JP2018529218A - 極細配線を印刷する方法 - Google Patents

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Abstract

機能性材料の極細配線を印刷する方法が、開示されている。本方法は、内層を有する基材を用意する工程、及び基材の内層上にインクを堆積させることによって極細配線を印刷する工程であって、インクが、機能性材料と、基材の内層を部分的に溶解させ、インクを収縮させ、基材の内層中に沈み込ませ、これにより配線の幅を減少させる、溶媒混合物とを含む、上記印刷する工程を含む。

Description

本開示は、一般に、印刷可能な電子デバイスのための製作法に関し、特に、印刷可能な電子デバイスの製作において細い配線を印刷するための技法に関する。
フレキシブルで低コストの基材上への印刷は、ますます普及しつつある低コストの電子デバイスの製作法である。しかしながら、従来の印刷プロセスを使用して達成できる形状(feature)は、慣例的なフォトリソグラフィ法によって得られた形状と比較して、依然として大きすぎる。例えば商用のピコリットル容積のプリントヘッドによって直接印刷できる最も細い導電線は、幅が約30μmであることが報告された。高性能な電子デバイスの印刷を可能にするためには、配線幅等の形状サイズの低減が決定的に重要である。
滑らかで非多孔性の基材上に印刷する場合、従来の印刷技術を使用したときには通常、約30μm〜50μmの配線幅を得ることができる。配線幅は、主に、基材表面とインクとの表面エネルギーの差異によって決定される。この差異並びにインク粘度、乾燥プロセス、基材温度、表面エネルギー及び表面張力等の他のパラメータを制御することにより、液滴体積が約1pl〜10plの商用プリントヘッドを使用して、15μmの配線幅を印刷することができる。インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷及びスクリーン印刷等のスケール調整可能な印刷法の場合、10〜30μmが直接印刷の限界である。幾つかの新たな技術が、より細い配線を印刷するために開発されてきたが、これらの技術は、更なる工程を必要とする。例えば、普及しているインクバンク(ink bank)による方法は、最初に、所望の表面エネルギーを有する材料を使用して基材をパターニングして、基材上への印刷後のインクの展延を制御することを必要とする。電気流体力学式ジェット印刷のような他の技法が、フェムトリットル容積のノズルを使用して幅が2μm未満の細い配線を印刷するために実証されてきた。しかしながら、電気流体力学式ジェット印刷は、大量生産用にスケール調整することができない。
表面張力の差異、粘度、乾燥プロセス及び他のパラメータを最適化する従来の方法では、配線幅を約15μmまで減少させることしかできない。パターニング工程は、印刷された配線の幅をサブマイクロメートルスケールに減少させることが可能であろうが、このパターニング工程も費用がかかるものであり、集積密度を低下させる機能に関係しない形状を導入する。
したがって、極細配線を印刷するためには、新たな又は改良型の印刷法が、非常に望ましいであろう。
本開示は、溶媒混合物を含有するインクと、インクを堆積した基材(又は内層)との相互作用を活用することによって、極細配線を印刷する新たな方法を提供する。溶媒混合物が、基材(又は内層)をわずかに溶解させる一方で、溶媒混合物の蒸発/乾燥により、配線幅の収縮が起きる。得られた配線は、くぼみ又は埋め込まれたプロファイルを有する。
したがって、本開示における本発明の一態様は、内層を有する基材を用意する工程、及び基材の内層上にインクを堆積させることによって極細配線を印刷する工程であって、インクが、機能性材料と、内層を部分的に溶解させる一方で、当該溶媒混合物の蒸発/乾燥により、インクを収縮させ、基材の内層中に沈み込ませ、これにより配線の幅を減少させる、溶媒混合物とを含む、上記印刷する工程の方法である。一実施形態において、表面エネルギーは、蒸発/乾燥中に変化し得る。
この概要は、特定の重要な本発明の態様を強調するために提供されているが、本開示におけるすべての本発明の態様の排他的又は限定的な規定であるように意図されていない。他の本発明の態様が、詳細な説明及び図面において開示されていることもある。
本技術の更なる特徴及び利点は、添付図面と一緒にして利用される、次の詳細な記述から明らかになる。
23℃における時間の関数として、エタノール、エチレングリコール及びグリセリンの混合物の表面張力及びペンダントドロップ体積を示す。
新たに印刷された(エタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物に基づく)赤色インクの配線を示す、図であり、この配線は、PET(例えば、Melinex ST505)上にインクジェット印刷されていた。
