DE112013001892T5

DE112013001892T5 - Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes

Info

Publication number: DE112013001892T5
Application number: DE112013001892.6T
Authority: DE
Inventors: c/o NGK SPARK PLUG CO. LTD. Hayakawa Nobuhiro; c/o NGK SPARK PLUG CO. LTD. Saito Yuri; c/o NGK SPARK PLUG CO. LTD. Uematsu Daisuke; c/o NGK SPARK PLUG CO. LTD. Nakayama Ryouma; c/o NGK SPARK PLUG CO. LTD. Mori Kentarou
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-12-24
Also published as: CN104093499A; US20150010738A1; WO2013150747A1; JPWO2013150747A1; US9455074B2

Abstract

Geschaffen werden ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, mit dem Metallteilchen in einer ausgebildeten Struktur gleichmäßig verteilt werden und Herstellungskosten reduziert werden, ein Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes. Bei diesem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur wird eine Struktur ausgebildet, indem ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel sowie Metallteilchen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf einen Körper aufgebracht werden, auf dem die Struktur ausgebildet werden soll. Die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen über die Düse ist niedriger als die Viskosität der Tröpfchen des flüssigen Materials, die auf den Körper aufgebracht werden, auf dem die Struktur ausgebildet werden soll.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, ein Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes.
Technischer Hintergrund
Es gibt ein bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Struktur, bei dem ein flüssiges Material (Tinte), das mittels Dispersion von Metallteilchen oder dergleichen in einem Lösungsmittel hergestellt wird, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Objekt aufgetragen werden, auf dem eine Struktur ausgebildet werden soll (im Folgenden kann das Objekt als ein ”Objekt zum Ausbilden einer Struktur” bezeichnet werden), um so eine Struktur, wie beispielsweise eine leitende Struktur oder eine isolierende Struktur, auf dem Objekt auszubilden. Ein derartiges Verfahren ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, bei dem ein Tintenstrahlsystem oder ein Sprühsystem (dispenser system) eingesetzt wird. Ein derartiges Verfahren zum Ausbilden einer Struktur wird bekanntermaßen auch eingesetzt, um beispielsweise eine leitende Struktur eines Gassensors auszubilden.
Dabei ist zum Beispiel ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur bekannt, bei dem ein Tintenstrahldrucker zum Einsatz kommt, der als Aufzeichnungsflüssigkeit eine UV-Tinte verwendet, die bei Umgebungstemperatur hohe Viskosität aufweist, wobei bei diesem Verfahren eine in einem Druckkopf enthaltene UV-Tinte erhitzt wird, um die Viskosität der Tinte zu verringern, Tröpfchen der UV-Tinte auf ein Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden und anschließend das Objekt zum Ausbilden einer Struktur abgekühlt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Dieses Verfahren bezieht sich jedoch auf eine Methode, die sich nur für eine pigmenthaltige Farbtinte eignet, d. h. eine Methode, mit der das Verblassen eines gedruckten Bildes über einen langen Zeitraum verhindert wird. Das heißt, dieses Verfahren hat keinen Bezug zu einer Methode, mit der eine leitende Struktur oder dergleichen aus einem flüssigen Material ausgebildet wird, das beispielsweise Metallteilchen enthält.
Dokument nach dem Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2003-145728

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Von den aufgeführten herkömmlichen Methoden kann bei dem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, bei dem ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel und Metallteilchen oder dergleichen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden, um so eine Struktur darauf auszubilden, ein Problem auftreten, das nur bei einer Tinte auftritt, die Metallteilchen enthält, d. h. ein Problem dahingehend, dass, wenn das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach dem Aufbringen von Tröpfchen des flüssigen Materials auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur auf dem Objekt zum Ausbilden einer Struktur verbleibt, die in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen möglicherweise wandern und sich die Metallteilchen möglicherweise an einem Abschnitt konzentrieren, an dem sich das Lösungsmittel bevorzugt verflüchtigt, so dass es zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Metallteilchen in der so ausgebildeten Struktur kommt.
Wenn eine leitende Struktur aus einem derartigen flüssigen Material ausgebildet wird, das beispielsweise Metallteilchen enthält, um damit ein Bauelement herzustellen, kann dahingehend ein Problem auftreten, dass die Metallteilchen nicht gleichmäßig in der leitenden Struktur verteilt sind, so dass es zu einer Zunahme des elektrischen Widerstandes (Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit) der leitenden Struktur kommt. Um den elektrischen Widerstand der leitenden Struktur auf einen beabsichtigten Wert zu verringern, muss die Menge an in das flüssige Material integrierten Metallteilchen (z. B. Platinteilchen) erhöht werden, wodurch sich ein Problem hinsichtlich hoher Herstellungskosten ergibt.
Angesichts dessen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur zu schaffen, mit dem eine Struktur ausgebildet werden kann, in der Metallteilchen gleichmäßig verteilt sind, und mit dem Herstellungskosten reduziert werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bauelement zu schaffen, das eine mit dem Verfahren ausgebildete Struktur enthält.
