(57)【要約】電気部品（１００）を製造する方法は、外表面（１０８）を有する絶縁基板（１０４）を提供する工程と、被覆層を前記外表面に塗布する工程と、前記被覆層（１０６）に電子ビーム（１１０）を照射して前記基板上に導電体（１０２）を形成する工程とを含む。前記照射は、前記被覆層を加熱して前記被覆層を溶融し前記導電体を形成することを含む。前記被覆層は、低結合剤濃度と高金属濃度を有する。前記照射は、前記結合剤の実質的に全てを気化して実質的に純粋な金属の層を残して前記導電体を形成することを含む。前記被覆層は、前記被覆層の非金属材料が完全に除去されるまで、照射される。
2015530760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品（１００）を製造する方法（２００）であって、
前記方法は、
外表面（１０８）を有する絶縁基板（１０４）を提供する工程（２０２）と、
前記外表面に被覆層（１０６）を塗布する工程（２０４）と、
前記被覆層に電子ビーム（１１０）を照射して前記基板上に導電体（１０２）を形成する工程（２１０）を備える方法（２００）。
【請求項２】
前記被覆層（１０６）に前記照射する工程（２１０）は、前記被覆層を加熱して前記被覆層を溶融し、前記導電体（１０２）を形成する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項３】
前記被覆層（１０６）は、金属前駆体を含み、
前記被覆層に前記照射をする工程（２１０）は、前記被覆層に照射して前記金属前駆体を金属に化学的に還元して前記導電体を形成することを備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項４】
更に、前記被覆層に照射することに先立って、前記被覆層の融点未満の温度に前記被覆層（１０６）を予加熱する工程（２０６）を備え、
前記被覆層に前記照射をする工程（２１０）は、前記被覆層を前記被覆層の前記融点を越える温度に加熱する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項５】
前記被覆層（１０６）を前記塗布する工程（２０４）は、結合剤と金属濃度の組合せを有する被覆層を塗布する工程を備え、
前記被覆層に前記照射をする工程（２１０）は、前記結合剤の実質的に全てを気化して実質的に金属の層を残して前記導電体（１０２）を形成する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項６】
前記被覆層（１０６）を前記塗布する工程（２０４）は、金属前駆体を有する被覆層を塗布する工程を備え、
前記被覆層に前記照射をする工程（２１０）は、前記金属前駆体を前記電子ビームの電子と反応させて前記被覆層を導電性構造体に変換する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項７】
前記被覆層（１０６）に前記照射をする工程（２１０）は、前記被覆層の異なる部分に異なるように照射して前記導電体（１０２）に抵抗器（１３１）を形成する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項８】
前記被覆層（１０６）に前記照射をする工程（２１０）は、前記被覆層の性質に基づいて前記電子ビーム（１１０）の動作パラメータを制御する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記被覆層（１０６）に前記照射をする工程（２１０）は、前記被覆層の非金属材料が完全に除去されるまで前記被覆層に照射する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項１０】
前記被覆層（１０６）を前記塗布する工程（２０４）は、前記被覆層を前記基板の前記外表面に直接印刷する工程を備える請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項１１】
更に、前記照射プロセス中に、前記被覆層を接地する工程を備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
電気部品（１００）であって、
外表面（１０８）を有する絶縁基板（１０４）と、
前記外表面に選択的に塗布される被覆層（１０６）と
を備え、
前記被覆層は、前処理状態に構成され、
電子ビーム（１１０）の照射後の後処理状態において、前記被覆層は、前記前処理状態から前記後処理状態に変換され、電子ビームが前記照射プロセス中に前記被覆層を少なくとも部分的に透過して前記被覆層を変換する電気部品（１００）。
【請求項１３】
前記被覆層の非金属材料含有量は、前記後処理状態におけるよりも前記前処理状態においてより高く、
