JP2010094621A - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成方法において、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させるパターン形成方法、パターン形成装置を提供する。
【解決手段】液滴Dの飛行経路である目標経路TLに基準位置DPを設けて、基準位置DPよりもノズル側を昇温領域A1、基準位置DPよりも描画面GSa側を蒸発領域A2に区画する。レーザ照射部は、昇温領域A1では液滴Dに対して相対的に吸収率の高い波長λ1の高吸収率レーザ光Lha,Lhbを照射するとともに、蒸発領域では液滴Dに対して相対的に吸収率の低い波長λ2の低吸収率レーザ光Lla,Llbを照射する。
【選択図】図8The present invention provides a pattern forming method and a pattern forming apparatus for improving the drying efficiency of droplets in flight in a pattern forming method for drying droplets in flight by irradiating a droplet in flight with laser light.
A reference position DP is provided in a target path TL which is a flight path of a droplet D, a nozzle side of the reference position DP is set to a temperature rising area A1, and a drawing surface GSa side of the reference position DP is set to an evaporation area A2. Partition. The laser irradiation unit irradiates high-absorption laser beams Lha and Lhb having a wavelength λ1 having a relatively high absorption rate with respect to the droplet D in the temperature rising region A1, and is relatively relative to the droplet D in the evaporation region. Are irradiated with low absorptance laser beams Lla and Llb with a wavelength λ2 having a low absorptance.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は、飛行中の液滴に対してレーザ光を照射するパターン形成方法、及びパターン形成装置に関する。 The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus for irradiating a droplet in flight with laser light.
低温焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co−fired Ceramics)からなる多層基板は、優れた高周波特性と高い耐熱性を有するため、高周波モジュールの基板やICパッケージの基板等に広く利用される。このようなLTCC多層基板においては、一般に金属インクを用いて回路パターンが描画されたグリーンシートを積層して一括焼成することにより製造される。 A multilayer substrate made of low temperature co-fired ceramics (LTCC) has excellent high-frequency characteristics and high heat resistance, and thus is widely used for a substrate of a high-frequency module or an IC package. Such an LTCC multilayer substrate is generally manufactured by laminating green sheets on which a circuit pattern is drawn using metal ink and firing them together.
上記回路パターンを描画する工程においては、回路パターンの高密度化を図るため、金属インクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法が提案されている(例えば、特許文献1)。インクジェット法では、多数のノズルが列設された吐出ヘッドから1滴の容量が数〜数十ピコリットルの液滴を吐出することにより回路パターンを描画する。インクジェット法は、この液滴の吐出位置を変更することによって、回路パターンのさらなる微細化や狭ピッチ化を可能にしている。
ところで、上記インクジェット法を利用して高精細なパターンを形成するためには、吐出した液滴を速やかに乾燥させて基板上における濡れ広がりを抑制することにより着弾径を小さくすることが好ましく、その一つの方法として、吐出ヘッドから吐出された飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴の乾燥を飛行中に促進させる方法が検討されている。こうした方法を用いて所望量の蒸発成分を蒸発させる場合には、レーザ光に必要とされる最小のエネルギーが前記所望量に応じて概ね規定できることから、レーザ光の利用効率の向上を図る上で、飛行中の液滴に対して上記最小のエネルギーを与える態様が好ましい。 By the way, in order to form a high-definition pattern using the ink jet method, it is preferable to reduce the landing diameter by quickly drying the discharged droplets and suppressing wetting spread on the substrate. As one method, a method of irradiating a droplet in flight ejected from an ejection head with laser light to promote drying of the droplet during flight has been studied. When evaporating a desired amount of evaporation component using such a method, the minimum energy required for the laser beam can be roughly defined according to the desired amount, so that it is possible to improve the utilization efficiency of the laser beam. A mode in which the minimum energy is given to the droplet in flight is preferable.
一方、上述するレーザ光の断面強度分布としては、該レーザ光の中心付近の強度が最も高くなる円形の正規分布(ガウシアン分布)が一般に利用されている。飛行中の液滴に対してこうした断面強度分布のレーザ光を照射すると、吐出された液滴は、まずガウシアン分布の裾野において昇温された後に同ガウシアン分布のピーク領域を通過するようになる。それゆえ、昇温された液滴がピーク領域を通過する際には、その気化熱を大きく超えるような過剰なエネルギーが液滴に対して単位時間あたりに供給されてしまい、該液滴の溶媒や蒸発成分などの相転移が液滴の全体で瞬時に生じる、所謂突沸が発生するようになり、液滴そのものを飛散させてしまう。一方、こうした突沸を防ぐためには、ガウシアン分布のピーク領域において気化熱を超えないように、レーザ光の強度をさらに抑える方法が考えられる。しかし、こうした場合にあってはピーク領域における突沸が防止できるものの、レーザ光全体の強度そのものを低下させてしまうために、上記ガウシアン分布の裾野においても液滴が昇温し難くなり、ひいては液滴の乾燥不足を招いてしまう。 On the other hand, as the cross-sectional intensity distribution of the laser light described above, a circular normal distribution (Gaussian distribution) in which the intensity near the center of the laser light is the highest is generally used. When a laser beam having such a cross-sectional intensity distribution is irradiated onto a droplet in flight, the discharged droplet first rises in temperature at the base of the Gaussian distribution and then passes through the peak region of the Gaussian distribution. Therefore, when the heated droplet passes through the peak region, excessive energy that greatly exceeds the heat of vaporization is supplied to the droplet per unit time, and the droplet solvent So-called bumping occurs, in which a phase transition such as an evaporation component or the like occurs instantaneously in the entire droplet, and the droplet itself is scattered. On the other hand, in order to prevent such bumping, a method of further suppressing the intensity of the laser light so as not to exceed the heat of vaporization in the peak region of the Gaussian distribution can be considered. However, in such a case, although bumping in the peak region can be prevented, the intensity of the entire laser beam itself is reduced, so that the temperature of the droplet is difficult to rise even at the bottom of the Gaussian distribution, and as a result Insufficient drying.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成方法において、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させるパターン形成方法、及びパターン形成装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a droplet forming method in a pattern formation method for irradiating a flying droplet with a laser beam to dry the flying droplet. It is an object to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus for improving the drying efficiency of the film.
本発明のパターン形成方法は、蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体の液滴を描画対象物に向けてノズルから吐出し、飛行中の前記液滴にレーザ光を照射して所定量の前記蒸発成分を前記液滴から蒸発させることにより前記描画対象物上にパターンに形成するパターン形成方法であって、前記液状体は照射されるレーザ光の波長に依存して吸収率が異なり、前記レーザ光は波長の異なる複数のレーザ光であり、前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近いほど、前記液滴が吸収するエネルギーが大きくなるように、前記複数のレーザ光を照射することを要旨とする。 In the pattern forming method of the present invention, a liquid droplet containing an evaporation component and a pattern forming material is ejected from a nozzle toward a drawing object, and a predetermined amount of the laser beam is irradiated to the droplet in flight. A pattern forming method for forming a pattern on an object to be drawn by evaporating an evaporation component from the droplet, wherein the liquid material has an absorptance different depending on a wavelength of an irradiated laser beam, and the laser The light is a plurality of laser beams having different wavelengths, and the closer to the nozzle, the greater the energy absorbed by the droplet on the path connecting the landing position of the droplet on the drawing target and the nozzle. Thus, the gist is to irradiate the plurality of laser beams.
飛行中の液滴に向けてレーザを照射して飛行中の液滴から蒸発成分を蒸発させることにより液滴を乾燥させるパターン形成方法では、液滴の蒸発成分の温度が沸点近くになる場合において液滴の乾燥が効率よく進行する。本発明のパターン形成方法によれば、吐出されて間もない液滴に対し相対的に吸収率の高いレーザ光が照射されるため、液滴に照射するエネルギーを吐出直後において効果的に熱エネルギーへ変換することができる。また飛行時間が経過するに従い相対的に吸収率の低いレーザ光が照射されるため、液滴に対して気化熱等の所定の熱エネルギーを供給し続ける上では、より高い強度のレーザ光を利用することもでき、液滴の温度そのものを精度良く制御することができる。それゆえ、こうした方法によれば吐出した液滴に含まれる蒸発成分をその吐出時から短時間で沸点近くまですばやく上昇させることができる。その結果、液滴が吐出されてから着弾するまでの限られた飛行期間を蒸発成分の蒸発過程に多くを割くことができ、また飛行期間における突沸を抑えることもできる。そのため、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させることができる。 In the pattern formation method in which droplets are dried by irradiating a laser beam onto the droplets in flight to evaporate the evaporation components from the droplets in flight, when the temperature of the evaporation component of the droplets is close to the boiling point The drying of the droplet proceeds efficiently. According to the pattern forming method of the present invention, since a laser beam having a relatively high absorptance is irradiated to a droplet that has just been ejected, the energy that is applied to the droplet is effectively reduced immediately after ejection. Can be converted to In addition, since laser light with a relatively low absorption rate is irradiated as the flight time elapses, higher intensity laser light is used to continue supplying predetermined thermal energy such as vaporization heat to the droplets. It is also possible to control the temperature of the droplet itself with high accuracy. Therefore, according to such a method, the evaporation component contained in the discharged droplet can be quickly raised to near the boiling point in a short time from the time of discharge. As a result, it is possible to devote much of the limited flight period from when the droplet is ejected to landing to the evaporation process of the evaporation component, and to suppress bumping during the flight period. Therefore, the drying efficiency of droplets during flight can be improved.
このパターン形成方法は、前記複数のレーザ光の照射は、前記蒸発成分の吸収率が高い波長のレーザ光を、前記蒸発成分の吸収率が低い波長のレーザ光よりも、先行して照射することを要旨とする。 In this pattern forming method, the plurality of laser beams are irradiated with a laser beam having a wavelength with a high absorption rate of the evaporating component ahead of a laser beam having a wavelength with a low absorption rate of the evaporating component. Is the gist.
このパターン形成方法によれば、液滴に対する吸収率を時間軸において変更できる。それゆえ、上述するような液滴の乾燥を実現する上では、各波長のレーザ光の照射領域を液滴の経路上で区画する態様は当然のこと、各波長のレーザ光の照射領域を液滴の経路上で重畳させる態様を利用することもできる。すなわち各レーザ光の照射範囲に関わる自由度を拡張させることができる。 According to this pattern forming method, the absorptance with respect to the droplet can be changed on the time axis. Therefore, in order to realize the drying of the droplets as described above, it is natural that the laser light irradiation region of each wavelength is partitioned on the path of the liquid droplets. It is also possible to use a mode of overlapping on the droplet path. That is, the degree of freedom related to the irradiation range of each laser beam can be expanded.
このパターン形成方法は、前記複数のレーザ光の照射は、前記液状体の吸収率が高い波長のレーザ光を、前記蒸発成分の吸収率が低い波長のレーザ光よりも、前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近い位置で照射することを要旨とする。 In this pattern forming method, the irradiation with the plurality of laser beams is performed by using a laser beam having a wavelength with a high absorption rate of the liquid material on the drawing object rather than a laser beam having a wavelength with a low absorption rate of the evaporation component. The gist is that irradiation is performed at a position close to the nozzle on a path connecting the landing position of the droplet and the nozzle.
このパターン形成方法によれば、液滴に対する吸収率を飛行経路の座標軸において変更できる。それゆえ、上述するような液滴の乾燥を実現する上では、各波長のレーザ光を液滴の経路に向けて同じタイミングで照射したり、同経路に照射し続けたりする態様を利用することができることから、各レーザ光の照射タイミングに関わる自由度を拡張させることができる。また液滴に対する吸収率を時間軸において変更する態様と組み合わせる場合にあっては、各波長のレーザ光に関して照射タイミングと照射領域との双方を制御することから、液滴の乾燥状態を精度良く再現させることもできる。 According to this pattern forming method, the absorptance with respect to the droplet can be changed on the coordinate axis of the flight path. Therefore, to realize the drying of the droplets as described above, use a mode in which the laser light of each wavelength is irradiated toward the droplet path at the same timing or is continuously irradiated to the same path. Therefore, the degree of freedom related to the irradiation timing of each laser beam can be expanded. When combined with a mode in which the absorptivity for droplets is changed on the time axis, both the irradiation timing and irradiation area of the laser light of each wavelength are controlled, so that the dry state of the droplets can be accurately reproduced. It can also be made.
このパターン形成方法は、前記液状体が、赤外光に対して可視光で高い吸収率を有することを要旨とすることを要旨とする。
この発明によれば、可視光であるレーザ光をノズルに近い側に照射することで吐出した液滴に含まれる蒸発成分を吐出時から短時間で沸点近くまですばやく上昇させることがで
きる。
The gist of this pattern forming method is that the liquid material has a high absorptance of visible light with respect to infrared light.
According to the present invention, by irradiating laser light, which is visible light, on the side close to the nozzle, the evaporation component contained in the discharged droplet can be quickly raised to near the boiling point in a short time from the time of discharge.
このパターン形成方法は、前記液状体の蒸発成分が、極性溶媒である水系成分と、非極性溶媒である有機系成分とを有し、前記水系成分は、前記有機系成分に対して、可視光での吸収率が高いことを要旨とする。 In this pattern formation method, the evaporation component of the liquid includes an aqueous component that is a polar solvent and an organic component that is a nonpolar solvent, and the aqueous component is visible light with respect to the organic component. The main point is that the absorption rate is high.
有機系成分に比べて分子間力が高くなる水系成分は、一般に有機系成分よりもその気化熱が高くなる。それゆえ蒸発成分に含まれる水系成分は、その沸点近傍に到達した後であっても比較的に高い気化熱が必要とされることから、有機系成分に比べれば蒸発するまでに長い時間が必要とされる。その一方、水系成分に比べて分子間力が低い有機系成分は、一般に水系成分よりもその気化熱が低くなる。それゆえ蒸発成分に含まれる有機系成分は、その沸点近傍に到達した後において速やかに蒸発することから、水系成分に比べて短い時間で蒸発するようになる。このパターン形成方法によれば、可視光であるレーザ光をノズルに近い側で照射することにより、上述する水系成分が先行して昇温されることから、液滴そのものの乾燥速度を加速させることができる。また、上述する有機系成分が後続して昇温されることから、液滴の全体にわたり乾燥を促進させることができる。 An aqueous component having a higher intermolecular force than an organic component generally has a higher heat of vaporization than an organic component. Therefore, the aqueous component contained in the evaporation component requires a relatively high heat of vaporization even after reaching the vicinity of its boiling point, so it takes a longer time to evaporate than the organic component. It is said. On the other hand, an organic component having a lower intermolecular force than an aqueous component generally has a lower heat of vaporization than an aqueous component. Therefore, the organic component contained in the evaporating component evaporates quickly after reaching the vicinity of the boiling point, and thus evaporates in a shorter time than the aqueous component. According to this pattern formation method, by irradiating laser light, which is visible light, on the side close to the nozzle, the aqueous component described above is heated in advance, so that the drying speed of the droplet itself is accelerated. Can do. In addition, since the organic component described above is subsequently heated, drying can be promoted over the entire droplet.