Mittel zum Lösen der Probleme
In einer Form ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, das umfasst, dass ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel sowie Metallteilchen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden, um eine Struktur darauf auszubilden, wobei das Verfahren zum Ausbilden einer Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger ist als die des flüssigen Materials beim Aufbringen von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung ist die Viskosität des flüssigen Materials, das das Lösungsmittel und die Metallteilchen enthält, vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur. Die hier verwendete Formulierung ”die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben” bezieht sich auf die Viskosität zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur von auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebrachten Tröpfchen des flüssigen Materials nahezu die gleiche ist wie die des Objektes zum Ausbilden einer Struktur (beispielsweise fällt die Temperaturdifferenz zwischen den Tröpfchen und dem Substrat 3 in einen Bereich von ungefähr ±1°C). In diesem Fall nimmt die Temperatur von Tröpfchen des flüssigen Materials innerhalb maximal einer Sekunde (im Allgemeinen in der Größenordnung von Millisekunden oder Mikrosekunden) nahezu den Wert der des Objektes zum Ausbilden einer Struktur nach dem Aufbringen der Tröpfchen auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur an.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur, kann Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen unterdrückt werden, während gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach Aufbringen der Tröpfchen auf dem Objekt zum Ausbilden einer Struktur verbleibt, so dass die Metallteilchen gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung beträgt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur vorzugsweise 25 mPa·s oder mehr.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr beträgt, kann das flüssige Material wirkungsvoll mit hoher Wiederholbarkeit gleichmäßig über die Düse ausgestoßen werden.
Das aufgeführte Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Schritt, in dem das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse auf einer ersten Temperatur gehalten wird, einen zweiten Schritt, in dem das Objekt zum Ausbilden einer Struktur auf einer zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur, einen dritten Schritt, in dem Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden, sowie einen vierten Schritt, in dem Verflüchtigung des in dem auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels gefördert wird, wobei die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur nach dem dritten Schritt.
Wenn das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse in dem ersten Schritt, wie oben beschrieben, auf der ersten Temperatur gehalten wird, das Objekt zum Ausbilden einer Struktur in dem zweiten Schritt auf der zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur, und Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials in dem dritten Schritt auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden, kann die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Ausstoßens desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger gehalten werden als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur nach dem dritten Schritt. So kann, wenn gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach Aufbringen der Tröpfchen auf dem Objekt zum Ausbilden einer Struktur verbleibt, Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen unterdrückt werden, so dass die Metallteilchen gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können. Des Weiteren wird Verflüchtigung des in dem auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert. Daher kann, wenn gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Tröpfchen auf dem Objekt zum Ausbilden einer Struktur verbleibt, Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen noch stärker unterdrückt werden, so dass die Metallteilchen noch gleichmäßiger in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung beträgt nach dem dritten Schritt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur vorzugsweise 25 mPa·s oder mehr.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr beträgt, kann das flüssige Material wirkungsvoll mit hoher Wiederholbarkeit über die Düse ausgestoßen werden.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung kann Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert werden, indem das flüssige Material erhitzt wird oder der Druck in einer das flüssige Material umgebenden Atmosphäre verringert wird. Bei dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Erfindung kann das flüssige Material mittels eines Tintenstrahlsystems oder eines Sprühsystems (dispenser system) über die Düse ausgestoßen werden.
In einer Form ist die vorliegende Erfindung ein Bauelement, das ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete Struktur umfasst, wobei das Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass die Struktur auf dem Substrat mit dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur ausgebildet wird. So kann beispielsweise eine vorteilhafte leitende Struktur, die eine spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist, ausgebildet werden, indem lediglich eine geringe Menge an elektrisch leitenden Metallteilchen eingesetzt wird. Das heißt, es kann ein Bauelement hergestellt werden, das vorteilhafte Leistung aufweist, wobei gleichzeitig die Herstellungskosten reduziert werden.
In einer Form ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, das umfasst, dass ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel sowie Metallteilchen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Substrat aufgebracht werden, um so eine Struktur darauf auszubilden, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes dadurch gekennzeichnet ist, dass die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung ist die Viskosität des flüssigen Materials, das das Lösungsmittel und die Metallteilchen enthält, vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse, wie oben beschrieben, niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat, kann Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen unterdrückt werden, während gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach Aufbringen der Tröpfchen auf dem Substrat verbleibt, so dass die Metallteilchen gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können.
Bei dem aufgeführten Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung beträgt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat vorzugsweise 25 mPa·s oder mehr.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr beträgt, kann das flüssige Material wirkungsvoll mit hoher Wiederholbarkeit über die Düse ausgestoßen werden.
Das aufgeführte Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Schritt, in dem das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse auf einer ersten Temperatur gehalten wird, einen zweiten Schritt, in dem das Substrat auf einer zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur, einen dritten Schritt, in dem Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials auf das Substrat aufgebracht werden, sowie einen vierten Schritt, in dem Verflüchtigung des in dem auf das Substrat aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels gefördert wird, wobei die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat nach dem dritten Schritt.
Wenn das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse in dem ersten Schritt, wie oben beschrieben, auf der ersten Temperatur gehalten wird, das Substrat in dem zweiten Schritt auf der zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur, und Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials in dem dritten Schritt auf das Substrat aufgebracht werden, kann die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Ausstoßens desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger gehalten werden als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat nach dem dritten Schritt. So kann, wenn gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach Aufbringen der Tröpfchen auf dem Substrat verbleibt, Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen unterdrückt werden, so dass die Metallteilchen gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können. Des Weiteren wird Verflüchtigung des in dem auf das Substrat aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert. Daher kann, wenn gleichzeitig das in den flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach Aufbringen der Tröpfchen auf dem Substrat verbleibt, Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen noch stärker unterdrückt werden, so dass die Metallteilchen noch gleichmäßiger in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können.
Bei dem oben aufgeführten Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung beträgt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat vorzugsweise 25 mPa·s oder mehr.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr beträgt, kann das flüssige Material wirkungsvoll mit hoher Wiederholbarkeit über die Düse ausgestoßen werden.
