JP2004342715A

JP2004342715A - バンプ形成方法及びバンプ形成装置

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Publication number: JP2004342715A
Application number: JP2003135342A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Eguchi; 俊哉江口; Kazuhiro Murata; 和広村田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Konica Minolta Inc
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】生産性の向上、種々の形状のバンプ形成，微小バンプ形成及びバンプピッチの微小化を可能とする。
【解決手段】バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる導電ペーストを帯電させると共にノズル１０３内で吐出電圧を導電ペーストに印加することにより導電ペーストの液滴を，吐出口の内径が３０［μｍ］以下のノズルを介して基板に吐出する吐出工程と、吐出された導電ペーストの液滴を焼結させる焼結工程とによりバンプ形成を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばダイオード，ＩＣ（集積回路装置）等の半導体素子の基板又はプリント回路基板の電極表面上等にバンプを形成するバンプ形成方法及びバンプ形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バンプの形成方法としては、基板の下地電極形成面側にフォトレジスト膜を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるバンプ形成方法では、基板上にフォトレジスト膜を形成すると共に、下地電極位置に穴を形成し、その中にディスペンサにより導電ペーストを充填し、スピンナを高速回転させ、フォトレジスト膜上のペーストを振り切ることにより穴にのみペーストを充填残留させ、プリべークする。さらに、フォトレジスト膜を除去してから導電ペーストを焼結することで基板上にバンプの形成を行っている。
【０００３】
また、他のバンプ形成方法としては、スクリーン印刷を用いる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。かかるバンプ形成方法では、基板の下地電極形成面側にバンプ形成パターンが形成されたマスクが位置決めされ、マスクを介して導電ペーストが印刷され、マスクの除去後に焼結することで下地電極上にバンプの形成を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−６４０４７号公報（第１―５図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平６−２０４２２９号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の従来例の場合には、ディスペンサを用いるために穴以外のフォトレジスト膜上にもペーストが塗布されてしまうので、スピンナを用いることにより穴以外のペーストを除去する手間がかかるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来例の場合には、バンプ形成にパターニング済みのマスクを必要とすることから予めバンプの形状について制約を受け、その変更や改良には容易に対応することができないという不都合があった。また、マスクを必要とするため、少量生産においては、コスト高となるという問題もあった。
【０００８】
また、近年の半導体素子の高密度化により、基板上の下地電極は微小化，高密度化し、これに対応するためにバンプの微小化，高密度化を図る必要性が生じているが、上記各特許文献記載のバンプ形成技術ではさらなる微小化，高密度化を図るのに困難となっていた。
【０００９】
本発明は、パンプ形成の迅速化による生産性の向上を図ることを、その目的とする。また、本発明は、種々の形状のバンプ形成を容易に行うことを、さらに他の目的とする。また、少量生産の場合でのコスト低減をさらに他の目的とする。
また、本発明は、バンプのさらなる微小化，高密度化を図ることをまた別の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、吐出口の内径が３０［μｍ］以下のノズルを備え，バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる導電ペーストを帯電させると共にノズル内で吐出電圧を印加することで導電ペーストの液滴を，基板に設けられた基板上に吐出する吐出工程と、吐出された導電ペーストの液滴を焼結し、液体成分を除去する焼結工程とを備える、という構成を採っている。なお、ノズルの吐出口の内径とはノズルの吐出口の内部直径のことをいう（以下同じ）。
【００１１】
上記構成では、吐出工程において、基板上に導電ペーストの液滴の吐出を逐次行い、所定形状に従って複数の液滴を積み上げることでバンプを形成する。
上記構成では、吐出工程において、基板上に導電ペーストの液滴の吐出を行い、さらに、焼結工程における焼結を行いバンプを形成する。焼結工程における焼結は、バンプの全体形状に従って積み上げられた後に行っても良いし、一回の吐出のたびに行っても良い。また、液滴の焼結は、吐出直後から基板に命中するまでに行っても良いし、基板上で行っても良い。また、焼結は、間欠的に行っても良いし、連続的に行っても良い。
なお、「基板」とは、ダイオード，ＩＣ等の半導体素子の基板及びプリント回路基板を含むものとする。また、「基板上」とは基板の上であれば良く、また、基板上に設けられた下地電極上を含むものとする。特に限定して説明する場合を除き、本明細書の記載全体（他の請求項記載の発明も含む）において同様とする。
【００１２】
また、上記吐出工程にあっては、吐出の為のノズルの吐出口の内径を３０［μｍ］以下、好ましくは２０［μｍ］以下、さらに好ましくは８［μｍ］以下、より好ましくは４［μｍ］以下とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めることに特徴がある（請求項２，３，４記載の発明の構成）。ノズルの小径化に関しては後の記載により詳述する。かかる場合、ノズルの先端部に対向する対向電極がなくとも液滴の吐出を行うことが可能である。例えば、対向電極が存在しない状態で、ノズル先端部に対向させて基板を配置した場合、当該基板が導体である場合には、基板の対向面を規準としてノズル先端部の面対称となる位置に逆極性の鏡像電荷が誘導され、基板が絶縁体である場合には、基板の対向面を規準として基板の誘電率により定まる対称位置に逆極性の映像電荷が誘導される。そして、ノズル先端部に誘起される電荷と鏡像電荷又は映像電荷間での静電力により液滴の飛翔が行われる。
従って、ノズルからの導電ペーストの吐出を阻害していた吐出電圧の高電位化を回避し、低電位で微細ノズルからの吐出を可能とすると共に、微細径ゆえの微細液滴吐出を可能とし、バンプの微細化を図ると共に当該微細化に伴うピッチの微細化を可能とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、一又は二回以上の吐出工程ごとに焼結工程を行う、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１，２，３又は４記載の発明と同様の動作が行われると共に、導電ペースト液滴の吐出ごと或いは所定回数の吐出ごとに焼結が行われる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４又は５記載の発明と同様の構成を備えると共に、導電ペーストの微粒子は、金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，ニッケル，タンタル，ビスマス，鉛，インジウム，錫，亜鉛，チタン又はアルミニウムのいずれか一つからなる金属若しくはその酸化物又は各金属の内のいずれか二種以上からなる合金を含有する、という構成を採っている。
上記構成により、上述したいずれかの一の材料によるバンプが形成される。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結工程では、赤外線，レーザ光及び電子ビームのうちの少なくとも一種の照射により導電ペーストの液滴を加熱する、という構成を採っている。
上記構成により、焼結工程にあっては、導電ペーストの液滴がその吐出経路上或いは基板上で赤外線，レーザ光又は電子ビームのいずれか一つの照射を受けて焼結される。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、微粒子の粒径が１００［ｎｍ］以下である、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明と同様の動作が行われると共に、１００［ｎｍ］以下の超微少な微粒子単位での吐出が行われる。
なお、「微粒子の粒径」とは、任意の微粒子サンプル１００個を電子顕微鏡法により測定した外接円の直径の個数平均値をいうものとする。特に限定して説明する場合を除き、本明細書の記載全体（他の請求項記載の発明も含む）において同様とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出工程を複数回行い、液滴を積み重ねてバンプを形成する、という構成を採っている。
上記構成では、吐出工程において、基板上に導電ペーストの液滴の吐出を複数回行い、所定形状に従って複数の液滴を積み上げることでバンプを形成する。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結工程を吐出工程と並行に行う、という構成を採っている。
「焼結工程を吐出工程と並行に行う」とは、吐出工程と焼結工程とが時間的に重なりがある場合をいうものとする。即ち、液滴の吐出から基板上への着弾までに液滴への焼結が開始されても良いし、既に焼結に要する処理が開始された状態の基板に対して吐出が行われても良い。特に限定して説明する場合を除き、本明細書の記載全体（他の請求項記載の発明も含む）において同様とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結工程を吐出工程の直後に行う、という構成を採っている。
上記構成では、液滴の吐出直後から焼結が開始される。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、レジスト膜に，開口部を形成する開口形成工程と、を有し、吐出工程では、液滴を開口部に吐出する、という構成を採っている。
