(57)【要約】  電子デバイスを製造するための方法は、複数の接続部を一体形成してなる電子部品を有するダイを誘電体基板に固定する工程を有する。ダイを固定した後、誘電体基板と、一体形成された複数の接続部のうち少なくとも一つの一体形成された接続部と、の双方に導電性配線部がプリントされ、誘電体基板上の導電性配線部と電子部品とをオーミック接続させるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接続部を一体形成してなる電子部品を有するダイを誘電体基板に固定するダイ固定工程と、
前記ダイを固定した後、前記誘電体基板と、一体形成された前記複数の接続部のうち少なくとも一つの一体形成された接続部と、の双方に導電性配線部をプリントし、前記誘電体基板上の前記導電性配線部と前記電子部品とをオーミック接続させるようにする導電性配線部プリント工程と、を有することを特徴とする電子デバイスを製造するための方法。
【請求項２】
前記導電性配線部プリント工程は、前記誘電体基板と前記少なくとも一つの一体形成された接続部との双方に導電性材料の液滴を吐出する液滴吐出工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液滴吐出工程は、前記導電性材料を含むドナー薄膜に衝突する向きにパルス状レーザビームを照射する工程を含み、前記液滴は、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により吐出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記液滴吐出工程は、前記液滴が前記ダイに向かい前記誘電体基板の表面に対して傾斜角をなして吐出されるように前記パルス状レーザビームを照射する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記液滴吐出工程は、前記導電性配線部のトラックに沿って前記誘電体基板上に接着層を形成するように第１の融点を有する第１の金属を含む第１のドナー薄膜に衝突する向きに前記パルス状レーザビームを照射する工程と、次いで前記接着層の上に前記導電性配線部を構築するように前記第１の融点より高い第２の融点を有する第２の金属を含む第２のドナー薄膜に衝突する向きに前記パルス状レーザビームを照射する工程と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ダイは対向する上側部と下側部とを有しており、前記下側部は前記誘電体基板に固定されており、前記導電性配線部がプリントされた前記少なくとも一つの一体形成された接続部は前記上側部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記液滴吐出工程は、前記誘電体基板から前記少なくとも一つの一体形成された接続部までを前記電子部品の脇に沿って、吐出された前記液滴で柱状体を構築する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ダイは、対向する上側部及び下側部と、前記上側部及び前記下側部の間の複数の側部と、を有しており、前記下側部は、前記誘電体基板に固定されており、前記導電性配線部がプリントされた前記少なくとも一つの一体形成された接続部は、前記複数の側部のうち一つの側部上にあることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記液滴吐出工程の前に、前記誘電体基板からの前記液滴の跳ね返りを防止すべく該誘電体基板上に複数の孔を列状に形成する形成工程を更に有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により前記誘電体基板に向けて接着性材料の液滴を吐出することにより、該誘電体基板上に接着性ドットをプリントする接着性ドットプリント工程を更に有し、前記ダイ固定工程は、前記ダイを前記接着性ドット上に載置する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ダイは対向する上側部と下側部とを有しており、前記下側部は前記誘電体基板に固定されており、前記ダイが前記誘電体基板に固定された後に、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により前記ダイの前記上側部に向けて接着性材料の液滴を吐出する接着性材料吐出工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ダイ固定工程の前に、前記誘電体基板上の導電性材料がなかった場所に沿った線跡上に前記導電性配線部がプリントされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性配線部プリント工程は、前記少なくとも一つの一体形成された接続部の位置を自動的に検出する工程と、自動的に検出した前記位置に前記導電性配線部をプリントする工程と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘電体基板は可撓性ホイルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記可撓性ホイルは、ポリマー、紙及び織物からなる材料の群から選択された材料で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数の接続部を一体形成してなる電子部品を有するダイを誘電体基板に固定するように構成された配置部と、