Bei dem oben aufgeführten Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung kann Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert werden, indem das flüssige Material erhitzt wird oder der Druck in einer das flüssige Material umgebenden Atmosphäre reduziert wird. Bei dem oben aufgeführten Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes der vorliegenden Erfindung kann das flüssige Material mittels eines Tintenstrahlsystems oder eines Sprühsystems über die Düse ausgestoßen werden.
Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, mit dem eine Struktur ausgebildet werden kann, in der Metallteilchen gleichmäßig verteilt sind und mit dem Herstellungskosten reduziert werden können, ein Bauelement, das eine mit dem Verfahren ausgebildete Struktur enthält, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Bauelementes geschaffen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zum Ausbilden einer Struktur, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Temperatur und Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen darstellt.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Widerstand einer gebrannten Struktur und der eingesetzten Menge an Metallpulver darstellt.
4 zeigt den Aufbau eines Gassensorelementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt den Aufbau eines Halbleiter-Bauelementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsarten der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur ist, wie in 1 gezeigt, eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung, und ein Hauptabschnitt der Vorrichtung enthält einen Untersatz 2, einen Druckkopf 5, einen Tisch 6, einen Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8, einen Tisch-Bewegungsmechanismus 9 sowie eine Steuereinheit 10.
Der Druckkopf 5 ist ein Tintenstrahl-Druckkopf, an dem eine Vielzahl von Düsen zum Ausstoßen eines flüssigen Materials in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Die einzelnen Düsen sind parallel in einem Abstand von beispielsweise 508 μm angeordnet, und die Anzahl der Düsen beträgt beispielsweise 128.
Der Druckkopf 5 enthält beispielsweise ein piezoelektrisches Element. Wenn eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt wird, wird ein flüssiges Material (Tinte) zum Ausbilden einer Struktur über die Düsen ausgestoßen. Der Druckkopf 5 enthält des Weiteren einen Temperatur-Reguliermechanismus (nicht dargestellt), mit dem die Temperatur des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben reguliert wird. Das flüssige Material enthält ein Lösungsmittel (z. B. Butyl-Carbitol-Acetat) und beispielsweise Metallteilchen, Metalloxid-Teilchen, eine Legierung, ein Bindemittel und ein Dispergiermittel.
Der hier verwendete Begriff ”Metallteilchen” schließt in der Beschreibung in den beigefügten Ansprüchen ”Metallteilchen”, ”Metalloxid-Teilchen” und ”Legierung” ein. Ein Metallkomplex (der im Allgemeinen als ”Metallkomplexfarbstoff” bezeichnet wird) entspricht jedoch nicht den in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen ”Metallteilchen”.
Der Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8 enthält beispielsweise einen Antriebsmotor, der als eine Kraftquelle dient, sowie eine Kugelumlaufspindel, die von dem Antriebsmotor angetrieben wird. Der Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8 enthält des Weiteren eine Arm-Einheit 8a, die mit der Kugelumlaufspindel an der Seite des vorderen Endes in Eingriff ist und die den Druckkopf 5 an der Seite des hinteren Endes trägt. Der Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8 bewegt, wie in 1 gezeigt, den an dem hinteren Ende der Arm-Einheit 8a befindlichen Druckkopf 5 in einer Haupt-Scanrichtung Y1-Y2.
Die jeweiligen Düsen des Druckkopfes 5 sind in einer Richtung, die die Haupt-Scanrichtung Y1-Y2 des Druckkopfes 5 kreuzt, in gleichmäßigen Abständen angeordnet.
Der Tisch 6 dient als eine Substrat-Halteeinheit zum Auflegen eines Substrats (d. h. eines Objektes zum Ausbilden einer Struktur), auf dem eine Struktur 7 ausgebildet wird. Der Tisch 6 enthält einen Temperatur-Reguliermechanismus (nicht dargestellt) zum Regulieren der Temperatur des Substrats 3.
Das Substrat 3 ist im Einzelnen ein mehrteiliges Substrat zum Herstellen einer Vielzahl rechteckiger Einzelsubstrate (z. B. 48 Einzelsubstrate) und wird abschließend in separate Einzelsubstrate geteilt. Das Substrat 3 (mehrteiliges Substrat) besteht aus rechteckigen Einzelsubstraten, die integral so angeordnet sind, dass sie sich in einer Richtung (in einer Längsrichtung) erstrecken. Eine bestimmte Struktur (z. B. eine Struktur 7, die sich in einer Längsrichtung erstreckt), wird auf jedes Einzel- bzw. Teilsubstrat des Substrates 3 (mehrteiliges Substrat) aufgedruckt.
Der Tisch-Bewegungsmechanismus 9 enthält beispielsweise einen Antriebsmotor, der als eine Energiequelle dient, sowie eine Kugelumlaufspindel, die von dem Antriebsmotor angetrieben wird. Der Tisch-Bewegungsmechanismus 9 bewegt den Tisch 6 und das darauf aufgelegte Substrat 3 in der Neben-Scanrichtung X1-X2 des Druckkopfes 5. Der oben erwähnte Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8 bewegt dabei den Druckkopf 5 in Bezug auf das Substrat 3 in der Längsrichtung (Haupt-Scanrichtung Y1-Y2) einer leitenden Struktur 7, die auf der Oberfläche des auf den Tisch 6 aufgelegten Substrats 3 ausgebildet werden soll.
