(57)【要約】本発明は、（ａ）受け取り基板（４）を提供するステップと、（ｂ）一方の面が固体金属膜で形成された被膜（５１）を有する透明基板（５０）を含むターゲット基板（５）を提供するステップと、（ｃ）液体の形態の膜のターゲット領域内で金属の融点に達するように、第１のレーザ（８）を用いて透明基板（５０）を通して膜（５１）に局所的に照射するステップと、（ｄ）ターゲット領域に液体ジェットを形成し、溶融金属の形態で基板から液体ジェットを射出するために、ステップ（ｃ）で規定されたターゲット領域上に第２のレーザを用いて透明基板を通して液体膜を照射するステップと、（ｅ）受け取り基板の規定された受け取り領域上に溶融金属の液滴を堆積させるステップであって、前記液滴は冷却するにつれて固化するステップとを含むレーザ印刷方法に関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）受け取り基板（４）を提供するステップと、
（ｂ）一方の表面に固体金属膜からなる被膜（５１）を有する透明基板（５０）を含むターゲット基板（５）を提供するステップと、
（ｃ）前記膜のターゲット領域内の金属が溶融温度に達して液体の形態となるように、第１のレーザ（６）を用いて前記透明基板（５０）を通して前記膜（５１）に局所的に照射するステップと、
（ｄ）前記ターゲット領域に液体ジェットを形成し、溶融金属の形態で基板から射出させるために、ステップ（ｃ）で規定された前記ターゲット領域上に第２のレーザを用いて前記透明基板を通して前記液体膜に照射するステップと、
（ｅ）規定された受け取り領域にわたって溶融金属の液滴を受け取り基板上に堆積するステップであって、前記液滴は冷却時に固化するステップとを含むレーザ印刷方法。
【請求項２】
前記第１のレーザは、連続波レーザ又は長パルスレーザである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のレーザは、短パルスレーザである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｃ）〜（ｅ）は、連続するターゲット領域及び受け取り領域に対して繰り返される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｃ）〜（ｅ）は、同じターゲット領域及び受け取り領域に対して繰り返される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット基板の透明基板は、ガラス又は石英で作られている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属膜は、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又はそれらの合金からなる群から選択される金属を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属膜の厚さは、５０ナノメートル〜１０マイクロメートルの間にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器のための印刷技術の分野に関し、より詳細には、レーザ印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブル基板上の電子回路の開発は、（特に、ヘルスケア、物流、及び流通の分野において）接続されたデバイス（装置）及びオブジェクト（物体）及びそれらのアプリケーションの開発にとって重要なステップである。これらのオブジェクトの製造は、相互接続に関連する問題に応答するために、多数の異なる技術的ステップ（特に、導電性マイクロスケール又はマイクロメトリックな構造物の印刷）を必要とする。
【０００３】
定義することができるエレクトロニクス用の印刷技術には、次の２つのファミリーが存在する。
・彫刻されたローラー又はマスクの調製を必要とする従来の印刷技術（例えば、フレキソ印刷やオフセット印刷）に由来する非常に高速な技術で、単一のデザインのみではあるが非常に高速に印刷できる。
・はるかに遅いが、コンピュータによって印刷されるデザインの直接制御を確実にする能力を提供するデジタル技術。現在までに最も普及している様式（モダリティ）はインクジェット技術であるが、エアロゾルジェット印刷及びレーザ印刷についても言及することができる。
【０００４】
インクジェット技術は、研究センターで広く使用されている。それは、幅が数十マイクロメートルで厚さが１マイクロメートル未満の構造物の印刷を可能にする。
【０００５】
その主な制限は、高速時に印刷の精度と解像度を制限するプリントヘッドの機械的な動作に関連している。
【０００６】
この方法は、低粘度のインクのみを転写することができ、これは、高電流用途のために厚い導電性構造体を印刷する可能性を制限する。
【０００７】
最後に、プリントヘッドの詰まりの危険性は重要であり、インクのコストは高く、この方法はアニーリングステップを必要とする。
