JP4967621B2 - パターン形成方法、パターン形成装置及び回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、パターン形成方法、パターン形成装置及び回路基板に関する。

近年、液滴吐出ヘッドにて機能液を液滴として吐出させて基板上に所望にパターンを形
成するインクジェット方式が有効な手段として注目されている（例えば、特許文献１）。
一般に、インクジェット方式は、ステージに載置した基板と、機能材料を含有した機能
液を液滴として基板に吐出する液滴吐出ヘッドと、基板（ステージ）と液滴吐出ヘッドを
２次元的に相対移動させる機構を備えている。そして、液滴吐出ヘッドから吐出させた液
滴を基板表面の任意の位置に配置させる。このとき、基板表面に順次配置される各液滴に
ついて、その液滴の濡れ拡がる範囲が互いに重なるように液滴を順次配置することにより
、基板表面に隙間無く機能液で覆われたパターンを形成することができる。

ところで、基板表面が、機能液に対して撥液性を有している場合には、基板表面と機能
液とが引き合う力よりも、互いに接する液滴同士が表面張力によって引き合う力が強く、
機能液が局所的に集中するといった現象が起こる。このような局所的な集中が生じると、
基板表面が機能液で均一に覆われなくなり、最悪な場合には、基板表面の一部が機能液の
欠如のため露出するといった問題が生じる。

そのため、互いに接する液滴同士を重ねる場合、先に着弾した液滴が充分に乾燥した後
に次の液滴を着弾させる必要があり、パターン形成に時間を要していた。そこで、基板を
予め加熱をしておき、着弾した液滴を速やかに乾燥させる方法が提案されている（例えば
、特許文献２、特許文献３）。
特開２００４−３４７６９５号 公報 特開２００４−３０６３７２号 公報 特開平１１−２８１９８５号 公報

しかしながら、液滴吐出ヘッドのノズル形成面と基板との間の距離が非常に狭い。その
結果、上記のように基板を加熱した状態で液滴を吐出して基板上にパターンを形成する際
に、液滴吐出ヘッドは、加熱された基板からの熱で加熱される。その結果、液滴吐出ヘッ
ドから吐出される機能液は加温され粘性が低下、ノズルプレートの熱膨張により、ノズル
ピッチの変動、液滴吐出ヘット内部に付着した溶液の乾燥等、種々の問題を含んでいた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、加熱される液
滴吐出ヘッドを、冷却して液滴の吐出重量の安定性を向上させかつ精度の高いパターンを
短時間に形成することができるパターン形成方法、パターン形成装置及び回路基板を提供
することにある。

本発明のパターン形成方法は、ステージに載置された基体に対して、そのステージを介
して前記基体を加熱した状態で、機能材料を含有した機能液を液滴吐出ヘッドから吐出さ
せて前記基体にパターンを描画するパターン形成方法において、前記ステージを、前記基
体又は前記基体の描画エリアに対応する第１の領域と、前記第１の領域以外であって前記
液滴吐出ヘッドが通過する位置に対応する第２の領域との区分し、前記第１の領域を加熱
制御し、前記第２の領域を冷却制御して前記パターンを描画する。

本発明のパターン形成方法によれば、ステージの第１の領域が加熱されていることから
基体は加熱され、基体に着弾する液滴は速やかに乾燥される。また、ステージの第２の領
域が冷却されていることから、第２の領域を通過する液滴吐出ヘッドは冷やされる。従っ
て、液滴吐出ヘッド内の機能液の温度上昇を抑えると共に、熱膨張によるノズルピッチの
変動を抑制する。

このパターン形成方法において、前記第１の領域は、前記基体の基体表面温度が吐出時
の機能液の温度以上かつ機能液に含有されている液体組成の沸点温度未満になるように加
熱制御されている。

このパターン形成方法によれば、基体に着弾した液滴は、基体の表面温度が吐出時の機
能液の温度以上なので直ちに乾燥を開始する。しかも、基体の表面温度が液体組成の沸点
温度未満なので、液滴は基体上で突沸することはない。その結果、高密度・高精細なパタ
ーンを短時間に形成することができる。

本発明のパターン形成装置は、ステージに載置された基体に対して、そのステージを介
して前記基体を加熱した状態で、機能材料を含有した機能液の液体を液滴吐出ヘッドから
吐出させて前記基体にパターンを描画するパターン形成装置において、前記ステージは、
前記基体又は前記基体の描画エリアを加熱する加熱部と、前記加熱部の両側に設けられ、
前記加熱部を通過した後の前記液滴吐出ヘッドを冷却する冷却部とを備えた。

本発明のパターン形成装置によれば、ステージは、加熱部とその加熱部の両側に冷却部
を設けた。そして、加熱部にて基体を加熱することから、基体に着弾する液滴は速やかに
乾燥される。また、前記加熱部の両側に設けられ冷却部によって、冷却部を通過する液滴
吐出ヘッドは冷やされる。従って、液滴吐出ヘッド内の機能液の温度上昇を抑えると共に
、熱膨張によるノズルピッチの変動を抑制する。

このパターン形成装置において、前記加熱部は、前記基体の基体表面温度が吐出時の機
能液の温度以上かつ機能液に含有される液体組成の沸点温度未満の温度になるように加熱
制御される。

このパターン形成装置によれば、基体に着弾した液滴は、基体の表面温度が吐出時の機
能液の温度以上なので直ちに乾燥を開始する。しかも、基体の表面温度が液体組成の沸点
温度未満なので、液滴は基体上で突沸することはない。その結果、高密度・高精細なパタ
ーンを短時間に形成することができる。

このパターン形成装置において、前記ステージは、前記加熱部と前記冷却部との間に断
熱部材を設けた。
このパターン形成装置によれば、断熱部材により、加熱部と冷却部との間での熱交換は
行われ難い。