70℃で5分熱処理された後の配線を示す。
無架橋SU−8上におけるエチレングリコールとグリコール混合物との接触角を示す図であり、グリコールに対するエチレングリコールの比は、図1において使用された混合物中におけるグリコールに対するエチレングリコールの比と同じであり、SU−8は、PETフィルム上にスピンコーティングされたフォトレジスト用エポキシであるが、紫外線への露光なしで、ソフトベークされただけであり、架橋のときに、ハードベークされる。
無架橋SU−8上に新たに印刷された銀ナノインクの光学顕微鏡画像を示す。
70℃で5分熱処理した後の無架橋SU−8上にある銀ナノインクの光学顕微鏡画像を示す。
15μmの収縮した配線の幅を有する、無架橋SU−8上に印刷された銀ナノインクの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示すが、この画像は、45°の傾斜角で撮影されており、この結果、高さ較正のためには、Y軸を0.7で割るべきである。
5μmの収縮した配線の幅を有する、無架橋SU−8上に印刷された銀ナノインクの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示すが、この画像は、45°の傾斜角で撮影されており、この結果、高さ較正のためには、Y軸を0.7で割るべきである。
配線幅を更に収縮させるためのドレイン機構(draining mechanism)を示し、 赤色領域は、インクにより被覆された領域を表し、矢印は、インクの収縮方向を示す。
銀(Ag)ナノインクを使用してSU−8/PET基材上に印刷された、極細銀配線の光学顕微鏡画像を示す。
本方法によって印刷された極細配線を概略的に示す。
添付図面を通して、同様の特徴が同様の参照番号によって識別されていることに留意する。
導電性インク等の機能性材料の極細配線を印刷する方法が、本明細書において開示されている。一般に、本方法は、内層を有する基材を用意する工程、行為又は操作、並びに基材の内層上にインクを堆積させることによって極細配線を印刷する工程、行為又は操作であって、インクが、機能性材料と、基材の内層を部分的に溶解させ、インクを収縮させ、基材の内層中に沈み込ませ、これにより配線の幅を減少させる、溶媒混合物とを含む、上記工程、行為又は操作を含む。溶媒混合物の表面エネルギーは、蒸発/乾燥中に変化し得る。一実施形態において、機能性材料は、例えば銀ナノ粒子インク等の導電性インクである。機能性材料は、導体、半導体、誘電体、エレクトロルミネッセント材料、光起電性材料又は任意の他の電子的機能性材料であってよい。一実施形態において、溶媒は、エタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物である。別の実施形態において、溶媒は、エタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物であり、基材は、ポリエチレンテレフタラート(PET)であり、内層は、完全にエポキシ化されたビスフェノールA/ホルムアルデヒドノボラックコポリマーから構成されるSU−8である。 配線幅は、印刷後にインク、内層及び基材を熱処理することによって更に細くすることができる。例えば、インク、内層及び基材は、70℃で5分熱処理され、又は、50℃で熱処理された後に75℃で熱処理される。
配線を更に細くすることは、より大きな領域のインクを配線の各端部に堆積させることによって、配線に沿って長手方向にインクを抜き出す工程であって、より大きな領域が、配線の自由エネルギーより低い自由エネルギーを有し、これにより、収縮プロセス中により大きな領域のそれぞれに向かってインクを抜き出し、この結果、配線の幅を更に減少させる、上記抜き出す工程によって達成可能である。
本方法は、0.11以上の配線の高さ対幅比を達成することができる。インクジェットプリンタを使用して実施される印刷は、10μm未満の配線幅を達成することができる。これは、印刷可能な電子デバイスのトランジスタのゲートを印刷するのに非常に有用である。
一実施形態において、本方法は、乾燥中のインクの表面張力を、その上でインクが乾燥中である基材の表面張力より小さい状態のままになるように、制御する工程を更に含む。選択されたインクと、内層/基材との相互作用は、印刷された配線の幅を減少させる。場合によっては、この相互作用により、幅は、1.5〜3μmに減少する。インクは、乾燥プロセス中に表面エネルギーを増大させ、配線幅を減少させる。インクは、選択された内層/基材を部分的に溶解させ、これにより、印刷された形状要素を乾燥プロセス中に内層/基材中に沈み込ませ、又は埋め込ませ、この結果、配線幅の更なる減少を促すことができる、溶媒を更に含有する。
