JP2007299988A - 電気接続体、電気接続体の形成方法及びカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成されたスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填させて基板間の配線を行う場合に、数μｍの微細なスルーホール径に対してスルーホールの高さ方向の長さが長くなってもスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填することができ、よってスルーホール内の断線を防止することができる電気接続体、電気接続体の形成方法及びカートリッジを提供する。
【解決手段】液滴吐出装置１０の直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下のノズル１２から基板２２に向けて液滴２４を噴射させ堆積する。液滴２４を複数堆積して形成された液滴堆積体において、最初の液滴３４ａ上の成長起源液滴層３４ｂの固化した直径をＲｍ１、着弾後の液滴を複数堆積して形成された液滴堆積体の最上層の液滴３４ｄの最大直径をＲｍ２としたときに、Ｒｍ１とＲｍ２との比が２：１〜１：１となる。
【選択図】図７（ａ）

Description

本発明は、多層配線等に使用される電気接続体、電気接続体の形成方法及びカートリッジに関する。

配線の実装密度を高めるために配線基板を積層して用いることが行われている。さらに、基板に形成されるスルーホールは、その径が数μｍのように微細になる一方で、径に対して高さ方向の長さが長くなるいわゆる高アスペクト比を有する。そのため、スルーホール内に金属ペーストなどを充填することができず、スルーホール内での断線が生じる等の問題点があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされてもので、基板に形成されたスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填させて、堆積させた基板間の配線を行う場合に、数μｍの微細なスルーホール径に対して、スルーホールの高さ方向の長さが長くなってもスルーホール内に金属超微粒子分散液を充填することができ、よってスルーホール内の断線を防止することができる電気接続体及び電気接続体の形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電気接続体は、液滴吐出装置の直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下のノズルから基板表面に向けて液滴を噴射させ、前記液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、前記液滴堆積体の基板表面上に着弾した先行着弾液滴層上の成長起源液滴層の固化した直径をＲｍ１、前記成長起源液滴層上に形成された液滴堆積層の固化した最大直径をＲｍ２としたときに、Ｒｍ１とＲｍ２との比が２：１〜１：１であることを特徴とする。

また、本発明の電気接続体は、液滴吐出装置の直径約５μｍ以下、好ましくは約１μm以下のノズルから、基板に形成したスルーホール内に向けて液滴を噴射させ、この液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、前記液滴堆積体の成長起源液滴層は、尖端を備えることを特徴とする。

液滴堆積体のアスペクト比は１以上であり、かつ液滴堆積体の最大直径は３μｍ以下であることを特徴とする。

前記液滴堆積体の液滴堆積層の最上部に尖端を有することを特徴とする。

液滴は、金属超微粒子が分散した液体であることを特徴とする。

液滴は、金属超微粒子が分散した液体に導電性フィラーを含有することを特徴とする。

さらに、本発明の電気接続体の形成方法は、バンクを吐出して触媒の横への拡がりを防止するための拡がり防止用のバンクをパターニング形成する工程と、このバンク内に触媒層を形成する工程と、触媒層上に金属超微粒子分散液を吐出して金属超微粒子分散溶液を堆積させる工程とを備える。

また、本発明の電気接続体の形成方法は、基板上に堆積物をパターニングして形成する工程と、この堆積物に樹脂を埋め込み、樹脂層を形成する工程と、樹脂層上に前記堆積物を覆って撥液剤を塗布する工程と、堆積物上の撥液剤にレーザを照射して撥液剤を除去して堆積物を露出する工程と、露出した堆積物上に金属超微粒子分散液を塗布する工程とを備える。

本発明の電気接続体の形成方法は、基板表面に液滴を吐出して金属超微粒子からなる微細パターンを形成する工程と、この微細パターン上に撥液剤をコーティングする工程と、微細パターン上の撥液剤にＹＡＧレーザを照射する工程と、ＹＡＧレーザを照射して撥液剤を蒸散して基板表面に孔を形成する工程と、孔内に金属超微粒子分散液を充填する工程と、該表面に金属超微粒子分散液を塗布する工程とを備える。

本発明の電気接続体の形成方法は、基板に設けられた凹所内に液滴吐出装置のノズルを挿設する工程と、ノズルを所定角度傾けて液滴を凹所の側壁に向けて吐出して側壁に液滴を堆積させる工程と、前記凹所内に導電材料を堆積する工程とを備える。

本発明の電気接続体の形成方法は、導電材料を堆積した基板の底面を切断する工程をさらに備えることを特徴とする。

本発明はさらに、電気接続体を構成する液滴を収納して液滴吐出装置に着脱可能に設けられたカートリッジを提供する。

電気接続体としての液滴堆積体の体積を小さくすることで、少量の材料投入量により電気接続体を形成できる。
スルーホール内に金属超微粒子分散液を充填することができ、よってスルーホール内の断線を防止することができる。
スルーホール内の中心部分から充填することにより、気泡の混入を最小限とすることができ、良好な充填を実現できる。

堆積尖端を有することで液滴の着地精度を向上することができ、効率よく中心部分から充填を実施できる。
金属超微粒子が分散した液体を用いることで、微小のノズル径においても安定的な吐出が可能となり、均一な特性を持つ堆積体の製作が可能となる。
導電性フィラーを含有することで、液体の固化時における体積変化、変形の低減、及び、堆積体の強度向上に寄与するため、電気接続性が向上する。