このパターン形成方法は、前記液状体の吸収率が高い波長のレーザ光は、前記液滴の温度を沸騰しない最高温度である目標温度へ前記液滴を昇温させ、前記蒸発成分の吸収率が低い波長のレーザ光は、前記液滴に気化熱を供給することを要旨とする。 In this pattern formation method, laser light having a wavelength with a high absorption rate of the liquid material raises the droplets to a target temperature that is the highest temperature at which the droplets do not boil, and the absorption rate of the evaporation component is increased. The gist of the low-wavelength laser light is to supply vaporization heat to the droplets.
このパターン形成方法によれば、飛行中に与える熱量を所望する蒸発量に応じた量に制約する上において、吐出した液滴に含まれる蒸発成分をその吐出時から短時間で目標温度近くまですばやく上昇させることができる。それゆえ、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させることができ、また液滴の突沸を確実に防ぐこともできる。 According to this pattern formation method, the amount of heat applied during flight is limited to an amount corresponding to the desired evaporation amount, and the evaporation component contained in the discharged droplets can be quickly brought close to the target temperature from the time of discharge. Can be raised. Therefore, it is possible to improve the drying efficiency of the droplets in flight, and to reliably prevent the droplets from bumping.
本発明のパターン形成装置は、蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体の液滴を描画対象物に向けてノズルから吐出する吐出ヘッドと、飛行中の前記液滴にレーザ光を照射して所定量の前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、前記描画対象物上に前記液滴を着弾させることによりパターンを形成するパターン形成装置であって、 前記液状体は照射されるレーザ光の波長に依存して吸収率が異なり、前記レーザ照射部は、前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において前記液滴が前記ノズルに近いときほど同液滴に対する吸収率が高くなるように、波長が異なる複数のレーザ光を前記経路に向けて照射することを要旨とする。 The pattern forming apparatus of the present invention includes a discharge head that discharges a liquid droplet containing an evaporation component and a pattern forming material from a nozzle toward a drawing target, and a laser beam applied to the droplet in flight. A laser irradiation unit that evaporates a predetermined amount of the evaporation component, and forms a pattern by landing the droplets on the drawing object, wherein the liquid material emits laser light to be irradiated The absorptance varies depending on the wavelength, and the laser irradiator is configured so that the closer the droplet is to the nozzle on the path connecting the landing position of the droplet on the drawing target and the nozzle, The gist of the present invention is to irradiate a plurality of laser beams having different wavelengths toward the path so that the absorptance with respect to the light increases.
前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近いほど、前記液滴が吸収するエネルギーが大きくなるように、
前記複数のレーザ光を前記経路に向けて照射することを特徴とするパターン形成装置。
On the path connecting the landing position of the droplet on the drawing object and the nozzle, the closer to the nozzle, the greater the energy absorbed by the droplet.
The pattern forming apparatus irradiating the plurality of laser beams toward the path.
飛行中の液滴に向けてレーザを照射して飛行中の液滴から蒸発成分を蒸発させることにより液滴を乾燥させるパターン形成装置では、液滴の蒸発成分の温度が沸点近くになる場合において液滴の乾燥が効率よく進行する。本発明のパターン形成装置によれば、吐出して間もない液滴に対し相対的に吸収率の高いレーザ光を照射するため、液滴に照射するエネルギーを吐出直後において効果的に熱エネルギーへ変換することができる。また飛行時間が経過するに従い相対的に吸収率の低いレーザ光を照射するため、液滴に対して所定の熱エネルギーを供給し続ける上では、より高い強度のレーザ光を利用することもでき、液滴の温度そのものを精度良く制御することができる。それゆえ、こうした構成によれば吐出された液滴に含まれる蒸発成分をその吐出時から短時間で沸点近くまですばやく上昇させることができる。その結果、液滴が吐出されてから着弾するまでの限られた飛行期間を蒸発成分の蒸発過程に多くを割くことができ、また飛行期間における突沸を抑えることも
できる。そのため、飛行中の液滴の乾燥効率を向上させることができる。
In a pattern forming device that dries a droplet by irradiating a laser beam onto the flying droplet and evaporating the evaporation component from the flying droplet, when the temperature of the evaporation component of the droplet is near the boiling point The drying of the droplet proceeds efficiently. According to the pattern forming apparatus of the present invention, since a laser beam having a relatively high absorptance is irradiated to a droplet that has just been ejected, the energy applied to the droplet is effectively converted to thermal energy immediately after ejection. Can be converted. Moreover, since laser light with a relatively low absorptance is irradiated as the flight time elapses, higher intensity laser light can be used to continue supplying predetermined thermal energy to the droplets, The temperature of the droplet itself can be controlled with high accuracy. Therefore, according to such a configuration, the evaporation component contained in the discharged droplet can be quickly raised to near the boiling point in a short time from the time of discharge. As a result, it is possible to devote much of the limited flight period from when the droplet is ejected to landing to the evaporation process of the evaporation component, and to suppress bumping during the flight period. Therefore, the drying efficiency of droplets during flight can be improved.
(第1実施形態)
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した第1実施形態について図1〜図8を参照して説明する。図1は液滴吐出装置の斜視構造を模式的に示した図である。図2は、導電性インクである水系銀インクの吸収率と波長との関係を示したグラフである。図3は、本実施形態の吐出ヘッドの斜視構造を示す斜視図であり、図4は同吐出ヘッドの内部断面構造を示す部分断面図である。また図5は描画対象物であるグリーンシートと吐出ヘッドとの配置の関係を示す平面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the pattern forming apparatus of the present invention is embodied as a droplet discharge device will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing a perspective structure of a droplet discharge device. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the absorptance and wavelength of aqueous silver ink, which is a conductive ink. FIG. 3 is a perspective view showing a perspective structure of the ejection head of this embodiment, and FIG. 4 is a partial sectional view showing an internal sectional structure of the ejection head. FIG. 5 is a plan view showing the arrangement relationship between the green sheet, which is a drawing object, and the ejection head.
図1に示すように、パターン形成装置としての液滴吐出装置10の基台11には、該基台11の長手方向に沿って往復移動可能なステージ12が搭載されている。本実施形態では、基台11の長手方向であって、図1における右上方向を+X方向とし、+X方向の反対方向を−X方向と言う。また、+X方向と直交する水平方向であって、図3における左上方向を+Y方向とし、+Y方向の反対方向を−Y方向と言う。また、鉛直方向上方を+Z方向とし、+Z方向の反対方向を−Z方向と言う。
As shown in FIG. 1, a
基台11に搭載されるステージ12の上面には、描画対象物としてのグリーンシートGSが描画面GSaを上側にした状態でステージ12に位置決め固定されている。ステージ12は、基台11に設けられたステージモータ(図示せず)が正転又は逆転するとき、位置決めしたグリーンシートGSを所定の速度で+Y方向又は−Y方向へ走査する。
On the upper surface of the
基台11の上側には、門型に形成されたガイド部材13が+X方向に沿って架設されており、該ガイド部材13の上側には、液状体としての導電性インクIkを供給するインクタンク14が配設されている。インクタンク14は、導電性微粒子の分散系からなる導電性インクIkを貯留し、貯留する導電性インクIkを所定の圧力の下で所定の温度調整しつつ吐出ヘッド15へ供給する。
A
パターン形成材料である導電性微粒子は、数nm〜数十nmの粒径を有する微粒子であり、例えば銀、金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。 The conductive fine particles as the pattern forming material are fine particles having a particle diameter of several nm to several tens of nm. For example, silver, gold, copper, platinum, palladium, rhodium, osmium, ruthenium, iridium, iron, tin, cobalt, A metal such as nickel, chromium, titanium, tantalum, tungsten, indium, or an alloy thereof can be used.
蒸発成分としての分散媒は、上記導電性微粒子を均一に分散させる機能を有し、かつ液滴を形成できる粘度や保湿性を有するものを利用することができる。こうした分散媒としては、例えば極性溶媒である水系成分が主成分であって、これに保湿剤等の非極性溶媒である有機系成分が添加された水溶液系を用いることができる。またテトラデカン等の非極性溶媒である有機系成分が主成分であって、これに上記保湿剤等の有機系成分が添加された有機溶剤系を用いることもできる。なお本実施形態においては、導電性粒子として銀微粒子が用いられ、分散媒として上記水溶液系が用いられた、所謂水系銀インクを導電性インクIkとして用いる例を以下に説明する。 As the dispersion medium as the evaporation component, a dispersion medium having a function of uniformly dispersing the conductive fine particles and having viscosity and moisture retention capable of forming droplets can be used. As such a dispersion medium, for example, an aqueous solution system in which an aqueous component that is a polar solvent is a main component and an organic component that is a nonpolar solvent such as a humectant is added thereto can be used. Further, an organic solvent system in which an organic component which is a nonpolar solvent such as tetradecane is a main component and an organic component such as the humectant is added thereto can be used. In the present embodiment, an example in which a so-called aqueous silver ink in which silver fine particles are used as conductive particles and the above aqueous solution system is used as a dispersion medium is used as the conductive ink Ik will be described.
図2に示されるように、本実施形態の導電性インクIkは、300nm〜700nmまでの間である可視領域において95%以上の高い吸収率を有し、700nmから長波長側の領域である近赤外・赤外領域において、相対的に低い吸収率を有する。 As shown in FIG. 2, the conductive ink Ik of this embodiment has a high absorption rate of 95% or more in the visible region between 300 nm and 700 nm, and the near wavelength region from 700 nm to the long wavelength side. It has a relatively low absorption rate in the infrared and infrared regions.
このような吸収特性を有する導電性インクIkに可視領域の光を照射する場合、その可視領域の光の殆どが導電性インクIkに吸収されて同導電性インクIkの熱エネルギーに変換されるようになる。それゆえ、こうした導電性インクIkを短時間で乾燥する要請に
対しては、すなわち導電性インクIkにおける殆どの蒸発成分を短時間で沸点近傍まで昇温させる要請に対しては、導電性インクIkに対しまず可視領域の光を照射することが効果的である。
When irradiating the conductive ink Ik having such absorption characteristics with light in the visible region, most of the light in the visible region is absorbed by the conductive ink Ik so as to be converted into thermal energy of the conductive ink Ik. become. Therefore, for such a request to dry the conductive ink Ik in a short time, that is, to a request to raise the temperature of most of the evaporation components in the conductive ink Ik to near the boiling point in a short time, the conductive ink Ik. In contrast, it is effective to irradiate light in the visible region first.
一方、このような吸収特性を有する導電性インクIkに近赤外領域や赤外領域の光を照射する場合、その近赤外領域や赤外領域の光の一部だけが導電性インクIkに吸収されて同導電性インクIkの熱エネルギーに変換されるようになる。それゆえ、こうした導電性インクIkの突沸を抑えつつ同導電性インクIkを一定の乾燥速度で乾燥し続ける要請に対しては、すなわち沸点近傍にある蒸発成分の一部に気化熱に相当するエネルギーを定常的に供給し続ける要請に対しては、その強度のばらつきに対して乾燥速度の変化が小さい近赤外領域や赤外領域の光を導電性インクIkに対し照射することが効果的である。 On the other hand, when the conductive ink Ik having such absorption characteristics is irradiated with light in the near infrared region or infrared region, only a part of the light in the near infrared region or infrared region is applied to the conductive ink Ik. It is absorbed and converted into thermal energy of the same conductive ink Ik. Therefore, in response to a request to continue to dry the conductive ink Ik at a constant drying speed while suppressing the bumping of the conductive ink Ik, that is, energy corresponding to heat of vaporization in a part of the evaporated component near the boiling point. Is effective to irradiate the conductive ink Ik with light in the near-infrared region or in the infrared region where the change in drying speed is small with respect to the variation in intensity. is there.
また、有機系成分に比べて分子間力が高くなる水系成分は、一般に有機系成分に比べてこうした気化熱が高くなる。それゆえ蒸発成分に含まれる水系成分は、その沸点近傍に到達した後であっても比較的に高い気化熱が必要とされることから、有機系成分に比べれば蒸発するまでに長い時間が必要とされる。その一方、水系成分に比べて分子間力が低い有機系成分は、一般に水系成分よりもその気化熱が低くなる。それゆえ蒸発成分に含まれる有機系成分は、その沸点近傍に到達した後において速やかに蒸発することから、水系成分に比べて短い時間で蒸発するようになる。そこで、本実施形態の導電性インクIkのように水系成分が主成分である場合にあっては、特に上述する可視領域の光により水系成分を先行して昇温することにより、導電性インクIkそのものの乾燥速度を加速させることも可能となる。また、近赤外領域や赤外領域の光により添加剤である有機系成分が後続して昇温することから、導電性インクIkの全体にわたり乾燥を促進させることも可能となる。 In addition, an aqueous component having an intermolecular force higher than that of an organic component generally has a higher heat of vaporization than an organic component. Therefore, the aqueous component contained in the evaporation component requires a relatively high heat of vaporization even after reaching the vicinity of its boiling point, so it takes a longer time to evaporate than the organic component. It is said. On the other hand, an organic component having a lower intermolecular force than an aqueous component generally has a lower heat of vaporization than an aqueous component. Therefore, the organic component contained in the evaporating component evaporates quickly after reaching the vicinity of the boiling point, and thus evaporates in a shorter time than the aqueous component. Therefore, in the case where the water-based component is a main component as in the conductive ink Ik of the present embodiment, the conductive ink Ik is heated in advance by heating the water-based component in advance with the above-described light in the visible region. It is also possible to accelerate the drying speed of itself. Further, since the organic component as the additive is subsequently heated by light in the near infrared region or infrared region, drying can be promoted over the entire conductive ink Ik.