本方法の複数の実施形態において、インクは、インクが基材上で十分に湿潤し、安定な配線縁部を形成することができ、次いで、この結果として、インクの表面張力及びインクと内層/基材との相互作用、即ち、インク中の溶媒による基材/内層の局所的で部分的な溶解の影響によって制御される態様で、堆積されたインクのディウェッティングプロセス(de-wetting process)により、基材上における印刷された配線の幅を収縮させることができるように選択される。したがって、少なくとも一部の実施形態において、幅が10μm未満の極細配線を得るためには、選択されたインク溶媒(単数又は複数)と、内層/基材の溶解度との組合せが重要である。
インクは、基材上への堆積後、基材上における湿潤特性を変化させることができる。一例は、低い表面張力及び低い沸点を有する溶媒を含有する溶媒混合物を使用することである。この混合物は、最初は、基材を湿潤させるための表面エネルギーが低下しているが、揮発性溶媒が蒸発し、インクの表面エネルギーが増大するにつれて、濡れ性を徐々に喪失していく。図1は、時間に伴うエタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物の表面張力及びペンダントドロップ体積の変化を明示している。表1は、本方法において使用できる溶媒のうちの幾つかの表面張力及び沸点を列記している。
赤色インクを上記溶媒混合物と配合し、PETフィルム上に印刷すると、(例示として図2Aに提示のように)幅が約79μmの安定な配線を形成することができた。しかしながら、印刷されたフィルムを5分間70℃に加熱した後、インク配線幅は、(図2Bに提示のように)約20μmに収縮した。インクは、37mN/mの初期表面張力を有していたが、この初期表面張力は、PET上における湿潤状態を満たすようにPETの表面張力(46mN/m)より十分に小さく、この結果、安定な配線をPET上に形成することができた。インクの表面張力の値は、蒸発によってインクがエタノールを部分的に喪失した後、43mN/mであると測定された。インク中にエタノールが残っていなかったとき、インクは、48mN/mの表面張力を有していた。明らかに、熱処理によるエタノールの蒸発は、PET上におけるインクの湿潤状態を変化させ、配線を収縮させた。
電子デバイスを印刷するために、インクは、選択された基材上に印刷されたときに、輪郭がはっきりした配線を形成することができなければならない。これは、同一の後印刷(post-printing)による収縮が、各配線縁部に沿って同時に起きることを確実に可能にすることである。換言すると、収縮した配線は、実質的に一様な幅を有し、長さ方向に破断を有さないようにすべきである。2配線を超える配線を有するパターンが印刷された場合、この状態により、パターンが、印刷された配線の幅を収縮させた後で設計を維持できることが確実になる。なお、安定な配線が形成される前にディウェッティングが起きた場合、張出し若しくは断絶のある配線が出現し、又は整列した液滴さえ出現する。
後印刷プロセスにおける配線の収縮は、各配線縁部に沿って所望の速度で制御される。これにより、本方法によって収縮させた配線が、実質的に一様な幅を有し、配線の全長に沿って破断を有さないことも確実となる。収縮速度が配線縁部に沿って一様でない場合、よりゆっくり収縮する区域は、より速く収縮する区域より大きな領域を有し、したがって、より低い自由エネルギーを有する。したがって、収縮速度が高い場合は特に、より速く収縮する区域中のインクが、よりゆっくり収縮する区域に流れ、張出し又は断絶のある配線を生じさせるであろう。この一様でない速度に起因した効果は、収縮速度が高い場合に強化され得る。この状況は、回避すべきである。
溶媒の蒸発に基づいた収縮の場合、収縮の速度は、溶媒蒸発の速度及びインク粘度の適切な使用によって制御することができる。適切な後印刷プロセス温度の選択は、簡便で効果的な方法である。高温は、迅速な溶媒蒸発及び低いインク粘度のため、速いディウェッティング及び速い配線の収縮をもたらし得るが、低温における高いインク粘度は、収縮を進行できる度合いを限定する可能性がある。図2Bに示されるとおり、PET上の赤色インクの張出し及び配線の破断は、後印刷プロセス温度が62℃に到達すると、回避することができる。更に、印刷された配線を、最初に短い期間にわたって50℃に晒した後、75℃で加熱した場合、張出し及び破断を回避することができ、同じレベルの収縮を達成することができる。この理由は、インク粘度が高く、配線の収縮が、50℃においてゆっくりであるという点にある。50℃において溶媒の大部分が蒸発すると、インク粘度が大幅に増大し、配線の収縮速度は、75℃において穏やかになる。実際、このような段階的加熱プロセスにより、溶媒蒸発を粘度効果から切り離して、配線の収縮速度を効果的に制御することができる。
