JP2009094446A - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット法により導体パターンを形成する際、印刷および乾燥工程において、吐出されたインクが基板上で広がることを抑制し、所望のパターンを形成する。
【解決手段】 ヘッド本体２７よりインクが吐出されるのに先立ち、基板温度検知手段９により基板２５の温度を測定する。基板２５の温度が、インクの温度より低い温度設定範囲内になるように、コントローラ１２によりペルチェ素子群２３を動作させて、基板２５の温度を調節する。基板２５の温度がこの温度設定範囲内に維持された状態で、インクを吐出し、その後、乾燥槽内に搬入された基板２５の温度を、基板２５に着弾したインクが適切な粘度に保持されるように調節した状態で、槽内を減圧させて、基板２５の乾燥を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット法により、電子回路部品の導体部パターン、絶縁部パターンを形成するパターン形成方法、およびこれらパターンを形成するパターン形成装置に関するものである。

従来、印刷対象物にインクを吐出するインクジェット装置においては、インクが印刷対象物上に着弾した際に、着弾したインクが広がってしまうことが問題となっており、これを解決するために、様々な対策が講じられている。

その一例として、紙に印刷を行うものにおいては、着弾したインクに紫外線を照射して、インクの表面を硬化させる手段を設けるとともに、この硬化地点よりも上流側に、この紙を冷却する冷却装置を設ける構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、吐出されたインクが着弾するのに先立って予め紙を冷却しておくことで、紙面に着弾したインクが高粘化され、紙面上でインクが広がることを防止できる。

また、近年では、インク吸収性のない樹脂や金属からなる基板上に回路パターンを形成する際、金属粒子を含んだ溶媒からなる液滴を、上述のようなインクジェット方式の印刷技術を用いて、基板に直接吐出させる方法が用いられている。この方法では、基板に液滴を吐出させた後、液滴の乾燥を早めるために、液滴が塗布された基板を減圧環境に曝して、常温または高温下で溶媒を蒸発させる乾燥工程が行われる（特許文献２参照）。

特開２００５−９６４１５号公報 特開２００１−２７６７２６号公報

予め印刷対象物を冷却することにより、着弾したインクの広がりを防止する技術は、紙への印刷に限らず、基板に導体パターンを形成する印刷にも応用し得るものである。しかしながら、この方法により印刷した基板を常温または高温下で乾燥させると、基板の冷却により高粘化された液滴は、再度低粘化し、乾燥の間に基板上に広がってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、インクジェット法により導体パターンを形成する際、乾燥中に、基板に塗布された液滴が広がることを抑制し、所望のパターンを形成することができる導体パターン形成方法および導体パターン形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のパターン形成方法は、金属粒子および溶媒を含んだインクを吐出手段から基材に吐出し、基材に所望のパターンを形成する導体パターン形成方法であって、前記基材の温度を吐出されるインクの温度よりも低い温度に調節し、前記温度に調節された状態の基材にインクを吐出させて所望のパターンに形成し、前記基材上のインクの粘度を保持するように前記基材の温度を調節した状態で、前記基材が置かれた区画の雰囲気を減圧することを特徴とことを特徴としている。

本発明によれば、インクが塗布された基材を乾燥する間も、インクの粘度は高粘度の状態が保たれ、着弾したインクの広がりを抑えることができるので、基材上に所望のパターンを形成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。

本発明の導体パターン形成装置は、印刷装置１と乾燥装置１０１と図示しない基板搬送装置とを備えている。

図１および図２中、符号１は、本発明に係る導体パターン形成装置の印刷装置を示しており、この印刷装置１は、ステージ架台２と、テーブル３と、支持台４と、スライドレール５と、ラインヘッド６と、インク温度検知手段７と、インク供給装置８と、基板温度検知手段９と、メンテナンス部１０とを備えている。

ステージ架台２は、四角形状に形成され、作業台としての役割を有している。その上面には、一辺方向に延びるスライドレール２１が、ステージ架台２の略全幅に亘って延設されている。

テーブル３は、スライドレール２１の上方に支持されており、スライドレール２１との間に設けられた図示しない駆動機構の駆動により、スライドレール２１に沿って、往復動が可能となっている。

また、テーブル３は、テーブル上部２２ａと、テーブル下部２２ｂと、これらの間に設けられた、温度調節手段としてのペルチェ素子群２３とを備えている。テーブル上部２２ａの上面には、基板２５を載置するための載置面２４が形成されている。この載置面２４には、基材としての基板２５を固定するための図示しない保持手段が設けられている。テーブル下部２２ｂの下面には、スライドレール２１に対応して、図示しないレール受け部が設けられており、前述した駆動機構により、テーブル３はスライドレール２１に沿って移動可能となっている。そして、前述したスライドレール２１と、駆動機構と、レール受け部とにより、搬送機構２６（図２参照）が構成される。

ペルチェ素子群２３は、載置面２４上に保持される基板２５を冷却または加熱するためのものであり、テーブル３の略全域に亘って設けられている。ペルチェ素子群２３は、平板状に形成され、ペルチェ素子群２３に流れる電流の極性を変えることで、載置面２４に生じる冷却作用と加熱作用とを切り替える。テーブル上部２２ａは、ペルチェ素子群２３の上側面に生じる吸熱・発熱作用を効率よく基板２５に伝達するために、熱伝導性のよい材質でできており、テーブル下部２２ｂも、また、ペルチェ素子群２３の下側面に発生する熱を効率よく放熱できるように、熱伝導性のよい材質でできている。

なお、テーブル３は、上述の実施形態に限るものではなく、ペルチェ素子群２３を基板２５が載置される領域に対応した大きさとしてもよい。この場合は、吸熱作用を受けるテーブル上部２２ａと、加熱作用を受けるテーブル下部２２ｂとの間に、ペルチェ素子群２３の周囲を囲むようにして、断熱材を設けると、テーブル上部２２ａとテーブル下部２２ｂとの間での熱の相殺を防止できる点で好ましい。