Die Steuereinheit 10 führt dem piezoelektrischen Element des Druckkopfes 5 zum Ausstoßen des flüssigen Materials über die Düsen ein. Steuersignal (Spannung) zu. Die Steuereinheit 10 führt, wie in 1 gezeigt, dem Antriebsmotor des Druckkopf-Bewegungsmechanismus 8 ein Antriebssignal zum Bewegen des Druckkopfes 5 in der Haupt-Scanrichtung Y1-Y2 zu. Des Weiteren führt die Steuereinheit 10 dem Antriebsmotor des Tisch-Bewegungsmechanismus 9 zum Bewegen des Tischs 6 in der Neben-Scanrichtung X1-X2 des Druckkopfes 5 ein Antriebssignal zu.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Struktur mittels der Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur, die den oben beschriebenen Aufbau hat, auf die im Folgenden beschriebene Weise ausgebildet.
Das heißt, eine Struktur wird ausgebildet, indem die Viskosität des flüssigen Materials so gesteuert wird, dass die Viskosität vor Ausstoßen des flüssigen Materials über die Düsen des Druckkopfes 5 niedriger ist als diejenige zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen des flüssigen Materials auf das Substrat 3 (d. h. das Objekt zum Ausbilden einer Struktur) und so, dass die Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens der Tröpfchen auf das Substrat 3 25 mPa·s oder mehr beträgt.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials wie oben beschrieben gesteuert wird, können Metallteilchen in der so ausgebildeten Struktur gleichmäßig verteilt sein. Daher kann, wenn beispielsweise eine leitende Struktur aus einem flüssigen Material ausgebildet wird, das elektrisch leitende Metallteilchen enthält, eine Zunahme des elektrischen Widerstandes der so ausgebildeten leitenden Struktur verhindert werden, und die Menge an Metallteilchen (z. B. Platin-Teilchen), die in das flüssige Material integriert sind, kann verringert werden. Des Weiteren kann im Zusammenhang mit der Verringerung der eingesetzten Menge an Metallteilchen die Dicke der leitenden Struktur reduziert werden.
Die hier verwendete Formulierung ”die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben” auf das Substrat 3 betrifft die Viskosität zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur von auf das Substrat 3 aufgebrachten Tröpfchen des flüssigen Materials nahezu der des Substrats 3 gleich ist (beispielsweise die Temperaturdifferenz zwischen den Tröpfchen und dem Substrat 3 in einem Bereich von ungefähr ±1°C liegt). In diesem Fall nimmt die Temperatur von Tröpfchen des flüssigen Materials innerhalb maximal einer Sekunde (im Allgemeinen in der Größenordnung von Millisekunden oder Mikrosekunden) nach dem Aufbringen der Tröpfchen auf das Substrat 3 nahezu den Wert der des Substrats 3 an.
Der Grund dafür, dass die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 so gesteuert wird, dass sie niedriger ist als die Viskosität desselben zum Zeitpunkt des Aufbringens der Tröpfchen (25 mPa·s oder mehr) ist der, dass die Viskosität des flüssigen Materials, das über die Düsen des Druckkopfes 5 ausgestoßen wird, zum wiederholbaren und zuverlässigen Ausstoßen des flüssigen Materials über die Düsen auf ungefähr 20 mPa·s gehalten werden muss. Aus diesem Grund wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 niedriger gehalten als die zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen des flüssigen Materials, beispielsweise wird die Viskosität auf ungefähr 15 bis ungefähr 20 mPa·s gehalten. Die Steuerung der Viskosität für das flüssige Material in dem Druckkopf 5 kann ausgeführt werden, indem die Temperatur des flüssigen Materials auf beispielsweise ungefähr 40°C gehalten wird.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der Viskosität eines flüssigen Materials (vertikale Achse: Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen; horizontale Achse: Temperatur) darstellt. Das Diagramm in 2 zeigt den Fall, in dem der Gehalt an organischem Bindemittel in dem flüssigen Material 4,0 (Gew.-%), 4,5 (Gew.-%) oder 5,0 (Gew.-%) beträgt. Die Viskosität wurde mittels eines digitalen Viskosimeters (LVDV-2 + Pro, hergestellt von Brookfield (USA); eingesetzte Spindel: SC4-18; Messbedingungen: Drehzahl von 150 U/min oder weniger und maximales Drehmoment) gemessen.
Je höher die Temperatur des flüssigen Materials ist, umso niedriger ist, wie in dem Diagramm in 2 dargestellt, die Viskosität desselben, während die Viskosität des flüssigen Materials umso höher ist, je niedriger die Temperatur desselben ist. Weiterhin ist die Viskosität des flüssigen Materials umso höher, je höher der Gehalt an organischem Bindemittel darin ist, während die Viskosität des flüssigen Materials umso niedriger ist, je niedriger der Gehalt an organischem Bindemittel darin ist. So kann die Viskosität des flüssigen Materials gesteuert werden, indem die Temperatur und/oder der Gehalt an organischem Bindemittel des flüssigen Materials verändert werden/wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Viskosität des flüssigen Materials im Allgemeinen gesteuert, indem die Temperatur des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 der Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur reguliert wird oder indem die Temperatur des Tisches 6 reguliert wird, auf den das Substrat 3 aufgelegt ist. Im Einzelnen wird in diesem Fall die Viskosität des flüssigen Materials gesteuert, indem die im Folgenden aufgeführten Schritte ausgeführt werden, d. h. ein erster Schritt, in dem das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 auf einer ersten Temperatur (z. B. 40°C) gehalten wird, ein zweiter Schritt, in dem das Substrat 3 (d. h. das Objekt zum Ausbilden einer Struktur) auf einer zweiten Temperatur (z. B. 20 bis 25°C) gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur, und ein dritter Schritt, in dem Tröpfchen des über die Düsen des Druckkopfes 5 ausgestoßenen flüssigen Materials auf das Substrat 3 (d. h. das Objekt zum Ausbilden einer Struktur) aufgebracht werden. So kann Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen unterdrückt werden, während gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Tröpfchen auf dem Substrat verbleibt, so dass die Metallteilchen gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein können.
