(57)【要約】【課題】必要に応じて、所望のパターンに沿ったペースト状等の材料の印刷が容易に出来る方法、及び装置を提案する。【解決手段】基材の所定位置に金属膜を形成・付着する描画状成膜を行うために、平均直径が１００ｎｍ程度以下の金属粒子からなる金属核の周囲を有機物で結合・被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を溶媒中に分散した成膜材料を吐出管から吐出して基材に到達出来るようにし、更に基材と吐出管の相対移動と成膜材料の吐出速度とを所定の金属膜載置パターンに適合した成膜が実現出来るように制御して行い、更に、載置した成膜材料を加熱・焼成することによって、有機物の分解・蒸散を行い、同時に金属粒子同士、及び金属粒子と基材の間に焼結等を起こす過程を実行し、その結果として、載置した成膜材料を金属化すると共に基材に強固に付着する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の所定位置に金属膜を形成・付着する描画状成膜を行うために、平均直径が１００ｎｍ程度以下の金属粒子からなる金属核の周囲を有機物で結合・被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を溶媒中に分散した成膜材料を吐出管から吐出して基材に到達出来るようにし、更に基材と吐出管の相対移動と成膜材料の吐出速度とを所定の金属膜載置パターンに適合した成膜が実現出来るように制御して行い、更に、載置した成膜材料を加熱・焼成することによって、有機物の分解・蒸散を行い、同時に金属粒子同士、及び金属粒子と基材の間に焼結等を起こす過程を実行し、その結果として、載置した成膜材料を金属化すると共に基材に強固に付着することを特徴とする基材上への印刷方法。
【請求項２】
請求項１記載の有機物は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、及び／又は酸素（Ｏ）を主成分とするものであることを特徴とする請求項１記載の印刷方法。
【請求項３】
請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と有機物質とを非水系溶媒中で加熱合成した後、これを加熱還元することによって生成したものであることを特徴とする請求項１記載の印刷方法。
【請求項４】
請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と金属酸化物と金属水酸化物と有機物とを混合して加熱合成した後、これを加熱還元することによって生成したものであることを特徴とする請求項１記載の印刷方法。
【請求項５】
請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩とアルコール系有機物とを混合して加熱合成した後、これに還元剤を加えて加熱還元することによって生成したものであることを特徴とする請求項１記載の印刷方法。
【請求項６】
請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と有機物とを親水性溶媒中で加熱合成した後、これに還元剤を加えて加熱還元することによって生成したものであることを特徴とする請求項１記載の印刷方法。
【請求項７】
金属粒子からなる金属核の周囲を有機物で結合・被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を溶媒中に分散した成膜材料の供給機構と、吐出管から成膜材料を吐出して基材に到達させることが出来ると共に吐出速度を適正に制御して変化出来る成膜材料の吐出機構と、基材と吐出機構の相対的な移動を適正に制御して変化できる移動機構、及び基材の加熱・焼成機構を具備したことを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置と配線板との間の多数の信号用及び電力用の伝送線路形成や、太陽電池表面に配設する集電用の線路の製造方法、及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の実装工程で半導体ベアチップと配線板、半導体パッケージと配線基板を接合するために、通常ペーストはんだのリフロー現象を利用したマイクロソルダリングを用いることが多い。
マイクロソルダリングによる実装工程では、配線を行うべき基板の所定位置にペースト状のはんだ材料を必要量だけ供給し、その後で基板上に配置する半導体装置を始めとする各種部品を所定位置に搭載し、これをリフロー用の炉内に装入し基板全体を〜２３０℃程度まで加熱する。炉内で昇温によってはんだペーストに添加されたはんだが溶融・凝固することによって部品と基板の接合が完了する。
【０００３】
前記、ペースト状のはんだ材料を基板上の所定位置に供給するためには通常スクリーン印刷法を用いている。これは最小印刷中心間距離８０μｍと微細なピッチでかつ、高速にはんだペーストの印刷が出来るので、量産性の観点からは非常に都合が良いと考えられる。
