DE60118786T2

DE60118786T2 - Verfahren zum ausbilden von elektrisch leitenden elementen und muster solcher elemente

Info

Publication number: DE60118786T2
Application number: DE60118786T
Authority: DE
Inventors: Hugh Bramley BAKER-SMITH; Donald Newport KINGS; John Isleham TATUM
Original assignee: Xaar Technology Ltd
Current assignee: Xaar Technology Ltd
Priority date: 2000-12-09
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: GB2385561A; AU2002222147A1; EP1352548B1; ES2259648T3; WO2002047447A8; US20040160465A1; ATE323399T1; GB0030095D0; WO2002047447A1; EP1352548A1; DE60118786D1; GB2385561B; GB0311984D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von elektrisch leitenden Elementen – wie zum Beispiel jene, welche in gedruckten Leiterplatten verwendet werden – und bei einem wichtigen Beispiel auf Verfahren zur Ausbildung von leitenden Elementen, welche ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät verwenden.
Tröpfchen-Abscheidungs-Geräte gibt es in vielen Arten und Ausführungen. Eine gebräuchliche Art von Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät ist der im Stand der Technik bekannte Tintenstrahl-Druckkopf. Tintenstrahl-Druckköpfe sind dazu geeignet, eine Flüssigkeit (welche als „Tinte" bezeichnet wird, ob farbig oder farblos) auszustoßen, welche eine andere Funktion ausführen können, als nur das Erzeugen eines visuellen Bildes. Insbesondere können die abgeschiedenen Flüssigkeiten biologische Materialien zur Verwendung in Proben, Parfümen, elektrisch leitenden Partikeln oder einer Vielzahl von anderen Elementen enthalten, die eine Funktion über die der Erzeugung eines Bildes hinaus ausführen.
Einer der vielen Vorteile von Tröpfchen-Abscheidungs-Geräten ist die Fähigkeit, Tröpfchen einer Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit auf einem Substrat abzuscheiden, siehe zum Beispiel Dokument WO-A-9919900. Die Genauigkeit oder Auflösung derartiger Geräte wird zum Teil durch die Feinheit der Tröpfchen-Abscheidungs-Düse bestimmt, und Tintenstrahl-Druckköpfe weisen typischerweise Düsen auf, die einen Durchmesser unter 50 μm haben. Dies bedeutet natürlich, dass die physikalischen Eigenschaften beim Abscheiden von Flüssigkeiten gezielt gesteuert werden müssen, um sicher zu stellen, dass das Ausstoßen durch derart feine Düsen zuverlässig ausgeführt wird. Abscheidungsflüssigkeiten brauchen eine niedrige Viskosität, vorzugsweise nicht höher als 35 mPas bei 30°C, und andere Randbedingungen, wie zum Beispiel Oberflächenspannung, Partikelgröße, Leitfähigkeit und Stabilität, die unter anderen Dingen in Betracht gezogen werden müssen, wenn eine Abscheidungsflüssigkeit formuliert bzw. gestaltet wird. Es ist schwierig, Abscheidungsflüssigkeiten zu formulieren bzw. zu gestalten, welche alle diese Randbedingungen erfüllen, speziell dort, wo eine spezielle Funktion von der Flüssigkeit erfordert wird, z.B. Trocknen, um eine leitfähige Spur auszubilden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät verwendet werden kann, um Leiterplatten (PCBs) herzustellen. Typischerweise sind diese PCBs eine einzelne Schicht, und werden durch den Druckkopf ausgebildet, welcher eine dünne Schutzschicht abscheidet, welche verwendet wird, um eine leitende Schicht abzudecken. Die PCB wird dann säuregeätzt, um Metall von allen unbeschichteten Bereichen zu entfernen. Die Schutzschicht wird dann entfernt, um die Metallspuren zurückzulassen.
Es wäre zweckmäßig, den Säureätzungsschritt zu vermeiden.
Eine Problematik mit dem direkten Abscheiden von elektrisch leitender Tinte besteht darin, dass die hohe Aufladung, die von leitfähigen Partikeln im Allgemeinen erforderlich ist, um eine leitfähige Leiterbahn mit sehr geringem Widerstand bereitzustellen, dazu neigt, die Viskosität der Abscheidungsflüssigkeit bis zu einem Punkt zu erhöhen, an dem eine Abscheidung durch feine Düsen sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist.