このパターン形成装置において、前記加熱部は、同加熱部を加熱する加熱手段を設け、
前記冷却部は、同冷却部を冷却する冷却手段を設けた。
このパターン形成装置によれば、加熱部は加熱手段にて加熱され、冷却部は冷却手段に
て冷却される。

このパターン形成装置において、前記加熱手段及び冷却手段は、ペルチェ素子であって
、前記ペルチェ素子の発熱部が前記加熱部の下面に連結され、前記ペルチェ素子の吸熱部
が冷却部の下面に熱伝導板を介して連結されている。

このパターン形成装置によれば、１つのペルチェ素子にて、加熱部の加熱と、冷却部の
冷却とが実現でき、部品点数の低減、省資源化を図り、環境にも優しいものとなる。
このパターン形成装置において、前記基体は、多孔質性基板であってセラミック粒子と
樹脂とから構成される低温焼成用シートであり、前記機能液は、機能材料として金属粒子
を分散させた液体である。

このパターン形成装置によれば、多孔質性基板上に金属膜からなるパターンを綺麗にし
かも短時間に形成することができる。
本発明に回路基板は、回路素子を実装するとともにその実装した回路素子に対して電気
的に接続された配線が形成された回路基板において、請求項３〜８のいずれか１に記載の
パターン形成装置で形成した配線を有した。

本発明の回路基板は、より生産性を上げることのできる回路基板となる。

以下、本発明を、ＬＴＣＣ多層基板（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics
多層基板）に半導体チップを実装してなる回路モジュールであって、そのＬＴＣＣ多層基
板を構成する複数の低温焼成基板（グリーンシート）に描画する配線パターンの形成に具
体化した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。

まず、ＬＴＣＣ多層基板に半導体チップを実装してなる回路モジュールについて説明す
る。図１は、回路モジュール１の断面図を示し、回路モジュール１は、板状に形成された
ＬＴＣＣ多層基板２と、そのＬＴＣＣ多層基板２の上側に、ワイヤーボンディング接続さ
れた半導体チップ３とを有している。

ＬＴＣＣ多層基板２は、シート状に形成された複数の低温焼成基板４の積層体である。
各低温焼成基板４は、それぞれガラスセラミック系材料（例えば、ホウケイ酸アルカリ酸
化物などのガラス成分とアルミナなどのセラミック成分の混合物）の焼結体（多孔質性基
板）であって、その厚みが数百μｍで形成されている。

そして、低温焼成基板４は、その焼結前のものをグリーンシート４Ｇ（図２，４参照）
という。グリーンシート４Ｇは、ガラスセラミック系材料の粉末と分散媒をバインダー、
整泡剤などとともに混合してスラリーを作成しこれを板状にした後に乾燥したものであっ
て、通気性を有している。即ち、グリーンシート４Ｇは、通気性基板である。

各低温焼成基板４には、抵抗素子、容量素子、コイル素子などの各種の回路素子５と、
各回路素子５を電気的に接続する内部配線６と、スタックビア構造、サーマルビア構造を
呈する所定の孔径（例えば、２０μｍ）を有した複数のビアホール７と、該ビアホール７
に充填されたビア配線８と、がそれぞれ回路設計に基づいて適宜形成されている。

各低温焼成基板４上の各内部配線６は、それぞれ銀や銀合金などの金属微粒子の焼結体
であって、図２に示す液滴吐出装置２０を利用した配線パターン形成方法によって形成さ
れる。

図２は、液滴吐出装置２０を説明する全体斜視図である。
図２において、パターン形成装置としての液滴吐出装置２０は、直方体形状に形成され
た基台２１を有している。基台２１の上面には、その長手方向（Ｙ矢印方向）に沿って延
びる一対の案内溝２２が形成されている。案内溝２２の上方には、案内溝２２に沿ってＹ
矢印方向及び反Ｙ矢印方向に移動するステージ２３が備えられている。

ステージ２３は、その上面に焼成前の低温焼成基板４、即ち通気性のグリーンシート４
Ｇを載置する。ステージ２３は、図６に示すように、ベース２３ａと、そのベース２３ａ
の上側中央位置に配置された加熱部としての載置台２３ｂと、そのベース２３ａに上側で
あって載置台２３ｂのＸ矢印方向の両側に配置された冷却部としての冷却台２３ｃを備え
ている。ベース２３ａは、基台２１の上面に配設され、後述するＹ軸モータＭＹ（図５参
照）に駆動に基づいて案内溝２２に沿ってＹ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に移動する。載置
台２３ｂは、その上面（第１の領域）に吸着板２３ｄ、その吸着板２３ｄの上面にグリー
ンシート４Ｇが吸着固定される。

また、載置台２３ｂの下面には、加熱手段または冷却手段としてのペルチェ素子ＰＴが
取着されている。ペルチェ素子ＰＴは、その発熱部ＰＴｂが載置台２３ｂの下面と向き合
うように当接するように取着されている。従って、ペルチェ素子ＰＴの吸熱部ＰＴａは、
下側に面することになる。ペルチェ素子ＰＴの吸熱部ＰＴａには、Ｘ矢印方向に一対の熱
伝導板２４の基端部（連結部２４ａ）がそれぞれ連結固定されている。熱伝導板２４はク
ランク状に形成され、その先端部（冷却部２４ｂ）は、それぞれＸ矢印方向及び反Ｘ矢印
方向に延出形成されている。熱伝導板２４の先端部（冷却部２４ｂ）は、載置台２３ｂの
両側に配設された一対の冷却台２３ｃの下面とそれぞれ連結固定されている。なお、冷却
台２３ｃの上面（第２の領域）は、なにも載置されないようになっている。

