JP2006024807A - 通信装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元通信を実現する通信装置の製造方法を提案する。
【解決手段】 本発明の通信装置の製造方法によると、積層構造体を構成する複数の構成層を基板上に積層する工程において、第１信号層４０に通信素子１００を落下させて配置する。このとき、複数の通信素子１００を落下させることで、通信素子１００の配置工程を短時間ですませることができる。通信素子落下装置１２０の筒部１２２同士の間隔は、大体均等となるように定められる。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信装置を製造する技術に関する。

ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワークにおいて、複数の通信端末が同軸ケーブルや光ファイバなどにより接続されている。これらの通信端末は、ネットワーク中のアドレスを指定することにより、所望の通信端末に信号を伝達する。従来のネットワークは、通信端末同士を有線にて接続することが一般であり、近年では、これを無線で接続するシステムも提案されている。例えば、移動デバイスであるノードの全てが所定の伝送半径をもち、ノード間で無線通信を行うアドホックネットワークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１とは全く異なるアプローチとして、個別の配線を形成することなく、複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の図８（ｂ）は、個別配線を不要とする新規な通信デバイスの構造を開示し、また同文献は、その通信デバイスによる発信原理および通信アルゴリズムも開示している。なお、特許文献２における通信装置は、本出願の発明者２名を含む複数の発明者により発明されたものである。
特開２００１−２６８１２７号公報 特開２００３−１８８８８２号公報

従来の通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを１本の個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に１本しかない配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。また、個々の物理的配線をひくことが面倒であったり、スペースの関係で困難を極める場合もある。さらに、基板に通信素子を実装する場合、配線の電極に合わせて通信素子をロボットアームや精密な移動機構などにより正確に位置決めする必要があり、通信素子の実装に時間がかかるという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信装置に関する技術を提供することにあり、特に通信装置の製造技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、通信素子を備えた構造体として形成される通信装置の製造方法に関する。この製造方法は、通信装置の構造体を構成する１つ以上の構成層を基板上に積層する工程を備え、この積層工程において、少なくとも１つの構成層における導電性領域と通信素子の電極とが電気的に接続するように、通信素子を当該構成層上に落下させる工程を備える。通信素子を落下させて構成層に配置することで、通信素子の配置工程にかかる時間を短縮できる。なお、構造体は、１つの構成層から構成される積層構造体であってもよく、また複数の構成層から構成される積層構造体であってもよい。積層構造体が単層で構成されるか、または複数層で構成されるかは、通信素子の構造および信号の発信原理に依存する。

落下させる工程においては、複数の通信素子を同時に落下させることが好ましい。複数の通信素子の配置工程を同時に実行することで、通信装置の製造に要する時間を短縮できる。また、落下させる工程は、通信素子の電極面または通信素子の落下地点となる構成層の導電性領域の少なくとも一方が接着性を有している状態で実行され、電極と導電性領域とが接着することで電気的に接続してもよい。電極面に接着性をもたせる場合は、電極面に導電性接着剤を塗布してもよく、また導電性領域に接着性をもたせる場合は、導電性領域を形成する粘着性の導電性塗料が乾燥固化する前に落下工程を実行してもよい。また、後者の場合には、導電性領域に導電性接着剤を塗布してもよい。電極と導電性領域とを接着させることで、導電性領域面または電極面が曲面を有している場合であっても、両者を固定させることが可能となる。なお、落下させる工程は、重力により落下させる場合だけでなく、通信素子を重力加速度以上に加速して当該構成層に衝突させてもよい。なお、通信素子を加速する場合、落下の方向は、重力方向に沿った場合だけでなく、重力方向から傾いた方向も含む。

本発明の別の態様は、通信素子を備えた構造体として形成される通信装置の製造方法に関する。この製造方法は、通信装置の構造体を構成する１つ以上の構成層を基板上に積層する工程を備え、この積層工程において、少なくとも１つの構成層における導電性領域と通信素子の電極とが電気的に接続するように、電極面に突起を有する通信素子を加速して当該構成層に衝突させる工程を備える。通信素子を衝突させて構成層に配置することで、通信素子の配置工程にかかる時間を短縮できる。なお、構造体は、１つの構成層から構成される積層構造体であってもよく、また複数の構成層から構成される積層構造体であってもよい。積層構造体が単層で構成されるか、または複数層で構成されるかは、通信素子の構造および信号の発信原理に依存する。衝突させる工程では、通信素子の電極面の突起部を構成層の導電性領域にめりこませることで、電極と導電性領域とを電気的に接続してもよい。突起部を導電性領域にめりこませることで、突起部を導電性領域に固定することが可能となる。突起部は電極の一部を構成してもよく、また突起部自体が電極であってもよい。