前記非金属材料の少なくとも幾つかは、前記電子ビームによる前記照射プロセス中に除去される請求項１２に記載の電気部品。
【請求項１４】
前記被覆層は、前記基板に塗布される時に、低い結合剤濃度を有し、前記結合剤の実質的に全てが前記電子ビームによる前記照射プロセス中に除去される請求項１２に記載の電気部品。
【請求項１５】
前記被覆層の前記材料は、前記電子ビームによる前記照射プロセス中にナノメートルスケールで混合される請求項１２に記載の電気部品。
【請求項１６】
前記基板は、非金属であり、
前記被覆層は、前記基板上に印刷され、前記基板上で前記電子ビームによって処理される請求項１２に記載の電気部品。
【請求項１７】
前記電子ビームは、前記被覆層の前記材料に照射して前記層内に導電性を達成するために使用される請求項１２に記載の電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書の主題は、一般的に、電気部品並びに電気部品を製造する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板のような電気部品は、典型的には、基板に塗布される被覆層を有する。回路基板に対して、この被覆層は、回路基板上に導電性トレース又は回路を画定したり、電気部品の電気的性質を向上するために使用されたりする。被覆層は、電気部品の導電性を向上すること、および回路基板上に組み立てられる部品同士間の電気接続を提供すること等によって、電気的性質を向上できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
被覆層は、基板に塗布された導電性金属構造体である。そのような層の塗布は、典型的には、マスクを使用することによる導電性金属構造体の付着（例えば、真空蒸着、スパッタリング、化学蒸着、めっき）又は金属ペーストやインクを基板上に印刷した後の熱的後処理によって達成される。これらの従来の塗布プロセスには問題がある。例えば、ガス相からの付着における導電性金属構造体の最小の製造可能機能サイズは、使用されるマスクの構造体サイズ（通常、ミリメートル以上の次数）によって制限され、且つ使用される材料の大部分は、実際の被覆のために利用されず、従って、費用をかけてリサイクルされなければならない。加えて、印刷され、従来のように熱的に処理された構造体（例えば、炉で）は、印刷が糊、結合剤、又は印刷に必要な流動性質を調節するための添加物のような非金属添加物の添加を必要とするために、純粋な金属に比較して、より下等な電気的性質を特徴とする。熱的後処理において、これらの添加物は、その層から部分的に除去されるに過ぎず、被覆層に、純粋な金属に近づく物のようなより高い金属含有量を有する被覆層よりもより低い電気的性質を持たせることになる。加えて、付着中又は熱処理中の熱応力が問題となる。ＭＩＤ（成形回路部品）及びＬＤＳ（レーザダイレクトストラクチャリング）のような幾つかの方法は、金属触媒を含む特殊なポリマーを使用する。そのようなプロセスにおける特殊材料の使用は高価であり、化学的被覆プロセスは非常に長い時間が掛かる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
その解決策は、ここで記述される電気部品を製造する方法によって提供される。この方法は、外表面を有する絶縁基板を提供すること、被覆構造体を前記外表面に適用すること及び前記被覆構造体に電子ビームを照射して前記基板上に導電体を形成することを含む。前記照射は、前記被覆層を加熱して前記被覆層を溶融して導電体を形成することを含むことができる。前記被覆層は、低結合剤濃度と高金属濃度を有することができる。前記照射は、前記結合剤の実質的に全てを気化して実質的に純粋な金属層を残して前記導電体を形成することを含むことができる。前記被覆層は、前記被覆層の非金属材料が完全に除去されるまで照射される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明は、添付の図面を参照して一例としてここに記述される。
【０００６】
【図１】導電体を基板に形成するために電気部品が処理されることを示す。
【０００７】
【図２】電子ビームを使用して選択的に付着された被覆層に照射して回路を画定する導電性トレースの形態で導電体を形成して製造される回路基板を示す。
【０００８】
【図３】例示的実施形態に係る電気部品形成システムを示す。
【０００９】
【図４】電子ビームの被覆層との相互作用を示す。
【００１０】
