JP2013123653A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性基材１に着弾したインク液滴同士の間に界面が形成されることを抑制するパターン形成方法を提供する。
【解決手段】機能性材料を含むインクの液滴７を絶縁性基材１の所定領域に向かって順次吐出し、絶縁性基材１の主面にパターンを形成する際に、インクが絶縁性基材１に着弾する着弾予定タイミングにおいて、所定領域の温度が相対的に低くなるように、インクの吐出タイミングに応じて絶縁性基材１を周期的に加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線用のパターンを形成するパターン形成方法に関する。

基板に着弾した液滴の濡れ広がりを防止し、液滴がパターン形成領域の外にはみ出さないようにする観点から、基板を加熱しておくことにより着弾したインクを速やかに乾燥させるインクジェット法を用いたパターン形成方法が知られている（特許文献１）。

特開２００６−２３９８９９号公報

しかしながら、上記装置では、インク液滴が着弾し終わるまで基板の温度を目標基板温度に維持することにより液滴を速やかに乾燥させるので、インクの濡れ広がりを抑制することができる一方で、乾燥したインク液滴同士の間に界面が形成されてしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、着弾したインク液滴同士の間に界面が形成されることを抑制するパターン形成方法を提供することである。

[１]本発明は、機能性材料を含むインクの液滴を絶縁性基材の所定領域に向かって順次吐出し、前記絶縁性基材の主面にパターンを形成するパターンの形成方法であって、 前記インクが前記絶縁性基材に着弾する着弾予定タイミングにおいて、前記所定領域の温度が相対的に低くなるように、前記インクの吐出タイミングに応じて前記絶縁性基材を周期的に加熱する制御をするパターン形成方法を提供することにより、上記課題を解決する。

[２]上記発明において、前記絶縁性基材の加熱制御において、前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング前の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域を加熱し、前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域の加熱を中止することができる。

[３]上記発明において、前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、当該所定領域を冷却することができる。

[４]上記発明において、前記加熱は、レーザー光を照射することによって行い、前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング前の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域に光を照射し、前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域に光を照射しないようにすることができる。

[５]上記発明において、前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域以外の他の所定領域に光を照射することができる。

[６]上記発明において、前記インクの液滴を絶縁性基材の所定領域に向かって順次吐出する際に、前記絶縁性基材の第１所定領域に向かってインクの第１液滴を吐出し、前記第１液滴を吐出した後に、前記インクの第１液滴が着弾した前記第１所定領域と少なくとも一部が重なる第２所定領域に向かって第１液滴の次に吐出される第２液滴を吐出することができる。

本発明によれば、着弾予定タイミングにおいて着弾が予定されている所定領域の温度が相対的に低くなるように、絶縁性基材を吐出タイミングに応じて周期的に加熱することにより、着弾した液滴の温度が急激に上昇して急速に乾燥することを抑制し、先に着弾した液滴が乾燥する前に次の液滴を着弾させることができるので、液滴同士の間に界面が形成されることを防止することができる。この結果、電気抵抗が低く、電気的特性、高周波特性の優れた配線パターンを形成することができる。

本発明の実施形態に係るパターン形成方法を実行するパターン形成装置の概要を示す全体構成図である。 インク吐出制御と加熱制御とのタイムチャート図である。 順次吐出されたインクの着弾状態を示す模式図である。 着弾後のインクの状態を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るパターン形成方法により形成された配線パターンを模式的に示す平面図である。 図５Ａに示すＶＢ-ＶＢ断面図である。 本発明の実施形態に係るパターン形成方法の処理手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係るパターン形成方法をプリント配線板の配線パターンを形成する回路形成装置に適用した例を説明する。

図１は、本発明に係るパターン形成方法を実行するパターン形成装置１００の概要を示す全体構成図である。本実施形態のパターン形成装置１００は、機能性材料を含むインクの液滴を絶縁性基材の所定領域に向かって順次吐出し、絶縁性基材の主面に配線パターンを形成する、いわゆるインクジェット方式の印刷装置である。

図１に示すように、本実施形態のパターン形成装置１００は、図中のｘｙ面に沿う一方主面（図中上側の面）がｘ軸方向に沿って移動可能なステージ５と、このステージ５の一方主面上に形成された加熱・冷却層８と、この加熱・冷却層８の一方主面（図中上側面）に形成された熱伝層８ａと、この熱伝層８ａの一方主面（図中上側面）上にセットされるプリント配線板１０の絶縁性基材１の配線パターンが形成される主面側（図中上側の面）に設けられたインクジェットヘッド２と、加熱・冷却層８の温度を制御して、熱伝層８ａを介して絶縁性基材１を加熱及び／又は冷却してその温度を調節する温度調節装置３００と、インクジェットヘッド２によるインクの液滴の吐出と、温度調節装置３００の出力を制御する制御装置６とを備えている。