一方、製作形態が多品種少量で印刷パターンを頻繁に変化する必要がある場合や、試作用の設備として、随時異なる印刷パターンを次々と用いることが不可避の場合、従来のスクリーン印刷方式はスクリーンの製作に高い費用と多大の手間を要するので具合が悪い。
このような場合、所望の印刷パターンを容易に得ることが出来、また、パターンの変更等を随時行えるような方法、システムが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の背景から導出したものであって、必要に応じて、所望のパターンに沿ったペースト状等の材料の印刷が容易に出来る方法、及び装置を提案する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、基材の所定位置に金属膜を形成・付着する描画状成膜を行うために、平均直径が１００ｎｍ程度以下の金属粒子からなる金属核の周囲を有機物で結合・被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を溶媒中に分散した成膜材料を用い、この成膜材料を吐出管から吐出して基材に到達出来るようにし、更に基材と吐出管の相対移動と成膜材料の吐出速度とを所定の金属膜載置パターンに適合した成膜が実現出来るように制御して行い、更に、載置した成膜材料を加熱・焼成することによって、有機物の分解・蒸散を行い、同時に金属粒子同士、及び金属粒子と基材の間に焼結等を起こす過程を実行し、その結果として載置した成膜材料を金属化すると共に基材に強固に付着する基板上への印刷方法である。
【０００６】
ここで、複合型金属ナノ粒子を主体とする接合材料は例えば、特開１９９８−１８３２０７、特開２００１−１３１６０３、特願２０００−０８０４４５、特願２０００−１７４３３１、特願２０００−３０５２０９等で公知となった手段によって製造することが出来、これを基材に載置後、加熱・焼成して有機物の分解、蒸散、及び金属ナノ粒子の焼結を起こすことによって金属化を行うことは、特願２００２−２７２３６４等で公知の手段によって可能となっている。
【０００７】
前述のように、本発明では成膜材料の載置を行うために従来のスクリーン印刷に替えて、吐出管から成膜材料を吐出して、これを基材上に載置する。図１は本発明による印刷の工程例を示す。ここで、成膜材料の吐出量及び吐出管と基材の相対位置を所定の手順に沿って時間と共に変化させる形態としている。
このようにすることによって、予め設定された形状の通りに成膜材料を載置することが出来る。
【０００８】
ここで、吐出管としては公知の、例えば、液体精密定量吐出装置（ディスペンサ）をそのまま利用することが出来る。成膜材料の吐出原理としては、例えば空気圧駆動スプリング押出し式、スクリュー式やピエゾ素子による非接触ジェット式等（例えば、武蔵エンジニアリング株式会社「液体精密定量吐出装置総合カタログ」（ＣＡＴ．Ｎｏ．ＧＣ３０２０２−Ｊ２０））がある。図４はこれらの吐出方式による夫々の吐出管の取扱い可能粘度範囲を示す。
【０００９】
本発明による成膜材料の粘度は、複合型金属ナノ粒子の有機溶媒中への希釈率、及び骨材添加率によって広範囲に変化し、大略１×１０−２〜５×１０２Ｐａ・ｓの範囲に分布すると考えられる。ここで、上記のように成膜材料としては、有機溶媒に複合型金属ナノ粒子を混合・分散したものに必要に応じて、金属、プラスチック、及び／又は非金属無機物の粉末からなる骨材を添加したものを用いることが出来る。骨材の添加は公知の方法（例えば特願２００２−２７２３６４）によって行えばよい。
【００１０】
表１は、吐出管から成膜材料を吐出して、これを半球状に塗布したときの塗布径と塗布重量との関係を示し、規定の塗布径に種々の流動体を半球状に塗布したときの塗布滴重量の参考データである。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１のデータに示された塗布重量は、各種流動体の濡れ性や粘性等の性質の影響を受け、同一塗布径に対して、夫々異なる値を示していると考えられる。ここで、吐出管の最小内径は実用上の限界から０．１４ｍｍ程度となる。この場合、最小塗布幅は０．１ｍｍ程度が実績として、可能となっている。
【００１３】
１回の塗布（１ショット）当りの最小時間（タクト時間）は空気圧駆動式では０．５〜０．７ｓと遅いが、ジェット式では１ショット当り４０ｍｓと速くなる。またジェット式の場合、非接触で塗布した場合、吐出管先端から基材までの最大距離は１０ｍｍまでとることが可能であり、最小吐出量は標準ペースト１ショット当り０．２ｍｇとなっている。また、ショット間隔は最小０．４ｍｍで１ｍｉｎ当り４００ショットの速度までの印刷が可能となっている。
【００１４】
図２は前後、左右、上下の各方向への吐出管／基材相対移動をするための３軸相対移動機構に吐出管を組合せた印刷装置例を示す。
図２の相対移動機構は公知のものであって、最大移動速度５００ｍｍ／ｓ、停止位置精度±１０μｍ以下と高速、高精度の位置制御が可能となっている。
【００１５】