Eine weitere Randbedingung, die in Betracht gezogen werden muss, ergibt sich aus den Eigenschaften des PCB-Substrats. Es ist bei der Herstellung von PCB – wie bei den meisten Druckanwendungen – wünschenswert, dass Muster ausgebildet werden, die gut abgegrenzt sind, d.h. mit wenig oder keinem Verlaufen an den Kanten des Drucks. Elektrisch leitende Leiterbahnen werden gewöhnlich mit einer hohen Dichte auf PCBs ausgebildet, und es besteht ein reelles Risiko des Kurzschließens, wenn die Abscheidungsflüssigkeit dazu neigt zu verlaufen, und besonders, wenn es eine laterale Ausbreitung von Abscheidungsflüssigkeit auf dem Substrat in Richtungen senkrecht zu der Richtung gibt, in die sich die Leiterbahnen erstrecken. Im Allgemeinen beruhen Druckprozesse und Techniken, um das Verlaufen von Tinte zu vermeiden, auf der Absorption der Tinte in das Medium selbst, um laterale Bewegung zu verhindern. PCB-Substrate sind typischerweise undurchlässig und daher steht dieser Mechanismus, um eine laterale Ausbreitung der Abscheidungsflüssigkeit zu verhindern, nicht bereit.
Es ist eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung, das Problem zu behandeln, elektrisch leitfähige Elemente auf – zum Beispiel – PCBs auszubilden, indem die nützlichen Eigenschaften von Tröpfchen-Abscheidungs-Geräten ausgenutzt werden.
Dementsprechend besteht die vorliegende Erfindung hinsichtlich eines Aspekts in einem Verfahren, um ein ausgedehntes elektrisch leitfähiges Element auf einem ebenen Substrat auszubilden, und zwar aus einer Flüssigkeit, welche trocknet, um das ausgedehnte elektrisch leitfähige Element auszubilden, bei welchem die Flüssigkeit von einer Vorrichtung abgeschieden wird, welche getrennt bzw. abseits von dem Substrat angeordnet ist, und wobei eine Sperrschicht, welche auf dem ebenen Substrat angeordnet ist, das Ausbreiten der Flüssigkeit in wenigstens einer horizontalen Richtung, senkrecht zu der Richtung der Ausdehnung des ausgedehnten, elektrisch leitfähigen Elements verhindert.
Die Sperrschicht wird vorzugsweise in einem Tröpfchen-Abscheidungs-Prozess ausgebildet. Daher werden die Genauigkeit und die hohe Auflösung von Tröpfchen-Abscheidungs-Geräten ausgenutzt, unbelastet von einer mit hoher Ladung versehenen, abgeschiedenen Flüssigkeit.
Bei einer ersten und bevorzugten Ausführungsform ragt die Sperrschicht aus der Oberfläche des Substrats heraus. Die leitfähige Flüssigkeit wird angrenzend an die Sperrschicht abgeschieden und wird dadurch davon abgehalten, sich auszubreiten. Die leitfähige Flüssigkeit kann durch ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät abgeschieden werden, aber da das laterale Ausmaß der Leiterbahn durch die Sperrschicht bestimmt wird, kann diese leitfähige Flüssigkeit mit einer viel größeren Toleranz hinsichtlich der Viskosität und den Ladungsniveaus der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe durch relativ dicke Düsen abgeschieden werden.
Das Substrat kann jedes geeignete, nicht leitende Material sein. Vorzugsweise kann die nicht leitende Flüssigkeit dazu verwendet werden, um erhöhte Wälle und damit verbundene Kanäle auszubilden, in welche die leitfähige Flüssigkeit abgeschieden wird. Die Tiefe der Kanäle kann von 2–3 μm bis 1–2 mm reichen, abhängig von der Form der Wälle und der Anwendung.
