JP2006100827A - 印刷されたスイッチ回路を備えた構成エレメントを製作するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細構造体を少ない回数の印刷ステップで種々異なる厚さで製作することができるようにする。
【解決手段】下側の製品層４と、該下側の製品層上に配置された少なくとも１つの格子層５とを備えた印刷ステンシル３を基板２の基板表面１に載着し、この場合、製品層４が、少なくとも１つの下側の開口６を有しており、格子層５が、下側の開口６の上方に配置された少なくとも１つの上側の開口７を有しており、該上側の開口７内に、該上側の開口７を通って延びる、下側の開口６を部分的にカバーする中間材料領域１０が形成されており、材料ペーストを印刷ステンシル３によって基板表面１に印刷し、印刷ステンシル３を取り除き、この場合、基板表面１に、開口６，７を通して印刷された材料領域が残っており、該材料領域を硬化させて、スイッチ回路の回路領域を基板表面１に形成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷されたスイッチ回路を備えた構成エレメントを製作するための方法に関する。この場合、この構成エレメントは、特に自動車電子装置に使用可能である。

自動車電子装置に用いられる電子的なスイッチ回路のための基板は、特に圧膜技術およびＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）技術で製作される。この場合、電子的な導体路と、別の機能エレメント、たとえば抵抗とがスクリーン印刷技術で製作される。このスクリーン印刷技術では、圧膜ペーストが、スクリーンまたはステンシルに設けられた開口を通して印刷ベースにドクタ塗布されるかもしくは印刷される。印刷ベースとして、セラミックス製のグリーンシートまたはすでに焼結されたセラミックス基板も使用することができる。その後、後続の焼成ステップまたは焼結ステップで、圧膜ペーストから焼結された固形物構造体が製作される。

従来のスクリーン印刷技術またはステンシル印刷技術では、構造化したい材料の被着される層の厚さがスクリーンもしくはステンシルの厚さによって規定されている。この場合、ドクタ塗布過程もしくは印刷過程を妨害しないために、平らな表面を備えたスクリーンまたはステンシルが使用される。さらに、ペーストがにじまず、所望の印刷画像が正確に描写されるように、基板に向かって十分なシールを得るために、基板に近い方の面が一般的に同じく滑らかであると共に平らである。

印刷される構造体の種々異なる特性は、スクリーン印刷法およびステンシル印刷法では、一般的に、横方向の幅の適宜な変更による印刷したい材料の単位面積あたりのコンスタントな特性と同時に均一な厚さで達成される。したがって、たとえば弁制御のための最終段またはこれに類するものを接続するための、たとえば比較的高い電流に対する導体路を形成するためには、単純な信号線路に比べて、著しく拡幅された構造体が形成される。この構造体は相応の面積を基板に要求する。これによって、多額コストもしくは不利に増加させられた面積要求が生ぜしめられる。相応して、たとえば種々異なるＲ値（抵抗値）がＲペーストで形成される。

さらに、スクリーン印刷およびステンシル印刷では、アスペクト比、すなわち、スクリーンまたはステンシルに設けられた開口の横方向に寸法と、厚さとの比が著しく重要である。たとえば２０μｍの範囲内の微細な構造体は任意の厚さで製作することはできない。原則的には、精密な分解能がペーストレオロジもしくはペーストの流動特性に基づき僅かな印刷厚さを要求する。高まる小型化に基づき、電子的な基板には、ますます微細な構造体が製作されなければならない。この構造体は、従来のスクリーン印刷技術またはステンシル印刷技術では僅かな層厚さでしか製作することができない。しかし、基板には、単純な信号線路よりも高い電流を運ぶ導体路および構造体も実現することができなければならない。したがって、やはり、より広幅の構造体が形成される。この場合、種々異なる形式で微細な構造体を形成するために、連続する複数の印刷過程で種々異なる構造体領域を従来のスクリーン印刷技術で製作することが知られている。

