JP4433029B2 - 導電パターン形成用インク組成物、導電パターン形成方法、及び導電パターン形成用液滴吐出装置 - Google Patents

導電パターン形成用インク組成物、導電パターン形成方法、及び導電パターン形成用液滴吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は、導電パターン形成用インク組成物、導電パターン形成方法、及び導電パターン形成用液滴吐出装置に関する
低温焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics )からなる多
層基板は、優れた高周波特性と高い耐熱性を有するため、高周波モジュールの基板やIC
パッケージの基板等に広く利用されている。LTCC多層基板の製造方法では、金属イン
クを用いてグリーンシートの上に回路パターンを描画する工程と、複数のグリーンシート
を積層して一括焼成する工程とが用いられている。
回路パターンを描画する工程においては、回路パターンの高密度化を図るため、金属イ
ンクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法が提案されている(例えば
、特許文献1)。インクジェット法は、数ピコリットル〜数十ピコリットルからなる液滴
を用い、この液滴の吐出位置を変更することにより回路パターンの微細化や狭ピッチ化を
可能にする。この液滴からなる回路パターンが乾燥炉で乾燥される場合、グリーンシート
は、その全体にわたり加熱処理を受けるため、熱的な変形を増大させてしまう。そこで、
インクジェット法では、従来から、上記問題を解決するための提案がなされている。
特許文献2〜4は、それぞれ液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにレーザ源を設け、吐出す
る液滴の各々にレーザを照射して各液滴を瞬時に乾燥させる。レーザ源の出射するレーザ
は、液滴の領域にのみ必要な熱量を供給するため、回路パターンやグリーンシートの熱的
損傷を大幅に軽減できる。
特開2005−57139号公報 特開2006−247529号公報 特開2006−248189号公報 特開2006−247622号公報
インクジェット法においては、所望形状の回路パターンを描画するために、対象物と液
滴吐出ヘッドとを相対移動させる。対象物と液滴吐出ヘッドとの相対移動、すなわち液滴
とレーザとの相対移動は、対象物上の液滴をレーザの領域から瞬時に退避させ、対象物上
の液滴に対し、レーザの照射時間を著しく短くしてしまう。
液滴吐出ヘッドにおいては、ノズルの形成ピッチが数十μm〜数百μmであるため、ノ
ズルごとにレーザを照射する場合には、レーザのスポットサイズが、ノズルの形成ピッチ
と略同じサイズにまで縮小化されてしまう。縮小化したレーザのスポットは、対象物上の
液滴に対し、レーザの照射時間をさらに短くしてしまう。
この結果、レーザを用いる液滴の乾燥方法では、液滴を乾燥させるための十分な照射時
間を得難く、液滴の乾燥不足を招く問題があった。こうした問題は、照射時間の短縮をレ
ーザの出力増加により補うことで解消可能と考えられる。しかしながら、乾燥に要するエ
ネルギーの全てを液滴に向けて短時間で照射すると、液滴が容易に突沸してパターンを消
失させてしまう。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液滴の乾燥効
率を向上させたインク組成物、該インク組成物を用いるパターン形成方法、及び液滴吐出
装置を提供することである。
本発明のインク組成物は、導電性微粒子と、前記導電性微粒子を分散する分散媒と、光
を受けることにより燃焼反応を開始する燃焼物とを有する。
本発明のインク組成物は、光を受けことにより燃焼物の燃焼反応を開始させ、その燃焼
反応で発生する熱により自身の乾燥を促進することができる。したがって、本発明のイン
ク組成物は、インク組成物からなる液滴の乾燥効率を向上することができる。
このインク組成物は、前記光が赤外レーザであり、前記燃焼物が酸素を内包する色素の
凝集塊であり、前記色素が前記赤外レーザを受けることにより前記酸素との燃焼反応を開
始する。
このインク組成物は、色素の燃焼反応で発生する熱によりインク組成物の乾燥を促進で
きる。
このインク組成物は、前記光がレーザであり、前記燃焼物が前記レーザを受けることに
より自己燃焼反応を開始する自己燃焼物を有する。
このインク組成物は、自己燃焼物の自己燃焼反応で発生する熱によりインク組成物の乾
燥を促進できる。
このインク組成物は、前記光が赤外レーザであり、前記燃焼物が前記赤外レーザを熱に
変換する色素と、前記色素からの熱を受けることにより自己燃焼反応を開始する自己燃焼
物とを内包するマイクロカプセルを有する。
このインク組成物は、自己燃焼物がマイクロカプセルであるため、導電性微粒子、分散
媒、色素、及び自己燃焼物に関わる制約を軽減できる。
このインク組成物は、前記分散媒が前記燃焼物の燃焼反応により発生する熱で燃焼反応
を開始するアルコール類、グリコール類、エーテル類からなる群から選択される少なくと
もいずれか1つの有機物を有する。
このインク組成物は、燃焼物を一度燃焼させるだけで、分散媒に含まれる有機物を連鎖
的に燃焼させることができる。したがって、このインク組成物は、光の照射時間に関わら
ず、分散媒の乾燥を確実に促進させることができる。
本発明のパターン形成方法は、導電性微粒子と、分散媒と、光を受けることにより燃焼
反応を開始する燃焼物とを含むインク組成物を液滴にして対象物に吐出する工程と、前記
液滴に光を照射して前記燃焼物に燃焼反応を開始させることにより前記液滴を乾燥して前
