(57)【要約】【課題】加熱した基材に、導電性粒子を溶媒に分散させた液体を配置した場合であっても、吐出手段の加熱によるノズル詰まりを防止したパターン形成装置を提供する。【解決手段】基材Ｗを加熱する加熱手段３と、導電性粒子を溶媒中に分散させた液体Ｌを基材に吐出する吐出手段４と、基材を吐出手段による液体の吐出方向Ｄと交差する方向に相対的に移動させる移動手段５と、を備えるパターン形成装置１において、基材と吐出手段との間には、加熱手段および基材からの熱が吐出手段に伝わることを抑える規制部材６が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を加熱する加熱手段と、導電性粒子を溶媒中に分散させた液体を前記基材に吐出する吐出手段と、前記基材を該吐出手段による前記液体の吐出方向と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を備えるパターン形成装置において、
前記基材と前記吐出手段との間には、前記加熱手段および前記基材からの熱が前記吐出手段に伝わることを抑える規制部材が設けられていることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン形成装置において、
前記規制部材は、熱の伝導を抑える断熱部材を有することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパターン形成装置において、
前記規制部材は、輻射熱を反射する熱反射部材を有することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパターン形成装置において、
前記規制部材には、前記吐出手段から吐出される前記液体の通過する通過孔が形成されていることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のパターン形成装置において、
内部に少なくとも前記加熱手段および前記基材を収容し、少なくとも一つの面に前記規制部材が設けられたケース体を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパターン形成装置において、
前記ケース体の内部の空気を該ケース体の外部に排出する排気手段を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のパターン形成装置において、
前記規制部材の前記吐出手段側に取付けられた放熱部材と、
該放熱部材の前記吐出手段側に取付けられた補助規制部材と、を備え、
前記放熱部材は前記吐出手段から離間した位置まで延設され、前記放熱部材はこの位置に配置された部分のみで前記規制部材及び前記補助規制部材のそれぞれから突出していることを特徴とするパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の基板に配線回路を形成するためのパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷技術を応用し、導電性粒子を基材に直接印刷して所定の配線パターンを形成する方法が注目されている。このパターン形成方法には、例えば、インクジェット装置を用いて、導電性粒子である金属粒子を溶媒中に分散させた液体を、基材のパターン形成したい部分に吐出して配置し、前記基材を加熱して金属粒子を焼成させることで、所定の配線パターンを形成するものがある。インクジェット方式を用いたパターン形成装置では、細い線幅のパターンを形成可能なものが求められる。
金属粒子を溶媒中に分散させた液体としては、例えば金属ナノインクがある。金属ナノインクは、粒径が約数１０ナノメートル以下というナノサイズの金属粒子と溶媒から構成される。金属ナノインクの大部分は溶媒である。
【０００３】
基材への濡れ性は、金属ナノインクの溶媒の液体表面張力と、基材の固体表面張力と、基材とインクとの界面張力に左右される。「基材の固体表面張力」が、「溶媒の液体表面張力」と「基材とインクとの界面張力」との和より大きい場合、基材に配置されたインクは濡れ広がってしまい、所望の配線パターンが得られない。
前記液体の濡れ広がりを抑える方法の一つに、加熱した基材へ前記液体を配置する方法がある。基材の熱により、着弾した前記液体の溶媒の揮発が促進され、濡れ広がりを抑制することができる。
しかしながら、基材を加熱する場合には、液体を吐出するノズル（吐出手段）が詰まるという問題が発生する。基材を加熱した影響により暖められた周辺の空気が前記ノズルを加熱し、ノズルの吐出孔に存在する液体の溶媒をも揮発させるためである。
である。
【０００４】
インクジェット装置を用いたパターン形成方法において、例えば特許文献１に記載されたようなノズル詰まりを防止し濡れ広がりを抑制する方法が提案されている。
