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JP2006095381A - 膜形成方法、配線パターン形成方法、配線パターン、電子機器 - Google Patents

膜形成方法、配線パターン形成方法、配線パターン、電子機器 Download PDF

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JP2006095381A JP2004282225A JP2004282225A JP2006095381A JP 2006095381 A JP2006095381 A JP 2006095381A JP 2004282225 A JP2004282225 A JP 2004282225A JP 2004282225 A JP2004282225 A JP 2004282225A JP 2006095381 A JP2006095381 A JP 2006095381A
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剛 新舘
Noboru Uehara
昇 上原
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和昭 桜田
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Abstract

【課題】 略円形状または略楕円形状の膜の形成に適した方法を提供する。
【解決手段】 基板31上に配置された液滴が流動性を有する間に、液滴同士が一部重なるように、所定領域(1〜9)に対して液滴の配置を行う。
【選択図】 図9

Description

本発明は、膜形成方法、配線パターン形成方法、配線パターン、並びに電子機器に関する。
電子機器を構成する配線パターンの形成には、例えばリソグラフィー法が用いられる。ところが、リソグラフィー法は、真空装置などの大がかりな設備と複雑な工程を必要とするだけでなく、材料使用効率が数%程度で材料のほとんどを廃棄せざるを得ず、製造コストが高い。さらに、配線パターンの微細化に限界がある。
そこで、リソグラフィー法に代わるプロセスとして、機能性材料を含む液体を基材に吐出して、配線パターンを直接的に描画形成する方法(液滴吐出方式)が検討されている。この方法は、まず導電性微粒子を分散させた液体を液滴吐出ヘッドから基板に吐出して、液状ラインを形成する。次に、熱処理やレーザー照射により液状ラインを焼成し、配線パターンを形成するものである(例えば、特許文献1参照)。この液滴吐出方式によれば、製造工程が簡略化され、材料使用効率も高いので、製造コストを低減することができる。また、配線パターンの微細化を実現しやすい。
米国特許第5132248号明細書
電子機器を小型化するには、配線パターンの微細化とともに、多層化が重要になる。配線パターンを多層化するには、層間絶縁膜を介して電気配線を積層配置し、上下層の電気配線を導通ポストで導通接続することになる。
上述した導通ポストは、層間絶縁膜を貫通すべく相当高さに形成する必要がある。この場合、導通ポストの断面形状は、構造的あるいは熱的な強度を確保する上で、角が滑らかであるのが望ましい。具体的には、導通ポストを構成する膜の断面は、略円形状(または略楕円形状)であるのが好ましい。
液滴吐出方式を用いて、略円形状の断面を有する膜を形成するには、微量な複数の液滴を略円状に並べて配置する方法が考えられる。しかしながら、この方法は、液滴吐出の回数が多くなることから生産性の低下を招くおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、略円形状または略楕円形状の膜の形成に適した膜形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、導通ポストの形成に適した配線パターン形成方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、電気的接続の信頼性に優れた配線パターン及び電子機器の提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の膜形成方法は、液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記基板上に膜を形成する方法であって、前記基板上に配置された液滴が流動性を有する間に、液滴同士が一部重なるように、所定領域に対して前記液滴の配置を行うことを特徴とする。
この方法によれば、液滴が流動性を有する間に、所定領域に対して液滴同士が一部重なるように配置されることにより、表面張力等の作用により、液滴同士が互いに結びついて一体化される。この一体化に際し、膜の外形は曲線状となり、鋭い角の形成が回避される。また、複数の液滴を同一箇所にすべて重ねて配置するのではなく、複数の液滴同士を一部重ねて配置することで、任意の形状に膜を形成することが可能となる。そして、液滴同士の結びつきを利用することにより、液滴吐出の回数の低減化、並びに液滴配置位置の設計の容易化が図られる。
上記の膜形成方法において、前記液滴同士の重なりは、1つの液滴の前記基板への着弾後の直径の10%以上であるのが好ましい。
これにより、液滴同士が、より確実に、互いに結びついて一体化される。
さらに、上記の膜形成方法において、前記所定領域は、前記基板上で一部重なった液滴同士が表面張力によって互いに近づく範囲内であるのが好ましい。
これによっても、液滴同士が、より確実に、互いに結びついて一体化される。
上記の膜形成方法において、前記所定領域は、例えば、略矩形領域である構成とすることができる。
この場合、液滴配置が略矩形領域であっても、液滴同士が一部重なるように配置されることで、液滴同士が互いに結びつき、略円形状あるいは略楕円形状の膜が形成される。またこの場合、略矩形領域に液滴を配置するのは比較的容易であり、液滴吐出の回数の低減化並びに液滴配置位置の設計の容易化が図られる。
さらに、前記所定領域は、略正方形状の領域であることにより、液滴同士が互いに結びつき、略円形状の膜が形成される。
上記の膜形成方法において、前記基板上には、前記液滴の吐出位置を定めるための格子状に区画された複数の単位領域が設定されており、前記所定領域は、前記複数の単位領域のうちの、n行×n列(nは正の整数)の領域からなるとよい。