【図５】電気部品を製造する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本書に記述される実施形態は、被覆層に電子ビームを照射して導電体を基板上に形成することを含む電気部品を製造する方法を含む。本書に記述される実施形態は、電子ビームを使用して基板上の被覆層に照射して被覆層を変換し被覆層の１つ以上の電気的性質を向上するシステムを含む。本書に記述される実施形態は、電子ビームからのエネルギーによって変換されて被覆層の電気的性質を向上して導電体を形成する被覆層を有する電気部品を含む。
【００１２】
本書に記述される実施形態は、上に回路を形成する導電体を有する回路基板の形態を有する電気部品を含むことができ、これらの導電体は、電子ビームによって処理される。他のタイプの電気部品を本書に記述されるシステム及び方法を使用して製造することができる。
【００１３】
本書に記述される実施形態は、非断熱性電子ビーム処理技術を使用することによって高品質導電体を達成できる。例えば、熱は、被覆層の内側で素早く（例えば、マイクロ秒以内）発生されることができ、それは、被覆層を変換して被覆層の性質を向上する。その熱は、被覆層の化合物又は材料の幾らか又は全てを溶融又は再溶融するために使用されることができる。他の実施形態では、電子ビームの電子は、被覆層の材料と反応して被覆層を導電性構造体へ変換することができる。被覆層の材料の幾つかは、処理中の電子ビームによって分離されることや気化されることで被覆層の組成を変換することができる。被覆層のために使用される材料は、電子ビーム処理と良好に機能するように選択することができる。
【００１４】
本書に記述される実施形態は、被覆層の電子ビーム処理中に除去されるペースト又はインク（被覆層を基板に塗布するために使用される）から実質的に全ての残留非金属（例えば、有機物）材料を有する被覆層及び導電体を提供することができる。後処理された導電体は、密度が高く孔の無い金属被覆である。被覆層は、従来のペースト（例えば、加熱炉で処理されるペースト）よりも低い、それどころかはるかに低い非金属材料（例えば、結合剤）の初期濃度を有することができる。被覆層は、従来のペースト（例えば、加熱炉で処理されるペースト）で作られる部品よりも低い、それどころかはるかに低い非金属材料（例えば、結合剤）の最終濃度を有することができる。
【００１５】
本書に記述される実施形態は、高品質導電体を達成するために制御パラメータを向上又は選択できる。電子ビームの塗布された被覆層と基板との相互作用が考察される。例えば、金属インク組成を含むパラメータの相互作用、印刷技術（例えば、マイクロディスペンシング、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、エアロゾルジェット印刷やその他の印刷）や、電子ビームレベルが考察されてバランスが取られる。
【００１６】
本書に記述される実施形態は、電気部品の耐用年数を通して安定的な電気機械性能を提供するのに必要な性質を有する導電体を生成する。例えば、導電体は、低く安定した電気接触抵抗と腐食ガス又は高温曝露のような環境劣化要因に対する良好な抵抗を有することができる。電子ビームは、正確に制御されて導電体の高い空間分解能を可能にする。導電体の仕上げは、電子ビームプロセスと被覆層の材料によって制御されて望ましい性質を達成することができる。例えば、導電体は、層組成、膜厚、粗さ、形態、構造等のような適切な被覆品質を有することができる。
【００１７】
図１は、電気部品１００が処理されて基板１０４上に導電体１０２を形成することを示す。処理中に、被覆層１０６は、基板１０４の外表面１０８に塗布される。被覆層１０６は、照射源１１２から発生する電子ビーム１１０によって処理される。図１は、その処理の異なるステージすなわち異なる状態にある電気部品１００を示す。例えば、状態１２０では、電気部品１００の被覆層１０６は、前処理状態で示される。状態１２２では、電気部品１００の被覆層１０６は、処理状態で示され、電子ビーム１１０が少なくとも部分的に被覆層１０６を透過する。被覆層１０６は、照射されて被覆層１０６の材料の１つ以上の性質を変換する。被覆層１０６は、電気部品１００の回路のような導電構造体に変換されることができる。状態１２４で、電気部品１００の被覆層１０６は、電子ビーム１１０からの照射後の後処理状態で示される。
【００１８】
一例示的実施形態では、基板１０４は、非金属基板である。例えば、基板１０４は、ベース材料として、プラスチック材料、ＦＲ−４材料、セラミック材料、ガラスエポキシ材料、箔、半導体、又は他のタイプの誘電体材料である。基板１０４は、回路基板又はアンテナ構造体を形成するために使用することができる。図２をさらに参照すると、図２は、電子ビーム１１０を使用して選択的に付着された被覆層１０６に照射して回路を画定する導電性トレースの形態の導電体１０２を形成して製造される電気部品１００を画定する、一例示的実施形態に係る回路基板１３０を示す。任意ではあるが、被覆層１０６の異なる部分が、抵抗器１３１又は導電体１０２の１つ以上で抵抗器ネットワークを形成するためのように異なるように照射されることができる。抵抗器１３１は、導電体１０２を処理することや高抵抗を有する被覆層１０６を付着することによって形成することができる。抵抗器１３１は、照射中に、電子ビーム１１０のパラメータの変化によって導電体１０２パス又は回路に組み込まれてもよい。抵抗器の回路基板１３０への組み込み又は取り付けは必要ではない。
