JP2008311683A - Electric circuit, and its manufacturing method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は基板などへの電気回路の製造技術に係り、特にインクジェット方式等によって任意の電気回路を形成するための電気回路製造技術の改良に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing an electric circuit on a substrate or the like, and more particularly to improvement of an electric circuit manufacturing technique for forming an arbitrary electric circuit by an ink jet method or the like.
従来、微小な回路、例えば集積回路を製造するにはリソグラフィー法等が使用されてきた。このリソグラフィー法は、シリコンウェハ上にレジストと呼ばれる感光材を薄く塗布し、ガラス乾板に写真製版で作成した回路パターンを光で焼き付けて転写するものである。転写されたレジストパターンにイオン等を打ち込んで、配線パターンや回路素子を形成していく。上記リソグラフィー法を用いた電気回路の製造には写真製版、レジスト塗布、露光、現像等の工程を必要としていたため、設備の整った半導体工場等でなければ電気回路の製造ができなかった。
また大きな電気回路を製造するには、基板上に個別部品をインサートマシン等で配置し、基板を半田槽に通して、電気回路基板を作っていた。このような製造ラインで製造される電気回路についても、インサートマシン、フラックス槽、半田槽等、一貫した製造設備が必要であった。
一方、電気回路の試作品の製造は、万能基板等を用いて開発者が総ての部品を取り付け半田付けをする等して製作していた。
以上のように、電気回路を量産するためには設備投資と複雑な工程管理が必要である一方、試作品を生産するには労力と時間がかかっていた。
Conventionally, a lithography method or the like has been used to manufacture a minute circuit, for example, an integrated circuit. In this lithography method, a photosensitive material called a resist is thinly applied on a silicon wafer, and a circuit pattern created by photolithography is printed on a glass dry plate by light transfer. Ions or the like are implanted into the transferred resist pattern to form wiring patterns and circuit elements. The production of an electric circuit using the lithography method requires steps such as photolithography, resist coating, exposure, and development. Therefore, the electric circuit cannot be produced unless the semiconductor factory is equipped with facilities.
In order to manufacture a large electric circuit, individual parts are arranged on the board by an insert machine or the like, and the board is passed through a solder bath to make an electric circuit board. Consistent manufacturing facilities such as an insert machine, a flux tank, and a solder tank have been required for electric circuits manufactured in such a manufacturing line.
On the other hand, a prototype of an electric circuit was manufactured by using a universal board or the like, and a developer attaching and soldering all components.
As described above, in order to mass-produce electric circuits, capital investment and complicated process management are required, but it took labor and time to produce prototypes.
ところが現在は多品種少量生産の時代となってきたため、従来の製造方法が必ずしも効率的かつ経済的ではなくなってきた。すなわち製造ラインでは製造する電気回路が変更されるたびに製造設備の設定をやり直しが必要なため、設定や調整にかかる時間が増えてコストを抑えにくくなってきたのである。
また試作品の製作でも同時に複数の試作品を作り、検討を加えるということが日常的に行われており、手作りにより試作品の製作のみに時間をかけるのは不経済であった。また試作品では回路素子の物理定数を種々に変更して回路の評価を行うが、基板に回路部品を付ける方法では物理定数を変更した場合に部品を取り替えるために労力を要していた。さらに物理定数は回路部品によって決まるため微妙な物理定数の変更が難しかった。さらに試作品では回路を検討するために錯綜する配線パターン等を識別する必要があるが、従来の半田やリード線による配線では基板を見て一見してどの種類のパターンであったかが判りにくいという問題点もあった。上記問題点に鑑み、本出願人はインクジェット方式等の技術が流動体を任意のパターンで付着可能であることを利用し、電気回路の製造技術に新たな選択枝を与えることに想到した。
However, since it is now an era of high-mix low-volume production, conventional manufacturing methods have not always been efficient and economical. That is, in the production line, it is necessary to redo the setting of the manufacturing equipment every time the electric circuit to be manufactured is changed, so that the time required for setting and adjustment increases, making it difficult to reduce costs.
Also, in the production of prototypes, it is common practice to make multiple prototypes at the same time and add consideration, and it was uneconomical to spend time only on making prototypes by hand. In the prototype, the circuit constant is evaluated by variously changing the physical constant of the circuit element. However, in the method of attaching the circuit component to the substrate, it takes labor to replace the component when the physical constant is changed. Furthermore, since the physical constants are determined by circuit components, it is difficult to change the physical constants delicately. In addition, in the prototype, it is necessary to identify complicated wiring patterns in order to study the circuit, but it is difficult to see what kind of pattern it was at first glance by looking at the board with wiring using conventional solder or lead wires There was also a point. In view of the above problems, the present applicant has come up with the idea of giving a new option to the manufacturing technology of electric circuits by utilizing the fact that a technique such as an ink jet method can attach a fluid in an arbitrary pattern.
すなわち本発明の第1の課題は、従来存在しなかった方法でパターンを形成することにより少量多種生産や試作に適した電気回路を提供することである。
本発明の第2の課題は、従来存在しなかった方法で回路素子を形成することにより少量多種生産や試作に適した電気回路を提供することである。
本発明の第3の課題は、識別しやすいパターンを形成することにより試作に適した電気回路を提供することである。
本発明の第4の課題は、従来存在しなかった方法でパターンを形成することにより少量多種生産や試作に適した電気回路の製造方法を提供することである。
本発明の第5の課題は、従来存在しなかった方法で回路素子を形成することにより少量多種生産や試作に適した電気回路の製造方法を提供することである。
本発明の第6の課題は、識別しやすいパターンを形成することにより試作に適した電気回路の製造方法を提供することである。
本発明の第7の課題は、従来存在しなかった方法でパターンを形成する構成を備えることにより少量多種生産や試作に適した電気回路製造装置を提供することである。
That is, the first object of the present invention is to provide an electric circuit suitable for small-scale production and trial production by forming a pattern by a method that has not existed conventionally.
A second object of the present invention is to provide an electric circuit suitable for small-scale production and trial production by forming circuit elements by a method that has not existed conventionally.
The third problem of the present invention is to provide an electric circuit suitable for trial manufacture by forming a pattern that can be easily identified.
The fourth problem of the present invention is to provide a method of manufacturing an electric circuit suitable for small-scale production and trial production by forming a pattern by a method that has not existed conventionally.
The fifth object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electric circuit suitable for small-scale production and trial production by forming circuit elements by a method that did not exist conventionally.
A sixth problem of the present invention is to provide a method of manufacturing an electric circuit suitable for trial manufacture by forming a pattern that can be easily identified.
A seventh problem of the present invention is to provide an electric circuit manufacturing apparatus suitable for small-scale multi-production and trial production by providing a configuration for forming a pattern by a method that has not existed conventionally.
上記第1の課題を解決する発明は、パターン形成面に形成される電気回路であって、パターン形成用材料を含んだ流動体がパターン形成面に付着し固化して形成されたパターンを備えている電気回路である。 An invention for solving the first problem is an electric circuit formed on a pattern forming surface, comprising a pattern formed by adhering and solidifying a fluid containing a pattern forming material on the pattern forming surface. It is an electric circuit.
ここで流動体を付着させる方法としては各種印刷法等各種の方法を適用できるが、インクジェット方式によることが好ましい。インクジェット方式によれば、安価な設備でパターン形成面の任意の場所に任意の厚さで流動体を付着させることができるからである。インクジェット方式としては、圧電体素子の体積変化により流動体を吐出させるピエゾジェット方式であっても、熱の印加により急激に蒸気が発生することにより流動体を吐出させる方式であってもよい。また流動体とは、ノズルから吐出可能な粘度を備えた媒体をいう。水性であると油性であるとを問わない。ノズル等から吐出可能な流動性(粘度)を備えていれば十分で、個体物質が混入していても全体として流動体であればよい。流動性は例えばその流動体の接触角により測ることができる。例えば上記パターン形成用材料として、導電性材料、半導電性材料、絶縁性材料または誘電性材料のうちいずれかを備えていてもよい。これらの材料は融点以上に加熱されて溶解されたものでも、溶媒中に微粒子として攪拌されたものでもよく、溶媒の他に染料や顔料その他の機能性材料を添加したものであってもよい。
また電気回路とは回路素子間の電気的な協働関係により成り立つ部材のみに限定されるものではなく、例えば機械的な、あるいは意匠的なパターンに広く適用されるものである。つまり形成されるパターンが特定の電気的特徴を持つ必要はなくパターン形成材料が一定の電気的特性を持つことに限定されない。
またパターン形成面とはフラット基板の表面を指す他、曲面状の基板であってもよい。さらにパターン形成面の硬度が硬い必要はなく、フィルム、紙、ゴム等可撓性を有するものの表面であってもよい。
Here, various methods such as various printing methods can be applied as a method for attaching the fluid, but an ink jet method is preferable. This is because according to the ink jet method, the fluid can be attached at an arbitrary thickness on an arbitrary place on the pattern forming surface with an inexpensive facility. The ink jet method may be a piezo jet method in which a fluid is ejected by a change in volume of a piezoelectric element, or a method in which a fluid is ejected by the rapid generation of steam by application of heat. The fluid means a medium having a viscosity that can be discharged from a nozzle. It does not matter whether it is aqueous or oily. It is sufficient if it has fluidity (viscosity) that can be discharged from a nozzle or the like. The fluidity can be measured, for example, by the contact angle of the fluid. For example, the pattern forming material may include any one of a conductive material, a semiconductive material, an insulating material, and a dielectric material. These materials may be heated and melted to a temperature higher than the melting point, or may be stirred as fine particles in a solvent, or may be those added with dyes, pigments, or other functional materials in addition to the solvent.