これにより、液滴の配置領域が略正方形状になるとともに、液滴同士が互いに結びつき、略円形状の膜が形成される。n行×n列(nは正の整数)の液滴配置は比較的容易であり、その設計も容易である。
本発明の配線パターン形成方法は、基板上に積層配置された複数の電気配線が複数の導通ポストにより相互に導通接続されてなる配線パターンを形成する方法であって、上記の膜形成方法を用いて前記導通ポストを形成する工程を有することを特徴とする。
この方法によれば、角が滑らかな導通ポストが形成されることから、電気的接続の信頼性に優れた配線パターンを提供することができる。また、液滴吐出方式を採用したので、微細化された配線パターンを提供することができる。
本発明の配線パターンは、上記の配線パターンの形成方法を使用して形成されたことを特徴とする。
この配線パターンは、電気的接続の信頼性に優れたものとなる。
本発明の電子機器は、上記の配線パターンを備えたことを特徴とする。
この電子機器によれば、電気的接続の信頼性に優れるとともに微細化された配線パターンを備えているので、電気的接続の信頼性に優れた小型の電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図1は、COF(Chip On Film)構造の液晶モジュールの分解斜視図である。本実施形態では、フレキシブルプリント配線基板(Flexible Printed Circuit;以下「FPC」という。)30における配線パターンの形成方法を例にして説明する。FPC30は、可撓性を有するフィルム基板31の表面に、電気配線パターン39a,39bを形成したものである。詳細は後述するが、図1に示すCOF構造の液晶モジュール1では、液晶パネル2の端部にFPC30が接続され、FPC30の表面に液晶駆動用IC100が実装されている。そして、この液晶駆動用IC100からFPC30を介して液晶パネル2に駆動信号を出力することにより、液晶パネル2において画像表示が行われるようになっている。
[配線パターン]
図2は、実施形態に係る配線パターンの説明図であって、FPCの配線形成部分の拡大図である。なお、図2(a)は図2(b)のB−B線における平面断面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A線における側面断面図である。図2(b)に示すように、本実施形態の配線パターンは、下層の電気配線32と上層の電気配線36とが、層間絶縁膜54を介して積層された構成となっている。なお、以下に説明する配線パターンはほんの一例に過ぎず、これ以外の配線パターンに本発明を適用することも可能である。
図2(b)に示すように、FPC30は、ポリイミド等で構成された可撓性を有するフィルム基板31を備えている。そのフィルム基板31の表面に、下地絶縁膜51が形成されている。この下地絶縁膜51は、アクリル等の紫外線硬化性樹脂と、エポキシ等の熱硬化性樹脂とを混合した、電気絶縁性材料によって構成されている。
その下地絶縁膜51の表面に、複数の電気配線32が形成されている。この電気配線32は、Ag等の導電性材料により、所定のパターンに形成されている。なお、下地絶縁膜51の表面における電気配線32の非形成領域には、層内絶縁膜52が形成されている。そして、後述する液滴吐出方式を採用することにより、電気配線32のライン×スペースは、例えば30μm×30μm程度に微細化されている。
また、主として電気配線32を覆うように、層間絶縁膜54が形成されている。この層間絶縁膜54も、下地絶縁膜51と同様の樹脂材料で構成されている。そして、電気配線32の一部から、層間絶縁膜54を貫通するように、相当高さの導通ポスト34が形成されている。この導通ポスト34は、電気配線32と同じAg等の導電性材料により、円柱状に形成されている。一例を挙げれば、電気配線32の厚さは2μm程度であり、導通ポスト34の高さは8μm程度に形成されている。
その層間絶縁膜54の表面には、上層の電気配線36が形成されている。この上層の電気配線36も、下層の電気配線32と同様に、Ag等の導電性材料で構成されている。なお図2(a)に示すように、上層の電気配線36は、下層の電気配線32と交差するように配置してもよい。そして、上層の電気配線36は、導通ポスト34の上端部に接続されて、下層の電気配線32との導通が確保されている。
また、図2(b)に示すように、層間絶縁膜54の表面における電気配線36の非形成領域には、層内絶縁膜56が形成されている。さらに、主として電気配線36を覆うように、保護膜58が形成されている。これらの層内絶縁膜56および保護膜58も、下地絶縁膜51と同様の樹脂材料で構成されている。
以上には、2層の電気配線32,36を備えた配線パターンを例にして説明したが、3層以上の電気配線を備えた配線パターンとすることも可能である。この場合、第1層の電気配線32から第2層の電気配線36までの構造と同様に、第n層の電気配線から第n+1層の電気配線までを形成すればよい。
[配線パターンの形成方法]
次に、実施形態に係る配線パターンの形成方法について説明する。
図3は、実施形態に係る配線パターンの形成方法の工程表である。また図4および図5は、実施形態に係る配線パターンの形成方法の説明図である。以下には、図3の左端欄のステップ番号の順に、各工程を説明する。
まず、図2(b)に示すフィルム基板31の表面を洗浄する(ステップ1)。具体的には、波長172nmのエキシマUVを、フィルム基板31の表面に300秒程度照射する。なお、水などの溶媒でフィルム基板31を洗浄してもよく、超音波を用いて洗浄してもよい。また、フィルム基板31に常圧でプラズマを照射することで洗浄してもよい。
次に、フィルム基板31の表面に下地絶縁膜51を形成する前提として、下地絶縁膜51の土手(周縁部)を描画形成する(ステップ2)。この描画は、液滴吐出方式(インクジェット方式)によって行う。すなわち、後述する液滴吐出装置を用いて、下地絶縁膜51の形成材料である硬化前の樹脂材料を、下地絶縁膜51の形成領域の周縁部に沿って吐出する。
次に、吐出された樹脂材料を硬化させる(ステップ3)。具体的には、波長365nmのUVを4秒程度照射して、下地絶縁膜51の形成材料であるUV硬化性樹脂を硬化させる。これにより、下地絶縁膜51の形成領域の周縁部に、土手が形成される。
