JP2014144417A - Pattern drawing device and pattern drawing method - Google Patents

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Tomotsugu Oda
智嗣 織田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize its drawing device at a level endurable against productization, for drawing an optional pattern on-demand with high precision, by using an inkjet device, without treating a surface of a drawing object.SOLUTION: A pattern drawing device comprises at least an inkjet head 101, a stage 102, a controller 103 and a reservoir 104 for storing ink. The inkjet head comprises a discharge port for discharging the ink 105. The ink is dispersion system ink of dispersing a dispersoid particle in a dispersant, and the ink is filled in a space up to the discharge port from the reservoir. The stage comprises a heating mechanism 106 for placing the drawing object 107 and heating a drawing expected area of the drawing object to the uniform temperature, and a distance between the discharge port of the inkjet head and the drawing object is 0.5 mm-20 mm. The controller is constituted for controlling relative operation of the inkjet head and the stage.

Description

本発明は、高精細なパターンを描画するパターン描画装置、および当該装置を用いてパターンを描画するパターン描画方法に関する。 The present invention relates to a pattern drawing apparatus that draws a high-definition pattern, and a pattern drawing method that draws a pattern using the apparatus.

近年、各種電子機器製品の多様化や製品サイクルの短期化が進んでいる。それに伴い、多種多様な製品を短期間に作る要求が高まっている。さらに、多品種であるため、大量生産せずともよく、多品種少量短納期が求められるようになっている。 In recent years, various electronic device products have been diversified and product cycles have been shortened. Along with this, there is an increasing demand for making a wide variety of products in a short time. Furthermore, since it is a multi-product variety, it is not necessary to mass-produce it, and a multi-product, small-volume, short delivery time is required.

今までは、1品大量生産の社会であったため各企業の生産ラインも大量生産向きの設備となっている。しかし、近年の、多品種、少量、短納期、早い製品サイクルという要求を受けて、印刷版のようなものが無しに、つまりオンデマンドで任意のパターンを描画することができるインクジェットプリンターを製造設備に導入することで市場要求を解決できるのではないかという期待が非常に高まっている。 Until now, it was a mass production society, so each company's production line is also suitable for mass production. However, in response to the recent demands for various types, small quantities, short delivery times, and fast product cycles, there is no printing plate, that is, an inkjet printer that can draw arbitrary patterns on demand. There is a great expectation that it will be able to solve market demands by introducing it into the market.

インクジェットを含め、各種印刷技術を用いて製品を、とりわけ電子デバイスを作製しようとする試みは、プリンテッドエレクトロニクス(または、プリンタブルエレクトロニクス)分野と呼ばれるようにまで成長し、各種印刷方法により、機能性材料を用いて任意のパターンを高精細に描画する研究が様々に行われている。 Attempts to make products, especially electronic devices, using various printing technologies, including inkjet, have grown to be called the printed electronics (or printable electronics) field, and functional materials have been developed by various printing methods. Various researches have been conducted to draw an arbitrary pattern with high definition using the.

特許第3948247号公報Japanese Patent No. 3948247 WO2009/072603WO2009 / 076023

JSME International Journal Series B, Vol.47, No.3, (2004) pp490-496JSME International Journal Series B, Vol. 47, No. 3, (2004) pp490-496 Nanotechnology Vol.20 (2009) 165303(pp5)Nanotechnology Vol.20 (2009) 165303 (pp5)

上記先行技術文献、および上記先行技術文献が引用している文献等が示すように、インクジェット装置を用いてオンデマンドで任意のパターンを高精細に描画する研究は非常に多く行われているものの、実用化に至り製造販売されている装置は、インクジェット市場を見渡しても未だ1台として存在しない。 As shown in the above prior art documents, and the literature cited in the above prior art documents, etc., although research on drawing an arbitrary pattern with high definition on demand using an ink jet device has been carried out very much, Devices that have been manufactured and sold for practical use are not yet one unit even when looking at the inkjet market.

基本的にインクジェットは、主に、下記二つの観点から高精細描画には向いていないといわれている。一つ目に、インクジェットの吐出に用いられるインクは非常に粘度が低く、通常どんなに高くても15Pa・s以下とされ、インクが描画対象物に着弾した後も濡れ広がってしまう(非特許文献1参照)。二つ目に、上記濡れ広がりは表面張力に依存するので(非特許文献1参照)、異種表面を持つ基板に描画する場合、例えば、ガラス基板上の一部に金属が成膜されており、当該ガラスと金属との両方に描画するような場合、最表面の物質の表面張力の違いにより濡れ広がり方が異なるので、一様な描画を行うことが出来ない。 Basically, it is said that inkjet is not suitable for high-definition drawing mainly from the following two viewpoints. First, the ink used for ink jet ejection has a very low viscosity and is usually no more than 15 Pa · s, no matter how high, and spreads even after the ink has landed on the object to be drawn (Non-Patent Document 1). reference). Second, since the wetting spread depends on the surface tension (see Non-Patent Document 1), when drawing on a substrate having a different surface, for example, a metal film is formed on a part of the glass substrate, When drawing on both the glass and the metal, uniform wetting cannot be performed because the way of wetting and spreading differs depending on the surface tension of the outermost material.

このような「濡れ広がり」を制御して、インクジェットによるオンデマンドでの高精細パターン描画を可能にする研究が非常に数多く行われている。例えば、表面張力の影響を無視できるように高粘度のインクを吐出させる方法や、描画対象物(以下、基板とも記載)に表面処理を行い、インクの濡れ広がりを制御する方法などがある。そのなかでも上記特許文献1、および2に挙げたような、「描画対象物をあらかじめ加熱しておいてインクジェットで描画する」という研究は非常に多い。 Many studies have been conducted to control such “wetting and spreading” and enable high-definition pattern drawing on demand by inkjet. For example, there are a method of ejecting high-viscosity ink so that the influence of surface tension can be ignored, a method of performing surface treatment on a drawing object (hereinafter also referred to as a substrate), and controlling the wetting and spreading of the ink. Among them, as described in Patent Documents 1 and 2 described above, there are many studies on “heating an object to be drawn in advance and drawing with an ink jet”.

まず、上述した高粘度のインクを吐出させるインクジェットシステムは、基本的に流路内部のインクを加熱して吐出直前のインクの粘度を低下させ、かつ、駆動部に高電圧を印加することにより大きな変位を与えて吐出させるのが一般的である。この方法は、高い温度での加熱により流路内部でインクが変性し、さらにはインクが固まり流路を閉塞させ吐出不可能となる、または、インクの粘度が高いために吐出周波数が非常に低い(粘度の高い液体は速く動けない。例えば、加える力が同じであれば水あめは水のように速く動かせない)などの理由から、試験的に販売、利用はされているものの実用化には至っていない。 First, the above-described inkjet system that ejects high-viscosity ink basically increases the viscosity of the ink immediately before ejection by heating the ink inside the flow path and applying a high voltage to the drive unit. In general, discharge is performed with displacement. In this method, the ink is denatured inside the flow path by heating at a high temperature, and further, the ink is hardened and the flow path is blocked, making it impossible to discharge, or the discharge frequency is very low due to the high viscosity of the ink. (Viscous liquids cannot move quickly. For example, if the applied force is the same, candy cannot be moved as fast as water.) Not in.

また、表面処理についても非常に研究が盛んであり、現在学会等を賑わす技術であるが、その技術が何に応用されるかを鑑みると全く役に立たないことは明白になる。というのも、インクジェットによるオンデマンドでの高精細パターン描画の大きな目的は、先にも述べたようにプリンテッドエレクトロニクス、すなわち印刷技術を用いた電子デバイスの作製である。インクジェットにより、様々な機能性薄膜を形成することが出来れば、現在のプロセスの何倍も短時間に、かつ低コストにデバイスを作製することができることは容易に想像される。 In addition, research on surface treatment is very active, and it is a technology that is currently popular with academic societies, etc., but it becomes clear that it is completely useless in view of what the technology is applied to. This is because, as described above, a major purpose of high-definition pattern drawing on demand by inkjet is to produce printed electronics, that is, electronic devices using printing technology. If various functional thin films can be formed by ink jetting, it is easily imagined that a device can be manufactured in many times in a short time and at a low cost.

電子デバイスは多種類の機能性薄膜を積層して形成する。したがって、一番最初に形成する第一層の前には表面処理による表面張力コントロールが可能であるが、二層目以降はそれまでに形成された層が存在するので、容易に表面処理が出来るとは限らない。 Electronic devices are formed by laminating various types of functional thin films. Therefore, it is possible to control the surface tension by surface treatment before the first layer to be formed first, but since the second and subsequent layers exist, the surface treatment can be easily performed. Not necessarily.

一般的に、表面処理は大きく分けて2通りの方法が用いられる。第一に、受理層を形成してインクの溶媒のみを受理層に吸い込ませることにより濡れ広がりを防ぐ、第二に、薬液による表面改質を行い、表面張力をコントロールすることで濡れ広がりを防ぐという方法である。両者とも第一層を形成する時には有効かもしれないが、第二層目以上では下層との兼ね合いがあるので殆どの場合適用することができない。第一の方法は、第n層(n>1)と第n+1層との間に受理層を形成することとなり目的の積層デバイス自体が形成できなくなる。第二の方法は薬液処理であるが、これは酸やアルカリによる処理が多く、当該薬液処理以前に形成した層にダメージを与える。それに加え、複数種類の薄膜を形成し、異種材料の表面を持つ描画対象物に薬液処理をすることは殆ど不可能である。例えば、ガラス基板上の一部に金属が成膜されており、当該ガラスと金属との両方に薬液処理を行う場合、ガラス表面と金属表面とは異なる薬液処理を選択的に施さなければならないが、形成されているパターンが複雑であればあるほどそのような処理は甚だ無理である。 Generally, the surface treatment is roughly divided into two methods. First, a receiving layer is formed and only the ink solvent is sucked into the receiving layer to prevent wetting and spreading. Second, surface modification with chemicals is performed to prevent wetting and spreading by controlling the surface tension. It is a method. Both may be effective when the first layer is formed, but the second layer or more cannot be applied in most cases because there is a balance with the lower layer. In the first method, a receiving layer is formed between the nth layer (n> 1) and the (n + 1) th layer, and the target laminated device itself cannot be formed. The second method is chemical treatment, which is often treated with acid or alkali, and damages the layer formed before the chemical treatment. In addition, it is almost impossible to form a plurality of types of thin films and perform a chemical treatment on a drawing object having a surface of a different material. For example, when a metal film is formed on a part of a glass substrate and a chemical treatment is performed on both the glass and the metal, a chemical treatment different from the glass surface and the metal surface must be selectively performed. The more complicated the pattern that is formed, the more difficult it is to do such processing.

そして、上記特許文献1および2に挙げたような、「描画対象物(基板)をあらかじめ加熱しておいてインクジェットで描画する」というという方法は、論文数、特許出願件数、ならびに成立している特許も多いことから、一見理に適っているように見える。しかし、特許権者やその他の会社からもそのようなインクジェットシステムが製品として未だ販売されていない。これは何らかの障壁が、少なくとも論文や特許を記載する実験レベルでは成功するが商品化には至らない何らかの課題があることには違いない。 And, as described in Patent Documents 1 and 2, the method of “drawing an object to be drawn (substrate) in advance and drawing with an ink jet” has been established as well as the number of papers, the number of patent applications, and the like. There are many patents, so it seems reasonable. However, such an inkjet system has not yet been sold as a product by patent holders or other companies. There must be some problem that some kind of barrier is successful at least at the experimental level where papers and patents are written, but not commercialized.

それらの課題は、上記特許文献1にも、当業者が読めば理解できる程度に暗に示されていると考えられる。第一に、上記特許文献1の請求項1には、「(前略)前記インクジェットヘッドを前記載置台と重ならない位置に移動させ、前記インクジェットヘッドを冷却する第4工程と、(後略)」と記載されている。さらに読み進めると、発明の実施の形態22段落目に、「インクジェットヘッドHは、(中略)冷却ジャケット11(冷却手段)で覆われており、一対の接続口13を通じて冷却ジャケット11の二重壁内部の流路に冷却水を循環させることによって、インクジェットヘッドHを水冷できるように構成されている。」との記載がある。 It is considered that these problems are also implicitly shown in the above-mentioned Patent Document 1 to the extent that it can be understood by those skilled in the art. First, in claim 1 of the above-mentioned patent document 1, “(front omitted) a fourth step of moving the ink jet head to a position not overlapping the mounting table and cooling the ink jet head; Have been described. Further reading, in the 22nd paragraph of the twenty-second embodiment of the invention, “the inkjet head H is covered with the (omitted) cooling jacket 11 (cooling means), and the double wall of the cooling jacket 11 is connected through the pair of connection ports 13. There is a description that "the inkjet head H can be cooled with water by circulating cooling water through an internal flow path."

この記載から、インクジェット装置に携わる当業者であればすぐに思いつくのが、「インク詰まり」である。 From this description, “ink clogging” is immediately conceived by those skilled in the art of ink jet devices.

上記特許文献1の請求項12および明細書内部において、「液体(インクジェットのインク)が導電性微粒子を含む」との記載がある。つまり、インクジェットから吐出させるインクは、溶液系ではなく分散系のインクである。インクジェットによって機能性薄膜を形成する場合、使用するインクが溶液系ではなく機能性物質の粒子を溶媒に分散させた分散系であることは非常に多い。例えば導電性薄膜を形成する場合、金属は塩にしない限りどのような溶媒にも溶けないので、金属粒子を溶媒に分散させた分散系のインクを使用することになる。 In claim 12 of the above Patent Document 1 and inside the specification, there is a description that “the liquid (inkjet ink) contains conductive fine particles”. That is, the ink ejected from the inkjet is not a solution system but a dispersion system ink. When forming a functional thin film by inkjet, the ink used is not a solution system but a dispersion system in which particles of a functional substance are dispersed in a solvent. For example, when forming a conductive thin film, the metal is insoluble in any solvent unless it is made into a salt. Therefore, a dispersed ink in which metal particles are dispersed in a solvent is used.

そして、インクジェットのインクとして分散系のインクは非常に扱いが難しい。というのも、インクジェットはインクを吐出させる口(以下、吐出口、またはオリフィスと記載)が非常に小さく、どんなに大きくても吐出口の径は200μm以下である。高精細なパターンを形成したければさらに吐出口を小さくする必要があり、一般的には20μm以下の吐出口径が採用される。この吐出口を描画対象物側から見た場合、小さな穴から分散系のインクの表面がほんの少し露出している構造となる。つまり、分散系のインクが露出した吐出口の数十μmから数百μmという近距離で描画対象物が加熱されているので、分散系のインクの溶媒は蒸発し、分散質(機能性物質の粒子)のみが吐出口に残ることになる。そして、その残った分散質が固まって吐出口を塞ぎ、「インク詰まり」を起こす。 Dispersed inks are very difficult to handle as inkjet inks. This is because the ink jet has a very small port (hereinafter referred to as a discharge port or an orifice) for discharging ink, and the diameter of the discharge port is 200 μm or less no matter how large. In order to form a high-definition pattern, it is necessary to further reduce the discharge port. Generally, a discharge port diameter of 20 μm or less is employed. When this ejection port is viewed from the drawing object side, the surface of the dispersed ink is exposed only slightly from the small hole. That is, since the drawing object is heated at a short distance of several tens to several hundreds of μm from the discharge port where the dispersion ink is exposed, the solvent of the dispersion ink evaporates and the dispersoid (functional substance) Only particles) remain in the discharge port. Then, the remaining dispersoid solidifies and closes the ejection port, causing “ink clogging”.

したがって、上記特許文献1が示す技術では、実際にはヒーターの温度をインクの沸点という高温に設定することは難しいことが、様々な記載から予想される。その理由として第一に、特許文献1の実施例では、パターンを描画する前に必ず基板の表面処理を行う記載がなされているからである。おそらく、当該実施例の構成では実際には吐出口が閉塞しないような低い温度に設定せざるを得ず、基板の加熱はインクの「濡れ広がりの抑制を期待する」ものであろう。第二に、閉塞時に備え、「クリーニング機構部14」を設けており、ホットプレートにより加熱されたインクジェットヘッドにインクが詰まった時にはすぐに吐出口をクリーニングして吐出を回復させなければならないのであろうし、吐出の回復ができる程度の閉塞であれば基板の加熱温度はよほど高いものではない、と当業者であれば容易に想像がつく。 Therefore, it is expected from various descriptions that it is difficult to actually set the temperature of the heater to a high temperature that is the boiling point of the ink in the technique disclosed in Patent Document 1. This is because, firstly, in the example of Patent Document 1, there is a description that the surface treatment of the substrate is always performed before the pattern is drawn. Probably, in the configuration of this embodiment, the temperature must be set to such a low level that does not actually block the discharge port, and the heating of the substrate is “expecting suppression of wetting and spreading” of the ink. Second, in preparation for blocking, a “cleaning mechanism 14” is provided, and when the ink is clogged in the inkjet head heated by the hot plate, the ejection port must be cleaned immediately to restore ejection. Those skilled in the art can easily imagine that the heating temperature of the substrate is not so high if the blockage is such that the discharge can be recovered.

このように、インクの濡れ広がりを抑えて高精彩なパターンをインクジェットにより描画する方法として基板加熱を提唱しつつも、実際には基板の表面処理との組み合わせにより実施している先行文献は非常に多い。 Thus, while the substrate heating is advocated as a method of drawing a high-definition pattern by inkjet while suppressing the wetting and spreading of the ink, the prior literature that is actually implemented in combination with the surface treatment of the substrate is very Many.

インクジェットヘッドへの熱の影響を最小限に抑えつつ、インクの濡れ広がりを確実に抑制できるほど基板を加熱するための発明として考えられたのが、上記特許文献2である。レーザや赤外線をインクの「着弾予定領域に」のみ照射して加熱することにより、インクジェットヘッドへの熱の影響が大幅に軽減されると考えられる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 has been considered as an invention for heating a substrate to such an extent that ink wetting and spreading can be reliably suppressed while minimizing the influence of heat on the inkjet head. It is considered that the influence of heat on the inkjet head is greatly reduced by irradiating only the “landing area” of the ink with laser or infrared rays and heating.

本発明の発明者は上記特許文献2に記載の技術に関しても検討してみたが、すぐに物理的限界、あるいは予算的な限界に直面することとなる。第一に、インクジェットで任意のパターンを高精細に描画するためには、インクジェットヘッドの吐出口と描画対象物との距離(以下、ワーキングディスタンス、またはWDと記載)を1mm以下、好ましくは100μm以下と非常に短くする必要がある。さらに、インクジェットヘッドにはある程度の大きさがあることから、上記特許文献2の代表図1のように、「着弾予定領域」、上記特許文献2の発明を実施する最良の形態43段落を参考にすると「インクの着弾位置から0.5mm〜50mm離れた領域」にレーザを照射できるような物理的空間は存在しないのが一般的である。 The inventor of the present invention has also studied the technique described in Patent Document 2 above, but immediately encounters a physical limit or a budget limit. First, in order to draw an arbitrary pattern with high-definition ink jet, the distance (hereinafter referred to as working distance or WD) between the discharge port of the ink-jet head and the drawing object is 1 mm or less, preferably 100 μm or less. And need to be very short. Further, since the ink jet head has a certain size, referring to the “landing expected area”, the best mode for carrying out the invention of the above-mentioned Patent Document 2, as shown in FIG. Then, it is general that there is no physical space that can irradiate a laser to “an area 0.5 mm to 50 mm away from the ink landing position”.