記対象物に導電性のパターンを形成する工程とを有する。
本発明のパターン形成方法は、燃焼物を含む液滴に光を照射し、燃焼物の燃焼反応によ
る熱で該液滴の乾燥を促進できる。したがって、本発明のパターン形成方法は、インク組
成物からなる液滴の乾燥効率を向上させることができ、ひいてはパターンの微細化を図る
ことができる。
このパターン形成方法は、前記対象物に着弾する前の液滴に光を照射して前記燃焼物に
燃焼反応を開始させる。
このパターン形成方法は、対象物に着弾する前の液滴に燃焼反応、すなわち乾燥処理を
開始させる。したがって、このパターン形成方法は、導電性のパターンに関して、より微
細な設計ルールに対応することができる。
本発明の液滴吐出装置は、導電性微粒子と、分散媒と、光を受けることにより燃焼反応
を開始する燃焼物とを含むインク組成物を貯留するインクタンクと、前記インクタンクか
ら導出される前記インク組成物を受けて前記インク組成物を液滴にして対象物に吐出する
液滴吐出ヘッドと、前記液滴に前記光を照射する照射部とを有する。
本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴に光を照射することによ
り、液滴に含まれる燃焼物の燃焼による熱で該液滴の乾燥を促進できる。したがって、本
発明の液滴吐出装置は、液滴の乾燥効率を向上させることができる。
この液滴吐出装置は、前記照射部が前記対象物に着弾する前の液滴に光を照射する。
この液滴吐出装置は、対象物に着弾する前の液滴に燃焼反応、すなわち乾燥処理を開始
させられる。したがって、この液滴吐出装置は、液滴の乾燥効率を、より確実に向上させ
ることができ、導電性微粒子からなるパターンに関して、より微細な設計ルールに対応す
ることができる。
(第一実施形態)
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図1〜図6に従って説明する。図1は、液滴
吐出装置10の全体を示す斜視図である。
図1において、液滴吐出装置10は、一つの方向に延びる基台11の上に基板Sを載置
するためのステージ12を有する。ステージ12は、基板Sの一つの面を上に向けた状態
で基板Sを位置決め固定し、基台11の長手方向に沿って基板Sを搬送する。基板Sとし
ては、グリーンシート、ガラス基板、シリコン基板、セラミック基板、樹脂フィルム、紙
等の各種の基板が用いられる。
本実施形態においては、基板Sの上面を吐出面Saという。また、基板Sが搬送される
方向であって、図1において左上方向に向かう方向を+Y方向という。また、+Y方向と
直交する方向であって、図1において右上方向に向かう方向を+X方向とし、基板Sの法
線方向をZ方向という。
液滴吐出装置10は、基台11を跨ぐ門型のガイド部材13の上側にインクタンク14
を有する。インクタンク14は、インク組成物としての導電性インク15を貯留するとと
もに、貯留する導電性インク15を所定圧力で導出する。ガイド部材13には、+X方向
及び+X方向の反対方向(−X方向)に沿って移動可能なキャリッジ16が取付けられて
いる。キャリッジ16は、液滴吐出ヘッド20を搭載して+X方向あるいは−X方向に移
動することにより、該液滴吐出ヘッド20を所望位置に位置決めする。なお、基板Sを+
Y方向に搬送する動作を主走査とし、液滴吐出ヘッド20を+X方向及び−X方向に搬送
する動作を副走査という。
図2は、液滴吐出ヘッド20をステージ12から見た斜視図である。図3(a)は、図
2のA−A断面図であって、液滴吐出ヘッド20の液滴吐出動作を示す図である。図3(
b)は、液滴吐出ヘッド20を吐出面Saから見た平面図である。図4(a)〜(c)は
、それぞれ液滴Dの乾燥工程を示す工程図である。
図2において、液滴吐出ヘッド20は、+X方向に延びるヘッド基板21の一端に設け
られた入力端子22と、ヘッド基板21に支持されるヘッド本体23とを有する。入力端
子22は、外部からの駆動信号を受けて該駆動信号をヘッド本体23に出力する。
ヘッド本体23は、基板Sと対向する面(以下単に、ノズル形成面23a)に、その+
X方向の略全幅にわたりi個(iは1以上の整数)のノズルNを有する。各ノズルNは、
それぞれZ方向に沿ってノズル形成面23aに貫通形成され、+X方向に沿って所定のピ
ッチ(以下単に、ノズルピッチNPという。)で配列される。例えば、ノズル形成面23
aには、+X方向に沿って141μmのピッチで180個のノズルNが形成されている。
図3において、ヘッド本体23は、各ノズルNの上側にそれぞれキャビティ25を有し
、各キャビティ25の上側に、それぞれ振動板26と圧電素子PZとを有する。各キャビ
ティ25は、それぞれ共通するインクタンク14に接続されてインクタンク14からの導
電性インク15を収容し、連通するノズルNに対して導電性インク15を供給する。各振
動板26は、それぞれZ方向に振動してキャビティ25の容積を拡大及び縮小させて連通
するノズルNのメニスカスを振動させる。各圧電素子PZは、それぞれ駆動信号を受けて
Z方向に収縮して伸張し、振動板26をZ方向に振動させる。各キャビティ25は、対応
する振動板26がZ方向に振動するときにメニスカスの導電性インク15を液滴Dにして
吐出させる。例えば、ヘッド本体23は、インクタンク14からの導電性インク15を1
滴あたり10ngの液滴Dにして吐出させる。
図3(b)において、吐出面Saは、一点鎖線で示すドットパターン格子DLによって
仮想分割される。ドットパターン格子DLとは、+Y方向の格子間隔と+X方向の格子間
隔とがそれぞれ液滴Dの吐出間隔からなる格子である。例えば、ドットパターン格子DL
は、+Y方向における各格子点P0を、それぞれ液滴Dの吐出周期と主走査速度との積(