In der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem dritten Schritt wahlweise ein vierter Schritt ausgeführt, in dem Verflüchtigung des in dem auf das Substrat 3 (d. h. das Objekt zum Ausbilden einer Struktur) aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels gefördert wird. Wenn der vierte Schritt durchgeführt wird, kann Wanderung der Metallteilchen noch stärker unterdrückt werden, und die Metallteilchen können noch gleichmäßiger in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein. Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt kann gefördert werden, indem beispielsweise die auf das Substrat 3 aufgebrachten Tröpfchen des flüssigen Materials über Regulierung der Temperatur des Tisches 6, auf den das Substrat 3 aufgelegt ist, erhitzt werden, oder indem der Druck in einer das flüssige Material umgebenden Atmosphäre mittels einer Druckverringerungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Vakuumpumpe, verringert wird.
Im Folgenden werden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, bei denen Strukturen mittels der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur ausgebildet wurden.
Strukturen wurden mittels der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur ausgebildet, indem die Temperatur des Tisches 6 (Gehalt an organischem Bindemittel: 4,0 (Gew.-%), 4,5 (Gew.-%) und 5,0 (Gew.-%)) geändert wurde, und das Erscheinungsbild jeder der so ausgebildeten Strukturen (nach Brennen) wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Temperatur des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 wurde auf 40°C gehalten. In diesem Fall betrug die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen des Druckkopfes 5 20,0 mPa·s oder weniger.
Es stellte sich heraus, dass, wenn der Gehalt an Bindemittel 5,0 (Gew.-%) betrug, eine dichte Struktur mit wenigen Hohlräumen ausgebildet wurde, wenn die Temperatur des Tisches 6 20°C betrug (Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 43,6 mPa·s), wenn die Temperatur des Tisches 6 25°C betrug (Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 35,2 mPa·s), oder wenn die Temperatur des Tisches 6 30°C betrug (Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 28,7 mPa·s).
Im Unterschied dazu wurde, wenn die Temperatur des Tisches 6 50°C betrug (Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 14,4 mPa·s) eine nicht-dichte Struktur mit vielen Hohlräumen ausgebildet. Das heißt, die aufgeführten Daten zeigen, dass, wenn die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düsen niedriger ist als die zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen des flüssigen Materials auf das Substrat 3, eine dichte Struktur mit wenigen Hohlräumen ausgebildet wird.

Die Ergebnisse (einschließlich der Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen) sind in Tabelle 1 dargestellt, wobei ”O” Ausbildung einer dichten Struktur gemäß der Prüfung des Erscheinungsbildes entspricht und ”X” Ausbildung einer nicht-dichten Struktur mit vielen Hohlräumen entspricht. Tabelle 1

Gehalt an organischem Bindemittel (Gew.-%) Temperatur des Tisches (°C)	4,0	4,5	5,0
50	X 10,8 mPa·s	X 12,8 mPa·s	X 14,4 mPa·s
30	X 19,2 mPa·s	X 23,9 mPa·s	O 28,7 mPa·s
25	O 25,1 mPa·s	O 28,6 mPa·s	O 35,2 mPa·s
20	O 28,6 mPa·s	O 34,7 mPa·s	O 43,6 mPa·s

Eine dichte Struktur wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt, ausgebildet, indem die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben so gesteuert wurde, dass sie 25 mPa·s oder mehr betrug. Es wird davon ausgegangen, dass dies den im Folgenden beschriebenen Grund hat. Da die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben relativ hoch ist, kann das flüssige Material wirkungsvoll mit hoher Wiederholbarkeit über die Düsen ausgestoßen werden, und Wanderung der in dem flüssigen Material enthaltenen Metallteilchen kann unterdrückt werden, während gleichzeitig das in dem flüssigen Material enthaltene Lösungsmittel auf dem Substrat verbleibt. Wenn der Gehalt an organischem Bindemittel 4,0 (Gew.-%) oder 4,5 (Gew.-%) beträgt, entspricht, wie in Tabelle 1 gezeigt, der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 20°C oder 25°C beträgt, dem Beispiel, während der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 30°C oder 50°C beträgt, dem Vergleichsbeispiel entspricht. Weiterhin entspricht, wenn der Gehalt an organischem Bindemittel 5,0 (Gew.-%) beträgt, der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 20°C, 25°C oder 30°C beträgt, dem Beispiel, während der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 50°C beträgt, dem Vergleichsbeispiel entspricht.
3 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Versuchs darstellt, bei dem eine leitende Struktur aus einem flüssigen Material, das Platinpulver enthält, mittels der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 zum Ausbilden einer Struktur ausgebildet wurde und der Widerstand der leitenden Struktur nach Brennen derselben gemessen wurde. In dem Diagramm in 3 entspricht die vertikale Achse dem Widerstand (Ω) der gebrannten Struktur und der prozentualen Verringerung des Widerstandes (%), während die horizontale Achse der Menge an Platinpulver (mg) entspricht. Bei dem Diagramm in 3 entsprechen die mit schwarzen Rhombuszeichen dargestellten Daten dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 20°C beträgt (Beispiel), und die mit weißen Rhombuszeichen dargestellten Daten entsprechen dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 50°C (Vergleichsbeispiel) beträgt. In dem Diagramm in 3 entsprechen die mit weißen Quadratzeichen dargestellten Daten der prozentualen Verringerung des Widerstandes in dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 20°C beträgt (Beispiel), gegenüber dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 50°C beträgt (Vergleichsbeispiel).
