このプレゼンテーションは、アサダメッシュが主催する「スクリーン印刷上級ワークショップ」のために作成されたものです。テーマはファインライン印刷。このプレゼンテーションでは、次のようなことを議論しています。
スクリーン印刷の線幅をより細くする（15ミクロン以下）ための既存および将来のアプリケーション。
太陽電池用メタライズ
MicroLEDラップアラウンドエッジ電極
フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス用ファンアウト構造
透明HMI
透明タッチパネル
エッジ電極
MLLC
LTCC
サブミクロン線幅に向けたハイブリッド印刷とダイレクト印刷（非デジタル）技術
ハイブリッドスクリーン印刷（印刷＋エッチ／アブレーション）
R2Rフレキソ印刷
R2Rグラビアオフセット印刷
S2Sオフセット印刷
S2S リバースオフセット印刷
R2R リバースオフセット印刷
R2R インプリント＋フィリング
R2R フォトリソグラフ
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みなさん、こんにちは。私の名前はカーシャです。TechBlickのCEOを務めています。私たちは、アディティブエレクトロニクス、プリントフレキシブルハイブリッドエレクトロニクス、3Dエレクトロニクスに関するグローバルコミュニティの本拠地です。私たちは、コミュニティーのメンバーに、年間を通じて、オンサイトとオンラインのカンファレンス、マスタークラス、市場調査、そしてそれ以外のプログラムを提供しています。
このプレゼンテーションは2部構成になっています。まず第一部。このプレゼンテーションでは、スクリーン印刷の線幅をより細くすることで恩恵を受ける、あるいは必要となるアプリケーションについて見ていきます。そして、第二部では、デジタル印刷以外の技術、ハイブリッド印刷、直接または完全なアディティブ印刷技術について紹介します。
太陽光発電 そこでまず、先ほど申し上げたように、スクリーン印刷の線幅をこれまで以上に細くする必要がある、あるいは細くすることで恩恵を受けるアプリケーションについて見ていきます。重要なアプリケーションは、もちろん、シリコン太陽電池です。電子機器における導電性インクとスクリーン印刷の最大のアプリケーションの1つは、シリコン太陽電池ウェーハのメタライゼーションです。このグラフのオレンジ色の線は、金属メッシュを印刷したメタライゼーションの線幅です。
現在の生産状況は34〜36マイクロメートルで、非常に速いスピードで減少しているのがおわかりいただけると思います。数年以内に20マイクロメートル、あるいはそれ以下の線幅に到達すると予想されます。また、このアプリケーションで興味深いのは、スクリーン印刷が実は非常に生産性の高いプロセスであるということです。これは、メタライゼーション工程を含むバックエンドプロセスの1時間当たりのウエハー量を示しています。ウェーハサイズは180ミリから182ミリ程度です。現在、1時間当たり約7,000枚のウエハーを生産していることがおわかりいただけると思います。これが年末には1時間当たり1万枚になると予想されています。このように、スクリーン印刷は生産性の高い大量生産が可能で、30〜35マイクロメートルの線幅を生産し、20マイクロメートルの線幅までプロセスを発展させることができます。
左側は、この技術の現状をよく表している例です。これは、フラウンホーファーが作ったもので、太陽電池の上に指のようなものをスクリーン印刷したものです。これはフラウンホーファーISEが作りました。19マイクロメートルと、約18-19マイクロメートルの非常に優れたアスペクト比を見ることができます。このように、20マイクロメートルやそれ以上まで狭幅の言語を使用する大量生産への応用があることをすでに示しています。