In addition, the electric circuit is not limited to only a member formed by an electrical cooperative relationship between circuit elements, and is widely applied to, for example, a mechanical or design pattern. That is, the pattern to be formed need not have specific electrical characteristics, and the pattern forming material is not limited to having certain electrical characteristics.
In addition to the surface of the flat substrate, the pattern forming surface may be a curved substrate. Furthermore, the pattern forming surface does not need to have a high hardness, and may be a flexible surface such as a film, paper, or rubber.
本発明はさらにパターン形成面とパターンとの密着性を高めるための親和性層をさらに備える。またパターンの付着領域を制限するための非親和性層をさらに備える。ここで非親和性とは、流動体に対する相対的に接触角が大きい性質をいう。親和性とは、流動体に対する接触角が相対的に小さいことをいう。これらの表現は、流動体に対する膜の挙動を明らかにするために、親和性と対比して用いられるものである。 The present invention further includes an affinity layer for enhancing the adhesion between the pattern forming surface and the pattern. Further, a non-affinity layer is further provided to limit the pattern adhesion region. Here, non-affinity refers to the property of a relatively large contact angle with respect to the fluid. Affinity means that the contact angle with respect to the fluid is relatively small. These expressions are used in contrast to affinity to clarify the behavior of the membrane relative to the fluid.
上記第2の課題を解決する発明は、パターン形成用材料として導電性材料を含んだ流動体が固化した配線パターンを備える電気回路である。またパターン形成用材料として絶縁性材料または誘電性材料を含んだ流動体が固化した絶縁膜と、パターン形成用材料として導電性材料を含んだ流動体が絶縁膜を挟んで対向して固化した電極膜と、によりコンデンサを構成する電気回路である。またパターン形成用材料として導電性材料を含んだ流動体がパターン形成面に渦状に付着して固化したコイルを備える電気回路である。さらにパターン形成用材料として半導電性材料を含んだ流動体が固化した半導電性膜の両端に、パターン形成用材料として導電性材料を含んだ流動体が固化した抵抗器を備える電気回路である。またパターン形成用材料として所定の元素がドーピングされた半導電性材料を含んでいる流動体が、固化することにより形成された半導体回路素子を備える電気回路である。 The invention for solving the second problem is an electric circuit including a wiring pattern in which a fluid containing a conductive material is solidified as a pattern forming material. Also, an insulating film in which a fluid containing an insulating material or a dielectric material is solidified as a pattern forming material, and an electrode in which a fluid containing a conductive material as a pattern forming material is solidified facing each other with the insulating film in between An electric circuit constituting a capacitor by a film. Moreover, it is an electric circuit provided with the coil which the fluid containing the electroconductive material as a pattern formation material adhered to the pattern formation surface in the shape of a vortex, and was solidified. Furthermore, the electric circuit includes a resistor in which a fluid containing a conductive material as a pattern forming material is solidified at both ends of a semiconductive film solidified as a fluid containing a semiconductive material as a pattern forming material. . In addition, the electric circuit includes a semiconductor circuit element formed by solidifying a fluid containing a semiconductive material doped with a predetermined element as a pattern forming material.
上記第3の課題を解決する発明は、複数のパターンを備え、互いのパターンを識別するために異なる色彩が付されている電気回路である。 The invention that solves the third problem is an electric circuit that includes a plurality of patterns and is provided with different colors to identify the patterns.
上記第4の課題を解決する発明は、パターン形成面に電気回路を形成する電気回路の製造方法において、パターン形成面に、パターン形成用材料を含んだ流動体を吐出する工程と、パターン形成面に吐出された流動体を固化する工程と、を備えた電気回路の製造方法である。 The invention for solving the fourth problem includes a step of discharging a fluid containing a pattern forming material onto a pattern forming surface, and a pattern forming surface in a method of manufacturing an electric circuit for forming an electric circuit on a pattern forming surface. And a step of solidifying the fluid discharged to the substrate.
例えば、上記流動体を吐出する工程では、パターン形成用材料の融点以上に加熱し溶解した材料を流動体として吐出し、流動体を固化する工程では、パターン形成面付近の温度をパターン形成用材料の融点より低い温度に維持し、流動体を固化する。また上記流動体を吐出する工程では、微粒子として溶媒に攪拌されたパターン形成用材料を流動体として吐出し、流動体を固化する工程は、パターン形成面付近の温度をパターン形成用材料の融点以上の温度を加えて微粒子を溶解させる工程と、当該融点より低い温度を加えて溶解した材料を固化する工程と、を備える。また、流動体を吐出する前に、パターン形成面とパターンとの密着性を高めるための親和性層を形成する工程を備える。さらに流動体を吐出する前に、パターンの付着領域を制限するための非親和性層を形成する工程を備える。 For example, in the step of discharging the fluid, the material heated to the melting point or higher of the pattern forming material is discharged as a fluid, and in the step of solidifying the fluid, the temperature near the pattern forming surface is set to the pattern forming material. The fluid is solidified by maintaining the temperature below the melting point. Further, in the step of discharging the fluid, the pattern forming material stirred in a solvent as fine particles is discharged as a fluid, and the step of solidifying the fluid has a temperature near the pattern forming surface equal to or higher than the melting point of the pattern forming material. And a step of solidifying the dissolved material by applying a temperature lower than the melting point. Moreover, before discharging a fluid, the process of forming the affinity layer for improving the adhesiveness of a pattern formation surface and a pattern is provided. Furthermore, before discharging a fluid, the process of forming the non-affinity layer for restrict | limiting the adhesion area | region of a pattern is provided.
同じく本発明は、パターン形成面に電気回路を形成する電気回路の製造方法において、パターン形成面に接着性材料を吐出する工程と、パターン形成面にパターン形成用材料の微粒子を散布する工程と、接着性材料に付着したもの以外の微粒子をパターン形成面から除去する工程と、を備えた電気回路の製造方法である。またパターン形成面付近の温度をパターン形成用材料の融点以上の温度を加えて微粒子を溶解させる工程と、当該融点より低い温度を加えて溶解した材料を固化する工程と、を備えていてもよい。さらに接着性材料に付着した微粒子を圧縮する工程を備えていてもよい。 Similarly, the present invention provides a method for producing an electric circuit on a pattern forming surface, a step of discharging an adhesive material on the pattern forming surface, a step of spraying fine particles of a pattern forming material on the pattern forming surface, And a step of removing fine particles other than those adhering to the adhesive material from the pattern forming surface. Further, the method may include a step of dissolving the fine particles by adding a temperature in the vicinity of the pattern forming surface that is equal to or higher than the melting point of the pattern forming material, and a step of solidifying the dissolved material by applying a temperature lower than the melting point. . Furthermore, you may provide the process of compressing the microparticles | fine-particles adhering to adhesive material.
ここで上記パターン形成用材料は、導電性材料、半導電性材料、絶縁性材料または誘電性材料のうちいずれか1以上である。 Here, the pattern forming material is at least one of a conductive material, a semiconductive material, an insulating material, and a dielectric material.