Wie in dem Diagramm in 3 gezeigt, verringerte sich, selbst wenn die in dem flüssigen Material enthaltene Menge an Platinpulver die gleiche war, in dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 20°C betrug (Beispiel; Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 34,7 mPa·s), der Widerstand gegenüber dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 50°C betrug (Vergleichsbeispiel; Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 12,8 mPa·s) um 39% oder mehr.
Wenn beispielsweise der Soll-Widerstand der leitenden Struktur auf 20 Ω festgelegt wird, kann in dem Fall, in dem die Temperatur des Tisches 6 auf 20°C reguliert wird (Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 34,7 mPa·s), die in das flüssige Material integrierte Menge an Platinpulver um 39% gegenüber dem Fall verringert werden, in dem die Temperatur des Tisches 6 auf 50°C reguliert wird (Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen: 12,8 mPa·s).

Die Viskosität des flüssigen Materials ändert sich beispielsweise mit den Mengen oder Anteilen an Metallpulver und Metalloxid-Pulver, das in dem flüssigen Material enthalten ist. Daher wurden Strukturen aus flüssigen Materialien ausgebildet, die Metallpulver und Metalloxid-Pulver in unterschiedlichen Volumenverhältnissen (4:1, 1:1 und 0:1) enthalten, und das Erscheinungsbild (nach Brennen) jeder der so ausgebildeten Strukturen wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop geprüft. Die Ergebnisse (einschließlich der Viskosität zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen) sind in Tabelle 2 dargestellt, wobei ”O” Ausbildung einer dichten Struktur entspricht und ”X” Ausbildung einer nicht-dichten Struktur mit vielen Hohlräumen entspricht. Tabelle 2

Metall: Metalloxid (Volumenverhältnisse) Temperatur des Tisches (°C)	4:1	1:1	0:1
50	X 10,8 mPa·s	-	-
30	X 19,2 mPa·s	-	O 25,8 mPa·s
25	O 25,1 mPa·s	O 26,3 mPa·s	O 30,1 mPa·s
20	O 28,6 mPa·s	-	O 35,2 mPa·s

Selbst wenn die Temperatur des Tisches 6 der Vorrichtung zum Ausbilden einer Struktur die gleiche ist, variiert, wie in Tabelle 2 gezeigt, die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen mit den Anteilen an Metallpulver und Metalloxid-Pulver. Auch in diesem Fall kann, wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr beträgt, eine dichte Struktur mittels Brennen ausgebildet werden. In Tabelle 2 entsprechen Felder ohne Daten (Viskosität und ”O” oder ”X”) dem Fall, in dem kein Versuch durchgeführt wurde. In Tabelle 2 entspricht der Fall, in dem die Volumenverhältnisse an Metallpulver und Metalloxid-Pulver 0:1 betragen, beispielsweise der Ausbildung einer isolierenden Struktur aus Aluminiumoxid, das als Metalloxid-Pulver dient.
Wenn die Volumenverhältnisse des in dem flüssigen Material enthaltenen Metallpulvers und Metalloxid-Pulvers 4:1 betragen, entspricht, wie in Tabelle 2 gezeigt, der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 20°C oder 25°C beträgt, dem Beispiel, während der Fall, in dem die Temperatur des Tisches 30°C oder 50°C beträgt, dem Vergleichsbeispiel entspricht. Dabei entspricht jeder der Fälle, in dem die Volumenverhältnisse in dem flüssigen Material enthaltenen Metallpulvers und Metalloxid-Pulvers 1:1 und 0:1 betragen, dem Beispiel.
Wenn die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen, wie oben beschrieben, so gesteuert wird, dass sie 25 mPa·s oder mehr entspricht, kann mittels Brennen eine dichte Struktur ausgebildet werden, und die Metallteilchen können gleichmäßig in der so ausgebildeten Struktur verteilt sein. So kann, wenn eine Struktur aus einem flüssigen Material ausgebildet wird, das Metallpulver enthält, eine Zunahme des elektrischen Widerstandes in der so ausgebildeten Struktur verhindert werden, und die Menge an in das flüssige Material integriertem Metallpulver kann reduziert werden. Des Weiteren kann, da eine dichte Struktur ausgebildet werden kann, während gleichzeitig die eingesetzte Menge an Metallpulver reduziert wird, die Dicke der Struktur verringert werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 ein Gassensorelement beschrieben, das ein Beispiel für ein Bauelement ist, das eine Struktur enthält, die mit dem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur oder dem Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird. Das Gassensorelement 20 enthält, wie in 4 gezeigt, einen Hauptkörper 22 des Gassensorelementes sowie ein Heizelement 21, die übereinander geschichtet sind.
Das Heizelement 21 enthält ein erstes Substrat 27, ein zweites Substrat 25 sowie ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 26. Das wärmeerzeugende Widerstandselement 26 enthält vorwiegend beispielsweise Platin oder Wolfram, und das erste Substrat 27 sowie das zweite Substrat 25 bestehen jeweils aus einem Keramik-Sinterkörper, der vorwiegend Aluminiumoxid oder dergleichen enthält. Das wärmeerzeugende Widerstandselement 26 ist zwischen dem rechteckigen ersten Substrat 27 und dem rechteckigen zweiten Substrat 25 eingeschlossen.