触媒にあらかじめバンクを設けることで、外形、膜厚を均一にすることができ、安定した電気的特性を得ることができる。
堆積物上面または、それ自体を撥液剤除去パターンとして利用することで、フォトリソグラフィ行程、マスクが不要となり、資源の有効活用、省エネルギー化を実現できる。
スルーホールの全面に導電材料を塗布せずとも電気接続体を形成することが可能となり、従来に比べ、材料の効率的な利用を行うことができる。
カートリッジ方式にしたことにより、配線の長さ、スルーホールの個数及び深さに応じて効率よく金属超微粒子を堆積させることができる。

図１は、本発明の実施の形態の一例において用いられる液滴吐出装置の概略図を示す。
液滴吐出装置１０は、直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下の細孔を有する液滴吐出装置のノズル１２と、ノズル１２から基板に向けて液滴を吐出させて、基板表面上に着弾した先行着弾液滴上の固化した成長起源液滴の直径をＲｍ１、前記液滴堆積体の最上層の固化した成長終端液滴の最大直径をＲｍ２としたときに、Ｒｍ１とＲｍ２との比が２：１〜１：１になるようにノズル１２に印加される電圧及び又は周波数を制御する電圧・周波数制御手段１６とを備える。

図１において、液滴吐出装置１０は、ノズル１２と、ノズル１２に電圧を印加するための電極１４と、ノズル１２に印加する周波数及び電圧を制御するための制御装置１６と、ノズル１２に着脱自在に挿着されて液滴を収納するカートリッジ１８とを備える。ノズル１２の印加電圧は、インク材料に依存するが、ピーク・トゥ・ピーク電圧で２５０Ｖから８００Ｖ程度、印加周波数は１０Ｈｚから１ｋＨｚ程度である。このインク材料に金属超微粒子分散液としてナノペーストを使用した場合、より好ましくは３０Ｈｚから２００Ｈｚである。
ノズル１２は、直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下の細孔を有する。カートリッジ１８は、液滴吐出装置１０に着脱可能に取り付けられる。ノズル１２は、金属超微粒子分散液等を充填し、かつ金属超微粒子は帯電する。

好適なインク材料の種類は、金属（金、銀、銅、鉄、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム、およびそれらの酸化物）、炭素系材料（カーボンナノチューブ、Ｃ６０などのフラーレン、ナノカーボン、ナノダイヤモンド）、共役結合を有する導電性分子又は半導体分子等の機能性分子、樹脂（アクリル樹脂、シリコン樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂）、溶剤の種類としては、テトラデカン、デカリン、デカン、デカノール、水、ブチルカルビトールほかＡＦ７などの印刷用の高沸点混合有機溶剤が挙げられる。低沸点溶剤は、乾燥性が高いために、本発明のような用途に関して効果がある一方で、ノズルつまりなどの問題を生ずる。これに対し、高沸点溶剤ではノズルつまりが起こりにくく、長時間安定的に吐出を持続させることが可能である。

ノズル１２は、超微細液滴サイズを実現するために、低コンダクタンスの流路を設けるか、又はノズル自身を低コンダクタンスにする。そのため、ノズル１２には、ガラス製キャピラリーを用いるのが好適であるが、導電性物質に絶縁材でコーティングしたものでも使用可能である。ノズル１２は、ガラス管を用い、キャピラリープラーにより作成される。

また、ノズル１２は、キャピラリーチューブに限らず、微細加工により形成される２次元パターンノズルでもかまわない。成形性の良いガラスとした場合には、ノズル１２を電極として利用することはできないから、ノズル１２内には、金属線（タングステン線）を電極として挿入する。なお、ノズル１２内にメッキで電極を形成しても良い。ノズル自体を導電性物質で形成した場合には、その上に絶縁材をコーティングする。

ノズル直径の下限値は、０．０１μｍが好ましく、また、ノズル直径の上限値は、静電的な力が表面張力を上回る時のノズル直径の上限が５μｍであること、および、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合のノズル直径の上限が５μｍ以下が好ましい。特に、局所的な電界集中効果をより効果的に利用するには、ノズル直径は０．０１〜１μｍの範囲が望ましい。

超微細径のノズル１２は、超微細キャピラリーを使用するため、ノズル内の金属超微粒子分散液の液面は毛細管現象によりノズルの先端面より内側に位置する。そこで、金属超微粒子分散液の吐出を容易にするために、圧力調整器（図示しない）を用い、圧力チューブに静水圧を加え液面がノズル先端近傍に位置するように調整してもよい。この時の圧力は、ノズル１２の形状などにも依存し、印加しなくても構わないが、駆動電圧の低減及び応答周波数の向上を考慮すると、０．１〜１ＭＰａ程度である。過剰に圧力を印加した場合、溶液はノズル先端からオーバーフローを起こすが、ノズル形状がテーパー状のため、表面張力の作用によりノズル端にとどまらずにホルダー側へと速やかに移動する。

圧力調整器の役割は、高圧を印加することで流体をノズルから押し出すことであるが、むしろコンダクタンスを調整し、ノズル内に金属超微粒子分散液を充填し、ノズルつまりの除去などに用いると特に有効である。また、液面の位置を制御し、メニスカスの形成にも有効である。また、電圧パルスと位相差を付けることでノズル内の金属超微粒子分散液に作用する力を制御し、微小吐出量を制御する役割も担う。

