CN102529354A - 导体图案形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种导体图案形成方法，其用于以如下方式在基板上形成导体图案：使该导体图案具有沿导体图案的长度方向延伸的引线部、位于引线部的一端的第一导体部以及位于引线部的另一端的第二导体部，该方法包括通过喷墨印刷处理印刷至少引线部的印刷步骤，即，在使印刷头扫描的同时从印刷头的喷嘴排出液态墨滴，其中，在印刷步骤中，印刷头的扫描是沿导体图案的长度方向进行的；以及第一导体部和第二导体部的在与导体图案的长度方向正交的方向上的长度均大于墨滴的直径。

Description

导体图案形成方法
技术领域
本发明涉及形成导体图案的方法。
背景技术
存在如日本特开2006-35820号公报所公开的如下的传统已知的喷墨印刷处理：借助于喷墨头将给定的墨图案印刷在诸如印刷纸或基板等印刷对象上，具体地，通过使喷墨头沿与印刷对象的移动方向正交的方向移动的同时使印刷对象沿一个方向移动来将给定的墨图案印刷在诸如印刷纸或基板等印刷对象上。在该印刷处理中，无论图案的取向如何(左右取向或前后取向)，印刷对象和喷墨头的相对移动方向，即，印刷在印刷对象上的图案的实际方向总是恒定的。另外，如日本特开2009-212249号公报所公开的，喷墨头通常被构造成：在印刷处理过程中，在载置台上的印刷对象移动的同时，对熔融的墨施加压力脉冲，由此将微小墨滴从喷嘴(墨排出孔)排出到印刷对象上。
上述喷墨印刷处理能够被采用为各种印刷技术，不仅包括将诸如彩色墨等普通墨印刷到普通纸张上的普通纸印刷，而且包括将导体图案印刷到电路基板上的导体图案印刷。
发明内容
然而，在喷墨印刷处理中，取决于印刷墨的状态和喷墨头的操作条件，喷墨头的任一个或一些喷嘴可能被堵塞。当喷墨印刷处理被采用为导体图案形成技术时，由于喷嘴堵塞，会出现导体图案的连接可靠性的劣化或导体图案的断线(breakage)。
因此，本发明的目的在于提供一种导体图案形成方法，通过该方法，能够形成连接可靠性高的导体。本发明的目的还在于提供一种气体传感器制造方法，其中通过上面的导体图案形成方法形成气体传感器元件的电极图案。
根据本发明的一个方面，提供一种在基板上形成导体图案的方法，所述导体图案具有：引线部，其沿所述导体图案的长度方向延伸；第一导体部，其位于所述引线部的一端；以及第二导体部，其位于所述引线部的另一端，所述方法包括：通过喷墨印刷处理印刷至少所述引线部的印刷步骤，所述喷墨印刷处理包括在从印刷头的喷嘴排出液态墨滴的同时使所述印刷头扫描，其中，在所述印刷步骤中，沿所述导体图案的长度方向进行所述印刷头的扫描；并且，所述第一导体部和所述第二导体部的在与所述导体图案的长度方向正交的方向上的长度均大于所述墨滴的直径。
根据本发明的另一方面，提供一种气体传感器制造方法，其中通过上面的导体图案形成方法形成气体传感器元件的电极图案。
从下面的说明，本发明的其他目的和特征也将变得可以理解。
附图说明
图1是能够实施本发明的导体形成装置的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的导体图案形成方法的示意图。
图3是示出传统的导体图案形成方法的示意图。
图4是通过图2的导体图案形成方法在基板上形成电极图案的气体传感器的分解立体图。
图5是实施例和比较例中形成的导体图案的平面图。
具体实施方式
下面将借助于以下实施方式具体说明本发明。
本发明的以下实施方式涉及用于以如下方式在基板上形成导体图案的导体图案形成方法：使导体图案具有沿导体图案的长度方向延伸的引线部、位于引线部的一端的第一导体部和位于引线部的另一端的第二导体部。在本实施方式中，导体图案形成方法包括通过喷墨印刷处理，即通过在从印刷头的喷嘴排出液态墨滴的同时使印刷头扫描来印刷至少引线部的印刷步骤，其中沿导体图案的长度方向进行印刷头的扫描；并且第一导体部和第二导体部的在与导体图案的长度方向正交的方向上的长度(下文称为“第一导体部和第二导体部各自的宽度”)均大于从印刷头的喷嘴排出的墨滴的直径。