このパターン形成方法は、沸点が１００℃以上である溶媒からなる液体をインクジェット方式で吐出し、６０℃以上に加熱された基材に配置する方法である。１００℃以上の沸点の溶媒を液体に用いることで、基材を加熱することによるインクジェット装置のノズル詰まりを防ぐことができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開１１−２８１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１のように、１００℃以上の沸点の溶媒による液体を使用しても、基材加熱温度が溶媒の沸点に近い温度、またはそれより高い温度になる場合は、ノズル詰まりが発生する。これは上記特許文献１において、基材加熱の影響によるノズルの加熱が抑制されていないことに起因する。
本発明は、上記問題点を鑑みたものであり、加熱した基材に、導電性粒子を溶媒に分散させた液体を配置した場合であっても、吐出手段の加熱によるノズル詰まりを防止したパターン形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のパターン形成装置は、基材を加熱する加熱手段と、導電性粒子を溶媒中に分散させた液体を前記基材に吐出する吐出手段と、前記基材を該吐出手段による前記液体の吐出方向と交差する方向に相対的に移動させる移動手段と、を備えるパターン形成装置において、前記基材と前記吐出手段との間には、前記加熱手段および前記基材からの熱が前記吐出手段に伝わることを抑える規制部材が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、加熱手段により加熱された基材の熱が吐出手段に伝わることを、基材と吐出手段との間に設けられた規制部材により抑える。従って、吐出手段が吐出する液体中の溶媒が気化して吐出手段が詰まるのを防止することができる。
そして、移動手段により基材を前記液体の吐出方向と交差する方向に移動させながら、吐出手段で液体を前記基材の所定の位置に向けて吐出させることで、基材に配線パターンを形成することができる。
【０００９】
また、上記のパターン形成装置において、前記規制部材は、熱の伝導を抑える断熱部材を有することがより好ましい。
この発明によれば、加熱手段および基材からの熱は断熱部材に遮られ、吐出手段に伝わるのを抑えることができる。
【００１０】
また、上記のパターン形成装置において、前記規制部材は、輻射熱を反射する熱反射部材を有することがより好ましい。
この発明によれば、基材からの輻射熱が吐出手段に伝わるのを抑えることができる。
【００１１】
また、上記のパターン形成装置において、前記規制部材には、前記吐出手段から吐出される前記液体の通過する通過孔が形成されていることがより好ましい。
この発明によれば、液体が吐出手段から基材に吐出されるのを妨げることなく、規制部材により、加熱手段および基材からの熱が吐出手段に伝わるのを抑制することができる。
【００１２】
また、上記のパターン形成装置において、内部に少なくとも前記加熱手段および前記基材を収容し、少なくとも一つの面に前記規制部材が設けられたケース体を備えることがより好ましい。
この発明によれば、ケース体に加熱手段および基材を収容することにより、基材を効率的に加熱することができ、さらに、加熱手段および基材の熱が吐出手段に伝わることを防止することができる。
【００１３】
また、上記のパターン形成装置において、前記ケース体の内部の空気を該ケース体の外部に排出する排気手段を備えることがより好ましい。
この発明によれば、加熱手段および基材からの熱で熱せられたケース体の内部の空気をケース体の外部に排出することにより、熱せられたケース体の内部の空気が吐出手段に流れ込むのを防ぎ、吐出手段に熱が伝わるのを抑えることができる。
【００１４】
また、上記のパターン形成装置において、前記規制部材の前記吐出手段側に取付けられた放熱部材と、該放熱部材の前記吐出手段側に取付けられた補助規制部材と、を備え、前記放熱部材は前記吐出手段から離間した位置まで延設され、前記放熱部材はこの位置に配置された部分のみで前記規制部材及び前記補助規制部材のそれぞれから突出していることがより好ましい。
この発明によれば、規制部材において基材側から吐出手段側に熱が伝えられる場合であっても、この熱を、補助規制部材により吐出手段に伝えることを抑制しつつ、放熱部材内を伝導させて吐出手段から離間した位置で放出する。従って、加熱手段および基材からの熱が規制部材を介して吐出手段に伝えられるのをより確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパターン形成装置によれば、加熱した基材に、導電性粒子を溶媒に分散させた液体を配置した場合であっても、吐出手段の加熱によるノズル詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態のパターン形成装置の斜視図である。
【図２】同パターン形成装置の要部断面図である。
【図３】同パターン形成装置により基材に形成された液体によるパターン及び配線パターンを示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態のパターン形成装置の斜視図である。