支持台４は、ステージ架台２の両側に対向して設けられており、これら支持台４には、スライドレール５が架設されている。スライドレール５は、両端を支持台４にそれぞれ支持されている。

ラインヘッド６は、吐出手段としてのヘッド本体２７と、これを支持するヘッド支持具２８とを備えている。ヘッド支持具２８は、支持台４に架設されたスライドレール５上を、図示しない駆動機構によりスライド可能に取り付けられている。ヘッド本体２７は周知の構成を持ったヘッドであり、長手方向がスライドレール２１の延びる方向、すなわち、基板２５の搬送方向（図１の矢印方向）と直交する方向となるように延設されている。内部には、ヘッド本体２７の長手方向に亘って、インクが充填される供給室が設けられている。また、この供給室に隣接して、供給室に設けられた供給口よりインクが供給される複数の圧力室が配置されており、この圧力室には、充填されたインクを吐出するためのノズルが設けられている。この圧力室の一側面には圧電素子によって振動する振動板が設けられており、この振動板が振動することにより、圧力室内のインクがノズルより押し出されて、吐出されるようになっている。ノズルは、少なくとも基板２５の幅寸法以上に亘って等間隔に配置されており、基板２５に対してインクを吐出する印刷工程の際には、ラインヘッド６は、図１の状態に固定されている。

なお、本実施形態では、ラインヘッド式のインクジェットヘッドとしたが、印刷の目的に応じて、シャトル型のものを使用してもよい。しかしながら、印刷工程の時間効率を考慮すると、ラインヘッド型が好ましい。

また、図２に示すように、印刷装置１には、インクの温度を検知するインク温度検知手段７が設けられている。インク温度検知手段７としては、ヘッド本体２７内部に、図示しない温度センサが設けられている。この温度センサは、例えば、前述した供給室内に設けられる。また、この温度センサとしては、接触式センサである白金側温抵抗体、サーミスタ、熱電対等が用いられる。インク温度検知手段７は、インクの温度を直接測定しているものに替えて、ヘッド本体２７の周囲の環境温度を測定するものを採用してもよい。

前記ヘッド本体２７にインクを供給するインク供給装置８は、インクボトル２９と、インク供給チューブ３０とを備えている。インクボトル２９は、インクを収容するものであり、ここに収容されたインクは、インク供給チューブ３０を通って前述のヘッド本体２７の供給室に供給される。

前記インクボトル２９に収容されるインクは、導体パターン形成用のインクが使用され、導体性粒子としての金属粒子に、分散剤としての有機物を被覆し、溶媒に分散させたものを用いる。金属粒子としては、例えば、銀、銅、アルミ、金などが用いられる。また、溶媒としては、例えば、水、エチレングリコール、エタノール等や、これらを混ぜた混合液等が用いられる。有機物は、金属粒子同士が凝集するのを防止するためのものである。インクの粘度は、例えば、室温２５℃で１０ｍＰａ・ｓとすると、繰り返し吐出で追従し、適切である。

なお、導電粒子やこれを内包する分散剤、これらを含有する溶媒は、導体パターン形成の目的に応じて、適宜選択することができる。

図１に示すように、ヘッド本体２７の外郭には、基板温度検知手段９が設けられている。基板温度検知手段９としては、例えば、放射温度計が用いられる。放射温度計は、載置面２４に載置された基板２５の表面温度を測るものであり、基板２５より放出される赤外線を検知する図示しない検知部が、載置面２４上の基板２５と対向するように設けられている。基板温度検知手段９は、これに限られるものではなく、テーブル３に載置された基板２５や、ペルチェ素子群２３の基板２５と対向する面の温度を直接測定するような、接触式の温度センサを用いてもよい。しかしながら、基板２５の厚さに影響されず、吐出されたインクが着弾する基板２５の表面の温度を直接測定できる点で、前述の放射温度計を用いる実施形態が好ましい。

メンテナンス部１０は、ヘッド本体２７のメンテナンスを行うものであり、ステージ架台２上のスライドレール２１に隣接する位置に設けられている。メンテナンスを行う際には、印刷工程時に図１の状態に固定されていたラインヘッド６を、スライドレール５に沿ってスライドさせて、メンテナンス部１０の上方まで移動させる。ヘッド本体２７のメンテナンス方法としては、例えば、ヘッド本体２７のノズルを図示しないキャップで覆い、ノズルからインクや異物を吸い出すなどして、ノズルの清掃を行う。

次に、印刷装置１の制御に係る構成を説明する。
図２に示すように、印刷装置１の制御にかかる構成は、入力装置１１と、コントローラ１２と、報知手段１３とから構成されている。

入力装置１１は、インクに関するデータを入力する装置であって、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等である。入力されたデータは、コントローラ１２に送信される。インクに関するデータは、後述する基板２５の温度調節制御において参照される温度設定範囲を決定するために使用されるものであり、例えば、金属粒子の種類、平均粒径、溶媒の成分、濃度、等が入力される。

コントローラ１２は、システムコントローラ４１と、データ受信部４２と、記憶装置４３と、吐出制御手段としてのヘッド駆動制御部４４と、搬送制御部４５と、温度調節手段としての温度制御部４６とを備えている。

システムコントローラ４１は、コントローラ１２において中心的な役割を果たすものであって、CPUを備えており、入力装置１１から送信されるインクのデータ、インク温度検知手段７からの検知結果、記憶装置４３に記憶された処理情報に基づいて、ヘッド駆動制御部４４と、搬送制御部４５と、温度制御部４６のそれぞれを制御する。