至少在印刷引线部的过程中沿导体图案的长度方向扫描印刷头，而印刷头的喷嘴通常沿与印刷头的扫描方向交叉(例如，正交)的方向配置。另外，第一导体部和第二导体部均大于从印刷头喷嘴排出的墨滴。由此，即使一个或一些印刷头喷嘴被堵塞，也能够利用从未堵塞的印刷头喷嘴排出的墨滴连续地印刷引线部，使得不发生引线部的长度方向上的断线。因此，在本实施方式中，可以确保第一导体部和第二导体部通过该连续的引线部彼此连接，并且提高基板上的导体图案的连接可靠性。由于在本实施方式中能够确实地减少印刷头相对于基板在一个方向(主扫描方向)上的扫描次数，所以还可以缩短导体图案的印刷时间并且高效地形成导体图案。
这里，优选的是，引线部的在与导体图案的长度方向正交的方向上的长度(下文称为“引线部的宽度”)也大于墨滴的直径。这使得，即使一个或一些印刷头喷嘴被堵塞，也能够利用从未堵塞的印刷头喷嘴排出的墨滴印刷引线部，以确保第一导体部和第二导体部的可靠连接。
还优选的是，第一导体部和第二导体部的宽度均大于该方向上的引线部的宽度。因为即使一个或一些印刷头喷嘴被堵塞，也能够利用从未堵塞的印刷头喷嘴排出的墨滴印刷引线部，所以这导致第一导体部和第二导体部的更可靠连接。
在印刷步骤中，沿导体图案的长度方向改变基板和印刷头的相对位置，使得沿导体图案的长度方向进行导体图案的印刷(即，印刷头的扫描)。通过使印刷头相对于基板沿长度方向移动或者通过使基板相对于印刷头沿长度方向移动来使印刷头和基板的相对位置沿导体图案的长度方向改变是可行的。这使得可以确保印刷步骤的灵活性。
导体图案形成方法能够适于用作气体传感器制造方法，以在气体传感器元件中使用的固体电解质基板上形成电极图案。
如此形成的电极图案具有沿电极图案的长度方向延伸以限定电信号传输路径的电极引线部、位于电极引线部的一端的电极部和位于电极引线部的另一端的导体部。如上所述，通过使印刷头沿电极图案的长度方向扫描来印刷电极引线部；并且电极部和导体部的宽度均大于从印刷头喷嘴排出的墨滴的直径。即使一个或一些印刷头喷嘴被堵塞，也能够利用从未堵塞的印刷头喷嘴排出的墨滴印刷电极引线部，使得不发生电极引线部的长度方向上的断线。因此，可以使电极部和导体部通过电极引线部彼此连接，并且提高电极图案的连接可靠性。甚至在该情况下，优选电极引线部的宽度也大于从印刷头喷嘴排出的墨滴的直径，以确保电极部和导体部的可靠连接。另外，优选电极部和导体部的宽度均大于或等于电极引线部的宽度，以确保电极部和导体部的更可靠连接，由此确保连接可靠性以及气体传感器元件的生产率的提高。
电极图案适用于各种形式，只要该电极图案配置在气体传感器的固体电解质基板的表面即可。例如，电极图案可以以如下方式使用：当气体传感器元件设置有多个固体电解质基板时，导体部配置于最外侧的固体电解质基板的表面，以用作经由电极引线部连接至电极部的电极焊盘。也可以以如下方式使用电极图案：导体部配置在固体电解质基板的通孔中，以用作用于将气体传感器元件的电极焊盘连接到电极引线部的通孔导体。
在导体图案形成方法中，喷墨印刷处理可以通过如图1所示的印刷装置来实施。这里，印刷装置1被构造成通过喷墨印刷在基板3上形成多个导体图案7，并且配备有底板2、印刷头(喷墨头)5、载置台6、印刷头移动机构8、载置台移动机构9和控制单元10。在本实施方式中，基板3由其上分别形成有导体图案7的多个矩形基板单元(例如48个基板单元)构成。这些基板单元以相同的取向配置。基板3形成为一件，最后分成独立的基板单元。
印刷头5具有多个喷嘴(例如128个喷嘴)和作为驱动元件的压电元件，以便通过对压电元件施加压力而使印刷墨的液滴通过喷嘴排出。喷嘴沿与印刷头5的主扫描方向Y1-Y2交叉的方向以给定的节距(例如508μm)平行地配置。另外，印刷头5具有印刷头角度调整功能以调整印刷头5相对于主扫描方向Y1-Y2的角度，由此改变导体图案7的点节距(分辨率)。(当印刷头角度调整功能未启用时，喷嘴沿与主扫描方向Y1-Y2正交的副扫描方向X1-X2排列。)
对印刷墨没有特别限制。例如，可以通过将诸如金属或金属氧化物等导体材料、粘结剂、分散剂等与诸如二甘醇丁醚醋酸酯(butyl carbitol acetate)等溶剂混合来制备印刷墨。可用作导体材料的金属的例子有：金、银、铜和铂。可用作导体材料的金属氧化物的例子有：氧化锆和氧化铝。然而导体材料不限于这些金属和金属氧化物。
印刷头移动机构8包括驱动马达(作为动力源)、由驱动马达驱动的滚珠丝杠以及臂8a，臂8a的基端与滚珠丝杠接合，远端用于支撑印刷头5，以便使印刷头5在主扫描方向Y1-Y2上移动。