ガイド部材13には、+X方向及び−X方向に移動可能なキャリッジ16が搭載されており、該キャリッジ16には吐出ヘッド15が搭載されている。キャリッジ16は、ガイド部材13に設けられたキャリッジモータ(図示せず)が正転又は逆転するとき、吐出ヘッド15を+X方向又は−X方向へ走査する。
A
図3に示されるように、吐出ヘッド15は、キャリッジ16に位置決め固定されて+X方向に延びるヘッド基板17と、ヘッド基板17に支持されるヘッド本体20とを有する。ヘッド基板17は、−X方向の端部に接続端子17aを有しており、外部からの各種制御信号がこの接続端子17aからヘッド本体20へ入力されて、またヘッド本体20からの各種検出信号がこの接続端子17aから外部へ出力される。
As shown in FIG. 3, the
ヘッド本体20の底部には、グリーンシートGSと対向するように配置されるノズルプレート21が貼り付けられている。ノズルプレート21は、ヘッド本体20がグリーンシートGSの直上に配置されるとき、その底面(以下単に、ノズル形成面21aと言う)と描画面GSaとが略平行になる態様で構成されており、これらノズル形成面21aと描画面GSaとによって挟まれた空間である液滴Dの飛行空間を形成する。またノズルプレート21は、ヘッド本体20がグリーンシートGSの直上に配置されるとき、ノズル形成面21aと描画面GSaとの間の距離であるプラテンギャップPGを所定の距離(図4参照、本実施形態では1000μm)に維持する。ノズルプレート21のノズル形成面21aには、ノズルプレート21をZ方向に貫通する複数個のノズルNがX方向に沿ってノズルピッチDxにて等間隔に配列されている。
A
図4に示されるように、ヘッド本体20は、各ノズルNの上側にそれぞれ貯留室としてのキャビティ22と、振動板23と、圧力発生素子としての圧電素子PZを有する。各キャビティ22は、供給チューブ20Tを介して共通するインクタンク14に接続されてお
り、これによりインクタンク14からの導電性インクIkを収容して、該導電性インクIkを各ノズルNに供給する。振動板23は、各キャビティ22に対向する領域がZ方向に振動することにより、該キャビティ22の容積を拡大及び縮小させて圧力変動を発生させ、これに伴ってノズルNのメニスカスを振動させる。各圧電素子PZには、その収縮量や収縮速度、伸張量や伸張速度を規定した電圧波形である駆動電圧COM(図10参照)が入力されるようになっており、こうした駆動電圧COMが圧電素子PZに入力されるたびに、該圧電素子PZがZ方向に収縮して伸張し、これにより振動板23がZ方向に振動する。
As shown in FIG. 4, the
こうした構成からなる吐出ヘッド15では、各圧電素子PZがZ方向に収縮及び伸張するときに、各キャビティ22に収容される導電性インクIkの一部が上記駆動電圧COMに応じたサイズや速度を有する液滴DとしてノズルNから吐出される。ノズルNから吐出される液滴Dは、上述する飛行空間を飛行してグリーンシートGSの描画面GSaに着弾する。なおこの際、ノズルNから吐出された液滴Dは、該液滴Dに加わる外力の合力がZ方向にのみ作用することによってノズルNからZ方向に沿って飛行することが確実に可能となり、該ノズルNを含んでZ方向に延びる仮想線である目標経路TLの上を飛行するようになる。一方、ノズルNから吐出された液滴Dは、該液滴Dに加わる外力の合力がZ方向と交差する方向に大きく作用する場合にあっては、該合力の作用に従って上記目標経路TLから外れた経路を飛行して、着弾位置の精度を損なう要因である所謂飛行曲がりを来たしてしまう。
In the
図5の二点鎖線で示されるように、グリーンシートGSの描画面GSaは二次元の矩形格子であるドットパターン格子DLによって仮想分割されている。ドットパターン格子DLは、+X方向の格子間隔と+Y方向の格子間隔とが、それぞれ所定の間隔で設定される仮想格子である。例えば、ドットパターン格子DLの+X方向の格子間隔は、ノズルピッチDxで規定されており、ドットパターン格子DLの+Y方向の格子間隔は、液滴Dの吐出周期とステージ12の走査速度との積から算出される吐出ピッチDyで規定されている。こうしたドットパターン格子DLが上記ステージ12により走査されるとき、上述する吐出ヘッド15は、ドットパターン格子DLの各格子点Tが目標経路TL(ノズル配列方向)を横切るかたちで配置されて、各ノズルNから描画面GSaに向けて液滴Dを吐出するか否かの選択が上記格子点Tごとに設定されるようになる。そしてノズルNと目標位置である格子点Tとを結ぶ仮想線により液滴Dの飛行経路が形成される。なお、図5では、ドットパターン格子DLの各格子点Tを説明する便宜上、ドットパターン格子DLの格子間隔及び吐出ヘッド15のノズルピッチDxを十分拡大して示している。
As indicated by a two-dot chain line in FIG. 5, the drawing surface GSa of the green sheet GS is virtually divided by a dot pattern lattice DL which is a two-dimensional rectangular lattice. The dot pattern lattice DL is a virtual lattice in which the lattice interval in the + X direction and the lattice interval in the + Y direction are set at predetermined intervals. For example, the + X-direction grid spacing of the dot pattern grid DL is defined by the nozzle pitch Dx, and the + Y-direction grid spacing of the dot pattern grid DL is the product of the droplet D ejection period and the scanning speed of the
ノズルNから吐出された液滴Dから所望量の蒸発成分を効果的に蒸発させるためには、まずは室温下にある液滴Dの温度を、その液状体が沸騰しない範囲のなかで最も高い温度である目標温度付近まで昇温せしめるための熱量、例えば室温下にある液滴Dを蒸発成分の沸点まで昇温せしめるための熱量である第1熱量q1が必要となる。次いで上記第1熱量q1により昇温された液滴Dの突沸を防ぐべく、その沸騰しない状態を保ちながら該液滴Dの蒸発成分を円滑に気体へ相転移させるための潜熱(気化熱)である第2熱量q2が必要となる。すなわち、液滴Dから所望量の蒸発成分を蒸発させるためには、これら第1熱量q1と第2熱量q2との加算値である総熱量q(=q1+q2)が必要となる。そして上述するように、上記所望量の蒸発成分を目標温度へ短時間で昇温する場合にあっては、上記第1熱量q1に相当する可視領域の光を液滴Dに対し照射する方法が効果的である。また液滴Dの突沸を抑えつつ、所望量の蒸発成分を制約された時間内で蒸発させる場合にあっては、上記第2熱量q2に相当する近赤外領域あるいは赤外領域の光を液滴Dに対し照射する方法が効果的である。 In order to effectively evaporate a desired amount of the evaporated component from the droplet D ejected from the nozzle N, first, the temperature of the droplet D at room temperature is set to the highest temperature within the range where the liquid does not boil. For example, a first heat quantity q1 that is a heat quantity for raising the temperature of the droplet D at room temperature to the boiling point of the evaporation component is required. Next, in order to prevent bumping of the droplet D heated by the first heat quantity q1, the latent heat (vaporization heat) is used to smoothly transition the vaporized component of the droplet D to a gas while maintaining its non-boiling state. A certain second heat quantity q2 is required. That is, in order to evaporate a desired amount of evaporation component from the droplet D, a total heat amount q (= q1 + q2) that is an added value of the first heat amount q1 and the second heat amount q2 is required. As described above, when the desired amount of evaporation component is raised to the target temperature in a short time, a method of irradiating the droplet D with light in the visible region corresponding to the first amount of heat q1 is available. It is effective. In the case where a desired amount of evaporation component is evaporated within a limited time while suppressing the bumping of the droplet D, light in the near infrared region or infrared region corresponding to the second heat quantity q2 is liquid. A method of irradiating the droplet D is effective.
なおこうした熱量は、導電性インクIkの性状と、圧電素子PZに印加される駆動電圧
COMと、液滴Dの容積とを用いた演算により推定することができ、また各種実験等に基づく直接測定よって決定することもできる。例えば上述する演算により上記第1熱量q1及び第2熱量q2を推定する場合には、導電性インクIkの性状から得られる蒸発成分及び導電性微粒子のモル分率と、蒸発成分及び導電性微粒子の比熱容量と、駆動電圧に基づいて得られる液滴Dの重量Wと、吐出時における液滴Dの温度とに基づいて行うことができる。また上述するような微小な液滴Dから蒸発した蒸発成分のなかには、液滴Dの表面から十分に離間した遠方へと拡散するものと、目標経路TLに残留して該経路上における蒸発成分の分圧を高くするものとがある。そのため、各温度における液滴の蒸発量は、目標経路TLに残留する蒸発成分の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路TLにおける蒸発成分の濃度が高くなるほど低くなる。そこで、液滴表面における蒸発成分の密度やその拡散などに基づく蒸発成分の物質移動流束を用いた液滴の物質収支に関わる微分方程式や、液滴の気化熱を考慮した液滴の熱収支に関わる微分方程式、さらには液滴に対する空気抵抗を考慮した液滴の運動方程式などを解くことにより上記第1熱量q1及び第2熱量q2を推定することもできる。また上述する実験により上記第1熱量q1及び第2熱量q2決定する場合には、飛行中の液滴Dをハイスピードカメラで撮像しながら該液滴Dに対して異なる熱量の光を照射して、該液滴Dが沸騰しない状態を維持できる最も高い熱量を直接測定することにより第1熱量q1及び第2熱量q2を得ることもできる。
The amount of heat can be estimated by calculation using the properties of the conductive ink Ik, the drive voltage COM applied to the piezoelectric element PZ, and the volume of the droplet D, and can be directly measured based on various experiments. Therefore, it can also be determined. For example, when the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 are estimated by the above-described calculation, the molar fraction of the evaporated component and the conductive fine particles obtained from the properties of the conductive ink Ik, and the evaporation component and the conductive fine particle This can be performed based on the specific heat capacity, the weight W of the droplet D obtained based on the driving voltage, and the temperature of the droplet D at the time of ejection. Among the evaporation components evaporated from the minute droplets D as described above, those that diffuse to a distance far enough from the surface of the droplet D and those that remain on the target path TL and remain on the path. Some increase the partial pressure. For this reason, the evaporation amount of the droplets at each temperature increases as the concentration of the evaporation component remaining in the target path TL decreases, and conversely decreases as the concentration of the evaporation component in the target path TL increases. Therefore, the differential equation related to the mass balance of the droplet using the mass transfer flux of the evaporated component based on the density of the evaporated component on the droplet surface and its diffusion, etc., and the heat balance of the droplet considering the heat of vaporization of the droplet The first calorie q1 and the second calorie q2 can also be estimated by solving the differential equation relating to the above, and the equation of motion of the droplet considering the air resistance to the droplet. Further, when the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 are determined by the above-described experiment, light of a different heat quantity is irradiated to the droplet D while imaging the droplet D in flight with a high-speed camera. The first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 can also be obtained by directly measuring the highest heat quantity that can maintain the state in which the droplet D does not boil.
