(57)【要約】      （修正有）【課題】光フォトリソグラフィは費用のかかる装置、比較的大量の様々な化学物質の使用、及び長時間の処理時間を必要とする高価なプロセスである。更に、光フォトリソグラフィに使用されるマスク及びレチクルは、高価かつ回路固有のものである。【解決手段】電気回路又は電気回路の一部分などの伝導性構造を形成するための方法及び構造は、熱印刷ヘッド１２０と、キャリア１０４及び金属層１０２を含むリボン１００との使用を含む。熱印刷ヘッドは、金属層の第１の部分を犠牲印刷媒体１１０上に印刷するために使用される。印刷された第１の部分は、第１のパターンを有し、第２のパターンを有する第２の部分は、キャリア上に残る。第１のパターンは、電気回路の少なくとも一部分の逆画像であり、一方、第２のパターンは、電気回路の少なくとも一部分を含む。第２のパターンを有する第２の部分は、回路基板に転写され得、次いで、電気回路として使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路を形成するための方法であって、
犠牲印刷媒体と物理的に接触させて金属層を配置することと、
前記金属層が取り付けられたキャリア層を加熱することであって、前記キャリアに適用された加熱パターンが第１のパターンである、加熱することと、
前記キャリアに取り付けられた前記金属層の第１の部分を加熱することであって、前記金属層の前記第１の部分に適用された加熱パターンが前記第１のパターンに近似する、加熱することと、
前記金属層の前記第１の部分を前記犠牲印刷媒体に取り付けることと、
前記キャリアを前記犠牲印刷媒体から分離することであって、
前記分離中、前記金属層の前記第１の部分が、前記犠牲印刷媒体に取り付けられたままであり、かつ前記キャリアから取り外され、
前記分離中、前記金属層の第２の部分が、前記キャリアに取り付けられたままであり、
前記金属層の前記第２の部分が、前記第１のパターンの逆画像である第２のパターンを有する、分離することと、を含み、
前記金属層の前記第２の部分が、前記電気回路の少なくとも一部分を提供する、方法。
【請求項２】
前記金属層が取り付けられる前記キャリア層の前記加熱中に、熱印刷ヘッドを使用して前記キャリア層を加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分離後、前記金属層の前記第２の部分を加熱することと、
前記金属層の前記第２の部分の加熱後、前記金属層の前記第２の部分を回路基板に転写することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属層の前記第２の部分の前記加熱中に、熱／圧力定着器を使用して前記金属層の前記第２の部分を加熱することを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記金属層は、０．５マイクロメートル（μｍ）〜１５μｍの厚さを有する銀、銀／銅複合体、銅、アルミニウム、金、及び金属合金のうちの少なくとも１つを含み、
前記キャリアは、２５μｍ〜７５μｍの厚さを有する紙、ポリエステル、ポリイミド、及び布地のうちの少なくとも１つを含み、
前記犠牲印刷媒体は、２５μｍ〜７５μｍの厚さを有する紙、ポリエステル、ポリイミド、及び布地のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリア層の前記加熱は、１７５℃〜２２５℃の温度に前記キャリア層を加熱することを含み、
前記金属層の前記第１の部分の前記加熱は、前記金属層の前記第１の部分を１７５℃〜２２５℃の温度に加熱する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
印刷プロセスを使用して電気回路を形成する方法であって、
キャリアと金属層とを含むリボンを熱印刷ヘッド及び犠牲印刷媒体の間に配置することと、
前記キャリアを前記熱印刷ヘッドと物理的に接触させることにより、前記キャリアを第１の熱パターンで加熱することと、
前記キャリアに取り付けられた前記金属層の第１の部分を加熱することであって、前記金属層の前記第１の部分の第１のパターンが、前記第１の熱パターンに近似し、前記金属層の前記第１の部分を溶融させる、加熱することと、
前記金属層の前記第１の部分を冷却することと、
前記リボンを前記犠牲印刷媒体から分離することであって、
前記分離中、前記金属層の前記第１の部分が、前記犠牲印刷媒体に取り付けられたままであり、かつ前記キャリアから取り外され、
前記分離中、前記金属層の第２の部分が前記キャリアに取り付けられたままであり、前記金属層の前記第２の部分が、前記第１のパターンの逆画像である第２のパターンを有する、分離することと、
前記金属層の前記第２の部分を回路基板と物理的に接触させることと、
前記キャリアに取り付けられた前記金属層の前記第２の部分を加熱することと、
前記金属層の前記第２の部分を冷却することと、
前記キャリアを前記回路基板から分離することであって、前記回路基板からの前記キャリアの前記分離中、前記金属層の前記第２の部分が、前記回路基板に取り付けられたままであり、かつ前記キャリアから取り外される、分離することと、を含む、方法。
【請求項９】
リボン供給リールを使用して前記リボンを前記熱印刷ヘッドに供給することと、
前記回路基板からの前記キャリアの前記分離後、キャリア巻取りリールを使用して前記キャリアを回収することと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
犠牲印刷媒体供給リールを使用して前記犠牲印刷媒体を前記熱印刷ヘッドに供給することと、
前記犠牲印刷媒体からの前記リボンの前記分離後、犠牲印刷媒体巻取りリールを使用して前記犠牲印刷媒体及び前記金属層の前記第１の部分を回収することと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記キャリアに取り付けられた前記金属層の前記第２の部分の前記加熱中に、加熱素子を使用して前記金属層の前記第２の部分を加熱することと、