【００１９】
図１に戻って、前処理状態１２０で又はそれに先立って、被覆層１０６は、導電性又は金属インク又はペーストを外表面１０８へ印刷することによって塗布することができる。任意ではあるが、被覆層１０６が、外表面１０８へ直接に塗布されてもよい。或いは、１つ以上の層が、基板１０４と被覆層１０６との間に設けられてもよい。基板１０４は、被覆層１０６の外表面１０８への接着を向上するために、被覆層１０６を外表面１０８上へ印刷することに先立って、清掃、酸化物除去、化学的活性化が行われる。
【００２０】
一例示的実施形態では、被覆層１０６は、様々な形状及びサイズの金属粒子を含む。被覆層１０６は、印刷時の接着を促進するための結合剤や、金属粒子の凝集を防止するための界面活性剤を含むことができる（例えば、１乃至２重量％）。被覆層１０６は、印刷プロセス（単数又は複数）に必要な溶媒やその他の添加剤を含むことができる。任意ではあるが、回路層１０６は、例えば、１乃至１０重量％のレベルの更なるフラックス添加剤（例えば、市販のろう付け用フラックス、ホウ砂、及び四ホウ酸カリウム）を含有してもよい。フラックスは、電子ビーム１１０による後処理中に被覆層１０６の濡れ挙動を調整するために追加することができる。一例示的実施形態では、被覆層１０６は、高い金属濃度（例えば、５０重量％を超える）を有することができる。一例示的実施形態では、金属粒子は、１００％銀粒子とすることができる。他の実施形態では、金属粒子は、１００％銅粒子又はその他の高い導電性金属とすることができる。他の実施形態では、金、銅、ニッケル、錫、亜鉛、チタン、パラジウム、白金等や、それらの合金等のその他の種類の金属が使用されてもよい。被覆層１０６の材料は、金属に化学的に還元されることができる金属前駆体を含むことができる。例えば、塩化銀、塩化錫、硝酸銀等の金属塩、金属酸化物、及びその他の金属化合物を使用することができる。前駆体は、錫、亜鉛、銅、銀等の低融点を有する金属を含むことができる。金属又は合金の混合物を用いる場合、被覆層１０６に関して所望の特性すなわち性質を得るために電子ビーム処理中には金属間構造体を形成することができる。
【００２１】
一例示的実施形態では、被覆層１０６は、マイクロ粒子やナノ粒子の微小構造体である。任意ではあるが、被覆層１０６は、ＳｎとＡｇ粒子のような固体金属粒子と結合剤や、溶剤、フラックス混合物との混合粉末を含むことができる。金属粒子は、電子ビーム１１０で溶融されて材料が原子スケールで混合される溶液を発生する。任意ではあるが、被覆層１０６は、迅速に冷却されて素早くその溶液を固化して相分離と粒子成長を禁止する。良好な材料の混合を有し且つ素早い固化を有することによって、微細な材料の微小構造体をもたらす。任意ではあるが、異なるサイズと形状の金属粒子を使用してもよい。照射及び溶融プロセス中に金属粒子へ還元される前駆体（例えば、金属塩、金属酸化物）を使用することができる。任意ではあるが、基板１０４の材料と被覆層１０６の材料との間の相互拡散を減少するように、拡散障壁層を基板１０４と被覆層１０６との間に設けてもよい。
【００２２】
結合剤濃度は、金属粒子濃度に比較して、相対的に低くてよい（例えば、５重量％未満）。結合剤濃度は、従来の加熱炉の後処理用途で使用される従来のペーストに比較して相対的に低くてよい。結合剤濃度は、約２５重量％と５重量％との間であってもよい。或いは、結合剤濃度は、非常に低くて良い（例えば、１重量％未満）。結合剤の例は、デキストリン、ポリビニルブチラール樹脂（例えば、Ｂｕｔｖａｒ）、ヒドロキシプロピルセルロース（例えば、Ｋｌｕｃｅｌ（登録商標））、を含むが、他の実施形態では、他のタイプの結合剤が使用されてもよい。結合剤は、糊や他の添加物を含み基板１０４への塗布を容易にするための被覆材料の粘度を変化させることができる。
【００２３】