上記第5の課題を解決する発明は、絶縁性材料を含んだ流動体を吐出して絶縁膜を形成し、当該絶縁膜を挟んで対向するように導電性材料を含んだ流動体を吐出して電極膜を形成することによりコンデンサを形成する電気回路の製造方法である。また導電性材料を含んだ流動体を渦状に吐出してコイルを形成する電気回路の製造方法である。さらに半導電性材料を含んだ流動体を吐出して半導電性膜を形成し、当該半導電性膜の両端に導電性材料を含んだ流動体を吐出して導電性膜を形成することにより抵抗器を形成する電気回路の製造方法である。また所定の元素がドーピングされた半導電性材料を含んだ流動体を吐出して半導体膜を形成する工程を流動体にドーピングする元素を変えながら複数回繰り返して半導体回路素子を形成する電気回路の製造方法である。 In the invention for solving the fifth problem, a fluid containing an insulating material is discharged to form an insulating film, and a fluid containing a conductive material is discharged so as to face the insulating film. Thus, an electric circuit manufacturing method for forming a capacitor by forming an electrode film. Further, it is a method of manufacturing an electric circuit in which a coil containing a conductive material is ejected in a spiral shape to form a coil. Further, by discharging a fluid containing a semiconductive material to form a semiconductive film, and discharging a fluid containing a conductive material to both ends of the semiconductive film to form a conductive film. It is a manufacturing method of an electric circuit forming a resistor. In addition, the process of forming a semiconductor film by discharging a fluid containing a semiconductive material doped with a predetermined element is repeated a plurality of times while changing the element to be doped in the fluid. It is a manufacturing method.
上記第6の課題を解決する発明は、パターンに応じてそのパターンを形成するための流動体に異なる色の顔料または染料を混ぜてパターンを形成することにより、複数のパターンを識別可能とする電気回路の製造方法である。また流動体により形成されたパターンを覆ってそのパターンに応じた色の顔料または染料を含む層を形成することにより、複数のパターンを識別可能とする電気回路の製造方法である。 The invention that solves the sixth problem described above is an electric that enables a plurality of patterns to be identified by forming a pattern by mixing pigments or dyes of different colors into a fluid for forming the pattern according to the pattern. A circuit manufacturing method. Further, the present invention is a method for manufacturing an electric circuit that allows a plurality of patterns to be identified by covering a pattern formed by a fluid and forming a layer containing a pigment or dye of a color corresponding to the pattern.
上記第7の課題を解決する発明は、パターン形成用材料を含んだ流動体によりパターン形成面上に任意のパターンを形成するための電気回路製造装置であって、流動体をパターン形成面に吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッドと、インクジェット式記録ヘッドとパターン形成面との相対位置を変更可能に構成される駆動機構と、パターン形成面上の流動体を固化させるために雰囲気を調整する固化装置と、インクジェット式記録ヘッドからの流動体の吐出、駆動機構による駆動および固化装置による雰囲気の調整を制御する制御装置と、を備える。そして制御装置は、駆動機構によりインクジェット式記録ヘッドを任意のパターンに沿って移動させながら当該インクジェット式記録ヘッドから流動体を吐出させ、固化装置によりパターン形成面の雰囲気を調整してパターン形成面に吐出された流動体を固化させることにより電気回路を形成可能に構成されている。 An invention for solving the seventh problem is an electric circuit manufacturing apparatus for forming an arbitrary pattern on a pattern forming surface by a fluid containing a pattern forming material, and discharging the fluid onto the pattern forming surface. An ink jet recording head configured to be configured, a drive mechanism configured to be able to change the relative position between the ink jet recording head and the pattern forming surface, and an atmosphere to adjust the fluid on the pattern forming surface A solidifying device; and a control device that controls discharge of a fluid from an ink jet recording head, driving by a driving mechanism, and adjustment of an atmosphere by the solidifying device. Then, the control device discharges the fluid from the ink jet recording head while moving the ink jet recording head along an arbitrary pattern by the driving mechanism, and adjusts the atmosphere of the pattern forming surface by the solidifying device to adjust the pattern forming surface. An electric circuit can be formed by solidifying the discharged fluid.
本発明によれば、流動体を付着させることにより任意のパターンをパターン形成面に形成できるので、少量多種生産や試作に適した電気回路、その製造方法および製造装置を提供することができる。すなわち大がかりな工場設備を利用することなく安価に一定の品質の電気回路を提供できる。またインクジェット方式によればパターンの追加が容易なので、回路素子における回路定数の変更や配線の追加が容易に行える。 According to the present invention, since an arbitrary pattern can be formed on the pattern forming surface by adhering a fluid, it is possible to provide an electric circuit, a manufacturing method and a manufacturing apparatus suitable for small-scale multi-production and trial production. That is, it is possible to provide an electric circuit of a certain quality at a low cost without using a large factory facility. Further, according to the ink jet method, it is easy to add a pattern, so that it is possible to easily change circuit constants and add wiring in the circuit element.
本発明によれば、パターンに応じて色を変えパターンの識別を容易にしたので、試作に適した電気回路、およびその製造方法を提供することができる。したがって試作においても短時間に回路の解析が可能となり回路評価の効率化が図れる。 According to the present invention, since the color is changed according to the pattern and the pattern is easily identified, it is possible to provide an electric circuit suitable for trial manufacture and a manufacturing method thereof. Therefore, even in trial production, circuit analysis can be performed in a short time, and circuit evaluation efficiency can be improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。以下の各実施形態で他の実施形態と同一の符号が用いられている場合は同一の部材を示すものとする。
(実施形態1)
本発明の実施形態1は、インクジェット方式を利用してコンデンサを含んだ電気回路を製造するものである。
図1に本実施形態1で用いる電気回路製造装置の構成図を示す。図1に示すように、本電気回路製造装置は、インクジェット式記録ヘッド21〜2n(nは任意の自然数)、タンク31〜3n、駆動機構4および制御回路5を備えている。
この電気回路製造装置は基板1のパターン形成面100に流動体の液滴10を付着させることにより、所定のパターン(電気回路)102を形成させることが可能に構成される。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, when the same reference numerals as those of the other embodiments are used, the same members are indicated.
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of this invention manufactures the electric circuit containing a capacitor | condenser using an inkjet system.
FIG. 1 shows a configuration diagram of an electric circuit manufacturing apparatus used in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the electric circuit manufacturing apparatus includes ink jet recording heads 21 to 2n (n is an arbitrary natural number),
This electric circuit manufacturing apparatus is configured to be able to form a predetermined pattern (electric circuit) 102 by adhering a
インクジェット式記録ヘッド21〜2nはそれぞれ同一の構造を備え、インクジェット方式により流動体を吐出可能に構成されていれば十分である。図29はインクジェット式記録ヘッドの一構成例を説明する分解斜視図である。図29に示すように、インクジェット式記録ヘッド2x(xは1〜nのいずれか)は、ノズル211の設けられたノズルプレート210および振動板230の設けられた圧力室基板220を、筐体250に嵌め込んで構成されている。このインクジェット式記録ヘッド2xの主要部構造は、図30の斜視図一部断面図に示すように、圧力室基板220をノズルプレート210と振動板230で挟み込んだ構造を備える。ノズルプレート210は、圧力室基板220と貼り合わせられたときにキャビティ221に対応することとなる位置にノズル211が形成されている。圧力室基板220には、シリコン単結晶基板等をエッチングすることにより、各々が圧力室として機能可能にキャビティ221が複数設けられている。キャビティ221間は側壁(隔壁)222で分離されている。各キャビティ221は供給口224を介して共通の流路であるリザーバ223に繋がっている。振動板230は、例えば熱酸化膜等により構成される。振動板230にはインクタンク口231が設けられ、タンク3xから任意の流動体1xを供給可能に構成されている。振動板230上のキャビティ221に相当する位置には、圧電体素子240が形成されている。圧電体素子240は、PZT素子等の圧電性セラミックスの結晶を上部電極および下部電極(図示せず)で挟んだ構造を備える。圧電体素子240は、制御回路5から供給される吐出信号Shxに対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。
It is sufficient that the ink jet recording heads 21 to 2n have the same structure and are configured to be able to discharge a fluid by the ink jet method. FIG. 29 is an exploded perspective view for explaining a structural example of an ink jet recording head. As shown in FIG. 29, the ink jet recording head 2x (x is any one of 1 to n) includes a nozzle plate 210 provided with
なお上記インクジェット式記録ヘッドは圧電体素子に体積変化を生じさせて流動体を吐出させる構成であったが、発熱体により流動体に熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるようなヘッド構成であってもよい。 The ink jet recording head has a configuration in which the piezoelectric element is changed in volume and ejects the fluid. However, the ink jet recording head has a head configuration in which heat is applied to the fluid by the heating element and droplets are ejected by the expansion. There may be.
