JP4961162B2 - Electrical connector and cartridge - Google Patents
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Description
本発明は、多層配線等に使用される電気接続体、電気接続体の形成方法及びカートリッジに関する。 The present invention relates to an electrical connection body used for multilayer wiring and the like, a method for forming an electrical connection body, and a cartridge.
配線の実装密度を高めるために配線基板を積層して用いることが行われている。さらに、基板に形成されるスルーホールは、その径が数μmのように微細になる一方で、径に対して高さ方向の長さが長くなるいわゆる高アスペクト比を有する。そのため、スルーホール内に金属ペーストなどを充填することができず、スルーホール内での断線が生じる等の問題点があった。 In order to increase the mounting density of wiring, wiring boards are stacked and used. Further, the through-hole formed in the substrate has a so-called high aspect ratio in which the diameter in the height direction becomes long with respect to the diameter while the diameter becomes as small as several μm. For this reason, there is a problem that the metal paste or the like cannot be filled in the through hole, and disconnection occurs in the through hole.
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされてもので、基板に形成されたスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填させて、堆積させた基板間の配線を行う場合に、数μmの微細なスルーホール径に対して、スルーホールの高さ方向の長さが長くなってもスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填することができ、よってスルーホール内の断線を防止することができる電気接続体及び電気接続体の形成方法を提供することを目的とする。 Although the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, when a metal ultrafine particle dispersion is filled in a through hole formed in a substrate and wiring between the deposited substrates is performed, several μm Even if the length of the through hole in the height direction is increased with respect to the fine through hole diameter, the metal ultrafine particle dispersion can be filled in the through hole, thereby preventing disconnection in the through hole. An object of the present invention is to provide an electrical connection body and a method for forming the electrical connection body.
上記課題を解決するために、本発明の電気接続体は、液滴吐出装置の直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下のノズルから基板表面に向けて液滴を噴射させ、前記液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、前記液滴堆積体の基板表面上に着弾した先行着弾液滴層上の成長起源液滴層の固化した直径をRm1、前記成長起源液滴層上に形成された液滴堆積層の固化した最大直径をRm2としたときに、Rm1とRm2との比が2:1〜1:1であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the electrical connection body of the present invention deposits the droplets by ejecting the droplets toward the substrate surface from a nozzle having a diameter of about 5 μm or less, preferably about 1 μm or less of the droplet discharge device. Rm1, the solidified diameter of the growth origin droplet layer on the preceding landing droplet layer landed on the substrate surface of the droplet deposition body, When the maximum solidified diameter of the droplet deposition layer formed on the growth origin droplet layer is Rm2, the ratio of Rm1 and Rm2 is 2: 1 to 1: 1.
また、本発明の電気接続体は、液滴吐出装置の直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下のノズルから、基板に形成したスルーホール内に向けて液滴を噴射させ、この液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、前記液滴堆積体の成長起源液滴層は、尖端を備えることを特徴とする。 In addition, the electrical connection body of the present invention ejects droplets from a nozzle having a diameter of about 5 μm or less, preferably about 1 μm or less, into a through hole formed in a substrate, and deposits the droplets. An electrical connection body comprising a droplet deposit formed in this manner, wherein the growth origin droplet layer of the droplet deposit includes a tip.
液滴堆積体のアスペクト比は1以上であり、かつ液滴堆積体の最大直径は3μm以下であることを特徴とする。 The aspect ratio of the droplet deposit is 1 or more, and the maximum diameter of the droplet deposit is 3 μm or less.
前記液滴堆積体の液滴堆積層の最上部に尖端を有することを特徴とする。 It has a tip at the top of the droplet deposition layer of the droplet deposition body.
液滴は、金属超微粒子が分散した液体であることを特徴とする。 The liquid droplet is a liquid in which ultrafine metal particles are dispersed.
液滴は、金属超微粒子が分散した液体に導電性フィラーを含有することを特徴とする。 The droplet is characterized by containing a conductive filler in a liquid in which ultrafine metal particles are dispersed.
さらに、本発明の電気接続体の形成方法は、バンクを吐出して触媒の横への拡がりを防止するための拡がり防止用のバンクをパターニング形成する工程と、このバンク内に触媒層を形成する工程と、触媒層上に金属超微粒子分散液を吐出して金属超微粒子分散溶液を堆積させる工程とを備える。 Further, according to the method for forming an electrical connection body of the present invention, a step of patterning and forming a bank for preventing spread for discharging the bank to prevent the catalyst from spreading to the side, and a catalyst layer is formed in the bank. And a step of discharging a metal ultrafine particle dispersion onto the catalyst layer to deposit a metal ultrafine particle dispersion.
また、本発明の電気接続体の形成方法は、基板上に堆積物をパターニングして形成する工程と、この堆積物に樹脂を埋め込み、樹脂層を形成する工程と、樹脂層上に前記堆積物を覆って撥液剤を塗布する工程と、堆積物上の撥液剤にレーザを照射して撥液剤を除去して堆積物を露出する工程と、露出した堆積物上に金属超微粒子分散液を塗布する工程とを備える。 Further, the method for forming an electrical connection body according to the present invention includes a step of patterning a deposit on a substrate, a step of embedding a resin in the deposit to form a resin layer, and the deposit on a resin layer. Coating the liquid repellent, covering the deposit, irradiating the liquid repellent on the deposit with a laser to remove the liquid repellent and exposing the deposit, and applying the metal ultrafine particle dispersion on the exposed deposit And a step of performing.
