JP2017528902A - レーザ誘起前方転写法による3d構造印刷 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年5月27日に出願された米国仮特許出願第62/003,135の利益を主張し、この仮出願の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
アルミニウムは,その低コストと良好な金属の導電性のため、プリンテッド・エレクトロニクスへの使用には魅力的な材料である。しかしながら、アルミニウムのその高反応性などの化学的性質が、複数のアルミニウム製コンダクタを用いるプリント回路及び処理の開発において、主な障害となっている。従って、従来のプリント回路製造及びより新しい直接書き込み処理は両方とも、銅及び金のようなより安定した金属が好まれる。複数の銅のドナーフィルムを主に用いる回路修復のためのLIFTベースの処理は、例えば、2014年12月11日に出願され、その開示が参照により本明細書に組み込まれている日本特許出願第2014−250687号にて説明されている。
図1は、本願発明の一実施形態に係る、アクセプタ基板22上のLIFTベースの材料堆積のためのシステム20の概略側面図である。システム20は、光学アセンブリ24を備え、光学アセンブリ24には、レーザ26が、複数の適した光学素子30によりLIFTドナーシート32上へと焦点合わせされたパルス放射線を放射する。レーザ26は、例えば、周波数を倍加させた出力を有するパルスNd:YAGレーザを含み得、パルスの振幅が制御部40により便利に制御されることを可能にする。一般に、良好なLIFT堆積結果のためには、以下に説明されるように、パルス持続時間は、0.1nsから1nsの範囲である。複数の光学素子30は、レーザービームによりドナー32上に形成される焦点のサイズを調整するために、同様に制御可能である。制御部40の制御下の、回転ミラー及び/又は音響光学ビームデフレクタなどのスキャナ28が、ドナーシート32上に複数の異なるスポットを照射するべく、レーザービームをスキャンする。制御部40はよって、光学アセンブリ24を制御し得、これにより、基板22上の予め画定された位置上にドナー材料を書き込み、堆積されるドナー材料を所望の高さまで形成させるために、複数の通路を作る。
図2Aは、本願発明の一実施形態に係る、基板22上の堆積場所の概略断面図であり、ドナーフィルム36からその場所に向かう金属液滴42のLIFT駆動の放出を示す。この図は、その持続時間がフィルムを介する熱拡散に必要とされる時間と同等であるレーザパルスを用いてフィルム36を照射する効果を示す。この処理の複数の詳細は、上に言及されている日本特許出願第2014−250687号にて説明されており、それらは、特にアルミニウムのドナーフィルムとの関連において、ここには単に簡潔にまとめられている。
図5は、本発明の一実施形態に係る、プリント回路60に埋め込まれた抵抗器64の概略上面図である。複数の導電配線62は、直接書き込み及び従来のフォトリソグラフィ処理の両方を含む任意の適した処理を用いて、抵抗器64の生成の前、あるいは、その後に、回路基板上に堆積され、これにより、複数の配線は、抵抗器に接触する。1つの実施形態において、同じLIFT処理は、回路60の各部分における所望のコンダクタンス特性を提供するために制御され変化された複数の処理パラメータを用いて複数の配線62と抵抗器64とを生成するために用いられる。
Claims (58)
- 材料堆積のための方法であって、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、2μmより小さい厚さを有し、アルミニウムを含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板を提供する段階と、
前記ドナー基板をアクセプタ基板に近接し、前記第2面が前記アクセプタ基板に向いている状態で、配置する段階と、
前記ドナーフィルムから前記アクセプタ基板上への前記アルミニウムを含む溶融材料の複数の液滴の放出を誘起するべく、前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるように、0.1nsから1nsの間のパルス持続時間を有する、レーザ放射の複数のパルスを方向付ける段階と
を備える
方法。 - 前記ドナーフィルムの前記厚さは、0.3μmから1.5μmの間である、請求項1に記載の方法。
- 前記アクセプタ基板は、複数の熱硬化プラスチック、複数の熱可塑性プラスチック材料、及び複数の紙材料を含む複数の材料の群から選択される基板材料を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ドナー基板は、前記レーザ放射の前記複数のパルスが前記ドナーフィルムに入射する間、前記第2面が少なくとも0.1mmの距離で前記アクセプタ基板から離れるように配置される、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記アクセプタ基板上に、前記アルミニウムを含み、5μm以下のそれぞれの直径を有する複数の粒子の集合体を生成するべく、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定する段階を含む、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数の粒子のそれぞれの前記直径は、2μmより小さい、請求項5に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