回路基板供給リールを使用して前記回路基板を前記加熱素子に供給することと、
前記回路基板からの前記キャリアの前記分離後、前記回路基板の少なくとも一部分を回路基板巻取りリール上に回収することと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記回路基板の前記少なくとも一部分の前記回収が、前記回路基板巻取りリール上に複数の電気回路を回収することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複数の電気回路を形成するための熱印刷システムであって、
熱印刷ヘッドと、
前記熱印刷ヘッドに隣接して位置付けられた犠牲印刷媒体と、
前記熱印刷ヘッドと前記犠牲印刷媒体との間に位置付けられたリボンであって、
前記リボンが、キャリア及び金属層を含み、
前記熱印刷ヘッドが、前記金属層の第１の部分を前記犠牲印刷媒体上に印刷するように構成されており、
前記金属層の前記第１の部分が、少なくとも１つの電気回路の陰画像であり、
前記金属層の前記第１の部分の印刷後、前記金属層の第２の部分が前記キャリア上に残る、リボンと、
前記キャリア及び前記金属層の前記第２の部分に隣接して位置付けられた回路基板と、
前記キャリアから前記回路基板上に前記金属層の前記第２の部分を転写するための加熱素子と、を備える、熱印刷システム。
【請求項１６】
前記リボンを前記熱印刷ヘッドに供給するように構成されたリボン供給リールと、
前記金属層の前記第２の部分を前記回路基板に転写した後、前記キャリアを受容するように構成されたキャリア巻取りリールと、を更に備える、請求項１５に記載の熱印刷システム。
【請求項１７】
前記犠牲印刷媒体を前記熱印刷ヘッドに供給するように構成された犠牲印刷媒体供給リールと、
前記金属層の前記第１の部分の印刷後、前記犠牲印刷媒体及び前記金属層の前記第１の部分を受容するように構成された犠牲印刷媒体巻取りリールと、を更に備える、請求項１６に記載の熱印刷システム。
【請求項１８】
前記回路基板を前記加熱素子に供給するように構成された回路基板供給リールと、
前記回路基板への前記金属層の前記第２の部分の前記転写後、前記回路基板の少なくとも一部分を受容するように構成された回路基板巻取りリールと、を更に備える、請求項１７に記載の熱印刷システム。
【請求項１９】
前記金属層の前記第２の部分を前記回路基板に転写した後、前記回路基板から前記複数の電気回路の外周を穿孔し、それによって前記複数の電気回路を個別化するように構成された少なくとも１つのカッターを更に備える、請求項１６に記載の熱印刷システム。
【請求項２０】
前記熱印刷ヘッドに印刷命令を提供するように構成されたコントローラを更に備える、請求項１５に記載の熱印刷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、電気回路の分野に関し、より具体的には、熱印刷を使用した電気回路及び他の導電性構造の印刷に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路及び他の導電性構造は、いくつかの製造技術のうちの１つを使用して形成することができる。例えば、光フォトリソグラフィを使用して、極めて小型かつ精密な電気回路を形成することができる。しかしながら、光フォトリソグラフィは費用のかかる装置、比較的大量の様々な化学物質の使用、及び長時間の処理時間を必要とする高価なプロセスである。更に、光フォトリソグラフィに使用されるマスク及びレチクルは、高価かつ回路固有のものであり、したがって、多数の同じ回路設計を形成する際に最良に使用される。
【０００３】
対照的に、熱印刷は、電気回路及び他の導電性構造を印刷するための安価な方法を提供する。熱プリンタは、複数の加熱ピンを有する印刷ヘッドを含み、各加熱ピンは単一の画素を表す。ポリマー層などの薄いキャリア層（以下、「キャリア」）上に設けられた導電性金属層を含むリボンは、印刷ヘッドと印刷媒体、典型的には非導電性回路基板との間に描かれ、金属層が印刷媒体と物理的に接触するようにする。ソフトウェア命令は、作動された加熱ピンがキャリアに物理的に接触するように、複数の加熱ピンを作動させる。熱エネルギーは、加熱ピンからキャリアに、更にキャリアから金属層に伝達され、それによって、加熱ピンの場所で金属層を溶融させ、加熱ピンの場所で金属層をキャリアから印刷媒体に所望のパターンで転写させる。
【０００４】
熱プリンタによって印刷される回路のパターンはソフトウェアによって制御されるため、熱プリンタは、異なる回路設計に対して迅速かつ容易にカスタマイズ可能であり、したがって、光フォトリソグラフィなどの回路形成のいくつかの他の方法よりも少数の特定の設計を印刷するのに役立つ。
【発明の概要】
【０００５】
本教示の実装形態において、電気回路を形成するための方法は、犠牲印刷媒体と物理的に接触させて金属層を配置することと、金属層が取り付けられたキャリア層を加熱することであって、キャリアに適用される加熱パターンが第１のパターンである、加熱することと、キャリアに取り付けられた金属層の第１の部分を加熱することであって、金属層の第１の部分に適用された加熱パターンが第１のパターンに近似する、加熱することと、金属層の第１の部分を犠牲印刷媒体に取り付けることと、を含む。本方法は、キャリアを犠牲印刷媒体から分離することを更に含み、分離中、金属層の第１の部分は、犠牲印刷媒体に取り付けられたままであり、かつキャリアから取り外され、金属層の第２の部分は、キャリアに取り付けられたままであり、金属層の第２の部分は、第１の加熱パターンの逆画像である第２のパターンを有し、金属層の第２の部分は、電気回路の少なくとも一部分を提供する。
【０００６】