本発明の電気接続体の形成方法は、基板表面に液滴を吐出して金属超微粒子からなる微細パターンを形成する工程と、この微細パターン上に撥液剤をコーティングする工程と、微細パターン上の撥液剤にYAGレーザを照射する工程と、YAGレーザを照射して撥液剤を蒸散して基板表面に孔を形成する工程と、孔内に金属超微粒子分散液を充填する工程と、該表面に金属超微粒子分散液を塗布する工程とを備える。 The method for forming an electrical connection body according to the present invention includes a step of discharging a droplet onto a substrate surface to form a fine pattern made of ultrafine metal particles, a step of coating a liquid repellent on the fine pattern, Irradiating the liquid repellent with a YAG laser; irradiating the YAG laser to evaporate the liquid repellent to form holes in the substrate surface; filling the holes with a metal ultrafine particle dispersion; and And a step of applying a metal ultrafine particle dispersion.
本発明の電気接続体の形成方法は、基板に設けられた凹所内に液滴吐出装置のノズルを挿設する工程と、ノズルを所定角度傾けて液滴を凹所の側壁に向けて吐出して側壁に液滴を堆積させる工程と、前記凹所内に導電材料を堆積する工程とを備える。 The method for forming an electrical connection body according to the present invention includes a step of inserting a nozzle of a droplet discharge device into a recess provided in a substrate, and discharging the droplet toward a sidewall of the recess by tilting the nozzle by a predetermined angle. And depositing droplets on the side walls, and depositing a conductive material in the recess.
本発明の電気接続体の形成方法は、導電材料を堆積した基板の底面を切断する工程をさらに備えることを特徴とする。 The method for forming an electrical connection body according to the present invention further includes a step of cutting the bottom surface of the substrate on which the conductive material is deposited.
本発明はさらに、電気接続体を構成する液滴を収納して液滴吐出装置に着脱可能に設けられたカートリッジを提供する。 The present invention further provides a cartridge that accommodates droplets constituting the electrical connection body and is detachably provided in the droplet discharge device.
電気接続体としての液滴堆積体の体積を小さくすることで、少量の材料投入量により電気接続体を形成できる。
スルーホール内に金属超微粒子分散液を充填することができ、よってスルーホール内の断線を防止することができる。
スルーホール内の中心部分から充填することにより、気泡の混入を最小限とすることができ、良好な充填を実現できる。
By reducing the volume of the droplet deposit body as the electrical connection body, the electrical connection body can be formed with a small amount of material input.
It is possible to fill the through hole with the metal ultrafine particle dispersion, and thus it is possible to prevent disconnection in the through hole.
By filling from the central portion in the through hole, the mixing of bubbles can be minimized, and satisfactory filling can be realized.
堆積尖端を有することで液滴の着地精度を向上することができ、効率よく中心部分から充填を実施できる。
金属超微粒子が分散した液体を用いることで、微小のノズル径においても安定的な吐出が可能となり、均一な特性を持つ堆積体の製作が可能となる。
導電性フィラーを含有することで、液体の固化時における体積変化、変形の低減、及び、堆積体の強度向上に寄与するため、電気接続性が向上する。
By having the deposition tip, the landing accuracy of the droplet can be improved, and the filling can be efficiently performed from the central portion.
By using a liquid in which ultrafine metal particles are dispersed, stable discharge can be performed even with a small nozzle diameter, and a deposit having uniform characteristics can be manufactured.
By containing the conductive filler, it contributes to the volume change and deformation reduction during solidification of the liquid, and the strength improvement of the deposit, so that the electrical connectivity is improved.
触媒にあらかじめバンクを設けることで、外形、膜厚を均一にすることができ、安定した電気的特性を得ることができる。
堆積物上面または、それ自体を撥液剤除去パターンとして利用することで、フォトリソグラフィ行程、マスクが不要となり、資源の有効活用、省エネルギー化を実現できる。
スルーホールの全面に導電材料を塗布せずとも電気接続体を形成することが可能となり、従来に比べ、材料の効率的な利用を行うことができる。
カートリッジ方式にしたことにより、配線の長さ、スルーホールの個数及び深さに応じて効率よく金属超微粒子を堆積させることができる。
By providing a bank in advance in the catalyst, the outer shape and film thickness can be made uniform, and stable electrical characteristics can be obtained.
By using the upper surface of the deposit or itself as a liquid repellent removal pattern, a photolithography process and a mask become unnecessary, and effective use of resources and energy saving can be realized.
An electrical connector can be formed without applying a conductive material to the entire surface of the through hole, and the material can be used more efficiently than in the past.
By adopting the cartridge system, it is possible to efficiently deposit ultrafine metal particles according to the length of the wiring, the number of through holes, and the depth.
図1は、本発明の実施の形態の一例において用いられる液滴吐出装置の概略図を示す。
液滴吐出装置10は、直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下の細孔を有する液滴吐出装置のノズル12と、ノズル12から基板に向けて液滴を吐出させて、基板表面上に着弾した先行着弾液滴上の固化した成長起源液滴の直径をRm1、前記液滴堆積体の最上層の固化した成長終端液滴の最大直径をRm2としたときに、Rm1とRm2との比が2:1〜1:1になるようにノズル12に印加される電圧及び又は周波数を制御する電圧・周波数制御手段16とを備える。
FIG. 1 is a schematic view of a droplet discharge device used in an example of an embodiment of the present invention.
