JP2006108544A - 導体パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、耐熱性のない基板にも焼結した導体パターンを形成でき、サテライト(mist)の転写を防止して回路のショートを防止できる、生産性のよい導体パターン形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る導体パターン形成装置の代表的な構成は、基板に導体パターンを形成する導体パターン形成装置であって、導電インクを噴射して導体パターンを形成するインク吐出ヘッドと、該インク吐出ヘッドにより表面に導体パターンを形成され、該導体パターンを前記基板に転写する転写部材と、該転写部材を加熱して前記導体パターンを硬化させる加熱手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直描方式により基板に導体パターンを形成する導体パターン形成装置に関するものである。

従来から、導体パターン形成装置として、レジストインクを、インクジェット方式を用いて基板上に吹き付け、所望のレジストパターンを形成するものが提案されている（特許文献１）。レジストパターン形成後は、例えばネガティブレジストの場合、レジストパターンに覆われていない部分の銅箔をエッチングにより除去した後、レジストパターンを除去して導体パターンを形成する。

また、レジストパターンを形成することなく、導電材料または半導体材料を含む導電インクを、インクジェット方式を用いて直接、転写部材上に吹き付け、次いで、該転写部材から基板上に導体パターンを転写する方法も提案されている（特許文献２）。

これらの方法によれば、廃液処理の負担を低減すること、導体パターンの形成時間を大幅に短縮することが可能である。特に、特許文献２の技術では、マスクパターン、レジストパターン等が不要であり、エッジングやめっき工程が不要である。

特開平６−２３７０６３号公報 特表２００２−５４０５９１号公報

しかし、上記特許文献１、２の技術では、以下の技術面、生産性の問題がある。

＜技術面の問題点＞
（１）高温(200〜300℃程度)で導電インクを高温硬化（焼結）させる必要がある場合、基板がこの温度に耐えられず、焼結した導体パターンを形成することができない。（２）レジストインク、導電インクの液滴が着弾した際に、サテライト(mist)が発生し、これを放置したままで導体パターンを作成すると、回路がショートする危険性があった。

＜生産性の問題点＞
空調管理しているクリーンルーム内では熱乾燥炉の導入は周囲に放出する熱量が大きいため困難であり、別途、レジストインク、導電インクの乾燥をする必要があり、生産性が悪い。

そこで本発明は、耐熱性のない基板にも焼結した導体パターンを形成でき、サテライト(mist)の転写を防止して回路のショートを防止できる、生産性のよい導体パターン形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る導体パターン形成装置の第１の構成は、基板に導体パターンを形成する導体パターン形成装置であって、導電インクを噴射して導体パターンを形成するインク吐出ヘッドと、該インク吐出ヘッドにより表面に導体パターンを形成され、該導体パターンを前記基板に転写する転写部材と、該転写部材を加熱して前記導体パターンを硬化させる加熱手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る導体パターン形成装置の第２の構成は、第１の構成の導体パターン形成装置において、前記転写部材に形成された前記導体パターンは、前記転写部材の表面側から硬化し、前記基板と接触する未硬化部は前記基板へ転写される際又は転写された後に硬化することを特徴とする。

また、本発明に係る導体パターン形成装置の第３の構成は、第１の構成の導体パターン形成装置において、前記転写部材に導電インクを大きな面積で塗布して塗り潰しの導体パターンを形成するインク塗布手段を有し、該塗り潰しの導体パターンを基板へ転写可能としたことを特徴とする。これにより、面積が大きい塗り潰しの導体パターンを形成する場合でも、インク吐出ヘッドで形成する場合に比べて短時間で形成することができる。

また、本発明に係る導体パターン形成装置の第４の構成は、第１の構成の導体パターン形成装置において、少なくとも前記インク吐出ヘッドと、前記転写部材と、前記加熱手段を前記基板の搬送路の上下に１セットづつ配置し、前記基板の両面に導体パターンを形成することを特徴とする。これにより、生産ラインが長くなることがなく、生産性を高めることができる。