前記誘電体基板と、該誘電体基板に固定された前記ダイにある一体形成された前記複数の接続部のうち少なくとも一つの一体形成された接続部と、の双方に導電性配線部をプリントし、前記誘電体基板上の前記導電性配線部と前記電子部品とをオーミック接続させるように構成されたプリント部と、を有することを特徴とする電子デバイスを製造するためのシステム。
【請求項１７】
前記プリント部は、前記誘電体基板と前記少なくとも一つの一体形成された接続部との双方に導電性材料の液滴を吐出するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プリント部は、前記導電性材料を含むドナー薄膜に衝突する向きにパルス状レーザビームを照射するように構成されているレーザを有し、前記液滴は、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により吐出されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プリント部は、前記液滴が前記ダイに向かい前記誘電体基板の表面に対して傾斜角をなして吐出されるように前記パルス情報レーザビームを照射するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記プリント部は、前記導電性配線部のトラックに沿って前記誘電体基板上に接着層を形成するように第１の融点を有する第１の金属を含む第１のドナー薄膜に衝突する向きに前記パルス状レーザビームを照射し、次いで前記接着層の上に導電性配線部を構築するように前記第１の融点より高い第２の融点を有する第２の金属を含む第２のドナー薄膜に衝突する向きに前記パルス状レーザビームを照射するように構成されている光学部を有することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ダイは対向する上側部と下側部とを有しており、前記下側部は前記誘電体基板に固定されており、前記導電性配線部がプリントされた前記少なくとも一つの一体形成された接続部は前記上側部に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プリント部は、前記誘電体基板から前記少なくとも一つの一体形成された接続部までを前記電子部品の脇に沿って、吐出された前記液滴で柱状体を構築するように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ダイは、対向する上側部及び下側部と、前記上側部及び前記下側部の間の複数の側部と、を有しており、前記下側部は、前記誘電体基板に固定されており、前記導電性配線部がプリントされた前記少なくとも一つの一体形成された接続部は、前記複数の側部のうち一つの側部上にあることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記液滴を吐出する前に、前記誘電体基板からの前記液滴の跳ね返りを防止すべく該誘電体基板上に複数の孔を列状に形成するように構成した表面準備を更に有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２５】
前記プリント部は、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により前記誘電体基板に向けて接着性材料の液滴を吐出することにより、該誘電体基板上に接着性ドットをプリントするように構成され、前記配置部は、前記ダイを前記接着性ドット上に載置するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ダイは対向する上側部と下側部とを有しており、前記下側部は前記誘電体基板に固定されており、前記プリント部は、前記ダイが前記誘電体基板に固定された後に、レーザ誘起前方転写ＬＩＦＴ）により前記ダイの上側部に向けて接着性材料の液滴を吐出するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ダイを固定する前に、前記誘電体基板上の導電性材料がなかった場所に沿った線跡上に前記導電性配線部がプリントされることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも一つの一体形成された接続部の位置を自動的に検出するセンサを更に有し、前記プリント部は、自動的に検出した前記位置に前記導電性配線部をプリントするように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記誘電体基板は可撓性ホイルを有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記可撓性ホイルは、ポリマー、紙及び織物からなる材料の群から選択された材料で構成されていることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電子デバイスの組み立てに関し、より詳細には基板上に導電性配線部を直接描画することにより回路を生成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ直接描画（ＬＤＷ）技術においては、レーザビームを用いて、材料のアブレーション（除去）若しくはデポジション（堆積）を制御することにより、空間分解能を有する３Ｄ構造パターン面を形成する。レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）は、表面にマイクロパターンをデポジット（堆積）するのに適用できるレーザ直接描画技術である。
【０００３】
レーザ誘起前方転写においては、レーザフォトンの駆動力により、ドナー薄膜からアクセプタ基板に向けて少量の物質を吐出する。通常、レーザビームは、非吸収性キャリア基板上を被覆するドナー薄膜の内部と相互作用する。言い換えれば、入射レーザビームは、フォトンが薄膜の内側面により吸収される前に、透明キャリア中を伝搬する。あるエネルギー閾値より上では、ドナー薄膜から基板の表面に向かって物質が吐出される。レーザ誘起前方転写システムにおいては、通常、基板は、当業者には知られているように、ドナー薄膜に近接配置若しくは接触配置されている。照射するレーザエネルギーは変化させることができるが、これは、照射される薄膜の体積の範囲内で生成される前方推進力を制御するためである。下記非特許文献１には、マイクロ加工におけるレーザ誘起前方転写の原理及び応用について、その概要が説明されている。
【０００４】
金属ドナー薄膜を用いたレーザ誘起前方転写技術は、電気回路の修繕といった様々な応用分野で開発されてきた。下記特許文献１の記載の内容は、本願明細書に参照用に組み込まれたものとする。特許文献１には、電気回路を修繕するためのシステム及び方法についての記載がある。当該システム及び方法では、回路基板上に形成されている導体の導体修繕領域に対して、レーザを用いて前処理を行う。当該前処理は、レーザビームをドナー基板に照射し、ドナー基板の一部を遊離させ、導体の所定位置に転写するものである。
【０００５】
下記特許文献２には別の例についての開示がある。特許文献２に記載の内容は、参照用に本願明細書に組み込まれたものとする。特許文献２には、透明ドナー基板とドナー薄膜とを用いた材料デポジションの方法についての説明がある。透明ドナー基板は対向する第１の面と第２の面とを有する。ドナー薄膜には金属が含まれており、そのドナー薄膜は透明ドナー基板の第２の面に形成されている。ドナー基板はアクセプタ基板に対し近接配置され、ドナー基板の第２の面はアクセプタ基板と対向している。パルス状レーザは、ドナー基板の第１の面を通過するようにその照射方向が定められ、ドナー薄膜に衝突して、当該ドナー薄膜からアクセプタ基板上にドナー薄膜から溶融した材料の液滴の吐出を誘起している。
【０００６】
レーザ誘起前方転写を用いて様々な種類の基板上に金属配線部をプリントすることができる。下記特許文献３に記載の内容は、参照用に本願明細書に組み込まれたものとする。特許文献３には、透明ドナー基板を用いた金属化の方法についての説明がある。透明ドナー基板上には、金属を含み２μｍ以下の厚さのドナー薄膜がデポジットされている。ドナー基板はアクセプタ基板に近接配置されている。アクセプタ基板は半導体材料を有する。ドナー薄膜はアクセプタ基板に対向配置されており、ドナー薄膜とアクセプタ基板との間には少なくとも０．１ｍｍの間隙が存在している。レーザパルス列のパルス幅は２ｎｓ未満であり、ドナー基板に衝突する方向に向けられ、ドナー層から金属の液滴を吐出させるとともに、吐出された液滴がアクセプタ基板に着弾するように照射される。これにより、半導体材料とオーミック接触する回路配線部が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１００６３５号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１５／１８１８１０号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１６／０６３２７０号パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Nagel and Lippert著「デバイス組み立てのためのレーザ誘起前方転写（Laser-Induced Forward Transfer for the Fabrication of Devices）」、Singh et al.編「ナノマテリアルズ：レーザによる加工及び特性評価（Nanomaterials: Processing and Characterization with Lasers）」、ウイリーＶＣＨ  バーラグ有限合資会社（Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA）、２０１２年、ｐ.２５５−３１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以下に説明する本発明の実施の形態は、基板上の電子部品を相互接続するための新規な技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態は、電子デバイスを製造するための方法を提供するものである。当該方法は、複数の接続部を一体形成してなる電子部品を有するダイを誘電体基板に固定するダイ固定工程を有する。ダイを固定した後、誘電体基板と、一体形成された複数の接続部のうち少なくとも一つの一体形成された接続部と、の双方に導電性配線部がプリントされ、誘電体基板上の導電性配線部と電子部品とをオーミック接続させるようにする。
