DE10246270A1

DE10246270A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schaltkreisanordnungen

Info

Publication number: DE10246270A1
Application number: DE10246270A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ohashi; Hitoshi Ushijima; Kinya Horibe
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2003-06-05
Also published as: US7062849B2; JP2003115650A; US20030061710A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung umfaßt die Schritte Bereitstellen erster Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, der Formen und der Intervalle der Muster eines ersten Schaltkreises und Aufspritzen von Tropfen geschmolzenen Metalls auf eine Unterlage, um basierend auf den Koordinatendaten den ersten Schaltkreis 26 zu formen.

Description

Hintergrund zur Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung, die durch elektrische Leiterschaltkreise, die als Muster aus Sammelschienen, elektrischen Leitern und dergleichen in einem elektrischen Anschlußkasten eines Verdrahtungssystems eines Fahrzeugs gebildet werden, dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt einen elektrischen Anschlußkasten, der durch den vorliegenden Anmelder als ein Beispiel vorgeschlagen wird, in dem eine Schaltkreisanordnung, die durch elektrische Leiterschaltkreise dargestellt ist, montiert ist. Der elektrische Anschlußkasten 1 ist beispielsweise zur elektrischen Leistungsverteilung und -versorgung von einer Stromquelle zu fahrzeugseitigen elektrischen Bauteilen mittels Relais 2 und Sicherungen 3 vorgesehen. Ein Gehäuse des elektrischen Anschlußkastens weist eine obere Abdeckung 4, eine Leiterplatte 5 und eine untere Abdeckung 6 auf. Die Relais 2 und die Sicherungen 3 werden in Verbindungsblöcken 7 bzw. 8 derart eingesetzt, daß sie in der oberen Abdeckung 4 gehalten und aufgenommen werden. Muster elektrischer Stromversorgungsschaltkreise werden aus Sammelschienen 9 auf der Leiterplatte 5 gebildet. Eine rückwärtige Fläche der Leiterplatte 5 wird mit Einpreßanschlußklemmen verbunden, so daß Muster elektrischer Stromversorgungsschaltkreise aus elektrischen Leitern 10 gebildet werden. Die Muster elektrischer Leiterschaltkreise werden derart aus Sammelschienen 9 und elektrischen Leitern 10 an der vorderen und der rückwärtigen Fläche der Leiterplatte 5 gebildet. Die Leiterplatte 5 wird in der unteren Abdeckung 6 aufgenommen und mit der oberen Abdeckung 4 von oben aus verbunden, wodurch der elektrische Anschlußkasten 1 gebildet wird.
Das Beispiel der Schaltkreisanordnung ist nicht auf den Fall begrenzt, bei dem Sammelschienen 9 und elektrische Leiter 10, wie in Fig. 8 gezeigt, verwendet werden. Wenn Sammelschienen 9 verwendet werden, wird eine Kupferfolie zu einem Schaltkreis durch Stanzen oder dergleichen entsprechend der Verdrahtungsrichtung und der Stromführungskapazität verarbeitet. Wenn elektrische Drahtleiter 10 verwendet werden, werden die Durchmesser (klein oder groß) entsprechend der Stromführungskapazität ausgewählt und die elektrischen Leiter 10 werden in einem Schaltkreismuster verlegt.
Fig. 9, 10A und 10B zeigen ein typisches Beispiel der Schaltkreisanordnung, die durch elektrische Leiterschaltkreise nur aus Sammelschienen gebildet ist. D. h., bei diesem Beispiel werden elektrische Leiterschaltkreise, die durch mehrere Sammelschienen 12 bis 16 gebildet werden, die verschiedene Breiten und Längen aufweisen, als Muster auf einer Isolierunterlage 11 gebildet. Fig. 10A ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie C-C von Fig. 9 und zeigt eine Sammelschiene 12. Fig. 10B ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie D-D von Fig. 9 und zeigt eine weitere Sammelschiene 13, die eine andere Größe als die Sammelschiene 12 aufweist.
Die Beispiele der Schaltkreiskörper, die in den Fig. 8, 9, 10A und 10B gezeigt sind, weisen die folgenden Probleme auf.
Bei dem Schaltkreis, der in Fig. 8 gezeigt ist, werden elektrische drahtförmige Leiter mit unterschiedlichen Durchmessern zum Bilden von Mustern verwendet. Es tritt daher der Nachteil auf, daß der Schaltkreis zu schwer wird. Es ist ferner notwendig, Anschlußklemmen durch ein Befestigungsverfahren, beispielsweise Kleben, zu befestigen, nachdem elektrische Drähte, die auf verschiedene Größen geschnitten sind, verlegt sind. Die Herstellungskosten steigen ferner an, da ein mühsames Verbinden mehrerer elektrischer Leiter 10 durch ein Band notwendig ist.