カートリッジ１８は、以下に述べる量の金属超微粒子分散液を収納する。
すなわち、直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下の細孔を有する液滴吐出装置１０のノズル１２から基板に向けて液滴が吐出されるとき、基板表面上に長手方向に連続して着弾させた互いに隣り合う液滴の重なり度合が数％以下になるように形成される液滴堆積体からなるパターン形成物の長さから予め液滴量を求め、得られた量のペースト材料を収納する。なお、カートリッジ１８の収納量は、計測して得られた量のｎ倍（ｎは整数）であってもよい。

または、着弾させた液滴を堆積して形成された液滴堆積体において、基板表面に着弾した後の液滴の広がりを考慮し、液滴をｍ個堆積して形成された液滴堆積体の高さから予め液滴量を求めて、得られた量のペースト材料を収納する。なお、カートリッジ１８の収納量は、計測して得られた量のｎ倍（ｎは整数）であってもよい。

あるいは、液滴吐出装置は、直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下の細孔を有する液滴吐出装置１０のノズル１２と、ノズル１２から基板に向けて液滴を吐出するとき、基板表面上に長手方向に連続し互いに隣り合う液滴の重なり度合が４０％〜８０％になるように液滴を着弾させて形成される液滴堆積体からなる帯状物を形成するのに必要な液滴量を予め求め、その求められた量のｎ倍（ｎは整数）のペースト材料を収納してなるカートリッジ１８とを備える。

図２は、本発明の他の実施例による液滴吐出装置１０の概略図を示したものである。
ノズル１２の側面部には電極２０が設けられており、ノズル１２内の液体との間に制御された電圧が印加される。この電極２０は、エレクトロウエッティング（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）効果を制御するための電極である。ノズル１２を構成する絶縁体に十分な電場がかかる場合、この電極２０がなくともエレクトロウエッティング効果は起こると期待される。しかし、より積極的にこの電極２０を用いて制御することで、吐出制御の役割も果たす。
ノズル１２を絶縁体で構成し、その厚さが１μｍ、ノズル内径が２μｍ、印加電圧が３００Ｖの場合、約３０気圧のエレクトロウエッティング効果になる。この圧力は、吐出のためには不十分であるが、溶液のノズル先端部への供給の点からは意味があり、この制御電極により吐出の制御が可能である。

上述した液滴吐出装置１０は、ノズル先端部に於ける電界の集中効果と、対向する基板に誘起される鏡像力の作用とを特徴とする。吐出に必要な電界強度は局所的な集中電界強度に依存するため、対向電極の存在は必須とはならない。また、局所的な集中電界によるマクスウェル応力の作用により、ノズル１２から分離された液滴は、運動エネルギーを与えられる。
飛散した液滴は、空気抵抗により徐々にその運動エネルギーを失うが、一方で液滴は荷電しているために、基板との間に鏡像力が働くことになる。このため、先行技術のように基板または基板支持体を導電性にしたり、基板または基板支持体に電圧を印加する必要はない。

ノズル１２と基板との距離は、近ければ近いほど鏡像力が働くため、着弾精度は向上する。着弾精度および基板上の凹凸を考慮すると、ノズル１２と基板との距離は５００μｍ以下が好ましい。また、基板上の凹凸が少なく着弾精度を要求される場合には１００μｍ以下が好ましく、さらに、３０μｍ以下がより好ましい。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、液滴吐出装置１０のノズル１２から吐出される液滴の堆積状態を示す図である。同図において、符号２２は基板であり（図３（ａ））、基板２２上に液滴吐出装置１０のノズル１２から金属超微粒子分散液２４が吐出される。金属超微粒子分散液としては、ハリマ化成社製の金ナノペースト（ＮＰＧ−Ｊ）が使用される（図３（ｂ））。
ノズル１２の先端から吐出される金属超微粒子分散液２４は、液滴吐出装置１０のノズル１２先端部における電界の集中効果と、対向する基板２２に誘起される鏡像力の作用による局所的な電界集中効果とにより、常に尖端２６を有する形状を形成する（図３（ｃ））。かくして、ノズル１２先端から連続して吐出される液滴は、常に液滴形状の尖端２６めがけて吐出される（図３（ｄ））。

液滴吐出装置１０は、電界の集中効果を生じさせる手段である基板２２と、液体収納吐出手段であるノズル１２とを備えているが、電界の集中効果を生じさせる手段２２と、液体収納吐出手段１２とは、それぞれ別の手段で構成してもよい。この場合、電界の集中効果を生じさせる手段２２は、針状電極で構成し、液体収納吐出手段１２は、収納した液体を単に吐出させる構造であってもよい。図４〜図６に示すのは、その例である。

図４は、針状電極３０と液滴吐出装置のノズル３２とを別々に配設した状態を示す概略図、図５は、ノズル３２を囲ぎょうして針状電極３０を配設した状態を示す概略図、図６は、ノズル３２とノズル３２との間に針状電極３０を配設した状態を示す概略図である。