任意選択的に、本方法は、金属層が取り付けられたキャリア層の加熱中に、熱印刷ヘッドを使用してキャリア層を加熱することを含んでもよい。更に任意選択的に、分離の後、本方法は、金属層の第２の部分を加熱することを含んでもよく、金属層の第２の部分の加熱後、金属層の第２の部分を回路基板に転写することができる。本方法はまた、回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを含むことができる。金属層の第２の部分は、金属層の第２の部分の加熱中に、熱／圧力定着器を使用して加熱することができる。
【０００７】
実装形態において、金属層は、０．５マイクロメートル（μｍ）〜１５μｍの厚さを有する銀、銀／銅複合体、銅、アルミニウム、金、及び金属合金のうちの少なくとも１つを含むことができる。キャリアは、２５μｍ〜７５μｍの厚さを有する紙、ポリエステル、ポリイミド、及び布地のうちの少なくとも１つを含むことができ、犠牲印刷媒体は、２５μｍ〜７５μｍの厚さを有する紙、ポリエステル、ポリイミド、及び布地のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０００８】
任意選択的に、キャリア層の加熱は、１７５℃〜２２５℃の温度にキャリア層を加熱することを含んでもよく、金属層の第１の部分の加熱は、金属層の第１の部分を１７５℃〜２２５℃の温度に加熱することができる。
【０００９】
別の実装形態では、印刷プロセスを使用して電気回路を形成するための方法が、キャリア及び金属層を含むリボンを熱印刷ヘッドと犠牲印刷媒体との間に配置することと、キャリアを熱印刷ヘッドと物理的に接触させることと、それにより、キャリアを第１の熱パターンで加熱することと、キャリアに取り付けられた金属層の第１の部分を加熱することとを含み、金属層の第１の部分の第１のパターンは、第１の熱パターンに近似し、金属層の第１の部分を溶融する。本方法は、金属層の第１の部分を冷却することと、リボンを犠牲印刷媒体から分離することと、を更に含む。分離中、金属層の第１の部分は、犠牲印刷媒体に取り付けられたままであり、かつキャリアから取り外される。分離中、金属層の第２の部分は、キャリアに取り付けられたままであり、金属層の第２の部分は、第１のパターンの逆画像である第２のパターンを有する。本方法は、金属層の第２の部分を回路基板と物理的に接触させることと、キャリアに取り付けられた金属層の第２の部分を加熱することと、金属層の第２の部分を冷却することと、キャリアを回路基板から分離することであって、キャリアを回路基板から分離する間、金属層の第２の部分は、回路基板に取り付けられたままであり、かつキャリアから取り外される、分離することと、を更に含む。
【００１０】
任意選択的に、本方法は、リボン供給リールを使用してリボンを熱印刷ヘッドに供給することと、回路基板からのキャリアの分離後、キャリア巻取りリールを使用してキャリアを回収することと、を更に含んでもよい。本方法はまた、回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを含むことができる。本方法はまた、犠牲印刷媒体供給リールを使用して、犠牲印刷媒体を熱印刷ヘッドに供給することと、犠牲印刷媒体からのリボンの分離後、犠牲印刷媒体巻取りリールを使用して犠牲印刷媒体及び金属層の第１の部分を回収することと、を含むことができる。
【００１１】
実装形態において、本方法は、キャリアに取り付けられた金属層の第２の部分の加熱中に、加熱素子を使用して金属層の第２の部分を加熱することと、回路基板供給リールを使用して回路基板を加熱素子に供給することと、回路基板からのキャリアの分離後、回路基板の少なくとも一部分を回路基板巻取りリール上に回収することと、を含むことができる。
【００１２】
回路基板の少なくとも一部分の回収は、回路基板巻取りリール上に複数の電気回路を回収することを更に含むことができる。本方法はまた、回路基板を切断して、複数の電気回路を互いに分離することを含むことができる。
【００１３】
本教示の別の実装形態では、複数の電気回路を形成するための熱印刷システムが、熱印刷ヘッドと、熱印刷ヘッドに隣接して位置付けられた犠牲印刷媒体と、熱印刷ヘッドと犠牲印刷媒体との間に位置付けられたリボンと、を含む。リボンは、キャリア及び金属層を含み、熱印刷ヘッドは、金属層の第１の部分を犠牲印刷媒体上に印刷するように構成される。本実装形態では、金属層の第１の部分は、少なくとも１つの電気回路の陰画像である。金属層の第１の部分を印刷した後、金属層の第２の部分はキャリア上に残る。本実装形態は、キャリア及び金属層の第２の部分に隣接して位置付けられた回路基板と、キャリアから回路基板上に金属層の第２の部分を転写するための加熱素子と、を更に含む。
【００１４】
任意選択的に、熱印刷システムは、リボンを熱印刷ヘッドに供給するように構成されたリボン供給リールと、金属層の第２の部分を回路基板に転写した後にキャリアを受容するように構成されたキャリア巻取りリールと、を含んでもよい。熱印刷システムは、犠牲印刷媒体を熱印刷ヘッドに供給するように構成された犠牲印刷媒体供給リールと、金属層の第１の部分を印刷した後に、犠牲印刷媒体及び金属層の第１の部分を受容するように構成された犠牲印刷媒体巻取りリールと、を更に含むことができ、また、回路基板を加熱素子に供給するように構成された回路基板供給リールと、回路基板への金属層の第２の部分の転写後に、回路基板の少なくとも一部分を受容するように構成された回路基板巻取りリールと、を含むことができる。
【００１５】
実装形態において、熱印刷システムは、金属層の第２の部分を回路基板に転写した後に、回路基板から複数の電気回路の外周を穿孔するように構成された少なくとも１つのカッターを任意選択的に含み、それにより、複数の電気回路を個別化することができ、また、印刷命令を熱印刷ヘッドに提供するように構成されたコントローラを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本教示の実装形態による、熱印刷ヘッド、リボン、及び犠牲印刷媒体を描写する断面図である。
【図２】金属層の第１の部分の加熱中の図１の構造を描写する。
【図３】リボンのキャリアと犠牲印刷媒体とを分離した後の図２の構造を描写する。