従って、ペルチェ素子ＰＴは、発熱部ＰＴｂからの発熱によって載置台２３ｂを加熱し
加熱された載置台２３ｂは吸着板２３ｄを介してグリーンシート４Ｇを所定の温度に加熱
する、また、ペルチェ素子ＰＴは、吸熱部ＰＴａの吸熱によって各熱伝導板２４を介して
冷却台２３ｃをそれぞれ冷却する。

載置台２３ｂと各冷却台２３ｃとの間には、断熱部材としての第１断熱部材Ｉ１が配設
され、載置台２３ｂと各冷却台２３ｃの間の熱交換が行われ難くしている。また、一対の
熱伝導板２４は、第２断熱部材Ｉ２を介してベース２３ａに支持固定され、同熱伝導板２
４を介して、載置台２３ｂ及び一対の冷却台２３ｃをベース２３ａに固定されている。

又、載置台２３ｂには、吸着板２３ｄとグリーンシート４Ｇとの間を負圧にするための
図示しない吸引通路が形成され、吸引ポンプにて吸引通路を減圧し吸着板２３ｄとグリー
ンシート４Ｇとの間を負圧してグリーンシート４Ｇを吸着板２３ｄに吸着固定する。

基台２１には、Ｙ矢印方向と直交する方向（Ｘ矢印方向）に跨ぐ門型のガイド部材２５
が架設されている。ガイド部材２５の上側には、Ｘ矢印方向に延びるインクタンク２６が
配設されている。インクタンク２６は、機能液としての金属インクＦを貯留し、貯留する
金属インクＦを液滴吐出ヘッド（以下単に、吐出ヘッドという。）３０に所定の圧力で供
給する。そして、吐出ヘッド３０に供給された金属インクＦは、吐出ヘッド３０から液滴
Ｆｂ（図４参照）となってグリーンシート４Ｇに向かって吐出されるようになっている。

金属インクＦは、機能材料としての金属微粒子、例えば粒径が数ｎｍの機能材料として
の金属微粒子を溶媒に分散させた分散系金属インクを用いることができる。
金属インクＦに使用する金属微粒子としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（
Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ
）、タンタル（Ｔａ）、及びニッケル（Ｎｉ）などの材料の他、これらの酸化物、並びに
超電導体の微粒子などが用いられる。金属微粒子の粒径は１ｎｍ以上０．１μｍ以下であ
ることが好ましい。０．１μｍより大きいと吐出ヘッド３０の吐出ノズルＮに目詰まりが
生じるおそれがある。また、１ｎｍより小さいと金属微粒子に対する分散剤の体積比が大
きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。

分散媒としては、上記の金属微粒子を分散できるもので凝集を起こさないものであれば
特に限定されない。例えば水系溶媒のほか、メタノール、エタノール、プロパノール、ブ
タノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラ
デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロ
ナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、
またエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン
、1，３−プロパンジオールなどのポリオール類、ポリエチレングリコール、エチレング
リコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコール
メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコール
ジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエ
タン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、
さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、乳酸エチルなどの極性
化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法
への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好
ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。

グリーンシート４Ｇに着弾した金属インクＦは、グリーンシート４Ｇが加熱されている
ことから溶媒あるいは分散媒の蒸発は促進される。そして、グリーンシート４Ｇに着弾し
た金属インクＦは、乾燥とともにその表面の外縁から増粘し、つまり、中央部に比べて外
周部における固形分（粒子）濃度が速く飽和濃度に達することから表面の外縁から増粘し
ていく。外縁の増粘した金属インクＦは、グリーンシート４Ｇの面方向に沿う自身の濡れ
広がりを停止する（ピニングする）。ピニングされた状態の金属インクＦは、グリーンシ
ート４Ｇに固定され重ね打ちされても、グリーンシート４Ｇに固定状態になっており、液
滴Ｆｂの外径が変化しなくなっているため、次の液滴Ｆｂに引き寄せられることはない。

ガイド部材２５には、そのＸ矢印方向略全幅にわたって、Ｘ矢印方向に延びる上下一対
のガイドレール２８が形成されている。上下一対のガイドレール２８には、キャリッジ２
９が取り付けられている。キャリッジ２９は、ガイドレール２８に案内されてＸ矢印方向
及び反Ｘ矢印方向に移動する。キャリッジ２９には、液滴吐出ヘッド３０が搭載されてい
る。

図３は吐出ヘッド３０をグリーンシート４Ｇ側から見た下面図を示し、図４は吐出ヘッ
ドの要部断面図を示す。吐出ヘッド３０の下側には、ノズルプレート３１が備えられてい
る。ノズルプレート３１は、その下面（ノズル形成面３１ａ）がグリーンシート４Ｇの描
画エリアとしての上面（吐出面４Ｇａ）と略平行に形成されている。ノズルプレート３１
は、グリーンシート４Ｇが吐出ヘッド３０の直下に位置するとき、ノズル形成面３１ａと
吐出面４Ｇａとの間の距離（プラテンギャップ）を所定の距離（例えば、５００μｍ）に
保持する。

図３において、ノズル形成面３１ａには、Ｙ矢印方向に沿って配列された複数のノズル
Ｎからなる一対のノズル列ＮＬが形成されている。一対のノズル列ＮＬには、それぞれ１
インチ当たりに１８０個のノズルＮが形成されている。なお、図３では、説明の都合上、
一列当りに１０個のノズルＮのみを記載している。

一対のノズル列ＮＬでは、Ｙ矢印方向から見て、一方のノズル列ＮＬの各ノズルＮが、
他方のノズル列ＮＬの各ノズルＮの間を補間する。すなわち、吐出ヘッド３０は、Ｙ矢印
方向に、１インチ当りに１８０個×２＝３６０個のノズルＮを有する（最大解像度が３６
０ｄｐｉである）。