Bei den Schaltkreisanordnungen, die in Fig. 9, 10A und 10B gezeigt sind, wird, nachdem die Sammelschienen 12 bis 16, die unterschiedliche Größen und Formen aufweisen, aus einer Kupferfolienplatte durch Stanzen gebildet sind, das restliche Material der Kupferfolie als Abfall entsorgt oder einem Aufbereitungsverfahren für eine erneute Verwendung unterzogen. Wenn eine komplexe Schaltkreisanordnung als Muster aus Sammelschienen gebildet wird, kann nicht immer gesagt werden, daß die Ausbeute des Materials gut ist. Wie im Fall der elektrischen drahtförmigen Leiter ist es zusätzlich notwendig, die Sammelschienen 12 bis 16, die als Material vorliegen, auf der Isolierunterlage 11 durch ein Befestigungsverfahren, beispielsweise Kleben, zu befestigen. Dies ist also eine Ursache für den Anstieg der Kosten.
Insbesondere in Fahrzeugen und verschiedenen Arten von elektrischen/elektronischen Vorrichtungen, bei denen eine Verringerung des Gewichts und des Verdrahtungsfreiraums stark begrenzt ist, werden flexible gedruckte Schaltkreisplatten (FPC) und flexible flache Schaltkreisplatten (FFC), die flexible darauf angebracht werden können, oft verwendet, um Probleme in einem solchen Schaltkreis, der Sammelschienen oder elektrische Drähte, wie oben beschrieben, verwendet, zu lösen. In den letzten Jahren wurde der Anordnungsfreiraum und der Verdrahtungsfreiraum durch die Erhöhung der Anzahl an Funktionen und der Anzahl an Schaltkreisen, die durch Erhöhen der Anzahl an Peripheriegeräten verursacht werden, eingeschränkt. D. h., bei den heute vorliegenden Umgebungen ist es unmöglich, sogar die flexiblen gedruckten Schaltkreisplatten und die flexiblen flachen Schaltkreisplatten als Leiterschaltkreise und Verdrahtungsplatten zu verwenden. Bei jedem flexiblen gedruckten Schaltkreis und flexiblen flachen Schaltkreis muß die elektrische Leiterverdrahtung mit einem Isolierfilm, um einen Isolieraufbau zu bilden, abgedeckt werden. Es ist ferner nicht wirtschaftlich, die flexiblen gedruckten Schaltkreise und flexiblen flachen Schaltkreise zu verwenden, da überflüssige Abschnitte durch Schmelzen oder andere Verfahren entfernt werden müssen.
Die Schaltkreiskörper, die Sammelschienen, elektrische Drähte, flexible gedruckte Schaltkreise und flexible flache Schaltkreise verwenden, weisen, die oben beschriebenen Probleme auf. Anstelle dieser Schaltkreiskörper wurde in den letzten Jahren ein Verfahren zum Flammspritzen von einem Metallstab oder von Metallpulver durch Plasma oder Lichtbogen unter Stickstoffgas oder dergleichen verwendet, wobei geschmolzenes Metall auf eine Zielposition gespritzt wurde. Bei dem Spritzverfahren von geschmolzenem Metall ist ein Schritt, beispielsweise das Abkleben zum Abdecken, erforderlich, um geschmolzenes Metall genau auf die Zielposition aufzuspritzen. Es tritt daher der Nachteil auf, daß die Kosten der Materialbearbeitung entsprechend ansteigen. Eine große Menge von geschmolzenem Metall wird ferner auf einen breiten Bereich aufgebracht, so daß das Problem auftritt, daß es nicht wirtschaftlich ist, das Verfahren aufgrund des Materialverlusts zu verwenden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung vorzusehen, bei denen eine Verringerung des Verlegungsfreiraums und des Gewichts, die bei Fahrzeugen und elektronischen/elektrischen Geräten besonders stark begrenzt sind, erreicht werden können und bei denen eine Verringerung der Kosten für die Verarbeitung des Materials erzielt werden können.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung vorgesehen, das die folgenden Schritte umfaßt
Bereitstellen erster Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, Formen und Abstände der Muster eines ersten Schaltkreises; und
Aufspritzen von Tropfen geschmolzenes Metalls auf eine Unterlage derart, daß der erste Schaltkreis, der auf den Koordinatendaten basiert, gebildet wird.
Bei diesem Verfahren wird die Schaltkreisanordnung aus Schaltkreisen auf der Basis der Koordinatendaten ausgebildet. Im Gegensatz zu den Sammelschienen gemäß dem Stand der Technik wird der Abfall aus Restmaterial, das von einer Platte aus Kupferfolie abfällt, verringert, um die Ausbeute des Werkstoffs zu verbessern. Bezüglich der Verringerung der Kosten für die Verarbeitung des Materials ist dieses Verfahren sehr wirtschaftlich, verglichen mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine Schaltkreisanordnung aus elektrischen Leiterschaltkreisen durch Verwenden elektrischer drahtförmiger Leiter, flexibler gedruckter Schaltkreise, flexibler flacher Schaltkreise mittels Flammspritzen von geschmolzenem Metall gebildet wird. Da die Tropfen geschmolzenen Metalls überlappend verbunden sind, um Schaltkreise zu bilden, kann ferner jeder Schaltkreis durch eine minimale benötigte Menge an geschmolzenem Metall auf der Unterlage entsprechend dem Werkstoff der Unterlage lokal ausgebildet werden, sogar wenn die Unterlage in einem engen Raum aufgrund der örtlichen Zustände des Geräts, in dem die Unterlage angeordnet ist, angeordnet ist. Der Freiheitsgrad der Verdrahtung ist daher größer als bei der Verwendung von Sammelschienen, den elektrischen drahtförmigen Leitern, den flexiblen gedruckten Schaltkreisen, den flexiblen flachen Schaltkreisen und dergleichen.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner den Schritt des Abdeckens der Unterlage mit einer Isolierung vor dem Schritt des Aufspritzens der Tropfen aus geschmolzenem Metall, wenn die Unterlage aus einem leitenden Werkstoff besteht.
