デジタルファインラインプリンティングは、アディティブエレクトロニクスにおける最も重要な開発の一つである。インクジェット自体は、R2Rの工業化に向けても素晴らしい発展を遂げています。しかし、インクジェットには、（1）解像度の限界、（2）インク粘度範囲の限界、（3）プリントヘッドあたりのスループットの限界という、技術としての限界がある。ここでは、これらの限界を克服できるいくつかのデジタル技術とハイブリッド技術を高く評価する。
XTPL-革新的な非ニュートン高負荷NPペーストによるマイクロディスペンス
1つ目は、XTPLが開発したノズル径0.5～12μmのマイクロディスペンサー技術です。この技術は、平面や非平面への超微細線（数ミクロン）の「デジタル」印刷と、高導電性（Agバルク40％）高粘性ナノ粒子（Ag、Cu、Au）ペーストのユニークな組み合わせを実証しています。この技術は、デジタル印刷の解像度をインクジェットより高めるだけでなく、より導電性の高い、高濃度の導電性ペーストを可能にすることで、技術を進歩させるものです。
この技術革新は、マイクロディスペンサーだけでなく、ニュータイプでない独自の高濃度ナノ粒子ペーストにも表れている。AgNPペーストは、高負荷（85wt%以上）、小粒子（45nm）、エチレングリコール溶媒中である。このペーストは比較的高い焼結温度（250-300℃）を必要としますが、例えば80wt%担持のインクでは4.2uOhm.cmと高い導電性を示します。
下の最初のスライドでは、微量塗布装置そのものについてご紹介しています。現在、基板サイズは50mm×50mm程度です。最大印刷速度は10mm/s程度です。XYモーターとZモーターのコントローラーは、それぞれ2umと0.5umの精度を有しています。
次のスライドでは、プリントできる構造物の種類をご紹介しています。ベンチマークチャートでは、40%以上のバルクAg導電率で2umの線幅を達成できることが示されており、これは文献上の他の報告を凌駕しています。また、右図では、印刷された構造の種類を確認することができ、印刷された構造が高いアスペクト比を示すことがわかる。
ペーストの負荷が高いことと、ノズルが狭いことから、常に目詰まりの恐れがあります。次のスライドでは、非ニュートンペーストを2.5umのノズルで長時間印刷することができ、プロセスの安定性を実証しています。最後のスライドでは、プリント可能な構造物を紹介しています。
エレクトロハイドロダイナミック・プリンティング。インクジェットの限界に挑む
EHDは、アディティブエレクトロニクス分野で最も重要な技術開発の一つです。1）現在のインクジェットの能力を超える低解像度を実現できる、（2）幅広いインク粘度に対応できる、（3）非平坦な形状をカバーできる、など従来のインクジェットにはない大きな利点があります。
EHDは、直径500nm以下の液滴を印刷することができます。通常のインクジェットでは困難な1～10μmの解像度を実現します。さらに、粘度が1000Cp程度のペーストも扱うことができます。また、インクジェットのように機械的な力で押し出すのではなく、静電気力で引き抜く原理なので、粒子の軌道を制御することができ、3Dや非平面への印刷も可能です。これらはすべて、技術的に重要な進歩です。
2枚目のスライドでは、エンジェットが実演したラインや液滴などのパターンを印刷した例をご覧いただけます。ラインの場合、2/2umから80/80umまでのL/Sを見ることができ、この技術の多様性と超微細なライン印刷能力を示すものです。また、平らでない面へのデジタル印刷では、良好なステップカバレッジを示しています。
この技術の課題は、速度が遅いことです。多くのシステムは、ヘッドが1つだけの研究開発システムです。しかし、現在では工業規模のマルチヘッド印刷を開発する企業も出てきています。この動画は、Scrona社による0.5-1um Ag NPラインのマルチノズル・アレイ印刷です。これは、インクジェットが実現する以上の超微細なラインを産業規模で印刷するための道筋を示しており、素晴らしい結果です。
最後のスライドでは、いくつかのアプリケーションを紹介します。アプリケーションの領域は実に広く、拡大しています。EHDは、縮小し続けるマイクロLEDを配置するためのマイクロパッドをデジタル印刷するのに使うことができます（ダイには粒子のないAgインクを付けるのでしょうか？
TechBlick Innovation Festival (6月24日-無料｜オンライン)に参加すると、さらに詳しい情報が得られます。このフェスティバルでは、フラウンホーファーIAPがディスプレイ用途のQDのEHDに関する最新情報を発表し、DoMicroがEHDプリント（おそらくダイファースト統合）に関する展望を発表します。
LIFT Processs：スクリーン印刷と孔版印刷のデジタル化
LIFT（Laser induced Forward Transfer）は、高粘度の導電性ペーストや接着剤、はんだなどを非接触でデジタル成膜するプロセスであり、低粘度のインクをデジタル印刷するインクジェットとは異なり、高粘度の導電性ペーストや接着剤、はんだなどを非接触でデジタル成膜することができる。これは、低粘度のインクをデジタル印刷するインクジェットとは対照的です。
