(57)【要約】【課題】電子機能要素の導電性のさらなる向上を図りながら、基板の上に当該電子機能要素を形成する方法を提供する。【解決手段】本発明の電子機能要素形成方法によれば、基板６の指定箇所に対して金属粒子と還元剤粒子との混合粒子を噴射する「第１工程」と、基板６の指定箇所に対してレーザービームを照射する「第２工程」と、基板６を振動させる「加振工程」と、が並行して実行される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に電子機能要素を形成する方法であって、
前記基板の指定箇所に対して金属粒子と還元剤粒子との混合粒子を噴射する第１工程と、
前記基板の前記指定箇所に対してレーザービームを照射する第２工程と、
前記基板を振動させる加振工程と、を並行させることを特徴とする電子機能要素形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の電子機能要素形成方法において、
前記加振工程において、前記基板が前記第１工程における前記混合粒子の噴射方向である負方向およびその逆方向である正方向のそれぞれに交互に変位し、かつ、前記基板の前記負方向への変位期間である負変位期間と、前記基板の前記正方向への変位期間である正変位期間と、の比率が所定値になるように前記基板を振動させることを特徴とする電子機能要素形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の電子機能要素形成方法において、
前記加振工程において、前記所定値が４／６〜７／３の範囲に含まれるように前記基板を振動させることを特徴とする電子機能要素形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の電子機能要素形成方法において、
前記第１工程において、前記混合粒子における前記還元剤粒子の含有量が５ｗｔ％以下になるように前記混合粒子を調整することを特徴とする電子機能要素形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に電子機能要素を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に対してレーザービームを照射して当該基板を局所的に加熱して半溶融または溶融状態とし、電気特性が異なる複数の物質の混合比率が調節された混合粒子を当該半溶融箇所または当該溶融箇所に向けて噴射することにより、電子機能要素を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
混合粒子に金属粒子および還元剤粒子（例えばカーボン粒子または炭素化合物粒子）が含まれている場合、レーザービームの照射による熱によって還元剤粒子が大気雰囲気中の酸素と反応して局所的に還元雰囲気が形成されると推察される。これにより、金属粒子の表面酸化、ひいては当該熱によって溶融した金属粒子同士の濡れ性の低下が抑制される。このため、溶融した金属粒子同士がネッキングを伴って連結することにより、導電性が高い電子機能要素が形成されると予測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７１６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電子機能要素において混合粒子から還元剤粒子が抜け出た箇所に巣または空隙が形成されることにより、当該電子機能要素の導電性が低下する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、電子機能要素の導電性のさらなる向上を図りながら、基板の上に当該電子機能要素を形成する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子機能要素形成方法は、基板の上に電子機能要素を形成する方法であって、前記基板の指定箇所に対して金属粒子と還元剤粒子との混合粒子を噴射する第１工程と、前記基板の前記指定箇所に対してレーザービームを照射する第２工程と、前記基板を振動させる加振工程と、を並行させることを特徴とする。
【０００８】
前記加振工程において、前記基板が前記第１工程における前記混合粒子の噴射方向である負方向およびその逆方向である正方向のそれぞれに交互に変位し、かつ、前記基板の前記負方向への変位期間である負変位期間と、前記基板の前記正方向への変位期間である正変位期間と、の比率が所定値になるように前記基板を振動させることが好ましい。
【０００９】
前記加振工程において、前記所定値が４／６〜７／３の範囲に含まれるように前記基板を振動させることが好ましい。
【００１０】
前記第１工程において、前記混合粒子における前記還元剤粒子の含有量が５ｗｔ％以下になるように前記混合粒子を調整することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電子機能要素形成方法に用いられる装置の構成説明図。