以上述べた機構によって、基材の所定位置への金属膜の付着＝成膜材料の描画状載置を行うことが出来る。その後例えば、公知の手段（例えば、特願２００２−２７２３６４）によってこの基材を加熱・焼成することによって成膜材料の金属化、及び焼結がなされ、所定の印刷が完了する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機物は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、及び／又は酸素（Ｏ）を主成分とするものである請求項１記載の印刷方法である。
一般に成膜材料を構成する、複合型金属ナノ粒子が硫黄（Ｓ）や窒素（Ｎ）等を含む有機物を有している場合、この成膜材料で例えば導電用の回路を描画したときに形成された導電路の材料中にＳやＮが高頻度で残留してしまい、これによって導電路の電気抵抗率が高くなってしまう、という懸念がある。この不具合を回避することを特徴とした前記公知の方法（特願２００２−２７２３６４）を根拠として成分限定した本発明を提案している。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と有機物質とを非水系溶媒中で加熱合成した後、これを加熱還元することによって生成したものである請求項１記載の印刷方法である。本発明で触れた複合型金属ナノ粒子の製造方法自体は公知の方法（特開２００１−１３１６０３）に記述されている。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と金属酸化物と金属水酸化物と有機物とを混合して加熱合成した後、これを加熱還元することによって生成したものである請求項１記載の印刷方法である。
前記、複合型金属ナノ粒子の製造方法自体は公知の方法（特願２０００−０８０４４５）によるものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩とアルコール系有機物とを混合して加熱合成した後、これに還元剤を加えて加熱還元することによって生成したものである請求項１記載の印刷方法である。
前記、複合型金属ナノ粒子の製造方法自体は公知の方法（特願２０００−１７４３３１）によるものである。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の複合型金属ナノ粒子は、金属塩と有機物とを親水性溶媒中で加熱合成した後、これに還元剤を加えて加熱還元することによって生成したものである請求項１記載の印刷方法である。
前記、複合型金属ナノ粒子の製造方法自体は公知の方法（特願２０００−３０５２０９）に記述されている。
以上述べた種々の公知の方法によって製造した複合型金属ナノ粒子を成膜材料の主体として用いることによって、夫々特徴ある成膜材料が製造出来る。
前述のように、請求項１乃至６で述べた成膜材料には、必要に応じて、金属、プラスチック、及び／又は非金属セラミック等の粉末からなる骨材を含むものを用いて印刷を行うことが出来る。
【００２１】
請求項７記載の発明は、金属粒子からなる金属核の周囲を有機物で結合・被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を溶媒中に分散した成膜材料の供給機構と、吐出管から成膜材料を吐出して基材に到達させることが出来ると共に吐出速度を自由に制御して変化出来る成膜材料の吐出機構と、基材と吐出機構の相対的な位置を適正に制御して変化出来る移動機構、及び基材の加熱・焼成機構を具備した印刷装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図３は本発明による印刷装置の構成例（基材の流れ）を示す。
本発明は、図３のように従来のスクリーン印刷装置に換えて移動機構によって吐出管の基材に対する相対位置を高速で変化しながら、所定のパターンに沿った成膜材料の描画＝印刷が自由自在に出来る装置を提案している。
これを用いることによって、少繰返し回数毎に成膜材料の載置パターンを変化した印刷や異なるパターンを次々と生み出すような融通の効いた印刷が可能となるので、新しい描画パターンの創作・計画・設計・試行・変更・修復等の過程を中心として、工業上の利用価値が高い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、必要に応じて、所望のパターンに沿ったペースト状等の材料の印刷が容易に出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による印刷の工程例を示す図である。
【図２】３軸相対移動機構に吐出管を組み合わせた印刷装置例を示す図である。
【図３】本発明による印刷装置の構成例（基材の流れ）を示す図である。
【図４】流動体の粘度範囲、及び吐出方式による取扱い可能粘度範囲の参考データを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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