【００１１】
いくつかの実施の形態においては、導電性配線部をプリントする工程は、誘電体基板と少なくとも一つの一体形成された接続部との双方に導電性材料の液滴を吐出する液滴吐出工程を含む。開示されている実施の形態では、液滴吐出工程は、導電性材料を含むドナー薄膜に当たる向きにパルス状レーザビームを照射する工程を含み、液滴は、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により吐出される。ある実施の形態では、液滴吐出工程は、液滴がダイに向かい誘電体基板の表面に対して傾斜角をなして吐出されるようにパルス状レーザビームを照射する工程を含む。代替的に若しくは付加的に、液滴吐出工程は、導電性配線部のトラックに沿って誘電体基板上に接着層を形成するように第１の融点を有する第１の金属を含む第１のドナー薄膜に衝突する向きにパルス状レーザビームを照射する工程と、次いで接着層の上に導電性配線部を構築するように第１の融点より高い第２の融点を有する第２の金属を含む第２のドナー薄膜に衝突する向きにパルス状レーザビームを照射する工程と、を含む。
【００１２】
通常、ダイは対向する上側部と下側部とを有しており、下側部は誘電体基板に固定されており、いくつかの実施の形態においては、導電性配線部がプリントされた少なくとも一つの一体形成された接続部は上側部に形成されている。開示されている実施の形態では、液滴吐出工程は、誘電体基板から少なくとも一つの一体形成された接続部までを電子部品の脇に沿って、吐出された液滴で柱状体を構築する工程を含む。代替的に、導電性配線部がプリントされた少なくとも一つの一体形成された接続部は、上側部及び下側部の間の複数の側部のうち一つの側部上にある。
【００１３】
開示されている実施の形態では、上記した方法は、液滴吐出工程の前に、誘電体基板からの液滴の跳ね返りを防止すべく誘電体基板上に複数の孔を列状に形成する形成工程を更に有する。
【００１４】
ある実施の形態では、上記方法は、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により誘電体基板に向けて接着性材料の液滴を吐出することにより、誘電体基板上に接着性ドットをプリントする接着性ドットプリント工程を更に有し、ダイ固定工程は、ダイを接着性ドット上に載置する工程を含む。追加的に、上記方法は、ダイが誘電体基板に固定された後に、レーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）によりダイの上側部に向けて接着性材料の液滴を吐出する接着性材料吐出工程を更に有する。
【００１５】
開示された実施の形態では、ダイ固定工程の前に、誘電体基板上の導電性材料がなかった場所に沿った線跡上に導電性配線部がプリントされる。いくつかの実施の形態では、導電性配線部プリント工程は、少なくとも一つの一体形成された接続部の位置を自動的に検出する工程と、自動的に検出した位置に導電性配線部をプリントする工程と、を含む。
【００１６】
いくつかの実施の形態では、誘電体基板は可撓性ホイルを有し、可撓性ホイルは、ポリマー、紙及び織物からなる材料の群から選択された材料で構成するようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明の実施の形態では、電子デバイスを製造するためのシステムを提供する。当該システムは、複数の接続部を一体形成してなる電子部品を有するダイを誘電体基板に固定するように構成された配置部を有する。プリント部は、誘電体基板と、誘電体基板に固定されたダイにある一体形成された複数の接続部のうち少なくとも一つの一体形成された接続部と、の双方に導電性配線部をプリントし、誘電体基板上の導電性配線部と電子部品とをオーミック接続させるように構成されている。
【００１８】
以下に詳細に説明する実施の形態と図面を参照することにより、本発明を深く理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態による電子回路組立用のシステムの概略側面図及びブロック図。
【図２Ａ】本発明の実施の形態による電子回路の製造工程を連続的に示した図の中の最初の工程を示す図。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態による電子回路の製造工程を連続的に示した図の中の第２の工程を示す図。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態による電子回路の製造工程を連続的に示した図の中の第３の工程を示す図。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態による電子回路の製造工程を連続的に示した図の中の最終工程を示す図。