次に、形成された土手の内側に下地絶縁膜51を描画形成する(ステップ4)。この描画も、液滴吐出方式によって行う。具体的には、後述する液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドを土手の内側全体に走査させつつ、その液滴吐出ヘッドから下地絶縁膜51の形成材料である硬化前の樹脂材料を吐出する。ここで、吐出された樹脂材料が流動しても、周縁部の土手により堰き止められるので、下地絶縁膜51の形成領域を越えて広がることはない。
次に、吐出された樹脂材料を硬化させる(ステップ5)。具体的には、波長365nmのUVを60秒程度照射して、下地絶縁膜51の形成材料であるUV硬化性樹脂を硬化させる。これにより、図4(a)に示すように、フィルム基板31の表面に下地絶縁膜51が形成される。
次に、下地絶縁膜51の表面に電気配線32を形成する前提として、下地絶縁膜51の表面の接触角を調整する(ステップ6)。次述するように、電気配線32の形成材料を含む液滴を吐出した場合に、下地絶縁膜51の表面の接触角が大きすぎると、吐出された液滴が玉状になって所定位置に所定形状の電気配線を形成することが困難になる。一方、下地絶縁膜51の表面の接触角が小さすぎると、吐出された液滴が濡れ広がって電気配線の微細化が困難になる。なお、硬化した下地絶縁膜51の表面は撥液性を示しているので、その表面に波長172nmのエキシマUVを15秒程度照射することにより、下地絶縁膜51の表面の接触角を調整する。撥液性の緩和の程度は、紫外光の照射時間で調整できるが、紫外光の強度、波長、熱処理(加熱)との組み合わせ等によって調整することもできる。なお、親液化処理の他の方法としては、酸素を反応ガスとするプラズマ処理や、基板をオゾン雰囲気に曝す処理が挙げられる。
次に、図4(b)に示すように、下地絶縁膜51の表面に、後に電気配線となる液状ライン32pを描画形成する(ステップ7a)。この描画は、後述する液滴吐出装置を用いた液滴吐出方式によって行う。ここで吐出するのは、電気配線の形成材料である導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液である。その導電性微粒子として、銀が好適に用いられる。その他にも、金、銅、パラジウム、ニッケルの何れかを含有する金属微粒子の他、導電性ポリマーや超電導体の微粒子などを用いることができる。
導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。導電性微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えば立体障害や静電反発を誘発するようなポリマーが挙げられる。また、導電性微粒子の粒径は5nm以上、0.1μm以下であることが好ましい。0.1μmより大きいと、ノズルの目詰まりが起こりやすく、液滴吐出ヘッドによる吐出が困難になるからである。また5nmより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる導電体中の有機物の割合が過多となるからである。
使用する分散媒としては、上記の導電性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が、水の他に、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、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、又は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、更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、シクロヘキサノンなどの極性化合物を挙げることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また、液滴吐出方式への適用のし易さの点で、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、特に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。これらの分散媒は、単独でも、あるいは2種以上の混合物としても使用できる。
導電性微粒子を含有する液体の分散媒としては、室温での蒸気圧が0.001mmHg以上、200mmHg以下(約0.133Pa以上、26600Pa以下)であるものが好ましい。蒸気圧が200mmHgより高い場合には、吐出後に分散媒が急激に蒸発してしまい、良好な導電体を形成することが困難となるためである。
また、分散媒の蒸気圧は、0.001mmHg以上、50mmHg以下(約0.133Pa以上、6650Pa以下)であることがより好ましい。蒸気圧が50mmHgより高い場合には、液滴吐出方式で液滴を吐出する際に乾燥によるノズル詰まりが起こり易く、安定な吐出が困難となるためである。一方、室温での蒸気圧が0.001mmHgより低い分散媒の場合、乾燥が遅くなり導電体中に分散媒が残留しやすくなり、後工程の熱および/または光処理後に良質の導電体が得られにくい。
上記導電性微粒子を分散媒に分散する場合の分散質濃度は、1質量%以上、80質量%以下であり、導電体の所望厚さに応じて調整することができる。80質量%を超えると凝集をおこしやすくなり、均一な導電体が得にくい。
上記導電性微粒子の分散液の表面張力は、0.02N/m以上、0.07N/m以下の範囲に入ることが好ましい。液滴吐出方式にて液体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、インク組成物のノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じ易くなり、0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量、吐出タイミングの制御が困難になるためである。
表面張力を調整するため、上記分散液には、下地絶縁膜51との接触角を不当に低下させない範囲で、フッ素系、シリコン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加することができる。ノニオン系表面張力調節剤は、下地絶縁膜51への濡れ性を良好化し、膜のレベリング性を改良し、塗膜のぶつぶつの発生、ゆず肌の発生などの防止に役立つものである。上記分散液は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでいても差し支えない。