【図２】基板の加振態様に関する説明図。
【図３】基板の加振態様および電子機能要素の体積抵抗率の関係説明図。
【図４Ａ】本発明の実施例の電子機能要素のＳＥＭ画像。
【図４Ｂ】本発明の比較例の電子機能要素のＳＥＭ画像。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の電子機能要素形成装置の構成）
本発明の電子機能要素形成方法を実行するための図１に示されている電子機能要素形成装置は、熱可塑性樹脂からなる基板６の上に電子機能要素８を形成するための装置である。電子機能要素形成装置は、ノズルから粒子を噴射する粒子噴射装置２と、ＣＷ型のレーザービーム照射装置４と、基板６を加振するためのバイモルフ圧電素子により構成されている加振装置１０と、を備えている。電子機能要素形成装置は、基板６が載置されるベースと、ベース駆動源としてのアクチュエータと、当該アクチュエータ等の装置の構成要素の動作を制御するための制御装置と、をさらに備えている。
【００１３】
粒子噴射装置２およびレーザービーム照射装置４のそれぞれは適当な部材に固定されているが、基板６に対する相対位置および相対姿勢を変化させることができるように、共通または別個のアクチュエータにより、粒子噴射装置２およびレーザービーム照射装置４のそれぞれの位置および姿勢が別個に調節されてもよい。
【００１４】
粒子噴射装置２により噴射される粒子として、金属粒子および還元剤粒子の混合粒子が用いられる。金属粒子および還元剤粒子の混合比が指定因子としてあらかじめ調節されている。混合粒子における還元剤粒子の含有量が５．０ｗｔ％以下になるように調節される。金属粒子としては、例えば平均粒径０．５〜３［μｍ］の銅（Ｃｕ）、銀、錫、チタンの粒子が用いられる。還元剤粒子としては、例えば、ガス化して形成膜に存在しない平均粒径１〜１０［μｍ］のカーボン（Ｃ）の粒子が用いられる。還元剤粒子が粒子表面の酸化被膜と反応して局所的に還元反応を形成する観点から、還元剤粒子は０．１ｗｔ％以上になるように調節する。粒子噴射装置２に対して各粒子を供給するための複数の供給ラインが設けられ、当該複数の供給ラインのそれぞれに流量調節弁などの供給量調節機構が設けられ、制御装置により当該供給量調節機構の動作が制御されることにより、指定因子が調節されていてもよい。
【００１５】
レーザービーム照射装置４により基板６の表面に照射されるレーザービームのビーム径、照射強度および基板６の表面における照射箇所の変位速度、ならびに、粒子噴射装置２により噴射される粒子の流量、流速および圧力のうち少なくとも１つが付加的な指定因子として調節されている。なお、制御装置が、当該付加的な指定因子を調節するように構成されていてもよい。
【００１６】
加振装置１０は、基板６が混合粒子の噴射方向である負方向（例えば下方向）およびその逆方向である正方向（例えば上方向）のそれぞれに交互に変位するように、当該基板６を振動させる。加振装置１０による基板６の加振方向は、負方向および正方向に対して平行ではなく傾斜していてもよい。なお、基板６が負方向および正方向に対して垂直な方向（例えば水平方向）に変位するように、当該基板６を振動させてもよい。
【００１７】
（本発明の電子機能要素形成方法）
本発明の電子機能要素形成方法によれば、第１工程、第２工程および加振工程が並行して実行される。「第１工程」において、粒子噴射装置２により、そのノズルから基板６の指定箇所に対して金属粒子と還元剤粒子との混合粒子が噴射される。「第２工程」において、レーザービーム照射装置４により、基板６の指定箇所に対してレーザービーム（たとえばグリーンレーザービーム）が照射される。「加振工程」において、加振装置１０の動作に応じて基板６が振動する。
【００１８】
第１工程において、基板６の指定箇所に噴射された混合粒子が基板６を基礎として堆積する。第１工程および第２工程が並行することにより、レーザービームの熱によって基板６の指定箇所が局所的に軟化し、当該軟化箇所に混合粒子の一部が埋め込まれ、その上に混合粒子が堆積する。これにより、埋め込み量または深さが大きくなるので、電子機能要素８の基板表面からの突出量が抑制される。そのほか、混合粒子の一部が噴射の勢いによって非軟化状態（固相状態）の基板に埋め込まれ、その上に混合粒子が堆積する態様も考えられる。
【００１９】
第２工程において、レーザービームの熱により混合粒子に含まれる還元剤粒子が雰囲気の酸素と反応して、基板６の指定箇所の付近に局所的に還元雰囲気が形成される。これにより、混合粒子に含まれる金属粒子の表面酸化が抑制され、溶融した金属粒子同士が濡れ性を損なうことなくネッキングを伴う連結が進行して金属のバルクを構成し、当該金属のバルクにより構成される電子機能要素８が形成される。