【００２１】
上記構成では、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発明と同様の動作が行われると共に、基板上には予めフォトレジスト膜が形成され、さらに、バンプ形成位置には開口部が形成される。そして、この開口部を目指して液滴の吐出が行われ、開口部に応じたバンプ形成が行われる。そして、液滴の焼結後、フォトレジスト膜は除去される。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出口の内径が、形成するバンプサイズの１／３以下である、という構成を採っている。
上記構成により、吐出口の内径よりも３倍以上のサイズのバンプが形成される。
なお、「バンプサイズ」とはバンプに外接する円の直径を示すものとする。以下、同じ。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、請求項１から１３のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出工程は、形成するバンプの体積の１／１０以下の体積の液滴を複数回吐出し、液滴を積み重ねることによりバンプを形成する、という構成を採っている。
上記構成では、吐出工程において、基板上に形成しようとするバンプの体積の１０分の１以下の体積の導電ペーストの液滴の吐出を複数回行い、複数の液滴を積み上げることでバンプを形成する。
【００２４】
請求項１５記載の発明は、請求項１から１４のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、形成するバンプのサイズを７０［μｍ］以下とする、という構成を採っている。
【００２５】
請求項１６記載の発明は、基板を保持する基板保持手段と、バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる帯電させた導電ペーストの液滴を，基板保持手段上の基板に向けて吐出する，吐出口の内径が３０［μｍ］以下のノズルと、ノズル内の導電ペーストに吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、基板保持手段上の基板に対するノズルの位置決めを行う位置決め手段と、吐出された導電ペーストの液滴を焼結する焼結手段とを備える、という構成を採っている。
【００２６】
上記構成では、基板保持手段により保持された基板上の所定位置に位置決め手段により吐出位置が位置決めされたノズルから導電ペーストの液滴の吐出が行われる。かかる吐出は、位置決め手段により、逐次吐出位置を替えて行うことで所定形状のパンプとなるように積み上げられる。
また、焼結手段による焼結は、バンプの全体形状に従って積み上げられた後に行っても良いし、一回或いは所定回数の吐出のたびに行っても良い。また、液滴の焼結は、吐出直後から基板に命中するまでに行っても良いし、基板上で行っても良い。また、焼結は液滴の吐出が行われている間で、間欠的に行っても良いし、連続的に行っても良い。
【００２７】
また、上記構成の場合も、請求項１記載の発明と同様にして、吐出の為のノズルを従来にない３０［μｍ］以下とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めることに特徴がある。従って、ノズル先端部に誘起される電荷と鏡像電荷又は映像電荷間での静電力により液滴の飛翔が行われる。また、ノズルの小径化に関しては後の記載により詳述する。
【００２８】
なお、請求項１及び１６記載の発明では、従来から知られる静電吸引方式の液滴吐出技術において必須とされる対向電極を不要とすることを可能とするが、本発明にあっても、対向電極を併用しても構わない。対向電極を併用することで、ノズル−対向電極間での電界による静電力を飛翔電極の誘導のために併用することも可能となるし、対向電極を接地すれば、帯電した液滴の電荷を対向電極を介して逃がすことができ、電荷の蓄積を低減する効果も得られるので、むしろ併用することが望ましい構成といえる。
【００２９】
また、吐出の為のノズルの吐出口の内径を３０［μｍ］以下、好ましくは２０［μｍ］以下、さらに好ましくは８［μｍ］以下、より好ましくは４［μｍ］以下とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度をより高めることを可能とする（請求項１７，１８，１９記載の発明の構成）。
【００３０】
請求項２０記載の発明は、請求項１６，１７，１８又は１９記載の発明と同様の構成を備えると共に、液滴吐出手段による一回又は複数回の吐出毎に、液滴を焼結させるように焼結手段を制御するための制御手段を備える、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１６，１７，１８又は１９記載の発明と同様の動作が行われると共に、導電ペースト液滴の吐出ごと或いは複数回の吐出ごとに焼結が行われる。
【００３１】
請求項２１記載の発明は、請求項１６，１７，１８，１９又は２０記載の発明と同様の構成を備えると共に、導電ペーストの微粒子は、金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，ニッケル，タンタル，ビスマス，鉛，インジウム，錫，亜鉛，チタン又はアルミニウムのいずれか一つからなる金属若しくはその酸化物又は各金属の内のいずれか二種以上からなる合金を含有する、という構成を採っている。
上記構成により、上述したいずれかの一の材料を含有するバンプが形成される。
【００３２】
請求項２２記載の発明は、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結手段は、赤外線，レーザ光又は電子ビームいずれか一種の照射を行う、という構成を採っている。
上記構成により、焼結手段により、導電ペーストの液滴がその吐出経路上或いは基板上で赤外線，レーザ光又は電子ビームのいずれか一つの照射を受けて焼結される。
【００３３】
請求項２３記載の発明は、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、微粒子の粒径が１００［ｎｍ］以下である、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の発明と同様の動作が行われると共に、１００［ｎｍ］以下の超微少な微粒子単位での吐出が行われる。
【００３４】
請求項２４記載の発明は、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出を複数回行い、液滴を積み重ねてバンプを形成するように液滴吐出手段を制御する、という構成を採っている。
上記構成では、吐出手段により、基板上に導電ペーストの液滴の吐出を複数回行い、所定形状に従って複数の液滴を積み上げることでバンプを形成する。
【００３５】
請求項２５記載の発明は、請求項１６から２４のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結手段による液滴の焼結が、液滴吐出手段による吐出と並行に行われるように、焼結手段が制御される、という構成を採っている。
「吐出と並行に行われる」とは、液滴吐出手段による吐出と焼結手段による焼結とが時間的に重なりがある場合をいうものとする。即ち、液滴の吐出から基板上への着弾までに液滴への焼結が開始されても良いし、既に焼結に要する処理が開始された状態の基板に対して吐出が行われても良い。特に限定して説明する場合を除き、本明細書の記載全体（他の請求項記載の発明も含む）において同様とする。
【００３６】
請求項２６記載の発明は、請求項１６から２４のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、焼結手段による液滴の焼結が、液滴吐出手段による吐出の直後に行われるように、焼結手段が制御される、という構成を採っている。
上記構成では、液滴の吐出直後から焼結が開始される。
【００３７】
請求項２７記載の発明は、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、位置決め手段は、基板上に形成されたレジスト膜の開口部に液滴が吐出されるように、基板に対する液滴吐出手段の位置決めを行う、という構成を採っている。
【００３８】
上記構成では、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の発明と同様の動作が行われると共に、基板上には予めフォトレジスト膜が形成され、さらに、バンプ形成位置には開口部が形成される。そして、この開口部を目指して液滴の吐出が行われ、開口部に応じたバンプ形成が行われる。そして、液滴の焼結後、フォトレジスト膜は除去される。
【００３９】
請求項２８記載の発明は、請求項１６から２７のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出口の内径が、形成するバンプサイズの１／３以下である、という構成を採っている。
上記構成により、吐出口の内径よりも３倍以上のサイズのバンプが形成される。
【００４０】
請求項２９記載の発明は、請求項１６から２８のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、吐出工程は、形成するバンプの容積の１／１０以下の体積の前記液滴を複数回吐出し、液滴を積み重ねることによりバンプを形成する、という構成を採っている。
上記構成では、基板上に形成しようとするバンプの体積の１０分の１以下の体積の導電ペーストの液滴の吐出を複数回行い、複数の液滴を積み上げることでバンプを形成する。
【００４１】
請求項３０記載の発明は、請求項１６から２９のいずれか一項記載の発明と同様の構成を備えると共に、形成するバンプのサイズを７０［μｍ］以下とする、という構成を採っている。
【００４２】
さらに、上記各請求項の構成において、
（１）ノズル形状を電気絶縁材で形成するとともにノズル内に電極を挿入し又はメッキ形成することが好ましい。
（２）上記各請求項の構成又は上記（１）の構成において、ノズルを電気絶縁材で形成し且つノズルの外側に電極を設けることが好ましい。
（１）及び（２）により、上記各請求項による作用効果に加え、吐出力を向上させることができるので、ノズル径をさらに微小化しても、低電圧で液を吐出することができる。
（３）上記各請求項の構成、上記（１）又は（２）の構成において、基板の背後に導電性材料または絶縁性材料の平板を配置することが好ましい。
（４）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）又は（３）の構成において、ノズルに印加する電圧Ｖを
【数１】