データ受信部４２は、入力装置１１に入力されたインクに関するデータを受信し、このデータをシステムコントローラ４１に送信するものである。

記憶装置４３は、ヘッド駆動制御部４４、搬送制御部４５、温度制御部４６の各処理内容を記憶するほかに、ペルチェ素子群２３により基板２５の加熱・冷却を行う際の温度の設定範囲を記憶している。

この温度設定範囲は、着弾したインクが基板２５上で広がらない適切な粘度となる温度の範囲であり、主に、溶媒の成分や、溶媒中の金属粒子の濃度により決定される。記憶装置４３内には、入力装置１１により入力されるインクのデータに対応して温度設定範囲が予め設定され、データテーブルとして格納されている。一般的に、パターン形成用の金属粒子を含んだインクは、１５℃〜２５℃の温度下において、安定吐出が可能である。上記温度状態において印刷工程を行う場合には、前述の温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕは、通常、インク温度検知手段７により測定されたインク温度よりも低く設定される。また、後述する減圧乾燥工程において、減圧作用により溶媒を蒸発させる際に、インクから気化熱が奪われて溶媒の温度が融点以下まで下がると、インクが凍結してしまい、溶媒がうまく蒸発しなくなる。従って、温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌは、溶媒の融点よりも高く設定される。例えば、溶媒に水を使用した場合は、０℃よりも高い温度が設定される。

ヘッド駆動制御部４４は、ラインヘッド６の駆動を制御するものであって、システムコントローラ４１からの指示に従って、ヘッド本体２７から吐出させるインクの量や、吐出させるタイミング等を制御している。また、メンテナンスを行う際には、ヘッド支持具２８がスライドレール５上をスライドしてメンテナンス部１３の上方に位置するように制御する。

搬送制御部４５は、搬送機構２６を制御するものであって、システムコントローラ４１からの指示に従って、搬送機構２６を駆動する方向や移動量などを制御している。そして、この搬送制御部４５と、前述のヘッド駆動制御部４４とが、搬送機構２６とラインヘッド６とをそれぞれ適宜動作させることにより、基板２５上に、所望の導体パターンが印刷される。

温度制御部４６は、基板温度検知手段９からの検知結果をもとに、基板２５の温度が、前述の記憶装置４３のデータテーブルに格納された温度設定範囲内になるように、システムコントローラ４１からの指示に従って、ペルチェ素子群２３の吸熱・加熱を制御する。

システムコントローラ４１は、インク温度検知手段７から検知結果を取得すると、インクの温度Ｔ_Ｉと、データテーブルを参照して得た温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕとを比較する。この比較の結果、Ｔ_Ｉ＞Ｔ_Ｕである場合は、インクの安定吐出が可能な状態だと判断して、記憶装置４３に記憶された温度設定範囲に従って、基板温度検知手段９により検知される基板２５の温度Ｔ_Ｂが温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕと下限値Ｔ_Ｌの間、すなわち、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態に維持されるように、温度制御部４６によりペルチェ素子群２３の温度制御をさせる。その後、ヘッド駆動制御部４４によりインクを吐出させる。前述の比較の結果が、Ｔ_Ｉ≦Ｔ_Ｕである場合は、インクの安定吐出が可能な状態ではないと判断して、インクの吐出は行わないとともに、その旨を報知手段１３に出力させる。

このように、適切な温度範囲を設定し、この温度範囲内において基板２５の温度が調節されるようにすることで、基板２５の冷却が不十分で、着弾したインクが基板２５上に広がってしまったり、逆に、後述する乾燥工程において、基板２５の過冷却のため、着弾したインクが凍結して溶媒の蒸発を妨げてしまうことを防止でき、インクの印刷・乾燥工程を安定した状態で実施することができる。

次に、図３および図４を参照して、乾燥装置１０１について説明する。
乾燥装置１０１は、印刷装置１においてインクを塗布された基板２５が搬入される乾燥槽１０２と、基板温度検知手段１０３と、インクに含まれる溶媒を蒸発させるために乾燥槽１０２内を大気圧以下に減圧する減圧手段としての減圧装置１０４と、槽内圧力検知手段１０５と、乾燥槽１０２内の湿度を低下させるために乾燥槽内にドライエアを導入するドライエア導入手段としてのドライエア供給装置１０６と、槽内温度検知手段１０７と、槽内湿度検知手段１０８と、コントローラ１０９と、インクに関するデータを入力するための入力装置１１０とから構成されている。

乾燥槽１０２は、乾燥槽本体１２１を有し、この乾燥槽本体１２１内には、基板２５を載置するための載置台１２４が設けられている。載置台１２４は、テーブル３と同様に、熱伝導性のよい材料にて形成した載置台上部１２４ａおよび載置台下部１２４ｂと、これらの間に挟持して設けられた温度調節手段としてのペルチェ素子群１２５とから構成されており、載置台上部１２４ａの上面には、基板２５を載せるための載置面１２６と、基板２５を保持固定するための図示しない保持手段が設けられている。

また、乾燥槽本体１２１の側面には、減圧装置１０４により乾燥槽本体１２１内の空気を排気するための空気排気孔１２７と、ドライエア供給装置１０６よりドライエアを導入するためのドライエア供給孔１２８とが穿設されている。

乾燥槽本体１２１の上側内壁面には、載置面１２６と対向する箇所に、基板温度検知手段１０３が設けられている。基板温度検知手段１０３としては、基板温度検知手段９と同様に、放射温度計が用いられ、載置面１２６に載置された基板２５の表面温度を測るために使用される。また、基板２５より放出される赤外線を検知する検知部が、載置面１２６上の基板２５と対向して設けられている。基板温度検知手段１０３としては、印刷装置と同様、接触式の温度センサを用いてもよい。