次に、上記飛行中の液滴Dにレーザ光を照射して該液滴Dを乾燥させる光学系について図6を参照して説明する。図6は、上記液滴吐出装置10に搭載されるレーザ照射部31の光学的構成を模式的に示した図であり、図7は各液滴Dに対するレーザ光の照射角度を模式的に示した図である。また、図8は、目標経路TL上において液滴Dに照射されるレーザ光の吸収率を模式的に示した図である。
Next, an optical system for irradiating the droplet D in flight with laser light to dry the droplet D will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing an optical configuration of the
図6に示されるように、レーザ照射部31はレーザ出射部32を備えている。レーザ出射部32には、波長の異なるレーザ光を出射する2つのレーザ光源32A,32Bが配設されている。レーザ光源32Aは、液滴に対して相対的に吸収率の高い波長λ1であり断面強度分布がガウシアン分布である第1基本レーザ光Le1を出射する装置である。一方、レーザ光源32Bは、液滴に対して相対的に吸収率の低い波長λ2であり断面強度分布がガウシアン分布である第2基本レーザ光Le2を出射する装置である。なお、図6では上記レーザ光源32Aから出射される高吸収率のレーザ光を実線で示し、上記レーザ光源32Bから出射される低吸収率のレーザ光を破線で示している。
As shown in FIG. 6, the
レーザ光源32Aは、所謂固体レーザであって、YAG(Yttrium Aluminium Garnet)レーザ発振器と高調波ユニットとを備えている。YAGレーザ発振器は、ネオジムイオン(Nd3+)が添加されたイットリウムアルミニウムガーネット(Y3Al5O12)結晶を備え、近赤外光であるYAGレーザ光の基本波(波長:1064nm)を生成する。高調波ユニットには、非線形光学結晶が配設され、上記YAGレーザ発振器にて生成されたYAGレーザ光の基本波を上記非線形光学結晶に通過させることで可視光であるYAGレーザ光の第2高調波(SHG:Second harmonic generation、波長:532nm)に変換する。こうした構成からなるレーザ光源32Aは、上記導電性インクIkに対する吸収率が相対的に高い可視領域の波長λ1=532nm(図2参照)である第1基本レーザ光Le1をコリメートレンズ33Aに入射させる。コリメートレンズ33Aは、その出射面側に所定の曲率を有する平凸レンズであって、レーザ光源32Aから出射された第1基本レーザ光Le1の光束を光軸に対して平行な平行光に変換してハーフミラー34Aに入射させる。ハーフミラー34Aは、コリメートレンズ33Aから出射された第1基本レーザ光Le1をエネルギーが等しい一対のレーザ光である高吸収率レーザ光Lhaと高吸収率レーザ光Lhbとに分割する。高吸収率レーザ光Lhaと高吸収率レーザ光Lhbとは、それぞれ反射ミラー35,36と反射ミラー37とに反射されて第1レーザ成形部45aと第2レーザ成形部45bとに入
射する。
The
レーザ光源32Bは、レーザ光源32Aと同じく固体レーザであって、YAGレーザ発振器を備えている。レーザ光源32Bは、上記導電性インクIkに対する吸収率が相対的に低い波長λ2=1064nm(図2参照)である第2基本レーザ光Le2をコリメートレンズ33Bに入射させる。コリメートレンズ33Bは、レーザ光源32Bから出射された第2基本レーザ光Le2の光束を光軸に対して平行な平行光に変換してハーフミラー34Bに入射させる。ハーフミラー34Bは、コリメートレンズ33Bから出射された第2基本レーザ光Le2をエネルギーが等しい一対のレーザ光である低吸収率レーザ光Llaと低吸収率レーザ光Llbとに分割する。低吸収率レーザ光Llaと低吸収率レーザ光Llbは、それぞれ反射ミラー38,39,40と反射ミラー41,42とにより反射されて第1レーザ成形部45aと第2レーザ成形部45bとに入射する。
The
第1レーザ成形部45aは、高吸収率レーザ光Lhaの光路上に配設されたシリンドリカルレンズ46aと、低吸収率レーザ光Llaの光路上に配設されたシリンドリカルレンズ47aと、コールドミラー48aと、DOE(Diffractive Optical Elemennt:回折光学素子)49aとを備えている。第2レーザ成形部45bは、高吸収率レーザ光Lhbの光路上に配設されたシリンドリカルレンズ46bと、低吸収率レーザ光Llbの光路上に配設されたシリンドリカルレンズ47bと、コールドミラー48bと、DOE49bとを備えている。
The first
シリンドリカルレンズ46a、46bは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ33Aによって平行光に変換された各高吸収率レーザ光Lha,Lhbの断面を上記ノズル形成面21aに沿って延びる矩形状に変換する。シリンドリカルレンズ46a、46bは、それぞれ対応する反射ミラーからの各高吸収率レーザ光Lha,LhbのZ方向成分を変換して、各高吸収率レーザ光Lha,LhbのZ方向におけるビーム長がノズル形成面21aから昇温距離L1となるように断面を成形する。すなわち、シリンドリカルレンズ46a,46bは、図8に示すように目標経路TL上においてノズル形成面21aから昇温距離L1だけ離れた基準位置DPを基準にノズルN側の領域である昇温領域A1に、液滴Dに対して高吸収率である波長λ1の各高吸収率レーザ光Lha,Lhbが照射されるように同各レーザ光を成形する。各高吸収率レーザ光Lha,Lhbは、シリンドリカルレンズ46a,46bにてその断面形状が変換されるとそれぞれコールドミラー48a,48bに入射する。
The
シリンドリカルレンズ47a、47bは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ33Bによって平行光に変換された各低吸収率レーザ光Lla,Llbの断面を上記描画面GSaに沿って延びる矩形状に変換する。シリンドリカルレンズ47a、47bは、それぞれ対応する反射ミラーからの低吸収率レーザ光Lla,LlbのZ方向成分を変換して、各低吸収率レーザ光Lla,LlbのZ方向におけるビーム長を描画面GSaから上記基準位置DPまでの距離である蒸発距離L2(L2=PG−L1)となるように断面を成形する。すなわち、シリンドリカルレンズ47a,47bは、図8に示すように目標経路TL上において基準位置DPを基準にして描画面GSa側の領域である蒸発領域A2に、液滴Dに対して低吸収率である波長λ2の各低吸収率レーザ光Lla,Llbが照射されるように同各レーザ光を成形する。低吸収率レーザ光Lla,Llbは、シリンドリカルレンズ47a,47bにてその断面形状が変換されるとそれぞれコールドミラー48a,48bに入射する。
The
コールドミラー48a,48bは、可視光を反射し赤外線を透過する光学的素子である。すなわち、コールドミラー48a,48bは、その波長が532nmの可視光である高吸収率レーザ光Lha,Lhbを反射するとともに、その波長が波長1064nmの近赤
外線である低吸収率レーザ光Lla,Llbを透過する。コールドミラー48a,48bは、これらの反射光及び透過光の進行方向が等しくなるように配置される。こうした光学的構成により、ノズル形成面21aから基準位置DPまでの昇温領域A1を照射する高吸収率のレーザ光と、上記基準位置DPから描画面GSaまでの蒸発領域A2を照射する低吸収率のレーザ光とからなる合成レーザ光Le3a,Le3bがそれぞれ形成される。
The cold mirrors 48a and 48b are optical elements that reflect visible light and transmit infrared rays. That is, the cold mirrors 48a and 48b reflect the high absorptivity laser beams Lha and Lhb whose visible wavelengths are 532 nm and the low absorptance laser beams Lla and Llb whose wavelengths are near infrared rays of 1064 nm. To Penetrate. The cold mirrors 48a and 48b are arranged so that the traveling directions of these reflected light and transmitted light are equal. With such an optical configuration, a high absorption rate laser beam that irradiates the temperature rising region A1 from the
DOE49a、49bは、それぞれコールドミラー48a、48bにより形成された合成レーザ光Le3a,Le3bを構成している各レーザ光の断面強度分布を変更する光学的素子であり、上記高吸収率レーザ光Lha,Lhbの強度分布を成形する高吸収用の部分と上記低吸収率レーザ光Lla,Llbの強度分布を成形する低吸収の部分とから構成されている。このDOE49a、49bは、各レーザ光の目標経路TLにおける強度分布をガウシアン分布から平坦であるトップハット型の断面強度分布(以後、トップハット型分布という。)に変換して上記飛行空間へと照射する。なお、上述するトップハット型分布である平坦な強度分布とは、その最大強度と平均強度との差分、ならびに最小強度と平均強度との差分がそれぞれ平均強度に対して±5%以内である分布である。こうした平坦性は描画パターンの設計ルールである液滴Dの着弾位置の精度や着弾径の精度などに応じて適宜選択することもできる。
The
DOE49a、49bは、全てのノズルNから吐出される液滴Dに対して上記合成レーザ光Le3a,Le3bを照射すべく、ノズルNの配列方向(図6に示す一点鎖線方向)に対して所定の傾斜角θ(θ:0°<θ≦90°)だけ水平方向に傾斜させた方向から照射している。この傾斜角θは、図7に示されるように、例えば液滴Dの直径を2rとしたときにsinθ≧2r/Dxを満足する範囲で選択される。こうした条件を満足する傾斜角θであれば、同じタイミングで吐出された各ノズルNからの液滴Dに対して合成レーザ光Le3a,Le3bを照射する場合であれ、相対的にDOEに近い側の液滴Dが相対的にDOEから遠い側の液滴Dに対して合成レーザ光Le3a,Le3bを遮ることがない。それゆえ吐出ヘッド15から同時に吐出された全ての液滴Dに対して合成レーザ光Le3a,Le3bを均等に照射することができる。しかも、sinθ=2r/Dxを満足する傾斜角θであった場合には、隣接するノズルNから吐出された液滴Dとのレーザ光の照射方向における隙間がなくなることから、液滴Dに照射されることなく飛行空間を通過してしまうレーザ光を最小限に抑えることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。また、sinθ>2r/Dxを満足するレーザ光であっても、DOE49a、49bによって各ノズルNから吐出された液滴Dの飛行経路のそれぞれに対応するようにレーザ光を分割することにより、飛行空間を通過してしまうレーザ光を最小限に抑えることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。
The
こうした一対の合成レーザ光Le3a,Le3bの照射態様に従って、合成レーザ光Le3aから受けるエネルギーと合成レーザ光Le3bから受けるエネルギーとの総和に相当するエネルギー(総エネルギーE)が液滴Dに与えられる。本実施形態では、この総エネルギーEが上述した総熱量qとが等しくなる態様で構成されている。レーザ照射部31は、昇温領域A1にて液滴Dが受けるエネルギーE1が上記第1熱量q1に相当し、蒸発領域A2にて液滴Dが受けるエネルギーE2が上記第2熱量q2に相当するように構成されている。
Energy (total energy E) corresponding to the sum of the energy received from the combined laser beam Le3a and the energy received from the combined laser beam Le3b is given to the droplet D in accordance with the irradiation mode of the pair of combined laser beams Le3a and Le3b. In the present embodiment, the total energy E is configured to be equal to the total heat quantity q described above. In the
ここで、昇温領域A1と蒸発領域A2とを区画するための基準位置DPは、例えば以下のようにして設定することができる。まず、昇温領域A1の目標経路TL上における昇温強度P1及び範囲を設定するために、プラテンギャップPGと液滴Dの初速v0とに基づいて、液滴Dが吐出されてから着弾するまでの総飛行期間t(=PG/v0)が得られる。次いで予め定められた描画パターンの設計ルールの要請に従う上記目標温度が蒸発成分の主成分である水系成分の沸点であるとすると、目標経路TL上における昇温領域A1の
範囲が、初速v0と第1飛行期間t1とに基づいて、ノズル形成面21aから昇温距離L1(=v0×t1)までの範囲に設定される。またこの昇温距離L1と液滴の直径2rとを用いることにより、昇温領域A1における液滴Dの受光断面積がL1×2rとして得られる。そして昇温領域A1における昇温強度P1は、上述する第1熱量q1に相当するエネルギーE1を上記受光断面積で受けるべく、波長λ1に対応する吸収係数α1と、上記第1飛行期間t1と、上記昇温距離L1と液滴Dの直径2rと、から式(1)に基づいて設定される。
Here, the reference position DP for partitioning the temperature raising area A1 and the evaporation area A2 can be set as follows, for example. First, in order to set the heating intensity P1 and range on the target course TL of the heated region A1, based on the initial velocity v 0 of the platen gap PG and the droplet D, lands from being ejected droplet D The total flight period t (= PG / v 0 ) is obtained. Next, assuming that the target temperature in accordance with a predetermined drawing pattern design rule request is the boiling point of the aqueous component that is the main component of the evaporation component, the range of the temperature increase region A1 on the target path TL is the initial speed v 0 . Based on the first flight period t1, a range from the
P1×α1=E1/((L1×2r)×t1)…(1)
なお、この昇温強度P1が過剰に高くなる場合にあっては、レーザ光の光圧が液滴Dに対して過剰に作用して、液滴Dが目標経路TLから外れる現象、所謂飛行曲がりを発生する場合がある。また第1飛行期間t1が過剰に短い場合や液滴Dのサイズが過剰に大きくなる場合にあっては、液滴Dの表面付近で吸収したレーザ光のエネルギーが液滴Dの中心部へと十分拡散し得ない場合がある。そこで、予め実施する各種実験や計算機シミュレーション等により、上述する飛行曲がりや不十分な熱拡散を来たす強度範囲に関わるデータを適正強度データとして取得し、上記算出結果である昇温強度P1が前記適正強度データの範囲内である否かを判断する態様であってもよい。そして昇温強度P1が上記データの範囲外である場合には、設計ルールの見直しを図り、第1飛行期間t1を変更することにより、昇温強度P1が適正な範囲内に収まるようにする態様であってもよい。
P1 × α1 = E1 / ((L1 × 2r) × t1) (1)
When the temperature rise intensity P1 becomes excessively high, the light pressure of the laser light acts excessively on the droplet D, and the phenomenon that the droplet D deviates from the target path TL, so-called flight bending. May occur. In addition, when the first flight period t1 is excessively short or the size of the droplet D is excessively large, the energy of the laser beam absorbed near the surface of the droplet D is transferred to the center of the droplet D. It may not be able to diffuse sufficiently. Therefore, through various experiments and computer simulations carried out in advance, the data related to the above-mentioned flight bending and the intensity range causing inadequate thermal diffusion are acquired as appropriate intensity data, and the temperature rise intensity P1 as the above calculation result is the appropriate It may be a mode for determining whether or not it is within the range of the intensity data. When the temperature rise intensity P1 is out of the above data range, the design rule is reviewed and the first flight period t1 is changed so that the temperature rise intensity P1 falls within an appropriate range. It may be.
このようにして昇温領域A1の昇温強度P1及びその範囲が設定されると、次いで蒸発領域A2の目標経路TL上における範囲及び蒸発強度P2が設定される。詳述すると、蒸発領域A2の目標経路TL上における範囲は、上記昇温領域A1の範囲が設定されることにより、描画面GSaから蒸発距離L2(=PG−L1)の範囲に設定される。蒸発領域A2における液滴Dの飛行期間である第2飛行期間t2(t2=t−t1)は、総飛行期間tと上記第1飛行期間t1と基づいて設定される。またこの蒸発距離L2と液滴の直径2rとを用いることにより、昇温領域A1における液滴Dの受光断面積がL1×2rとして得られる。蒸発領域A2における蒸発強度P2は、上述する第2熱量q2に相当するエネルギーE2を上記受光断面積で受けるべく、波長λ2に対応する吸収係数α2(<α1)と、上記第2飛行期間t2と、上記蒸発距離L2と、液滴Dの直径2rとから式(2)に基づいて設定される。
When the temperature increase intensity P1 and the range of the temperature increase area A1 are set in this way, the range and the evaporation intensity P2 of the evaporation area A2 on the target path TL are then set. More specifically, the range of the evaporation region A2 on the target path TL is set to the evaporation distance L2 (= PG−L1) from the drawing surface GSa by setting the range of the temperature increase region A1. The second flight period t2 (t2 = t−t1), which is the flight period of the droplet D in the evaporation region A2, is set based on the total flight period t and the first flight period t1. Further, by using the evaporation distance L2 and the
P2×α2=E2/((L2×2r)×t2)…(2)
ここで、飛行中の液滴Dから蒸発成分が蒸発する際には、蒸発にともなう運動力に抗した反力が該液滴Dに対して作用する。そのため、蒸発率の高い方から低い方に沿った方向に上記反力が作用し、液滴Dの吐出方向を軸にして蒸発率が対称でない場合にあっては、その運動力に抗した反力によって液滴Dの飛行曲がりが誘発されて着弾位置の位置ずれが発生する。そこで、上述のように設定される昇温強度P1及び蒸発強度P2を合成レーザ光Le3a,Le3bを構成する各レーザ光にそれぞれ等分させることにより、液滴Dの蒸発率が吐出方向を軸にして対称にする。こうすることで蒸発成分の蒸発にともなう運動力に抗した反力が打ち消しあうことから、液滴Dの飛行曲がりが生じ難くなり、着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。
P2 × α2 = E2 / ((L2 × 2r) × t2) (2)
Here, when the evaporation component evaporates from the droplet D in flight, a reaction force against the kinetic force accompanying the evaporation acts on the droplet D. Therefore, if the reaction force acts in the direction from the higher evaporation rate to the lower evaporation rate and the evaporation rate is not symmetrical about the discharge direction of the droplet D, the reaction force against the kinetic force is applied. The flying bending of the droplet D is induced by the force, and the landing position is displaced. Therefore, the temperature rise intensity P1 and the evaporation intensity P2 set as described above are equally divided into the respective laser beams constituting the combined laser beams Le3a and Le3b, so that the evaporation rate of the droplets D takes the ejection direction as an axis. To make it symmetrical. By doing so, the reaction force against the kinetic force accompanying the evaporation of the evaporation component cancels out, so that the flying curvature of the droplet D is less likely to occur, and the displacement of the landing position can be suppressed.