タンク31〜3nは流動体11〜1nをそれぞれ貯蔵し、パイプを通してそれぞれの流動体11〜1nをインクジェット式記録ヘッド21〜2nに供給可能に構成されている。流動体11〜1nはそれぞれがパターン形成材料を含みパターンの機能に応じて設置される。本実施形態では特に流動体それ自体が、固化時に導電性、半導電性、絶縁性または誘電性等の電気的特性を示すもので構成される。例えば半田やガリウム、Pb等の低融点の金属を融点以上に熱して流動性を与えたものや、パターン形成材料の微粒子を高密度に含み流動体を吐出後乾燥させるだけで電気的特性を示すものが挙げられる。いずれの場合でも流動体はインクジェット式記録ヘッドから吐出可能な流動性を呈するように溶媒等で粘度を調整して構成される。なお本実施形態は話を理解しやすくするため、流動体11が絶縁性材料を含み、流動体12が導電性材料を含むものとする。
The
駆動機構4は、モータ41、モータ42および図示しない機械構造を備えている。モータ41は駆動信号Sxに応じてインクジェット式記録ヘッド2xをX軸方向(図1の横方向)に搬送可能に構成されている。モータM2は駆動信号Syに応じてインクジェット式記録ヘッド2xをY軸方向(図1の奥行き方向)に搬送可能に構成されている。なお、駆動機構4は基板1に対するインクジェット式記録ヘッド2xの位置を相対的に変化可能な構成を備えていれば十分である。このため上記構成の他に、基板1がインクジェット式記録ヘッド2xに対して動くものであっても、インクジェット式記録ヘッド2x基板1とがともに動くものであってもよい。
The drive mechanism 4 includes a
制御回路5は、例えばコンピュータ装置であり図示しないCPU、メモリ、インターフェース回路等を備える。制御回路5は所定のプログラムを実行することにより当該装置に本発明の電気回路の製造方法を実施させることが可能に構成されている。すなわち流動体の液滴10を吐出させる場合にはインクジェット式記録ヘッド21〜2nのいずれかに吐出信号Sh1〜Shnを供給し、当該ヘッドを移動させるときにはモータ41または42に駆動信号SxまたはSyを供給可能に構成されている。
The
なおインクジェット式記録ヘッド2xから流動体の液滴10に対し一定の雰囲気処理が必要とされる場合にはさらに固化装置6を備えていてもよい。固化装置6は制御回路5から供給される制御信号Spに対応して物理的、物理化学的、化学的処理を液滴10またはパターン形成面100に施すことが可能に構成されている。例えば熱風の吹き付け、レーザ照射、ランプ照射による加熱・乾燥処理、化学物質の投与による化学変化処理、液滴10のパターン形成面100への付着の程度を制御する一定の表面改質処理等により付着した流動体を固化させたり液滴10の付着を促進したりするものである。
In the case where a certain atmosphere treatment is required for the
(作用)
上記電気回路製造装置の構成において、当該装置に基板1が設置されると制御回路5が駆動信号SxまたはSyを出力する。モータ41または42はこの駆動信号SxまたはSyに対応してインクジェット式記録ヘッド2xと基板1のパターン形成面100との相対位置を変更し、ヘッド2xをパターン形成領域に移動させる。次いで形成すべきパターンの種類が導電性か、半導電性か、絶縁性かまたは誘電性かの電気的特性に応じて流動体11〜1nのいずれかを特定し、その流動体を吐出させるための吐出信号Shxを供給する。各流動体11〜1nは対応するインクジェット式記録ヘッド2xのキャビティ221に流入している。吐出信号Shxが供給されたインクジェット式記録ヘッド2xではその圧電体素子240がその上部電極と下部電極との間に加えられた電圧により体積変化を生ずる。この体積変化は振動板230を変形させ、キャビティ221の体積を変化させる。この結果、そのキャビティ221のノズル穴211から流動体の液滴10がパターン形成面100に向けて吐出される。流動体が吐出されたキャビティ221には吐出によって減った流動体が新たにタンク3xから供給される。
(Function)
In the configuration of the electric circuit manufacturing apparatus, when the substrate 1 is installed in the apparatus, the
(製造方法)
次に、図2乃至図4に基づいて本実施形態のコンデンサの形成方法を説明する。各図において(a)は回路素子の中心線で切断した製造工程断面図を示し、(b)は平面図を示す。
絶縁膜形成工程(図2): まずインクジェット式記録ヘッド21を図2(a)に示すように絶縁膜を形成する領域に移動させ、当該ヘッド21からパターン形成材料として絶縁性材料を含む流動体11を吐出させる。絶縁性材料としては、SiO2やAl2O3、誘電体であるSrTiO3、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3等が考えられる。溶媒としてはPGMEA、シクロヘキサン、カルビトールアセテート等が挙げられる。湿潤剤またはバインダとして、グリセリン、ジエチレングリコール、エチレングリコール等を必要に応じて加えてもよい。また絶縁性材料を含む流動体11として、ポリシラザンや絶縁体材料を含む金属アルコキシドを用いても良い。この場合には加熱や化学反応などによって絶縁体材料を形成することができる。吐出された流動体11はパターン形成面100に着弾する。着弾した流動体11は数十μm程度の径を有する。ヘッド21を図2(b)のように動かして流動体11を連続してパターン形成領域に沿って吐出すれば、巨視的には矩形の絶縁膜パターンを形成できる。絶縁膜101の幅、長さおよび絶縁性材料の誘電率は形成したいコンデンサの容量に応じて定める。コンデンサの容量は対向電極の面積、間隙および誘電率により定まるからである。
膜の厚みを厚くする場合には一旦固化した膜上にさらに同一の流動体を吐出し固化させるというように積層構造に製造すればよい。
(Production method)
Next, a method for forming a capacitor according to this embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) shows a manufacturing process sectional view cut along the center line of the circuit element, and (b) shows a plan view.
Insulating Film Forming Step (FIG. 2): First, the ink
In order to increase the thickness of the film, the laminated body may be manufactured in such a manner that the same fluid is further discharged and solidified on the once solidified film.
流動体が絶縁性材料を含む場合には、固化させ形成された膜が緻密な膜となっていなくても電気的な悪影響がないので、溶媒成分を蒸発させるだけでよい。ただし膜を強固にするために加熱処理をすることは望ましい。また化学的反応により絶縁膜を固化させる場合には、分散系の破壊をもたらすような薬品で処理することが考えられる。例えば、流動体11がスチレン−アクリル樹脂により分散した有機顔料を主成分とする場合には反応液として硝酸マグネシウム水溶液を吐出する。また流動体11がエポキシ樹脂を主成分とする場合には反応液としてアミン類を吐出する。一つのパターンを形成するたびに固化処理を行うことが好ましい。固化していない流動体に重ねて他のパターン形成材料を含んだ流動体を吐出すると、材料が混ざるため所望の電気的特性が得られないからである。 When the fluid contains an insulating material, there is no electrical adverse effect even if the solidified film is not a dense film, so it is only necessary to evaporate the solvent component. However, it is desirable to perform heat treatment to strengthen the film. Further, when the insulating film is solidified by a chemical reaction, it may be possible to treat with a chemical that causes the destruction of the dispersion system. For example, when the fluid 11 is mainly composed of an organic pigment dispersed with a styrene-acrylic resin, a magnesium nitrate aqueous solution is discharged as a reaction liquid. Moreover, when the fluid 11 has an epoxy resin as a main component, amines are discharged as a reaction liquid. It is preferable to perform a solidification process every time one pattern is formed. This is because, when a fluid containing other pattern forming material is ejected over the fluid that has not been solidified, the material is mixed and desired electrical characteristics cannot be obtained.
なおパターン形成材料として絶縁性材料の代わりに誘電性材料を使用してもよい。誘電性材料を電極間に充填させればコンデンサの容量を増加させることができるからである。また複数の材料により複数の絶縁膜を平行して形成してもよい。コンデンサの多層構造に類した機能を持たせることができるからである。また電極の間隙が少ない場合には、後に吐出される導電性材料を含んだ流動体12に対してこの絶縁膜が非親和性を示すような絶縁性材料を選択することが好ましい。形成される絶縁膜が流動体12をはじくので、電極が短絡する危険が少なくなるからである。 A dielectric material may be used as the pattern forming material instead of the insulating material. This is because the capacitance of the capacitor can be increased by filling the dielectric material between the electrodes. A plurality of insulating films may be formed in parallel with a plurality of materials. This is because a function similar to a multilayer structure of a capacitor can be provided. In addition, when the gap between the electrodes is small, it is preferable to select an insulating material in which this insulating film shows no affinity for the fluid 12 containing the conductive material to be discharged later. This is because the insulating film to be formed repels the fluid 12 and the risk of short-circuiting the electrodes is reduced.