前記乾燥槽１０２の内部を大気よりも減圧する減圧装置１０４は、空気排気孔１２７に接続された配管１２９と、この配管１２９を介して乾燥槽本体１２１内に連通する減圧ポンプ１３０と、配管１２９の途中に設けられて、減圧ポンプ１３０による空気の吸引量を調節するバルブ１３１とを備えており、コントローラ１０９からの指示に従い、減圧ポンプ１３０の作用により、配管１２９を通して、基板２５が置かれた区画としての乾燥槽本体１２１内の空気を吸引し、乾燥槽本体１２１内を所定の気圧状態に保つ。

さらに、乾燥槽本体１２１内には、槽内の気圧を測定するための槽内圧力検知手段１０５が設けられている。槽内圧力検知手段１０５としては、例えば、圧力センサが用いられ、この圧力センサは、減圧装置１０４による減圧工程の際、乾燥槽本体１２１内の気圧を検知して、結果を減圧駆動制御部１５４に出力する。

なお、減圧装置１０４による減圧工程の際、乾燥槽本体１２１内の気圧を溶媒の蒸気圧以下とすると、溶媒が沸騰し、導体パターンの膜が均一化するのを妨げてしまう。従って、減圧工程時における乾燥槽本体１２１内の気圧は、溶媒の蒸気圧よりも１００Ｐａ以上の大きさに設定することが好ましい。なお、この減圧工程時の圧力設定は、温度設定範囲と同様、入力装置１１０に入力されるインクデータに対応させて、記憶装置１５３のデータテーブルに格納されており、減圧工程時に、システムコントローラ１５１により参照される。

前記減圧装置１０４により乾燥槽１２１内を減圧する前工程で、乾燥槽１２１に低湿度に調整されたエアーを導入するドライエア供給装置１０６は、ドライエア供給孔１２８に接続された配管１３２と、この配管１３２を介して乾燥槽本体１２１内に連通するドライエア供給装置本体１３３と、配管１３２の途中に設けられて、ドライエア供給装置本体１３３による乾燥槽本体１２１内へのドライエアの供給量を調節するバルブ１３４とを備えている。ドライエアは、乾燥槽本体１２１内の湿度を下げることにより、乾燥槽本体１２１内で減圧環境下に置かれた基板２５上に塗布されている導体パターンに、結露が発生することを防止するためのものである。

ドライエア供給装置としては、例えば、圧縮空気供給手段より供給された圧縮空気を、膜式エアドライヤにおいて除湿し、この除湿された空気を乾燥槽本体１２１内に導入する方法などが挙げられるが、定格露点温度が後述する条件を満たすものであれば、膜式エアドライヤに限らず、冷凍式エアドライヤ、吸着式エアドライヤなどの機器のいずれを用いてもよい。

また、本実施形態ではドライエアとして空気を使用したが、金属粒子や溶媒の種類によっては、例えば、化学反応の生じにくい不活性ガス等を用いてもよい。

また、乾燥槽本体１２１内には、槽内の気温を測定するための槽内温度検知手段１０７と、槽内の湿度を測定するための槽内湿度検知手段１０８が設けられている。これら検知手段としては、それぞれ温度センサと湿度センサが用いられ、ドライエア供給装置１０６によりドライエアを導入する工程の際、乾燥槽本体１２１内の温度や湿度を検知して、結果をドライエア駆動制御部１５６に出力する。

なお、ドライエア供給装置１０６によるドライエア導入工程の際には、少なくとも減圧工程における温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌにおいて結露が発生しないように、ドライエア導入工程終了時の乾燥槽内空気の露点温度Ｔ_Ｄ＜温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌの関係を満たすように、乾燥槽本体１２１内のドライエアの相対湿度を調整する必要がある。この相対湿度の設定は、上述した槽内温度検知手段１０７と槽内湿度検知手段１０８の各検知結果をもとに、後述するコントローラ１０９内の露点温度計算部１５５において算出され、その結果がドライエア駆動制御部１５６に出力される。

次に、乾燥装置１０１の制御に係る構成を説明する。
図４に示すように、乾燥装置１０１の制御にかかる構成は、入力装置１１０と、コントローラ１０９とから構成されている。

入力装置１１０は、印刷装置１と同様、インクに関するデータを入力する装置であって、例えば、ＰＣ等である。入力されたデータは、コントローラ１０９に送信される。インクに関するデータは、後述する基板２５の温度調節制御において参照される温度設定範囲を決定するために使用されるものであり、例えば、金属粒子の種類、平均粒径、溶媒の成分、温度等が入力される。

図４に示すように、コントローラ１０９は、システムコントローラ１５１と、データ受信部１５２と記憶装置１５３と、減圧制御手段としての減圧駆動制御部１５４と、露点温度計算部１５５と、ドライエア駆動制御部１５６と、温度調節手段としての温度制御部１５７とを備えている。

システムコントローラ１５１は、コントローラ１０９において中心的な役割を果たすものであって、CPUを備えており、入力装置１１０から送信されるインクのデータ、記憶装置１５３に記憶された処理情報に基づいて、減圧駆動制御部１５４と、ドライエア駆動制御部１５６と、温度制御部１５７のそれぞれを制御するものである。

データ受信部１５２は、入力装置１１０に入力されたインクに関するデータを受信し、このデータをシステムコントローラ１５１に送信するものである。

記憶装置１５３は、減圧駆動制御部１５４、ドライエア駆動制御部１５６、温度制御部１５７の各処理内容を記憶するほかに、ペルチェ素子群１２５による基板２５の加熱・冷却温度の設定範囲を記憶している。

この温度設定範囲は、印刷工程での温度設定範囲と同様に、印刷工程において基板２５上に着弾し、その後、冷却により適切な粘度に高粘化されたインクが、基板２５上でこの粘度を保持しうる温度であり、印刷装置１の記憶装置４３に記憶した温度設定範囲と同一のものが使用される。

減圧駆動制御部１５４は、減圧装置１０４の駆動を制御するものであって、システムコントローラ１５１からの指示に従って、槽内圧力検知手段１０５からの検知結果をもとに、減圧ポンプ１３０の駆動やバルブ１３１の開閉を行う時間やタイミングなどを制御して、槽内の圧力を調整する。

