專利名稱:圖案形狀物及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明主要涉及一種包括在支撐材料上形成的預(yù)期圖案的圖案形狀物以及該物的制造方法。本發(fā)明具體涉及一種包括在支撐材料如印刷電路板上形成的電路圖案的圖案形狀物,一種包括顯示器濾色器圖案的圖案形狀物,及其制造方法。此工藝可用于印刷工藝中。
背景技術(shù):
可用于在如印刷電路板和塑料薄膜連接器等基層上形成線路以及用于形成顯示器和有機(jī)半導(dǎo)體器件的濾色器的預(yù)期圖案的印刷技術(shù)種類繁多,例如有篩網(wǎng)和光刻法。在基板或基層材料上形成圖案時(shí)需要考慮的因素包括圖案的尺寸精確度、膜厚、電光性質(zhì)和機(jī)械特性。此外,還有圖案對(duì)基板的粘合性問題。
近來,納米粒子構(gòu)成的材料發(fā)展起來,原因在于其能簡(jiǎn)化圖案的形成。特別是,在線路形成中,對(duì)用Ag納米粒子作為基層的油墨的研制取得了進(jìn)展,提出了使用噴墨印刷法的簡(jiǎn)單的圖案形成工藝以及其它工藝。將納米粒子用于或印刷于基板上,并使其干燥和固化,從而在基板上形成圖案。此時(shí),由于納米粒子本身對(duì)基層材料沒有粘合性,因此需要某種措施來提供對(duì)基板的充分粘合性。
已經(jīng)公開了一種意圖與基層材料形成物理粘結(jié)例如固著效應(yīng)的方法。該工藝公開在JPA 10-51089(線路基板及其制造方法)中。根據(jù)此傳統(tǒng)工藝,將導(dǎo)電組分——其主要成分為低電阻金屬粉末,印刷在針侵入硬度(needleinvasion hardness)為10-100μm的絕緣層上;印刷后施加壓力,從而形成第一層5(由絕緣層1中的有機(jī)樹脂4和導(dǎo)電組分3組成),和第二層6(由導(dǎo)電組分3構(gòu)成),其中使第一層5的厚度大于低電阻金屬粒子的平均粒度的0.3倍,使線路層2比第二層6薄,實(shí)現(xiàn)了粘合性。(參考上述專利文獻(xiàn)的圖1)。
但是,根據(jù)傳統(tǒng)工藝,雖然在由微細(xì)粒子制成圖案時(shí)可以利用滲透性,但問題是,除非在高負(fù)荷條件下進(jìn)行粒子壓縮,否則就不能獲得滿意的性質(zhì)例如圖案部分的導(dǎo)電性,而且由于壓縮引起體積收縮,因此該工藝不適用于微型化的圖案形成。而且,如果減小粒度以實(shí)現(xiàn)微型化,則導(dǎo)電部分的導(dǎo)電性降低;而且圖案越精細(xì),則需要膜厚越厚以獲得粘合力。因此,該工藝存在局限性。
而且,JPA 2000-36650公開了另一傳統(tǒng)工藝(電路板制造方法)。根據(jù)此專利文獻(xiàn),在用作電路的光滑絕緣基板1的表面上形成大量凹陷3,其內(nèi)附有金屬粒子2。然后,在用作電路的地方鍍上并形成與附于各凹陷3內(nèi)的金屬粒子2相結(jié)合的電路金屬膜4。
但是,根據(jù)此方法,為了放置金屬粒子則必須對(duì)基板進(jìn)行加工,且很難將凹陷制成罐形,因而產(chǎn)生的問題是,很難獲得金屬粒子對(duì)基層材料的粘合力。而且,如果將此方法用于微型化圖案,則由于該方法要求精確度因此制造成本增加。
此外,日本專利NO.3431556(轉(zhuǎn)印介質(zhì)及其制造方法,使用該轉(zhuǎn)印介質(zhì)的線路基板的制造方法)公開了另一種工藝。根據(jù)此工藝,使用光致抗蝕劑工藝,借助光敏樹脂使作為轉(zhuǎn)印介質(zhì)基層的鋁基板101的表面進(jìn)行選擇性曝光。然后,通過光澤電鍍?cè)谄毓獾幕灞砻嫔闲纬山饘賹?04,從而使金屬粒子的生長(zhǎng)方向幾乎平行于基板表面。接著,通過非光澤電鍍?cè)诮饘賹?04上形成金屬層105,從而使金屬粒子的生長(zhǎng)方向基本上垂直于基板表面,從而得到轉(zhuǎn)印介質(zhì)。之后,通過施壓將得到的轉(zhuǎn)印介質(zhì)粘附在表面上具有粘合劑202的絕緣基板201上,將作為導(dǎo)電線路的金屬層104和105轉(zhuǎn)印和放置在絕緣基板表面上,通過化學(xué)蝕刻法除去轉(zhuǎn)印介質(zhì)的基板101,從而得到線路基板。
但是,根據(jù)此方法,需要進(jìn)行金屬層105的粗加工工藝,因此制造工藝復(fù)雜。
專利文獻(xiàn)1JPA 10-51089專利文獻(xiàn)2JPA 2000-36650專利文獻(xiàn)3日本專利NO.3431556
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種圖案形狀物及其制造方法,其基本上消除了一種或多種由相關(guān)技術(shù)的局限性和不利性所引起的問題。
具體地說,本發(fā)明的目的是提供一種圖案形狀物,其對(duì)支撐元件具有良好的粘合力,制造成本低,解決了傳統(tǒng)工藝中的問題。