【図３】本発明の実施の形態による回路中に組み込まれた電子部品を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮像した画像を示す図。
【図４Ａ】本発明の実施の形態による基板上の電子部品の概略側面図であって、回路配線部を電子部品に接続するための連続工程の中の最初の工程を示す図。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態による基板上の電子部品の概略側面図であって、回路配線部を電子部品に接続するための連続工程の中の第２の工程を示す図。
【図４Ｃ】本発明の実施の形態による基板上の電子部品の概略側面図であって、回路配線部を電子部品に接続するための連続工程の中の最終工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
従来の電子回路の製造プロセスでは、最初に、導電性配線部のパターンを（剛性若しくは可撓性のプリント回路基板のような）誘電体基板上にデポジットしていた。次に、半導体ダイや他の能動及び受動素子のような回路部品を基板に固定し、通常はハンダやワイヤ・ボンディングにより、配線部に接続していた。回路製造及び組み立てにおいては、このようなプロセスステップを踏むことは許容されるものであった。
【００２１】
しかしながら、近時における電子製造物については、電子回路を他の種類の基板上に集積化する要望が増している。すなわち、剛性及び可撓性双方の基板に対する集積化であり、これは、従来のプリント回路技術とは相容れないものである。応用例として、プラスチックホイル、紙、織物のような可撓性基板上に電子デバイスを載置して相互接続させる場合がある。この種の基板に従来のプロセスを適用することは挑戦的な試みであり、コストもかかる。
【００２２】
以下に説明する本発明の実施の形態では、許容されていた従来のプロセスステップの順序を逆にすることにより、かかる問題に対処している。第一に、一体形成された複数の接続部を有する電子部品を備えたダイを、例えば、好適な接着剤を用いて、誘電体基板に固定する。ダイを固定した後、誘電体基板と、ダイに設けられた一体形成された複数の接続部のうちの少なくとも一つとの双方に、導電性配線部をプリントする。かくして、基板上の導電性配線部と電子部品とがオーミック接続されることとなる。他の能動及び受動素子も同様に、基板に固定して相互接続することができる。
【００２３】
ダイに固定する前に、誘電体基板における導電性材料が存在しなかった場所に沿った線跡上に、このような手法で導電性配線部をプリントすることができる。言い換えると、本願明細書に記載された技術では、配線部のデポジションと、配線部の回路部品への接続との双方を、単一のプロセスステップで行うことができる。導電性配線部のプリントの正確性を期するために、ダイを基板に固定した後、コンピュータ・ビジョン・システムのような自動検出システムを用いて、ダイ上の接続部の位置を検出することができる。次いで、検出された位置に案内されるかたちで、配線部のプリントを行うことができる。
【００２４】
本願で開示されている実施の形態では、導電性配線部のプリントには、レーザ誘起前方転写処理が用いられる。レーザ誘起前方転写処理では、導電性材料の液滴が、誘電体基板とダイ上の一体形成された接続部との双方に向けて吐出される。（これらの実施の形態では、ダイの下側部は誘電体基板に固定され、導電性配線部がプリントされている一体形成された接続部は、ダイの上側部若しくは側部にあると仮定される。）以下に詳述するように、金属の液滴をレーザ誘起前方転写によりプリントすることにより、基板とダイ上面の接続部との間の大きな−数百ミクロン単位の−高さの間隙を問題視することなく、同時に極めて微細な配線部を生成することができる。このような配線部のプリントはレーザ誘起前方転写により行うことができ、配線部の幅は１０〜２０μｍ迄狭くすることができる。必要に応じて（例えば、プリント後のレーザ処理により）更に狭い幅にすることもできる。更に、金属及び高粘性ペーストのレーザ誘起前方転写によるプリントは、多孔性、液体吸収性及び表面エネルギーといった基板特性を比較的問わない。そのため、紙や織物といった多孔性で吸収性の高い基板に対してさえ、高精度で微細な配線部のプリントが可能となる。このような処理は回路を構成するために用いられ、その後に生じる基板の折り曲げや伸長に対して（限定された範囲内において）耐性を有する。
【００２５】
しかしながら、かかる処理の代替若しくは追加処理として、いくつかの応用では、導電性材料の直接描画に関する公知の他の技術を適用し、少なくともいくつかの導電性配線部を生成することができる。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態による電子回路組立用のシステム２０のブロック図及び側面図である。図示された例では、回路基板２２上に半導体ダイ２４のような部品を配置する配置部２６が設けられている。配置部２６には、例えば、ピックアンドプレイス機を用いてもよい。ピックアンドプレイス機では、予め定められた回路のレイアウトに従って、制御ユニット３２からの指示下で、ロボットアーム２８が部品を基板２２上に配置する。通常、移動ステージのような位置決めアセンブリ３０上に基板２２を載置することにより、アーム２８が全ての所望位置に届くようにする。しかしながら、配置部２６の動作は、公知技術であるピックアンドプレイス機とは、導電性配線部のプリント前にダイ２４を基板２２上に配置する点で異なっている。導電性配線部は、その後、ダイに接続されることとなる。