上記分散液の粘度は、1mPa・s以上、50mPa・s以下であることが好ましい。
液滴吐出方式にて吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合には、ノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすく、また、粘度が50mPa・sより大きい場合は、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となるためである。
本実施形態では、上記分散液の液滴(第1液滴)を液滴吐出ヘッドから吐出して、電気配線を形成すべき場所に滴下する。このとき、液だまり(バルジ)が生じないように、続けて吐出する液滴の重なり程度を調整することが望ましい。特に、一回目の吐出では複数の液滴を互いに接しないように離間して吐出し、2回目以降の吐出によって、その間を埋めていくような吐出方法を採用することが望ましい。
以上により、下地絶縁膜51の表面に液状ライン32pが形成される。
次に、液状ライン32pを仮乾燥させる(ステップ7b)。この仮乾燥は、少なくとも液状ライン32pの表面が乾燥するように行う。具体的には、湿度が低い空気や不活性ガス等のドライエアを、液状ライン32pに向かって吹き付ける。ドライエアの温度は、常温(約25℃)であっても、高温であってもよい。また、ドライエアを吹き付ける代わりに、赤外線ランプ等を用いて、赤外線を液状ライン32pに照射してもよい。このように、仮乾燥の具体的な方法としてドライエアの吹き付けや赤外線の照射を採用することにより、簡単な製造設備および製造工程によって仮乾燥を行うことができるので、設備コストおよび製造コストの上昇を抑制することができる。また、仮乾燥のため一時的に温度が上昇しても、直ちに常温に戻すことができるので、製造時間を短縮することができる。
次に、図4(c)に示すように、仮乾燥させた液状ライン32pの一部に、導通ポストとなる液状サブポスト34aを描画形成する(ステップ8a)。この描画も、ステップ7aの液状ライン32pの描画と同様に、後述する液滴吐出装置を用いた液滴吐出方式によって行う。ここで吐出するのは、導通ポストの形成材料である導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液の液滴(第2液滴)であり、具体的には液状ライン32pの描画に用いる液状体の液滴(第1液滴)と同じものである。すなわち、液状ライン32pを描画した後に、同じ液滴吐出ヘッドを用いて、導通ポストの形成位置に液状体を吐出すればよい。
上述したように、導通ポストは相当高さに形成する必要がある。そのためには、液滴吐出方式により多数の液滴を吐出して堆積させ、相当高さの液状ポストを形成する必要がある。ところが、一度に多数の液滴を吐出しても、液状ポストの高さを確保することは困難であり、逆に液状ポストの直径が大きくなって、隣接する電気配線や導通ポストと短絡するおそれがある。そこで、液滴の吐出を複数回に分けて行う。そして、その一回の液滴吐出では、必要な液状ポストの高さより低い液状サブポストを形成する。例えば、一回に10滴程度の液滴を吐出して、まず第1層の液状サブポスト34aを描画形成する。
次に、液状サブポスト34aを仮乾燥させる(ステップ8b)。この仮乾燥は、少なくとも液状サブポスト34aの表面が乾燥するように行う。その具体的な方法として、ステップ7bで液状ラインを仮乾燥させる方法と同様に、ドライエアの吹き付けや赤外線の照射を採用することが望ましい。
その後、ステップ8aおよびステップ8bを繰り返して行う(ステップ9)。上記のように第1層の液状サブポスト34aは仮乾燥されているので、その表面に新たな液滴を吐出しても、下地絶縁膜51の表面に広がることはない。そこで、新たに10滴程度の液滴を吐出すれば、図5(a)に示すように、第1層の液状サブポスト34aの上方に第2層の液状サブポスト34bを積層形成することができる。このように、ステップ8aおよびステップ8bを繰り返して行うことにより、複数の液状サブポスト34a,34b,34cが積層されて、相当高さの液状ポスト34pを形成することができる。
ここで、図6は、基板(フィルム基板31)の表面に液滴を吐出する様子の一例を模式的に示している。
図6に示すように、本例では、複数のノズル91を有する液滴吐出ヘッド(以下、単にヘッドと呼ぶ)20と基板31とを所定方向(Y方向)に相対移動させつつ、複数のノズル91のうちの所定ノズルから液滴を吐出して基板31上に液滴を配置する。
基板31上には、液滴の吐出位置を定めるための格子状に区画された複数の単位領域(ピクセル)からなるビットマップが設定されている。なお、ビットマップの設定工程は、液滴吐出工程に先立って行われる。
図6に示すように、1つのピクセル(単位領域)は正方形に設定される。すなわち、1つのピクセルのうちX方向における幅cxと、Y方向における幅cyとは同じに設定される。
複数のノズル91は、ヘッド20においてX方向に一定間隔aで設けられている。複数のノズル91のそれぞれは、X方向に沿って並んでいる。
ここで、本例では、ピクセルの幅cx(=cy)は、ノズル間隔aに比べて狭く設定される。また、ビットマップを設定する際、
c=a/n (nは正の整数)となるように、1つのピクセルのX方向における幅cxが設定される。
なお、図6の例では、n=4である。
例えば、図6に示すハッチングが描かれたピクセルのそれぞれに対して、液滴を配置することにより、直線状の塗布膜(液状ライン)を形成することができる。この場合、相対移動の方向(Y方向)に並ぶ複数のピクセルに対して、1つずつ順に液滴を配置してもよく、所定間隔をあけながら液滴を配置する工程を繰り返してもよい。なお、所定間隔をあけながら液滴を配置することにより、液状体の過度の濡れ広がりを抑制し、いわゆるバルジの発生を防止することができる。
液滴を基板31に配置した際の濡れ拡がり具合、すなわち基板31への着弾直後の液滴の直径は液状材料や基板表面の特性に応じて変化する。配線パターンを形成する際には、液滴の濡れ拡がり分を考慮してパターン設計が行われる。また、基板31上における液滴の濡れ拡がり具合は、基板31と液滴との接触角が深く関係する。そのため、基板31に対して液状材料の特性に応じた親液処理及び撥液処理を含む表面処理を行い、接触角を制御することで、液滴の濡れ広がり(着弾後の液滴の直径)を制御することができる。