【図４】加熱素子を使用してキャリア及び金属層の残りの部分を加熱することを描写する断面図である。
【図５】キャリアを回路基板から分離した後の図４の構造を描写する。
【図６】本教示の実装形態による熱印刷システムの概略図である。
【図７】本教示の実装形態による電気回路などの伝導性構造を形成するための方法を描写するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
説明を簡単にするために、本教示は、電気回路の熱印刷を参照して論じられる。しかしながら、この説明は、本教示を電気回路に限定するものではない。電気回路以外の導電性構造の熱印刷が想到され、本教示の範囲内であることが理解されるであろう。
【００１８】
上述したように、印刷媒体上への金属層の熱印刷は、いくつかの使用において他の回路形成技術に対して様々な利点を有する。しかしながら、完成した回路特徴の最小解像度は、加熱ピンのサイズによって制限される。例えば、典型的な熱印刷ヘッドは、約２００ドット／インチ（ｄｏｔｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ、ＤＰＩ）〜６００ＤＰＩの解像度を有する。更に、伝導性トレース及び／又は相互接続などの熱転写回路構造の導電率は、転写効率によって制限される。検査中の印刷された金属層の拡大下で、結果として得られる金属特徴内の微小空隙は、電気回路の印刷後に観察することができる。印刷された金属層内のこれらの空隙により、印刷媒体への金属層の完全な転写で理論的に可能な予測値と比較して、印刷された回路特徴の導電率は低下し、その電気抵抗は増大する。
【００１９】
本教示の実装形態は、熱プリンタの使用によって印刷される電気回路をもたらすことができる。結果として得られる回路の導電性特徴は、従来の熱印刷方法で形成された同じ回路に対して改善された導電率を有することができる。この導電率の改善は、熱プリンタ自体に修正することなく、本教示の実装形態を使用して得ることができる。
【００２０】
本教示の実装中に形成することができるプロセス内構造を図１〜図５に描写し、これらを以下に説明する。図面は、本教示の１つの実装形態を描写し、他の想到される実装形態では、描写されていない他の特徴が用いられてもよく、様々な描写された構造が除去又は修正されてもよいことが理解されるであろう。
【００２１】
図１は、キャリア１０４上に位置付けられた金属層（例えば、金属箔層）１０２を含むリボン１００を描写する。金属層１０２は、銀、銀／銅複合体、銅、アルミニウム、金、金属合金、又は別の好適な金属などの金属であってもよく、又はその金属を含むことができ、約０．２５マイクロメートル（μｍ）〜約２５μｍ、又は約０．５μｍ〜約１５μｍの厚さを有することができる。過度に薄い金属層は、過度に高い電気抵抗を有する特徴であって、処理中に過度に迅速に、かつ過度に広い領域にわたって溶融する特徴をもたらすことができる。過度に厚い金属層１０２は、処理中に不十分な溶融及び金属層１０２の結果的に不適切な転写をもたらす可能性があり、本明細書に記載される実装形態による処理のために過度に剛性であってもよい。
【００２２】
キャリア１０４は、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエチレン、又は別の好適な材料などの材料であってもよく、又はその材料を含むことができる。キャリア１０４は、約１．５μｍ〜約１５μｍ、又は約３μｍ〜約９μｍの厚さを有することができる。過度に薄いキャリア１０４は、例えば、図６に描写されるような熱処理システム６００を使用して、処理中にキャリア１０４に印加される引張応力から損傷され得、一方、過度に厚いキャリア１０４は、以下に記載されるように処理中に金属層１０２を溶融させるためにキャリア１０４を介した不十分な熱伝達を結果としてもたらし得る。
【００２３】
図１は、犠牲印刷媒体（すなわち、廃棄用媒体、陰印刷媒体、又は廃棄用基板）１１０を更に描写する。犠牲印刷媒体１１０は、紙、ポリエステル、ポリイミド、布地、又は別の好適な材料などの材料から形成されてもよい。犠牲印刷媒体１１０は、約１５μｍ〜約１００μｍ、又は約２５μｍ〜約７５μｍの厚さを有することができる。過度に薄い犠牲印刷媒体１１０は、例えば、図６に描写されるような熱処理システム６００を使用して、処理中に犠牲印刷媒体１１０に印加される引張応力から損傷され得、一方、過度に厚い犠牲印刷媒体１１０は、本明細書に記載される実装形態による処理のために過度に剛性であってもよい。
【００２４】
図１は、熱印刷ヘッド１２０を更に描写する。一実装形態では、熱印刷ヘッド１２０は、複数（すなわち、アレイ）の加熱ピン１２２と、データバス１２４とを含み、そのデータバスを介して、（図６に描写され、以下により詳細に記載される）コントローラ６０２から熱印刷ヘッド１２０に印刷命令が提供される。熱印刷ヘッド１２０の状態に関する情報もまた、データバス１２４を介してコントローラ６０２に提供され得る。データバス１２４は、ケーブル及び／又は無線接続であってもよく、又はそれを含んでもよい。コントローラ６０２及び熱印刷ヘッド１２０は、別個のデバイスであってもよく、又は単一の独立型デバイスに一体化されてもよい。
【００２５】
図１に描写されるように、リボン１００は、熱印刷ヘッド１２０と犠牲印刷媒体との間に位置付けられる。具体的には、リボン１００の金属層１０２は、犠牲印刷媒体１１０と物理的に接触することができ、熱印刷ヘッド１２０は、リボンのキャリア１０４と物理的に接触する。加熱ピン１２２は、コントローラから熱印刷ヘッド１２０に入力される（及び、熱印刷ヘッド１２０のメモリ内に格納され得る）パターンで加熱される。一実装形態では、複数の加熱ピン１２２のうちの第１のサブセットが加熱され、一方、複数の加熱ピン１２２のうちの第２のサブセットが加熱されない。第１のサブセットからの熱エネルギーは、図１に描写されるようにキャリア１０４に、次いで、図２に描写されるように、金属層１０２に伝達される。熱エネルギーは、金属層１０２の第１の部分２００を溶融させるのに十分であり、一方、金属層の第２の部分２０２は、固体形態で残る。その後、金属層の第１の部分２００は、冷却され、固化される。