Um höhere Sperrschichten oder Wälle zu bilden ist es wünschenswert, dass die Abscheidungsflüssigkeit eine Phasenumwandlungsflüssigkeit ist, d.h. sie kann so verarbeitet werden, um eine nicht flüssige Oberfläche auszubilden. Geeignete Flüssigkeiten sind jene, die als Schmelztinten bekannt sind, die typischerweise Fluide sind, die flüssig sind, wenn sie bei einer Temperatur von etwa 100°C ausgestoßen werden und „gefrieren", wenn es ihnen ermöglicht wird unter diese Temperatur abzukühlen. Andere geeignete Abscheidungsflüssigkeiten sind jene, welche eine Phasenumwandlung durchmachen, wenn sie einer elektromagnetischen Strahlung, wie zum Beispiel UV-Licht ausgesetzt werden.
UV-Aushärtungs-Abscheidungsflüssigkeiten werden besonders bevorzugt, da man herausgefunden hat, dass teilweises Aushärten der Abscheidungsflüssigkeiten eine Oberfläche bereitstellt, die ein gutes Haften mit allen nachfolgenden Druckschichten bietet. Auf diese Weise wird es möglich, eine andere Schicht aus Abscheidungsflüssigkeit auf eine vorangegangene, teilweise ausgehärtete Abscheidungsflüssigkeit nachzudrucken, und zwar bis zu 1–3 mm Höhe. Jede der Schichten oder Untermuster kann unterschiedliche topografische Eigenschaften aufweisen, die es möglich machen, dreidimensionale Wandstrukturen bzw. Wallstrukturen von besonderer Form zu kreieren, insbesondere Rampen unterschiedlicher Größe oder Winkel.
Wie früher erwähnt, wird eine leitfähige Flüssigkeit zwischen den ausgebildeten Wänden bzw. Wällen abgeschieden, um leitfähige Leiterbahnen auszubilden. Da die nicht-leitenden Wälle bzw. Wände das Ausbreiten der leitfähigen Abscheideflüssigkeit und somit das Potential für Kurzschlüsse beschränken, eine signifikant höhere Menge der leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit abgeschieden werden, um die Effizienz der gedruckten Leiterbahnen zu erhöhen. Vorzugsweise erstreckt sich die leitfähige Flüssigkeit zwischen 20% und 85% der Wallhöhe bzw. Wandhöhe hoch, obwohl es natürlich möglich ist, die Flüssigkeit bis auf die Höhe des Walls bzw. der Wand abzuscheiden.
Vorzugsweise werden die Wälle bzw. Wände dadurch ausgebildet, indem Tinte von einem „Tropfen-auf-Anforderung"-Tintenstrahl-Druckkopf ausgestoßen wird und sogar noch spezieller vorzugsweise von einem piezoelektrischen „Tropfen-auf-Anforderung"-Tintenstrahl-Druckkopf. Auf diese Weise gibt es, da die Wälle bzw. Wände genau von einem Tintenstrahl-Druckkopf abgeschieden worden sind, eine geringere Anforderung an Genauigkeit vom Verfahren des Abscheidens der leitfähigen Leiterbahnen. Vorausgesetzt, dass die Flüssigkeit, welche dazu verwendet wurde, um die Leiterbahnen auszubilden, nicht aus den ausgebildeten Rillen läuft, welche durch die nicht leitenden Wälle ausgebildet wurden, dann besteht keine Kurzschlussgefahr. Geeignete berührungsfreie Verfahren zum Abscheiden der Flüssigkeit, um die Leiterbahnen auszubilden, sind unter anderem Extrusion, Pipettieren oder Tintenstrahldrucken.
Ein weiteres optisches Beschichten einer nicht leitfähigen Flüssigkeit kann über die leitfähige Leiterbahn aufgebracht werden, um eine Schutzschicht bereit zu stellen, oder um es zu ermöglichen, dass eine weitere, zweite Schicht von leitfähigen Leiterbahnen über der ersten Schicht aufgebracht wird, entsprechend eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
Es ist bekannt, dass es für elektrische Leiterbahnen effizienter ist, die Richtung eher durch zwei 45° Winkel zu wechseln, als durch einen einzelnen 90° Winkel. Auf eine ähnliche Art und Weise ist es vorteilhaft, mehrere Schichten auf einer gedruckten Leiterplatte durch einen 90° Winkel zu verbinden bzw. anzuschließen, und vorzugsweise durch einen stumpfen Winkel zur Ebene des Substrats.