【図５】同パターン形成装置の要部断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態のパターン形成装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態のパターン形成装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るパターン形成装置の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態のパターン形成装置の斜視図、図２は同パターン形成装置の要部断面図である。なお、説明の便宜のため、図１中には後述するノズル４を図示していない。
このパターン形成装置は、導電性粒子を溶媒中に分散させた液体を、例えばガラス板等からなる基材に吐出して配線パターンを形成する装置である。
図１及び図２に示すように、本実施形態のパターン形成装置１は、基材Ｗを加熱するホットプレート（加熱手段）３と、液体Ｌを基材Ｗに吐出するインクジェット方式のノズル（吐出手段）４と、液体Ｌが吐出される吐出方向Ｄと交差する方向に基材Ｗを移動させる移動手段５と、基材Ｗ及びホットプレート３と、ノズル４との間に配設され基材Ｗ及びホットプレート３からの熱がノズル４に伝わることを抑える断熱シート（規制部材）６と、を備えている。
また、パターン形成装置１は、水平面に沿って配置され、移動手段５等を支持する四角い板状の台座７を備えている。そして、本実施形態では、パターン形成装置１は前述の吐出方向Ｄが鉛直方向となるように配置されている。
【００１８】
移動手段５は、台座７の天面において台座７の一辺に沿って延在するように配置された第１ガイドレール１０と、第１ガイドレール１０上において第１ガイドレール１０の延在方向及び吐出方向Ｄにそれぞれ直交するように、かつ第１ガイドレール１０の延在方向に摺動可能に配置された第２ガイドレール１１と、第２ガイドレール１１上に取付けられた第２ガイドレール１１の延在方向に摺動可能なステージ１２とを有する。そして、第２ガイドレール１１及びステージ１２には、これらを駆動する不図示の移動モータがそれぞれ接続されている。
ステージ１２上には前述のホットプレート３が設けられており、このホットプレート３の上に基材Ｗが取付けられている。
所定の大きさ以下の基材Ｗが用いられる場合には、移動手段５の移動モータを駆動することにより、水平面に沿って配置された第１ガイドレール１０及び第２ガイドレール１１の延在方向に基材Ｗがそれぞれ移動し、基材Ｗの天面における任意の位置に液体Ｌを吐出することが可能となっている。
【００１９】
ノズル４は、台座７の中央部の上方に配置されている。ノズル４内には液体Ｌが収容され、液体Ｌを微細な液滴として下方に吐出することが可能となっている。
この液体Ｌとしては、例えば、導電性粒子として粒径が数１０ナノメートル以下の銀粒子を溶媒中に分散させたインク（銀ナノインク）を用いることができる。
【００２０】
断熱シート６は、台座７とほぼ同形状の四角い板状に形成され、台座７の四隅に立設された支柱１３に四隅をそれぞれ保持されている。この断熱シート６としては、例えば、ガラス繊維の基材と、耐熱性の高いケイ酸塩系バインダ、ホウ酸塩系バインダ、リン酸塩系バインダ、エポキシ樹脂のような結合材と、を積層させたものを用いることができる。
断熱シート６におけるノズル４の下方に位置する部分には、ノズル４から吐出される液体Ｌの通過する通過孔６ａが形成されている。
【００２１】
次に、以上のように構成されたパターン形成装置１を用いて基材Ｗに配線パターンを形成する工程について説明する。
まず、基材Ｗをホットプレート３の天面に取付け、ホットプレート３で基材Ｗを所定の温度に加熱する。
次に、移動モータを駆動して、ステージ１２を水平面上で第１ガイドレール１０及び第２ガイドレール１１の延在方向に、ノズル４の下方に基材Ｗにおける配線パターンを形成したい部分が位置するように移動させる。そして、インクジェット方式のノズル４から液体Ｌを微細な液滴として下方に吐出させる。すると、液体Ｌは通過孔６ａを通り、前記の基材Ｗにおける配線パターンを形成したい部分に着弾する。
【００２２】
こうして、本発明の第１実施形態のパターン形成装置１によれば、基材Ｗとノズル４との間に断熱シート６が設けられているので、ホットプレート３及びホットプレート３により加熱された基材Ｗの熱がノズル４に伝えられることを断熱シート６により抑える。従って、ノズル４が吐出する液体Ｌ中の溶媒が揮発してノズル４が詰まるのを防止することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４は本実施形態のパターン形成装置の斜視図、図５は同パターン形成装置の要部断面図である。なお、説明の便宜のため、図４ではノズル４を図示していなく、後述する側板２２を二点鎖線で示している。
図４及び図５に示すように、本実施形態のパターン形成装置２１は、前記実施形態のパターン形成装置１の各構成に加えて、台座７、断熱シート６及び支柱１３で囲まれた部分の４カ所に壁状の側板２２をそれぞれ備えている。
そして、本実施形態では、台座７、断熱シート６、支柱１３及び側板２２により、略箱状のケース体２３が構成される。このケース体２３内には、開口が断熱シート６の通過孔６ａのみとされた、ほぼ閉ざされた空間が形成される。