露点温度計算部１５５は、槽内温度検知手段１０７と、槽内湿度検知手段１０８の検知結果、すなわち、乾燥槽本体１２１内の気温と湿度とから、検知時点での槽内空気の露点温度を算出するものであり、ドライエア駆動制御部１５６とアクセス可能になっている。

ドライエア駆動制御部１５６は、ドライエア供給装置１０６を制御するものであって、システムコントローラ１５１からの指示に従って、ドライエア供給装置本体１３３の駆動やバルブ１３４の開閉を行う時間やタイミングなどを制御することにより、露点温度計算部１５５で算出した露点温度Ｔ_Ｄと温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌとが、Ｔ_Ｄ＜Ｔ_Ｌの関係を満たすように、槽内空気の湿度を調整する。

温度制御部１５７は、ペルチェ素子群１２５を制御するものであって、基板温度検知手段１０３からの検知結果をもとに、基板２５の温度が、前述の記憶装置１５３のデータテーブルに格納された温度設定範囲になるように、システムコントローラ１５１からの指示に従って、ペルチェ素子群１２５の吸熱・加熱を制御する。

システムコントローラ１５１は、減圧工程の際、記憶装置１５３に記憶された所定の温度範囲に従って、基板２５の温度Ｔ_Ｂが温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕと下限値Ｔ_Ｌの間、すなわち、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態に維持されるように、温度制御部１５７に対してペルチェ素子群１２５の温度制御をさせる。

また、ドライエア導入工程の際には、ドライエア導入工程終了時の乾燥槽本体１２１内の空気の露点温度Ｔ_Ｄ＜温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌの関係を満たすように、ドライエア駆動制御部１５６に対してドライエア供給装置１０６に槽内の湿度を調整させる。

このように、適切な温度範囲を設定し、この温度範囲内において基板２５の温度が調節されるようにすることで、基板２５の冷却が不十分で、前述の印刷工程において着弾したインクが、高粘化して基板２５上に広がってしまったり、逆に、基板２５の過冷却のため、着弾したインクが凍結して溶媒の蒸発を妨げてしまうことを防止でき、インクの印刷・乾燥工程を安定した状態で実施することができる。

図示しない基板搬送装置は、印刷装置１により印刷工程を終えた基板２５を乾燥装置１０１に搬送するものである。この基板搬送装置は、印刷装置１のテーブル３や乾燥装置１０１の載置台１２４と同様に、内部にペルチェ素子群が設けられている。そして、これを制御する温度制御部により、搬送装置に載置された基板２５の温度Ｔ_Ｂが、温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕと下限値Ｔ_Ｌの間、すなわち、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態に維持されるように制御される。このように、搬送される基板２５を、印刷工程時の温度設定範囲と同じ温度に維持することにより、印刷装置１から乾燥装置１０１に搬送される間においても、基板２５に着弾したインクの粘度は安定した状態が保たれる。

次に、図５、図６を参照して、本実施形態の動作を説明する。
図５は、印刷工程におけるコントローラ１２の動作を示すフロー図である。
まず、入力装置１１にインクに関するデータを入力する。入力されたインクのデータは、コントローラ１２のデータ受信部４２により受信され（Ｓ１）、データ受信部４２は、受信したデータをシステムコントローラ４１に送信する。システムコントローラ４１は、記憶装置４３を参照し、受信したインクのデータと対応した基板２５の温度設定範囲を取得する（Ｓ２）。

次に、システムコントローラ４１は、インク温度検知手段７を動作させ、インクの温度を測定し（Ｓ３）、測定したインクの温度Ｔ_Ｉを、温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕと比較する（Ｓ４）。
この比較の結果、Ｔ_Ｉ＞Ｔ_Ｕを満たしている場合は、インクが安定吐出の可能な粘度状態にあると判断し、基板温度検知手段９を動作させて、基板２５の温度を測定する（Ｓ５）。

続いて、システムコントローラ４１は、基板温度検知手段９による基板２５の測定結果を取得し、測定した基板２５の温度Ｔ_Ｂを、温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕおよび下限値Ｔ_Ｌと比較する（Ｓ６）。
この比較の結果、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌを満たしている場合は、基板２５の温度が、着弾したインクを広がらせないための粘度をインクに与え得る状態にあると判断して、システムコントローラ４１は、ヘッド駆動制御部４４および搬送制御部４５を、記憶装置４３に記憶した処理データに基づいて動作させることにより、印刷処理を開始する（Ｓ７）。その後、基板２５上に所望の導体パターンが形成されて印刷が完了すると、印刷装置１は動作を終了する。

一方、Ｓ６での比較の結果、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌを満たしていない場合は、基板２５の温度が、インクが着弾しても広がってしまう状態にあると判断し、基板２５の温度Ｔ_ＢがＴ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌを満たすよう、温度制御部４６の駆動を制御する（Ｓ８）。

また、Ｓ４での比較の結果、Ｔ_Ｉ＞Ｔ_Ｕを満たしていない場合は、インクが安定吐出が可能な粘度状態でないと判断し、システムコントローラ４１は、報知手段１３を動作させて、インクの温度Ｔ_Ｉが温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕ以下であることを操作者に報知し（Ｓ９）、その後、印刷装置は動作を終了する。

この報知を受けた操作者は、インクが安定吐出に適した状態になるよう、印刷装置１の環境温度を上げるか、または、インクそのものを加熱するなどして、Ｔ_Ｉ＞Ｔ_Ｕの条件を満たすようにすることになる。

このように、Ｓ４において、温度設定範囲の上限値T_Uとインク温度T_Ｉとを比較して、インク温度T_Ｉが温度設定範囲の上限値T_Uよりも低いときはインクの吐出を行わないようにしたことで、インクの粘度が安定吐出に適さない状態であるにもかかわらず、印刷を実施してしまうことを防止できる。