Das Bild kann Wälle umfassen, die artverwandt mit jenen in der ersten Ausführungsform sind, um die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit, die auf die zweite Schicht angewendet wird aufzunehmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Sperrschicht ein Bild, welches aus einem Material ausgebildet ist, das eine Oberflächenenergie aufweist, die kleiner als die des Substrats ist. Dies ruft bei der leitfähigen Flüssigkeit den Effekt hervor, dass an der Substrat-/Sperrschichtgrenze ein hoher Randwinkel ausgebildet wird und die leitfähige Flüssigkeit entsprechend verhindert.
Die vorliegende Erfindung wird nun als Beispiel nur mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, für welche gilt:
1 ist eine Draufsicht eines PCB-Substrats, das mit einem ersten Muster bedruckt ist;
2 zeigt einen Schnitt durch das Substrat entlang der Linie A-A;
3 zeigt das Muster von 1, nachdem ein zweites Muster abgeschieden wurde;
4 ist eine Draufsicht auf ein PCB-Substrat von 3, welches mit einem dritten Muster bedruckt ist;
5 ist eine Schnittdarstellung durch die Linie A-A von 4 nach dem Abscheiden eines vierten Musters;
6 ist eine Schnittdarstellung durch die Linie B-B von 4 nach dem Abscheiden eines vierten Musters;
7 bis 11 sind Schnittdarstellungen, die die Stufen des Aufbaus einer Verbindung zwischen Schichten in einem Mehrschicht-PCB zeigen;
12 und 13 sind Schnittdarstellungen einer alternativen Ausführungsform.
1 zeigt ein Substrat 100 auf welchem ein Muster ausgebildet worden ist. Das Substrat 100 ist eine starre Unterlage bzw. ein starres Bauteil, das aus polymeren oder anderen Kunststoffmaterialien ausgebildet ist, welche typischerweise verwendet werden, um PCBs herzustellen. Das erste Muster 1 wird auf das Substrat gedruckt, wobei eine 100% reaktionsfähige duroplastische Tinte verwendet wird, um ein erhöhtes dreidimensionales Muster auszubilden, wobei Rillen 2 zurückgelassen werden. Oft kann dieses erhöhte Muster mit einem einzigen Arbeitsgang des Druckkopfs ausgebildet werden, jedoch sind manchmal mehrere Arbeitsgänge erforderlich, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Wo mehrere Arbeitsgänge erforderlich sind, ist es wünschenswert, jede Ebene teilweise vor der Abscheidung der nächsten Schicht zu härten.

Eine Tinte dieser Art ist in WO 99/29787 beschrieben. Ein spezielles, aber nicht einschränkendes Beispiel, welches der Anmeldung entnommen wurde, ist eine schwarze Tinte, die folgendes umfasst:

Actilane 430	10 Gew.-%
Actilane 251	10 Gew.-%
Tegorad 2200	0,4 Gew.-%
Isobornyl Acrylat	39,7 Gew.-%
Speedcure ITX	2,0 Gew.-%
Quantacure EHA	3,0 Gew.-%
Irgacure 907	5,0 Gew.-%
Regal 250R	1,5 Gew.-%
Solsperse 24000	0,38 Gew.-%
Solsperse 5000	0,03 Gew.-%

Actilane 430: – Trimethylpropan-Ethoxylat-Triacrylat
Actilane 251: – Dreifunktionelles Urethan-Acrylat-Vorpolymer
Tegorad 2200: – Silizium-Polyether-Acrylat
Speedcure ITX: – Isoprpylthioxanton
Quantacure EHA: – 2-Ethylhexyl p-Dimethylaminobenzoat
Irgacure 907: – 2-Methyl-1-(4-Methylthio)Phenyl-2- Morpholinopropan-1-eins
Regal 1250R: – Kohlenstoff Schwarz
Solsperse 5000/24000: – Hyperdispergens

Das Verdünnungsmittel bzw. der Weichmacher besteht im Wesentlichen aus reaktionsfähigem flüssigem Material, und optional aus wenigstens einem Photopolymerisations-Katalysator und wobei das reaktionsfähige flüssige Material monofunktionelles, zweifunktionelles und drei- oder höherfunktionelles Material umfasst, und wobei die Gesamtmenge des drei- oder höherfunktionellen Materials mehr als 10, aber nicht mehr als 30 Gew.-% der Gesamtmenge des reaktionsfähigen Materials ausmacht, wobei die Gesamtmenge des monofunktionellen Materials wenigstens 20 Gew.-% der Gesamtmenge des reaktionsfähigen Materials ausmacht, und die Gesamtmenge des zweifunktionellen Materials wenigstens 17,5 Gew.-% der Gesamtmenge des reaktionsfähigen Materials ausmacht und derart ist, dass die Gesamtmenge des zwei- oder höherfunktionellen Materials nicht weniger als 35 Gew.-% ausmacht.