The
図1において、液滴吐出装置10は、ノズル12と、ノズル12に電圧を印加するための電極14と、ノズル12に印加する周波数及び電圧を制御するための制御装置16と、ノズル12に着脱自在に挿着されて液滴を収納するカートリッジ18とを備える。ノズル12の印加電圧は、インク材料に依存するが、ピーク・トゥ・ピーク電圧で250Vから800V程度、印加周波数は10Hzから1kHz程度である。このインク材料に金属超微粒子分散液としてナノペーストを使用した場合、より好ましくは30Hzから200Hzである。
ノズル12は、直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下の細孔を有する。カートリッジ18は、液滴吐出装置10に着脱可能に取り付けられる。ノズル12は、金属超微粒子分散液等を充填し、かつ金属超微粒子は帯電する。
In FIG. 1, a
The
好適なインク材料の種類は、金属(金、銀、銅、鉄、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム、およびそれらの酸化物)、炭素系材料(カーボンナノチューブ、C60などのフラーレン、ナノカーボン、ナノダイヤモンド)、共役結合を有する導電性分子又は半導体分子等の機能性分子、樹脂(アクリル樹脂、シリコン樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂)、溶剤の種類としては、テトラデカン、デカリン、デカン、デカノール、水、ブチルカルビトールほかAF7などの印刷用の高沸点混合有機溶剤が挙げられる。低沸点溶剤は、乾燥性が高いために、本発明のような用途に関して効果がある一方で、ノズルつまりなどの問題を生ずる。これに対し、高沸点溶剤ではノズルつまりが起こりにくく、長時間安定的に吐出を持続させることが可能である。 Suitable types of ink materials include metals (gold, silver, copper, iron, nickel, cobalt, platinum, palladium, and oxides thereof), carbon-based materials (carbon nanotubes, fullerenes such as C60, nanocarbon, and nanodiamonds. ), Functional molecules such as conductive molecules or semiconductor molecules having a conjugated bond, resin (acrylic resin, silicon resin, alkyd resin, epoxy resin, urethane resin, polyester resin, photocurable resin, thermosetting resin, thermoplasticity Resin) and solvent types include tetradecane, decalin, decane, decanol, water, butyl carbitol and other high-boiling organic solvents for printing such as AF7. The low boiling point solvent has a high drying property, and thus is effective for applications such as the present invention, but causes problems such as nozzle clogging. On the other hand, nozzle clogging is unlikely to occur with a high-boiling solvent, and it is possible to maintain discharge stably for a long time.
ノズル12は、超微細液滴サイズを実現するために、低コンダクタンスの流路を設けるか、又はノズル自身を低コンダクタンスにする。そのため、ノズル12には、ガラス製キャピラリーを用いるのが好適であるが、導電性物質に絶縁材でコーティングしたものでも使用可能である。ノズル12は、ガラス管を用い、キャピラリープラーにより作成される。
The
また、ノズル12は、キャピラリーチューブに限らず、微細加工により形成される2次元パターンノズルでもかまわない。成形性の良いガラスとした場合には、ノズル12を電極として利用することはできないから、ノズル12内には、金属線(タングステン線)を電極として挿入する。なお、ノズル12内にメッキで電極を形成しても良い。ノズル自体を導電性物質で形成した場合には、その上に絶縁材をコーティングする。
The
ノズル直径の下限値は、0.01μmが好ましく、また、ノズル直径の上限値は、静電的な力が表面張力を上回る時のノズル直径の上限が5μmであること、および、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合のノズル直径の上限が5μm以下が好ましい。特に、局所的な電界集中効果をより効果的に利用するには、ノズル直径は0.01〜1μmの範囲が望ましい。 The lower limit of the nozzle diameter is preferably 0.01 μm, and the upper limit of the nozzle diameter is that the upper limit of the nozzle diameter when the electrostatic force exceeds the surface tension is 5 μm, and the local electric field The upper limit of the nozzle diameter when the discharge condition is satisfied depending on the strength is preferably 5 μm or less. In particular, in order to more effectively use the local electric field concentration effect, the nozzle diameter is desirably in the range of 0.01 to 1 μm.
超微細径のノズル12は、超微細キャピラリーを使用するため、ノズル内の金属超微粒子分散液の液面は毛細管現象によりノズルの先端面より内側に位置する。そこで、金属超微粒子分散液の吐出を容易にするために、圧力調整器(図示しない)を用い、圧力チューブに静水圧を加え液面がノズル先端近傍に位置するように調整してもよい。この時の圧力は、ノズル12の形状などにも依存し、印加しなくても構わないが、駆動電圧の低減及び応答周波数の向上を考慮すると、0.1〜1MPa程度である。過剰に圧力を印加した場合、溶液はノズル先端からオーバーフローを起こすが、ノズル形状がテーパー状のため、表面張力の作用によりノズル端にとどまらずにホルダー側へと速やかに移動する。
Since the
圧力調整器の役割は、高圧を印加することで流体をノズルから押し出すことであるが、むしろコンダクタンスを調整し、ノズル内に金属超微粒子分散液を充填し、ノズルつまりの除去などに用いると特に有効である。また、液面の位置を制御し、メニスカスの形成にも有効である。また、電圧パルスと位相差を付けることでノズル内の金属超微粒子分散液に作用する力を制御し、微小吐出量を制御する役割も担う。 The role of the pressure regulator is to push the fluid out of the nozzle by applying a high pressure, but it is particularly useful to adjust the conductance, fill the nozzle with a metal ultrafine particle dispersion, and remove the nozzle clog. It is valid. In addition, the position of the liquid surface is controlled, which is effective for forming a meniscus. Moreover, the force which acts on the metal ultrafine particle dispersion liquid in a nozzle is controlled by giving a phase difference with a voltage pulse, and also plays the role which controls a micro discharge amount.