【００２７】
また、必要に応じて、システム２０において後に行われる動作の正確性を期するために、検出部３４が、基板２２上に配置されたダイ２４の実際の位置を検出してもよい。検出部３４は、一例として、基板２２の画像を撮像するカメラ３６で構成されている。制御ユニット３２は、これらの画像を処理して、基板上の部品の正確な位置を確認する。図１に示されている検出部３４は、概念上明確にするために、別のユニットとして示されているが、カメラ３６のような検出器や検出機能は、実際には、システム２０の他の部分と一体化させてもよい。システム２０への検出部３４の適用は、それにより公知のピックアンドプレイス機器の正確性が限定的であるという問題を克服可能となるという点において、特に有益である。また、それと同時に、組立工程において可撓性基板の形状に歪が生じた場合に、これを克服することができるという点においても有益である。ダイ２４や他の部品の位置を精密に検出することにより、各種部品が基板２２に固定された後、極めて微細な（例えば、幅が２０μｍ以下の）相互接続用配線部の正確なプリントが可能となる。
【００２８】
更に一般化した説明として、制御ユニット３２は、他の回路部品との関係において、ダイの実際の位置に応じてプリントすべき配線部の適合性を担保する。この種の適合性は、例えば、ダイに回路部品が高密度で配置されている場合や、ダイに多数の入出力用ピンが設けられている場合、線幅が狭い場合に特に有用であり、回路の他の部品との関係において、ダイの（実際の）最終位置を考慮する必要がある。このような場合、制御ユニット３２は、配線部の位置を選択して、電気設計規則に適合するようにすると共に、回路の欠陥防止を図るようにする。このような手法は、従来の製造プロセスを用いて達成可能な部品密度と同程度若しくはそれ以上の部品密度で回路を形成する場合に用いることができる。
【００２９】
基板２２の材料特性によっては、基板２２の表面処理のために表面準備部３８が用いられ、基板２２上の配線部の接着性向上に資するようにする。例えば、表面が極めてなめらかな場合、表面準備部３８は、表面に小孔列を形成してもよい。通常、小孔は、深さが数ミクロンで直径が数ミクロンであり、これら小孔により表面粗さが増加し、引き続き行われるレーザ誘起前方転写プリント段階において、金属液滴の跳ね返りが低減されることとなる。小孔は、詳述すれば、基板２２上にプリントされる導電性配線部の線跡上に形成してもよく、若しくは基板２２のより幅の広い領域に亘って形成されてもよい。これら小孔は、例えば、レーザにより穿孔されるか、あるいは基板２２の表面に機械的に穿孔される。
【００３０】
例えば、プリント部としてのレーザ誘起前方転写部４０では、基板２２上に導電性配線部５６をプリントする。この導電性配線部５６は、ダイ２４上の接続部パッドにオーミック接続される。レーザ誘起前方転写部４０は、レーザ４２を有する光学アセンブリ４１を備え、当該レーザ４２は、パルス化された放射線を出射する。光学系４６は、少なくとも一つのドナー薄膜５２が表面にデポジットされた透明なドナー基板５０上に、レーザビーム４８を合焦させる。位置決めアセンブリ３０は、ドナー基板５０がアクセプタ基板の上面に対し近接配置され、ドナー薄膜５２が回路基板の方向に面し、両者間に小さな間隙（典型的には数百ミクロン程度であるが、できればより小さい方がよい）が生じるように、ドナー基板５０及び／又は回路基板２２の位置決めを行う。位置決めアセンブリ３０は図１に示されるが、簡単にするため、回路基板２２の下方に配置される基本的なＸ−Ｙ−Ｚステージとして図示される。しかしながら、実際は、レーザ誘起前方転写部４０における位置決めアセンブリ３０は、当業者にとっては明らかな事項であろうが、ドナー基板５０及び／又は光学アセンブリ４１の要素の位置決めができるように、変更若しくは付加してもよい。
【００３１】
通常、ドナー基板５０は、ガラス又はプラスチックのシート若しくは他の好適な透明材料からなる。また、ドナー薄膜５２は、一種若しくは多種の純金属及び／又は金属合金のような好適なドナー材料からなる。通常、ドナー薄膜の厚さは数ミクロン程度である。
【００３２】
光学系４６は、ビーム４８を合焦させてドナー基板５０の外側面を通過させ、ドナー薄膜５２に衝突させる。これにより、流体の液滴５４がドナー薄膜５２から吐出され、間隙を横切るように飛び越えて回路基板２２に着弾する。流体は、ドナー薄膜５２の材料が溶融状態にあるものであって、アクセプタ表面上で硬化し、プリントパターンによって定まる形に固形化する。制御ユニット３２の制御下にある回転ミラー及び／又は音響光学ビーム偏向器のようなスキャナ４４は、レーザビーム４８を走査して、ドナー薄膜５２上の異なるスポットを照射し、回路基板２２上の適切な位置に導電性配線部５６を形成する。