図７（ａ）は、液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体３４を示す概略図である。該図において、液滴堆積体３４は、基板２２に最初に着弾して得られる先行着弾液滴層３４ａと、先行着弾液滴層３４ａ上に形成される成長起源液滴層３４ｂと、成長起源液滴層３４ｂを連続して成長させて形成された最上端３４ｄを備える液滴堆積体層３４ｃとを備える。該図の液滴堆積体３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄは、液滴の堆積時間ｔにおいて所定の一定電圧ｖをノズルに印加することにより得られる。基板表面上に着弾した先行着弾液滴上の固化した成長起源液滴層の直径をＲｍ１、成長起源液滴層上の固化した液滴堆積層の最大直径をＲｍ２としたときに、Ｒｍ１とＲｍ２との比が２：１〜１：１である。
固化した成長起源液滴層３４ｂの直径は２μｍ、液滴積層層３４ｃの高さは４００μｍ以上であり、よって液滴積層体３４のアスペクト比は約２００以上である。

図７（ｂ）は、液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体３４を形成する工程を示す概略図である。同図において、基板２２の表面上に先行着弾液滴３４ａが着弾する。先行着弾液滴３４ａが基板上に固化する工程は、図７（ｂ）の３４ａ―１から３４ａ―３に示される。先行着弾液滴３４ａ―３上に着弾した成長起源液滴３４ｂ−１は、尖端を有する液滴が着弾して固化して平坦化する。次に平坦化した成長起源液滴層３４ｂ−１の上にさらに尖端３４ｂ−２が形成される。かくして、液滴堆積層３４ｃは、ノズルに所定の一定電圧を印加して液滴を吐出させて成長起源液滴層の尖端３４ｂ−２に連続して着弾させることにより形成される。

先行着弾液滴層３４ａは、基板の表面にほぼ一様に電荷が分布して基板上に濡れ広がった状態を形成する。成長起源液滴層は、尖端である成長点３４ｂ−１に電荷が集まり、そして電荷に密度が高まり電気力線の分布が変わることにより成長を開始する。ここで、濡れ広がり（接触角）は、基板と液滴の表面エネルギーの関係で決まる。基板と先行着弾液滴層３４ａの間の表面エネルギー差は、大きく濡れ広がりやすいのに対して、先行着弾液滴層３４ａ上の成長起源液滴の表面エネルギー差は小さく濡れ広がりににくい。従って、成長起源液滴の濡れ広がりは抑えられる。

図７（ｃ）から図７（ｅ）は、他の液滴堆積体を示す概略図である。ノズル１２から分離された液滴は、局所的な集中電界によるマクスウェル応力の作用により運動エネルギーを与えられる。ノズル１２から分離された液滴の電圧を制御することにより液滴堆積体の形状を可変することができる。

図７（ｃ）は、基板２２上に液滴を着弾させて先行着弾液滴層３４ａを形成し、その上に成長起源液滴層３４ｂを形成した後、成長起源液滴層３４ｂ上に液滴堆積層３４ｃを形成する。液滴堆積層３４ｃの最上部３４ｄは、液滴堆積層３４ｃの直径より大きな直径を有する。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間ｔにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧ｖを印加した後、電圧を所定の電圧に上昇させる。

図７（ｄ）は、基板２２上に液滴を着弾させて先行着弾液滴層３４ａを形成し、その上に成長起源液滴層３４ｂを形成した後、成長起源液滴層３４ｂ上に液滴堆積層３４ｃを形成する。液滴堆積層３４ｃは、円錐状に形成される。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間ｔにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧ｖを印加した後、段階的に電圧を上昇させるパターンを繰り返す。

図７（ｅ）は、基板２２上に液滴を着弾させて先行着弾液滴３４ａを形成し、その上に成長起源液滴３４ｂを形成した後、成長起源液滴層３４ｂ上に第１液滴堆積層３４ｃを形成する。その後、液滴堆積層３４ｃの第１最上部３４ｄは、第１液滴堆積層３４ｃの直径より大きな直径を有する。さらに、液滴堆積層３４ｃの第１最上部３４ｄの尖端から第２液滴堆積層３４ｃ′を形成し、その最上部に第２最上部３４ｄ′を形成する。第２液滴堆積層３４ｃ′の第２最上部３４ｄ′は、第２液滴堆積層３４ｃ′の直径より大きな直径を有する。ノズルへの電圧印加は、液滴の堆積時間ｔにおいて、最初の所定時間、所定の一定電圧ｖを印加した後、電圧を所定の電圧に上昇させる。この印加パターンを繰り返す。

図８は、基板上に触媒をパターニングする際に、触媒体３６の横への広がりを防止して液滴積層体３４を所定の径にするために、触媒３６を吐出する前に予め広がり防止用のバンク３８を所定の間隔にパターニングする様子を示すものである。この後、触媒３６上に液滴吐出装置１０から金属超微粒子分散液を吐出して、金属超微粒子分散液２４を堆積させる。