図４において、吐出ヘッド３０の上側には、流路としての供給チューブ３０Ｔが連結さ
れている。供給チューブ３０Ｔは、Ｚ矢印方向に延びるように配設されて、インクタンク
２６からの金属インクＦを吐出ヘッド３０に供給する。

各ノズルＮの上側には、供給チューブ３０Ｔに連通するキャビティ３２が形成されてい
る。キャビティ３２は、供給チューブ３０Ｔからの金属インクＦを収容して、対応するノ
ズルＮに金属インクＦを供給する。キャビティ３２の上側には、上下方向に振動してキャ
ビティ３２内の容積を拡大及び縮小する振動板３３が貼り付けられている。振動板３３の
上側には、ノズルＮに対応する圧電素子ＰＺが配設されている。圧電素子ＰＺは、上下方
向に収縮及び伸張して振動板３３を上下方向に振動させる。上下方向に振動する振動板３
３は、金属インクＦを所定サイズの液滴Ｆｂにして対応するノズルＮから吐出させる。吐
出された液滴Ｆｂは、対応するノズルＮの反Ｚ矢印方向に飛行して、グリーンシート４Ｇ
の吐出面４Ｇａに着弾する。

つまり、キャリッジ２９が、ガイドレール２８に沿って往復動させ、吐出ヘッド３０を
、ステージ２３の直上位置をＸ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に端から端まで通過させる。詳
述すると、吐出ヘッド３０は、ステージ２３の直上を、一方の冷却台２３ｃ→載置台２３
ｂ（吸着板２３ｄ）→他方の冷却台２３ｃの順番で通過する。そして、吐出ヘッド３０が
ステージ２３の載置台２３ｂ（吸着板２３ｄ）の直上を通過するとき、吐出ヘッド３０か
ら液滴Ｆｂを吐出させることで、載置台２３ｂに載置されたグリーンシート４Ｇの吐出面
４Ｇａに液滴Ｆｂが着弾して、液滴Ｆｂよりなるパターンがグリーンシート４Ｇに形成さ
れる。また、吐出ヘッド３０が各冷却台２３ｃの直上を通過するとき、吐出ヘッド３０は
液滴Ｆｂの吐出は休止するようになっている。

次に、上記のように構成した液滴吐出装置２０の電気的構成を図５に従って説明する。
図５において、制御装置５０は、ＣＰＵ５０Ａ、ＲＯＭ５０Ｂ、ＲＡＭ５０Ｃなどを有
している。制御装置５０は、格納された各種データ及び各種制御プログラムに従って、ス
テージ２３の搬送処理、キャリッジ２９の搬送処理、吐出ヘッド３０の液滴吐出処理、ペ
ルチェ素子ＰＴの駆動処理などを実行する。

制御装置５０には、各種操作スイッチとディスプレイを有した入出力装置５１が接続さ
れている。入出力装置５１は、液滴吐出装置２０が実行する各種処理の処理状況を表示す
る。入出力装置５１は、内部配線６を形成するためのビットマップデータＢＤを生成し、
そのビットマップデータＢＤを制御装置５０に入力する。

ビットマップデータＢＤは、各ビットの値（０あるいは１）に応じて各圧電素子ＰＺの
オンあるいはオフを規定したデータである。ビットマップデータＢＤは、吐出ヘッド３０
（各ノズルＮ）の通過する描画平面（吐出面４Ｇａ）上の各位置に、配線用の液滴Ｆｂを
吐出するか否かを規定したデータである。すなわち、ビットマップデータＢＤは、吐出面
４Ｇａに規定された内部配線６の目標形成位置に配線用の液滴Ｆｂを吐出させるためのデ
ータである。

制御装置５０には、Ｘ軸モータ駆動回路５２が接続されている。制御装置５０は、駆動
制御信号をＸ軸モータ駆動回路５２に出力する。Ｘ軸モータ駆動回路５２は、制御装置５
０からの駆動制御信号に応答して、キャリッジ２９を移動させるためのＸ軸モータＭＸを
正転又は逆転させる。制御装置５０には、Ｙ軸モータ駆動回路５３が接続されている。制
御装置５０は、駆動制御信号をＹ軸モータ駆動回路５３に出力する。Ｙ軸モータ駆動回路
５３は、制御装置５０からの駆動制御信号に応答して、ステージ２３を移動させるための
Ｙ軸モータＭＹを正転又は逆転させる。

制御装置５０には、ヘッド駆動回路５４が接続されている。制御装置５０は、所定の吐
出周波数に同期させた吐出タイミング信号ＬＴをヘッド駆動回路５４に出力する。制御装
置５０は、各圧電素子ＰＺを駆動するための駆動電圧ＣＯＭを吐出周波数に同期させてヘ
ッド駆動回路５４に出力する。

制御装置５０は、ビットマップデータＢＤを利用して所定の周波数に同期したパターン
形成用制御信号ＳＩを生成し、パターン形成用制御信号ＳＩをヘッド駆動回路５４にシリ
アル転送する。ヘッド駆動回路５４は、制御装置５０からのパターン形成用制御信号ＳＩ
を各圧電素子ＰＺに対応させて順次シリアル／パラレル変換する。ヘッド駆動回路５４は
、制御装置５０からの吐出タイミング信号ＬＴを受けるたびに、シリアル／パラレル変換
したパターン形成用制御信号ＳＩをラッチし、パターン形成用制御信号ＳＩによって選択
される圧電素子ＰＺにそれぞれ駆動電圧ＣＯＭを供給する。

制御装置５０には、ペルチェ素子駆動回路５５が接続されている。制御装置５０は、ペ
ルチェ素子駆動回路５５に駆動制御信号を出力する。ペルチェ素子駆動回路５５は、制御
装置５０からの駆動制御信号に応答して、ペルチェ素子ＰＴを駆動制御する。つまり、ペ
ルチェ素子ＰＴは、駆動制御されることによって、載置台２３ｂを加熱するとともに各熱
伝導板２４を介してそれぞれ冷却台２３ｃを冷却するようになっている。