本發(fā)明的特征和優(yōu)越性隨后將在說明書中進(jìn)行闡述,其中的一部分內(nèi)容可顯而易見地由說明書和附圖得出,或按照說明書所給出的教導(dǎo)在實(shí)施本發(fā)明時(shí)得到。說明書中以完整、清楚、簡(jiǎn)要和準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)對(duì)圖案形狀物及其制造方法進(jìn)行了特別描述,以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明,借此可認(rèn)識(shí)和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的以及其它特征和優(yōu)越性。
為了體現(xiàn)上述的和其它的優(yōu)越性,并且與此處具體表達(dá)和廣泛描述的本發(fā)明的目的相一致,本發(fā)明提供了以下內(nèi)容。
解決問題的手段本發(fā)明解決問題的手段主要基于在由以粒子聚集體構(gòu)成的圖案和用于支撐圖案的支撐元件構(gòu)成的圖案形狀物中,將圖案內(nèi)的粒子尺寸設(shè)置為大于由較小粒子和支撐元件構(gòu)成的混合層內(nèi)的粒子尺寸,該混合層形成于粒子聚集體和支撐元件的邊界。
解決方式1解決上述問題的解決方式1提供了一種圖案形狀物,其中圖案由粒子聚集體和用于支撐圖案的支撐元件構(gòu)成,該粒子和支撐元件在支撐元件和圖案的邊界處形成混合層;而且其中除混合層之外的其它部分內(nèi)的粒子尺寸大于混合層內(nèi)的粒子尺寸。
作用在支撐元件具有流動(dòng)性的條件下,通過將支撐元件滲透入構(gòu)成圖案的粒子聚集體中就可簡(jiǎn)單地增大圖案對(duì)支撐元件(基層材料/基板)的粘合力。通過使用熱固性樹脂和紫外固化型樹脂,并在與圖案進(jìn)行接觸后對(duì)樹脂進(jìn)行固化可容易地獲得流動(dòng)性。在使用熱塑性樹脂的情況下,通過加熱,然后使圖案與支撐元件接觸可獲得流動(dòng)性。在這種情況下,特別是通過模塑的形成方法是有用的。
在由粒子聚集體和由上述樹脂制成的支撐元件構(gòu)成的混合層中,粘合性比導(dǎo)電性更重要。出于該原因,期望粒子尺寸小,從而使與支撐元件接觸的表面積大,以提高粘合力。在除圖案混合層之外的部分,即要求導(dǎo)電性的部分中,均期望粒子尺寸盡可能大,以獲得實(shí)用的線路導(dǎo)電性,這是通過盡可能地防止粒子邊界減小來實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)施例1實(shí)施例1為解決方式1中所述的圖案形狀物,其中粒子聚集體由熔融態(tài)的納米粒子構(gòu)成。
作用當(dāng)粒子聚集體由納米粒子構(gòu)成時(shí),由于混合層中納米粒子的間距隨樹脂(支撐元件)的滲透性而變化,因此在混合層中通過熔融而形成的粒子的尺寸與其它位置的粒子尺寸不同。在混合層以外的位置,由于作為導(dǎo)電性的干擾物的粒子邊界與事先由粒子態(tài)構(gòu)成的位置相比,粒子邊界處更加致密,因此在疏松材料附近獲得了導(dǎo)電性。此外,在混合層中,由于粒子熔融不再繼續(xù),因此雖然沒有獲得導(dǎo)電性,但可降低熔融時(shí)產(chǎn)生的空隙,從而獲得良好的粘合性。
實(shí)施例2實(shí)施例2為實(shí)施例1中所述的圖案形狀物,其中納米粒子為金屬。
作用通過使用金屬作為納米粒子,并使納米金屬粒子受熱熔融可容易地獲得導(dǎo)電性。因此,作為一種形成線路的方法,除傳統(tǒng)工藝如電鍍、蒸涂和濺射之外,可使用類似于膠版印刷或噴墨印刷的一般目的的印刷工藝。以此方式拓寬了制造方法的選擇性。
實(shí)施例3實(shí)施例3為根據(jù)解決方式1、實(shí)施例1和實(shí)施例2所述的圖案形狀物,其中支撐元件由固化流體樹脂制成。
作用作為流體樹脂,可使用熔融態(tài)的熱塑性樹脂、熱固性樹脂和固化前的光固化性樹脂。以滲透性來提高粘合力時(shí),無(wú)需對(duì)圖案材料本身進(jìn)行特別處理就可獲得期望的粘合力。特別是,在銀納米粒子的情況下,由于該材料本身不具有粘合力,因此該方法是有效。
實(shí)施例4實(shí)施例4為解決方式1和實(shí)施例1-3中所述的圖案形狀物,其中除圖案表面外,將該圖案嵌入支撐元件內(nèi)。
作用由于將該圖案嵌于支撐元件中以使圖案被支撐元件包圍,因此改善了圖案的粘合力。在圖案形成于鍍層表面上且通過粘合劑轉(zhuǎn)印形成支撐元件的情況下,例如,圖案的側(cè)面也與支撐元件接觸,從而改善了圖案的粘合力。
實(shí)施例5實(shí)施例5為解決方式1和實(shí)施例1-4中所述的圖案形狀物,其中在兩個(gè)或更多個(gè)平面內(nèi)形成圖案。
作用當(dāng)形成三維圖案時(shí),有必要在兩個(gè)或更多個(gè)平面內(nèi)形成圖案,這是困難的。
如果在轉(zhuǎn)印片上形成疏松狀態(tài)的圖案,并且僅通過轉(zhuǎn)印等方式將其粘貼于支撐元件上,以制造該三維形式的物,則會(huì)因圖案的撓性而發(fā)生如斷裂的問題。此外,根據(jù)通過施加力以獲得導(dǎo)電性的方法,產(chǎn)生的問題是該力所產(chǎn)生的負(fù)荷不同而使圖案的形狀損壞。根據(jù)本發(fā)明,優(yōu)點(diǎn)是通過加熱使納米粒子熔融而不影響基層材料的方法實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性(導(dǎo)電性)。
