(57)【要約】印刷電子素子、及び当該素子の電気的特性値を導出する方法では、誘電体材料１３０を基板１１０にプリセット力を使用してコンタクト印刷する。基板１１０は、コンタクト印刷によって加わる力の大きさに直接比例して光応答する圧力検出材料１２０を有する。コンタクト印刷の力によって、圧力検出材料は、力の大きさを定量化することができるパターンを形成するようになる。次に、当該パターンを光学的に検査し、そして複数セットの標準と比較して、印刷に使用された力の大きさを定量化する。次に、印刷誘電体材料の厚さが、定量化された力に基づいて、当該力を別のセットの標準と比較することにより計算される。
2010511292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷電子素子を基板に形成する方法であって：
力に光応答するインディシアを含む圧力検出媒体を有する基板を設ける工程と；
誘電体材料を圧力検出媒体に作用力を使用してコンタクト印刷することにより、インディシアが応答するようにする工程と；
応答するインディシアを光学的に検査し、そして所定の標準と比較して、誘電体材料を印刷するために使用される作用力の大きさを定量化する工程と；
印刷誘電体材料の厚さを、定量化された作用力に基づいて計算する工程と；
印刷材料の電気的特性値を、印刷誘電体材料に関して計算される厚さ、印刷誘電体材料の表面積、及び誘電体材料の誘電率に基づいて計算する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
インディシアは一つ以上のマイクロカプセル化色素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
インディシアは、０．０１メガパスカル〜３００メガパスカルの力に応答する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電子素子は、キャパシタ、抵抗体、インバータ、リングオシレータ、及びトランジスタから成るグループから選択される一つ以上の要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
一つ以上のセットの所定の標準が複数の圧力検出媒体を含み、各圧力検出媒体には、既知の大きさの力が加わっており、かつ各力は異なる大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
印刷電子素子はキャパシタであり、そして計算される電気的特性値は次式により表わされ：
Ｃ＝（Ｅ０ｘＫｘＳ）／Ｔ
上の式では、Ｃは印刷誘電体材料の容量であり、Ｅ０は８．８ｘ１０−１２ファラド／メートル（真空誘電率）であり、Ｋは印刷誘電体材料の誘電率であり、Ｓは、平方メートルで表わされる印刷誘電体材料の面積であり、そしてＴは、測定される力に基づいて計算される印刷誘電体材料の厚さである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
印刷キャパシタを基板に形成する方法であって：
力に光応答するマイクロカプセル化色素を含む圧力検出媒体を有する基板を設ける工程と；
容量材料を圧力検出媒体に作用力を使用してコンタクト印刷することにより、マイクロカプセル化色素がパターンを形成するようにする工程と；
パターンを光学的に検査し、そして所定の標準パターンと比較して、容量材料を印刷するために使用される作用力の大きさを定量化する工程と；
印刷容量材料の厚さを、定量化された作用力に基づいて計算する工程と；
印刷材料の容量を、印刷容量材料に関して計算される厚さ、印刷容量材料の表面積、及び容量材料の誘電率に基づいて計算する工程と、
を含む、方法。
【請求項８】
コンタクト印刷する工程では、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、及びフレキソ印刷法から成るグループから選択される一つ以上の印刷法を用いる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
インディシアは、０．０１メガパスカル〜３００メガパスカルの力に応答する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
一つ以上のセットの所定の標準が複数の圧力検出媒体を含み、各圧力検出媒体には、既知の大きさの力が加わっており、かつ各力は異なる大きさである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
計算される容量は次式により表わされ：
Ｃ＝（Ｅ０ｘＫｘＳ）／Ｔ
上の式では、Ｃは印刷誘電体材料の容量であり、Ｅ０は８．８ｘ１０−１２ファラド／メートル（真空誘電率）であり、Ｋは印刷誘電体材料の誘電率であり、Ｓは、平方メートルで表わされる印刷誘電体材料の面積であり、そしてＴは、測定される力に基づいて計算される印刷誘電体材料の厚さである、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
印刷電子素子の電気的特性値を導出する方法であって：
誘電体材料を基板に、選択した力を使用してコンタクト印刷する工程であって、基板が、基板に加えられる力の大きさに直接比例して光応答する圧力検出用インディシアを有し、力によってインディシアがパターンを形成するようになる、前記コンタクト印刷する工程と；