【０００８】
実際に、インクジェットによる金属導電性ラインの印刷は、銀又は銅のナノ粒子ベースのインクの転写、続いて溶媒を蒸発させ、金属粒子を共に融合させるためのアニーリングステップによって行われる。
【０００９】
従って、インクジェット技術は、特定のタイプの堆積物に非常に関連性があるが、その欠点は、（特に、電気的接続の分野において）その範囲を厳しく制限する。
【００１０】
銀又は銅のナノ粒子ベースのインク滴のレーザ印刷を可能にする別の方法も開発されている。これはＬＩＦＴ（Ｌａｓｅｒ − Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ：レーザ誘起前方転写法）として知られているプロセスである。
【００１１】
図１は、このプロセスの基盤となる原理を概略的に表している。レーザパルスは、透明基板を通してナノ粒子インクの層に照射する。これは、キャビテーション気泡及び液体ジェットの形成を誘発する。前記ジェットは、それが膜に面するように配置された受け取り（レシーバ）基板上に液滴を形成するまで延びる。
【００１２】
このＬＩＦＴプロセスにより、直径が約２０マイクロメートルと小さく、数百ナノメートルの厚さを有する液滴を印刷することが可能になった。より高い粘度を有する導電ペースト又はインクの使用も可能であり、数ミクロンの厚さの構造体を印刷する能力を提供している。これらの液滴の並置は、種々の異なるタイプの基板（特に、ポリマー及びフレキシブルな材料）上で、より高粘度のインクが使用される場合に、２Ｄ及び更には３Ｄの構造体を印刷することを可能にする。高い繰り返し速度及び適切な光学系を有するレーザを使用することにより、幅２０ミクロン（μｍ）の導電性ラインを４ｍ／ｓの速度で印刷する手段が提供されている。
【００１３】
米国特許第６，８１５，０１５号は、レオロジー流体（例えば、インク）で覆われた１つの表面を有する基板を用いて操作的に実施されるこの種の方法を開示している。
【００１４】
インクジェット技術と比較したときのこのレーザ印刷プロセスの主な利点は以下の通りである。
・プリントヘッドの機械的な動きがないため、精度がより高い。
・広い粘度範囲（１ｍＰａ・ｓ［ミリパスカル秒］〜１０５ｍＰａ・ｓ）にわたってインクを印刷でき、従って、かなり高い強度の電流を伝導させるためのより太い線を印刷できる。
・インクジェットプロセスに固有のプリントヘッドの目詰まりに関連する問題が排除される。
・より細い線（厚さが１５μｍ未満）が製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、この方法ですべての問題が解決されるわけではない。
【００１６】
特に、高解像度で欠陥（例えば、デブリ又はサテライト）のない導電性ラインを製造する唯一の方法は、厄介でコストがかかり、アニーリングステップを必要とする金属ナノ粒子インクを転写することである。
【００１７】
これらのステップはまた、典型的には１２０℃を超える温度に耐えられない低コストの基板の使用を妨げるため、制限要因でもある。
【００１８】
更に、このレーザ印刷プロセスは、ドナー基板の調製である追加の制約を生成する。これは、厚さが数マイクロメートルから数十マイクロメートルの間で測定される均一なインク膜の調製を含み、その特性は、溶媒の蒸発のために経時的に変化し、従って継続的に更新しなければならない。
【００１９】
この方法はまた、一方の表面に金属層が設けられた透明な基板を使用して操作可能に実施することができる。
【００２０】
特に引用することができる文献は、中間部分のネットワークに分割された金属層が設けられた基板を開示している欧州特許第０  ８６２  ７９１号である。基板を通して向けられたレーザビームは、中間部分の急速な溶融及び溶融した液滴の形態の基板の解放（リリース）を引き起こす。
【００２１】
また、Ｇｒａｎｔ−Ｊａｃｏｂらによる文献「自動ドナー補充を用いたミクロンスケール銅線印刷フェムト秒レーザ誘起前方転写法（Ｍｉｃｒｏｎ − ｓｃａｌｅ  ｃｏｐｐｅｒ  ｗｉｒｅｓ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｌａｓｅｒ − ｉｎｄｕｃｅｄ  ｆｏｒｗａｒｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｄｏｎｏｒ  ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）」（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、２０１３年６月、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．６）を参照することができる。この文献は、１つの金属滴の生成を可能にするために、単一のレーザパルスが金属膜を局所的に溶融するのに十分であることを指摘している。金属滴は、受け取り基板上に堆積される。冷却すると、この液滴は固化し、アニーリングステップを必要とすることなく、固体金属の伝導特性を回復する。
