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基板間距離が従来インクジェット法より大きく取れ、Si基板上で100μm以上の段差エッジ部を乗り越えて配線を描画できた。さらに、図6左に示すように、従来のインクジェット法では、基板表面の粗さが大きいと、その基板表面微細凹凸の面内方向の毛細管力により、描画パターンは広がってしまう。しかし、図6右に示すように、レーザー援用インクジェット法では、基板に到達した液滴は、瞬時に固化するため、基板表面の粗さの影響を受けず、微細パターンを描画することができる。このためわざと基板表面を荒らしておけば、物理的アンカーリング効果により、描画パターンと基板との密着力が向上することも確認できた。 図4　高アスペクト比の配線(縦横高さ等倍)とその断面形状 図5 Si（シリコン）基板上の段差乗り越え 　これまでインク液滴の乾燥を促進させる方法としては、基板自体を加熱する方法があるが、基板からの熱によってインク吐出ノズルの開口部付近が乾燥し、ノズルの詰まりが起こりやすく、また、熱による対流の影響で飛翔中の液滴の軌道が狂い、高い着弾精度が得られなかった。一方、微細パターンを描画するために、図2に示したように、液滴サイズそのものをサブフェムト・リットルまで微細化して、液滴体積に対する比表面積を増加することで乾燥を促進させる手法が知られるが、微細な液滴を吐出するノズル開口自体も微細化するため、インク乾燥によるノズルの詰まりが発生しやすいといった実用上の困難があった。これに対して今回のレーザー援用インクジェット法は、液滴サイズが数ピコ・リットルと微細配線用としては比較的大きいノズル開口サイズが使用可能で、局所加熱の影響によるノズル開口部の乾燥や飛翔液滴の軌道変化も少ないため、インク乾燥によるノズル詰まりも生じにくく正確なインク液滴の着弾が可能となる。したがって、実用性が高く精度の高い微細パターン描画を提供できることが大きな特徴でもある。 図6　研削加工で形成されたグルーブ（溝）の段差乗り越え配線描画（ガラス基板上） 図7　コプレーナー型高周波線路の伝送特性 （＜40GHz）、青：実測値、ピンク：理論計算 図8　LIJ法によるLEDチップの点灯試験 （線幅：30μm、線長さ：80mm） 　現在までに、この技術を用いて導電性材料の2次元パターン描画やポストアニール無しの導電配線の形成、また、図7に示すように、コプレーナー型高周波線路を形成し、40GHzまで良好な伝送特性が得られることや、図8に示すように、配線幅30μm、配線長さ80mmの微細Agパターンを通し、LEDを定格電流20mAで駆動し、十分な輝度で点灯できることも確認できた。さらに、酸化物材料などのさまざまなインク材料でも、上記導電材料と同等のレーザー照射効果によるアスペクト比の向上が確認された。 レーザー援用インクジェット技術　動画：1分49秒 --> 今後の予定 　産総研では、このレーザー援用インクジェット法でレーザー照射条件やインク材料の最適化をはかり、より微細なパターン描画を目指すとともに、マルチノズル・ヘッドへの適応を検討するなどの改良を進め、さらなる技術の向上を目指す。また、共同開発を進める民間企業を広く募集する予定で、さまざまな材料への適用、用途展開を進め、実装コストの大幅な低減や設計・仕様変更あるいは、カスタムメードに対応できる実装技術に発展させる。 用語の説明 ◆工業用インクジェット   文字や写真を印刷するインクジェット技術を応用して、デバイスなどを製造するプロセス技術。材料となるナノ粒子を含有させたインクを基板に直接描画できるため、マスクレスでパターニングを行うことができる。現在では、液晶パネル用のカラー・フィルター、配向膜、プリント基板の金属配線などが実用化されている。[参照元へ戻る] ◆アスペクト比   2次元形状の縦横の比率。配線のアスペクト比は、一般的に配線の厚み/配線の幅(T/W)で表記される。本研究では、アスペクト比を高くすることによって、微細な線幅のまま抵抗値を下げることができた。[参照元へ戻る] ◆金属超微粒子インク   一般的に、Ag、Cuなどの超微粒子の金属を気相法で作成した後に溶媒などに分散して、インク状にしたもの。一般的にいわれている超微粒子の粒径は数10nmから100nm程度。金属超微粒子インク以外にも、SiO2やAl2O3などの絶縁セラミックス粒子を用いたインクなども開発が進んでいる。[参照元へ戻る] ◆インターポーザ   パッケージ品において、チップ間や層間の接続配線を形成する中継基板。従来では、BGA（ボールグリッドアレイ）インターポーザやSiインターポーザなどがある。チップ間をワイヤボンディングで接続する方法では、配線密度、インダクタンスの増加による高速伝送の限界、高周波ノイズなどの問題があり、インターポーザの技術開発は、デバイスの高速化に必須の技術課題となっている。