JP2012019215A - 印刷された第１構造体を含む電気または電子構成要素を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精確かつシャープな輪郭を有する平坦な構造体を、既存のジェット方法を用いて製造する方法を提供する。
【解決手段】基板２を準備するステップと、第１構造体３を基板２の上にジェット方法によって印刷するステップであって、該印刷された第１構造体３が少なくとも１つの第１角部５を含む、ステップと、第２構造体をジェット方法によって、第１構造体３の第１角部５から該第１構造体３の外側にある終点まで、第２構造体４が第１構造体とコンタクトするように印刷するステップであって、該印刷は、第２構造体４とコンタクトする第１構造体３の材料が少なくとも部分的に流体状態にある間に実施される、ステップと、第１構造体３および／または第２構造体４を電気的にコンタクトさせるステップ、とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷された第１構造体を含む電気または電子構成要素を製造するための方法に関し、第１構造体は基板上に印刷される。第１構造体からジェット方法によって第２構造体が印刷されることによって、この第１構造体は、第２構造体とコンタクトされる。本発明はさらに、本発明の方法によって得られる構成要素に関する。

ジェット方法によって電気または電子構成要素を製造することにより、コスト的な利点を達成することができる。さらにこの技術によって、ポリマー半導体構成要素の製造および利用へのアプローチも可能となる。

このようなジェット方法の欠点は、印刷プロセスによって得られる層が、材料の混じり合いによって不均一な表面およびエッジを有することである。

例えばＤＥ１０３１５９６３Ａ１は、マイクロメカニカルサーモセンサの上に赤外線吸収層を被着させるための方法および装置を開示しており、温度センサの上に被着されている赤外線を吸収する層からなる。発明の核心部分は、赤外線吸収層が、インクジェット方法によって噴射された少なくとも１つの点を含むことにある。ここでの点という用語は、空間的に拡張された点であると解される。この場合、滴または乾燥された滴とすることができる。

ＤＥ１０３１５９６３Ａ１

しかしながら、ジェット方法によって第１構造体および第２構造体を印刷する方法であって、第１構造体と第２構造体とが互いにコンタクトされており、コンタクトする材料が少なくとも部分的に流体形態で存在するという方法は検討されていない。しかしながらこの方法は、シャープなエッジおよび平坦な表面を有する非常に多数の構成要素を得るためには望ましいだろう。

したがって本発明によれば、
印刷された第１構造体を含む電気または電子構成要素を製造するための方法において、
・基板を準備するステップと、
・第１構造体を前記基板の上にジェット方法によって印刷するステップであって、この印刷された第１構造体が少なくとも１つの第１角部を含む、ステップと、
・第２構造体をジェット方法によって、前記第１構造体の第１角部から該第１構造体の外側にある終点まで、前記第２構造体が前記第１構造体とコンタクトするように印刷するステップであって、
該第２構造体の印刷は、前記第２構造体とコンタクトする第１構造体の材料が少なくとも部分的に流体状態にある間に実施される、ステップと、
・前記第１構造体および／または前記第２構造体を電気的にコンタクトさせるステップ、
とを有することを特徴とする方法が提供される。

本発明の方法の利点は、細部に亘って精確かつシャープな輪郭を有する平坦な構造体を、既存のジェット方法を利用して製造できることにある。したがって面倒な基板の性質の調査をすることなく、印刷したい基板上に種々異なる材料を被着させることができる。したがって、印刷プロセス中に表面張力に基づいて引き起こされる不所望に混じり合う構造体を、阻止することができる。

本発明の方法はさらに、構成要素の構造高さを非常に低くすることができるという利点を有する。このように低い構造高さは、セルフレベリング性の第１構造体によって達成可能である。第２構造体を第１構造体に接して印刷することによって、第１構造体の中心で材料が混じり合うことが阻止される。コンタクトされる構造体の変化によって、拡散、ひいては表面粗さおよび混合を簡単に制御することができる。したがって印刷される材料は基板にてより大きな面積を有することができ、このことによって、材料はより良好に分布するようになる。さらなる利点は、基板上に印刷された構造体が、シャープなエッジおよび平坦な表面を有することである。

適当な電気および電気構成要素は、例えば集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）等である。

本発明の方法の第１ステップは、基板を準備するステップを含む。基板として例えば、セラミック製支持体、ポリマー支持体、またはプリント基板を考慮することができる。さらにシリコン基板も可能である。基板は、本発明の方法では、バッチ（Batch）技術のためのベースとして使用することができる。