形成されるパターンを光学的に検査し、そして当該パターンを一つ以上のセットの標準と比較して、誘電体材料をコンタクト印刷するために使用される力の大きさを定量化する工程と；
印刷誘電体材料の厚さを、定量化された力に基づいてアルゴリズムを使用して計算する工程と；
印刷材料の電気的特性値を、印刷誘電体材料に関して計算される厚さ、印刷誘電体材料の表面積、及び誘電体材料の誘電率に基づいて計算する工程と、
を含む、方法。
【請求項１３】
コンタクト印刷する工程では、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、及びフレキソ印刷法から成るグループから選択される一つ以上の印刷法を用いる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
圧力検出用インディシアは、一つ以上のマイクロカプセル化色素を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
インディシアは、０．０１メガパスカル〜３００メガパスカルの力に応答する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
電子素子は、キャパシタ、抵抗体、インバータ、リングオシレータ、及びトランジスタから成るグループから選択される一つ以上の要素を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
一つ以上のセットの所定の標準は複数の圧力検出媒体を含み、各圧力検出媒体には、既知の大きさの力が加わっており、かつ各力は異なる大きさである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
印刷電子素子はキャパシタであり、そして計算される電気的特性値は次式により表わされ：
Ｃ＝（Ｅ０ｘＫｘＳ）／Ｔ
上の式では、Ｃは印刷誘電体材料の容量であり、Ｅ０は８．８ｘ１０−１２ファラド／メートル（真空誘電率）であり、Ｋは印刷誘電体材料の誘電率であり、Ｓは、平方メートルで表わされる印刷誘電体材料の面積であり、そしてＴは、測定される力に基づいて計算される印刷誘電体材料の厚さである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
基板の上の印刷電子素子であって：
接触力に光応答するインディシアを含む圧力表示手段を含む絶縁基板と；
圧力表示手段が接触力を定量化することができる光学測定可能なパターンを形成するように圧力表示手段に作用する十分大きな接触力を使用して圧力表示手段の一つ以上の部分に印刷される誘電体材料と、を備え、
印刷誘電体材料は、キャパシタ、抵抗体、インバータ、リングオシレータ、及びトランジスタから成るグループから選択される電子素子の一部分である、印刷電子素子。
【請求項２０】
圧力表示手段は一つ以上のマイクロカプセル化色素を含む、請求項１９に記載の印刷電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、印刷電気回路に関し、特に印刷電子素子、及びコンタクト印刷により形成される電子素子の値を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷回路の従来の形成方法では、導電金属パターンを誘電体基板上に形成する一つ以上の方法を常に利用してきた。種々の方法のうちの幾つかの方法として、印刷及びエッチング、無電解銅堆積、真空堆積、及びスクリーン印刷、コンタクト印刷、または金属スラリー液を基板に吹き付けるインクジェットを挙げることができる。これらの方法のうちの幾つかの方法は、パターンが積層銅箔をエッチングすることにより得られる印刷及びエッチングのような減算法であり、他の方法は、導体パターンが基板上に直接形成される印刷またはインクジェットのような単純な加算法であり、そして更に他の方法は加算法及び減算法の組み合わせである。電気回路の導体パターンを形成する他に、多くの人々は更に、抵抗体及びキャパシタのような受動素子を基板上に形成しようと試みてきた。抵抗体及びキャパシタは、長い歳月に亘って利用されてきて、セラミック基板を有する回路へのこれらの素子の搭載が成功し、そして或る人々は、この技術に修正を加えるようなことを行なってまで、当該修正技術を、エポキシガラス及びポリイミドガラスのような剛性ガラス強化ポリマー基板の上の回路に取り入れてきた。受動素子を大容積、低コストの可撓性フィルム基板の上に実装する手法は、成功率が低かった。グラフィックアート技術を使用して印刷電子回路及び印刷電子素子を形成すれば、非常に安価な回路を大量に作製することができる可能性が高くなる。しかしながら、印刷電子部品を、形成工程を行なっている間に高スループットのグラフィックアート印刷技術を使用して高精度に制御するのは、不可能ではないとしても、オンプレス印刷（ｏｎ−ｐｒｅｓｓ）の機能テストを可能にする手段が無いので困難であった。抵抗体及びキャパシタの許容誤差を測定する従来の品質制御方法では、機械的テスト及び電気的テストの組み合わせを、素子が完全に形成された後に利用する。これまでの少量生産工場では、これは許容することができたが、その理由は、プロセス変更を、非常に多くの不良部品が作製されてしまう前に行なうことができたからである。しかしながら、将来の大量生産現場では、「事後」テストは経済的な破綻をもたらすことになるであろう。その理由は、処理中のエラーによって非常に多くの不良製品が、エラーが検出されてしまう前に形成されることになるからである。印刷電子素子を測定し、そしてテストする更に迅速な手段が、この技術分野に極めて大きく寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本発明の或る実施形態による印刷電子素子の断面図である。