インク溶媒は、内層/基材の薄層をわずかに(又は部分的に)溶解させることができる。このインク溶媒による内層/基材の局所的な溶解は、図3に提示のように、基材上へのインクの展延を促す。これにより、収縮中に配線縁部を反対方向に引っ張り、この結果、張出し及び配線の破断の可能性を大幅に低減することができる。更に、表面張力が高くてあまり蒸発しないものである高い沸点を有する溶媒の場合、溶媒は、配線縁部に沿って引っ込む。したがって、溶解は、インクにより被覆された領域において継続し、ある限定された度合いに至るまでインクを基材中に沈み込ませることができる。このプロセスは、張出し及び配線の破断を防止するための機構も提供する。
図4に示すとおり、上記の溶媒−基材溶解プロセスを使用することによって、幅が3μmの長い銀配線を得た。配線は、図3に提示のように、エタノール、エチレングリコール及びグリコールを含有する溶媒混合物を主体とした銀ナノ粒子インクを使用することによって、無架橋SU−8により被覆されたPET上に印刷されていた。配線は、基材上にインクジェット印刷された後、47μmの幅であったが、70℃における5分間の最適化された熱処理後、3μmの幅に収縮した。幅が3μmで長さが1センチメートル超の一様な配線を、本方法を使用して繰り返し得ることができる。これらの配線は、インクバンク等の何らかの予備パターニング工程なしで、10plのノズルを有する商用プリントヘッドを用いたインクジェット印刷によって得られる、最も細い配線である。1pl容プリントヘッドを用いて希釈済みインクを使用することによって、1.5μmの幅の配線を達成した。これらの配線は、印刷及び印刷可能な電子機器の分野において、「極細」であると考えられている。本明細書の目的に関して、「極細」という用語は、10μm以下の配線幅を意味する。架橋SU−8上に印刷された同じインクは、架橋SU−8の表面エネルギーがインクの表面エネルギーより低いため、表面を適切に湿潤させることができない。エアプラズマ処理された架橋SU−8上に印刷したとき、インクは、インクの表面エネルギーが揮発性溶媒の蒸発によって増大したときでさえ、処理済み表面の表面エネルギーの方がインクの表面エネルギーより常に大きいため、収縮現象を示さなかった。更に、インクは、架橋SU−8を部分的に溶解させることもできない。したがって、選択されたインク(適切な溶媒を含有する)と、選択された内層/基材との適切な組合せが、その効果を達成するために重要である。
上記方法を使用して得られた極細配線は、独特な断面プロファイルを特徴とする。これらの極細配線の高さ/幅(H/W)比は、細い幅が配線幅の減少及び配線高さの増大によって達成されるため、非常に高い。配線の幅がn倍収縮したとき、対応する配線のH/W比は、元々の比のn倍に増大する。H/W比は、配線幅が17μm以下の場合、0.11以上に到達し得る。この比は、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷及びスクリーン印刷等のスケール調整可能な任意の印刷プロセスを使用して1つの層を印刷することによって、達成することができない。実際、極細の配線幅と高いH/W比との組合せは、上記に開示されている方法によって印刷/加工された配線の独特な構造的特徴である。
H/W比は、インク溶媒を使用して基材を溶解させることによって、0.7という極めて高い値に到達し得る。わずかな溶解は、高温によって促進され、インクによって被覆されたままの領域において継続する。したがって、印刷された配線は、収縮するにつれて、基材中に徐々に沈み込んでいく。この収縮又は埋込みプロセスは、配線が大幅に収縮して、H/W比が極めて高い極細の状態になったときでさえ、配線の張出し及び破断の回避において更なる肝要な役割を担う。図5は、収縮した配線の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示している。ここで、収縮した配線は、PETフィルム上のSU−8コーティング中に部分的に埋め込まれている。配線は、非常に安定であり、基材に強固に付着している。
更に、0.45μmまで更に細くした配線を、抜出し方法を導入することによって得ることができる。抜出し方法は、収縮中に配線から一部のインクを抜き出す。抜出しは、例示として図6に提示のように、自由エネルギーが低い貯蔵器を各配線の端部に配置することによって達成される。印刷プロセスにおいて、より多くのインクを、円形、楕円形、正方形、ダイヤモンド形等の様々な形状となるように各配線の端部に印刷することができる。印刷されたパターンに後印刷処理を施して、印刷された形状要素を収縮させたとき、形状要素のすべての縁部は、矢印によって示されている方向に引っ込む。同時に、配線中のインクの部分もまた、配線の2つの端部にある領域に抜き取られるが、この領域は、より大きな体積のため、配線より低い自由エネルギーを有する。このインク抜出しプロセスは、配線を更に収縮させることができる。換言すると、この抜出し効果は、配線の断面積を更に減少させることができる。見かけの上では、機構は、太いソリッドワイヤーから細いソリッドワイヤーへの機械的な引寄せに類似している又は似ているが、抜出しにおいて外部エネルギーが必要とされず、配線が細長くないため、本質的に異なる。