仮にそのような空間があったと仮定し、着弾予定領域に照射できたと仮定する。そのような仮定をしたとしても問題になるのがレーザの波長である。現在、様々な波長のレーザが市販されているが、描画対象物の材質によって加熱できるレーザの波長が異なる。上記特許文献2には詳細なレーザの波長や描画対象物の材質については言及されていないが、発明を実施するための最良の形態33段落に、「基板には石英ガラス基板を、加熱照射源にはCO2レーザを用い」との記載がある。 Assume that there was such a space, and that it was possible to irradiate the planned landing area. Even with this assumption, the wavelength of the laser is a problem. Currently, lasers with various wavelengths are commercially available, but the wavelengths of lasers that can be heated differ depending on the material of the drawing object. Although the above-mentioned patent document 2 does not mention the detailed laser wavelength and the material of the drawing object, the best mode for carrying out the invention has the paragraph 33 in the paragraph “A quartz glass substrate is used as the substrate, Uses a CO2 laser ".

一般的に販売され購入できるレーザにおいて、CO2レーザは高出力が得られ、安価な部類に入るが、波長が約10μmの赤外線であり、上記特許文献2に記載されている石英ガラスを含め、通常のソーダガラス、プラスチック等の樹脂類を加熱することは出来るが、電子デバイスの基板として多々用いられるシリコンや、可視光以上の光を反射する金属を加熱することが出来ない。 Of the lasers that are generally sold and can be purchased, CO2 lasers provide high output and fall into an inexpensive category, but are infrared rays with a wavelength of about 10 μm, including the quartz glass described in Patent Document 2 above. Although it is possible to heat soda glass, plastics and other resins, it is not possible to heat silicon that is often used as a substrate for electronic devices and metals that reflect light beyond visible light.

特定の波長を有する光を当てたときに発熱するか否かは物質固有の性質であり、シリコンのような半導体は約1μm以下、遷移金属は可視光より短い波長のレーザを用いる必要がある。このように、波長の短いレーザとなると、インクジェット装置1台分よりも高価になり、その上、吐出口が複数ある場合には各吐出口から吐出されるインクの着弾予定位置に対してレーザを照射する必要がある。これは非常に難しい光学設計を行うか、吐出口の数だけレーザを設置することとなり、途端に予算面で非現実的となる。 Whether or not heat is generated when light having a specific wavelength is applied is a property unique to the substance, and it is necessary to use a laser having a wavelength of about 1 μm or less for a semiconductor such as silicon and a wavelength shorter than that of visible light for a transition metal. In this way, a laser with a short wavelength is more expensive than that of one inkjet device, and in addition, when there are a plurality of ejection openings, the laser is applied to the expected landing positions of the ink ejected from each ejection opening. Irradiation is necessary. This is a very difficult optical design or installs lasers as many as the number of ejection openings, which becomes impractical in terms of budget.

プリンテッドエレクトロニクスの一つとして位置づけられるインクジェットによるオンデマンドでの高精細パターン描画は、現在電子デバイスのプロセスとして主流であるフォトリソグラフィープロセスの代替プロセスとして期待されている。フォトリソグラフィープロセスは微細なパターンを高精細に形成することが可能であるが、その高精細さに比例して非常に高価な装置を何種類も必要とする。プリンテッドエレクトロニクスは、そのプロセスを安価な印刷技術によって置き換えようという発想であるため、上述のような高価なレーザを何台も設置するのであればフォトリソグラフィーの代替とはなりえない。 On-demand high-definition pattern drawing by inkjet, which is positioned as one of printed electronics, is expected as an alternative to the photolithography process that is currently the mainstream of electronic devices. The photolithography process can form a fine pattern with high definition, but requires many kinds of very expensive apparatuses in proportion to the high definition. Printed electronics is an idea to replace the process with an inexpensive printing technology, and therefore, if many expensive lasers as described above are installed, it cannot be a substitute for photolithography.

それでも、長いインクジェットの歴史に於いて、描画対象物の加熱という手法によるオンデマンドでの高精細パターンの描画は非常に多くの研究がなされてきた。例えば、上記非特許文献2は高精細描画のための研究論文ではない。加熱した描画対象物にインクジェットプリンターを用いて銀塩インクのパターンを描画することにより、描画と焼成とを同時に行おうとする研究論文である。それにも関わらず、描画対象物を高温に加熱することにより濡れ広がりを抑えて細い配線を描画することができたという結果が記載されている。このように、描画対象物を加熱してインクジェットによる高精細パターン描画について多くの研究がなされているのは、実用化への大きな課題はあれども、実験的には非常に素晴しい成功をおさめてきているという事実があるからではないか。発明者は、この、描画対象物を加熱することによる高精細パターン描画が可能なインクジェット装置の実用化・装置の商品化への課題に取り組むべく、試行錯誤を重ねた。 Nevertheless, in the long history of inkjet, a great deal of research has been done on drawing high-definition patterns on demand by the technique of heating the drawing object. For example, Non-Patent Document 2 is not a research paper for high-definition drawing. This is a research paper that attempts to draw and bake simultaneously by drawing a silver salt ink pattern on a heated drawing object using an inkjet printer. Nevertheless, there is described a result that thin wiring can be drawn while suppressing the wetting and spreading by heating the drawing object to a high temperature. As described above, a lot of research on high-definition pattern drawing by ink jet by heating an object to be drawn has been a great success experimentally, even though it has a big problem for practical use. Maybe because of the fact that it has come. The inventor repeated trial and error in order to tackle the problem of practical use of the ink jet apparatus capable of high-definition pattern drawing by heating the drawing object and commercialization of the apparatus.

まず、インクジェット業界では、オンデマンドでの高精細パターン描画を実現するために必ず満たされなければならない条件(いうなれば常識)があると考えられている。第一に、吐出口から吐出されるインクの液滴径を小さくすること、これはすなわち、吐出口そのものを小さくすることと同義である。第二に、ワーキングディスタンスを出来るだけ短くし、吐出したインクを狙った位置に確実に着弾させる。第三に吐出するインク滴の速度を速くしないことである。これは、上記非特許文献1に記載されているDcmaxを求める式に示されるように、描画対象物に着弾したインクの濡れ広がり径はインクの吐出速度に依存し、速度が速いほど着弾した後の径が大きくなるからである。 First, in the inkjet industry, it is considered that there is a condition (in other words, common sense) that must be satisfied in order to realize high-definition pattern drawing on demand. First, reducing the diameter of the ink droplets ejected from the ejection ports is synonymous with reducing the ejection ports themselves. Second, the working distance is shortened as much as possible, and the ejected ink is reliably landed at the target position. Thirdly, the speed of ink droplets to be ejected is not increased. This is because, as shown in the equation for obtaining Dcmax described in Non-Patent Document 1, the wetting and spreading diameter of the ink that has landed on the drawing object depends on the ejection speed of the ink. This is because the diameter of is increased.

そのほかにも、吐出口から吐出されるインク滴が分裂していないことや、吐出されたインクの速度と描画対象物を動かすステージのスピードの兼ね合いなども考慮に入れる必要がある。吐出口から吐出されるインクは、吐出の制御方法によりいくつかに分裂することが多々あり、主滴の前後に小さな副滴(以下、サテライトと記載)が分離すると、サテライトの飛翔方向をコントロールすることが出来ないため、サテライトが出ると目的のパターンを描画することは出来なくなる。さらに、上記第三で挙げたように吐出するインク滴の速度を遅くする必要があるので、描画対象物を動かすステージが速く動くと狙った位置にインクを着弾させることが出来なくなる。つまり、必然的に吐出速度と、ステージの速度は遅くする必要がある。 In addition, it is necessary to take into consideration the fact that the ink droplets ejected from the ejection ports are not split and the balance between the speed of the ejected ink and the speed of the stage that moves the drawing target. The ink ejected from the ejection port is often divided into several parts depending on the ejection control method. When small sub-droplets (hereinafter referred to as satellites) are separated before and after the main droplet, the flight direction of the satellite is controlled. It is impossible to draw the target pattern when the satellite appears. Furthermore, since the speed of the ink droplets to be ejected needs to be slowed as described in the third case, if the stage for moving the drawing object moves fast, it becomes impossible to land the ink at the target position. In other words, the discharge speed and the stage speed must be reduced.

ここで、「高精細」という言葉について記載する。本明細書では「高精細」や「高精細なパターン」という言葉を多用している。この精細度というのは人間の可視性に依存して判断されることが多く厳密な数値化することは難しい。しかし、平均的に人間が肉眼で見える最小の大きさは100μmといわれている(代表としてオリンパス社HP参照http://microscopelabo.jp/learn/025/)。したがって、本明細書では、高精細描画とは、100μm以下のインク滴の集合により描画されたものを指す。さらに詳細には、描画装置からインク滴を1滴描画対象物に着弾させた時の着弾径が100μm以下であるとする。 Here, the word “high definition” will be described. In this specification, the terms “high definition” and “high definition pattern” are frequently used. This definition is often determined depending on human visibility, and it is difficult to make a precise numerical value. However, the minimum size that humans can see with the naked eye on average is said to be 100 μm (refer to the Olympus website as a representative http://microscopelabo.jp/learn/025/). Therefore, in this specification, high-definition drawing refers to drawing drawn by a collection of ink droplets of 100 μm or less. More specifically, it is assumed that the landing diameter when an ink droplet is landed on the object to be drawn from the drawing apparatus is 100 μm or less.

以上、本発明の課題は、どのような表面状態を持つ描画対象物に対しても、表面処理を全く行うことなく、描画対象物を加熱してもインク詰まりを生じさせることなく高精細なパターンを描画できるパターン描画装置、およびそのパターン描画方法を提供することである。 As described above, the object of the present invention is to provide a high-definition pattern without any surface treatment for a drawing object having any surface state and without causing ink clogging even when the drawing object is heated. A pattern drawing apparatus and a pattern drawing method thereof.

発明者は、上記の高精細パターンを実現するために必要と考えられている常識こそが、描画対象物を加熱することによる高精細パターン描画が実用化されない原因ではないかと考え、それらの常識を破り、さらに新たな技術を導入することにより本発明に至った。 The inventor considers that common sense considered necessary for realizing the above-mentioned high-definition pattern is the reason why high-definition pattern drawing by heating a drawing object is not put into practical use, The present invention was reached by breaking and introducing new technology.

上記課題を解決し、オンデマンドでの高精細パターン描画が可能な本発明のパターン描画装置は、少なくとも、インクジェットヘッド、ステージ、コントローラ、および、インクを溜めるリザーバを有する。インクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出口を1つ、または複数有し、吐出口は、1平方cm以上の面積を有する平板に穿たれた穴である。インクは、分散質粒子を分散媒に分散させた分散系のインクであり、リザーバから吐出口までの間はインクが充填されている。ステージは、描画対象物を載置するとともに、描画対象物の描画予定領域を均一な温度に加熱する加熱機構を有し、インクジェットヘッドの吐出口と描画対象物との間の距離は0.5mm以上、20mm以下である。コントローラは、インクジェットヘッドおよびステージの相対的な動作を制御する構成である。 The pattern drawing apparatus of the present invention that solves the above-described problems and enables high-definition pattern drawing on demand includes at least an inkjet head, a stage, a controller, and a reservoir for storing ink. The inkjet head has one or a plurality of ejection openings for ejecting ink, and the ejection openings are holes formed in a flat plate having an area of 1 square cm or more. The ink is a dispersion type ink in which dispersoid particles are dispersed in a dispersion medium, and the ink is filled from the reservoir to the discharge port. The stage has a heating mechanism for placing the drawing object and heating the drawing area of the drawing object to a uniform temperature, and the distance between the ejection port of the inkjet head and the drawing object is 0.5 mm. Above, it is 20 mm or less. The controller is configured to control relative operations of the inkjet head and the stage.

ここで、描画対象物を加熱する温度は、使用する系、例えばインクの溶媒、インクの濃度、描画対象物の表面の形状などによって変化する。一概には決めることができないため、下記「発明の効果」以下でその詳細について説明する。 Here, the temperature at which the drawing object is heated varies depending on the system used, for example, the ink solvent, the ink concentration, the shape of the surface of the drawing object, and the like. Since it cannot be determined generally, the details will be described below in the following “Effects of the Invention”.

この描画装置の構成において、吐出口を穿つ平板は、遷移金属、周期表13属および14属元素、またはそれらの合金、ならびに、ポリイミド、PEN(PolyEthylene Naphthalate)、PEEK(PolyEther Ether Ketone)のいずれかで作製されており、その平板に設けられた吐出口の直径は20μm以上、60μm以下である。 In the configuration of this drawing apparatus, the flat plate that pierces the discharge port is any one of transition metals, elements of Group 13 and 14 of the periodic table, or alloys thereof, polyimide, PEN (PolyEthylene Naphthalate), and PEEK (PolyEther Ether Ketone). The diameter of the discharge port provided in the flat plate is 20 μm or more and 60 μm or less.

さらに、この描画装置に使用するインクの組成として一例を挙げると、インクの分散質粒子は、表面に2nm以上3nm以下の分散剤に被覆された平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、分散媒は非極性の鎖式飽和炭化水素であり、分散質濃度が35w%以上、65w%以下である。 Further, as an example of the composition of the ink used in the drawing apparatus, the dispersoid particles of the ink are nonmagnetic metal particles having an average particle diameter of 20 nm coated on the surface with a dispersant of 2 nm or more and 3 nm or less, The dispersion medium is a nonpolar chain saturated hydrocarbon, and the dispersoid concentration is 35 w% or more and 65 w% or less.

上記課題を解決し、オンデマンドでの高精細パターン描画が可能な本発明のパターン描画方法は、少なくとも、インクジェットヘッド、ステージ、コントローラ、および、インクを溜めたリザーバを有する装置を用いる。インクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出口を1つ、または複数有し、吐出口は、1平方cm以上の面積を有する平板に穿たれた穴である。インクは、分散質粒子を分散媒に分散させた分散系のインクであり、リザーバから吐出口まではインクを充填する。ステージには描画対象物を載置するとともに、描画対象物の描画予定領域を均一な温度に加熱する。そして、インクジェットヘッドが描画対象物の描画予定領域上にくるように配する。このとき、吐出口と描画対象物との間の距離は0.5mm以上、20mm以下とし、コントローラにより、吐出口から吐出させるインクの状態およびタイミング、インクジェットヘッドおよびステージの相対位置、ならびに描画対象物の加熱温度を制御して吐出口よりインクを吐出させる。 The pattern drawing method of the present invention that solves the above problems and enables high-definition pattern drawing on demand uses at least an inkjet head, a stage, a controller, and an apparatus having a reservoir for storing ink. The inkjet head has one or a plurality of ejection openings for ejecting ink, and the ejection openings are holes formed in a flat plate having an area of 1 square cm or more. The ink is a dispersion ink in which dispersoid particles are dispersed in a dispersion medium, and the ink is filled from the reservoir to the discharge port. A drawing target is placed on the stage, and the drawing target region of the drawing target is heated to a uniform temperature. Then, the inkjet head is arranged so as to be on the drawing scheduled area of the drawing object. At this time, the distance between the ejection port and the drawing object is 0.5 mm or more and 20 mm or less, the state and timing of the ink ejected from the ejection port by the controller, the relative position of the inkjet head and the stage, and the drawing object Ink is discharged from the discharge port by controlling the heating temperature.

本発明は上記パターン描画方法においてさらに、描画対象物と同じ材質同じ厚さの擬似基板を配し、擬似基板を、描画対象物の描画予定領域と同じ温度に加熱し、インクジェットヘッドを擬似基板上に配して1秒以上600秒以下の時間でインクを吐出させた後、インクジェットヘッドが描画対象物の描画予定領域上に来るよう配し、インクジェットヘッドの吐出口よりインクを吐出させることができる。 According to the present invention, in the pattern drawing method, a pseudo substrate having the same material and the same thickness as the drawing object is disposed, the pseudo substrate is heated to the same temperature as a drawing scheduled area of the drawing object, and the inkjet head is placed on the pseudo substrate. After the ink is ejected in a period of 1 second to 600 seconds, the ink jet head is arranged so as to be on the drawing target region of the drawing object, and the ink can be ejected from the ejection port of the ink jet head. .

本明細書では、上記のように加熱された擬似基板上でインクジェットを吐出させることを「予備吐出」と記載する。 In this specification, discharging the ink jet on the pseudo substrate heated as described above is referred to as “preliminary discharge”.

さらに、本発明のパターン描画方法は、吐出口より吐出したインク滴が描画対象物に着弾した時の直径に比して、吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.1倍以上0.8倍以下の距離で重なるよう着弾させる。 Furthermore, in the pattern drawing method of the present invention, the (n + 1) th (n> 1) th ink droplet ejected from the ejection port is compared with the diameter when the ink droplet ejected from the ejection port has landed on the drawing object. The n-th ink droplet ejected from the ejection port is landed so as to overlap at a distance of 0.1 to 0.8 times.

また、本発明のパターン描画方法は、第n+1番目のインク滴は、第n番目のインク滴が着弾した後、0.1m秒以上10m秒以下の時間内に描画対象物に着弾させる。 In the pattern drawing method of the present invention, after the n + 1th ink droplet has landed, the (n + 1) th ink droplet is landed on the drawing object within a time period of 0.1 ms to 10 ms.

とりわけ、本発明のパターン描画方法において、
吐出されるインクの分散媒はドデカンであり、インクの分散質は、表面に2nm乃至3nmの分散剤に被覆され、平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、分散質の重量濃度が35w%以上65w%以下とする。そして、吐出口より吐出したインク滴が描画対象物に着弾した時の直径に比して、吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.5倍以上0.8倍以下の距離で重なるよう着弾させ、かつ、第n+1番目のインク滴は、第n番目のインク滴が着弾した後、2m秒以上5m秒以下の時間内に描画対象物に着弾させる。このとき、描画対象物の温度は130度以上150度以下に設定することで、高アスペクト比の配線を描画することができる。
In particular, in the pattern drawing method of the present invention,
The dispersion medium of the ejected ink is dodecane, and the dispersoid of the ink is a non-magnetic metal particle having a surface coated with a dispersant of 2 nm to 3 nm, an average particle diameter of 20 nm, and the weight concentration of the dispersoid is 35 w. % To 65 w%. The n + 1th (n> 1) th ink droplet ejected from the ejection port is nth ejected from the ejection port as compared to the diameter when the ink droplet ejected from the ejection port lands on the drawing object. The n + 1th ink droplet is landed at a distance not less than 2 msec and not more than 5 msec after the nth ink droplet has landed. Land on the drawing object in time. At this time, the wiring of a high aspect ratio can be drawn by setting the temperature of the drawing object to be 130 ° C. or more and 150 ° C. or less.