また、上記した２種類の通信装置の製造方法において、積層工程は、少なくとも１つの構成層をスクリーン印刷により形成する工程を含んでもよい。スクリーン印刷により構成層を形成することで、層形成にかかる時間を短縮できる。また、スクリーン印刷は曲面への印刷も得意とするため、平坦な構造以外の通信装置の積層構造体を製造することも可能となる。

本発明によると、通信装置の製造方法を提供することができる。

図１は、実施例にかかる通信装置の構造を示す。通信装置１０は、複数の通信素子１００を備え、電源層２０、高抵抗層３０、第１信号層４０、絶縁層５０および第２信号層６０の積層構造体７０として形成される。電源層２０、高抵抗層３０、第１信号層４０、絶縁層５０および第２信号層６０は、この順または逆順に積層される。それぞれの層は、積層構造体７０を構成する構成層である。

通信素子１００は、その上下面に電極１０２を有し、第１信号層４０および第２信号層６０に電気的に接続する。ここでいう「電気的に接続する」とは、通信素子１００と、第１信号層４０および第２信号層６０のそれぞれとが、容量結合や誘導結合などにより接続する場合も含む。第２信号層６０はグランド層として構成される。第１信号層４０および第２信号層６０は絶縁層５０により絶縁される。第１信号層４０および第２信号層６０が絶縁されることにより、これらの層間において電流が定常的に流れる状態を回避する。第２信号層６０と電源層２０は、その抵抗値が非常に小さくなるように形成される。第１信号層４０には、第１信号層４０よりも高い抵抗値を有する高抵抗層３０が電気的に接続され、この高抵抗層３０には、通信素子１００に電力を供給する電源層２０が電気的に接続されている。

図１に示す通信装置１０は、本出願の発明者２名を含む複数の発明者により既に提案された特開２００３−１８８８８２号公報の図８（ｂ）に開示された通信デバイス（通信装置）に相当する。この通信装置においては、通信素子間に個別配線が設けられない。同公報は、さらに、通信装置の発信原理および通信アルゴリズムについても開示するが、その製造方法については開示していない。したがって本明細書では、通信素子１００を備えた積層構造体７０として形成される通信装置１０の製造方法について説明する。

図２および図３は、本発明の実施例にかかる通信装置の製造方法を説明するための図である。この製造方法は、積層構造体７０を構成する複数の構成層を基板上に積層する工程を備え、その積層工程において、通信素子１００を構成層上に落下させることを特徴とする。各構成層は、例えばスクリーン印刷により形成されてもよい。スクリーン印刷とは、版に穴を開けてパターンを形成し、その開口パターンからスキージと呼ぶヘラ状のゴム板で塗料を対象物に擦りつける印刷方式である。なお、以下では積層構造体７０が複数の構成層により形成される場合を示すが、単層の構成層により形成されるものであってもよい。

まず、図２（ａ）に示すように、絶縁性の基板２００を用意し、その上に導電性材料を塗布することにより、電源層２０を生成する。特に、最終の製造物である通信装置１０が小さく、印刷装置において複数個の通信装置１０を同時に製造可能な場合には、電源層２０の形状に開口した版を用いて、電源層２０をスクリーン印刷により形成してもよい。次に、図２（ｂ）に示すように、基板上に高抵抗層３０および第１信号層４０をこの順に形成する。高抵抗層３０の形成工程では、所定の高抵抗値を示す抵抗性材料を電源層２０上に塗布し、第１信号層４０の形成工程では、高抵抗層３０よりも低い抵抗値を示す導電性材料を高抵抗層３０上に塗布する。