幅が0.45μmで長さが100μmの銀配線は、本方法を使用して、繰り返し得ることができる。配線長さは、ある限定された量のインクのみを配線の各端部から抜き出すことができることによって、限定される。しかしながら、配線長さは、トランジスタの印刷等の数多くの用途において配線を使用するのに十分である。この場合もやはり、予備パターニング工程は、必要とされておらず、1回の印刷及び1回の後印刷プロセスのみが本方法に含まれており、本技法は、印刷可能な電子機器の製造にとって非常に有用にさせる。
図7は、銀(Ag)ナノ粒子インクを使用してSU−8/PET基材上に印刷された、極細銀配線の光学顕微鏡画像を示している。ドッグボーン形パターンを、ナノ銀インクを使用して無架橋SU−8上に印刷し、次いで5分間70℃に晒した。「ドッグボーン」形パターン又は「ダンベル形パターン」は、より大きな領域のインクを配線の各端部に有する任意の適切なパターンであってよい。より大きな領域は、配線の自由エネルギーより低い自由エネルギーを有するため、より大きな領域は、より大きな領域のそれぞれに向かって、配線からインクを引き寄せ(抜き出し)、この結果、大きな領域間の配線の幅を更に減少させる。
抜出しプロセスを配線収縮法と組み合わせた場合でさえ、張出し及び配線の破断を回避するように配線の収縮を制御するための重要事項は、インクと基材との適切な相互作用を使用することである。溶媒と一緒の選択されたインクは、選択された内層/基材をわずかに溶解させることができ、この結果、配線の狭窄(印刷された配線の幅の減少)は、30μm超の初期幅から10μm未満に減少させることができる。これにより、図8に概略的に示されている、くぼみ又は陥没のあるプロファイルが生じる。この図は、その上に溶媒含有インク12が印刷された、基材10を示している。溶媒は、基材を部分的に溶解させて、インクを基材中に沈み込ませ、又は埋め込む。図8は、くぼんだ部分14を概略的に示している。基材を局所的及び部分的に溶解させることによって、本方法は、1.5μmの極細配線の幅を達成することができ、10mmの長さにわたって印刷されたAgの場合、3μmの極細配線の幅を達成することができる。サブマイクロメートルレベルまでの配線幅の更なる減少が、(ダンベル形又はドッグボーン形のパターンを使用した)抜出し機構の実装によって達成された。100μmの長さにわたって0.45μmという印刷されたAg配線幅が、これらの2種の技法の組合せを使用して実証された。一実施形態において、本方法は、界面活性剤を不活性化して、配線の幅を更に減少させる工程を更に包含する。界面活性剤を不活性化することにより、ディウェッティングが達成され、この結果、配線の収縮が達成される。疎水性区域から親水性区域を分離するように界面活性剤分子を切断することができる、任意の化学物質が機能するであろう。化学的には、触媒をインクに添加して、高温等の特定の条件下で又はインクが光又は他のエネルギーに晒されたときに界面活性剤を分解することもできる。
「ある1つの(a)」、「ある1つの(an)」及び「その(the)」という単数形は、そうではないと文脈により明瞭に記述されていない限り、複数の言及対象を含むと理解すべきである。したがって、例えば、「1個のデバイス」への言及は、当該デバイスのうちの1個又は複数への言及を含み、即ち、少なくとも1個のデバイスが存在することを含む。「含む(comprising)」、「有する」、「含む(including)」及び「含有する」という用語は、そうではないと記載されていない限り、非限定的な用語(すなわち、「を含むが、これらに限定されるわけではない」を意味する)として解釈すべきである。本明細書において記述されたすべての方法は、そうではないと本明細書において示されていない限り又はそうではないと文脈により明瞭に否定されていない限り、任意の適切な順番で実施することができる。例又は例示的な文言(例えば、「等」)の使用は、本発明の実施形態をより良く例示又は記述することを単に意図しており、そうではないと主張されていない限り、本発明の範囲を限定するように意図されていない。
上記本発明の実施形態は、例示的なものにすぎないように意図されている。本明細書が対象としている当業者には理解されるように、数多くの明白な変更形態、修正形態及び改良形態が、本明細書において開示された本発明の概念(単数又は複数)から逸脱することなく、本明細書において提供された実施形態になされ得る。したがって、本出願人(単数又は複数)が希求する排他的権利の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるように意図されている。