同様に、本発明のパターン描画方法において、
吐出されるインクの分散媒はテトラデカンであり、インクの分散質は、表面に2nm乃至3nmの分散剤に被覆され、平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、分散質の重量濃度が35w%以上65w%以下とする。そして、吐出口より吐出したインク滴が描画対象物に着弾した時の直径に比して、吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.5倍以上0.8倍以下の距離で重なるよう着弾させ、かつ、第n+1番目のインク滴は、第n番目のインク滴が着弾した後、2m秒以上5m秒以下の時間内に描画対象物に着弾させる。このとき、描画対象物の温度は170度以上190度以下に設定することで、高アスペクト比の配線を描画することができる。
Similarly, in the pattern drawing method of the present invention,
The dispersion medium of the ejected ink is tetradecane, and the dispersoid of the ink is a non-magnetic metal particle having an average particle diameter of 20 nm coated on the surface with a dispersant of 2 nm to 3 nm, and the weight concentration of the dispersoid is 35 w. % To 65 w%. The n + 1th (n> 1) th ink droplet ejected from the ejection port is nth ejected from the ejection port as compared to the diameter when the ink droplet ejected from the ejection port lands on the drawing object. The n + 1th ink droplet is landed at a distance not less than 2 msec and not more than 5 msec after the nth ink droplet has landed. Land on the drawing object in time. At this time, the wiring of the high aspect ratio can be drawn by setting the temperature of the drawing target to 170 degrees or more and 190 degrees or less.

本発明の効果は上記「課題を解決するための手段」のみによって理解することは難しいと思われるため、効果の理解の助けになるものとして当該手段によって生じる物理現象の原理とともに図を用いて説明する。もちろん、本発明の課題を解決する手段とその説明として述べる物理現象はすべてが解明されているわけではなく、他の解釈も存在しうる可能性は否定されない。したがって、本発明は下記現象論によって限定されるものではない。しかしながら、本発明の課題を解決する手段を実行することにより、本発明の効果を得ることができる。 The effect of the present invention seems to be difficult to understand only by the above-mentioned "means for solving the problem", so that it will be explained with reference to the principle of the physical phenomenon caused by the means as an aid for understanding the effect. To do. Of course, the means for solving the problems of the present invention and the physical phenomena described as the explanation thereof are not completely elucidated, and there is no denying the possibility that other interpretations may exist. Therefore, the present invention is not limited by the following phenomenology. However, the effect of the present invention can be obtained by executing means for solving the problems of the present invention.

上記「課題を解決するための手段」で記載した本発明の構成は、上記「発明が解決しようとする課題」で記載した高精細パターン描画用インクジェットシステムの常識を見直し、新たな構成を打ち出すことで課題を解決している。 The configuration of the present invention described in the above “Means for Solving the Problems” is to review the common sense of the inkjet system for high-definition pattern drawing described in the “Problems to be Solved by the Invention” and to come up with a new configuration. The problem is solved.

本発明のパターン描画装置は、高精細パターン描画の常識として挙げた、第一「インクの液滴径を小さくする(吐出口を小さくする)」、第二「ワーキングディスタンスを短くする」、第三「インク滴の速度を遅くする」の全てに反する構造をとる。つまり、本発明のパターン描画装置は、従来の高精細パターン描画用インクジェットシステムに比較して、吐出口の径が大きく、ワーキングディスタンスが長く、インク滴の速度が速いインクジェットヘッドを用いる。 The pattern drawing apparatus according to the present invention includes the first “reducing the ink droplet diameter (reducing the discharge port)”, the second “reducing the working distance”, the third, which are cited as common sense of high-definition pattern drawing. It has a structure that is against all of the “slow ink drop speed”. That is, the pattern drawing apparatus of the present invention uses an ink jet head that has a larger discharge port diameter, a longer working distance, and a faster ink droplet speed, as compared to a conventional high-definition pattern drawing ink jet system.

具体的に本発明は、インクジェットヘッドの吐出口の直径を、一般的に高精細描画用途として販売・使用されているものよりも格段に大きい20μm以上60μm以下、好ましくは30μmとした。これにより、一度に吐出されるインク滴の質量が大きくなり、質量と慣性によって速い速度で直線的に遠くまでインク滴を飛翔させることができる。したがって、今まで最大でも数百μmといわれていたワーキングディスタンスを、20mmまで大きくすることを可能にした。 Specifically, in the present invention, the diameter of the discharge port of the ink jet head is set to 20 μm or more and 60 μm or less, preferably 30 μm, which is much larger than that generally sold and used for high-definition drawing. As a result, the mass of the ink droplets ejected at a time becomes large, and the ink droplets can be ejected linearly far at a high speed by the mass and inertia. Therefore, the working distance, which has been said to be several hundred μm at the maximum, can be increased to 20 mm.

さらに、吐出口を金属でできた平板に形成することにより、他の素材よりも熱の影響を受けにくくなっている。金属は、熱伝導率が高いので温まりやすいと考えられがちであるが、赤外線を反射するため、ステージや描画対象物からの輻射熱による温度上昇が無く、吐出口近辺の温度上昇を抑えることが出来る(吐出口を穿つ平板のことを、以下、オリフィスプレートと記載する。)。これにより、ステージからの熱により分散系インクの分散質が吐出口で固まり、インクが詰まってしまう問題を回避することが出来る。さらに、オリフィスプレートのサイズ1平方cmを大きくすることにより、インクジェットヘッド全体も大きくなり、インクジェットヘッドの熱容量が大きくなることでインクジェットヘッド全体の温度上昇を抑えることができる。 Furthermore, by forming the discharge port on a flat plate made of metal, it is less susceptible to heat than other materials. Metals tend to be considered to warm easily due to their high thermal conductivity, but because they reflect infrared rays, there is no temperature rise due to radiant heat from the stage or drawing object, and temperature rise near the discharge port can be suppressed. (The flat plate having the discharge port is hereinafter referred to as an orifice plate). Accordingly, it is possible to avoid the problem that the dispersoid of the dispersed ink is hardened at the discharge port due to heat from the stage and the ink is clogged. Further, by increasing the size of the orifice plate of 1 square centimeter, the entire inkjet head is also increased, and the thermal capacity of the inkjet head is increased, so that the temperature rise of the entire inkjet head can be suppressed.

しかし、それだけでは高精細なパターンの描画ができるわけではない。インクジェットヘッドと共に重要なのがインクの組成である。 However, that alone does not mean that high-definition patterns can be drawn. What is important with the ink jet head is the composition of the ink.

本発明のパターン描画装置に充填されているインクは粒子を分散させた分散系のインクである必要がある。例えば、J. Magn. Magn. Mater., 125 263 (1993)や、当該論文の筆頭著者がまとめているホームページ「磁気記録媒体用磁性塗料における磁性粒子の分散性に関する研究」(http://hr-inoue.net/zscience/doctor/d-chapter3/d-chapter3.html)第3章などを参考にするとわかるように、分散系はその分散質重量濃度と粘度に相関があり、その相関は低濃度では線形であるが、ある濃度を境に急激に高次関数的に上昇する。上記引用文献は磁性粒子分散系であり、磁性粒子分散系は粒子同士の相互作用があるため約20w%から急激に粘度が上昇すると述べられている。 The ink filled in the pattern drawing apparatus of the present invention needs to be a dispersed ink in which particles are dispersed. For example, J. Magn. Magn. Mater., 125 263 (1993) and the homepage compiled by the first author of the paper “Study on Dispersibility of Magnetic Particles in Magnetic Coatings for Magnetic Recording Media” (http: // hr -inoue.net/zscience/doctor/d-chapter3/d-chapter3.html) As you can see from Chapter 3 etc., the dispersion system has a correlation between the dispersoid weight concentration and viscosity, and the correlation is low. The concentration is linear, but rises rapidly with a high-order function at a certain concentration. The cited reference is a magnetic particle dispersion system, and it is stated that the viscosity rapidly increases from about 20 w% because the magnetic particle dispersion system has an interaction between particles.

上記文献がさらに引用しているAnn. In. Phys., 19, 289 (1906)などは、相互作用の無い球体の微粒子分散系に関して述べている。相互作用の無い分散系に関しては、当該文献以外にも多数の研究がなされており、分散溶媒や分散質の粒子サイズにも依存するが、磁性粒子よりも高い濃度で急激に粘度が上昇することが分かっている。例えば、直径が20nm程度の金属粒子を非極性溶媒に分散させた場合、50〜60w%で粘度が急激に上昇する。 Ann. In. Phys., 19, 289 (1906), etc., further cited in the above document, describe a spherical fine particle dispersion system without interaction. Many studies have been conducted on non-interactive dispersions in addition to this document, and depending on the dispersion solvent and particle size of the dispersoid, the viscosity increases rapidly at a higher concentration than the magnetic particles. I know. For example, when metal particles having a diameter of about 20 nm are dispersed in a nonpolar solvent, the viscosity rapidly increases at 50 to 60 w%.

つまり、分散系のインクは、ある濃度までは線形に緩やかに粘度が上昇するが、ある点を境に高次関数的に急激に粘度が上昇する。そこで、描画対象物を加熱していれば、当該描画対象物に着弾したインク滴は、溶媒が蒸発することで急激に粘度が上昇し、加熱されている描画対象物の温度に依存した溶媒の蒸気圧に達したところで平衡状態となる。 That is, the viscosity of the dispersed ink increases linearly and gently up to a certain density, but rapidly increases in a high-order function at a certain point. Therefore, if the drawing object is heated, the ink droplets that have landed on the drawing object rapidly increase in viscosity due to the evaporation of the solvent, and the solvent drops depending on the temperature of the heated drawing object. When the vapor pressure is reached, an equilibrium state is reached.

本発明のパターン描画装置では、様々な機能を有する分散質を分散させたインクを用いることができるが、それらは全てこの粘度が急激に上昇する前の重量濃度に調合したインクを使用することが好ましい。これにより、高精細描画に適した様々な効果を得ることができる。 In the pattern drawing apparatus of the present invention, it is possible to use ink in which dispersoids having various functions are dispersed, but all of them use ink prepared to a weight concentration before the viscosity rapidly increases. preferable. Thereby, various effects suitable for high-definition drawing can be obtained.

とりわけ、インク滴一滴一滴を観察した場合について、図6を用いて説明する。図6(a)が示すようにインクジェットヘッドの吐出口から吐出されたインク滴601が描画対象物602に着弾した瞬間は半球形である。この半球形を微視的に見た場合、盛上がった中心部(矢印603)よりも厚みの薄い端部(矢印604)の方が体積に対する表面積が大きいため、溶媒の蒸発速度が速く、粘度が高くなる速度も速い。したがって、着弾したインク滴601の端部604が最も速く乾燥して描画対象物602に固定されるため、図6(a)中の両矢印605で示すインクの着弾幅を抑制することができる。 In particular, the case of observing each ink drop will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6A, the moment when the ink droplet 601 ejected from the ejection port of the inkjet head has landed on the drawing object 602 is hemispherical. When this hemispherical shape is viewed microscopically, the thinner end portion (arrow 604) has a larger surface area with respect to the volume than the raised center portion (arrow 603), so the evaporation rate of the solvent is faster and the viscosity is higher. The speed at which is increased is also fast. Therefore, since the end 604 of the landed ink droplet 601 is dried fastest and is fixed to the drawing target 602, the landing width of the ink indicated by the double arrow 605 in FIG. 6A can be suppressed.

このように、粒子の分散系に関する重量濃度と粘度との関係は、引用文献の古さからも分かるように昔から知られていることであったが、この性質をインクジェットのインクに利用して高精細なパターンを描画するという技術は、本発明の発明者によって発見されたものである。何故なら、今までインクジェットシステムは、ワーキングディスタンスは短ければ短いほど高精細描画が可能であるという常識があり、基板を加熱する熱によって粘度が急激に変化するよう調合された分散系インクは使用することができなかったからである。 As described above, the relationship between the weight concentration and the viscosity related to the particle dispersion system has been known for a long time as can be seen from the oldness of the cited document. The technique of drawing a high-definition pattern has been discovered by the inventors of the present invention. This is because the conventional ink jet system has a common sense that the shorter the working distance, the higher the resolution can be drawn, and the dispersion ink prepared so that the viscosity is rapidly changed by the heat of heating the substrate is used. Because I couldn't.

以上により、本発明のパターン描画装置は、上記のワーキングディスタンスが長いインクジェットヘッドを用いることで熱によるインクジェットヘッドの吐出口のインク詰まりを回避し、分散系の濃度によって粘度が変化する性質を利用して溶媒が蒸発してインク滴中の分散質濃度が上昇すれば急激に粘度が上昇するよう調合されたインクを用いる。そして、描画対象物を加熱することによって着弾したインク滴の濡れ広がりを抑えることにより、描画対象物の濡れ性をコントロールするための表面処理を全く行うこと無しに高精細なパターンの描画が可能な描画装置を実現することができる。 As described above, the pattern drawing apparatus according to the present invention uses the above-described ink jet head having a long working distance to avoid ink clogging at the ejection port of the ink jet head due to heat, and utilizes the property that the viscosity changes depending on the concentration of the dispersion system. Ink prepared so that the viscosity rapidly increases when the concentration of the dispersoid in the ink droplets increases as the solvent evaporates is used. In addition, by suppressing the wetting and spreading of the ink droplets landed by heating the drawing object, high-definition patterns can be drawn without any surface treatment for controlling the wettability of the drawing object. A drawing apparatus can be realized.

さらに分散系のインクの粘度を含む物性の変化は、描画対象物が加熱されているがゆえに、描画対象物に着弾したインクの広がり方向をも制御することができるようである。 Further, the change in physical properties including the viscosity of the dispersed ink seems to be able to control the spreading direction of the ink landed on the drawing object because the drawing object is heated.

単純なモデルとして、描画対象物に対し、第一番目に着弾したインク滴とやや重なり合うように第二番目のインク滴を着弾させる。第二番目のインク滴には、それと重なり合うように第三番目のインク滴を着弾させ、それを繰り返して、第n−1番目(n>2)のインク滴と重なり合うように第n番目のインク滴を着弾させる。そして、第n番目のインク滴と重なり合うように第n+1番目のインク滴を着弾させ、直線を描画した場合を図6(b)、および図6(c)に示して説明する。まず、第n番目のインク滴606が第n−1番目のインク滴608に重なって描画対象物602に着弾し、次に第n+1番目のインク滴607が第n番目のインク滴606に重なって描画対象物に着弾すると、第n番目のインク滴606は、図6(c)中の2つの矢印のどちらかで示されるように、第n−1番目のインク滴608、または第n+1番目のインク滴607のどちらかへ異方的に流動する現象が見られる。 As a simple model, the second ink droplet is landed on the drawing target so as to slightly overlap the first landed ink droplet. The third ink droplet is landed on the second ink droplet so as to overlap with the second ink droplet, and this is repeated, so that the nth ink is overlapped with the n−1th (n> 2) ink droplet. Make a drop land. The case where the (n + 1) th ink droplet is landed so as to overlap with the nth ink droplet and a straight line is drawn will be described with reference to FIGS. 6 (b) and 6 (c). First, the nth ink droplet 606 overlaps the (n−1) th ink droplet 608 and lands on the drawing target 602, and then the (n + 1) th ink droplet 607 overlaps the nth ink droplet 606. When landing on the object to be drawn, the nth ink droplet 606 becomes the (n−1) th ink droplet 608 or the (n + 1) th ink droplet 608 as shown by one of the two arrows in FIG. A phenomenon of anisotropic flow to either ink droplet 607 is observed.

これが実験的に観察された様子を図7(a)、(b)に示す。図7(a)では、第n番目のインク滴が第n-1番目のインク滴側へ流動しているように見られる。図7(b)では逆に、第n番目のインク滴が第n+1番目のインク滴側へ流動しているように見られる。このような現象は、インクの濃度、インク滴の大きさ、着弾間隔や着弾時間等、様々な要因によって変化するようであり、明確な原因は分かっていない。 FIGS. 7A and 7B show how this was observed experimentally. In FIG. 7A, it can be seen that the nth ink droplet is flowing toward the (n-1) th ink droplet side. In contrast, in FIG. 7B, the nth ink droplet appears to flow toward the (n + 1) th ink droplet. Such a phenomenon seems to change depending on various factors such as ink density, ink droplet size, landing interval and landing time, and no clear cause is known.

おそらく、描画対象物602が加熱されている事により、着弾したインク滴は急激に分散媒が蒸発していく。そこへ第n番目のインク滴607が着弾すると、当該第n+1番目のインク滴607が着弾した瞬間は、第n番目のインク滴606よりも第n+1番目のインク滴607の方が分散媒含有量が多い。このように、微小な時間差内で物性が異なった第n番目のインク滴606と、第n+1番目のインク滴607とが接触すると、第n番目のインク滴607は等方的ではなく、同組成に近いインク滴側に異方的に流動しやすくなるのであろうと予想される。 Presumably, due to the drawing object 602 being heated, the dispersion medium suddenly evaporates from the landed ink droplets. When the nth ink droplet 607 lands there, the content of the dispersion medium in the (n + 1) th ink droplet 607 is larger than that in the nth ink droplet 606 at the moment when the (n + 1) th ink droplet 607 is landed. There are many. Thus, when the nth ink droplet 606 and the (n + 1) th ink droplet 607 having different physical properties within a minute time difference come into contact with each other, the nth ink droplet 607 is not isotropic and has the same composition. It is expected that it will tend to flow anisotropically toward the ink droplet side close to.

この、第n番目のインク滴が、第n-1番目のインク滴側、または第n+1番目のインク滴側へ流動する現象は、様々な原理が考えられているが、粘度を含む様々な物性が変動しながら流動する動的現象かつ非常に微小な系であるため、明確な原理の証明は非常に難しい。発明者が知る中で予想されている原理としては次の二つがある。 Various phenomena are considered for the phenomenon that the nth ink droplet flows to the (n−1) th ink droplet side or the (n + 1) th ink droplet side, but various physical properties including viscosity are considered. It is very difficult to prove a clear principle because it is a dynamic phenomenon that flows while fluctuating and a very small system. There are two principles that are anticipated by the inventors as follows.

第一に、上記したように、第n+1番目のインク滴が着弾した瞬間、第n番目のインク滴は、第n+1番目のインク滴よりも濃度が高くなっている。分散系は、濃度が高くなるにつれて粘度が高くなることは上により述べたが、同様に表面張力も高くなる傾向がある。つまり、第n+1番目のインク滴は、第n番目のインク滴よりも表面張力が低いために、表面張力が高い第n+1番目のインク滴の方へ流動する、という考え方である。 First, as described above, at the moment when the (n + 1) th ink droplet has landed, the density of the nth ink droplet is higher than that of the (n + 1) th ink droplet. As described above, the viscosity of the dispersion increases as the concentration increases, but the surface tension tends to increase as well. That is, the concept is that the (n + 1) th ink droplet has a lower surface tension than the nth ink droplet, and therefore flows toward the (n + 1) th ink droplet having a higher surface tension.

