JP6572308B2 - 回路パターン形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属微粒子を含有する金属含有液により配線を形成することで、回路パターンを形成する回路パターン形成装置に関する。

近年、下記特許文献に記載されているように、金属微粒子を含有する金属含有液を吐出し、その吐出された金属含有液を焼成することで、回路パターンを形成するための技術が開発されている。

特開２０１２−０６００８４号公報

上記特許文献に記載の技術によれば、ある程度、配線を形成することが可能となる。ただし、金属含有液を線状に吐出するべく、金属含有液の上に金属含有液が吐出される場合があるが、先に吐出されている金属含有液と、その金属含有液の上に吐出された金属含有液とが一体化して、バルジ化する虞がある。金属含有液がバルジ化すると、線状に吐出された金属含有液の一部が膨らんだ状態となり、配線形状の異常化，配線の断線等が生じる虞がある。

このため、従来の技術では、回路基板がヒータ等の加温装置によって加温され、加温された状態の回路基板上に、金属含有液が吐出される。加温された状態の回路基板の上に、金属含有液が吐出されると、金属含有液に含まれる溶媒が乾燥し、金属含有液のバルジ化を防止することが可能となる。しかしながら、ヒータの配設により、回路パターン形成装置の大型化、コストアップ等の問題が生じる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、ヒータ等を配設することなく、金属含有液のバルジ化を防止することが可能な回路パターン形成装置の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の回路パターン形成装置は、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する第１吐出装置と、前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂に光を照射する第１照射装置と、金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出装置と、前記第２吐出装置により吐出された金属含有液にレーザ光を照射する、前記第１照射装置とは異なる第２照射装置と、前記第１吐出装置と前記第１照射装置と前記第２吐出装置と前記第２照射装置との各々の作動を制御する制御装置とを備え、回路パターンを形成する回路パターン形成装置において、前記制御装置が、前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂に、前記第１照射装置により光を照射することで樹脂層を形成する樹脂層形成部と、前記第２吐出装置により吐出された金属含有液に、前記第２照射装置によりレーザ光を照射することで配線を形成する配線形成部とを有し、前記配線形成部が、前記第２吐出装置により吐出された金属含有液に、前記第１照射装置により光を照射する第１照射部と、前記第１照射装置により光が照射された金属含有液に、前記第２照射装置によりレーザ光を照射することで配線を形成する第２照射部とを有することを特徴とする。

本発明の回路パターン形成装置では、第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂に、第１照射装置により光を照射することで樹脂層が形成される。また、第２吐出装置により吐出された金属含有液に、第２照射装置によりレーザ光を照射することで配線が形成される。ただし、配線形成時には、第２吐出装置により吐出された金属含有液に、第１照射装置により光が照射される。金属含有液に第１照射装置により光が照射されることで、金属含有液に含まれる溶媒が乾燥し、金属含有液のバルジ化が防止される。このように、本発明の回路パターン形成装置では、ヒータ等の加温装置を新たに設けることなく、樹脂層形成時に用いられる第１照射装置によって、金属含有液の溶媒が乾燥される。これにより、敢えてヒータ等を配設することなく、金属含有液のバルジ化を防止することが可能となる。

回路パターン形成装置を示す図である。 第１造形ユニットの第１印刷部を示す概略図である。 第１造形ユニットの焼成部を示す概略図である。 第２造形ユニットの第２印刷部を示す概略図である。 第２造形ユニットの硬化部を示す概略図である。 制御装置を示すブロック図である。 配線形成の工程を説明するための模式図である。 配線形成の工程を説明するための模式図である。 配線形成の工程を説明するための模式図である。 樹脂層形成の工程を説明するための模式図である。 樹脂層形成の工程を説明するための模式図である。 金属含有液の乾燥工程を説明するための模式図である。 金属含有液の乾燥工程を説明するための模式図である。

図１に回路パターン形成装置１０を示す。回路パターン形成装置（以下、「形成装置」と略す場合がある）１０は、搬送装置２０と、第１造形ユニット２２と、第２造形ユニット２４と、制御装置（図６参照）２６を備える。それら搬送装置２０と第１造形ユニット２２と第２造形ユニット２４とは、形成装置１０のベース２８の上に配置されている。ベース２８は、概して長方形状をなしており、以下の説明では、ベース２８の長手方向をＸ軸方向、ベース２８の短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向と称して説明する。