Claims (17)

  1. 内層を有する基材を用意する工程と、
    前記基材の内層上にインクを堆積させることによって極細配線を印刷する工程であって、前記インクが、機能性材料と、前記基材の内層を部分的に溶解させ、インクを収縮させ、基材の内層中に沈み込ませ、これにより前記配線の幅を減少させる、溶媒混合物とを含む、前記印刷する工程と、
    を含む、機能性材料の極細配線を印刷する方法。
  2. 前記機能性材料が導電性インクである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記インクが銀ナノ粒子インクである、請求項2に記載の方法。
  4. 前記溶媒が、エタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記インクが、銀ナノ粒子インクであり、溶媒が、エタノール、エチレングリコール及びグリセロールの混合物であり、基材が、ポリエチレンテレフタラート(PET)であり、内層が、完全エポキシ化ビスフェノールA/ホルムアルデヒドノボラックコポリマーから構成されるSU−8である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  6. 印刷後に、前記インク、内層及び基材を熱処理する工程を更に含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記インク、内層及び基材が、60〜80℃のような1つの温度で5分間熱処理される、請求項6に記載の方法。
  8. 前記インク、内層及び基材が、最初に40〜60℃で熱処理し、次いで75〜90℃で熱処理するというように段階的に熱処理される、請求項6に記載の方法。
  9. 前記インク、内層及び基材が、40℃から90℃へゆっくり昇温することによって熱処理される、請求項6に記載の方法。
  10. より大きな領域のインクを前記配線の各端部に堆積させることによって、前記配線に沿って長手方向にインクを抜き出す工程であって、より大きな領域が、前記配線の自由エネルギーより低い自由エネルギーを有し、これにより、より大きな領域のそれぞれに向かってインクを抜き出し、この結果、前記配線の幅を更に減少させる、上記抜き出す工程を更に含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記配線の高さ対幅比が、0.11以上である、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 印刷する工程が、インクジェットプリンタを使用して実施され、配線幅が、10μm未満である、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記配線幅が、10μm未満である、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記配線が、印刷可能な電子デバイスのトランジスタのゲートを画定するように印刷される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 乾燥させているインクの表面張力を、インクが乾燥している基材の表面張力より小さい状態のままになるように制御する工程を更に含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 界面活性剤を不活性化して、前記配線の幅を更に減少させる工程を更に含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記溶媒混合物が、蒸発/乾燥中に変化する表面エネルギーを有する、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63283092A (ja) * 1987-05-14 1988-11-18 Toyota Autom Loom Works Ltd ハイブリッドic製作用基板
JP2003309085A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Seiko Epson Corp デバイスの製造方法及びデバイス製造装置、デバイス及び電子機器
JP2008182211A (ja) * 2006-12-22 2008-08-07 Palo Alto Research Center Inc 紫外線、電子線、イオンビームおよびx線パターニング用の印刷金属マスク