第二に、第n+1番目のインク滴が着弾した瞬間、第n番目のインク滴が着弾した場所は第n番目のインク滴が含有する溶媒を揮発させる気化熱が奪われて少し温度が下がる。そこへすぐに第n+1番目のインク滴が着弾すると、第n番目のインク滴は第n+1番目のインク滴が着弾した位置よりも温度が低くなっていると考えられる。逆に、第n番目のインク滴が着弾してじゅうぶんに温まってから第n+1番目のインク滴が着弾した場合は、第n番目のインク滴が着弾した部分よりも第n+1番目のインク滴が着弾した位置の方がインクの温度の影響を受けて温度が低くなっている可能性もある。液体は、温度差があると温度が高いほうから低い方へ流動する性質がある(マランゴニ流と呼ばれる)。この流動は、分散系内で微小な温度差がある場合これを均一にするために流動する、または、温度差により表面張力に差が生じて流動する、などと考えられている。 Second, at the moment when the (n + 1) th ink droplet has landed, the temperature at which the nth ink droplet has landed is slightly reduced due to the removal of the heat of vaporization that volatilizes the solvent contained in the nth ink droplet. If the (n + 1) th ink droplet lands immediately there, the nth ink droplet is considered to have a lower temperature than the position where the (n + 1) th ink droplet landed. Conversely, if the (n + 1) th ink droplet lands after the nth ink droplet has landed and warmed up sufficiently, the (n + 1) th ink droplet landed more than the landed portion of the nth ink droplet. There is a possibility that the temperature at the position is lower due to the influence of the ink temperature. Liquids have the property of flowing from higher to lower when there is a temperature difference (called Marangoni flow). This flow is considered to flow in order to make uniform a small temperature difference in the dispersion, or to flow due to a difference in surface tension due to the temperature difference.

どの原理を採択するにしろ、本発明のパターン描画装置によりインクジェットヘッドから吐出したインク滴を重なり合うように着弾させていくと、濡れ広がりを異方的に制御して細い線を描画することができ、ひいては、描画対象物の表面処理を行うことなく高精細なパターンを描画する装置を実現することができる。 Regardless of which principle is adopted, when the ink droplets ejected from the inkjet head are landed so as to overlap with the pattern drawing device of the present invention, it is possible to draw thin lines by controlling the wetting spread anisotropically. As a result, it is possible to realize an apparatus that draws a high-definition pattern without performing surface treatment of the drawing object.

さらに、本発明のパターン描画方法についてもその効果を説明する。本発明のパターン描画方法は、本発明のパターン描画装置を用い通常通りの手順で描画を行っても良いが、擬似基板上でインクジェットを吐出させた後、描画対象物に描画することが好ましい。 Further, the effect of the pattern drawing method of the present invention will be described. In the pattern drawing method of the present invention, drawing may be performed by a normal procedure using the pattern drawing apparatus of the present invention, but it is preferable to draw on a drawing object after ejecting an ink jet on a pseudo substrate.

インクジェットヘッドは、常温で保持された状態から加熱された描画対象物の上に配置されると、周囲の温度変化を受けて少なからず吐出に影響が生じる。この影響の大きさはインクジェット装置の構成にも依存するが、本発明のパターン描画装置の構成をもっても完全に排除することはできないがために本発明の方法を採用するものである。 When the ink-jet head is placed on a drawing object heated from a state where it is held at room temperature, the ink-jet head is affected not only by the ambient temperature change but also has a significant effect on ejection. Although the magnitude of this influence depends on the configuration of the ink jet apparatus, the method of the present invention is adopted because it cannot be completely eliminated even with the configuration of the pattern drawing apparatus of the present invention.

本発明のパターン描画方法は、インクジェットヘッド周辺の温度変化の影響を排除するため、描画対象物と同じ温度で加熱されている擬似基板上で吐出を行いながらインクジェットヘッドとその吐出が熱平衡に達するのを待つ。そして、インクの吐出が安定した後、インクジェットヘッドが所定の温度に加熱されている描画対象物上にくるように相対位置を変えてパターンを描画することで、ステージや描画対象物からの熱に影響されること無く、安定した描画を実現することができる。 In the pattern drawing method of the present invention, in order to eliminate the influence of the temperature change around the ink jet head, the ink jet head and the discharge reach a thermal equilibrium while discharging on the pseudo substrate heated at the same temperature as the drawing object. Wait for. Then, after ink ejection is stabilized, the pattern is drawn by changing the relative position so that the inkjet head is placed on the drawing object heated to a predetermined temperature. Stable drawing can be realized without being affected.

これは、本発明の熱による影響を最小限に抑えたインクジェットヘッドを有する描画装置の構造であるがゆえに実現できるものであり、通常使用されるワーキングディスタンスが短く吐出口の径が小さなインクジェットでは熱平衡に至る前にインク詰まりを生じ、吐出が不可能になる。つまり、本発明のパターン描画方法は本発明のパターン描画装置によって実現される。 This can be realized because of the structure of the drawing apparatus having an ink jet head that minimizes the influence of heat according to the present invention, and in the case of an ink jet that has a short working distance and a small discharge port diameter that is normally used, thermal equilibrium is achieved. Ink clogging occurs before reaching discharge, making ejection impossible. That is, the pattern drawing method of the present invention is realized by the pattern drawing apparatus of the present invention.

以上、本発明のパターン描画装置、およびパターン描画方法を用いることで、どのような素材の基板にも全く表面処理をすることなく、任意のパターンを高精細に描画することができるようになる。さらには、描画方法を工夫することにより、今まではインクジェット描画装置では不可能と言われていた高アスペクト比の微細配線を形成することも可能である。 As described above, by using the pattern drawing apparatus and the pattern drawing method of the present invention, an arbitrary pattern can be drawn in high definition without any surface treatment on any substrate. Furthermore, by devising a drawing method, it is possible to form fine wiring with a high aspect ratio, which has been said to be impossible with an ink jet drawing apparatus until now.

本発明は、上記したように非常に複雑な物理現象が絡み合って成立しているが、構成自体は非常に単純であるため、今までのような実験レベルではなく、実用化・製品化に耐えうるインクジェット描画装置の実現という大きな効果が得られる。
As described above, the present invention is formed by intertwining very complicated physical phenomena. However, since the configuration itself is very simple, it is not at an experimental level as in the past, but withstands practical use and commercialization. A great effect of realizing an inkjet drawing apparatus that can be obtained is obtained.

本発明のパターン描画装置の代表的な構成を説明する図である。It is a figure explaining the typical structure of the pattern drawing apparatus of this invention. 本発明のパターン描画装置を構成するインクジェットヘッドを説明する図である。It is a figure explaining the inkjet head which comprises the pattern drawing apparatus of this invention. 本発明のパターン描画装置の一実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining one Embodiment of the pattern drawing apparatus of this invention. 本発明のパターン描画方法の一実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining one Embodiment of the pattern drawing method of this invention. 本発明のパターン描画方法の一実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining one Embodiment of the pattern drawing method of this invention. 本発明のパターン描画装置によって見られる現象を説明する図である。It is a figure explaining the phenomenon seen with the pattern drawing apparatus of this invention. 本発明のパターン描画装置を用いて描画した線のSEM像(走査型電子顕微鏡で撮影した像)の上面図である。It is a top view of the SEM image (image image | photographed with the scanning electron microscope) of the line drawn using the pattern drawing apparatus of this invention. インクジェットヘッドの駆動部に印加する電圧パルスの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the voltage pulse applied to the drive part of an inkjet head. 本発明のパターン描画装置を用いて描画した線のSEM像の上面図(a)と断面図(b)である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) of the SEM image of the line drawn using the pattern drawing apparatus of this invention. 本発明のパターン描画装置を用いて描画した線のSEM像の上面図(a)と断面図(b)である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) of the SEM image of the line drawn using the pattern drawing apparatus of this invention.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明のみに限定されることはない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description. It will be readily understood by those skilled in the art that various changes in form and details can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments given below. Note that in describing the structure of the present invention with reference to the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals in different drawings.

(実施の形態1)
まず、本発明のパターン描画装置の最も基本的な実施の形態を図1に示す。本発明のパターン描画装置は、少なくともインクジェットヘッド101、ステージ102、コントローラ103、およびインク105を溜めるリザーバ104を有する。
(Embodiment 1)
First, the most basic embodiment of the pattern drawing apparatus of the present invention is shown in FIG. The pattern drawing apparatus of the present invention includes at least an inkjet head 101, a stage 102, a controller 103, and a reservoir 104 that stores ink 105.

まず、インクジェットはその吐出方式により大きく二つに分類される。一つは連続式、もう一つはドロップオンデマンド式と呼ばれることが多い。連続式インクジェットは、インクを連続的に吐出させ、必要に応じてその軌道を曲げることにより描画対象物へインクを着弾させる。必要でなかったインクは回収されて装置内を循環して再度吐出される。一方、ドロップオンデマンド式は、描画したい時にだけインクを吐出するように制御する。したがって、吐出されたインクは全て描画対象物上に着弾する。 First, ink jets are roughly classified into two types depending on the ejection method. One is often called a continuous type and the other is called a drop-on-demand type. In continuous ink jet, ink is ejected continuously, and the ink is landed on an object to be drawn by bending its orbit as necessary. Unnecessary ink is collected, circulated through the apparatus, and ejected again. On the other hand, in the drop-on-demand method, control is performed so that ink is ejected only when drawing is desired. Accordingly, all of the ejected ink lands on the drawing object.

本発明のパターン描画装置に使用するインクジェットは、ドロップオンデマンド式のインクジェットである。当該ドロップオンデマンド式のインクジェットに用いられるインクジェットヘッドには、様々な吐出方式のものがある。例えば、電磁弁により吐出を制御するバルブ方式、インクを加熱した時の体積膨張を利用して吐出させるサーマル方式、圧電素子(以下、ピエゾとも記載)の変位を利用して吐出させるピエゾ方式があり、ピエゾ方式には圧電素子の変位をどのように利用するかにより、ベンドモード、プッシュモード、シェアモードなどに分類される。 The ink jet used in the pattern drawing apparatus of the present invention is a drop-on-demand ink jet. Ink jet heads used for the drop-on-demand ink jet include various ejection methods. For example, there are a valve system that controls ejection by an electromagnetic valve, a thermal system that ejects ink by using volume expansion when the ink is heated, and a piezo system that ejects ink by using displacement of a piezoelectric element (hereinafter also referred to as piezo). The piezoelectric method is classified into a bend mode, a push mode, a share mode, and the like depending on how the displacement of the piezoelectric element is used.

それぞれ個別の特徴があるが、とりわけサーマル方式やピエゾ方式のシェアモードは、構造を微細にすることができるため、微細な液滴を吐出して高解像度の描画を可能にするために開発されたものである。そのため、本発明の構成に必要とされるインク滴の長距離飛翔は期待できない。また、サーマル方式はインクを沸点まで加熱するため、分散系のインクを使用する本発明のインクジェットには適用できない。 Although each has its own characteristics, the thermal mode and piezo mode share mode has been developed to enable high-resolution drawing by ejecting fine droplets because the structure can be made finer. Is. Therefore, long-distance flight of ink droplets required for the configuration of the present invention cannot be expected. Further, since the thermal method heats the ink to the boiling point, it cannot be applied to the ink jet of the present invention using a dispersed ink.

したがって、本発明を構成するインクジェットヘッドは、サーマル方式以外の一般的なインクジェットヘッドで、飛翔距離が長く得られるものであればどのような方式でもかまわない。このようなインクジェットヘッドは、家庭用インクジェットプリンターではなく、産業用インクジェットプリンターとして広く普及しているので、それらを採用すればよい。 Accordingly, the inkjet head constituting the present invention is a general inkjet head other than the thermal method, and any method can be used as long as the flight distance can be obtained long. Such ink jet heads are widely used as industrial ink jet printers, not home ink jet printers.

インクジェットヘッドの吐出口は1つでもよく、複数あってもよい。例えばインクジェットヘッドの外観を図2に示す。上記した産業用インクジェットプリンターのインクジェットヘッド203は、吐出口202が1つのものから、7、8、32、128、500、600、それ以上と様々ある。そして、その吐出口202は平板201に穿たれた穴によって形成されている。図2では吐出口202が8つ設けられている例を示す。 The ink jet head may have one ejection port or a plurality of ejection ports. For example, the appearance of an inkjet head is shown in FIG. The inkjet head 203 of the industrial inkjet printer described above varies from one having a discharge port 202 to 7, 8, 32, 128, 500, 600, and more. The discharge port 202 is formed by a hole made in the flat plate 201. FIG. 2 shows an example in which eight discharge ports 202 are provided.

本発明において、上記吐出口を設ける平板(オリフィスプレートとも記載する)は、遷移金属(例えば鉄やチタン等)、周期表13属および14属元素(例えばシリコンや錫等)、またはそれらの合金(例えば、JIS規格においてSUSと呼ばれるスチール鋼)のいずれかで構成される。 In the present invention, the flat plate (also referred to as an orifice plate) provided with the discharge port is a transition metal (for example, iron or titanium), a periodic table 13 group or 14 group element (for example, silicon or tin), or an alloy thereof ( For example, it is composed of any one of steel steel called SUS in the JIS standard.

しかし、金属やシリコンのような硬い物質に小さな穴を穿つことは加工技術的に難易度が高い。もちろん、放電加工のように加工費を無視すれば加工できないことは無いが、プリンデットエレクトロニクスが求める安価な装置構成とプロセスという概念に反する。そこで加工の容易性を鑑み、吐出口を設けるオリフィスプレートは、耐熱性に優れたプラスチック板、例えばポリイミド、PEN(PolyEthylene Naphthalate)、PEEK(PolyEther Ether Ketone)等のいずれかを用いても良い。このようなプラスチック板を用いる場合は、描画対象物からの輻射熱によりオリフィスプレートの温度が上昇しないよう、最表面に非常に薄い金属膜を蒸着してもよい。それにより、当該金属膜が赤外線を反射し、オリフィスプレートの温度上昇を抑えることができる。 However, it is difficult to make a small hole in a hard material such as metal or silicon in terms of processing technology. Of course, there is nothing that cannot be done if the machining cost is ignored as in the case of electric discharge machining, but it is contrary to the concept of an inexpensive device configuration and process required by printed electronics. Therefore, in view of ease of processing, the orifice plate provided with the discharge port may be a plastic plate having excellent heat resistance, such as polyimide, PEN (PolyEthylene Naphthalate), PEEK (PolyEther Ether Ketone), or the like. When such a plastic plate is used, a very thin metal film may be deposited on the outermost surface so that the temperature of the orifice plate does not rise due to radiant heat from the drawing object. Thereby, the said metal film reflects infrared rays, and can suppress the temperature rise of an orifice plate.

そして、インクジェットヘッドにインク105を供給するためのリザーバ104がある。リザーバとはインクを溜めるインクタンクのことであり、これはインクジェットヘッドと分離してリザーバからインクジェットヘッドまでがインク供給チューブで接続されているものでも良いし、リザーバとヘッドとが一体化してリザーバを交換できるカートリッジ方式でもよい。 There is a reservoir 104 for supplying ink 105 to the inkjet head. The reservoir is an ink tank that stores ink, and this may be separated from the inkjet head and connected from the reservoir to the inkjet head with an ink supply tube, or the reservoir and the head are integrated to form the reservoir. A replaceable cartridge system may be used.

図1にはインクジェットヘッド101とリザーバ104とが分離しているパターン描画装置の構成を示している。この場合、インクジェットヘッド101の吐出口とリザーバ104内に入っているインクの液面の高さとを(図中点線で示すように)ほぼ同じにする必要がある。好ましくはインクの液面をほんの少し、約0.05mmから0.2mm程度低くする。これは、インクの液面を大幅に低くすると吐出口から空気が吸い込まれてインクジェットヘッド101からインクが吐出しなくなるため、逆にインクの液面を吐出口よりも高くすると、吐出口よりインクが漏れてくるためである。インクの液面と吐出口との高さを同一にする(または少し液面を低くする)ことによって、吐出口内にインクのメニスカスが形成され、良好な吐出性能を得ることができる。また、インクジェットヘッドとリザーバとが一体化している場合は、吐出口からインクが漏れないようにリザーバ内を負圧にコントロールすることが好ましい。 FIG. 1 shows the configuration of a pattern drawing apparatus in which the inkjet head 101 and the reservoir 104 are separated. In this case, the discharge port of the ink jet head 101 and the level of the liquid level of the ink contained in the reservoir 104 need to be substantially the same (as indicated by the dotted line in the figure). Preferably, the ink level is slightly lowered by about 0.05 mm to 0.2 mm. This is because if the ink level is significantly lowered, air is sucked from the ejection port and ink is not ejected from the inkjet head 101. Conversely, if the ink level is made higher than the ejection port, the ink is discharged from the ejection port. This is because it leaks. By making the liquid level of the ink and the ejection port the same (or slightly lowering the liquid level), an ink meniscus is formed in the ejection port, and good ejection performance can be obtained. When the ink jet head and the reservoir are integrated, it is preferable to control the inside of the reservoir to a negative pressure so that ink does not leak from the ejection port.

図2には、リザーバがインクジェットと分離して設置される場合のインクジェットヘッドを示す。この場合には、リザーバからインクが供給される供給口204が設けられている。このように、外からインクを供給する構造の場合、インクを入れる際、追加する際、または交換する際に、インク流路内に大量の空気が混入して吐出不良を起こすことがある。そのような場合に備えて、インクジェットヘッド203には、空気をインクと共に排出するインク排出口205が設けられていることが好ましい。もちろん本発明の装置は、当該インク排出口205が設けられていないインクジェットヘッドを用いても良い。 FIG. 2 shows an inkjet head when the reservoir is installed separately from the inkjet. In this case, a supply port 204 through which ink is supplied from the reservoir is provided. As described above, in the case of a structure in which ink is supplied from the outside, when ink is added, added, or replaced, a large amount of air may be mixed in the ink flow path to cause ejection failure. In preparation for such a case, the inkjet head 203 is preferably provided with an ink outlet 205 for discharging air together with ink. Of course, the apparatus of the present invention may use an ink jet head that is not provided with the ink discharge port 205.

図1の説明に戻って、ステージ102は、描画対象物107を載置できる構造であり、内部にヒーター等加熱機構106を有し描画対象物107を均一な温度に過熱することができる。図1は、平坦な描画対象物107が平坦なステージ102に載置されている図を示す。 Returning to the description of FIG. 1, the stage 102 has a structure on which the drawing object 107 can be placed. The stage 102 has a heating mechanism 106 such as a heater inside, and can heat the drawing object 107 to a uniform temperature. FIG. 1 shows a diagram in which a flat drawing object 107 is placed on a flat stage 102.

ステージ102の構造は、描画対象物の形状や材質に依存するところがある。例えば、描画対象物がガラス板やシリコンウエハのように、平坦である程度の厚みと重量がある場合、ステージは、最上面が平坦でホットプレートのような加熱機構を有していればよい。また、描画対象物がPETやポリイミド、PEN、PEEKのフィルムのようにやわらかく任意の形状を取りうるものの場合、ステージはピンや真空チャックのような描画対象物を固定できるような機構を有していることが好ましく、さらに当該描画対象物と密着して均一な温度保つ加熱機構を設ける。 The structure of the stage 102 depends on the shape and material of the drawing object. For example, when the drawing object is flat and has a certain thickness and weight, such as a glass plate or a silicon wafer, the stage only needs to have a heating mechanism such as a hot plate with a flat top surface. If the drawing object is soft and can take any shape like PET, polyimide, PEN, or PEEK film, the stage has a mechanism that can fix the drawing object such as a pin or a vacuum chuck. It is preferable that a heating mechanism that keeps a uniform temperature in close contact with the drawing object is provided.