搬送装置２０は、Ｘ軸スライド機構３０と、Ｙ軸スライド機構３２とを備えている。そのＸ軸スライド機構３０は、Ｘ軸スライドレール３４とＸ軸スライダ３６とを有している。Ｘ軸スライドレール３４は、Ｘ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されている。Ｘ軸スライダ３６は、Ｘ軸スライドレール３４によって、Ｘ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｘ軸スライド機構３０は、電磁モータ（図６参照）３８を有しており、電磁モータ３８の駆動により、Ｘ軸スライダ３６がＸ軸方向の任意の位置に移動する。また、Ｙ軸スライド機構３２は、Ｙ軸スライドレール５０とステージ５２とを有している。Ｙ軸スライドレール５０は、Ｙ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されており、Ｘ軸方向に移動可能とされている。そして、Ｙ軸スライドレール５０の一端部が、Ｘ軸スライダ３６に連結されている。そのＹ軸スライドレール５０には、ステージ５２が、Ｙ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｙ軸スライド機構３２は、電磁モータ（図６参照）５６を有しており、電磁モータ５６の駆動により、ステージ５２がＹ軸方向の任意の位置に移動する。これにより、ステージ５２は、Ｘ軸スライド機構３０及びＹ軸スライド機構３２の駆動により、ベース２８上の任意の位置に移動する。

ステージ５２は、基台６０と、保持装置６２と、昇降装置６４とを有している。基台６０は、平板状に形成され、上面に回路基板等が載置される。保持装置６２は、基台６０のＸ軸方向の両側部に設けられている。そして、基台６０に載置された回路基板等のＸ軸方向の両縁部が、保持装置６２によって挟まれることで、回路基板等が固定的に保持される。また、昇降装置６４は、基台６０の下方に配設されており、基台６０を昇降させる。

第１造形ユニット２２は、例えば、ステージ５２の基台６０に載置された回路基板（図３参照）７０の上に配線（図３参照）８０を造形するユニットであり、第１印刷部７２と、焼成部７４とを有している。第１印刷部７２は、図２に示すように、インクジェットヘッド７６を有しており、基台６０に載置された回路基板７０の上に、金属インク７７を線状に吐出する。金属インク７７は、金属の微粒子が溶剤中に分散されたものである。なお、インクジェットヘッド７６は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから金属インク７７を吐出する。

焼成部７４は、図３に示すように、レーザ照射装置７８を有している。レーザ照射装置７８は、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７にレーザを照射する装置であり、レーザが照射された金属インク７７は、焼成し、配線８０が形成される。なお、金属インク７７の焼成とは、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子保護膜の分解等が行われ、金属微粒子が接触または融着をすることで、導電率が高くなる現象である。そして、金属インク７７が焼成することで、金属製の配線８０が形成される。

また、第２造形ユニット２４は、例えば、ステージ５２の基台６０に載置された回路基板（図５参照）７０の上に樹脂層（図５参照）８２を造形するユニットであり、図１に示すように、第２印刷部８４と、硬化部８６とを有している。第２印刷部８４は、図４に示すように、インクジェットヘッド８８を有しており、基台６０に載置された回路基板７０の上に紫外線硬化樹脂９０を吐出する。なお、インクジェットヘッド８８は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式でもよく、樹脂を加熱して気泡を発生させノズルから吐出するサーマル方式でもよい。

硬化部８６は、図５に示すように、平坦化装置９６と照射装置９８とを有している。平坦化装置９６は、インクジェットヘッド８８によって回路基板７０の上に吐出された紫外線硬化樹脂９０の上面を平坦化するものであり、例えば、紫外線硬化樹脂９０の表面を均しながら余剰分の樹脂を、ローラもしくはブレードによって掻き取ることで、紫外線硬化樹脂９０の厚みを均一させる。また、照射装置９８は、光源として水銀ランプを備えており、回路基板７０の上に吐出された紫外線硬化樹脂９０に紫外線を照射する。これにより、回路基板７０の上に吐出された紫外線硬化樹脂９０が硬化し、樹脂層８２が造形される。

