴下してもよい。
【0017】
ポンプ１４ｃは、制御装置１８からの指示に基づいて、インク室１４ａから容液を吸込み、ヘッド１４ｂへ供給する。ヘッド１４ｂは、保持台１２ａの上方に、基板２０と対向するよう配置される。ヘッド１４ｂは、形成する配線Ｅの寸法（厚さや幅等）に応じ、１回で滴下させる液滴Ｑの量、及び、１秒間で液滴Ｑを滴下する回数（以下、周波数ともいう）を変更可能に構成されている。
【0018】
溶液とは、液体成分の溶媒と、固体等の成分である溶質と、から構成される。この例では、溶液として金属ナノインクを用いる。金属ナノインクは、溶媒としての分散液と、溶質としての金属ナノ粒子、有機添加物及び配位子を含む。
【0019】
金属ナノ粒子は導電性物質であり、その材料としては、金、銀、銅、白金、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、鉛、パラジウム、アルミニウム、及びこれらの合金などが用いられる。金属ナノ粒子の粒子径は１ｎｍ～１μｍの範囲である。粒子径は、例えば、レーザ回折・散乱法（マイクロトラック法）などによって測定される。分散液における金属ナノ粒子の濃度は、１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であってよく、一例として、１０ｗｔ％である。
【0020】
分散液は、少なくとも水を含有する。分散液は、水に加え、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類を含んでいてもよい。分散液における水の含有量は、一例として、６０体積％以上である。
【0021】
有機添加物は、金属ナノインクの粘性を調整する。有機添加物は、一例として、グリセリン、プロピレングリコール等が挙げられる。配位子は、金属ナノ粒子を分散液に分散させる。配位子は、一例として、アルキル化合物、フタロシアニン、ポルフイリン等が挙げられる。
【0022】
＜＜レーザ照射機器１６＞＞
レーザ照射機器１６は、所定の波長のレーザ光Ｌを照射する光源１６ａ、及び、レンズ３０を有する。レーザ照射機器１６は、光源１６ａから照射されるレーザ光Ｌの出力を変更可能に構成されている。光源１６ａは、制御装置１８からの指示を受け、レーザ光Ｌを連続的に照射する。光源１６ａは、その種類に応じて、異なる波長のレーザ光を照射する。例示的に、光源１６ａは、ＧａＡｌＡｓ（ガリウム／アルミニウム／ヒ素）から構成され、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を照射する。また、例示的に、光源１６ａは、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＮ（インジウム／ガリウム／窒素）等から構成され、波長が４４５ｎｍのブルーレーザを照射する。
レーザ照射機器１６は、所定の波長のレーザ光Ｌを照射する光源１６ａ、及び、レンズ３０を有する。レーザ照射機器１６は、光源１６ａから照射されるレーザ光Ｌの出力を変更可能に構成されている。光源１６ａは、制御装置１８からの指示を受け、レーザ光Ｌを連続的に照射する。光源１６ａは、その種類に応じて、異なる波長のレーザ光を照射する。例示的に、光源１６ａは、ＧａＡｌＡｓ（ガリウム／アルミニウム／ヒ素）から構成され、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を照射する。また、例示的に、光源１６ａは、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＮ（インジウム／ガリウム／窒素）等から構成され、波長が４４５ｎｍのブルーレーザを照射する。
【0023】
レンズ３０は、光源１６ａと液滴Ｑとの間に、設けられる。レンズ３０は、光源１６ａから照射されたレーザ光Ｌを絞り、焦点Ｓを形成する（図２）。レンズ３０は、レーザ照射機器１６とは別に設けられていてもよい（図２）。
【0024】
＜配線Ｅの形成方法＞