導電膜形成工程(図3および図4): 絶縁膜101が固化したら、インクジェット式記録ヘッド21を図3(a)および図4(a)に示すように導電膜を形成する領域に移動させる。次いで図3(b)や図4(b)の矢印のようにヘッド22を動かしてパターン形成材料として導電性材料を含む流動体12を吐出させる。これによりコンデンサの電極となる導電膜102が形成される。パターン形成材料の導電性材料としては、RuO2、IrO2、OsO2、MoO2、ReO2、WO2、YBa2Cu3O7−x、Pt、Au、Ag、In、In−Ga合金、Ga、半田等が考えられる。溶媒としてはブチルカルビトールアセテート、3−ジメチル−2−イミタゾリジン、BMA等が考えられる。導電性材料を含む流動体12としては、In−Ga、In、半田等の低融点金属を加熱等によって溶融させた状態で用いてもよい。導電膜のパターンは、図2乃至図4のような形の他種々の形状に変更可能である。例えば各導電膜や絶縁膜を鋸歯状や凹凸形状に形成して対向する電極が噛み合うように形成すればさらにコンデンサの容量を増加させることができる。コンデンサの容量を大きくするために絶縁膜101の高さや導電膜102の対向面の高さを高く形成し電極面積を大きくすることは好ましい。
Conductive Film Forming Step (FIGS. 3 and 4): When the insulating
次いで所望の電気的特性を得るために導電膜の固化処理を行う。流動体12がパターン形成材料として金属等の導電性材料の微粒子を含んでいる場合、図5(a)(b)に示すように、インクジェット式記録ヘッド22から吐出される流動体12bには溶媒中に微粒子が散在している。この流動体から溶媒を蒸発させただけではパターン形成材料が連続せず導電性が確保できない。このため図6に示すように、固化装置6等により導電性材料の融点以上に加熱する。この処理により溶媒が蒸発する他、パターン形成材料が溶解し微粒子が互いに連結し一体化する。流動体12がパターン形成材料を溶解したものである場合も加熱処理で溶媒を蒸発させることにより、導電性材料を析出させる。パターン形成材料が融点以上に熱せられた金属等の材料である場合、パターン形成面を融点より低い温度に維持することによって導電性材料を固化させてもよい。
Next, in order to obtain desired electrical characteristics, the conductive film is solidified. When the fluid 12 contains fine particles of a conductive material such as a metal as a pattern forming material, the fluid 12b ejected from the ink
また、図7乃至図9に示すような工程で導電膜を形成してもよい。この方法では、まず図7(a)(b)に示すようにインクジェット式記録ヘッド23から接着材料を含んだ流動体13を導電膜のパターン形成領域に吐出する。このような接着材料としては、高温加熱しない場合には、熱硬化性樹脂接着剤、ゴム系接着剤、エマルジョン系接着剤等を用いる。高温加熱する場合には、ポリアロマティックス、セラミックス系接着剤等が挙げられる。次いで図8(a)(b)に示すようにパターン形成面100全面に導電性を有する微粒子131、例えば金属粉末を散布する。次いで図9(a)(b)に示すようにパターン形成面100から導電性を有する微粒子131を吹き払うと、接着材料が塗布されているパターン形成領域のみに導電性を有する微粒子131が接着されて残る。この後、図6で説明したように導電性を有する微粒子の融点以上の温度に加熱すると、接着材料の表面で微粒子131が融解して互いに連結し、導電性を有する連続パターンが形成される。さらに微粒子を散布しながら同時に超音波を印加して加熱処理を行ってもよい。超音波による加熱によれば電気的特性のよいパターン形成が行える。また微粒子の接着後微粒子を圧縮すれば、微粒子同士が連結し電気的特性を向上させることができる。微粒子の圧縮と上記他の方法を併用してもよい。なお、導電性を有する材料の他、誘電性を有する材料を上記微粒子に適用してもよい。
コンデンサに適用すればコンデンサの容量を上げることができる。磁性材料を上記微粒子としてコイルに適用すればコイルのインダクタンスを上げることができる。
Further, the conductive film may be formed by the steps shown in FIGS. In this method, first, as shown in FIGS. 7A and 7B, the fluid 13 containing the adhesive material is discharged from the ink
If applied to a capacitor, the capacitance of the capacitor can be increased. If the magnetic material is applied to the coil as the fine particles, the inductance of the coil can be increased.
また導電膜がパターン形成面100と密着性が低い場合には、流動体に対して親和性の高い材料を含んだ流動体を用いて下地層として親和性膜を形成してもよい。例えば図10に示すように、インクジェット式記録ヘッド24から流動体12に対して親和性の高い流動体14を膜のパターン形成領域に吐出する。例えば流動体12が有機材料であれば、樹脂やパラフィン、酸化アルミニウムやシリカ等の多孔質材料を吐出して親和性膜104を形成する。親和性膜104は流動体12と密着性がよいので、図11に示すように親和性膜104上に流動体12を吐出すれば流動体12が親和性膜104上に密着して広がり、密着性のよい導電膜102が形成される。一方、導電膜がパターン形成面100と密着性が良すぎて広がり過ぎる場合には、流動体に対して非親和性を示す材料を含んだ流動体を用いて非親和性膜を形成してもよい。例えば図12に示すように、インクジェット式記録ヘッド25から流動体12に対して親和性の低い流動体15を導電膜のパターン形成領域の両側に吐出する。例えば流動体12が親水性を示す材料であれば、樹脂やパラフィン、酸化アルミニウムやシリカ等の多孔質材料を吐出して非親和性膜105を形成する。非親和性膜105は流動体12をはじくので、図13に示すようにパターン形成領域に沿って流動体12を吐出すれば両側の非親和性膜105によって流動体12がはじかれ、非親和性膜105の間隙以上に流動体が広がらない。このため形の整った導電膜102が形成される。その他下地層として有効な材料には低誘電性材料、SiO2、Al2O3、TiO2などの密着性および絶縁性を有するものが挙げられる。なお上記親和性膜や非親和性膜を設ける工程は絶縁膜その他の膜に適用してもよい。
In the case where the conductive film has low adhesion to the
上記の諸工程により電気回路としてコンデンサ121をパターン形成面100に形成することができる。実際に測定した結果コンデンサ121の容量が不足している場合には、導電膜102を長くして対向電極の面積を広げたり絶縁膜101上や導電膜102の延長部分に誘電性材料を吐出したりすれば容量の微調整が可能である。最初に形成するコンデンサを所望の容量よりやや少な目に設定しておけば、後に容量を増加させて最適の容量に設定することができる。
Through the above steps, the
上述したように本実施形態1によれば、インクジェット方式によりコンデンサの絶縁膜や導電膜を形成するので、家庭用プリンタで使用されるインクジェットプリンタ等に準じた安価で小型な装置で、任意の形状のコンデンサを製造することができる。特にコンデンサの容量に微調整が必要な場合でも容易に容量が増加できる。 As described above, according to the first embodiment, since the insulating film and the conductive film of the capacitor are formed by the ink jet method, an inexpensive and small apparatus conforming to the ink jet printer used in a home printer, etc. can be formed in any shape. Capacitors can be manufactured. In particular, the capacitance can be easily increased even when the capacitance of the capacitor needs to be finely adjusted.
(実施形態2)
本発明の実施形態2は、上記実施形態1とは異なる形態のコンデンサを含んだ電気回路を製造するものである。本実施形態2では上記実施形態1と同様の電気回路製造装置を使用する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention manufactures an electric circuit including a capacitor having a form different from that of the first embodiment. In the second embodiment, the same electric circuit manufacturing apparatus as in the first embodiment is used.
(製造方法)
次に、図14乃至図16に基づいて本実施形態のコンデンサの形成方法を説明する。各図において(a)は回路素子の中心線で切断した製造工程断面図を示し、(b)は平面図を示す。
(Production method)
Next, a method for forming a capacitor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) shows a manufacturing process sectional view cut along the center line of the circuit element, and (b) shows a plan view.