すなわち、ケース体２３内には移動手段５、ホットプレート３及び基材Ｗが収容され、ケース体２３の天面に断熱シート６が設けられるように構成されている。
【００２４】
このように構成された本発明の第２実施形態のパターン形成装置２１によれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
さらに、ケース体２３にホットプレート３及び基材Ｗを収容することにより、ホットプレート３で基材Ｗを加熱するときに暖められた空気がケース体２３の外部に拡散することが妨げられる。よって、ケース体２３の内部の保温性・均熱性は前記第１実施形態のパターン形成装置１よりも優れたものとなる。そのため、基材Ｗを効率良く加熱し、高温に保つことができる。
また、側板２２を備えることによって、暖められた空気が断熱シート６の外側を回ってインクジェット方式のノズル４の方向に流れることはない。
そのため、ノズル４の加熱をパターン形成装置１よりも抑えることができ、ノズル４の詰まりを効果的に防止することができる。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図６は、本実施形態のパターン形成装置の要部断面図である。
図６に示すように、本実施形態のパターン形成装置３１は、前記実施形態のパターン形成装置２１の各構成に加えて、ケース体２３内の空気をケース体２３の外部に排出する排気手段３２を備えている。
この排気手段３２は、側板２２を貫通する排気口３３と、排気口３３に取付けられた例えばファン等を有する排気ユニット３４とを備えている。本実施形態では、排気口３３は、側板２２において台座７に近い位置に形成されている。
排気口３３が形成される位置は、排出された空気がノズル４に達するのを防止するためにノズル４から離間した位置であることが好ましいし、ケース体２３内の空気はノズル４から離間する向きに排出されることが好ましい。
【００２６】
このように構成された本発明の第３実施形態のパターン形成装置３１によれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、ケース体２３内の空気は排気口３３からケース体２３の外側に排出されるので、空気の圧力は、ケース体２３の内側の圧力の方がケース体２３の外側の圧力より低くなる。このため、空気は通過孔６ａからケース体２３内に流れるようになり、暖められたケース体２３内の空気が通過孔６ａを通ってケース体２３の外側に流れ出るのを防ぐことができる。
【００２７】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図７は、本実施形態のパターン形成装置の要部断面図である。
図７に示すように、本実施形態のパターン形成装置４１は、前記実施形態のパターン形成装置３１の各構成に加えて、断熱シート６の上部に貼付けられた放熱シート（放熱部材）４２と、放熱シート４２の上部に貼付けられた補助断熱シート（補助規制部材）４３と、を備えている。すなわち、断熱シート６及び補助断熱シート４３で放熱シート４２を挟んだ構成となっている。
そして、放熱シート４２はノズル４から離間した位置Ｐ１、Ｐ２まで延設されていて、放熱シート４２はこの位置Ｐ１、Ｐ２に配置された部分のみで断熱シート６及び補助断熱シート４３のそれぞれから突出している。
【００２８】
この放熱シート４２は、例えば、アルミや銅等の金属をシート状にしたものが用いられる。また、補助断熱シート４３は前述の断熱シート６と同じ構成のものを用いることができる。
さらに、放熱シート４２及び補助断熱シート４３には、断熱シート６の通過孔６ａにそれぞれ連通する通過孔４２ａ及び通過孔４３ａがそれぞれ形成されている。
【００２９】
このように構成された本発明の第４実施形態のパターン形成装置４１によれば、断熱シート６のような熱伝導率の小さい物質では、熱は温度の高い部分から低い部分へとゆっくり移動する。
基材Ｗを加熱されたことで暖められたケース体２３内の空気は、断熱シート６の下面も暖める。下面を暖められた断熱シート６の熱は、この断熱シート６の上面へ移動するが、この熱は放熱シート４２に吸収され、放熱シート４２内を伝導してノズル４から離間した位置Ｐ１、Ｐ２で放出される。この時、放熱シート４２の上部及び下部には断熱シート６及び補助断熱シート４３がそれぞれ貼付けられているため、放熱シート４２の受け取った熱は断熱シート６側及び補助断熱シート４３側へは放出されにくい。従って、この熱は、放熱シート４２の端部となる位置Ｐ１、Ｐ２のみで放出されることとなる。
よって、断熱シート６からノズル４に熱が伝わるのを抑制することができる。このため、ノズル４が加熱されるのを前記第３実施形態のパターン形成装置３１よりも抑えることができ、ノズル詰まり防止に効果的である。
【実施例】
【００３０】
図１に示す第１実施形態のパターン形成装置１を用い、以下に説明する条件に設定した。
まず、ノズル４の先端部と断熱シート６の距離を１ｍｍ、断熱シート６と基材Ｗの天面の距離を１ｍｍにそれぞれ設定した。
