JP2007289836A - パターン形成方法、液滴吐出装置及び回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】液滴の乾燥効率を向上させるとともに、基板やパターンの熱的損傷を軽減させたパターン形成方法、液滴吐出装置及び回路モジュールを提供する。
【解決手段】グリーンシート４Ｓが、４００ｎｍ以上の可視領域の光と、近赤外領域の光と、を反射する。また、グリーンシート４Ｓに吐出される金属インクが、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長の光を吸収する。そして、吐出ヘッド２１が金属インクを液滴Ｆｂにしてグリーンシート４Ｓに吐出した後に、半導体レーザＬＤが着弾した液滴Ｆｂの領域に４００〜１２００ｎｍの範囲にある波長（８０８ｎｍ）のレーザ光Ｌを照射する。
【選択図】図７

Description

本発明は、パターン形成方法、液滴吐出装置及び回路モジュールに関する。

近年、半導体素子などの電子部品を搭載する回路モジュールには、ガラスセラミックからなる低温焼成セラミックス多層基板（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ多層基板）を有するものが知られている。ＬＴＣＣ多層基板は、積層したグリーンシートを９００℃以下の低温で焼成できるため、内部配線に銀や金などの低融点金属を使用することができ、内部配線の低抵抗化を図ることができる。

こうしたＬＴＣＣ多層基板の製造工程では、金属ペーストや金属インクを利用し、積層する前の各グリーンシート上に配線パターンを描画する。この描画方法として、特許文献１は、金属インクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法を提案している。インクジェット法は、吐出した液滴を接合して配線パターンを描画する。そのため、内部配線の設計変更（例えば、内部配線の高密度化や配線幅及び配線ピッチの狭小化）に対して迅速に対応することができる。
特開２００５−５７１３９号公報

しかしながら、インクジェット法では、厚膜の配線パターンを描画する場合、液滴の過剰な濡れ広がりを回避するために、液滴の吐出処理と、液滴の乾燥処理と、を交互に繰り返し、薄膜の配線パターンを所定の膜厚まで積層する。そのため、液滴の乾燥処理を自然乾燥で行うと、乾燥処理に多大な時間を要し、ＬＴＣＣ多層基板の生産性を著しく低下させる問題があった。一方、乾燥炉などを利用して液滴を加熱乾燥すると、加熱乾燥を施すたびに、薄膜の配線パターンの全体とグリーンシートの全体が、それぞれ熱膨張する。この結果、内部配線やグリーンシートに熱的損傷（例えば、クラックなど）を来たす虞があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液滴の乾燥効率を向上させるとともに、基板やパターンの熱的損傷を軽減させたパターン形成方法、液滴吐出装置及び回路モジュールを提供することである。

本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料を液滴にして基板に吐出し、前記基板に着弾した前記液滴を乾燥して前記液滴からなるパターンを前記基板に形成するようにしたパターン形成方法において、前記基板に着弾した前記液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射して前記パターンを形成するようにした。

本発明のパターン形成方法によれば、基板に反射される波長のレーザ光が、基板に着弾した液滴を乾燥する。よって、基板の温度上昇を軽減させて、基板に着弾した液滴を短時間で乾燥させることができ、基板やパターンの全体にわたる長時間の加熱を回避させることができる。この結果、液滴の乾燥効率を向上させるとともに、基板やパターンの熱的損傷を軽減させることができる。

また、このパターン形成方法は、前記基板に着弾して乾燥した前記液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記乾燥した液滴を焼成する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射して前記パターンを形成するようにしてもよい。

このパターン形成方法によれば、基板に反射される波長領域のレーザ光が、乾燥した液滴を焼成させる。よって、基板の温度上昇を軽減させて、基板に着弾した液滴を短時間で焼成させることができる。この結果、基板やパターンの熱的損傷を軽減させて、焼成したパターンを形成させることができる。

本発明の液滴吐出装置は、パターン形成材料を液滴にして基板に吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記基板に着弾した液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射するレーザ照射手段を備えた。

本発明の液滴吐出装置によれば、基板に反射される波長のレーザ光が、基板に着弾した液滴を乾燥する。よって、基板の温度上昇を軽減させて、基板に着弾した液滴を短時間で乾燥させることができ、基板やパターンの全体にわたる長時間の加熱を回避させることができる。その結果、液滴の乾燥効率を向上させるとともに、基板やパターンの熱的損傷を軽減させることができる。

また、この液滴吐出装置において、前記パターン形成材料は、近赤外領域にある波長のレーザ光を吸収して乾燥する金属インクであって、前記基板は、近赤外領域にある波長のレーザ光を反射する低温焼成セラミック基板であって、前記レーザ照射手段は、近赤外領域にある波長のレーザ光を前記液滴の領域に照射するようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、近赤外領域にある波長のレーザ光が、金属インクの乾燥効率を向上させるとともに、低温焼成セラミック基板の熱的損傷を軽減させることができる。

また、この液滴吐出装置において、前記パターン形成材料は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を吸収して乾燥する金属インクであって、前記基板は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を反射する低温焼成セラミック基板であって、前記レーザ照射手段は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を前記液滴の領域に照射するようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光が、金属インクの乾燥効率を向上させるとともに、低温焼成セラミック基板の熱的損傷を軽減させることができる。

また、この液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドを搭載し、前記液滴吐出ヘッドを一方向に沿って前記基板に対して相対的に走査するキャリッジを備え、前記レーザ照射手段は、前記キャリッジに搭載され、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を出射する半導体レーザと、前記キャリッジに搭載され、前記半導体レーザの出射したレーザ光を前記液滴の領域に照射する照射光学系と、を備えてもよい。

