JP2007253354A - Method for producing minute three-dimensional metal structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing fine three-dimensional metal structures which is unnecessary to carry out treatment in vacuum, improves production efficiency and the degree of freedom of processing, and makes it possible to arrange a large number of the fine metal structures in a three-dimensional space while they are prevented from being contacted with each other. <P>SOLUTION: The method for producing the fine three-dimensional metal fine structures having an optional three-dimensional shape includes the first process for forming a polymer structure having a fine three-dimensional structure by a two-photon absorption finely shaping method in which a reformed resin with an electron donor discharging electrons by being irradiated with light added to a light curable resin is irradiated with short pulse laser beams and the second process for forming a metal film on the surface of the polymer structure by applying electroless plating to the polymer structure formed in the first process. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、3次元金属微細構造体の製造方法に関し、さらに詳細には、nmオーダーの分解能で3次元金属微細構造体、例えば、0.1〜数μm程度の大きさの微細な金属立体構造体を作成する際に用いて好適な3次元金属微細構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure, and more specifically, a three-dimensional metal microstructure with a resolution of nm order, for example, a fine metal three-dimensional structure having a size of about 0.1 to several μm. The present invention relates to a method for producing a three-dimensional metal microstructure suitable for use in creating a body.

一般に、3次元金属微細構造体を作製するにあたっては、主に集束イオンビーム装置が用いられる。   In general, a focused ion beam apparatus is mainly used for producing a three-dimensional metal microstructure.

ここで、集束イオンビーム装置とは、金属イオン源から得られたイオンビームを電磁界レンズやアパーチャなどを用いてそのビーム径が数μm以下となるように絞ったイオンビームたる集束イオンビーム(Focused Ion Beam)を発生する装置である。   Here, the focused ion beam apparatus refers to a focused ion beam (Focused) which is an ion beam obtained by focusing an ion beam obtained from a metal ion source using an electromagnetic field lens or an aperture so that the beam diameter is several μm or less. Ion Beam).

この集束イオンビームは、非常に高いエネルギーを持っており、金属表面に照射することにより金属を切削することができ、また、有機金属ガス雰囲気中で集束イオンビームを照射すると、ガスが分解されて物質表面に金属を成膜したり堆積したりすることができるものである。   This focused ion beam has a very high energy and can cut the metal by irradiating the metal surface. When the focused ion beam is irradiated in an organometallic gas atmosphere, the gas is decomposed. A metal can be deposited or deposited on the material surface.

従って、こうした集束イオンビームを発生する集束イオンビーム発生装置を用いると、約10nm程度の分解能で3次元金属微細構造体を作製することができるものであった(非特許文献1参照)。   Therefore, when such a focused ion beam generator for generating a focused ion beam is used, a three-dimensional metal microstructure can be produced with a resolution of about 10 nm (see Non-Patent Document 1).

しかしながら、上記した集束イオンビームを用いた3次元金属微細構造体の作製の手法においては、集束イオンビームの照射による金属の切削や物体表面における金属の成膜あるいは堆積などの処理は、真空中で集束イオンビームを照射することにより行う必要があるため装置の全体構成が大型化し、大きなスペースが必要になるとともにコストもかかることになるという問題点があった。   However, in the above-described method for producing a three-dimensional metal microstructure using a focused ion beam, the processing such as metal cutting or metal film formation or deposition on the object surface by irradiation of the focused ion beam is performed in a vacuum. Since this method needs to be performed by irradiating a focused ion beam, the entire configuration of the apparatus becomes large, requiring a large space and cost.

また、上記した集束イオンビームを用いた3次元金属微細構造体の作製の手法においては、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させる場合、各金属構造体が何らかの別の材料によって保持される必要があることから、このような金属微細構造体の作製が困難であることが指摘されていた。   Further, in the above-described method for producing a three-dimensional metal microstructure using a focused ion beam, when a large number of metal microstructures are arranged in a three-dimensional space without being in contact with each other, each metal structure is separated by some sort. Therefore, it has been pointed out that it is difficult to produce such a metal microstructure.

さらに、この集束イオンビームを用いた3次元金属微細構造体の作製の手法においては、集束イオンビームにより切削されたり成膜あるいは堆積などが行われる領域が極めて微小な領域(例えば、直径10nm程度の領域である。)であるため生産効率に劣り、1つの3次元金属微細構造体を作製するには処理時間が長時間(例えば、数時間である。)に及ぶようになるので大量生産には不向きであり、産業上における利用が制限されるという問題点があった。   Furthermore, in this method of manufacturing a three-dimensional metal microstructure using a focused ion beam, a region to be cut by the focused ion beam, film formation, deposition, or the like is an extremely small region (for example, a diameter of about 10 nm). The production efficiency is inferior because it is a region), and it takes a long time (for example, several hours) to produce one three-dimensional metal microstructure. There is a problem that it is unsuitable and its industrial use is limited.


なお、3次元金属微細構造体を作製する他の手法としては、2光子吸収微細造形法も知られている(非特許文献2参照)。

As another method for producing a three-dimensional metal microstructure, a two-photon absorption fine modeling method is also known (see Non-Patent Document 2).

この2光子吸収微細造形法とは、以下の原理によるものである。即ち、短パルスレーザー光を光硬化性樹脂に集光すると、光強度が高い集光点でのみ2光子吸収が起こる。従って、そこで局所的に光硬化性樹脂の硬化反応が進行し、ポリマーが得られることになる。このとき、2光子吸収が集光点の中でも特に光強度の強い中心部でのみ起こるため、その硬化スポットは光の回折限界を超えたサイズで作製することができる。そのため、光硬化性樹脂中で、3次元的に集光を走査することにより、任意形状の3次元ポリマー構造を作製することが可能である。   This two-photon absorption fine modeling method is based on the following principle. That is, when the short pulse laser beam is condensed on the photocurable resin, two-photon absorption occurs only at the condensing point where the light intensity is high. Therefore, the curing reaction of the photocurable resin proceeds locally there, and a polymer is obtained. At this time, since the two-photon absorption occurs only in the central portion where the light intensity is particularly strong among the condensing points, the cured spot can be produced with a size exceeding the diffraction limit of light. Therefore, it is possible to produce a three-dimensional polymer structure having an arbitrary shape by scanning light condensing three-dimensionally in a photocurable resin.

なお、上記した2光子吸収微細造形法によれば、例えば、波長800nmのフェトム秒チタンサファイアレーザーを用いて2光子吸収微細造形法を行った際に得られる最小スポットは約100nmであるため、こうした短パルスレーザーを用いることにより、約100nmの分解能で3次元微細構造を作製することができる。   According to the above-described two-photon absorption fine modeling method, for example, the minimum spot obtained when performing the two-photon absorption fine modeling method using a femtosecond titanium sapphire laser with a wavelength of 800 nm is about 100 nm. By using a short pulse laser, a three-dimensional microstructure can be produced with a resolution of about 100 nm.

ここで、図1(a)(b)(c)に示す体長8μmの牛の立体模型を作製する場合を例にして、2光子吸収微細造形法による処理手法を具体的に説明すると、まず、光硬化性樹脂に対して短パルスレーザー光を照射し、その集光点を3次元的に走査しながら、光硬化性樹脂中における硬化スポットを1点ずつ並べた体長8μmの牛の立体図を完成させる(図1(a)参照)。硬化スポットを1点ずつ並べた体長8μmの牛の立体図が完成したならば、エタノールなどにより未硬化の光硬化性樹脂を取り除くと(図1(b)参照)、体長8μmの牛の立体模型が得られることになる(図1(c)参照)。   Here, the processing method by the two-photon absorption microfabrication method will be described specifically by taking as an example the case of producing a three-dimensional model of a cow with a length of 8 μm shown in FIGS. 1 (a), (b), and (c). A three-dimensional view of a cow with a body length of 8 μm in which the curing spots in the photocurable resin are arranged one by one while irradiating the photocurable resin with a short pulse laser beam and scanning the condensing point three-dimensionally. Complete (see FIG. 1A). Once the solid figure of 8μm long cows with cured spots arranged one by one is removed, the uncured photocurable resin is removed with ethanol or the like (see FIG. 1 (b)), and the solid model of 8μm long cows. Is obtained (see FIG. 1C).

なお、短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法を実施するためのシステムとしては、例えば、図2(a)(b)に示すような短パルスレーザー光としてフェムト秒レーザー光を照射するシステムが提案されている。この図2(a)(b)に示すような短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法を実施するためのシステムは、非特許文献2にも開示されているように既に周知のものであるため、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。   In addition, as a system for irradiating a short pulse laser beam and performing a two-photon absorption fine modeling method, for example, a femtosecond laser beam is irradiated as a short pulse laser beam as shown in FIGS. A system has been proposed. A system for performing a two-photon absorption fine modeling method by irradiating a short pulse laser beam as shown in FIGS. 2A and 2B is already well known as disclosed in Non-Patent Document 2. Therefore, the detailed configuration and description of the operation are omitted.

しかしながら、上記した2光子吸収微細造形法においては、得られる3次元微細構造体がポリマー構造体に限定されるものであり、3次元金属微細構造を作製することができないという問題点があった。   However, the above-described two-photon absorption fine modeling method has a problem that the obtained three-dimensional microstructure is limited to a polymer structure, and a three-dimensional metal microstructure cannot be produced.


なお、カルバゾールを用いた銀還元に関する公知文献としては、例えば、非特許文献3として提示するものがあり、また、プラスチックへのめっきに関する公知文献としては、例えば、非特許文献4として提示するものがある。
Y.Hirayama, Y.Suzuki, S.Tarucha and H.Okamoto, J.J.Appl.Phys.Part2−Letter 24, L516(1985) S.Kawata, H.−B.Sun, T.Tanaka and K.Takada, Nature 412,697(2001) H.Katagi, H.Kasai, S.Okada, H.Oikawa, H.Matsuda and H.Nakanishi, Polym.Adv.Technol.11,778(2000) G.O.Mallory, J.B.Hajdu, Electroless plating:Fundamentals and Applications, American Electroplaters and Surface Finishers Society, Orlando, FL 1990. V.P.Menon, C.R.Martin, Anal.Chem.67, 1920(1995)

In addition, as a well-known document regarding silver reduction using carbazole, there is one presented as Non-Patent Document 3, for example, and as a known document concerning plating on plastic, for example, one presented as Non-Patent Document 4 is there.
Y. Hirayama, Y. et al. Suzuki, S .; Tarucha and H.M. Okamoto, J. et al. J. et al. Appl. Phys. Part2-Letter 24, L516 (1985) S. Kawata, H .; -B. Sun, T .; Tanaka and K.K. Takada, Nature 412, 697 (2001) H. Katagi, H .; Kasai, S .; Okada, H .; Oikawa, H .; Matsuda and H.M. Nakanishi, Polym. Adv. Technol. 11,778 (2000) G. O. Mallory, J.M. B. Hajdu, Electroplating: Fundamentals and Applications, American Electroplaters and Surface Finishers Society, Orlando, FL 1990. V. P. Menon, C.I. R. Martin, Anal. Chem. 67, 1920 (1995)

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、真空中での処理を行うことを必要としない3次元金属微細構造体の製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide a three-dimensional metal microstructure that does not require processing in a vacuum. It is intended to provide a method for manufacturing a body.