JP2010283194A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Toppan Forms Co Ltd 配線基板およびその製造方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0153260B1 (ko) 1989-06-16 1998-11-02 기다지마 요시도시 미세패턴의 인쇄방법
JPH07273009A (ja) 1994-03-31 1995-10-20 Toppan Printing Co Ltd 厚膜パターンの製造方法
EP0729189A1 (en) * 1995-02-21 1996-08-28 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw Method of preparing solar cells and products obtained thereof
US5602047A (en) 1996-06-13 1997-02-11 Industrial Technology Research Institute Process for polysilicon thin film transistors using backside irradiation and plasma doping
KR100229676B1 (ko) 1996-08-30 1999-11-15 구자홍 셀프얼라인 박막트랜지스터 제조방법
JP4281342B2 (ja) * 2001-12-05 2009-06-17 セイコーエプソン株式会社 パターン形成方法および配線形成方法
US6972261B2 (en) 2002-06-27 2005-12-06 Xerox Corporation Method for fabricating fine features by jet-printing and surface treatment
GB0325247D0 (en) * 2003-10-29 2003-12-03 Conductive Inkjet Tech Ltd Method of forming a conductive metal region on a substrate
WO2005025787A1 (ja) * 2003-09-12 2005-03-24 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液
US8435603B2 (en) * 2003-12-05 2013-05-07 Conductive Inkjet Technology Limited Formation of solid layers on substrates
JP4482631B2 (ja) 2004-02-20 2010-06-16 株式会社Em研究機構 発酵技術を応用した洗浄剤及びその製造方法
US7309225B2 (en) 2004-08-13 2007-12-18 Molecular Imprints, Inc. Moat system for an imprint lithography template
JP4051631B2 (ja) * 2004-08-20 2008-02-27 セイコーエプソン株式会社 エッチング方法、微細構造体の製造方法、導電線の形成方法、薄膜トランジスタの製造方法及び電子機器の製造方法
US20060163744A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-27 Cabot Corporation Printable electrical conductors
EP1872406A2 (en) 2005-04-15 2008-01-02 Southwall Technologies, Inc. Optical coatings with narrow conductive lines
KR100718152B1 (ko) 2006-02-11 2007-05-14 삼성전자주식회사 유기발광다이오드 및 그 제조방법
US7749396B2 (en) 2006-03-24 2010-07-06 Palo Alto Research Center Incorporated Method of manufacturing fine features for thin film transistors
US7745101B2 (en) 2006-06-02 2010-06-29 Eastman Kodak Company Nanoparticle patterning process
US7491646B2 (en) 2006-07-20 2009-02-17 Xerox Corporation Electrically conductive feature fabrication process
JP4235921B2 (ja) * 2006-09-21 2009-03-11 株式会社フューチャービジョン 液晶表示パネルの製造方法および液晶表示パネル