【００２６】
金属層１０２の第１の部分２００を溶融及び冷却すると、犠牲印刷媒体１１０と金属層１０２の第１の部分２００との間の接着結合は、リボン１００のキャリア１０４と金属層１０２の第１の部分２００との間の接着結合よりも強くなる。結果として、キャリア１０４が犠牲印刷媒体１１０から分離されると、熱印刷ヘッド１２０によって溶融された第１の部分２００は、犠牲印刷媒体１１０に取り付けられたままであり、かつキャリア１０４から取り外され、一方、熱印刷ヘッド１２０によって溶融されなかった第２の部分２０２は、リボン１００のキャリア１０４に取り付けられたままである。
【００２７】
したがって、金属層１０２の第１の部分２００は、第１の金属パターン３００を形成及び提供し、一方、第２の部分２０２は、第１の金属パターンとは異なる第２の金属パターン３０２を形成及び提供することが理解されるであろう。一態様では、第２の金属パターン３０２は、図１〜図３に描写されるプロセス中に熱印刷ヘッド１２０によって印刷される第１の金属パターン３００の逆画像である。特に、熱印刷ヘッド１２０によって印刷された第１の金属パターン３００は、第２の金属パターン３０２の逆画像であり、第２の金属パターン３０２は、所望の回路（又は所望の回路の一部分）を形成するパターンであり、第１の金属パターン３００は、所望の回路の逆画像（又は所望の回路の一部分の逆画像）である。
【００２８】
いくつかの実装形態では、図３に描写されるように、キャリア１０４と金属層１０２の第２の部分２０２とを含むリボン１００が、追加の処理なしに回路として使用されてもよい。他の実装形態では、いくつかの追加の処理が、望ましい場合があるか、又は必要とされてもよい。例えば、キャリア１０４は、第２のパターン３０２によって提供される回路のための電気絶縁性基板として好適でなくてもよく、又はキャリア１０４は、複数の印刷された回路を互いに分離するために分割を必要とし得る。いくつかの使用では、第２のパターン３０２は、（本明細書では簡略化のために描写されていない）バッテリーなどの電源への接続を必要とし得る。
【００２９】
追加の処理はまた、キャリア１０４から好適な（又はより好適な）回路基板に金属層１０２の第２の部分２０２を転写するための転写プロセスを含んでもよい。１つの転写プロセスでは、金属層１０２の第２の部分２０２は、図４に描写されるように回路基板４００を提供する層４００と物理的に接触している。層４００は、紙、ポリエステル、ポリイミド、布地、又は別の好適な材料であってもよく、又はそれを含んでもよい。回路基板４００は、約１５μｍ〜約１００μｍ、又は約２５μｍ〜約７５μｍの厚さを有してもよい。過剰に薄い回路基板４００は、例えば、図６に描写されるような熱処理システム６００を使用して、処理中に回路基板４００に印加される引張応力から損傷され得る。過度に厚い回路基板４００は、本明細書に記載される実装形態による処理のために過度に剛性であってもよい。加えて、過度に厚い又は薄い回路基板４００は、完成した回路の最終的な使用に好適でない場合がある。
【００３０】
熱印刷ヘッド１２０、定着器素子、又は別の種類の加熱素子であり得る加熱素子４０２が、キャリア１０４と物理的に接触させて配置される。熱エネルギーは、加熱素子４０２からキャリア１０４を介して第２の部分２０２へ伝導加熱（すなわち、熱伝導）によって伝達される。第２の部分２０２は、この加熱中に溶融することができる。加熱後、第２の部分２０２は冷却される。金属層１０２の第２の部分２０２を溶融及び冷却すると、回路基板４００と金属層１０２の第２の部分２０２との間の接着結合は、リボン１００のキャリア１０４と第２の部分２０２との間の接着結合よりも強くなる。その結果、図５に描写されるように、キャリア１０４が回路基板４００から分離され、加熱素子４０２によって溶融及び／又は加熱された第２の部分２０２は、回路基板４００に取り付けられたままであり、かつキャリア１０４から取り外される。したがって、金属層１０２の第２の部分２０２及び回路基板４００は、高周波識別（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ、ＲＦＩＤ）チップ又は別の電気回路５００などの電気回路５００を提供するか、又はそれを提供するように更に処理され得る。ＲＦＩＤチップは、ラベルの形態であってもよいし、ＲＦＩＤチップを表面に固定するための感圧接着剤（簡略化のために個別に描写されていない）などの他の特徴を含んでもよい。更なる処理は、例えば、アクティブ型ＲＦＩＤチップを提供するために、（簡略化のために個別に描写されていない）バッテリーなどの電源に第２の部分２０２を取り付けることを含んでもよい。別の実装形態では、第２の部分２０２及び回路基板４００は、パッシブ型ＲＦＩＤチップなどの回路を形成する。
【００３１】
上記文面は、熱エネルギー（すなわち、熱）が１つの構造から別の構造に伝達されるように、２つの構造に物理的に接触するという説明を含む。直接的な物理的接触は必要とされない可能性があることが理解されるであろう。更に、いくつかの実装形態では、２つの構造間に（簡略化のために個別に描写されていない）剥離層を用いて、２つの構造間の望ましくない接着を防止してもよい。この態様では、２つの構造は、必ずしも物理的接触を必要としない可能性があるが、互いに熱的に連通している。この説明の目的のために、用語「熱的に連通」は、熱エネルギーが１つの構造から別の構造に伝達され得るように、それらの構造が配置され、位置付けられていることを示す。互いに「熱的に連通」している２つの構造は、熱が１つの構造から別の構造に伝達され得ることを示しているが、２つの構造間の直接的な物理的接触は、必要ではないが、場合によっては、利用されてもよい。「熱的に連通」している２つの層は、１つ以上の他の層によって物理的に分離又は離間されてもよい。
【００３２】