この液滴吐出装置によれば、キャリッジに搭載した液滴吐出ヘッドが、基板に向けて液滴を吐出し、同キャリッジに搭載した半導体レーザと照射光学系が、基板に着弾した液滴の領域に向けてレーザ光を照射する。よって、液滴の着弾位置に対するレーザ光の相対位置を維持させることができ、所定の波長のレーザ光を、より確実に、液滴の領域に照射さ
せることができる。さらには、液滴吐出装置の小型化や軽量化を図ることができる。

本発明の回路モジュールは、基板と、前記基板に形成された回路素子と、前記基板に形成されて前記回路素子に電気的に接続された金属配線と、を備えた回路モジュールにおいて、前記金属配線は、上記液滴吐出装置によって形成された。

本発明の回路モジュールによれば、金属配線の形成不良を解消させることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。まず、本発明の回路モジュール１について説明する。
図１において、回路モジュール１には、板状に形成されたＬＴＣＣ多層基板２と、そのＬＴＣＣ多層基板２の上側に、ワイヤーボンディング接続あるいはフリップチップ接続された複数の半導体チップ３と、が備えられている。

ＬＴＣＣ多層基板２には、シート状に形成された複数の低温焼成セラミック基板（以下単に、絶縁層４という。）が積層されている。各絶縁層４は、それぞれガラスセラミック系材料（例えば、ホウケイ酸アルカリ酸化物などのガラス成分とアルミナなどのセラミック成分の混合物）からなる焼結体であり、その厚みが数百μｍで形成されている。

各絶縁層４の層間には、抵抗素子や容量素子、コイル素子などの各種の回路素子５と、各回路素子５を電気的に接続する金属配線としての複数の内部配線６と、が形成されている。各回路素子５と各内部配線６は、それぞれ銀や銀合金などの金属微粒子の焼結体であって、本発明の液滴吐出装置１０を利用して形成される。各絶縁層４の層内には、スタックビア構造やサーマルビア構造を呈するビア配線７が形成され、各回路素子５や各内部配線６を層間で電気的に接続する。各ビア配線７は、各回路素子５や各内部配線６と同じく、銀や銀合金などの金属微粉末の焼結体である。

次に、上記ＬＴＣＣ多層基板２の製造方法について図２に従って説明する。
図２において、まず、絶縁層４を切出し可能にする基板としてのグリーンシート４Ｓにパンチ加工やレーザ加工を施し、ビアホール７Ｈを打抜き形成する。次いで、グリーンシート４Ｓに金属ペーストを用いたスクリーン印刷を複数回施し、ビアホール７Ｈの中に金属ペーストを充填し、金属ペーストからなるビアパターン７Ｆを形成する。次いで、金属ナノ微粒子を水系溶媒に分散させたパターン形成材料としての金属インクＦ（本実施形態では、水系銀インク）を用いて、グリーンシート４Ｓの上面（以下単に、パターン形成面４Ｓａという。）にインクジェット印刷を施す。

詳述すると、パターン形成面４Ｓａであって、回路素子５及び内部配線６を形成するための領域（以下単に、パターン形成領域という。）に金属インクＦの液滴Ｆｂを吐出し、パターン形成領域に着弾した液滴Ｆｂを乾燥する。そして、この吐出動作と、乾燥動作と、を繰り返し、パターン形成領域に対応する素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを描画する。この際、パターン形成領域に着弾した液滴Ｆｂの乾燥は、着弾した液滴Ｆｂの領域にレーザ光Ｌを照射することによって行う。

グリーンシート４Ｓに素子パターン５Ｆ、配線パターン６Ｆ及びビアパターン７Ｆを形成すると、複数のグリーンシート４Ｓを一括して積層し、ＬＴＣＣ多層基板２に対応する領域を積層体４Ｂとして切り出して焼成する。すなわち、グリーンシート４Ｓ、素子パターン５Ｆ、配線パターン６Ｆ及びビアパターン７Ｆを一括積層し、同時焼成する。これによって、絶縁層４、回路素子５、内部配線６及びビア配線７を有したＬＴＣＣ多層基板２を形成する。

次に、上記素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを描画するための液滴吐出装置１０について図３に従って説明する。図３は、液滴吐出装置１０を示す全体斜視図である。
図３において、液滴吐出装置１０は、直方体形状に形成された基台１１を備えている。基台１１の上面には、その長手方向（Ｙ矢印方向）に沿って延びる一対の案内溝１２が形成されている。案内溝１２の上方には、案内溝１２に沿ってＹ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に移動するステージ１３が備えられている。ステージ１３の上面には、載置部１４が形成され、上記パターン形成面４Ｓａを上側にしたグリーンシート４Ｓを載置する。載置部１４は、載置された状態のグリーンシート４Ｓをステージ１３に対して位置決め固定し、グリーンシート４ＳをＹ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に搬送する。

本実施形態では、図３において、Ｙ矢印方向が走査方向として定義される。
基台１１の走査方向及び上方には、それぞれ着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂが配設されている。着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂは、それぞれグリーンシート４Ｓ上を撮像し、パターン形成面４Ｓａに向かって飛行する状態の液滴Ｆｂや、パターン形成面４Ｓａに着弾した状態の液滴Ｆｂを観測するために利用される。