第１信号層４０を形成した後、図２（ｃ）に示すように、第１信号層４０の上方に、通信素子落下装置１２０を配置する。通信素子落下装置１２０は、それぞれ複数の通信素子１００を内部に収容可能な複数の筒部１２２を有する。筒部１２２は鉛直方向に設けられ、筒部１２２の先端付近のストッパ部材１２４により、筒部１２２内の通信素子１００の落下が止められている。

図２（ｃ）に示す状態から、複数の筒部１２２におけるストッパ部材１２４の落下抑止機能が同時に解除され、それぞれの筒部１２２から１つの通信素子１００が第１信号層４０上に落下する。なお、この通信素子１００の落下工程は、導電性塗料（導電性材料）で形成される第１信号層４０が乾燥固化する前に行われることが好ましい。図２（ｄ）は、通信素子１００が第１信号層４０上に落下した状態を示す。この状態で、第１信号層４０が乾燥固化し、通信素子１００が第１信号層４０に接着される。なお、通信素子の落下工程を第１信号層４０の乾燥後に実行する場合には、通信素子落下装置１２０が、通信素子１００の底面に導電性接着剤を塗布する機構を有して、落下直前に通信素子１００の底面に接着剤をつけることが好ましい。このように、通信素子１００の落下工程は、通信素子１００の電極面または通信素子１００の落下地点となる第１信号層４０の導電性領域の少なくとも一方が接着性を有している状態で実行される。また、底面側の電極１０２にバンプを付けておき、バンプ付きの通信素子１００を落下させて、それを上から押し付けて加圧することで、電極１０２と第１信号層４０とを固定してもよい。第１信号層４０の全面が導電性であり、したがって、通信素子１００の電極１０２と第１信号層４０とが電気的に接続できる。

なお、落下後に通信素子１００が第１信号層４０上を転がることのないよう、ストッパ部材１２４と第１信号層４０との間の距離は短く設定されることが好ましい。例えば、この距離は数ｃｍ以下に設定され、第１信号層４０に対する通信素子１００の位置エネルギを小さくして、着地時の衝撃を小さくする。

第１信号層４０には、もともと個別配線が存在しないため、通信素子１００は、それぞれの間隔が大体均等になるように配置されていればよく、高精度に位置決めされることを必要としない。そのため、ロボットアームや精密な移動機構などにより通信素子１００を第１信号層４０に配置する必要がなく、その分の時間を短縮できる。さらに、複数の通信素子１００を同時に落下させることができるため、複数の通信素子１００の配置にかかる時間も短縮でき、単位時間あたりの通信装置１０の製造個数を多くできる。また、通信素子落下装置１２０を単純な構造で実現できるため、製造コストを抑えることもできる。

続いて、図３（ａ）に示すように、通信素子１００の上面に形成された電極１０２を塞がないように、第１信号層４０上に絶縁性材料を塗布され、通信素子１００の周囲に絶縁層５０を形成する。さらに、図３（ｂ）に示すように、絶縁層５０および通信素子１００の上面に導電性材料を塗布し、第２信号層６０を生成する。したがって、通信素子１００の電極１０２と第２信号層６０とが電気的に接続できる。これにより、通信装置１０の積層構造体７０が形成される。さらに、第２信号層６０に絶縁性材料を塗布し、絶縁層８０を形成することで、グランド層である第２信号層６０を保護する。

以上は、全面が導電層である第１信号層４０上に通信素子１００を落下する工程を説明したが、通信装置１０の形態により、第１信号層４０が導電性領域と絶縁性領域とに分割されている場合もある。本実施例の通信装置１０では、個別配線などの従来信号伝達に必要であった構造を設けないためにスペース上の制約が小さく、第１信号層４０において導電性領域を例えばスクリーン印刷により広く形成することができる。そのため、この場合であっても、通信素子１００の電極１０２が第１信号層４０の導電性領域に電気的に接続するように通信素子１００を落下させることは容易であり、上記した利点を得ることができる。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、通信素子落下装置１２０の構造および動作例を示す。通信素子落下装置１２０は、通信素子１００を高さ方向に収容する筒部１２２と、一番下に位置する通信素子１００の底面を支持するストッパ部材１２４を備える。第１駆動部１３０は、ストッパ部材１２４を水平方向に伸縮駆動する。ストッパ部材１２４は筒部１２２内部まで伸びた状態で通信素子１００の落下を止め、筒部１２２内部から外に移動した状態で通信素子１００の落下抑止機能を解除して、通信素子１００を落下させる。また、通信素子落下装置１２０は、下から２番目に位置する通信素子１００を横方向から押圧することでその通信素子１００を筒部１２２内に保持するホールド部材１２６を備える。第２駆動部１３２は、ホールド部材１２６を水平方向に伸縮駆動する。筒部１２２には、ピン状部材であるストッパ部材１２４とホールド部材１２６を挿入するための穴が設けられている。図４（ａ）に示す状態で、４つの通信素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄが筒部１２２に収容されている。