實(shí)施例6實(shí)施例6為解決方式1和實(shí)施例1-5中所述的圖案形狀物,其中支撐元件由兩個(gè)或更多個(gè)元件構(gòu)成。
作用當(dāng)支撐元件由兩個(gè)或更多個(gè)元件構(gòu)成時(shí),一個(gè)在接觸圖案的位置處制造,其他作為支撐元件的加強(qiáng)件。實(shí)際上,為了獲得滿意的粘合性,選擇粘合劑作為粘附于圖案上的支撐元件,這種情況下,用另一種根據(jù)尺寸和強(qiáng)度進(jìn)行選擇的樹脂來加強(qiáng)粘合劑。以此方式構(gòu)成支撐元件時(shí),對(duì)支撐元件的要求可分擔(dān)到每個(gè)材料上,對(duì)材料的選擇機(jī)會(huì)大。此外,如果在接觸圖案的支撐元件的位置處選擇的材料可以通過加熱等方式熔融,則支撐元件從圖案上的分離可容易地進(jìn)行,有利于循環(huán)加工。
實(shí)施例7實(shí)施例7為解決方式1和實(shí)施例1-6中所述的圖案形狀物,其中支撐元件具有光透射性質(zhì)。
作用由于支撐元件具有光透射性質(zhì),因此可以安裝光學(xué)元件。例子是其中半導(dǎo)體激光器倒裝在玻璃基板上,從光源發(fā)出的光透射過玻璃部分,和光波導(dǎo)形成于玻璃基板之中或其上,用以進(jìn)行光透射;與本發(fā)明相應(yīng)的是,其分別為半導(dǎo)體激光器安裝在圖案形狀物內(nèi),并透射過圖案形狀物,從光源發(fā)出的光透射過支撐元件,和光波導(dǎo)形成于圖案形狀物上,用以進(jìn)行光透射。
實(shí)施例8實(shí)施例8為實(shí)施例7中所述的圖案形狀物,其中支撐元件由紫外線固化型樹脂制成。
作用由于支撐元件由紫外線固化樹脂制成,因此可在短時(shí)間內(nèi)使圖案形成于支撐元件上。在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行固化的優(yōu)越性是,由于降低了圖案粒子之間的粘合劑的滲透性,因此使圖案的作用不發(fā)生降低。例如,形成線路時(shí),降低了金屬納米粒子的熔融,且由于粘合劑的滲透而降低了導(dǎo)電性;因此,重要的是阻止粘合劑滲透至圖案中心。此外,可利用紫外線固化樹脂的光透射性質(zhì)將光學(xué)元件安裝在圖案形狀物上(參考實(shí)施例7)。
實(shí)施例9實(shí)施例9為解決方式1和實(shí)施例1-8中所述的圖案形狀物,其中使用親水/疏水現(xiàn)象形成圖案。
作用通過利用使用了親水/疏水現(xiàn)象的型和模,可容易地使功能材料形成預(yù)期的圖案形狀。例如,通過使用大量液體進(jìn)行浸漬和涂刷的方法,通過噴墨方法以及通過分配器噴灑方法形成圖案,上述方法在形成精細(xì)圖案時(shí)尤其有效。當(dāng)精細(xì)圖案的連續(xù)性特別重要時(shí),雖然在噴墨法中,由于排墨噴嘴之間的位置間隙以及排墨體的不均勻性而不能獲得連續(xù)性,但通過預(yù)先以親水/疏水方式形成圖案的噴墨方法能得到滿意的圖案。
實(shí)施例10實(shí)施例10為解決方式1和實(shí)施例1-9中所述的圖案形狀物,其中該圖案由兩個(gè)或多個(gè)圖案層構(gòu)成。
作用通過將兩個(gè)或多個(gè)圖案一個(gè)挨一個(gè)層壓可形成多層圖案。對(duì)于線路來說,提供了多層線路,可在小區(qū)域內(nèi)形成三維線路。此外,能夠以平面形狀形成多層線路板。
解決方式2本發(fā)明的另一發(fā)面提供了解決方式2,其為解決方式1和實(shí)施例1-10中所述的圖案形狀物的制造方法,其解決了上述問題。根據(jù)解決方式2,使用含有納米粒子的油墨在模具上形成圖案,使用流體支撐材料形成支撐元件以覆蓋圖案,使支撐元件固化并將納米粒子加熱至熔融,以使粒子生長(zhǎng)而形成粒子聚集體,隨后使該粒子聚集體冷卻并將其從模具上取下。
作用在滲透作為圖案支撐元件的流體支撐材料之后,使構(gòu)成圖案的納米粒子熔融,由此制得解決方式1和實(shí)施例1-10中所述的圖案形狀物。此時(shí),通過控制流動(dòng)性支撐材料滲入納米粒子內(nèi)的時(shí)間來控制滲透厚度,直到滲透即將停止(即,直到支撐材料失去流動(dòng)性)。
解決方式3本發(fā)明的另一方面提供了解決方式3,其為解決方式1和實(shí)施例1-10中所述的圖案形狀物的制造方法,其解決了上述問題。根據(jù)解決方式3,使用不含納米粒子的油墨在模具上形成圖案,使用流體支撐材料形成支撐元件以覆蓋圖案,將納米粒子加熱至熔融,以使粒子生長(zhǎng)而形成粒子聚集體,與此同時(shí)固化該支撐元件,并在該粒子聚集體冷卻后將其從模具上取下。
作用如果流體支撐元件材料對(duì)圖案的滲透性大于解決方式2,則使用該解決方式3,其中圖案的熔融與支撐元件材料的固化同時(shí)進(jìn)行,進(jìn)而制得圖案形狀物。此外,還可以縮短加熱時(shí)間,而且在使用熱塑性樹脂時(shí),由于高溫樹脂接觸圖案,因此納米粒子即刻發(fā)生熔融;因此固化占用更短的時(shí)間。
實(shí)施例11實(shí)施例11為解決方式2和解決方式3中所述的制造方法,其中使元件形成于一體化圖案上。