基台１１の一側には、吸引ポンプＰＭＰが配設されている。吸引ポンプＰＭＰは、グリーンシート４Ｓ上で液滴Ｆｂを乾燥するときに、グリーンシート４Ｓ上に浮遊する蒸発成分を吸引するために利用される。

基台１１には、その走査方向と直交するＸ矢印方向両側に、門型に形成されたガイド部材１６が基台１１を跨ぐように架設されている。ガイド部材１６の上側には、Ｘ矢印方向に延びるインクタンク１７が配設されている。インクタンク１７は、金属インクＦを貯留し、下方に配設される複数の液滴吐出ヘッド（以下単に、吐出ヘッドという。）２１に、それぞれ所定の圧力で金属インクＦを供給する。

ガイド部材１６の反走査方向側には、そのＸ矢印方向略全幅にわたって、Ｘ矢印方向に延びる上下一対のガイドレール１８が形成されている。一対のガイドレール１８には、キャリッジ２０が取り付けられ、ガイドレール１８に沿ってＸ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に移動する。キャリッジ２０の底面２０ａには、複数の吐出ヘッド２１が搭載されている。図４は、吐出ヘッド２１を下側から見た斜視図である。図５は、キャリッジ２０の底面２０ａを下側から見た平面図である。図６は、図４のＡ−Ａ線断面図である。

図４において、吐出ヘッド２１は、Ｘ矢印方向に延びる直方体形状に形成されている。吐出ヘッド２１の下側（グリーンシート４Ｓ側：図４の上側）には、ノズルプレート２２が備えられている。ノズルプレート２２は、Ｘ矢印方向に延びる板状に形成され、その下面（図４の上面）には、ノズル形成面２２ａが形成されている。ノズル形成面２２ａは、グリーンシート４Ｓのパターン形成面４Ｓａと略平行に形成され、グリーンシート４Ｓが吐出ヘッド２１の直下に位置するときに、ノズル形成面２２ａとパターン形成面４Ｓａとの間の距離（プラテンギャップ）を所定の距離（本実施形態では、３００μｍ）に保持する。

ノズル形成面２２ａは、そのＸ矢印方向略全幅（約１インチ）にわたって配列された１８０個のノズルＮからなる一対のノズル列ＮＬを有する。一対のノズル列ＮＬは、一方のノズル列ＮＬを構成する１８０個のノズルＮが、走査方向から見て、他方のノズル列ＮＬを構成する１８０個のノズルＮの間を補間する。これによって、各吐出ヘッド２１は、それぞれ走査方向から見て、１インチ当りに１８０個×２＝３６０個のノズルＮを有する。

図５において、キャリッジ２０の底面２０ａは、Ｘ矢印方向に沿って配列された３個の
吐出ヘッド２１からなる４列のヘッド列ＨＬ１〜ＨＬ４を有する。ヘッド列ＨＬ１，ＨＬ２は、ヘッド列ＨＬ１の有する各ノズルＮが、走査方向から見て、それぞれヘッド列ＨＬ２の有する各ノズルＮの間を補間する。これによって、ヘッド列ＨＬ１，ＨＬ２は、Ｙ矢印方向から見て、１インチ当りに３６０個×２＝７２０個のノズルＮを有する。ヘッド列ＨＬ３，ＨＬ４は、上記ヘッド列ＨＬ１，ＨＬ２と同様に、走査方向から見て、１インチ当りに３６０個×２＝７２０個のノズルＮを有する。また、ヘッド列ＨＬ３，ＨＬ４の各吐出ヘッド２１は、走査方向から見て、ヘッド列ＨＬ１，ＨＬ２の各吐出ヘッド２１の間を補間する。

これによって、キャリッジ２０は、そのＸ矢印方向略全幅にわたって、走査方向から見て、１インチ当たりに７２０個のノズルを有する。すなわち、３個×４列の吐出ヘッド２１は、その最大解像度が７２０ｄｐｉになるように配置構成される。

図６において、各ノズルＮは、それぞれノズル形成面２２ａの法線方向に貫通形成されている。各ノズルＮの上側には、それぞれインクタンク１７に連通するキャビティ２３が形成されている。キャビティ２３は、インクタンク１７からの金属インクＦを対応するノズルＮに供給する。各キャビティ２３の上側には、上下方向に振動してキャビティ２３内の容積を拡大及び縮小する振動板２４が貼り付けられている。振動板２４の上側には、各ノズルＮに対応する複数の圧電素子ＰＺが配設されている。各圧電素子ＰＺは、それぞれ上下方向に収縮及び伸張して対応する振動板２４の領域を上下方向に振動し、対応するノズルＮから、金属インクＦを所定容量（本実施形態では、１０ｐｌ）の液滴Ｆｂにして吐出する。液滴Ｆｂは、対応するノズルＮの反Ｚ矢印方向に飛行し、対向するパターン形成面４Ｓａ上の位置に着弾する。

本実施形態では、パターン形成面４Ｓａ上の位置であって、各ノズルＮの直下に対応する位置が、それぞれ着弾位置Ｐとして定義される。
図５において、キャリッジ２０内であって、上記各吐出ヘッド２１の走査方向には、それぞれレーザ照射手段を構成する半導体レーザＬＤが配設されている。図７は、半導体レーザＬＤと吐出ヘッド２１との位置関係を示す要部側面図である。

