专利名称：电子基片、电子电路及其制造方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电子电路的制造技术，更具体地说，涉及一种用于电子电路的制造技术，其通过渗透用于电路图形形成的材料进入具有可渗透特性的电子基片上以产生任何需要的电子电路。
背景技术：
在过去，为了形成用于例如半导体集成电路等电子装置的微细电子电路图形，已经采用了照相平版印刷技术。由于制作照相底版、光致抗蚀剂涂覆、曝光、显影等过程成为使用照相平版印刷技术的必须过程，因此，除了具有相应设备的半导体厂外，其它厂不可能制造电子电路。此外，对于电子电路的生产，通常的情况是需要如插入机器、熔剂槽(flux tank)、焊接槽等制造设备，这样就需要高额的设备投资和复杂的过程管理。鉴于此，当制造用于电子电路等模型时(例如，开发者利用通用的基片安装大量元件并将其焊接等的模型制造)，在如小产品管理的情况下，先前的技术方法已经不能适用，且要花费更多的劳动力和时间。
作为解决此类问题的一种技术，已经考虑了用于解决少量电子电路的需求，以便以此方式通过利用喷墨技术在电子基片的上表面上通过去除材料形成电路来制作电路，而不需要大型设备。
由于此技术，使得用于满足制造少量各种产品类型的需要成为可能，但是，另一方面，也还不能说充分满足降低电子电路尺寸和重量的要求，目前，这一要求已经变得越来越紧迫。具体地说，随着半导体存储容量和速度的增加，以及CPU处理器的大规模集成的逐步提高，降低电子电路尺寸的要求已经在近年来变得极为迫切，目前，已经对用于在电子基片的上表面上形成电子电路的方法提出要求，其在先前技术方法的基础上得到改进。
本发明已经根据上述情况提出设想，其目的就是提供一种电子基片、电子电路及其制造方法和用于制造上述元件的装置，通过在电子基片内渗透用于电路图形的的材料形成赋予渗透性的电子基片，从而形成任何所需的电子电路，可以满足降低电子电路尺寸、重量和厚度的要求。
发明内容
根据其主要方面，本发明提出了一种电子基片，由多孔材料制作，含有用于电路图形形成的材料的液体材料能够渗透入到所述多孔材料中。由于采用此电子基片，多孔材料具有良好的毛细管现象，其可以快速地吸收含有用于形成电路图形的液体材料进入基片中，因此，可以形成高精度的电路图形。
多孔材料的主要成分可以为陶瓷。在此情况下，可以形成高精度的电路图形。由于此多孔材料不仅具有优良的毛细管现象，而且也具有绝缘体的特性、抗热的特性、抗化学的特性以及轻质的特性。
此外，所述多孔材料的主要成分可以为纤维材料。在此情况下，由于此多孔材料具有优良的毛细管现象，所以可以形成高精度的电路图形。
根据其另一主要方面，本发明也提出了一种电子电路，包括主要成分为陶瓷材料或纤维材料的电子基片，以及通过含有用于电路图形形成的材料渗透进电子基片并固化的液体材料形成的电路图形。根据此电子电路，电路图形在电子基片内形成。因此，与电路图形形成于电子基片上表面的情况相比，由于可以减少电子电路的厚度，所以可以减少电子电路的尺寸和重量。
作为用于电路图形形成的此材料，此液体材料包括传导材料、半导体材料、绝缘材料以及介电材料中的至少一种。在此情况下，可以形成各种不同类型的电子电路。
此电路图形可以包括由用于电路图形形成的材料形成的电容器。在此情况下，可以提供一种可以积聚并释放电的电子电路中的元件。
电路图形可以包括由用于电路图形形成的材料形成的感应器。在此情况下，可以提供一种可以很方便地在低操作频率下通过电流且在高操作频率下很难通过电流的电子电路中的元件。
电路图形可以包括由用于电路图形成形的材料形成的电阻器。在此情况下，可以提供一种将适当的电阻施加到电流通路上的电子电路中的元件。
电路图形可以包括由用于电路图形形成的材料形成的导线或电极。在此情况下，可以提供此连接到用于传导电流的元件或一些其它电子电路的此电子电路。
电路图形可以包括由用于电路图形形成的材料形成的有源元件，在此情况下，例如，可以提供此具有只在单向传导电流的元件的电子电路等等。
根据其另一主要方面，本发明也提出了一种用于电子电路的制造方法，其中通过渗透含有用于电路图形形成的液体材料到电子基片中并将其固化以将电路图形形成于可渗透的电子基片上。根据此用于电子电路制造的方法，电路图形形成于电子基片内。因此，与在电子电路表面上形成电路图形情况的先前技术相比，由于可以制造更薄的电子电路，所以采用此制造方法，可以减少电子电路的重量和尺寸。
根据其另一主要方面，本发明也提出了一种用于制造电子电路的的装置，在电子电路制造中，其利用含有用于电路图形形成材料的液体材料在可渗透电子基片上形成所需的电路图形。具体地说，此用于电子电路的制造装置包括相对电子基片排出液体材料的墨水喷射头，以及彼此相对地转换墨水喷射头和电子基片的转换装置。采用此制造电子电路的装置，可以利用类似于在先前技术中使用的喷墨技术。因此，采用此电子电路的制造装置，可以方便和容易地制造尺寸小及重量轻的电子电路。
图1是显示根据本发明用于电子电路制造的结构简图。
图2是显示墨水喷射头的分解透视图，而图3是显示此墨水喷射头基本部分的局部截面透视图。
图4A、4B、5A和5B是显示形成电容器的两种不同方法。
图6A、6B、7A和7B是显示形成线圈的方法。
图8A、8B、9A和9B是显示形成电阻器的方法。
图10A和10B是显示形成导线和电极的方法。
图11A和11B是显示形成导线的方法。
图12A和12B是显示形成有源元件的方法。
具体实施例方式