被覆層１０６は、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、エアゾルジェット印刷、マイクロディスペンシング、スピンコーティング、ワイピング塗布等のような種々の異なる印刷技術の１つによって塗布されることができる。印刷以外の他の塗布技術が他の実施形態で使用されて被覆層１０６を基板１０４に塗布してもよい。例えば、被覆層１０６は、紛末コーティング、スプレー塗布、浸漬、液浸又は他のプロセスによって塗布されることができる。塗布技術は、所定の回路トレースパスに沿うように、被覆層１０６を基板１０４に選択的に塗布することができる。印刷技術は、標準化されたパターンが基板１０４上に印刷されることを可能とし、その印刷は、バッチ印刷塗布又は連続リール印刷塗布で行うことができる。印刷技術は、ペースト又はインクの最小構造体サイズ、塗布される層の厚み、被覆層材料の組成等に従って選択することができる。
【００２４】
図３をさらに参照すると、図３は、例示的実施形態に係る電気部品１００に電子ビーム１１０を照射するために使用される電気部品形成システム１４０を示す。本システム１４０は、電子ビーム１１０を生成することができる電子ビームマイクロ溶接機であることができる。処理は、真空室１４２で実施される。照射源１１２の出力は、処理中に制御することができる。電子ビーム１１０のエネルギー密度は、処理中に制御することができる。電子の偏向速度は、処理中に制御することができる。最大加速電圧は、処理中に制御することができる。最大電子ビーム電流は、処理中に制御することができる。ターゲット上へのビームフォーカススポットサイズと深さは、処理中に制御することができる。電子ビーム１１０は、付着層の性質（例えば、層厚、層組成）及び被覆層１０６の材料の性質（例えば、密度、熱伝導性、化学組成）に基づいて制御することができる。被覆層１０６や基板１０４は、融点未満の温度まで加熱されて、材料同士を反応させることや層（単数又は複数）を焼結することによって、層（単数又は複数）の特性を変化させることができる。
【００２５】
システム１４０は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に類似する、ワークピースの電子ビーム画像を生成するために使用することができる後方散乱電子及び二次電子検出器の両方を装備できる。画像は、コンピュータを使用して画面上で生で見ること、又は保存することができる。システム１４０は、電子ビーム１１０をプログラムして画定されたパスをサンプル上で走査する又は画定されたパターンに照射するように照射源１１２の機能を制御するソフトウェアを含むことができる。電子ビームパスは、掃引パス、走査パス、スパイラルパス、又は他の不規則なパスであり得る。ソフトウェアは、連続移動リールのような、電子ビーム１１０の照射されたサンプルとの同期移動を可能とすることができる。このように、連続再溶融プロセスが可能である。任意ではあるが、システム１４０は、高い熱容量を有しターゲットと良好な熱接触に配置される厚いアルミニウム板ヒートシンクのようなヒートシンクを含むことができる。
【００２６】
図４は、電子ビーム１１０の被覆層１０６との相互作用を示す。電子ビーム１１０は、被覆層１０６の内側に焦点を合せる。電子ビーム１１０は、少なくとも部分的に被覆層１０６を透過する。一例示的実施形態では、ビームフォーカススポット１５０は、基板１０４内よりもむしろ被覆層１０６内にある。基板１０４の照射又は加熱は、被覆層１０６上に焦点を合される電子ビーム１１０を有することによって制限される。電子ビーム１１０は、被覆層１０６の材料に照射して被覆層内に導電性を達成するために使用される。電子ビーム１１０の衝突電子が被覆層１０６の材料によって散乱されるので、電子の運動エネルギーは、熱エネルギーに変換される。散乱確率は、電子のエネルギー、被覆層１０６の照射材料の密度、ビームフォーカス深さに等に依存し得る。任意ではあるが、電子ビームの透過深さは、０．５μｍと２０μｍとの間であり得る。一例示的実施形態では、散乱確率のエネルギー依存性の特徴は、発生熱密度の最大が材料の表面にはないが透過深さの約１／３にあることである。熱は、被覆層１０６の表面のみならず、その材料の内側でも発生される。電子の一部は、被覆層１０６から反射又は再射出される。そのような電子は、フィードバック制御システムを介して照射プロセスを制御するように、照射中に現場ＳＥＭ画像を発生するために利用されることができる。
【００２７】
発生する熱の出力は、固定加速電圧のための電子電流に依存する。加速電圧とビーム電流の積は、ビームに出力を与える。その出力は、電子電流や加速電圧を制御することによって調整することができる。照射プロセスを制御するように調整されることができる他のパラメータは、被覆層１０６のスポットで又はその近くでの照射の存続期間である。被覆層１０６の印刷材料は、発生された熱が材料をその融点及びその材料の溶融の潜熱まで加熱するために必要な熱エネルギーを越えると、溶融する。基板１０４に対して、被覆層１０６に焦点が当てられる熱エネルギーを有することは、非常に迅速に熱を発生し、被覆層１０６の溶融を発生する。