図７において、キャリッジ２０の底面２０ａであって、各吐出ヘッド２１の走査方向には、それぞれキャリッジ２０の内部までを貫通する出射孔Ｈが形成されている。各出射孔Ｈは、それぞれＸ矢印方向の幅が対応する吐出ヘッド２１のＸ矢印方向の幅と略同じサイズで形成されている。各出射孔Ｈの上側には、それぞれ対応する半導体レーザＬＤが配設されている。各半導体レーザＬＤは、所定の駆動信号を受け、対応する出射孔ＨのＸ矢印方向略全幅に広がる帯状のコリメートされたレーザ光Ｌを下方に向けて出射する。

このレーザ光Ｌの有する波長は、８０８ｎｍであって、金属インクＦ（銀インク）に対する透過率（吸収率）の波長分布と、グリーンシート４Ｓに対する反射率の波長分布と、に基づいて設定される。図８及び図９は、それぞれ金属インクＦに対する透過率の波長分布及びグリーンシート４Ｓに対する反射率の波長分布を示す。

すなわち、図８に示すように、金属インクＦの透過率は、可視領域の短波長側（４００ｎｍ）で最も低く、近赤外領域に移るに連れて徐々に増大する。また、金属インクＦの透過率は、１２００ｎｍよりも長波長側の近赤外領域で殆ど変化することなく、その高い透過率を維持する。そのため、金属インクＦは、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光が照射されるときに、同レーザ光を効果的に吸収して熱エネルギーに変換し、溶媒あるいは分散媒を蒸発して乾燥する。一方、図９に示すように、グリーンシート４Ｓは、４００ｎｍ以上の可視領域と近赤外領域の略全領域で高い反射率を維持する。そのため、グリーンシート４Ｓは、４００ｎｍ以上の可視領域と近赤外領域の範囲にある波長
の光が照射されるときに、同レーザ光の殆どを反射し、その昇温を軽減する。

そこで、本実施形態のレーザ光Ｌは、その波長の範囲が、金属インクＦに効果的に吸収される波長であって、かつ、グリーンシート４Ｓに反射される波長、つまり４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲に設定される。このため、半導体レーザＬＤの出射したレーザ光Ｌ（波長：８０８ｎｍ）は、金属インクＦ（液滴Ｆｂ）に照射されるときに、液滴Ｆｂに吸収されて液滴Ｆｂを短時間で乾燥し、かつ、グリーンシート４Ｓに照射されるときに、グリーンシート４Ｓに反射されてグリーンシート４Ｓの温度上昇を軽減する。しかも、８０８ｎｍのレーザ光Ｌは、公知の半導体レーザＬＤを利用して出射可能な波長であるため、レーザ光Ｌの光源として半導体レーザを採用することができ、照射光学系の小型化及び軽量化を図ることができる。すなわち、レーザ光Ｌの照射光学系を吐出ヘッド２１とともにキャリッジ２０に搭載させることができ、液滴Ｆｂに対するレーザ光Ｌの相対的位置を保持させことができる。

図７において、出射孔Ｈの内部には、照射光学系を構成するシリンドリカルレンズ２５が配設されている。シリンドリカルレンズ２５は、Ｙ矢印方向にのみ曲率を有するレンズであり、そのＸ矢印方向の幅が吐出ヘッド２１のＸ矢印方向の幅と同じサイズで形成されている。シリンドリカルレンズ２５は、半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｌを受けるときに、そのレーザ光ＬのＹ矢印方向（または反Ｙ矢印方向）の成分のみを収束して下方に出射する。

出射孔Ｈの下側には、キャリッジ２０の下方に延びるミラーステージ２６と、ミラーステージ２６に回動可能に支持されて照射光学系を構成する反射ミラー２７と、が配設されている。ミラーステージ２６は、Ｘ矢印方向に沿う回動軸を中心にして対応する反射ミラー２７を回動可能に支持する。

反射ミラー２７は、シリンドリカルレンズ２５側に反射面２７ｍを有したガルバノミラーであって、そのＸ矢印方向の幅が吐出ヘッド２１のＸ矢印方向の幅と同じサイズで形成されている。反射ミラー２７は、対応する吐出ヘッド２１が液滴Ｆｂを吐出するときに、それぞれシリンドリカルレンズ２５からのレーザ光Ｌを反射面２７ｍで受け、レーザ光Ｌをパターン形成面４Ｓａの略接線方向に沿って反射し、レーザ光Ｌのビームウエストを対応する吐出ヘッド２１の下方に導く。吐出ヘッド２１の下方に導かれるレーザ光Ｌは、対応する着弾位置ＰのＹ矢印方向側に広がる光断面（ビームスポットＢＳ）を形成する。ビームスポットＢＳは、着弾した液滴Ｆｂが走査方向に走査されるときに、液滴Ｆｂと、液滴Ｆｂ近傍のグリーンシート４Ｓの領域と、にレーザ光Ｌを照射する。

この際、液滴Ｆｂは、レーザ光Ｌの波長が４００ｎｍ〜１２００ｎｍの間に設定されているため、同レーザ光Ｌを吸収して瞬時に乾燥する。また、液滴Ｆｂ近傍のグリーンシート４Ｓは、レーザ光Ｌの波長が４００ｎｍ〜１２００ｎｍの間に設定されているため、同レーザ光Ｌを反射して、その昇温を軽減する。すなわち、各液滴Ｆｂは、グリーンシート４Ｓ上に乾燥した液滴Ｆｂからなる単一の層パターンＦＰを形成し、グリーンシート４Ｓは、熱的損傷を来たすことなく層パターンＦＰを走査方向に搬出する。この結果、複数の層パターンＦＰを順に積層するときに、各層パターンＦＰ及びグリーンシート４Ｓの熱的損傷を軽減させることができ、積層した層パターンＦＰからなる素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを形成することができる。