本実施形態のパターン形成装置１００が備える制御装置６は、インクジェットヘッド２、加熱・冷却装置３Ａ及び／又は光照射装置３Ｂ（以下、総称して温度調節装置３００ともいう）、温度センサ４、及びステージ５の駆動装置と情報の授受が可能なように接続され、これら各部材の動作を制御する。

この制御装置６は、配線パターン１１の形成用プログラムと、温度調節装置３００の出力制御用プログラムとが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで、本実施形態のパターン形成装置１００としての機能を実行する動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、アクセス可能な記憶装置として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、を備えている。このＲＡＭには、絶縁性基材１に形成する配線パターン１１の形状（座標情報）が予め格納されている。

次に、インクジェットヘッド２について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド２は、後に詳述する制御装置６の指令に従い、絶縁性基材１の一方主面の配線パターン１１が形成される所定領域に向かってインクの液滴７を吐出し、着弾した液滴７を乾燥、定着させてプリント配線板１０の配線パターン１１を描画（形成）する。

制御装置６は、インクジェットヘッド２の動作を制御するにあたり、配線パターン１１の形状、ステージ５の移動速度、インクの乾燥速度に基づいて、液滴７の吐出タイミングを求める。

本実施形態のインクジェットヘッド２の態様は特に限定されず、ピエゾ方式であってもバブル方式であっても静電吸引方式であってもよい。また、その構成も特に限定されず、出願時に知られている回路形成用のインクジェット印刷装置を用いることができる。吐出周期は特に限定されないが、本実施形態では１〜１００ｋＨz、好ましくは１〜１０ｋＨｚ、又は１００〜１０ｋＨｚとすることができる。

特に限定されないが、本実施形態において、インクジェットヘッド２の開口サイズは５μｍ〜５０μｍ程度、インクジェットヘッド２から吐出される液滴７の径は１０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは２０μｍ〜１００μｍとすることができる。

本実施形態で用いられるインクは、有機・無機・金属などの導電性材料、半導体材料、絶縁性材料などの機能性材料を含み、インクジェットヘッド２の態様に応じた吐出特性を有する。本実施形態では、粒子径が１μｍ以下の導電性材料の微粒子や、粒子径が数ｎｍ〜数十ｎｍの導電性材料のナノ粒子が有機溶媒中に分散されたものを用いることができる。導電性材料が金属の場合は、金属無機塩や有機金属錯体を有機溶媒中に分散させたものであっても構わない。導電性材料としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン及びアルミニウムの群からなる金属種群のうちの何れか一種若しくは二種以上の金属若しくは二種以上の金属からなる合金を用いることができる。又、上記金属種群から選択された一種若しくは二種以上の金属の酸化物を含む無機物を用いることもできる。特に限定されないが、本実施形態では、ナノ粒子型の酸化インジウムと酸化スズとの混合インク、その他の金属ナノ粒子を含むインク、又は錯体型の銀などの金属インクを用いることができる。もちろん、上記金属種群から選択された二種以上の金属の合金を導電性材料として用いることもできる。あるいは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールをはじめとする導電性ポリマーのモノマーやオリゴマーも導電性材料として用いることもできる。また、ＤＮＡやたんぱく質などのバイオマテリアルや、薬剤を含むインクを用いることができる。

図１に示すように、インクジェットヘッド２のノズル２１から吐出された液滴７は、ノズル２１と絶縁性基材１との間の空間を飛翔してノズル２１と対向する配線パターン１１が形成される所定領域（着弾予定位置Ｑを含む領域）に着弾する。着弾後のインクの液滴７は、インクに含まれる分散材料（溶媒など）が蒸発することにより導電性の機能膜が成膜される。その後、必要に応じて焼成処理を行うことにより、導電性を備える配線パターン１１が形成される。

本実施形態における絶縁性基材１の材料は特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド樹脂などの一般的に配線基板に用いられる樹脂シートを用いることができる。また、絶縁性基材１の厚さも特に限定されず、１０μｍ以上２００μｍ以下、又は２０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

続いて、温度調節装置３００としての加熱・冷却装置３Ａ及び／又は光照射装置３Ｂについてそれぞれ説明する。

本実施形態の加熱・冷却装置３Ａは、後に詳述する制御装置６の指令により、加熱と冷却の切替え、加熱動作及び冷却動作のオンオフ、並びに加熱の強度及び冷却の強度の調節が可能な装置である。特に限定されないが、加熱・冷却装置３Ａの加熱機構としては、例えば、ステージ５を加熱するヒーター、ステージ５の内部に設けられた配管内に熱媒を循環させるヒーター、ステージ５に接触配置される蓄熱盤を加温するヒーターなどを用いることができる。