制御装置２６は、図６に示すように、コントローラ１０２と、複数の駆動回路１０４とを備えている。複数の駆動回路１０４は、上記電磁モータ３８，５６、保持装置６２、昇降装置６４、インクジェットヘッド７６、レーザ照射装置７８、インクジェットヘッド８８、平坦化装置９６、照射装置９８に接続されている。コントローラ１０２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路１０４に接続されている。これにより、搬送装置２０、第１造形ユニット２２、第２造形ユニット２４の作動が、コントローラ１０２によって制御される。

＜形成装置の作動＞
形成装置１０では、上述した構成によって、回路基板７０上に配線および、樹脂層を形成することで、回路パターンを形成する。具体的には、ステージ５２の基台６０に回路基板７０がセットされる。そして、回路基板７０に配線が形成される際には、ステージ５２が、第１造形ユニット２２の下方に移動され、第１印刷部７２において、図７に示すように、インクジェットヘッド７６によって回路基板７０の上に金属インク７７が吐出される。この際、金属インク７７は断続的に吐出されている。続いて、断続的に吐出された金属インク７７の上に、インクジェットヘッド７６によって、さらに、金属インク７７が吐出される。これにより、図８に示すように、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７が線状に繋がる。次に、焼成部７４において、回路基板７０に吐出された金属インク７７に、レーザ照射装置７８によってレーザが照射される。これにより、金属インク７７が焼成し、図９に示すように、回路基板７０の上に配線８０が形成される。

また、回路基板７０に樹脂層が形成される際には、ステージ５２が、第２造形ユニット２４の下方に移動され、第２印刷部８４において、図１０に示すように、インクジェットヘッド８８によって、回路基板７０の上に紫外線硬化樹脂９０が薄膜状に吐出される。次に、硬化部８６において、吐出された紫外線硬化樹脂９０が、膜厚が均一となるように、平坦化装置９６によって平坦化される。そして、照射装置９８が、その平坦化された紫外線硬化樹脂９０に紫外線を照射する。これにより、図１１に示すように、回路基板７０の上に薄膜状の樹脂層８２が形成される。

このように、形成装置１０では、第１造形ユニット２２において、配線が形成され、第２造形ユニット２４において、樹脂層が形成される。そして、配線と樹脂層とが、回路基板７０の上に順次、形成されることで、回路パターンが形成される。ただし、金属インク７７は、溶剤中に金属微粒子が分散されたものであり、金属インク７７に用いられる溶媒は、高沸点のものが多く、乾燥し難い。このため、配線形成時に、金属インク７７の上に、さらに金属インクが吐出された際に、先に吐出されている金属インク７７と、その金属インク７７に上に吐出された金属インク７７とが一体化して、バルジ化する。金属インク７７がバルジ化すると、線状に吐出された金属インク７７の一部が膨らんだ状態となり、配線形状の異常化，配線の断線等が生じる虞がある。また、金属インク７７の焼成時に、金属インク７７にレーザ光が照射されるが、金属インク７７に含まれる溶媒の量が多いと、レーザ照射量が多くなり、スループットの低下、回路基板の損傷等が生じる虞がある。

このため、従来の回路パターン形成装置では、ステージ５２にヒータが配設されており、ヒータによって、回路基板７０が加温されている。そして、加温された状態の回路基板７０の上に、金属インク７７が吐出され、その金属インク７７が焼成されることで、配線が形成される。このように、回路基板７０を加温して、金属インク７７に含まれる溶媒を乾燥させることで、金属インク７７のバルジ化を抑制することが可能となる。また、溶媒の乾燥により、レーザ照射量を少なくすることが可能となり、スループットの低下、回路基板の損傷等を防止することが可能となる。

しかしながら、ステージ５２へのヒータの配設により、装置の大型化、コストアップ等の問題が生じる。また、ヒータの熱によって、インクジェットヘッド７６のノズル面が乾燥し、ノズルが詰まる虞がある。さらに、ヒータにより回路基板７０が全体的に加温されることで、回路基板７０が損傷する虞がある。このようなことに鑑みて、形成装置１０では、配線形成時に、樹脂層形成時に用いられる照射装置９８によって、金属インク７７を乾燥させる。

具体的には、回路基板７０に配線が形成される際に、ステージ５２が、第２造形ユニット２４の下方に移動される。そして、硬化部８６において、照射装置９８によって、回路基板７０に紫外線が照射される。照射装置９８は、上述したように、光源として水銀ランプを備えており、水銀ランプは、紫外線だけでなく、可視光、赤外線を含む比較的広域の波長（約２００〜２０００ｎｍ）の光を照射する。このため、照射装置９８の光の照射により、回路基板７０の上面が加温される。