载置台6在其上以如下方式支撑基板3：基板单元的长边沿印刷头5的主扫描方向Y1-Y2排列(使得待形成在基板3上的导体图案7的长度方向与印刷头5的主扫描方向一致)。
载置台移动机构9在其上保持载置台6，该载置台移动机构9包括驱动马达(作为动力源)和由驱动马达驱动的滚珠丝杠，以使载置台6与支撑在载置台6上的基板3一起在副扫描方向X1-X2上移动。
基板3和印刷头5通过印刷头移动机构8和载置台移动机构9在导体图案7的长度方向(印刷头5的主扫描方向)上相对于彼此移位。
控制单元10产生各种控制信号(电压信号)，包括使印刷头5(压电元件)能够通过喷嘴排出导体印刷墨的启动信号、使印刷头移动机构8(驱动马达)能够沿主扫描方向Y1-Y2移动印刷头5的驱动信号以及使载置台移动机构9(驱动马达)能够沿副扫描方向X1-X2移动载置台6的驱动信号。
由此，在来自控制单元10的控制信号的控制下，通过印刷头5、印刷头移动机构8和载置台移动机构9执行喷墨印刷。
下面将通过具有如下结构的印刷装置1印刷导体图案7的情况作为一个示例更具体地说明本实施方式的导体图案形成方法：如图2所示，印刷头5相对于主扫描方向Y1-Y2以角度θ倾斜，使得导体图案7具有：沿导体图案的长度方向从一侧向另一侧延伸以限定电信号传输路径的引线部7a；以及形成于引线部7a的相反两端用于信号输入/输出的第一导体部7b和第二导体部7c。这里，图2是为了阐明本实施方式的导体图案形成方法的技术特征，通过减少印刷头5中的喷嘴的数量以及简化喷墨印刷处理以便在一个扫描操作中完成导体图案7的印刷的示意图。
假设印刷头5的四个印刷头喷嘴5a至5d中的一个喷嘴、即喷嘴5c被堵塞，以致液态印刷墨不从喷嘴5c排出，而仅从喷嘴5a、5b和5d排出。
在传统的导体图案形成方法中，基板3以待形成在基板3上的导体图案7的长度方向R与印刷头5的副扫描方向X1-X2一致的方式设置于载置台6。因此，导体图案7的印刷是在与导体图案7的长度方向R交叉(正交)的方向F上进行的。结果，如图3所示，沿与导体图案7的长度方向R正交的方向F产生了由于喷嘴5c的堵塞而不能印刷墨滴的一些区域。这导致导体图案7的引线部7a(信号传输路径)的断线。为了避免这样的引线断线，在传统的导体图案形成方法中，必须通过使印刷头5沿方向F重复(多次)移动而重复多次扫描操作。
相反，在本实施方式中，基板3如上所述以待形成在基板3上的导体图案7的长度方向R与印刷头5的主扫描方向Y1-Y2一致的方式设置。因此，如图2所示，导体图案7的印刷是在沿导体图案7的长度方向R的方向E上进行的。即使在沿导体图案7的长度方向R的方向E上产生了由于喷嘴5c的堵塞而不能印刷墨滴的区域，引线部7a(信号传输路径)也能够利用从未堵塞的喷嘴5a、5b和5d排出的墨滴连续地印刷。由此，可以确实地防止产生引线部7a的断线并且提高导体图案7的连接可靠性。由于能够减少印刷头5相对于基板3在一个方向(主扫描方向)上的扫描次数，所以还可以缩短导体图案7的印刷时间并且高效地形成导体图案7。
如此形成的导体图案具有多种用途。
例如，导体图案适用于如上所述且如图4所示的气体传感器元件20。气体传感器元件20具有层叠在一起的传感器主体22和加热体21。
加热体21包括第一矩形基板构件27和第二矩形基板构件25这一对矩形基板构件以及加热电阻器26。
第一矩形基板构件27和第二矩形基板构件25主要由诸如氧化铝(矾土)等烧结陶瓷材料形成。
加热电阻器26主要由铂或钨等形成并且配置在第一基板构件27和第二基板构件25之间。如图4所示，加热电阻器26具有：绕组状的加热部26b，其能够在通电的时候发热；和一对加热体引线部26a，其在各自的一个端部连接至加热部26b，并且沿基板构件25、27的长度方向延伸。
一对加热体通电端子25b配置于第二基板构件25并且连接到用于连接至外部电路的外部端子。另外，两个通孔25a形成于第二基板构件25，分别用于使加热体引线部26a的另一端连接至加热体通电元件25b。
另一方面，传感器主体22包括氧气浓度检测单元(单元层)24和保护层35。
氧气浓度检测单元24具有矩形的固体电解质基板33，和配置于固体电解质基板33的相反主表面的第一电极图案32和第二电极图案34。