カートリッジ18は、以下に述べる量の金属超微粒子分散液を収納する。
すなわち、直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下の細孔を有する液滴吐出装置10のノズル12から基板に向けて液滴が吐出されるとき、基板表面上に長手方向に連続して着弾させた互いに隣り合う液滴の重なり度合が数%以下になるように形成される液滴堆積体からなるパターン形成物の長さから予め液滴量を求め、得られた量のペースト材料を収納する。なお、カートリッジ18の収納量は、計測して得られた量のn倍(nは整数)であってもよい。
The
That is, when droplets are ejected from the
または、着弾させた液滴を堆積して形成された液滴堆積体において、基板表面に着弾した後の液滴の広がりを考慮し、液滴をm個堆積して形成された液滴堆積体の高さから予め液滴量を求めて、得られた量のペースト材料を収納する。なお、カートリッジ18の収納量は、計測して得られた量のn倍(nは整数)であってもよい。
Or, in a droplet deposit formed by depositing landed droplets, a droplet deposit formed by depositing m droplets in consideration of the spread of droplets after landing on the substrate surface The amount of liquid droplets is obtained in advance from the height, and the obtained amount of paste material is stored. Note that the storage amount of the
あるいは、液滴吐出装置は、直径約5μm以下、好ましくは約1μm以下の細孔を有する液滴吐出装置10のノズル12と、ノズル12から基板に向けて液滴を吐出するとき、基板表面上に長手方向に連続し互いに隣り合う液滴の重なり度合が40%〜80%になるように液滴を着弾させて形成される液滴堆積体からなる帯状物を形成するのに必要な液滴量を予め求め、その求められた量のn倍(nは整数)のペースト材料を収納してなるカートリッジ18とを備える。
Alternatively, when the droplet discharge device discharges a droplet from the
図2は、本発明の他の実施例による液滴吐出装置10の概略図を示したものである。
ノズル12の側面部には電極20が設けられており、ノズル12内の液体との間に制御された電圧が印加される。この電極20は、エレクトロウエッティング(Electrowetting)効果を制御するための電極である。ノズル12を構成する絶縁体に十分な電場がかかる場合、この電極20がなくともエレクトロウエッティング効果は起こると期待される。しかし、より積極的にこの電極20を用いて制御することで、吐出制御の役割も果たす。
ノズル12を絶縁体で構成し、その厚さが1μm、ノズル内径が2μm、印加電圧が300Vの場合、約30気圧のエレクトロウエッティング効果になる。この圧力は、吐出のためには不十分であるが、溶液のノズル先端部への供給の点からは意味があり、この制御電極により吐出の制御が可能である。
FIG. 2 is a schematic view of a
An
When the
上述した液滴吐出装置10は、ノズル先端部に於ける電界の集中効果と、対向する基板に誘起される鏡像力の作用とを特徴とする。吐出に必要な電界強度は局所的な集中電界強度に依存するため、対向電極の存在は必須とはならない。また、局所的な集中電界によるマクスウェル応力の作用により、ノズル12から分離された液滴は、運動エネルギーを与えられる。
飛散した液滴は、空気抵抗により徐々にその運動エネルギーを失うが、一方で液滴は荷電しているために、基板との間に鏡像力が働くことになる。このため、先行技術のように基板または基板支持体を導電性にしたり、基板または基板支持体に電圧を印加する必要はない。
The above-described
The scattered droplets gradually lose their kinetic energy due to air resistance. On the other hand, since the droplets are charged, a mirror image force acts on the substrate. For this reason, it is not necessary to make the substrate or the substrate support conductive or to apply a voltage to the substrate or the substrate support unlike the prior art.
ノズル12と基板との距離は、近ければ近いほど鏡像力が働くため、着弾精度は向上する。着弾精度および基板上の凹凸を考慮すると、ノズル12と基板との距離は500μm以下が好ましい。また、基板上の凹凸が少なく着弾精度を要求される場合には100μm以下が好ましく、さらに、30μm以下がより好ましい。
The closer the distance between the
図3(a)〜図3(d)は、液滴吐出装置10のノズル12から吐出される液滴の堆積状態を示す図である。同図において、符号22は基板であり(図3(a))、基板22上に液滴吐出装置10のノズル12から金属超微粒子分散液24が吐出される。金属超微粒子分散液としては、ハリマ化成社製の金ナノペースト(NPG−J)が使用される(図3(b))。
ノズル12の先端から吐出される金属超微粒子分散液24は、液滴吐出装置10のノズル12先端部における電界の集中効果と、対向する基板22に誘起される鏡像力の作用による局所的な電界集中効果とにより、常に尖端26を有する形状を形成する(図3(c))。かくして、ノズル12先端から連続して吐出される液滴は、常に液滴形状の尖端26めがけて吐出される(図3(d))。
FIG. 3A to FIG. 3D are diagrams showing a deposition state of droplets ejected from the
The metal
液滴吐出装置10は、電界の集中効果を生じさせる手段である基板22と、液体収納吐出手段であるノズル12とを備えているが、電界の集中効果を生じさせる手段22と、液体収納吐出手段12とは、それぞれ別の手段で構成してもよい。この場合、電界の集中効果を生じさせる手段22は、針状電極で構成し、液体収納吐出手段12は、収納した液体を単に吐出させる構造であってもよい。図4〜図6に示すのは、その例である。
The
図4は、針状電極30と液滴吐出装置のノズル32とを別々に配設した状態を示す概略図、図5は、ノズル32を囲ぎょうして針状電極30を配設した状態を示す概略図、図6は、ノズル32とノズル32との間に針状電極30を配設した状態を示す概略図である。
4 is a schematic view showing a state in which the needle-
