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プリンテッド・エレクトロニクスへの適用 Microplotter 

SonoPlot, Inc.
プリンテッド・エレクトロニクスへの適用 Microplotter PEへの適用
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  • PEへの適用

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  • 流体材料の吐出機構

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ソノプロット社Microprolotter システムは、研究・開発およびプリンテッド・エレクトロニクスの迅速なプロトタイピングの用途に合致した理想的なシステムです。
 
Microplotter では広範囲にわたるインクを扱うことができ、従来の他のシステムでは困難だったカーボンナノチューブやグラフェンのような新しいナノ材料を印刷することができます。
 
特に高精度の位置決めステージを持つ Microplotter II は、上記のアプリケーションへのニーズに適合する目的で開発されました。
Microplotter II は優れた形状を描画する能力を持ちながら、コンパクトな形態を実現しています。

特長

インクジェット方式に対する優位性
 
Microplotter システムで用いられている流体材料の吐出機構は、既製のインクジェット方式とは全く異なっています。
 
印刷対象の表面から離れた位置から液滴を噴射するインクジェット方式とは異なり、Microplotter はペン式のプロッタのように液滴を直接吐出して真の連続的な形状を描くことができます。
この吐出機構は Microplotter の中核となる特許技術で、超音波によって液滴を送り出します。
この印刷方法を採用したことにより、インクジェット方式よりずっと広い範囲から印刷する流体材料を選択することができます。
 
インクジェット方式では通常は詰まりの問題が発生するため、高い粘度の溶液は使用できません。
Microplotter では最大 450 cP までの高粘度に対応でき、飽和食塩水、固形分を多く含む懸濁液、一部のカーボンナノチューブ溶液も吐出が可能です。
インクジェット方式ではインクの精製がしばしば必要となりますが、Microplotter では殆どインクの調整は必要ありません。
 
真の連続的な形状が印刷できるのも、Microplotter の特長の一つです。
インクジェット方式では液滴を重ね描きして塊だらけの直線となるのに対し、Microplotter では滑らかなエッジを持つ一つの形状として線を描くことができます。
 
Microplotter で描かれる線、円弧、または他の形状は、最小 5 µm幅が可能となっています。

適用事例 1

ナノ金属インクを導電性配線材料として用いたパターン印刷
 
Microprolotter システムを用いて銀のナノ金属インクで線を描画した後、アニーリングを施して µm スケールの導電性パターンを形成したものです。
 
銀のナノ金属インクは、インクジェット方式で使える標準品として販売されている懸濁液です。
一般的な配線パターンは、Microplotter システムに含まれる描画ソフトウェア SonoDraw によって設定できます。
 
インクが Microplotter に装填されると、設定されたパターンに従った線の描画が、制御用ソフトウェア SonoGuide によって行われます。 パターン印刷後、基板を 100℃ で 1時間アニーリングし、描画された線を金属のワイヤーとして固着させます。
 
ElectronicPiece.gif
ナノ金属インクを用いた配線パターン印刷

適用事例 2

ポリマー・ベースの青色 LED の描画
 
米国ウィスコンシン大学 Michael Winokur 教授のグループの研究で、Microprolotter システムを用いたポリマー・ベースの青色 LED の製造に成功しました。
 
この LED は多層構造で、青色で発光するポリマー重合体(9,9-ジ-n-オクチルフルオレン:PF8)が中核の位置に置かれています。
他の層は、酸化インジウムスズ(indium tin oxide)の電極、LED 層と良い電気的接触を得るための重合体(エチルジオキシチオフェン:PEDOT)層、デバイスの選択された領域をマスクする絶縁体として機能する重合体(メチルメタクリレート:PMMA)層、アルミニウムで覆われたカルシウム から構成されています。
 
100~300 nmの厚い LED 層は、4V の電圧で駆動されるデバイスとなります。
Microplotter で吐出された µm スケールでの描画による独特の性質を持つため、PF8 の膜は独自の光ルミネセンス特性が観測されました。
 
PolymerLED-schematicJ.gif   PolymerLED-workingdevice.png
Microplotterで印刷したポリマーLEDの構造   動作中のポリマーLEDデバイス

適用事例 3

カーボンナノチューブ成長用触媒の吐出
 
米国ウィスコンシン大学 Eriksson and Lagally 研究グループでは、触媒のスポットを µm スケールで吐出し、材料表面の特定の位置にカーボンナノチューブを直接成長させる目的で、Microprolotter を使用しています。
 
カーボンナノチューブは炭素の単原子厚のシートとして構成され、数 nm 幅のチューブとして形成されます。 特別な触媒材料上に炭素を多く含むガスを高温で吹きつけると、カーボンナノチューブが成長します。
 
電子技術アプリケーションや研究では、特定の位置にカーボンナノチューブを成長や配置できることが求められ、例えば電極間に架橋をする用途などに応用できます
 
触媒のスポットをパターン化するには、通常は半導体のフォトリソグラフィ技術を用いますが、高価なマスク、装置、設備を要する上に、完成するまでの日数もかかってしまいます。
Microplotter を用いると、触媒溶液を吐出してできるスポットは 5 µm というサイズが実現できます。 触媒の直接吐出は高速で、カーボンナノチューブを成長させる試料を用いる前にクリーンルームで作業する必要もありません。
 
新しい設計方法によって、フォトリソグラフィ技術によるマスクを製作する必要もなく、迅速に描画してテストすることができます。 これによって、電子回路上でカーボンナノチューブを成長させて、電気的特性を調べることが可能になります。
 
Nanotube-catalyst.png
カーボンナノチューブ成長用触媒 5µm幅スポット
 
Nanotube-acrosselectrodes.png
電極間に架橋されたカーボンナノチューブ

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