導電膜形成工程(図14): まずインクジェット式記録ヘッド22を図14(a)に示すように導電膜を形成する領域に移動させ、当該ヘッド22からパターン形成材料として導電性材料を含む流動体12を吐出させる。流動体12については上記実施形態1と同様である。コンデンサの容量を大きくするためにはなるべく大きな領域に導電膜102を形成する。図14(b)の矢印のようにヘッド22を動かして流動体12を吐出すれば、コンデンサの下電極となる導電膜102を形成できる。固化に関しては上記実施形態1と同様に処理すればよい。
Conductive film forming step (FIG. 14): First, the ink
絶縁膜形成工程(図15): 次いでインクジェット式記録ヘッド21を図15(a)に示すように下電極を覆って移動させ、当該ヘッド21からパターン形成材料として絶縁性材料を含む流動体11を吐出させる。流動体11については上記実施形態2と同様である。ヘッド21を図15(b)のように動かして流動体11を下電極である導電膜102を覆うパターン形成領域に吐出する。絶縁膜101の幅は薄いほどコンデンサの容量を高められるが電極間の短絡の危険もある。このため十分な絶縁が得られる程度の厚さに絶縁膜101を形成する。また絶縁膜101を誘電性材料で形成すればコンデンサの容量を上げることができる。流動体11の固化については上記実施形態1と同様である。
Insulating Film Forming Step (FIG. 15): Next, the ink
導電膜形成工程(図16): 絶縁膜101が固化したら、インクジェット式記録ヘッド21を図16(a)に示すように絶縁膜上で移動させ、当該ヘッド22から導電性材料を含む流動体12を吐出させて導電膜102をさらに積層する。図16(b)の矢印のようにヘッド22を動かして流動体12を吐出して固化させ、コンデンサの上電極となる導電膜102を形成する。流動体12およびその固化処理については上記実施形態1と同様である。
Conductive Film Formation Step (FIG. 16): When the insulating
上記の工程により電気回路としてコンデンサ122をパターン形成面100に形成することができる。なお上電極の面積を下電極の面積に対して小さめに形成することは好ましい。後に容量を変更したい場合に上電極の面積をインクジェット方式で増加させれば、容易に容量を増加させることができるからである。
Through the above steps, the
上述したように本実施形態2によれば、上記実施形態1と同様の効果を奏する他、電極の面積を大きく設定できるので大容量のコンデンサを製造できる。特に上電極を小さめに形成しておけば、上電極の面積を増加させるだけでコンデンサの容量の微調整が可能である。 As described above, according to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, a large-capacity capacitor can be manufactured since the area of the electrode can be set large. In particular, if the upper electrode is formed smaller, the capacitance of the capacitor can be finely adjusted by simply increasing the area of the upper electrode.
(実施形態3)
本発明の実施形態3は、コイルを含んだ電気回路を製造するものである。本実施形態3では上記実施形態1と同様の電気回路製造装置を使用する。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention manufactures an electric circuit including a coil. In the third embodiment, the same electric circuit manufacturing apparatus as in the first embodiment is used.
(製造方法)
図17乃至図19に基づいて本実施形態のコイルの形成方法を説明する。各図において(a)は回路素子の中心線で切断した製造工程断面図を示し、(b)は平面図を示す。
導電膜形成工程(図17): まずインクジェット式記録ヘッド22を図17(a)(b)に示すように移動させながら導電性材料を含む流動体12を吐出させ、コイルの引き出し線に相当する導電膜102を形成する。流動体12およびその固化処理については上記実施形態1と同様である。なおパターン形成面100上に予め磁性材料を塗布したり渦状の導電膜102の間に磁性材料を塗布したりすれば、コイルのインダクタンスを増加させることができる。
(Production method)
A method for forming a coil according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) shows a manufacturing process sectional view cut along the center line of the circuit element, and (b) shows a plan view.
Conductive film forming step (FIG. 17): First, the fluid 12 containing a conductive material is discharged while moving the ink
絶縁膜形成工程(図18): 次いでインクジェット式記録ヘッド21を図18(a)に示すように移動させ絶縁性材料を含む流動体11を吐出させ、図18(b)のように導電膜102の先端を残して絶縁膜101を形成する。この図のように大きく絶縁膜を設けず図17で形成する導電膜と図19で形成する導電膜との交差部分にのみ絶縁膜を設けるものでもよい。流動体11およびその固化処理については上記実施形態1と同様である。
Insulating Film Forming Step (FIG. 18): Next, the ink
渦状導電膜形成工程(図19): 次いでインクジェット式記録ヘッド21から導電性材料を含む流動体12を吐出させながら図19(a)に示すように螺旋状に移動させ、渦状の導電膜102を形成する。この渦状の導電膜102は図19(b)に示すように中心が図17で形成した導電膜102に接触している。渦巻き状のどの部分も先に形成した導電膜に接触しない。渦の巻き数や導電膜102の幅は製造したいコイルのインダクタンス値に応じて定める。流動体12およびその固化処理については上記実施形態1と同様である。
Swirl conductive film forming step (FIG. 19): Next, while the fluid 12 containing a conductive material is ejected from the ink
上記の工程により電気回路としてコイル123をパターン形成面100に形成することができる。なお後にコイル123のインダクタンスを増加させたい場合には渦状の端部からさらに渦状の導電膜102を伸ばせばよい。またインダクタンスを現象させた場合には既に形成した渦状の導電膜102の途中から引き出し線を付加すればよい。
The
上述したように本実施形態3によれば、インクジェット方式により容易に電気回路としてコイルを製造することができる。また後にインダクタンスを増加したり減少させたり等の微調整も容易にできる。 As described above, according to the third embodiment, the coil can be easily manufactured as an electric circuit by the ink jet method. Further, it is possible to easily make fine adjustments such as increasing or decreasing the inductance later.
(実施形態4)
本発明の実施形態4は、抵抗器を含んだ電気回路を製造するものである。本実施形態4では上記実施形態1と同様の電気回路製造装置を使用する。ただしパターン形成材料として半導電性の抵抗材料を含んだ流動体13を吐出するためのタンク33とインクジェット式記録ヘッド23をさらに備える。抵抗材料としては、導電性粉末と絶縁性粉末との混合、Ni−Cr、Cr−SiO、Cr−MgF、Au−SiO2、AuMgF、PtTa2O5、AuTa2O5Ta2、Cr3Si、TaSi2等が挙げられ、その溶媒としては、PGMEA、シクロヘキサン、カルビトールアセテート等が挙げられる。湿潤剤またはバインダとして、グリセリン、ジエチレングリコール、エチレングリコール等を必要に応じて加えてもよい。また絶縁性材料を含む流動体13として、ポリシラザンや絶縁体材料を含む金属アルコキシドを用いても良い。この場合には加熱や化学反応などによって絶縁体材料を形成することができる。抵抗材料は形成したい抵抗器の抵抗値に応じて決める。
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of this invention manufactures the electric circuit containing a resistor. In the fourth embodiment, the same electric circuit manufacturing apparatus as in the first embodiment is used. However, a tank 33 and an ink
(製造方法)
図20乃至図22に基づいて本実施形態の抵抗器の形成方法を説明する。各図において(a)は回路素子の中心線で切断した製造工程断面図を示し、(b)は平面図を示す。
抵抗膜形成工程(図20): まずインクジェット式記録ヘッド23を図20(a)(b)に示すように移動させる。そして当該ヘッド23から抵抗材料を含む流動体13を吐出させ、電気的抵抗を与えるための抵抗膜103を形成する。
固化処理については上記実施形態1と同様である。なお抵抗膜103の幅、高さおよび長さについては形成したい抵抗器の抵抗値に応じて決める。抵抗器の抵抗値は長さに比例し断面積に反比例するからである。なおこの抵抗膜103は目標となる抵抗値よりも大きな抵抗値となるように高さや幅を設定しておくことは好ましい。後に抵抗膜103の高さや幅を増加させて抵抗値を適正値に下げることができるからである。
(Production method)
A method of forming the resistor according to this embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) shows a manufacturing process sectional view cut along the center line of the circuit element, and (b) shows a plan view.