【００２０】
第１工程および第２工程に平行する加振工程において、基板６が振動することにより、電子機能要素８に巣または空隙の発生が抑制され、その結果、電気伝導度の向上または体積抵抗率の低下が図られる。これは、基板の振動に由来するタップ効果またはこれに類する効果によって基板を基礎として堆積した混合粒子の充填密度の向上が図られることにより、還元剤粒子が抜け出たとしてもその箇所に巣または空隙が生じにくくなるためであると推察される。
【００２１】
（加振態様と電子機能要素の電気特性との関係）
図２には、基板６の加振によるその位置の時間変化態様の一例が三角波形により概念的に示されている（実際には加振装置の動作特性のため、正弦波のような連続波形により表わされる）。基板６が、負方向に変位する期間である負変位期間Ｔ１および正方向に変位する期間である正変位期間Ｔ２が交互に切り換わるように周期的に変化している。それぞれの負変位期間Ｔ１の終了時点（それぞれの正変位期間Ｔ２の開始時点）における基板６の位置が一定に維持され、それぞれの正変位期間Ｔ２の終了時点（それぞれの負変位期間Ｔ１の開始時点）における基板６の位置も一定に維持されるように基板６の時間変化態様が制御される。
【００２２】
図３には、正変位期間Ｔ２に対する負変位期間Ｔ１の比率（Ｔ１／Ｔ２）と、電子機能要素８の体積抵抗率との関係が示されている。図３の横軸は当該比率の対数Ｌｏｇ（Ｔ１／Ｔ２）により定義されている。図３から明らかなように、比率（Ｔ１／Ｔ２）が６／４＝１．５の場合、電子機能要素８の体積抵抗率が最も低くなる。電子機能要素８の体積抵抗率を低下させる観点から、当該比率（Ｔ１／Ｔ２）が４／６（＝０．６６７）〜７／３（２．３３）の範囲に含まれる所定値に制御されることが好ましい。
【００２３】
（実施例）
第１工程に関して、混合粒子として平均粒径１．５［μｍ］の銅粒子と、平均粒径５［μｍ］のカーボン粒子とが、遊星ボールミル装置を用いて混合されることにより混合粒子が調整された。混合粒子の粒子噴射装置２は０．５［ＭＰａ］のＡｒガスを用いて、内径０．７０［ｍｍ］のノズルから粒子を基板６の指定箇所に噴射するように構成されている。基板６として、熱可塑性樹脂であるＰＯＭ（ポリオキシメチレン）製の基板が用いられた。熱可塑性樹脂としては、そのほかに例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＥＫ（ピーク）またはＰＣ（ポリカーボネート）が用いられてもよい。
【００２４】
第２工程に関して、レーザービーム照射装置４の出力は、銅粒子を溶融させ、かつ、カーボン粒子を雰囲気中の酸素と反応させる観点（さらには基板６の表面をＰＯＭの融点１６５［℃］付近まで加熱する観点）から８００［ｍＷ］に設定された。基板６が速度３［ｍｍ／ｍｉｎ］で指定軌跡（たとえば直線）にしたがって変位するようにベース駆動用のアクチュエータの動作が制御された。
【００２５】
加振工程に関して。負変位期間Ｔ１が２３０［ｍｓ］に設定され、正変位期間Ｔ２が１５５［ｍｓ］に設定された上で基板６が周期的に加振された。すなわち、比率（Ｔ１／Ｔ２）が６／４に調節された上で、基板６の振動周期Ｔ１＋Ｔ２が３８５［ｍｓ］に調節された。振動周期Ｔ１＋Ｔ２は、１〜１０００［ｍｓ］、好ましくは１００〜５００［ｍｓ］、さらに好ましくは２００〜４００［ｍｓ］である。
【００２６】
（比較例）
加振工程が省略されたほかは、実施例と同様の条件下で比較例の電子機能要素が形成された。
【００２７】
（対比）
比較例の電子機能要素の体積抵抗率は２４．１［μΩｃｍ］であるのに対して、実施例の電子機能要素の体積抵抗率は４．８［μΩｃｍ］であり比較例よりも低かった。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂのそれぞれには、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通じて観察された、実施例および比較例のそれぞれの電子機能要素の表面画像が示されている。図４Ａおよび図４Ｂのそれぞれの右側画像は、図４Ａおよび図４Ｂのそれぞれの左側画像の１０倍拡大画像である。図４Ａおよび図４Ｂを比較してわかるように、実施例が比較例よりも、電子機能要素の表面における巣（図における低明度箇所）の存在密度が低い。これから、実施例が比較例よりも、電子機能要素の内部における巣の存在密度が低いと推察される。この推察は、前記の体積抵抗率の高低差により裏付けられる。
【符号の説明】
【００２９】
２‥粒子噴射装置、４‥レーザービーム照射装置、６‥基板、８‥電子機能要素、１０‥加振装置（バイモルフ圧電素子）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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