図7(a)は、液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体34を示す概略図である。該図において、液滴堆積体34は、基板22に最初に着弾して得られる先行着弾液滴層34aと、先行着弾液滴層34a上に形成される成長起源液滴層34bと、成長起源液滴層34bを連続して成長させて形成された最上端34dを備える液滴堆積体層34cとを備える。該図の液滴堆積体34a、34b、34c及び34dは、液滴の堆積時間tにおいて所定の一定電圧vをノズルに印加することにより得られる。基板表面上に着弾した先行着弾液滴上の固化した成長起源液滴層の直径をRm1、成長起源液滴層上の固化した液滴堆積層の最大直径をRm2としたときに、Rm1とRm2との比が2:1〜1:1である。
固化した成長起源液滴層34bの直径は2μm、液滴積層層34cの高さは400μm以上であり、よって液滴積層体34のアスペクト比は約200以上である。
FIG. 7A is a schematic view showing a
The diameter of the solidified growth
図7(b)は、液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体34を形成する工程を示す概略図である。同図において、基板22の表面上に先行着弾液滴34aが着弾する。先行着弾液滴34aが基板上に固化する工程は、図7(b)の34a―1から34a―3に示される。先行着弾液滴34a―3上に着弾した成長起源液滴34b−1は、尖端を有する液滴が着弾して固化して平坦化する。次に平坦化した成長起源液滴層34b−1の上にさらに尖端34b−2が形成される。かくして、液滴堆積層34cは、ノズルに所定の一定電圧を印加して液滴を吐出させて成長起源液滴層の尖端34b−2に連続して着弾させることにより形成される。
FIG. 7B is a schematic view showing a step of forming a
先行着弾液滴層34aは、基板の表面にほぼ一様に電荷が分布して基板上に濡れ広がった状態を形成する。成長起源液滴層は、尖端である成長点34b−1に電荷が集まり、そして電荷に密度が高まり電気力線の分布が変わることにより成長を開始する。ここで、濡れ広がり(接触角)は、基板と液滴の表面エネルギーの関係で決まる。基板と先行着弾液滴層34aの間の表面エネルギー差は、大きく濡れ広がりやすいのに対して、先行着弾液滴層34a上の成長起源液滴の表面エネルギー差は小さく濡れ広がりににくい。従って、成長起源液滴の濡れ広がりは抑えられる。
The preceding
図7(c)から図7(e)は、他の液滴堆積体を示す概略図である。ノズル12から分離された液滴は、局所的な集中電界によるマクスウェル応力の作用により運動エネルギーを与えられる。ノズル12から分離された液滴の電圧を制御することにより液滴堆積体の形状を可変することができる。
FIG. 7C to FIG. 7E are schematic views showing other droplet deposits. The droplet separated from the
図7(c)は、基板22上に液滴を着弾させて先行着弾液滴層34aを形成し、その上に成長起源液滴層34bを形成した後、成長起源液滴層34b上に液滴堆積層34cを形成する。液滴堆積層34cの最上部34dは、液滴堆積層34cの直径より大きな直径を有する。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間tにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧vを印加した後、電圧を所定の電圧に上昇させる。
In FIG. 7C, a droplet is landed on the
図7(d)は、基板22上に液滴を着弾させて先行着弾液滴層34aを形成し、その上に成長起源液滴層34bを形成した後、成長起源液滴層34b上に液滴堆積層34cを形成する。液滴堆積層34cは、円錐状に形成される。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間tにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧vを印加した後、段階的に電圧を上昇させるパターンを繰り返す。
In FIG. 7D, a droplet is landed on the
図7(e)は、基板22上に液滴を着弾させて先行着弾液滴34aを形成し、その上に成長起源液滴34bを形成した後、成長起源液滴層34b上に第1液滴堆積層34cを形成する。その後、液滴堆積層34cの第1最上部34dは、第1液滴堆積層34cの直径より大きな直径を有する。さらに、液滴堆積層34cの第1最上部34dの尖端から第2液滴堆積層34c′を形成し、その最上部に第2最上部34d′を形成する。第2液滴堆積層34c′の第2最上部34d′は、第2液滴堆積層34c′の直径より大きな直径を有する。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間tにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧vを印加した後、電圧を所定の電圧に上昇させる。この印加パターンを繰り返す。
In FIG. 7E, a droplet is landed on the
図8は、基板上に触媒をパターニングする際に、触媒体36の横への広がりを防止して液滴積層体34を所定の径にするために、触媒36を吐出する前に予め広がり防止用のバンク38を所定の間隔にパターニングする様子を示すものである。この後、触媒36上に液滴吐出装置10から金属超微粒子分散液を吐出して、金属超微粒子分散液24を堆積させる。
FIG. 8 shows that when the catalyst is patterned on the substrate, in order to prevent the
図9は、液滴吐出装置10を使用して液滴堆積体34の最上部に絶縁体42を設けた状態を示す概略図である。また、図10は、液滴吐出装置10を使用して液滴堆積体34の側部周囲に絶縁体42を設けた状態を示す概略図である。ここで、図9及び図10の液滴堆積体34の最上部又は周囲の絶縁体42は、液滴吐出装置10で堆積させてもよいが、スパッタリング等の物理的な堆積手段で堆積させてもよい。
FIG. 9 is a schematic view showing a state in which the
図11(a)及び図11(b)は、基板44に形成した径30μm以下、深さ100μmのスルーホール46内に、液滴吐出装置10のノズル12から金属超微粒子分散液24を吐出して、導電材料を埋め込む方法を示す。液滴吐出装置10のノズル径は5μm以下であるため、ノズル12の先端をスルーホール46内に入れることができる。
スルーホール46内に液滴吐出装置のノズル12の先端をスルーホール46の底面に対して垂直に挿入し、ノズル12から金属超微粒子分散液24を吐出して底面に堆積させる(図11(a))。この際、金属超微粒子分散液24を吐出するに先立って、スルーホール46内に液滴吐出装置10のノズル12から親液剤を吐出し、スルーホール46の底面に親液剤を塗布するようにしてもよい。これにより、吐出中に金属超微粒子分散液24に含まれている溶媒の蒸発をより促進することが可能となり、堆積収縮の影響を少なくすることができるので、断線を防ぐことができる。
11A and 11B, the metal ultrafine
The tip of the