図４（ａ）は、ストッパ部材１２４が、筒部１２２に収容された通信素子１００ａの落下を抑止し、ホールド部材１２６が通信素子１００ｂをホールドする状態を示す。次に、図４（ｂ）に示すように、ホールド部材１２６が通信素子１００ｂをホールドしたまま、第１駆動部１３０がストッパ部材１２４を筒部１２２の外まで駆動する。これにより、通信素子１００ａが重力を受けて落下する。通信素子１００ｂは、ホールド部材１２６により筒部１２２に固定されているため落下しない。

続いて、図４（ｃ）に示すように、第１駆動部１３０がストッパ部材１２４を筒部１２２内部まで駆動する。それから、図４（ｄ）に示すように、第２駆動部１３２がホールド部材１２６を筒部１２２の外側に駆動する。これにより、ホールド部材１２６と通信素子１００ｂとの接触が解除され、通信素子１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、ストッパ部材１２４が突き出ている位置まで、筒部１２２内を落下する。以上の構成により、１つの通信素子１００ａのみを落下させることが可能となる。第２駆動部１３２がホールド部材１２６を通信素子１００ｃに接触するように駆動すると、図４（ａ）に示す状態に戻る。

図５は、通信素子落下装置１２０の複数の筒部１２２の配列を示す。通信素子落下装置１２０は、複数の筒部１２２をもち、図示を省略するが、それぞれの筒部１２２に第１駆動部１３０、第２駆動部１３２、ストッパ部材１２４、ホールド部材１２６が設けられる。それぞれの筒部１２２における第１駆動部１３０および第２駆動部１３２は制御装置（図示せず）により同時に制御される。これにより、通信装置１０の製造工程で複数の通信素子１００を同時に落下させることができ、通信素子１００の配置にかかる時間を短縮できる。なお、筒部１２２同士の間隔は、大体均等となるように定められる。特開２００３−１８８８８２号公報に開示されるように、通信素子間の有効通信距離は、構成層の抵抗値などにより決定されるが、筒部１２２間の間隔は、この有効通信距離に応じて定められる必要がある。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、通信素子落下装置１２０の筒部１２２の先端に配置される加速装置１５０の構造および動作例を示す。上記した実施例では、通信素子１００を重力により自由落下させることで、通信素子１００を構成層上に配置する工程を説明した。この変形例では、加速装置１５０を設け、通信素子１００を加速装置１５０により加速して構成層に衝突させる。この衝突させる工程は、上記実施例の落下工程で示したように、通信素子１００の電極面または通信素子１００の落下地点となる構成層の導電性領域の少なくとも一方が接着性を有している状態で実行されてもよい。これにより、電極面と導電性領域の電気的接続を実現することが可能となる。

この変形例では、重力加速度よりも大きい加速度を強制的に通信素子に与えて構成層に衝突させる。このとき、電極面に突起をもたせ、この突起を構成層の導電性領域にめりこませることで、電極１０２と導電性領域の電気的接続を実現してもよい。なお、図６に示す通信素子１００ａは、便宜上、突起部の図示を省略している。

加速装置１５０は、移動突起部材１５４を水平方向および垂直方向に移動させるスライド機構１５２と、通信素子１００の底面を支持するストッパ部材１６０を備える。第３駆動部１５６は、ストッパ部材１６０を水平方向に伸縮駆動する。ストッパ部材１６０は筒部１５８内部まで伸びた状態で通信素子１００の落下を止め、筒部１５８内部から外に移動した状態で通信素子１００の落下抑止機能を解除して、通信素子１００を落下可能な状態とさせる。筒部１５８には、ピン状部材であるストッパ部材１６０を挿入するための穴が設けられており、また移動突起部材１５４を垂直方向に移動させるための切欠部が垂直方向に設けられている。