Bei diesem Verfahren kann eine Schaltkreisanordnung frei aus geschmolzenem Metall, das entsprechend dem Werkstoff der Unterlage, auf der die Schaltkreisanordnung angeordnet wird, vorgesehen wird, gebildet werden.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner die Schritte:
Aufspritzen der Tropfen aus geschmolzenem Metall auf den ersten Schaltkreis derart, daß ein Verbindungsabschnitt gebildet wird;
Ausbilden einer Isolierschicht auf dem ersten Schaltkreis, so daß der Verbindungsabschnitt von der Isolierschicht umgeben ist;
Bereitstellen zweiter Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, Formen und Abstände der Muster eines zweiten Schaltkreises; und
Aufspritzen der Tropfen aus geschmolzenem Metall auf die Isolierschicht derart, daß der zweite Schaltkreis gebildet wird, so daß der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis mittels des Verbindungsabschnitts, der auf den zweiten Koordinatendaten basiert, elektrisch miteinander verbunden werden.
Bei diesem Verfahren wird, wenn eine geschichtete Schaltkreisanordnung, die durch zwei oder mehr Schichten gebildet wird, gebildet werden soll, das geschmolzene Metall derart aufeinandergestapelt, daß der erste Schaltkreis mit dem zweiten Schaltkreis elektrisch miteinander verbunden wird. Es sind keine Durchgangsbohrung, die bei der Schaltkreisplatte gemäß dem Stand der Technik vorgesehen werden muß, vorzusehen. Eine geschichtete Schaltkreisanordnung mit einer sehr guten Prozeßausbeute kann daher effektiv gebildet werden.
Vorzugsweise wird beim Schritt des Aufspritzen das Aufspritzen der Tropfen geschmolzenen Metalls an einer Zielposition auf der Unterlage ausgeführt, indem ein piezoelektrisches Element derart expandiert und zusammengezogen wird, daß das geschmolzene Metall mittels einer Membran herausgepreßt wird.
Vorzugsweise werden beim Schritt des Aufspritzen die Tropfen geschmolzenen Metalls mittels einen Gasdruck herausgespritzt, wobei ein vorderes Ende eines Drahtes durch elektrische Entladung derart geschmolzen wird, daß die Tropfen geschmolzenen Metalls gebildet werden.
Vorzugsweise ist der Schritt des Aufspritzens das Aufspritzen geschmolzenen Metalls beim Schmelzen von ausgestoßenem Metallpulver durch einen Hochleistungslaser ist.
Bei diesen Verfahren kann eine minimal benötigte Menge an geschmolzenem Metall an einer Zielposition zwischen Schaltkreisen aufgebracht werden, ohne daß spezielle Verfahren, beispielsweise Abkleben und Ätzen, notwendig sind.
Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung vorgesehen umfassend
einen Tisch zum Halten einer Unterlage;
eine Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall, die Tropfen geschmolzenen Metalls auf die Unterlage derart aufspritzt, daß ein Schaltkreis, der auf Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, Formen und Abstände der Schaltkreismuster basiert, gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung, die eine Bewegung des Tisches und die Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall auf den Koordinatendaten basierend steuert.
Bei dieser Ausbildung wird, wenn, beispielsweise, die Unterlage eine Isolierunterlage ist, die Isolierunterlage auf dem Tisch positioniert und gehalten. Die Steuervorrichtung steuert zumindest zweidimensionale Koordinatendaten bezüglich der Positionen, der Formen und Abstände von Mustern der Schaltkreise der Schaltkreisanordnung, die auf der Isolierunterlage ausgebildet wird. Die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall weist eine Versorgungsquelle für das geschmolzene Metall, ein Düsenbetätigungselement und eine Düse auf. Wenn die Isolierunterlage auf dem Tisch positioniert und gehalten ist, werden die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall und der Tisch mittels eines Betriebsprogramms basierend auf den Koordinatendaten in Übereinstimmung mit den Steuersignal, das von der Steuervorrichtung abgegeben wird, bewegt. Die Düse wird beispielsweise durch das Düsenbetätigungselement der Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall bewegt und das geschmolzene Metall wird dann aus der Düse ausgetragen und auf die Isolierunterlage auf dem Tisch gespritzt. Die Schaltkreisanordnung, die durch die Schaltkreise gebildet wird, kann daher ohne Abfall effektiv gebildet werden.