本発明の方法のさらなるステップは、第１構造体を基板上にジェット方法によって印刷するステップを含み、この際、印刷された第１構造体は少なくとも１つの第１角部を含む。第１構造体を基板上に印刷するために使用される材料は流動性を有しており、かつ印刷後には固体に変化することができる。このために例えば溶剤が漏出する、および／または、架橋が行われる。材料は、基板との相互作用においてそれぞれの表面を所定の第１構造体が得られるように湿らせることができる性質を有する。この際有利にはインクジェットプリント方法またはエアロゾルジェット方法が使用される。

第１構造体は、少なくとも１つの第１角部を含む。角部は、第１構造体の境界線が直交する点を含み、第１構造体の最大曲率を有する場所である。第１構造体は、印刷プロセスの直後には流体状態で存在しており、有利にはのちに固体になる。ここではジェット方法は、とりわけドロップ・オン・デマンド式プリンタまたはコンティニュアス・インク・ジェット式プリンタを用いて実施することができる。これらのプリンタは従来技術から公知である。

続いて第２構造体が、ジェット方法により、第１構造体の第１角部から第１構造体の外側にある終点まで印刷される。この印刷プロセスは、第１構造体が印刷された後、第１構造体の角点から開始することができ、第２構造体も基板上に印刷される。第２構造体は、基板上に印刷された後、第１構造体から直線状に延在することができる。終点とは印刷プロセスが終了する位置のことであり、角部と同じ平面上に位置することができる。

印刷プロセスは、第２構造体が第１構造体とコンタクトするように実施される。ここでのコンタクトとは、第１構造体と第２構造体とが境界面を有さないということを意味している。印刷は、第２構造体とコンタクトしている第１構造体の材料が、少なくとも部分的に流体状態で存在している間に実施される。このことは、材料が第１構造体から第２構造体へ流入できるという利点を有する。

最後のステップとして、第１構造体および／または第２構造体の電気的なコンタクトが実施される。これらの構造体の電気的なコンタクトは、このために設けられたコンタクト箇所または接続パッドを用いて実施することができる。これによってアセンブリを製造することができる。このアセンブリは、基板と、該基板上に印刷された構造体とを含むことができる。同様にして、印刷された構造体が基板から分離される実施形態も可能である。この電気的なコンタクトは、第１構造体および／または第２構造体の乾燥後に別のコンタクト線を印刷することによって実施することができる。製造された構造体のコンタクトは、特に有利には導電性インクを用いたコンタクトによって実施される。導電性インクは、既に存在するパッドに重ねて印刷されることによって、該パッドへのコンタクトを形成する。

本発明の方法の１つの実施形態においては、第２構造体は線形の構造体である。線形の構造体とは、構造体の長さが幅よりも長い構造体であると理解されたい。線形の構造体は、直線状または曲線状とすることができる。線形の構造体は、毛管作用または毛管作用に基づく作用によって第１構造体の材料の分散が増大するという利点を提供する。

本発明の方法の別の１つの実施形態においては、第１構造体は四角形であり、四角形の少なくとも２つの角部が各自の第２構造体とコンタクトされる。四角形は少なくとも２つの角部を備える平面を含むことができる。角部は、最大曲率の場所であると理解されたい。四角形が無限に多数の角部を含むことも可能であり、この場合には丸み付けられた構造体が形成される。これによって製造プロセス時に、相応の第１構造体を相応の問題箇所に適合することが可能となる。角部にそれぞれ１つの各自の第２構造体が設けられることによって、第２構造体の各形状を他と区別することができる。これによって第１構造体と第２構造体を、その時々の基板に適合させることができる。

本発明の別の１つの実施形態においては、第１構造体の第２角部を第２構造体とコンタクトさせる際に、この第１構造体の第２角部は、既にコンタクトされている第１角部に対向して位置している。第１構造体が２つ以上、例えば４つまたはそれ以上の角部を有する場合には、第２構造体の印刷時に、第２構造体同士が互いに最大間隔を有することができるように印刷すると有利であることが判明している。これによって例えば第１構造体が４つの角部を有する場合には、第２構造体の印刷プロセスは十字交差状になる。したがって、最初に印刷される第２構造体の印刷プロセスが終了した後、この最初に印刷された第２構造体に対向する後続の第２構造体の、さらなる印刷プロセスが実施される。このことは、第１構造体の形状がよりシャープなエッジおよび平坦な表面を有するという利点がある。

本発明の方法の別の１つの実施形態においては、第１構造体を印刷する前に第３構造体が印刷され、第１構造体から第３構造体への接続部として第２構造体が印刷される。第３構造体の印刷は、第１構造体の余分な材料を第３構造体によって収容することができるという利点を提供する。この際材料は、第１構造体から第２構造体を介して第３構造体に流れ出る。とりわけ第３構造体を電気的にコンタクトさせることができる。