在下文中，将参照相应的附图对本发明的电子基片、电子电路、以及用于电子电路制造方法和装置的实施方式进行详细说明。
在本发明优选实施方式中使用的电子基片100由多孔材料制造，主要材料为纤维材料，例如二氧化硅纤维、氧化铝纤维等，或陶瓷材料。
在此，此制造为以便能承受高温的多孔陶瓷材料具有通过熔化一部分高熔点陶瓷材料并将其与一部分同样的陶瓷材料熔合在一起形成独特的三维网状结构。由于采用此三维结构，许多具有平滑壁面的很小孔由于高温反应变得连接在一起，所以，最终的陶瓷多孔材料中的气孔比很高，以便其含有大量平均直径约为几十微米的连通空孔(空穴)。鉴于此，此多孔陶瓷材料具有优良的毛细管性能，且其可能使其以相对高的速度吸收各种液体材料。
在许多情况下，由于使用此多孔陶瓷材料的陶瓷材料为半导电或绝缘氧化物，所以，最终的多孔陶瓷材料将为绝缘体。除了对应于多孔材料的各种性能和特性之外，如重量轻、绝热性、良好的吸音性能、良好的吸收和分离特性、以及可选择透明度，此多孔陶瓷材料具有与陶瓷材料相应的各种性能，如抗热、抗化学性等；而且其具体性能由其孔的形状、其孔的直径以及其孔直径的分布状态等确定。因此，通过适当地控制此多孔陶瓷材料中孔的形状、这些孔的直径、这些孔直径的分布状态等，可以满足大范围的需求，以便形成多孔陶瓷材料以适应宽范围的场合。
因此，由具有此特性类型的多孔陶瓷材料形成的电子基片100具有用于快速吸收各种类型液体的渗透性，良好的绝缘特性，良好的抗热性，以及轻质特性。通过以适当的方式改变此电子基片100的尺寸和厚度、其孔的直径、其孔直径的分布状态等，可以获得适合于各种电路图形P形成的电子基片100。
图1是显示根据本发明用于制造电子电路的装置的总体图形简图。此用于电子电路制造的装置1包括一个或多个墨水喷射头20和一个或多个墨水喷射头50，一个或多个罐30和一个或多个罐60，平台装置70，固化装置80，以及控制装置90，以便通过利用相对电子基片100表面的墨水喷射方法，通过排出液滴D和R在电子基片100内，由此，将这些液滴D和R渗透进电子基片100中以形成预定的电路图形P制造电子电路C。
墨水喷射头20和墨水喷射头50具有彼此一样的结构，且其设置为以便面对固定在平台装置70两侧面上的电子基片100，且将其夹在中间；然后其相对所述电子基片100的其各自侧面排出液滴D和R。
图2是显示用于说明墨水喷射头20和墨水喷射头50结构的一个实施例的分解透视图。如图2所示，墨水喷射头20和50每个由容纳设置有喷嘴211的喷嘴板210、压力腔限定基片220、振动板230在机架250内而形成。
如图3所示，此墨水喷射头20的基本部分制作为将压力腔限定基片220夹在喷嘴板210和振动板230之间。多个由侧壁(分隔壁)222分隔的多个空腔设置在由蚀刻单晶体硅基片等形成的压力腔限定基片220中。更具体地说，多个腔221、引导到这些腔221中每个的供给缝隙224，以及引导到各种供给缝隙224的共同流体通路的储藏箱223通过分别设置喷嘴板210和振动板230在压力腔限定基片220的上、下表面上而形成，因此，封闭所限定的空间的顶部和底部。这些腔221的每个都通过其供给缝隙224之一连接到储藏箱223，并起到单独压力腔的作用。
引导腔221的多个喷嘴211形成于喷嘴板210中。振动板230由例如热氧化膜等制作。引导到储藏箱223的墨水罐孔231设置在振动板230中。任何通过此罐孔231填充进罐30、60中的所需液体材料10、40都可以提供到储藏箱223。对应于每个腔221的压电元件240都设置振动板230上。这些压电元件240每个都通过将压电陶瓷材料如PZT件等的晶体夹在上电极和下电极(在图中未示出)之间制作。这些压电元件240根据其从控制装置90提供的排出信号Sh和St产生体积的变化。
具有此种结构的墨水喷射头20和50可以通过改变压电元件240的体积排出液滴D和R。应该理解，不能认为墨水喷射头20和50局限于上述说明的结构；例如，也可以形成为通过用加热元件加热液体材料10和40以便增加其体积而排出液滴D和R。
下面再参照图1，罐30和罐60的每个都容纳一定量的液体材料10、40，并通过供应管将此液体材料10、40供应到墨水喷射头20、50之一。应该理解，由于在各种罐30、60之间没有连接件，所以，可以在各种不同的罐中储存各种类型的液体材料，并将这些不同类型的液体材料供应到各种相应的不同墨水喷射头20、50中。
每种液体材料10、40都包括用于形成电路图形P的电路图形形成的材料K。这些用于电路图形形成的材料K为当其固化时具有各种电子特性如传导性、半传导性、绝缘特性、介电性等的基片；用于电路图形形成的此种材料K的可能实例可以为能够通过将其加热到熔点以上变为液体的低熔化点的金属物质如焊锡、镓、或铅等，或含有高密度微小颗粒并具有将其排出后就干燥的所需电子特性的物质。无论使用何种材料，液体材料10、40的粘性都由溶剂等物质控制，以便其为用于从墨水喷射头20、50中作为液滴D、R排出的适当液体形式。
能够将电子基片100保持在其位置，平台装置(转换装置)70也可以在X方向和Y方向移动电子基片100。此平台装置70在电子基片100图中下侧面上所需形成电路图形的区域设置有下开口(在图中未示出)，以便其可以用于从设置在平台装置70下方的墨水喷射头20、50排出到达电子基片100下表面的液滴D、R。因此，只有电子基片100图中下表面的外围部分接触平台装置70。