図９は、液滴吐出装置１０を使用して液滴堆積体３４の最上部に絶縁体４２を設けた状態を示す概略図である。また、図１０は、液滴吐出装置１０を使用して液滴堆積体３４の側部周囲に絶縁体４２を設けた状態を示す概略図である。ここで、図９及び図１０の液滴堆積体３４の最上部又は周囲の絶縁体４２は、液滴吐出装置１０で堆積させてもよいが、スパッタリング等の物理的な堆積手段で堆積させてもよい。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、基板４４に形成した径３０μｍ以下、深さ１００μｍのスルーホール４６内に、液滴吐出装置１０のノズル１２から金属超微粒子分散液２４を吐出して、導電材料を埋め込む方法を示す。液滴吐出装置１０のノズル径は５μｍ以下であるため、ノズル１２の先端をスルーホール４６内に入れることができる。
スルーホール４６内に液滴吐出装置のノズル１２の先端をスルーホール４６の底面に対して垂直に挿入し、ノズル１２から金属超微粒子分散液２４を吐出して底面に堆積させる（図１１（ａ））。この際、金属超微粒子分散液２４を吐出するに先立って、スルーホール４６内に液滴吐出装置１０のノズル１２から親液剤を吐出し、スルーホール４６の底面に親液剤を塗布するようにしてもよい。これにより、吐出中に金属超微粒子分散液２４に含まれている溶媒の蒸発をより促進することが可能となり、堆積収縮の影響を少なくすることができるので、断線を防ぐことができる。

その後、ノズル１２から金属超微粒子分散液２４を吐出して、スルーホール４６内全体に金属超微粒子５０を堆積させる（図１１（ｂ））。この場合、充填用のノズル１２としては、径の大きいものを使用することにより堆積を効率良くすることができる。なお、スルーホール４６の形状は、真円に限らずに、種々の形状をとることも可能である。また、スルーホール４６内に微細な切り欠きや突起を設けることにより、毛細管現象を利用した導通が可能となる。

この堆積に際しては、ノズル１２先端からスルーホール４６のほぼ中心に向けて液滴を連続的に吐出して、液滴堆積体支柱５２を形成する（図１２（ａ））。この際、図１２（ｂ）に示すように、液滴堆積体支柱５２の先端は基板４４の表面より突出させておくことが好ましい。突出した先端を設けておくことにより、この先端を目がけて液滴が吐出されるので、支柱５２の断線が防止される。

図１１（ａ）の方法により、スルーホール４６内に液滴吐出装置１０のノズル１２の先端をスルーホール４６の底面に対して垂直に挿入し、ノズル１２から金属超微粒子分散液５０を吐出して、スルーホール４６の底面に金属超微粒子を堆積させた後、図１３（ａ）に示すように、スルーホール４６内に吐出装置１０のノズル１２先端をスルーホール４６の底面に対して所定の角度に傾けて挿入し、金属超微粒子分散液２４の液滴を壁面に向けて連続して吐出して、金属超微粒子をスルーホールの側壁に堆積させて側壁堆積物５０を得る（図１３（ｂ））。
この場合においても、金属超微粒子分散液２４を吐出する前に、親液剤をノズル１２からスルーホール４６の底面及び側面に塗布することにより、スルーホール４６の側壁及び底面と金属超微粒子分散液２４とをより密着させることができるため、断線を防止できる。

かくして、側壁における液滴の不連続の欠点が解消される。この時、液滴２４はスルーホール４６内の側壁内面から連続して基板４４の表面上に延出するように吐出することが好ましい。よって、基板４４の表面上にコンタクト用のバンプを容易に形成することができる。
その後、ノズル１２の先端をスルーホール４６内で回動して、金属超微粒子分散液２４の液滴を壁面の全面に吐出し、金属超微粒子５０を付着させる（図１３（ｃ））。同じ吐出装置１０のノズル１２を使用して、または径の大きいノズル１２を使用して金属超微粒子分散液２４を滴下し、スルーホール４６内に金属超微粒子５０を堆積させる（図１３（ｄ））。

さらに、スルーホール４６内に堆積された液滴２４が固まった後、基板４４の底面を研磨切断５２して貫通したスルーホール４６内に堆積した金属超微粒子５０の導電材の表面を露出させる（図１３（ｅ））。このスルーホール４６内に堆積した導電材５０は、基板４４を堆積した際に上下側の基板４４の配線を接続するのに利用される。

図１４（ａ）は、スルーホール４６内に所定の高さに金属超微粒子５０を堆積した状態を示す。図１４（ｂ）は、スルーホール４６内に堆積した金属超微粒子５０に向けてレーザ５６を照射した状態を示す。レーザアブレーションにより飛び散った金属が、スルーホール４６の壁面に堆積して導電性確保が得られる。

なお、スルーホール４６内に堆積される液滴の支柱の高さは、ノズル１２からの吐出時間、又はノズル１２のスルーホール４６内における滞留時間や滞留回数を変えることにより変更できる。また、複数のノズル１２を配設して複数のスルーホール４６内に堆積される液滴の支柱の高さは、各ノズル１２からの吐出時間、又は各ノズル１２の各スルーホール４６内における滞留時間や滞留回数を変えることによりそれぞれ変更できる。

また、スルーホール４６の導電材料の穴埋めの際に問題となる垂直方向の導電性を確保するため、金属超微粒子分散液インク内に微細なガラス繊維等のフィラーを混入させることが好ましい。しかし、その場合、フィラーがインク内でランダムに混入されるため、ノズルが詰まり易くなる欠点もある。本発明の吐出装置１０のノズル１２は、ノズル１２内のインクと基板間に電圧が印加されるため、フィラーが分極して電場方向に配向し、詰まりの原因が排除される。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、層間配線の形成方法を示す。第１のガラス基板６０上に第２の基板６２を設け、この基板６２内にパターン形成された孔６４を形成する。この孔６４内に、吐出装置１０を使用して金属超微粒子分散液６６を吐出する。吐出された金属超微粒子分散液６６は、堆積したその先端に尖った形状を形成する（図１５（ａ））。この後、この孔６４内に金属超微粒子分散液６６が充填されて、金属微粒子堆積体６８が形成される（図１５（ｂ））。