Resistance Film Forming Step (FIG. 20): First, the ink
The solidification process is the same as in the first embodiment. The width, height and length of the
導電膜形成工程(図21および図22): 半導電膜103が固化したら、インクジェット式記録ヘッド22を図21および図22に示すように移動させ、導電性材料を含む流動体12を吐出して、半導電膜103の両端に導電膜102を形成する。流動体12およびその固化処理については上記実施形態1と同様である。
Conductive film forming step (FIGS. 21 and 22): When the
上記の工程により電気回路として抵抗器124をパターン形成面100に形成することができる。なお後に抵抗器124の抵抗値を微調整したい場合には半導電膜103にさらに流動体13を吐出して半導電膜103の厚みを厚くしたり幅を大きくしたりすれば、抵抗値を適正値にまで下げることができる。
The
上述したように本実施形態4によれば、インクジェット方式により容易に電気回路として抵抗器を製造することができる。また後に抵抗値を微調整することも容易にできる。 As described above, according to the fourth embodiment, the resistor can be easily manufactured as an electric circuit by the ink jet method. Further, the resistance value can be easily finely adjusted later.
(実施形態5)
本発明の実施形態5は、回路素子として従来のディスクリート部品を用い、その間の配線に本発明を適用するものである。本実施形態5では上記実施形態1と同様の電気回路製造装置を使用する。ただし基板1のパターン形成面に部品を配置するための装置あるいは人手による工程を要する。
図23および図24に基づいて本実施形態の電気回路製造方法を説明する。各図はパターン形成面の平面図である。
部品配置工程(図23): インサートマシンまたは人手により、基板1のパターン形成面100上で適当な位置に個別部品を配置する。その配置は製造したい電気回路に応じて定める。図23ではチップ部品として抵抗器110、コンデンサ111およびトランジスタ112が配置されている。各部品はボンドなどで接着しておくことが望ましい。なおこの接着もインクジェット方式によって行うことは好ましい。例えば図25(a)(b)に示すように、部品を接着したい領域に接着材料を含む流動体17をインクジェット式記録ヘッド27から吐出し接着膜107を形成する。この接着膜107は部品を仮留めできさえすればよいので、部品によって覆われる面積より小さい領域に形成されるものでもよい。そして図26に示すように、接着膜107上にインサートマシン7等によって部品(抵抗器110)を貼り付ければよい。なお、接着材料としてはエポキシ樹脂やエネルギーによって硬化する樹脂等を適用する。例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いれば加える熱の温度設定によって部品を接着できる。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment of the present invention, a conventional discrete component is used as a circuit element, and the present invention is applied to the wiring therebetween. In the fifth embodiment, the same electric circuit manufacturing apparatus as in the first embodiment is used. However, an apparatus for arranging components on the pattern forming surface of the substrate 1 or a manual process is required.
Based on FIG. 23 and FIG. 24, the electric circuit manufacturing method of this embodiment is demonstrated. Each figure is a plan view of a pattern forming surface.
Component placement step (FIG. 23): Individual components are placed at appropriate positions on the
配線工程(図24): 部品が接着されたら、パターン形成材料として導電性材料を含む流動体12を用いて部品間を結線する配線パターンを形成していく。
導電性材料やその固化処理については上記実施形態1と同様である。配線パターンを交差させる場合、下になる導電膜102を形成後、配線の交差部分に絶縁膜101を設けその上にさらに導電膜102を形成すればよい。なお、導電膜102で構成される配線パターンと各部品の端子とを半田付けしてもよい。半田付けをインクジェット方式で行ってもよい。半田を溶解温度以上に加熱してインクジェット式記録ヘッドから吐出させれば容易に半田付けができる。
Wiring process (FIG. 24): After the components are bonded, a wiring pattern that connects the components is formed using the fluid 12 containing a conductive material as a pattern forming material.
The conductive material and its solidification treatment are the same as in the first embodiment. When wiring patterns are crossed, an insulating
なお上記実施形態では回路素子を個別部品で配線をインクジェット方式で行ったが、回路素子の一部または全部を上記各実施形態のようにインクジェット方式で製造してもよい。すなわち大容量のコンデンサや高インダクタンスのコイル、複雑な構成の能動素子に個別部品を採用し、パターン形成面に容易に形成できる回路素子にインクジェット方式を適用するのである。 In the embodiment described above, the circuit elements are wired with the individual components by the ink jet method. However, part or all of the circuit elements may be manufactured by the ink jet method as in the above embodiments. That is, individual components are used for large-capacity capacitors, high-inductance coils, and active elements with complicated configurations, and the inkjet method is applied to circuit elements that can be easily formed on the pattern forming surface.
上述したように本実施形態5によれば、個別部品を利用した場合にもインクジェット方式により容易に配線ができる。特にインクジェット方式で形成し難い回路素子があっても電気回路を製造可能である。また予め一定の配置で個別部品を配置した定型基板を製造しておけば、インクジェット方式を用いて任意の電気回路を組むことができる。 As described above, according to the fifth embodiment, wiring can be easily performed by the ink jet method even when individual components are used. In particular, an electric circuit can be manufactured even if there are circuit elements that are difficult to form by an ink jet method. In addition, if a fixed substrate on which individual components are arranged in a predetermined arrangement is manufactured in advance, an arbitrary electric circuit can be assembled using an ink jet method.
(実施形態6)
本発明の実施形態6は、実施形態5のようにパターン形成面に多数の配線パターンを形成する際に互いを識別させる電気回路の製造方法に関する。本実施形態5では上記実施形態1と同様の電気回路製造装置を使用する。ただし導電性材料を含む流動体12を吐出させるタンク22やインクジェット式記録ヘッド22を配線パターンの種類に対応させて複数設ける。個々の流動体12には異なる色の染料や顔料を混入させ構成する。染料としては、蛍光増白染料としてスチルベン系、オキサゾール系、イミダゾロン系、クマリン系等が使用できる。一般染料としてアゾ系、アントラキノン系、インジコ系、硫化系が使用できる。具体的には黒色にするなら、2,4−ジニトロフェノール類、黄色にするなら、m−トルイレンジアミン類、赤色にするなら、フェノジン類が挙げられる。顔料としては、不溶性アゾ系、アゾレーキ系、フタロシアニン系等が使用できる。顔料は着色粒子から構成されているため、染料のように単分子が電気伝導を阻害することがない。このため顔料を用いることがより好ましい。各配線パターンは、例えば電源配線、接地配線およびその他配線で色分けしたり、アナログ回路の配線とデジタル回路の配線で色分けたりする。例えば図27では電源配線108、接地配線109およびその他の配線102で色分けされている。配線パターンが交差する場合には、図27(b)に示すように配線の交差部分に絶縁膜101を形成すればよい。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing an electric circuit that identifies each other when a large number of wiring patterns are formed on the pattern forming surface as in the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the same electric circuit manufacturing apparatus as in the first embodiment is used. However, a plurality of
なお配線パターン自体を色分けせず配線パターンを覆う着色膜で色分けしてもよい。例えば図28では配線パターンである導電膜102を着色膜130が覆って形成されている。着色膜130の形成は、顔料や染料を含ませた樹脂等をインクジェット方式により吐出させればよい。樹脂等で着色膜130を形成すれば、絶縁性を備えているので、配線パターンが交差した場合でも絶縁性が確保できる。また導電膜102に顔料や染料が含まれないので電気伝導を阻害するおそれもなくなる。さらに導電性材料自体にも固有の色があることを利用して染料を利用せずに導電性材料を配線パターンに応じて使い分けることによって色分けしてもよい。例えば銅であれば赤色を、銀や白金であれば白色を、金であれば黄色がかっている。したがって顔料や染料を変更する代わりに、異なる導電性材料を含んだ流動体を吐出して導電膜を形成すれば、ある程度の色分けが可能である。
The wiring pattern itself may be color-coded with a colored film covering the wiring pattern without color-coding. For example, in FIG. 28, the
また、配線パターンは必ずしもインクジェット方式で製造する必要はなく、他の方法、例えばフォトリソグラフィー法等で製造したものでもよい。配線パターンが色分けされている限り、同様の効果を奏するからである。 Further, the wiring pattern is not necessarily manufactured by the inkjet method, and may be manufactured by another method, for example, a photolithography method. This is because the same effect can be obtained as long as the wiring pattern is color-coded.
上述したように本実施形態6によれば、配線パターンを互いに色分けして製造したので、当該電気回路によれば故障時や回路の改良時に配線の経路や部品を見分け易く、作業の容易化に繋がる。また生産ラインで色分けを採用した場合にも保守・点検を容易にすることができる。 As described above, according to the sixth embodiment, the wiring patterns are manufactured by color-coding each other. Therefore, according to the electric circuit, it is easy to distinguish the wiring route and parts at the time of failure or circuit improvement, and the work is facilitated. Connected. In addition, maintenance and inspection can be facilitated even when color coding is adopted in the production line.