図５及び図７に示すように、キャリッジ２０の底面２０ａであって、各吐出ヘッド２１と、対応する半導体レーザＬＤと、の間には、それぞれ吸引ポート２８が配設されている。吸引ポート２８は、下方を開口した箱体状に形成され、キャリッジ２０内に配設される吸引チューブＴを介して吸引ポンプＰＭＰに接続されている。吸引ポート２８は、レーザ
光Ｌが液滴Ｆｂを乾燥するときに、吸引ポンプＰＭＰの吸引を受け、グリーンシート４Ｓ上で浮遊する蒸発成分を吸引し、反射ミラー２７やシリンドリカルレンズ２５の光学的な汚染を抑制する。これによって、レーザ光Ｌの光学特性を安定させることができる。

図５及び図７において、キャリッジ２０の底面２０ａであって、各吐出ヘッド２１の反走査方向には、それぞれ遮光プレート２９が配設されている。遮光プレート２９は、レーザ光Ｌを吸収する黒色アルミプレートであって、そのＸ矢印方向の幅が吐出ヘッド２１のＸ矢印方向の幅と略同じサイズで形成されている。遮光プレート２９は、レーザ光Ｌが液滴Ｆｂを乾燥するときに、ビームスポットＢＳの領域から反射あるいは散乱されるレーザ光Ｌを受けて終端させる。これによって、反射あるいは散乱したレーザ光Ｌによる各種部材の熱的損傷を軽減させることができる。

次に、上記のように構成した液滴吐出装置１０の電気的構成を図１０に従って説明する。
図１０において、制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、格納された各種データ及び各種制御プログラムに従って、ステージ１３及びキャリッジ２０を移動させるとともに、着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂ、吸引ポンプＰＭＰ，半導体レーザＬＤ及び各圧電素子ＰＺを駆動制御する。

制御装置４０には、起動スイッチ、停止スイッチなどの操作スイッチを有した入力装置４１が接続されている。入力装置４１は、描画平面（パターン形成面４Ｓａ）に対するパターン形成領域（層パターンＦＰ）の位置座標に関する情報を既定形式の描画情報Ｉａとして制御装置４０に入力する。制御装置４０は、入力装置４１からの描画情報Ｉａを受け、ビットマップデータＢＭＤを生成する。

ビットマップデータＢＭＤは、各ビットの値（０あるいは１）に応じて各圧電素子ＰＺのオンあるいはオフを規定するデータである。ビットマップデータＢＭＤは、吐出ヘッド２１の通過する描画平面（パターン形成面４Ｓａ）上の各位置に、それぞれ液滴Ｆｂを吐出するか否かを規定するデータである。すなわち、ビットマップデータＢＭＤは、パターン形成領域に規定される各目標位置に液滴Ｆｂを吐出させるためのものである。

制御装置４０には、Ｘ軸モータ駆動回路４２が接続されて、Ｘ軸モータ駆動回路４２に対応する駆動制御信号を出力する。Ｘ軸モータ駆動回路４２は、制御装置４０からの駆動制御信号に応答し、キャリッジ２０を移動させるためのＸ軸モータＭＸを正転又は逆転させる。Ｘ軸モータ駆動回路４２には、Ｘ軸エンコーダＸＥが接続されて、Ｘ軸エンコーダＸＥからの検出信号が入力される。Ｘ軸モータ駆動回路４２は、Ｘ軸エンコーダＸＥからの検出信号に基づいて、パターン形成面４Ｓａに対するキャリッジ２０（各着弾位置Ｐ）の移動方向及び移動量に関する信号を生成し、制御装置４０に出力する。

制御装置４０には、Ｙ軸モータ駆動回路４３が接続されて、Ｙ軸モータ駆動回路４３に対応する駆動制御信号を出力する。Ｙ軸モータ駆動回路４３は、制御装置４０からの駆動制御信号に応答し、ステージ１３を移動させるためのＹ軸モータＭＹを正転又は逆転させる。Ｙ軸モータ駆動回路４３には、Ｙ軸エンコーダＹＥが接続されて、Ｙ軸エンコーダＹＥからの検出信号が入力される。Ｙ軸モータ駆動回路４３は、Ｙ軸エンコーダＹＥからの検出信号に基づいて、ステージ１３（パターン形成面４Ｓａ）の移動方向及び移動量に関する信号を生成し、制御装置４０に出力する。制御装置４０は、Ｙ軸モータ駆動回路４３からの信号に基づいて、パターン形成面４Ｓａに対する各着弾位置Ｐの相対位置を演算し、目標位置が対応する着弾位置Ｐに位置するたびに吐出タイミング信号ＬＰを出力する。

制御装置４０には、着弾観測カメラ駆動回路４４が接続されて、描画動作を開始すると
きに描画開始信号Ｓ１を出力し、描画動作を終了するときに描画終了信号Ｓ２を出力する。着弾観測カメラ駆動回路４４は、制御装置４０からの描画開始信号Ｓ１を入力して着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂに撮像動作を開始させ、制御装置４０からの描画終了信号Ｓ２を入力して着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂに撮像動作を停止させる。すなわち、制御装置４０は、着弾観測カメラ駆動回路４４を介して、描画動作の間に着弾観測カメラ１５Ａ，１５Ｂを駆動制御し、パターン形成面４Ｓａに向かって飛行する液滴Ｆｂやパターン形成面４Ｓａに着弾した液滴Ｆｂなどを撮像させる。