以下単に、吐出ピッチEPという。)で等配し、+X方向における格子点P0を、ノズル
ピッチNPで等配する。液滴Dを吐出するか否かは、このドットパターン格子DLの格子
点P0ごとに選択される。本実施形態においては、液滴Dの吐出動作が選択される格子点
P0を目標点P1という。
液滴Dの吐出処理を実行するとき、+Y方向に配列される一群の格子点P0の上には、
共通する一つのノズルNがセットされる。+Y方向に配列される一群の格子点P0は、基
板Sの主走査によって、それぞれ共通する一つのノズルNの直下を通過する。
目標点P1がノズルNの直下に位置するとき、該ノズルNに対応する圧電素子PZは、
入力端子22からの駆動信号を受けて該ノズルNから液滴Dを吐出させる。ノズルNから
吐出される液滴Dは、該ノズルNと対向する格子点P0、すなわち目標点P1に着弾する
。各目標点P1に着弾する液滴Dは、それぞれ吐出面Saの面方向に沿って濡れ広がり、
隣接する液滴Dと合一して連続する液状パターン15Pを形成する。例えば、+Y方向に
配列される一群の格子点P0が目標点P1として選択される場合、図3(b)に示すよう
に、各目標点P1に着弾する液滴Dは、+Y方向に沿って延びる帯状の液状パターン15
Pを形成する。なお、図3では、乾燥後の液状パターン15Pにグラデーションを付して
示す。
図2において、液滴吐出ヘッド20の下面であって、各ノズルNの+Y方向には、レー
ザプレート24が搭載されている。レーザプレート24は、その下面(以下単に、レーザ
配設面24aという。)の+X矢印方向の略全幅にわたり複数の照射部としてのレーザ源
LDを有する。各レーザ源LDは、それぞれ各ノズルNの+Y方向にj個(jは2以上の
整数)だけ配列されて、レーザ配設面24aの略全面にi×j個のレーザアレイを形成す
る。例えば、レーザプレート24は、各ノズルNの+Y方向に50μmのピッチで配列さ
れる3個のレーザ源LDを有し、180×3個のレーザアレイを形成する。図2において
は、レーザ源LDの配置位置を説明するため、その数量を省略して示す。本実施形態にお
いては、j個のレーザ源LDの中で最もノズルNに近いレーザ源LDから順に、第1レー
ザ源LD1、第2レーザ源LD2、第3レーザ源LD3という。
各レーザ源LDは、それぞれ波長800nm〜1200nmの近赤外線領域のレーザ(
以下単に、赤外レーザBという。)を所定のエネルギーで吐出面Saに向けて照射する。
レーザ源LDとしては、例えば、吐出面Saと略平行の出射面を有する面発光レーザ(V
CSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser )を用いることができる。このV
CSELによれば、各レーザ源LDのZ方向の厚みがプラテンギャップに比べて十分に薄
いため、プラテンギャップを拡張させることなく各レーザ源LDを搭載させることができ
る。
図3において、各レーザ源LDは、それぞれ所定の駆動信号を受けるとき、その直下に
ある吐出面Saの領域に赤外レーザBを照射する。液滴Dの吐出処理を実行するとき、各
目標点P1に着弾する液滴Dは、それぞれ基板Sの主走査によって、第1レーザ源LD1
、第2レーザ源LD2、第3レーザ源LD3の順にレーザ源LDの直下を通過する。
図4において、液滴D(すなわち、導電性インク15)は、導電性微粒子15A、水を
主成分とする分散媒15B、燃焼物15C(図4(b)参照)を有する。
導電性微粒子15Aとしては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オ
スミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タ
ンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることができ
、特に、銀、銅を用いることが好ましい。導電性微粒子15Aは、サイズや形状を限定さ
れるものではないが、粒径が数nm〜数十nmの微粒子を用いることが好ましい。このサ
イズよれば、導電性インク15の焼成温度を低くすることができ、導電性微粒子15Aの
分散性や導電性インク15の流動性を向上させることができ、ひいては、導電性インク1
5の吐出動作の安定化を図ることができる。
分散媒15Bとしては、水、あるいは水を主成分とする水溶液を用いることができる。
分散媒15Bは、導電性インク15の粘度を調整するために必要に応じて水溶性の有機溶
媒を含んでも良い。水溶性有機溶媒としては、例えば、エタノール、メタノール、ブタノ
ール、プロパノール、イソプロパノール等のアルキルアルコール類、エチレングリコール
、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコー
ル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル
、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセ
テート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエ
ーテル等のグリコールエーテル類を挙げることができ、これらを混合して用いても良い。
燃焼物15Cは、波長800nm〜1200nmの近赤外線領域に極大吸収を有する色
素(以下単に、赤外線吸収色素CMという。)の凝集塊であって、その内部に酸素ガスC
Gを内包するものを用いることができる。赤外線吸収色素CMとしては、例えば、フタロ
シアニン系、ナフタロシアニン系、アゾ系、ポリメチン系、アントラキノン系、ナフトキ
ノン系、ピリリウム系、チオピリリウム系、スクアリリウム系、クロコニウム系、テトラ