特に限定されないが、ステージ５の材質は、ガラス、石英、セラミック、金属に加えて、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの耐熱性に優れた樹脂の中から適宜に選択することができる。また、絶縁性基材１を効率的に加熱・冷却するとともに絶縁性基材１を加熱する観点から、ステージ５の主面に加熱・冷却層８を設けることができる。また、絶縁性基材１をムラなく加熱・冷却する観点から、加熱・冷却層８の主面に熱伝層８ａを設けることができる。もちろん、加熱・冷却層８、熱伝層８ａを配置することなく、ステージ５を加熱・冷却し、その表面に絶縁性基材１を直接載せることもできる。

本実施形態の加熱・冷却装置３Ａの冷却機構としては、例えば、ステージ５の下面に放熱板や放熱ファンなどのクーラー（冷却器）を設けることができる。また、ステージ５の内部に冷媒を導入してステージ５を介して絶縁性基材１を冷却することができる。

また、絶縁性基材１の温度調節装置３００として、上述の加熱・冷却装置３Ａとともに、又はこれに代えて光照射装置３Ｂを備えることができる。この光照射装置３Ｂは、制御装置６の指令により、照射動作のオンオフ制御が可能であり、照射する光の強度を任意に調節することができる。特に限定されないが、光照射装置３Ｂとしては、ランプやレーザー照射装置を用いることができる。ランプは、赤外線、可視光、紫外線などの電磁波を照射する装置であり、例えば、赤外線ランプ、紫外線ランプ、又は可視光ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプなどを用いることができる。レーザー照射装置としては、ＣＯ_２レーザー照射装置、ＹＡＧレーザー照射装置、又は近赤外〜紫外域の半導体レーザー照射装置を用いることができる。

本実施形態の光照射装置３Ｂは、インクジェットヘッド２と同様に、絶縁性基材１の配線パターンが形成される主面側（図中上側）に配置され、絶縁性基材１の主面に向けて光を照射する。図１は、光照射装置３Ｂがレーザー照射装置である場合の構成を示している。図１に示す光照射装置３Ｂは、レーザー光３２を照射する一つ又は複数のレーザーヘッド３０と、複数のレーザー光３２ｎを集光するレンズ３１とを備え、複数のレーザー光３２ｎをレンズ３１により集光して所定の照射方向及び照射スポット径のレーザー光３２を絶縁性基材１、加熱・冷却層８、熱伝層８ａ又はステージ５に向けて照射する。レンズ３１は複数設けることができ、複数のレンズ３１を適宜組み合わせることにより、目的の位置にレーザー光を導くことができる。また、レンズ３１に加えて、駆動機能を有するミラーを備えることにより、レーザー光の照射位置を任意に変更することができる。これらの導光機構は、出願時に知られたものを利用することができる。なお、図１では、光照射装置３Ｂが絶縁性基材１の回路形成面側（図中上側）に配置された例を示すが、これに限定されず、ステージ５の下側に配置することもできる。

本実施形態のレーザー光３２としては、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、又は近赤外〜紫外域の半導体レーザーなどのレーザー光３２を用いることができる。レーザーの種別は、絶縁性基材１の材質に応じて選択することができる。例えば、絶縁性基材１がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂などの透明材料である場合には、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー（第３高調波）を用いることができる。また、絶縁性基材１がポリイミド樹脂である場合には、ＹＡＧレーザー（基本波、第２高調波）、又は近赤外〜紫外域の半導体レーザーを用いることができる。さらに、絶縁性基材１がガラス基板である場合には、ＹＡＧレーザー（第３高調波）、又は紫外域のエキシマレーザーを用いることができる。

ステージ５は、絶縁性基材１の冷却効率を考慮して、ステージ５を比熱が大きく熱伝導率の高いステンレスなどの金属材料で構成することができる。上述したように、光照射装置３Ｂがステージ５の下側に配置される場合には、ステージ５をケイ酸ガラス（石英ガラスを含む）又はアクリルガラスなどの透明な材質でかつ熱伝導性に優れる構成する。具体的に、可視光域のレーザー光３２に対してはステージ５をケイ酸ガラス（石英ガラスを含む）又はアクリルガラスで構成し、赤外域（波長２〜６μｍ）のレーザー光３２に対してはシリコンで構成することができる。

レーザー光３２の照射スポット径は、特に限定されないが、インクの液滴７の径に応じて１０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レーザー光３２の照射スポット径をインクの液滴７の大きさに応じて絞り込むことによって、インクの液滴７の着弾予定位置Ｑを含む所定領域の近傍にレーザー光３２を照射し、絶縁性基材１の所定領域を局所的に加熱することができる。レーザー照射装置を光照射装置３Ｂとして用いた場合には、液滴７の着弾予定位置Ｑの近傍を選択して局所的に加熱できるので、絶縁性基材１の熱によるダメージを抑制することができる。