その後、ノズル12から金属超微粒子分散液24を吐出して、スルーホール46内全体に金属超微粒子50を堆積させる(図11(b))。この場合、充填用のノズル12としては、径の大きいものを使用することにより堆積を効率良くすることができる。なお、スルーホール46の形状は、真円に限らずに、種々の形状をとることも可能である。また、スルーホール46内に微細な切り欠きや突起を設けることにより、毛細管現象を利用した導通が可能となる。
Thereafter, the metal ultrafine
この堆積に際しては、ノズル12先端からスルーホール46のほぼ中心に向けて液滴を連続的に吐出して、液滴堆積体支柱52を形成する(図12(a))。この際、図12(b)に示すように、液滴堆積体支柱52の先端は基板44の表面より突出させておくことが好ましい。突出した先端を設けておくことにより、この先端を目がけて液滴が吐出されるので、支柱52の断線が防止される。
At the time of this deposition, droplets are continuously ejected from the tip of the
図11(a)の方法により、スルーホール46内に液滴吐出装置10のノズル12の先端をスルーホール46の底面に対して垂直に挿入し、ノズル12から金属超微粒子分散液50を吐出して、スルーホール46の底面に金属超微粒子を堆積させた後、図13(a)に示すように、スルーホール46内に吐出装置10のノズル12先端をスルーホール46の底面に対して所定の角度に傾けて挿入し、金属超微粒子分散液24の液滴を壁面に向けて連続して吐出して、金属超微粒子をスルーホールの側壁に堆積させて側壁堆積物50を得る(図13(b))。
この場合においても、金属超微粒子分散液24を吐出する前に、親液剤をノズル12からスルーホール46の底面及び側面に塗布することにより、スルーホール46の側壁及び底面と金属超微粒子分散液24とをより密着させることができるため、断線を防止できる。
11A, the tip of the
Also in this case, before discharging the ultrafine metal
かくして、側壁における液滴の不連続の欠点が解消される。この時、液滴24はスルーホール46内の側壁内面から連続して基板44の表面上に延出するように吐出することが好ましい。よって、基板44の表面上にコンタクト用のバンプを容易に形成することができる。
その後、ノズル12の先端をスルーホール46内で回動して、金属超微粒子分散液24の液滴を壁面の全面に吐出し、金属超微粒子50を付着させる(図13(c))。同じ吐出装置10のノズル12を使用して、または径の大きいノズル12を使用して金属超微粒子分散液24を滴下し、スルーホール46内に金属超微粒子50を堆積させる(図13(d))。
Thus, the disadvantage of discontinuity of droplets on the side wall is eliminated. At this time, the
Thereafter, the tip of the
さらに、スルーホール46内に堆積された液滴24が固まった後、基板44の底面を研磨切断52して貫通したスルーホール46内に堆積した金属超微粒子50の導電材の表面を露出させる(図13(e))。このスルーホール46内に堆積した導電材50は、基板44を堆積した際に上下側の基板44の配線を接続するのに利用される。
Further, after the
図14(a)は、スルーホール46内に所定の高さに金属超微粒子50を堆積した状態を示す。図14(b)は、スルーホール46内に堆積した金属超微粒子50に向けてレーザ56を照射した状態を示す。レーザアブレーションにより飛び散った金属が、スルーホール46の壁面に堆積して導電性確保が得られる。
FIG. 14A shows a state in which the
なお、スルーホール46内に堆積される液滴の支柱の高さは、ノズル12からの吐出時間、又はノズル12のスルーホール46内における滞留時間や滞留回数を変えることにより変更できる。また、複数のノズル12を配設して複数のスルーホール46内に堆積される液滴の支柱の高さは、各ノズル12からの吐出時間、又は各ノズル12の各スルーホール46内における滞留時間や滞留回数を変えることによりそれぞれ変更できる。
In addition, the height of the support | pillar of the droplet deposited in the through
また、スルーホール46の導電材料の穴埋めの際に問題となる垂直方向の導電性を確保するため、金属超微粒子分散液インク内に微細なガラス繊維等のフィラーを混入させることが好ましい。しかし、その場合、フィラーがインク内でランダムに混入されるため、ノズルが詰まり易くなる欠点もある。本発明の吐出装置10のノズル12は、ノズル12内のインクと基板間に電圧が印加されるため、フィラーが分極して電場方向に配向し、詰まりの原因が排除される。
Further, in order to ensure the conductivity in the vertical direction, which becomes a problem when the conductive material of the through
図15(a)及び図15(b)は、層間配線の形成方法を示す。第1のガラス基板60上に第2の基板62を設け、この基板62内にパターン形成された孔64を形成する。この孔64内に、吐出装置10を使用して金属超微粒子分散液66を吐出する。吐出された金属超微粒子分散液66は、堆積したその先端に尖った形状を形成する(図15(a))。この後、この孔64内に金属超微粒子分散液66が充填されて、金属微粒子堆積体68が形成される(図15(b))。
FIG. 15A and FIG. 15B show a method for forming an interlayer wiring. A
図16(a)〜図16(e)は、他の層間配線の形成方法を示す。ガラス基板60上に吐出装置10を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、金属超微粒子による微細パターンの金属超微粒子堆積体70を形成する(図16(a))。次に、基板60の表面に樹脂72をコーティングして、UV又は熱による硬化処理を行う(図16(b))。続いて、樹脂72の表面に撥液剤74をコーティングし(図16(c))、微細パターニング化の金属超微粒子堆積体70にYAGレーザ76を照射する。
金属超微粒子堆積体70は、YAGレーザ光76を吸収する。金属超微粒子上の撥液剤74は、YAGレーザ76によるアブレーション作用により蒸散され、基板面が露出される(図16(d))。このとき、必ずしも金属超微粒子堆積体70がレーザ光76を吸収する必要はない。この後、この表面に金属超微粒子分散液が塗布されて、バンプ78が形成される(図16(e))。
FIG. 16A to FIG. 16E show another method for forming an interlayer wiring. A metal ultrafine particle dispersion is discharged onto the
The ultrafine