此平台装置70根据来自控制装置90的驱动信号Sx和Sy通过平台转换部分71在X方向和Y方向移动，以便保持在此平台装置70上的电子基片100相应地也在X方向和Y方向移动。基片位置测量部分72设置到平台装置70，且其根据电子基片100的位置(在X方向和Y方向)将信号发送到控制装置90。而控制装置90根据这些信号控制电子基片100的位置。
固化装置80为对从墨水喷射头20、50排出的液滴D、R和电子基片100上的液滴D、R进行预定形式加热处理的装置。此固化装置80包括上侧固化装置81和下侧固化装置82，且根据来自控制装置90的控制信号Spa和Spb，这些装置81和82分别对液滴D、R进行物理、物理化学、和/或化学加工处理等处理。作为此加热处理的例子，可以引用吹动加热的气流，通过激光照射和灯光的照明进行加热和干燥处理，并通过应用化学物质进行化学转化处理；而且固化装置80设置有用于产生所需此处理或多种处理的适当结构。
例如，控制装置90为包括CPU、存储器、接口电路等的计算机装置(在图中都未示出)。在此用于制造电子电路装置1中，此控制装置90通过执行预定程序实现电子电路制造。换言之，其通过将适当的排出信号Sh和St发送到适合的墨水喷射头20、50使得液滴D、R排出，而且也可以通过将适当的驱动信号Sx和Sy发送到平台转换部分71以移动电子基片100。
下面将具体说明用于具有此种形式结构的电子电路的制造装置1。
首先，当电子基片100放置在平台装置70上时，控制装置90将驱动信号Sx和驱动信号Sy输出到平台转换部分71。平台转换部分71响应此驱动信号Sx和驱动信号Sy移动平台装置70，以便电子基片100相对墨水喷射头20、50移动，从而带动其上形成电路图形的电子基片100的区域面对这些墨水喷射头20、50。
其次，根据形成此种形式的电路图形P(即，根据是否具有导电、半导电、绝缘或非传导性的电子特性)，控制装置90确定使用液体材料10、40的哪一种，并发出排出信号Sh和/或St，以使此液体材料10、40排放到相应的墨水喷射头20、50(实际上，排放到其压电元件240)。
在已经提供此排出信号Sh、St的墨水喷射头20、50中，压电元件240根据在其上电极和其下电极之间施加的电压产生体积的变化。此体积的变化扭曲振动板230，并相应地改变腔221的容量。由于液体材料10、40已经排放到此腔221中，因此，从此腔221的喷嘴211以液滴R、D的形式向电子基片100的上表面或下表面排出液体材料10、40。在由于此液体材料10、40排出造成的腔221中液体材料10、40量的不足通过来自罐30、60提供的新鲜液体进行补充。
结果，由于此电子基片100具有渗透性(通过毛细管现象)，已经粘附在电子基片100上表面或下表面的液体材料10、40立刻吸入到并渗透进电子基片100。通过调节含在液体材料10、40中溶剂的类型和数量，可以控制液体材料10、40渗透进电子基片100中的深度。已经渗透进电子基片100中的液体材料通过自然干燥或固化装置81、82的处理在电子基片100内固化，从而形成固体层。根据含在液体材料10、40中用于电路图形形成材料的具体性质，可以使此层具有所需的电子特性、如传导性、半传导性、绝缘性能或电介质特性等。
其次，下面将说明根据本发明用于制造包括电子电路元件C(如电容器121和122、线圈123、导线125、电极126、以及有源元件127)电子电路图形P方法的各种具体方式。
优选实施方式1首先，参照图4A和4B，将说明用于形成作为电路图形P的具有在表面方向面对电极的电容器121。图4A为电子电路的平面视图，而图4B为图4A中沿箭头IV-IV所示平面剖开的截面视图。
在此，假如一种液体材料11、41为用于电路图形形成的材料K，含有具有绝缘特性的材料，而另外一种材料12、42也为用于电路图形形成的材料K，含有为传导性的材料。此为传导性的液体材料12、42可以包括RuO2、IrO2、OsO2、MoO2、ReO2、WO2、YBa2Cu3O7-x、Pt、Au、Ag、In、In-Ga合金、Ga、焊锡等作为用于电路图形形成的材料K，而作为溶剂可以使用二甘醇一丁醚乙酸酯、3-二甲基-2-imidazolithin(3-dimethyl-2-imidazolithin)、BMA等。传导性的液体材料12、42也可以为低熔点如In-Ga合金、In、焊锡等通过加热等就处于融化状态的金属膜。
用于电子电路制造的此装置1设置有容纳包括含有作为用于电路图形形成材料K的传导材料的液体材料的罐、用于排出含有此传导材料的这些液体材料12、42的墨水喷射头22、52、容纳包括作为用于电路图形形成的材料K的绝缘材料的液体材料11、41的罐、用于排出包括此绝缘材料的这些液体材料11、41的墨水喷射头21、51。
形成传导层的过程电子基片100分别相对用于排出为传导性的液体材料12、42并面对此电子基片的上表面和下表面的墨水喷射头22、52移动，以便带动所述的墨水喷射头22、52面对在此电子基片100上形成的传导层102的区域。其次，含有用于形成电路图形材料K的传导材料的液体材料12、42从墨水喷射头22、52排出，同时沿形成电路图形的区域相对墨水喷射头22、52移动电子基片100，从而形成矩形的传导层102(电容器121的电极)。以此方式排出的液体材料12或42粘附到电子基片100上。此粘附的液体材料12、42具有大约几十微米的直径。
通过上述操作，形成两个构成为间隔预定距离的一对电极的传导层102、102，这些传导层102、102的宽度、长度以及其间的间隙根据所需用于形成此电容器121的容量确定。这是因为电容器121的容量由电极(传导层102)的面积和其间的间隙确定。