図１６（ａ）〜図１６（ｅ）は、他の層間配線の形成方法を示す。ガラス基板６０上に吐出装置１０を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、金属超微粒子による微細パターンの金属超微粒子堆積体７０を形成する（図１６（ａ））。次に、基板６０の表面に樹脂７２をコーティングして、ＵＶ又は熱による硬化処理を行う（図１６（ｂ））。続いて、樹脂７２の表面に撥液剤７４をコーティングし（図１６（ｃ））、微細パターニング化の金属超微粒子堆積体７０にＹＡＧレーザ７６を照射する。
金属超微粒子堆積体７０は、ＹＡＧレーザ光７６を吸収する。金属超微粒子上の撥液剤７４は、ＹＡＧレーザ７６によるアブレーション作用により蒸散され、基板面が露出される（図１６（ｄ））。このとき、必ずしも金属超微粒子堆積体７０がレーザ光７６を吸収する必要はない。この後、この表面に金属超微粒子分散液が塗布されて、バンプ７８が形成される（図１６（ｅ））。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、バンプ接続構造の形成方法、すなわち、ＩＣチップ８０を基板６０に接続する方法を示す。図１７（ａ）は、基板６０側に吐出装置１０を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、パターン化されたバンプ７８を形成する。吐出装置１０のノズル１２から吐出されて堆積したバンプ７８の先端は、尖った形状に形成される。ＩＣチップ８０側にはパッド８１が形成される。そして、ＩＣチップ８０側のパッド８１と基板６０側の焼成済みバンプ７８とは超音波によって接合される。
なお、ＩＣチップ８０側に吐出装置１０を使用して形成されたバンプ７８を形成し、基板６０側に配線パターンのパッド８１を形成してもよい。

図１７（ｂ）は、基板６０側に吐出装置１０を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、パターン化されたバンプ７８を形成する。吐出装置１０のノズル１２から吐出されて堆積したバンプ７８の先端は、尖った形状に形成される。ＩＣチップ８０側には、パターン化された導電性ペースト８２が塗布される。ＩＣチップ８０側のパターン化された導電性ペースト８２と基板６０側の焼成済みバンプ７８とは、熱圧着によって接合される。なお、ＩＣチップ８０側に吐出装置を使用してバンプ７８を形成し、基板６０側に導電性ペースト８２を所定のパターンに形成してもよい。

図１８（ａ）〜図１８（ｅ）は、バンプの形成方法を示す。まず、ガラス基板６０上に吐出装置１０を使用して金属超微粒子分散液を吐出し、金属超微粒子分散液の微細パターン９０を形成する（図１８（ａ））。次に、この表面に撥液剤９２を塗布する（図１８（ｂ））。撥液剤９２が表面に塗布された後、微細パターニングが施された金属超微粒子塗布層にＹＡＧレーザ９４を照射する（図１８（ｃ））。
金属超微粒子堆積は、ＹＡＧレーザ光９４を吸収する。このとき、金属超微粒子のパターン９０上の撥液剤９２は、ＹＡＧレーザ９４によるアブレーション作用により蒸散され、基板面が露出されて、パターニングされた微細孔９６が形成される（図１８（ｃ））。この後、この孔９６内に金属超微粒子分散液を堆積させて、バンプ９８が形成される（図１８（ｅ））。

図１９は、図１の液滴吐出装置１０を使用して液滴が基板に着弾した後、時間の経過により液滴がどの程度基板上を拡がるかを示した図である。使用した金属超微粒子分散液は、ハリマ化成社の金ナノペーストＮＰＧ−Ｊである。金ナノペーストは、粘度１１．５ｃｐｓであり、基板はオゾンクリーナーで親液処理されている。

図１９において、●印は、本発明によるノズルを使用した場合の着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大の推移を示す。すなわち、着弾時の基板表面における液滴の直径Ｒ１は約１μｍであり、１秒経過後の液滴の直径Ｒ２は約１．８μｍである。すなわち、Ｒ１と着弾から１秒後の固化した液滴Ｒ２との比は、１：１．８である。なお、着弾後１秒経過後の液滴の固化率は約９０％である。
一方、▲印は、従来のノズル径１０μのノズルを使用した場合の着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大の推移を示す。すなわち、着弾時の基板表面における液滴の直径Ｒ３は約２０μｍであり、１秒経過後の液滴の直径Ｒ４は約１００μｍである。すなわち、Ｒ３と着弾から１秒後の固化した液滴Ｒ４との比は、１：５である。
この結果より、本発明によるノズルを使用した場合、従来のノズルの使用に比べて、着弾後の金属超微粒子液滴径の拡大が極めて小さいことがわかる。よって、より微細な所定の線幅通りの描写をすることができる。

図２０は、液滴を基板表面に互いに重なり合うように連続的に着弾させてなる液滴集合体１００を示す平面である。同図において、液滴１０２は、基板上に連続し隣接する液滴同士が互いに重なり合うように着弾させて、液滴集合体１００、例えば配線を形成する。ここで、着弾後の基板表面上の互いに隣り合う液滴の重なり度合は、約４０％から約８０％、好ましくは約５０％から約７０％である。
約１．８μｍの配線等の帯状体を形成するには、着弾時の直径が約１μｍ、着弾より１秒後に固化した液滴の直径が約１．８μｍの液滴１０２を、連続的に隣接する液滴同士が互いに重なり合うようにノズルから吐出させる。