また、本発明の目的とするところは、生産効率ならびに加工自由度を向上させた3次元金属微細構造体の製造方法を提供しようとするものである。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional metal microstructure with improved production efficiency and freedom of processing.

さらに、本発明の目的とするところは、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させることを可能にした3次元金属微細構造体の製造方法を提供しようとするものである。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure that enables a large number of metal microstructures to be arranged in a three-dimensional space without contacting each other. is there.

上記目的を達成するために、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法は、2光子吸収微細造形法と無電解めっきとを組み合わせるようにしたものである。   In order to achieve the above object, a method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention is a combination of a two-photon absorption fine shaping method and electroless plating.

こうした本発明による3次元金属微細構造体の製造方法は、イオンビームを用いるものではないため真空中での処理を行うことを必要とせずに3次元金属微細構造を作製することができるものであり、しかも生産効率および加工自由度を著しく向上することができるものである。   Such a method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention does not use an ion beam, and therefore can produce a three-dimensional metal microstructure without requiring processing in vacuum. In addition, the production efficiency and the processing freedom can be remarkably improved.

即ち、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法においては、3次元金属微細構造を作製するために2光子吸収微細造形法と無電解めっきとを用いたものであるが、この2光子吸収微細造形法は、上記した「背景技術」の項で説明したとおり、短パルスレーザー光を光硬化性樹脂中に集光して2光子吸収を起こし、その部分でのみ硬化ポリマーが得られることを利用した3次元微細構造体の作製法である。   That is, in the method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention, a two-photon absorption fine molding method and electroless plating are used to produce a three-dimensional metal microstructure. As explained in the above-mentioned “Background Technology”, the microfabrication method collects a short pulse laser beam in a photocurable resin to cause two-photon absorption, and a cured polymer is obtained only at that portion. This is a manufacturing method of a three-dimensional microstructure used.

この2光子吸収微細造形法により得られた構造体はポリマー構造体に限定されるものであるが、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法においては、2光子吸収微細造形法により得られるポリマー構造体に対して無電解めっきにより銀などの金属コーティングを施し、これにより3次元金属微細構造を作製するものである。無電解めっきを用いると、3次元構造体のサイズに関わりなく、3次元構造体を均一に金属膜でコーティングすることができる。   The structure obtained by this two-photon absorption fine shaping method is limited to a polymer structure, but in the method for producing a three-dimensional metal fine structure according to the present invention, it is obtained by the two-photon absorption fine shaping method. A metal structure such as silver is applied to the polymer structure by electroless plating, thereby producing a three-dimensional metal microstructure. When electroless plating is used, the three-dimensional structure can be uniformly coated with a metal film regardless of the size of the three-dimensional structure.

つまり、上記した集束イオンビームを用いた従来の3次元微細構造体の作製の手法においては、イオンビームを用いて造形を行っていたため真空中で当該造形を行う必要があったが、本発明による3次元金属微細構造体の作製方法においては、2光子吸収微細造形法を実施する際にレーザーを用いるために真空中での処理を必要としないものである。   In other words, in the conventional method of manufacturing a three-dimensional microstructure using the focused ion beam, since the modeling is performed using the ion beam, it is necessary to perform the modeling in a vacuum. In the method for producing a three-dimensional metal microstructure, since a laser is used when performing the two-photon absorption fine modeling method, no treatment in a vacuum is required.

また、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法においては、2光子吸収微細造形法によりポリマー構造体を作製する際に、レーザー干渉やマイクロレンズアレイを用いることにより、同時に複数の微細構造体を形成することが容易である。   In the method of manufacturing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention, a plurality of microstructures can be simultaneously formed by using laser interference or a microlens array when producing a polymer structure by a two-photon absorption microfabrication method. Is easy to form.

さらに、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法においては、無電解めっきにより金属膜を形成するポリマー構造がいくら多くても、無電解めっきプロセスは溶液中に浸るだけであるので、同時に複数かつ大面積にわたる金属コーティングを行うことが可能である。   Furthermore, in the method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention, no matter how many polymer structures form a metal film by electroless plating, the electroless plating process is only immersed in a solution, In addition, it is possible to perform metal coating over a large area.

従って、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法の生産効率は、全プロセスを通しても従来の集束イオンビーム装置として比較して格段に向上する。   Therefore, the production efficiency of the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to the present invention is remarkably improved as compared with the conventional focused ion beam apparatus through the entire process.

また、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法は、光を照射することにより電子を放出する電子供与体を光硬化性樹脂に添加した改質樹脂を用いて、2光子吸収微細造形法によってポリマー構造体を作製し、当該ポリマー構造体表面に無電解めっきにより金属をコーティングするようにしたものである。   The method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention is a two-photon absorption microfabrication method using a modified resin in which an electron donor that emits electrons when irradiated with light is added to a photocurable resin. A polymer structure is prepared by the above method, and a metal is coated on the surface of the polymer structure by electroless plating.

さらに、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法は、光硬化性樹脂と改質樹脂との2種類の樹脂を用いて、2光子吸収微細造形法によってポリマー構造体を作製し、当該ポリマー構造体表面に無電解めっきを施すことにより、改質樹脂よりなるポリマー構造体部分に対して選択的に金属コーティングを行うようにしたものである。   Furthermore, the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to the present invention is a method of producing a polymer structure by a two-photon absorption microfabrication method using two kinds of resins, a photocurable resin and a modified resin, By subjecting the surface of the structure to electroless plating, metal coating is selectively performed on the polymer structure portion made of the modified resin.

なお、光を照射することにより電子を放出する電子供与体としては、例えば、分子構造内に少なくとも1個のカルバゾール基を有する物質や、R−CHOを分子構造内に有する物質や、Si、Ga、GeあるいはGaAsなどの半導体がある。   Note that examples of the electron donor that emits electrons when irradiated with light include a substance having at least one carbazole group in the molecular structure, a substance having R-CHO in the molecular structure, Si, and Ga. There are semiconductors such as Ge or GaAs.

ここで、例えば、カルバゾールは、光照射されることにより励起され、カルバゾール分子自身が導電性または電子供与体となる。この励起分子の周りに電子を欲する陽イオンが存在すると、陽イオンは電子を受け取り、安定な金属へと還元されることになる。   Here, for example, carbazole is excited by light irradiation, and the carbazole molecule itself becomes a conductive or electron donor. If there is a cation that wants an electron around the excited molecule, the cation will receive the electron and be reduced to a stable metal.

即ち、本発明によれば、電子供与体として分子構造内に少なくとも1個のカルバゾール基を有する物質を用いた場合には、光硬化性樹脂に電子供与体を添加した改質樹脂より作製されたポリマー構造体部分において、光照射されている状態で無電解めっきを行うことにより、還元剤がポリマー構造体内に存在することになり、当該ポリマー構造体の表面で還元反応が進行して金属が析出されるようになる。   That is, according to the present invention, when a substance having at least one carbazole group in the molecular structure is used as an electron donor, it is prepared from a modified resin obtained by adding an electron donor to a photocurable resin. In the polymer structure part, by performing electroless plating in the light-irradiated state, the reducing agent is present in the polymer structure, and the reduction reaction proceeds on the surface of the polymer structure and the metal is deposited. Will come to be.

こうした本発明の手法により、光硬化性樹脂と改質樹脂とを用いることによって、無電解めっきにより1つの3次元微細構造に選択的に金属をコーティングすることが可能とり、多数の金属微細構造を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させることができるようになる。   By using the photo-curing resin and the modified resin according to the method of the present invention, it is possible to selectively coat a metal on one three-dimensional microstructure by electroless plating, and a large number of metal microstructures can be formed. They can be arranged in a three-dimensional space without being in contact with each other.


こうした本発明のうち請求項1に記載の発明は、任意の立体形状を備えた3次元金属微細構造体の製造方法において、光を照射することにより電子を放出する電子供与体を光硬化性樹脂に添加した改質樹脂に対して、短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えたポリマー構造体を形成する第1の工程と、上記第1の工程により形成されたポリマー構造体に無電解めっきを施して、上記ポリマー構造体の表面に金属膜を形成する第2の工程とを有するようにしたものである。

Among these inventions, the invention described in claim 1 is a method for producing a three-dimensional metal microstructure having an arbitrary three-dimensional shape, in which an electron donor that emits electrons when irradiated with light is used as a photocurable resin. A first step of forming a polymer structure having a three-dimensional microstructure by a two-photon absorption fine modeling method by irradiating a modified resin added to a short pulse laser beam, and the first step A second step of forming a metal film on the surface of the polymer structure by performing electroless plating on the formed polymer structure.

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、任意の立体形状を備えた3次元金属微細構造体の製造方法において、光硬化性樹脂に対して短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えた第1のポリマー構造体を形成する処理と、光を照射することにより電子を放出する電子供与体を光硬化性樹脂に添加した改質樹脂に対して短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えた第2のポリマー構造体を形成する処理とを行い、上記第1のポリマー構造体と上記第2のポリマー構造体とよりなる第3のポリマー構造体を形成する第1の工程と、上記第1の工程により形成された第3のポリマー構造体に無電解めっきを施して、選択的に上記第2のポリマー構造体の表面に金属膜を形成する第2の工程とを有するようにしたものである。   The invention according to claim 2 of the present invention is a method for producing a three-dimensional metal microstructure having an arbitrary three-dimensional shape, wherein a two-photon is irradiated with a short pulse laser beam on a photocurable resin. For a modified resin in which a first polymer structure having a three-dimensional microstructure is formed by an absorption microfabrication method and an electron donor that emits electrons when irradiated with light is added to the photocurable resin. The first polymer structure and the second polymer are irradiated with a short pulse laser beam to form a second polymer structure having a three-dimensional microstructure by a two-photon absorption fine modeling method. A first step of forming a third polymer structure comprising the structure, and electroless plating on the third polymer structure formed by the first step, and selectively performing the second step. Metal on the surface of the polymer structure It is obtained as a second step of forming a.

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、上記電子供与体は、分子構造内に少なくとも1個のカルバゾール基を有するようにしたものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to any one of claims 1 or 2, wherein the electron donor has at least one carbazole in the molecular structure. It has a group.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項3に記載の発明において、上記電子供与体は、1,6−ジ(N−カルバゾール)−2,4−ヘキサジンの重合体であるようにしたものである。   The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the electron donor is 1,6-di (N-carbazole) -2,4-hexazine. It is made to be a polymer.

また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項3に記載の発明において、上記電子供与体は、9H−カルバゾール−9−エチルメタクリレートの重合体であるであるようにしたものである。   The invention according to claim 5 of the present invention is the invention according to claim 3 of the present invention, wherein the electron donor is a polymer of 9H-carbazole-9-ethyl methacrylate. It is a thing.

また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、上記電子供与体は、R−CHOを分子構造内に有するようにしたものである。   The invention according to claim 6 of the present invention is the invention according to claim 1 or 2 of the present invention, wherein the electron donor has R-CHO in the molecular structure. It is what I did.