第１のパターンを使用して、熱印刷ヘッド１２０によるキャリア１０４への熱の適用中、キャリア１０４は、約１５０℃〜約２５０℃、又は約１７５℃〜約２２５℃の温度に加熱することができる。キャリア１０４を過度に低温に加熱することにより、金属層１０２を、本明細書で論じられる実装形態による処理に不十分な温度に加熱することになる。キャリア１０４を過度に高温に加熱することにより、キャリア１０４を損傷させる可能性があり、金属層１０２の過度に大きな領域を加熱し、それによって電気的に短絡された特徴又は不完全に形成された特徴を有する回路をもたらし得る。キャリア１０４の加熱中、熱の形態の熱エネルギーは、キャリア１０４を介して金属層１０２へと熱伝導する。熱は、金属層の第１の部分２００に第１のパターンで適用され、金属層１０２の第１の部分２００を約１５０℃〜約２５０℃、又は約１７５℃〜約２２５℃の温度に加熱する。
【００３３】
図２に戻って参照すると、金属層１０２は、犠牲印刷媒体１１０と物理的に接触する。金属層１０２の第１の部分２００の加熱により、犠牲印刷媒体１１０と第１部分２００との間の接着力が、キャリア１０４と第１の部分２００との間の接着力よりも強くなる。図３では、キャリア１０４は、犠牲印刷媒体１１０から分離される。第１の部分２００は、犠牲印刷媒体１１０に取り付けられたままであり、かつキャリア１０４から取り外され、一方、第２の部分２０２は、キャリア１０４に取り付けられたままである。
【００３４】
図４では、金属層１０２の第２の部分２０２は、回路基板４００と物理的に接触する。加熱素子４０２は、キャリア１０４と物理的に接触し、キャリア１０４を約１５０℃〜約２５０℃又は約１７５℃〜約２２５℃の温度に加熱する。熱の形態の熱エネルギーは、キャリア１０４を介して金属層１０２の第２の部分２０２へと熱伝導する。加熱素子４０２は、金属層１０２の第２の部分２０２を、約１５０℃〜約２５０℃又は約１７５℃〜約２２５℃の温度に加熱する。金属層１０２の第２の部分２０２の加熱により、回路基板４００と第２の部分２０２との間の接着力が、キャリア１０４と第２の部分２０２との間の接着力よりも強くなる。図５では、キャリア１０４は、回路基板４００から分離される。第２の部分２０２は、回路基板４００に取り付けられたままであり、かつキャリア１０４から取り外される。
【００３５】
図６は、複数の電気回路を製造するための自動化プロセス中に使用することができる、本教示の実装形態による熱印刷システム６００を描写する。説明を簡略化するために、本教示を限定することなく、図６の構造は、図１〜５の描写を参照して説明されるが、他の実装形態は、簡略化のために描写されていない構造及び方法の行為を含んでもよく、一方、描写された構造及び方法の行為が除去又は修正されてもよいことが想到される。
【００３６】
図６の熱印刷システム６００は、データバス１２４を用いて熱印刷ヘッド１２０に連結されたコントローラ６０２を描写する。熱印刷ヘッド１２０は、金属層１０２の第１の部分２００を印刷するように構成されている。図６では、データバス１２４は、コントローラ６０２から熱印刷ヘッド１２０にデータを転送すること、及び熱印刷ヘッド１２０からコントローラ６０２に動作情報などのデータを転送することを可能にする無線接続１２４として描写されている。いくつかの実装形態では、コントローラ６０２は、熱印刷システム６００の他の構造に及び／又はその構造から、動作命令及び／又は情報を送信及び／又は受信することができる。図６では、リボン１００は、リボン供給リール６０４上に供給され、キャリア１０４は、キャリア巻取りリール６０６上に回収される。リボン供給リール６０４は、リボン１００を熱印刷ヘッド１２０に供給するように構成されている。同様に、犠牲印刷媒体１１０は、犠牲印刷媒体供給リール６０７上に供給され、犠牲印刷媒体巻取りリール６０８上の金属層１０２の第１の部分２００と共に回収される。犠牲印刷媒体供給リール６０７は、犠牲印刷媒体１１０を熱印刷ヘッド１２０に供給するように構成されている。また、回路基板４００は、回路基板供給リール６１０上に供給され、以下に記載されるような一部の実装形態では、回路基板巻取りリール６１２上に（全体又は一部が）回収されてもよい。回路基板供給リール６１０は、回路基板４００を加熱素子４０２に供給するように構成されている。熱印刷システム６００は、電気回路５００及び／又は１つ以上のカッター６２２の印刷中の様々なアセンブリの位置付け、再配置、及び／又は方向付けのために１つ以上の圧力ロール６２０などの他の構造を含むことができる。
【００３７】
更に、図６では、加熱素子４０２が、熱／圧力定着器（例えば、定着器ローラ）４０２として実装され、これは、圧力ローラと対になった熱ローラを含む。この又は同様の実装形態において、リボン１００のキャリア１０４、並びに金属層１０２の第２の部分２０２を受容する回路基板４００は、それらの融点及び／又は引火点が、熱／圧力定着器４０２においてそれらが置かれ得る温度に対して許容可能に高いことを確実にするように選択されるべきであることが理解されるであろう。キャリア１０４及び回路基板４００が、例えば、通常の処理サイクル中の生産における機械的不具合、故障事象、又は一時停止に起因して、熱／圧力定着器４０２内に滞留し得る可能性が存在する。キャリア１０４及び回路基板４００は、例えば、溶融又は着火することなく通常処理又は故障事象中に、それらが置かれた温度に耐えることができる材料によって選択及び提供されるべきである。
【００３８】
電気回路５００を形成するための方法又はプロセス７００が、図７のフロー図に描写される。方法７００は、上述の図面に描写される構造のうちの１つ以上の動作又は使用によって進行してもよく、したがって、図１〜図６を参照して説明されるが、本明細書に明示的に記述されない限り、方法７００は任意の特定の構造又は使用に限定されないことが理解されるであろう。方法７００が一連の行為又は事象として記載されているが、本教示は、かかる行為又は事象の順序によって限定されないことが理解されるであろう。いくつかの行為は、本明細書に記載されるものとは異なる順序で、及び／又は別の他の行為若しくは事象と同時に生じ得る。更に、本教示による方法は、簡略化のために記載されていない他の行為又は事象を含んでもよく、一方、他の描写された行為又は事象が除去又は修正されてもよい。