任意ではあるが、基板１０４は、照射後の被覆層１０６から熱を素早く放散して溶融膜の高冷却率を可能とするためのヒートシンクとして働くことができる。迅速な加熱率と冷却率は、被覆層１０６によって形成される導電体の性質に影響を及ぼし得る。例えば導電体の硬度は、基板１０４がペーストに加えて加熱される加熱炉における熱硬化の典型である、被覆層１０６のゆっくりした加熱と冷却に対して、迅速な加熱と冷却ではより高くなり得る。加えて、ペーストに加えて基板が加熱されるので、加熱炉ではペーストを加熱するためにより多くの熱エネルギーが必要である。任意ではあるが、熱を被覆層１０６において主に又はそれのみに発生することができるので、感熱性基板１０４の使用が可能である。被覆層１０６の迅速な加熱と冷却は、熱伝導による基板１０４の過熱を回避できる。
【００２８】
結合剤は、典型的には、被覆層１０６における金属粒子よりも低い桁の質量密度を有するので、被覆層１０６における結合剤の体積百分率は非常により高い。例えば、加熱炉で硬化される用途で使用される典型的な従来のペーストは、２３重量％Ｂｕｔｖａｒ結合剤を有する９０Ａｇ／１０Ｍｏ材料であり、それは、高い結合剤濃度であり、非常に高い結合剤濃度のボーダーラインである。そのような従来のペーストは、約７５％の結合剤体積分率を有する。従来のペーストの高い結合剤濃度又は非常に高い結合剤濃度は、印刷構造体を基板上に確実に固定するために必要とされ、結合剤は、従来の加熱炉を使用する後熱処理で残る。
【００２９】
一例示的実施形態では、電子ビーム１１０での処理のために、被覆層１０６は、結合剤が照射のために電子ビーム１１０に対して基板１０４を転送するのに十分な長さ基板１０４へ接着される印刷被覆層１０６を保つために必要とされるに過ぎないので、そのように高い結合剤含有量を必要としない。例えば、結合剤含有量は、約１重量％であり、同様に体積百分率を大きく減少する。溶融後、被覆層１０６は、密になり、基板への良好な接着を有する。一例示的実施形態では、結合剤は、気化によって又は分解によって照射処理中に、被覆層１０６から実質的に全体的に除去されることが意図される。被覆層１０６において低濃度の結合剤を使用することによって、照射中に、結合剤のより迅速でより完全な気化又は除去が可能となる。高いペースト品質、高い印刷膜接着性、照射後の被覆層１０６の膜品質（例えば、照射後のカーボン残留物（炭化物）が低濃度）等のような性質を有する結合剤は、結合剤材料を選択する時に考慮される。結合剤の例は、デキストリン、ポリビニルブチラール樹脂（例えば、Ｂｕｔｖａｒ）、ヒドロキシプロピルセルロース（例えば、Ｋｌｕｃｅｌ（登録商標））を含むが、他の実施形態では、他のタイプの結合剤が使用されてもよい。一例示的実施形態では、結合剤の全て又は実質的に全てが電子ビーム１１０によって照射され、少量のカーボン残留物が残り、それは掻き落し又は他の処理技術によって除去することができる。
【００３０】
処理中、電子ビーム１１０の作用は、被覆層１０６の材料のタイプに基づいて変化し得る。例えば、その動作は、純粋な金属材料の使用の場合と金属前駆体の使用の場合とで異なっている。一例示的実施形態では、純粋な金属成分の場合、被覆層１０６の後処理と照射は、金属粒子が焼結する又は金属成分の少なくとも一部が溶融相になり、被覆層１０６が均質な金属層に融解するようにエネルギー密度と露出時間を調整することによって制御することができる。幾つかの実施形態では、焼結と後続の溶融を有する二段プロセスが可能である。非金属成分（例えば、結合剤）は、分離されるか気化されて純粋な金属層を残す。一例示的実施形態では、金属前駆体の場合、被覆層１０６の後処理と照射は、被覆層１０６への入熱によって間接的に又は金属前駆体の電子ビーム１１０の電子との相互作用によって直接的に金属前駆体が化学的に金属に還元されるようにエネルギー密度と露出時間によって制御することができる。非金属成分（例えば、結合剤）は、分離されるか気化されて金属層を残す。被覆層１０６は、前駆体が電子ビーム１１０によって化学的に変更される時に、均質な金属層に変換することができる。
【００３１】
被覆層１０６の内側で電子ビーム１１０によって発生される熱エネルギーは、電子ビーム１１０のパラメータを調節することによって制御することができる。低熱エネルギーと長照射時間で、被覆層１０６は部分的に溶融されるに過ぎず、基板１０４へ接合しない。低熱エネルギーと長照射時間で、被覆層１０６の粒子は焼結することができるに過ぎず、完全には溶融されない。そのような状況では、被覆層１０６は、基板１０４に良好には接着せず、時間経過に従って機械的に容易に変位され得る。低熱エネルギーではあるが短い照射時間では、被覆層１０６の一部は、照射で材料を跳ね飛ばすこと等によって、電子ビームによって除去することができる。より高いエネルギーでは、大きな湿潤除去ドロップ（滴状部）と三次元アイランド（島状構造部）が残り、好ましくない。エネルギーが高すぎる場合のような更により高いエネルギーでは、基板１０４は、被覆層１０６に加えて溶融して、より貧弱な電気的インターフェースを提供する。電子ビーム１１０のエネルギーレベルは、基板１０４の良好な被覆を有しながら基板１０４への過剰な損傷無しに被覆層１０６の溶融を達成するために制御されるべきである。