Das wärmeerzeugende Widerstandselement 26 enthält einen schlangenförmigen wärmeerzeugenden Abschnitt 26b, der beim Anlegen von Strom Wärme erzeugt, sowie ein Paar Heizelement-Zuleitungsabschnitte 26a, die in der Längsrichtung des ersten Substrats 27 und des zweiten Substrats 25 verlaufen, wobei ein Ende jedes Heizelement-Zuleitungsabschnitts 26a mit dem wärmeerzeugenden Abschnitt 26b verbunden ist. Die anderen Enden der paarigen Heizelement-Zuleitungsabschnitte 26a sind jeweils über zwei Durchgangslöcher 25a, die durch das zweite Substrat 25 hindurch verlaufen, mit einem Paar Heizelement-Stromleitungsanschlüssen 25b verbunden, die zur Verbindung mit einer externen Schaltung mit externen Anschlüssen verbunden sind.
Der Hauptkörper 22 des Gassensorelementes enthält eine Zelle 24 zum Bestimmen von Sauerstoffkonzentration (Substrat für Zelle zum Bestimmen von Sauerstoffkonzentration) sowie eine Schutzschicht 35. Die Zelle 24 zum Bestimmen von Sauerstoffkonzentration enthält ein rechteckiges Festelektrolyt-Substrat 33, eine erste Elektrodenstruktur 32 sowie eine zweite Elektrodenstruktur 34. Das Festelektrolyt-Substrat 33 dient als ein Festelektrolytkörper für eine Sauerstoffkonzentrationszelle.
Eine erste Elektrodenstruktur 32 und eine zweite Elektrodenstruktur 34 werden mittels Tintenstrahldrucken an einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Festelektrolyt-Substrats 33 mit dem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass sich die Elektrodenstrukturen 32 und 34 in einer Längsrichtung (in der Längsrichtung des ersten Elektroden-Zuleitungsabschnitts 32a und des zweiten Elektroden-Zuleitungsabschnitts 34a, die weiter unten beschrieben werden) erstrecken. Die erste Elektrodenstruktur 32 und die zweite Elektrodenstruktur 34 sind jeweils mit einem ersten Elektrodenabschnitt 32b und einem zweiten Elektrodenabschnitt 34b versehen, wobei die Abschnitte 32b und 34b einander über das Festelektrolyt-Substrat 33 zugewandt sind und zusammen mit dem Festelektrolyt-Substrat 33 eine Erfassungseinheit (nicht dargestellt) bilden.
Die erste Elektrodenstruktur 32 weist einen ersten Elektroden-Zuleitungsabschnitt 32a auf, der sich von dem ersten Elektrodenabschnitt 32b aus in der Längsrichtung des Festelektrolyt-Substrats 33 erstreckt. Die zweite Elektrodenstruktur 34 weist des Weiteren einen zweiten Elektroden-Zuleitungsabschnitt 34a auf, der sich von dem zweiten Elektrodenabschnitt 34b aus in der Längsrichtung des Festelektrolyt-Substrats 33 erstreckt. Die Schutzschicht 35 ist so eingerichtet, dass die zweite Elektrodenstruktur 34 zwischen der Schutzschicht 35 und dem Festelektrolyt-Substrat 33 eingeschlossen ist. Die Schutzschicht 35 enthält eine poröse Elektroden-Schutzschicht 35b zum Schutz des zweiten Elektrodenabschnitts 34b vor Vergiftung sowie eine verstärkte Schutzschicht 35a zum Schutz des Festelektrolyt-Substrats 33.
Das Ende des ersten Elektroden-Zuleitungsabschnitts 32a ist über ein Durchgangsloch 33b, das in dem Festelektrolyt-Substrat 33 vorhanden ist, und ein Durchgangsloch 35d, das in der Schutzschicht 35 vorhanden ist, mit einem der Anschlüsse 35f zum Herleiten von Signalen verbunden. Das Ende des zweiten Elektroden-Zuleitungsabschnitts 34a hingegen ist mit dem anderen Anschlüsse 35f zum Herleiten von Signalen über ein Durchgangsloch 35e verbunden, das in der Schutzschicht 35 vorhanden ist. Das Gassensorelement 20 mit dem oben beschriebenen Aufbau kann eine Sauerstoffkonzentration über den Konzentrationszellen-Effekt der Zelle 24 zum Bestimmen von Sauerstoffkonzentration messen und kann beispielsweise auch als ein Sensor für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis eingesetzt werden.
Die erste Elektrodenstruktur 32 und die zweite Elektrodenstruktur 34 werden jeweils mit dem aufgeführten Verfahren zum Ausbilden einer Struktur aus einem flüssigen Material (Tinte) ausgebildet, das Butyl-Carbitol-Acetat, das als ein Lösungsmittel dient, und beispielsweise ein Metall, ein Metalloxid, ein Bindemittel sowie ein Dispergiermittel enthält. Bei dem Gassensorelement 20 mit dem beschriebenen Aufbau werden die erste Elektrodenstruktur 32 und die zweite Elektrodenstruktur 34 mit dem beschriebenen Verfahren zum Ausbilden einer Struktur auf dem Festelektrolyt-Substrat 33 der Zelle 24 zum Bestimmen von Sauerstoffkonzentration ausgebildet. Daher kann eine Zuverlässigkeit interner elektrischer Verbindung verbessert werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein Halbleiter-Bauelement beschrieben, das ein Substrat und ein darauf montiertes Halbleiterelement enthält, wobei das Halbleiter-Bauelement ein Beispiel für ein Bauelement ist, das eine mit dem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildete Struktur enthält und beispielsweise eine Flip-Chip-Package, eine Chip-Scale-Package, eine Multichip-Package, ein Antennenschalter-Modul, ein Mixer-Modul, ein PLL-Modul oder ein Multichip-Modul ist.