制御装置４０には、吸引ポンプ駆動回路４５が接続されて、描画動作を開始するときに描画開始信号Ｓ１を出力し、描画動作を終了するときに描画終了信号Ｓ２を出力する。吸引ポンプ駆動回路４５は、制御装置４０からの描画開始信号Ｓ１を入力して吸引ポンプＰＭＰに吸引動作を開始させ、制御装置４０からの描画終了信号Ｓ２を入力して吸引ポンプＰＭＰに吸引動作を停止させる。すなわち、制御装置４０は、吸引ポンプ駆動回路４５を介して、描画動作の間に吸引ポンプＰＭＰを駆動制御し、吸引ポート２８を介した蒸発成分の吸引動作を行う。

制御装置４０には、半導体レーザ駆動回路４６が接続されて、描画動作を開始するときに描画開始信号Ｓ１を出力し、描画動作を終了するときに描画終了信号Ｓ２を出力する。半導体レーザ駆動回路４６は、制御装置４０からの描画開始信号Ｓ１を入力して半導体レーザＬＤにレーザ光Ｌを出射させ、制御装置４０からの描画終了信号Ｓ２を入力して半導体レーザＬＤにレーザ光Ｌの出射を停止させる。すなわち、制御装置４０は、半導体レーザ駆動回路４６を介して、描画動作の間に半導体レーザＬＤを駆動制御し、レーザ光Ｌの照射動作を行う。

制御装置４０には、吐出ヘッド駆動回路４７が接続されて、各圧電素子ＰＺを駆動するための圧電素子駆動電圧ＣＯＭを前記吐出タイミング信号ＬＰと同期させて出力する。また、制御装置４０は、ビットマップデータＢＭＤに基づいて、所定のクロック信号に同期した吐出制御信号ＳＩを生成し、吐出制御信号ＳＩを吐出ヘッド駆動回路４７にシリアル転送する。吐出ヘッド駆動回路４７は、制御装置４０からの吐出制御信号ＳＩを各圧電素子ＰＺに対応させて順次シリアル／パラレル変換する。吐出ヘッド駆動回路４７は、制御装置４０からの吐出タイミング信号ＬＰを受けるたびに、シリアル／パラレル変換した吐出制御信号ＳＩをラッチし、選択される各圧電素子ＰＺにそれぞれ圧電素子駆動電圧ＣＯＭを供給する。

次に、液滴吐出装置１０を使用して素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを描画形成する方法について説明する。
まず、図３に示すように、パターン形成面４Ｓａが上側になるようにグリーンシート４Ｓをステージ１３に載置する。このとき、ステージ１３は、グリーンシート４Ｓをキャリッジ２０の反走査方向に配置する。

この状態から、描画情報Ｉａが入力装置４１から制御装置４０に入力され、制御装置４０が描画情報Ｉａに基づいたビットマップデータＢＭＤを生成して格納する。次いで、グリーンシート４Ｓが走査されるときに、着弾位置Ｐが対応する目標位置を通過するように、制御装置４０が、Ｘ軸モータ駆動回路４２を介してキャリッジ２０（吐出ヘッド３１）を配置移動する。キャリッジ２０が配置移動すると、制御装置４０が、Ｙ軸モータ駆動回路４３を介してグリーンシート４Ｓの走査を開始する。

グリーンシート４Ｓの走査を開始すると、制御装置４０が、描画開始信号Ｓ１を、着弾観測カメラ駆動回路４４及び吸引ポンプ駆動回路４５に出力し、着弾観測カメラ１５Ａ、着弾観測カメラ１５Ｂ及び吸引ポンプＰＭＰを駆動制御する。また、制御装置４０が、描
画開始信号Ｓ１を半導体レーザ駆動回路４６に出力し、各半導体レーザＬＤにレーザ光Ｌを出射させる。

また、グリーンシート４Ｓの走査を開始すると、制御装置４０が、ビットマップデータＢＭＤに基づいて生成した吐出制御信号ＳＩを吐出ヘッド駆動回路４７に出力する。
また、グリーンシート４Ｓの走査を開始すると、目標位置が対応する着弾位置Ｐに位置するたびに、制御装置４０が、吐出タイミング信号ＬＰを吐出ヘッド駆動回路４７に出力する。すなわち、制御装置４０は、吐出制御信号ＳＩに基づいて液滴Ｆｂを吐出するためのノズルＮを選択し、同ノズルＮに対応する着弾位置Ｐが目標位置に位置するたびに、同目標位置に向けて液滴Ｆｂを吐出させる。

吐出された各液滴Ｆｂは、それぞれ対応する目標位置に着弾し、グリーンシート４Ｓの走査によって、ビームスポットＢＳの領域に侵入する。ビームスポットＢＳの領域に侵入する各液滴Ｆｂは、それぞれ波長が８０８ｎｍのレーザ光Ｌを吸収し、瞬時に乾燥する。また、ビームスポットＢＳの領域に侵入するグリーンシート４Ｓは、レーザ光Ｌを反射し、その昇温を軽減する。よって、吐出された各液滴Ｆｂは、グリーンシート４Ｓの熱的損傷を来たすことなく、単一の層パターンＦＰをパターン形成領域に形成する。

以後同様にして、上記吐出動作と乾燥動作とを繰り返し、層パターンＦＰを積層させる。これによって、グリーンシート４Ｓや層パターンＦＰに熱的損傷を来たすことなく、素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを形成することができる。