固化传导层的过程为了获得所需的电子特性，需要进行传导层102的固化过程。
作为电路图形形成的材料K，如果液体材料12、42含有微小的传导材料颗粒如在溶液中不溶解的金属物质等，由于从墨水喷射头22、52排出的液体材料12、42处于这些微小颗粒分散在溶剂中的状态，当溶剂只被蒸发时，可能发生用于电路图形形成的材料K(传导材料的微小颗粒)不连接在一起情况，从而不能获得其传导性。因此，通过利用固化装置80等将用于电路图形形成的材料K加热到含有其传导材料的熔点以上，则随着溶剂的蒸发，可以将分散在用于电路图形形成材料K中的分散微小颗粒相互连接在一起，形成一个单一体，从而保证其最终元件的最优传导性。
如果用于电路图形形成的材料K溶解在液体材料12、42中，则可能通过固化装置80蒸发溶剂以沉淀传导材料，在这种情况下，最终元件的传导性没有任何问题。
另一方面，如果用于电路图形形成的材料K为如加热到其熔点以上的金属物质等材料，则可以通过保持用于电路图形形成的电子基片区域的温度在所述金属物质的熔点以下，将其固化成传导件。
如果只是由于电子基片100的原因使上述两个电极(传导层)102、102之间的电子绝缘特性太低，不能保证电容器121足够的性能，则可以在这些电极(传导层102、102)之间形成绝缘层101。这是因为电容器121的容量随着电极之间介电率的增加而增加。
在此，用于形成绝缘层101的液体材料11、41包括作为用于电路图形形成的材料，具有绝缘特性的SiO2或Al2O3、具有介电特性的SrTiO3，BaTiO3、Pb(Zr，Ti)O3等等；而作为溶剂可以使用PGMEA、环己烷、二甘醇一乙醚乙酸酯(carbydol acetate)等。此外，根据需要也可以加入甘油、二甘醇、1，2-亚乙基二醇等作为液体材料11、41的湿润剂和粘结剂。另外，作为含有具有绝缘特性材料的液体材料11、41，也可以采用包括聚硅氮烷的金属醇盐或绝缘材料。在这种情况下，可以通过加热或化学反应等形成绝缘材料。
形成绝缘层的过程电子基片100分别相对墨水喷射头21、51移动，所述墨水喷射头21、51可以相对于电子基片100的上表面和下表面排出具有绝缘特性的传导性液体材料11、41，从这些墨水喷射头21、51排出的液体材料11、41排向绝缘层101将要形成的区域(在传导层102、102之间)。位于电极102、102之间的绝缘层101的宽度和厚度、以及具有绝缘特性材料的介电率根据所需形成电容器121的容量确定。电容器121的容量也由电极之间的介电率确定。
如果液体材料11、41含有具有绝缘特性的材料，由于即使通过此固化过程形成的绝缘层101不形成密度层也根本不会产生坏的电子特性，则也可以只蒸发其中的溶剂成分。然而，也需要进行加热处理以便固化和加强绝缘层101。
如果绝缘层101通过化学反应的介质固化，则可以考虑通过化学反应如产生分散系统的破坏进行处理。例如，如果液体材料11、41使作为其主要成分的有机颜料分散在苯乙烯-丙烯酸树脂材料中，则硝酸镁的水溶液可以作为反应物液体从墨水喷射头排出。此外，如果液体材料11、41作为其主要成分的环氧树脂，则胺类材料可以作为反应液体从墨水喷射头排出。
当形成上述传导层102或绝缘层101时，在已经形成一层后，需要在形成下一层之前进行固化处理。当将含有另一种作为用于电路图形形成材料K的液体材料排出以便叠加在还没有完全固化的液体材料上时，材料有可能混合在一起，且其可能出现不能获得所需电子特性的情况。
作为用于形成电路图形的材料，而不是具有绝缘特性的材料，可以采用介电材料。这是因为可以通过在其电极之间填充介电材料增加电容器121的容量。此外，也可以由多种材料以彼此平行的方式形成多个绝缘层101。这是因为可以获得类似多层结构电容器121的作用。
也可以在形成传导层102之前形成绝缘层101。具体地说，如果电极之间的间隙小，则需要选择具有绝缘特性的材料，以便绝缘层101相对接着将要排出的液体材料12、42具有无亲合力的特性。这是因为由于首先形成的绝缘层101排斥液体材料12、42，使电极短路的危险变得很小。
此外，传导层102不局限于图4所示的结构；也可以采用其它各种形式的结构。例如可以通过形成传导层102或绝缘层101进一步增加电容器121的容量，以便相互面对的电极形成为锯齿形状或彼此作用的凹凸形状。
可以通过上述说明的任何过程在电子基片100内形成电容器121(电路图形P)。当使用这些过程之一时，如果当实际测量时发现电容器121的容量不够，可以通过形成另外的传导层102以扩大相互面对电极的面积，和/或通过排出在延伸的传导层102之间的介电材料小范围地调整其容量。在此情况下，可以设定最初制作的电容器121的容量稍微低于所需的容量，接着，增加容量直到其达到最佳的程度。
如上所述，由于可以通过墨水喷射的方法形成绝缘层101和/或传导层102，因此，不仅可以用小型设备如利用家用打印机类型的喷墨打印机等低成本制造任何所需形式的电容器121，而且如果必须要对电容器121的容量做小的调整，可以方便地将其容量增加到一定的程度。
优选实施方式2下面将参照图5A和5B，利用上述用于制造电子电路的装置1，说明用于形成与上述形式(具有在电子基片100的厚度方向彼此面对的电容器122)不同形式的电路图形P方法的另一实施例。图5A为电子电路的平面视图，而图5B为图5A中沿箭头V-V所示平面剖开的截面视图。