で表される流域において駆動することが好ましい。
ただし、γ：液体の表面張力、ε０：真空の誘電率、ｒ：ノズル半径、ｈ：ノズル形状−基材間距離、ｋ：ノズル形状に依存する比例定数（１．５＜ｋ＜８．５）とする。
（５）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）、（３）又は（４）の構成において、吐出電圧として印加する任意波形電圧が１０００［Ｖ］以下であることが好ましい。
（６）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の構成において、吐出電圧として印加する任意波形電圧が５００［Ｖ］以下であることが好ましい。
（７）上記各請求項の構成、上記（１）〜（６）いずれかの構成において、ノズルの吐出口と基板との距離が５００［μｍ］以下とすることが、ノズル径を微細にした場合でも高い着弾精度を得ることができるので好ましい。
（８）上記各請求項の構成、上記（１）〜（７）いずれかの構成において、ノズル内の導電流体（導電ペースト）に圧力を印加するように構成することが好ましい。
（９）上記各請求項の構成、上記（１）〜（８）いずれかの構成において、単一パルスによって吐出する場合、
【数２】

により決まる時定数τ以上のパルス幅Δｔを印加する構成としても良い。ただし、ε：流体の誘電率、σ：導電率とする。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図８を参照して説明する。図１は本発明の実施形態たるバンプ形成装置１０の概略的な全体構成を示す構成図である。
【００４４】
（バンプ形成装置の全体構成）
バンプ形成装置１０は、下地電極（図示略）が設けられた基板Ｋを保持する基板保持手段２０と、この基板保持手段２０上の基板Ｋに向けて、バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる導電ペーストの液滴を吐出する液滴吐出手段としての吐出ヘッド１００と、基板保持手段２０上の基板に対する吐出ヘッド１００による吐出位置を位置決めする位置決め手段としてのＸ−Ｙステージ４０と、吐出された導電ペーストの液滴を焼結する焼結手段としてのレーザ出射手段５０とを備えている。
【００４５】
（基板保持手段及びＸ−Ｙステージ）
上記基板保持手段２０は、上部に水平となる基板Ｋの載置面を有する基板ステージ２１とこの基板ステージ２１上で基板Ｋの挟持と解放とを切替可能な挟持手段２２とを備えている。
かかる基板保持手段２０は、Ｘ−Ｙステージ４０の上部に設けられている。このＸ−Ｙステージ４０は、水平面上で互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とに基板保持手段２０を移動位置決めすることが可能である。このＸ―Ｙステージ４０は、基板Ｋを吐出ヘッド１００に対する所定のバンプ形成作業開始位置に位置決めすると共に、バンプ形成作業時には吐出ヘッド１００から逐次吐出される導電ペーストの液滴が下地電極上の所定の位置に命中するように基板保持手段２０を介して基板Ｋの駆動を行う。
【００４６】
（レーザ出射手段）
レーザ出射手段５０は、レーザ光源とその光学系からなり、基板保持手段２０の上方において図示しない装置フレームに支持されると共に、基板保持手段２０の保持された基板Ｋの上面にレーザ光を照射する。そして、かかるレーザ光の照射により基板Ｋに吐出された導電ペーストの液滴は加熱され、焼結される。なお、かかるレーザ光の照射はバンプ形成作業時において連続的に照射し続けても良いし、導電ペーストの吐出時にのみ間欠的に行っても良い。
【００４７】
（導電ペースト）
導電ペーストについては、熱硬化性樹脂と有機溶剤とを含む液体中に微粒子を分散してなる導電ペーストを使用する。なお、微粒子としては、金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，ニッケル，タンタル，ビスマス，鉛，インジウム，錫，亜鉛，チタン又はアルミニウムのいずれか一つからなる金属若しくはその酸化物又は各金属の内のいずれか二種以上からなる合金を含有するものが使用される。特に、「ナノペースト（ＮＰシリーズ）」（商標：ハリマ化成株式会社）を導電ペーストとして使用すると、より微細なバンプの形成に好適である。
また、導電ペーストに含まれる微粒子は１００［ｎｍ］以下とすることが望ましく、これにより、微細なバンプ形成を図ることができる。
【００４８】
（吐出ヘッド）
図２は、吐出ヘッド１００の使用時において底面となる面（基板Ｋとの対向面）を紙面手前側にして示すとともに吐出ヘッド１００を一部破断して示した分解斜視図である。図２に示すように、吐出ヘッド１００は、複数の液室１０１を内部に形成した液室構造体１０２と、液室構造体１０２の底部（使用時における底部）に取り付けられ，帯電可能な導電ペーストを液滴としてその先端部から吐出するための超微小径のノズル１０３をそれぞれの液室１０１に対応して具備したノズル板１０４と、を備える。なお、図２における符号Ｎは吐出ヘッド１００における液滴の吐出方向を示すものとし、当該吐出方向Ｎは図１における上下方向と一致するものとする。
【００４９】
液室構造体１０２について説明する。図３は、液室構造体１０２の一つの液室１０１について主に示した吐出方向Ｎの法面に沿った断面図である。図２に示すように、液室構造体１０２は、図２における下方に位置する液室側壁体１０５と、この液室側壁体１０５の図２における上方に位置するカバープレート１１０と一体的に接合して構成されている。
液室側壁体１０５には、一体的に突条に形成された複数の第一液室隔壁１０６，１０６，．．．が互いに平行となるように設けられている。それぞれの第一液室隔壁１０６には第二液室隔壁１０７が積み重なっており、第二液室隔壁１０７は接着剤層１０８を介して第一液室隔壁１０６に接着固定されている。これにより、液室側壁体１０５上においては、第一液室隔壁１０６及び第二液室隔壁１０７の一対からなる突条が複数互いに平行に配列していることによって複数の溝が形成されている。そして、カバープレート１１０が、液室側壁体１０５に対向するように且つ前記複数の溝を被覆するようにして、第二液室隔壁１０７，１０７，．．．上に接着剤層１０９を介して接着固定されている。これにより、両側の第一液室隔壁１０６及び第二液室隔壁１０７と、液室側壁体１０５と、カバープレート１１０とによって区画された液室１０１が複数形成される。この液室構造体１０２の底面においては、各液室１０１の底が開口しており、液室構造体１０２の底面に後述するノズル板１０４を接着固定することで各液室１０１を塞ぐ。ノズル板１０４には、各液室１０１に対応してノズル１０３が形成されている。
【００５０】
また、各液室１０１は、液室側壁体１０５の上端面１１１に近いところで浅くなっており、上端面１１１付近に浅溝１１８が形成されている。カバープレート１１０の上部には、液体導入口１１９、それに接続したマニホールド１２０が形成されている。そして、各液室１０１がカバープレート１１０で覆われることにより、各液室１０１の上端部がマニホールド１２０及び液体導入口１１９を介して導電ペーストを貯蔵したペースト供給源に接続される。この吐出ヘッド１００は各液室１０１への導電ペーストの供給圧力を付与する図示しない供給ポンプを具備しており、この供給ポンプによって付与された圧力によりペースト供給源から各液室１０１に導電ペーストが供給される。この供給ポンプは、後述するノズル１０３の先端部から導電ペーストがこぼれ出さない範囲の供給圧力を維持して導電ペーストの供給を行う。
【００５１】
液室隔壁１０６，１０７の壁面には電極１２１が設けられており、電極１２１上に絶縁層１２５が設けられている。液室側壁体１０５における液室１０１の形成面とは反対となる面に取り付けられた駆動基板１２２には、各液室１０１に対応した導電パターン１２３が形成され、その導電パターン１２３と電極１２１とはワイヤボンディング法によって導線１２４で接続されている。
【００５２】