なお、本例では、光照射装置３Ｂとしてレーザー装置を用いる例を説明したが、レーザー装置に代えてランプを用いて絶縁性基材１の所定領域に光を照射することも可能である。

次に、制御装置６による温度調節装置３００の制御内容について説明する。本実施形態の制御装置６は、温度調節装置３００（加熱・冷却装置３Ａ及び／又は光照射装置３Ｂ）の出力を制御することにより、インクの吐出タイミングに応じて周期的に絶縁性基材１を加熱する。

具体的に、本実施形態の制御装置６は、絶縁性基材１にインクの液滴７が着弾する着弾予定タイミングにおいて、着弾予定位置Ｑを含む所定領域の温度が相対的に低くなるように、インクの吐出タイミングに応じて温度調節装置３００の出力を制御する。

本実施形態の制御装置６は、インクの吐出前後における絶縁性基材１の温度が、インクの溶媒が突沸する温度未満であり、吐出されたインクの着弾時における絶縁性基材１の温度がインク溶媒の蒸発速度が所定値未満（インクの液滴７が乾燥するまでの時間が所定時間）となるように、温度調節装置３００の出力を制御することができる。

絶縁性基材１に接するステージ５（または加熱・冷却層８，熱伝層８ａ）などの加熱媒体の最高温度と最低温度との温度差は５℃以上、好ましくは２０℃以上、さらに好ましくは５０℃以上とすることができる。なお、加熱強度及び加熱時間は、絶縁性基材１の材質、絶縁性基材１の厚さ、インク材料、インクの溶媒、一回で吐出される液滴７の量などを考慮し、実験的に求めることができる。

本実施形態のパターン形成装置１００は、絶縁性基材１の所定領域を適温に加熱する観点から、図１に示すように、絶縁性基材１の温度を計測するサーモグラフィなどの温度センサ４を備えることができる。温度センサ４は、制御装置６の指令に従い、所定点又は所定領域の温度を計測する。計測された温度は、計測対象点の位置情報（座標）とともに制御装置６へ出力される。制御装置６は、照射のタイミングに加えて、温度センサ４の計測結果に基づいて温度調節装置３００の出力又は出力強度を制御する。

図２は、制御装置６によるインク吐出制御と加熱制御とのタイムチャートの一例を示す図である。図２に示すように、本実施形態の制御装置６は、吐出タイミングＰ１、Ｐ２、Ｐ３…Ｐｎ（以下、総称してＰｎともいう）に基づいて算出される各着弾タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３…Ｔｎ（以下、総称してＴｎともいう）において、加熱・冷却装置３Ａ及び／又は光照射装置３Ｂの加熱動作を中止させるオンオフ制御（図２においてオンオフ信号Ｙで示す）を実行することができる。また、オンオフ信号Ｙによるオンオフ制御の代わりに、同図に示すように、本実施形態の制御装置６は、吐出タイミングＰｎに基づいて算出される各着弾タイミングＴｎにおいて、加熱・冷却装置３Ａ及び／又は光照射装置３Ｂの出力強度が相対的に弱くなるように出力強度の制御（図２において制御波形Ｆで示す）を実行させることもできる。

特に限定されないが、本実施形態の制御装置６は、インクの吐出タイミングＰｎに基づいて求められるインクの着弾予定タイミングＴｎよりも前に設定された時間帯である加熱時間Ｔonにおいて、絶縁性基材１の着弾予定位置Ｑを含む所定領域の加熱を強め又は加熱を実行することができる。一方、制御装置６は、インクの吐出タイミングＰｎに基づいて求められるインクの着弾予定タイミングＴｎ、又はこの着弾予定タイミングＴｎ以後に設定された時間帯である冷却時間Ｔoffにおいて、絶縁性基材１の所定領域の加熱を弱め又は中止(中断)することができる。

具体的に、図２に示すように、制御装置６は、吐出タイミングＰ１（Ｐｎ）前のタイミングＳ１（Ｓｎ）から着弾タイミングＴ１（Ｔｎ）の前のタイミングＳ２（Ｓｎ＋１）迄の間に温度調節装置３００に加熱動作を行わせ、着弾タイミングＴ１（Ｔｎ）の前のタイミングＳ２（Ｓｎ＋１）から次の吐出タイミングＰ２（Ｐｎ＋１）の前のタイミングＳ３（Ｓｎ＋２）までの間に温度調節装置３００の加熱動作を中止（中断）することができる。加熱動作を開始するタイミングＳ１（Ｓｎ）は、吐出タイミングＰ１（Ｐｎ）の後に設定してもよい。ただし、加熱動作を中止するタイミングＳ２（Ｓｎ＋１）は、着弾タイミングＴ１（Ｔｎ）の前でなくてはならない。つまり、制御装置６は、絶縁性基材１の所定領域の加熱時間Ｔonには、少なくとも着弾予定タイミングＴｎが含まれないように、絶縁性基材１の温度調節を実行することができる。