かくして、液滴集合体１００の形成方法は、液滴１０２が基板表面に着弾した時の直径を制御して、着弾時の液滴の基板表面上の直径；Ｒと、着弾後固化した液滴の基板表面上の直径；Ｒ１との比を１：２以下に制御する工程と、前記液滴を連続的に互いに重なり合うように吐出する工程とを備える。

一方、上述の図１における液滴吐出装置１０のノズル１２から基板に向けて液滴を吐出させて、幅約１０μｍの配線等の帯状体１０３を形成するには、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、着弾時の直径が約１μｍ、着弾より１秒経過後に固化する液滴の直径が約１．８μｍの液滴１０２を連続的に隣接同士が互いに重なり合うようにノズル１２から吐出させて、まず形成すべき帯状体１０３の両側部を形成する（図２１（ａ））。
その後、帯状物１０３の中心部１０４を形成する（図２１（ｂ））。帯状体１０３の中心部１０４を形成する際、ノズル１２への印加電圧及び又は周波数を両側部への吐出量に比べて高くして、より多くの液滴を吐出させて形成する。

かくして、基板表面に、隣接する同士互いに重なり合うように連続的に液滴を着弾させてなる液滴集合体からなる帯状体１０３は、相対的に小さな直径を有する液滴１０２からなる両側部の帯状体１０２と、相対的に大きな直径を有する液滴１０４の集合体とからなる。

ここで、帯状体１０２は、パターン拡大防止用液滴集合体の作用をすることもできる。この場合、幅１０μｍの帯状物の場合、パターン拡大防止用の帯状物１０２は、所望幅の帯状体の縁側から中心方向に約１．５μｍから約２．０μｍの位置に形成される。

約２μｍの配線等の帯状体１０３を形成する際に、帯状体１０３の幅を所定の寸法に形成するためには、できる限り液滴によるパターン形状の拡がりを抑制することが必要である。図２２においては、図１の液滴吐出装置１０を用いて、長手方向に延出する所定幅のパターン形状を有する帯状体１０３を形成するために、帯状体を形成する前に形成されるべき帯状物１０３の少なくとも一方の縁側から約０．１μｍから０．５μｍ外側に離れた位置に連続的又は非連続的に液滴を着弾させて、パターン拡大防止用液滴集合体１０６を形成する。

図２３は、他の帯状体の形成方法を示す。同図は、形成すべき帯状体１０３の中心にパターン形状の拡大を防止するためのパターン拡大防止用液滴集合体１０６を連続的又は非連続的に形成する。この後、このパターン形状乱れ防止用液滴集合体１０６に向けて、液滴吐出装置１０から金属超微粒子分散液を吐出して所望幅の微細配線パターンを形成する。

図２４は、帯状体１０３のさらに他の形成方法を示す。同図は帯状体１０３が湾曲している状態を示す。同図において、帯状体１０３のパターン拡大を防止するためのパターン拡大防止用液滴集合体１０６は、帯状体１０３の少なくとも一方の縁側で、帯状体１０３の湾曲形状に沿って内側方向へ幅約１．５μｍ以内で連続的又は非連続的に形成されている。

図２５は、帯状物１０３のパターン拡大防止するためのパターン形状乱れ防止用液滴集合体１０６の他の形成方法を示す。同図において、パターン拡大防止用液滴集合体１０６は、所望幅の帯状体１０３の少なくとも両縁側の外側に沿って長手方向に連続的又は非連続的に液滴を着弾させて形成される。ここで、パターン拡大防止用液滴集合体１０６は、絶縁材料からなる液滴を図１の液滴吐出装置１０から吐出して形成される。

本発明の電機接続体形成方法及びそれにより得られる電気接続体は、基板における立体配線、層間接続配線、ブラインドビア、スルーホール配線、片面スタッドバンプ、両面スタッドバンプ、圧着配線、超音波接合配線など、多種多様な電気接続体に応用可能である。