【００３９】
方法７００は、７０２のように、リボン１００を熱印刷ヘッド１２０と熱的に連通するように配置することによって開始する。これは、リボン１００をリボン供給リール６０４から巻き戻し、リボン１００を熱印刷ヘッド１２０に隣接させて又は物理的に接触させて位置付けることを含むことができ、１つ以上の圧力ロール６２０の使用を含んでもよい。リボン１００は、キャリア１０４上に位置付けられた金属層１０２であってもよく、又はその金属層を含んでもよい。
【００４０】
７０４において、金属層１０２は、犠牲印刷媒体１１０と物理的に接触する。これは、犠牲印刷媒体供給リール６０７から犠牲印刷媒体１１０を巻き戻すことを含むことができ、１つ以上の圧力ロール６２０の使用を含んでもよい。この段階で、リボン１００は、熱印刷ヘッド１２０と犠牲印刷媒体１１０との間に位置付けられてもよい。
【００４１】
７０６において、リボン１００のキャリア１０４は、熱印刷ヘッド１２０によって加熱される。熱印刷ヘッド１２０によってキャリア１０４に適用される加熱パターンは、第１のパターンであり、第１のパターンは、形成されている最終電気回路の陰画像又は逆画像であってもよい。
【００４２】
キャリア１０４に熱印刷ヘッド１２０によって適用された熱は、キャリア１０４を介して金属層１０２に放射され、それによって金属層１０２に適用される。これにより、金属層１０２の第１の部分２００を加熱し、加熱された第１の部分２００は、７０８のように、第１の金属パターン３００を有する。キャリア１０４、金属層１０２、及び犠牲印刷媒体１１０は、金属層１０２とキャリア１０４との間の第１の接着力が、金属層１０２を加熱することによる金属層１０２と犠牲印刷媒体との間の第２の接着力よりも小さくなるように選択及び設計される。金属層１０２が加熱及び冷却されると、金属層１０２の第１の部分２００は、犠牲印刷媒体１１０に接着し、一方、金属層１０２の加熱されていない第２の部分２０２は、キャリア１０４に接着されたままである。これにより、このプロセスは、金属層１０２の第１の部分２００を、７１０のように、犠牲印刷媒体１１０に取り付ける。
【００４３】
続いて、キャリア１０４は、犠牲印刷媒体１１０から分離され、これは、７１２のように金属層１０２の第１の部分２００をリボン１００から除去及び取り外し、キャリア１０４に取り付けられた金属層１０２の第２の部分２０２を残す。金属層１０２の第２の部分２０２は、第１の金属パターン３００の陰画像又は逆画像である第２のパターン３０２と、形成されている最終電気回路の陽画像とを有する。
【００４４】
７１４において、金属層１０２の第２の部分２０２が加熱され、金属層１０２の加熱された第２の部分２０２は、第２のパターン３０２を有する。図６に描写されるように、熱は、熱／圧力ローラ４０２などの加熱素子４０２によって第２の部分２０２に適用することができる。この加熱中、第２の部分２０２は、図６に描写されるように回路基板４００と物理的に接触させて配置されてもよく、回路基板４００は、回路基板供給リール６１０から供給することができる。キャリア１０４、金属層１０２、及び回路基板４００は、金属層１０２とキャリア１０４との間の第１の接着力が金属層１０２と回路基板４００との間の第３の接着力よりも小さいように設計される。金属層１０２の第２の部分２０２が加熱及び冷却されると、金属層１０２の第２の部分２０２は回路基板４００に接着する。これにより、このプロセスは、７１６のように、金属層１０２の第２の部分２０２を回路基板４００に転写する。
【００４５】
図６に戻って参照すると、熱印刷システム６００は、直列又は並列に複数の電気回路５００を形成するために使用することができる。金属層１０２の第２の部分２０２を回路基板４００に転写した後、追加の処理を行うことができる。一実装形態では、各電気回路５００は、区分化ステーション６５０において１つ以上のカッター６２２を使用して、２つ以上の隣接する電気回路５００から個別化することができる。カッター６２２は、例えば、複数の電気回路５００が穿孔プロセスなどの切断プロセスを使用して個別化される（すなわち、互いに分離される）ように、回路基板４００から複数の電気回路５００の外周を穿孔してもよい。個別化された電気回路５００は、容器（例えば、ビン、ホッパー、容器など）６５２内に回収することができ、その一方で、電気回路５００が除去された残りの回路基板４００は、回路基板巻取りリール６１２上に回収することができる。
【００４６】
代替的なプロセスでは、区分化ステーション６５０は省略されてもよい。金属層１０２の第２部分２０２と回路基板４００とを含む電気回路５００を巻取りリール６１２上に回収することができる。複数の電気回路５００と共に巻取りリール６１２は、買い手に送られ得るか、又は追加の処理中に使用され得る。
【００４７】
犠牲印刷媒体１１０及び金属層１０２の第１の部分２００は、犠牲印刷媒体巻取りリール６０８上に回収することができる。第１の部分２００は、犠牲印刷媒体１１０から除去されてもよく、第１の部分２００及び犠牲印刷媒体１１０は再使用及び／又は再利用することができる。同様に、いくつかのプロセスでは、リボン１００のキャリア１０４は、キャリア巻取りリール６０６上に回収され、再使用又は再利用され得る。
【００４８】
印刷される電気回路は、例えば、コントローラ６０２から熱印刷ヘッド１２０に送信されるソフトウェアによって、容易に変更され得ることが理解されるであろう。いくつかの方法では、第１の設計の電気回路５００の処理を停止することができ、第１の回路設計とは異なる第２の回路設計を印刷するためのソフトウェア命令は、コントローラ６０２から熱印刷ヘッド１２０に送信され得る。次いで、処理を再開し、第２の回路設計を印刷することができる。第１の回路設計の印刷から第２の回路設計の印刷への切り替えは、リボン１００、犠牲印刷媒体１１０、又は回路基板４００を置き換えることなく実行することができる。いくつかのプロセスでは、特に電気回路５００が回路基板巻取りリール６１２上に回収される場合、第１の設計から第２の設計に切り替える際に回路基板４００を置き換えることは、望ましい場合があり、その結果、１つの回路設計のみが回路基板巻取りリール６１２上に回収されるが、単一回路基板巻取りリール６１２上に複数の回路のタイプが想到される。