ここで、液室側壁体１０５の液室隔壁１０６と液室隔壁１０７はいずれも圧電セラミックプレートで、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミック材料で形成されており、積層方向でかつ互いに相反する方向（図３矢印参照）に分極されている。液室隔壁１０６，１０７は、電極１２１に電圧が印加されることで変形し、液室１０１の容積を縮小せしめて内部の導電ペーストに圧力を付与するが、液滴隔壁１０６，１０７単独での圧力では、後述するノズル１０３の先端部から液滴が吐出せずに、ノズル１０３の先端部から外部に突出した凸状メニスカスが形成されるだけである。つまり、これら各液室隔壁１０６，各液室隔壁１０７，各電極１２１，各導線１２４及び駆動基板１２２は、各ノズル１０３に設けられたノズル内流路１４５の導電ペーストがノズル１０３の先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段の構成に含まれることになる。
【００５３】
次に、ノズル板１０４について説明する。図４は、ノズル板１０４の底面図（図１における下方から見た図）であり、図５は、ノズル板１０４を切断線Ａ−Ａ’で破断して示した断面図である。ノズル板１０４は、ベースとなる電気絶縁性の基板１４１と、基板１４１の表面１４１ａに形成された複数の吐出電極１４２，１４２，．．．と、複数の吐出電極１４２，１４２，．．．を挟んで基板１４１の表面１４１ａ一面に積層されたノズル層１４３と、を備える。
【００５４】
基板１４１の裏面１４１ｂは、上記の液室構造体１０２の底面に接着剤等を介して固着している。また、基板１４１には複数の貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，．．．が形成されており、これら貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，．．．はそれぞれ液室１０１に対応するように配列されており、それぞれの液室１０１に連通している。つまり、貫通孔１４１ｃは、液室１０１の下部を構成している。
【００５５】
吐出電極１４２，１４２，．．．は、それぞれの貫通孔１４１ｃに対応するように形成されている。各吐出電極１４２は対応する貫通孔１４１ｃを塞ぐようにして基板１４１の表面１４１ａに形成されており、底面視した場合に各吐出電極１４２が対応する貫通孔１４１ｃに重なっている。つまり、各吐出電極１４２は、対応する液室１０１に面しており、対応する液室１０１の底面を構成している。
吐出電極１４２には、貫通孔１４１ｃに重なった部分において貫通穴１４２ａが形成されており、この貫通穴１４２ａは対応した液室１０１に連通している。また、それぞれの吐出電極１４２には一体的に形成された配線１４４が接続されており、それぞれの配線１４４は後述するバイアス電源３０に接続されている。図面においては、底面視した場合に吐出電極１４２がリング状を呈しており、配線１４４が方状を呈しているが、本発明はこのような形状に限定されるわけではない。
【００５６】
ノズル層１４３には複数のノズル１０３，１０３，．．．が一体的に形成されており、複数のノズル１０３，１０３，．．．が一列になって並んでいる。かかる一列に並んだ各ノズル１０３は、基板Ｋに設けられる下地電極の配設ピッチの一般的な規格値と等しい間隔で設けられており、これにより、複数の下地電極に対して同時にバンプ形成を行うことを可能としている。なお、各ノズル１０３の間隔は、種々の各基板の下地電極の配設ピッチに等しく設定しても良いことはいうまでもない。
【００５７】
さらに、各ノズル１０３は、基板１４１に対して略直角に立設するように（垂下するように）形成されている。これらノズル１０３，１０３，．．．はそれぞれ液室１０１に対応するように配列されており、底面視した場合に各ノズル１０３のノズル孔１０３ａが対応する貫通孔１４１ｃに重なっている。
【００５８】
各ノズル１０３にはその先端部からその中心線に沿って貫通するノズル内流路１４５が形成されており、ノズル内流路１４５の末端となるノズル孔１０３ａが各ノズル１０３の先端部に形成されている。ノズル内流路１４５は、吐出電極１４２の貫通穴１４２ａを通じて対応する液室１０１に連通しており、吐出電極１４２がノズル内流路１４５に面している。
各液室１０１に供給された導電ペーストは、貫通孔１４１ｃ及びノズル内流路１４５内にも供給され、各液室１０１及び各ノズル内流路１４５内において吐出電極１４２に直接接触する。なお、図面においては、複数のノズル１０３，１０３，．．．が一列になって並んでいるが、二列以上になって並んでいても良いし、マトリクス状に並んでいても良いが、基板Ｋの各下地電極の配置に一致することが望ましい。
【００５９】
これらノズル１０３，１０３，．．．を含めてノズル層１４３は電気絶縁性を有しており、ノズル内流路１４５の内面も電気絶縁性を有している。また、これらノズル１０３，１０３，．．．を含めてノズル層１４３が撥水性を有するか（例えば、ノズル層１４３がフッ素を含有した樹脂で形成されている。）、ノズル１０３，１０３，．．．の表層に撥水性を有する撥水膜が形成されていることが好ましい（例えば、ノズル１０３，１０３、．．．の表面に金属膜が形成され、更にその金属膜上にその金属と撥水性樹脂との共析メッキによる撥水層が形成されている。）。ここで撥水性とは、ノズル１０３で吐出する導電ペーストに対してはじく性質である。
【００６０】
それぞれのノズル１０３についてさらに詳説する。ノズル１０３は、前述の通り、超微小径で形成されている。ノズル１０３の形状は、先端部に向かうにつれて径が細くなるように先端部で尖鋭に形成されており、限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、ノズル内流路１４５の内部直径は１［μｍ］、ノズル１０３の先端部における外部直径は２［μｍ］、ノズル１０３の根元の直径は５［μｍ］、ノズル１０３の高さは１００［μｍ］に設定されている。
なお、ノズル１０３の各寸法は、上記一例に限定されるものではない。特にノズル内径については、後述する電界集中の効果により液滴の吐出を可能とする吐出電圧が１０００［Ｖ］未満を実現する範囲であって、例えば、ノズル直径３０［μｍ］以下であり、より望ましくは、直径２０［μｍ］以下であって、現行のノズル形成技術により導電ペーストを通す貫通穴を形成することが実現可能な範囲である直径をその下限値とする。また、これらノズル１０３，１０３，．．．の形状は互いに同じであることが望ましいが、異なる形状であっても良い。
【００６１】
次に、ノズル板１０４を駆動するための回路構成について説明する。この吐出ヘッド１００は、上記吐出電極１４２，１４２，．．．に個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段２５（便宜上図４に図示）と、上記ノズル１０３，１０３，．．．に対向する対向面２３ａと共にその対向面２３ａで液滴の着弾を受ける基板Ｋを支持する基板ステージ２１内に設けられる対向電極２３（図５に図示）と、を備える。
【００６２】
吐出電圧印加手段２５は、吐出電極１４２に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源３０と、バイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とするパルス電圧を吐出電極１４２に印加する吐出電源２９と、をそれぞれの吐出電極１４２に対応して備えている。バイアス電源３０及び吐出電源２９は全ての吐出電極１４２，１４２，．．．に共通であっても良いが、この場合には吐出電源２９はこれら吐出電極１４２，１４２，．．．個別にパルス電圧を印加する。
【００６３】
バイアス電源３０によるバイアス電圧は、導電ペーストの吐出が行われない範囲で常時電圧印加を行うことにより、吐出時に印加すべき電圧の幅を予め低減し、これによる吐出時の反応性の向上を図っている。
【００６４】
吐出電圧電源２９は、導電ペーストの吐出を行う時にのみパルス電圧をバイアス電圧に重畳させて吐出電極１４２，１４２，．．．個別に印加する。このときの重畳電圧Ｖは次式の条件を満たすようにパルス電圧の値が設定されている。
【数１】