[参照元へ戻る] ◆プリンテッドエレクトロニクス技術   印刷技術を用いて大量に電子部品や機器を製造する技術。対象となるデバイスの種類は幅広く、現在では、配線描画だけではなく、液晶、PDPパネル、SiP、有機トランジスタなどなどのデジタル機器も試作されている。オール印刷デバイスを目標に、センサー、ディスプレー、照明、タグなどのデバイスの開発も行われ始めている。[参照元へ戻る] ◆MEMS   MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)。半導体集積回路製造技術をアクチュエータ、センサー、電子回路などに応用して製造された、微細構造のデバイスの総称。一般的には、マイクロマシンと同義。現在、インクジェットヘッド、圧力・加速度センサー、DMD（プロジェクター）などが市販されている。[参照元へ戻る] ◆LSIチップ   LSI (Large Scale Integration)。ウェハーと呼ばれる基板上に1000個～10万個程度の素子が集積しているチップ。数mm程度のチップ内に電気回路が形成されている。本研究では、MEMSを動作させるための回路としてLSIチップを用いることを想定している。[参照元へ戻る] ◆ピコ・リットル   plと表記する。ピコは10のマイナス12乗。吐出液滴を球体と仮定すると、4plで直径20μm程度のサイズになる。インクが染み込みやすい紙などへの印刷と違い、シリコンやガラス基板上では、液滴が基板上で2次元的に広がるため、最終的にはより大きなサイズのドットとなる。[参照元へ戻る] ◆バルジ効果   基板・インクの表面エネルギー、濡れ性、インクの粘性などの影響により、液体の溜まりができること。バルジ効果が表れる原因は、まだ十分に解明されていない。一般的には、部分的に膨らんだ形状を示す。[参照元へ戻る] ◆コーヒーリング現象   コーヒーが乾燥すると、まるでリングのような染み模様ができる現象。希薄溶液が蒸発する過程では、液滴の中心から縁に向かう流れができるため、円環状に形成される。逆に、比較的濃度が高い液体では乾燥過程で表面から乾燥が始まり、乾燥後に帽子のような形状になる。[参照元へ戻る] ◆サブフェムト・リットル   フェムトは10のマイナス15乗。フェムトリットルはflと表記する。吐出液滴を球体と仮定すると、1flで直径1.5μm程度のサイズになるため、サブフェムト・リットルは、約1μm以下の液滴サイズとなる。[参照元へ戻る] ◆ポストアニール   成膜した膜の特性を向上するため、膜の融点以下の温度で熱処理をすること。描画した配線は、インク溶媒や銀ナノ粒子に付着している分散剤や銀粒子が小さいため、抵抗値が高い。そのため、溶媒や分散剤を分解蒸発させ、銀の結晶性を向上し、配線の抵抗値を下げるために、熱処理が必要とされる。[参照元へ戻る] ◆コプレーナー型高周波線路   基板上に「グラウンド‐信号線路‐グラウンド」という形で、中心導体と接地導体が同一平面内に配置している形状。高周波領域では、波長の長さに対して、伝送線路の長さが無視できないことから、伝送損失が配線の浮遊インダクタンス成分に大きく影響を受けるため、コプレーナー線路のような形状で電磁界の整合をとる必要がある。[参照元へ戻る] コプレーナー線路 関連記事微細な低抵抗配線の高速描画に成功[PDF:1300KB] お問い合わせお問い合わせフォーム 産総研について アクセス 調達情報 研究成果検索 採用情報 報道・マスコミの方へ メディアライブラリー お問い合わせ English ニュース お知らせ一覧 研究成果一覧 イベント一覧 受賞一覧 研究者の方へ はじめての方へ 研究成果検索 研究情報データベース お問い合わせ 採用情報 ビジネスの方へ はじめての方へ 研究成果検索 事例紹介 協業・提携のご案内 お問い合わせ AIST Solutions 一般の方へ はじめての方へ イベント情報 スペシャルコンテンツ 採用情報 お問い合わせ 記事検索 産総研マガジンとは 公式SNS @AIST_JP 産総研チャンネル 公式SNS @AIST_JP 産総研 チャンネル サイトマップ このサイトについて プライバシーポリシー 個人情報保護の推進 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Copyright © National Institute of Advanced Industrial Science and Technology （AIST） （Japan Corporate Number 7010005005425）. 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