EP1933393A1 (en) 2006-12-13 2008-06-18 Samsung SDI Co., Ltd. Method of manufacturing a substrate for an electronic device
KR100882023B1 (ko) 2007-05-25 2009-02-05 한국생산기술연구원 표면에너지 제어를 이용한 패터닝 방법
JP2011502183A (ja) * 2007-10-15 2011-01-20 ナノインク インコーポレーティッド ナノ粒子ベースインクのリソグラフィ
JP4867904B2 (ja) 2007-12-10 2012-02-01 セイコーエプソン株式会社 導体パターン形成用インク、導体パターン、導体パターンの形成方法および配線基板
WO2009108771A2 (en) 2008-02-28 2009-09-03 3M Innovative Properties Company Methods of patterning a conductor on a substrate
KR100984256B1 (ko) 2009-08-17 2010-09-30 (주) 파루 자기 정렬 그라비어인쇄를 이용한 중첩정밀도 제어 방법
KR101243837B1 (ko) * 2009-10-23 2013-03-20 한국전자통신연구원 다층 배선 연결 구조 및 그의 제조 방법
KR101295888B1 (ko) 2010-05-10 2013-08-12 한국전자통신연구원 저항형 메모리 장치 및 그 제조 방법
US8465905B2 (en) 2011-04-04 2013-06-18 Eastman Kodak Company Printing conductive lines
JP2013065633A (ja) 2011-09-15 2013-04-11 Ricoh Co Ltd 電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換素子の製造方法、該製造方法により製造した電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
US9096759B2 (en) 2011-12-21 2015-08-04 E I Du Pont De Nemours And Company Printing form and process for preparing the printing form with curable composition having solvent-free epoxy resin
TW201335969A (zh) 2012-02-17 2013-09-01 Nat Univ Tsing Hua 微縮奈微米線寬之方法
KR20150082557A (ko) 2012-11-08 2015-07-15 메르크 파텐트 게엠베하 뱅크 구조물을 갖는 유기 전자 디바이스의 제조 방법, 이에 의해 제조된 뱅크 구조물 및 전자 디바이스
KR102341438B1 (ko) * 2014-06-24 2021-12-20 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 도체 조성물 잉크, 도체, 적층체, 적층 배선 기판 및 전자 기기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63283092A (ja) * 1987-05-14 1988-11-18 Toyota Autom Loom Works Ltd ハイブリッドic製作用基板
JP2003309085A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Seiko Epson Corp デバイスの製造方法及びデバイス製造装置、デバイス及び電子機器
JP2008182211A (ja) * 2006-12-22 2008-08-07 Palo Alto Research Center Inc 紫外線、電子線、イオンビームおよびx線パターニング用の印刷金属マスク
JP2010283194A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Toppan Forms Co Ltd 配線基板およびその製造方法

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Publication number Publication date
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