作用通過將元件如電子元件和光學(xué)元件排列在三維物中,利用傳統(tǒng)的封裝方式可容易地制造高性能器件。當(dāng)在后期難以安裝三維形式的元件時(shí),以及當(dāng)意圖進(jìn)一步微型化時(shí),這是尤其有效的方法。
實(shí)施例12實(shí)施例12為解決方式2和解決方式3中所述的制造方法,其中線路沿圖案形成。
作用由于圖案是由粒子聚集體構(gòu)成,由所需的功能而定,因此可能存在問題。在支撐元件上形成圖案后,通過在圖案上提供一種功能材料可解決該問題。使用在支撐元件(基層材料)上形成的圖案,可在圖案上鍍銅而形成線路。這種情況下,可獲得對(duì)支撐元件的粘合性,并且可以形成不同形狀的元件。還可在三維物中精細(xì)地形成線路。由于銅粒子易于氧化,因此不易形成銅線路。在這種情況下,首先用銀納米粒子形成圖案,獲得導(dǎo)電性,然后進(jìn)行鍍銅。
而且,通過預(yù)先在三維物中形成具有親水/疏水性質(zhì)的圖案,功能圖案例如線路,不僅可以通過電鍍形成,還可以通過噴墨方式和采用并非用于精細(xì)供料所設(shè)計(jì)的分配器形成。由于制造工藝的選擇機(jī)會(huì)增大,這在制造厚膜時(shí)該方法特別有效。
本發(fā)明的效果本發(fā)明提供了圖案形成方法,其中利用了支撐元件對(duì)構(gòu)成圖案的粒子的滲透性,而無(wú)需特殊制作或特殊工藝提高了對(duì)支撐元件的粘合性。也就是,通過形成其中圖案和支撐元件在兩種元素的邊界處混合的混合層可提高粘合性。由于構(gòu)成圖案的粒子精細(xì),例如為納米粒子,因此得到均衡的滲透性,而且納米粒子通過其表面活性能而熔融在圖案內(nèi),產(chǎn)生連續(xù)的粒狀結(jié)構(gòu)。由于在支撐元件已滲透的區(qū)域(即混合層)內(nèi),納米粒子不能大量熔融,因此混合層內(nèi)的粒狀結(jié)構(gòu)與混合層以外的圖案內(nèi)的結(jié)構(gòu)相比更趨于不連續(xù),防止由于粒子在熔融時(shí)的凝聚作用引起的空穴(空隙)的產(chǎn)生,進(jìn)而獲得牢固的表面粘合力。
本發(fā)明的效果如下。
(1)通過支撐元件材料滲透入形成圖案的粒子中而形成的混合層,可形成具有大粘合力的圖案。特別是,由于混合層內(nèi)的粒子尺寸小于圖案中除混合層外的其它部分內(nèi)的粒子尺寸,因此圖案與支撐元件之間的粘合力進(jìn)一步增大。
(2)通過使用納米粒子形式,容易形成具有大粘合力的圖案。而且,由于納米粒子易于熔融,因此其可以形成不易損壞的精細(xì)圖案。
(3)通過利用納米粒子的低溫熔融可容易地形成線路。
(4)通過利用作為支撐元件的流體樹脂的滲透性,容易形成具有大粘合力的圖案。
(5)由于流體樹脂的滲透性也涉及圖案的側(cè)面,因此該圖案具有優(yōu)異的耐剝離特性。
(6)由于圖案由利用粒子熔融作用的粒狀圖案構(gòu)成,因此即使當(dāng)圖案形成于兩個(gè)或更多個(gè)平面內(nèi)時(shí),圖案也不會(huì)斷裂。
(7)通過選擇和使用兩個(gè)或更多個(gè)支撐元件,使圖案形狀物的粘合力得到改善,強(qiáng)度得到提高。
(8)通過選擇對(duì)支撐元件具有光透射性質(zhì)的材料,可以安裝光學(xué)元件。而且,還可以形成光波導(dǎo)。
(9)通過使用紫外線固化型樹脂作為支撐元件,縮短了所需固化時(shí)間,而且降低了樹脂對(duì)圖案的滲透性。
(10)由于圖案是采用由親水/疏水材料制成的型和模形成,因此通過將納米粒子一次性供入該型和模中可容易地形成圖案。
(11)通過多次轉(zhuǎn)印圖案可容易地形成三維形式的多層圖案。而且,當(dāng)圖案為線路時(shí),該圖案成為多層線路,并且在小區(qū)域內(nèi)形成三維線路。因此,能夠以平面形狀形成多層線路板。
(12)通過在流體樹脂滲透至形成圖案的納米粒子之間并固化之后,使納米粒子熔融,不必對(duì)納米粒子施加力,容易形成具有優(yōu)異粘合性的圖案。
(13)通過同時(shí)進(jìn)行納米粒子的熔融(圖案材料)和流體樹脂的固化(支撐元件材料),可縮短加熱時(shí)間。
(14)由于功能元件可一體化安裝,因此可以實(shí)現(xiàn)微型化。而且,還可使傳輸線縮短,獲得高性能。
(15)通過用厚膜制造圖案,可形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的線路。
圖1給出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的圖案形狀物的透視圖,及其部分放大圖;圖2A-2D是用于闡釋線路圖案制造方法的橫截面圖,該線路圖案用于證實(shí)根據(jù)實(shí)施方案1的圖案形狀物的有關(guān)效果;圖3給出了在具有拐角部分的支撐元件上形成的圖案形狀物的橫截面圖,及其部分放大圖;圖4A-4D是用于闡釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的三維圖案形狀物的制造方法的橫截面圖;圖5A-5E是用于闡釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的三維圖案形狀物的制造方法的橫截面圖;圖6A-6E是用于闡釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案4連接有Si晶片的三維圖案形狀物的制造方法的橫截面圖;和圖7A-7D是用于闡釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案5形成有多層線路的三維圖案形狀物的制造方法的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