上述するように設定された昇温領域A1を飛行する液滴Dにおいては、相対的に吸収率の高い波長λ1のレーザ光が照射されることにより、その温度が例えば蒸発成分の沸点まですばやく昇温させることになる。それゆえ、液滴Dの飛行期間においては、このような昇温領域A1がノズルNの近くに形成されるために、液滴Dが沸点近傍にある期間を長くすることができる。しかも、蒸発成分の中で相対的に気化熱が高くなる成分である水系成分が先行して優先的に昇温されることから、液滴Dそのものの乾燥速度を効果的に加速させることもできる。なお上述のような微小な液滴Dにレーザ光が照射されると、昇温領域
A1においてレーザ光のエネルギーが液滴Dの表面付近で吸収される場合であれ、その吸収したエネルギーにより液滴表面が昇温し、該表面付近の熱が液滴Dの中心部へと拡散することにより、結果的には液滴D全体の温度が上昇するようになる。
The droplet D flying in the temperature rising region A1 set as described above is irradiated with laser light having a wavelength λ1 having a relatively high absorption rate, so that the temperature quickly rises to, for example, the boiling point of the evaporation component. It will be warmed. Therefore, in the flight period of the droplet D, such a temperature increase region A1 is formed near the nozzle N, so that the period in which the droplet D is near the boiling point can be lengthened. In addition, since the water-based component, which is a component having a relatively high heat of vaporization among the vaporized components, is preferentially heated in advance, the drying speed of the droplet D itself can be effectively accelerated. . When the laser beam is irradiated to the minute droplet D as described above, even if the energy of the laser beam is absorbed near the surface of the droplet D in the temperature rising region A1, the droplet is absorbed by the absorbed energy. The temperature of the surface rises, and the heat near the surface diffuses to the center of the droplet D. As a result, the temperature of the entire droplet D increases.
また蒸発領域A2の液滴Dにおいては、液滴Dの温度が沸騰しない状態を維持できる程度の高い温度、例えば蒸発成分の沸点で維持されることから、表面付近で吸収されたレーザ光のエネルギーが蒸発成分を気化させるためのエネルギーに逐次変換されて、該レーザ光によって供給されるエネルギーに応じた蒸発量の蒸発成分が液滴Dの表面から蒸発するようになる。また、蒸発領域A2においては、相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光が照射されることから、液滴Dに対して過度なエネルギーが供給されることを抑制しつつ蒸発成分を蒸発させることができる。さらに、蒸発領域A2においては、低吸収率のレーザ光であるがゆえに液滴Dの内部までレーザ光が浸透して該レーザ光からのエネルギーを液滴D全体で吸収することができ、高吸収率のレーザ光を照射した場合のような、液滴Dの表面付近における突沸や液滴Dの表面に析出した導電性微粒子からなるスキン層が形成されることを抑制することができる。ここで、蒸発成分の蒸発にともなって液滴が小さくなった場合には、レーザ光の影響を受けやすくなることで飛行曲がりを起こしやすくなる。しかし、蒸発領域A2においては、蒸発領域A2では相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光を照射することにより、液滴Dが小さくなった場合であってもレーザ光の影響を受けにくくなり、飛行曲がりを抑制することもできる。これらの結果、液滴Dの突沸を抑えつつ安定した蒸発状態を維持することができ、こうした沸点近傍にある期間が長くできる分だけ、液滴Dの乾燥効率を向上させることができる。 In addition, the droplet D in the evaporation region A2 is maintained at a temperature high enough to maintain the temperature of the droplet D without boiling, for example, the boiling point of the evaporation component, so that the energy of the laser beam absorbed near the surface Are sequentially converted into energy for vaporizing the evaporation component, and an evaporation component having an evaporation amount corresponding to the energy supplied by the laser beam evaporates from the surface of the droplet D. Further, in the evaporation region A2, since the laser beam having the wavelength λ2 having a relatively low absorption rate is irradiated, the evaporation component is evaporated while suppressing supply of excessive energy to the droplet D. be able to. Further, in the evaporation region A2, since the laser beam has a low absorption rate, the laser beam penetrates into the inside of the droplet D, and the energy from the laser beam can be absorbed by the entire droplet D, so that the absorption is high. It is possible to suppress bump formation near the surface of the droplet D and the formation of a skin layer made of conductive fine particles deposited on the surface of the droplet D, as in the case of irradiation with a laser beam with a rate of about 100%. Here, when the droplet becomes smaller as the evaporation component evaporates, it becomes more susceptible to the influence of the laser beam, and thus flight bending is likely to occur. However, in the evaporation region A2, by irradiating the evaporation region A2 with a laser beam having a wavelength λ2 having a relatively low absorptance, even when the droplet D becomes smaller, the evaporation region A2 is less affected by the laser beam. Also, flight bends can be suppressed. As a result, a stable evaporation state can be maintained while suppressing bumping of the droplet D, and the drying efficiency of the droplet D can be improved by the amount that the period in the vicinity of the boiling point can be lengthened.
加えて、上述した合成レーザ光Le3a,Le3bの照射態様によれば、目標経路TLの基準位置DPを基準にして、昇温領域A1を飛行中の液滴Dには波長λ1のレーザ光が照射されて、蒸発領域A2を飛行中の液滴Dには波長λ2のレーザ光が照射される。すなわち、各レーザ光を照射している間では、いかなる吐出周期で液滴Dを吐出している場合であっても各波長のレーザ光が確実に液滴Dに照射される。それゆえ液滴Dの吐出周期に関わる時間的な制約が緩和されることから、液滴Dの吐出周期に関わる自由度を向上させることもできる。また各波長のレーザ光を目標経路TLに向けて同じタイミングで照射したり、同目標経路TLに照射し続けたりする態様を利用することもができることから、各レーザ光の照射タイミングに関わる自由度を拡張させることもできる。 In addition, according to the irradiation mode of the synthetic laser beams Le3a and Le3b described above, the laser beam having the wavelength λ1 is irradiated to the droplet D that is flying in the temperature rising region A1 with reference to the reference position DP of the target path TL. Then, the laser beam having the wavelength λ2 is irradiated to the droplet D that is flying in the evaporation region A2. That is, during irradiation of each laser beam, the laser beam having each wavelength is reliably irradiated to the droplet D even when the droplet D is ejected at any ejection cycle. Therefore, the time restriction related to the discharge period of the droplet D is eased, and the degree of freedom related to the discharge period of the droplet D can be improved. In addition, since it is possible to use a mode in which the laser light of each wavelength is irradiated toward the target path TL at the same timing, or can continue to be irradiated to the target path TL, the degree of freedom related to the irradiation timing of each laser light Can be extended.
一方、こうした液滴Dにおける単位時間あたりの最大の蒸発量は、当然ながら液滴Dの温度が高温であるほど高くなる。またこれに加えて、目標経路TLに残留する蒸発成分の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路TLにおける蒸発成分の濃度が高くなるほど低くなる。そのため先行する液滴Dから蒸発した蒸発成分が十分に拡散せずに目標経路TLに多く残留している場合にあっては、後続する液滴Dが先行する液滴Dと同じエネルギーのレーザ光を受けたとしてもその蒸発量が減少してしまい、この減少分の気化熱に変換されるべきエネルギーが後続する液滴Dに蓄積されることにより該液滴Dの突沸が誘発される場合がある。本実施形態においては、蒸発成分の拡散に関わる種々の計算機シミュレーションや実験を行うことにより、液滴Dから蒸発した蒸発成分が目標経路TLから十分に拡散する期間を取得し、該期間(例えば、1ミリ秒)を吐出間隔として採用する、すなわち吐出周期を1kHzに設定している。こうした構成によれば、目標経路TLにおける蒸発成分の濃度が液滴Dの吐出ごとに同じ状態になるために、先行する液滴Dから蒸発した蒸発成分による後続する液滴Dの乾燥効率の低下を回避することもできる。 On the other hand, the maximum amount of evaporation per unit time in the droplet D naturally increases as the temperature of the droplet D increases. In addition to this, the lower the concentration of the evaporation component remaining in the target path TL, the higher the concentration, and the lower the concentration of the evaporation component in the target path TL, the lower the concentration. Therefore, when the evaporated component evaporated from the preceding droplet D is not sufficiently diffused and remains in the target path TL, the laser beam having the same energy as that of the preceding droplet D is applied to the subsequent droplet D. However, the amount of evaporation decreases, and the energy that should be converted into the heat of vaporization is accumulated in the subsequent droplet D, which may induce bumping of the droplet D. is there. In the present embodiment, by performing various computer simulations and experiments related to the diffusion of the evaporation component, a period during which the evaporation component evaporated from the droplet D is sufficiently diffused from the target path TL is acquired, and the period (for example, 1 millisecond) is adopted as the discharge interval, that is, the discharge cycle is set to 1 kHz. According to such a configuration, since the concentration of the evaporated component in the target path TL becomes the same every time the droplet D is discharged, the drying efficiency of the subsequent droplet D due to the evaporated component evaporated from the preceding droplet D is reduced. Can also be avoided.
次に上記のように構成した液滴吐出装置10を用いてパターンを形成するパターン形成方法について以下に説明する。
まず液滴吐出装置10のステージ12及びキャリッジ16を駆動することにより、描画面GSaの各格子点Tが目標経路TLを横切るかたちでグリーンシートGSの走査を開始
する。次いで液滴吐出装置10のレーザ照射部31を駆動することにより、基準位置DPよりもノズルN側の領域である昇温領域A1と、同基準位置DPよりも描画面GSa側の領域である蒸発領域A2とに目標経路TLを区画する。すなわち液滴Dに対して相対的に吸収率の高い波長λ1の高吸収率レーザ光を昇温領域A1に照射し、液滴Dに対して相対的に吸収率の低い波長λ2の低吸収率レーザ光を蒸発領域A2に照射する。そして液滴吐出装置10の吐出ヘッド15を駆動することにより、各ノズルNから液滴Dを吐出させる。
Next, a pattern forming method for forming a pattern using the
First, the
この際、昇温領域A1を飛行する液滴Dは、相対的に吸収率の高い波長λ1のレーザ光が照射されることから、吐出直後の液滴Dに対して、その温度を例えば蒸発成分の沸点まですばやく昇温させることができ、それゆえ液滴Dの飛行期間においては、液滴Dが同沸点近傍にある期間を長くすることができる。基準位置DPに到達した液滴Dは、続いて同基準位置DPから描画面GSaまでの蒸発領域A2を飛行する。ここでは、液滴Dの温度が沸騰しない状態を維持できる程度の高い温度、例えば蒸発成分の沸点であることから、表面付近で吸収されたレーザ光のエネルギーが蒸発成分を気化させるためのエネルギーに逐次変換されて、該レーザ光によって供給されるエネルギーに応じた蒸発量の蒸発成分が液滴Dの表面から蒸発するようになる。また、蒸発領域A2においては、相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光が照射されることから、液滴Dに対して過度なエネルギーが供給されることを抑制しつつ蒸発成分を蒸発させることができる。 At this time, the droplet D flying in the temperature rising region A1 is irradiated with laser light having a wavelength λ1 having a relatively high absorptance. The temperature of the droplet D can be quickly raised to the boiling point of the droplet D. Therefore, in the flight period of the droplet D, the period in which the droplet D is in the vicinity of the boiling point can be lengthened. The droplet D that has reached the reference position DP subsequently flies in the evaporation region A2 from the reference position DP to the drawing surface GSa. Here, since the temperature of the droplet D is high enough to maintain a state in which it does not boil, for example, the boiling point of the evaporation component, the energy of the laser light absorbed near the surface becomes energy for vaporizing the evaporation component. By sequentially converting, an evaporation component having an evaporation amount corresponding to the energy supplied by the laser light evaporates from the surface of the droplet D. Further, in the evaporation region A2, since the laser beam having the wavelength λ2 having a relatively low absorption rate is irradiated, the evaporation component is evaporated while suppressing supply of excessive energy to the droplet D. be able to.
これらの結果、突沸を抑えられた状態の液滴Dが安定した蒸発状態を維持しつつ、こうした沸点近傍にある期間が長くなる分だけ、高い乾燥効率の下で格子点Tに着弾するようになる。それゆえ乾燥不足による濡れ広がりや突沸による消失を招くことなく、所望する格子点Tに液滴Dを着弾させてパターンを形成することができる。 As a result, while the droplet D in a state where the bumping is suppressed is maintained in a stable evaporation state, the droplet D lands on the lattice point T with high drying efficiency by the length of the period near the boiling point. Become. Therefore, the pattern can be formed by landing the droplet D on the desired lattice point T without causing spreading due to insufficient drying or disappearance due to bumping.
以上説明したように、第1実施形態の液滴吐出装置10によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)上記第1実施形態の昇温領域A1においては、ノズルNから吐出された液滴Dがその吐出直後において相対的に吸収率の高い波長λ1のレーザ光を受けることから、目標温度まで効率よく昇温することができる。それゆえ液滴Dの飛行期間のうち液滴Dの蒸発成分を蒸発させるための蒸発領域A2に、より多くの飛行期間を割り当てられることから、液滴Dの乾燥効率を向上させることができる。
As described above, according to the
(1) In the temperature increase region A1 of the first embodiment, the droplet D ejected from the nozzle N receives the laser beam having the wavelength λ1 having a relatively high absorption rate immediately after the ejection, so that the temperature reaches the target temperature. The temperature can be increased efficiently. Therefore, since more flight periods can be assigned to the evaporation region A2 for evaporating the evaporation component of the droplet D during the flight period of the droplet D, the drying efficiency of the droplet D can be improved.
(2)上記第1実施形態のレーザ光の照射態様によれば、各レーザ光の照射領域が目標経路TLにおいて空間的に区画されているために、各レーザ光を照射している間では、いかなる吐出周期で液滴Dを吐出している場合であっても、相対的に高い吸収率のレーザ光が相対的に低い吸収率のレーザ光よりも先行して液滴Dに照射される。それゆえ液滴Dの吐出周期や吐出期間、レーザ光の照射タイミングや照射期間に関わる時間的な制約が排除されることから、液滴Dの吐出周期に関わる自由度を向上させることもできる。 (2) According to the laser light irradiation mode of the first embodiment, each laser light irradiation region is spatially partitioned in the target path TL. Even when the droplet D is ejected at any ejection cycle, the laser beam having a relatively high absorption rate is irradiated to the droplet D prior to the laser beam having a relatively low absorption rate. Therefore, since the time restrictions related to the discharge period and discharge period of the droplet D, the irradiation timing and irradiation period of the laser beam are eliminated, the degree of freedom related to the discharge period of the droplet D can be improved.