【００３３】
レーザ４２は、例えば、２倍の周波数で出力されるパルス状のＮｄ：ＹＡＧレーザである。このため、制御ユニット３２によりパルス振幅を幸便に制御することができる。通常、制御ユニット３２は汎用コンピュータで構成される。当該コンピュータには適切なインターフェースが備わっており、光学アセンブリ４１、位置決めアセンブリ３０及びシステム２０の他の要素からのフィードバックの制御及び受信を可能にしている。本発明者は、パルス幅が０．１ｎｓから１ｎｓの範囲内にあればレーザ誘起前方転写において良好なデポジションを行うことができることを発見した。もっとも、適用する場合の条件によっては、この範囲よりも長い若しくは短いパルス幅として用いるようにしてもよい。光学系４６も同様に制御可能であり、ドナー薄膜５２上にレーザビームにより形成される焦点のサイズを調整することができる。
【００３４】
液滴５４のサイズは、なかんずくレーザパルスエネルギー、パルス幅及び焦点サイズと、ドナー薄膜の厚さとにより決まる。例えば、上述の特許文献２には、レーザ誘起前方転写技術及びパラメータについての開示がある。パラメータは、各レーザパルスにより、単一の比較的大きな液滴がドナー薄膜から吐出されるように設定される。レーザ誘起前方転写部４０は、これらの技術及びパラメータを有効に応用可能である。なぜなら、液滴は回路基板２２に向けて吐出され、その方向性が正確であるため、液滴の吐出期間中はアクセプタ基板から少なくとも１００μｍの距離でドナー薄膜５２を保持可能となるとともに、所望の構造を正確に作り出すことが可能となるからである。
【００３５】
いくつかの実施の形態において、レーザ誘起前方転写部４０は、異なる成分を有する２又はそれ以上の異なる流体の液滴５４を異なるドナー薄膜５２から吐出させることができる。例えば、レーザ４２からのビーム４８の照射方向を変えて、異なる材料を含有するドナー薄膜５２(同じドナー基板５０上であれ異なるドナー基板上であれ)の異なる領域に衝突するようにすることで、異なる流体の吐出が可能となる。所望の配線部５６をプリントするために、回路基板２２の同じ位置及び／又は異なる位置に向けて、異なる流体を順次吐出するようにしてもよい。
【００３６】
例えば、ポリマー基板のようなある種の回路基板への配線部５６の接着性を向上するためには、錫若しくは錫合金のような低融点の金属からなる第１のドナー薄膜５２を用いて、配線部の線跡に沿って最初の接着層のプリントを行う。低融点金属の液滴は急激に冷却され、同時にポリマーを局所的に溶融する。そのため、その後引き続き照射されるレーザに伴う高温で高エネルギーの液滴が接着しやすくなる層が形成される。（この接着層は高密度である必要はなく、また基板全体を被覆する必要もない。配線部５６の予定形成領域の２０〜３０％程度を覆う低密度接着層を形成すれば、次に形成する構造層を固定するには一般的には十分であると言える。）その後、配線部が所望の寸法、接続性及び導電性を有するようにするために、銅(及び／又はアルミニウム若しくはニッケルを例示しておく)のような構造用金属を有する第２のドナー薄膜５２を接着層の上にプリントする。先に述べたように、制御ユニット３２は、スキャナ４４及び光学アセンブリ４１の他の要素を制御し、薄膜５２から回路基板２２上の適切な位置にドナー材料を描画し、必要に応じて多数の通路を形成する。これはデポジットしたドナー材料の体積分を積み上げて、所望の厚さにするためである。
【００３７】
図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明の実施の形態による電子回路の製造工程を連続的に示した概略説明図である。準備工程として、図２Ａに示すように、基板２２を接着層６０で被覆する。代わりに、接着性ドット列(不図示)のような目的にかなった接着性のパターンを基板２２に塗布形成してもよい。このような接着層や接着性ドットのプリントも、レーザ誘起前方転写処理により行うようにしてもよい。（接着性ドットをダイ２４の上面及び他の回路部品の上にプリントする場合にも、必要に応じて、レーザ誘起前方転写による接着部のプリントを使用してもよい。）次いで、ダイ２４は、図２Ｂに示されるように、その下面側が接着層６０の上に載った状態で、例えば配置部２６により固定される。すべての部品が基板２２に配置された後、これらの部品をしっかりと決められた位置に保持するために、（例えば、紫外線照射や熱を利用して）接着層を硬化する。
【００３８】
図２Ｃに示すように、必要な場合には、表面準備部３８により基板２２上に軌道（トラック）６２の準備をする。トラック６２が準備されたら、引き続きその上に配線部５６のプリントを行う。先に説明したように、かかる準備は、レーザ誘起前方転写部４０によりプリントされる液滴を捕獲して保持するために本来的に十分な粗さが備わっていない材料に対して有効となる。トラック６２には、例えば、列状に形成された浅い孔があってもよい。この孔の直径は液滴５４の直径の１〜２倍であり、その深さは概ね３〜６μｍである。代替的若しくは追加的処理として、上記説明のように、レーザ誘起前方転写部が最初の金属接着層を生成するよう動作してもよい。一方、レーザ誘起前方転写によるプリントに先立つ表面準備は、基板材料が十分な多孔性を有している場合には実行しなくともよい。