デヒドオコリン系、トリフェニルメタン系、シアニン系、アゾ系、アミニウム系等の化合
物が挙げることができ、これらを混合して用いても良い。この燃焼物15Cは、例えば、
分散媒15Bに赤外線吸収色素CMを分散させる際に大気中の酸素ガスCGを赤外線吸収
色素CMの中に混在させ、該赤外線吸収色素CMの分散性を調整することにより得られる
なお、導電性インク15は、分散媒15Bに導電性微粒子15Aを分散させる分散助剤
や導電性インク15を保湿するため水溶性の多価アルコール等を含んでも良い。
分散助剤としては、水に容易に溶解し、かつ、導電性微粒子15Aに配位して導電性微
粒子15Aのコロイド状態を安定化させるものであれば良い。分散助剤としては、例えば
、カルボキシル基と水酸基とを官能基として有するヒドロキシ酸又はヒドロキシ酸塩を用
いることができる。ヒドロキシ酸としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸等を挙げること
ができ、これらを混合して用いても良い。ヒドロキシ酸塩には、クエン酸ナトリウム、ク
エン酸カリウム、クエン酸リチウム、リンゴ酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム等を挙げる
ことができ、これらを混合して用いても良い。
また、分散助剤としては、カルボキシル基とメルカプト基とを官能基として有するメル
カプト酸、又はメルカプト酸塩を用いることができる。メルカプト酸には、メルカプト酢
酸、メルカプトプロピオン酸、メルカプトブタン酸、メルカプトコハク酸等を挙げること
ができ、これらを混合して用いても良い。メルカプト酢酸塩には、メルカプト酢酸ナトリ
ウム、メルカプトプロピオン酸ナトリウム、メルカプトコハク酸ナトリウム等を挙げるこ
とができ、これらを混合して用いても良い。
多価アルコールとしては、アルコールの価数が3〜6であり、標準状態(25℃、1気
圧の状態)の下で固体のものを用いることができる。多価アルコールには、単糖類、二糖
類、オリゴ糖及び多糖類のカルボニル基を還元した糖アルコール、2−(ヒドロキシメチ
ル)−1,3−プロパンジオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,3−ヘプ
タントリオール等を用いることができる。糖アルコールには、例えば、ペンタエリスリト
ール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ソルビトール、エリスリト
ール、スレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、マニト
ール、ドルシトール、イディトール、グリコール、イノシトール、マルチトール、ラクチ
トール等を挙げることができ、これらの混合物を用いても良い。
図4において、各レーザ源LDは、それぞれ駆動信号を受けるとき、自身の直下にある
吐出面Saに向けて赤外レーザBを照射する。各目標点P1に着弾する液滴Dは、それぞ
れ基板Sの主走査によって、第1レーザ源LD1、第2レーザ源LD2、第3レーザ源L
D3の順にレーザ源LDの直下を通過する。
この際、液滴Dの燃焼物15Cは、各レーザ源LDからの赤外レーザBを受け、その赤
外線吸収色素CMと、凝集塊に内包される酸素ガスCGとの燃焼反応を開始させる。この
燃焼反応で発生する熱の一部は、分散媒15Bの運動エネルギーに変換されて分散媒15
Bの乾燥を促進させる。また、この燃焼反応で発生する熱の一部は、分散媒15Bに含ま
れるアルコール類、グリコール類、エーテル類等の水溶性有機物と酸素ガスCGとの燃焼
反応を連鎖的に開始させ、この燃焼の連鎖により分散媒15Bの乾燥を継続的に促進させ
る。
例えば、導電性インク15の分散媒15Bが、導電性インク15の全体に対して40重
量%の水と、10重量%の水溶性有機物(グリセリン及びキシリトール)とを含む場合、
10ngの液滴Dに含まれる全ての水を蒸発させるためには、1滴当たりに約10μJの
熱を必要とする。一方、液滴Dの中に含まれるアルコール類、グリコール類、エーテル類
等の水溶性有機物は、自身の燃焼によって約20μJの熱を発生させる。そのため、液滴
Dは、燃焼物15Cの燃焼反応による熱で水溶性有機物の燃焼反応を連鎖的に開始させる
ことにより、全ての水を連続的に蒸発させて乾燥することができる。
この結果、レーザ源LDの直下を通過する液状パターン15Pは、赤外レーザBの領域
で燃焼物15Cの燃焼反応を開始させ、燃焼物15Cが燃焼した後においても、連鎖的に
進行する水溶性有機物の燃焼反応により継続的に乾燥し続ける。したがって、液状パター
ン15Pは、赤外レーザBの照射時間に関わらず、燃焼物15Cの燃焼反応を一度開始す
るだけで乾燥し、その濡れ広がりを十分に抑えることができる。
次に、液滴吐出装置10の電気的構成について図5及び図6に従って説明する。図5は
、液滴吐出装置10の電気的構成を示すブロック回路図であり、図6は、ヘッド駆動回路
の電気的構成を示すブロック回路図である。
図5において、制御装置30は、CPU等からなる制御部31と、DRAM及びSRA
Mを含み各種のデータを格納するRAM32と、各種制御プログラムを格納するROM3
3とを有する。また、制御装置30は、クロック信号を生成する発振回路34と、駆動波
形信号を生成する駆動波形生成回路35と、各種の信号を受信する外部I/F36と、各
種の信号を送信する内部I/F37とを有し、液滴吐出装置10に各種の処理動作を実行
させる。
制御装置30は、外部I/F36を介して入出力装置38に接続される。また、制御装
置30は、内部I/F37を介してモータ駆動回路39及びヘッド駆動回路40に接続さ