図２に示すように、本実施形態に係る配線Ｅの形成方法は、滴下工程（第１工程）Ｓ１と、照射工程（第２工程）Ｓ２と、を有する。この例では、導電性物質である金属ナノ粒子を含む金属ナノインクを用いて基板２０に配線Ｅを形成する。本実施形態では、滴下工程Ｓ１は、真空下で行われる。本実施形態では、制御装置１８は、レーザ照射機器１６に、滴下工程Ｓ１の前から、連続的に、レーザ光Ｌを照射させている。これにより、基板２０の上面に液滴Ｑが着弾すると同時に、液滴Ｑにレーザ光Ｌが照射される。
図２に示すように、本実施形態に係る配線Ｅの形成方法は、滴下工程（第１工程）Ｓ１と、照射工程（第２工程）Ｓ２と、を有する。この例では、導電性物質である金属ナノ粒子を含む金属ナノインクを用いて基板２０に配線Ｅを形成する。本実施形態では、滴下工程Ｓ１は、真空下で行われる。本実施形態では、制御装置１８は、レーザ照射機器１６に、滴下工程Ｓ１の前から、連続的に、レーザ光Ｌを照射させている。これにより、基板２０の上面に液滴Ｑが着弾すると同時に、液滴Ｑにレーザ光Ｌが照射される。
【0025】
まず、基板２０を保持台１２ａに設置する。その後、制御装置１８は、駆動機構１２ｂを制御して、保持台１２ａを水平面内で移動させ、基板２０を、予め設定された位置に移動させる。これにより、基板２０の位置決めが完了する。
【0026】
基板２０の位置決めが完了すると、滴下工程Ｓ１が行われる。滴下工程Ｓ１において、制御装置１８は、インクジェット機器１４を制御し、金属ナノ粒子を含む金属ナノインクの液滴Ｑを、基板２０に滴下させる。具体的には、制御装置１８は、インクジェット機器１４のヘッド１４ｂを制御し、予め設定された１回あたり所定の量の液滴Ｑを、１秒間あたり所定の回数（例えば１秒間に５０回～１０００回）で、基板２０の上面に滴下させる。基板２０の上面に着弾した液滴Ｑは、所定の高さＨ１を有する。液滴Ｑの高さＨ１は、１回で滴下される液滴Ｑの量と、この液滴Ｑと基板２０との濡れ性によって定まる。液滴Ｑの高さＨ１は、液滴Ｑが基板２０に着弾した直後、最も高くなる（図２の最上段）。
【0027】
照射工程（第２工程）Ｓ２において、制御装置１８は、レーザ照射機器１６、具体的には光源１６ａを制御し、基板２０の側方から、基板２０の上面に着弾した液滴Ｑにのみ、レーザ光Ｌを照射させる。また、制御装置１８は、レーザ照射機器１６に、基板２０の上面に液滴Ｑが着弾すると同時に、液滴Ｑにレーザ光Ｌを照射させる。レーザ光Ｌは、レンズ３０を用いて絞られる。レンズ３０により、レーザ光Ｌの焦点Ｓが形成される。基板２０に対する焦点Ｓの高さＨ３は、基板２０に着弾した直後の液滴Ｑの高さＨ１よりも低い（図２の最上段）。
【0028】
金属ナノインクの液滴Ｑにレーザ光Ｌが照射されると、金属ナノインク中の分散液が蒸発するとともに、金属ナノ粒子が加熱される。この結果、金属ナノ粒子には、アニール処理が施される。よって、金属ナノ粒子が互いに整列した状態で、配線Ｅが形成される。配線Ｅの高さＨ２は、焦点Ｓの高さＨ３よりも低い（図２の最下段）。
【0029】
以上から明らかなように、本実施形態に係る熱可塑性プラスチック製の基板２０に配線Ｅを形成する方法は、金属ナノ粒子を含む金属ナノインクの液滴Ｑを、基板２０に滴下する滴下工程Ｓ１と、基板２０の側方から、基板２０に着弾した液滴Ｑにのみ、レーザ光Ｌを照射する照射工程Ｓ２と、を備える。
【0030】
このように、レーザ光Ｌは、液滴Ｑにのみ照射される。このため、液滴Ｑに十分な熱を瞬間的に加えることができ、低抵抗な配線Ｅを得ることができる。
【0031】
ここで、従来は、例えば液滴Ｑが金属ナノインクの場合、金属ナノインクを基板２０へ滴下した後、１時間程度の後処理（アニール処理）が必要であった。これに対し、上述の通り、照射工程Ｓ２では、レーザ光Ｌは、液滴Ｑにのみ照射されるため、液滴Ｑが基板２０へ着弾してから短時間で配線Ｅの形成が可能となる。これにより、配線Ｅの生産性の向上が可能となる。本明細書において、短時間とは、液滴Ｑが基板２０へ着弾した時から所定時間という意味に加え、液滴Ｑが基板２０へ着弾すると同時という意味を、含む。
【0032】