Vorzugsweise umfaßt die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall ein piezoelektrisches Element, das das geschmolzene Metall mittels einer Membran beaufschlagt; und wobei die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall die Tropfen geschmolzenen Metalls an einer Zielposition auf der Unterlage aufspritzt.
Vorzugsweise umfaßt die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine elektrische Entladungsvorrichtung zum Schmelzen eines freien Endes eines Drahtes derart, daß die Tropfen geschmolzenen Metalls gebildet werden, und umfaßt einen Gasdruckgenerator, der die Tropfen geschmolzenen Metalls durch unter Druck stehenden Gasstrom ausspritzt.
Vorzugsweise umfaßt die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine Laserstrahleinheit zum Schmelzen ausgespritzten Metallpulvers mittels eines Hochleistungslasers und wobei die Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall das geschmolzene Metall liefert.
Bei den Ausbildungen kann eine minimal benötigte Menge an geschmolzenem Metall an einer Zielposition zwischen elektrischen Leiterschaltkreisen aufgebracht werden, ohne daß spezifische Verfahren, beispielsweise Abkleben und Ätzen, notwendig wären.
Vorzugsweise umfaßt die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine Düse zur Einstellung eines Tropfendurchmessers und der Aufspritzgeschwindigkeit der Tropfen geschmolzenen Metalls.
Bei dieser Ausbildung werden bei einer Vorrichtung, bei der geschmolzenes Metall nur an einer Zielposition ohne Abkleben aufgespritzt und zugeführt werden kann, der Düsenauslaßdurchmesser und die Aufsprühgeschwindigkeit der Düse eingestellt. Die Tropfen geschmolzenen Metalls können daher mit einem Tropfendurchmesser und einer Geschwindigkeit, die entsprechend dem Abstand oder einer relativ feinen, breiten oder großen Teilung zwischen den Schaltkreisen ausgewählt sind, aufgespritzt werden, so daß eine Schaltkreisanordnung aus einer minimal benötigten Menge an geschmolzenem Metall effektiv gebildet werden kann.
Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung zumindest einen der Parameter Aufspritzzeitpunkt, Aufspritzintervall oder Gesamtmenge der Tropfen geschmolzenen Metalls, die durch die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall aufgespritzt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die obigen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnung offensichtlich, wobei:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Schaltkreises gemäß der Erfindung darstellt, ist;
Fig. 2A ein Schnitt entlang der Schnittlinie A-A von Fig. 1 ist; und Fig. 2B ein Schnitt entlang der Schnittlinie B-B von Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein Systemaufbau-Schaubild ist, das eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Schnitt ist, der eine Düse als wichtigen Teil der Vorrichtung darstellt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine geschichtete Schaltkreisanordnung zeigt, die durch ein Herstellungsverfahren einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung hergestellt wird;
Fig. 6 ein Schnitt ist, der eine geschichtete Schaltkreisanordnung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine kompakten Schaltkreisanordnung zeigt, die durch das Herstellungsverfahren einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung hergestellt wird;
Fig. 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung ist, die einen elektrischen Anschlußkasten eines Fahrzeugsverdrahtungssystems als Beispiel zeigt, bei dem die Schaltkreisanordnung montiert ist, die durch elektrische Leiterschaltkreise gebildet wird;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Schaltkreisanordnung gemäß dem Stand der Technik, die durch Sammelschienen gebildet wird, ist; und
Fig. 10A ein Schnitt entlang der Schnittlinie C-C von Fig. 9 ist; und Fig. 10B ein Schnitt entlang der Schnittlinie D-D von Fig. 9 ist.

Spezifische Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung gemäß der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Fig. 1, 2A und 2B zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung, die aus elektrischen Leiterschaltkreisen 21 bis 25 durch Aufbringen geschmolzenen Metalls entlang Schaltkreismustern auf einer Isolierunterlage 20, die ein Beispiel einer Unterlage, die bei der Erfindung verwendet wird, ist, ausgebildet wird. Die Unterlage ist nicht auf die Isolierunterlage 20 beschränkt. Eine Fläche eines schmalen Elements in einem Fahrzeug, einem elektronischen/ elektrischen Gerät oder dergleichen kann beispielsweise als Unterlage angesehen werden. Das Verfahren ist für allgemeine Strukturen von Werkstoffen zur Herstellung von Maschinen und deren Flächen gedacht.
Die Isolierunterlage 20 wird als Werkstück verwendet, das auf einem Haltetisch 42 für das Arbeitsstück bei einer Schaltkreisanordnungsherstellungsvorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet und festgelegt ist. Leitendes geschmolzenes Metall in Form von Tropfen wird aus einer Düse 39 zu den Zielpositionen auf der Isolierunterlage 30 gespritzt und mit den Zielpositionen nacheinander entlang der Schaltkreismuster, die auf der Isolierunterlage 20 ausgebildet werden, durch Verschmelzen verbunden, wodurch elektrische Leiterschaltkreise gebildet werden.