用于电子电路制造的此装置1设置有容纳含有作为用于电路图形形成材料K的传导材料的液体材料12、42的罐、用于排出含有此传导材料的这些液体材料的墨水喷射头23、53、容纳包括作为用于电路图形形成材料K的绝缘材料的液体材料11、41的罐、以及排出含有此绝缘材料的这些液体材料11、41的墨水喷射头21、51。
形成绝缘层的过程电子基片100相对墨水喷射头21移动，所述墨水喷射头21排出具有绝缘特性的作为用于电路图形形成材料K的液体材料11。对于此具有绝缘特性的液体材料11的性质，其与上述参照第一种形式的电容器相同。虽然形成的绝缘层101的宽度越大，且其越薄，最终电容器122的容量越大，但绝缘层101必须形成足够的宽度以提供适当的绝缘，否则由于在电极之间有出现短路的危险。此外，通过由介电材料形成绝缘层101可以增加电容器101的容量。至于此绝缘材料的固化，可以与上述关于第一种形式的电容器同样的方式制作。
形成上传导层的过程电子基片100相对墨水喷射头22移动，以便定位墨水喷射头22在已经形成的绝缘层101上，而绝缘层101相对墨水喷射头22移动，同时从墨水喷射头22排出含有作为用于电路图形形成材料K的传导材料的液体材料12，以便将液体材料12作为叠加层排放到绝缘层101的上表面；然后将其固化，形成上侧电极(传导层)102。具有传导性液体材料12的性质以及其固化的方式与上述关于第一种形式的电容器相同。虽然为了使最终电容器122的容量尽可能地大，可以尽可能大地形成传导层102的区域，但必须保证其与相对的电极不短路。
形成下传导层的过程电子基片100相对墨水喷射头52移动，以便在形成绝缘层101的下面定位墨水喷射头52，而绝缘层101相对墨水喷射头52移动，同时从墨水喷射头52排出含有作为用于电路图形形成材料K的传导材料的液体材料42，以便将液体材料42作为叠加层排放到绝缘层101的下表面；然后将其固化，形成下侧电极(传导层)102。具有传导性的液体材料42的性质以及其固化的方式与上述相同。
如果绝缘层101仍然没有在电子基片100下面渗透，虽然将要变为下侧电极的传导层102渗透进电子基片100，或相反，如果绝缘层101已经真正在电子基片100下面渗透，则将要变为下侧电极的所述传导层102形成为层叠绝缘层101下面。然而，下传导层102当然必须形成以便不会与上电极102短路。
可以通过此过程在电子基片100内形成电容器122(电路图形P)。应该理解，如果在以后需要改变电容器122的容量，则其可以方便地实现，当利用墨水喷射方法已经实现形成操作后，为了使绝缘层101更大，在已经增加的绝缘层101的上、下侧面上另外形成用于上电极和用于下电极的额外部分，以便增加电极相互面对的面积。
采用此电容器122，在上、下电极102、102之间产生的层不局限于绝缘层；也可以相对含有传导材料的液体材料12形成具有非亲合力的层。这是因为，如果电子基片100本身的绝缘特性不够，则可以通过利用排斥液体材料12、42的非亲合力层，降低上电极102和下电极102一起短路的危险。
根据此方法，由于可以通过墨水喷射的方法形成绝缘层和/或传导层102，因此，可以利用小型设备如家用打印机等使用的喷墨打印机制作任何形式的电容器。此外，根据此方法，由于可以设定相对大的电极面积，所以，可以制造高容量的电容器122。
优选实施方式3接着，将参照图6A、6B、7A和7B具体说明通过利用上述用于电子电路制造的装置1形成作为电路图形P的线圈(电感)123方法的实施例。图6A和图7A为电子电路的平面视图，而图6B为图6A中沿箭头VI-VI所示平面剖开的截面视图，而图7B为图7A中沿箭头VII-VII所示平面剖开的截面视图。
在用于电子电路制造的装置1中，包括用于容纳含有作为用于电路图形形成材料K的电感材料的液体材料12、42的罐、用于排出此液体材料12、42的墨水喷射头22、52、用于容纳包括具有作为用于电路图形形成材料K的绝缘特性材料的液体材料11、41的罐、以及排出此液体材料11、41的墨水喷射头21、51。
形成螺旋传导层的过程如图6A所示的螺旋图案，当从墨水喷射头12、42排出含有传导材料的液体材料12、42时，电子基片100以螺旋方式相对墨水喷射头22、52移动，以便传导层102a形成为螺旋。此螺旋传导层102a中的匝数、其宽度根据所需制造螺旋123的电感值确定。关于此液体材料12、42的性质、以及其固化的过程与先前上述的说明相同。
形成绝缘层的过程如图6A所示，当从墨水喷射头21、51排出含有具有绝缘特性材料的液体材料11、41时，电子基片100相对墨水喷射头21、51移动，以便绝缘层101沿螺旋传导层102a的直径方向以离开不封闭的中心点延伸的带状形式形成。通过上述操作，随着在电感层102a螺旋线之间的渗透形成绝缘层101，作为传导层102a的这些螺旋线上叠加层的传导层102a也同时形成。关于此液体材料11、41的性质、以及其固化的过程与先前上述的说明相同。
形成另外传导层的过程当从墨水喷射头22中排出含有传导材料的液体材料12时，电子基片100相对墨水喷射头22移动，以便相对应从线圈123延伸出的线的传导层102b在绝缘层101上形成，从而越过绝缘层101并与螺旋型线圈123的中心点和外侧连接在一起。由于可以通过上述操作形成相对应在绝缘层101上延伸出的线的传导层102b，从而形成从线圈123螺旋形式的中心引导出的传导层102b，而不会与由构成此螺旋形式(除在其中心点外)的传导层102b接触。对于此液体材料12的性质以及其固化过程与先前上述的说明相同。
通过此过程，可以在电子基片100上形成作为电路图形P的线圈123。应该理解，可以将普通的导线连接到构成线圈123螺旋的传导层102a的中心点，代替形成绝缘层101和相对应引导线的传导层102b。