図7は、導通ポスト34(図5(a)参照)を形成する際の液滴を吐出する様子の一例を模式的に示している。
図7に示す符号P1、P2はそれぞれ導通ポストの形成位置を示している。また、ビットマップにおける1つのピクセル(単位領域)の幅cx、cyや、複数のノズル91の間隔a等は、図6と同じである。
図7に示すように、本例では、ポストの形成位置P1、P2の間隔bは、ノズル間隔aに比べて広く設定される。より具体的には、
b=m×a (mは正の整数)となるように、ポスト間隔bと、1つのピクセルのX方向における幅cx(=cy)とが設定される。
なお、図7の例では、m=16である。
例えば、図7に示すポストの形成位置P1、P2のそれぞれに対し、液滴を配置する工程と、その液滴を仮乾燥する工程とを繰り返すことにより、各位置P1、P2に、先の図5(a)に示したような、相当高さのポスト34を積層形成することができる。
ここで、本例によれば、複数の導通ポストの形成位置P1、P2の間隔bが複数のノズル91の間隔aの整数倍である条件であることから、液滴吐出処理の簡素化が図られる。すなわち、上記条件により、ヘッド20と基板31との相対移動の際に、複数のノズル91のうちの1つのノズルの移動軸上に導通ポストの形成位置P1が配置されれば、他のノズルの移動軸上にも導通ポストの形成位置P2が配置されるので、1度の相対移動の間に複数の導通ポストの形成位置P1、P2のそれぞれに液滴を配置することができる。その結果、上記相対移動に無駄が少なく、液滴吐出処理の簡素化が図られる。
特に、導通ポストの形成に際しては、相当高さを得るために各形成位置P1、P2に液滴を繰り返し配置することから、ヘッド20と基板31との相対移動に無駄が少ないことで、液滴吐出の繰り返しに伴う処理時間の増加が抑制される。これにより、スループットの向上、並びに形成される配線パターンの低コスト化が図られる。
なお、図6及び図7に示した液滴の吐出位置は一例であって、本発明はこれに限定されない。また、図6及び図7では、説明の簡単化のために、液状ラインの幅や導通ポストの大きさをX方向の1列のみに対応させている。実際には、隣り合う複数列のピクセル(X方向の複数列)に液滴を配置することで、液状ラインの幅や導通ポストの大きさを所望の状態に設定することができる。
なお、図6及び図7に示した液滴の吐出位置は一例であって、本発明はこれに限定されない。図6及び図7では、説明の簡単化のために、液状ラインの幅や導通ポストの大きさをX方向の1列のみに対応させている。実際には、隣り合う複数列のピクセル(X方向の複数列)に液滴を配置することで、液状ラインの幅や導通ポストの大きさを所望の状態にすることができる。
図8は、導通ポスト34(図5(a)参照)を形成する際の、より具体的な液滴の配置例を模式的に示している。
図8に示すように、本例では、導通ポストの形成の際、数字が記載された9つのピクセルのそれぞれに対して液滴を配置する。すなわち、本例では、3行×3列の略正方形の領域に対して液滴の配置を行う。なお、各ピクセル内の数字は液滴の配置の順序を示す。
すなわち、まず最初に、ピクセル1に液滴を配置し、次にピクセル2に液滴を配置する。同様に、ピクセル1からピクセル9まで順に液滴を配置する。ピクセル1からピクセル9までの液滴配置は、基板上に配置された各液滴が流動性を有する間に行う。すなわち、途中で仮乾燥などを行うことなく、液滴の乾燥速度から求まる所定の時間内で9つのピクセルに対して液滴を配置する。なお、液滴の配置順は適宜変更可能である。
図8に示す破線はそれぞれ、ピクセル1に対する着弾直後の液滴L1の形状、及びピクセル2に対する着弾直後の液滴L2の形状を示している。本例では、液滴L1、L2の着弾後の直径(着弾径)は、1つのピクセル幅の約3倍である。したがって、液滴L1と液滴L2とは、着弾径の1/3の幅が互いに重なるように、配置される。
図9は、ピクセル1からピクセル9まで液滴を配置した際の液滴同士の重なりの様子を仮想的に示している。
図9に示すように、本例では、各液滴同士が一部重なるように、9つのピクセルのそれぞれに対して液滴が配置される。
図10は、9つのピクセルに液滴を配置した所定時間経過後の様子を示している。
図10に示すように、ピクセル1からピクセル9に配置した液滴は、略円形状の塗布膜S1となる。すなわち、液滴が流動性を有する間に、9つのピクセルに対して液滴同士が一部重なるように配置されるこで、表面張力等の作用により、液滴同士が互いに結びついて一体化される。そして、この一体化に際し、液滴同士が凝集し、その液滴の集合体の外形は滑らかな曲線状となる。本例では、3行×3列の正方形状の領域に液滴を配置したことから、略円形状の塗布膜が形成される。
このように、本例では、略正方形状の領域に液滴を配置するにもかかわらず、液滴同士の結びつきを利用して、略円形状の塗布膜を得ることができる。すなわち、円形状の膜を得るために、細かいビットマップを設定する必要が回避される。その結果、液滴吐出の回数の低減化、並びに液滴配置位置の設計(パターン設計)の容易化が図られる。
なお、円形状の塗布膜を積層形成することで、略円柱状の導通ポスト34(図5(a))を形成することができる。略円柱状の導通ポスト34は、角が滑らかで構造的あるいは熱的な強度が高く、電気的接続の信頼性に優れている。
液滴同士の重なりは、着弾径の10%以上であることにより、液滴同士が、より確実に、互いに結びついて一体化される。なお、複数の液滴を同一箇所にすべて重ねて配置する(すなわち100%重ねて配置する)のではなく、複数の液滴同士を一部だけを重ねて配置することで、任意の形状に膜を形成することが可能となる。すなわち、液滴の配置領域を、略長方形状とすることで、略楕円形状の膜の形成が可能となる。
例えば、液滴の配置領域は、3行×3列に限らず、2行×2列でもよく、4行×4列でもよく、あるいは2行×4列でもよい。ただし、液滴の配置領域が広すぎると、液滴同士が十分に結びつかない可能性があるため、液滴の配置領域は、基板31上で一部重なった液滴同士が表面張力によって互いに近づく範囲内であるのが好ましい。