なお、素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを形成する間に、吸引ポート２８が、吸引ポンプＰＭＰの吸引を受け、グリーンシート４Ｓ上で浮遊する蒸発成分を吸引し、レーザ光Ｌの光学特性を安定させる。また、遮光プレート２９が、ビームスポットＢＳの領域から反射あるいは散乱されるレーザ光Ｌを終端させる。この結果、液滴吐出装置１０は、グリーンシート４Ｓに対して、安定した吐出動作と乾燥動作を施すことができる。そのため、グリーンシート４Ｓや層パターンＦＰの熱的損傷を、より確実に低減させることができ、回路素子５及び内部配線６に対応した素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを、より高い再現性の下に形成させることができる。

次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、グリーンシート４Ｓが、４００ｎｍ以上の可視領域の光と、近赤外領域の光と、を反射する。また、グリーンシート４Ｓに吐出される金属インクＦが、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長の光を吸収する。そして、吐出ヘッド２１が金属インクＦを液滴Ｆｂにしてグリーンシート４Ｓに吐出した後に、半導体レーザＬＤが着弾した液滴Ｆｂの領域に４００〜１２００ｎｍの範囲にある波長（８０８ｎｍ）のレーザ光Ｌを照射する。

よって、着弾した液滴Ｆｂが、レーザ光Ｌの照射を受けて瞬時に乾燥し、グリーンシート４Ｓが、液滴Ｆｂの領域に照射されたレーザ光Ｌを反射する。そのため、グリーンシート４Ｓ及び層パターンＦＰの温度上昇を軽減させて、複数の層パターンＦＰを順に積層させることができ、素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを形成させることができる。この結果、液滴Ｆｂの乾燥効率を向上させるとともに、絶縁層４、回路素子５及び内部配線６の熱的損傷を軽減させ、回路モジュール１の生産性を向上させることができる。

（２）しかも、レーザ光Ｌの波長を半導体レーザＬＤの出射可能な波長に設定する。よって、レーザ光Ｌの光源として半導体レーザＬＤを採用させることができ、照射光学系の小型化及び軽量化を図ることができる。この結果、レーザ光Ｌの照射光学系を吐出ヘッド２１とともにキャリッジ２０に搭載させることができ、吐出する液滴Ｆｂに対して、その
レーザ光Ｌの相対的位置を保持させことができる。そのため、レーザ光Ｌを、より確実に、液滴Ｆｂの領域に照射させることができる。

（３）上記実施形態によれば、吸引ポート２８が、グリーンシート４Ｓ上に浮遊する蒸発成分を吸引する。よって、反射ミラー２７やシリンドリカルレンズ２５の光学的な汚染を抑制することができ、レーザ光Ｌの各種光学特性を安定させることができる。

（４）上記実施形態によれば、遮光プレート２９が、ビームスポットＢＳの領域から反射あるいは散乱されるレーザ光Ｌを受けて終端させる。これによって、反射あるいは散乱したレーザ光Ｌによる各種部材の熱的損傷を軽減させることができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、レーザ光Ｌの波長を、８０８ｎｍに具体化した。これに限らず、レーザ光Ｌの波長は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある他の波長であってもよい。つまり、レーザ光Ｌの波長は、パターン形成材料に吸収されて液滴を乾燥する波長であって、かつ、基板に反射される波長であればよい。

・上記実施形態では、基板を、グリーンシート４Ｓに具体化した。これに限らず、例えは、基板を、ポリイミド基板やガラエポ基板などに具体化してもよい。
この際、ポリイミド基板やガラエポ基板などの基板に対する反射率の波長分布に基づいて、レーザ光Ｌの波長を選択する。図１１及び図１２は、それぞれポリイミド基板に対する反射率の波長分布及びガラエポ基板に対する反射率の波長分布を示す。図１１及び図１２に示すように、ポリイミド基板にパターンを形成する場合には、約７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を使用するのが好ましく、ガラエポ基板を使用する場合には、約８００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を使用するのが好ましい。

・上記実施形態では、着弾した各液滴Ｆｂを、共通するビームスポットＢＳによって乾燥する構成にした。これに限らず、例えば半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｌを各ノズルＮに対応させて分割し、分割した各レーザ光Ｌを、それぞれ対応するノズルＮからの液滴Ｆｂに照射させる構成にしてもよい。あるいは、半導体レーザＬＤをノズルＮの数量分だけ搭載し、各半導体レーザＬＤからのレーザ光を、それぞれ対応するノズルＮからの液滴Ｆｂに照射させる構成にしてもよい。

この際、各レーザ光の照射と非照射とが、ノズルＮを選択させるための吐出制御信号ＳＩに基づいて選択される構成が好ましい。すなわち、液滴Ｆｂを吐出したノズルＮに対応するレーザ光Ｌのみを出射する構成が好ましい。これによれば、着弾した液滴の領域にのみレーザ光を照射させることができ、基板やパターンの熱的損傷を、より確実に軽減させることができる。

・上記実施形態では、レーザ光Ｌの照射によって液滴Ｆｂを乾燥させる構成にした。これに限らず、レーザ光Ｌの照射によって液滴Ｆｂを焼成させる構成にしてもよい。
この際、液滴Ｆｂを乾燥するための波長（乾燥波長）を有したレーザ光Ｌを液滴Ｆｂの領域に照射し、その後に、乾燥した液滴Ｆｂを焼成する波長であって、かつ、基板の反射する波長のレーザ光を、乾燥した液滴Ｆｂの領域に照射する。これによれば、局所的に照射するレーザ光Ｌが、素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆを短時間で焼成させる。よって、基板やパターンの全体にわたる温度上昇を軽減させて、焼成したパターンを形成させることができる。