本実施形態では、制御装置５０によって、ペルチェ素子ＰＴは、載置台２３ｂ（吸着板
２３ｄ）に載置されたグリーンシート４Ｇの温度（表面温度）が吐出ヘッド３０から吐出
される時の金属インクＦの温度以上かつ金属インクＦに含まれる液体組成の沸点未満（液
体組成中の最も沸点の低い温度未満）の温度となるように制御されている。つまり、グリ
ーンシート４Ｇを吐出ヘッド３０から吐出される時の金属インクＦの温度以上に加熱して
、吐出される時は吐出ヘッド３０で乾燥せず、着弾した液滴Ｆｂはそれ以上の温度で速や
かに加熱し乾燥するとともに、グリーンシート４Ｇを液滴Ｆｂの沸点未満に加熱して、着
弾した液滴Ｆｂをグリーンシート４Ｇ上で突沸しないようするためである。

次に、上記液滴吐出装置２０を利用したグリーンシート４Ｇの配線パターンの形成方法
について説明する。
図２に示すように、吐出面４Ｇａが上側になるようにグリーンシート４Ｇを載置台２３
ｂ（吸着板２３ｄ）に載置する。このとき、ステージ２３は、グリーンシート４Ｇをキャ
リッジ２９の反Ｙ矢印方向に配置する。このグリーンシート４Ｇは、ビアホール７が形成
され、そのビアホール７にビア配線８がなされていて、その吐出面４Ｇａに内部配線６を
形成するものとする。

この状態から、液滴Ｆｂによる内部配線６の配線パターンを形成するためのビットマッ
プデータＢＤが入出力装置５１から制御装置５０に入力される。制御装置５０は、入出力
装置５１からの内部配線６を形成するためのビットマップデータＢＤを格納する。

このとき、制御装置５０は、ペルチェ素子駆動回路５５を介して載置台２３ｂに設けた
ペルチェ素子ＰＴを駆動し載置台２３ｂ（吸着板２３ｄ）に載置されたグリーンシート４
Ｇ全体が一様に前記所定の温度になるように加熱制御している。即ち、グリーンシート４
Ｇの吐出面４Ｇａは、吐出ヘッド３０から吐出される時の金属インクＦの温度以上かつ金
属インクＦに含まれる液体組成の沸点未満（液体組成中の最も沸点の低い温度未満）の温
度となるように制御されている。この加熱制御にともなって、ペルチェ素子ＰＴは、各熱
伝導板２４を介してそれぞれの冷却台２３ｃを冷却する。

次いで、制御装置５０は、吐出ヘッド３０が載置台２３ｂに載置したグリーンシート４
Ｇの所定の直上位置をＸ矢印方向に通過するように、Ｙ軸モータ駆動回路５３を介してＹ
軸モータＭＹを駆動してステージ２３を搬送する。そして、制御装置５０は、反Ｘ矢印側
ホームポジション（図６に示す位置Ｐ０）ある吐出ヘッド３０を、ステージ２３の反Ｘ矢
印方向の端（位置Ｐ１）からＸ矢印方向の端（位置Ｐ４）を通って、Ｘ矢印側ホームポジ
ション（位置Ｐ５）まで移動させるべく、Ｘ軸モータ駆動回路５２を介してＸ軸モータＭ
Ｘを駆動して吐出ヘッド３０の走査（往動）を開始させる。

制御装置５０は、位置Ｐ０ある吐出ヘッド３０の走査（往動）を開始させると、ビット
マップデータＢＤに基づいてパターン形成用制御信号ＳＩを生成して、パターン形成用制
御信号ＳＩと駆動電圧ＣＯＭをヘッド駆動回路５４に出力する。

すなわち、吐出ヘッド３０が反Ｘ矢印側の冷却台２３ｃ（位置Ｐ１から位置Ｐ２）を通
過し、載置台２３ｂ（吸着板２３ｄ）に載置したグリーンシート４Ｇの上方の通過を開始
すると、制御装置５０は、ヘッド駆動回路５４を介して各圧電素子ＰＺを駆動制御し、内
部配線６を形成するための着弾位置に吐出ヘッド３０が位置するたびに、選択されたノズ
ルＮから液滴Ｆｂを吐出させる。このグリーンシート４Ｇに着弾した液滴Ｆｂは、グリー
ンシート４Ｇが吐出時の液滴Ｆｂの温度以上に加熱されているため、乾燥が開始され速や
かに乾燥されていく。

そして、本実施形態では、図７及び図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、吐出される各液
滴Ｆｂは、対応する内部配線６を形成するための着弾位置に順次着弾する。詳述すると、
本実施形態では、パターン形成のために先に着弾し配置された液滴Ｆｂが一部乾燥してグ
リーンシート４Ｇに対して固定（ピニング）した状態（自身の濡れ広がりを停止した状態
）であって、その先の液滴Ｆｂに対して、次の吐出ヘッド３０から吐出されグリーンシー
ト４Ｇに着弾する液滴Ｆｂは、その一部が重なるように、図７及び図８（ａ）に１点鎖線
で示す位置に、吐出ヘッド３０から吐出されるようになっている。

つまり、吐出ヘッド３０から吐出させる液滴Ｆｂの吐出タイミングは、液滴Ｆｂが吐出
ヘッド３０から吐出してグリーンシート４Ｇに固定（ピニング）されるに要する時間と、
吐出ヘッド３０が先の液滴Ｆｂを吐出した後、次の液滴Ｆｂの一部が先の液滴Ｆｂと重な
る吐出位置に到達するまでに要する移動時間等で決定される。従って、グリーンシート４
Ｇの加熱温度、吐出ヘッド３０の移動速度等から予め、実験等で吐出タイミング（吐出間
隔時間）を設定している。