しかし、太陽電池のメタライゼーションは比較的簡単なアプリケーションです。それは、ピッチが非常に広いと同時に、線の切れや途切れがある程度許容されるからです。つまり、ある程度の欠陥は許容されるのです。 MicroLEDs また、スクリーン印刷のメタライズラインをより微細化した例として、マイクロLEDディスプレイのアプリケーションもあります。このディスプレイ技術の特徴は、ベゼルフリーディスプレイを実現できることです。ベゼルフリーディスプレイとは、小さなタイルをいくつも組み合わせて、大きなディスプレイを作ることができる技術です。ここに、そのようなディスプレイタイルの一例を示します。ガラスがあり、その上にTFT（薄膜電子デバイス）を蒸着します。ボンドやマイクロボンドを蒸着し、マイクロLEDを上部に、ドライバを下部に配置します。まず、上面の2つの面をメタライズする必要があります（上面のラインを見てください）。下面の線は、ドライバーのピンに接続する必要があります。 そして、表と裏をどうにかしてつなげなければなりません。
もちろん、ガラスにビアを開けて、ガラス貫通ビアを埋めるという方法もあります。しかし、これではエレガントとは言えません。私の知る限り、誰もこのプロセスを使っていません。そこで、より興味深いアプローチは、いわゆるラップアラウンド・エッジ電極を作ることです。つまり、前面と背面をつなぐ電極を、端から端までぐるっと一周させるのです。これはアプライドマテリアルズの例で、こちらはコーニングの例です。
これはアプライド マテリアルズの例ですが、前面のメタライゼーションは面取りされたガラスにプリントされ、底面のメタライゼーションは面取りされたガラスにプリントされます。次に、面取りしたガラスに底面のメタライゼーションをスクリーン印刷し、ガラスを回転させて端面の電極を印刷し、硬化させます。ですから、まずアライメントが非常に良くなければなりません。非常に高い導電性のインクが必要ですし、ガラスの端の面取りでピークが発生しないように印刷工程をコントロールする必要があります。
例えば、左下の写真のように、ガラスの端が面取りされている場合、端に大きな山がなく、比較的滑らかな印刷線のトポグラフィーが必要です。そして、厚みは、ある接続性のインクの場合、乾燥後に3〜6マイクロメートル程度になります。この例では、エッジの部分にもスクリーン印刷で細い線が印刷されており、この場合の線幅は40〜60マイクロメートルです。このように、ある基準では、これは非常に細い線のスクリーン印刷なのです。
しかし、これはもしかしたら昨日の技術なのでしょうか？というのも、マイクロLEDのチップはどんどん小さくなっているのです。初期の世代は、125×225マイクロメートルというサイズのミニLEDでした。このチャートはYoleが作成したものですが、ダイが10マイクロメートル×10マイクロメートル程度の領域に入ることがわかります。つまり、スクリーン印刷がこの技術で競争力を維持するためには、より細い線を作る必要があります。
これは、アプライド マテリアルズの例です。私のビデオがここにあるので、録画では見えないと思いますが、これは15マイクロメートルのスクリーン印刷された線です。この程度の印刷は可能だということがわかります。この専門家の皆さんは、15マイクロメートルの印刷ができることをご存じだと思いますが、このアプリケーションはPVアプリケーションとは違います。非常に難しいのです。線が途切れることは許されません。なぜなら、線が途切れるということは、マイクロレッドの死、ひいてはピクセルの死を意味するからです。最悪の場合、10%のタイルの欠陥は許容できても、90%のタイルのメタライゼーションには欠陥がない必要があります。そのため、非常に繊細なラインを、トポグラフィーをうまく制御しながら蒸着し、高い導電性と優れたラップアラウンドカバレッジを実現する必要があるだけではありません。また、線が途切れることがないようにしなければなりません。ですから、これは業界にとっての挑戦であり、このワークショップは業界がこれらの目標を達成するのに役立つと思います。