また、照射工程Ｓ２において、レーザ光Ｌが基板２０に照射されないため、基板２０を熱可塑性樹脂から形成した場合であっても、基板２０の変形を回避することができる。
【0033】
また、照射工程Ｓ２では、液滴Ｑが基板２０に着弾すると同時に、レーザ光Ｌを液滴Ｑに照射する。液滴Ｑが基板２０へ着弾した直後、液滴Ｑの高さＨ１は、最も高くなる（図２の最上段）。このように、液滴Ｑが基板２０へ着弾した直後、レーザ光Ｌが照射される液滴Ｑの範囲は、最も広くなる。このため、液滴Ｑに対し、より的確に、レーザ光Ｌを照射することができる。
【0034】
また、照射工程Ｓ２において、レーザ光Ｌの焦点Ｓが液滴Ｑの表面に位置するよう、レンズ３０を用いてレーザ光Ｌを絞る。レンズ３０を用いてレーザ光Ｌを絞ることにより、レーザ光Ｌの焦点Ｓを液滴Ｑの表面に形成できる。このため、分散液が蒸発すると、焦点Ｓの高さＨ３より低い位置に配線Ｅが形成される（図２の最下段）。従ってこれ以降は、形成された配線Ｅへのレーザ光Ｌの吸収はなく、基板２０の温度上昇が自動で停止する。これにより、基板２０の過剰な温度上昇による、基板２０の変形を回避できる。
【0035】
また、レンズ３０により、レーザ光Ｌのパワー密度を向上させることができ、分散液を短時間で蒸発することができる。このため、液滴Ｑから基板２０へ伝達される熱を抑制できる。よって、基板２０の過剰な温度上昇による、基板２０の変形を抑制することができる。なお、パワー密度とは、単位面積当たりの光強度（Ｗ）を意味する。さらに、レーザ光Ｌのパワー密度を向上させることで、液滴Ｑが基板２０へ着弾してから配線Ｅが形成されるまでの時間を、更に短くすることができる。このため、更なる生産性の向上が可能となる。
【0036】
また、滴下工程Ｓ１を真空下で行うことにより、インクジェット機器１４から金属ナノインクの液滴Ｑを滴下する際、空気抵抗による液滴Ｑの変形及び液滴Ｑの軌道の変化を抑制することができる。よって、正確な位置に液滴Ｑを着弾させることができる。
【実施例0037】
次に、本発明者らが行った試験により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【0038】
（実施例１）
実施例１では、基板を移動させずに、滴下された液滴にレーザ光を照射した。
実施例１では、基板を移動させずに、滴下された液滴にレーザ光を照射した。
【0039】
１．前提条件
＜基板＞
基板は、サンハヤト株式会社製のＰＦ－３Ｒ－Ａ４を用い、３０ｍｍ×３０ｍｍ角に切断したものを試験片とした。試験片の厚さは、１３５μｍである。基板は、ＰＥＴ樹脂製である。
＜基板＞
基板は、サンハヤト株式会社製のＰＦ－３Ｒ－Ａ４を用い、３０ｍｍ×３０ｍｍ角に切断したものを試験片とした。試験片の厚さは、１３５μｍである。基板は、ＰＥＴ樹脂製である。
【0040】
＜金属ナノインク＞
金属ナノインクは、株式会社Ｃ－ＩＮＫ製のドライキュア Ａｇ －Ｊ ０４１０Ｂを用いた。具体的には、固形分濃度が１０ｗｔ％、密度が１．１２ｇ／ｃｍ３、粘度が３．９ｍＰａ・ｓ、表面張力が３１．４ｍＮ／ｍｎの銀ナノインクを用いた。銀ナノインクは、金属ナノ粒子としての銀を分散液に溶解させてなる。銀粒子の粒子径は、直径約２０ｎｍである。金属ナノインクは、５６～６０ｗｔ％の水（Ｈ２Ｏ）、９～１１ｗｔ％の銀（Ａｇ）、２０～２４ｗｔ％のグリコール、８～１２ｗｔ％のグリコール、０．１～１．０ｗｔ％のアルコール、０．０１～０．１ｗｔ％のシリコーンから構成される。
金属ナノインクは、株式会社Ｃ－ＩＮＫ製のドライキュア Ａｇ －Ｊ ０４１０Ｂを用いた。具体的には、固形分濃度が１０ｗｔ％、密度が１．１２ｇ／ｃｍ３、粘度が３．９ｍＰａ・ｓ、表面張力が３１．４ｍＮ／ｍｎの銀ナノインクを用いた。銀ナノインクは、金属ナノ粒子としての銀を分散液に溶解させてなる。銀粒子の粒子径は、直径約２０ｎｍである。金属ナノインクは、５６～６０ｗｔ％の水（Ｈ２Ｏ）、９～１１ｗｔ％の銀（Ａｇ）、２０～２４ｗｔ％のグリコール、８～１２ｗｔ％のグリコール、０．１～１．０ｗｔ％のアルコール、０．０１～０．１ｗｔ％のシリコーンから構成される。