れる。
入出力装置38は、例えばCPU、RAM、ROM、ハードディスク、液晶ディスプレ
イ等を有する外部コンピュータである。入出力装置38は、液滴吐出装置10を駆動させ
るための各種の制御信号を外部I/F36に出力する。外部I/F36は、液状パターン
15Pを形成するためのパターンデータIpを入出力装置38から受信する。パターンデ
ータIpとは、基板Sの走査速度に関するデータ、液滴Dの吐出周期に関するデータ、格
子点P0と目標点P1の座標に関するデータ等、液滴Dを吐出させるための各種のデータ
である。
RAM32は、受信バッファ、中間バッファ、出力バッファとして利用される。ROM
33は、制御部31が実行する各種の制御ルーチンと、その制御ルーチンを実行するため
の各種のデータとを格納する。発振回路34は、各種のデータや各種の駆動信号を同期さ
せるためのクロック信号を生成する。発振回路34は、例えば各種のデータをシリアル転
送するための転送クロックCLKを生成する。発振回路34は、シリアル転送した各種の
データをパラレル変換するためのタイミング信号LATを液滴Dの吐出周期で生成する。
駆動波形生成回路35は、駆動波形信号COMを生成するための波形データを所定のア
ドレスに対応させて格納する。駆動波形生成回路35は、制御部31が読み出す波形デー
タを吐出周期のクロック信号ごとにラッチしてアナログ信号に変換し、そのアナログ信号
を増幅して駆動波形信号COMを生成する。
外部I/F36は、入出力装置38からのパターンデータIpを受信してRAM32に
一時的に格納し、中間コードに変換する。制御部31は、RAM32が格納する中間コー
ドデータを読み出してドットパターンデータを生成する。ドットパターンデータとは、ド
ットパターン格子DLの各格子点P0に対して目標点P1であるか否かを関連づけるデー
タである。
制御部31は、1回の主走査分に相当するドットパターンデータを生成すると、該ドッ
トパターンデータを用いて転送クロックCLKに同期するシリアルデータを生成し、その
シリアルデータを内部I/F37を介してヘッド駆動回路40にシリアル転送する。本実
施形態では、ドットパターンデータを用いて生成するシリアルデータを、シリアルパター
ンデータSIという。シリアルパターンデータSIは、液滴Dの吐出及び非吐出を規定す
る各ビットの値を、それぞれ各圧電素子PZに関連付けるためのデータであって、液滴D
の吐出周期で生成される。
制御部31は、内部I/Fを介してモータ駆動回路39に接続されて、モータ駆動回路
39に対応する駆動制御信号を出力する。モータ駆動回路39は、ステージ12やキャリ
ッジ16を移動させるための各種のモータMと、該モータMの回転数と回転方向を検出す
るためのエンコーダEに接続される。モータ駆動回路39は、制御部31からの駆動制御
信号に応答してモータMを駆動制御し、キャリッジ16を用いる副走査とステージ12を
用いる主走査とを実行する。モータ駆動回路39は、エンコーダEからの検出信号を受け
てステージ12の移動方向や移動量、キャリッジ16の移動方向や移動量を演算して制御
装置30に出力する。制御装置30は、ステージ12の移動方向や移動量に基づいて格子
点P0がノズルNの直下に位置するか否かを判断し、各格子点P0がノズルNの直下に位
置するときにタイミング信号LATを生成する。
図5において、ヘッド駆動回路40は、シフトレジスタ41、制御信号生成部42、レ
ベルシフタ43、圧電素子スイッチ44、第1レーザスイッチ45、第1レーザスイッチ
45、第2レーザスイッチ46、及び第3レーザスイッチ47を有する。
シフトレジスタ41は、制御装置30からの転送クロックCLKを受けてシリアルパタ
ーンデータSIを順次シフトさせる。シフトレジスタ41は、ノズルNの数量に応じたビ
ット数(本実施形態では180ビット)のシリアルパターンデータSIを格納する。
制御信号生成部42は、制御装置30からのタイミング信号LATを受けてシフトレジ
スタ41に格納されるシリアルパターンデータSIをラッチする。制御信号生成部42は
、ラッチするシリアルパターンデータSIをシリアル/パラレル変換して各ノズルNに対
応する180ビットのパラレルデータを生成し、該パラレルデータをレベルシフタ43、
第1レーザスイッチ45、第2レーザスイッチ46、及び第3レーザスイッチ47に出力
する。本実施形態においては、制御信号生成部42が出力するパラレルデータをパラレル
パターンデータPIという。
レベルシフタ43は、制御信号生成部42からのパラレルパターンデータPIを圧電素
子スイッチ44の駆動電圧レベルに昇圧して、各圧電素子PZに関連付けられる180個
の開閉信号を生成する。
圧電素子スイッチ44は、各圧電素子PZに対応する180個のスイッチ素子を有する
。各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置30からの駆動波形信号COMが入力
されて、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ圧電素子PZが接続される。各スイッチ
素子は、それぞれ対応する圧電素子PZに関連付けられる開閉信号に応じて、対応する圧
電素子PZに駆動波形信号COMを出力する。これによって、ヘッド駆動回路40は、目
標点P1がノズルNの直下に位置するとき、該ノズルNに対応する圧電素子PZに駆動波
形信号COMを出力して目標点P1に向けて液滴Dを吐出させる、すなわちドットパター
ンデータに応じた液滴吐出処理を実行させる。
第1レーザスイッチ45は、各第1レーザ源LD1に対応する180個のスイッチ素子
を有する。第1レーザスイッチ45における各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御