最佳實(shí)施方案描述以下參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式本發(fā)明的目的是為了相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)地提高圖案對(duì)支撐元件的粘合性,該目的通過提供一種其中的粒子大于混合層外的粒子的混合層來實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施方案1參考圖1、2A-2D和3對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案1進(jìn)行闡釋。
圖1為根據(jù)實(shí)施方案1在支撐元件上形成的圖案形狀物的橫截面圖。圖2A-2D是用于闡釋線路圖案制造方法的橫截面圖,該線路圖案用于證實(shí)根據(jù)實(shí)施方案1的圖案形狀物的有關(guān)效果。圖3為在具有拐角部分的支撐元件上形成的圖案形狀物的橫截面圖。
圖案形狀物10包括由粒子聚集體12(粒狀材料)構(gòu)成的圖案11、支撐元件13,和在聚集體12與支撐元件13邊界處產(chǎn)生的混合層15,其中支撐元件13接觸聚集體12的粒子,并滲入粒子中,從而形成混合層15。圖案11的粒子通過分子間力、氫鍵和局部共價(jià)鍵而結(jié)合構(gòu)成聚集體12。如果粒子為金屬粒子,則還可以應(yīng)用金屬鍵。從另一個(gè)觀點(diǎn)來看,構(gòu)成圖案11以致支撐元件13可以滲入圖案11中。
可通過使用納米粒子——每個(gè)粒子直徑尺寸在幾納米至幾十納米范圍內(nèi)的粒子實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。納米粒子具有很高的表面活性,因此,其熔點(diǎn)低于疏松材料的熔點(diǎn)。因此,將納米粒子排列為圖案形狀后,加熱以使粒子開始熔融和生長(zhǎng)。粒子熔融形成更大的粒子;但是,由于當(dāng)較大粒子的尺寸大于某一尺寸時(shí)熔點(diǎn)升高,因此不再進(jìn)行熔融。
熔融作用受到溫度和粒子之間的接觸狀態(tài)影響。因此,其為樹脂并通過滲透性而存在于納米粒子之間的支撐元件13減小了納米粒子的熔融作用。因此,在受熱而熔融的圖案11內(nèi)(即,除了混合層15之外的部分)的粒子尺寸變大,而在熔融作用很小的混合層15內(nèi)的粒子尺寸并不變大。以此方式,即,通過在圖案11內(nèi)形成混合層15的方式,克服了納米粒子粘合力小的缺點(diǎn),并且可容易地形成對(duì)支撐元件13具有高粘合力的圖案11。
由于因熔融引起粒子尺寸的生長(zhǎng)速率取決于加熱溫度和時(shí)間,因此可通過調(diào)節(jié)加熱溫度和時(shí)間來控制圖案11內(nèi)的粒子尺寸和混合層15內(nèi)的粒子尺寸。例如,當(dāng)混合層15內(nèi)的粒子平均直徑為50nm時(shí),圖案11內(nèi)的粒子平均直徑為100nm或更大,即,粒度比為約1∶2。以此方式,即,通過使混合層15內(nèi)的粒子尺寸小于圖案11內(nèi)的粒子尺寸,可進(jìn)一步提高圖案對(duì)支撐元件的粘合力。
為了證實(shí)根據(jù)實(shí)施方案1的圖案形狀物(粒子結(jié)構(gòu))的效果,按照下述方式制造如圖2A-2D所示的,在白色玻璃片(100×100×1mm)上形成的具有200μm寬的電路圖案的圖案形狀物。
首先,通過噴涂法將含氟丙烯酸酯(TG-702,Daikin Industries產(chǎn)品)涂布于PET膜21上,從而形成含氟丙烯酸酯膜22。之后,將PET膜21浸漬在加熱到90℃的乙二醇中30秒,以使其具有親水性。接著,按照下述方式形成200μm寬的圖案用半導(dǎo)體激光器(L8933,由Hamamatsu Photonics K.K.制造的產(chǎn)品)進(jìn)行繪制,并使含氟丙烯酸酯膜22具有疏水性(即,形成疏水部分23),圖2A中示出了具有親水部分24的200μm寬的圖案。然后,通過浸漬法將銀膠狀懸浮體(由Nippon Paint Co.Ltd.制造的Fine SphereSVW102)涂布于圖2A所示的版(制造方法的狀態(tài))上,如圖2B所示,只在含氟丙烯酸酯膜22的親水部分24形成了由銀粒子構(gòu)成的圖案25。
接下來,用分配器將紫外線固化樹脂27(SD-2200,由Dainippon Ink andChemicals,Inc.制造)供給白色玻璃片基板28,將圖2B所示的版粘貼到其上,再?gòu)陌咨A粋?cè)照射紫外線。如圖2C所示,以15mW/cm2的強(qiáng)度進(jìn)行10秒紫外線照射。紫外線固化樹脂27固化后,從玻璃基板28上移走該版,如圖2D所示,在白色玻璃基板28上形成了200μm寬的圖案25。之后,在150℃下固化30分鐘,從而制得具有導(dǎo)電性的圖案形狀物20。