図3には、プリンテッドエレクトロニクス分野で頻繁に話題となるロールツーロール(R2R、と記載されることがある)と呼ばれる方法を実現するための装置構成の例を示す。ロールツーロールは、フレキシブルな(可撓性を有する、と記載されることがある)基板301を巻き取り方式にて連続描画する方法である。このような装置構成では、ステージ102は巻き取り基板を支持する機構や、描画予定領域を支持し、当該描画領域を均一に加熱する加熱機構等を設けることができる。 FIG. 3 shows an example of an apparatus configuration for realizing a method called roll-to-roll (sometimes described as R2R) which is frequently discussed in the printed electronics field. Roll-to-roll is a method of continuously drawing a flexible substrate 301 (which may be described as having flexibility) by a winding method. In such an apparatus configuration, the stage 102 can be provided with a mechanism for supporting the winding substrate, a heating mechanism for supporting the drawing scheduled area, and heating the drawing area uniformly.

本発明のパターン描画装置は、上記で説明したインクジェットヘッドとステージとを適切な位置に配し、インクジェットヘッドのインク吐出口と、ステージの上に乗せた描画対象物との間の距離(ワーキングディスタンス)を、0.5mm〜20mmの範囲で設置する。 The pattern drawing apparatus of the present invention has the above-described ink jet head and stage arranged at appropriate positions, and the distance (working distance) between the ink discharge port of the ink jet head and the drawing object placed on the stage. ) In the range of 0.5 mm to 20 mm.

ワーキングディスタンスは一概に固定できるものではなく、インクジェットシステム全体を考慮して他の条件、例えば、吐出されるインク滴の大きさ、インク滴の速度、描画対象物の温度、インクの組成、インクの濃度等、さまざまな条件を考慮して決める必要がある。 The working distance is not fixed in general, and other conditions such as the size of the ejected ink droplet, the speed of the ink droplet, the temperature of the drawing object, the composition of the ink, the ink It is necessary to decide in consideration of various conditions such as concentration.

例えば、インク滴の大きさと速度には相関が有り、インク滴が大きければ速度も速くなる傾向がある。インク滴の速度が速く、直進性が高ければワーキングディスタンスを大きく取る事ができる。また、描画対象物の温度が高ければ、インクジェットヘッドへの熱の影響を抑えるためにワーキングディスタンスを大きく取る必要がある。インクの組成と濃度もインク滴の速度に関係する。分散系インクの分散質の比重が高ければインク滴の質量が大きくなり、速度が速くなるのでワーキングディスタンスを大きく取る事ができる。つまり、どのような描画対象物、どのようなインクを用いて、描画対象物を何度に設定するかによって適切なワーキングディスタンスを決定することが非常に重要である。 For example, there is a correlation between the size and speed of the ink droplet, and the speed tends to increase as the ink droplet size increases. If the ink droplet speed is fast and the straightness is high, a large working distance can be obtained. If the temperature of the drawing object is high, it is necessary to increase the working distance in order to suppress the influence of heat on the ink jet head. Ink composition and density are also related to ink drop velocity. If the specific gravity of the dispersoid of the dispersed ink is high, the mass of the ink droplet is increased and the speed is increased, so that a large working distance can be obtained. That is, it is very important to determine an appropriate working distance depending on what drawing object and what ink are used and how many times the drawing object is set.

インクに関しては、分散質濃度と粘度で決定する。上記「発明の効果」に記載したように、分散系は、ある重量濃度までは線形に緩やかに粘度が上昇するが、ある点を境に高次関数的に急激に粘度が上昇する。本発明では、この粘度が急激に上昇する直前の濃度に調合したインクを使用ことが好ましい。 For ink, it is determined by the dispersoid concentration and viscosity. As described in the above “Effects of the Invention”, the viscosity of the dispersion system increases linearly and gently up to a certain weight concentration, but rapidly increases in a high-order function at a certain point. In the present invention, it is preferable to use an ink prepared to a concentration immediately before the viscosity rapidly increases.

この粘度上昇の変化する点は、分散質の性質、粒径、分散媒の種類により様々であるため一概に規定することはできない。例えば、磁性体のような相互作用を持つ分散質の場合は20w%近辺で、相互作用を持たない金属やポリマーでは、粒径にも依存するが、直径20nmの場合50w%〜60w%近辺で粘度が上昇することが多いと報告されている。 The changing point of the viscosity increase varies depending on the nature of the dispersoid, the particle diameter, and the type of the dispersion medium, and thus cannot be defined unconditionally. For example, in the case of a dispersoid having an interaction such as a magnetic substance, it is around 20 w%, and in the case of a metal or polymer having no interaction, it depends on the particle size, but in the case of a diameter of 20 nm, it is around 50 w% to 60 w%. It has been reported that viscosity often increases.

これは、分散質が分散媒と接している面積に依存している。分散質の粒径が小さくなるほど重量あたりの表面積が大きくなるので、一般的には分散媒との接触面積が広くなり粘度は高くなる。そのほか、分散媒として極性溶媒を用いる場合には分散質との相互作用が生じることもあると考えられる。 This depends on the area where the dispersoid is in contact with the dispersion medium. Since the surface area per weight increases as the particle size of the dispersoid decreases, generally the contact area with the dispersion medium increases and the viscosity increases. In addition, when a polar solvent is used as the dispersion medium, it is considered that interaction with the dispersoid may occur.

さらに分散質の表面積は、当該分散質を分散媒に均一に分散させるべく表面に分散剤が配されている場合には、分散質そのものの表面積ではなく分散剤の厚みをも考慮する必要がある。例えば、近年プリンテッドエレクトロニクス分野で頻繁に用いられている金属ナノ粒子を例にとって示す。分散質としての金属は分散媒に比べて10倍以上比重が重く、金属粒子そのままでは殆ど分散媒に分散しない。そこで、分散質と分散媒とに大きな比重差があっても均一に分散するよう、金属粒子表面を分散剤で被覆している。この分散剤の厚みは、使用する分散剤の種類によって異なるが、金属粒子を分散させる分散剤の厚みは約2nm以上、5nm程度といわれている。従って、金属粒子の直径が20nmで分散剤の厚みが3nmとすると、分散質の直系は26nmとして表面積を計算する必要がある。 Furthermore, the surface area of the dispersoid needs to consider not only the surface area of the dispersoid itself but also the thickness of the dispersant when a dispersant is arranged on the surface in order to uniformly disperse the dispersoid in the dispersion medium. . For example, metal nanoparticles that are frequently used in the printed electronics field in recent years will be described as an example. The metal as a dispersoid has a specific gravity 10 times or more heavier than that of the dispersion medium, and the metal particles as they are hardly disperse in the dispersion medium. Therefore, the surface of the metal particles is coated with a dispersant so that even if there is a large difference in specific gravity between the dispersoid and the dispersion medium, the metal particles are uniformly dispersed. Although the thickness of this dispersing agent changes with kinds of dispersing agent to be used, it is said that the thickness of the dispersing agent which disperse | distributes metal particles is about 2 nm or more and about 5 nm. Therefore, if the diameter of the metal particles is 20 nm and the thickness of the dispersant is 3 nm, the surface area of the dispersoid must be calculated as 26 nm.

ここで注意すべきは、粘度が急激に上昇する直前という条件だけでインクの濃度を決定することはできない。というのも、本発明を構成するドロップオンデマンド方式のインクジェットヘッドは、粘度が8〜18cps、好ましくは12〜15cpsの範囲でなければ吐出できないのが一般的だからである。したがって、使用するインクの濃度は、使用するインクジェットヘッドの仕様を鑑みた上で、インクを調合する際に濃度と粘度との相関を測定して決めることが望ましい。 Here, it should be noted that the ink density cannot be determined only under the condition that the viscosity is immediately increased. This is because the drop-on-demand ink jet head constituting the present invention generally cannot eject unless the viscosity is in the range of 8 to 18 cps, preferably 12 to 15 cps. Accordingly, it is desirable to determine the concentration of the ink to be used by measuring the correlation between the concentration and the viscosity when preparing the ink in consideration of the specifications of the ink jet head to be used.

次に、本発明のパターン描画装置のコントローラ103は、インクジェットヘッド101、およびステージ102の両方の動作を制御するためにある。本発明において当該コントローラ103の構成も非常に重要である。というのも、本発明のパターン描画装置は任意のパターンを高精細に描画することが可能である。高精細化については上記で説明したが、任意のパターンを描画するためにはインクジェットの吐出とステージとの相対位置を制御する必要がある。 Next, the controller 103 of the pattern drawing apparatus of the present invention is for controlling the operations of both the inkjet head 101 and the stage 102. In the present invention, the configuration of the controller 103 is also very important. This is because the pattern drawing apparatus of the present invention can draw an arbitrary pattern with high definition. Although high definition has been described above, in order to draw an arbitrary pattern, it is necessary to control the relative position between the ejection of the inkjet and the stage.

例えば図1に示すように、インクジェットヘッド101を固定して描画対象物107を載せたステージ102が可動する構成をとった場合、コントローラ103は描画するデータに応じてステージが特定の位置に移動した瞬間にインクを吐出させるよう制御しなければならない。この場合、ステージはX軸、Y軸の2軸方向、またはそれに加えて回転のθ方向に可動するよう制御させることによって、描画対象物の描画予定位置をインクジェットヘッドの真下へと移動させる。 For example, as shown in FIG. 1, when the stage 102 on which the inkjet target 101 is fixed and the drawing target 107 is placed is movable, the controller 103 moves the stage to a specific position according to the drawing data. It must be controlled to eject ink instantaneously. In this case, the stage is controlled to move in the two axes of the X-axis and Y-axis, or in addition to the rotation θ direction, thereby moving the drawing target position of the drawing object directly below the inkjet head.

他にも、インクジェットヘッドをX軸、ステージをY軸(またはその逆の軸)に可動する構成としても良い。この場合コントローラは、インクジェットヘッドの位置、および描画対象物を載せたステージとの位置、ならびにインクジェットヘッドからのインクの吐出を制御する。 In addition, the inkjet head may be movable along the X axis and the stage along the Y axis (or the opposite axis). In this case, the controller controls the position of the inkjet head, the position with the stage on which the drawing target is placed, and the ejection of ink from the inkjet head.

さらには、何らかの事情により描画対象物を可動させることができない場合、例えば上記の例で図3に示したロールツーロール方式のような場合には、インクジェットヘッド101をX軸、Y軸の2軸方向、またはそれに加えて回転のθ方向に可動させるヘッドの駆動機構302必要がある。このとき、ステージは、インクジェットの可動およびインクの吐出、ならびにステージ上の描画対象物の加熱を制御する。このとき、ステージは描画対象物の載置とヒーターのみの機能を有しても良いし、描画対象物の面積が広いような場合には、直近の描画予定領域を所定の温度に加熱できるよう可動する機能を有してもよい。 Furthermore, when the drawing object cannot be moved for some reason, for example, in the case of the roll-to-roll method shown in FIG. 3 in the above example, the inkjet head 101 is moved along two axes, the X axis and the Y axis. There is a need for a head drive mechanism 302 that is movable in the direction, or in addition to the direction of rotation θ. At this time, the stage controls the movement of the ink jet, the ejection of the ink, and the heating of the drawing object on the stage. At this time, the stage may have a function of only the placement of the drawing object and the heater, and when the area of the drawing object is large, the latest drawing area can be heated to a predetermined temperature. You may have a function to move.

上記例のように、本発明のパターン描画装置は様々な形態をとることが可能である。その中でも図1を用いて例示したインクジェット固定の構成が好ましい。なぜなら、ドロップオンデマンド方式のインクジェットヘッドは、外力、すなわち可動するときの加速度に弱く、衝撃を受けると吐出口から空気が入り、インクが吐出できなくなるという懸念があるからである。 As in the above example, the pattern drawing apparatus of the present invention can take various forms. Among these, the structure of the inkjet fixing illustrated using FIG. 1 is preferable. This is because a drop-on-demand ink jet head is vulnerable to external force, that is, acceleration when moving, and there is a concern that when it receives an impact, air enters from the ejection port and ink cannot be ejected.

しかし、描画対象物が非常に大きい場合、大きなステージを大きなストロークで動かすのは非現実的であり、描画対象物の形状、大きさによって本発明のパターン描画装置は様々な形態をとらざるを得ない。そのとき吐出不良を回避する有効なのが、インクジェットヘッド可動時の速度制御である。インクジェットヘッドに大きな加速度が加わらないようにするため、インクジェットヘッドを可動させる場合、始動時は速度を一定時間かけて徐々に速くし、それ以降は一定速度に保ち、停止時には一定時間かけて徐々に減速する制御を行う。このように、インクジェットヘッドを動かす場合は、コントローラはこのようなインクジェットヘッドの速度調節をも制御するように構成する必要がある。 However, when the drawing object is very large, it is unrealistic to move a large stage with a large stroke, and the pattern drawing apparatus of the present invention must take various forms depending on the shape and size of the drawing object. Absent. At that time, speed control when the inkjet head is movable is effective in avoiding ejection failure. In order to prevent large acceleration from being applied to the ink-jet head, when moving the ink-jet head, the speed is gradually increased over a certain period of time during start-up, and then maintained at a constant speed, and then gradually over a certain period of time when stopped. Control to decelerate. Thus, when moving the inkjet head, the controller needs to be configured to control such speed adjustment of the inkjet head.

このように、本発明のパターン描画装置は、少なくとも、インクジェットヘッド、ステージ、コントローラ、および、インクを溜めるリザーバによって構成される。そして、本発明のパターン描画装置に適切に濃度および粘度が設定された分散系のインクを充填し、描画対象物を適切な温度に均一に加熱し、インクジェットヘッドと描画対象物との距離を適切な距離に設定し、コントローラによって描画対象物およびインクジェットヘッドの相対位置、ならびにインクジェットヘッドからのインクの吐出を制御することにより、任意のパターンを高精細に描画することができる。 As described above, the pattern drawing apparatus of the present invention includes at least an ink jet head, a stage, a controller, and a reservoir for storing ink. Then, the pattern drawing apparatus of the present invention is filled with a dispersed ink having an appropriate concentration and viscosity, and the drawing object is uniformly heated to an appropriate temperature, and the distance between the inkjet head and the drawing object is set appropriately. An arbitrary pattern can be drawn with high definition by setting the distance to a small distance and controlling the relative position between the drawing object and the inkjet head and the ejection of ink from the inkjet head by the controller.

さらに、本発明のパターン描画方法は、擬似基板上でインクジェットを吐出させた後、描画対象物に描画することが好ましい。具体的には、本発明のパターン描画方法は、描画対象物と同じ素材、同じ厚みを有し、描画対象物と同じ温度に加熱された擬似基板上で吐出を行いながらインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドからのインクの吐出が熱平衡に達するのを待つ(予備吐出)。そして、インクの吐出が安定した後、インクジェットヘッドを描画対象物上に配置して描画を実行する。 Furthermore, in the pattern drawing method of the present invention, it is preferable to draw on the drawing object after ejecting the ink jet on the pseudo substrate. Specifically, the pattern drawing method of the present invention includes an inkjet head and an inkjet head that are ejected on a pseudo substrate having the same material and the same thickness as the drawing object and heated to the same temperature as the drawing object. Wait until the ink discharge from the ink reaches thermal equilibrium (preliminary discharge). Then, after ink ejection is stabilized, the inkjet head is placed on the drawing object and drawing is performed.

上記予備吐出を行うための装置構成としては色々な方法を採用することができる。例えば図4に示すように、ステージ102の上に描画対象物107と予備基板401とを設置し、描画対象物107および予備基板401を所定の温度に加熱する。最初に、インクジェットヘッド101を加熱された予備基板401上に配して予備吐出を行う(図4(a))。そして、インクジェットヘッドや吐出が周囲の熱の影響を包含した系として構築された後に当該インクジェットヘッド101が加熱されている描画対象物107上へ来るように配し、描画を行う(図4(b))。当然のことながら、予備吐出を行う時と描画を行う時のワーキングディスタンスは同じになるようにインクジェットヘッドを配することが好ましい。 Various methods can be adopted as an apparatus configuration for performing the preliminary discharge. For example, as shown in FIG. 4, the drawing object 107 and the spare substrate 401 are installed on the stage 102, and the drawing object 107 and the spare substrate 401 are heated to a predetermined temperature. First, the inkjet head 101 is placed on a heated spare substrate 401 and preliminary ejection is performed (FIG. 4A). Then, after the inkjet head and the discharge are constructed as a system including the influence of the surrounding heat, the inkjet head 101 is arranged so as to come onto the heated drawing object 107 (FIG. 4B). )). As a matter of course, it is preferable to arrange the ink jet head so that the working distance when performing preliminary ejection and when performing drawing are the same.

また、ステージの上に予備基板を載置するスペースがない場合、例えば描画対象物が非常に大きいような時には、図5に示すように、予備基板401を載置、加熱する第一のステージ501と、描画対象物107を載置、加熱する第二のステージ502とを設け、予備吐出(図5(a))と描画(図5(b))とを別々のステージ上で行うことも可能である。このように本発明のパターン描画方法は、予備吐出を行うことで、ステージや描画対象物からの熱に影響されること無く、安定した描画を実現することができる。 Further, when there is no space for placing the spare substrate on the stage, for example, when the drawing object is very large, the first stage 501 for placing and heating the spare substrate 401 as shown in FIG. And a second stage 502 on which the drawing object 107 is placed and heated, and preliminary discharge (FIG. 5A) and drawing (FIG. 5B) can be performed on different stages. It is. As described above, the pattern drawing method of the present invention can realize stable drawing without being affected by the heat from the stage or the drawing object by performing preliminary discharge.

(実施の形態2)
次に、発明者が本発明を実施するために用いたパターン描画装置の実施の形態をさらに詳細に説明する。本実施の形態で示すパターン描画装置の構成は本発明を実施するための具体的な一例に過ぎず、本発明が当該実施の形態の内容によってのみ限定されることは無く、当業者が思いつく範囲であれば容易に変更は可能である。
(Embodiment 2)
Next, the embodiment of the pattern drawing apparatus used by the inventor for carrying out the present invention will be described in more detail. The configuration of the pattern drawing apparatus shown in the present embodiment is merely a specific example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited only by the contents of the embodiment, and is within the range conceived by those skilled in the art. If so, it can be easily changed.

まず、図1で示すインクジェットヘッド101は、紀州技研工業(株)製のインクジェットプリンターで大文字用プリンターHQシリーズに使用されている「ピエゾセラミックス駆動ドロップオンデマンド型32chヘッド」を使用した。紀州技研工業(株)の製品カタログにおいて、当該インクジェットヘッドは1ノズル3ホール、または1ノズル6ホールの2仕様しか記載されていないが、本実施の形態では、1ノズル1ホールのインクジェットヘッドを使用した。 First, as the inkjet head 101 shown in FIG. 1, a “piezoceramics driven drop-on-demand type 32ch head” used in the capital letter printer HQ series by an inkjet printer manufactured by Kishu Giken Kogyo Co., Ltd. was used. In the product catalog of Kishu Giken Kogyo Co., Ltd., the ink jet head has only two specifications of 1 nozzle 3 holes or 1 nozzle 6 holes, but in this embodiment, an ink jet head of 1 nozzle 1 hole is used. did.