本発明の別の１つの実施形態においては、第１構造体の層厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲にある。層厚を２５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲とすることもでき、特に有利には５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にある。この僅かな層厚によって、相応に薄い構成要素を迅速かつ低コストに製造することが可能となる。

本発明の別の有利な実施形態においては、第１構造体の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下、とりわけ１：１以上３：１以下、特に有利には１：１以上２：１以下である。

第２構造体の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下、とりわけ１：１以上３：１以下、特に有利には１：１以上２：１以下であり、第３構造体の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下、とりわけ１：１以上３：１以下、特に有利には１：１以上２：１以下である。

本発明の方法の別の１つの実施形態においては、印刷媒体は印刷時に液体状態で存在しており、該印刷媒体は、２０質量％以上８０質量％以下の充填材料を含み、２０質量％以上８０質量％以下の溶剤を含み、２０質量％以上８０質量％以下の接着材および補助剤を含み、質量成分の合計は１００質量％以下である。充填材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃ、および／または、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むグループから選択され、溶剤は、アルコール、ケトン、グリコール、水、エーテル、ベンゼン誘導体、および／または、カルボン酸エステルを含むグループから選択され、接着材は、エポキシド、シリコーン、アクリラート、エステル、および／または、ウレタンを含むグループから選択され、補助剤は、消泡剤、分散剤、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｃａ製の有機金属石鹸、殺菌剤、および／または、酸化防止剤を含むグループから選択される。

さらに印刷媒体は、金属マイクロ粒子または金属ナノ粒子を含む分散剤から選択することができる。印刷媒体から除去可能な溶剤が有利であるが、ＵＶ硬化性または熱硬化性の印刷媒体の場合には溶剤は必ずしも必要ではない。したがってオーダーメイドの印刷システムは必要なく、市販に入手可能なシステムを使用することができるので、本発明の方法は簡単になる。

本発明の別の対象は、本発明の方法によって得られる電気または電子構成要素である。構成要素は第１構造体を含み、第１構造体は少なくとも１つの第２構造体とコンタクトされており、構成要素は電気的にコンタクトされている。本発明の方法によって製造された構成要素は本発明の方法の終了時に基板から取り外すことができ、このようにして第１構造体および第２構造体からなる電気的にコンタクトされた構成要素が得られる。とりわけ、第１構造体と第２構造体と第３構造体とを含む電気的にコンタクトされた構成要素を得ることができる。この構成要素は有利には、細部に亘って精確かつシャープな輪郭を備えた平坦な面を有する。

本発明の構成要素の１つの実施形態においては、構成要素は、集積回路、特定用途向け集積回路、マイクロエレクトロメカニカルシステム、受動素子、ソーラーエレメント、マルチチップモジュール、フラット電池、センサ、有機電界効果トランジスタ、有機発光ダイオード、有機光電セル、記憶素子、またはディスプレイシステムである。

本発明を、以下の図面に基づいてより詳細に説明する。しかし本発明はこの図面に制限されるものではない。

図１は、本発明の構成要素を示す図である。 図２は、本発明の構成要素を示す図である。 図３は、本発明の構成要素を示す図である。 図４は、本発明の方法の１つのステップを示す図である。 図５は、本発明の方法のさらなるステップを示す図である。 図６は、本発明の構成要素を示す図である。

図１は、本発明による構成要素１を図示している。第１構造体３から基板２上にて合計８つのさらなる第２構造体４が突出しており、この第２構造体４は第１構造体３とコンタクトしている。図示されているのは、本発明の方法の終了後の状態である。ここでは第１構造体３である四角形から出発して、角部の領域において線形の第２構造体４が印刷され、硬化前に第１構造体３と第２構造体４との間で材料交換または混合が行われた。印刷プロセスは、第１構造体３の第２角部６を第２構造体４とコンタクトさせる際に、第１構造体３の第２角部６が既にコンタクトされている第１角部５に対向するように実施された。８つの第２構造体４は基板２上にて直線状に延在しており、第１構造体３のコンタクト領域に集まるそれぞれ２つの第２構造体４は互いに９０°の角度をなしている。

図２は、本発明による構成要素１を図示している。ここでは第１構造体３が基板２上にて合計４つの第２構造体４を有しており、これらの第２構造体４は、第１構造体３のサイドラインに対して１３５°の角度で直線状に延在している。図示されているのは、本発明の方法の終了後の状態である。ここでも同じく第１構造体３である四角形から出発して、角部の領域にて線形の第２構造体４が印刷され、硬化前に第１構造体３と第２構造体４との間で材料交換または混合が行われた。第２構造体４は、本発明の方法に基づいて、第１構造体３から出発して基板２上にて印刷され、第１構造体３の角部はそれぞれ１つの各自の第２構造体４とコンタクトされている。