但し、γ：導電ペーストの表面張力、ε０：真空の誘電率、ｒ：ノズル半径、ｋ：ノズル形状に依存する比例定数（１．５＜ｋ＜８．５）とする。
一例を挙げると、バイアス電圧はＤＣ３００［Ｖ］で印加され、パルス電圧は１００［Ｖ］で印される。従って、吐出の際の重畳電圧は４００［Ｖ］となる。
【００６５】
対向電極２３は、ノズル１０３，１０３，．．．に垂直な対向面２３ａを備えており、かかる対向面２３ａは基板ステージ２１の載置面上に配置され、基板Ｋを載置する。ノズル１０３，１０３，．．．の先端部から対向電極２３の対向面２３ａまでの距離は、一例としては１００［μｍ］に設定される。
また、この対向電極２３は接地されているため、常時，接地電位を維持している。従って、パルス電圧の印加時にはそれぞれのノズル１０３の先端部と対向面２３ａとの間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極２３側に誘導する。
【００６６】
なお、吐出ヘッド１００は、ノズル１０３，１０３，．．．の超微小化によるそれぞれのノズル１０３，１０３，．．．先端部での電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極２３による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル１０３，１０３，．．．と対向電極２３との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。また、帯電した液滴の電荷を対向電極２３の接地により逃がすことも可能である。
【００６７】
（実施形態の動作説明）
図１及び図６に基づいて上記バンプ形成装置１０の動作説明を行う。図６はバンプ形成の途中過程を示す動作説明図であり、図中の二点鎖線は形成しようとしているバンプＢの形状を示している。
バンプＢの形成作業においては、まず、基板Ｋが基板保持手段２０に装着されると、吐出ヘッド１００の複数のノズル部３７がそれぞれ個別に基板Ｋの各下地電極に向けて吐出が行われるようにＸ−Ｙステージ４０により基板Ｋがその初期位置に位置決めされる。
【００６８】
そして、基板Ｋにレーザ出射手段５０によるレーザ光の照射が行われた状態で（焼結工程）、各ノズル部３７から導電ペーストの液滴が吐出される（吐出工程）。吐出された液滴は基板Ｋの下地電極に命中すると同時にレーザ光に照射され、加熱により焼結される。このとき、導電ペーストの液滴中に含まれる液状状態を維持する有機溶媒が蒸発し、熱硬化樹脂が硬化を生じると共に金属粒子が焼結することで命中位置に固着する。
【００６９】
この導電ペーストの液滴はその滴径がバンプＢよりも充分小さく、繰り返し吐出が行われることで積み上げられるようにしてバンプ形成が行われる。即ち、図６に示すように、液滴一つ分の高さで一つの層が形成されると、その上にまた新たな層を積み上げるように形成し、これを繰り返すことで所定の形状のバンプＢを形成する。
【００７０】
上記吐出工程における吐出ヘッド１００の吐出動作を捕捉して詳細に説明する。図７は導電ペーストの吐出動作と導電ペーストに印加される電圧との関係を示す説明図であって、図７（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図７（Ｂ）は吐出状態を示す。
供給ポンプによって液体導入口１１９及びマニホールド１２０を介してそれぞれのノズル１０３のノズル内流路１４５には帯電可能な導電ペーストが供給された状態にあり、かかる状態でそれぞれのバイアス電源３０によりそれぞれの吐出電極１４２を介してバイアス電圧が導電ペーストに印加されている。かかる状態で、導電ペーストは帯電すると共に、それぞれのノズル１０３の先端部において導電ペーストによる凹状に窪んだメニスカスが形成される（図７（Ａ））。
【００７１】
そして、ノズル１０３，１０３，．．．のうち液滴を吐出するノズル１０３については、吐出電圧電源２９によりパルス電圧が吐出電極１４２を介して導電ペーストに印加されるとともに、このパルス電圧に同期して電極１２１にもパルス電圧が印加される。電極１２１にパルス電圧が印加されると、液室隔壁１０６，１０７が膨張して液室１０１の容積が減少することなり、これにより液室１０１内の導電ペーストの圧力が増加する。従って、ノズル１０３の先端部において外部に突出した凸状のメニスカスが形成される。更に、電極１２１にパルス電圧が印加されるのとほぼ同時に吐出電極１４２にもパルス電圧が印加されるから、外部に突出した凸状メニスカスの頂点により電界が集中し、ついには導電ペーストの表面張力に抗して微小液滴が対向電極側に吐出される（図７（Ｂ））。
【００７２】
そして、吐出電極１４２に印加されるパルス電圧が終了すると共に、電極１２１に印加されるパルス電圧が終了すると、液室１０１の容積が増大することでノズル１０３の先端部において導電ペーストが凹状に窪んだメニスカスが形成されるとともに、液体導入口１１９及びマニホールド１２０を介して導電ペーストを吐出したノズル１０３のノズル内流路１４５に導電ペーストが供給される。
【００７３】
このように、微小ノズル径の液滴吐出手段に、ノズル内で吐出電圧を印加することにより、低電圧で微小な導電ペーストの液滴を吐出することができるので、微細なバンプも形成することが可能である。
【００７４】
なお、上記説明では電極１２１にパルス電圧が印加されることで液室隔壁１０６，１０７が膨張して液室１０１の容積が増大したが、逆に電極１２１にパルス電圧が印加されることで液室隔壁１０６，１０７が収縮して液室１０１の容積が減少するように動作しても良い。但しこの場合には、吐出の際において吐出電極１４２にパルス電圧が印加されている時には電極１２１にパルス電圧が印加されておらず、吐出しない際において吐出電極１４２にバイアス電圧が印加されている時には電極１２１にパルス電圧が印加される。
【００７５】
上述のように、バンプ形成装置１０は、導電ペーストの液滴を吐出する工程とこれを焼結する工程とでバンプ形成を行うことから、各工程の作業自体は単純であり、フォトレジストやマスク等の前準備を不要とし、作業の容易化及び迅速化を図ると共にこれによる生産性の向上を図ることが可能である。また、バンプ形成作業にフォトレジスト等の薬剤を不要とし、作業後の廃棄物の発生を低減することから周囲の環境に及ぼす影響を十分に低減することが可能である。