特に限定されないが、本実施形態の制御装置６はインクの吐出タイミングから求めたインクの着弾予定タイミングから所定時間（例えば０．０３秒〜０．１秒間）は加熱・冷却装置３Ａをオフとし、残りの時間は加熱・冷却装置３Ａをオンとすることができる。

なお、温度調節装置３００が加熱・冷却装置３Ａであり、冷却機能を備える場合においては、加熱の強度を弱め又は加熱を中止する冷却時間Ｔoffにおいては加熱動作を中止してから、冷却動作を開始させる。

続いて、温度調節装置３００が光照射装置３Ｂである場合の制御内容を説明する。制御装置６は、絶縁性基材１を加熱する際には光の照射動作を起動させ、絶縁性基材１を相対的に冷却する際には光の照射動作を中止（中断）させることができる。

また、温度調節装置３００が光照射装置３Ｂである場合において、絶縁性基材１を相対的に冷却する際に、光の照射位置を次の液滴の着弾予定位置Ｑを含む所定領域の他の所定領域に光を照射することができる。具体的に、制御装置６は、絶縁性基材１の加熱時においては「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」を加熱し、次の液滴７の着弾予定タイミングにおいては「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」の加熱を止めて、「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」以外の「他の所定領域」を加熱させる。「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」と「他の所定領域」との位置関係は特に限定されないが、「他の所定領域」が「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」よりも上流側（次に着弾が予定されている側）にずれていることが好ましい。このようにすることで、「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」の加熱を中止しつつ、次に加熱される予定の「他の所定領域」を予熱しておくことができる。「着弾予定位置Ｑを含む所定領域」と「他の所定領域」との距離は着弾予定位置Ｑを含む所定領域の大きさ等に応じて（例えば、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以上など）適宜定義しておくことができる。なお、温度調節装置３００が冷却機能を備える加熱・冷却装置３Ａを備える場合には、加熱・冷却装置３Ａの冷却動作を開始させることもできる。

光照射装置３Ｂがレーザー照射装置である場合には、制御装置６は照射する光の強度を調節するため、レーザー光３２の出力、スポットサイズ、照射距離を制御する。具体的な手法は特に限定されないが、絶縁性基材１の着弾予定領域の温度を下げる場合には、出力を下げ、スポットサイズを大きくする。他方、絶縁性基材１の着弾予定領域の温度を上げる場合は、出力を上げ、スポットサイズを小さくする。レーザーヘッド３０の位置を移動させる駆動機構が設けられている制御装置６において、絶縁性基材１の着弾予定領域の温度を下げる場合は、レーザーヘッド３０の位置を絶縁性基材１から遠ざけ、絶縁性基材１の着弾予定領域の温度を上げる場合はレーザーヘッド３０の位置を絶縁性基材１に近づけるように、駆動機構に制御指令を出力することができる。

このように、インク液滴７の着弾前から着弾直前までの間に絶縁性基材１の所定領域（第１所定領域）を加熱することにより、着弾した液滴７の外縁部分における溶媒の蒸発を促進し、液滴７がパターン作製領域を超えて濡れ広がらないようにすることができる。一方、インク液滴７の着弾時において絶縁性基材１の所定領域（第１所定領域）の加熱を中止又は加熱の程度を弱めると、所定領域の温度はそれ以上昇温しない。加えて、着弾した液滴７の外周部分の外縁部分の溶媒が蒸発する際に絶縁性基材１の熱（気化熱）を奪うので、液滴７が着弾した絶縁性基材１の所定領域の温度は下降する。これにより、着弾した液滴７の中心部分の乾燥を抑制し、液滴７の中心部分を液体の状態に保つことができる。

特に限定されないが、本実施形態の制御装置６は、絶縁性基材１の所定領域の加熱を中止する所定時間（冷却時間Ｔoff）において、加熱・冷却装置３Ａに絶縁性基材１を冷却させることができる。この場合において、制御装置６は、加熱・冷却装置３Ａに絶縁性基材１全体を冷却させてもよいし、次に着弾が予定されている着弾予定位置Ｑの座標（X.Y.Z）を取得し、絶縁性基材１のうち着弾予定位置Ｑを含む所定領域を選択的に冷却させてもよい。