【0041】
＜インクジェット機器＞
インクジェット機器は、クラスターテクノロジー株式会社製のものを用いた。ヘッドは、Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｊｅｃｔｏｒを用い、ドライバーは、Ｗａｖｅ Ｂｕｉｌｄｅｒを用いた。インクジェット機器は、大気圧下に配置した。インクジェット機器は、銀ナノインクの液滴が１秒間に１０００回滴下するよう、設定されている。また、インクジェット機器は、空中での液滴Ｑの径が約６０μｍまでとなるよう、設定されている。
インクジェット機器は、クラスターテクノロジー株式会社製のものを用いた。ヘッドは、Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｊｅｃｔｏｒを用い、ドライバーは、Ｗａｖｅ Ｂｕｉｌｄｅｒを用いた。インクジェット機器は、大気圧下に配置した。インクジェット機器は、銀ナノインクの液滴が１秒間に１０００回滴下するよう、設定されている。また、インクジェット機器は、空中での液滴Ｑの径が約６０μｍまでとなるよう、設定されている。
【0042】
＜レーザ照射器＞
レーザ照射機器は、近赤外線レーザ光用として、イエナオプティック社製のＪＯＬＤ－４５－ＣＰＸＦ－１Ｌを用い、ブルーレーザ光用として、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｚｈｉｘｉｎｊｉｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製のＮＥＪＥ Ｎ４０６３０ ＣＷ Ｌａｓｅｒ Ｍｏｄｕｌｅを用いた。近赤外線レーザ光の場合、光源は、ＧａＡｌＡｓ（ガリウム／アルミニウム／ヒ素）を用い、レーザ出力を、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４７Ｗとした。また、ブルーレーザ光の場合、光源は、ＧａＮ（窒化ガリウム）を用い、レーザ出力を、１Ｗ、２．５Ｗ、３．２Ｗ、５Ｗとした。
レーザ照射機器は、近赤外線レーザ光用として、イエナオプティック社製のＪＯＬＤ－４５－ＣＰＸＦ－１Ｌを用い、ブルーレーザ光用として、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｚｈｉｘｉｎｊｉｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製のＮＥＪＥ Ｎ４０６３０ ＣＷ Ｌａｓｅｒ Ｍｏｄｕｌｅを用いた。近赤外線レーザ光の場合、光源は、ＧａＡｌＡｓ（ガリウム／アルミニウム／ヒ素）を用い、レーザ出力を、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４７Ｗとした。また、ブルーレーザ光の場合、光源は、ＧａＮ（窒化ガリウム）を用い、レーザ出力を、１Ｗ、２．５Ｗ、３．２Ｗ、５Ｗとした。
【0043】
＜電気炉＞
電気炉は、株式会社日立製作所のＨＭＯ－Ｆ１００を用いた。電気炉は、加熱温度を、８０℃、１００℃、１２０℃とした。電気炉での加熱時間は、３０分とした。
電気炉は、株式会社日立製作所のＨＭＯ－Ｆ１００を用いた。電気炉は、加熱温度を、８０℃、１００℃、１２０℃とした。電気炉での加熱時間は、３０分とした。
【0044】
２．実験手順
＜滴下工程＞
インクジェット機器に印加する電圧を調整し、全部で５００個の液滴を滴下した。
＜滴下工程＞
インクジェット機器に印加する電圧を調整し、全部で５００個の液滴を滴下した。
【0045】
＜照射工程＞
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光（図３）、及び、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光（図４）を照射した。また、レーザ照射装置は、レンズを用いてレーザ光を絞ることで、レーザ光の焦点を液滴の表面に位置付け、液滴が基板に着弾すると同時に、レーザ光を液滴に照射した。