此外，通过调整渗透进电子基片100的传导层102的深度，也可以形成线圈123，而根本不用提供绝缘层102。换言之，如图7所示，可以只通过利用墨水喷射头22相对电子基片100的上表面，只排出具有传导性的液体材料12，且只在电子基片100的上表面上侧以螺旋的形式形成相对薄的传导层102c。其次，通过利用两个墨水喷射头22、52，相对电子基片100上、下表面，同时相对墨水喷射头22、52移动电子基片100，排出具有传导性的液体材料12、42，以便这些液体材料12、42渗透进电子基片100的上表面和下表面，在此螺旋形式的中心部分形成传导层102d。此外，通过只利用墨水喷射头52，只相对电子基片100的下表面排出具有传导性的液体材料42，只在电子基片100的下表面上形成另一个相对薄的传导层102e，从而对应于从在线圈123的螺旋形的中心的传导层102d延伸到传导层102c的外面的引出线；从而可以形成没有任何绝缘层102的线圈123。
另外，当已经形成线圈123后，如果根据需要增加此线圈123的电感值，可以从其螺旋的端部分进一步延伸螺旋传导层102a、102c。也可以在螺旋形状的传导层102a、102c之间涂上磁性材料，以便增加线圈123的电感值。另一方面，如果当已经形成线圈123后，需要减少线圈123的电感值，则可以从已经形成的螺旋传导层的中点另外形成引出线实现。
如上所述，根据本发明，可以在电子基片100内制造作为电路图形P的线圈123。此外，如果当此线圈制造完成后，需要增加或减少其电感等值时，可以方便地进行此微小的调节。应该理解，如果不形成螺旋形式的传导层102，也可以形成为锯齿或锐齿形状的传导层102，或形成凹凸的形状，则也可以获得所需线圈件123的电感值，其在形式上与形成螺旋形状传导层102的方式相同。
接着，将参照图8A、8B、9A和9B具体说明通过利用上述用于电子电路制造装置1形成电阻器124方法的实施例。在这些图中图8A和图9A为电子电路的平面视图，而图8B为图8A中沿箭头VIII-VIII所示平面剖开的截面视图，而图9B为图9A中沿箭头IX-IX所示平面剖开的截面视图。
在用于电子电路制造的装置1中，包括用于容纳含有作为用于电路图形形成材料K的电阻材料的液体材料13、43的罐、以及排出此液体材料13、43的墨水喷射头23、53。
包含在液体材料13、43中作为用于电路图形形成材料K的电阻材料的类型根据所需生产电路图形P(电阻器124)的电阻值确定。在此液体材料13、43中，作为电阻材料，建议为传导粉末和具有绝缘特性的粉末的混合物，如Ni-Cr、Cr-SiO、Cr-MgF、Au-SiO2、AuMgF、PtTa2O5、AuTa2O5Ta2、Cr3Si、TaSi2等；而作为此混合物的溶剂，建议为PGMEA、环己烷、二甘醇一乙醚乙酸酯(carbidol acetate)等。根据要求，也可以将甘油、二甘醇、1，2-亚乙基二醇等作为湿润剂和粘结剂加入到液体材料13、43中。作为液体材料，也可以采用包括聚硅氮烷的金属醇盐或绝缘材料。在这种情况下，可以通过加热或化学反应等形成绝缘材料。
形成电阻层的过程当相对墨水喷射头23、53移动电子基片100时，含有作为用于电路图形形成材料K的电阻材料的液体材料13、43分别以连续的方式从墨水喷射头23、53相对电子基片100的上、下表面排出。通过上述操作，形成具有电阻属性的电阻层103。至于此电阻层103的固化过程，可以以上述方式完成。应该理解，此形成的电阻层103的宽度、厚度和长度根据所需用于最终电阻器124的电阻值确定。这是因为电阻器124的电阻值与其长度成正比，且与其横截面积成反比。应该理解，需要设定此电阻层103的宽度、厚度和长度以便获得稍微大于为目标电阻值的电阻值。这是因为如果需要可以在以后过程通过增加电阻层103的深度或宽度将电阻值减少到合适的电阻值。
形成传导层的过程当电阻层103已经固化时，电子基片相对墨水喷射头22、52移动，同时从这些墨水喷射头22、52中排出具有传导性的液体材料，从而使传导层102、102在电阻层103的两端形成。至于这些传导层102的固化过程，以上述方式进行。应该理解，如图9所示，也可以根本不用在电阻层103的两端形成传导层102，而是在电阻层103的上表面侧和下表面侧上形成传导层102结构的电阻器124。根据上述说明，此替代过程的细节对于本领域的一般技术人员应该非常清晰，因此在此予以省略。
因此可以通过此过程在电子基片100内形成作为电路图形P的电阻器124。应该理解，如果当电阻器124最初暂时形成后，需要对此电阻器的电阻值做小的调整，则可以通过排出更多的液体材料13、43量增加电阻层103的厚度或宽度，以将电阻值降低到任何所需和适当的值。因此在已经最初生产后，可以方便地对电阻器的电阻值做出微小的调节。
接着，将参照图10A、10B、11A和11B具体说明通过利用用于电子电路制造的上述装置1形成导线125和电极126方法的实施例。在这些图中，图10A和图11A为电子电路的平面视图，而图10B为图10A中沿箭头X-X所示平面剖开的截面视图，而图11B为图11A中沿箭头XI-XI所示平面剖开的截面视图。
上述用于电子电路制造的装置1用于形成这些导线125和电极126的加工。同时采用分散元件作为电路元件，按照先前技术的做法，本发明可以在这些分散元件之间进行导线形成。然而，需要另外的装置或手工元件设置过程，以便在电子基片100的上表面或下表面上设置这些分散元件。