なお、図５のフローチャートでは、Ｓ９の報知の後に印刷装置１の動作を終了したが、例えば、別途インク加熱装置や環境温度加熱装置等を設けて、この報知に替えて、又は報知後に、自動的にインクの温度上昇の処理を行うようにさせてもよい。この場合は、インクの温度上昇処理の後、引き続きＳ３の処理にループさせて、印刷工程を続行する。

また、少なくとも印刷工程が終了するまでの間、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ８の動作は常に行われ、基板２５の温度が印刷工程の間、常にＴ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態を保つように制御される。

次に、基板の乾燥工程について説明する。
図６は、乾燥工程におけるコントローラ１０９の動作を示すフロー図である。
操作者は、印刷工程を終えた基板２５を、テーブル３の載置面２４に設けられた保持手段から取り外す。取り外された基板２５は、基板搬送装置により、印刷工程における温度状態を保たれながら乾燥装置１０１まで搬送され、その後、乾燥槽本体１２１内に搬入される。その後、搬入した基板２５を載置台１２４の載置面１２６に載置して、図３の状態とし、図示しない保持手段にて固定する。

続いて、操作者により、印刷工程と同様に入力装置１１０にインクに関するデータが入力されると、入力されたインクのデータは、コントローラ１０９のデータ受信部１５２により受信され（Ｓ１０）、データ受信部１５２は、受信したデータをシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、記憶装置１５３から、受信したインクのデータと対応した温度設定範囲を取得する（Ｓ１１）。

さらに、ドライエア駆動制御部１５６を動作させて、乾燥槽本体１２１内の空気の露点温度が、Ｓ１１で検出した温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌを下回るように、ドライエア供給装置１０６により、乾燥槽本体１２１内にドライエアを導入し、槽内の湿度を調整する（Ｓ１２）。
続けて、基板温度検知手段１０３を動作させて、基板２５の温度を測定する（Ｓ１３）。

システムコントローラ１５１は、基板温度検知手段１０３の測定結果を取得し、この結果Ｔ_Ｂを、温度設定範囲の上限値Ｔ_Ｕおよび下限値Ｔ_Ｌと比較する（Ｓ１４）。
この比較の結果、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌを満たしている場合は、基板２５に着弾したインクが、適切な粘度に保たれていると判断して、システムコントローラ１５１は、減圧駆動制御部１５４を記憶装置１５３に記憶した処理データに基づいて動作させることにより、減圧処理を開始する（Ｓ１５）。この際、乾燥槽本体１２１内の気圧が、基板２５に塗布されたインクの蒸気圧よりも小さくならないように、減圧駆動制御部１５４は減圧装置１０４を動作させる。
その後、所定時間経過後に、減圧処理を終了する。

このように、ドライエア供給装置１０６を設けて、減圧工程に先立ってドライエアを導入させたので、基板２５を冷却することに起因する結露の発生を防止することができる。

また、ドライエアを供給する際、露点温度Ｔ_Ｄが温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌよりも小さくなるように、乾燥槽本体１２１内の空気の湿度を調節させるようにしたので、基板２５の冷却に起因する結露の発生防止をより確実に行うことができる。

一方、Ｓ１４での比較の結果、Ｔ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌを満たしていない場合は、基板２５の温度Ｔ_ＢがＴ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの関係を満たすよう、温度制御部１５７の駆動を制御してペルチェ素子群１２５を動作させる（Ｓ１６）。

なお、少なくとも減圧工程が終了するまでの間、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６の動作は常に行われ、基板２５の温度が減圧工程の間、常にＴ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態を保つように制御される。

また、ドライエアを供給するタイミングは、少なくとも減圧装置１０４により乾燥槽本体１２１内を減圧するのに先立って行われていればよく、例えば、基板２５に対してドライエアを直接吹き付ける構成を備えたドライエア供給装置を印刷装置１に設けて、印刷工程の適宜なタイミングにおいて、ドライエアを供給してもよい。この場合、好ましくは、印刷工程における基板２５の温度調節の前の段階でドライエアを供給すれば、冷却された基板２５と周囲の空気との温度差に起因する結露の発生を未然に防止することができる。

乾燥工程を終えて溶媒が蒸発した基板２５は、この後、図示しない焼成槽に搬入されて、焼成工程が行われる。
この焼成工程では、槽内の温度を２００℃に制御したオーブンに入れ所定時間焼成を行う。これにより、金属微粒子を被覆していた有機膜が除去され、金属粒子同士が互いに凝集するようになり、導電性が発現し、導体パターンが形成される。

以上のように、第一の実施形態における導体パターン形成装置によれば、インクジェット法により導体パターンを形成する際、減圧乾燥中に基板２５上でインクが広がるのを抑制できるので、基材上に所望のパターンを確実に形成することができる。

次に、図７〜図１０を参照して、本発明の第二の実施形態について説明する。
なお、前述した第一の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第二の実施形態が前述した第一の実施形態と異なるのは、印刷装置と乾燥装置とを一体化し、基板搬送装置を省いた点である。
図７、図８において、符号２０１は、第二の実施形態に係る印刷・乾燥装置であって、この印刷・乾燥装置２０１は、図１における印刷装置１と比べて、新たに、テーブル３を気密に覆うことにより気密室２６３を構成する密閉ケース２６０と、接続部材２６２を介してこの密閉ケース２６０を昇降する昇降機２６１と、密閉ケース２６０とテーブル３との間に構成された気密室２６３内を減圧する減圧装置２０４と、気密室２６３内にドライエアを供給するドライエア供給装置２０６と、前述の第一の実施態様における基板温度検知手段９（図１参照）に加えて設けられ、第二の実施態様の減圧乾燥プロセス中に基板２５の温度を検知する基板温度検知手段２０３と、気密室２６３内の圧力を検知する室内圧力検知手段２０５と、気密室２６３内の温度を検知する室内温度検知手段２０７と、気密室２６３内の湿度を検知する室内湿度検知手段２０８とを備えている。また、図１における印刷装置１のコントローラ１２と比べて、一部異なる構成を有するコントローラ２１２を備えている。