Eine Steuervorrichtung 30 speichert planare zweidimensionale Koordinatendaten und feste dreidimensional Koordinatendaten, die Positionen, Formen und Abstände zwischen den elektrischen Leiterschaltkreisen 21 bis 25, die als Muster auf der Isolierunterlage 20 ausgebildet sind, kennzeichnen. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden beispielsweise bei dem elektrischen Leiterschaltkreis 20, die Größe und Form durch die Position auf der Isolierunterlage 20, die Länge L₁, die Breite b, die Biegerichtung, die Länge L₂ in Biegerichtung, die Schaltkreisdicke t und dergleichen als Koordinatendaten gespeichert. Metalltropfen 51 des geschmolzenen Metalls 50 werden aus der Düse 39 entlang dem Schaltkreismuster, das auf den Koordinatendaten basiert, gespritzt, so daß eine notwendige Menge an geschmolzenem Metall 50, weder zu viel noch zu wenig, rechtwinklig zu jeder Zielposition auf der Isolierunterlage 30 aufgetropft wird und mit der Zielposition schmelzverbunden wird. Die Metalltropfen 51 werden dadurch überlappend verbunden, so daß die elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 in den benötigten Größen und Formen auf der Basis eines Formprogramms nacheinander gebildet werden.
Das Material des geschmolzenen Metalls 50, das in Form von Tropfen verwendet wird, ist nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise kann ein Lötmittel, das eine eutektische Legierung ist, die 60% an Pb und 40% an Sn beeinhaltet, verwendet werden oder ein leitendes Material, beispielsweise Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Gold (Au), kann verwendet werden. Aluminium ist insbesondere für eine Gewichtsverringerung geeignet. Kupfer ist für eine Unterdrückung der Einflüsse des elektrischen Widerstands geeignet, da Kupfer eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Im allgemeinen wird dasselbe Material wie das Material für einen elektrischen Leiterschaltkreis verwendet, der allgemein als Schaltkreis verwendet wird. Silber und Gold weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und haben den Vorteil eines sehr guten Fließvermögens, usw.
Fig. 3 zeigt ein System zum Bilden von Schaltkreismustern der elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 auf der Isolierunterlage 20. Fig. 4 ist ein Schnitt eines wichtigen Abschnitts des Systems. Das System weist eine Steuervorrichtung 30, die durch einen Mikrocomputer gebildet wird, eine Dateneingabevorrichtung 34 als eine externe Vorrichtung, eine Versorgungsquelle 35 für geschmolzenes Metall, ein Düsenbetätigungselement 36, das mit einer Düse 39 versehen ist, und einen Haltetisch 42 für das Arbeitsstück auf. Das Konzept der "Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall", die bei der Erfindung verwendet wird, bedeutet eine Gruppe von Geräten, die die Versorgungsquelle 35 für das geschmolzene Metall und das Düsenbetätigungselement 36 umfaßt.
Die Steuervorrichtung 30 weist einen Speicherabschnitt 31, der durch einen ROM und RAM gebildet wird, einen Steuerabschnitt 32, der mit einem arithmetischen Operationsabschnitt zusammenwirkt, um eine CPU zu bilden, und eine Schnittstelle 33, die mit einem I/O-Port versehen ist, auf. Die Verfahrensschritte der Versorgungsquelle 35 für geschmolzenes Metall, das Düsenbetätigungselement 36 und den Haltetisch 42 für das Arbeitsstück werden auf der Basis einer Steuersignalausgabe des I/O-Ports der Schnittstelle 33 geregelt.
Der Speicherabschnitt 31 speichert CAD-Daten, die durch mechanisches Entwerfen von Schaltkreismustern, die durch elektrische Leiterschaltkreise 21 bis 25 gebildet werden, die auf der Isolierunterlage 20 als zweidimensionales oder dreidimensionales Modell ausgebildet sind, und Verarbeitung der Schaltkreismuster mittels eines Computers erhalten werden. D. h., Informationen bezüglich der Positionen, der dimensionalen Formen, beispielsweise Breite und Länge, Querschnittsfläche und dergleichen der elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 werden als Koordinatendaten in einem Koordinatensystem, das die Größe der Isolierunterlage 20 als Gesamteinheit darstellen kann, gespeichert.
Der Steuerabschnitt 32 gibt verschiedene Arten von Steuersignalen und Operationssignale mittels des I/O-Ports der Schnittstelle 33 ab und erhält die Informationen von der Eingabevorrichtung 34, die ein externes Gerät ist. Die folgende Steuerung wird auf der Basis der Ausgabesignale des Steuerabschnitts 32 ausgeführt. Die Menge des aufgespritzten geschmolzenen Metalls, das von der Versorgungsquelle 35 für geschmolzenes Metall abgegeben wird, wird geregelt. Die Versorgungsquelle 35 für geschmolzenes Metall wird ferner geregelt, um das geschmolzene Metall 50 dem Düsenbetätigungselement 36 zuzuführen. Die Betriebssteuerung wird ferner zum Ausbilden des zugeführten geschmolzenen Metalls 50 zu Metalltropfen 51 ausgeführt. Ferner wird diese Steuerung zum Aufspritzen der Metalltropfen 51 aus der Düse 39 ausgeführt. Die Steuerung wird auch zum Bewegen der Düsen 39 relativ zu dem Haltetisch 42 für das Arbeitsstück in zweidimensionalen oder dreidimensionalen Richtungen, die durch die Pfeile X, Y und Z auf den Koordinatenachsen dargestellt sind, ausgeführt.