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光（図３）、及び、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光（図４）を照射した。また、レーザ照射装置は、レンズを用いてレーザ光を絞ることで、レーザ光の焦点を液滴の表面に位置付け、液滴が基板に着弾すると同時に、レーザ光を液滴に照射した。
【0046】
＜比較用：電気炉による加熱＞
比較用として、滴下工程で銀ナノインクの液滴が滴下されたＰＥＴ樹脂製の基板を、電気炉で加熱した。照射工程は行っていない。
比較用として、滴下工程で銀ナノインクの液滴が滴下されたＰＥＴ樹脂製の基板を、電気炉で加熱した。照射工程は行っていない。
【0047】
３．評価
実験結果の評価方法は、「Ｒｖ＝Ｒ×ｔ×Ｆ」の式で計算される体積抵抗率（Ｒｖ）を採用した。ここで、Ｒは、４探針測定による抵抗値であり、ｔは、レーザ変位計により測定された膜厚であり、Ｆは、ＪＩＳＫ７１９４に準拠し、サンプルごとに算出した補正係数である。
実験結果の評価方法は、「Ｒｖ＝Ｒ×ｔ×Ｆ」の式で計算される体積抵抗率（Ｒｖ）を採用した。ここで、Ｒは、４探針測定による抵抗値であり、ｔは、レーザ変位計により測定された膜厚であり、Ｆは、ＪＩＳＫ７１９４に準拠し、サンプルごとに算出した補正係数である。
【0048】
【0049】
これに対し、図３に実線で示すように、実施例１の配線（波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を照射した場合）では、４７Ｗのレーザ出力で、配線の体積抵抗率が最も低くなり、このときの体積抵抗率は２９．２μΩ・ｃｍであった。
【0050】
同様に、図４に実線で示すように、実施例１の配線（波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光を照射した場合）では、５Ｗのレーザ出力で、配線の体積抵抗率が最も低くなり、このときの体積抵抗率は２３．１μΩ・ｃｍであった。
【0051】
５．考察
図３及び図４から明らかなように、実施例１で形成された配線は、ともに、比較用として形成された配線よりも、低抵抗な配線となることが確認できた。これは、銀ナノインクに十分な熱を瞬間的に加えること（急速熱処理）ができたためと考察される。
図３及び図４から明らかなように、実施例１で形成された配線は、ともに、比較用として形成された配線よりも、低抵抗な配線となることが確認できた。これは、銀ナノインクに十分な熱を瞬間的に加えること（急速熱処理）ができたためと考察される。
【0052】
これに対し、比較用の配線を形成する際、ＰＥＴ樹脂製の基板に滴下された銀ナノインクの液滴を、当該基板の耐熱温度より低い温度で加熱しなければならなかった。その加熱温度は１２０℃であった。このため、銀ナノインクを十分に加熱することができず、実施例１と比較して、体積抵抗率の高い配線が形成されたと考察される。
【0053】
また、図３及び図４に実線で示すように、実施例１では、レーザ出力が上昇するに伴い、体積抵抗率の低い、即ち低抵抗な配線が形成されることが確認された。これは、レーザ出力の上昇、すわなち、瞬間的により多くの熱を加えることにより、銀ナノインクから、より多くの分散液を蒸発させることができ、この結果、体積抵抗率が低下したものと考察される。
【0054】
（実施例２）
実施例２では、基板を移動させながら、滴下された液滴にレーザ光を照射した。
実施例２では、基板を移動させながら、滴下された液滴にレーザ光を照射した。
【0055】
１．前提条件
基板、銀ナノインク、インクジェット機器、レーザ照射器は、実施例１と同じものを用いた。
基板、銀ナノインク、インクジェット機器、レーザ照射器は、実施例１と同じものを用いた。
【0056】
＜基台＞
基台において、駆動機構は、オリエンタルモーターのＥＡＳＭ４ＬＮＸＤ０１０ＡＺＡＣを用いた。駆動機構は、保持台を、１ｍｍ／ｓ～８００ｍｍ／ｓの走査速度で移動させる能力を有する。走査速度とは、ヘッド１４ｂに対する保持台の相対移動速度である。