元件的设置过程通过利用插入机器或手工将独立元件(分散元件)设置在电子基片100的上表面或下表面的适当位置。此设置根据需要制造的电路图形P(电子电路C)确定。在图10中，作为实施例，在其所示的情况下，以芯片的形式设置这些独立元件如电阻器110、电容器111和晶体管112。
需要通过利用环氧粘合剂等事先将这些独立元件110、111和112粘接到电子基片100。也可以利用墨水喷射的方法应用这些粘接材料。例如，通过从墨水喷射头24、54排出包含粘接材料的液体材料14、44，在元件要粘接的电子基片100的区域中形成粘接层104。由于此粘接层104只要求保持元件在原位，所以需要利用不渗透进电子基片100的材料。此外，也可以在小于元件实际覆盖的区域中形成粘接层104。另外，也可以用插入机器等将元件就地粘贴在粘接层104上。应该理解，环氧树脂或可以通过能量等硬化的树脂都可以作为粘接材料使用。例如，如果使用热固树脂或光固树脂，则可以通过利用热或光的辐射粘接元件，根本不会有保留在墨水喷射头24、54中的材料硬化问题。
形成导线的过程当各种独立元件已经粘接到电子基片100上时，通过利用含有作为电路图形形成材料K的传导材料的液体材料12、42在这些元件之间形成连接的导线125(传导层102)。此传导材料的性质、其使用和固化的细节与上述说明相同，因此在此不再叙述。可以形成这些导线125以便其不仅沿电子基片100的表面方向(X和Y的方向)延伸，而且通过其沿其厚度方向(Z方向)延伸。
此外，通过以浓缩方式排出液体材料12、42，可以形成从外面、沿导线125的通路连接到导线等的电极(传导层102)。此电极126可以以任意的方式形成，如环形、正方形、三角形、矩形等等。
应该理解，可以通过焊接在由传导层102构成的导线125和各种元件的一定终端之间进行粘接。也可以通过墨水喷射方法方便地进行此焊接操作，其中焊剂加热到其熔点以上的温度并从相应的墨水喷射头20、50之一排出。
此外，如图11所示，如果导线125的图形涉及相交，当已经形成构成底层的传导层102f后，在此固定的相交点处，在此传导层102f上提供绝缘层101，然后在此绝缘层101上形成另外的传导层102g。
应该理解，在通过墨水喷射方法制造导线125的上述说明中，虽然可以假设通过其本身的传统方法分别制造独立元件，但如上所述，也可以如上述用此墨水喷射方法制作一部分或整个电路元件。换言之，可以在高容量值的电容器、高电感值的线圈、或复杂结构的有源元件的情况使用独立元件，同时在电子基片内通过利用上述的墨水喷射方法形成其它较少要求的电路元件。应该理解，在上述实施例中，虽然首先进行了元件的设置，但也可以首先制作导线125。
采用此加工，可以在电子基片100内形成作为电路图形P的导线125和/或电极126。此外，在如上所述利用独立元件的情况下，可以用此墨水喷射的形式以方便的方式形成其导线125和/或电极126。
其次，下面将参照图12A和12B，利用上述用于电子电路制造的装置1，对用于形成有源元件127(电路图形P)如二极管或晶体管等的实施例进行具体说明。在图中，图12A为电子电路的平面视图，而图12B为沿图12A的箭头XII-XII所示的平面剖开的截面视图。
上述用于电子电路制造的装置1用于形成此有源元件127。此用于电子电路制造的装置1包括容纳液体材料15、45的罐、以及排放此液体材料15、45的墨水喷射头25、55，液体材料15、45包括作为用于形成电路图形的材料K的半导体材料。作为此半导体材料，可以适当使用如硅或锗等掺杂适当物质的元件。根据本发明也可以在此过程后掺杂以完成有源元件127的成型。
此外，参照图12A和12B，可以通过将多个电子载体半导体层105(n层)和多个空穴载体半导体层106(p层)沿电子基片100的表面方向，即沿其X-Y方向以任意形状层压在一起，同时调整其载流子密度形成有源元件127。另外，也可以通过在电子基片的厚度方向，即在其Z方向(此种可能性在图中未示出)将例如半导体层106和107层压在一起以形成如二极管或晶体管等的有源元件127。换言之，通过根据本发明的墨水喷射方法，可以制造在先前技术中通过外延生长制造的半导体元件。也就是说，通过利用根据本发明的墨水喷射方法形成同样的层结构，可以制造通常通过传统方法制造的公知半导体元件的任意形式。
通过上述操作，可以在电子基片100内形成作为电路图形P的有源元件127。
根据本发明，按照上述各种实施例的说明，可以在电子基片100内制造形成为固体的各种电路图形P的电子电路C。换言之，由于电路图形P在电子基片100内形成，所以与电路图形P在电子基片100表面上形成情况相比，可以减少电子电路C的厚度，相应地，可以减少电子电路C的尺寸和重量。此外，由于使用的电子基片100由多孔陶瓷材料制作，因此，此电子基片100具有极好的毛细管作用，所以含有其用于电路图形形成的各种材料K的各种液体材料10、40都能高速吸进电子基片100中，因此，可以以高速和高精度形成各种电子基片100。另外，通过利用用于电路图形形成的各种不同材料K，可以形成包括各种不同形式元件如上述电容器121和122、电抗123、电阻器124、导线125、电极126以及有源元件127等的高性能电子电路C。
应该理解，根据本发明各种优选实施方式的操作步骤、以及各种结构元件的各种形状和装配等只是具体和个别的实施例；只是提供了本发明的要旨，可以根据处理条件或结构具体情况的要求对这些具体情况作出任何或所有改变。本发明也应该考虑包括如下实施例所述情况的变化。