Die Qualität eines Musters, das von einem Tintenstrahl-Druckkopf gedruckt wird, der eine UV-duroplastische Abscheidungsflüssigkeit verwendet, kann verbessert werden, wenn eine Grundschicht oder Aufnahmeschicht vor dem Abscheiden von einer oder mehreren obersten Schichten einer Teil-Aushärtung ausgesetzt wird. Eine Teil-Aushärtung der Aufnahmeschicht stellt eine Oberfläche bereit, die gute Benetzungs- bzw. Befeuchtungs- und gute Hafteigenschaften aufweist, während sie eine gleichmäßige Ausbreitung der Tropfen ermöglicht.
Teil-Aushärtung kann während der Herstellung eines Musters einmal oder mehrmals eingesetzt werden. Jede Schicht kann vor dem Hinzufügen einer nachfolgenden Schicht teil-ausgehärtet werden, oder einer Anzahl von Schichten kann aufgebracht werden und dann teilweise oder ganz ausgehärtet werden. Teil-Aushärtung wird erreicht, indem die Abscheidungsflüssigkeit einer geringeren Aushärtungsenergie ausgesetzt wird, als die, die erforderlich ist, um vollständig auszuhärten. Bei diesem Beispiel wurde die Tinte teilweise ausgehärtet, wobei eine Aushärtungsenergie von 0,1 J/cm² verwendet wurde, und vollständig ausgehärtet, wobei eine Aushärtungsenergie in der Größenordnung von 0,7 J/cm² verwendet wurde.
Das erste Muster wird verwendet, um die Kanten der elektrischen Leiterbahn zu begrenzen und daher werden Rillen 2 bereitgestellt, entweder indem man den Bereich unbedruckt lässt, oder indem weniger Abscheidungsflüssigkeit abgeschieden wird. 2 ist ein Schnitt durch das Substrat entlang der Linie A-A. Während gezeigt wird, dass sich das erste Muster zur Kante der Kante des Substrats erstreckt, gibt es Fälle, in denen es wünschenswert ist gerade nur so viel Abscheidungsflüssigkeit abzuscheiden, um die Rillen 2 zu begrenzen.
Eine leitfähige Abscheidungsflüssigkeit 4 wird entsprechend der Rillen, welche durch das erste Muster ausgebildet werden, in einem Muster auf das das Substrat abgeschieden, wie in 3 gezeigt. Das erste Muster 1 verhindert, dass sich die Abscheidungsflüssigkeit, welche in diesem zweiten Muster abgeschieden wird, seitwärts ausbreitet und einen Kurzschluss mit benachbarten Leiterbahnen hervorruft. Die zweite Abscheidungsflüssigkeit sollte leitfähig sein, wobei die Leitfähigkeit durch Metallpartikel in der Abscheidungsflüssigkeit mitgegeben wird. Diese zweite Abscheidungsflüssigkeit ermöglicht es zu trocknen, um die leitfähigen Leiterbahnen der gedruckten Leiterplatte auszubilden.
Es ist wünschenswert – selbst bei einer einschichtigen Leiterplatte –, die Leiterbahnen 4 durch Abscheiden einer weiteren Schutzschicht 3 zu schützen, die über der obersten der ersten beiden Muster abgeschieden wird. Dieses dritte Muster ist nicht leitfähig, um Kurzschlüsse zu verhindern und besteht vorzugsweise aus derselben Mischung wie die Abscheidungsflüssigkeit, welche verwendet wird, um das erste Muster abzuscheiden. Die duroplastischen Abscheidungsflüssigkeiten werden an diesem Punkt vollständig ausgehärtet, um eine Beschichtung vom Typ eines harten Hochglanzes auszubilden.
