プリンタブルエレクトロニクスを用いた放射線飛跡検出器の高機能化技術開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03994
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 庄子 正剛 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准技師 (50646718)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プリンタブルエレクトロニクス / 放射線飛跡検出器 / 印刷技術

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、プリンタブルエレクトロニクスを用いた検出器信号処理集積回路の高密度実装技術の開発を行い、高密度・高性能放射線飛跡検出器開発に向けた原理検証を行う。近年、印刷技術の発展は目覚しくサブミクロンにも及ぶ描画精度の向上と様々な印刷技術の開発が進み、絶縁体へのフレキシビリティが高く、かつ高精細な金属配線の形成が可能となった。これらの印刷技術の発展により、高精細金属配線がウェアラブル端末等に使用され始めている。この印刷技術を用いて、信号処理集積回路一体型2次元放射線飛跡検出器を作成し、プリンタブルエレクトロニクスによる集積回路実装技術の検証と検出器の性能評価を行い、放射線飛跡検出機の高機能化技術を確立させる。
当該年度には、検出器への応用に向けて、集積回路実装基板の開発と金属配線印刷用スクリーン版の製作を行なった。当該年度に行った印刷試験には、1mm角,パッドサイズ55μm角, パッド間隔10μmピッチの集積回路を用いた。この集積回路を用いた理由は、テクノロジーの発展により狭ピッチ化が進む集積回路の電極に、我々が開発しているプリンタブルエレクトロニクスが適用できることを確認することにある。この集積回路を用いて印刷による実装ができれば、種々の集積回路に対して汎用的に印刷技術を用いることが可能となるため開発中である高密度実装技術の応用の幅が広がる。この印刷実装試験では配線幅50μm,線間15μmの狭ピッチ極細線金属配線を印刷することを確認することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度では、検出器への応用に向けて、集積回路への微細金属配線(線幅50μm、線間15μmの並行線)の印刷と約300μmの段差の乗り越え印刷が同時に達成されることを検証するために検出器に接続可能な印刷試験用実装基板の開発とスクリーン版の設計製造を行った。また、開発した実装基板とスクリーン版を用いてスクリーンオフセット印刷機を用いた印刷試験を行い、微細金属配線の形成と集積回路の段差乗り越えが可能であることが確認された。この試験結果から、実装基板とスクリーン版に改善点が見つかったため、次年度にこれらの改善を行うこととした。

Strategy for Future Research Activity

次年度では、年度前半に、昨年度に得られた知見をもとに印刷精度の向上や印刷工数の簡素化に向けた改良を行う予定である。改良の具体的な内容としては、実装基板とスクリーン版との相対的な位置調整をより簡単かつ精密に行うための新しいポインタの設置する。これにより、極微細金属配線を精度良く印刷でき、かつ、再現性の向上も期待できる。この改善した基板とスクリーン版を用いて集積回路の実装試験を行う。年度後半では、前期で行った試作試験の結果をまとめて各種関係学会で発表を行う。また、これらの結果から得られた知見をもとに検出器開発の原理検証と開発に向けた検討を行う。

Causes of Carryover

初年度には、印刷試験で用いる集積回路の選定、印刷試験用の試験基板開発とスクリーン版の開発を行なった。これらを用いた印刷試験の結果、開発した印刷試験基板とスクリーン版に改善すべき課題が見つかった。この試験結果をフィードバックした実装基板とスクリーン版の開発と、検出器開発へ向けて複数の試作が必要と判断し、次年度に行うこととした。
次年度での使用計画としては、改善した試験基板とスクリーン版の開発と、放射線検出器との接続試験に用いる物品の購入、集積回路の積層実装に向けた評価基板の開発を行う。