本发明不局限于包括多个元件如电容器121和122、电抗123、电阻器124、导线125、电极126以及有源元件127等制作电路图形P的情况，也可以用于制作独立元件如电容器121和122、电抗123、电阻器124、导线125、电极126以及有源元件127等。
由不同物质组成的液体材料10、40(包括用于制作电路图形形成材料K)也可以同时从相对电子基片100上的墨水喷射头20、50上在同样位置上排出。通过上述操作，沿电子基片100的厚度方向(Z方向)彼此叠加可以形成两层电路图形P。
此外，虽然在上述本发明优选实施方式中的墨水喷射头20、50设置为以便在其两侧相对电子基片100，也不能认为本发明就局限于此设置；也可以设置墨水喷射头为只相对电子基片100的上表面，或只相对下表面。在此情况下，通过在电子基片100的后侧面上补充操作也可以获得与上述各种优选实施方式同样有益的结果。
也不能认为电子基片100局限于为多孔材料；其只要求具有适当程度的渗透性。因此，可以使用纸、塑料等。然而，也可以在电子基片100上进行硬化处理操作。此外，也不能认为电子基片100局限于具有绝缘特性的材料。虽然在具有绝缘特性的电子基片100情况下，电路图形P的制作主要通过排出传导材料进行，作为对比，在具有传导性电子基片100的情况下，电路图形P制作的优点为主要通过排出绝缘材料进行。
另外，也可以通过叠加多个根据本发明制作的电子基片制作多层基片。在此情况下，可以通过在其至少一个接触表面上涂上绝缘层以防止在相临电子基片100上的不同电路图形P之间出现短路。
另外，虽然已经在上述本发明优选实施方式中，电子基片100通过平台装置70相对墨水喷射头20、50移动，但是不能认为本发明局限于此结构形式；其只要求提供可以彼此相对在电子基片100和墨水喷射头20、50之间相互移动的结构。至于此结构的其它变化，可以为墨水喷射头20、50相对电子基片100移动，或墨水喷射头20、50和电子基片100二者都移动。
不能认为从墨水喷射头20、50排出的液体材料10、40局限于上述实施例所述用于电路图形形成的各种材料K；可以包括黏性物质、具有排斥特性的材料、颜料等。此外，也可以将黏性物质、具有排斥特性的材料、颜料等组合成为用于电路图形形成的材料K。
最后，通过此墨水喷射方法形成的电路图形P不局限于为电子电路；也可以在电子基片100等上形成机械或装饰体。这是因为可以在此最初方面领略此墨水喷射方法的良好特征，也就是说，用低成本的设备形成微细图案的能力。
虽然本发明通过优选实施方式进行了公开和说明，但是应当认为本发明并不局限于这些实施例。增加、省略、删减以及在此基础上做出各种变更都不会脱离本发明的保护范围和主题精神，因此可以认为本发明的保护范围不局限于上述说明，而由权利要求及其等同物的范围所限定。
权利要求
1.一种电子基片，由多孔材料制作，含有用于电路图形形成的材料的液体材料能够渗透入到所述多孔材料中。
2.根据权利要求1所述的电子基片，其特征在于所述多孔材料的主要成分为陶瓷。
3.根据权利要求1所述的电子基片，其特征在于所述多孔材料的主要成分为纤维材料。
4.一种电子电路，包括根据权利要求1到3中任何一项所述的电子基片，以及通过所述渗透进所述电子基片并固化的液体材料形成的电路图形。
5.根据权利要求4所述的电子电路，其特征在于作为所述用于电路图形形成的材料，所述液体材料包括传导材料、半导体材料、绝缘材料以及介电材料中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述电路图形包括由所述用于电路图形形成的材料形成的电容器。
7.根据权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述电路图形包括由所述用于电路图形形成的材料形成的电感器。
8.根据权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述电路图形包括由所述用于电路图形形成的材料形成的电阻器。
9.根据权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述电路图形包括由所述用于电路图形形成的材料形成的导线或电极。
10.根据权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述电路图形包括由所述用于电路图形形成的材料形成的有源元件。
11.一种用于制作电子电路的方法，包括步骤通过渗透含有用于电路图形形成的液体材料到电子基片中并将其固化以将电路图形形成于可渗透的电子基片上。
12.一种用于制造电子电路的装置，在电子电路制造中，其利用含有用于电路图形形成材料的液体材料在可渗透电子基片上形成所需的电路图形，所述装置包括相对所述电子基片排出所述液体材料的墨水喷射头，以及彼此相对地移动所述墨水喷射头和电子基片的转换装置。
全文摘要
一种用于电子电路制造的装置通过渗透含有用于电路图形形成材料的液体材料(10、40)到渗透电子基片(100)中以形成电路图形P。此用于制造电子电路的装置包括相对电子基片(100)排出液体材料(10、40)的墨水喷射头(20、50)、以及彼此相对地移动液体材料(10、40)和电子基片(100)的转换装置(70)。
文档编号H05K1/16GK1575093SQ20041003852
公开日2005年2月2日 申请日期2004年4月29日 优先权日2003年5月28日
发明者小山实, 山崎保范 申请人:精工爱普生株式会社