【００３９】
最後に、図２Ｄに示すように、基板２２と、ダイ２４の上側面上の一体形成された接続部との双方の上に、レーザ誘起前方転写部４０により導電性配線部５６をプリントする。配線部５６はダイの端部に亘り積み上げられ、ダイの接続部に接続される。（この最後の工程の実施についての詳細は、図４Ａ乃至図４Ｃに示されている。）上記したように、レーザ誘起前方転写部４０は、極めて微細な配線部をプリントすることができるが、場合によっては、動作中の回路部品から発生する熱を逃がすために、より幅が広く及び／又はより厚い導電性配線部をプリントするようにしてもよい。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態による基板２２上に組み立てられた実際のダイ２４を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮像した画像を示したものである。この例における基板２２は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）ホイルであり、ダイ２４は、表面実装パッケージのＬＥＤで構成されている。配線部５６は、レーザ誘起前方転写による液滴を積み上げて（構築して）なるものであり、ダイの“肩”部分に亘り延設され、上側面の接続部パッドに届いている。ダイ２４の対向する面にある複数の配線部５６間に適切な電圧を印加すると、ＬＥＤが発光する。
【００４１】
図４Ａ乃至図４Ｃは基板２２上のダイ２４の概略側面図であり、本発明の実施の形態による回路配線部をダイ２４の上面側にある接続部７０に接続する工程を連続的に示したものである。図４Ａに示されているように、ダイ２４を最初に配置した後に、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、レーザ誘起前方転写部４０が液滴７２を連続的にデポジットし、接続部７０の高さまで柱状体７４を形成する。本発明者は、単一の液滴５４をいくつも積み重ねて構築することにより、幅が１０〜２０μｍのこの種の柱状体を形成した。ドナー面とアクセプタ面との間に十分な間隙が維持されるようにするため、柱状体７４の高さが高くなるにつれて、位置決めアセンブリ３０がドナー基板５０を回路基板から離すようにしてもよい。
【００４２】
柱状体とダイの接続部との間で間隙が開くのを防ぐために、柱状体に小さな（およそ３°程度の）傾斜をつけるようにすることが好ましい。代替的若しくは追加的処理として、柱状体とダイとの間に間隙が生じないようにダイの側部を金属でコンフォマルコーティングするために、角度をつけてレーザ誘起前方転写プリントを実施してもよい。すなわち、ドナー薄膜５２から吐出される液滴が基板２２に対して角度を持つように（直交しないように）実施するものである。このようにすることで、配線部及び接続部分の機械的頑強性を高めることができる。このように角度をつけたレーザ誘起前方転写プリント技術を適用することについては、例えば、国際公開第２０１６／１１６９２１号パンフレットに説明されており、当該パンフレットに記載の内容は参照用に本願明細書に組み込まれたものとする。
【００４３】
柱状体７４は、電子デバイスにこの種の接続部をつくるときに従来用いられていたワイヤ・ボンディングの代わりとなるものである。このような接続部を形成するのにレーザ誘起前方転写を用いることで、機械的衝撃に対するデバイスの頑強性を高めると同時に、全体のサイズを小さくすることができる。なぜなら、ワイヤ・ボンディングにより部品の接続をするためにスペースを確保しておく必要がないためである。
【００４４】
図面及び上記説明で示した例は特定の部品に関するものであるが、本発明の原理は以下に示すような(ただし、それらに限定されるものではない)広範囲に及ぶ異なる種類の部品で構成される回路の組み立てに適用することができる。
●半導体ダイ
●バッテリ、太陽光発電部品、センサ、光電子部品、薄膜デバイス、ＭＥＭＳデバイスのような能動デバイス
●既に部品が取り付けられている剛性若しくは可撓性ホイルのような組立済ハイブリッドデバイス
●デスクリート・トランジスタ、コンデンサ、コイル及び抵抗のような表面実装型デバイス
【００４５】
上記した実施の形態は例示目的で説明したものであり、本発明は図示されたものや上記説明に限定されるものではない。むしろ、上記した様々な特徴のコンビネーションとサブコンビネーションのいずれもが本発明の範囲に含まれる。また、従来技術に開示のない上記説明を読むことで想起できる変形、変更についても、本発明の範囲内のものである。
【図１】
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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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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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