Fig. 4 ist ein Schnitt, der die innere Ausbildung des Düsenbetätigungselements 36 darstellt. Im Inneren eines Gehäuses 37 des Vorrichtungskörpers wird die Düse 39, die rohrförmig und nach unten sich verjüngend ausgebildet ist, als austauschbare Kartusche aufgenommen. Das geschmolzene Metall 50 wird von der Vorsorgungsquelle 35 des geschmolzenen Metalls an die kartuschenförmige Düse 39 mittels einer Versorgungsleitung 35a (siehe Fig. 3) zugeführt. Das untere Ende des Rohrs der Düse 39 von Fig. 4 bildet einen drosselartigen Düsenauslaß 39a. Die Düse 39 weist einen Öffnungsabschnitt an dem oberen Basisende des Rohrs auf. Eine Membran 49 wird montiert, um den Öffnungsabschnitt der Düse 39 zu blockieren. Ein piezoelektrisches Element 41 wird an der Außenseite der Membran 40 derart angeordnet, daß es mit der Membran in engem Kontakt steht. Die Membran 40 und das piezoelektrische Element 41 bilden einen piezoelektrischen Wandler als Oszillator. Das piezoelektrische Element 41 kann durch ein Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, ersetzt werden.
Das Düsenbetätigungselement 36 wird daher auf der Basis einer Betätigungssignalausgabe der Steuervorrichtung 30 betätigt, so daß die Oszillationsfrequenz des piezoelektrischen Wandlers anliegt, damit die Membran 40 schwingt, wodurch die Schwingung der Membran 40 an das geschmolzene Metall 50 übertragen wird. Das geschmolzene Metall 50 wird durch Schwingung in Metalltropfen umgeformt. Die Metalltropfen 51, die derart geformt werden, werden aus dem Düsenauslaß 39a quantitativ und regelmäßig über geeignete Zeitspannen, die im voraus programmiert werden, ausgespritzt, so daß die Metalltropfen 51 mit der Isolierunterlage 20 schmelzverbunden werden, wodurch Schaltkreismuster der elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 gebildet werden. Eine Heizvorrichtung 38 wird auf der koaxialen Außenseite der rohrförmigen Düse 39 montiert, so daß das geschmolzene Metall 50 in der Düse 39 auf der benötigten Temperatur gehalten werden kann.
Die Technik zum Schmelzverbinden der geschmolzenen Metalltropfen wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Aufbaus, der in JP-A-10-156524, JP-A-10-195676 und JP-A-10-226803 beschrieben wird, offenbart. Eine Halbleiterherstellungsvorrichtung zur Herstellung von Löterhöhungen auf einem Halbleiterchip durch Aufspritzen eines leitenden Werkstoffs, beispielsweise Lot in Form von geschmolzenen Werkstofftropfen ist auch durch das "Metallaufspritzsystem (Metal Jet System- Produktname)", der MPM Corp. in den USA, wie es durch JP-A-2000- 244086 beschrieben wird, offenbart.
In Fig. 3 kann der Haltetisch 42 für das Arbeitsstück entlang der zweidimensionalen oder dreidimensionalen Koordinatenachsen, die durch die Pfeile X, Y und Z dargestellt sind, bewegt werden, während die Isolierunterlage 20 als Arbeitsstück auf dem Haltetisch 42 angeordnet und gehalten ist. Der Haltetisch 42 bewegt sich relativ zu dem Düsenbetätigungselement 36 entlang der zweidimensionalen oder dreidimensionalen Koordinatenachsen X, Y und Z. Bei dieser Ausführungsform bewegt sich das Düsenbetätigungselement 36 relativ zum Haltetisch 42, so daß das Düsenbetätigungselement 36 auf die Isolierunterlage 20, die auf dem Tisch angeordnet ist, auf der Basis eines Koordinatensystembewegungsprogramms einwirkt.
D. h., das Düsenbetätigungselement 36 bewebt sich entlang der Koordinatenachsen entsprechend einer Betätigungsanleitung, die von dem Steuerabschnitt 32 abgegeben wird. Der mit elektrischem Strom versorgte piezoelektrische Wandler versetzt die Metalltropfen 51 in Schwingung. Die Metalltropfen 51, die aus der Düse 39 gespritzt werden, werden entlang angenommener Schaltkreismuster auf der Isolierunterlage 20, die auf dem Haltetisch 42 angeordnet und gehalten wird, durch Verschmelzen verbunden. Die elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 werden derart aus der benötigten minimalen Menge von Metalltropfen 51 an vorbestimmten Positionen nacheinander in zeitlichen Abständen genau ausgebildet, so daß die elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25 jeweils vorbestimmte Größen und Formen aufweisen. Die Steuerung bezüglich der Ausbildung solcher Schaltkreismuster wird durch den Steuerabschnitt 32 ausgeführt. Das Düsenbetätigungselement 36 und die Düse 39 werden auf der Basis der Regelung des Steuerabschnitts 32 betätigt.
