Yuan Gu、Ayan Maity
エレクトロニクスのシニアサイエンティスト
エレクトロニクスの世界が文字通り変貌を遂げ、製品がウェアラブル、フレキシブル、折りたたみ可能で、同時にデータ処理ができるようになるにつれ、これらを可能にする小さな回路に対する需要が転換点を迎え、革新的なソリューションに対するニーズが生まれました。
アディティブ・マニュファクチャリングの進歩は、消費者や産業界の企業によって生み出される新しい製品の形状、サイズ、そして目的さえも決定づけつつあるのです。エレクトロニクスのパーティクルフリーインクは、Integrated Deposition Solution（IDS）システムによって提供される次世代NanoJetとともに、センサーや回路の製造を可能にします。エレクトロリンクスのパーティクルフリーインクとIDS NanoJetの組み合わせにより、従来のデジタル印刷技術と比較して、より高い量産性、印刷品質、および低コストでの電子機器製造が可能になります。
エレクトロニンクス社（本社：テキサス州オースチン）のパーティクルフリーCu、Ni、Ag、Au、Pt導電性インクは、ナノ粒子ベースのインクと比較して優れた性能と信頼性を提供する有機金属ベースのインクです。有機金属前駆体からなる無粒子インクは、一般に、より低温で金属膜をよりきれいに還元するため、より優れた性能を発揮する。最終的な膜は有機成分を含まず、応力/付着力試験に耐える傾向があり、水分感度レベル（MSL）や航空宇宙規格に対する信頼性が向上する。
有機金属前駆体からなるパーティクルフリーインクは、よりきれいに分解され、多くの場合、低温で分解されます。また、パーティクルフリーインクは、ナノ粒子ベースのインクと比較して、印刷中の安定性が高いため、印刷の均一性と寿命が向上する。有機金属ベースのインクの貯蔵寿命は通常、ナノ粒子ベースのインクよりも長い。
表1：NPを用いたAg、Au、Ptインクとエレクトロニクスの粒子を用いないAg、Au、Ptインクの比較
インクは、非接触の成膜方法であるエアロゾルジェット印刷で成膜することができます。この印刷プロセスの概略は、超音波または空気圧による霧化によって生成されたインクストリームを噴射するものです。エレクトロニクスのAg、Au、Ptインクは、超音波霧化用に特別に設計されており、従来の空気圧霧化プロセスよりも高い印刷解像度を達成します。エアロゾルジェットプリンター（OPTOMECシステムまたはIDS NanoJetシステム）で、エレクトロリンクスのパーティクルフリーAg、Au、Ptインクを用いて回路、センサー、インターコネクトを印刷するこの新しいプロセスは、高い柔軟性と高い導電性、信頼性を備えています。また、このシステムにより、お客様はアプリケーションのカスタマイズや基板の選択において、完全な制御と多大な自由度を得ることができます。
IDSは、次世代のエアロゾル噴射プリントヘッド技術を開発しました。NanoJetの商標を持つこの噴射プロセスは、流体力学的および空気力学的なフォーカシングの両方に依存しています。この技術により、平行かつ集束した幅広い液滴サイズ分布が可能となり、卓越した印刷エッジ品質を持つ印刷ラインを実現します。これに対し、従来の代替手法では、印刷線の端にオーバースプレーが発生することがありました。
エレクトロニクスのパーティクルフリーAuインクは、固形分4～10wt.%で、NPベースのインクに匹敵する量産性を有しています。このパーティクルフリーインクは、アトマイズ時に高蒸気圧溶媒が除去されるため、アトマイズ時に濃縮されます。これにより、適切な質量出力が確保されます。この新しいインク処方設計により、エレクトロニクスのパーティクルフリーAuインクは、コンフォーマル表面に印刷する際に重要な、高い質量出力で室温での印刷が可能になります。印刷された構造体は、最高の導電性を得るために300℃で1時間熱硬化されます。
図2：ガラスへのAuインク印刷（a）熱硬化前、（b）300℃、1hの熱硬化後
エアロゾルジェット印刷では、オーバースプレーとサテライトスポットが避けられません。オーバースプレーやサテライトスポットは、重量が軽いために慣性力が足りず、中央のシースガスによって集束され、デザインされたラインの端に沿って堆積するために起こります。一方、パーティクルフリーAuインクは、優れた微粒化特性を有しています。IDSシステムで印刷した微細形状では、オーバースプレーやサテライトスポットの発生が少なく、約60μmの線幅が得られました。このようにラインエッジの鮮明さと全体的なライン品質が向上したため、エレクトロニクスのパーティクルフリーAuインクは、コンパクトエレクトロニクスにおける高密度配線の印刷に適しています。
エレクトロニクスのパーティクルフリー銀インクは、銀搭載量が14%であり、エレクトロニクスの金インクと同じインク調合メカニズムにより、高い量産性を確保しています。既存の代替銀インクのほとんどは、広がりを防ぐために高温で印刷する必要があります。そのため、コンフォーム面への印刷や3D基板への印刷には限界があります。エレクトロニクスの銀インクの特長の一つは、加熱プレートなしで高アスペクト比構造への印刷が可能なことです。印刷された形状はオーバースプレーを最小限に抑え、サテライトスポットと線幅は約15μm、厚さは約2μmです。
エレクトロニクスのAgおよびAuインクは、室温で処理できるため、複雑な表面への印刷に最適です。Agインクは5～7μΩ・cm、Auインクは6μΩ・cmの抵抗率を持ち、他のインクと比較して印刷回数が少なく、時間の短縮につながります。パイロットテストでは、IDSの次世代エアロゾルジェット技術（エレクトロニクスのパーティクルフリーインクを使用）は、幅20μm、高さ2μmから20μmの範囲の形状を、エッジ品質の向上、サテライトスポットの減少、オーバースプレーの最小化とともにコンフォームサーフェスに印刷できることが示されています。 [This is automatically translated from English]