固体电解质基板33为用于氧气浓差电池(concentrationcell)的固体电解质材料。在固体电解质基板33中形成有通孔33b。
在本实施方式中，第一电极图案32和第二电极图案34均通过上述的导体图案形成方法形成。
更具体地，如图4所示，第一电极图案32具有第一电极部32b、第一电极引线部32a和第一导体部32c；第二电极图案34具有第二电极部34b、第二电极引线部34a和第二导体部34c。第一电极部32b和第二电极部34b经由固体电解质基板33彼此面对，使得电极部32b和34b结合固体电解质基板33构成传感部。第一电极引线部32a在第一电极部32b和第一导体部32c之间沿第一电极图案32的长度方向延伸，而第二电极引线部34a在第二电极部34b和第二导体部34c之间沿第二电极图案34的长度方向延伸。
保护层35层叠于第二电极图案34的与固体电解质基板相反的表面，使得第二电极图案34被夹在固体电解质基板33和保护层35之间。如图4所示，在本实施方式中，保护层35具有：用于保护第二电极部34b免受毒化(poisoning)的多孔电极保护层35b；以及用于保护固体电解质基板33的增强保护层35a。在保护层35中形成有通孔35d和35e。
另外，信号输出端子35f设置于保护层35。一个信号输出端子35f经由固体电解质基板33的通孔33b和保护层35的通孔35d连接至第一电极图案32的第一导体部32c。另一个信号输出端子35f经由保护层35的通孔35e连接至第二电极图案34的第二导体部34c。
在本实施方式中，电极图案32、34的电极部32b、34b具有约3.0mm的宽度；电极图案32、34的电极引线部32a、34a具有约30mm的长度和约0.5mm的宽度；并且电极图案32、34的导体部32c、34c具有约1.0mm的宽度。这里，“长度”是指电极引线部32a、34a，电极部32b、34b或者导体部32c、34c的沿电极图案32、34的长度方向的长度；而“宽度”是指电极引线部32a、34a，电极部32b、34b或者导体部32c、34c的沿与电极图案32、34的长度方向正交的方向的长度。从印刷头喷嘴排出的墨滴的直径是约100μm。也就是说，电极引线部32a、34a的宽度小于或等于电极部32b、34b以及导体部32c、34c的宽度并且大于墨滴的直径。
如上构造的气体传感器元件20能够用在例如空气-燃料比传感器中，以通过氧气浓度检测单元24的浓差电池作用检测氧气浓度。
由于气体传感器元件20(氧气浓度检测单元24)的电极图案32、34通过上述的导体图案形成方法形成，所以甚至当一个或一些印刷头喷嘴被堵塞时，电极引线部32a、34a也能够无断线地连续印刷，从而确保电极部32b、34b与导体部32c、34c的可靠连接。由此，可以提高内部连接可靠性和气体传感器元件20的生产率。
实施例
下面将通过以下实施例更具体地说明本发明。
在实施例1和2以及比较例1和2中，均通过喷墨印刷在基板上形成如图5所示的导体图案90。这里，导体图案90具有以给定节距P平行配置的六条图案线，每条图案线的长度为50mm、宽度为1mm。借助于图1的印刷装置1进行喷墨印刷，其中印刷头(喷墨头)具有以508μm的节距配置的10个喷嘴。另外，使用含有66质量％的作为溶剂的二甘醇丁醚醋酸酯、28质量％的作为金属的铂、4质量％的作为金属氧化物的氧化锆、1质量％的粘结剂和1质量％的分散剂等的液态印刷墨。
在实施例1和2中，如图2所示，在沿导体图案90(7)的长度方向的方向E上进行喷墨印刷。在比较例1和2中，如图3所示，在与导体图案90(7)的长度方向正交的方向F上进行喷墨印刷。在喷墨印刷过程中，印刷头相对于主扫描方向Y1-Y2以角度θ倾斜，以便将实施例1和比较例1中的导体图案90的点节距(分辨率)控制为100μm(254dpi)，而将实施例2和比较例2中的导体图案90的点节距(分辨率)控制为50μm(508dpi)。
印刷结果示出在表1中。
表1
Figure BSA00000629788500111
方向E：沿导体图案的长度方向
方向F：与导体图案的长度方向正交