・あるいは、液滴Ｆｂを乾燥するための強度（低強度）を有したレーザ光Ｌを液滴Ｆｂ
の領域に照射し、その後に、液滴Ｆｂを焼成するための強度（高強度）を有したレーザ光Ｌを、乾燥した液滴Ｆｂの領域に照射してもよい。これによっても、上記構成と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、描画情報Ｉａに基づいてビットマップデータＢＭＤを生成する構成にした。これに限らず、予め外部装置で生成したビットマップデータＢＭＤを入力装置４１から制御装置４０に入力する構成にしてもよい。

・上記実施形態では、半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｌがガルバノミラーを介して液滴Ｆｂに照射される構成にした。これに限らず、半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｌがプリズムミラーを介して液滴Ｆｂに照射される構成であってもよく、あるいは、シリンドリカルレンズ２５からのレーザ光Ｌが直接液滴Ｆｂに照射される構成であってもよい。

・上記実施形態では、液滴吐出ヘッドを、圧電素子駆動方式の液滴吐出ヘッド２１に具体化した。これに限らず、液滴吐出ヘッドを、抵抗加熱方式や静電駆動方式の吐出ヘッドに具体化してもよい。

・上記実施形態では、全ての回路素子５及び内部配線６をインクジェット法で形成する構成にした。これに限らず、比較的に微細な回路素子５あるいは内部配線６のみを、上記するインクジェット法によって形成する構成であってもよい。

・上記実施形態では、パターン形成材料を、金属インクに具体化した。これに限らず、例えば、パターン形成材料を、絶縁膜材料や有機材料の分散した液状体に具体化してもよい。つまり、パターン形成材料は、レーザ光を受けて乾燥し、固層のパターンを形成する材料であればよい。

・上記実施形態では、パターンを、素子パターン５Ｆ及び配線パターン６Ｆに具体化した。これに限らず、パターンを、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、平面状の電子放出素子を備えた電界効果型表示装置（ＦＥＤやＳＥＤなど）などに備えられる各種金属配線に具体化してもよい。あるいは、パターンを、複数の線パターンやドットパターンからなる識別コードに具体化してもよい。つまり、パターンは、乾燥した液滴によって形成される固相のパターンであればよい。

本発明の回路モジュールを示す斜視図。 同じく、回路モジュールの製造方法を説明する説明図。 同じく、液滴吐出装置を示す斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッドを示す斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッドの配置位置を示す平面図。 同じく、液滴吐出ヘッドを説明する説明図。 同じく、液滴吐出ヘッドと半導体レーザの関係を説明する説明図。 同じく、金属インクに対する透過率の波長分布を示す図。 同じく、グリーンシートに対する反射率の波長分布を示す図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を説明する電気ブロック回路図。 変更例におけるポリイミド基板に対する反射率の波長分布を示す図。 変更例におけるガラエポ基板に対する反射率の波長分布を示す図。

符号の説明

１…回路モジュール、４Ｓ…基板としてのグリーンシート、５…回路素子、５Ｆ…パターンを構成する素子パターン、６…金属配線としての内部配線、６Ｆ…パターンを構成す
る配線パターン、１０…液滴吐出装置、２０…キャリッジ、２１…液滴吐出ヘッド、２５…照射光学系を構成するシリンドリカルレンズ、２７…照射光学系を構成する反射ミラー、Ｆ…パターン形成材料としての金属インク、Ｆｂ…液滴、Ｌ…レーザ光、ＬＤ…レーザ照射手段を構成する半導体レーザ。

Claims (7)

1. パターン形成材料を液滴にして基板に吐出し、前記基板に着弾した前記液滴を乾燥して前記液滴からなるパターンを前記基板に形成するようにしたパターン形成方法において、
   前記基板に着弾した前記液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射して前記パターンを形成するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、
   前記基板に着弾して乾燥した前記液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記乾燥した液滴を焼成する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射して前記パターンを形成するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
3. パターン形成材料を液滴にして基板に吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、
   前記基板に着弾した液滴の領域に、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を照射するレーザ照射手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項３に記載の液滴吐出装置において、
   前記パターン形成材料は、近赤外領域にある波長のレーザ光を吸収して乾燥する金属インクであって、
   前記基板は、近赤外領域にある波長のレーザ光を反射する低温焼成セラミック基板であって、
   前記レーザ照射手段は、近赤外領域にある波長のレーザ光を前記液滴の領域に照射することを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項３に記載の液滴吐出装置において、
   前記パターン形成材料は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を吸収して乾燥する金属インクであって、
   前記基板は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を反射する低温焼成セラミック基板であって、
   前記レーザ照射手段は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲にある波長のレーザ光を前記液滴の領域に照射することを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出ヘッドを搭載し、前記液滴吐出ヘッドを一方向に沿って前記基板に対して相対的に走査するキャリッジを備え、
   前記レーザ照射手段は、
   前記キャリッジに搭載され、前記パターン形成材料に吸収されて前記液滴を乾燥する波長であって、かつ、前記基板に反射される波長のレーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記キャリッジに搭載され、前記半導体レーザの出射したレーザ光を前記液滴の領域に照射する照射光学系と、
   を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 基板と、前記基板に形成された回路素子と、前記基板に形成されて前記回路素子に電気的に接続された金属配線と、を備えた回路モジュールにおいて、
   前記金属配線は、請求項３〜６のいずれか１つに記載の液滴吐出装置によって形成されたことを特徴とする回路モジュール。

Images