さらに、種々異なる特性を備えたペーストが塗布され得る。金属製の構造体のほかに、絶縁性のもしくはセラミックス製のかつ半導体の構造体も、たとえば抵抗ペーストによって被着される。抵抗をその固有の値に調和させるために、一方では、種々異なる面抵抗、たとえば単位面積あたり１００オーム、１ｋオーム、１０ｋオーム、１００ｋオームを備えた種々異なる抵抗ペーストが使用され、他方では、精密適合が面積適合によって実現される。この場合、印刷される厚さはコンスタントである。

拡幅された構造体を回避するためには、現在、グラビア印刷が使用される。このグラビア印刷では、種々異なる厚さを備えた印刷された構造体が形成される。この場合、まず、印刷画像に相当する形がグラビア版に形成されるかもしくはドクタ塗布される。その後、第２のステップでグラビア版が反転され、基板に転写されるかまたは相応して基板が反転され、グラビア版上に置かれる。したがって、従来のスクリーン印刷に対して、付加的なプロセスステップが必要となる。これによって、より高いサイクル時間が必要となる。さらに、グラビア版は製造において手間がかかると共に高価である。

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた、印刷されたスイッチ回路を備えた構成エレメントを製作するための方法を改良して、微細構造体を少ない回数の印刷ステップで種々異なる厚さで製作することができるようにすることである。

この課題を解決するために本発明の方法では、下側の製品層と、該下側の製品層上に配置された少なくとも１つの格子層とを備えた印刷ステンシルを基板の基板表面に載着し、この場合、製品層が、少なくとも１つの下側の開口を有しており、格子層が、下側の開口の上方に配置された少なくとも１つの上側の開口を有しており、該上側の開口内に、該上側の開口を通って延びる、下側の開口を部分的にカバーする中間材料領域が形成されており、材料ペーストを印刷ステンシルによって基板表面に印刷し、印刷ステンシルを取り除き、この場合、基板表面に、開口を通して印刷された材料領域が残っており、該材料領域を硬化させて、スイッチ回路の回路領域を基板表面に形成するようにした。

本発明による方法は従来のものに比べて幾つかの利点を提供する。本発明によれば、下側の製品層と、この製品層上に配置された少なくとも１つの上側の格子層とを備えた印刷ステンシルが使用される。製品層は、自体公知の形式で、その開口によって、印刷したい領域を規定している。格子層は上側の開口を有している。この開口は製品層の下側の開口にほぼ合致しているかもしくは整合しているかまたは下側の開口よりも大きく形成されていてもよい。この場合、格子層の上側の開口内には中間材料領域、特にたとえば平行なウェブを備えたウェブ構造体が延びている。このウェブ構造体は上側の開口を開口領域もしくは部分開口に分割している。したがって、製品層の下側の開口が、その上方に位置する上側の開口の中間材料領域によって部分的にカバーされ、これによって、形成される貫通孔の総自由面積が減少させられている。

印刷過程時には、中間材料領域に材料ペーストが塗布されず、これによって、被着される各材料領域の鉛直方向の平均的な厚さが、上側の開口の自由開口領域の総和と、下側の開口の面積との面積割合として生ぜしめられる係数だけ減少させられる。

ほぼ均一な鉛直方向の厚さを備えた構造体を形成するためには、材料ペーストを印刷しかつステンシルを取り除いた後、材料ペーストがその流動特性に基づき微細構造体を各材料領域の内部で少なくともほぼ補償することによって、被着された構造体の均一化が達成される。この場合、材料ペーストの固有の粘性の特性ですでに十分であり得る。補足的には、流動特性を加速させるかもしくは助成する手段、たとえばＵＶ放射線の照射または基本的には、別の媒体、たとえば軟化媒体または溶媒の供給も使用されてよい。