【図２】本発明の或る実施形態による印刷キャパシタの容量値をモニタリングするプロセスを表わすフローチャートである。
【図３】本発明の或る実施形態による印刷力の関数としての誘電体厚さのグラフである。
【図４】本発明の或る実施形態による印刷誘電体厚さの関数としての容量のグラフである。
【図５】本発明の或る実施形態によるコンタクト印刷力を加えた後の圧力検出用インディシアに関して定型化した像マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
同様の参照番号が同じ、または機能的に類似する構成要素を個々の図を通じて指し、かつ以下の詳細な記述とともに本明細書に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成する添付の図は、種々の実施形態を詳細に例示し、かつ全てが本発明に係わる種々の原理及び利点を説明するために利用される。
【０００５】
当業者であれば、これらの図における構成要素は、図が分かり易く、かつ明瞭になるように示され、そして必ずしも寸法通りには描かれていないことが分かるであろう。例えば、これらの図における幾つかの構成要素の寸法を他の構成要素に対して誇張して描いて本発明の実施形態を理解し易くしている。
【０００６】
本発明による実施形態について詳細に説明する前に、これらの実施形態は主として、コンタクト印刷により形成される印刷電子素子に関連する方法及び装置要素の組み合わせとして実現されることを理解されたい。
【０００７】
従って、装置要素及び方法を必要に応じて、従来の記号によって図面の中に提示して、本発明の実施形態を理解するための特定の詳細のみを示し、本明細書における記述の恩恵を享受するこの技術分野の当業者が容易に理解することができる詳細によって本開示が不明瞭になることがないようにしている。
【０００８】
本文書では、「ｆｉｒｓｔ」及び「ｓｅｃｏｎｄ」，「ｔｏｐ」及び「ｂｏｔｔｏｍ」などの関係を表わす用語は、一つのエンティティまたは作用を別のエンティティまたは作用から区別するためにのみ使用することができ、必ずしも、このようなエンティティまたは作用の間の実際のこのような関係または順番を必要とする、または意味するという訳では決してない。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語、またはこれらの用語の他の全ての変形は包括的な意味で適用されるものであり、一連の要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置がこれらの要素のみを含むのではなく、明らかには列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ  ａ  ．．．」が前に来る一つの要素は、当該要素が更に制約されるというのではなく、更に別の同じ要素群が、当該要素を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）プロセス、方法、製品、または装置に含まれる状況を排除するものではない。「印刷電子部品（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」及び「印刷電子素子（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）」という用語は、例えば半導体ウェハ技術またはセラミック厚膜焼成法により形成される個別素子ではなく、デバイスの一つ以上の構成素子を基板にコンタクト印刷することにより形成されるキャパシタ、抵抗体、インバータ、リングオシレータ、トランジスタなどのような能動素子及び受動素子の両方を指すために用いられる。
【０００９】
本明細書において記載される本発明の実施形態は一つ以上の従来の材料またはプロセスにより構成することができることを理解されたい。従って、これらの機能を実現する方法及び手段が本明細書において記載されている。更に、当業者であれば、例えば利用可能な時間、その時点での技術、及び経済環境に起因して相当な大きな努力及び多くのデザイン選択が生じ得るにも係わらず、本明細書において開示されるコンセプト及び原理による示唆を得た際には、本明細書において開示される測定方法を最小限の実験により容易に行使することができるであろう。
【００１０】