図5(a)に戻り、次に、液状ライン32pおよび液状ポスト34pの本焼成を行う(ステップ10)。上記により、液状ライン32pおよび液状サブポスト34a,34b,34cがいずれも仮乾燥された状態で形成されているので、これらの全体を一括して本焼成する。具体的には、液状ライン32pおよび液状ポスト34pが形成されたフィルム基板31を、150℃のホットプレートで30分程度加熱することによって行う。
本焼成は、通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。なお、本焼成の処理温度を150℃としたが、液状ライン32pおよび液状ポスト34pに含まれる分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して、適当に設定することが望ましい。
このような焼成処理は、通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上、5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では、100W以上、1000W以下の範囲で十分である。
このような本焼成により、液状ライン32pおよび液状ポスト34pに含まれる分散媒が揮発し、導電性微粒子間の電気的接触が確保される。これにより、図5(b)に示すように、電気配線32および導通ポスト34が形成される。
次に、図2(b)に示すように、電気配線32の形成層に層内絶縁膜52を形成する前提として、下地絶縁膜51の表面の接触角を調整する(ステップ11)。硬化した下地絶縁膜51の表面は撥液性を示すことから、その表面に親液性を付与するため、波長172nmのエキシマUVを照射する。
次に、電気配線32の周囲に層内絶縁膜52を描画形成する(ステップ12)。この描画も、下地絶縁膜51の描画と同様に、液滴吐出装置を用いて行う。ここで、層内絶縁膜52の形成材料である樹脂材料を、導通ポスト34と接触するように吐出すると、樹脂材料が導通ポスト34の上端に濡れ上がって、上層の電気配線36との導通接続が不可能になるおそれがある。そこで、導通ポスト34および電気配線32の周囲に隙間を空けて、その外側に樹脂材料を吐出する。
次に、導通ポスト34および電気配線32の周囲の隙間に、波長172nmのエキシマUVを照射して、親液処理を施す(ステップ13)。これにより、導通ポスト34および電気配線32の周囲の隙間に親液性が付与されるので、その隙間に樹脂材料が流動して、導通ポスト34および電気配線32と接触する。この場合、樹脂材料は、電気配線32の表面には濡れ上がるが、導通ポスト34の上端には濡れ上がることがない。したがって、導通ポスト34と上層の電気配線36との導通を確保することができる。
そして、吐出された樹脂材料を硬化させる(ステップ14)。具体的には、波長365nmのUVを4秒程度照射して、層内絶縁膜52の形成材料であるUV硬化性樹脂を硬化させる。これにより、層内絶縁膜52が形成される。
次に、主として電気配線32の表面に、層間絶縁膜54を描画形成する(ステップ15)。この描画も、下地絶縁膜51の描画と同様に、液滴吐出装置を用いて行う。ここでも、導通ポスト34の周囲に隙間を空けて、樹脂材料を吐出することが望ましい。
次に、吐出された樹脂材料を硬化させる(ステップ16)。具体的には、波長365nmのUVを60秒程度照射して、層間絶縁膜54の形成材料であるUV硬化性樹脂を硬化させる。これにより、層間絶縁膜54が形成される。
次に、層間絶縁膜54の表面に、上層の電気配線36を形成する。その具体的な方法は、下層の電気配線32を形成するためのステップ6ないしステップ10と同様である。
次に、電気配線36の形成層に層内絶縁膜56を形成する。その具体的な方法は、電気配線32の形成層に層内絶縁膜52を形成するためのステップ11ないしステップ14と同様である。さらに、ステップ15およびステップ16を行えば、上層の電気配線36の表面に層間絶縁膜を形成することができる。
このように、ステップ6ないしステップ16を繰り返すことにより、電気配線を積層配置することができる。なお、最上層の電気配線の表面には、ステップ15およびステップ16と同様の方法により、保護膜58を形成すればよい。
以上により、図2に示す本実施形態の配線パターンが形成される。
上述したように、本実施形態の配線パターンの形成方法では、液滴吐出方式により液状ラインを描画形成する工程と(ステップ7a)、その液状ラインの表面を仮乾燥させる工程と(ステップ7b)、液滴吐出方式により液状ラインの一部に液状ポストを描画形成する工程と(ステップ8a)、液状ラインおよび液状ポストを本焼成する工程と(ステップ10)、を有する構成とした。この構成によれば、仮乾燥状態の液状ラインの表面に液状ポストを描画形成するので、両者を界面において融合させることができる。そして、液状ラインおよび液状ポストを一括して本焼成することにより、電気配線および導通ポストを一体的に形成することができる。これにより、電気配線と導通ポストとの界面におけるクラックの発生を防止することが可能になり、導通接続の信頼性に優れた配線パターンを形成することができる。
また、本実施形態の配線パターンの形成方法では、液滴吐出方式により液状サブポストを描画形成する工程と(ステップ8a)、その液状サブポストを仮乾燥させる工程と(ステップ8b)、ステップ8aおよびステップ8bを繰り返し行う工程と(ステップ9)、積層配置された液状サブポストを本焼成する工程と(ステップ10)、を有する構成とした。この構成によれば、液滴吐出による液状サブポストの形成と、その仮乾燥とを繰り返し行うので、吐出された液滴が平面上に濡れ広がることがなく、液状サブポストを積層配置することができる。そして、仮乾燥状態で積層配置された液状サブポストを一括して本焼成することにより、相当高さの導通ポストを形成することができる。
また、本実施形態の配線パターンの形成方法では、電気配線や導通ポスト、各種絶縁膜の形成に液滴吐出方式を採用したので、材料使用効率を向上させることが可能になり、製造コストを低減することができる。さらに、電気配線を多層化および微細化することができる。一例を挙げれば、複数の電気配線のライン×スペースの幅を、従来の50μm×50μmから、30μm×30μm程度に微細化することができる。これにより、FPCを小型化することが可能になり、そのFPCを採用した電気光学装置や電子機器を小型化することも可能になる。