個々の材料領域の鉛直方向の厚さの均一化後、自体公知の形式で、塗布された材料ペーストから成る材料領域の硬化が、たとえば１回の焼結過程によって行われる。

本発明の利点は、一方では、従来のステンシル印刷技術またはスクリーン印刷技術と異なり、電子的な回路の、電流を運ぶ微細な導体路を１回の印刷ステップで種々異なる厚さを備えて被着することができることにある。したがって、常に改善された面積使用度を達成することができる。さらに、印刷された抵抗の抵抗値を、材料に関連した種々異なる抵抗値の使用もしくはペースト特性または横方向の面積適合を介してだけでなく、種々異なる厚さを介しても調整することができる。これによって、構造体の面積使用を高めることができ、使用される種々異なる抵抗ペーストのバリエーションを減少させることができ、これによって、種々異なる少ない抵抗値を、面積最適化して少ない印刷ステップでひいては時間的にかつコスト的により有利に使用することができる。

グラビア版の使用に比べて、ただ１回の印刷ステップを備えたより簡単なプロセス順序による利点が得られる。

本発明によれば、基本的に製品層に複数の格子層が載着されてもよい。さらに、本発明によれば、種々異なる材料による複数回の印刷ステップが使用されてもよい。この場合、印刷ステップの回数は従来の方法に比べて減少させられ得る。したがって、たとえば１回の印刷ステップで導体路を印刷することができ、後続の１回の印刷ステップで種々異なる抵抗を印刷することができる。さらに、後続の１回の印刷ステップで、たとえば半導体材料を印刷することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

本発明による印刷法では、基板２の基板表面１上に本発明による印刷ステンシル３が置かれる。この印刷ステンシル３は、下側の製品層４と少なくとも１つの上側の格子層５とを有している。

製品層４は、厚さｄ１と、相応の構造体を基板表面１に形成するための一貫して延びる下側の開口６とを有している。製品層４上に置かれた格子層５は、厚さｄ２と上側の開口７とを有している。この開口７はその外側輪郭から、有利には、製品層４の下側の開口６にほぼ相当しているかもしくは合致している。しかし、これに対して択一的には、上側の開口７が基本的に下側の開口６よりも幾分大きく形成されていてもよい。上側の開口７を通って中間材料領域１０が延びている。この中間材料領域１０は、この構成では、個々のウェブ１２を備えたウェブ構造体１０として形成されている。この場合、ウェブ１２は、たとえば平行に延びており、かつ／または交差している。ウェブ１２によって、上側の各開口７が個々の開口領域１４に分割される。図２および図３に示した、それぞれ直角な格子の形を有するウェブ構造体１０では、規則的に配置された正方形の開口領域１４が得られる。したがって、上側の開口７に形成された開口領域１４の総面積が、特に図３ａ〜図３ｃから明らかであるように、該当する上側の開口７の自由面積よりも小さく形成されているかまたは自由面積と同一に形成されている。

図３ａには、中間材料もしくはウェブ構造体１０なしの格子層５が示してある、すなわち、開口１４の開いた総面積Ｆ７と、下側の開口６の開いた面積Ｆ６との比ｘａが、値ｘａ＝Ｆ７／Ｆ６＝１をとることが示してある。図３ｂでは、相応して、減少させられた面積割合ｘｂ＜１が生ぜしめられる。なぜならば、ウェブ構造体１０が下側の開口６の面積を部分的にカバーしているかもしくは制限しているからである。図３ｃでは、ウェブ構造体１０のウェブ１２が密に相並んで延びており、これによって、面積割合がｘｃ＜ｘｂである。

本発明によれば、１回のステンシル印刷法で材料ペースト１６が開口６，７を通して基板表面１に印刷され、これによって、印刷ステンシル３を取り除いた後、まず、図４ａに示した材料ペーストの構造体が格子層５に相応して厚さｄ１＋ｄ２を備えて生ぜしめられる。引き続き、材料ペースト１６は、材料領域が平坦化され、したがって、引き続き、大きい方の厚さの第１の材料領域１８と、小さい方の厚さの第２の材料領域２０とが形成されるように延びている。この場合、各材料領域１８，２０では、その都度の総厚さｄｉが面積割合ｘｉに関連してｄｉ＝ｄ１＋ｘｉ・ｄ２として得られる。材料領域１８，２０の材料ペースト１６は、引き続き、自体公知の形式で硬化させられ、これによって、図４ｂに示した、材料領域１８，２０と、場合により別のエレメントとから成る印刷されたスイッチ回路２４を備えた構成エレメント２２が形成される。材料領域１８，２０は、たとえば導体、半導体エレメントまたはセラミックス製のエレメントであってよい。