(その他の変形例)
本発明は上記実施形態によらず種々に変形して適用することが可能である。例えば上記実施形態ではコンデンサ、コイル、抵抗器の製造方法を示したが、ダイオードやトランジスタ等の能動素子の製造に本発明を適用してもよい。流動体としてはシリコンやゲルマニウム等の半導体材料に種々の元素をドーピングしたものを用いればよい。ドーピングを後に行ってもよい。電子多数キャリアの半導体膜と正孔多数キャリアの反動膜とをキャリア密度を調整しながら種々の形状で多数積層することにより、エピタキシャル成長により製造していた半導体をインクジェット方式により製造することも可能である。通常の半導体プロセスで製造していた各種の半導体と同様の積層構造を形成すれば、公知のあらゆる半導体素子を製造可能である。
(Other variations)
The present invention can be applied with various modifications regardless of the above embodiment. For example, in the above embodiment, a method for manufacturing a capacitor, a coil, and a resistor has been described. However, the present invention may be applied to manufacturing an active element such as a diode or a transistor. As the fluid, a semiconductor material such as silicon or germanium doped with various elements may be used. Doping may be performed later. It is also possible to manufacture semiconductors manufactured by epitaxial growth by an inkjet method by stacking a large number of electron majority carrier semiconductor films and hole majority carrier reaction films in various shapes while adjusting the carrier density. . Any known semiconductor element can be manufactured by forming a laminated structure similar to various semiconductors manufactured by a normal semiconductor process.
また、上記インクジェット方式による流動体の吐出前に種々の表面改質処理を併せて行ってもよい。例えば、パターン形成面が親和性を備えるように表面改質する処理としては、流動体の極性分子の有無に応じて、シランカップリング剤を塗布する方法、アルゴン等で逆スパッタをかける方法、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、オゾン処理、脱脂処理等、公知の種々の方法を適用する。流動体が極性分子を含まない場合には、シランカップリング剤を塗布する方法、酸化アルミニウムやシリカ等の多孔質膜を形成する方法、アルゴン等で逆スパッタをかける方法、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、オゾン処理、脱脂処理等、公知の種々の方法を適用可能である。パターン形成面やインクジェット方式で形成された膜にエッチングを施して凹凸を設け、親和性を調整してもよい。 In addition, various surface modification treatments may be performed before discharging the fluid by the ink jet method. For example, the treatment for modifying the surface so that the pattern forming surface has affinity includes a method of applying a silane coupling agent, a method of applying reverse sputtering with argon or the like, depending on the presence or absence of polar molecules in the fluid, Various known methods such as discharge treatment, plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, and degreasing treatment are applied. When the fluid does not contain polar molecules, a method of applying a silane coupling agent, a method of forming a porous film such as aluminum oxide or silica, a method of applying reverse sputtering with argon, a corona discharge treatment, a plasma treatment Various known methods such as ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, and degreasing treatment can be applied. Affinities may be adjusted by etching the pattern formation surface or a film formed by an inkjet method to provide unevenness.
さらにインクジェット方式で形成されるパターンは電気回路に限らず、機械的なまたは意匠的な目的でパターン形成面に形成されるものでもよい。安価な設備で容易に微細パターンを形成できるというインクジェット方式の利点をそのまま享受させることができるからである。 Furthermore, the pattern formed by the ink jet method is not limited to an electric circuit, and may be formed on a pattern forming surface for mechanical or design purposes. This is because the advantage of the ink jet system that a fine pattern can be easily formed with inexpensive equipment can be enjoyed as it is.
1…基板
2、2x、21〜2n…インクジェット式記録ヘッド
3、3x、31〜3n…処理装置
4…駆動機構
5…制御回路
6…固化装置
1x、11〜1n…流動体(パターン形成材料)
100…パターン形成面
101…絶縁膜
102…導電膜
103…接着膜
131…微粒子
104…親和性膜(下地膜)
105…非親和性膜
106…抵抗膜
107…接着膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate 2, 2x, 21-2n ... Inkjet recording head 3, 3x, 31-3n ... Processing apparatus 4 ...
DESCRIPTION OF
105 ...
Claims (26)
パターン形成用材料を含んだ流動体が前記パターン形成面に付着し固化して形成されたパターンを備えていることを特徴とする電気回路。 An electrical circuit formed on the pattern forming surface,
An electric circuit comprising: a pattern formed by adhering and solidifying a fluid containing a pattern forming material on the pattern forming surface.
前記パターン形成面に、パターン形成用材料を含んだ流動体を吐出する工程と、
前記パターン形成面に吐出された流動体を固化する工程と、を備えたことを特徴とする電気回路の製造方法。 In the method of manufacturing an electric circuit for forming an electric circuit on the pattern forming surface,
Discharging a fluid containing a pattern forming material to the pattern forming surface;
And a step of solidifying the fluid discharged to the pattern forming surface.
前記流動体を固化する工程では、前記パターン形成面付近の温度を前記パターン形成用材料の融点より低い温度に維持し、前記流動体を固化する請求項11に記載の電気回路の製造方法。 In the step of discharging the fluid, a material dissolved by heating to a melting point or higher of the pattern forming material is discharged as the fluid,
12. The method of manufacturing an electric circuit according to claim 11, wherein in the step of solidifying the fluid, the temperature in the vicinity of the pattern forming surface is maintained at a temperature lower than the melting point of the pattern forming material, and the fluid is solidified.
前記流動体を固化する工程は、前記パターン形成面付近の温度を前記パターン形成用材料の融点以上の温度を加えて前記微粒子を溶解させる工程と、当該融点より低い温度を加えて溶解した材料を固化する工程と、を備える請求項11に記載の電気回路の製造方法。 In the step of discharging the fluid, the pattern forming material stirred in a solvent as fine particles is discharged as the fluid,
The step of solidifying the fluid includes a step of dissolving the fine particles by adding a temperature in the vicinity of the pattern forming surface above the melting point of the pattern forming material, and a material dissolved by adding a temperature lower than the melting point. The method for producing an electric circuit according to claim 11, further comprising a solidifying step.
前記パターン形成面に接着性材料を吐出する工程と、
前記パターン形成面にパターン形成用材料の微粒子を散布する工程と、
前記接着性材料に付着したもの以外の前記微粒子を前記パターン形成面から除去する工程と、
を備えたことを特徴とする電気回路の製造方法。 In the method of manufacturing an electric circuit for forming an electric circuit on the pattern forming surface,
Discharging an adhesive material onto the pattern forming surface;
Spraying fine particles of a pattern forming material on the pattern forming surface;
Removing the fine particles other than those adhering to the adhesive material from the pattern forming surface;
An electrical circuit manufacturing method comprising:
前記流動体を前記パターン形成面に吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッドと、
前記インクジェット式記録ヘッドと前記パターン形成面との相対位置を変更可能に構成される駆動機構と、
前記パターン形成面上の流動体を固化させるために雰囲気を調整する固化装置と、
前記インクジェット式記録ヘッドからの前記流動体の吐出、前記駆動機構による駆動および前記固化装置による雰囲気の調整を制御する制御装置と、を備え、 前記制御装置は、前記駆動機構により前記インクジェット式記録ヘッドを任意のパターンに沿って移動させながら当該インクジェット式記録ヘッドから前記流動体を吐出させ、前記固化装置により前記パターン形成面の雰囲気を調整して前記パターン形成面に吐出された流動体を固化させることにより電気回路を形成可能に構成されていることを特徴とする電気回路製造装置。 An electrical circuit manufacturing apparatus for forming an arbitrary pattern on a pattern forming surface by a fluid containing a pattern forming material,
An ink jet recording head configured to discharge the fluid onto the pattern forming surface;
A drive mechanism configured to be able to change a relative position between the ink jet recording head and the pattern forming surface;
A solidification device that adjusts the atmosphere to solidify the fluid on the pattern forming surface;
A control device that controls discharge of the fluid from the ink jet recording head, driving by the driving mechanism, and adjustment of atmosphere by the solidifying device, and the control device controls the ink jet recording head by the driving mechanism. The fluid is ejected from the ink jet recording head while moving along an arbitrary pattern, and the fluid ejected on the pattern formation surface is solidified by adjusting the atmosphere of the pattern formation surface by the solidification device. Thus, an electric circuit manufacturing apparatus configured to be able to form an electric circuit.
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