印刷電子素子の電気的特性値を導出する方法では、誘電体材料を基板にプリセット力を使用してコンタクト印刷する。基板は圧力検出材料を有し、圧力検出材料は、コンタクト印刷工程によって加わる力の大きさに直接比例して光応答するインディシア（証印）を含む。コンタクト印刷工程での力によってインディシアが、力の大きさを定量化することができるパターンを形成するようになる。次に、このパターンを光学的に検査し、そして予め作製されている一つ以上のセットの標準と比較して誘電体材料をコンタクト印刷するために使用された力の大きさを定量化する。次に、印刷誘電体材料の厚さが、定量化された力に基づいて、当該力を別のセットの標準と比較することにより計算される。次に、印刷材料の電気的特性値は、印刷誘電体材料に関して計算される厚さ、印刷誘電体材料の表面積、及び誘電体材料の誘電率に基づいて計算することができる。
【００１１】
本発明を例示するために、キャパシタをフィルムの上に印刷法で形成する方法について次に例示することとする。この実施形態を提供することにより読者が本発明を理解し易くなるが、この実施形態は制限的なものではなく、我々の発明の一つの例として提示されることを理解されたい。次に、図１によれば、誘電体基板１１０は、当該基板の上に配置される圧力検出媒体１２０を有し、圧力検出媒体は、当該媒体に加わる力の大きさに直接比例して光応答する材料を含む。誘電体基板１１０は通常、ポリエステルまたはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、またはこれらの材料の種々の混合物のような可撓性フィルムである。圧力検出媒体は基板内に、例えば当該媒体をフィルム基質に組み込むことにより配置することができる、または圧力検出媒体は基板の表面に、例えば基板を材料で被覆することにより、または圧力検出媒体を含むフィルムを基板の上に積層することにより配置することができる。後者の事例では、圧力検出材料を含む市販フィルムは、例えばＦｕｊｉｆｉｌｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ（富士フイルム株式会社，日本国）からＰｒｅｓｃａｌｅ  ｆｉｌｍ（プレスケールフィルム）という製品名で入手することができる。Ｐｒｅｓｃａｌｅ  ｆｉｌｍは米国では、ニュージャージーに本拠を置くＳｅｎｓｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ＬＬＣ  ｏｆ  ＭａｄｉｓｏｎによってＰＲＥＳＳＵＲＥＸ（登録商標）という製品名で供給されている。光応答性インディシア（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｉｎｄｉｃｉａ）のこの例では、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このポリエチレンテレフタレートフィルムは一方では、圧力検知接着剤を含み、そして他方では、所定の大きさの力で破裂するマイクロカプセル化色素を含み、これによって接触領域における圧力変化を示す瞬時の不変の高分解能形状像が形成される。破裂する種々のマイクロカプセル剤の量は、作用力の関数として変化するので、像の色強度は媒体への作用力の大きさに直接関連する。基準となる圧力検出媒体は７つの圧力範囲に分類された形態で入手することができるので、０．２ＭＰａ〜１３０ＭＰａ（メガパスカル）の力を測定することができる。これにより系を調整することができるので、固有の色パターンが所定の力が媒体に加わるときに現われる。例えば、１ＭＰａの力によって第１の色パターンが形成され、そして１０ＭＰａの力によって、第２の固有の識別可能なパターンが形成される。他のインディシアを使用して、０．０１〜３００ＭＰａの範囲の力を測定することができる。
【００１２】
次に、図１によれば、かつ図２に示すフローチャートによれば、アクリルポリマー厚膜誘電体のような誘電体材料１３０を圧力検出媒体の上にグラフィックアート印刷機（ｇｒａｐｈｉｃ  ａｒｔｓ  ｐｒｅｓｓ）を使用してコンタクト印刷する（工程２１０）。一つのタイプの印刷誘電体は、キャパシタの内側誘電体層を形成するために使用することができる材料である。我々の発明による方法を使用して形成することができる他のタイプの印刷電子素子は、抵抗体、インバータ、リングオシレータ、及びトランジスタを含む。圧力検出媒体１２０は通常、フィルムキャリア基板１１０に圧力検知接着剤を利用して積層される、または圧力検出媒体１２０はフィルムキャリア基板にコーティングする、または塗布することができる。適切な印刷技術の幾つかの例が、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、及びフレキソ印刷法である。印刷プロセスを行なっている間、印刷機のヘッドが圧力検出媒体１２０に所定の大きさの力で衝突し、所定の大きさは通常、誘電体材料の所望パターンが選択領域に形成されるように予め決定された大きさである。コンタクト印刷では通常、プラテン（圧盤）を用い、プラテンには印刷対象の材料のインクを、或るパターンになるように染み込ませ、そして次に、プラテンを基板に所定の大きさの力で接触させる。高速グラフィックアート印刷技術に深い知識を持つ当業者は、印刷像（この場合は、印刷誘電体材料）の品質が幾つかの変数によって決定され、最も重要な一つの変数が、基板に接触するために使用される力（接触ヘッドの圧力）の大きさであることが理解できるであろう。すなわち、圧力（力）の大きさが小さいと、薄いコーティングが形成され、力を大きくすると厚い材料が、非常に厚いコーティングが高圧で形成されるまで作製され続ける。