装置30からの電源Vccが入力されて、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ対応す
る第1レーザ源LD1が接続されている。第2レーザスイッチ46は、各第2レーザ源L
D2に対応する180個のスイッチ素子を有する。第2レーザスイッチ46における各ス
イッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置30からの電源Vccが入力されて、各スイ
ッチ素子の出力端には、それぞれ対応する第2レーザ源LD2が接続されている。第3レ
ーザスイッチ47は、各第3レーザ源LD3に対応する180個のスイッチ素子を有する
。第3レーザスイッチ47における各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置30
からの電源Vccが入力されて、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ対応する第3レ
ーザ源LD3が接続されている。
各スイッチ素子は、それぞれ対応する各レーザ源LD1,LD2,LD3の直下に格子
点P0が位置するごとに、パラレルパターンデータPIに基づいて選択される各レーザ源
LD1,LD2,LD3に、それぞれ所定時間だけ駆動電流を供給する。これによって、
ヘッド駆動回路40は、各レーザ源LD1,LD2,LD3の直下に目標点P1が位置す
るごとに、該目標点P1の領域に所定時間だけ赤外レーザBを照射する。すなわち、ヘッ
ド駆動回路40は、赤外レーザBによる乾燥処理を、ドットパターンデータに基づいて実
行する。赤外レーザBの照射時間は、目標点P1にある液滴Dが赤外レーザBの領域を退
出するまでの時間に設定される。
次に、導電性インク15を用いるパターン形成方法について以下に説明する。まず、図
1に示すように、ステージ12の上には、吐出面Saを上側にする基板Sが載置される。
制御装置30は、入出力装置38からのパターンデータIpを受信すると、該パターンデ
ータIpを用いてドットパターンデータを生成する。次いで、制御装置30は、モータ駆
動回路39を介して副走査を実行し、各目標点P1の主走査経路の上に各ノズルNをセッ
トする。そして、制御装置30は、モータ駆動回路39を介して基板Sの主走査を開始す
る。
制御装置30は、モータ駆動回路39を介して各目標点P1がノズルNの直下にあるか
否かを判断し、各目標点P1がノズルNの直下に位置するたびにタイミング信号LATを
ヘッド駆動回路40に出力する。ヘッド駆動回路40は、制御装置30からのタイミング
信号LATを受け、各目標点P1に向けて液滴Dを着弾させるとともに、各目標点P1の
液滴Dに向けて赤外レーザBを照射する。
各液滴Dの燃焼物15Cは、レーザ源LDからの赤外レーザBを受け、赤外線吸収色素
CMと、凝集塊に内包される酸素ガスCGとの燃焼反応を開始させる。そして、各液滴D
は、燃焼物15Cの燃焼反応により水溶性有機物の燃焼反応を連鎖的に開始させて乾燥し
続ける。これによって、各液滴Dは、ドットパターンデータに応じた各目標点P1にそれ
ぞれ導電性微粒子からなる導電性のパターンを形成する。
次に、上記のように構成した第一実施形態の効果を以下に記載する。
(1)第一実施形態において、導電性インク15は、導電性微粒子15Aと、導電性微
粒子15Aを分散する分散媒15Bと、赤外レーザBを受けることにより燃焼反応を開始
する燃焼物15Cとを有する。したがって、導電性インク15からなる液滴Dは、赤外レ
ーザBを受けことにより燃焼物15Cの燃焼反応を開始させ、この燃焼反応で発生する熱
により自身の乾燥を促進することができる。よって、導電性インク15からなる液滴Dは
、その乾燥効率を向上することができる。
(2)第一実施形態において、燃焼物15Cは、酸素ガスCGを内包する赤外線吸収色
素CMの凝集塊であり、赤外線吸収色素CMが赤外レーザBを受けることにより酸素ガス
CGとの燃焼反応を開始する。したがって、導電性インク15からなる液滴Dは、赤外線
吸収色素CMの燃焼反応で発生する熱により乾燥を促進できる。
(3)第一実施形態において、導電性インク15は、水溶性有機物を有し、燃焼物15
Cの燃焼反応により発生する熱で水溶性有機物の燃焼反応を開始する。したがって、導電
性インク15からなる液滴Dは、燃焼物15Cを一度燃焼させるだけで、分散媒15Bに
含まれる水溶性有機物を連鎖的に燃焼させることができる。よって、導電性インク15の
液滴Dは、赤外レーザBの照射時間に関わらず、分散媒15Bを確実に乾燥させることが
できる。
(4)第一実施形態において、液滴吐出装置10は、共通するドットパターンデータを
用いて、液滴Dの吐出処理と、赤外レーザBの照射処理とを実行する。したがって、液滴
吐出装置10は、吐出する全ての液滴Dの各々に、より確実に赤外レーザBを照射するこ
とができる。
(5)第一実施形態において、各目標点P1がレーザ源LDの直下に位置するたびに、
液滴吐出装置10は、該目標点P1に向けて赤外レーザBを出射する。したがって、液滴
吐出装置10は、全ての液滴Dの各々に関して同じタイミングで乾燥処理を開始させるこ
とができるため、液滴Dの濡れ広がりを均一に抑えることができる。
(第二実施形態)
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図7に従って説明する。第二実施形態は、第
一実施形態の燃焼物15Cを変更したものである。そのため、以下においては、その変更
点について詳しく説明する。
燃焼物15Cは、レーザ源LDからの赤外レーザBを受けて自己燃焼反応(内部燃焼反