図17(a)及び図17(b)は、バンプ接続構造の形成方法、すなわち、ICチップ80を基板60に接続する方法を示す。図17(a)は、基板60側に吐出装置10を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、パターン化されたバンプ78を形成する。吐出装置10のノズル12から吐出されて堆積したバンプ78の先端は、尖った形状に形成される。ICチップ80側にはパッド81が形成される。そして、ICチップ80側のパッド81と基板60側の焼成済みバンプ78とは超音波によって接合される。
なお、ICチップ80側に吐出装置10を使用して形成されたバンプ78を形成し、基板60側に配線パターンのパッド81を形成してもよい。
FIG. 17A and FIG. 17B show a method for forming a bump connection structure, that is, a method for connecting the
The
図17(b)は、基板60側に吐出装置10を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、パターン化されたバンプ78を形成する。吐出装置10のノズル12から吐出されて堆積したバンプ78の先端は、尖った形状に形成される。ICチップ80側には、パターン化された導電性ペースト82が塗布される。ICチップ80側のパターン化された導電性ペースト82と基板60側の焼成済みバンプ78とは、熱圧着によって接合される。なお、ICチップ80側に吐出装置を使用してバンプ78を形成し、基板60側に導電性ペースト82を所定のパターンに形成してもよい。
In FIG. 17B, the metal ultrafine particle dispersion is discharged to the
図18(a)〜図18(e)は、バンプの形成方法を示す。まず、ガラス基板60上に吐出装置10を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、金属超微粒子分散液の微細パターン90を形成する(図18(a))。次に、この表面に撥液剤92を塗布する(図18(b))。撥液剤92が表面に塗布された後、微細パターニングが施された金属超微粒子塗布層にYAGレーザ94を照射する(図18(c))。
金属超微粒子堆積は、YAGレーザ光94を吸収する。このとき、金属超微粒子のパターン90上の撥液剤92は、YAGレーザ94によるアブレーション作用により蒸散され、基板面が露出されて、パターニングされた微細孔96が形成される(図18(c))。この後、この孔96内に金属超微粒子分散液を堆積させて、バンプ98が形成される(図18(e))。
FIG. 18A to FIG. 18E show a bump forming method. First, the metal ultrafine particle dispersion is discharged onto the
Metal ultrafine particle deposition absorbs
図19は、図1の液滴吐出装置10を使用して液滴が基板に着弾した後、時間の経過により液滴がどの程度基板上を拡がるかを示した図である。使用した金属超微粒子分散液は、ハリマ化成社の金ナノペーストNPG−Jである。金ナノペーストは、粘度11.5cpsであり、基板はオゾンクリーナーで親液処理されている。
FIG. 19 is a diagram showing how much the droplet spreads on the substrate over time after the droplet has landed on the substrate using the
図19において、●印は、本発明によるノズルを使用した場合の着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大の推移を示す。すなわち、着弾時の基板表面における液滴の直径R1は約1μmであり、1秒経過後の液滴の直径R2は約1.8μmである。すなわち、R1と着弾から1秒後の固化した液滴R2との比は、1:1.8である。なお、着弾後1秒経過後の液滴の固化率は約90%である。
一方、▲印は、従来のノズル径10μのノズルを使用した場合の着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大の推移を示す。すなわち、着弾時の基板表面における液滴の直径R3は約20μmであり、1秒経過後の液滴の直径R4は約100μmである。すなわち、R3と着弾から1秒後の固化した液滴R4との比は、1:5である。
この結果より、本発明によるノズルを使用した場合、従来のノズルの使用に比べて、着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大が極めて小さいことがわかる。よって、より微細な所定の線幅通りの描写をすることができる。
In FIG. 19, the mark ● indicates the transition of the enlargement of the metal ultrafine particle droplet diameter after landing when the nozzle according to the present invention is used. That is, the diameter R1 of the droplet on the substrate surface at the time of landing is about 1 μm, and the diameter R2 of the droplet after 1 second is about 1.8 μm. That is, the ratio between R1 and the solidified
On the other hand, the ▲ marks indicate the transition of the droplet diameter of the ultrafine metal particles after landing when a conventional nozzle having a nozzle diameter of 10 μm is used. That is, the diameter R3 of the droplet on the substrate surface at the time of landing is about 20 μm, and the diameter R4 of the droplet after one second has been about 100 μm. That is, the ratio between R3 and the solidified
From this result, it is understood that when the nozzle according to the present invention is used, the enlargement of the droplet diameter of the ultrafine metal particles after landing is extremely small as compared with the use of the conventional nozzle. Therefore, it is possible to draw a finer line with a predetermined line width.