Bestimmte Abschnitte der ersten beiden Schichten können entsprechend der Platzierung von elektrischen Bauteilen bzw. Unterlagen (nicht gezeigt) oder weiterer elektrischer Leiterbahnen ganz bewusst durch die Schutzschicht 3 unbedruckt gelassen werden. Eine Verbindung der elektrischen Bauteile bzw. Unterlagen kann dann hergestellt werden, indem eine ganz normale Ausrüstung verwendet wird.
In 5, eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 4, begrenzt die Schutzschicht 20 weiter die Rillen und ist an den Punkten 8 und 10 mit unbedruckten Bereichen ausgebildet. In einem nachfolgenden Schritt werden die Punkte 8 und 10 mit leitfähiger Abscheidungsflüssigkeit gefüllt, die mit den früher abgeschiedenen Leiterbahnen 4 Kontakt aufnehmen und eine elektrische Verbindung ausbilden. Die ausgebildeten Leiterbahnen 12 werden von den Leiterbahnen 4 isoliert, welche in der ersten Schicht mittels der Isolierungsschicht 20 ausgebildet wurden. Es ist nur bei Punkt 8, wo die gewünschte Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Schichten ausgebildet ist. 6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von 4 und zeigt die Verbindung der unteren ersten Leiterbahn 4 und der oberen zweiten Leiterbahn 6.
Wie früher erwähnt kann die nicht leitfähige Abscheidungsflüssigkeit in einer Vielzahl von Schichten abgeschieden werden, um das dreidimensionale Profil zu bilden, in welches die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit abgeschieden wird. 7 bis 11 veranschaulichen das bevorzugte Verfahren, um die elektrische Verbindung zwischen den leitfähigen Schichten in einer Vielschicht-Leiterplatte auszubilden.
Ein erstes Sperrschichtmuster 240 wird auf einem Substrat 200 abgeschieden, wobei ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät verwendet wird. Das dreidimensionale Muster wird während einer Anzahl von Arbeitsgängen des Druckkopfes ausgebildet, und die einzelnen Schichten 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 werden währen jedem Arbeitsgang ausgebildet; jede Schicht besteht aus einem kleineren Bereich als die vorhergehende Schicht. Jeder Arbeitsgang wird vor dem Abscheiden der nächsten Schicht einer Teil-Aushärtung ausgesetzt. Die unbedruckten Bereiche 230, 220 werden an jeder Seite durch das erste Muster 240 begrenzt.
Eine leitfähige Abscheidungsflüssigkeit 250 wird dann in diese unbedruckten Bereiche abgeschieden, wie in 8 gezeigt. Die Menge an abgeschiedener Abscheidungsflüssigkeit stellt typischerweise ein Muster bereit, welches kleiner ist als die Höhe des ersten Musters 240. Die profilierte Art des ersten Musters, bewirkt durch die Schichten 202–214, ermöglicht der leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit, wenn sie in ausreichender Menge bereitgestellt wird, eine oder mehrere der unteren Schichten 214, 212 des ersten Musters zu umströmen bzw. zu überschwemmen und zu überlappen, um einen größeren Bereich auszubilden, was die elektrische Verbindung erleichtert bzw. ermöglicht. In diesem Beispiel stellen die teilweise ausgehärteten Schichten 202–214 gute Oberflächenqualitäten bereit, welche es ermöglichen werden, die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit direkt auf das profilierte Muster abzuscheiden. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses es eine reduzierte Anzahl von Abscheidungsschritten und bewältigt jede Schwierigkeit, die aufgrund von Oberflächeneigenschaften der nicht leitfähigen Flüssigkeit auftreten können.
Wie in 9 gezeigt, wird eine weitere Schicht einer nicht leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit in aufeinander folgenden Schichten 260–268 abgeschieden. Die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit bei 252 wird mit den nicht leitfähigen Abscheidungsflüssigkeitsschichten 260–268 abgedeckt, welche einem Aushärtungsschritt ausgesetzt werden. Ein Teil der leitfähigen Flüssigkeit wird nicht mit den weiteren Schichten der nicht leitfähigen Flüssigkeit 260–268 überdruckt, um eine elektrische Verbindung mit weiteren abgeschiedenen leitfähigen Abscheidungsflüssigkeits-Leiterbahnen zu ermöglichen, wie in 10 gezeigt.