なお、本実施形態ではFPCにおける配線パターンの形成方法を例にして説明したが、硬質の基板における配線パターンの形成方法として本発明を適用することも可能である。また、本実施形態では電気配線上に導通ポストを形成する場合について説明したが、電気配線の電極ランド上に導通ポストを形成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
(液滴吐出装置)
次に、液滴吐出方式に用いられる液滴吐出装置につき、図11および図12を用いて説明する。
図11は、液滴吐出装置の斜視図である。図11において、X方向はベース12の左右方向であり、Y方向は前後方向であり、Z方向は上下方向である。液滴吐出装置10は、液滴吐出ヘッド(以下、単にヘッドと呼ぶ)20と、基板31を載置するテーブル46とを主として構成されている。なお、液滴吐出装置10の動作は、制御装置23により制御されるようになっている。
基板31を載置するテーブル46は、第1移動手段14によりY方向に移動および位置決め可能とされ、モータ44によりθz方向に揺動および位置決め可能とされている。一方、ヘッド20は、第2移動手段によりX方向に移動および位置決め可能とされ、リニアモータ62によりZ方向に移動および位置決め可能とされている。またヘッド20は、モータ64,66,68により、それぞれα,β,γ方向に揺動および位置決め可能とされている。これにより、液滴吐出装置10は、ヘッド20のインク吐出面20Pと、テーブル46上の基板31との相対的な位置および姿勢を、正確にコントロールすることができるようになっている。
ここで、ヘッド20の構造例について、図12を参照して説明する。図12は、液滴吐出ヘッドの側面断面図である。ヘッド20は、液滴吐出方式によりインク21をノズル91から吐出するものである。液滴吐出方式として、圧電体素子としてのピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式や、インクを加熱して発生した泡(バブル)によりインクを吐出させる方式など、公知の種々の技術を適用することができる。このうちピエゾ方式は、インクに熱を加えないため、材料の組成に影響を与えないなどの利点を有する。そこで、図12のヘッド20には、上述したピエゾ方式が採用されている。
ヘッド20のヘッド本体90には、リザーバ95およびリザーバ95から分岐された複数のインク室93が形成されている。リザーバ95は、各インク室93にインクを供給するための流路になっている。また、ヘッド本体90の下端面には、インク吐出面を構成するノズルプレートが装着されている。そのノズルプレートには、インクを吐出する複数のノズル91が、各インク室93に対応して開口されている。そして、各インク室93から対応するノズル91に向かって、インク流路が形成されている。一方、ヘッド本体90の上端面には、振動板94が装着されている。この振動板94は、各インク室93の壁面を構成している。その振動板94の外側には、各インク室93に対応して、ピエゾ素子92が設けられている。ピエゾ素子92は、水晶等の圧電材料を一対の電極(不図示)で挟持したものである。その一対の電極は、駆動回路99に接続されている。
そして、駆動回路99からピエゾ素子92に電圧を印加すると、ピエゾ素子92が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子92が収縮変形すると、インク室93の圧力が低下して、リザーバ95からインク室93にインク21が流入する。またピエゾ素子92が膨張変形すると、インク室93の圧力が増加して、ノズル91からインク21が吐出される。なお、印加電圧を変化させることにより、ピエゾ素子92の変形量を制御することができる。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子92の変形速度を制御することができる。すなわち、ピエゾ素子92への印加電圧を制御することにより、インク21の吐出条件を制御しうるようになっている。
なお、図11に示すキャッピングユニット22は、ヘッド20におけるインク吐出面20Pの乾燥を防止するため、液滴吐出装置10の待機時にインク吐出面20Pをキャッピングするものである。またクリーニングユニット24は、ヘッド20におけるノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するものである。なおクリーニングユニット24は、ヘッド20におけるインク吐出面20Pの汚れを取り除くため、インク吐出面20Pのワイピングを行うことも可能である。
(電気光学装置)
本実施形態では、FPCに形成される配線パターンを例にして説明した。そこで、図1に戻り、そのFPCが採用された電気光学装置の一例である液晶モジュールについて説明する。
図1は、COF(Chip On Film)構造の液晶モジュールの分解斜視図である。液晶モジュール1は、大別すると、カラー表示用の液晶パネル2と、液晶パネル2に接続されるFPC30と、FPC30に実装される液晶駆動用IC100とを備えている。なお必要に応じて、バックライト等の照明装置やその他の付帯機器が、液晶パネル2に付設される。
液晶パネル2は、シール材4によって接着された一対の基板5a及び基板5bを有し、これらの基板5bと基板5bとの間に形成される間隙、所謂セルギャップに液晶が封入される。換言すると、液晶は基板5aと基板5bとによって挟持されている。これらの基板5a及び基板5bは、一般には透光性材料、例えばガラス、合成樹脂等によって形成される。基板5a及び基板5bの外側表面には偏光板6aが貼り付けられている。
また、基板5aの内側表面には電極7aが形成され、基板5bの内側表面には電極7bが形成される。これらの電極7a,7bは、例えばITO(Indium Tin Oxide:インジウムスズ酸化物)等の透光性材料によって形成される。基板5aは基板5bに対して張り出した張り出し部を有し、この張り出し部に複数の端子8が形成されている。これらの端子8は、基板5a上に電極7aを形成するときに電極7aと同時に形成される。従って、これらの端子8は、例えばITOによって形成される。これらの端子8には、電極7aから一体に延びるもの、及び導電材(不図示)を介して電極7bに接続されるものが含まれる。