ここで1ノズル3ホールとは、1つの吐出部に3つの吐出口が形成されているという意味である。これは産業用インクジェットシステムに多々用いられる形態で、1つの吐出部に複数の穴を設けることでより多くのインクを吐出させ、印字を濃く見せようとするものである。本実施の形態では、そのような用途には用いないため、図2のインクジェットヘッドに示すような、一つの吐出部に1つの吐出口が設けられている、1ノズル1ホールのインクジェットヘッドを採用している。 Here, 1 nozzle 3 hole means that 3 discharge ports are formed in one discharge portion. This is a form that is often used in industrial inkjet systems, and is intended to make more ink appear by providing a plurality of holes in one ejection part, thereby making the printing appear darker. In this embodiment, since it is not used for such an application, a one-nozzle one-hole inkjet head in which one ejection port is provided in one ejection section as shown in the inkjet head of FIG. 2 is adopted. doing.

当該インクジェットヘッドのオリフィスプレートおよびインクの流路は、JIS規格でSUS304と定められているスチール鋼合金の平板を用いて形成されている。そして、オリフィス径は直径が50μmのものと34μmのものを使用した。 The orifice plate of the ink jet head and the ink flow path are formed using a steel steel alloy flat plate defined as SUS304 in JIS standards. The orifice diameters were 50 μm and 34 μm.

当該インクジェットヘッドは図1で示したように、インクジェットヘッド101とリザーバ104とが分離している方式で使用するものであるため、別途スクリュー瓶型のリザーバを用意した。当該リザーバはインクが補充できるように本体と蓋とに分かれ、かつ、インクの残量が一目で分かるように本体はガラスでできている。当該リザーバとインクジェットヘッドとは送液チューブで接続され、リザーバからインクジェットヘッドまでをインクで満たしている。また、当該インクジェットヘッドは図2で示したように、混入した空気を取り除きやすくするための排出口205が設けられている。 As shown in FIG. 1, since the ink jet head is used in a manner in which the ink jet head 101 and the reservoir 104 are separated, a screw bottle type reservoir is prepared separately. The reservoir is divided into a main body and a lid so that ink can be replenished, and the main body is made of glass so that the remaining amount of ink can be seen at a glance. The reservoir and the inkjet head are connected by a liquid feeding tube, and the reservoir to the inkjet head are filled with ink. Further, as shown in FIG. 2, the ink jet head is provided with a discharge port 205 for facilitating removal of mixed air.

次に、図1で示すステージ102は、描画対象物107を載置・固定できるセラミックヒーター付きバキュームチャックを、市販(駿河精機製)のXY軸自動リニアステージ上に固定することで作製した。セラミックヒーターは、温度均一性を高めるために熱伝導率の低いアルミナにより挟まれており、バキュームチャックはミニポンプを接続し減圧することで描画対象物を固定するように表面に微細な穴が設けられている。駆動部である自動リニアステージは描画するパターンの精度や描画対象物のサイズにあわせて性能やサイズを選択すべきであるが、本実施の形態では2軸ともに200mmの移動距離を持つボールガイドステッピングモータ式を採用した。 Next, the stage 102 shown in FIG. 1 was manufactured by fixing a vacuum chuck with a ceramic heater on which a drawing object 107 can be placed and fixed on a commercially available XY axis automatic linear stage (manufactured by Suruga Seiki). The ceramic heater is sandwiched between alumina with low thermal conductivity to improve temperature uniformity, and the vacuum chuck is provided with a fine hole on the surface to fix the drawing object by connecting a mini pump and reducing the pressure. ing. The automatic linear stage, which is the drive unit, should select the performance and size according to the accuracy of the pattern to be drawn and the size of the drawing object. In this embodiment, the ball guide stepping having a moving distance of 200 mm on both axes. A motor type was adopted.

当該ステージ上に載置する描画対象物107は、ガラス基板、シリコン基板をはじめ、プリンテッドエレクトロニクス分野で注目されているフレキシブル基板、例えばポリイミド、PET、PENなどのプラスチック基板を用いることができる。さらに、本実施の形態ではこれらのどの描画対象物に対しても表面処理を全く行わない。もちろん描画対象物表面が埃等で汚染されていれば、高精細なパターンを描画することができなくなるので、そのような場合には適宜、精製水や有機溶剤で洗浄を行えばよい。 The drawing object 107 placed on the stage can be a glass substrate, a silicon substrate, or a flexible substrate that is attracting attention in the printed electronics field, for example, a plastic substrate such as polyimide, PET, or PEN. Furthermore, in this embodiment, no surface treatment is performed on any of these drawing objects. Of course, if the surface of the object to be drawn is contaminated with dust or the like, a high-definition pattern cannot be drawn. In such a case, cleaning with purified water or an organic solvent may be performed as appropriate.

インクは紀州技研工業(株)製の銀ナノ粒子インク「KGK NANO AGK101」、およびそれに類似して試作された高濃度品のインクを使用した。インクの分散質は直径20nm程度の銀粒子、分散媒はドデカンを使用している。当該銀粒子は、ドデカンのような油系の分散媒に分散しやすいような分散剤に被服されており、その分散剤の厚さは約2〜3nmである。 The ink used was a silver nanoparticle ink “KGK NANO AGK101” manufactured by Kishu Giken Kogyo Co., Ltd., and a high-density ink produced in a similar manner. The ink dispersoid uses silver particles having a diameter of about 20 nm, and the dispersion medium uses dodecane. The silver particles are coated with a dispersant that can be easily dispersed in an oil-based dispersion medium such as dodecane, and the thickness of the dispersant is about 2 to 3 nm.

実施の形態でも述べたように、使用するインクは分散質濃度の上昇により粘度が急激に上昇する手前の濃度に調整したものを用いることが最も好ましい。しかしながら、インクジェットヘッドの吐出条件としての粘度も考慮しなければならない。AGK101は、分散質濃度を高めると、粘度が急激に上昇する以前にインクジェットヘッドで吐出できる粘度を越してしまうことがわかった。したがって、AGK101はインクジェットヘッドの仕様を重視し、粘度が上昇するよりかなり手前の35w%の濃度とした。試作インクは類似した調合ながら濃度により粘度が急激に上昇する直前、かつインクジェットヘッドの仕様を満たす65w%の濃度とした。 As described in the embodiment, it is most preferable to use ink that is adjusted to a concentration before the viscosity rapidly increases due to an increase in the concentration of the dispersoid. However, the viscosity as a discharge condition of the inkjet head must also be taken into consideration. It has been found that when the dispersoid concentration is increased, AGK101 exceeds the viscosity that can be ejected by the inkjet head before the viscosity rapidly increases. Therefore, AGK101 emphasizes the specifications of the ink jet head, and the concentration is set to 35% by weight, which is much before the viscosity increases. The prototype ink had a concentration of 65 w% that satisfies the specifications of the ink jet head just before the viscosity suddenly increases due to the concentration, although it is a similar preparation.

本実施の形態では、図1で示すようにインクジェットヘッド101を固定し、ステージ102を動かすことによってパターンを描画する構成とした。したがってコントローラ103はインクジェットヘッドと描画対象物との相対位置、インクの吐出タイミング、およびインクの吐出そのものを制御する。相対位置の制御のためには上記駿河精機製XY軸自動リニアステージのコントローラを使用し、インクの吐出制御のためにはインクジェットヘッドと同様に紀州技研工業(株)製のインクジェットプリンターで大文字用プリンターのコントローラHQ5100を使用、さらに、パターンを描画するための吐出タイミング制御にはXY軸自動リニアステージのステッピングパルスをカウントして特定の座標に移動した時にインクを吐出するように制御するコントローラを作製した。本実施の形態では、これらを連動させるために一部改造を加えているが、それは一般的な電気回路の知識があれば容易に実現できる程度のものである。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the inkjet head 101 is fixed, and the pattern is drawn by moving the stage 102. Therefore, the controller 103 controls the relative position between the inkjet head and the drawing object, the ink ejection timing, and the ink ejection itself. To control the relative position, the controller of the above XY axis automatic linear stage made by Suruga Seiki is used, and for ink ejection control, an ink jet printer made by Kishu Giken Kogyo Co., Ltd. The controller HQ5100 was used, and for the discharge timing control for drawing the pattern, a controller was prepared to count the stepping pulse of the XY axis automatic linear stage and control the ink to be discharged when moving to a specific coordinate. . In the present embodiment, some modifications are made in order to link them, but this can be easily realized if there is knowledge of general electric circuits.

本実施の形態では、上記インクの吐出制御、およびその観察についてもその構成を記載する。高精細なパターンを描画するためには、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴が安定しており、副滴(サテライト)がない状態に制御しておかなければならない。液滴の吐出を制御するためには、インクジェットヘッドの駆動部に印加する電圧を様々に工夫することが知られている。例えば、図8(a)に示すように電圧を2回に分けて印加するダブルパルス、図8(b)に示すように電圧を3回に分けて印加するトリプルパルスなどはよく知られている。ダブルパルス、トリプルパルスでは、印加電圧、印加時間、印加間隔等を任意に変更することができる。他にも、図8(c)に示すように、印加する電圧の前後の電位も変化させるような方法がある。またとりわけ図8(c)に示すように、電圧を印加させるときの立ち上がり時間や立ち下がり時間を故意に遅延させることによりインク滴を制御することも可能である。本実施の形態では、図8(d)に示す、電圧を1回印加するシングルパルスでインクを吐出させた。電圧は17〜18V、電圧印加時間は17〜20μ秒とした。 In the present embodiment, the configuration of ink ejection control and its observation will be described. In order to draw a high-definition pattern, it is necessary to control the ink droplets ejected from the inkjet head to be stable and free from secondary droplets (satellite). In order to control the ejection of droplets, it is known to devise various voltages applied to the drive unit of the inkjet head. For example, as shown in FIG. 8 (a), a double pulse in which a voltage is applied twice and a triple pulse in which a voltage is applied in three times as shown in FIG. 8 (b) are well known. . In the double pulse and triple pulse, the applied voltage, application time, application interval, and the like can be arbitrarily changed. In addition, as shown in FIG. 8C, there is a method of changing the potential before and after the applied voltage. In particular, as shown in FIG. 8C, it is also possible to control the ink droplet by intentionally delaying the rise time and the fall time when the voltage is applied. In the present embodiment, the ink is ejected with a single pulse as shown in FIG. The voltage was 17-18 V, and the voltage application time was 17-20 μsec.

そして、インクジェットヘッドからのインク滴の吐出が、加熱されている描画対象物からの熱の影響により不安定になってないか否かを確認するために、吐出観察機構を設けた。これは、インクジェットヘッドを挟んで一方にカメラを、反対側に光源を、同軸上に配置することでインクジェットヘッドから吐出されたインク滴を観察するものである。本実施の形態では、カメラに一般的なUSBカメラ、光源に白色LEDを使用した。インクジェットヘッドのインク吐出パルスと、LEDの発光タイミングとを同期させることにより、吐出されたインク滴を観察することができる。具体的には、図8(d)で示したパルスの立ち下がりの時にインクジェットヘッドからインクが吐出される。この立ち下がりから任意の時間後にLEDを発光させることにより、吐出から任意時間後のインク滴の形状を吐出観察機構にて観察することができる。 In order to confirm whether or not the ejection of ink droplets from the inkjet head is unstable due to the influence of heat from the heated drawing object, a ejection observation mechanism is provided. This is to observe ink droplets ejected from an inkjet head by arranging a camera on one side and a light source on the opposite side on the other side of the inkjet head. In this embodiment, a general USB camera is used as a camera and a white LED is used as a light source. By synchronizing the ink ejection pulse of the inkjet head and the light emission timing of the LED, the ejected ink droplet can be observed. Specifically, ink is ejected from the inkjet head at the falling edge of the pulse shown in FIG. By causing the LED to emit light at an arbitrary time after the fall, it is possible to observe the shape of the ink droplet after the arbitrary time from the discharge with the discharge observation mechanism.

インクの吐出が不安定な状態とは、上記したようにサテライトが発生していることの他、上記吐出観察機構を用いて吐出から任意時間後のインク滴をいくつも観察した時に、いつも同じ位置にインク滴が観察され、それが静止して見える、または同じ軌道を飛翔しているように見えることを言う。 The state where the ink ejection is unstable means that the satellite is generated as described above, and that the same position is always observed when a number of ink droplets after an arbitrary time are observed using the ejection observation mechanism. Ink drops are observed, and they appear to be stationary or appear to be flying in the same orbit.

特に、本実施の形態では、熱に強いパターン描画装置を実現できているが、インクジェットからのインクの吐出性能は熱の影響をうける。そのため、本実施の形態ではインクジェットヘッドを加熱された描画対象物、または擬似基板上に配してインクの吐出をさせ、そのときの吐出状況をカメラで観察する構成としている。 In particular, in the present embodiment, a pattern drawing apparatus resistant to heat can be realized, but the ink ejection performance from the ink jet is affected by heat. For this reason, in this embodiment, an ink jet head is arranged on a heated drawing object or a pseudo substrate so that ink is ejected, and the ejection state at that time is observed with a camera.

以上が、本発明の高精細描画を実現するパターン描画装置の実施の形態である。 The above is the embodiment of the pattern drawing apparatus that realizes the high-definition drawing of the present invention.

(実施の形態3)
次に、上記実施の形態2で示したパターン描画装置の構成を用いて、発明者が高精細なパターンを描画した本発明のパターン描画方法について具体的に説明する。本実施の形態で示すパターン描画方法は本発明を実施するための具体的な一例に過ぎず、本発明が当該実施の形態の内容によってのみ限定されることは無く、当業者が思いつく範囲であれば容易に変更は可能である。
(Embodiment 3)
Next, the pattern drawing method of the present invention in which the inventors have drawn a high-definition pattern using the configuration of the pattern drawing apparatus shown in the second embodiment will be specifically described. The pattern drawing method shown in this embodiment is merely a specific example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited only by the contents of the embodiment, and is within the scope conceived by those skilled in the art. It can be changed easily.

本発明のパターン描画方法は、上記実施の形態2で示したパターン描画装置において、インクジェットヘッドが加熱された描画対象物上に来るように配し、ステージを移動させながら(または、インクジェットヘッドと描画対象物との相対位置を変化させながら)インクの吐出をコントロールすることにより任意のパターンを描画する。上記実施の形態2で示した構成には詳細を記載していなかったが、本実施の形態では、インクジェットヘッドを動かして描画対象物上に配する構成とした。しかし、ステージをインクジェットヘッドの下まで移動させることによってインクジェットヘッドの下に描画対象物が配されるように操作してもよい。 The pattern drawing method of the present invention is arranged such that the inkjet head is placed on the heated drawing object and the stage is moved (or the inkjet head and the drawing) in the pattern drawing apparatus shown in the second embodiment. An arbitrary pattern is drawn by controlling the ejection of ink (while changing the relative position with the object). Although details have not been described in the configuration shown in the second embodiment, in the present embodiment, the inkjet head is moved and arranged on the drawing target. However, you may operate so that a drawing target object may be arranged under an inkjet head by moving a stage to the bottom of an inkjet head.

本実施の形態では、上記実施の形態2で説明したAGK101、および試作インクを使用し、描画対象物をガラス基板としたときについて説明する。AGK101は上記実施の形態で説明したように分散質濃度が低い。したがって、描画対象物に着弾した後も濡れ広がりやすい傾向がある。逆に試作インクは描画対象物に着弾すると殆ど濡れ広がらない。このような場合でも高精細描画を可能にする手法としてすぐに思いつくのが、描画対象物の温度の変更である。濡れ広がりやすいAGK101を使用する場合には描画対象物の温度を高くしておけば、分散媒の揮発を促進し、濡れ広がりを抑制することができると考えられる。 In the present embodiment, the case where the AGK 101 described in the second embodiment and the prototype ink are used and the drawing object is a glass substrate will be described. The AGK 101 has a low dispersoid concentration as described in the above embodiment. Therefore, there is a tendency to spread easily after landing on the drawing object. On the contrary, the prototype ink hardly wets and spreads when landing on the drawing object. Even in such a case, a technique for realizing high-definition drawing immediately comes up with a change in the temperature of the drawing object. In the case of using the AGK 101 that easily wets and spreads, it is considered that if the temperature of the drawing object is raised, the volatilization of the dispersion medium can be promoted and the wetting and spreading can be suppressed.

しかしながら、実験において描画対象物温度を変更する手法は劇的な効果を得ることができなかった。描画対象物の温度を高くしすぎると分散媒が突沸したようになり、綺麗なパターンを得ることができなかったのである。そこから、描画対象物の設定温度は、インクの濃度ではなく分散系インクに使用されている分散媒の性質に依存すると考えられる。AGK101、および試作インクの分散媒はドデカンであり、この場合の描画対象物の温度は、50度以上、110度以下がよく、好ましくは55度以上、65度以下である。 However, the method of changing the drawing object temperature in the experiment cannot obtain a dramatic effect. If the temperature of the object to be drawn was raised too high, the dispersion medium would suddenly boil and a beautiful pattern could not be obtained. From this, it is considered that the set temperature of the drawing object depends on the properties of the dispersion medium used in the dispersion ink, not on the ink concentration. The dispersion medium of AGK101 and the prototype ink is dodecane, and the temperature of the drawing object in this case is preferably 50 degrees or more and 110 degrees or less, and preferably 55 degrees or more and 65 degrees or less.

描画対象物の温度を一定にし、分散質濃度の異なるインクを使用しても、高精細描画を可能にするためにはいくつかの方法がある。第一に、インクジェットヘッドの吐出口の大きさを変更することである。AGK101のように濡れ広がりやすい傾向のインクは、吐出口の小さなインクジェットヘッドを用いることで吐出されるインク滴の量を減らし、濡れ広がりを抑制することができる。本実施の形態では上記実施の形態2に記載したとおり、直径が50μmと、34μmの吐出口を有するインクジェットヘッドを利用した。AGK101でも試作インクでも、直径34μmの吐出口を有するインクジェットヘッドを用いる事で、直径50μmの吐出口を有するインクジェットヘッドを用いた時よりも着弾幅を小さくできることを確認した。 There are several methods for enabling high-definition drawing even when the temperature of the drawing object is kept constant and inks having different dispersoid concentrations are used. The first is to change the size of the ejection port of the inkjet head. Ink that tends to wet and spread like AGK101 can reduce the amount of ink droplets ejected by using an inkjet head with a small ejection port, and suppress the wetting and spreading. In this embodiment, as described in the second embodiment, an ink jet head having discharge ports with diameters of 50 μm and 34 μm is used. It was confirmed that the landing width can be made smaller by using an inkjet head having an ejection opening with a diameter of 34 μm than when using an inkjet head having an ejection opening with a diameter of 50 μm, for both AGK101 and the prototype ink.

具体的には、描画対象物表面温度58度(設定温度65度)、ワーキングディスタンス3mmに設定して実験を行った結果、AGK101使用時、オリフィス50μmで着弾径が平均135μm、オリフィス径34μmで着弾径が平均100μm、試作インク使用時、オリフィス径50μmで着弾径が平均90μm、オリフィス径34μmで着弾径が平均70μmであった。 Specifically, as a result of an experiment with the surface temperature of the drawing object set to 58 degrees (setting temperature 65 degrees) and a working distance of 3 mm, when using AGK101, the landing diameter was an average of 135 μm with an orifice of 50 μm and an orifice diameter of 34 μm. The average diameter was 100 μm, and when using prototype ink, the orifice diameter was 50 μm, the landing diameter was 90 μm, the orifice diameter was 34 μm, and the landing diameter was 70 μm on average.