サムスンは、韓国の会社が開発したPVDプロセスを使っています。PVDチャンバーでは、すべてのガラスを積み重ねてから回転させ、エッジ部分にもPVDを蒸着させます。このような場合、常にPVDが競争相手となるわけです。しかし、もしスクリーン印刷が15マイクロメートル以下の微細な線を欠陥なく作ることができれば、これは非常に小さな欠陥で済むかもしれません。この用途では、スクリーン印刷は競争力を持ち続けることができるでしょう。 フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス（ファンアウト） もう1つのアプリケーションとして、フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスを紹介します。フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスとは、リジッドIC（リジッドシリコンIC）の性能と、PETなどの低温基板にプリントしたフレキシブル・エレクトロニクスによる低コスト生産と柔軟性を組み合わせたものです。この技術を妨げていた技術的なハードルの多くは、現在取り除かれつつあると思います。標準的なはんだを使用する方法や、はんだのような特性を持つ材料を開発することで、熱や低温の基板に自己整合性を持たせることができるようになりました。ICを薄くし、フレキシブルにする方法も開発されています。このような非常に薄いICを、時にはロールtoロールでピック＆プレイスする方法も見つかっています。このように、技術的なハードルの多くはクリアされつつあります。
このスクリーン印刷のワークショップに参加したのは、スクリーン印刷がここでも役割を果たせる、少なくとも細線スクリーン印刷が役割を果たせると思うからです。この例を見てください。これはネクスフレックス社のデモ機だと思いますが、ここにICがあり、配線が印刷されていますね。配線ラインは通常、スクリーン印刷が可能だとします。ピッチは広いです。線幅はスクリーン印刷ができる範囲内です。次に、配線からICに至るまでが必要です。写真で見ると、ICのピンは配線よりずっと細いですね。そこで、ピンとバンプをつなぐファンアウトと呼ばれる構造を作り、ピンと実際の配線をつなぐ必要があります。これがファンアウト構造の一例です。
つまり、今のスクリーン印刷では、スクリーン印刷のプロセスだけでは、配線と最終的な構造を作ることはできません。ですから、異なる工程を組み合わせなければなりません。しかし、細線スクリーン印刷がさらに進化すれば、配線だけでなくファンアウトもスクリーン印刷できるようになると思います。ファンアウトの線幅は約30ミクロン以下、ピッチは約60ミクロン以下が要求されています。
この画像はNetflixのものですが、これらの画像は日本の小森のプレゼンテーションから引用し、参考までに脚色したものです。 トランスペアレントHMI そこで、この透明タッチやHMIの非常に興味深いアプリケーションについて、私も一言申し上げたいと思います。つまり、ここでの競争相手は、大量に印刷されるPEDOT透明ドット層に取って代わろうとしているのです。しかし、このような金属メッシュ構造の場合、保護層は必要ないでしょう。構造を簡素化し、さらに薄くする。この例は、他のメッシュタイプやCFRなど、サン・ケミカルによるものです。これはよく知られた例で、Erikaが発表していると思います。. ですから、この特定のアプリケーションについては触れません。ただ、線幅は30～35マイクロメートルくらいだと思いますので、メッシュが見えると思いますが、スイッチやHMIのアプリケーションではおそらく大丈夫だと思います。例えば、透明なタッチディスプレイの要件と透明なスイッチの要件は非常に異なっているとします。 透明なタッチディスプレイ 携帯電話やタブレットのような透明なディスプレイの場合、線幅はかなり狭くする必要があります。ここで、マイクロメートル単位の異なる範囲の例をご覧いただけますが、すみません。もう一度説明します。ここにその範囲が示されています。線幅が4〜5マイクロメートルより広ければ、透明でも構造を見ることができます。線幅が2〜4、5マイクロメートル程度であれば、非常に見づらいと思います。しかし、非常に注意深く見ると、人は感じることができるのです。2マイクロメートル以下であれば、おそらく全く見えないと思いますが、何かがあることを認識できます。