記集合体における前記複数の粒子のそれぞれの外面上にアルミニウム酸化物層を形成させるべく、酸素を含む雰囲気において前記ドナー基板を照射する段階を含む、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記複数のパラメータを設定する段階は、前記複数のパラメータを選択する段階であって、これにより、少なくとも、選択された前記複数のパラメータにより決定される前記アルミニウム酸化物層の特性に基づき、前記集合体の電気抵抗率を調整する、段階を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、各パルスが前記溶融材料の単一の液滴の放出を誘起する、段階を含む、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- 前記ドナー基板は、前記アルミニウムを含む前記ドナーフィルムに加えて、前記第2面上に形成される、別の材料を含む別のドナーフィルムを有し、前記レーザ放射の前記複数のパルスに起因して放出される前記複数の液滴は、前記アルミニウムと他の材料との混合物を含む、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- 材料堆積のための方法であって、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、金属を含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板を提供する段階と、
酸素を含む雰囲気において、前記ドナー基板をアクセプタ基板に近接し、前記第2面が前記アクセプタ基板に向いている状態で、配置する段階と、
前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるようにレーザ放射の複数のパルスを方向付ける段階であって、これにより、前記ドナーフィルムから前記アクセプタ基板上への溶融材料の複数の液滴の放出を誘起し、前記アクセプタ基板上に、前記金属の酸化物を含む外層を有する前記金属の複数の粒子を形成する、段階と
を備える
方法。 - 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記アクセプタ基板上に前記複数の粒子の集合体を生成するべく、前記ドナー基板上に前記複数のパルスをスキャンする段階を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、前記集合体における前記金属の前記複数の粒子が、5μm以下のそれぞれの直径を有する、段階を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、少なくとも、前記複数のパラメータにより決定される前記金属の酸化物を含む前記外層の特性に基づき、前記集合体の電気抵抗率を調整する、段階、を含む、請求項12又は13に記載の方法。
- 前記電気抵抗率が基づいて調整される前記酸化物の層の前記特性は、前記複数の粒子間の前記酸化物の層における複数の開口の分布を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、各パルスが前記溶融材料の単一の液滴の放出を誘起する、段階を含む、請求項11から15の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、各パルスが前記溶融材料の複数の液滴の放出を誘起する、段階を含む、請求項11から15の何れか一項に記載の方法。
- 前記金属は、アルミニウム、モリブデン、スズ、チタン、及びタングステンを含む複数の金属の群、及び、前記群における前記複数の金属の複数の合金から選択される、請求項11から15の何れか一項に記載の方法。
- 材料堆積のための方法であって、
プリント回路基板上に形成され、前記プリント回路基板上の複数の導電配線に接触する埋め込み抵抗器の位置及び電気抵抗を画定する段階と、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、金属を含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板を提供する段階と、
前記プリント回路基板に近接し、前記第2面が前記プリント回路基板に向いている状態で、前記ドナー基板を配置する段階と、
複数の粒子の集合体に接触する前記複数の導電配線間において画定された前記抵抗を提供する前記集合体を、前記位置に充填するように複数のパルスをスキャンしている間、前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるようにレーザ放射の前記複数のパルスを方向付ける段階であって、これにより、前記ドナーフィルムからの溶融材料の複数の液滴の放出を誘起し、前記プリント回路基板上に前記金属の前記複数の粒子を形成する、段階と
を備える
方法。 - 前記複数のパルスを方向付ける段階は、酸素を含む雰囲気において前記ドナー基板を照射する段階であって、これにより、前記集合体における前記複数の粒子のそれぞれの外面上に、酸化物層を形成させる、段階を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記ドナー基板を照射する段階は、前記ドナー基板の照射の複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、前記集合体の電気抵抗率を調整する、段階を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記複数のパラメータを設定する段階は、前記複数のパラメータを選択する段階であって、これにより、前記電気抵抗率が依存する前記酸化物の層の特性を調整する、段階を含む、請求項21に記載の方法。