応)を開始する自己燃焼物EMである。自己燃焼物EMとしては、例えば、ニトログリセ
リン、2,4,6−トリニトロトルエン、1,3,5−トリニトロベンゼン、ピクリン酸
を用いることができる。
液滴Dの自己燃焼物EMは、レーザ源LDからの赤外レーザBを受けて自己燃焼反応を
開始させる。この自己燃焼反応で発生する熱の一部は、分散媒15Bの運動エネルギーに
変換されて分散媒15Bの乾燥を促進させる。例えば、導電性インク15の分散媒15B
が、導電性インク15の全体に対して40重量%の水を含む場合、10ngの液滴Dに含
まれる全ての水を蒸発させるためには、1滴当たりに約10μJの熱を必要とする。この
熱を全てニトログリセリンの自己燃焼反応で補う場合には、液滴Dごとに1.6ngのニ
トログリセリンを添加すれば良い。
また、自己燃焼反応で発生する熱の一部は、他の自己燃焼物EMの自己燃焼反応を連鎖
的に開始させる。また、この自己燃焼反応で発生する熱の一部は、分散媒15Bに含まれ
るアルコール類、グリコール類、エーテル類等の有機物と、自己燃焼反応で生成される酸
素との燃焼反応を連鎖的に開始させ、この燃焼の連鎖により分散媒15Bの乾燥を継続的
に促進させる。例えば、導電性インク15の分散媒15Bが、導電性インク15の全体に
対して40重量%の水と、10重量%の水溶性有機物(グリセリン及びキシリトール)と
を含む場合、液滴Dの中に含まれるアルコール類、グリコール類、エーテル類等の水溶性
有機物は、自身の燃焼によって約20μJの熱を発生させる。そのため、液滴Dは、自己
燃焼物EMの自己燃焼反応による熱で水溶性有機物の燃焼反応を連鎖的に開始させること
により、全ての水を連続的に蒸発させて乾燥することができる。
次に、上記のように構成した第二実施形態の効果を以下に記載する。
(6)第二実施形態において、導電性インク15は、自己燃焼物EMの自己燃焼反応で
発生する熱により自身の乾燥を促進できる。よって、導電性インク15は、自己燃焼物E
Mを含む簡単な構成で、該導電性インク15からなる液滴Dの乾燥効率を向上することが
できる。
(7)第二実施形態において、導電性インク15は、水溶性有機物を有し、自己燃焼物
EMの自己燃焼反応により発生する熱で、他の自己燃焼物EMの自己燃焼反応や水溶性有
機物の燃焼反応を連鎖的に開始させる。したがって、導電性インク15からなる液滴Dは
、一つの自己燃焼物EMを一度燃焼させるだけで、分散媒15Bに含まれる他の自己燃焼
物EMや水溶性有機物を連鎖的に燃焼させることができる。よって、導電性インク15の
液滴Dは、赤外レーザBの照射時間に関わらず、分散媒15Bを確実に乾燥させることが
できる。
(第三実施形態)
以下、本発明を具体化した第三実施形態を図8に従って説明する。第三実施形態は、第
一実施形態の燃焼物15Cを変更したものである。そのため、以下においては、その変更
点について詳しく説明する。
燃焼物15Cは、赤外線吸収色素CMと自己燃焼物EMとを内包するマイクロカプセル
MCである。赤外線吸収色素CMとしては、第一実施形態に示す各種色素を用いることが
できる。自己燃焼物EMとしては、第二実施形態に示す各種燃焼物を用いることができ、
赤外線吸収色素CMからの熱、あるいはレーザ源LDからの赤外レーザBを受けて自己燃
焼反応を開始する燃焼物を用いることができる。
マイクロカプセルMCの製造方法としては、例えば、キシレンに2,4,6−トリニト
ロトルエンとアゾ系染料とを混合した混合液を生成する。次いで、界面活性剤を含む水に
該混合液を添加することにより懸濁液を生成し、該懸濁液にカプセル材料を添加して混合
液の微小滴の表面に該カプセル材料を吸着あるいは析出させることによりマイクロカプセ
ルMCを生成する。
液滴DのマイクロカプセルMCは、レーザ源LDからの赤外レーザBを受けることによ
り赤外線吸収色素CMを加熱し、赤外線吸収色素CMからの熱より自己燃焼物EMの自己
燃焼反応を開始させる。この自己燃焼反応で発生する熱の一部は、第二実施形態と同じく
、分散媒15Bの運動エネルギーに変換されて分散媒15Bの乾燥を促進させるとともに
、他の自己燃焼物EMの自己燃焼反応を連鎖的に開始させる。また、この自己燃焼反応で
発生する熱の一部は、分散媒15Bに含まれるアルコール類、グリコール類、エーテル類
等の有機物と、自己燃焼反応で生成される酸素との燃焼反応を連鎖的に開始させ、この燃
焼の連鎖により分散媒15Bの乾燥を継続的に促進させる。
次に、上記のように構成した第二実施形態の効果を以下に記載する。
(8)第二実施形態において、導電性インク15は、マイクロカプセルMCに内包され
る自己燃焼物EMの自己燃焼反応により自身の乾燥を促進できる。よって、導電性インク
15は、赤外線吸収色素CMや自己燃焼物EMの選択に際し、導電性微粒子15Aや分散
媒15Bの組成に関わる制約を軽減できる。したがって、導電性インク15は、その適用
範囲を拡大させることができる。
(第四実施形態)
以下、本発明を具体化した第四実施形態を図9(a)、(b)に従って説明する。第四
実施形態は、第一実施形態の各レーザ源LDを変更したものである。そのため、以下にお
いては、その変更点について詳しく説明する。
図9(a)、(b)において、各レーザ源LDの出射面には、それぞれ半球面状を呈す
るマイクロレンズMLが設けられ、各マイクロレンズMLの+Y方向の光学面上には、そ
れぞれ反射膜RFが形成されている。各レーザ源LDが赤外レーザBを出射するとき、各
マイクロレンズMLは、それぞれ赤外レーザBの放射角を狭くさせて集光し、各反射膜R
Fは、それぞれマイクロレンズMLを介した赤外レーザBを−Y方向の下側に向けて反射
する。