この表は、ディスプレイ産業において透明導電膜として機能する金属メッシュを、どのような企業がどのような線幅でプリントしているかを示したものです。これらは異なる企業です。これらは異なるプロセスです。このプレゼンテーションでは、そのプロセスには触れませんが、この線幅を示す欄だけを見てください。線幅は通常4マイクロメートル以下であり、この業界に対する要求を示していることがよくわかります。このスライドは、透明タッチディスプレイと透明タッチスイッチの対比のために用意しました。 エッジ電極 さて、もう一つの興味深いアプリケーションです。それは、透明なタッチディスプレイのエッジ電極を印刷するプロセスです。ここに、エッジ電極シリーズの一例があります。ベゼルの幅がどんどん狭くなってきているため、線幅と間隔の要件も時代とともに狭くなってきています。そこで、透明層とエッジ電極を含む、完全な透明フィルム構造を提供する企業の例を2つ紹介します。この例では、線幅とエッジ電極の間隔をマイクロメートル単位で比較しています。ですから、スクリーン印刷が時代に即したものであるためには、15マイクロメートル以下、少なくとも20マイクロメートル以下の範囲をターゲットにする必要があります。
そして、これが進化チャートのようなものです。非常に大雑把で、非常に、非常に、非常に大まかなチャートですが、スペーシングの要件に沿った線が示されています。標準的なスクリーン印刷では、40、50、40マイクロメートルまで、それから微細なスクリーン印刷が可能です。
現在開発されているスクリーン印刷技術や、このワークショップの主題である技術では、20-15マイクロメートルまで印刷が可能で、その後、ハイブリッドプロセスを使用するようになります。後でスクリーン印刷＋レーザー＋フォトリソグラフィーの例をお見せします。それから、スクリーン印刷以外の技術もあり、こちらは緑色で表示されています。青色はダイレクトまたはハイブリッドスクリーン印刷で、その他のものはスクリーン印刷以外のプロセスです。つまり、スクリーン印刷が非常に細い線を描くことができれば、この市場に参入することができるというのが、ここでのメッセージだと思います。透明なタッチディスプレイの電極も印刷している その他のアプリケーション（MLLC、LTCCなど） だから 代替技術に焦点を当てたいと思います。これまでアプリケーションの分野では、太陽光発電のメタライゼーションについて、線幅が20マイクロメートル以下になり、1時間あたりのウェーハ処理能力が非常に高くなることを説明しました。マイクログリッドのアプリケーションでは、線幅が15マイクロメートル以下になりつつありますが、欠陥や歩留まりに関する要件は非常に厳しくなっています。フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスについては、配線を印刷したり、配線をスクリーン印刷したり、ファンをスクリーン印刷することでどのようなメリットが得られるかを説明しました。次に、透明ライトスイッチ、透明タイプスクリーン、エッジ電極について少し触れました。また、代替技術に行く前に、プレゼンテーションでは省略しましたが、非常に重要なアプリケーションを2つほど紹介したいと思います。その1つがMLCで、ニッケル粉をスクリーン印刷します。グラビア印刷もありますが、モバイル用途では30％程度がグラビア印刷で、大部分はスクリーン印刷で、今後もそうなるでしょう。なぜかというと、線の太さがどんどん細くなってきているからです。最終的な線の太さは、1～2マイクロメートルになっていると思います。
もう1つのアプリケーションはLTCCです。LTCCは、5Gのための非常に競争力のある技術だと思います。5GとLTSCを基板技術として考え、LTCのようなシステムで異なる氷の異種混載を考える場合、5Gのラインをサポートするために、非常に優れたエッジ定義と非常に狭い印刷ラインの印刷技術が必要とされます。また、5Gの線路をサポートするためには、非常に細い線路を印刷する技術が必要です。 サブミクロン印刷に向けた技術 そこで、次のスライドでは、サブミクロンやマイクロメートルの領域で非常に細い線を見つけることができる技術についてお話したいと思います。スクリーン印刷とフォトリソグラフィーを見ていきます。フレキシブル印刷の役割、グラビアオフセット印刷、シートtoシートオフセット、リバースオフセットなどを見ていきます。