密閉ケース２６０は、天壁と４つの側壁からなり内部に空間を有する直方体形状の容器であって、図７における下方側が開放され、上方側に天壁が位置するように設けられている。各側壁がテーブル３の載置面２４と対向する部分には、図示しないシール部材が設けられており、図８に示す状態の際に、このシール部材と載置面２４との間が気密に接することにより、密閉ケース２６０内の空間が密閉されて、気密室２６３が生成される。

昇降機２６１は、ステージ架台２上に設けられており、密閉ケース２６０に取り付けられた接続部材２６２を上下方向に移動可能な駆動機構を内部に有している。この駆動機構の動作により密閉ケース２６０を上昇・下降させることで、印刷・乾燥装置２０１を、図７に示す印刷状態と図８に示す乾燥状態とに切り替え可能としている。

減圧装置２０４は、密閉ケース２６０内に連通接続された配管２２９と、この配管２２９を介して密閉ケース２６０内の空気を排出する減圧ポンプ２３０と、配管２２９の途中に設けられて、減圧ポンプ２３０による空気の吸引量を調節するバルブ２３１とを備えており、コントローラ２１２からの指示に従い、減圧ポンプ２３０の作用により、配管２２９を通して気密室２６３の空気を吸引し、所定の気圧状態に保つ。この減圧装置２０４は、図示のように密閉ケース２６０と一体的に設けられており、従って、昇降機２６１の駆動による密閉ケース２６０の昇降と共に移動する。なお、この減圧装置２０４は、減圧ポンプ２３０が重量的に密閉ケース２６０と一体的に設けるのが困難である場合には、例えば、密閉ケース２６０とは別体にしてステージ架台２上に固定配置しても良い。この場合には、配管２２９を可撓性を有する材質にて構成することにより、密閉ケース２６０の昇降に追随可能と出来る。

ドライエア供給装置２０６は、密閉ケース２６０内に連通接続された、好ましくは可撓性を有する配管２３２と、この配管２３２を介して密閉ケース２６０内にドライエアを供給するドライエア供給装置本体２３３と、配管２３２の途中に設けられて、ドライエア供給装置本体２３３による密閉ケース２６０内へのドライエアの供給量を調節するバルブ２３４とを備えている。ドライエアは、気密室２６３内の雰囲気湿度を下げることにより、気密室２６３内で減圧環境下に置かれた時に基板２５上に塗布されている導体パターンに、結露が発生することを防止するためのものである。

なお、ドライエア供給装置本体２３３は、図示のように、ステージ架台２上に固定配置されているが、重量的に問題なければ、例えば、図示しない固定手段により密閉ケース２６０に取り付けられ、昇降機２６１の駆動により、密閉ケース２６０と共に上昇・下降するようにしても良い。

基板温度検知手段２０３、室内圧力検知手段２０５、室内温度検知手段２０７、室内湿度検知手段２０８は、それぞれ密閉ケースの天壁または側壁の内面に取り付けられており、第一の実施形態における各検知手段１０３、１０５、１０７、１０８（図３参照）と同様の機能・作用を有するものであるため、説明は省略する。

図９は、コントローラ２１２の機能を説明するブロック図であり、基本的には第一の実施形態で説明した図２と図４を合わせた構成を有しているが、新規な構成として、昇降機２６１の駆動を制御する昇降制御部２４３を備えている。

この昇降制御部２４３は、昇降機２６１の駆動を制御するものであって、システムコントローラ２４１からの指示に従って、昇降機２６１を駆動する方向や移動量などを制御している。また、オペレーターの手動操作によっても、昇降機２６１の制御を行うようにすることも可能である。

なお、システムコントローラ２４１による他の制御の内容は第一の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。

次に、図７〜図１０を参照して、第二の実施形態の動作を説明する。
オペレーターは、図７に示す、密閉ケース２６０がテーブル３と離間した状態において、図示しない固定手段により載置部２４に基板２５を固定する。その後、コントローラ２１２の操作により印刷工程を開始する。

図１０は、印刷・乾燥の一連の工程における、コントローラ２１２の動作を示すフロー図である。図１０に示した各ステップのうち、Ｓ１０１〜Ｓ１０９までは、印刷工程を示しており、図５に示した印刷装置１のコントローラ１２の動作Ｓ１〜Ｓ９と同一であるため、説明を省略し、Ｓ１１０より説明する。

Ｓ１０７において印刷処理を実施し、基板２５上に所望の導体パターンが形成されて印刷が完了すると、システムコントローラ２４１は、搬送制御部４５を動作させて、搬送機構２６によりテーブル３を所定の位置（図７に示す位置）に移動する（Ｓ１１０）。続いて、昇降制御部２４３を動作させ、昇降機２６１により密閉ケース２６０をテーブル３の載置面２４と接する位置まで下降させることにより、印刷・乾燥装置２０１を図８の状態とする（Ｓ１１１）。

さらに、ドライエア駆動制御部１５６を動作させて、気密室２６３内の雰囲気の露点温度が、Ｓ１０２（＝Ｓ２）で検出した温度設定範囲の下限値Ｔ_Ｌを下回るように、ドライエア供給装置２０６により、気密室２６３内にドライエアを導入し室内の空気と置換することにより、槽内の湿度を調整する（Ｓ１１２）。

その後、システムコントローラ２４１は、減圧駆動制御部１５４を記憶装置２４２に記憶した処理データに基づいて動作させることにより、減圧処理を開始する（Ｓ１１３）。この際、気密室２６３内の気圧が、基板２５に塗布されたインクの蒸気圧よりも小さくならないように、減圧駆動制御部１５４は減圧装置２０４を動作させ、所定時間経過後、減圧処理を終了する。次に、この工程に続いて、この減圧下で、基板の乾燥工程が所定時間実行される。