従って、Ｘ矢印方向に往動しながら液滴Ｆｂを所定のタイミング（吐出間隔時間）で吐
出させているとき、先にグリーンシート４Ｇに着弾した液滴Ｆｂは、速やかに乾燥されて
いく。

そして、図８（ｂ）に示すように、液滴Ｆｂがグリーンシート４Ｇに対して固定される
状態になると、その固定状態に入った液滴Ｆｂに対して、その一部が重なるように、次の
液滴Ｆｂは、図８（ｃ）の１点鎖線で示す位置に着弾し配置される。このとき、固定状態
にある先の液滴Ｆｂは、その一部が重なるように着弾配置された次の液滴Ｆｂに引き寄せ
られることがない。また、一部が重なるように着弾配置された次の液滴Ｆｂは、その重な
らない部分は、グリーンシート４Ｇが加熱されているため、直ちに乾燥が開始され速やか
に乾燥され固定状態になる。従って、先の液滴Ｆｂに、次の液滴Ｆｂ引き寄せられること
はない。

その結果、吐出ヘッド３０をＸ矢印方向に移動させて、内部配線６を形成するための着
弾位置に順次着弾する液滴Ｆｂは、その着弾位置から偏移することなく乾燥されるため、
図８（ｄ）に示すような、内部配線６のための配線用パターンＰが形成される。しかも、
グリーンシート４Ｇの加熱温度は、液滴Ｆｂの沸点未満の温度に制御されているので、着
弾した液滴Ｆｂが突沸して配線用パターンＰの形成が不能となることはない。

吐出ヘッド３０が、グリーンシート４Ｇの端から端までの走査を完了すると、即ち、載
置台２３ｂ（位置Ｐ２から位置Ｐ４）を通過すると、Ｘ矢印方向側の冷却台２３ｃの上方
の通過を開始する。吐出ヘッド３０は冷却台２３ｃ（位置Ｐ３から位置Ｐ４）を通過中に
、冷却されている冷却台２３ｃにて冷却される。

つまり、この配線用パターンＰに描画中、即ち、吐出ヘッド３０がグリーンシート４Ｇ
の上方を移動中に、吐出ヘッド３０は、加熱されているグリーンシート４Ｇの放熱により
加熱される。吐出ヘッド３０の温度上昇は、液滴Ｆｂの粘性の変化、乾燥による目詰まり
、ノズルプレート３１の膨張などを引き起こす原因となる。そこで、配線用パターンＰの
描画に支障をきたさないように、吐出ヘッド３０がグリーンシート４Ｇを通過した後、直
ちに冷却台２３ｃ上を通過させることによって、吐出ヘッド３０の温度上昇を防止してい
る。

吐出ヘッド３０が、Ｘ矢印方向側のホームポジション（位置Ｐ５）まで到達すると、制
御装置５０は、内部配線６を形成するためのグリーンシート４Ｇ上の新たな位置に液滴Ｆ
ｂを吐出させるべく、Ｙ軸モータ駆動回路５３を介してＹ軸モータＭＹを駆動してステー
ジ２３をＹ方向に所定の量だけ搬送させた後、吐出ヘッド３０を反Ｘ矢印方向に走査（復
動）させる。

位置Ｐ５にある吐出ヘッド３０の走査（復動）を開始させると、まず、吐出ヘッド３０
が反Ｘ矢印側の冷却台２３ｃ（位置Ｐ４から位置Ｐ３）を通過して冷却された後、載置台
２３ｂ（吸着板２３ｄ）に載置したグリーンシート４Ｇの上方の通過を開始する。そして
、制御装置５０は、前記と同様にビットマップデータＢＤに基づいてヘッド駆動回路５４
を介して各圧電素子ＰＺを駆動制御し、内部配線６を形成するための着弾位置に吐出ヘッ
ド３０が位置するたびに、選択されたノズルＮから液滴Ｆｂを吐出させる。この場合にも
、前記と同様に、先にグリーンシート４Ｇに着弾した液滴Ｆｂは、直ちに乾燥が開始され
速やかに乾燥されていく。そして、液滴Ｆｂがグリーンシート４Ｇに対す固定される状態
になると、その固定状態に入った液滴Ｆｂに対して、その一部が重なるように、次の液滴
Ｆｂは着弾し配置される。

やがて、吐出ヘッド３０が、グリーンシート４Ｇの端から端までの走査を完了すると、
即ち、載置台２３ｂ（位置Ｐ３から位置Ｐ２）を通過すると、反Ｘ矢印方向側の冷却台２
３ｃの上方の通過を開始する。吐出ヘッド３０は冷却台２３ｃ（位置Ｐ２から位置Ｐ１）
を通過中に、前記と同様に冷却されている冷却台２３ｃにて冷却される。

以後、吐出ヘッド３０を、Ｘ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に往復動させるとともに、ステ
ージ２３をＹ矢印方向に搬送させ、吐出ヘッド３０の往復動中に液滴Ｆｂをビットマップ
データＢＤに基づくタイミングで吐出させる動作を繰り返す。これによって、グリーンシ
ート４Ｇ上には、着弾した液滴Ｆｂによる内部配線６の配線用パターンＰが描画される。