本発明に用いる液滴吐出装置の一実施態様の説明図である。 本発明に用いる液滴吐出装置の他の一実施態様の説明図である。 本発明の吐出工程において、（ａ)電界集中用の電極を設ける場合の初期段階、（ｂ）中期段階、（ｃ）後期段階、（ｄ）後期段階の一実施態様を示す概略図である。 本発明に用いる液滴吐出装置の一実施態様を示す概略図である。 本発明に用いる液滴吐出装置の一実施態様を示す他の概略図である。 本発明に用いる液滴吐出装置の一実施態様を示すさらに他の概略図である。 液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体を示す概略図である（その１）。 図７（ａ）の液滴堆積体の形成方法を示す概略図である。 液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体を示す概略図である（その２）。 液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体を示す概略図である（その３）。 液滴吐出装置のノズルから基板に向けて飛散させた液滴を堆積してなる液滴堆積体を示す概略図である（その４）。 基板上に触媒をパターニングする際に、横への広がりを防止して液滴堆積体を所定の径にするための構成を示す概略図である。 液滴吐出装置を使用して液滴堆積体の最上部に絶縁体を設けた状態を示す概略図である。 液滴吐出装置を使用して液滴堆積体の周囲に絶縁体を設けた状態を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、基板に形成したスルーホール内に液滴吐出装置のノズルから金属超微粒子分散液を吐出して導電材料を埋め込む方法を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、スルーホール内に電気接続体を形成する方法を示す概略図である。 （ａ）〜（ｅ）は、スルーホール内に電気接続体を形成する方法を示す他の概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、金属超微粒子分散液にレーザを照射して電気接続体を形成する方法を示す他の概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、層間配線の形成方法を示す概略図である。 （ａ）〜（ｅ）は、他の層間配線の形成方法を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、バンプ接続構造の形成方法を示す概略図である。 （ａ）〜（ｅ）は、バンプの形成方法を示す概略図である。 液滴が基板に着弾した後、時間の経過により液滴がどの程度基板上を拡がるかを示した図である。 液滴を基板表面に互いに重なり合うように連続的に着弾させてなる液滴集合体を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、配線を精度良く形成するための方法を示す概略図である。 配線を精度良く形成するための他の方法を示す概略図である。 配線を精度良く形成するためのさらに他の方法を示す概略図である。 帯状物を精度良く形成するための方法を示す概略図である。 帯状物を精度良く形成するためのさらに方法を示す概略図である。

符号の説明

１０ 液滴吐出装置
１２、３２ ノズル
１４、２０ 電極
１６ 制御装置
１８ カートリッジ
２２、４４ 基板
２４、６６ 金属超微粒子分散液
３０ 針状電極
３４ 液滴堆積体
３６ 触媒体
５０、６８、７０ 金属超微粒子堆積
４２ 絶縁体
４６ スルーホール
６０ 第１基板
６２ 第２基板
６４ 孔
６６ 金属超微粒子分散液
７２ 樹脂コーティング
７４、９２ 溌液剤
７８ バンプ
８０ ＩＣチップ
８１ パッド
８２ 導電ペースト
９０ 分散液微細パターン
９４ ＹＡＧレーザ
９６ 微細孔
９８ バンプ
１００ 液滴集合体
１０３ 帯状体
１０６ 乱れ防止用液滴集合体

Claims (12)

1. 液滴吐出装置の直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下のノズルから基板表面に向けて液滴を噴射させ、前記液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、
   前記液滴堆積体の基板表面上に着弾した先行着弾液滴層上の成長起源液滴層の固化した直径をＲｍ１、前記成長起源液滴層上に形成された液滴堆積層の固化した最大直径をＲｍ２としたときに、Ｒｍ１とＲｍ２との比が２：１〜１：１であることを特徴とする電気接続体。
2. 液滴吐出装置の直径約５μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下のノズルから基板に形成したスルーホール内に向けて液滴を噴射させ、前記液滴を堆積して形成される液滴堆積体からなる電気接続体であって、
   前記液滴堆積体の成長起源液滴層は、尖端を備えることを特徴とする請求項１記載の電気接続体。
3. 前記液滴堆積体のアスペクト比は１以上であり、かつ前記液滴堆積体の最大直径は３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電気接続体。
4. 前記液滴堆積体の液滴堆積層の最上部に尖端を有することを特徴とする請求項１記載の電気接続体。
5. 前記液滴は、金属超微粒子が分散した液体であることを特徴とする請求項乃至４のいずれかに記載の電気接続体。
6. 前記液滴は、金属超微粒子が分散した液体に導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電気接続体。
7. バンクを吐出して触媒の横への拡がりを防止するための拡がり防止用のバンクをパターニング形成する工程と、
   前記バンク内に触媒層を形成する工程と、
   前記触媒層の上に金属超微粒子分散液を吐出して金属超微粒子を堆積させる工程と、を備えることを特徴とする電気接続体の形成方法。
8. 基板上に堆積物をパターニングして形成する工程と、
   前記堆積物に樹脂を埋め込み、樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層上に前記堆積物を覆って撥液剤を塗布する工程と、
   前記堆積物上の撥液剤にレーザを照射して前記撥液剤を除去し、前記堆積物を露出する工程と、
   前記露出した堆積物上に金属超微粒子分散液を塗布する工程と、を備えることを特徴とする電気接続体の形成方法。
9. 基板表面に液滴を吐出して金属超微粒子からなる微細パターンを形成する工程と、
   前記微細パターン上に撥液剤をコーティングする工程と、
   前記微細パターン上の前記撥液剤にＹＡＧレーザを照射する工程と、
   前記ＹＡＧレーザを照射して前記撥液剤を蒸散し、前記基板表面に孔を形成する工程と、
   前記基板表面の孔内に金属超微粒子分散液を充填する工程と、
   前記基板表面に金属超微粒子分散液を塗布する工程と、を備えることを特徴とする電気接続体の形成方法。
10. 基板に設けられた凹所内に液滴吐出装置のノズルを挿設する工程と、
    前記ノズルを所定角度傾けて液滴を凹所の側壁に向けて吐出し、前記側壁に液滴を堆積させる工程と、
    前記凹所内に導電材料を堆積する工程と、を備えることを特徴とする電気接続体の形成方法。
11. 前記導電材料を堆積した基板の底面を切断する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の電気接続体の形成方法。
12. 請求項１又は２記載の電気接続体を構成する液滴を収納して液滴吐出装置に着脱可能に設けられたカートリッジ。

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