Obwohl bei dieser Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, bei dem das piezoelektrische Element 41, das einen piezoelektrischen Wandler bildet, als Vorrichtung verwendet wird, um die Metalltropfen 50 in Schwingung zu versetzen, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann, wie oben beschrieben, eine Einheit verwendet werden, mit der unter Druck stehendes Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, bei pulsierendem Gasdruck dem geschmolzenen Metall 50 zugeführt wird, wodurch das geschmolzene Metall 50 in Schwingung versetzt wird, oder eine Vorrichtung, die eine Membran mechanisch in Schwingung versetzt, beispielsweise eine Stimmgabel, um die Vibrationsamplitude an das geschmolzene Metall 50 zu übertragen.
Obwohl bei dieser Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, bei dem die Metalltropfenaufspritzvorrichtung als Düsenbetätigungselement 36 verwendet wird, kann jegliche andere Vorrichtung als Düsenbetätigungselement 36 verwendet werden, wenn eine benötigte minimale Menge des geschmolzenen Metalls aufgespritzt und lokal zugeführt werden kann. Beispielsweise kann eine Vorrichtung zur Lieferung geschmolzener Metalltropfen in einem unter Druck stehenden Gasstrom durch Schmelzen eines vorderen Endes eines Leiters zu Tropfen durch eine elektrische Entladung oder eine Vorrichtung zum Schmelzen von ausgestoßenem Metallpulver mittels eines Hochleistungslasers verwendet werden, wodurch geschmolzene Metalltropfen geliefert werden.
Bei dem Metalltropfenspritzdüsenbetätigungselement 36 können geschmolzene Metalltropfen mit einem Tropfendurchmesser und einer Geschwindigkeit, die entsprechend dem Abstand und einer feinen oder relativ weiten oder großen Teilung zwischen den elektrischen Leiterschaltkreisen, durch Einstellen des Düsenauslaßdurchmessers und der Aufspritzgeschwindigkeit der Düse 39 gebildet werden.
Die Steuervorrichtung 30 steuert ferner die Aufspritzzeit, den Aufspritzzeitintervall und die gesamte Menge der Tropfen des geschmolzenen Metalls, die aus der Düse 39 gespritzt wird.
Das Herstellungsverfahren eines Schaltkreises entsprechend der Erfindung ist andererseits nicht auf die Bildung zweidimensional ebener einschichtiger Schaltkreismuster der elektrischen Leiterschaltkreise 21 bis 25, die in Fig. 1 gezeigt sind, begrenzt. Muster können sehr effektiv ohne Abfall bei einer zweiten Ausführungsform, bei dem ein geschichteter Schaltkreis, der durch zwei, eine obere und eine untere, Schichten, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, dargestellt ist, oder bei einer dritten Ausführungsform, bei der eine feste Schaltkreisanordnung, wie in Fig. 7 gezeigt, geformt wird, gebildet werden.
Die geschichtete Schaltkreisanordnung, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist und der zweiten Ausführungsform entspricht, wird wie folgt geformt. Wenn die Unterlage als Basis zur Ausbildung der geschichteten Schaltkreisanordnung eine Isolierung, beispielsweise die Isolierunterlage 20 ist, wird eine erste Schicht des elektrischen Leiterschaltkreises 26 aus den Metalltropfen 51 entlang dem vorbestimmten Schaltkreismuster auf der Isolierunterlage 20 geformt. Die Metalltropfen 51 werden dann in einer Richtung rechtwinklig zu einem vorbestimmten Abschnitt der ersten Schicht des elektrischen Leiterschaltkreises 26 aufgespritzt, so daß die Metalltropfen 51 aufeinandergestapelt werden, wodurch ein stabförmiger Verbindungsabschnitt 28 mit einer vorbestimmten Höhe gebildet wird. Eine Isolierschicht 29 wird dann auf der ersten Schicht des elektrischen Leiterschaltkreises 26 ausgebildet, so daß der Verbindungsabschnitt 28 von der Isolierschicht 29 abgedeckt wird, d. h. die erste Schicht des elektrischen Leiterschaltkreises 26 wird von der Isolierschicht 29 abgedeckt. Der Werkstoff der Isolierschicht 7 ist nicht auf einen bestimmten begrenzt. Der eine zweite Schicht bildende elektrische Leiterschaltkreise 27 wird auf der Isolierschicht 29 geformt. Der die erste Schicht bildende elektrische Leiterschaltkreis 26 und der die zweite Schicht bildende elektrische Leiterschaltkreis 27 werden durch den stabförmigen Verbindungsabschnitt 28 elektrisch miteinander verbunden. Hierdurch wird eine geschichtete Schaltkreisanordnung, die durch zwei, eine obere und eine untere Schicht oder drei oder mehr Schichten gebildet wird, geformt.
Wie oben beschrieben, werden bei der geschichteten Schaltkreisanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der die erste Schicht und der die zweite Schicht bildende elektrische Leiterschaltkreis 26, 27 durch den Verbindungsabschnitt 28, der durch Aufeinanderstapeln der geschmolzenen Metalltropfen gebildet wird, elektrisch miteinander verbunden. Folglich sind bekannte Schritte: Bilden einer Durchgangsbohrung in einer Schaltkreisunterlage und Einfüllen eines leitenden Werkstoffs in die Durchgangsbohrung, um die Schichten miteinander elektrisch zu verbinden, können entfallen.