そして、基本的には10マイクロメートル、そしてサブ10、サブ5、サブ3、そして場合によってはサブ1マイクロメートルに至るまで、どのように進んでいくかをご覧いただきます。 ハイブリッドスクリーン印刷 このスライドは2枚だけです。これは、ハイブリッドスクリーン印刷プロセスです。この場合、インク自体に感光性物質が含まれているという考え方です。ですから、フォトレジストは必要ありません。このように、スクリーン印刷した後、フォトレジストで直接紫外線を照射し、エッチングすることができます。そうすると、非常に細かい線が描けるようになります。この場合、この材料は東レです。参考文献は私の画像の後ろにあります。これは私の日本の会社です。この例は、10マイクロメートル×10マイクロメートルの間隔での線幅です。これは140℃の硬化用です。つまり、PET基板に適合しているわけです。しかし、ここで重要なのは、他の添加剤も配合されているため、線の導電率はそれほど高くないということです。
もし、PIやガラスと互換性のある高温バージョンが欲しいのであれば、プロセスを調整してさらに細い線にすればいいのです。2.45マイクロメートルとか8マイクロメートルとか。つまり、スクリーン印刷にエッチングを加えたハイブリッドなスクリーン印刷プロセスだったのです。
R2R Flexo Printing
今回は、ダイレクトでフレキシブルなプリントの話をしたいと思います。もちろん、フレキシブルプリント、細い線、まさにその通りです。このケースはコダックが開発したもので、上部が平らなドットを持つプレートを作るための非常に優れたレーザープロセスを持っています。そして、ここに金属メッシュを作りました。これはセミアディティブプロセスで、触媒層をフレキソ印刷し、メッキによって層を厚くしてバルクのような導電性を実現します。この金属メッシュを見ると、ここにあるのは線幅が約8〜8マイクロメートルもあるからです。この技術を使えば、10マイクロメートル以下まで到達できることがわかります。
R2R グラビアオフセット
これは、日本で何年も前から開発されているロードロールグラビアオフセット印刷の一例です。実際の技術の詳細には触れませんが、今開発されているナローウェブツールのようなものをご覧いただけます。ウェブの速度は比較的遅いですが、サブミクロンの粒子を印刷することができます。例えば、ナノ粒子のインクを使って金属メッシュの線を印刷すると、線が5マイクロメートルになっているのがわかります。
S2Sオフセット印刷
またまた、日本の会社で気に入った例があります。今回は、ここに名前があります。なぜこれが好きかというと、これはシート・トゥ・シートのオフセット印刷プロセスだからです。このように非常に複雑なパターンを、わずか1.5マイクロメートルの線幅で印刷できることがおわかりいただけると思います。そして、ここでも銀のナノ粒子を使用しています。非常に細い線であることがわかりますが、低温で硬化させただけで250ナノメートルほどの太さになります。120度から400度でインクを硬化させることができます。しかし、なぜこのようなものを用意したかというと、シートとシートを直接印刷することで、1.5〜3マイクロメートルを達成することができることを示したいからです。
S2S リバースオフセットプロセス
もし、そのレベルを超えて、1マイクロメートルを達成したいのであれば、興味深い種類のプロセスとして、リバース・オフセット・プロセスがあると思います。ここに、その例があります。これは最近発表されたもので、3月に開催されたTechBlickのカンファレンスで紹介されたばかりです。これは、デスクトップ型のリバースオフセット印刷機です。リバース・オフセット印刷の技術は非常にユニークで、通常、PDMSのローラー型にインクを塗って、完全にインクで覆います。PDMSの中にインクが半吸収されます。つまり、完全な液体ではなく、半乾燥状態なので、濡れ具合をうまくコントロールすることができるのです。パターンをいくつか取り除き、ローラーモールドを最終的な基板に接触させ、インクを転写します。ですから、この場合、彼らはプロセスを開発したことがおわかりいただけると思います。彼らは、たった1マイクロメートルのラインで金属メッシュを作ることができるプロセスを開発しました。これは非常に興味深いプロセスだと思います。つまり、リバース・オフセットはこのような線幅に適しているのです。印刷される線は一般的にとても細いと思います。20ナノメートルから1000ナノメートルくらいまでなら、0.5マイクロメートルから数マイクロメートルの解像度で印刷できるかもしれません。印刷速度は、1秒間に50ミリメートル以下というところでしょうか。