また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、上記電子供与体は、半導体であるようにしたものである。   The invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to any one of claims 1 or 2, wherein the electron donor is a semiconductor. .

本発明は、以上説明したように構成されているので、真空中での処理を行うことなしに3次元金属微細構造を作製することができるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that a three-dimensional metal microstructure can be produced without performing processing in a vacuum.

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、3次元金属微細構造を作製する際の生産効率ならびに加工自由度を著しく向上することができるという優れた効果を奏する。   In addition, since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that the production efficiency and the degree of freedom in processing when producing a three-dimensional metal microstructure can be remarkably improved.

さらに、本発明は、以上説明したように構成されているので、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させることができるようになるという優れた効果を奏する。   Furthermore, since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that a large number of metal microstructures can be arranged in a three-dimensional space without being in contact with each other.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.


図3には本発明による3次元金属微細構造体の製造方法の実施の形態の一例の処理工程を示すフローチャートがあらわされており、この本発明による3次元金属微細構造体の製造方法は、光硬化性樹脂に光を照射することにより電子を放出する電子供与体を添加した物質(本明細書においては、「改質樹脂」と適宜に称する。)を用いて2光子吸収微細造形法により微細なポリマー構造体を作製する第1の工程たる2光子吸収微細造形プロセス(ステップS1)と、ステップ1で作製されたポリマー構造体表面に無電解めっきにより金属コーティングを行う第2の工程たる無電解めっきプロセス(ステップS2)とを行うものであり、
このステップS1ならびにステップS2との2つのプロセスを行うことにより、3次元金属微細構造体を形成することができる。

FIG. 3 is a flow chart showing an example of the processing steps of an embodiment of a method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention. The method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention comprises: Using a material added with an electron donor that emits electrons by irradiating light to the curable resin (referred to as “modified resin” as appropriate in this specification), the two-photon absorption microfabrication method is used to make fine particles. A two-photon absorption microfabrication process (step S1), which is a first process for producing a simple polymer structure, and an electroless process, which is a second process for performing metal coating on the surface of the polymer structure produced in step 1 by electroless plating A plating process (step S2).
By performing the two processes of step S1 and step S2, a three-dimensional metal microstructure can be formed.

以下、本願発明者が行った実験結果を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, it demonstrates in detail, referring the experimental result which this inventor performed.


(1)改質樹脂への無電解めっきについて
まず、光を照射することにより電子を放出する電子供与体について、本発明者が行った実験結果について詳細に説明する。

(1) Electroless plating on modified resin First, the results of experiments conducted by the present inventor will be described in detail with respect to an electron donor that emits electrons when irradiated with light.

ここで、光を照射することにより電子を放出する物質として、例えば、カルバゾールが知られている。   Here, for example, carbazole is known as a substance that emits electrons when irradiated with light.

このカルバゾールは、光を照射されることにより励起され、カルバゾール分子自身が導電性を帯びるとともに電子を放出する電子供与体となる。   The carbazole is excited by being irradiated with light, and the carbazole molecule itself becomes conductive and becomes an electron donor that emits electrons.

従って、光を照射されることにより励起されたカルバゾール分子(カルバゾール励起分子)の周りに電子を欲する陽イオンが存在すると、その陽イオンは電子を受け取って安定な金属へと還元される。つまり、光が照射されている状態では、カルバゾールは還元剤として働くことになる。   Therefore, when a cation that desires an electron exists around a carbazole molecule (carbazole excited molecule) excited by irradiation with light, the cation receives the electron and is reduced to a stable metal. That is, carbazole acts as a reducing agent in the state where light is irradiated.

そこで、本願発明者は、図4に示す1,6−di(N−carbazol)−2,4−Hexadiyneのようなカルバゾール基を有するポリジアセチレン(以下、「PDA」と適宜に称する。)より形成されたポリマーが、触媒などのセンシタイザー無しで無電解めっき可能であるか否かを検討するために、PDAナノ結晶に対して無電解銀めっきを行う実験を実施した。   Therefore, the inventor of the present application forms a polydiacetylene having a carbazole group such as 1,6-di (N-carbazol) -2,4-Hexadiyne shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as “PDA” as appropriate). In order to examine whether or not the prepared polymer can be electrolessly plated without a sensitizer such as a catalyst, an experiment was conducted in which electroless silver plating was performed on PDA nanocrystals.

この実験においては、まず、図4に示すPDAナノ結晶を再沈法により作製し、この再沈法により作製されたPDAナノ結晶(直径150nm)を、硝酸銀水溶液にアンモニア水溶液を混合したアンモニア性硝酸銀水溶液に浸し、40℃に保温した状態で可視光を照射した。   In this experiment, first, PDA nanocrystals shown in FIG. 4 were prepared by a reprecipitation method, and the PDA nanocrystals (diameter 150 nm) prepared by this reprecipitation method were mixed with an aqueous silver nitrate solution and an ammoniacal silver nitrate solution. It was immersed in an aqueous solution and irradiated with visible light while being kept at 40 ° C.

その結果、当該アンモニア性硝酸銀水溶液中の銀カチオンがPDAナノ結晶上で還元され、PDAナノ結晶(直径150nm)の表面上に粒径5〜15nmの銀粒子の析出が確認された。即ち、PDAより形成されたポリマーに対して、直接的に無電解めっきを行うことが可能であった。   As a result, silver cations in the ammoniacal silver nitrate aqueous solution were reduced on the PDA nanocrystals, and precipitation of silver particles having a particle diameter of 5 to 15 nm was confirmed on the surface of the PDA nanocrystals (diameter 150 nm). That is, it was possible to perform electroless plating directly on a polymer formed from PDA.

次に、PDAをN,N−ジメチルアセトアミドに溶解し、100mMに調整した100mMPDA N,N−ジメチルアセトアミド溶液(以下、「PDA溶液」と適宜に称する。)を用いて硬化後のポリマー表面に無電解銀めっきを行う実験を実施した。   Next, PDA was dissolved in N, N-dimethylacetamide and a 100 mM PDA N, N-dimethylacetamide solution (hereinafter referred to as “PDA solution” as appropriate) adjusted to 100 mM was used on the polymer surface after curing. Experiments for electrolytic silver plating were performed.

この実験においては、まず、PDA溶液をガラス基板上に30μl滴下し、45℃に保温しながら硬化させた。   In this experiment, first, 30 μl of a PDA solution was dropped on a glass substrate and cured while keeping at 45 ° C.

それから、硬化したPDA上に、0.25Mの硝酸銀水溶液にアンモニア水溶液(5.5%)を体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液を滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を1時間照射して銀メッキを施した。   Then, on the cured PDA, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which an aqueous ammonia solution (5.5%) is mixed with a 0.25M silver nitrate aqueous solution at a volume ratio of 10: 6 is dropped, and ultraviolet rays are applied in a state where the temperature is kept at 45 ° C. Silver plating was given by irradiation for hours.

その結果、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)およびエネルギー分析型X線分光装置(EDS:Energy Dispersion X−ray Spectrometry)によりPDA表面の観察を行ったところ、銀の析出が確認できた。   As a result, when the surface of the PDA was observed with a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscopy) and an energy analysis X-ray spectrometer (EDS: Energy Dispersion X-ray Spectrometry), silver deposition was confirmed.

以上の実験結果より、PDA自体は触媒や還元剤無しでも無電解めっきを行うことができることが確認された。   From the above experimental results, it was confirmed that the PDA itself can perform electroless plating without a catalyst or a reducing agent.

ここで、図5に示すように、PDA溶液は、2光子吸収微細光造形法に用いるフェトム秒チタンサファイアレーザーの波長域である近赤外領域(波長800nm付近)に吸収がない。   Here, as shown in FIG. 5, the PDA solution has no absorption in the near-infrared region (wavelength near 800 nm) which is the wavelength region of the femtosecond titanium sapphire laser used in the two-photon absorption fine stereolithography.

そこで、図2(a)(b)に示すようなシステムを使用して、レーザーパワー294mWのフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長796nm、パルス幅140fs)を対物レンズにより集光してPDA溶液に対して連続照射し、2光子吸収微細造形法による光造形を行う実験を実施した。   Therefore, using a system as shown in FIGS. 2A and 2B, femtosecond titanium sapphire laser light (wavelength 796 nm, pulse width 140 fs) with a laser power of 294 mW is condensed by the objective lens and applied to the PDA solution. Then, an experiment was conducted in which the optical modeling was performed by the two-photon absorption fine modeling method.

その結果、PDA溶液では十分に重合が起きず、連続で照射し続けると、図6に示すようにPDA結晶が析出して光造形ができなかった。これは、PDAに重合開始剤や重合停止剤が入っていないため重合が起こりにくかったためである。   As a result, polymerization did not occur sufficiently in the PDA solution, and when it was continuously irradiated, PDA crystals were precipitated as shown in FIG. This is because the polymerization was difficult to occur because the PDA did not contain a polymerization initiator or a polymerization terminator.

従って、重合開始剤や重合停止剤を添加したPDA溶液を用いて2光子吸収微細造形法による光造形を行って微細なポリマー構造体を作製し(図3のステップS1)、当該作製した微細なポリマー構造体に対して無電解めっきを施すことにより(図3のステップS21)、3次元金属微細構造体を作製することができる。   Therefore, a fine polymer structure is produced by performing optical modeling by the two-photon absorption fine modeling method using a PDA solution to which a polymerization initiator or a polymerization terminator is added (step S1 in FIG. 3), and the produced fine By applying electroless plating to the polymer structure (step S21 in FIG. 3), a three-dimensional metal microstructure can be produced.


(2)カルバゾール基を有する電子供与体を用いた3次元金属微細構造体の製造方法について
(2−1)カルバゾール基を有する電子供与体を添加した光硬化性樹脂への金属析出
上記において説明したように、PDA溶液を硬化させて得られたポリマー表面には無電解めっきにより銀めっきすることができたが、PDA溶液を用いての2光子吸収微細造形法による光造形を行うことはできなかった。

(2) About the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure using the electron donor which has a carbazole group (2-1) Metal precipitation to the photocurable resin which added the electron donor which has a carbazole group It demonstrated above. As described above, the polymer surface obtained by curing the PDA solution could be silver-plated by electroless plating, but optical modeling by the two-photon absorption fine modeling method using the PDA solution could not be performed. It was.

これは、上記したようにPDAには重合開始剤や重合停止剤が入っていないためであるので、重合開始剤や重合停止剤の入っている市販の光硬化性樹脂を用いて、当該光硬化性樹脂にPDA溶液を添加した改質樹脂へ無電解めっきを行う実験を実施した。   This is because the PDA does not contain a polymerization initiator or a polymerization terminator as described above. Therefore, using a commercially available photocurable resin containing a polymerization initiator or a polymerization terminator, the photocuring is performed. An experiment was conducted in which electroless plating was performed on a modified resin obtained by adding a PDA solution to a conductive resin.