また、バンプ形成装置１０では、導電ペーストの液滴を吐出すると共にこれを焼結することで複数の層を積み上げるようにバンプの形成を行うことができるので、各層ごとの形状に変化を設けることで、例えば、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すような種々の形状のバンプＢを形成することが可能となる。
【００７６】
（その他）
なお、吐出口の内径が、形成するバンプのサイズの１／３以下であることが、平坦や突起付き等の任意の微細で正確な形状のバンプを形成する上では好ましい。特に形成するバンプの容積の１／１０以下の体積の液滴を複数回吐出し、液滴を積み重ねることが好ましい。また、形成するバンプのサイズが５０［μｍ］以下であるときに、特に、形成するバンプのサイズの１／３以下とし、液滴の体積をバンプの体積の１／１０とすることが好ましい。
【００７７】
例えば、バンプが１５［μｍ］×１５［μｍ］の正方形（バンプのサイズが２１［μｍ］）、高さ４［μｍ］の上面は平坦型のバンプを形成する場合、吐出口の内径が２［μｍ］のノズルにより、１液滴分量（液滴の体積）を４×１０^−１８［ｍ^３］（４フェムトリットル）とし、液滴を直径２［μｍ］の球形の液滴と考えると、分散液の揮発分を考慮すると、およそ２５０滴の液滴を吐出することにより、バンプを形成することができる。
また、上記と同じ大きさのバンプを形成するために、始めは吐出口の内径が４［μｍ］のノズルで３×３×２＝１８滴（１滴＝３３フェムトリットル）積み重ねた後（約６００フェムトリットル分）、吐出口の内径が２［μｍ］のノズルで形を整えるように残りの３００フェムトリットル分を積み上げる（分散液の揮発分を考慮して、約１００滴程度）ことにより、１１８液滴で形成可能なため、微細で正確な形状のバンプを形成することが可能である。
【００７８】
なお、焼結手段は、上述したレーザ光出射手段に限られず、電子ビームや赤外線を照射することで加熱を行う構成としても良い。レーザ光出射手段、電子ビームや赤外線を照射する手段を用いて焼結させることにより、局所的に加熱可能のため、熱に弱い部分を備えた基板にバンプを形成する場合でも部品を傷めることを抑制することが可能であり、又は基板の熱による変形も抑制可能である。また、基板を裏面側から加熱するヒートステージを設ける構成としても良い。また、各種の光照射手段とヒートステージとを併用しても良い。
【００７９】
また、レーザ出射手段５０のレーザ光の照射位置については、基板Ｋの上面を照射する場合に限定されるものではなく、吐出された液滴がレーザ光に照射されればいずれに照射しても良い。例えば、図９に示すように、吐出液滴が通過する途中の領域を照射するようにその向きを設定しても良い。
また、焼結を行うタイミングとしては、液滴が基板Ｋ側に着弾してから行っても良いし、予め基板Ｋを加熱した状態で吐出を行い焼結させても良い。
【００８０】
また、位置決め手段は基板Ｋを移動させるＸ−Ｙステージに限らず、吐出ヘッド２０を移動位置決めする手段を用いても良い。また、基板を一定の直線に沿った方向についてのみ移動位置決めする手段と、吐出ヘッドをこれと交差する他の直線方向に沿って移動位置決めする手段とから構成しても良い。
【００８１】
また、バンプの形成にあっては、予め基板Ｋの下地電極形成面にフォトレジスト層を設けると共に下地電極位置のみ除去することでバンプ形成の為の除去部を設けるフォトレジスト層形成工程を設けても良い。かかる工程の後にフォトレジスト層の除去部に導電ペーストの液滴を充填を行うことにより、バンプＢの形状を有り安定して形成し得る。
【００８２】
また、上記実施形態では、基板Ｋを水平面内（Ｘ軸方向とＹ軸方向）について位置決めを行っているが、さらに上下方向についても位置決め調節可能としても良い。なお、吐出ヘッド１００について上下方向に位置決めを行っても良い。
【００８３】
また、吐出ヘッド１００にあっては、ノズル１０３にエレクトロウェッティング効果を得るために、ノズル１０３の外周に電極（例えば上述した撥水膜下に形成された金属膜である。）を設けるか、また或いは、ノズル内流路１４５の内面に電極を設け、その上から絶縁膜で被覆しても良い。そして、この電極に電圧を印加することで、吐出電極１４２により電圧が印加されている導電ペーストに対して、エレクトロウェッティング効果によりノズル内流路１４５の内面のぬれ性を高めることができ、ノズル内流路１４５への導電ペーストの供給を円滑に行うことができ、良好に吐出を行うと共に、吐出の応答性の向上を図ることが可能となる。
【００８４】
（好ましいノズルの吐出口の内径の捕捉説明）
上記実施形態で説明する吐出ヘッド１００に備わった各ノズルのノズルの吐出口の内径（内部直径）は、３０［μｍ］以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０［μｍ］未満、さらに好ましくは８［μｍ］以下、さらに好ましくは４［μｍ］以下とすることが好ましい。また、ノズルの吐出口の内径は、０．２［μｍ］より大きくすることにより、液滴の飛翔安定性を向上させることができる。
【００８５】
ノズルの吐出口の内径がφ２０［μｍ］未満とすることにより電界強度分布を狭くできるので、ノズルと対向電極の距離の自由度を増すことができる。
ノズルの吐出口の内径がφ８［μｍ］以下であれば、対向電極の位置精度及び基板Ｋ（特に、下地電極）の材料特性のバラ付きや厚さのバラツキの影響を受けずに安定した吐出が可能となる。
【００８６】
さらに、ノズルの吐出口の内径がφ４［μｍ］以下になると、導電ペーストの初期吐出速度を大きくすることができるので、液滴の飛翔安定性が増すと共に、メニスカス部での電荷の移動速度が増すために吐出応答性が向上する。
【００８７】
また、ノズルの吐出口の内径がφ４［μｍ］以下の範囲において、液滴の吐出効率を向上させることができ、該範囲において安定した吐出が行える。
【００８８】
［液体吐出装置の理論説明］
本発明では、静電吸引型流体ジェット方式において果たすノズルの役割を再考察し、
【数３】