次に、ステージ５２が、第１造形ユニット２２の下方に移動され、第１印刷部７２において、図７に示すように、インクジェットヘッド７６によって、回路基板７０の上に金属インク７７が吐出される。この際、回路基板７０の上面が加温されているため、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７の溶媒は、乾燥し、気化する。なお、インクジェットヘッド７６によって吐出される金属インク７７には、金属微粒子だけでなく、無機系、若しくは、有機系の微粉末が含まれている。

具体的には、無機系の微粉末として、二酸化チタン，酸化亜鉛，黒色顔料（カーボンブラック，鉄黒（マグネタイト），銅・クロムブラック，コバルトブラック），赤色顔料（鉛丹，酸化鉄赤（ヘマタイト）），黄色顔料（黄鉛，亜鉛黄（亜鉛黄1種，亜鉛黄２種），黄色酸化鉄），青色顔料（ウルトラマリン青，プロシア青（フェロシアン化鉄カリ），コバルトブルー，セルリアンブルー，マンガンブルー，タングステンブルー，エジプトブルー），緑色顔料（酸化クロム，ビリジアン，コバルトグリーン，コバルトクロムグリーン，ビクトリアグリーン，エジプトグリーン，マンガングリーン）等が挙げられる。また、有機系の微粉末として、黄色顔料（イソインドリノン，イソインドリン，アゾメチン，アントラキノン，アントロン，キサンテン），橙色顔料（ジケトピロロピロール，ペリレン，アントラキノン（アントロン），ペリノン，キナクリドン，インジゴイド），赤色顔料（キナクリドン，ジケトピロロピロール，アントラキノン，ペリレン，ペリノン，インジゴイド），紫色顔料（ジオキサジン，キナクリドン，ペリレン，インジゴイド，アントラキノン（アントロン），キサンテン），青色顔料（フタロシアニン，アントラキノン，インジゴイド），緑色顔料（フタロシアニン，アゾメチン，ペリレン）等が挙げられる。なお、微粉末の大きさは、インクジェットヘッド７６のノズル径等を考慮して、１００〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。

回路基板７０の上に金属インク７７が吐出されると、ステージ５２が、第２造形ユニット２４の下方に移動される。そして、図１２に示すように、硬化部８６において、照射装置９８によって、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７に、光が照射される。これにより、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７が加温され、金属インク７７の溶媒が、さらに、乾燥し、気化する。特に、金属インク７７には、上述したように、金属微粒子だけでなく、微粉末も含まれている。この微粉末は、酸化された金属の微粉末、若しくは、着色された微粉末であるため、光を効率的に吸収する。このため、金属インク７７は、光の照射によって、効率的に加温され、金属インク７７の溶媒が、効率的に乾燥し、気化する。

照射装置９８によって光が金属インク７７に照射されると、ステージ５２が、第１造形ユニット２２の下方に移動され、第１印刷部７２において、図８に示すように、インクジェットヘッド７６によって、先に吐出されている金属インク７７の上に金属インク７７が吐出される。この際、回路基板７０の上に先に吐出されている金属インク７７は、照射装置９８の光の照射により気化しているため、先に吐出されている金属インク７７と、その金属インク７７の上に吐出された金属インク７７とのバルジ化が防止される。これにより、金属インク７７が、膨らみ，断線等の生じていない状態で、線状に繋がる。

回路基板７０の上に線状に金属インク７７が吐出されると、ステージ５２が、第２造形ユニット２４の下方に移動され、図１３に示すように、硬化部８６において、照射装置９８によって、回路基板７０の上に吐出された金属インク７７に、光が照射される。これにより、金属インク７７の上に、新たに吐出された金属インク７７の溶媒が、乾燥し、気化する。そして、ステージ５２が、第１造形ユニット２２の下方に移動され、焼成部７４において、回路基板７０に吐出された金属インク７７に、レーザ照射装置７８によってレーザが照射され、配線８０が形成される。この際、金属インク７７に含まれる溶媒の量は、照射装置９８の光の照射により、少なくなっているため、少ないレーザ照射量によって、金属インク７７は焼成する。これにより、スループットの低下、回路基板の損傷等を防止することが可能となる。