このように、絶縁性基材１の所定領域（着弾予定位置Ｑを含む領域）の加熱を中止するだけではなく、この所定領域を積極的に冷却することにより、着弾した液滴７が乾燥するまでの時間の長さを延長させることができる。

制御装置６は、温度調節装置３００の加熱動作と冷却動作とを適切に制御し、着弾した液滴７に与える熱エネルギーを調節することにより、着弾した液滴の物理的な状態変化をコントロールすることができる。

次に、図３に基づいて、制御装置６により制御されるインクの液滴７の吐出動作について説明する。図３は、所定の周期でインクの液滴を吐出した場合に着弾した液滴７の状態を示す図である。着弾タイミングＴ１において液滴７１が着弾し、着弾タイミングＴ２において液滴７２が着弾し、着弾タイミングＴ３において液滴７３が着弾し、その後も同様に液滴７４、７５…、７ｎが順次着弾する。図中の７ａで示す丸印は、液滴７の中心、つまり液滴７を着弾させる目標位置（着弾予定位置Ｑに相当する位置）である。

本実施形態の制御装置６は、インクの液滴７を絶縁性基材１の所定領域に向かって順次吐出する際に、絶縁性基材１の第１所定領域に向かってインクの第１液滴７１（７ｎ）を吐出し、第１液滴７１（７ｎ）を吐出した後に、インクの第１液滴７１（７ｎ）が着弾した第１所定領域と少なくとも一部が重なる第２所定領域に向かって第１液滴７１（７ｎ）の次に吐出される第２液滴７２（７ｎ＋１）を吐出することができる。

前回吐出された第１液滴７１（７ｎ）が絶縁性基材１に着弾するタイミングにおいては絶縁性基材１の加熱が中止されており、第１液滴７１（７ｎ）に含まれる溶媒の気化により絶縁性基材１の熱が奪われて、第１液滴７１が着弾した領域（着弾領域）の温度は相対的に低下するため、着弾した第１液滴７１（７ｎ）の溶媒の蒸発速度が低下する。このため、第１液滴７１（７ｎ）の外縁部分の溶媒は蒸発し、乾燥・定着するものの、その中心部分（７ａ近傍）のインクが液状である時間が長くなるので、次に吐出された第２液滴７２（７ｎ＋１）が着弾するタイミングにおいても第１液滴７１（７ｎ）の中心側に液状の部分が残る。

このように、第１液滴７１（７ｎ）に液状部分が残存していると、第２液滴７２（７ｎ＋１）が着弾したときに、第１液滴７１（７ｎ）の液状部分と第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分は表面張力によって互いに引きつけ合い、混ざり合う方向に移動する。同じインクの第１液滴７１（７ｎ）の液状部分と第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分の濡れ性は、インクと絶縁性基材１との濡れ性よりも良いため、インクの液滴７は絶縁性基材１の表面に広がらず、第１液滴７１（７ｎ）の液状部分は第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分に向かって移動し、第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分は第１液滴７１（７ｎ）の液状部分に向かって移動する。

図４は、液滴７が着弾してから所定時間ｔが経過した後の状態を模式的に示す図である。図４に示すように、第１の液滴７１（７ｎ）の着弾後から所定時間ｔが経過したタイミング（着弾Ｔ１＋ｔ）においては、第１液滴７１（７ｎ）の外縁は絶縁性基材１に乾燥しているが、７１ｂで示す部分は液状のままである。その後、第２液滴７２（７ｎ＋１）が着弾し、所定時間ｔが経過したタイミング（着弾Ｔ２＋ｔ）においては、第１液滴７１（７ｎ）の液状部分７１ｂは第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分７２ｂに向かって引き伸ばされるように広がり、第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分７２ｂは第１液滴７１（７ｎ）の液状部分７１に向かって引き伸ばされるように広がり、第１液滴７１（７ｎ）と第２液滴７２（７ｎ＋１）に跨る重複部分が形成される。図４に示すように、最初に吐出された液滴７１の直径Ａよりも、前回吐出された液滴の着弾領域と重複するように吐出された液滴７５の吐出方向に沿う長さＢの方が大きい（Ａ＜Ｂ）。乾燥後の各液滴の外縁はパターンの形成方向に沿う長辺（図中Ｂに相当）を有する楕円に沿う形状となる。

このように、制御装置６は、第１液滴７１（７ｎ）の乾燥を抑制し、第１液滴７１（７ｎ）のインクが乾燥する前に第２液滴７２（７ｎ＋１）を吐出させるので、第１液滴７１（７ｎ）の液状部分７１ｂと第２液滴７２（７ｎ＋１）の液状部分７２ｂとを液体の状態で融合させることができる。このように、両液滴が融合し、一体に混ざり合った後に溶媒が蒸発して、絶縁性基材１に定着するので、隣り合う各液滴７の間に界面が形成されることを防止することができる。