【００２２】
これは、液体膜を用いて効果的に実施される同様のプロセスと比較して有利である。
【００２３】
しかしながら、上述の論文によって示されているように、このプロセスにはいくつかの欠点があり、特に、１つの金属滴を射出するのに必要なエネルギーは、除去することが実質的に不可能である多くのサテライトを射出するのに十分な大きさでもある。従って、このアプローチは、マイクロエレクトロニクス領域において大部分の応用と適合しない高い粒子汚染を誘発する。
【００２４】
従って、本発明の目的は、高い解像度を得ることを可能にし、アニーリングステップを回避することを可能にしながら、操作上容易に実施され、かつ再生産性があることによって、既知のプロセス及び方法の欠点を克服するレーザ印刷方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
従って、本発明は、
（ａ）受け取り基板を提供するステップと、
（ｂ）一方の表面に固体金属膜からなる被膜を有する透明基板を含むターゲット基板を提供するステップと、
（ｃ）前記膜のターゲット領域内の金属が溶融温度に達して液体の形態となるように、第１のレーザを用いて前記透明基板を通して前記膜に局所的に照射するステップと、
（ｄ）前記ターゲット領域に液体ジェットを形成し、溶融金属の形態で基板から射出させるために、ステップ（ｃ）で規定された前記ターゲット領域上に第２のレーザを用いて前記透明基板を通して前記液体膜に照射するステップと、
（ｅ）規定された受け取り領域にわたって溶融金属の液滴を受け取り基板上に堆積するステップであって、前記液滴は冷却時に固化するステップとを含むレーザ印刷方法に関する。
【００２６】
有利には、第１のレーザは連続波レーザ又は長パルスレーザであり、第２のレーザは短パルスレーザである。
【００２７】
ステップ（ｃ）及び（ｅ）は、連続するターゲット領域及び受け取り領域に対して繰り返すことができる。
【００２８】
ステップ（ｃ）〜（ｅ）は、同じターゲット領域及び同じ受け取り領域に対して繰り返すことができる。
【００２９】
ターゲット基板の透明基板は、ガラス又は石英で作ることができる。
【００３０】
金属膜は、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又はそれらの合金からなる群から選択することができる金属を含む。
【００３１】
金属膜の厚さは、特に、５０ナノメートル〜１０マイクロメートルの間に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、以下に続く、添付図面を参照して提供される説明を検討することにより、より明確に理解され、本発明の他の目的、利点、及び特徴的な構成がより明らかになるであろう。
【図１】液体膜を含むターゲット基板に適用されるＬＩＦＴ法の基礎をなす原理を概略的に示す。
【図２】ＬＩＦＴ法の操作の実行中に、レーザの作用下で液体膜の内部に生じる現象を図式的に示す。
【図３】本発明に係る方法を効果的に実施するために使用される装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１を参照して、最先端技術で知られているＬＩＦＴ法の基礎をなす原理についてここで説明する。
【００３４】
従って、図１ａは、レーザエネルギー１０を生成することができるレーザエネルギー源１を示している。
【００３５】
それはまた、透明基板２０と、液体膜から構成される被膜２１とを含むターゲット基板２を示している。
【００３６】
図１ａはまた、受け取り基板３を示している。
【００３７】
ターゲット基板２は、レーザエネルギー源１と受け取り基板３との間に配置される。
【００３８】
更に、被膜２１は、受け取り基板３と対向するように配置された基板２０の表面上に形成される。従って、被膜２１は、基板２０と接触する表面２１０と、受け取り基板３に直接対向する基板２１１とを含む。
【００３９】
この被膜２１は、銀又は銅のナノ粒子ベースのインクによって構成することができる。
【００４０】
ターゲット基板２及び受け取り基板３が図１ａに示すように配置されると、レーザエネルギー源１によって被膜２１が照射される。
【００４１】
この照射段階では、レーザエネルギー１０は、被膜２１の規定されたターゲット領域に到達するように、レーザによって透明基板２０を通過する。
【００４２】
レーザエネルギー１０は、被膜２１内に存在する少量の流体を局所的に加熱するのに十分である。
【００４３】
次に、流体滴（液滴）の形成方法を示す図２ａを参照する。
【００４４】
図２ａは、透明基板２０を通過するレーザエネルギー１０と、膜２１の規定されたターゲット領域内での蒸気２２の生成を示す。
【００４５】
この蒸発した流体の量は、ターゲット領域に過度の圧力を発生させ、この同じターゲット領域に存在する非蒸発流体を基板２０から押し出す。