使用粘合膠帶“Nice Tac”(制造商為Nichiban.Co,Ltd.,商標(biāo))在按照上面方式形成的圖案(線路)上進(jìn)行剝離試驗(yàn)。在此,剝離試驗(yàn)進(jìn)行兩個(gè)階段,即,一個(gè)階段是在紫外線固化型樹脂上進(jìn)行轉(zhuǎn)印之后,而另一個(gè)階段是在150℃下固化30分鐘之后。兩種情況下都未觀察到對(duì)粘合膠帶的粘合,并證實(shí)保持了導(dǎo)電性。
為了進(jìn)行比較,通過下述方式形成了另一個(gè)同樣為200μm寬的圖案用分配器將同樣的紫外線固化樹脂(SD-2200)供給白色玻璃片,用涂刷器進(jìn)行平整,通過紫外線照射進(jìn)行固化,用分配器涂布銀膠體溶液(Fine SphereSVW102),并在150℃下固化30分鐘。證實(shí)獲得了導(dǎo)電性。在固化前的剝離試驗(yàn)中,觀察到圖案在粘合膠帶上的轉(zhuǎn)印,其雖然一部分圖案保留在基板上,但是不能導(dǎo)電。另一方面,在固化后的剝離試驗(yàn)中,未觀察到對(duì)粘合膠帶的粘合,并獲得了導(dǎo)電性。
此外,類似地使用分配器,用銀膠體溶液在白色玻璃片上形成另一個(gè)200μm寬的圖案。如上所述在150℃下固化30分鐘。在固化之前和固化之后的剝離試驗(yàn)中,均觀察到剝離現(xiàn)象且獲得了導(dǎo)電性。
綜上所述,已證實(shí)為了獲得納米粒子的粘合性,有必要在樹脂和納米粒子之間粘附一層,而且通過利用樹脂的滲透性提高了粘合力。
根據(jù)掃描電鏡(SEM)的測(cè)量,平均粒度為約50nm;在圖案11內(nèi),平均粒度為約100nm。從這一點(diǎn)來說,認(rèn)為熔融狀態(tài)隨樹脂的滲透性而改變。此外,在粒子邊界處的圖案11內(nèi)發(fā)現(xiàn)了因熔融而產(chǎn)生的凹陷;但是,由于樹脂的滲透性以及熔融作用小,因此在混合層15內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)凹陷。也就是說,證實(shí)得到了圖1所示的粒度分布。
而且,由于圖案11由粒狀物質(zhì)形成并具有優(yōu)異的連續(xù)性,因此本發(fā)明有利于將圖案11安裝在彎曲表面和兩個(gè)或更多個(gè)平面上。另外,如,當(dāng)圖案為疏松物時(shí),在兩個(gè)平面相遇的部分(參考圖3)需要成圓加工或提供另一種結(jié)構(gòu)以使拐角成圓形,從而使圖案不會(huì)被損壞(線路損壞)。
另一方面,由于圖案11由根據(jù)本發(fā)明的粒狀物構(gòu)成,因此即使圖案11沿拐角放置也可無(wú)斷開地連續(xù)形成。特別是,當(dāng)使用金屬納米粒子形成線路時(shí),納米粒子為預(yù)期圖案的形狀,并熔融;因此,在拐角部分也可滿意地形成線路。以此方式,與疏松物相比,通過本發(fā)明的圖案形成方法可在彎曲表面上產(chǎn)生優(yōu)異的連續(xù)性。
實(shí)施方案2本發(fā)明的實(shí)施方案2可參考圖4進(jìn)行闡述,該圖示出三維圖案形狀物的制造方法。
首先,通過切割鋁金屬塊制造上模31和下模32作為在鑄造三維圖案形狀物時(shí)要用的模具。
接下來,用噴涂法將含氟丙烯酸酯(TG-702,由Daikin Industries制造)涂布于下模32,形成含氟丙烯酸酯膜22。然后,將下模32浸漬在加熱至90℃的乙二醇中30秒,即,進(jìn)行親水加工。之后,使用半導(dǎo)體激光器(L8933)繪制圖案,將含氟丙烯酸酯膜22由親水性變?yōu)槭杷?,從而如圖4A所示,形成疏水圖案23,和形成親水圖案24,其寬度為50μm。
然后將其上形成有親水/疏水圖案的版,即下模32浸漬在銀膠體懸浮體(Fine Sphere SVW102)中,以便銀納米粒子僅粘合在親水部分24上,形成圖案25,如圖4B所示。之后,對(duì)構(gòu)成圖案25的銀納米粒子進(jìn)行干燥。然后,如圖4C所示,將上模31放置在下模32上,將快速固化的兩部分(two-part)液體環(huán)氧樹脂33(ARALDITE,由Huntsman Advanced Materials,Inc.制造)傾注在模具內(nèi),并在60℃下放置5小時(shí)。然后如圖4D所示,脫除(分離)模具,得到三維物,將其在150℃下固化30分鐘。以此方式制得具有50μm寬電路圖案的三維圖案形狀物30。
此外,使圖案形狀物30的電路圖案加厚,從而通過在20℃下進(jìn)行焦磷酸浴銅電鍍來獲得4A/cm2的電流密度和10μm的理論厚度。由于難以僅通過納米粒子來制備厚膜,因此按照上述方式獲得厚膜從而獲得需要的電流容量和導(dǎo)電性。
雖然采用在3-維物上形成圖案的情況來闡釋實(shí)施方案2,但本發(fā)明不僅可用于在兩個(gè)或更多個(gè)平面和彎曲表面上形成圖案形狀物的情況,還可用于在一個(gè)平面內(nèi)形成圖案形狀物的情況,例如印刷電路板。在這種情況下,由于必須的只是在平面上形成圖案,因此可以進(jìn)行高度靈活地設(shè)計(jì),如微型化。