まず、市販の光硬化性樹脂としてJSR株式会社製の3種類のアクリル系光硬化性樹脂KC1102、KZならびにZ7012Cを用いて、これら各光硬化性樹脂にPDA溶液を10重量%の濃度(Z7012Cについては12重量%の濃度)で添加し、3種類の改質樹脂を準備した。   First, using three types of acrylic photocurable resins KC1102, KZ and Z7012C manufactured by JSR Corporation as commercially available photocurable resins, a concentration of 10% by weight of the PDA solution (about Z7012C) is applied to each of these photocurable resins. Was added at a concentration of 12% by weight) to prepare three types of modified resins.

そして、これら3種類の改質樹脂たるPDA溶液が添加された3種類の光硬化性樹脂をガラス基板上に1滴滴下し、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させた。   Then, one drop of three types of photocurable resins to which the PDA solution as these three types of modified resins was added was dropped on the glass substrate, and the droplets formed by the dropping were irradiated with ultraviolet rays and cured. .

硬化後、ポリマー表面をアセトンにより洗浄し、洗浄後の硬化したポリマーに0.2M硝酸銀水溶液を滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を1時間照射した。   After curing, the polymer surface was washed with acetone, and a 0.2M silver nitrate aqueous solution was added dropwise to the cured polymer after washing, and ultraviolet rays were irradiated for 1 hour while keeping the temperature at 45 ° C.

その後に、水およびアセトンで十分に洗浄してから乾燥させ、乾燥後に45℃で保温した状態のままで、0.2M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液を体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液と、還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液を滴下し、無電解めっきにより銀メッキを施した。   After that, it was thoroughly washed with water and acetone and then dried. After drying, the mixture was mixed with 0.2M silver nitrate aqueous solution and 5.5% ammonia aqueous solution at a volume ratio of 10: 6 while maintaining the temperature at 45 ° C. A solution prepared by mixing a neutral silver nitrate aqueous solution and a 1.9 M glucose solution used as a reducing agent in a volume ratio of 1: 1 was dropped, and silver plating was performed by electroless plating.

この実験結果によれば、3種類の改質樹脂の全てについて、銀めっきが形成されたことが確認された。   According to this experimental result, it was confirmed that silver plating was formed on all three types of modified resins.

さらに、銀めっきを施されたZ7012Cの抵抗値は、銀めっきの幅1mmで7.5Ωとなり通電が確認された。   Furthermore, the resistance value of Z7012C subjected to silver plating was 7.5Ω at a silver plating width of 1 mm, and energization was confirmed.

また、上記した3種類の光硬化性樹脂における2光子吸収微細造形法による光造形に関しては、KZでは粘性が高いため精度の高い光造形を行うことは困難であった。一方、KC1102ならびにZ7012Cについては精度の高い光造形を行うことが可能であることが確認された。   In addition, regarding optical modeling by the two-photon absorption fine modeling method in the above-described three types of photocurable resins, it is difficult to perform high-precision optical modeling because KZ has high viscosity. On the other hand, it was confirmed that KC1102 and Z7012C can perform high-precision optical modeling.

次に、光造形可能なPDA溶液の濃度に関する実験について説明すると、光硬化性樹脂としてはZ7012Cを用いた。   Next, an experiment relating to the concentration of the PDA solution capable of photofabrication will be described. Z7012C was used as the photocurable resin.

そして、PDA溶液をZ7012Cに16重量%、30重量%、54重量%添加した改質樹脂について、2光子吸収微細造形法により光造形できるか否かを確認する実験を行った。   Then, an experiment was conducted to confirm whether or not the photopolymerization can be performed by the two-photon absorption fine modeling method for the modified resin obtained by adding 16% by weight, 30% by weight, and 54% by weight of the PDA solution to Z7012C.

短パルスレーザー光としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー光を用い、このフェムト秒チタンサファイアレーザー光を対物レンズにより集光することにより、2光子で改質樹脂を硬化させ光造形を行った。   As the short pulse laser beam, a femtosecond titanium sapphire laser beam was used, and the femtosecond titanium sapphire laser beam was condensed by an objective lens to cure the modified resin with two photons and perform optical modeling.

その結果、PDA溶液を54重量%添加した改質樹脂は、PDA結晶が析出してしまい重合が起こらなかった。また、PDA溶液を30重量%添加した改質樹脂は、3次元造形することができなかった。   As a result, in the modified resin to which 54% by weight of the PDA solution was added, PDA crystals were precipitated and polymerization did not occur. Moreover, the modified resin to which 30% by weight of the PDA solution was added could not be three-dimensionally shaped.

上記した高濃度でPDA溶液を添加した改質樹脂に対し、PDA溶液を16重量%添加した改質樹脂は、3次元造形が可能であることが確認された(図7参照)。   It was confirmed that the modified resin to which 16% by weight of the PDA solution was added with respect to the modified resin to which the PDA solution was added at a high concentration described above was capable of three-dimensional modeling (see FIG. 7).

ここで、上記において説明したように、PDA中のカルバゾール基は無電解めっき中で紫外線を照射されることにより電子を放出し、近くの金属イオンを還元することにより金属膜を形成する。   Here, as described above, the carbazole group in the PDA emits electrons when irradiated with ultraviolet rays in electroless plating, and forms a metal film by reducing nearby metal ions.

つまり、本発明においては、還元剤がPDA溶液を添加した光硬化性樹脂中に存在することになる。このことから、無電解めっき時に還元剤を用いない場合について実験を行った。   That is, in the present invention, the reducing agent is present in the photocurable resin to which the PDA solution is added. From this, an experiment was conducted for the case where no reducing agent was used during electroless plating.

まず、PDA溶液をZ7012Cに16重量%添加した改質樹脂を用いて、無電解めっき時に還元剤を添加しない場合の金属析出の状態を確認する実験を行った。   First, using a modified resin obtained by adding 16% by weight of a PDA solution to Z7012C, an experiment was conducted to confirm the state of metal deposition when no reducing agent was added during electroless plating.

即ち、PDA溶液をZ7012Cに16重量%添加した改質樹脂をガラス基板上に滴下して、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させたものに対し、0.25M硝酸銀水溶液を滴下し45℃で保温した状態で紫外線を照射した。   That is, a 0.25M silver nitrate aqueous solution is applied to a resin obtained by adding a PDA solution of 16% by weight to Z7012C on a glass substrate and irradiating the droplets formed by the dropping with ultraviolet rays to cure. Was dropped and irradiated with ultraviolet rays while being kept at 45 ° C.

その後に、水およびアセトンで洗浄し乾燥させ、乾燥後に再び0.25M硝酸銀水溶液を滴下し24時間放置して銀めっきを行った。   Thereafter, it was washed with water and acetone and dried. After drying, a 0.25M silver nitrate aqueous solution was dropped again and left for 24 hours to perform silver plating.

こうした銀めっき終了後に、水およびアセトンで十分に洗浄し乾燥させ、SEMおよびEDSにより銀の析出状態と表面状態の観察を行った。   After completion of such silver plating, it was sufficiently washed with water and acetone and dried, and the deposited state and surface state of silver were observed with SEM and EDS.

その結果、図8(a)に示すSEMによるSEM像、図8(b)に示す反射型偏光顕微鏡による反射電子線像ならびに図8(c)に示すEDSによる銀マッピングイメージ(図8(c))より、硬化した改質樹脂の表面に銀が析出していることが確認できた。なお、改質樹脂の表面における銀の析出が粗いことから、還元剤を用いた銀めっきを行うと導電性に優れた銀めっきが形成できると考えられる。   As a result, an SEM image obtained by SEM shown in FIG. 8A, a reflected electron beam image obtained by a reflection type polarization microscope shown in FIG. 8B, and a silver mapping image obtained by EDS shown in FIG. 8C (FIG. 8C). ) Confirmed that silver was precipitated on the surface of the cured modified resin. In addition, since silver precipitation on the surface of the modified resin is rough, it is considered that silver plating excellent in conductivity can be formed by performing silver plating using a reducing agent.

以上の実験結果より、PDA溶液を市販のアクリル系光硬化性樹脂であるZ7012Cに添加した改質樹脂を用いると、無電解めっきにより金属めっきできるものであることが確認された。また、無電解めっき時には、還元剤を用いることが好ましいものといえる。   From the above experimental results, it was confirmed that when a modified resin obtained by adding a PDA solution to Z7012C, which is a commercially available acrylic photocurable resin, can be metal-plated by electroless plating. Moreover, it can be said that it is preferable to use a reducing agent at the time of electroless plating.

そこで、市販の光硬化性樹脂にPDA溶液を添加した改質樹脂を用いて、実際に2光子吸収微細造形法により光造形を行い、2光子吸収微細造形法により作製された微細なポリマー構造体に無電解銀めっき処理を施す実験を行った。   Therefore, using a modified resin obtained by adding a PDA solution to a commercially available photo-curing resin, an optical modeling is actually performed by a two-photon absorption fine modeling method, and a fine polymer structure manufactured by a two-photon absorption micro molding method is used. An experiment was carried out in which electroless silver plating treatment was applied.

まず、PDA溶液をZ7012Cに15重量%添加した改質樹脂に対して、レーザーパワー350mWのフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長796nm、パルス幅140fs)を対物レンズで集光して照射することにより、改質樹脂を2光子で硬化させて立方体を形成するようにした。   First, a femtosecond titanium sapphire laser beam (wavelength 796 nm, pulse width 140 fs) with a laser power of 350 mW is condensed and irradiated to a modified resin obtained by adding 15% by weight of a PDA solution to Z7012C. The modified resin was cured with two photons to form a cube.

そして、レーザー照射終了後に未硬化樹脂をアセトンで洗浄し、立方体(以下、「ポリマーキューブ」と適宜に称する。)を作製した。   After the laser irradiation, the uncured resin was washed with acetone to produce a cube (hereinafter referred to as “polymer cube” as appropriate).

こうして作製したポリマーキューブに対し、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液を体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液を滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を30分間照射した。   To the polymer cube thus produced, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which a 0.25M silver nitrate aqueous solution and a 5.5% ammonia aqueous solution were mixed at a volume ratio of 10: 6 was dropped, and ultraviolet rays were irradiated for 30 minutes while being kept at 45 ° C. .

それから水およびアセトンで洗浄した後に乾燥させ、その乾燥後に、上記したアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液を体積比1:1で混合した溶液を滴下し、45℃で保温した状態で1分間放置して無電解めっきにより銀めっきを行った。   Then, it was washed with water and acetone and then dried, and after that, a solution prepared by mixing the above-described ammoniacal silver nitrate aqueous solution and 1.9 M glucose solution used as a reducing agent in a volume ratio of 1: 1 was added dropwise and kept at 45 ° C. Silver plating was carried out by electroless plating after standing for 1 minute.

図9(a)(b)には、上記のようにして無電解めっきされたポリマーキューブのSEM像が示されており、ポリマーキューブの表面が銀めっきされていることが確認された。なお、図9(a)(b)に示すSEM像では、ガラス基板上も銀めっきされている。   FIGS. 9A and 9B show SEM images of the polymer cube electrolessly plated as described above, and it was confirmed that the surface of the polymer cube was silver-plated. In the SEM images shown in FIGS. 9A and 9B, the glass substrate is also silver-plated.