製品層および格子層を備えた本発明による印刷ステンシルの横断面図である。 図１に示した製品層および格子層の平面図である。 格子層における種々異なる構造を示す図であり、ａ）には、完全に開いた面積が示してあり、ｂ）には、減少させられた面積割合ｘ１が示してあり、ｃ）には、減少させられた面積割合ｘ２＜ｘ１が示してある。 印刷ステンシルを取り除いた後の方法ステップと、材料ペーストを均一化しかつ硬化させた後の本発明による構成エレメントとの横断面図である。

符号の説明

１ 基板表面、 ２ 基板、 ３ 印刷ステンシル、 ４ 製品層、 ５ 格子層、 ６ 開口、 ７ 開口、 １０ ウェブ構造体、 １２ ウェブ、 １４ 開口領域、 １６ 材料ペースト、 １８ 材料領域、 １９ 微細構造体、 ２０ 材料領域、 ２１ 微細構造体、 ２２ 構成エレメント、 ２４ スイッチ回路、 ｄ１，ｄ２ 厚さ、 ｄｉ 総厚さ

Claims (9)

1. 印刷されたスイッチ回路（２４）を備えた構成エレメントを製作するための方法において、少なくとも以下のステップ：すなわち、
   下側の製品層（４）と、該下側の製品層上に配置された少なくとも１つの格子層（５）とを備えた印刷ステンシル（３）を基板（２）の基板表面（１）に載着し、この場合、製品層（４）が、少なくとも１つの下側の開口（６）を有しており、格子層（５）が、下側の開口（６）の上方に配置された少なくとも１つの上側の開口（７）を有しており、該上側の開口（７）内に、該上側の開口（７）を通って延びる、下側の開口（６）を部分的にカバーする中間材料領域（１０）が形成されており、
   材料ペースト（１６）を印刷ステンシル（３）によって基板表面（１）に印刷し、印刷ステンシル（３）を取り除き、この場合、基板表面（１）に、開口（６，７）を通して印刷された材料領域（１８，２０）が残っており、
   該材料領域（１８，２０）を硬化させて、スイッチ回路（２４）の回路領域を基板表面（１）に形成する
   が設けられていることを特徴とする、印刷されたスイッチ回路を備えた構成エレメントを製作するための方法。
2. 上側の開口（７）の中間材料領域（１０）によって材料領域（１８，２０）に、印刷ステンシル（３）の取除き後にかつ材料領域（１８，２０）の硬化前に少なくとも部分的に潮解する微細構造体（１９，２１）を形成する、請求項１記載の方法。
3. 材料ペースト（１６）の、微細構造体（１９，２１）が形成された材料領域（１８，２０）が、潮解後、鉛直方向の厚さｄｉを
   ｄｉ＝ｄ１＋ｘｉ・ｄ２
   により有しており、この場合、ｄ１が、製品層（４）の厚さであり、ｄ２が、格子層（５）の厚さであり、ｘｉが、下側の開口（６）の自由面積と、該下側の開口（６）の上方の上側の開口（７）の自由開口領域（１４）の総面積との比として得られる面積割合である、請求項２記載の方法。
4. 格子層（５）が、中間材料領域（１０）を備えた複数の上側の開口（７）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 中間材料領域（１０）が、格子状のウェブ構造体（１０）である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 格子状のウェブ構造体（１０）が、直角の、有利には正方形の開口領域（１４）を取り囲んでいる、請求項５記載の方法。
7. 種々異なる開口（７）内に、種々異なる形式で近くに相並んで位置する平行なウェブ（１２）を備えた格子状のウェブ構造体（１０）が形成されている、請求項６記載の方法。
8. 材料領域（１８，２０）から、金属構成エレメント、セラミックス構成エレメント、半導体構成エレメントまたはポリマ構成エレメントを形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 複数回のステップでそれぞれ種々異なる特性の材料ペースト（１６）を塗布する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

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