Die Abscheidungsflüssigkeit bei 252 ist von der später abgeschiedenen leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit 270 isoliert, und zwar durch eine Wirkung der Muster, welche durch Verwendung der nicht leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit 260 ausgebildet wird. Schlussendlich, 11, wird eine Schutzschicht 280 der nicht leitfähigen Abscheidungsflüssigkeit über die gesamte Oberfläche abgeschieden, und alle Muster werden einem Aushärtungsgrad ausgesetzt, um die aushärtbaren Abscheidungsflüssigkeiten auszuhärten.
Die eckige bzw. winkelförmige Verbindung zwischen den Schichten verbessert die Effizienz der Verbindung zwischen den Schichten. Die Leiterplatte, die in 4 dargestellt ist, zeigt, dass es möglich ist, während sich die Leiterbahnen vom Substrat weg bewegen, ihre Richtung innerhalb der Schichten zu ändern. Somit muss der Winkel der Leiterbahn, während sie sich von einer unteren zu einer oberen Schicht bewegt, wenn man sie von oben betrachtet, nicht parallel mit einer der Leiterbahnen in einer der Schichten sein. Es ist jedoch wünschenswert, obwohl es nicht wesentlich ist, dass der Winkel der Neigung, wenn man ihn von oben betrachtet, mit wenigstens einer der oberen oder unteren Leiterbahnen parallel ist.
Aus Effizienzzwecken ist es wünschenswert, dass jede Richtungsänderung nicht die Anordnung eines spitzen Winkels aufweist.
Es ist natürlich möglich, weitere Schichten zu drucken, damit die Leiterplatte fortfährt es zu ermöglichen, die elektrischen Bauelemente zu befestigen, wie zum Beispiel Transistoren, Widerstände und Ähnliches. Diese können befestigt werden, indem herkömmliche Verfahren verwendet werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben. Es wird ein Substrat 400 bereitgestellt, auf welches ein erstes Muster 20, 22 gedruckt wird. Das Sperrschichtmuster wird vorzugsweise gedruckt, indem eine Abscheidungsflüssigkeit verwendet wird, welche so trocknet, dass eine nicht befeuchtbare Oberfläche ausgebildet wird. Es wird dann ein zweites Muster 24 abgeschieden, wobei eine leitfähige Abscheidungsflüssigkeit verwendet wird, oder noch wünschenswerter eine Abscheidungsflüssigkeit, die trocknet, um eine leitfähige Leiterbahn auszubilden.
Wie in 13 gezeigt, verursacht bzw. bewirkt das nicht befeuchtbare Muster 20, 22, dass die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit an der Grenzstelle zwischen dem Substrat, welches nicht mit der nicht befeuchtbaren Abscheidungsflüssigkeit gedruckt wird, und dem Substrat, welches nicht mit der nicht befeuchtbaren Abscheidungsflüssigkeit gedruckt wird, einen hohen Kontaktwinkel ausbildet. Dies verhindert, dass sich die leitfähige Abscheidungsflüssigkeit 24 so weit entlang des Substrats ausbreitet, als wenn das nicht befeuchtbare Muster 20, 22 nicht abgeschieden worden wäre. Auf diese Weise kann die Häufigkeit von elektrischen Kurzschlüssen reduziert werden.
Während die Erfindung, die in Bezug auf die Verwendung von UV-duroplastischen Abscheidungsflüssigkeiten beschrieben worden ist, sind andere Arten bzw. Ausführungen von Abscheidungsflüssigkeiten, wie z.B. Schmelz- oder Phasenumwandlungsflüssigkeiten gleichermaßen anwendbar.