Der in Fig. 7 gezeigte feste Schaltkreis entsprechend der dritten Ausführungsform wird, wie folgt geformt. Wenn die Unterlage als Basis zum Ausbilden des festen Schaltkreises eine Isolierung, beispielsweise die Isolierunterlage 20 oder ein weiterer Werkstoff zum Herstellen von Maschinen in dem Zustand, daß ein Vorsprung 20a an einer Fläche der Isolierunterlage 20 oder dem Werkstoff für die Maschine teilweise vorgesehen wird, ist, kann der feste Schaltkreis durch Aufspritzen der Metalltropfen 51 nacheinander entlang der Fläche des Vorsprungs 20a effektiv gebildet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sind verschiedene Abänderungen und Verbesserungen für den Fachmann dieses Gebiets offensichtlich. Solche offensichtlichen Abänderungen und Verbesserungen fallen unter den Erfindungsgedanken, den Schutzbereich und die Erwägungen der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert sind.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung, die folgenden Schritte umfassend
Bereitstellen erster Koordinatendaten wenigstens einer der Positionen, Formen und Abständen der Muster eines ersten Schaltkreises; und
Aufspritzen von Tropfen geschmolzenen Metalls auf eine Unterlage derart, daß der erste Schaltkreis, der auf den Koordinatendaten basiert, gebildet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Abdeckens der Unterlage mit einer Isolierung vor dem Schritt des Aufspritzens der Tropfen geschmolzenen Metalls, wenn die Unterlage aus einem leitenden Werkstoff besteht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner die Schritte umfassend
Aufspritzen der Tropfen geschmolzenen Metalls auf den ersten Schaltkreis derart, daß ein Verbindungsabschnitt gebildet wird;
Ausbilden einer Isolierschicht auf dem ersten Schaltkreis, so daß der Verbindungsabschnitt von der Isolierschicht umgeben ist;
Bereitstellen zweiter Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, Formen und Abstände der Muster eines zweiten Schaltkreises; und
Aufspritzen der Tropfen geschmolzenen Metalls auf die Isolierschicht derart, daß der zweite Schaltkreis gebildet wird, so daß der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis mittels des Verbindungsabschnitts, der auf den zweiten Koordinatendaten basiert, elektrisch miteinander verbunden werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufspritzens das Aufspritzen der Tropfen geschmolzenen Metalls an einer Zielposition auf der Unterlage durch ein piezoelektrisches Element ist, das derart expandiert und zusammengezogen wird, daß das geschmolzene Metall mittels einer Membran herausgepreßt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufspritzens das Ausspritzen von Tropfen des geschmolzenen Metalls durch einen unter Druck stehenden Gasstrom ist, indem ein freies Ende eines Leiters durch elektrische Entladung derart geschmolzen wird, daß Tropfen geschmolzenen Metalls gebildet werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufspritzens das Aufspritzen geschmolzenen Metalls bei Schmelzen von ausgestoßenem Metallpulver durch einen Hochleistungslaser ist.

7. Vorrichtung zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung umfassend einen Tisch zum Halten einer Unterlage;
eine Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall, die Tropfen geschmolzenen Metalls auf die Unterlage derart aufspritzt, daß ein Schaltkreis, der auf Koordinatendaten zumindest einer der Positionen, Formen und Abstände der Schaltkreismuster basiert, gebildet wird; und
eine Steuervorrichtung, die eine Bewegung des Tisches und der Versorgungseinheit für geschmolzenes Metall auf den Koordinatendaten basierend steuert.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Versorgungseinheit (35) für das geschmolzene Metall ein piezoelektrisches Element umfaßt, das das geschmolzene Metall mittels einer Membran beaufschlagt; und wobei die Versorgungsquelle für das geschmolzene Metall die Tropfen geschmolzenen Metalls an einer Zielposition auf der Unterlage aufspritzt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine elektrische Entladungsvorrichtung zum Schmelzen eines freien Endes eines Drahtes derart umfaßt, daß die Tropfen geschmolzenen Metalls gebildet werden, und einen Gasdruckgenerator, der die Tropfen geschmolzenen Metalls durch den unter Druck stehenden Gasstrom ausspritzt.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine Laserstrahleinheit zum Schmelzen ausgestoßenen Metallpulvers mittels eines Hochleistungslaser umfaßt und wobei die Versorgungseinheit geschmolzenes Metall liefert.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall eine Düse zur Einstellung eines Tropfendurchmessers und der Aufspritzgeschwindigkeit der Tropfen geschmolzenen Metalls umfaßt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung zumindest einen der Parameter Aufspritzzeitpunkt, Aufspritzintervall oder Gesamtmenge der Tropfen geschmolzenen Metalls, die durch die Versorgungseinheit für das geschmolzene Metall aufgespritzt werden, steuert.