第二に、ワーキングディスタンスを変更することである。ワーキングディスタンスを長くすると、インクが飛翔している時間が長くなる。その間に、飛翔しているインク滴中の分散媒が蒸発し、着弾時にはインク滴中の分散質濃度を高くすることができる。具体的な実験として、描画対象物表面温度58度(設定温度65度)、オリフィス径34μmに試作インクの組み合わせでWDを3mmにすると着弾径は平均55μm、WDを10mmにすると着弾径は平均45μmとなった。 Second is to change the working distance. If the working distance is increased, the time during which the ink is flying increases. In the meantime, the dispersion medium in the flying ink droplets evaporates, and the concentration of the dispersoid in the ink droplets can be increased upon landing. As a specific experiment, when the WD is 3 mm by combining a prototype ink with a surface temperature of 58 degrees (setting temperature 65 degrees), an orifice diameter of 34 μm, the landing diameter is an average of 55 μm, and when WD is 10 mm, the landing diameter is an average of 45 μm. It became.

他にも、吐出パルスを変更することにより、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴のスピード、液滴径などを変更させることで、着弾径を小さくすることは有効な手段である。具体的な操作手順では、全てのパラメータを最適と思われる値に変更する。すなわち、吐出パルス幅や電圧を小さくすることによりインクジェットヘッドから吐出される液滴を安定させ、小さくし、かつスピードは速くし、その吐出液滴の様子や描画するパターンからWDや描画対象物の表面温度を微調整する。 In addition, it is an effective means to reduce the landing diameter by changing the speed of the ink droplets ejected from the inkjet head, the droplet diameter, etc. by changing the ejection pulse. In a specific operation procedure, all parameters are changed to values that are considered optimal. In other words, by reducing the discharge pulse width and voltage, the droplets discharged from the inkjet head are stabilized, reduced, and speeded up. From the state of the discharged droplets and the pattern to be drawn, the WD and drawing object Fine-tune the surface temperature.

また、インクジェットヘッドから吐出された1滴のインク滴で点を描画する以外の任意のパターンを描画するためには、複数のインク滴を描画対象物上に着弾させる必要がある。このとき、描画対象物に着弾するインク滴は少しずつ重なっていることが必要である。通常、高精細なパターンを描画する場合には、描画対象物に着弾したインクの径に比して0.1倍から0.5倍程度重ねる必要がある。実際に発明者が作業を行う場合の例として、オリフィス径34μmのインクジェットヘッドおよび試作インクの組み合わせで、描画対象物をガラス、WDが3mm、描画対象物の温度を約60度とした時の着弾径が70μmであれば、約0.14倍n10μmずつ重ね合わせ、60μmピッチでパターンを描画する。 In addition, in order to draw an arbitrary pattern other than drawing a point with a single ink droplet ejected from an inkjet head, it is necessary to land a plurality of ink droplets on a drawing target. At this time, it is necessary that the ink droplets that land on the drawing object overlap each other little by little. Usually, when a high-definition pattern is drawn, it is necessary to overlap the diameter of the ink that has landed on the drawing target by about 0.1 to 0.5 times. As an example of the case where the inventor actually performs the work, when the drawing object is made of glass, the WD is 3 mm, and the temperature of the drawing object is about 60 degrees by using a combination of an inkjet head having an orifice diameter of 34 μm and a prototype ink, If the diameter is 70 μm, the pattern is drawn at a pitch of 60 μm by overlapping each by about 0.14 times n10 μm.

また、上記「発明を実施するための形態」で説明した予備吐出を行うことがさらに好ましい。予備吐出を行わずに、加熱された描画対象物に対して描画を行うと、描画対象物からの熱の影響により、途中からサテライトが発生し、描画が乱れることがある。このようなことを防ぐために、本実施の形態では、一つのステージの上に、描画対象物と予備基板とを載置し、同じ温度に加熱して、予備基板上で予備吐出を行った後に描画対象物に対して描画を行った。発明者が実施した例を示すとオリフィス径34μmのインクジェットヘッドおよび試作インクの組み合わせで、描画対象物をガラス、WDが3mm、描画対象物の温度を60度とした時の予備吐出時間は3分に設定した。 Further, it is more preferable to perform the preliminary discharge described in the above “Mode for Carrying Out the Invention”. If drawing is performed on a heated drawing object without performing preliminary discharge, satellites may be generated in the middle due to the influence of heat from the drawing object, and drawing may be disturbed. In order to prevent this, in this embodiment, after placing the drawing object and the spare substrate on one stage, heating to the same temperature, and performing preliminary discharge on the spare substrate Drawing was performed on the drawing object. In the example implemented by the inventor, the preliminary discharge time is 3 minutes when the drawing object is glass, the WD is 3 mm, and the temperature of the drawing object is 60 ° C., using a combination of an inkjet head having an orifice diameter of 34 μm and a prototype ink. Set to.

この予備吐出については、上記実施の形態2に記載した吐出観察機構にて観察しながら行う。インクジェットヘッドが加熱された予備基板上に来るように配置して予備吐出を開始すると、早い時では10秒、遅い時では10分ぐらいから吐出の様子が変化することが観察される(変化しないことも多い)。描画対象物の温度が60度程度であると、1分から3分以内に様子が変化することがある。様子の変化で非常に多く見られるのが、サテライトの発生である。その場合、インクジェットの駆動部に印加している電圧、図8(d)に示すV1を少し下げるとサテライトは消えることが多い。このように、予備吐出によってインクジェットの吐出が安定したことを吐出観察機構により観察した後、インクジェットヘッドが描画対象物上に来るように配置し描画を開始する。 This preliminary discharge is performed while observing with the discharge observation mechanism described in the second embodiment. When the ink jet head is placed on the heated spare substrate and the preliminary ejection is started, it is observed that the ejection state changes from 10 seconds at the early stage and from about 10 minutes at the late stage (no change). Many). If the temperature of the drawing object is about 60 degrees, the appearance may change within 1 to 3 minutes. The occurrence of satellites is very common in the change in appearance. In this case, the satellite often disappears when the voltage applied to the ink jet drive unit, V1 shown in FIG. Thus, after observing by the ejection observation mechanism that the ejection of the ink jet has been stabilized by the preliminary ejection, the ink jet head is arranged so as to be on the object to be drawn, and drawing is started.

以上が、本発明の高精細描画を実現するパターン描画方法の実施の形態である。 The above is the embodiment of the pattern drawing method for realizing high-definition drawing of the present invention.

(実施の形態4)
次に、上記実施の形態2で示したパターン描画装置の構成を用いて、表面状態の異なる多種の基板に高精細なパターンを描画する本発明のパターン描画方法について説明する。本実施の形態で示すパターン描画方法は本発明を実施するための具体的な一例に過ぎず、本発明が当該実施の形態の内容によってのみ限定されることは無く、当業者が思いつく範囲であれば容易に変更は可能である。
(Embodiment 4)
Next, the pattern drawing method of the present invention for drawing high-definition patterns on various substrates having different surface states using the configuration of the pattern drawing apparatus shown in the second embodiment will be described. The pattern drawing method shown in this embodiment is merely a specific example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited only by the contents of the embodiment, and is within the scope conceived by those skilled in the art. It can be changed easily.

本発明のパターン描画方法は、上記実施の形態3で示したように、インクジェットヘッドを加熱した描画対象物上に配し、ステージを移動させながらインクの吐出をコントロールすることにより任意のパターンを描画することが基本である。それに加えて、上記「発明の効果」で説明したように、高次関数的に急激に粘度が上昇する直前の濃度に調合した分散系インクを使用することにより、描画対象物の素材を選ぶことなく任意のパターンを高精細に描画することができる。 In the pattern drawing method of the present invention, as shown in the third embodiment, an ink jet head is placed on a heated drawing object, and an arbitrary pattern is drawn by controlling ink ejection while moving the stage. It is basic to do. In addition, as described in the above “Effects of the Invention”, the material of the drawing object can be selected by using a dispersion ink prepared at a concentration immediately before the viscosity suddenly increases in a high-order function. Arbitrary patterns can be drawn with high definition.

実験では、上記実施の形態2および3で使用したオリフィス径34μmのインクジェットヘッドおよび試作インクの組み合わせを用いた。描画対象物は、ガラス、シリコン基板、太陽電池用シリコン基板、PET、PEN、ポリイミド、アクリル、アルミニウム、とした。描画対象物の温度を60度とした時に高精細描画が可能であったのは、ガラス、シリコン基板、PET、PEN、ポリイミド、アクリル、アルミニウムであった。 In the experiment, the combination of the inkjet head having an orifice diameter of 34 μm and the prototype ink used in the second and third embodiments was used. The drawing object was glass, a silicon substrate, a solar cell silicon substrate, PET, PEN, polyimide, acrylic, and aluminum. When the temperature of the drawing object was set to 60 ° C., high-definition drawing was possible with glass, silicon substrate, PET, PEN, polyimide, acrylic, and aluminum.

当然のことながら、描画対象物の温度というのはステージに内蔵されているヒーターの設定温度ではなく、描画対象物の最表面の温度のことである。したがって、描画対象物の厚みにより、設定温度は微妙に変更する必要があった。アルミニウムやPET、PEN、ポリイミドのように非常に薄い描画対象物は設定温度65度で表面温度が60度となった。アクリル、ガラス、シリコン基板のように厚みのある描画対象物は、設定温度70度で表面温度が60度となった。このような設定温度と実際の表面温度の差は使用するヒーターの出力や実験環境などによって異なるため、このような差が出たと考えられるが、どのような場合にも接触温度計等を使用して描画対象物の表面温度を管理することは重要である。 Naturally, the temperature of the drawing object is not the set temperature of the heater built in the stage, but the temperature of the outermost surface of the drawing object. Therefore, the set temperature needs to be slightly changed depending on the thickness of the drawing object. A very thin drawing object such as aluminum, PET, PEN, or polyimide has a set temperature of 65 degrees and a surface temperature of 60 degrees. Thick drawing objects such as acrylic, glass, and silicon substrates had a set temperature of 70 degrees and a surface temperature of 60 degrees. The difference between the set temperature and the actual surface temperature varies depending on the output of the heater used and the experimental environment, so it is considered that such a difference has occurred. In any case, a contact thermometer is used. It is important to manage the surface temperature of the drawing object.

また、上記に挙げた描画対象物の中で、太陽電池用のシリコン基板だけは表面温度60度で微細描画することができなかった。他にも、表面に細かな凹凸や傷のあるプラスチックや、すりガラス等でも同様であった。このように、表面に凹凸のある太陽電池用のシリコン基板については設定温度を100度、表面温度を95度にすると濡れ広がりを抑制し、任意のパターンを高精細に描画することができることがわかった。 Moreover, among the drawing objects listed above, only the silicon substrate for solar cells could not be finely drawn at a surface temperature of 60 degrees. The same applies to plastics with fine irregularities and scratches on the surface, frosted glass, and the like. As described above, it is understood that when the set temperature is set to 100 degrees and the surface temperature is set to 95 degrees for the silicon substrate for solar cells having unevenness on the surface, wetting spread is suppressed and an arbitrary pattern can be drawn with high definition. It was.

このように、表面に凹凸がある物質では濡れ広がりやすい傾向が見られるのは、インクの分散媒として、表面張力の低い油系の分散媒(本実施の形態ではドデカン)を使用しているからである。表面張力が低い液体は濡れ広がりやすく、基板の表面に細かな凹凸がある場合はその性質をさらに強調させる働きがある。つまり、ドデカンのインクは基本的に濡れ広がりやすいが、表面に凹凸があるとより濡れ広がりやすくなる。この濡れ広がりは、描画対象物の加熱温度を上げることによって解決できることがわかった。 As described above, the tendency for the material having unevenness on the surface to be easily wetted and spread is that an oil-based dispersion medium (in this embodiment, dodecane) having a low surface tension is used as the ink dispersion medium. It is. A liquid having a low surface tension tends to wet and spread, and if there are fine irregularities on the surface of the substrate, it has a function of further enhancing the properties. That is, dodecane ink basically tends to wet and spread, but if the surface has irregularities, it becomes easier to wet and spread. It was found that this wetting and spreading can be solved by increasing the heating temperature of the drawing object.

上記実施の形態3において、AGK101の濡れ広がりを描画対象物の加熱温度を上げることでは解決できないと記載した。その原因は突沸のような現象が起こってしまうためである。しかしながら、表面に細かな凹凸のある基板については加熱温度を上昇させても突沸のような現象は起こらず、任意のパターンを高精細に描画することができた。これは、表面に細かな凹凸があることで実質の表面積が大きくなっていることが何らかの原因ではないかと考えられるが、原理までは不明である。 In the third embodiment, it has been described that the wetting and spreading of the AGK 101 cannot be solved by increasing the heating temperature of the drawing object. This is because a phenomenon such as bumping occurs. However, with respect to the substrate having fine irregularities on the surface, a phenomenon such as bumping did not occur even when the heating temperature was raised, and an arbitrary pattern could be drawn with high definition. This is thought to be due to the fact that the actual surface area is increased due to fine irregularities on the surface, but the principle is unknown.

もちろん本実施の形態においても、上記「発明を実施するための形態」で説明した予備吐出を行うことがさらに好ましい。本実施の形態では、上記実施の形態3に記載したとおり、一つのステージの上に、描画対象物と予備基板とを載置し、それら二つの基板を同じ温度に加熱して、予備基板上で予備吐出を行った。さらに、当該予備吐出中は、吐出観察機構によりインクジェットの吐出が安定する事を確認し、その後に描画対象物に対して描画を行った。 Of course, also in this embodiment, it is more preferable to perform the preliminary discharge described in the above-mentioned “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION”. In the present embodiment, as described in the third embodiment, the drawing object and the spare substrate are placed on one stage, and the two substrates are heated to the same temperature, and then on the spare substrate. The preliminary discharge was performed. Furthermore, during the preliminary discharge, it was confirmed that the discharge of the ink jet was stabilized by the discharge observation mechanism, and then drawing was performed on the drawing target.

以上が、本発明の、多種の基板に高精細描画を実現するパターン描画方法の実施の形態である。 The above is the embodiment of the pattern drawing method for realizing high-definition drawing on various substrates according to the present invention.

(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態2で示したパターン描画装置の構成を用いて、高アスペクト比を有する微細な配線を描画する本発明のパターン描画方法について説明する。本実施の形態で示すパターン描画方法は本発明を実施するための具体的な一例に過ぎず、本発明が当該実施の形態の内容によってのみ限定されることは無く、当業者が思いつく範囲であれば容易に変更は可能である。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, a pattern drawing method of the present invention for drawing fine wiring having a high aspect ratio will be described using the configuration of the pattern drawing apparatus shown in the second embodiment. The pattern drawing method shown in this embodiment is merely a specific example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited only by the contents of the embodiment, and is within the scope conceived by those skilled in the art. It can be changed easily.

上記「発明を実施するための形態」の実施の形態1乃至4は、任意のパターンを高精細に描画する方法について説明した。しかし、本発明のパターン描画装置は、その使用方法を少し変更するだけで高いアスペクト比(線幅に対する線の高さのこと)を有する微細な配線を形成することができる。当然、この微細配線形成も基板の表面処理を行わず、様々な種類の基板に適用可能である。 Embodiments 1 to 4 of the “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION” described the method of drawing an arbitrary pattern with high definition. However, the pattern writing apparatus of the present invention can form fine wiring having a high aspect ratio (the height of the line with respect to the line width) with a slight change in the method of use. Of course, this fine wiring formation can also be applied to various types of substrates without surface treatment of the substrate.

本実施の形態では、上記実施の形態2のパターン描画装置を用い、インクジェットヘッドに関しては吐出口の直径が30μmのものと20μmのものを使用した。また、配線を描画するに当たって複数の吐出口のうち、インクが安定して吐出する1つの吐出口のみを用い、他の吐出口からはインクを吐出しないよう制御した。複数ある吐出口の全てからインクを吐出させると、配線の評価の邪魔になるからである。また、配線を描画するに当たり吐出口が1つしか不要だと判断する場合には、吐出口を1つしか設けないインクジェットヘッドを用いても良い。 In the present embodiment, the pattern drawing apparatus of the second embodiment is used, and the ink jet heads having the ejection port diameters of 30 μm and 20 μm are used. Also, when drawing the wiring, only one of the plurality of discharge ports that stably discharges ink was used, and control was performed so that ink was not discharged from the other discharge ports. This is because if ink is ejected from all of the plurality of ejection ports, it will interfere with the evaluation of the wiring. In addition, when it is determined that only one ejection port is required for drawing the wiring, an ink jet head having only one ejection port may be used.

インクは、上記実施の形態1乃至3に記載した試作インクを使用している。これは何度も説明している通りであり、とりわけ本実施の形態で説明する高アスペクト比配線を形成するためには非常に重要な要素となる。描画対象物は、ガラス、シリコン、PET、ポリイミドなど、表面が平らな基材を使用した。上記実施の形態4と同様、これらの基材による描画性能の変化は全く見られなかった。 As the ink, the prototype ink described in the first to third embodiments is used. This has been explained many times, and is an extremely important factor in forming the high aspect ratio wiring described in this embodiment. As the object to be drawn, a substrate having a flat surface such as glass, silicon, PET, or polyimide was used. As in the fourth embodiment, there was no change in drawing performance due to these base materials.

本実施の形態では、描画対象物の温度を130度以上、150度以下に加熱する。この範囲内であれば高アスペクト比配線は形成可能であり、温度が低いほど少し配線が太くなる傾向が見られることがある。 In the present embodiment, the temperature of the drawing object is heated to 130 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Within this range, high aspect ratio wiring can be formed, and the wiring tends to become slightly thicker as the temperature is lower.

そして、吐出したインク滴が描画対象物に着弾した時の直径に比して、0.5倍以上0.8倍以下の距離で重なるように着弾させる。この重なり比率はアスペクト比、特に配線の高さに影響するので、比率が小さいとアスペクト比が小さくなり、比率が大きいと高いアスペクト比になる。しかしながらインクが重なる比率を高くすればアスペクト比が高くなり続けるわけではない。インク滴を重ねすぎるとインクが乾燥する速度が追いつかなくなり、バルジと呼ばれる線のにじみが発生する。 Then, the ejected ink droplets are landed so as to overlap at a distance of 0.5 times or more and 0.8 times or less as compared to the diameter when the ink droplets land on the drawing object. Since the overlapping ratio affects the aspect ratio, particularly the wiring height, the aspect ratio decreases when the ratio is small, and the aspect ratio increases when the ratio is large. However, if the ratio of overlapping inks is increased, the aspect ratio does not continue to increase. If the ink droplets are stacked too much, the ink drying speed cannot keep up, and a line blur called bulge occurs.