【００３２】
使用中、被覆層１０６の粒子の吹き付け又はスパッタリングは、任意のエネルギーレベルで発生する可能性がある。金属粒子の吹き付けの効果は、幾つかの物理的効果によって説明される。即ち、ａ）運動量移行、ｂ）静電効果、ｃ）電気力学的効果、及びｄ）熱力学効果である。粒子の吹き付けを減少するために、過剰な電荷を接地へ「流出」させるために、粒子間の充填剤が少ないほど粒子間の導電路の数が多くなるため、非金属成分の量は減少又は最小化されることができる。粒子の吹き付けを減少するために、被覆層１０６は、実際の溶融前に、より低いビーム出力が要求されるように、予加熱されることができる。例えば、被覆層１０６は、例えば、加熱炉、電子ビームの使用、又はその他の方法によって、被覆層１０６の融点未満の温度に予加熱されることができる。照射プロセス中、被覆層１０６は、次に、被覆層１０６の融点より高い温度に更に加熱される。粒子の吹き付けを減少するために、粒子間の接触が機械的であるほど、より多くの導電路が形成される可能性があるだけでなく、粒子同士を相対的に移動させる力が大きくなるため、粒子の吹き付けの効果を減少するために、より粒径の大きな材料の被覆層１０６が使用されるか、不規則な（非球形の）形状の粒子が使用されることができる。粒子の吹き付けを減少するために、例えば基板１０４を介して、熱伝導によって間接的に被覆層１０６の材料を加熱するように、走査即ち照射パターンが選択されることができる。粒子の吹き付けを減少するために、被覆層１０６の材料組成は、導電性及び熱伝導率を増すように、高い金属粒子密度や低い孔隙率を有することができる。
【００３３】
電子ビーム１１０での照射中に基板１０４の帯電の可能性を回避するために、被覆層１０６は接地することができる。電子ビーム１１０での照射中に基板１０４の帯電の可能性を回避するために、電子ビーム１１０は、電子照射を増加するように低加速電圧で動作することができる。電子ビーム１１０の照射中に基板１０４の帯電の可能性を回避するために、光（例えば、ＵＶ又はレーザ）は、被覆層１０６の光導電性を増加するように使用することができる。電子ビーム１１０での照射中に基板１０４の帯電の可能性を回避するために、被覆層１０６は、増加された圧力（例えば、アルゴン分圧）で処理することができる。
【００３４】
一例示的実施形態では、電子ビーム１１０によって発生する熱エネルギーの量のような電子ビーム１１０の制御は、被覆層１０６に沿って変えることができる。例えば、電子ビーム１１０の作用を、被覆層１０６の一部に比較して、被覆層１０６の他の一部に沿って変化させることによって、被覆層１０６の特性を変化することができる。例えば、抵抗器は、電子ビーム１１０のパラメータの変化によって導電体パス又は導電体回路に組み込むことができる。次に、抵抗器の組み付け又は取り付けは必要ない。一例示的実施形態では、照射源１１２は、約２ｋＷの電力で電子ビーム１１０を生成できるが、電子ビーム１１０は、他の実施形態では、それよりも多くても少なくてもよい。電子ビーム１１０は、約６０ｋＶの加速電圧を有することができるが、電子ビーム１１０は、他の実施形態では、それよりも多くても少なくてもよい。電子ビーム１１０は、約０．１５ｍＡと１５ｍＡとの間の電子ビーム電流を有することができるが、電子ビーム１１０は、他の実施形態では、約４０ｍＡのように、それよりも多くても少なくてもよい。被覆層１０６上のビーム焦点スポットサイズは、約１００μｍであることができるが、そのビーム焦点スポットサイズは、他の実施形態では、約３０乃至５０μｍの間のように、それよりも大きくても小さくてもよい。電子ビーム１１０は、約１２μｓ／スポットと１０００μｓ／スポットとの間の照射時間期間を有することができるが、電子ビーム１１０は、他の実施形態では、それよりも多くても少なくてもよい。
【００３５】
図５は、回路基板、アンテナ等のような電気部品を製造する方法２００を示す。この方法２００は、外表面を有する絶縁基板を提供する工程２０２を含む。その基板は、回路基板製造に使用されるためのような、プラスチック、ガラス、セラミック等のような絶縁性ベースを含むことができる。
【００３６】