即ち、
【数４】

或いは
【数５】

という従来吐出不可能として試みられていなかった領域において、マクスウェル力などを利用することで、微細液滴を形成することができる。
【００８９】
このような駆動電圧低下および微少量吐出実現の方策のための吐出条件等を近似的に表す式を導出したので以下に述べる。
以下の説明は、上記各本発明の実施形態で説明した吐出ヘッド１００に適用可能である。
いま、半径ｒのノズルに流体を注入し、基板Ｋとしての無限平板導体からｈの高さに垂直に位置させたと仮定する。この様子を図１０に示す。このとき、ノズル先端部に誘起される電荷は、ノズル先端の半球部に集中すると仮定し、以下の式で近似的に表される。
【数６】

ここで、Ｑ：ノズル先端部に誘起される電荷、ε_０：真空の誘電率、ε：基板の誘電率、ｈ：ノズル−基板間距離、ｒ：ノズル内径の半径、Ｖ：ノズルに印加する電圧である。α：ノズル形状などに依存する比例定数で、１〜１．５程度の値を取り、特にｒ＜＜ｈのときほぼ１程度となる。
【００９０】
また、基材としての基板が導体基板の場合、基板内の対称位置に反対の符号を持つ鏡像電荷Ｑ’が誘導されると考えられる。基板が絶縁体の場合は、誘電率によって定まる対称位置に同様に反対符号の映像電荷Ｑ’が誘導される。
ところで、ノズル先端部に於ける電界強度Ｅｌｏｃ．は、先端部の曲率半径をＲと仮定すると、
【数７】

で与えられる。ここでｋ：比例定数で、ノズル形状などにより異なるが、１．５〜８．５程度の値をとり、多くの場合５程度と考えられる。（Ｐ．Ｊ．ＢｉｒｄｓｅｙｅａｎｄＤ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ，ＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２３（１９７０）１９８−２１０）。
【００９１】
今簡単のため、ｒ＝Ｒとする。これは、ノズル先端部に表面張力で流体（導電ペースト）がノズルの吐出口の内径ｒと同じ半径を持つ半球形状に盛り上がっている状態に相当する。
ノズル先端の液体に働く圧力のバランスを考える。まず、静電的な圧力は、ノズル先端部の液面積をＳとすると、
【数８】

（６）、（７）、（８）式よりα＝１とおいて、
【数９】

と表される。
【００９２】
一方、ノズル先端部に於ける液体（導電ペースト）の表面張力をＰｓとすると、
【数１０】

ここで、γ：表面張力、である。
静電的な力により流体の吐出が起こる条件は、静電的な力が表面張力を上回る条件なので、
【数１１】

となる。十分に小さいノズルの吐出口の内径ｒをもちいることで、静電的な圧力が、表面張力を上回らせる事が可能である。
この関係式より、Ｖとｒの関係を求めると、
【数１２】

が吐出の最低電圧を与える。すなわち、式（５）および式（１２）より、
【数１３】

が、本発明の動作電圧となる。
【００９３】
ある半径ｒのノズルに対し、吐出限界電圧Ｖｃの依存性を前述した図１１に示す。この図より、微細ノズルによる電界の集中効果を考慮すると、吐出開始電圧は、ノズルの吐出口の内径の減少に伴い低下する事が明らかになった。
従来の電界に対する考え方、すなわちノズルに印加する電圧と対向電極間の距離によって定義される電界のみを考慮した場合では、微小ノズルになるに従い、吐出に必要な電圧は増加する。一方、局所電界強度に注目すれば、微細ノズル化により吐出電圧の低下が可能となる。
【００９４】
静電吸引による吐出は、ノズル端部における流体（導電ペースト）の帯電が基本である。帯電の速度は誘電緩和によって決まる時定数程度と考えられる。
【数１４】

ここで、ε：流体の比誘電率、σ：流体の導電率である。流体の比誘電率を１０、導電率を１０^−６Ｓ／ｍを仮定すると、τ＝１．８５４×１０^−５ｓｅｃとなる。あるいは、臨界周波数をｆｃとすると、
【数１５】

となる。このｆｃよりも早い周波数の電界の変化に対しては、応答できず吐出は不可能になると考えられる。上記の例について見積もると、周波数としては１０ｋＨｚ程度となる。このとき、ノズル半径２μｍ、電圧５００Ｖ弱の場合、Ｇは１０−１３ｍ３／ｓと見積もることができるが、上記の例の液体の場合、１０ｋＨｚでの吐出が可能なので、１周期での最小吐出量は１０ｆｌ（フェムトリットル、１ｆｌ：１０−１５ｌ）程度を達成できる。
【００９５】
なお、各上記本実施の形態においては、図１０に示したようにノズル先端部に於ける電界の集中効果と、対向基板に誘起される鏡像力の作用を特徴とする。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、これら基板または基板支持体に電圧を印加する必要はない。すなわち、基板として絶縁性のガラス基板、ポリイミドなどのプラスチック基板、セラミックス基板、半導体基板などを用いることが可能である。
また、上記各実施形態において電極への印加電圧はプラス、マイナスのどちらでも良い。
さらに、ノズルと基板Ｋとの距離は、５００［μｍ］以下に保つことにより、流体の吐出を容易にすることができる。また、図示しないが、ノズル位置検出によるフィードバック制御を行い、ノズルを基板Ｋに対し一定に保つようにする。
また、基板Ｋを、導電性または絶縁性の基板Ｋホルダーに裁置して保持するようにしても良い。
【００９６】
図１２は、前述したの吐出ヘッド１００の他の基本例の一例としての液体吐出装置の側面断面図を示したものである。ノズル１の側面部には電極１５が設けられており、ノズル内流体３との間に制御された電圧が引加される。この電極１５の目的は、Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ効果を制御するための電極である。十分な電場がノズルを構成する絶縁体にかかる場合この電極がなくともＥｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ効果は起こると期待される。しかし、本基本例では、より積極的にこの電極を用いて制御することで、吐出制御の役割も果たすようにしたものである。ノズル１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Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ効果になる。この圧力は、吐出のためには、不十分であるが流体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と考えられる。
【００９７】
前述した図１１は、本発明における吐出開始電圧のノズルの吐出口の内径依存性を示したものである。液体吐出装置として、図２に示した吐出ヘッド１００に示すものを用いた。微細ノズルになるに従い吐出開始電圧が低下し、従来より低電圧で吐出可能なことが明らかになった。
上記各実施形態において、流体吐出の条件は、ノズル基板間距離（Ｌ）、印加電圧の振幅（Ｖ）、印加電圧振動数（ｆ）のそれぞれの関数になり、それぞれにある一定の条件を満たすことが吐出条件として必要になる。逆にどれか一つの条件を満たさない場合他のパラメーターを変更する必要がある。
【００９８】
この様子を図１２を用いて説明する。
まず吐出のためには、それ以上の電界でないと吐出しないというある一定の臨界電界Ｅｃが存在する。この臨界電界は、ノズルの吐出口の内径、流体の表面張力、粘性などによって変わってくる値で、Ｅｃ以下での吐出は困難である。臨界電界Ｅｃ以上すなわち吐出可能電界強度において、ノズル基板間距離（Ｌ）と印加電圧の振幅（Ｖ）の間には、おおむね比例の関係が生じ、ノズル間距離を縮めた場合、臨界印加電圧Ｖを小さくする事が出来る。
逆に、ノズル基板間距離Ｌを極端に離し、印加電圧Ｖを大きくした場合、仮に同じ電界強度を保ったとしても、コロナ放電による作用などによって、流体液滴の破裂すなわちバーストが生じてしまう。そのため良好な吐出特性を得るためには、ノズル基板間距離は１００μｍ程度以下に抑えることが吐出特性並びに、着弾精度の両面から望ましい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は、導電ペースト液滴を液滴吐出手段により吐出し、焼結することでバンプ形成が行われるので、バンプ形成を容易且つ迅速に行うことができ、その生産性の向上を図ることが可能となる。また、パターニングされたマスクを不要とできるので、少量生産下でもコストを低減することできる。さらに、液滴吐出手段と基板との相対的に位置関係を調節することで種々の形状のバンプ形成を容易に行うことが可能となる。さらに、液滴の積み上げ作業によりバンプ形成を行えば、種々の形状のバンプ形成が可能となる。
【０１００】
また、本発明は、ノズルの吐出口を３０［μｍ］以下とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めると共にその際に誘導される基板側の鏡像電荷或いは映像電荷までの間に生じる電界の静電力により液滴の飛翔を行っている。このため、従来の静電吸引方式の原理では吐出電圧が過度に高電位となるためにその採用が困難とされていた吐出口３０［μｍ］以下のノズルでの液滴の吐出が低電位で行うことが可能となり、これにより微細な液滴を吐出することが可能となった。これにより、より微細なバンプ形成が可能となると共に、バンプの微細化に伴うバンプピッチの縮小化も可能となった。
【０１０１】
また、ノズルの吐出口を形成するバンプサイズの１／３以下とするか、吐出する液滴をバンプ体積の１／１０以下とするか、又は、形成するバンプサイズを７０［μｍ］以下とすることにより、平坦や突起付き等の任意の微細で正確な形状のバンプを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態たるバンプ形成装置の概略的な全体構成を示す構成図である。
【図２】吐出ヘッドの底面を紙面手前側にして示すとともに吐出ヘッドを一部破断して示した分解斜視図である。
【図３】液室構造体の一つの液室について主に示した吐出方向の法面に沿った断面図である。
【図４】図２に示された吐出ヘッドを示した底面図である。
【図５】図４に示された切断線Ａ−Ａ’で破断して示した断面図である。
【図６】バンプ形成の途中過程を示す動作説明図である。
【図７】導電ペーストの吐出動作と導電ペーストに印加される電圧との関係を示す説明図であって、図７（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図７（Ｂ）は吐出状態を示す。
【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は種々の形状のバンプを例を示す説明図である。
【図９】レーザ出射手段の照射位置の他の例を示す説明図である。
【図１０】吐出ヘッドの基本例として、ノズルの電界強度の計算を説明するために示したものである。
【図１１】ノズルのノズル径とメニスカス部で吐出する液滴が飛翔を開始する吐出開始電圧、該初期吐出液滴のレイリー限界での電圧値及び吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比との関係を示す線図である。
【図１２】吐出ヘッドの他の基本例としての液体吐出機構の側面断面図を示したものである。
【図１３】吐出ヘッドにおける距離−電圧の関係による吐出条件を説明した図である。
【符号の説明】
１０バンプ形成装置
２０基板保持手段
３０吐出ヘッド（液滴吐出手段）
４０Ｘ−Ｙステージ（位置決め手段）
５０レーザ出射手段（焼結手段）
１０３ノズル
Ｂバンプ
Ｋ基板