【００４６】
図２ｂ〜図２ｄは、キャビテーション気泡２３と液体ジェット２４の形成ステップを概略的に示している。
【００４７】
この液体ジェットは、受け取り基板３の規定された受け取り領域上に液滴２５を形成する点まで次第に延びている（図１ｂ）。
【００４８】
次いで、アニーリングステップが実行される。
【００４９】
ここで、本発明に係る方法を操作的に実施するために使用される装置を概略的に示す図３を参照する。
【００５０】
本方法は、まず、受け取り基板４及びターゲット基板５を提供することを要求し、このターゲット基板は、透明基板５０を含み、その一表面５０１は、ここでは固体金属膜で構成される被膜５１を有する。
【００５１】
図３に示すように、受け取り基板及びターゲット基板は、被膜５１が受け取り基板４に直接対向するように配置される。
【００５２】
本装置は、その一部に第１のレーザ６と第２のレーザ７を備え、ビームの動きは光学系（例えば、光学式スキャナ８）によって制御される。
【００５３】
図３に示すように、スキャナ８は、第１のレーザ６又は第２のレーザ７を起源とするレーザエネルギーを、膜５１とは反対側の基板５０の表面５００上に伝えることができるように位置決めされる。
【００５４】
本発明に係る方法は、まず、第１のレーザ６を用いて透明基板５０を通して膜５１を規定されたターゲット領域上に局所的に照射することからなる。
【００５５】
この第１のレーザは、連続波又は長パルス型である。これは、特に、時間に基づいてビームを変調することができる連続赤外線ダイオードレーザである。
【００５６】
照射されたターゲット領域では、膜は金属の溶融温度に達し、こうして透明基板５０上に液体形態で見出される。
【００５７】
照射領域が液体形態にある場合、第２のレーザ７が透明基板５０を通してこの同じターゲット領域に照射するように装置が制御される。
【００５８】
この第２のレーザ７は、短パルス型である。一例として、この第２のレーザは、赤外線ピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ、又はナノ秒レーザである。
【００５９】
それは、図１及び図２に関連して先に説明したように、液体ジェットの形成及び受け取り基板４上の溶融金属の液滴の堆積を誘発する。
【００６０】
これらのステップは、溶融金属膜が液体膜のように挙動するので、詳細には説明しない。従って、本方法のこのステップは、図１及び図２を参照して説明したＬＩＦＴ法と同様に実行される。
【００６１】
受け取り基板４上に堆積されると、溶融金属の液滴は冷却され、こうして固化する。その後、それは、アニーリングステップを必要とすることなく、固体金属の伝導特性を回復する。
【００６２】
従って、本発明に係る方法は、２つの異なるレーザを使用することによって、液相及び固相における転写の利点を組み合わせる能力を提供する。
【００６３】
従って、この方法は、低コストの受け取り基板の使用を制限するアニーリングステップを排除することによって、安価な材料から接続ラインを製造することを可能にする。
【００６４】
従って、それは、より安価な基板の使用を可能にし、アニーリングステップを排除することにより、製造コストを大幅に低減することを可能にする。それはまた、液体膜で得られる解像度に匹敵する解像度を得る能力も提供し、従って、この解像度はインクジェット印刷法で得られる解像度よりも優れている。更にそれは、単一のレーザパルスによる固相印刷の場合のようなデブリの発生を回避することを可能にする。
【００６５】
この方法は、ディスプレイ用のフレキシブル回路の製造に応用することができるが、集電極を製造するために太陽電池の領域で使用することもできる。
【００６６】
このタイプのアプリケーションでは、薄膜の脆弱性を尊重するために、非接触であり製品に適合する方法によって、強い電流に必要な数マイクロメートルの厚さの印刷接続ライン用ソリューションは、現時点では存在しないことに留意すべきである。
【００６７】
この方法はまた、任意のタイプの材料を印刷し、ナノスケールの寸法を達成する可能性を開く。事実、印刷されたピクセルのサイズは、レーザのフルエンスによって制御されるが、大部分は液体膜の厚さによっても制御される。デュアルパルスレーザを効果的に実施する本発明に係る印刷方法は、ナノスケールの厚さの液体膜の製造を提供し、従って直径数十ナノメートルのピクセルの印刷を可能にする。これはプラズモン構造とフォトニック結晶を達成するための道筋を明確にする。
【００６８】
特許請求の範囲に記載された技術的特徴的構成の後に挿入された参照符号は、特許請求の範囲の理解を促進することのみを目的としており、決してその範囲を限定するものではない。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
2018524794.tif 000011
2018524794.tif 000012
2018524794.tif 000013
2018524794.tif 000014