基台において、駆動機構は、オリエンタルモーターのＥＡＳＭ４ＬＮＸＤ０１０ＡＺＡＣを用いた。駆動機構は、保持台を、１ｍｍ／ｓ～８００ｍｍ／ｓの走査速度で移動させる能力を有する。走査速度とは、ヘッド１４ｂに対する保持台の相対移動速度である。
【0057】
２．実験手順
＜滴下工程＞
液滴の滴下数は、実施例１と同じである。実施例２では、ヘッドが液滴を滴下するのに対応して、制御装置が、駆動機構を制御する。駆動機構は、保持台を、Ｙ方向に１ｍｍ／ｓの走査速度で移動させる。
＜滴下工程＞
液滴の滴下数は、実施例１と同じである。実施例２では、ヘッドが液滴を滴下するのに対応して、制御装置が、駆動機構を制御する。駆動機構は、保持台を、Ｙ方向に１ｍｍ／ｓの走査速度で移動させる。
【0058】
＜照射工程＞
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線のレーザ光Ｌを、４７Ｗのレーザ出力で照射した。また、レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光Ｌを、５Ｗのレーザ出力で照射した。レーザ照射装置が、レンズを用いてレーザ光を絞る点は、実施例１と同じである。
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線のレーザ光Ｌを、４７Ｗのレーザ出力で照射した。また、レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴に対し、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光Ｌを、５Ｗのレーザ出力で照射した。レーザ照射装置が、レンズを用いてレーザ光を絞る点は、実施例１と同じである。
【0059】
＜比較用＞
比較用として、滴下工程で銀ナノインクの液滴Ｑが滴下されたＰＥＴ樹脂製の基板を準備した。照射工程は行っていない。
比較用として、滴下工程で銀ナノインクの液滴Ｑが滴下されたＰＥＴ樹脂製の基板を準備した。照射工程は行っていない。
【0060】
３．評価
実験結果の評価方法は、実施例１と同じである。
実験結果の評価方法は、実施例１と同じである。
【0061】
４．結果
図５に破線で示すように、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光を用いた場合、８００Ｈｚの周波数で、配線の体積抵抗率が最も低くなり、このときの体積抵抗率は４７．５μΩ・ｃｍであった。
図５に破線で示すように、波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光を用いた場合、８００Ｈｚの周波数で、配線の体積抵抗率が最も低くなり、このときの体積抵抗率は４７．５μΩ・ｃｍであった。
【0062】
これに対し、図５に実線で示すように、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を用いた場合、１０００Ｈｚの周波数で、配線の体積抵抗率が最も低くなり、このときの体積抵抗率は２５．５μΩ・ｃｍであった。
【0063】
５．考察
基板を移動させた場合であっても、低抵抗な配線を形成できることが確認できた。
基板を移動させた場合であっても、低抵抗な配線を形成できることが確認できた。
【0064】
図５の実線及び破線の両方で示すように、周波数が高くなるに伴い、体積抵抗率の低い配線が形成されることが確認された。周波数が高くなり、液滴の滴下回数が増えることによって、基板に着弾した液滴Ｑの体積が増える。この結果、液滴がレーザ光をより多く吸収することで、瞬間的により多くの熱が加えられ、銀ナノインクから、より多くの分散液を蒸発させることができ、この結果、体積抵抗率が低下したものと考察される。
【0065】