(3)上記第1実施形態の蒸発領域A2においては、目標温度となる液滴Dが気化熱を越えるエネルギーを受けないように、相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光が照射されることから、液滴Dの突沸を効果的に防止することができる。 (3) In the evaporation region A2 of the first embodiment, a laser beam having a wavelength λ2 having a relatively low absorptance is irradiated so that the droplet D that is the target temperature does not receive energy exceeding the heat of vaporization. For this reason, bumping of the droplet D can be effectively prevented.
(4)上記第1実施形態の目標経路TLでは、合成レーザ光Le3a,Le3bから液滴Dに供給される総エネルギーEが、所望量の蒸発成分を蒸発させるために必要とされる総熱量qに相当するように調整されることから、吐出した液滴Dを所望の乾燥状態で着弾させることができる。 (4) In the target path TL of the first embodiment, the total energy E supplied to the droplets D from the combined laser beams Le3a and Le3b is the total amount of heat q required to evaporate a desired amount of evaporation components. Therefore, the discharged droplets D can be landed in a desired dry state.
(5)上記第1実施形態によれば、飛行中の液滴Dにおける蒸発率は吐出方向を軸とし
て対称となることから、液滴Dの蒸発成分の蒸発によって該液滴Dに作用する運動力に抗する反力が打ち消される。すなわち、液滴Dには蒸発成分の蒸発による飛行曲がりが生じ難くなり、液滴Dの着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。
(5) According to the first embodiment, since the evaporation rate of the droplet D in flight is symmetric with respect to the ejection direction, the movement acting on the droplet D due to evaporation of the evaporation component of the droplet D. The reaction force against the force is countered. In other words, flight bending due to evaporation of the evaporation component is less likely to occur in the droplet D, and displacement of the landing position of the droplet D can also be suppressed.
(6)上記第1実施形態によれば、合成レーザ光Le3a,Le3bをノズルNの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜させて照射した。これにより吐出ヘッド15の全てのノズルNから同時に吐出された液滴Dに対して合成レーザ光Le3a,Le3bを照射することができる。それゆえ、同じタイミングで吐出した全ての液滴Dに対して乾燥効率を向上させることもできる。しかも、sinθ=2r/Dxを満足する傾斜角θであった場合には、レーザ光の照射方向に対して隣接するノズルNから吐出された液滴Dとの隙間がなくなることから、全ての液滴Dに対してレーザ光を照射するに際して水平方向の照射範囲を小さくすることができ、レーザ光の利用効率を向上させることもできる。
(6) According to the first embodiment, the combined laser beams Le3a and Le3b are irradiated at an inclination angle θ with respect to the arrangement direction of the nozzles N. As a result, the combined laser beams Le3a and Le3b can be applied to the droplets D ejected simultaneously from all the nozzles N of the
(7)上記第1実施形態によれば、第1レーザ成形部45a及び第2レーザ成形部45bをハーフミラー34に比べて目標経路TLに近くなるように配設したことにより、強度分布及び形状を変換してから液滴Dに照射されるまでにおける合成レーザ光Le3a,Le3bの回折を抑制することができる。すなわち、目標経路TLにおける強度分布を精度よく実現させることができる。
(第2実施形態)
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した第2実施形態について図9〜図13を参照して説明する。なお、第2実施形態では、液滴吐出装置10における光学的構成、レーザ光の照射態様などを変更したものである。したがって、以下ではその変更点について詳しく説明する。図9は、第2実施形態における液滴吐出装置のレーザ照射部の光学的構成を模式的に示した図である。
(7) According to the first embodiment, the first
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment in which the pattern forming apparatus of the present invention is embodied as a droplet discharge apparatus will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the optical configuration of the
図9に示されるように、レーザ照射部51は、レーザ出射部32、コリメートレンズ33、分岐部としてのハーフミラー34、及び反射ミラー55,56,57,58,59と、第1レーザ成形部65aと第2レーザ成形部65bとを備えている。
As shown in FIG. 9, the
レーザ出射部32には、波長λ1のレーザ光を出射するレーザ光源32Aと波長λ2のレーザ光を出射するレーザ光源32Bが配設されている。第2実施形態のレーザ出射部32からは、どちらか一方の波長のレーザ光が時間軸において選択的に出射され、以下ではレーザ出射部32から出射されレーザ光においてその波長を区別しない場合には、単にレーザ光Le4として説明する。レーザ出射部32から出射したレーザ光Le4は、コリメートレンズ33を介してハーフミラー34にてエネルギーの等しい2つのレーザ光Le4a,Le4bに分割される。
The
各反射ミラー55,56は、2つの波長λ1,λ2のレーザ光を反射可能な反射面を有した平面ミラーであり、その反射光であるレーザ光Le4aを第1レーザ成形部65aに入射させる。各反射ミラー57〜59は、同じく2つの波長λ1,λ2のレーザ光を反射可能な反射面を有した平面ミラーであり、その反射光であるレーザ光Le4bを第2レーザ成形部65bに入射させる。
Each of the reflection mirrors 55 and 56 is a plane mirror having a reflection surface capable of reflecting laser beams having two wavelengths λ1 and λ2, and makes the laser beam Le4a, which is the reflection beam, incident on the first
第1レーザ成形部65aは、レーザ光Le4aの光路上にシリンドリカルレンズ61aと、DOE62aとを備えている。第2レーザ成形部65bは、レーザ光Le4bの光路上にシリンドリカルレンズ61bとDOE62bとを備えている。シリンドリカルレンズ61a、62bは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ33によって平行光に変換されたレーザ光Le4a、Le4bの断面を上記ノズル形成面21aに沿って延びる矩形状に変換する。なお、シリンドリカルレンズ61a、61bに入射するレーザ光Le4a、Le4bは、Z方向に所定幅を有してい
る。そのため、該レーザ光がシリンドリカルレンズ61a、61bにより成形されることなく飛行空間に照射される場合にあっては、該レーザ光におけるZ方向の端部が吐出ヘッド15やグリーンシートGS、ステージ12などに遮られてしまい、レーザ光Le4a、Le4bのエネルギーの一部が損なわれてしまう。シリンドリカルレンズ61a、61bは、それぞれ対応する反射ミラーからのレーザ光Le4a、Le4bのZ方向成分を変換して、レーザ光Le4a、Le4bのZ方向におけるビーム長を上記プラテンギャップPG(本実施形態では、1000μm)と等しくなるように断面形状を成形する。これにより、レーザ光Le4a、Le4bのエネルギー損失を抑えつつ、液滴Dの目標経路TLにレーザ光Le4a、Le4bを導くことができる。
The first
DOE62a、62bは、それぞれシリンドリカルレンズ61a、62aにより成形されたレーザ光Le4a、Le4bの断面強度分布をガウシアン分布からトップハット型分布に変換して上記飛行空間に照射する。
The
次に上記のように構成した液滴吐出装置10の電気的構成について図10を参照して説明する。図10は、液滴吐出装置の電気的構成を示したブロック回路図であり、図11は、ヘッド駆動回路の電気的構成を示すブロック回路図である。
Next, the electrical configuration of the
図10において、液滴吐出装置10の制御装置80は、CPU等からなる制御部81、ROM82、RAM83などを有し、これらROM82、RAM83に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12及びキャリッジ16の搬送処理、吐出ヘッド15の液滴吐出処理、レーザ出射部32のレーザ光切替処理などを実行する。また、制御装置80は、クロック信号を生成する発振回路84と、駆動波形信号を生成する駆動波形生成回路85と、各種の信号を受信する外部I/F86と、各種の信号を送受信する内部I/F87とを有する。
In FIG. 10, the
制御装置80は、外部I/F86を介して入出力装置88に電気的に接続される。また、制御装置80は、内部I/F87を介してキャリッジモータ駆動回路89、ステージモータ駆動回路90、ヘッド駆動回路91、レーザ光源駆動回路92に電気的に接続される。
The
入出力装置88は、例えばCPU、RAM、ROM、ハードディスク、液晶ディスプレイ等を有する外部コンピュータである。入出力装置88は、描画面GSaに対するドットパターン格子DLの格子点Tの位置座標に関する情報、液滴Dの容積に関する情報、導電性インクIkの性状に関する情報、第1及び第2飛行期間t1,t2に関する情報、各レーザ光の強度に関する情報などを描画情報Iaとして制御装置80に入力する。制御装置80は、入出力装置88からの描画情報Iaを受け、描画情報IaをRAM83に格納する。
The input /
発振回路84は、各種のデータや各種の駆動信号を同期させるためのクロック信号を生成する。発振回路84は、例えば各種のデータをシリアル転送するための転送クロックCLKを生成する。発振回路84は、シリアル転送する各種のデータをパラレル変換するためのタイミング信号LATを液滴Dの吐出周期で生成する。発振回路84は、レーザ光源を切り替えるための切替信号CHAを、タイミング信号LATを生成してから上記第1飛行期間t1が経過するごとに生成する。なお、第2実施形態のタイミング信号LATは上記総飛行期間t(=t1+t2)の周期で生成される。
The
駆動波形生成回路85は、駆動電圧COMを生成するための波形データを所定のアドレスに対応させて格納する。制御部81は、描画情報Iaの液滴Dの容積に関する情報に基づいて、所定容積の液滴Dを得るための波形データを読み出す。駆動波形生成回路85は
、制御部81が読み出す波形データを吐出周期のクロック信号ごとにラッチしてアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅して駆動電圧COMを生成する。
The drive
キャリッジモータ駆動回路89は、制御装置80から対応する駆動制御信号が入力されると、その駆動制御信号に応答してキャリッジ16移動させるためのキャリッジモータCMを正転又は逆転させる。キャリッジモータ駆動回路89には、キャリッジエンコーダCEが接続されて、キャリッジエンコーダCEからの検出信号が入力される。キャリッジモータ駆動回路89は、キャリッジエンコーダCEからの検出信号に基づいて、描画面GSaに対するキャリッジ16の移動方向及び移動量、すなわちノズルNの移動方向や移動量に関する信号を生成し、制御装置80に出力する。
When a corresponding drive control signal is input from the
ステージモータ駆動回路90は、制御装置80から対応する駆動制御信号が入力されると、その駆動制御信号に応答してステージ12を移動させるためのステージモータSMを正転又は逆転させる。ステージモータ駆動回路90には、ステージエンコーダSEが接続されて、ステージエンコーダSEからの検出信号が入力される。ステージモータ駆動回路60は、ステージエンコーダSEからの検出信号に基づいて、ステージ12の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点Tの移動方向や移動量に関する信号を生成し、制御装置80に出力する。
When the corresponding drive control signal is input from the
制御部81は、RAM83に格納した描画情報Iaに基づいて、ドットパターンデータを生成する。描画面GSaは、上述したようにドットパターン格子DLに仮想分割されており、液滴Dを吐出するか否かの選択は、この格子点Tごとに規定される。ドットパターンデータとは、各格子点Tに対してそれぞれ液滴Dを吐出するか否かを関連づけるデータである。
The
制御部81は、ドットパターンデータを生成すると、このドットパターンデータを用いて、転送クロックCLKに同期するシリアルデータを生成し、そのシリアルデータを内部I/F87を介してヘッド駆動回路91にシリアル転送する。本実施形態においては、ドットパターンデータを用いて生成するシリアルデータを、シリアルパターンデータSIという。シリアルパターンデータSIは、ドットパターンデータに基づいて規定される液滴Dの吐出及び非吐出を各圧電素子PZに対応させるためのデータであって、液滴Dの吐出周期で生成される。
When the dot pattern data is generated, the
制御部81は、ステージエンコーダSEからのステージ12の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点Tの移動方向や移動量に関する信号に基づいて、各格子点TがノズルNの直下に位置するか否かを判断し、各格子点TがノズルNの直下に位置するときにタイミング信号LATを生成し、ヘッド駆動回路91に出力する。
Based on a signal related to the moving direction and moving amount of the
図11に示されるように、ヘッド駆動回路91は、シフトレジスタ93、制御信号生成部94、レベルシフタ95、圧電素子スイッチ96を有する。シフトレジスタ93は、制御装置80からの転送クロックCLKを受けてシリアルパターンデータSIを順次シフトさせる。シフトレジスタ93は、ノズルNの数量、すなわちi個のビット値からなるシリアルパターンデータSIを格納する。
As shown in FIG. 11, the
制御信号生成部94は、制御装置80からのタイミング信号LATを受けてシフトレジスタ93に格納されるシリアルパターンデータSIをラッチする。制御信号生成部94は、ラッチするシリアルパターンデータSIをシリアル/パラレル変換して各ノズルNに対応するiビットのパラレルデータを生成し、該パラレルデータをレベルシフタ95に出力する。本実施形態においては、制御信号生成部94が出力するパラレルデータをパラレルパターンデータPIという。レベルシフタ95は、制御信号生成部94からのパラレルパ
ターンデータPIを圧電素子スイッチ96の駆動電圧レベルに昇圧して、各圧電素子PZに関連付けられるi個の開閉信号を生成する。
The control
圧電素子スイッチ96は、各圧電素子PZに対応するi個のスイッチ素子を有し、各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置80からの駆動電圧COMが入力されて、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ対応する圧電素子PZが接続される。各スイッチ素子は、それぞれ対応する圧電素子PZに関連付けられる開閉信号に応じて、対応する圧電素子PZに駆動電圧COMを出力する。ヘッド駆動回路91は、格子点TがノズルNの直下に位置するとき、対応する圧電素子PZに駆動電圧COMを出力する。これによって、ヘッド駆動回路91は、ドットパターンデータに基づき選択される格子点Tに向けて液滴Dを吐出させる。すなわち、ヘッド駆動回路91は、タイミング信号LATが入力されるたびに対応するノズルNから液滴Dを吐出する。
The
ここで、図12(a)、(b)は第2実施形態におけるレーザ光の照射態様を模式的に示した図であり、同図にも示されるように第2実施形態のレーザ照射部51においては、波長λ1,λ2のレーザ光の断面におけるZ方向成分はともにプラテンギャップPGと等しいため、各レーザ光は液滴Dの飛行空間全域に照射される。そこで第2実施形態においては、昇温領域A1を飛行中の液滴Dに対して波長λ1である高吸収率のレーザ光を照射するとともに、蒸発領域A2を飛行中の液滴Dに対して相対的に低吸収率である波長λ2のレーザ光を照射すべく目標経路TLに照射されるレーザ光の切替制御が実行される。
Here, FIGS. 12A and 12B are diagrams schematically showing the laser light irradiation mode in the second embodiment. As shown in FIG. 12, the
詳述すると、レーザ制御部としての制御装置80には、内部I/F87を介してレーザ光源駆動回路92が接続されている。制御部81は、液滴Dの吐出周期であるタイミング信号LATと、タイミング信号LATから上記第1飛行期間t1だけ遅れて生成される切替信号CHAとをレーザ光源駆動回路92に出力する。
More specifically, a laser light
レーザ光源駆動回路92は、タイミング信号LATが入力されるとレーザ光源32Aを駆動して、図12(a)に示すように波長λ1のレーザ光を目標経路TLに照射する。また、切替信号CHAが入力されるとレーザ光源32Aを停止させるとともにレーザ光源32Bを駆動して、図12(b)に示すように波長λ2のレーザ光を目標経路TLに照射する。レーザ光源駆動回路92は、新たにタイミング信号LATが入力される、あるいは予め設定された時間(≧t2)経過するとレーザ光源32Bを停止させる。こうした構成により、昇温領域A1に位置する液滴Dには波長λ1のレーザ光を照射することができ、蒸発領域A2に位置する液滴Dには波長λ2のレーザ光を照射することができる。これにより、液滴Dが昇温領域A1に位置にしているときにのみ波長λ1のレーザ光が照射され、蒸発領域A2に位置しているときにのみ波長λ2のレーザ光が照射される。すなわち、液滴Dの飛行位置に応じてレーザ光を切り替えることができ、一方のレーザ光を照射しない分だけ、各レーザ光の利用効率を向上させることもできる。
When the timing signal LAT is input, the laser light
次に上記のように構成した液滴吐出装置10を用いてパターンを形成するパターン形成方法について以下に説明する。図13は、上述したように構成した液滴吐出装置10におけるレーザ光の切替処理を示したタイミングチャートである。
Next, a pattern forming method for forming a pattern using the
制御装置80に新たな描画情報Iaが入力されて描画開始の操作がなされると、まずドットパターンデータが生成され、キャリッジ16(吐出ヘッド15)が所定の位置に配置されてステージ12の移動が開始される。制御部81は、このドットパターンデータに基づいてシリアルパターンデータSIを生成してヘッド駆動回路91のシフトレジスタ93にシリアル転送する。制御部81は、ステージエンコーダSEからの検出信号に基づいて、ステージ12の移動量を把握し、格子点TがノズルNの直下に位置したと判断されるとき、発振回路84にてタイミング信号LATを生成してヘッド駆動回路91及びレーザ光
源駆動回路92に出力する。
When new drawing information Ia is input to the
タイミング信号LATが入力されたヘッド駆動回路91においては、制御信号生成部94がシフトレジスタ93に格納されたシリアルパターンデータSIをラッチして、パラレルパターンデータPIを生成しレベルシフタ95に出力する。レベルシフタ95はパラレルパターンデータPIを圧電素子スイッチ96の駆動電圧レベルに昇圧して、各圧電素子PZに対応する開閉信号を出力する。圧電素子スイッチ96は、入力される開閉信号に応じて、対応する圧電素子PZに駆動電圧COMを供給して液滴DをノズルNから吐出する。一方、タイミング信号LATが入力されたレーザ光源駆動回路92においては、レーザ光源32Aが駆動されて、図12(a)に示すように相対的に吸収率の高い波長λ1の液滴Dの目標経路TL上に照射される。
In the
したがって、基準位置DPよりもノズルN側の領域である昇温領域A1に位置する液滴Dには高吸収率である波長λ1のレーザ光が照射される。すなわち、吐出直後の液滴Dに対して、その温度を例えば蒸発成分の沸点まですばやく昇温させることができ、それゆえ液滴Dの飛行期間においては、液滴Dが同沸点近傍にある期間を長くすることができる。 Therefore, the droplet D positioned in the temperature rising region A1 that is the region on the nozzle N side with respect to the reference position DP is irradiated with laser light having a wavelength λ1 that has a high absorption rate. That is, the temperature of the droplet D immediately after ejection can be quickly raised to, for example, the boiling point of the evaporation component. Therefore, in the flight period of the droplet D, the period in which the droplet D is in the vicinity of the same boiling point. Can be lengthened.