Claims

バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる導電ペーストを帯電させると共に前記ノズル内で吐出電圧を前記導電ペーストに印加することにより前記導電ペーストの液滴を，吐出口の内径が３０［μｍ］以下のノズルを介して基板に吐出する吐出工程と、
前記吐出された導電ペーストの液滴を焼結させる焼結工程とを備えることを特徴とするバンプ形成方法。
前記ノズルの内径が２０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
前記ノズルの内径が８［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
前記ノズルの内径が４［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
一又は二回以上の前記吐出工程ごとに前記焼結工程を行うことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のバンプ形成方法。
前記微粒子は、金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，ニッケル，タンタル，ビスマス，鉛，インジウム，錫，亜鉛，チタン又はアルミニウムのいずれか一つからなる金属若しくはその酸化物又は前記各金属の内のいずれか二種以上からなる合金を含有すること特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のバンプ形成方法。
前記焼結工程では、赤外線，レーザ光及び電子ビームのうちの少なくとも一種の照射により前記導電ペーストの液滴を加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。
前記微粒子の粒径が１００［ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。
前記吐出工程を複数回行い、前記液滴を積み重ねてバンプを形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。
前記焼結工程を前記吐出工程と並行に行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
前記焼結工程を前記吐出工程の直後に行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
前記基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜に，開口部を形成する開口形成工程と、を有し、
前記吐出工程では、前記液滴を前記開口部に吐出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
前記吐出口の内径が、形成するバンプサイズの１／３以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
前記吐出工程は、形成するバンプの体積の１／１０以下の体積の前記液滴を複数回吐出し、前記液滴を積み重ねることによりバンプを形成することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
形成するバンプのサイズが７０［μｍ］以下である特徴とする請求項１から１４のいずれか一項記載のバンプ形成方法。
基板を保持する基板保持手段と、
バンプ材料となる導電性の微粒子を液体中に分散させてなる帯電させた導電ペーストの液滴を，前記基板保持手段上の基板に向けて吐出する，吐出口の内径が３０［μｍ］以下のノズルと、
前記ノズル内の前記導電ペーストに吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、前記基板保持手段上の基板に対する前記ノズルの位置決めを行う位置決め手段と、
前記吐出された導電ペーストの液滴を焼結する焼結手段とを備えることを特徴とするバンプ形成装置。
前記ノズルの内径が２０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１６記載のバンプ形成装置。
前記ノズルの内径が８［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１３記載のバンプ形成装置。
前記ノズルの内径が４［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１６記載のバンプ形成装置。
前記液滴吐出手段による一回又は複数回の吐出毎に、前記液滴を焼結させるように前記焼結手段を制御するための制御手段を備えることを特徴とする請求項１６，１７，１８又は１９記載のバンプ形成装置。
前記微粒子は、金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，ニッケル，タンタル，ビスマス，鉛，インジウム，錫，亜鉛，チタン又はアルミニウムのいずれか一つからなる金属若しくはその酸化物又は前記各金属の内のいずれか二種以上からなる合金を含有すること特徴とする請求項１６，１７，１８，１９又は２０記載のバンプ形成装置。
前記焼結手段は、赤外線，レーザ光及び電子ビームのうちの少なくとも一種の照射を行うことを特徴とする請求項１６から２１のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
前記微粒子の粒径が１００［ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１６から２２のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
吐出を複数回行い、前記液滴を積み重ねてバンプを形成するように前記液滴吐出手段を制御することを特徴とする請求項１６から２３のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
前記焼結手段による前記液滴の焼結が、前記液滴吐出手段による吐出と並行に行われるように、前記焼結手段が制御されることを特徴とする請求項１６から２４のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
前記焼結手段による前記液滴の焼結が、前記液滴吐出手段による吐出の直後に行われるように、前記焼結手段が制御されることを特徴とする請求項１６から２５のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
前記位置決め手段は、前記基板上に形成されたレジスト膜の開口部に液滴が吐出されるように、前記基板に対する前記液滴吐出手段の位置決めを行うことを特徴とする請求項１６から２６のいずれか一項に記載のバンプ形成装置。
前記吐出口の内径が、形成するバンプサイズの１／３以下であることを特徴とする請求項１６から２７のいずれか一項記載のバンプ形成装置。
前記吐出工程は、形成するバンプの容積の１／１０以下の体積の前記液滴を複数回吐出し、前記液滴を積み重ねることによりバンプを形成することを特徴とする請求項１６から２８のいずれか一項記載のバンプ形成装置。
形成するバンプのサイズが７０［μｍ］以下である特徴とする請求項１６から２９のいずれか一項記載のバンプ形成装置。