このように、光を照射することにより電子を放出する電子供与体を市販の光硬化性樹脂に添加することにより、2光子吸収微細構造法により3次元微細構造体を作製し、作製した3次元微細構造体に無電解めっきによる金属コーティングを施すことが可能となり、3次元金属微細構造体を作製することができるようになる。   Thus, by adding an electron donor that emits electrons when irradiated with light to a commercially available photocurable resin, a three-dimensional microstructure is produced by the two-photon absorption fine structure method, and the produced three-dimensional A metal coating by electroless plating can be applied to the fine structure, and a three-dimensional metal fine structure can be produced.

以上において、カルバゾール基を有する電子供与体を添加された光硬化性樹脂を用いて、3次元金属微細構造体を作製する手法について説明したが、次に、3次元金属微細構造体を3次元微細構造体の一部に選択的に作製する手法について説明する。   In the above, a method for producing a three-dimensional metal microstructure using a photocurable resin to which an electron donor having a carbazole group is added has been described. Next, a three-dimensional metal microstructure is converted into a three-dimensional fine structure. A method for selectively manufacturing part of the structure will be described.


(2−2)2種類の光硬化性樹脂からなる3次元微細構造体の作製について
3次元金属微細構造体を3次元微細構造体の一部に選択的に作製するには、まず、PDA溶液を添加していない光硬化性樹脂とPDA溶液を添加した光硬化性樹脂(改質樹脂)との2種類の光硬化性樹脂を用いて、3次元微細構造体を作製することになる。

(2-2) Production of a three-dimensional microstructure comprising two types of photocurable resins To selectively produce a three-dimensional metal microstructure as part of a three-dimensional microstructure, first, a PDA solution A three-dimensional microstructure is produced by using two types of photocurable resins, ie, a photocurable resin to which is not added and a photocurable resin (modified resin) to which a PDA solution is added.

本願発明者の実験においては、市販の光硬化性樹脂と当該光硬化性樹脂にPDA溶液を添加した改質樹脂の2種類の樹脂を用いて、2光子吸収微細造形法による光造形により3次元微細構造体を作製した。   In the experiment of the present inventor, three-dimensional modeling is performed by two-photon absorption microfabrication using three-dimensional modeling using a commercially available photocurable resin and a modified resin obtained by adding a PDA solution to the photocurable resin. A microstructure was prepared.

具体的には、KC1102とPDA溶液を添加されたZ7012Cとの2種類の光硬化性樹脂を用いて、2光子吸収微細造形法により光造形を行った。   Specifically, stereolithography was performed by a two-photon absorption microfabrication method using two types of photocurable resins of KC1102 and Z7012C to which a PDA solution was added.

まず、ガラス基板上にKC1102を滴下し、当該滴下により形成された液滴に対して、フェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長796nm、パルス幅140fs、レーザーエネルギー20nJ)を対物レンズ(倍率60倍、NA=1.4)で集光して照射することにより、立方体を形成するように2光子で液滴を硬化させた。なお、照射時間は、1スポット当たり200ミリ秒とした。   First, KC1102 was dropped on a glass substrate, and femtosecond titanium sapphire laser light (wavelength 796 nm, pulse width 140 fs, laser energy 20 nJ) was applied to the objective lens (magnification 60 times, NA). = 1.4) By condensing and irradiating, the droplets were cured with two photons so as to form a cube. The irradiation time was 200 milliseconds per spot.

こうしたレーザー照射終了後に、未硬化のKC1102をアセトンで洗浄し、立方体(以下、「ポリマーキューブ」と適宜に称する。)を作製した。   After such laser irradiation, uncured KC1102 was washed with acetone to produce a cube (hereinafter referred to as “polymer cube” as appropriate).

その後に、Z7012CにPDA溶液を10重量%添加した改質樹脂を、上記により作製したポリマーキューブの上から滴下し、当該滴下により形成された液滴に対して、フェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長796nm、パルス幅140fs、レーザーエネルギー20nJ)を対物レンズ(倍率60倍、NA=1.4)で集光して照射することにより、直径1μmのリングを形成するように2光子で液滴を硬化させた。なお、照射時間は、1スポット当たり200ミリ秒とした。   Thereafter, a modified resin obtained by adding 10% by weight of a PDA solution to Z7012C is dropped from above the polymer cube prepared as described above, and femtosecond titanium sapphire laser light (wavelength is applied to the droplet formed by the dropping. By condensing and irradiating 796 nm, pulse width 140 fs, laser energy 20 nJ) with an objective lens (60 × magnification, NA = 1.4), the droplet is cured with two photons so as to form a ring with a diameter of 1 μm. I let you. The irradiation time was 200 milliseconds per spot.

こうしたレーザー照射終了後に、未硬化の改質樹脂をアセトンで洗浄し、ポリマーキューブ上に直径1μmのリングを作製した。   After completion of such laser irradiation, the uncured modified resin was washed with acetone to produce a ring having a diameter of 1 μm on the polymer cube.

このように、2光子吸収微細造形法を用いると、PDA溶液を添加していない光硬化性樹脂によりポリマーキューブを形成し、当該ポリマーキューブ上に改質樹脂によりリングを形成するというように、3次元微細構造体を2種類の樹脂より作製することができるものであり、2光子により光硬化性樹脂を硬化させて必要とされるポリマー構造体を意図した部分へ局在化させることができる。   As described above, when the two-photon absorption fine modeling method is used, a polymer cube is formed with a photocurable resin to which no PDA solution is added, and a ring is formed on the polymer cube with a modified resin. A dimensional fine structure can be produced from two types of resins, and the photocurable resin can be cured with two photons to localize the required polymer structure to the intended portion.


(2−3)サイト選択銀コーティングについて
次に、上記(2−2)により作製された2種類の光硬化性樹脂(KC1102とPDA溶液を添加されたZ7012Cとの2種類の光硬化性樹脂)よりなる3次元微細構造体、即ち、ポリマーキューブと当該ポリマーキューブ上に形成された直径1μmのリングとよりなるポリマー構造体に、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液とを体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液を滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を30分間照射した。

(2-3) Site-selective silver coating Next, two types of photocurable resins prepared according to the above (2-2) (two types of photocurable resins of KC1102 and Z7012C added with a PDA solution) A three-dimensional microstructure comprising a polymer cube and a ring having a diameter of 1 μm formed on the polymer cube, and a volume ratio of 10% by volume of a 0.25M silver nitrate aqueous solution and a 5.5% ammonia aqueous solution. : Ammonia silver nitrate aqueous solution mixed in 6 was added dropwise and irradiated with ultraviolet rays for 30 minutes while being kept at 45 ° C.

その後に、水およびアセトンで洗浄してから乾燥させ、乾燥後に、上記のアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液を当該ポリマー構造体に滴下し、45℃で保温した状態で1分間放置し、無電解めっきにより銀めっきを行った。   Thereafter, it is washed with water and acetone and then dried. After drying, a solution obtained by mixing the aqueous ammoniacal silver nitrate solution and the 1.9M glucose solution used as a reducing agent in a volume ratio of 1: 1 is added to the polymer structure. The solution was dropped and left at a temperature of 45 ° C. for 1 minute, and silver plating was performed by electroless plating.

図10(a)(b)には、上記のようにして無電解めっきされたポリマー構造体のSEM像が示されている。図10(a)に示されているように、KC1102で形成されたポリマーキューブ表面には銀粒子がほとんど存在していない。それに対し、図10(b)に示すように、改質樹脂(PDA溶液を添加したZ7012C)で形成されたリング表面には、銀粒子が密に存在している。   FIGS. 10 (a) and 10 (b) show SEM images of the polymer structure electrolessly plated as described above. As shown in FIG. 10A, silver particles are hardly present on the surface of the polymer cube formed of KC1102. On the other hand, as shown in FIG. 10B, silver particles are densely present on the ring surface formed of the modified resin (Z7012C to which the PDA solution is added).

このように、PDA溶液を添加していない光硬化性樹脂とPDA溶液を添加した光硬化性樹脂(改質樹脂)との2種類の光硬化性樹脂を用いて3次元微細構造体を作製し、当該作成した3次元微細構造体に対して無電解めっきを施すことにより、3次元金属微細構造体を3次元微細構造体の一部に選択的に作製することができる。   In this way, a three-dimensional microstructure is prepared using two types of photocurable resins, a photocurable resin to which no PDA solution is added and a photocurable resin (modified resin) to which a PDA solution is added. By applying electroless plating to the created three-dimensional microstructure, the three-dimensional metal microstructure can be selectively produced as a part of the three-dimensional microstructure.

さらに、次に説明するように、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させることができる。   Furthermore, as will be described below, a large number of metal microstructures can be arranged in a three-dimensional space without contacting each other.


(2−4)3次元空間に配列された金属微細構造の作製について
以上において説明したように、本発明の手法により、約100nmの分解能で、ポリマー構造体の特定部分のみに対して金属をコーティングすることができる。

(2-4) Fabrication of metal microstructures arranged in a three-dimensional space As described above, with the technique of the present invention, only a specific part of a polymer structure is coated with a resolution of about 100 nm. can do.

従って、本発明の手法によれば、例えば、図11に示すような構造体、即ち、ガラス基板16上に光硬化性樹脂による円筒状のポリマー構造体12を形成し、ポリマー構造体12の外周と当接して3段のリング状の金属微細構造体14(金属微細構造体14は、改質樹脂により作成され、無電解めっきによる金属コーティングを施したものである。)が互いに接することなく形成されているような3次元空間配列金属微細構造体を作製することが可能となるなど、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させることができる。   Therefore, according to the method of the present invention, for example, a cylindrical polymer structure 12 made of a photocurable resin is formed on the glass substrate 16 as shown in FIG. A three-stage ring-shaped metal microstructure 14 (made of a modified resin and subjected to metal coating by electroless plating) is formed without contacting each other. Thus, a large number of metal microstructures can be arranged in a three-dimensional space without being in contact with each other, such as making it possible to produce a three-dimensional space arrangement metal microstructure as described above.

このような構造の作製は従来の手法では作製困難であり、本発明の手法の一つの応用例である。   Fabrication of such a structure is difficult with the conventional technique, and is one application example of the technique of the present invention.


(3)無電解めっき時において金属の析出に寄与している物質について
上記において説明したように、上記した実施の形態においては、無電解めっき時において金属の析出に寄与している物質はカルバゾール基であるが、以下、この点について詳細に説明する。

(3) Substances contributing to metal deposition during electroless plating As described above, in the above-described embodiment, the substances contributing to metal precipitation during electroless plating are carbazole groups. However, this point will be described in detail below.

まず、本願発明者は、
a.無電解めっき時において金属の析出に寄与している物質が本当にカルバゾール基であるのか、
b.カルバゾール基を有する電子供与体はポリジアセチレンである必要があるのか、
c.紫外線を照射して45℃で保温した状態で無電解めっきを行っていたが、45℃に加温せずに紫外線の照射のみでめっきができるか、
d.カルバゾールの金属還元メカニズムはどのようなものであるのか、
について確認するための実験を行った。
First, the inventor of the present application
a. Whether the substance that contributes to metal deposition during electroless plating is really a carbazole group,
b. Does the electron donor having a carbazole group need to be polydiacetylene,
c. Electroless plating was performed in the state of being irradiated with ultraviolet rays and kept at 45 ° C. Can plating be performed only by irradiation with ultraviolet rays without heating to 45 ° C,
d. What is the metal reduction mechanism of carbazole?
An experiment was conducted to confirm the above.