グラフィックアート産業とは異なり、電子産業において使用される材料は多くの場合、無色または透明であるので、視覚強度を印刷厚さの指標として使用するということができない。印刷キャパシタにおける容量材料の厚さは、仕上げ製品の容量値に直接影響するので、印刷材料の厚さは、高精度に制御し、そしてモニタリングして、キャパシタが厳密に、指定された値どおりになることを保証する必要がある。コンタクト印刷機の圧力を単に調整するだけでは、厚さが正しい値になることが保証されず、かつコンタクト印刷機の圧力を単に調整する手法が、進行中の方法となることにより厚さを制御するということができない。圧力検出媒体は、作用力の強さに直接比例して応答する（工程２２０）が、その理由は、マイクロカプセル剤が圧力を受けて破裂して色素を放出し、そして作用力の大きさを表わすパターンまたは像を形成するからである。光応答媒体によって形成されるパターンの色またはサイズは、印刷材料を介して公知のコンピュータ視覚化検査システムを使用して測定されて、印刷材料の厚さに関する閉ループフィードバックを提供する。印刷誘電体材料に関して得られるコンピュータ視覚化検査像を、圧力検出媒体に作用する厳密に校正された力を使用して予め作成された一つ以上のセットの標準像と比較し（工程２３０）、そしてコンタクト印刷機によって基板に実際に加わった力の大きさを、こ��ようにして正確に導出することができる。一旦、使用された力の大きさが導出されてしまうと、印刷誘電体材料の厚さが次に、第２のセットの標準を参照することにより導出される。第１のセットの標準と同様に、これらの標準は実験的に、既知の実証された材料を実験室条件で使用して導出されている。図３は、印刷誘電体の厚さを、選択誘電体材料を基板に印刷するために使用される力の関数として表わすグラフである。３ミクロン未満〜７ミクロン超の印刷厚さの間では、厚さの変化はほぼ直線的であり、実際に堆積した材料の量を、圧力検出媒体に加わる力の大きさを単純に測定することにより正確に測定することができることを明記したい。一旦、厚さが正確に導出されてしまうと、材料の容量を、印刷容量材料の計算された厚さ、印刷容量材料の表面積、及び容量材料の誘電率に基づいて計算する（工程２４０）。容量は：次式によって計算することができる。
【００１３】
Ｃ＝（Ｅ０ｘＫｘＳ）／Ｔ
上の式では、Ｃは印刷誘電体材料の容量であり、Ｅ０は８．８ｘ１０−１２ファラド／メートル（真空誘電率）であり、Ｋは印刷誘電体材料の誘電率であり、Ｓは、平方メートルで表わされる印刷誘電体材料の面積であり、そしてＴは、測定される力に基づいて計算される印刷誘電体材料の厚さである。図４は、図３に示される選択キャパシタに関して、容量を印刷誘電体の厚さの関数として表わしたグラフである。
【００１４】
次に、図５によれば、誘電体材料を圧力検出用インディシア（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｉｎｄｉｃｉａ）にコンタクト印刷する場合に形成される像の定型化表現は矩形パターンであり、基板に接触するために使用される力によって色素が、印刷材料の厚さを決定する強度を有するパターンを形成するようになる。この図面では、相対的に暗い領域は相対的に大きい力を示し、そして相対的に明るく、かつ相対的に陰影の薄い領域は相対的に小さい力を示す。
【００１５】
要約すると、印刷電子素子の電気的特性値は、光学検査手段を使用して、誘電体材料をコンタクト印刷するために使用される力の大きさを間接的に測定し、次に、印刷材料の厚さを、計算される力を参照して計算することにより間接的に導出することができる。一旦、厚さ、面積、及び誘電率が判明すると、電気的特性値を計算することができる。
【００１６】
本明細書ではこれまで、本発明の特定の実施形態について説明してきた。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、以下の請求項に示す本発明の範囲から逸脱しない限り加え得ることが理解できるであろう。例えば、一連の導電パターンまたは回路配線をキャリア基板に銀充填インク、カーボン充填インク、または真性導電性ポリマーインクを幾つかの従来の方法のうちのいずれか一つの方法で使用して印刷することにより、抵抗体またはキャパシタを選択位置に形成することもできる。従って、本明細書及び図は制限的な意味ではなく例示として捉えられるべきであり、そして全てのこのような変形は本発明の範囲に包含されるべきものである。効果、利点、問題解決法、及びいずれかの効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にし得る全ての要素（群）が、いずれかの請求項または全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴または要素であると解釈されるべきではない。本発明は、本出願の係属中に為される全ての補正を含む添付の請求項、及び発行されたこれらの請求項の全ての等価物によってのみ規定される。
【図１】
2010511292.tif 000003
【図２】
2010511292.tif 000004
【図３】
2010511292.tif 000005
【図４】
2010511292.tif 000006
【図５】
2010511292.tif 000007
【国際調査報告】
2010511292.tif 000008