なお、印刷・減圧工程を通して、Ｓ１０５（＝Ｓ５）、Ｓ１０６（＝Ｓ６）、Ｓ１０８（＝Ｓ８）の動作は常に行われ、基板２５の温度が印刷・減圧工程の間、常にＴ_Ｕ≧Ｔ_Ｂ≧Ｔ_Ｌの状態を保つように制御される。

このように、第二の実施形態における印刷・乾燥装置２０１は、印刷装置と乾燥装置とを一体化して、基板２５を同一の装置内に固定した状態で印刷工程と乾燥工程とを連続して行うので、第一の実施形態における印刷装置から乾燥装置への搬送作業を省略できる。このため、搬送作業を行う場合と比べて、全体の工程に掛かる時間を短縮でき、更には印刷・乾燥工程を通し、基板をより安定した温度状態に保つことができる点で有利である。

本発明は上述した各実施形態には制約されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、適宜、変更してもよい。
例えば、前記各実施形態では、入力装置１１、１１０の双方あるいは一方にインクのデータを入力し、これに基づいて記憶装置４３、１５３から温度設定範囲を取得させたが、インクに適した冷却温度があらかじめ分かるようであれば、装置を簡略化して、入力装置１１、１１０に温度を直接入力してもよい。

また、第一の実施形態では、印刷装置１の入力装置１１と乾燥装置の入力装置１１０とでそれぞれ別々にインクのデータを入力したが、各入力装置や各記憶装置を１つに統合して共有化したり、入力装置１１に入力されたデータを乾燥装置側に転送して使用してもよく、また、印刷装置１と乾燥装置１０１とで別々に設けたコントローラ１２、１０９も、１つに統合してもよい。

さらに、印刷を終えた基板２５を、印刷装置１から乾燥装置１０１に搬入する作業は、自動化してもよい。

また、各実施形態において、印刷・減圧各工程に際して、基板２５の温度が所定の温度設定範囲内になるように調節したが、温度範囲の上限値や下限値を定めずに、単にインクの温度よりも低くなるように調節してもよい。しかしながら、適切な温度範囲内になるように調節する各実施形態の温度調節方法の方が、既述してきた効果を有する点で、より好ましい。

さらに、第二の実施形態と異なる態様により、印刷・乾燥・焼成の各工程のうち、少なくとも２つ以上の工程を、１つの槽や１つの装置において行ってもよい。

本発明の第一の実施形態に係る印刷装置を示す斜視図。 図１の印刷装置が備えるコントローラを示すブロック図。 本発明の第一の実施形態に係る乾燥装置を示す側断面図。 図３の乾燥装置が備えるコントローラを示すブロック図。 印刷工程時のコントローラの制御を示すフロー図 乾燥工程時のコントローラの制御を示すフロー図 本発明の第二の実施形態に係る印刷装置の一態様を示す斜視図。 図７の印刷装置について、他の態様を示す斜視図。 図７の印刷装置が備えるコントローラを示すブロック図。 図９のコントローラの制御を示すフロー図。

符号の説明

１…印刷装置
６…ラインヘッド
９、１０３、２０３…基板温度検知手段
１２、１０９、２１２…コントローラ
２７…ヘッド本体（吐出手段）
２８…ヘッド支持具
２５…基板（基材）
２３、１２５…ペルチェ素子群（温度調節手段）
４４…ヘッド駆動制御部（吐出制御手段）
４６、１５７…温度制御部（温度調節手段）
１０１…乾燥装置
１０２…乾燥槽
１０４、２０４…減圧装置（減圧手段）
１０６、２０６…ドライエア供給装置（ドライエア導入手段）
１２１…乾燥槽本体
１２４…載置台
１３０、２３０…減圧ポンプ
１３３、２３３…ドライエア供給装置本体
１５４…減圧駆動制御部（減圧制御手段）
２０１…印刷・乾燥装置
２４３・・・昇降制御部
２６０・・・密閉ケース
２６３…気密室
Ｔ_Ｂ…基板２５の温度
Ｔ_Ｉ…インクの温度
Ｔ_Ｕ…温度設定範囲上限値
Ｔ_Ｌ…温度設定範囲下限値

Claims (4)

1. 金属粒子および溶媒を含んだインクを吐出手段から基材に吐出し、基材に所望のパターンを形成する導体パターン形成方法であって、
   前記基材の温度を吐出されるインクの温度よりも低い温度に調節し、
   前記温度に調節された状態の基材にインクを吐出させて所望のパターンに形成し、
   前記基材上のインクの粘度を保持するように前記基材の温度を調節した状態で、前記基材が置かれた区画の雰囲気を減圧する
   ことを特徴とする導体パターン形成方法。
2. 前記減圧に先立って前記基材が置かれた区画の雰囲気にドライエアを導入する
   ことを特徴とする請求項１に記載の導体パターン形成方法。
3. 金属粒子および溶媒を含んだインクを基材に吐出する吐出手段と、
   前記基材の温度を前記吐出手段から吐出されるインクの温度よりも低く維持する温度調節手段と、
   前記基材の温度がインクの温度よりも低い温度に維持された状態で、前記吐出手段から前記インクを吐出させ所望のパターンを形成させる吐出制御手段と、
   所望のパターンに形成されたインクの粘度を保持するように前記基材の温度を調節した状態で、前記基材が置かれた区画の雰囲気を減圧させる減圧制御手段とを備えた
   ことを特徴とする導体パターン形成装置。
4. 前記基材が置かれた区画の雰囲気にドライエアを導入するドライエア導入手段を備えた
   ことを特徴とする請求項３に記載の導体パターン形成装置。

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