図６の上段には、実施例２の比較用として、基板に着弾した液滴にレーザ光を照射しない状態の写真が示される。また、図６の下段には、実施例２（波長が４４５ｎｍのブルーレーザ光を用いた場合）に基づいて、基板に配線を形成した状態の写真が示される。図６の写真から明らかなように、液滴にレーザ光を照射して配線を形成する場合、液滴にレーザ光を照射しないで配線を形成する場合と比較して、連続的な配線が形成されると確認できた。これは、液滴にレーザ光が照射された際の熱により、銀ナノインクの銀ナノ粒子が、整列したためと考察される。
【0066】
（実施例３）
実施例３では、液滴へのレーザ光の照射有無に応じた配線形成速度を比較する。
実施例３では、液滴へのレーザ光の照射有無に応じた配線形成速度を比較する。
【0067】
１．前提条件
基板、銀ナノインク、レーザ照射器は、実施例１と同じものを用いた。
基板、銀ナノインク、レーザ照射器は、実施例１と同じものを用いた。
【0068】
＜インクジェット機器＞
インクジェット機器は、銀ナノインクの液滴が１秒間に１００００回滴下するよう、設定されている。インクジェット機器１４のそれ以外の条件は、実施例１と同じである。
インクジェット機器は、銀ナノインクの液滴が１秒間に１００００回滴下するよう、設定されている。インクジェット機器１４のそれ以外の条件は、実施例１と同じである。
【0069】
＜電極、及び電気回路の準備＞
実施例３では、基板の上面にアルミニウムからなる２つの電極を取付け、両電極間に、１ｍｍの隙間を設けた(以下、ギャップ電極と称す。)。ギャップ電極は、導線により電気的に接続される。当該導線には、１０ｋΩの抵抗器と、５Ｖの電源と、オシロスコープ（ＯＳＣ）が介在される。オシロスコープは、抵抗器に対し並列に接続されている。これにより、電気回路が完成する。
実施例３では、基板の上面にアルミニウムからなる２つの電極を取付け、両電極間に、１ｍｍの隙間を設けた(以下、ギャップ電極と称す。)。ギャップ電極は、導線により電気的に接続される。当該導線には、１０ｋΩの抵抗器と、５Ｖの電源と、オシロスコープ（ＯＳＣ）が介在される。オシロスコープは、抵抗器に対し並列に接続されている。これにより、電気回路が完成する。
【0070】
２．実験手順
＜滴下工程＞
インクジェット機器に印加する電圧を調整し、全部で１０００個の液滴を滴下し、両電極間に設けた隙間(ギャップ電極間)に着弾させた。
＜滴下工程＞
インクジェット機器に印加する電圧を調整し、全部で１０００個の液滴を滴下し、両電極間に設けた隙間(ギャップ電極間)に着弾させた。
【0071】
＜照射工程＞
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴Ｑに対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を照射した。レーザ出力を４７Ｗとした。レーザ照射装置が、レンズを用いてレーザ光を絞る点は、実施例１と同じである。
レーザ照射装置は、基板に着弾した液滴Ｑに対し、波長が８０４ｎｍの近赤外線レーザ光を照射した。レーザ出力を４７Ｗとした。レーザ照射装置が、レンズを用いてレーザ光を絞る点は、実施例１と同じである。
【0072】
＜比較用＞
実施例３の比較用として、ギャップ電極間に設けた隙間に着弾した銀ナノインクの液滴に対し、レーザ光を照射せずに形成した配線を準備した。
実施例３の比較用として、ギャップ電極間に設けた隙間に着弾した銀ナノインクの液滴に対し、レーザ光を照射せずに形成した配線を準備した。
【0073】
３．評価
実験結果の評価方法は、実施例１と同じである。
実験結果の評価方法は、実施例１と同じである。
【0074】
４．結果、及び考察
図７の濃線で示すように、レーザ光を照射した場合、所定の時間で、電圧が急上昇していることが確認された。これは、液滴にレーザ光を照射することで分散液が蒸発し、ギャップ電極が配線を介して導通したため、と考察される。５Ｖに到達するまでの電圧上昇時間は約５０ｍｓであり、これは基板に液滴が着弾してから、配線が形成されるまでの時間が約５０ｍｓであることを示している。なお、レーザの出力を上昇させることで、更なる短時間での配線形成が可能となる。