方法２００は、被覆層を基板の外表面に塗布する工程２０４を含む。被覆層はペーストでもよいし、インクでもよい。被覆層は粉末でもよいし、他の形態を有していてもよい。被覆層は、基板上に回路トレース又は被覆のような高品質導電体を形成するために高濃度の金属粒子を含む。任意ではあるが、被覆層は、被覆層を基板に固定するために結合剤を含むことができる。結合剤濃度は、処理中に結合剤の実質的に全てを除去する意図があるので、低くて良い。被覆層は、後の工程で処理される金属酸化物又は金属塩のような前駆体を含むことができる。
【００３７】
被覆層は、被覆層を基板に印刷することによって塗布される（工程２０４）。例えば、被覆層は、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、エアロゾルジェット印刷することができる。覆層は、マイクロディスペンシング、スピンコーティング、ワイピング塗布、紛末コーティング、スプレー塗布、浸漬、液浸又は他のプロセスによって塗布することができる。被覆層は、基板の外表面に直接に塗布することができる。或いは、他の層が被覆層と外表面との間に設けられてもよい。
【００３８】
本方法２００は、被覆層を電子ビームで処理する等の他の処理工程に先立って、被覆層を予加熱する工程２０６を含む。被覆層は、他の処理工程に先立って、被覆層の融点未満の温度まで予加熱されることができ、その温度は、被覆層の融点を越える温度まで増加することができる。
【００３９】
本方法２００は、被覆層を電子ビームで処理する等の他の処理工程に先立って、被覆層を電気的に接地する工程２０８を含む。接地工程２０８は、電子ビームでの処理中に被覆層のスパッタリングを減少することができる。
【００４０】
本方法２００は、導電体を基板に形成するために被覆層に電子ビームを照射する工程２１０を含む。電子ビームは、被覆層の深さの約１／３から２／３のような被覆層内にスポット集束され、それによって、材料の表面のみならず材料の内側も熱を発生することが可能となる。電子ビームでの照射は、被覆層を加熱して被覆層を溶融し導電体を形成することができる。任意ではあるが、金属前駆体が被覆層に使用される場合等では、金属前駆体は、照射中に電子ビームが電子と相互作用して被覆層を導電構造に変換できる。電子ビームは、金属前駆体を金属に化学的に還元して導電体を形成できる。
【００４１】
照射工程２１０は、被覆層の結合剤又は非金属材料の実質的に全てを気化して実質的に純粋な金属層を残して導電体を形成する。被覆層は、被覆層の非金属材料が完全に除去されるまで照射される。照射プロセスは、結合剤の厚み、組成、濃度等のような被覆層の性質に基づいて電子ビームの動作パラメータを制御する等によって制御することができる。任意ではあるが、被覆層の異なる部分は、抵抗器を導電体内に形成する等のために異なるように照射することができる。電気部品は構造化された電気部品でもよい。例えば、電気部品の層は、構造化的方法で印刷され、電子ビームを介して照射されて層の内の１つ以上に予め画定された性質を得ることができる。電気部品は、平坦な構造体を画定する方法で表面に積層又は印刷されることができる。電子ビームは、層化された構造体の全ての又は選択された部分に照射し、次に、過剰な積層材料や印刷材料を除去することができる。
【００４２】
被覆層１０６を電子ビーム１１０で処理する、本書に記述される方法及びシステムは、電子部品のための高品質導電体を達成する。プロセスは、湿式化学技法無しで且つ環境への影響を少なくして実施することができる。電気部品を製造するための金属の消費は、他の製造技術に比較して減少することができる。プロセスは、被覆層１０６の高選択性と正確な配置を達成する。被覆層１０６と電子部品は、素早く処理され、連続リールツーリールシステムの一部又はバッチシステムとして処理することができる。処理された被覆層１０６によって画定される導電体は、標準手順に比較して向上した性質を提供する。例えば、導体は、導電性が増加し、熱伝導性が増加し、より良好な耐腐食性を有し、硬度が増加する等である。
【００４３】
当然のことながら、上記の記述は一例であって、制限的なものではない。例えば、上述の実施形態（やその態様）は互いに組み合わせて使用されることができる。更に、本発明の範囲から逸脱することなくその教示に特定の状況又は材料を適応させるために、多くの変更がなされることができる。寸法、材料の種類、様々な部品の向き、及び本書に記述された様々な部品の個数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義することを意図するものであり、決して限定するものではなく、例示的実施形態に過ぎない。本請求項の精神及び範囲内の多くの他の実施形態及び変形は、上記の記述を再検討することにより、当業者には明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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