図５Ａは、本発明のパターン形成方法を用いるパターン形成装置１００により形成された配線パターン１１を模式的に示す平面図、図５Ｂは図５ＡのＢで示す連続部のVB-VB線に沿う断面図である。

図５Ａに示す本実施形態の配線パターン１１は、縁部Ｃの内側に、配線パターン１１の延在方向Ｌａに沿って界面の無い連続部Ｂが形成されている。配線パターン１１の延在方向Ｌａに沿って界面の無い連続部Ｂが形成されることにより、界面の存在に起因する悪影響を低減し、電気特性の優れた配線パターン１１を提供することができる。特に限定されないが、液滴７ｎが形成した縁部Ｃの曲率半径は、配線パターン１１の線幅Ｌｂの２５０％以上、好ましくは４００％以上、さらに好ましくは１０００％以上とすることができる。界面の無い連続部Ｂの長さＬａが長いほど、電気特性は向上するので、配線パターン１１の線幅Ｌｂに対する連続部Ｂの長さＬａの比率が大きい方が好ましい。

また、図５Ｂに示すように、図５Ａに示す配線パターン１１の連続部Ｂの平面１１ａは滑らかに連なっており、液滴７ごとの継ぎ目が無い又は継ぎ目の段差が小さい。これは、順次吐出されて着弾した液滴７の液体部分が混ざり合い、同じ高さになった後で溶媒が蒸発し、絶縁性基材１に定着するからである。配線パターン１１の平面に継ぎ目が無く、滑らかに連なることにより、継ぎ目に起因する電気抵抗の増加を抑制できる。この結果、電気特性の優れた配線パターン１１を提供することができる。

ちなみに、インクの液滴が着弾するタイミングにおいて、絶縁性基材の着弾予定領域の温度を、インクが乾燥する温度とした場合には、インクの液滴は着弾直後に乾燥・定着するので、次のインクが着弾しても両液滴が混ざり合うことが無く、先に着弾したインクの液滴と次に着弾するインクの液滴との間には界面が生じる。これに対し、本実施形態のパターン形成方法を用いたパターン形成装置１００によれば、先のインクの液滴が絶縁性基材１に着弾するタイミングにおいては絶縁性基材１の加熱を中止し又は弱めるので、先のインクの液滴が乾燥する前に次のインクの液滴を着弾させることができ、両液滴７を液体の状態で融合させることができる。

続いて、本発明の本実施形態に係るパターン形成方法の手順を図６のフローチャートに基づいて説明する。

図６に示すように、まず、ステップ１０１において、所望のパターンを形成するためのインクの吐出タイミングを取得し、ステップ１０２において吐出するインクの着弾予定タイミングを算出する。着弾予定タイミングは、インクの液滴の吐出量、インクの飛翔距離などのインクジェット印刷の条件に応じて、吐出タイミングに基づいて算出することができる。

次にステップ１０３において、インクの吐出タイミングに応じて絶縁性基材１を周期的に加熱するための加熱タイミングと加熱中止タイミングを算出する。本実施形態では、インクの液滴７が絶縁性基材１に着弾する着弾予定タイミングにおいて、インクの液滴７が着弾する所定領域の温度が相対的に低くなるように、上記加熱タイミング及び加熱中止タイミングを算出する。具体的に、制御装置６は、少なくとも着弾予定タイミングにおいて加熱が中止されているように、加熱タイミング及び加熱中止タイミングを算出する。

なお、加熱制御は、オンオフではなく強弱によって行うことができる。具体的に、本処理において、インクの液滴７が絶縁性基材１に着弾する着弾予定タイミングにおいて、インクの液滴７が着弾する所定領域の温度が相対的に低くなるように加熱の強度を相対的に低減させる、加熱強度の経時的な制御内容を導出することができる。

制御手法が決定されたら、ステップ１０４において、加熱開始タイミングで加熱・冷却層８を加熱する加熱・冷却装置３Ａの加熱動作をオン状態にして絶縁性基材１を加熱する（又は光照射装置３Ｂを点灯状態にして絶縁性基材１に光等を照射する）。光照射装置３Ｂを用いる場合には、着弾予定位置Ｑを含む所定領域に電磁波、レーザーを照射する。

次に加熱中止タイミングが到来したら、ステップ１０５において、加熱・冷却層８を加熱する加熱・冷却装置３Ａをオフ状態にして絶縁性基材１の加熱を中止する（又は光照射装置３Ｂを消灯状態にして絶縁性基材１への光の照射を中止する）。