図20は、液滴を基板表面に互いに重なり合うように連続的に着弾させてなる液滴集合体100を示す平面である。同図において、液滴102は、基板上に連続し隣接する液滴同士が互いに重なり合うように着弾させて、液滴集合体100、例えば配線を形成する。ここで、着弾後の基板表面上の互いに隣り合う液滴の重なり度合は、約40%から約80%、好ましくは約50%から約70%である。
約1.8μmの配線等の帯状体を形成するには、着弾時の直径が約1μm、着弾より1秒後に固化した液滴の直径が約1.8μmの液滴102を、連続的に隣接する液滴同士が互いに重なり合うようにノズルから吐出させる。
FIG. 20 is a plan view showing a
In order to form a band such as a wiring of about 1.8 μm, a
かくして、液滴集合体100の形成方法は、液滴102が基板表面に着弾した時の直径を制御して、着弾時の液滴の基板表面上の直径;Rと、着弾後固化した液滴の基板表面上の直径;R1との比を1:2以下に制御する工程と、前記液滴を連続的に互いに重なり合うように吐出する工程とを備える。
Thus, the method for forming the
一方、上述の図1における液滴吐出装置10のノズル12から基板に向けて液滴を吐出させて、幅約10μmの配線等の帯状体103を形成するには、図21(a)及び図21(b)に示すように、着弾時の直径が約1μm、着弾より1秒経過後に固化する液滴の直径が約1.8μmの液滴102を連続的に隣接同士が互いに重なり合うようにノズル12から吐出させて、まず形成すべき帯状体103の両側部を形成する(図21(a))。
その後、帯状物103の中心部104を形成する(図21(b))。帯状体103の中心部104を形成する際、ノズル12への印加電圧及び又は周波数を両側部への吐出量に比べて高くして、より多くの液滴を吐出させて形成する。
On the other hand, in order to form a belt-
Then, the
かくして、基板表面に、隣接する同士互いに重なり合うように連続的に液滴を着弾させてなる液滴集合体からなる帯状体103は、相対的に小さな直径を有する液滴102からなる両側部の帯状体102と、相対的に大きな直径を有する液滴104の集合体とからなる。
Thus, the belt-
ここで、帯状体102は、パターン拡大防止用液滴集合体の作用をすることもできる。この場合、幅10μmの帯状物の場合、パターン拡大防止用の帯状物102は、所望幅の帯状体の縁側から中心方向に約1.5μmから約2.0μmの位置に形成される。
Here, the
約2μmの配線等の帯状体103を形成する際に、帯状体103の幅を所定の寸法に形成するためには、できる限り液滴によるパターン形状の拡がりを抑制することが必要である。図22においては、図1の液滴吐出装置10を用いて、長手方向に延出する所定幅のパターン形状を有する帯状体103を形成するために、帯状体を形成する前に形成されるべき帯状物103の少なくとも一方の縁側から約0.1μmから0.5μm外側に離れた位置に連続的又は非連続的に液滴を着弾させて、パターン拡大防止用液滴集合体106を形成する。
When forming the band-
図23は、他の帯状体の形成方法を示す。同図は、形成すべき帯状体103の中心にパターン形状の拡大を防止するためのパターン拡大防止用液滴集合体106を連続的又は非連続的に形成する。この後、このパターン形状乱れ防止用液滴集合体106に向けて、液滴吐出装置10から金属超微粒子分散液を吐出して所望幅の微細配線パターンを形成する。
FIG. 23 shows another method for forming a band-like body. In the figure, a pattern expansion preventing
図24は、帯状体103のさらに他の形成方法を示す。同図は帯状体103が湾曲している状態を示す。同図において、帯状体103のパターン拡大を防止するためのパターン拡大防止用液滴集合体106は、帯状体103の少なくとも一方の縁側で、帯状体103の湾曲形状に沿って内側方向へ幅約1.5μm以内で連続的又は非連続的に形成されている。
FIG. 24 shows still another method for forming the
図25は、帯状物103のパターン拡大防止するためのパターン形状乱れ防止用液滴集合体106の他の形成方法を示す。同図において、パターン拡大防止用液滴集合体106は、所望幅の帯状体103の少なくとも両縁側の外側に沿って長手方向に連続的又は非連続的に液滴を着弾させて形成される。ここで、パターン拡大防止用液滴集合体106は、絶縁材料からなる液滴を図1の液滴吐出装置10から吐出して形成される。
FIG. 25 shows another method of forming a pattern shape disorder preventing
本発明の電機接続体形成方法及びそれにより得られる電気接続体は、基板における立体配線、層間接続配線、ブラインドビア、スルーホール配線、片面スタッドバンプ、両面スタッドバンプ、圧着配線、超音波接合配線など、多種多様な電気接続体に応用可能である。 The electric connector forming method of the present invention and the electric connector obtained thereby include three-dimensional wiring, interlayer connection wiring, blind via, through-hole wiring, single-sided stud bump, double-sided stud bump, crimped wiring, ultrasonic bonding wiring, etc. It can be applied to a wide variety of electrical connectors.
10 液滴吐出装置
12、32 ノズル
14、20 電極
16 制御装置
18 カートリッジ
22、44 基板
24、66 金属超微粒子分散液
30 針状電極
34 液滴堆積体
36 触媒体
50、68、70 金属超微粒子堆積
42 絶縁体
46 スルーホール
60 第1基板
62 第2基板
64 孔
66 金属超微粒子分散液
72 樹脂コーティング
74、92 溌液剤
78 バンプ
80 ICチップ
81 パッド
82 導電ペースト
90 分散液微細パターン
94 YAGレーザ
96 微細孔
98 バンプ
100 液滴集合体
103 帯状体
106 乱れ防止用液滴集合体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記液滴堆積体は、The droplet deposit is
前記基板上に着弾した先行着弾液滴層と、A preceding landing droplet layer landed on the substrate;
前記先行着弾液滴層上の固化した成長起源液滴層と、A solidified growth origin droplet layer on the preceding landing droplet layer;
前記成長起源液滴層上の固化した液滴堆積層とを備え、A solidified droplet deposition layer on the growth origin droplet layer,
前記成長起源液滴層は、前記先行着弾液滴層より濡れ広がりが抑えられ、The growth origin droplet layer is less wet spread than the preceding landing droplet layer,
前記成長起源液滴層は、電荷が集まり成長点である尖端を有し、該電荷に密度が高まり電気力線の分布が変わることにより成長を開始して形成されることを特徴とする電気接続体。The growth origin droplet layer has a tip that is a growth point where electric charges gather and is formed by starting growth by increasing the density of the electric charge and changing the distribution of electric lines of force. body.
前記液滴堆積体は、The droplet deposit is
前記基板上に連続的又は非連続的に液滴を着弾させて形成されたパターン拡大防止用液滴集合体と、A droplet assembly for preventing pattern expansion formed by droplets landing continuously or discontinuously on the substrate;
金属微粒子分散液を吐出させて前記パターン拡大防止用液滴集合体に金属微粒子がお互いに重なり合って形成された微細配線パターンとを備える電気接続体。An electrical connector comprising: a fine wiring pattern formed by ejecting a metal fine particle dispersion and forming metal fine particles overlapping each other on the pattern expansion preventing droplet aggregate.
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