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines ausgedehnten leitenden Elements auf einem ebenen Substrat (100) aus einer Flüssigkeit, welche trocknet, um damit das ausgedehnte leitende Element (4) auszubilden, wobei die Flüssigkeit von einer Vorrichtung abgeschieden wird, welche mit Zwischenraum von dem Substrat getrennt angeordnet ist, und bei welchem eine Sperrschicht (1), welche auf dem ebenen Substrat befindlich ist, das Ausbreiten der Flüssigkeit in wenigstens einer horizontalen Richtung, senkrecht zur Richtung der Ausdehnung des ausgedehnten, leitenden Elementes verhindert, und bei welchem die Sperrschicht durch ein Material ausgebildet wird, welches Tropfen für Tropfen abgeschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Vorrichtung, welche die Flüssigkeit abscheidet, ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei welchem die Vorrichtung ein Tintenstrahl-Druckkopf ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei welchem die Vorrichtung eine Pipette ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die Sperrschicht aus der Oberfläche des ebenen Substrats herausragend steht.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem das Sperrschicht-Material durch ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät abgeschieden wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die Sperrschicht einen teilweisen oder vollständigen Phasenumwandlungsschritt zu einem festen Körper durchmacht, während sie sich auf dem Substrat befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei welchem die Sperrschicht in einer Vielzahl von Schichten abgeschiedenen wird, wobei eine oder mehrere der Vielzahl von Schichten den Phasenumwandlungsschritt vor dem Abscheiden einer nachfolgenden Schicht durchmacht bzw. durchmachen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei welchem der Phasenumwandlungsschritt erreicht wird, indem die Flüssigkeit einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei welchem die elektromagnetische Strahlung ultraviolettes Licht ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem der Phasenumwandlungsschritt erreicht wird, indem die Flüssigkeit einem Temperaturwechsels unterworfen wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Sperrschicht als ein Muster eines Materials ausgebildet ist, welches eine geringere Oberflächenenergie bzw. Grenzflächenspannung aufweist, als das Substrat.
Verfahren zur Ausbildung eines Musters auf einem Substrat, welches folgende Schritte umfasst: Ausbilden eines dreidimensionalen ersten Musters (1) auf dem Substrat (100), wobei eine nicht leitende erste Flüssigkeit verwendet wird, und anschließend Abscheiden eines elektrisch leitenden zweiten Musters auf dem Substrat, welches einen oder mehrere ausgedehnte Abschnitte (4) aufweist, wobei eine zweite Flüssigkeit verwendet wird; wobei die zweite Flüssigkeit (4) durch das erste Muster (1) daran gehindert wird, sich in wenigstens eine horizontale Richtung senkrecht zu den ausgedehnten Abschnitten auszubreiten, und wobei eines oder beide der Muster durch ein Tröpfchen-Abscheidungs-Gerät abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei welchem die erste, nicht leitende Flüssigkeit von einem Tintenstrahl-Druckkopf abgeschieden wird, welcher über das Substrat fährt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei welchem der Tintenstrahl-Druckkopf die erste nicht leitende Flüssigkeit auf dem Substrat abscheidet, und zwar von einer bzw. durch eine Vielzahl von Durchläufen über das Substrat, wobei eine Vielzahl von ersten Untermustern ausgebildet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei welchem eines oder mehrere der Vielzahl von ersten Untermustern topografisch unterschiedlich ist bzw. sind.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei welchem eines oder mehrere der Vielzahl von ersten Untermustern so behandelt werden, um eine nicht flüssige Oberfläche aufzuweisen, und zwar vor der Ausbildung eines nachfolgenden ersten Untermusters.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei welchem die Behandlung den Schritt des Belichtens des einen oder mehrerer der Vielzahl von ersten Untermustern mit ultraviolettem Licht umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, bei welchem das erste Muster so gedruckt wird, dass es sich vertikal vom Substrat ausdehnt, wobei ausgedehnte Rillen ausgebildet werden, welche Wälle aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei welchem die zweite Flüssigkeit in die Rillen gedruckt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei welchem die zweite Flüssigkeit in einer Menge abgeschieden wird, welche genügt, um die Höhe der Wälle um 20% auszudehnen.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 21, bei welchem die zweite Flüssigkeit von einem Tintenstrahl-Druckkopf abgeschieden wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 21, bei welchem die zweite Flüssigkeit von einer Pipette abgeschieden wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 23, welches einen weiteren Schritt aufweist, bei welchem eine nicht leitende dritte Flüssigkeit über das erste Muster und das zweite Muster in ein drittes Muster abgeschieden wird.