- 前記電気抵抗率が依存する、前記酸化物の層の調整される前記特性は、前記複数の粒子間の前記酸化物の層における複数の開口の分布を含む、請求項22に記載の方法。
- 前記複数のパラメータを設定する段階は、前記複数の粒子のサイズを調整するべく、前記複数のパラメータを選択する段階を含む、請求項21から23の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数のパラメータを設定する段階は、前記複数のパルスのエネルギ、前記複数のパルスの持続時間、前記ドナー基板と前記プリント回路基板との間の距離、前記ドナーフィルムの厚さ、及び前記雰囲気における前記酸素の濃度を含む複数の照射パラメータの群から選択される少なくとも1つのパラメータを設定する段階を含む、請求項21から24の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数のパルスを方向付ける段階は、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定する段階であって、これにより、前記集合体における前記金属の前記複数の粒子は、5μm以下のそれぞれの直径を有する、段階を含む、請求項19から25の何れか一項に記載の方法。
- 前記ドナー基板は、前記金属を含む前記ドナーフィルムに加えて、前記第2面上に形成される、誘電性材料を含む別のドナーフィルムを有し、前記レーザ放射の前記複数のパルスと前記プリント回路基板上に形成された前記複数の粒子とに起因して放出された前記複数の液滴は、前記金属と前記誘電性材料との混合物を含む、請求項19から25の何れか一項に記載の方法。
- 金属の複数の粒子の集合体を備える組成物であって、前記金属は前記金属の酸化物を含む外層を有し、前記複数の粒子は5μm以下のそれぞれの直径を有する、組成物。
- 前記複数の粒子のそれぞれの前記直径は2μmより小さい、請求項28に記載の組成物。
- 前記金属は、アルミニウム、モリブデン、スズ、チタン、及びタングステンを含む複数の金属の群、及び、前記群における前記複数の金属の複数の合金から選択される、請求項28又は29に記載の組成物。
- 前記酸化物は、10nmより小さい厚さを有し、前記複数の粒子間において複数の電気接点を提供する複数の開口を有する、請求項28から30の何れか一項に記載の組成物。
- 材料堆積のための装置であって、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、2μmより小さい厚さを有し、アルミニウムを含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板と、
前記ドナー基板をアクセプタ基板に近接し、前記第2面が前記アクセプタ基板に向いている状態で、配置する配置アセンブリと、
前記ドナーフィルムから前記アクセプタ基板上への前記アルミニウムを含む溶融材料の複数の液滴の放出を誘起するべく、前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるように、0.1nsから1nsの間のパルス持続時間を有する、レーザ放射の複数のパルスを方向付ける光学アセンブリと
を備える
装置。 - 前記ドナーフィルムの前記厚さは、0.3μmから1.5μmの間である、請求項32に記載の装置。
- 前記アクセプタ基板は、複数の熱硬化性材料、複数の熱可塑性プラスチック材料、及び複数の紙材料を含む複数の材料の群から選択される基板材料を含む、請求項32又は33に記載の装置。
- 前記配置アセンブリは、前記レーザ放射の前記複数のパルスが前記ドナーフィルムに入射している間、前記第2面が少なくとも0.1mmの距離で前記アクセプタ基板から離れるように、前記ドナー基板を配置する、請求項32から34の何れか一項に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定し、これにより、前記アクセプタ基板上に、前記アルミニウムを含み、5μm以下のそれぞれの直径を有する複数の粒子の集合体を生成する、請求項32から35の何れか一項に記載の装置。
- 前記複数のパラメータは、前記複数の粒子のそれぞれの前記直径が2μmより小さくなるように、設定される、請求項36に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、酸素を含む雰囲気において前記ドナー基板を照射し、これにより、前記集合体における前記複数の粒子のそれぞれの外面上にアルミニウム酸化物層を形成させる、請求項36又は37に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記複数のパラメータを設定し、これにより、少なくとも、選択された前記複数のパラメータにより決定される前記アルミニウム酸化物層の特性に基づき、前記集合体の電気抵抗率を調整する、請求項38に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定し、これにより、各パルスが前記溶融材料の単一の液滴の放出を誘起する、請求項32から35の何れか一項に記載の装置。
- 前記ドナー基板は、前記アルミニウムを含む前記ドナーフィルムに加えて、前記第2面上に形成される、別の材料を含む別のドナーフィルムを有し、前記レーザ放射の前記複数のパルスに起因して放出された前記複数の液滴は、前記アルミニウムと他の材料との混合物を含む、請求項32から35の何れか一項に記載の装置。