雖然采用通過激光加熱親水圖案膜形成親水和疏水圖案的情況來闡釋實(shí)施方案2,但該方法并不限于此。下列方法可用于形成親水/疏水圖案。將疏水層如硅樹脂層用于親水圖案,并用激光加熱去除疏水層。此外,還可使用銳鈦礦型二氧化鈦光催化劑來形成親水圖案。具體地說,在模具上形成氧化鈦膜,用以形成三維物,并用紫外線照射應(yīng)形成親水圖案的部分。以此方法也可形成親水圖案。
此外,還考慮了另一個(gè)在模具上形成圖案的方法,其中將平面上形成的圖案粘貼到模具上。在這種情況下,由于圖案形成于膜上,因此可在彎曲表面上形成圖案。
雖然根據(jù)實(shí)施方案2,在支撐元件完全固化后使圖案固化,但也可使圖案和支撐元件同時(shí)固化。這在要限制支撐元件對(duì)圖案的滲透的時(shí)候尤其有用。而且,還可意圖縮短加工時(shí)間。
此外,根據(jù)實(shí)施方案2,由于使用親水/疏水圖案,因此將圖案嵌入支撐元件中。在這種情況下,由于圖案與支撐元件在非表面處接觸,因此圖案具有更大的粘合力。
而且,圖案的形成方案并不限于使用親水圖案,還可使用活版印刷(凸版印刷)和凹版印刷(刻花模板)。特別是,當(dāng)圖案形成于凸面部分上時(shí),其特征在于,如果圖案被支撐元件包圍則易于形成圖案。
此外,還可通過用分配器或噴墨法在模具上直接繪制圖案來形成圖案。在使用噴墨法的圖案形成法的情況下,還可使用實(shí)施方案2所用的銀膠體懸浮體。此處,除粘度高外,對(duì)懸浮體沒有特別的限制。如果選擇銀膠體乙醇懸浮體(Fine Sphere SVE102),則例如可縮短懸浮體的揮發(fā)時(shí)間。
此外,通過使用具有光透射特性的材料,象紫外線固化樹脂來形成支撐元件,可以安裝光學(xué)元件。這種情況下,通過提供由紫外線固化型樹脂(SD-2200)制成的結(jié)構(gòu)元件可形成圖案形狀物。
雖然在實(shí)施方案2中描述了電路圖案的形成方法,但該形成方法并不限于形成導(dǎo)電圖案,還可用于形成金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的圖案,由于本發(fā)明的主要目的是提高由粒子構(gòu)成的圖案物的粘合力,因此如本文所述實(shí)現(xiàn)了該目的。
實(shí)施方案3接下來,參考圖5A-5E對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案3進(jìn)行闡釋,該圖示出三維圖案形狀物的制造方法。
表示圖5B所示方法的實(shí)施方案3與在下模32上形成圖案25(參見圖4B)的實(shí)施方案2相同。在按照與實(shí)施方案2相同的方法形成的模具(圖5B)上,用分配器供給用作粘合劑41的紫外線固化型樹脂(SD-2200),以便如圖5C所示使圖案25被包圍,并且在15mW/cm2下用紫外線固化10秒。然后,在將上模31放置在下模32上后,使用快速固化型兩部分環(huán)氧樹脂33ARALDITE(由Huntsman制造)填充模具內(nèi)部,并在60℃下放置5小時(shí)(圖5D)。接著,從模具上脫除三維物(圖5E),并在150℃下固化30分鐘。這樣,在三維物上形成具有50μm電路圖案寬度的圖案形狀物40。
通過使粘合劑41快速粘合在圖案25上獲得圖案25的粘合性,可減少進(jìn)入圖案25中的粘合劑的滲出。雖然對(duì)實(shí)施方案3的描述是關(guān)于以三維盒形狀形成圖案的情況,但本發(fā)明還可用于其它的在平面物象印刷電路板上形成圖案的情況。
實(shí)施方案4參考圖6A-6E對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案4進(jìn)行闡釋,該圖示出制造Si晶片與其相連接的三維圖案形狀物的方法。
實(shí)施方案4的制造方法在一定程度上與實(shí)施方案3具有相同的步驟,即供給粘合劑51來包圍在下模32中形成的圖案25。然后,根據(jù)實(shí)施方案4,如圖6C所示,安裝由導(dǎo)電粘合劑DOTITE XA-910(由FUJIKURA KASEI Co.Ltd.制造)制成的、具有補(bǔ)片53的Si晶片52。
此處,將圖案的寬度設(shè)置為200μm,并且提供上述粘合劑51作為環(huán)氧樹脂底層填料(由NAMICS制造的產(chǎn)品)。將該Si晶片52通過倒裝晶片粘合劑(CB-500,由Misuzu FA(名字更改為Athlete FA K.K.)制造)連接起來。在連接過程中,通過在200℃下脈沖加熱2分鐘,從頂端進(jìn)行暫時(shí)固化。此處,該Si晶片52各處都含有Au圖案用以確定導(dǎo)電性。
然后,在150℃下將導(dǎo)電粘合劑、環(huán)氧樹脂底層填料和銀納米粒子固化30分鐘,將上模31放置在下模32上,將ARALDITE傾注入模具中,并將其在室溫下放置24小時(shí)(圖6D)。之后,從模具中脫除該三維物(圖6E),并通過證實(shí)導(dǎo)電性來確定與Si晶片52的連接。以此方式,制造出該含有Si晶片的三維圖案形狀物。
實(shí)施方案5參考圖7A-7D對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案5進(jìn)行闡釋,該圖示出制造其中形成有多層線路的三維圖案形狀物的方法。