図６（ａ）は、図４（ｂ）の状態において、通信素子１００ａが通信素子落下装置１２０の筒部１２２から筒部１５８のストッパ部材１６０が突き出ている位置まで落下した状態を示す。次に、図４（ｂ）に示すように、スライド機構１５２が移動突起部材１５４を筒部１５８の内部まで駆動する。次に、図４（ｃ）に示すように、第３駆動部１５６がストッパ部材１６０を筒部１５８の外部まで駆動し、同時に、スライド機構１５２が移動突起部材１５４を重力加速度以上の加速度で下方向に駆動する。これにより、通信素子１００ａは、構成層に衝突し、電極面に設けられた突起が構成層にめりこみ、または接着することで、通信素子１００ａの電極１０２と構成層の導電性領域とが電気的に接続する。

なお、構成層の表面は平坦でなくてもよく、傾斜面を有していてもよい。また、衝突させる向きは、鉛直下向き（自由落下方向）に限らず、自由落下方向から傾きをもつ方向であってもよい。また、例えば圧縮空気などを利用して通信素子１００を構成層に衝突させることも可能であり、上から下への方向だけでなく、例えば上向きなどの任意の方向において、通信素子１００を構成層に衝突させ、電極１０２と導電性領域とを電気的に接続させることが可能である。

実施例にかかる通信装置の構造を示す図である。 実施例にかかる通信装置の製造工程の前半を説明するための図である。 実施例にかかる通信装置の製造工程の後半を説明するための図である。 通信素子落下装置の構造および動作例を示す図である。 通信素子落下装置の複数の筒部の配列を示す図である。 通信素子落下装置の先端に配置される加速装置の構造および動作例を示す図である。

符号の説明

１０・・・通信装置、２０・・・電源層、３０・・・高抵抗層、４０・・・第１信号層、５０・・・絶縁層、６０・・・第２信号層、７０・・・積層構造体、８０・・・絶縁層、１００・・・通信素子、１０２・・・電極、１２０・・・通信素子落下装置、１２２・・・筒部、１２４・・・ストッパ部材、１２６・・・ホールド部材、１３０・・・第１駆動部、１３２・・・第２駆動部、１５０・・・加速装置、１５２・・・スライド機構、１５４・・・移動突起部材、１５６・・・第３駆動部、１６０・・・ストッパ部材、２００・・・基板。

Claims (7)

1. 通信素子を備えた構造体として形成される通信装置の製造方法であって、通信装置の構造体を構成する１つ以上の構成層を基板上に積層する工程を備え、
   前記積層工程において、少なくとも１つの前記構成層における導電性領域と通信素子の電極とが電気的に接続するように、通信素子を当該構成層上に落下させる工程と、
   を備えることを特徴とする通信装置の製造方法。
2. 前記落下させる工程は、複数の通信素子を同時に落下させることを特徴とする請求項１に記載の通信装置の製造方法。
3. 前記落下させる工程は、通信素子の電極面または通信素子の落下地点となる前記構成層の導電性領域の少なくとも一方が接着性を有している状態で実行され、電極と導電性領域とが接着することで電気的に接続することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置の製造方法。
4. 前記落下させる工程は、通信素子を加速して当該構成層に衝突させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信装置の製造方法。
5. 通信素子を備えた構造体として形成される通信装置の製造方法であって、通信装置の構造体を構成する１つ以上の構成層を基板上に積層する工程を備え、
   前記積層工程において、少なくとも１つの前記構成層における導電性領域と通信素子の電極とが電気的に接続するように、電極面に突起を有する通信素子を加速して当該構成層に衝突させる工程と、
   を備えることを特徴とする通信装置の製造方法。
6. 前記衝突させる工程は、前記通信素子の電極面の突起部を前記構成層の導電性領域にめりこませることで、電極と導電性領域とを電気的に接続することを特徴とする請求項５に記載の通信装置の製造方法。
7. 前記積層工程は、少なくとも１つの前記構成層をスクリーン印刷により形成する工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の通信装置の製造方法。

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