また、加熱されているグリーンシート４Ｇの放熱により加熱される吐出ヘッド３０は、
各冷却台２３ｃを通過する毎に、冷却された冷却台２３ｃにて冷却される。
ちなみに、図９で実線で示すグラフは、吐出ヘッド３０を、位置Ｐ０から位置Ｐ５まで
移動させ、その途中で、載置台２３ｂ上にグリーンシート４Ｇに液滴Ｆｂを吐出して配線
用パターンＰを描画させた時の、吐出ヘッド３０の温度（ノズルプレート３１の表面温度
）の推移を示す。尚、２点鎖線示すグラフは、冷却台２３ｃを載置台２３ｂの加熱温度に
加熱した時の、吐出ヘッド３０の温度（ノズルプレート３１の表面温度）の推移を示す。

図９から明らかなように、冷却台２３ｃが冷却されている時、吐出ヘッド３０の温度は
、冷却台２３ｃを通過している時（位置Ｐ１〜位置Ｐ２）に冷却されて下がる。反対に、
冷却台２３ｃが加熱されている時、吐出ヘッド３０の温度は、冷却台２３ｃを通過してい
る時（位置Ｐ１〜位置Ｐ２）に加熱されて上がる。そして、その差が、載置台２３ｂを通
過している間（位置Ｐ２〜位置Ｐ３）、その差を保持しつつ、吐出ヘッド３０の温度は、
上昇する。

続いて、冷却されている他方の冷却台２３ｃを通過している時（位置Ｐ３〜位置Ｐ４）
、吐出ヘッド３０の温度は、通過途中で下げに転じる。これに対して、冷却されていない
他方の冷却台２３ｃを通過している時（位置Ｐ３〜位置Ｐ４）、吐出ヘッド３０の温度は
、温度上昇率は下がるものの、上がり続け、冷却台２３ｃから外れた位置（位置Ｐ５）に
至ってから下げに転じる。

このことから、グリーンシート４Ｇから放熱によって加熱される吐出ヘッド３０は、載
置台２３ｂの両側に設けた冷却された冷却台２３ｃを通過する毎に冷却され、吐出ヘッド
３０の温度上昇を抑制していることがわかる。

次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、吐出ヘッド３０から吐出される時の金属インクＦの温度
以上にグリーンシート４Ｇを加熱したので、着弾した液滴Ｆｂは速やかに加熱され乾燥さ
れることから、次に着弾させる液滴Ｆｂの吐出タイミングを短くすることができ、配線用
パターンＰを短時間で形成することができる。

（２）上記実施形態によれば、グリーンシート４Ｇの加熱温度は、液滴Ｆｂの沸点未満
の温度に制御されているので、着弾した液滴Ｆｂが突沸することはない。従って、高密度
・高精細な配線用パターンＰを形成することができる。

（３）上記実施形態によれば、ステージ２３は、載置台２３ｂとその載置台２３ｂの両
側に冷却台２３ｃを設け、載置台２３ｂにてグリーンシート４Ｇを加熱し着弾する液滴は
速やかに乾燥させ、前記両側に設けられ冷却台２３ｃによって、冷却台２３ｃを通過する
液滴吐出ヘッド３０を冷却するようにした。従って、液滴吐出ヘッド３０内の金属インク
Ｆの温度上昇を抑えると共に、熱膨張によるノズルピッチの変動を抑制することができる
。

（４）上記実施形態によれば、載置台２３ｂの加熱と冷却台２３ｃの冷却を１つのペル
チェ素子ＰＴにて実現した。従って、部品点数の低減、省資源化を図り、環境にも優しい
ものとなる。

（５）上記実施形態によれば、載置台２３ｂと冷却台２３ｃとの間に第１断熱部材Ｉ１
を配設した。従って、加熱台２３ｂと冷却台２３ｃとの間での熱交換は行われ難く、載置
台２３ｂは有効に加熱され、冷却台２３ｃは有効に冷却され、ペルチェ素子ＰＴのエネル
ギー損失を小さくすることができる。

（６）上記実施形態によれば、ステージ２３の一部（冷却台２３ｃ）に、吐出ヘッド３
０を冷却する手段を設けた。従って、スペースをとることなく吐出ヘッド３０を冷却する
ことができる。

（７）上記実施形態によれば、先の着弾した液滴Ｆｂが固定状態に入った時、その一部
と重なるように、次の液滴Ｆｂを着弾し配置するようにした。従って、固定状態にある先
の液滴Ｆｂは、その一部が重なるように着弾配置された次の液滴Ｆｂに引き寄せられるこ
とがなく高密度・高精細な配線用パターンＰが形成される。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、加熱手段と冷却手段をペルチェ素子ＰＴで構成した。これを、ペ
ルチェ素子ＰＴに代えて、ヒートポンプで載置台２３ｂを加熱し、冷却台２３ｃを冷却す
るようにしてもよい。また、載置台２３ｂを単独の加熱手段で加熱するとともに、冷却台
２３ｃを、単独の冷却手段で冷却するようにしてもよい。この場合、載置台２３ｂをラバ
ーヒータ等の単独の加熱手段で加熱し、冷却台２３ｃを、冷却水等の冷媒を冷却台２３ｃ
内に循環させて単独に冷却することが考えられる。

・上記実施形態では、加熱部を載置台２３ｂとしたが、載置台２３ｂの上面に加熱手段
としてのラバーヒータを載置し、そのラバーヒータを加熱部として実施してもよい。
・上記実施形態では、加熱部としての載置台２３ｂ全体を加熱したが、載置台２３ｂに
載置されたグリーンシート４ＧのパターンＰが形成される描画エリアに対応する範囲を加
熱するようにしてもよい。

・上記実施形態では、順次吐出した液滴Ｆｂに対して順番に一部が重なるように、着弾
配置して配線用パターンＰを形成した。これを、例えば、図１０（ａ）〜（ｆ）に示すよ
うな順番で液滴Ｆｂを吐出して配線用パターンＰを形成してもよい。