- 材料堆積のための装置であって、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、金属を含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板と、
酸素を含む雰囲気において前記ドナー基板をアクセプタ基板に近接し、前記第2面が前記アクセプタ基板に向いている状態で、配置する配置アセンブリと、
前記ドナーフィルムから前記アクセプタ基板上への溶融材料の複数の液滴の放出を誘起し、前記アクセプタ基板上に、前記金属の酸化物を含む外層を有する前記金属の複数の粒子を形成するべく、前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるようにレーザ放射の複数のパルスを方向付ける光学アセンブリと
を備える
装置。 - 前記複数のパルスを方向付けることは、前記ドナー基板上に前記複数のパルスをスキャンすることであって、これにより、前記アクセプタ基板上に前記複数の粒子の集合体を生成することを含む、請求項42に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定し、これにより、前記集合体における前記金属の前記複数の粒子は、5μm以下のそれぞれの直径を有する、請求項43に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定し、これにより、少なくとも、前記複数のパラメータにより決定される前記金属の酸化物を含む前記外層の特性に基づき、前記集合体の電気抵抗率を調整する、請求項43に記載の装置。
- 前記電気抵抗率が基づいて調整される前記酸化物の層の前記特性は、前記複数の粒子間の前記酸化物の層における複数の開口の分布を含む、請求項45に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定し、これにより、各パルスが前記溶融材料の単一の液滴の放出を誘起する、請求項42から46の何れか一項に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記レーザ放射の複数のパラメータを設定し、これにより、各パルスが前記溶融材料の複数の液滴の放出を誘起する、請求項42から46の何れか一項に記載の装置。
- 前記金属は、アルミニウム、モリブデン、スズ、チタン、及びタングステンを含む複数の金属の群、及び、前記群における前記複数の金属の複数の合金から選択される、請求項42から46の何れか一項に記載の装置。
- 材料堆積のための装置であって、
対向する第1及び第2面と、前記第2面上に形成され、金属を含むドナーフィルムとを有する透明なドナー基板と、
前記ドナー基板をプリント回路基板に近接し、前記第2面が前記プリント回路基板に向いている状態で、配置する配置アセンブリと、
前記プリント回路基板上の、複数の粒子の集合体に接触する複数の導電配線間において画定された電気抵抗を提供する前記集合体を、前記プリント回路基板上における埋め込み抵抗器の予め画定された位置に充填するように複数のパルスをスキャンしている間、前記ドナー基板の前記第1面を通過させ、前記ドナーフィルムに入射させるようにレーザ放射の前記複数のパルスを方向付ける光学アセンブリであって、これにより、前記ドナーフィルムからの溶融材料の複数の液滴の放出を誘起し、前記プリント回路基板上に、前記金属の前記複数の粒子を形成する、光学アセンブリと
を備える
装置。 - 前記光学アセンブリは、酸素を含む雰囲気において前記ドナー基板を照射し、これにより、前記集合体における前記複数の粒子のそれぞれの外面上に、酸化物層を形成させる、請求項50に記載の装置。
- 前記ドナー基板の照射の複数のパラメータは、前記集合体の電気抵抗率を調整するべく、設定される、請求項51に記載の装置。
- 前記照射の前記複数のパラメータは、前記電気抵抗率が依存する前記酸化物の層の特性を調整するべく、選択される、請求項52に記載の装置。
- 前記電気抵抗率が依存する、前記酸化物の層の調整される前記特性は、前記複数の粒子間の前記酸化物の層における複数の開口の分布を含む、請求項53に記載の装置。
- 前記複数のパラメータは、前記複数の粒子のサイズを調整するべく、選択される、請求項52から54の何れか一項に記載の装置。
- 前記集合体の前記電気抵抗率を調整するために設定される前記複数のパラメータは、前記複数のパルスのエネルギ、前記複数のパルスの持続時間、前記ドナー基板と前記プリント回路基板との間の距離、前記ドナーフィルムの厚さ、及び前記雰囲気における前記酸素の濃度を含む複数の照射パラメータの群から選択される少なくとも1つのパラメータを含む、請求項52から55の何れか一項に記載の装置。
- 前記光学アセンブリは、前記複数のパルスの複数のパラメータを設定し、これにより、前記集合体における前記金属の前記複数の粒子は、5μm以下のそれぞれの直径を有する、請求項50から56の何れか一項に記載の装置。
- 前記ドナー基板は、前記金属を含む前記ドナーフィルムに加えて、前記第2面上に形成される、誘電性材料を含む別のドナーフィルムを有し、前記レーザ放射の前記複数のパルス及び前記プリント回路基板上に形成された前記複数の粒子に起因して放出された前記複数の液滴は、前記金属と前記誘電性材料との混合物を含む、請求項50から56の何れか一項に記載の装置。
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