ステップ１０５において、温度調節装置３００が光照射装置３Ｂである場合には、制御装置６は、加熱中止タイミングが到来したときに光の照射を中止するのではなく、絶縁性基材１のうち着弾予定位置Ｑを含む所定領域以外の他の所定領域を加熱することができる。このような処理によっても、次に吐出される液滴７の着弾予定位置Ｑを含む所定領域の加熱を中止することができるので、加熱を中止した場合と同様の作用及び効果を得ることができる。

本実施形態のパターン形成装置１００が、冷却機能を備える加熱・冷却装置３Ａを備える場合には、加熱・冷却層８の加熱を中止した後、次のステップ１０６において、加熱・冷却層８を冷却するために加熱・冷却装置３Ａの冷却動作をオン状態とする。その後、パターン形成処理が終了するまで、ステップ１０４に戻り、次の加熱開始タイミングを待機する。なお、加熱機能の能力に対して冷却機能の能力が劣っている場合は冷却をオン状態で維持してもよい。

このように、本実施形態のパターン形成方法によれば、着弾予定タイミング前の所定時間では絶縁性基材１の着弾予定領域を加熱し、インク液滴７の着弾予定タイミングにおいては加熱を中止又は抑制するため、液滴７の外縁部分のみを速やかに乾燥させつつも、液滴７の中央部分の乾燥を遅延させることができる。これにより、次の液滴７が着弾するまで、着弾した液滴７の外縁部分のみを乾燥させてパターン以外の領域にインクがはみ出さないようにしながら、中央部分は液体のままの状態を維持することができるので、先に着弾した液滴７の液体部分は、次の液滴７の液体部分と混ざり合い、同じ物理状態(液体)において一体に融合させてから乾燥・定着を進行させることができる。この結果、液滴７の間に界面の無い連続部Ｂを備える配線パターン１１を形成することができる。

また、本実施形態のパターン形成方法によれば、液滴７の着弾位置が多少ずれた場合であっても、先に着弾した液滴７と次の液滴７の液体部分とが混ざり合うので、部分的に線幅が細くなる、断線するといった不具合の発生を抑制し、線幅が均等な配線パターン１１を形成することができる。

このように、本実施形態のパターン形成方法によれば、配線の延在方向に沿って、界面の無い連続部Ｂを有する配線パターン１１が形成されるので、電気抵抗が低く伝送特性、特に高周波の伝送特性に優れ、かつ長さ方向における各特性の均一性に優れた配線パターン１１を得ることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、本発明の実施形態に係るパターン形成方法は、プリント配線板の配線パターンの形成のほか、チップとメイン基板との間に介在させるインターポーザの配線パターン（ワイヤボンディングに相当するものを含む）の形成、フレキシブルプリント配線板の配線パターンの形成、多層配線基板や部分多層配線基板の各層の配線パターン及び各絶縁層の形成、ＤＮＡやたんぱく質などのバイオマテリアルや、薬剤を含むインクによるパターンの形成などに用いることができる。

１００…パターン形成装置
１０…プリント配線板
１…絶縁性基材
１１…配線パターン
２…インクジェットヘッド
２１…ノズル
３００…温度調節装置
３Ａ…加熱・冷却装置
３Ｂ…光照射装置
３０…レーザーヘッド
３１…レンズ
３２…照射光、レーザー光
４…温度センサ
５…ステージ
６…制御装置
７…（インクの）液滴
８…加熱・冷却層
８ａ…熱伝層

Claims (6)

1. 機能性材料を含むインクの液滴を絶縁性基材の所定領域に向かって順次吐出し、前記絶縁性基材の主面にパターンを形成するパターンの形成方法であって、
   前記インクが前記絶縁性基材に着弾する着弾予定タイミングにおいて、前記所定領域の温度が相対的に低くなるように、前記インクの吐出タイミングに応じて前記絶縁性基材を周期的に加熱する制御をすることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記絶縁性基材の加熱制御において、
   前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング前の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域を加熱し、
   前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域の加熱を中止することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、当該所定領域を冷却することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 前記加熱は、レーザー光を照射することによって行い、
   前記インクの吐出タイミングに基づいて求められる前記インクの着弾予定タイミング前の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域にレーザー光を照射し、
   前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域へのレーザー光の照射を中止することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
5. 前記インクの着弾予定タイミング以後の所定時間は、前記絶縁性基材の所定領域以外の他の所定領域に光を照射することを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
6. 前記インクの液滴を絶縁性基材の所定領域に向かって順次吐出する際に、
   前記絶縁性基材の第１所定領域に向かってインクの第１液滴を吐出し、
   前記第１液滴を吐出した後に、前記インクの第１液滴が着弾した前記第１所定領域と少なくとも一部が重なる第２所定領域に向かって第１液滴の次に吐出される第２液滴を吐出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のパターン形成方法。

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