一方、FPC30の表面には、本実施形態に係る配線パターンの形成方法により、配線パターン39a,39bが形成されている。すなわち、FPC30の一方の短辺から中央に向かって入力用配線パターン39aが形成され、他方の短辺から中央に向かって出力用配線パターン39bが形成されている。これらの入力用配線パターン39aおよび出力用配線パターン39bの中央側の端部には、電極パッド(不図示)が形成されている。
そのFPC30の表面には、液晶駆動用IC100が実装されている。具体的には、FPC30の表面に形成された複数の電極パッドに対して、液晶駆動用IC100の能動面に形成された複数のバンプ電極が、ACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電膜)160を介して接続されている。このACF160は、熱可塑性又は熱硬化性の接着用樹脂の中に、多数の導電性粒子を分散させることによって形成されている。このように、FPC30の表面に液晶駆動用IC100を実装することにより、いわゆるCOF構造が実現されている。
そして、液晶駆動用IC100を備えたFPC30が、液晶パネル2の基板5aに接続されている。具体的には、FPC30の出力用配線パターン39bが、ACF140を介して、基板5aの端子8と電気的に接続されている。なお、FPC30は可撓性を有するので、自在に折り畳むことによって省スペース化を実現しうるようになっている。
上記のように構成された液晶モジュール1では、FPC30の入力用配線パターン39aを介して、液晶駆動用IC100に信号が入力される。すると、液晶駆動用IC100から、FPC30の出力用配線パターン39bを介して、液晶パネル2に駆動信号が出力される。これにより、液晶パネル2において画像表示が行われるようになっている。
なお、電気光学装置としては、電界により物質の屈折率が変化して光の透過率を変化させる電気光学効果を有する装置の他、電気エネルギーを光学エネルギーに変換する装置等も含まれている。すなわち、本発明は、液晶表示装置だけでなく、有機EL(Electro-Luminescence)装置や無機EL装置、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、電子放出素子を用いた表示装置(Field Emission Display 及び Surface-Conduction Electron-Emitter Display 等)などの発光装置等に対しても、広く適用することが可能である。例えば、本発明の配線パターンを備えたFPCを有機ELパネルに接続して、有機ELモジュールを構成することも可能である。
[電子機器]
次に、本実施形態の配線パターンを使用して製造した電子機器につき、図13を用いて説明する。図13は、携帯電話の斜視図である。図13において符号1000は携帯電話を示し、符号1001は表示部を示している。この携帯電話1000の表示部1001には、本実施形態の配線パターンを備えた電気光学装置が採用されている。したがって、電気的接続の信頼性に優れた小型の携帯電話1000を提供することができる。
本発明は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネル等の電子機器の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの場合でも、電気的接続の信頼性に優れた小型の電子機器を提供することができる。
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
COF構造の液晶モジュールの分解斜視図である。 実施形態に係る配線パターンの説明図である。 実施形態に係る配線パターンの形成方法の工程表である。 実施形態に係る配線パターンの形成方法の説明図である。 実施形態に係る配線パターンの形成方法の説明図である。 基板の表面に液滴を吐出する様子の一例を模式的に示す図である。 導通ポストを形成する際の液滴を吐出する様子の一例を模式的に示す図である。 導通ポストを形成する際の、より具体的な液滴の配置例を模式的に示す図である。 9つのピクセルに液滴を配置した際の液滴同士の重なりの様子を仮想的に示す図である。 9つのピクセルに液滴を配置した所定時間経過後の様子を示す図である。 液滴吐出装置の斜視図である。 液滴吐出ヘッドの側面断面図である。 携帯電話の斜視図である。
符号の説明
L1,L2…液滴、20…液滴吐出ヘッド、31…フィルム基板(基板)、32‥電気配線、32p‥液状ライン、34‥導通ポスト、34p‥液状ポスト、36‥電気配線、91…ノズル。

Claims (9)

  1. 液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記基板上に膜を形成する方法であって、
    前記基板上に配置された液滴が流動性を有する間に、液滴同士が一部重なるように、所定領域に対して前記液滴の配置を行うことを特徴とする膜形成方法。
  2. 前記液滴同士の重なりは、1つの液滴の前記基板への着弾後の直径の10%以上であることを特徴とする請求項1に記載の膜形成方法。
  3. 前記所定領域は、前記基板上で一部重なった液滴同士が表面張力によって互いに近づく範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の膜形成方法。
  4. 前記所定領域は、略矩形領域であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の膜形成方法。
  5. 前記所定領域は、略正方形状の領域であることを特徴とする請求項4に記載の膜形成方法。
  6. 前記基板上には、前記液滴の吐出位置を定めるための格子状に区画された複数の単位領域が設定されており、
    前記所定領域は、前記複数の単位領域のうちの、n行×n列(nは正の整数)の領域からなることを特徴とする請求項5に記載の膜形成方法。
  7. 基板上に積層配置された複数の電気配線が複数の導通ポストにより相互に導通接続されてなる配線パターンを形成する方法であって、
    請求項1から請求項6のいずれかの膜形成方法を用いて前記導通ポストを形成する工程を有することを特徴とする配線パターン形成方法。
  8. 請求項7に記載の配線パターンの形成方法を使用して形成されたことを特徴とする配線パターン。
  9. 請求項8に記載の配線パターンを備えたことを特徴とする電子機器。
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