さらに、吐出したインク滴が重なる時間間隔、つまり、第n番目のインク滴が描画対象物に着弾してから、第n+1番目のインク滴が描画対象物に着弾するまでの時間間隔は0.1m秒以上、10m秒以下の時間である必要がある。それ以上速いと、第n番目のインク滴が乾燥する前に第n+1番目のインク滴が着弾し、濡れ広がりバルジを形成してしまうからである。逆に、それ以上遅いと、第n+1番目のインク滴が着弾する時には第n番目のインク滴が乾燥しきってしまい、アスペクト比の高い配線を形成することができない。つまり、第n番目のインク滴が半乾燥状態の時に第n+1番目のインク滴が着弾することにより、それらのインク滴が最適な形状となって高いアスペクト比の配線を描画することができると考えられる。 Furthermore, the time interval at which the ejected ink droplets overlap, that is, the time interval from the arrival of the nth ink droplet on the drawing object to the arrival of the (n + 1) th ink droplet on the drawing object is 0.1 m. It is necessary that the time is not less than seconds and not more than 10 milliseconds. This is because if it is faster than that, the (n + 1) th ink droplet will land before the nth ink droplet dries, forming a wet spread bulge. On the other hand, if it is slower than that, when the (n + 1) th ink droplet lands, the nth ink droplet is completely dried, and it is impossible to form a wiring with a high aspect ratio. That is, it is considered that when the n + 1th ink droplet lands when the nth ink droplet is in a semi-dry state, these ink droplets have an optimal shape and a high aspect ratio wiring can be drawn. It is done.

具体的な操作として、アスペクト比0.5を実現するためには、インク滴を着弾径の0.7倍ずつ重なるようにし、着弾時間間隔は0.1m秒とした。その結果を図9(a)、(b)、および図10(a)、(b)に示す。図9は吐出口の直径が30μmのインクジェットヘッドを使用して配線を描画した時のSEM像であり、図9(a)はその上面図、図9(b)はその断面図を示す。図10は吐出口の直径が20μmのインクジェットヘッドを使用して配線を描画した時のSEM像であり、図10(a)はその上面図、図10(b)はその断面図を示す。 As a specific operation, in order to realize an aspect ratio of 0.5, ink droplets were overlapped by 0.7 times the landing diameter, and the landing time interval was set to 0.1 msec. The results are shown in FIGS. 9A and 9B and FIGS. 10A and 10B. 9A and 9B are SEM images when wiring is drawn using an ink jet head having a discharge port diameter of 30 μm. FIG. 9A is a top view and FIG. 9B is a cross-sectional view. 10A and 10B are SEM images when wiring is drawn using an inkjet head having a discharge port diameter of 20 μm. FIG. 10A is a top view and FIG. 10B is a cross-sectional view.

どちらの結果も、ほぼ吐出口の直径と同じ太さの配線が形成出来ており、配線の高さは配線の幅に比して約0.5倍となっていることがわかる。このことから、本発明のパターン描画装置を用いて本実施の形態のパターン描画方法を適用すると、上記非特許文献1に記載されている濡れ広がりを押さえ、着弾径dcmaxを吐出口から吐出したインクの径d0とほぼ同じにでき、ひいてはd0と同じ幅の配線を形成することができる。 In both results, it can be seen that the wiring having the same thickness as the diameter of the discharge port can be formed, and the height of the wiring is about 0.5 times the width of the wiring. For this reason, when the pattern drawing method of the present embodiment is applied using the pattern drawing apparatus of the present invention, the ink that discharges the landing diameter dcmax from the discharge port while suppressing the wetting spread described in Non-Patent Document 1 above. Can be made substantially the same as the diameter d0 of the wiring, and thus a wiring having the same width as d0 can be formed.

また、本実施の形態では上記の試作インクについて、溶媒をドデカンからテトラデカンに変更したインクも使用してみた。上記と同様に、インク滴を着弾径の0.7倍ずつ重なるようにし、着弾時間間隔は0.1m秒とした場合、描画対象物の温度を170度以上、190度に加熱することでアスペクト比0.5の微細な配線を形成することができた。この例でもインクジェットヘッドの吐出口の直径が30μmのものと20μmのものを使用したが、結果は図9および図10に示すものと全く変わらなかった。つまり、高アスペクト比の微細配線描画においては、インクの分散媒の性質が描画対象物の設定温度に大きく影響を与える。 In the present embodiment, an ink in which the solvent is changed from dodecane to tetradecane is also used for the prototype ink. Similarly to the above, when the ink droplets are overlapped by 0.7 times the landing diameter and the landing time interval is 0.1 msec, the temperature of the drawing object is heated to 170 degrees or more and 190 degrees to increase the aspect ratio. A fine wiring with a ratio of 0.5 could be formed. In this example, the diameter of the discharge port of the inkjet head was 30 μm and 20 μm, but the results were not different from those shown in FIGS. 9 and 10. That is, in fine wiring drawing with a high aspect ratio, the properties of the ink dispersion medium greatly affect the set temperature of the drawing object.

さらに、本実施の形態では、表面張力を大きく変えた2種類のガラス基板についても同様の配線を描画した。1枚は通常のスライドガラス、もう一枚は当該スライドガラスを水酸化ナトリウム水溶液に5分間浸漬し、表面張力を低くしたものを使用した。配線の描画条件は上記ドデカン試作インク時と同様であり、2種類のガラスについて同様の描画結果を得た。 Furthermore, in the present embodiment, the same wiring is drawn on two types of glass substrates whose surface tension is greatly changed. One sheet was a normal slide glass, and the other sheet was obtained by dipping the slide glass in an aqueous sodium hydroxide solution for 5 minutes to reduce the surface tension. The wiring drawing conditions were the same as in the above-mentioned dodecane prototype ink, and the same drawing results were obtained for two types of glass.

また、本実施の形態は、表面に凹凸のある太陽電池用シリコン基板にも応用可能である。上記実施の形態4では、表面に凹凸のある基板は加熱温度を上昇させる必要があると記載したが、高アスペクト比配線を形成する場合には、表面の凹凸に関わらず同じ温度設定でよいことが分かった。 Moreover, this Embodiment is applicable also to the silicon substrate for solar cells with an uneven surface. In Embodiment 4 described above, it is described that the heating temperature needs to be increased for a substrate with unevenness on the surface. However, when forming a high aspect ratio wiring, the same temperature setting may be used regardless of the unevenness of the surface. I understood.

本実施の形態では、インクジェットヘッドの1つの吐出口のみを使用したが、吐出口が複数ある場合にはもちろんそれら全てを使用して配線を描画することができる。複数の吐出口からインクを吐出させて配線を描画する場合には、全ての吐出口から吐出されるインク滴の径、速度を同じにすることが望ましい。そうでなければ、各々線幅やアスペクト比の異なる配線が描画されることが分かっている。そのため、高いアスペクト比を有する微細配線を形成する時は、1つの吐出口を用いるのが簡便であり、本実施の形態ではその構成を例に示した。 In this embodiment, only one ejection port of the ink jet head is used. However, when there are a plurality of ejection ports, it is possible to draw a wiring using all of them. When drawing a wiring by ejecting ink from a plurality of ejection openings, it is desirable that the diameter and speed of the ink droplets ejected from all the ejection openings are the same. Otherwise, it is known that wirings having different line widths and aspect ratios are drawn. Therefore, when forming a fine wiring having a high aspect ratio, it is easy to use one ejection port, and in this embodiment, the configuration is shown as an example.

以上が、本発明のパターン描画装置を用いて高アスペクト比を有する微細な配線を描画するパターン描画方法の実施の形態である。 The above is the embodiment of the pattern drawing method for drawing fine wiring having a high aspect ratio using the pattern drawing apparatus of the present invention.

本発明のパターン描画装置およびパターン描画方法は、描画対象物に対して全く表面処理を行わずに、様々な機能性薄膜をオンデマンドでの高精細なパターンに描画することができる。これらは、プリンテッドエレクトロニクス分野に応用することができ、例えば、機能性材料を含有するインクを複数使用することにより、薄膜トランジスタや、無線通信用アンテナ、または無線通信用RFID(Radio Frequency IDentification)タグそのもの等を作製することができる。 The pattern drawing apparatus and pattern drawing method of the present invention can draw various functional thin films into high-definition patterns on demand without performing any surface treatment on the drawing object. These can be applied to the field of printed electronics. For example, by using a plurality of inks containing functional materials, a thin film transistor, a radio communication antenna, or a radio communication RFID (Radio Frequency IDentification) tag itself Etc. can be produced.

市場に出回る電子デバイス製品は何度も試作を繰り返した後に商品化される。その、試作段階で機能性薄膜をオンデマンドで高精細なパターンに描画することができれば試作期間の短縮化、ひいては製品の短納期にもつなげることができる。 Electronic device products on the market are commercialized after many trial productions. If the functional thin film can be drawn on demand on a high-definition pattern at the prototype stage, the prototype period can be shortened and the product can be delivered quickly.

101 インクジェットヘッド
102 ステージ
103 コントローラ
104 リザーバ
105 インク
106 ヒーター
107 描画対象物
201 平板
202 吐出口
203 インクジェットヘッド
204 インク供給口
205 排出口
301 フレキシブルな基板
302 駆動機構
401 予備基板
501 第一のステージ
502 第二のステージ
601 インク滴
602 描画対象物
603 中央部
604 端部
605 着弾幅
606 第n番目のインク滴
607 第n+1番目のインク滴
608 第n−1番目のインク滴
101 Inkjet Head 102 Stage 103 Controller 104 Reservoir 105 Ink 106 Heater 107 Drawing Object 201 Flat Plate 202 Discharge Port 203 Inkjet Head 204 Ink Supply Port 205 Discharge Port 301 Flexible Substrate 302 Drive Mechanism 401 Preliminary Substrate 501 First Stage 502 Second Stage 601 Ink Drop 602 Drawing Object 603 Center 604 End 605 Landing Width 606 nth Ink Drop 607 n + 1th Ink Drop 608 n−1th Ink Drop

Claims (9)

インクジェットヘッド、ステージ、コントローラ、および、インクを溜めるリザーバを有し、
前記インクジェットヘッドは、前記インクを吐出するための吐出口を1つ、乃至複数有し、
前記吐出口は、1平方cm以上の面積を有する平板に穿たれた穴であり、
前記インクは、分散質粒子を分散媒に分散させた分散系のインクであり、
前記リザーバから前記吐出口までの間は前記インクが充填され、
前記ステージは、描画対象物を載置するとともに、前記描画対象物の描画予定領域を均一な温度に加熱する加熱機構を有し、
前記インクジェットヘッドの前記吐出口と前記描画対象物との間の距離は0.5mm乃至20mmであり、
前記コントローラは、前記インクジェットヘッド、および前記ステージの動作を制御することを特徴とするパターン描画装置。
An inkjet head, a stage, a controller, and a reservoir for storing ink;
The inkjet head has one or more ejection openings for ejecting the ink,
The discharge port is a hole made in a flat plate having an area of 1 cm 2 or more,
The ink is a dispersion ink in which dispersoid particles are dispersed in a dispersion medium,
The ink is filled between the reservoir and the ejection port,
The stage has a heating mechanism for placing the drawing object and heating a drawing scheduled area of the drawing object to a uniform temperature,
The distance between the discharge port of the inkjet head and the drawing object is 0.5 mm to 20 mm,
The pattern drawing apparatus, wherein the controller controls operations of the inkjet head and the stage.
請求項1において、
前記平板は、遷移金属、周期表13属および14属元素、またはそれらの合金、ならびに、ポリイミド、PEN(PolyEthylene Naphthalate)、PEEK(PolyEther Ether Ketone)のいずれかであり、
前記平板に設けられた前記吐出口の直径は20μm乃至60μmであることを特徴とするパターン描画装置。
In claim 1,
The flat plate is any one of transition metals, Group 13 and Group 14 elements, or alloys thereof, and polyimide, PEN (PolyEthylene Naphthalate), PEEK (PolyEther Ether Ketone),
The pattern drawing apparatus, wherein the discharge port provided in the flat plate has a diameter of 20 μm to 60 μm.
請求項1乃至請求項2において、
前記分散質粒子は、表面に2nm乃至3nmの分散剤に被覆され、平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、
前記分散媒は、非極性の鎖式飽和炭化水素であり、
分散質濃度が35w%乃至65w%であることを特徴とするパターン描画装置。
In Claim 1 or Claim 2,
The dispersoid particles are non-magnetic metal particles whose surface is coated with a dispersant of 2 nm to 3 nm and whose average particle diameter is 20 nm,
The dispersion medium is a nonpolar chain saturated hydrocarbon,
A pattern drawing apparatus having a dispersoid concentration of 35 to 65 w%.
インクジェットヘッド、ステージ、コントローラ、および、インクを溜めたリザーバを有し、
前記インクジェットヘッドは、前記インクを吐出するための吐出口を1つ、乃至複数有し、
前記吐出口は、1平方cm以上の面積を有する平板に穿たれた穴であり、
前記インクは、分散質粒子を分散媒に分散させた分散系のインクであり、
前記リザーバから前記吐出口までは前記インクを充填し、
前記ステージには描画対象物を載置するとともに、前記描画対象物の描画予定領域を均一な温度に加熱し、
前記インクジェットヘッドが前記描画対象物の描画予定領域上に来るように配し、
前記吐出口と前記描画対象物との間の距離は0.5mm乃至2.0mmとし、
前記コントローラにより、前記吐出口から吐出させるインクの状態およびタイミング、前記インクジェットヘッドおよび前記ステージの相対位置、ならびに、前記描画対象物の加熱温度を制御して前記吐出口より前記インクを吐出させることを特徴とするパターン描画方法。
An inkjet head, a stage, a controller, and a reservoir for storing ink;
The inkjet head has one or more ejection openings for ejecting the ink,
The discharge port is a hole made in a flat plate having an area of 1 cm 2 or more,
The ink is a dispersion ink in which dispersoid particles are dispersed in a dispersion medium,
From the reservoir to the ejection port is filled with the ink,
While placing the drawing object on the stage, heating the drawing scheduled area of the drawing object to a uniform temperature,
Arranged so that the inkjet head is on the drawing target area of the drawing object,
The distance between the discharge port and the drawing object is 0.5 mm to 2.0 mm,
The controller controls the state and timing of ink discharged from the discharge port, the relative positions of the inkjet head and the stage, and the heating temperature of the drawing object, and discharges the ink from the discharge port. A characteristic pattern drawing method.
請求項4において、
前記描画対象物と同じ材質同じ厚さの擬似基板を配し、
前記擬似基板を、前記描画対象物の描画予定領域と同じ温度に加熱し、
前記インクジェットヘッドを前記擬似基板上に配して、1秒乃至600秒インクを吐出させた後、
前記インクジェットヘッドが前記描画対象物の描画予定領域上に来るよう配し、
前記吐出口より前記インクを吐出させることを特徴とするパターン描画方法。
In claim 4,
Arrange a pseudo substrate of the same material and the same thickness as the drawing object,
Heating the pseudo substrate to the same temperature as the drawing target area of the drawing object,
After the inkjet head is disposed on the pseudo substrate and ejecting ink for 1 second to 600 seconds,
Arranged so that the inkjet head comes over the drawing target area of the drawing object,
A pattern drawing method, wherein the ink is ejected from the ejection port.
請求項4乃至請求項5において、
前記吐出口より吐出したインク滴が前記描画対象物に着弾した時の直径に比して、
前記吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、前記吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.1倍乃至0.8倍の距離で重なるよう着弾させることを特徴とするパターン描画方法。
In claims 4 to 5,
Compared to the diameter when the ink droplets discharged from the discharge port land on the drawing object,
The (n + 1) th (n> 1) th ink droplet ejected from the ejection port is landed so as to overlap the nth ink droplet ejected from the ejection port at a distance of 0.1 to 0.8 times. A characteristic pattern drawing method.
請求項4乃至請求項6において、
前記第n+1番目のインク滴は、前記第n番目のインク滴が着弾した後、0.1m秒乃至10m秒の時間内に前記描画対象物に着弾させることを特徴とするパターン描画方法。
In Claims 4 to 6,
The pattern drawing method, wherein the (n + 1) th ink droplet is landed on the drawing object within a period of 0.1 msec to 10 msec after the nth ink droplet has landed.
請求項4乃至請求項5において、
前記インクの分散媒はドデカンであり、
前記インクの分散質は、表面に2nm乃至3nmの分散剤に被覆され、平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、
分散質の重量濃度が35w%乃至65w%であり、
前記吐出口より吐出したインク滴が前記描画対象物に着弾した時の直径に比して、
前記吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、前記吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.5倍乃至0.8倍の距離で重なるよう着弾させ、
前記第n+1番目のインク滴は、前記第n番目のインク滴が着弾した後、2m秒乃至5m秒の時間内に前記描画対象物に着弾させ、
前記描画対象物の温度を130度乃至150度とすることを特徴とするパターン描画方法。
In claims 4 to 5,
The ink dispersion medium is dodecane,
The dispersoid of the ink is non-magnetic metal particles having a surface coated with a 2 to 3 nm dispersant and an average particle diameter of 20 nm.
The weight concentration of the dispersoid is 35 w% to 65 w%,
Compared to the diameter when the ink droplets discharged from the discharge port land on the drawing object,
The (n + 1) th (n> 1) ink droplet ejected from the ejection port is landed so as to overlap the nth ink droplet ejected from the ejection port at a distance of 0.5 to 0.8 times.
The (n + 1) th ink droplet is landed on the object to be drawn within a period of 2 to 5 milliseconds after the nth ink droplet has landed,
A pattern drawing method, wherein the temperature of the drawing object is 130 to 150 degrees.
請求項4乃至請求項5において、
前記インクの分散媒はテトラデカンであり、
前記インクの分散質は、表面に2nm乃至3nmの分散剤に被覆され、平均粒子径が20nmの非磁性金属粒子であり、
分散質の重量濃度が35w%乃至65w%であり、
前記吐出口より吐出したインク滴が前記描画対象物に着弾した時の直径に比して、
前記吐出口より吐出した第n+1(n>1)番目のインク滴は、前記吐出口より吐出した第n番目のインク滴と0.5倍乃至0.8倍の距離で重なるよう着弾させ、
前記第n+1番目のインク滴は、前記第n番目のインク滴が着弾した後、2m秒乃至5m秒の時間内に前記描画対象物に着弾させ、
描画対象物の温度を170度乃至190度とすることを特徴とするパターン描画方法。
In claims 4 to 5,
The ink dispersion medium is tetradecane,
The dispersoid of the ink is non-magnetic metal particles having a surface coated with a 2 to 3 nm dispersant and an average particle diameter of 20 nm.
The weight concentration of the dispersoid is 35 w% to 65 w%,
Compared to the diameter when the ink droplets discharged from the discharge port land on the drawing object,
The (n + 1) th (n> 1) ink droplet ejected from the ejection port is landed so as to overlap the nth ink droplet ejected from the ejection port at a distance of 0.5 to 0.8 times.
The (n + 1) th ink droplet is landed on the object to be drawn within a period of 2 to 5 milliseconds after the nth ink droplet has landed,
A pattern drawing method, wherein the temperature of a drawing object is set to 170 degrees to 190 degrees.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2017221347A1 (en) * 2016-06-22 2019-04-11 株式会社Fuji Circuit forming method and circuit forming apparatus
WO2023058230A1 (en) 2021-10-08 2023-04-13 株式会社Fuji Circuit forming method and information processing device

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