まず、図12に示すジアセチレンの側鎖にカルボキシル基とアルキル鎖の付いた10,12−ノナコサジイン酸(以下、「NSA」と適宜に称する。)を用いて、カルバゾール基が銀の析出に寄与しているかについて確認する実験を行った。   First, by using 10,12-nonacosadiynoic acid (hereinafter, appropriately referred to as “NSA”) having a carboxyl group and an alkyl chain on the side chain of diacetylene shown in FIG. 12, the carbazole group contributes to silver precipitation. An experiment was conducted to confirm whether or not

即ち、NSAをN,N−ジメチルアセトアミドに溶解し、100mMに調整した100mMNSA N,N−ジメチルアセトアミド溶液(以下、「NSA溶液」と適宜に称する。)を作製した。そして、Z7012CにNSA溶液を10重量%添加した改質樹脂を、ガラス基板上に滴下し、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させた。   That is, NSA was dissolved in N, N-dimethylacetamide to prepare a 100 mM NSA N, N-dimethylacetamide solution (hereinafter, appropriately referred to as “NSA solution”) adjusted to 100 mM. And the modified resin which added 10 weight% of NSA solution to Z7012C was dripped on the glass substrate, and the droplet formed by the said dripping was irradiated with ultraviolet rays, and was hardened.

次に、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液とを体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液を硬化した改質樹脂に滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を30分間照射した。   Next, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which a 0.25M silver nitrate aqueous solution and a 5.5% aqueous ammonia solution are mixed at a volume ratio of 10: 6 is dropped onto the cured modified resin, and ultraviolet rays are kept for 30 minutes while being kept at 45 ° C. Irradiated.

その後に水およびアセトンで十分に洗浄してから乾燥させ、乾燥後に上記したアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液を硬化した改質樹脂に滴下し、45℃で保温した状態で1分間放置して無電解めっきにより銀めっきを施した。   Thereafter, the resin is sufficiently washed with water and acetone and then dried, and after the drying, a modified resin obtained by curing a solution prepared by mixing the ammoniacal silver nitrate aqueous solution and the 1.9 M glucose solution used as a reducing agent at a volume ratio of 1: 1. The solution was dropped on the plate and kept at 45 ° C. for 1 minute, and then subjected to silver plating by electroless plating.

こうした実験の結果は、硬化した改質樹脂表面にはほとんど銀が析出されることはなかった。   As a result of these experiments, almost no silver was deposited on the surface of the cured modified resin.

このことから、カルバゾール基が無電解めっきにおいて金属の析出に寄与していることが確認することができた。   From this, it was confirmed that the carbazole group contributes to metal deposition in electroless plating.

ここで、ポリジアセチレンは、3次非線形光学材料として期待されているπ共役系高分子であり、単結晶であることからも明らかなように、分子構造は100%規則的であり、また、それら分子の集合状態も常に単一である。   Here, polydiacetylene is a π-conjugated polymer expected as a third-order nonlinear optical material, and as is clear from the fact that it is a single crystal, its molecular structure is 100% regular, and those The aggregation state of molecules is always single.

近年の導電性高分子研究における導電率の高揚は、ポリジアセチレンの構造規則性改善の賜物であり、物性研究にとって重要な意味を持っているといわれている。   The recent increase in conductivity in conducting polymer research is a result of the improvement of the structural regularity of polydiacetylene, and is said to have important implications for physical property research.

しかし、本実験で光硬化性樹脂にポリジアセチレンを添加した場合は、ポリジアセチレンの構造規則性は失われていしまい、ポリジアセチレンが有する優れた特性が発揮されなくなり、ポリジアセチレンを使用するメリットがなくってしまう。   However, when polydiacetylene is added to the photocurable resin in this experiment, the structural regularity of the polydiacetylene is lost, the excellent properties of polydiacetylene are not exhibited, and there is no merit of using polydiacetylene. End up.

そこで、図13に示すZ7012Cと同じアクリル系のモノマーにカルバゾールを含む9H−Carbazol−9−ethylmethacrylate(以下、「CEM」と適宜に称する。)を用いて、本発明において樹脂表面に無電解めっきによる金属析出を可能にしているカルバゾールを含む物質は、ジアセチレンを基本骨格とする必要があるのかを確認する実験を行った。   Therefore, 9H-Carbazol-9-ethylmethacrylate (hereinafter referred to as “CEM” as appropriate) containing carbazole in the same acrylic monomer as Z7012C shown in FIG. 13 is used for electroless plating on the resin surface in the present invention. An experiment was conducted to confirm whether a substance containing carbazole enabling metal deposition needs to have diacetylene as a basic skeleton.

即ち、CEMをN,N−ジメチルアセトアミドに溶解し、100mMに調整した100mMCEM N,N−ジメチルアセトアミド溶液(以下、「CEM溶液」と適宜に称する。)を作製した。   That is, CEM was dissolved in N, N-dimethylacetamide to prepare a 100 mM CEM N, N-dimethylacetamide solution (hereinafter referred to as “CEM solution” as appropriate) adjusted to 100 mM.

そして、Z7012CにCEM溶液を10重量%添加した改質樹脂を、ガラス基板上に滴下し、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させた。   And the modified resin which added 10 weight% of CEM solutions to Z7012C was dripped on the glass substrate, and the droplet formed by the said dripping was irradiated with ultraviolet rays, and was hardened.

次に、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液とを体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液を硬化した改質樹脂に滴下し、45℃で保温した状態で紫外線を30分間照射した。   Next, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which a 0.25M silver nitrate aqueous solution and a 5.5% aqueous ammonia solution are mixed at a volume ratio of 10: 6 is dropped onto the cured modified resin, and ultraviolet rays are kept for 30 minutes while being kept at 45 ° C. Irradiated.

その後に水およびアセトンで十分に洗浄してから乾燥させ、乾燥後に上記したアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液を硬化した改質樹脂に滴下し、45℃で保温した状態で2分間放置して無電解めっきにより銀めっきを施した。   Thereafter, the resin is sufficiently washed with water and acetone and then dried, and after the drying, a modified resin obtained by curing a solution prepared by mixing the ammoniacal silver nitrate aqueous solution and the 1.9 M glucose solution used as a reducing agent at a volume ratio of 1: 1. Then, it was left for 2 minutes while being kept at 45 ° C., and silver plating was performed by electroless plating.

こうした実験の結果は、図14に示すように、市販のアクリル系光硬化性樹脂Z7012CにCEM溶液を添加することによっても無電解めっきにより銀めっきされることが確認することができた。   As a result of these experiments, as shown in FIG. 14, it was confirmed that silver plating was performed by electroless plating also by adding a CEM solution to a commercially available acrylic photocurable resin Z7012C.

このことより、カルバゾールを有する電子供与体は、ジアセチレンを基本骨格とする必要はないことを確認することができた。   From this, it was confirmed that the electron donor having carbazole need not have diacetylene as a basic skeleton.

次に、上記した複数の実験では無電解めっきをする際に、45℃に加温して紫外線を30分〜1時間照射していたが、45℃に加温することなく紫外線の照射のみで無電解めっきが行われるかについて確認する実験を行った。   Next, in the above-described experiments, when performing electroless plating, it was heated to 45 ° C. and irradiated with ultraviolet rays for 30 minutes to 1 hour, but it was only irradiated with ultraviolet rays without heating to 45 ° C. An experiment was conducted to confirm whether electroless plating is performed.

即ち、KC1102にCEM溶液10重量%添加した改質樹脂1と、Z7012CにCEM溶液10重量%添加した改質樹脂2とを準備し、これら改質樹脂1と改質樹脂2とをガラス基板上に滴下し、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させた。   That is, a modified resin 1 in which 10% by weight of CEM solution is added to KC1102 and a modified resin 2 in which 10% by weight of CEM solution is added to Z7012C are prepared, and these modified resin 1 and modified resin 2 are prepared on a glass substrate. The droplets formed by the dropping were irradiated with ultraviolet rays and cured.

そして、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水溶液とを体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液をそれぞれの硬化した改質樹脂1と改質樹脂2とにそれぞれ滴下し、室温(23℃)で紫外線を30分間照射した。   Then, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which a 0.25M silver nitrate aqueous solution and a 5.5% ammonia aqueous solution are mixed at a volume ratio of 10: 6 is added dropwise to each of the cured modified resin 1 and modified resin 2, respectively. (23 ° C.) for 30 minutes.

その後に水およびアセトンで十分に洗浄してから乾燥させ、乾燥後に上記したアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液を硬化した改質樹脂1と改質樹脂2とにそれぞれ滴下し、45℃で保温した状態で1分間放置して無電解めっきにより銀めっきを施した。   Thereafter, the resin is sufficiently washed with water and acetone and then dried, and after the drying, a modified resin obtained by curing a solution prepared by mixing the ammoniacal silver nitrate aqueous solution and the 1.9 M glucose solution used as a reducing agent at a volume ratio of 1: 1. 1 and the modified resin 2 were dropped respectively, and left for 1 minute in a state kept at 45 ° C., and silver plating was performed by electroless plating.

その結果が図15(a)(b)に示されており、改質樹脂1ならびに改質樹脂2のいずれにおいても銀めっきが施されたことが確認された。   The results are shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), and it was confirmed that silver plating was applied to both the modified resin 1 and the modified resin 2.

また、KC1102にCEM溶液を10重量%添加した改質樹脂1に形成された銀めっきの1mmあたりの抵抗値は9Ωであり、Z7012CにCEM溶液10重量%添加した改質樹脂2に形成された銀めっきの1mmあたりの抵抗値は1Ωであった。   Further, the resistance value per 1 mm of the silver plating formed on the modified resin 1 in which 10% by weight of the CEM solution was added to KC1102 was 9Ω, and it was formed in the modified resin 2 in which 10% by weight of the CEM solution was added to Z7012C. The resistance value per 1 mm of the silver plating was 1Ω.

このことより、光硬化性樹脂にカルバゾールを含んでいる物質を添加することによって、紫外線を照射することにより室温でも銀めっきを形成することができることが確認された。   From this, it was confirmed that silver plating can be formed even at room temperature by irradiating ultraviolet rays by adding a substance containing carbazole to the photocurable resin.

次に、カルバゾールの金属還元メカニズムについて検討するが、カルバゾールは図16に示すような構造を備えた物質であり、五員環の窒素の部分は非常に電子を放出しやすいものでありドナー部となる。   Next, the metal reduction mechanism of carbazole will be examined. Carbazole is a substance having a structure as shown in FIG. 16, and the five-membered ring nitrogen portion is very easy to emit electrons, and the donor portion and Become.