また、液体Ｌとして前記の銀粒子を溶媒中に分散させた銀ナノインクを使用した。そして、基材Ｗの温度が１００℃となるように、ホットプレート３が基材Ｗを加熱する強さを調節した。なお、この実施例では基材Ｗの温度を１００℃としたが、基材Ｗの耐熱温度以下であり、導電性粒子を分散させた液体Ｌの揮発を促す温度であれば、基材Ｗの温度は何れの温度でも設定可能である。
【００３１】
そして、ステージ１２の移動、液体Ｌの吐出、を組にした動作を繰返して、液体Ｌを基材Ｗ上に途切れることなく着弾させ、図３に示すように、基材Ｗの天面に液体ＬによるパターンＡを形成した。
次に、液体ＬによるパターンＡが形成された基材Ｗを加熱炉で加熱して焼成し、図３に示す銀の配線パターンＡ’を形成した。
ここで、パターンＡを焼成する条件は、１５０℃に設定された加熱炉で３０分間加熱するものとした。
【００３２】
このような条件で形成した図３に示す銀の配線パターンＡ’の濡れ広がりの度合を調べるため、配線パターンＡ’の線幅を測定した。その結果、本実施例で得られた配線パターンＡ’の線幅は約１７０μｍであった。基材Ｗをホットプレート３で加熱せずに形成した配線パターンＡ’の線幅は約５５０μｍであり、ホットプレート３で基材Ｗを加熱することにより線幅は約３０％に減少していた。
以上のように、パターン形成装置１により配線パターンＡ’の濡れ広がりを抑制できることが分かった。
【００３３】
また、本実施例では液体ＬによるパターンＡの形成中に、インクジェット方式のノズル４の詰まりの発生はなかった。一方、比較例として、断熱シート６を取り除いて、本実施例と同様の方法で液体ＬによるパターンＡを形成したところ、パターンＡの形成中にノズルの詰まりが発生することがあった。
したがって、本実施例によりノズル４の詰まりを防止できることが分かった。
【００３４】
以上、本発明の第１実施形態から第４実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第１実施形態から第４実施形態では、規制部材として四角い板状の断熱シート６を用いた。しかし、規制部材の形状は規制部材が熱の伝導を抑えるものであればこの限りでなく、直方体状でも円板状でも良い。
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、規制部材として断熱シート６を用いたが、断熱シート６に代えて、輻射熱を反射する熱反射シートを用いても良い。このように構成することで、基材Ｗからの輻射熱がノズル４に伝わるのを抑えることができる。
【００３５】
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、加熱手段としてホットプレート３を備えた。しかし、加熱手段はこれに限ることなく、シート状のヒーターや電磁誘導を利用した加熱システム等、発熱性を有するものであれば何れの手段を用いることも可能である。
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、導電性粒子を溶媒中に分散させた液体Ｌとして銀ナノインクを用いた。しかし、液体はこれに限ることなく、金粒子を分散させた金ナノインクや銅粒子を分散させた銅ナノインク等のような、焼成温度が基材の耐熱温度よりも低いものであれば、何れの導電性粒子を含有した液体も用いることが可能である。
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、液体Ｌを吐出させて液体ＬによるパターンＡを形成する手段として、インクジェット方式を用いたが、非接触ディスペンサ方式のような液滴を配置する手段を有するものであれば、何れの手段を用いることも可能である。
【００３６】
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、パターン形成装置を液体Ｌが吐出される吐出方向Ｄが鉛直方向となるように配置した。しかし、パターン形成装置を配置する方向はこの限りでなく、吐出方向Ｄが鉛直方向と交差するようにパターン形成装置を配置しても良い。
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、移動手段５により、ノズル４に対して基材Ｗを移動させた。しかし、移動手段により、基材に対してノズルを移動させても良いし、基材及びノズルの両方を移動させても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１、２１、３１、４１  パターン形成装置
３    ホットプレート（加熱手段）
４    ノズル（吐出手段）
５    移動手段
６    断熱シート（規制部材）
６ａ  通過孔
２３  ケース体
３２  排気手段
４２  放熱シート（放熱部材）
４３  補助断熱シート（補助規制部材）
Ｄ    吐出方向
Ｌ    液体
Ｐ１、Ｐ２  位置
Ｗ    基材
【図１】
2011036836.tif 000003
【図２】
2011036836.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011036836.tif 000006
【図５】
2011036836.tif 000007
【図６】
2011036836.tif 000008
【図７】
2011036836.tif 000009