R2R Reverse Offset Printing? もう一つ、面白い技術を紹介します。これもまた、日本の会社によるものです。残念ながら、ソースがまた私の写真より遅れています。これは日本の旭化成によるものです。非常に細い線を印刷しているのがお分かりいただけると思います。これは、幅がわずか300マイクロメートルで、エッジが非常に明確な連続線です。シームレスローラーモールドと呼ばれるこのローラーモールドは、レーザーだけでなく電子ビームリソグラフィーでパターン化されています。このローラーモールドでは、幅1マイクロメートル、ピッチ5マイクロメートル程度の形状を定義することができます。これは、非常に滑らかでスムーズな表面です。そして、ここに実際のローラー金型の例をいくつか示します。これは幅が250ミリ、直径が100ミリくらいでしょうか。 では、ここでは実際の印刷工程はどうなっているのでしょうか。未公開です。しかし、私の推測では、これもリバースオフセット印刷の一種と思われます。先ほどの例では、レリーフプレートは平らでしたね。今回は凸版がロール状になっているので、完全にロールtoロールのプロセスになっています。
そして、このデモ機でのアプリケーションをご覧ください。3マイクロメートルで揃えて印刷しているのです。これは、透明なRFIDのアンテナアプリケーションで、製品に貼ることで場所を取らないようにするためのものです。このように、RFIDはパッケージのスペースを占有することなく、そこに存在することになります。 R2Rナノインプリント ということで、そろそろ終わりに近づいてきたようです。スライドはあと2枚しか残っていないと思います。それでは。私が言いたかったのは、ハイブリッドやロールツーロールなど、さまざまな技術があり、それらはとてもとても細い線まで行くということです。これはパナソニックの例です。この技術を開発しているのはパナソニックだけではありませんし、実際、最初の企業でもありません。しかし、これは一種の最先端技術だと思います。私が調べたところ、このプロセスの仕組みは、基板があって、それを樹脂でコーティングし、樹脂にパターンをロール状にエンボス加工するというものです。実際には、両面にエンボス加工を施すので、両面エンボスの工程になります。そして、その溝を銀のナノ粒子で埋めていくだけです。このように、アスペクト比がよくて、2マイクロメートルの線が実現できることがおわかりいただけると思います。そして、シート抵抗は1平方メートルあたり2Ωと、非常に優れています。このプロセスで本当に興味深いのは、導電ラインが最終的に基板に埋め込まれていることだと思います。つまり、線の導電性を高めるために、線を太く、つまり幅を広げて印刷する必要がないのです。これは古典的な例ですが、溝をもう少し深くすればいいんです。 R2Rフォトリソグラフィー そして、フォトリソグラフィという競技について、ほんの少しお話したいと思います。そして、ここにロールtoロールフォトリソグラフィーの例があります。これは、大日本印刷が開発したものです。ターゲット市場は透明なディスプレイで、彼らが達成したラインの種類を見ることができます。第一世代の製品は線幅が4マイクロメートル、第二世代は2マイクロメートル、そして今回は線幅1マイクロメートルと、より小さなサイズを発表しています。これはその一例で、40インチ以下のディスプレイの市場にも対応できると思います。このように、代替技術を用いた技術の現状をお伝えしています。
それでは、以上で発表会を終了させていただきます。改めて、ご清聴ありがとうございました。 [This is automatically translated from English]