最初のスライドは、その動作原理を示したものです。透明なフィルムにペーストを薄く均一に塗布します。レーザーパルスがフィルム上のある場所に当たると、ペーストが正しく調合されていれば、ペーストは剥離して基板上に着地します。このように、この技術を使えば、マスクやノズルを使わずに、さまざまな粘性材料のパターンをあらゆる基板にプリントできる道が開かれます。
2枚目のスライドは、印刷可能な様々な材料を示しています。この表はIOテックのもので、市販のさまざまな材料をLIFTプリントできることを示唆しています。もちろん、レーザー照射量、パルスレート、フィルムと基板の距離、印刷速度、コーティングフィルムの厚み、ペーストのせん断減厚特性、ターゲット基板など、多くのパラメータを最適化する必要があるので、これほど簡単にはいかないのですが...。
文献から印刷したパターンをいくつか載せておきます。これらはPVメタライズペーストを使用して印刷した直線で、狭い線幅と非常に高いアスペクト比が達成できることを示しています。ある例では、65umの線幅が達成されています。これは、PVペーストのスクリーン印刷の生産状況（34um）よりも広いことに注意してください。
この後のスライドでは、さまざまなデモンストレーションをご覧いただけます。これらの例では、ソルダーペーストをLIFT印刷したり、接着剤を塗布したり、パッケージのインターコネクトを形成しています（この例では、線幅20μmとされていますが、まだ検証はしていません）。最後に、AgとCuのナノ粒子インクもLIFTに適合するように調合できることが分かります。一般に、これらの例は、インクジェットができないところにLIFTができることを示しています。
一般的に、LIFTは興味深い技術です。LIFTの原理は数年前から確立されていますが、その製造はまだ完全に商業化されていません。最近の取り組みでは、複数の材料を印刷できる産業規模のR2R装置を作ることを目指しています。特に、粘性ペーストを用いた微細な線幅の印刷をデジタルで（マスクやノズルを用いずに）高速に行うことに成功すれば、興味深い空間となることでしょう。
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R2R: 産業レベルの生産に対応したジェット選択的メタライゼーション
ジェットメタル・テクノロジーズは、スプレー噴射による金属表面改質を選択的に行うことができる新しいプロセスを開発しました。この技術では、2つの水性成分を表面に噴霧し、大気温度と圧力条件下で酸化還元プロセスを経て、純金属（この場合は主にAg）の薄層を形成する。厚さは10nmから5umの範囲であるが、通常は数百nmである。
このプロセスは、ハイスループットな塗装プロセスと薄く制御されたメッキ蒸着の間の橋渡しとなるものである。形成されたラインは純Agに近いため、高い導電性が得られる。実際、ジェットメタル・テクノロジーズは、スプレーコーティングの厚さが500nmの場合、平滑なPET基板上でバルクAgの85〜90%の導電率に達することを示唆している。
この薄さと高い導電性は、従来の粒子ベースのペーストやインクと明確に区別されます。さらに、インクジェットやパーティクルフリーのインクを除いて、印刷された厚みレベルは通常、数マイクロメートルの範囲である。印刷インクやペーストと同様に、ジェットメタライゼーションも異なる基板への接着を証明する必要があります。
スプレーまたはジェット・プロセスの課題は、選択的な領域のメタライゼーションを実現する能力です。JetMetal は、誘電体インクを最初に印刷（スクリーン、インクジェット、グラビアなど）し、マスクとして機能させるハイブリッドプロセスを開発しました。その後、ジェットメタライゼーションでAgを塗布し、露出した部分をメタライズすると同時に、マスキングインクを除去します（ここが重要です）。そのため、リフトオフなどの工程は必要ありません。適切なメタライズの厚みが得られるように、また、マスキングインクを適切なタイミングで完全に溶かし、残留インクが噴霧されないように、プロセスを注意深く制御する必要があると想像されます。
以下のスライドに示すように、JetMetal社は社内にS2Sスクリーン印刷機（400x400mm、解像度50um以上）とR2Rパイロットジェットメタライゼーションライン（幅400m、ウェブ速度3m/min以下）を有しています。
スライドでは、複数のアプリケーションを紹介しています。
RFアンテナ：50um以上の分解能で90%のバルクAg導電率を達成する、薄く高平滑な（Sa<20nm）層を成膜した。特性はスライドをご参照ください。
50nmの均質なAg層を持つPIベースヒーター
半透明薄膜ヒーターとして機能する線幅150nm、開口率90%以上の金属メッシュ
熱成形された3次元回路（伸長率1000％未満）。これは、彼らの場合、まずマスキングインクを伸長させ、その後、ジェット加工で3次元形状をメタライズしているため、興味深い。このように、粒子充填型導電性インクの伸びが制限要因になることはないでしょう。
[This is automatically translated from English]