第1レーザ源LD1からの赤外レーザBは、マイクロレンズMLと反射膜RFとを介し
て液滴Dの飛行経路上を照射する。また、第2レーザ源LD2及び第3レーザ源LD3か
らの赤外レーザBは、それぞれマイクロレンズMLと反射膜RFとを介して液滴Dの主走
査経路上を照射する。
目標点P1がノズルNの直下にあるとき、目標点P1に向けて飛行する液滴Dは、該ノ
ズルNに対応する第1レーザ源LD1からの赤外レーザBを、その飛行途中で受けて、目
標点P1に着弾する前に燃焼物15Cの燃焼反応を開始させる。すなわち、目標点P1に
向けて飛行する各液滴Dは、それぞれ目標点P1に着弾する前に乾燥処理を開始する。
次に、上記のように構成した第四実施形態の効果を以下に記載する。
(9)上記第四実施形態によれば、第1レーザ源LD1からの赤外レーザBが、目標点
P1に着弾する前の液滴Dに赤外レーザBを照射して燃焼物15Cに燃焼反応を開始させ
る。したがって、液滴吐出装置10は、目標点P1に着弾する前の液滴Dに対して乾燥処
理を開始させることができる。よって、液滴吐出装置10は、液滴Dの濡れ広がりを、よ
り確実に抑えることができ、導電性のパターンに関して、より微細な設計ルールに対応す
ることができる。
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、レーザプレート24は、+Y方向に沿って、第1レーザ源L
D1、第2レーザ源LD2、及び第3レーザ源LD3を有する。これに限らず、レーザプ
レート24は、例えば、第1レーザ源LD1のみを有する構成であっても良く、レーザ源
LDからの赤外レーザBにより燃焼物15Cの燃焼反応を開始する構成であれば良い。
・上記実施形態において、導電性インク15は、第一実施形態の凝集塊、自己燃焼物E
M、第三実施形態のマイクロカプセルの少なくともいずれか1つを有する構成であれば良
い。
・上記実施形態においては、液滴吐出ヘッド20が圧電素子駆動方式のヘッドであるが
、これに限らず、抵抗加熱方式や静電駆動方式の液滴吐出ヘッドであっても良い。
・上記実施形態においては、液滴に照射する光を、面発光レーザ源からのレーザに具体
化した。これに限らず、光は、半導体レーザからのレーザやLEDからの光であっても良
い。
・上記実施形態では、導電性インク15を水系のインクとして説明したが、これに限ら
ず、導電性インク15を有機溶剤系のインクとして具体化しても良い。例えば、導電性イ
ンク15は、テトラデカンを主溶媒とした金属ナノ微粒子分散インクにマイクロカプセル
を分散させたインクであっても良い。
液滴吐出装置を示す斜視図。 液滴吐出ヘッドを示す斜視図。 (a)、(b)は、それぞれ液滴吐出ヘッドを示す側断面図及び液滴吐出動作を模式的に示す平面図。 (a)〜(c)は、それぞれ乾燥処理を模式的に示す図。 液滴吐出装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。 ヘッド駆動回路の電気的構成を示す電気ブロック回路図。 (a)〜(c)は、それぞれ第二実施形態の乾燥処理を模式的に示す図。 (a)〜(c)は、それぞれ第三実施形態の乾燥処理を模式的に示す図。 (a)、(b)は、それぞれ第四実施形態の液滴吐出ヘッドを示す側断面図及び液滴吐出動作を模式的に示す平面図。
符号の説明
B…光としての赤外レーザ、CM…色素、CG…酸素ガス、D…液滴、EM…自己燃焼
物、LD…レーザ源、MC…マイクロカプセル、10…液滴吐出装置、14…インクタン
ク、15…インク組成物としての導電性インク、15A…導電性微粒子、15B…分散媒
、15C…燃焼物、20…液滴吐出ヘッド。

Claims (3)

  1. 導電性微粒子と、分散媒と、光を受けることにより燃焼反応を開始する燃焼物とを含む導電パターン形成用インク組成物であって、
    前記燃焼物は、酸素ガスを内包する色素の凝集塊、ニトログリセリン、2,4,6−トリニトロトルエン、1,3,5−トリニトロベンゼン、ピクリン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする導電パターン形成用インク組成物
  2. 導電性微粒子と、分散媒と、光を受けることにより燃焼反応を開始する燃焼物とを含むインク組成物を対象物に塗布し、
    前記塗布されたインク組成物に光を照射して前記燃焼物に燃焼反応を開始させることにより前記塗布されたインク組成物を乾燥して前記対象物に導電性パターンを形成する導電パターン形成方法であって、
    前記燃焼物は、酸素ガスを内包する色素の凝集塊、ニトログリセリン、2,4,6−トリニトロトルエン、1,3,5−トリニトロベンゼン、ピクリン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする導電パターン形成方法
  3. 導電性微粒子と、分散媒と、光を受けることにより燃焼反応を開始する燃焼物とを含むインク組成物と、
    前記インク組成物を対象物に塗布する液滴吐出ヘッドと、
    前記塗布されたインク組成物に光を照射する照射部とを有し、
    前記塗布されたインク組成物に光を照射して前記燃焼物に燃焼反応を開始させることにより前記塗布されたインク組成物を乾燥して前記対象物に導電性パターンを形成する導電パターン形成用液滴吐出装置であって、
    前記燃焼物は、酸素ガスを内包する色素の凝集塊、ニトログリセリン、2,4,6−トリニトロトルエン、1,3,5−トリニトロベンゼン、ピクリン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする導電パターン形成用液滴吐出装置
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