図３は、本発明の方法によって得られる構成要素１を図示しており、ここでは第１構造体３は、複数の第２構造体４によって２つの第３構造体７とコンタクトされている。四角形の第１構造体３を印刷する前に第３構造体７が印刷され、そして硬化前に第１構造体３と第３構造体７との間で材料交換または混合が行われるように、第１構造体３の角部から出発して第３構造体７へと線形の第２構造体４が印刷された。第１構造体３は四角形に構成されており、第３構造体７は円形に構成されている。本実施例においては、第２構造体４は、第１構造体３から第３構造体７まで一直線ではなく折曲部を有している。

図４には、本発明の方法の開始時のステップが図示されており、このステップでは、基板２上にジェット方法によって２つの第３構造体７が印刷された。この図では、印刷プロセス後の各第３構造体７が見て取れる。本実施形態では第３構造体７は四角形である。

図５は、図４の状況から出発して後続する方法ステップの１つの実施形態の結果を図示している。ここでは第１構造体３が印刷されている。第１構造体３は、本発明の本実施例では、基板２上にて２つの第３構造体７の間に位置している。

図６は、図５の状況から出発して後続する方法ステップの１つの実施形態の結果を図示している。この図は印刷終了後の状態を図示しており、第３構造体７はそれぞれ第２構造体４を介して第１構造体３とコンタクトされた。ここでは図５から出発して、第１構造体３の第１角部５から、該第１構造体３と第３構造体７との接続部として第２構造体４が印刷された。その後第１構造体３の、第１角部５に対向する第２角部６が、第２構造体４とコンタクトされた。その後他の第２構造体４が、第１構造体３から出発して第３構造体７へと印刷された。これによって本発明による構成要素１が得られる。

Claims (10)

1. 印刷された第１構造体（３）を含む電気または電子構成要素（１）を製造するための方法において、
   ・基板（２）を準備するステップと、
   ・第１構造体（３）を前記基板（２）の上にジェット方法によって印刷するステップであって、この印刷された第１構造体（３）が少なくとも１つの第１角部（５）を含む、ステップと、
   ・第２構造体（４）をジェット方法によって、前記第１構造体（３）の第１角部（５）から前記第１構造体（３）の外側にある終点まで、前記第２構造体（４）が前記第１構造体（３）とコンタクトするように印刷するステップであって、
   該第２構造体の印刷は、前記第２構造体（４）とコンタクトする第１構造体（３）の材料が少なくとも部分的に流体状態にある間に実施される、ステップと、
   ・前記第１構造体（３）および／または前記第２構造体（４）を電気的にコンタクトさせるステップ、
   とを有することを特徴とする方法。
2. 前記第２構造体（４）は、線形の構造体である、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１構造体（３）は四角形であり、四角形の少なくとも２つの角部は各自の第２構造体（４）とコンタクトされる、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 第１構造体（３）の第２角部（６）を第２構造体（４）とコンタクトさせる際に、前記第１構造体（３）の第２角部（６）は、既にコンタクトされている第１角部（５）に対向して位置している、
   ことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記第１構造体（３）の印刷前に第３構造体（７）が印刷され、
   前記第１構造体（３）の角部から前記第３構造体（７）への接続部として、前記第２構造体（４）が印刷される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の方法。
6. 前記第１構造体（３）の層厚は、１０ｎｍ以上３００以下の領域にある、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
7. 前記第１構造体（３）の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下であり、
   前記第２構造体（４）の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下であり、
   前記第３構造体（７）の長さ／幅比率は、１：１以上５：１以下である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
8. 印刷媒体は、印刷時に液体状態で存在しており、
   前記印刷媒体は、２０質量％以上８０質量％以下の充填材料を含み、２０質量％以上８０質量％以下の溶剤を含み、２０質量％以上８０質量％以下の接着材および補助剤を含み、
   質量成分の合計は１００質量％以下である、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項記載の方法によって得られる電気または電子構成要素（１）において、
   該構成要素（１）は第１構造体（３）を含み、
   前記第１構造体（３）は、少なくとも１つの第２構造体（４）とコンタクトされており、
   前記構成要素（１）は電気的にコンタクトされている、
   ことを特徴とする構成要素。
10. 前記構成要素（１）は、集積回路、特定用途向け集積回路、マイクロエレクトロメカニカルシステム、受動素子、ソーラーエレメント、マルチチップモジュール、フラット電池、センサ、有機電界効果トランジスタ、有機発光ダイオード、有機光電セル、記憶素子、またはディスプレイシステムである、
    ことを特徴とする請求項９記載の構成要素。

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