図７の濃線で示すように、レーザ光を照射した場合、所定の時間で、電圧が急上昇していることが確認された。これは、液滴にレーザ光を照射することで分散液が蒸発し、ギャップ電極が配線を介して導通したため、と考察される。５Ｖに到達するまでの電圧上昇時間は約５０ｍｓであり、これは基板に液滴が着弾してから、配線が形成されるまでの時間が約５０ｍｓであることを示している。なお、レーザの出力を上昇させることで、更なる短時間での配線形成が可能となる。
【0075】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は上記の実施形態及び実施例に係る配線の形成方法に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせても良い。例えば、上記実施形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的態様によって適宜変更され得る。
【0076】
上記実施形態では、インク材料として金属ナノインクを用いたが、インク材料は金属ナノインクに限定されるわけではない。例えば、インク材料として加熱により絶縁膜（SiO2）にシリカ転化するポリシラザンを用いても良い。ポリシラザンは、Ｓｉ－Ｎ－Ｓｉ結合を有する高分子化合物である。詳細には、ポリシラザンは、式：－［Ｓｉ（Ｒ１）（Ｒ２）－Ｎ（Ｒ３）］－を繰り返し単位とするポリマーであり、鎖状ポリシラサン、分岐鎖状ポリシラサン、環状ポリシラザン等がある。
【0077】
上記実施形態では、基板２０が、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂で形成される場合を説明した。しかし、基板２０の材料は、熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、例えば、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスエポキシ等、その他の材料から形成されてもよい。
【0078】
上記実施形態では、金属ナノインクの分散液が、少なくとも水を含有する場合を説明した。しかし、金属ナノインクの分散液は、水を含まずに構成されてもよい。
【0079】
上記実施形態では、レーザ照射機器１６が、Ｘ方向から、基板２０に着弾した液滴Ｑに対し、レーザ光Ｌを照射する場合を説明した。しかし、レーザ照射機器１６が、Ｙ方向から、基板２０に着弾した液滴Ｑに対し、レーザ光Ｌを照射してもよい。
【0080】
上記実施形態では、レーザ照射機器１６が、連続的に、レーザ光Ｌを照射する場合を説明した。しかし、レーザ照射機器１６は、間欠的に、レーザ光Ｌを照射する、いわゆるパルスレーザ光を照射してもよい。この場合、制御装置１８は、インクジェット機器１４のヘッド１４ｂから基板２０までの距離、及び、液滴Ｑの落下速度に基づいて、パルスレーザ光を照射するタイミングを計算する。レーザ照射機器１６は、制御装置１８からの指示を受けて、パルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光は、液滴Ｑが基板２０に着弾した後、液滴Ｑに照射されてもよい。
【0081】
上記実施形態では、配線Ｅを形成するために、インクジェット機器１４及びレーザ照射機器１６の位置を固定し、保持台１２ａを駆動機構１２ｂによって動かす場合を説明した。しかし、配線Ｅを形成するため、保持台１２ａの位置を固定し、インクジェット機器１４及びレーザ照射機器１６を動かすように構成してもよい。
【0082】
上記実施形態では、レンズ３０を用いて、レーザ光Ｌを液滴Ｑにのみ照射する場合を説明した。しかし、レンズ３０を用いずに、レーザ照射機器１６と基板２０（即ち保持台１２ａ）との位置関係を調整することで、レーザ光Ｌを液滴Ｑにのみ照射してもよい。
【符号の説明】
【0083】
２０ 基板、３０ レンズ、Ｅ 配線、Ｌ レーザ光、Ｑ 液滴
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