タイミング信号LATが生成されることにより吐出された液滴Dは、第1飛行期間t1だけ経過すると基準位置DPに到達する。制御部81は、タイミング信号LATを生成してから第1飛行期間t1だけ経過するとレーザ光源を切り替えるための切替信号CHAを発振回路84で生成してレーザ光源駆動回路92に出力する。切替信号CHAが入力されたレーザ光源駆動回路92は、レーザ光源32Aの駆動を停止する一方、レーザ光源32Bを駆動して、図12(b)に示すように目標経路TL上に相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光を照射する。
The droplet D ejected by generating the timing signal LAT reaches the reference position DP after the first flight period t1. The
したがって、基準位置DPよりも描画面GSa側の領域である蒸発領域A2に位置する液滴Dには低吸収率である波長λ2のレーザ光が照射される。液滴Dの温度が沸騰しない状態を維持できる程度の高い温度、例えば蒸発成分の沸点であることから、表面付近で吸収されたレーザ光のエネルギーが蒸発成分を気化させるためのエネルギーに逐次変換されて、該レーザ光によって供給されるエネルギーに応じた蒸発量の蒸発成分が液滴Dの表面から蒸発するようになる。また、蒸発領域A2においては、相対的に吸収率の低い波長λ2のレーザ光が照射されることから、液滴Dに対して過度なエネルギーが供給されることを抑制しつつ蒸発成分を蒸発させることができる。これらの結果、液滴Dの突沸を抑えつつ安定した蒸発状態を維持することができ、こうした沸点近傍にある期間が長くできる分だけ、液滴Dの乾燥効率を向上させることができる。 Therefore, a laser beam having a wavelength λ2 having a low absorption rate is irradiated to the droplet D positioned in the evaporation region A2, which is a region closer to the drawing surface GSa than the reference position DP. Since the temperature of the droplet D is high enough to maintain the state where it does not boil, for example, the boiling point of the evaporated component, the energy of the laser light absorbed near the surface is sequentially converted into energy for vaporizing the evaporated component. Thus, an evaporation component having an evaporation amount corresponding to the energy supplied by the laser beam evaporates from the surface of the droplet D. Further, in the evaporation region A2, since the laser beam having the wavelength λ2 having a relatively low absorption rate is irradiated, the evaporation component is evaporated while suppressing supply of excessive energy to the droplet D. be able to. As a result, a stable evaporation state can be maintained while suppressing bumping of the droplet D, and the drying efficiency of the droplet D can be improved by the amount that the period in the vicinity of the boiling point can be lengthened.
そして、液滴Dが基準位置DPに到達してから第2飛行期間t2だけ経過すると、該液滴Dが描画面GSaに着弾するとともに、次のタイミング信号LATが生成されてヘッド駆動回路91及びレーザ光源駆動回路92に出力される。ヘッド駆動回路91は、新たな液滴Dを吐出するとともに、レーザ光源32Bを駆動しているレーザ光源駆動回路92は、このタイミング信号LATが入力されることによりレーザ光源32Bを停止する一方、レーザ光源32Aを駆動して目標経路TL上に高吸収率である波長λ1のレーザ光を照射する。このように液滴Dの飛行位置に応じて照射されるレーザ光を切り替えることにより、一方のレーザ光を照射しない分だけ各レーザ光の利用効率を向上させることもできる。以後、これを繰り返してグリーンシートGSの描画面GSaに所望のパターンが形成される。
Then, after the droplet D reaches the reference position DP, when the second flight period t2 elapses, the droplet D lands on the drawing surface GSa and the next timing signal LAT is generated to generate the
以上説明したように、第2実施形態の液滴吐出装置10によれば第1実施形態における(1)〜(6)の効果に加えて以下のような効果を得ることができる。すなわち、液滴Dの飛行位置に応じて目標経路TLに照射されるレーザ光が切り替えられることから、一方
のレーザ光を照射しない分だけ各レーザ光の利用効率を向上させることもできる。
As described above, according to the
尚、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記第1及び第2実施形態によれば、昇温領域A1において液滴Dの温度を目標温度まで昇温させる例を説明したが、昇温領域A1においては、液滴Dの温度を目標温度よりも低い温度に昇温させる形態であってもよく、蒸発領域A2におけるレーザ光よりも高い吸収率のレーザ光が照射される形態であればよい。こうした形態であれば、吐出されて間もない液滴に対して相対的に吸収率の高いレーザ光が照射されるため、液滴に照射するエネルギーを吐出直後において効果的に熱エネルギーへ変換することができる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the first and second embodiments, the example in which the temperature of the droplet D is raised to the target temperature in the temperature rising region A1 has been described. However, in the temperature rising region A1, the temperature of the droplet D is targeted. A form in which the temperature is raised to a temperature lower than the temperature may be used, and any form in which laser light having a higher absorptance than the laser light in the evaporation region A2 is irradiated may be used. In such a form, a laser beam having a relatively high absorptance is irradiated to a droplet that has just been ejected, so that the energy applied to the droplet is effectively converted into thermal energy immediately after ejection. be able to.
・上記第1及び第2実施形態では、相対的に吸収率の高いレーザ光を波長λ1(532nm)のYAGレーザの第2高調波とした。また、相対的に吸収率の低いレーザ光を波長λ2(1064nm)のYAGレーザの基本波とした。これに限らず、吸収率の相対的な高低差を設定できるものであれば、他の波長のレーザ光を用いてもよい。また、YAGレーザは所謂固体レーザであるが、液滴Dにレーザ光を照射する上では、液体レーザやガスレーザ、半導体レーザなどであってもよい。 In the first and second embodiments, the laser beam having a relatively high absorptance is the second harmonic of the YAG laser having the wavelength λ1 (532 nm). Further, a laser beam having a relatively low absorptance was used as a fundamental wave of a YAG laser having a wavelength λ2 (1064 nm). However, the present invention is not limited to this, and laser light having other wavelengths may be used as long as the relative height difference of the absorption rate can be set. The YAG laser is a so-called solid-state laser, but a liquid laser, a gas laser, a semiconductor laser, or the like may be used for irradiating the droplet D with laser light.
また、第1実施形態においては、可視光を反射し赤外線を透過する光学的素子であるコールドミラー48a,48bを用いてYAGレーザの基本波と第2高調波とを合成して合成レーザ光Le3a,Le3bを生成した。上記のような他種レーザ光源を使用する場合には、使用するレーザ光の波長などに応じて2つのレーザ光を合成可能な光学的素子を配設するとよい。
In the first embodiment, the YAG laser fundamental wave and the second harmonic wave are synthesized by using
・上記第1実施形態のレーザ照射部31では、高吸収率である波長λ1のレーザ光を基準位置DPよりもノズルN側の領域である昇温領域A1に照射するとともに、低吸収率である波長λ2のレーザ光を基準位置DPよりも描画面GSa側の領域である蒸発領域A2に照射する構成とした。これに限らず、昇温領域A1において波長λ1のレーザ光を照射する上では、波長λ2のレーザ光を液滴Dの飛行空間全域に照射している状態で、該昇温領域A1にのみ波長λ1のレーザ光を照射するようにしてもよい。すなわち、昇温領域A1において波長λ1と波長λ2の各レーザ光が重複し、それぞれが液滴Dに照射される態様であってもよい。このとき、波長λ1のレーザ光の昇温強度P1は、波長λ2のレーザ光も照射されることを加味した上で導出するとよい。これによれば、昇温領域A1を飛行中の液滴Dは、波長λ1のレーザ光に波長λ2のレーザ光を重複させた分だけエネルギーをより吸収することができる。 ・上記第2実施形態のレーザ照射部51では、タイミング信号LATが入力されることにより波長λ1のレーザ光を出射するレーザ光源32Aを駆動し、切替信号CHAが入力されることにレーザ光源32Aを停止させるとともに、波長λ2のレーザ光を出射するレーザ光源32Bを駆動した。すなわち、液滴Dが吐出されるタイミングで高吸収率のレーザ光を出射し、同液滴の飛行時間が所定時間を経過するタイミングで高吸収率のレーザ光の出射を停止させ、かつ低吸収率のレーザ光を出射させる例を説明した。
-In the
これを変更して、昇温領域A1に位置している液滴Dに高吸収率のレーザ光を照射する上では、低吸収率のレーザ光を液滴Dの飛行経路全域に照射し続けながら、液滴Dが吐出されるタイミングで高吸収率のレーザ光を出射し、同液滴Dの飛行時間が所定時間を経過するタイミングで高吸収率のレーザ光の出射を停止させる方法であってもよい。すなわち、図14(a)に示すように、まずタイミング信号LATに基づいてレーザ光源32A及びレーザ光源32Bを駆動して、昇温領域A1の全域にわたる高吸収率のレーザ光と、飛行経路の全域にわたる低吸収率のレーザ光とを照射する。次いで、液滴Dが基準位置DPに到達するタイミングで、図14(b)に示すように、低吸収率のレーザ光のみを飛行経路の全域に照射する構成であってもよい。この形態によれば、昇温領域A1に液滴Dが位
置していない場合に波長λ1のレーザ光を照射しない分だけ、昇温領域A1におけるレーザ光の照射と蒸発領域A2におけるレーザ光の照射とを円滑に切り替えることができる。なお、この際には、高吸収率のレーザ光を飛行経路全域に照射するようにしてもよい。
By changing this, when irradiating the laser beam having a high absorptance to the droplet D located in the temperature rising region A1, the laser beam having a low absorptance is continuously irradiated to the entire flight path of the droplet D. A method of emitting a laser beam having a high absorptance at the timing when the droplet D is ejected and stopping the emission of the laser beam having a high absorptance at a timing when the flying time of the droplet D elapses a predetermined time. Also good. That is, as shown in FIG. 14A, first, the
・上記第1実施形態のレーザ照射部31では、波長λ1のレーザ光を昇温領域A1に、波長λ2のレーザ光を蒸発領域A2に常に照射することによって液滴Dに照射されるレーザ光を空間的に切り替えた。一方、上記第2実施形態のレーザ照射部51では、駆動するレーザ光源をタイミング信号LAT及び切替信号CHAによって切り替えることによって液滴Dに照射されるレーザ光を時間的に切り替えた。これらを組み合わせて、図15(a)、(b)に示すように、波長λ1のレーザ光を昇温領域A1に、波長λ2のレーザ光を蒸発領域A2に照射させる態様で、液滴Dの飛行位置に応じて飛行空間に照射されるレーザ光を切り替えるようにしてもよい。これによれば、液滴Dの吐出周期に関わる自由度を拡大させた上でレーザ光の利用効率を向上させることができる。
In the
・上記第2実施形態では、レーザ光源駆動回路92に切替信号CHAが入力されることにより液滴Dの飛行空間に照射されるレーザ光を切り替えた。これに限らず、飛行空間に照射されるレーザ光を切り替える上では、タイミング信号LATを第1飛行期間t1だけ遅延させた駆動信号を生成する遅延回路をレーザ光源駆動回路92に設け、該レーザ光源駆動回路92がタイミング信号LATに基づき第1飛行期間t1だけレーザ光源32Aを駆動し、かつ上記駆動信号に基づき第2飛行期間t2だけレーザ光源32Bを駆動する形態であってもよい。
In the second embodiment, the laser light applied to the flight space of the droplet D is switched by inputting the switching signal CHA to the laser light
・上記第1及び第2実施形態によれば、昇温領域A1と蒸発領域A2とに波長の異なるレーザ光をそれぞれ照射した。これに限らず、昇温領域A1において液滴Dの温度をすばやく目標温度まで昇温させることが可能であるならば、昇温領域A1に複数のレーザ光を照射するようにしてもよい。 According to the first and second embodiments, the laser beam having different wavelengths is irradiated to the temperature raising area A1 and the evaporation area A2. However, the present invention is not limited to this, and if it is possible to quickly raise the temperature of the droplet D to the target temperature in the temperature raising region A1, a plurality of laser beams may be irradiated to the temperature raising region A1.