すなわち、図１０（ａ）に示すように、パターン形成のために先の液滴Ｆｂが、所定に
位置に着弾配置されると、着弾した液滴Ｆｂから離間した１点鎖線で示す着弾位置Ａ１に
、次の液滴Ｆｂを着弾配置する。着弾位置Ａ１に液滴Ｆｂを配置すると、次に吐出する液
滴Ｆｂを、最初に配置した液滴Ｆｂにその一部が重なるように、図１０（ｂ）に１点鎖線
で示す着弾位置Ａ２に着弾配置する。

着弾位置Ａ２に液滴Ｆｂを配置すると、次に吐出する液滴Ｆｂを、着弾位置Ａ１に配置
した液滴Ｆｂにその一部が重なるように、図１０（ｃ）に１点鎖線で示す着弾位置Ａ３に
着弾配置する。以後、同様に、図１０（ｄ）、（ｅ）に示す順にて、着弾位置Ａ４，Ａ５
に液滴Ｆｂを着弾配置すれば、図１０（ｆ）に示すような、液滴Ｆｂによる内部配線６の
配線用パターンＰを描画することができる。

・上記実施形態では、機能液を、金属インクＦとして具体化した。これに限らず、例え
ば、液晶材料を含有した機能液に具体化してもよい。つまり、パターンを形成するための
吐出させる機能液であればよい。

・上記実施形態では、基体を、グリーンシート４Ｇに具体化した。これに限らず、例え
は、基体を、ガラス基板、ポリイミド基板、ガラエポ基板などに具体化してもよい。
・上記実施形態では、液滴吐出手段を、圧電素子駆動方式の液滴吐出ヘッド３０に具体
化した。これに限らず、液滴吐出ヘッドを、抵抗加熱方式や静電駆動方式の吐出ヘッドに
具体化してもよい。

回路モジュールの側断面図。 液滴吐出装置の全体斜視図。 液滴吐出ヘッドをグリーンシート側から見た下面図。 液滴吐出ヘッドの要部側断面図。 液滴吐出装置の電気的構成を説明するための電気ブロック回路図。 ステージを説明するための要部断面構造の模式図。 パターン形成の作用を説明するための説明図。 （ａ）〜（ｄ）はパターン形成の液滴の吐出順序を示す図。 液滴吐出ヘッドの温度の推移を示す図。 （ａ）〜（ｆ）はその他の順序でパターンの形成を示す図。

符号の説明

１…回路モジュール、２…ＬＴＣＣ多層基板、４…低温焼成基板、４Ｇ…基体としての
グリーンシート、５…回路素子、６…内部配線、２０…液滴吐出装置、２３…ステージ、
２３ｂ…加熱台、２３ｃ…冷却台、２４…熱伝導板、３０…液滴吐出ヘッド、５０…制御
装置、Ｆ…機能液としての金属インク、Ｆｂ…液滴、Ｉ１…第１断熱部材、ＰＴ…ペルチ
ェ素子、ＰＴａ…吸熱部、ＰＴｂ…発熱部、ＰＺ…圧電素子、Ｐ…パターン。

Claims (9)

1. ステージに載置された基体に対して、そのステージを介して前記基体を加熱した状態で、機能材料を含有した機能液を液滴吐出ヘッドから吐出させて前記基体にパターンを描画するパターン形成方法において、
   前記ステージを、前記基体又は前記基体の描画エリアに対応する第１の領域と、前記第１の領域以外であって前記液滴吐出ヘッドが前記基体にパターンを描画する時の往復動中に通過する位置に対応する第２の領域とに区分し、
   前記第１の領域を加熱制御し、前記第２の領域を冷却制御して前記パターンを描画することを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、
   前記第１の領域は、前記基体の基体表面温度が吐出時の機能液の温度以上かつ機能液に含有されている液体組成の沸点温度未満になるように加熱制御されていることを特徴とするパターン形成方法。
3. ステージに載置された基体に対して、そのステージを介して前記基体を加熱した状態で、機能材料を含有した機能液の液体を液滴吐出ヘッドから吐出させて前記基体にパターンを描画するパターン形成装置において、
   前記ステージを、前記基体又は前記基体の描画エリアに対応する第１の領域と、前記第１の領域以外であって前記液滴吐出ヘッドが前記基体にパターンを描画する時の往復動中に通過する位置に対応する第２の領域とに区分し、
   前記第１の領域が加熱部、前記第２の領域が冷却部である
   ことを特徴とするパターン形成装置。
4. 請求項３に記載のパターン形成装置において、
   前記加熱部は、前記基体の基体表面温度が吐出時の機能液の温度以上かつ機能液に含有される液体組成の沸点温度未満の温度になるように加熱制御されることを特徴とするパターン形成装置。
5. 請求項３又は４に記載のパターン形成装置において、
   前記ステージは、前記加熱部と前記冷却部との間に断熱部材を設けたことを特徴とするパターン形成装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１に記載のパターン形成装置において、
   前記加熱部は、同加熱部を加熱する加熱手段を設け、前記冷却部は、同冷却部を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするパターン形成装置。
7. 請求項６に記載のパターン形成装置において、
   前記加熱手段及び冷却手段は、ペルチェ素子であって、前記ペルチェ素子の発熱部が前記加熱部の下面に連結され、前記ペルチェ素子の吸熱部が前記冷却部の下面に熱伝導板を介して連結されていることを特徴とするパターン形成装置。
8. 請求項３〜７のいずれか１に記載のパターン形成装置において、
   前記基体は、多孔質性基板であってセラミック粒子と樹脂とから構成される低温焼成用シートであり、
   前記機能液は、機能材料として金属粒子を分散させた液体であることを特徴とするパターン形成装置。
9. 回路素子を実装するとともにその実装した回路素子に対して電気的に接続された配線が形成された回路基板において、
   請求項３〜８のいずれか１に記載のパターン形成装置で形成した前記配線を有したことを特徴とする回路基板。

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