そのため、ベンゼン環の窒素から対角線上の方向位置に電子を引っ張りやすい基(アクセプター部)を導入すると、容易にドナー部からアクセプター部に電子が移動し、その移動した電子は分子内を自由に動くことができる。   Therefore, when a group (acceptor part) that easily pulls electrons from the nitrogen of the benzene ring to the diagonal position is introduced, the electrons easily move from the donor part to the acceptor part, and the moved electrons move freely in the molecule. be able to.

また、ポリビニルカルバゾール(PVK)と側鎖にカルバゾール基を有する置換ポリアセチレン(CzPA)のイオン化ポテンシャルは、それぞれ5.9eV、5.6eVとなっている。つまり、近紫外領域の光(波長約210〜220nm)を照射することによって、カルバゾール基を含む分子は電子を放出することになる。   The ionization potentials of polyvinyl carbazole (PVK) and substituted polyacetylene (CzPA) having a carbazole group in the side chain are 5.9 eV and 5.6 eV, respectively. That is, by irradiating light in the near ultraviolet region (wavelength of about 210 to 220 nm), a molecule containing a carbazole group emits electrons.

このようなカルバゾールの特性を元に、本実験におけるカルバゾール基を有するCEMやPDAを添加した改質樹脂に銀が析出するメカニズムとしては、
a.銀イオンが紫外線(イオン化ポテンシャルに相当する。)照射時にカルバゾールから出てきた電子によって還元され析出される、
b.銀イオンはカルバゾールの近くに存在もしくは結合していなくてはならない(なぜならば、カルバゾールから電子が放出されても、めっき液中の水分子などに電子を奪われてしまうからである。)、
などが考えられる。
Based on such characteristics of carbazole, as a mechanism of silver deposition on the modified resin to which CEM or PDA having a carbazole group in this experiment is added,
a. Silver ions are reduced and deposited by electrons emitted from carbazole when irradiated with ultraviolet rays (corresponding to ionization potential).
b. Silver ions must be present or bonded in the vicinity of carbazole (because even if electrons are released from carbazole, they are deprived of water molecules in the plating solution).
And so on.

つまり、銀イオンが改質樹脂中のカルバゾール基の近くに存在して、紫外線照射時にカルバゾール基から放出された電子によって銀イオンが還元され、改質樹脂表面に銀めっきがされるものであると認められる。   In other words, the silver ions are present near the carbazole group in the modified resin, and the silver ions are reduced by the electrons released from the carbazole group during ultraviolet irradiation, and the modified resin surface is silver plated. Is recognized.

そこで、紫外線を照射しない条件で銀めっきを行うようにした実験を行ったものであり、まず、Z7012CとZ7012CにPDA溶液を12重量%添加した改質樹脂3とZ7012CにCEM溶液を10重量%添加した改質樹脂4とを、一枚のガラス基板上にそれぞれ滴下し、当該滴下により形成された液滴に紫外線を照射して硬化させた。   Therefore, an experiment was conducted in which silver plating was performed under the condition of not irradiating ultraviolet rays. First, the modified resin 3 in which 12% by weight of a PDA solution was added to Z7012C and Z7012C, and the CEM solution was added to 10% by weight of Z7012C. The added modified resin 4 was dropped on one glass substrate, and the droplets formed by the dropping were irradiated with ultraviolet rays and cured.

そして、0.25M硝酸銀水溶液と5.5%アンモニア水とを体積比10:6で混合したアンモニア性硝酸銀水溶液をそれぞれの硬化した3種類の樹脂に滴下し、遮光した状態で24時間放置した。   Then, an ammoniacal silver nitrate aqueous solution in which a 0.25M silver nitrate aqueous solution and 5.5% ammonia water were mixed at a volume ratio of 10: 6 was dropped onto each of the three kinds of cured resins, and left for 24 hours in a light-shielded state.

その後に水およびアセトンで十分に洗浄し乾燥させ、乾燥の後に上記したアンモニア性硝酸銀水溶液と還元剤として用いる1.9Mグルコース溶液とを体積比1:1で混合した溶液をそれぞれの硬化した樹脂に滴下し、45℃で保温した状態で無電解めっきにより銀めっきを施した。   Thereafter, the solution is thoroughly washed with water and acetone and dried. After drying, a solution obtained by mixing the aqueous ammoniacal silver nitrate solution and the 1.9 M glucose solution used as a reducing agent in a volume ratio of 1: 1 is used for each cured resin. The solution was dropped, and silver plating was performed by electroless plating while keeping the temperature at 45 ° C.

上記のアンモニア性硝酸銀水溶液を滴下した後に遮光した状態で24時間放置した3種類の樹脂の表面を観察すると、CEM溶液を添加した改質樹脂の表面が白く濁っていた。その後、還元剤を用いた銀めっきを施すと、銀が析出した。   When the surfaces of the three types of resins that were allowed to stand for 24 hours in a light-shielded state after dropping the aqueous ammoniacal silver nitrate solution were observed, the surfaces of the modified resins to which the CEM solution was added were cloudy white. Then, when silver plating using a reducing agent was performed, silver precipitated.

ここで、改質樹脂の表面が白く濁っていたことは、アンモニア性硝酸銀水溶液により樹脂表面に何らかの物質が付着したためと考えられる。   Here, the reason that the surface of the modified resin was clouded in white is considered to be because some substance adhered to the resin surface by the aqueous ammoniacal silver nitrate solution.

また、還元剤を用いた銀めっき処理により銀が析出していることから、この樹脂表面に付着した物質は何らかの状態で存在する銀イオンではないかと考えられる。   Moreover, since silver has precipitated by the silver plating process using a reducing agent, it is thought that the substance adhering to this resin surface is a silver ion which exists in a certain state.

従って、通常の紫外線照射を行う銀めっきの場合は、樹脂表面に存在する銀イオンがカルバゾール基から放出された電子によって、銀が析出するものであると考えることができる。   Therefore, in the case of silver plating that performs normal ultraviolet irradiation, it can be considered that silver is precipitated by the electrons emitted from the carbazole group by the silver ions present on the resin surface.


以上において説明した本願発明者の実験結果から、光硬化性樹脂にカルバゾール基を有する電子供与体を添加した改質樹脂を用いて、2光子吸収微細造形法により約100nmの分解能で、ポリマー全体に無電解めっきによる金属コーティングを行うことにより、所望の形状の3次元金属微細構造体が得られる。

From the experimental results of the present inventor described above, it was found that a modified resin obtained by adding an electron donor having a carbazole group to a photocurable resin was applied to the entire polymer with a resolution of about 100 nm by a two-photon absorption microfabrication method. By performing metal coating by electroless plating, a three-dimensional metal microstructure having a desired shape can be obtained.

さらに、光硬化性樹脂と当該光硬化性樹脂にカルバゾール基を有する電子供与体を添加した改質樹脂の2種類を用いて、2光子吸収微細造形法により必要とされるポリマー構造体を意図した部分へ局在化させることができる。   Furthermore, the polymer structure required by the two-photon absorption micro-molding method was intended using two types of modified resins obtained by adding a photocurable resin and an electron donor having a carbazole group to the photocurable resin. It can be localized to a part.

そして、改質樹脂により作製されたポリマー構造体部分に、無電解めっき処理で金属コーティングすることによって、3次元微細構造体中に選択的に金属微細構造を有する3次元金属微細構造体を作製することができる。   Then, a three-dimensional metal microstructure having a metal microstructure selectively in the three-dimensional microstructure is produced by coating the polymer structure portion made of the modified resin with a metal by electroless plating. be able to.


なお、上記した実施の形態は、以下の(1)〜(4)に示すように変形することができるものである。

The above-described embodiment can be modified as shown in the following (1) to (4).

(1)本発明に用いる光硬化性樹脂は、上記において説明したものに限られるものではなく、例えば、図17に示すような各種の光硬化性樹脂を用いることができる。   (1) The photocurable resin used in the present invention is not limited to those described above. For example, various photocurable resins as shown in FIG. 17 can be used.

(2)本発明に用いる電子供与体は、上記において説明したものに限られるものではなく、電子を吐き出すことができるものであればよく、例えば、図18に示すようなアルデヒド系(R−CHOを分子内に持つもの全て)ならびにカルバゾール系(カルバゾール基を分子内に持つもの全て)のものを用いることができる。そして、アクリル系光硬化性樹脂のQ値と近いQ値を有するラジカル重合で高分子量のポリマーが得られるビニル化合物をコネクタとして用いて、このコネクタに図18に示すような電子供与体をくっつけてアクリル系光硬化性樹脂に混入すると、アクリル系光硬化性樹脂に電子供与体をうまく組み込むことができる。   (2) The electron donor used in the present invention is not limited to those described above, and any electron donor can be used as long as it can eject electrons. For example, an aldehyde-based (R-CHO) as shown in FIG. Can be used as well as those having a carbazole group (all having a carbazole group in the molecule). Then, using as a connector a vinyl compound that can obtain a high molecular weight polymer by radical polymerization having a Q value close to that of the acrylic photocurable resin, an electron donor as shown in FIG. 18 is attached to this connector. When mixed in the acrylic photocurable resin, the electron donor can be successfully incorporated into the acrylic photocurable resin.

ここで、図19には、ラジカル重合で高分子量のポリマーが得られる代表的なビニル化合物の名称と構造とが示されおり、また、図20には、光硬化性樹脂と当該光硬化性樹脂に添加するビニル化合物(添加ビニル化合物)との反応性を示す指標となるビニル化合物のQ値が示されている。   Here, FIG. 19 shows the names and structures of typical vinyl compounds from which a high molecular weight polymer can be obtained by radical polymerization, and FIG. 20 shows the photocurable resin and the photocurable resin. The Q value of the vinyl compound serving as an index indicating the reactivity with the vinyl compound added to (added vinyl compound) is shown.

この図20を参照すると、図19に示すビニル化合物の中では、図21において×印を付されていないスチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチルならびにアクリル酸メチルをコネクタとして用いて、このコネクタに図18に示すような電子供与体をくっつけてアクリル系光硬化性樹脂に混入することが好ましいものである。   Referring to FIG. 20, among the vinyl compounds shown in FIG. 19, styrene, acrylonitrile, methyl methacrylate and methyl acrylate not marked with x in FIG. 21 are used as connectors. It is preferable that an electron donor as shown is attached and mixed into the acrylic photocurable resin.

さらに、本発明に用いる電子供与体としては、Si、Ga、GeあるいはGaAsなどのような半導体を用いるようにしてもよい。   Furthermore, as an electron donor used in the present invention, a semiconductor such as Si, Ga, Ge, or GaAs may be used.