・上記第1及び第2実施形態におけるレーザ照射部31,51では、液滴Dの飛行空間に照射される各レーザ光の光軸をノズルNの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜させた。これに限らず、各波長のレーザ光を液滴Dに照射する上では、各レーザ光の光軸をノズルNの配列方向に対して傾斜させずに、同配列方向と一致するようにしてもよい。このとき、吐出ヘッド15の各ノズルNからはそれぞれ異なる吐出タイミングで液滴Dを順次吐出することで、全ての液滴Dに対してレーザ光を照射することができる。
In the
・上記第1及び第2実施形態では、吐出ヘッド15にはノズルNからなるノズル列を1列とした。これに限らず、吐出ヘッド15に複数のノズル列を形成してもよい。このとき、合成レーザ光Le3a,Le3b並びにレーザ光Le4a,Le4bがノズルNから吐出される全ての液滴Dに照射されるように該レーザ光の光軸の傾斜角θを適宜変更するとよい。
In the first and second embodiments, the
・上記第1及び第2実施形態によれば、各レーザ光の光路上にDOEを配設することにより各レーザ光の断面強度分布をガウシアン分布からトップハット型分布へと変換した。これに限らず、液滴Dに所望のエネルギーを供給するレーザ光を照射する上では、ガウシアン分布のピーク領域において突沸が抑制される範囲内の強度であれば。DOEを割愛してガウシアン分布のレーザ光を照射してもよい。 According to the first and second embodiments, the cross-sectional intensity distribution of each laser beam is converted from the Gaussian distribution to the top hat type distribution by disposing the DOE on the optical path of each laser beam. However, the present invention is not limited to this, and when irradiating the droplet D with a laser beam that supplies desired energy, the intensity is within a range where bumping is suppressed in the peak region of the Gaussian distribution. DOE may be omitted and laser light with Gaussian distribution may be applied.
・また、蒸発成分の含有量が多い液滴Dを吐出する場合にあっては、飛行中に蒸発成分が蒸発することによって該液滴Dの重量及び表面積が減少するとともに、空気抵抗などによって飛行速度も減少する場合がある。このような場合にあっては、描画面GSaに近づくに連れて蒸発成分の蒸発による飛行曲がりを起こし易くなるばかりか、表面積が小さく
なることより単位時間当たりに液滴Dの表面から蒸発可能な蒸発成分の量も徐々に少なくなる。そこで、蒸発領域A2に波長の異なる複数のレーザ光を照射するとともにレーザ光の吸収率が描画面GSaに近づくほど低くなる態様であれば、すなわち蒸発成分の蒸発によって液滴Dの重量及び表面積、さらには飛行速度が減少するほど、液滴Dに供給されるエネルギーが低くなる態様であれば、液滴Dの重量及び表面積に応じたエネルギーをレーザ光から吸収させられるようになる。それゆえ、液滴Dの突沸を確実に防止することができ、蒸発成分の蒸発による飛行曲がりがさらに生じ難くなり、着弾位置の位置ずれをより抑制することもできる。
In addition, when ejecting a droplet D having a high content of evaporation component, the evaporation component evaporates during the flight, so that the weight and surface area of the droplet D are reduced and the flight is caused by air resistance. The speed may also decrease. In such a case, as the drawing surface GSa is approached, flight bending due to evaporation of evaporation components is likely to occur, and evaporation from the surface of the droplet D per unit time is possible due to the small surface area. The amount of the evaporated component is also gradually reduced. Therefore, if the evaporation region A2 is irradiated with a plurality of laser beams having different wavelengths and the absorption rate of the laser beam decreases as it approaches the drawing surface GSa, that is, the weight and surface area of the droplet D by evaporation of the evaporation component, Furthermore, as long as the flight speed decreases, the energy supplied to the droplet D decreases, so that the energy corresponding to the weight and surface area of the droplet D can be absorbed from the laser light. Therefore, bumping of the droplet D can be reliably prevented, flight bending due to evaporation of the evaporation component is further less likely to occur, and displacement of the landing position can be further suppressed.
・上記実施形態では、グリーンシートGSに導電性微粒子を含んだ導電性インクIkを吐出して金属配線を描画する液滴吐出装置10に具体化した。これに限らず、飛行中の液滴にレーザ光を照射して乾燥させるのであれば、例えば絶縁パターンを描画するパターン形成装置など、他の用途のパターン形成装置に適用することもできる。
In the embodiment described above, the liquid
・上記実施形態では、圧電素子駆動方式の液滴吐出装置10に具体化した。これに限らず、吐出ヘッドから液滴を吐出するという観点からは、抵抗加熱方式や静電駆動方式の吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に具体化してもよい。
In the embodiment described above, the piezoelectric element driving type
λ,λ1,λ2…波長、α,α1,α2…吸収係数、θ…傾斜角、D…液滴、E…総エネルギー、N…ノズル、q…総熱量、t…総飛行期間、T…格子点、A1…昇温領域、A2…蒸発領域、CE…キャリッジエンコーダ、CM…キャリッジモータ、DL…ドットパターン格子、DP…基準位置、Dx…ノズルピッチ、Dy…吐出ピッチ、E1…エネルギー、E2…エネルギー、GS…グリーンシート、Ia…描画情報、Ik…導電性インク、L1…昇温距離、L2…蒸発距離、P1…昇温強度、P2…蒸発強度、PG…プラテンギャップ、PI…パラレルパターンデータ、PZ…圧電素子、q1…第1熱量、q2…第2熱量、SE…ステージエンコーダ、SI…シリアルパターンデータ、SM…ステージモータ、t1…第1飛行期間、t2…第2飛行期間、TL…目標経路、v0…初速、CHA…切替信号、CLK…転送クロック、COM…駆動電圧、GSa…描画面、LAT…タイミング信号、Le1…第1基本レーザ光、Le2…第2基本レーザ光、Lha,Lhb…高
吸収率レーザ光、Lla,Llb…低吸収率レーザ光、Le3a,Le3b…合成レーザ光、Le4,Le4a,Le4b…レーザ光、2r…直径、10…液滴吐出装置、11…基台、12…ステージ、13…ガイド部材、14…インクタンク、15…吐出ヘッド、16…キャリッジ、17…ヘッド基板、17a…接続端子、20…ヘッド本体、20T…供給チューブ、21…ノズルプレート、21a…ノズル形成面、22…キャビティ、23…振動板、31…レーザ照射部、32…レーザ出射部、32A…レーザ光源、32B…レーザ光源、33…コリメートレンズ、33A…コリメートレンズ、33B…コリメートレンズ、34,34A,34B…ハーフミラー、35,36,37,38,39,40,41,42…反射ミラー、45a…第1レーザ成形部、45b…第2レーザ成形部、46a,46b…シリンドリカルレンズ、47a,47b…シリンドリカルレンズ、48a,48b…コールドミラー、49a,49b…DOE、51…レーザ照射部、55,56,57,58,59…反射ミラー、60…ステージモータ駆動回路、61a,61b…シリンドリカルレンズ、62a,62B…DOE、65a…第1レーザ成形部、65b…第2レーザ成形部、80…制御装置、81…制御部、82…ROM、83…RAM、84…発振回路、85…駆動波形生成回路、86…外部I/F、87…内部I/F、88…入出力装置、89…キャリッジモータ駆動回路、90…ステージモータ駆動回路、91…ヘッド駆動回路、92…レーザ光源駆動回路、93…シフトレジスタ、94…制御信号生成部、95…レベルシフタ、96…圧電素子スイッチ。
λ, λ1, λ2 ... wavelength, α, α1, α2 ... absorption coefficient, θ ... tilt angle, D ... droplet, E ... total energy, N ... nozzle, q ... total heat, t ... total flight duration, T ... lattice Point, A1 ... temperature increase region, A2 ... evaporation region, CE ... carriage encoder, CM ... carriage motor, DL ... dot pattern grid, DP ... reference position, Dx ... nozzle pitch, Dy ... discharge pitch, E1 ... energy, E2 ... Energy, GS ... green sheet, Ia ... drawing information, Ik ... conductive ink, L1 ... temperature rising distance, L2 ... evaporation distance, P1 ... temperature rising intensity, P2 ... evaporation intensity, PG ... platen gap, PI ... parallel pattern data , PZ ... piezoelectric element, q1 ... first heat quantity, q2 ... second heat quantity, SE ... stage encoder, SI ... serial pattern data, SM ... stage motor, t1 ... first flight period, t2 ... first Flight period, TL ... target route, v0 ... initial speed, CHA ... switching signal, CLK ... transfer clock, COM ... drive voltage, GSa ... drawing surface, LAT ... timing signal, Le1 ... first basic laser beam, Le2 ... second basic Laser light, Lha, Lhb ... high absorption laser light, Lla, Llb ... low absorption laser light, Le3a, Le3b ... synthesis laser light, Le4, Le4a, Le4b ... laser light, 2r ... diameter, 10 ... droplet ejection device DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記液状体は照射されるレーザ光の波長に依存して吸収率が異なり、
前記レーザ光は波長の異なる複数のレーザ光であり、
前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近いほど、前記液滴が吸収するエネルギーが大きくなるように、
前記複数のレーザ光を照射することを特徴とするパターン形成方法。 A liquid droplet containing an evaporation component and a pattern forming material is ejected from a nozzle toward a drawing target, and the droplet in flight is irradiated with a laser beam to evaporate a predetermined amount of the evaporation component from the droplet. A pattern forming method for forming a pattern on the drawing object by allowing
The liquid material has different absorptance depending on the wavelength of the irradiated laser beam,
The laser beam is a plurality of laser beams having different wavelengths,
On the path connecting the landing position of the droplet on the drawing object and the nozzle, the closer to the nozzle, the greater the energy absorbed by the droplet.
The pattern forming method of irradiating the plurality of laser beams.
前記液状体の吸収率が高い波長のレーザ光を、前記液状体の吸収率が低い波長のレーザ光よりも、先行して照射することを特徴とする
請求項1に記載のパターン形成方法。 Irradiation of the plurality of laser beams is
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the laser beam having a wavelength with a high absorption rate of the liquid material is irradiated in advance of the laser beam having a wavelength with a low absorption rate of the liquid material.
前記液状体の吸収率が高い波長のレーザ光を、前記液状体の吸収率が低い波長のレーザ光よりも、前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近い位置で照射することを特徴とする
請求項1又は2に記載のパターン形成方法。 Irradiation of the plurality of laser beams is
The laser beam having a wavelength with a high absorption rate of the liquid material is on a path connecting the landing position of the droplet on the drawing object and the nozzle, compared with the laser beam having a wavelength with a low absorption rate of the liquid material. The pattern forming method according to claim 1, wherein irradiation is performed at a position close to the nozzle.
赤外光に対して可視光で高い吸収率を有することを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のパターン形成方法。 The liquid is
The pattern forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pattern has a high absorptance in visible light with respect to infrared light.
極性溶媒である水系成分と、
非極性溶媒である有機系成分とを有し、
前記水系成分は、前記有機系成分に対して、可視光での吸収率が高いことを特徴とする
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のパターン形成方法。 The evaporation component of the liquid is
An aqueous component that is a polar solvent;
An organic component that is a nonpolar solvent,
The pattern formation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-based component has a higher absorptance in visible light than the organic component.
前記液状体の吸収率が低い波長のレーザ光は、前記液滴に気化熱を供給する
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のパターン形成方法。 Laser light having a wavelength with a high absorption rate of the liquid material raises the temperature of the droplet to a target temperature that is the highest temperature that does not boil the temperature of the droplet,
The pattern forming method according to claim 1, wherein a laser beam having a wavelength with a low absorption rate of the liquid supplies heat of vaporization to the droplet.
前記描画対象物上に前記液滴を着弾させることによりパターンを形成するパターン形成装置であって、
前記液状体は照射されるレーザ光の波長に依存して吸収率が異なり、
前記レーザ照射部は、
前記描画対象物上の前記液滴の着弾位置と前記ノズルとを結ぶ経路上において、前記ノズルに近いほど、前記液滴が吸収するエネルギーが大きくなるように、
前記複数のレーザ光を前記経路に向けて照射することを特徴とするパターン形成装置。 An ejection head that ejects liquid droplets containing an evaporation component and a pattern forming material from a nozzle toward a drawing target, and a predetermined amount of the evaporation component is evaporated by irradiating the droplets in flight with laser light. A laser irradiation unit,
A pattern forming apparatus for forming a pattern by landing the droplet on the drawing object,
The liquid material has different absorptance depending on the wavelength of the irradiated laser beam,
The laser irradiation unit is
On the path connecting the landing position of the droplet on the drawing object and the nozzle, the closer to the nozzle, the greater the energy absorbed by the droplet.
The pattern forming apparatus irradiating the plurality of laser beams toward the path.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117583177A (en) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 常州福升新材料科技有限公司 | Surface layer coating device for polytetrafluoroethylene material plate and application method of surface layer coating device |
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2008
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| CN117583177B (en) * | 2024-01-18 | 2024-04-02 | 常州福升新材料科技有限公司 | Surface layer coating device for polytetrafluoroethylene material plate and application method of surface layer coating device |
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