根據(jù)實(shí)施方案5,在PET膜61上用含氟丙烯酸酯形成親水/疏水圖案,將銀膠體懸浮體(Fine Sphere SVW102)供給至其上面,并干燥,以便與實(shí)施方案1的制造方法(圖2A和圖2B)一樣,形成用作電路圖案的轉(zhuǎn)印元件62。之后,通過將導(dǎo)電粘合劑DOTITE XA-910供給至轉(zhuǎn)印元件62的納米粒子上,進(jìn)行干燥,形成補(bǔ)片63(圖7B)。
然后,與實(shí)施方案3類似(圖5B),在模具上形成圖案25(圖7A),使用分配器將用作粘合劑41的紫外線固化型樹脂供給至圖案25上。之后,將形成有轉(zhuǎn)印元件62的PET膜61粘在圖案25上,并用紫外線進(jìn)行固化。接著,除去PET膜61,在圖案25上形成另一個(gè)電路圖案(轉(zhuǎn)印元件62)。通過重復(fù)形成其它電路圖案(轉(zhuǎn)印元件62)形成多層線路圖案(圖7B)。
然后,將上模31放置在下模32上,將快速固化型兩部分環(huán)氧樹脂33ARALDITE(由Huntsman Advance Materials制造)傾注入模具中,在150℃下固化導(dǎo)電粘合劑和銀納米粒子30分鐘,并在室溫下放置24小時(shí)(圖7C)。之后,通過從模具中脫除三維形式物而獲得形成有多層線路的三維圖案形狀物60(圖7D)。
此外,本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方案,在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可進(jìn)行改變和調(diào)整。
本申請(qǐng)基于2004年5月11日在日本專利局申請(qǐng)的日本優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)2004-141085,其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種圖案形狀物,其包括由粒子聚集體構(gòu)成的圖案和支撐該圖案的支撐元件,其特征在于,還包括混合層,該層中粒子和支撐元件在粒子聚集體和支撐元件的邊界處混合,其進(jìn)一步的特征在于,除混合層之外的部分的粒子尺寸大于混合層內(nèi)的粒子尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于粒子為熔融態(tài)的納米粒子。
3.如權(quán)利要求2所述的圖案形狀物,其特征在于納米粒子為金屬材料。
4.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于支撐元件由固化的流體樹脂制成。
5.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于除圖案表面外,該圖案均嵌在支撐元件內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于該圖案覆蓋多個(gè)平面。
7.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于支撐元件由多個(gè)元件構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于支撐元件具有光透射特性。
9.如權(quán)利要求8所述的圖案形狀物,其特征在于支撐元件由紫外線固化型樹脂制成。
10.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于利用親水和疏水現(xiàn)象形成圖案。
11.如權(quán)利要求1所述的圖案形狀物,其特征在于該圖案由多層構(gòu)成。
12.一種權(quán)利要求1所述的圖案形狀物的制造方法,其特征在于包括使用含有納米粒子的油墨在模上形成圖案的步驟;使用流體材料形成支撐元件以使支撐元件覆蓋圖案的步驟;和在支撐元件固化后,通過加熱并熔融納米粒子使粒子生長(zhǎng)形成粒子聚集體,然后在冷卻后從模上取下圖案形狀物的步驟。
13.一種權(quán)利要求1所述的圖案形狀物的制造方法,其特征在于包括使用含有納米粒子的油墨在模上形成圖案的步驟;使用流體材料形成支撐元件以使支撐元件覆蓋圖案的步驟;和通過加熱并熔融納米粒子以使粒子生長(zhǎng)形成粒子聚集體,同時(shí)使支撐元件固化,然后在冷卻后從模上取下圖案形狀物的步驟。
14.如權(quán)利要求12或13所述的制造方法,其特征在于功能元件一體地形成于所述圖案上。
15.如權(quán)利要求12或13所述的制造方法,其特征在于沿圖案一體地形成線路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖案形狀物及其制造方法。該圖案形狀物包括由粒子聚集體構(gòu)成的圖案,用于支撐圖案的支撐元件,和在圖案與支撐元件邊界處形成的混合層。混合層由粒子和支撐元件的混合物構(gòu)成。在混合層以外的部分內(nèi)的粒子尺寸大于混合層內(nèi)的粒子尺寸。
文檔編號(hào)H01L23/495GK1697588SQ20051006908
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者大倉(cāng)秀章, 佐野武, 小林寬史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光