In dieser Ausführungsform wird mit der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Ausbilden einer Struktur eine leitende Struktur mit einer Dicke von 0,5 μm (untere leitende Struktur 120) über das oben aufgeführte Verfahren zum Ausbilden einer Struktur auf einem Substrat 110 (das aus keramischem Material usw. besteht) aus einem flüssigen Material (Tinte) ausgebildet, das Butyl-Carbitol-Acetat, das als ein Lösungsmittel dient, und beispielsweise Silber-Teilchen (d. h. Metall), ein Bindemittel sowie ein Dispergiermittel enthält.
Anschließend wird eine Dispersion, die eine Pd-Katalysatorkomponente enthält, in die Vorrichtung zum Ausbilden einer Struktur gefüllt, und die Pd-Katalysatorkomponente wird mittels Drucken auf die untere leitende Struktur 120 aufgebracht. Anschließend wird eine obere leitende Struktur 130 mit einer Dicke von 25 μm mittels stromlosem Verkupfern auf der unteren leitenden Struktur 120 ausgebildet.
Danach wird eine elektronische Komponente, wie beispielsweise ein Halbleiterelement (nicht dargestellt), auf dem Substrat 110 montiert und wird elektrisch mit der oben aufgeführten leitenden Struktur verbunden, die die untere leitende Struktur 120 sowie die obere leitende Struktur 130 enthält, um so eine Leiterplatte 100 auszubilden. Dann wird Kapselung oder ein ähnlicher Prozess ausgeführt und damit ein Halbleiter-Bauelement hergestellt.
Auch bei dem Halbleiter-Bauelement mit dem oben beschriebenen Aufbau kann die Zuverlässigkeit elektrischer Verbindung verbessert werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen und Beispiele beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Tintenstrahlsystem eingesetzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann bei dem Fall eingesetzt werden, in dem ein Sprühsystem angewendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Ausbilden einer Struktur
2: Untersatz
3: Substrat
5: Druckkopf
6: Tisch
7: Struktur
8: Druckkopf-Bewegungsmechanismus
9: Tisch-Bewegungsmechanismus
10: Steuereinheit

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, das umfasst, dass ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel sowie Metallteilchen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden, um so eine Struktur darauf auszubilden, wobei das Verfahren zum Ausbilden einer Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach Anspruch 1, wobei die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur 25 mPa·s oder mehr beträgt.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach Anspruch 1 oder 2, das umfasst: einen ersten Schritt, in dem das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse auf einer ersten Temperatur gehalten wird; einen zweiten Schritt, in dem das Objekt zum Ausbilden einer Struktur auf einer zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur; einen dritten Schritt, in dem Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebracht werden; und einen vierten Schritt, in dem Verflüchtigung des in dem auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels gefördert wird, wobei: die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur nach dem dritten Schritt.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach Anspruch 3, wobei nach dem dritten Schritt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Objekt zum Ausbilden einer Struktur 25 mPa·s oder mehr beträgt.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach Anspruch 3 oder 4, wobei Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert wird, indem das flüssige Material erhitzt wird.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach Anspruch 3 oder 4, wobei Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert wird, indem der Druck in einer das flüssige Material umgebenden Atmosphäre verringert wird.
Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das flüssige Material mittels eines Tintenstrahlsystems oder eines Sprühsystems ausgestoßen wird.
Bauelement, das ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete Struktur umfasst, wobei das Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Struktur auf dem Substrat mit einem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes, das umfasst, dass ein flüssiges Material, das ein Lösungsmittel sowie Metallteilchen enthält, über eine Düse ausgestoßen wird und Tröpfchen des flüssigen Materials auf ein Substrat aufgebracht werden, um so eine Struktur darauf auszubilden, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 9, wobei die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat 25 mPa·s oder mehr beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 9 oder 10, das umfasst: einen ersten Schritt, in dem das flüssige Material vor Ausstoßen desselben über die Düse auf einer ersten Temperatur gehalten wird; einen zweiten Schritt, in dem das Substrat auf einer zweiten Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die erste Temperatur; einen dritten Schritt, in dem Tröpfchen des über die Düse ausgestoßenen flüssigen Materials auf das Substrat aufgebracht werden; und einen vierten Schritt, in dem Verflüchtigung des in dem auf das Substrat aufgebrachten flüssigen Material enthaltenen Lösungsmittels gefördert wird, wobei: die Viskosität des flüssigen Materials vor Ausstoßen desselben über die Düse vor dem dritten Schritt niedriger ist als die des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens der Tröpfchen desselben auf das Substrat nach dem dritten Schritt.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 11, wobei nach dem dritten Schritt die Viskosität des flüssigen Materials zum Zeitpunkt des Aufbringens von Tröpfchen desselben auf das Substrat 25 mPa·s oder mehr beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 11 oder 12, wobei Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert wird, indem das flüssige Material erhitzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 11 oder 12, wobei Verflüchtigung des Lösungsmittels in dem vierten Schritt gefördert wird, indem der Druck in einer das flüssige Material umgebenden Atmosphäre verringert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das flüssige Material mittels eines Tintenstrahlsystems oder eines Sprühsystems ausgestoßen wird.