【００４９】
上記文面は、熱エネルギー（すなわち、熱）が１つの構造から別の構造に伝達されるように、２つの構造に物理的に接触するという記載を含む。直接的な物理的接触は必要とされない可能性があることが理解されるであろう。いくつかの実装形態では、２つの構造間の剥離層は、２つの構造間の望ましくない接着を防止するために所望され得る。この態様では、２つの構造は、必ずしも物理的接触を必要としない可能性があるが、互いに熱的に連通している。この説明の目的のために、用語「熱的に連通」は、熱エネルギーが１つの構造から別の構造に伝達され得ることを示す。互いに「熱的に連通」している２つの構造は、熱が１つの構造から別の構造に伝達され得ることを示しているが、２つの構造間の直接的な物理的接触は、必要ではないが、場合によっては、利用されてもよい。
【００５０】
更に、第１の構造から第２の構造への、例えば、熱印刷ヘッドからキャリアへの、及びキャリアからキャリアに取り付けられた金属層への熱転写が、物理的接触によって必然的に、第１の構造に適用された元のパターン及び第２のパターンに転写されたパターンのいくつかの変動を有することは当業者によって認識されるであろう。したがって、第２の構造に適用される熱パターンは、第１の構造に適用される元の熱パターンと同一でなくてもよいが、第２の熱パターンは第１の熱パターンに近似する。
【００５１】
本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるが、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、それぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。更に、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含される任意の及び全ての小範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、ゼロの最小値と１０の最大値との間（境界値を含む）の任意の及び全てのサブ範囲、すなわち、ゼロ以上の最小値と１０以下の最大値とを有する任意の及び全てのサブ範囲、例えば、１〜５を含むことができる。特定の場合では、パラメータについて記載した数値は、負の値をとることができる。この場合、「１０未満」と記載された範囲の例示的な値は、負の値、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などを想定することができる。
【００５２】
１つ以上の実装形態に関して本教示は例示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、改変及び／又は修正を例示の実施例に対して行うことができる。例えば、プロセスが一連の行為又は事象として記載されているが、本教示は、かかる行為又は事象の順序によって限定されないことが理解されるであろう。いくつかの行為は、本明細書に記載されるものとは異なる順序で、及び／又は別の他の行為若しくは事象と同時に生じ得る。また、本教示の１つ以上の態様又は実装形態による方法論を実装するために、全てのプロセス段階が必要とされるとは限らない場合がある。構造的構成要素及び／又は処理段階を追加することができ、又は既存の構造的構成要素及び／又は処理段階を除去又は修正することができることが理解されるであろう。更に、本明細書に描写される行為のうちの１つ以上は、１つ以上の別個の行為及び／又は局面において実行されてもよい。更に、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」、又はこれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の手法での包含であることが意図される。用語「〜のうちの少なくとも１つ」は、列挙された項目のうちの１つ以上を選択することができることを意味するために使用される。本明細書で使用するとき、例えば、Ａ及びＢなどの項目のリストに関して用語「のうちの１つ以上」は、Ａ単独、Ｂ単独、又はＡ及びＢを意味する。更に、本明細書の記述及び特許請求の範囲において、２つの材料に関して使用される用語「上（ｏｎ）」、すなわち、他方「上（ｏｎ）」の一方は、それらの材料間の少なくとも一部の接触を意味し、一方、「の上（ｏｖｅｒ）」は、それらの材料が近接していることを意味するが、場合によっては、接触が可能であるが必要とされないように、１つ以上の追加の介在材料を伴うことを意味する。「上（ｏｎ）」又は「の上（ｏｖｅｒ）」のいずれも、本明細書で使用される際に任意の指向性を暗示しない。「共形」という用語は、下にある材料の角度が共形材料によって維持される被覆材料を説明する。「約」という用語は、変更が例示された実装形態へのプロセス又は構造の非適合性をもたらさない限り、列挙された値が幾分変化してもよいことを示す。最後に、「例示的な」は、その記載が理想的であることを暗示するのではなく、一実施例として使用されることを示す。本教示の他の実装形態は、明細書及び本明細書の開示の実施を考慮することで当業者には明らかとなるであろう。本明細書及び実施例は、本教示の真の範囲及び趣旨が以下の特許請求の範囲によって示されることで、単に例示として見なされることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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