在比较例1和2中，图案印刷是在与导体图案90的长度方向正交的方向F上进行的。在比较例1和2中在图案印刷过程中，必须使印刷头扫描多次。相反，在实施例1和2中，图案印刷是在沿导体图案90的长度方向的方向E进行的。在实施例1和2中可以确实地减少印刷头在方向E(主扫描方向)上的扫描次数并且可以缩短导体图案90的印刷时间。结果，如表1所示，实施例1和2的印刷时间短于比较例1和2的印刷时间(实施例1、2的印刷时间比相应的比较例1、2的印刷时间的一半还短)。另外，在实施例1和2中不发生导体图案90的断线。
日本专利申请No.2010-270895(2010年12月3日提交)和No.2011-224258(2011年10月11日提交)的全部内容通过引用包含于此。
虽然已经参照本发明的以上具体实施方式说明了本发明，但是本发明不限于该典型实施方式。本领域的技术人员可以通过以上教示对上述实施方式进行各种修改和变型。
本发明可以用于各种应用，不仅包括如上所述在气体传感器元件中的单元基板上形成电极图案，而且包括在半导体器件中形成导体图案。
对通过根据本发明的导体图案形成方法形成的导体图案的导体部的形状没有特别限制。虽然在上述实施方式中形成矩形的导体部7b、7c，但是导体部可以形成为任何其他形状，例如椭圆形。
参照所附的权利要求书来限定本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于在基板上形成导体图案的方法，所述导体图案具有：引线部，其沿所述导体图案的长度方向延伸；第一导体部，其位于所述引线部的一端；以及第二导体部，其位于所述引线部的另一端，所述方法包括：
通过喷墨印刷处理印刷至少所述引线部的印刷步骤，所述喷墨印刷处理包括在从印刷头的喷嘴排出液态墨滴的同时使所述印刷头扫描，
其中，在所述印刷步骤中，沿所述导体图案的长度方向进行所述印刷头的扫描；并且
所述第一导体部和所述第二导体部的在与所述导体图案的长度方向正交的方向上的长度均大于所述墨滴的直径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述印刷步骤中，通过改变所述印刷头和所述基板的在所述导体图案的长度方向上的相对位置来进行所述印刷头的扫描。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以如下方式设定所述基板的设定步骤：使待形成于所述基板的所述导体图案的长度方向与所述印刷头的扫描方向一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引线部的在与所述导体图案的长度方向正交的方向上的长度大于所述墨滴的直径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导体部和所述第二导体部的在与所述导体图案的长度方向正交的方向上的长度均大于或等于所述引线部的在与所述导体图案的长度方向正交的方向上的长度。
6.一种用于制造气体传感器元件的方法，所述气体传感器元件包括：固体电解质基板；和电极图案，其形成于所述固体电解质基板，并且具有沿该电极图案的长度方向延伸的引线部、位于所述引线部的一端的电极部以及位于所述引线部的另一端的导体部，所述方法包括：
通过喷墨印刷处理印刷至少所述引线部的印刷步骤，所述喷墨印刷处理包括在从印刷头的喷嘴排出液态墨滴的同时使所述印刷头扫描，
其中，在所述印刷步骤中，沿所述电极图案的长度方向进行所述印刷头的扫描；以及
所述电极部和所述导体部的在与所述电极图案的长度方向正交的方向上的长度均大于所述墨滴的直径。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述引线部的在与所述电极图案的长度方向正交的方向上的长度大于所述墨滴的直径。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电极部和所述导体部的在与所述电极图案的长度方向正交的方向上的长度均大于所述引线部的在与所述电极图案的长度方向正交的方向上的长度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导体部用作所述气体传感器元件的电极焊盘或者用作将所述气体传感器元件的电极焊盘连接至所述引线部用的通孔导体。
10.根据权利要求1所述的方法的使用，所述方法用于形成气体传感器元件的电极图案。
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