このように、形成装置１０では、金属インク７７の上に金属インク７７が吐出される前に、先に吐出されている金属インク７７を照射装置９８の光の照射によって乾燥させることで、金属インク７７のバルジ化を防止し、配線形状の異常化，配線の断線等を防止することが可能となっている。また、レーザ光によって金属インク７７が焼成される前に、金属インク７７を照射装置９８の光の照射によって乾燥させることで、金属インク７７の突沸による飛散を防止し、レーザ照射量を低減させ、スループットの低下、回路基板の損傷等を防止することが可能となっている。さらに、形成装置１０では、ヒータ等の加温装置を、新たに配設することなく、樹脂層形成に用いられる照射装置９８によって、金属インク７７を乾燥させている。これにより、ヒータ等の配設による装置の大型化、コストアップ等の問題が解消される。

また、形成装置１０では、照射装置９８の光の照射により回路基板７０の上に吐出された金属インク７７が加温される。このため、ヒータ等により回路基板７０全体が加温されるより、回路基板７０へのダメージを減らすことが可能となる。さらに、回路基板７０の加温によるインクジェットヘッド７６の乾燥を防止することが可能となり、ノズル詰まり等を防止することが可能となる。

なお、制御装置２６のコントローラ１０２は、図６に示すように、樹脂層形成部１１０と、配線形成部１１２とを有している。樹脂層形成部１１０は、第２造形ユニット２４において樹脂層を形成するための機能部である。配線形成部１１２は、第１造形ユニット２２において配線を形成するための機能部である。また、配線形成部１１２は、第１照射部１１６と、第２照射部１１８とを有している。第１照射部１１６は、照射装置９８によって金属インク７７に光を照射するための機能部である。第２照射部１１８は、レーザ照射装置７８によって金属インク７７にレーザ光を照射するための機能部である。

ちなみに、上記実施例において、形成装置１０は、回路パターン形成装置の一例である。制御装置２６は、制御装置の一例である。インクジェットヘッド７６は、第２吐出装置の一例である。レーザ照射装置７８は、第２照射装置の一例である。インクジェットヘッド８８は、第１吐出装置の一例である。照射装置９８は、第１照射装置の一例である。樹脂層形成部１１０は、樹脂層形成部の一例である。配線形成部１１２は、配線形成部の一例である。第１照射部１１６は、第１照射部の一例である。第２照射部１１８は、第２照射部の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記実施例では、照射装置９８の光源として、水銀ランプが採用されているが、紫外線を照射可能なものであれば、ＬＥＤ等の種々の光源を採用することが可能である。ただし、金属インク７７の乾燥を考慮すれば、長い波長を含む光を照射可能な光源を採用することが好ましい。

１０：形成装置（回路パターン形成装置） ２６：制御装置 ７６：インクジェットヘッド（第２吐出装置） ７８：レーザ照射装置（第２照射装置） ８８：インクジェットヘッド（第１吐出装置） ９８：照射装置（第１照射装置） １１０：樹脂層形成部 １１２：配線形成部 １１６：第１照射部 １１８：第２照射部

Claims (2)

1. 光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する第１吐出装置と、
   前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂に光を照射する第１照射装置と、
   金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出装置と、
   前記第２吐出装置により吐出された金属含有液にレーザ光を照射する、前記第１照射装置とは異なる第２照射装置と、
   前記第１吐出装置と前記第１照射装置と前記第２吐出装置と前記第２照射装置との各々の作動を制御する制御装置と
   を備え、回路パターンを形成する回路パターン形成装置において、
   前記制御装置が、
   前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂に、前記第１照射装置により光を照射することで樹脂層を形成する樹脂層形成部と、
   前記第２吐出装置により吐出された金属含有液に、前記第２照射装置によりレーザ光を照射することで配線を形成する配線形成部と
   を有し、
   前記配線形成部が、
   前記第２吐出装置により吐出された金属含有液に、前記第１照射装置により光を照射する第１照射部と、
   前記第１照射装置により光が照射された金属含有液に、前記第２照射装置によりレーザ光を照射することで配線を形成する第２照射部と
   を有することを特徴とする回路パターン形成装置。
2. 前記第２吐出装置が、
   金属微粒子および、光を吸収する微粉末を含有する金属含有液を吐出することを特徴とする請求項１に記載の回路パターン形成装置。

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