(3)上記した実施の形態においては、市販の光硬化性樹脂により作製されたポリマー構造体上に、当該光硬化性樹脂にカルバゾール基を有する電子供与体を添加した改質樹脂を用いてポリマー構造体を作製するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、光硬化性樹脂にカルバゾール基を有する電子供与体を添加した改質樹脂により作製されたポリマー構造体上に、電子供与体を添加されていない光硬化性樹脂により作製されたポリマー構造体を作製するようにしてもよい。つまり、電子供与体を添加されていない光硬化性樹脂によりポリマー構造体の作製と改質樹脂によるポリマー構造体の作製とは、どのような順番でおこなってもよい。   (3) In the above-described embodiment, a polymer is formed using a modified resin in which an electron donor having a carbazole group is added to the photocurable resin on a polymer structure made of a commercially available photocurable resin. Although the structure is manufactured, it is needless to say that the structure is not limited to this. That is, a polymer structure made of a photocurable resin not added with an electron donor on a polymer structure made of a modified resin obtained by adding an electron donor having a carbazole group to a photocurable resin. You may make it produce. That is, the production of the polymer structure with the photocurable resin to which no electron donor is added and the production of the polymer structure with the modified resin may be performed in any order.

(4)上記した実施の形態ならびに上記した(1)〜(3)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (4) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1)-(3).

本発明は、微細構造電子デバイスや微細構造光学デバイスの製造などに利用することができる。   The present invention can be used for the manufacture of microstructured electronic devices and microstructured optical devices.

図1(a)(b)(c)は、体長8μmの牛の立体模型を作製する場合における2光子吸収微細造形法の処理手順を示す説明図である。FIGS. 1A, 1B, and 1C are explanatory views showing a processing procedure of a two-photon absorption fine modeling method in the case of producing a three-dimensional model of a cow having a length of 8 μm. 図2(a)(b)は、短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法を実施するためのシステムの説明図であって、図2(a)は、全体構成図であり、図2(b)は、図2(a)における点線部の側面図である。FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a system for performing a two-photon absorption fine modeling method by irradiating a short pulse laser beam, and FIG. 2A is an overall configuration diagram. FIG.2 (b) is a side view of the dotted-line part in Fig.2 (a). 図3は、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法の実施の形態の一例の処理工程を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the processing steps of an example of the embodiment of the method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention. 図4は、本願発明者による実験において光硬化性樹脂に混入したポリジアセチレンの構造式である。FIG. 4 is a structural formula of polydiacetylene mixed in the photocurable resin in the experiment by the present inventors. 図5は、ポリジアセチレン溶液の吸収スペクトルを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an absorption spectrum of a polydiacetylene solution. 図6は、結晶化したポリジアセチレン溶液のCCDイメージである。FIG. 6 is a CCD image of the crystallized polydiacetylene solution. 図7は、ポリジアセチレン溶液を16重量%添加した改質樹脂を用いて2光子吸収微細造形プロセスにより作製した3次元ポリマー構造体のSEM像である。FIG. 7 is an SEM image of a three-dimensional polymer structure produced by a two-photon absorption microfabrication process using a modified resin added with 16% by weight of a polydiacetylene solution. 図8(a)(b)(c)は、還元剤を用いない無電解めっきプロセスにおけるポリジアセチレンを16重量%添加した改質樹脂表面を示すものであり、図8(a)は走査型電子顕微鏡によるSEM像であり、図8(b)は反射型偏光顕微鏡による反射電子線像であり、図8(c)はエネルギー分散型X線分析装置による銀マッピングイメージである。FIGS. 8A, 8B, and 8C show the surface of a modified resin to which 16% by weight of polydiacetylene is added in an electroless plating process that does not use a reducing agent. FIG. FIG. 8B is a reflected electron beam image obtained by a reflection type polarization microscope, and FIG. 8C is a silver mapping image obtained by an energy dispersive X-ray analyzer. 図9(a)(b)は、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法により、ポリジアセチレンを添加した改質樹脂を用いてポリマー構造体に銀をコーティングした状態を示すSEM像であり、図9(a)はポリマー構造体の直上から観察した状態を示すSEM像であり、図9(b)は図9(a)から40°傾けた位置から観察した状態を示すSEM像である。9 (a) and 9 (b) are SEM images showing a state in which a polymer structure is coated with silver using a modified resin to which polydiacetylene is added by the method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention. 9 (a) is an SEM image showing a state observed from directly above the polymer structure, and FIG. 9 (b) is an SEM image showing a state observed from a position inclined by 40 ° from FIG. 9 (a). . 図10(a)(b)は、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法により、2種類の光硬化性樹脂を用いて同一のポリマー構造体内で選択的に銀をコーティングした状態を示すSEM像であり、図10(a)はポリマー構造体全体のSEM像であり、図10(b)はポリマー構造体の銀をコーティングされた直径1μmのリングのSEM像である。FIGS. 10A and 10B show a state in which silver is selectively coated in the same polymer structure using two types of photocurable resins by the method for producing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention. FIG. 10 (a) is an SEM image of the entire polymer structure, and FIG. 10 (b) is an SEM image of a 1 μm diameter ring coated with silver of the polymer structure. 図11は、本発明による3次元金属微細構造体の製造方法により、多数の金属微細構造体を互いに接触しない状態で3次元空間に配列させる一例を示したものである。FIG. 11 shows an example in which a large number of metal microstructures are arranged in a three-dimensional space without contacting each other by the method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure according to the present invention. 図12は、光硬化性樹脂に添加する側鎖にカルバゾール基を含まないポリジアセチレンの構造式である。FIG. 12 is a structural formula of polydiacetylene containing no carbazole group in the side chain added to the photocurable resin. 図13は、光硬化性樹脂に添加するカルバゾール基を含み、ジアセチレンを基本骨格としないカルバゾールエチルメタクリレートの構造式である。FIG. 13 is a structural formula of carbazole ethyl methacrylate that contains a carbazole group added to the photocurable resin and does not have diacetylene as a basic skeleton. 図14は、図13に示す物質を添加された改質樹脂に無電解めっきプロセルにより銀コーティングを行った結果を示す写真である。FIG. 14 is a photograph showing a result of silver coating performed on the modified resin to which the substance shown in FIG. 13 is added by an electroless plating process. 図15は、図13に示す物質を添加された2種類の改質樹脂に無電解めっきプロセスにおいて加温時間を短くしためっきプロセスにより銀コーティングを行った結果を示す写真である。FIG. 15 is a photograph showing the result of silver coating performed on the two types of modified resins added with the substances shown in FIG. 13 by a plating process in which the heating time is shortened in the electroless plating process. 図16は、カルバゾールの構造式である。FIG. 16 is a structural formula of carbazole. 図17は、光硬化性樹脂の種類を示す図表である。FIG. 17 is a chart showing types of photocurable resins. 図18は、電子供与体の種類を示す図表である。FIG. 18 is a chart showing the types of electron donors. 図19は、ラジカル重合で高分子量のポリマーが得られる代表的なビニル化合物の名称と構造とを示す図表である。FIG. 19 is a chart showing the names and structures of typical vinyl compounds from which high molecular weight polymers can be obtained by radical polymerization. 図20は、光硬化性樹脂と当該光硬化性樹脂に添加するビニル化合物(添加ビニル化合物)との反応性を示す指標となるビニル化合物のQ値を示す図表である。FIG. 20 is a chart showing a Q value of a vinyl compound serving as an index indicating the reactivity between the photocurable resin and the vinyl compound (added vinyl compound) added to the photocurable resin. 図21は、適切なコネクタ構造を示す図表である。FIG. 21 is a chart showing an appropriate connector structure.

符号の説明Explanation of symbols

12 ポリマー構造体
14 金属微細構造体
16 ガラス基盤
12 Polymer structure 14 Metal microstructure 16 Glass substrate

Claims (7)

任意の立体形状を備えた3次元金属微細構造体の製造方法において、
光を照射することにより電子を放出する電子供与体を光硬化性樹脂に添加した改質樹脂に対して、短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えたポリマー構造体を形成する第1の工程と、
前記第1の工程により形成されたポリマー構造体に無電解めっきを施して、前記ポリマー構造体の表面に金属膜を形成する第2の工程と
を有することを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In a method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure having an arbitrary three-dimensional shape,
A modified resin prepared by adding an electron donor that emits electrons by irradiating light to a photo-curable resin is provided with a three-dimensional microstructure by two-photon absorption fine modeling by irradiating a short pulse laser beam. A first step of forming a polymer structure;
And a second step of forming a metal film on the surface of the polymer structure by performing electroless plating on the polymer structure formed in the first step. Manufacturing method.
任意の立体形状を備えた3次元金属微細構造体の製造方法において、
光硬化性樹脂に対して短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えた第1のポリマー構造体を形成する処理と、光を照射することにより電子を放出する電子供与体を光硬化性樹脂に添加した改質樹脂に対して短パルスレーザー光を照射して2光子吸収微細造形法により3次元微細構造を備えた第2のポリマー構造体を形成する処理とを行い、前記第1のポリマー構造体と前記第2のポリマー構造体とよりなる第3のポリマー構造体を形成する第1の工程と、
前記第1の工程により形成された第3のポリマー構造体に無電解めっきを施して、選択的に前記第2のポリマー構造体の表面に金属膜を形成する第2の工程と
を有することを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In a method for manufacturing a three-dimensional metal microstructure having an arbitrary three-dimensional shape,
A process of forming a first polymer structure having a three-dimensional microstructure by irradiating a photocurable resin with a short pulse laser beam by a two-photon absorption fine molding method, and emitting electrons by irradiating light Of forming a second polymer structure having a three-dimensional microstructure by two-photon absorption fine modeling by irradiating a modified resin obtained by adding an electron donor to a photocurable resin with a short pulse laser beam And a first step of forming a third polymer structure comprising the first polymer structure and the second polymer structure;
A second step of performing electroless plating on the third polymer structure formed by the first step and selectively forming a metal film on the surface of the second polymer structure. A method for producing a characteristic three-dimensional metal microstructure.
請求項1または2のいずれか1項に記載の3次元金属微細構造体の製造方法において、
前記電子供与体は、分子構造内に少なくとも1個のカルバゾール基を有する
ことを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to any one of claims 1 and 2,
The electron donor has at least one carbazole group in the molecular structure. A method for producing a three-dimensional metal microstructure.
請求項3に記載の3次元金属微細構造体の製造方法において、
前記電子供与体は、1,6−ジ(N−カルバゾール)−2,4−ヘキサジンの重合体である
ことを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to claim 3,
The electron donor is a polymer of 1,6-di (N-carbazole) -2,4-hexazine. A method for producing a three-dimensional metal microstructure, characterized in that:
請求項3に記載の3次元金属微細構造体の製造方法において、
前記電子供与体は、9H−カルバゾール−9−エチルメタクリレートの重合体である
ことを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to claim 3,
The electron donor is a polymer of 9H-carbazole-9-ethyl methacrylate. A method for producing a three-dimensional metal microstructure, wherein the electron donor is a polymer of 9H-carbazole-9-ethyl methacrylate.
請求項1または2のいずれか1項に記載の3次元金属微細構造体の製造方法において、
前記電子供与体は、R−CHOを分子構造内に有する
ことを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to any one of claims 1 and 2,
The said electron donor has R-CHO in a molecular structure. The manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure characterized by the above-mentioned.
請求項1または2のいずれか1項に記載の3次元金属微細構造体の製造方法において、
前記電子供与体は、半導体である
ことを特徴とする3次元金属微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the three-dimensional metal microstructure according to any one of claims 1 and 2,
The method for producing a three-dimensional metal microstructure, wherein the electron donor is a semiconductor.
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