また、本発明に係る導体パターン形成方法は、基板に導体パターンを形成する導体パターン形成方法であって、インク吐出ヘッドから導電インクを噴射して転写部材の表面に導体パターンを形成する工程と、該導体パターンを前記転写部材の表面側から硬化させ、前記転写部材から前記基板に転写する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、耐熱性のない基板にも焼結した導体パターンを形成でき、サテライト(mist)の転写を防止して回路のショートを防止でき、導体パターン形成の生産性を高めることができる。

[第一実施形態]
本発明に係る導体パターン形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る導体パターン形成装置の構成図である。図２は導体パターンの転写の説明図である。

（導体パターン形成装置の構成）
図１に示すように、本実施形態の導体パターン形成装置１は、基板11の片面に導体パターンを形成して導体パターンを形成するものである。製造装置１は、搬送ローラ２、インク吐出ヘッド３、転写ローラ４、加圧ローラ５、離型剤塗布装置６、クリーニング装置７、パレット８から構成されている。基板11としては、厚さ２５ｕｍのポリイミドフィルム等が用いられる。

転写ローラ４は、基板11を搬送する方向に回転可能に形成されており、転写ローラ４の周りには、その回転方向に沿って順に、離型剤塗布装置６、パレット８、インク吐出ヘッド３、加圧ローラ５、クリーニング装置７が配置されている。パレット８は、転写ローラ４の鉛直方向下方に配置されている。

搬送ローラ２は、搬送手段であり、基板11を転写ローラ４と加圧ローラ５とのニップ部Ｎへ搬送路10に沿って搬送する。

インク吐出ヘッド３は、転写ローラ４の表面に導電インクを噴射して導体パターンを形成する。インク吐出ヘッド３は、電圧を与えて変形させることで導電インクを噴出させるピエゾ素子（piezoactuator）タイプが好適である。インク吐出ヘッド３は転写ローラ４の略水平方向に設けられており、転写ローラ４に対して水平に若しくは斜め下向きに導電インクを噴射する。これにより、導電インクの噴射がスムーズに行われる。

転写ローラ４は、インク吐出ヘッド３により表面に導体パターンを形成され、該導体パターンを基板11に転写する転写部材である。転写ローラ４は搬送路10の鉛直方向下方に設けられている。

転写ローラ４の内部には、加熱手段であるヒータ９が設けられている。ヒータ９は、転写ローラ４の表面を加熱して、転写ローラ４の表面に形成された導体パターンＰを高温硬化（焼結）させる。このため、転写ローラ４は、導体パターンを担持可能であり、高温(200〜300℃程度)に耐えられる耐熱性を有する部材にて形成されている。

尚、熱効率を高めるために、転写部材として、熱容量の小さな転写ベルトを用いることもできる。また、ヒータ９を、転写ローラ４の内側であって、インク吐出ヘッド３の対向位置より転写ローラ４の回転方向上流側からニップ部Ｎに渡って設けてもよい。この場合、導体パターンＰを高温硬化させる部分を効率よく加熱可能であり、熱効率を高めることができる。

また、転写ローラ４の回転速度と、ヒータ９の温度（転写ローラ４の表面温度）は、導体パターンＰが完全に硬化しないように、制御手段である制御部12により制御されている。

転写ローラ11の内部にヒータ９を設けたことにより、転写ローラ11上の導体パターンのみを硬化させやすく、硬化効率がよい。また必要な熱量が圧倒的に小さくてよいことから、周囲に放出する熱も多くはないため、空調管理しているクリーンルーム内でも導入可能な装置とすることができる。

加圧ローラ５は、転写ローラ４と搬送路10を挟んで対向する位置に設けれている。また、加圧ローラ５は、転写ローラ４に付勢されており、転写ローラ４との当接部でニップ部Ｎを形成している。

離型剤塗布装置６は、導体パターンが転写ローラ４の表面から基板11に転写を容易にするため、転写ローラ４の表面に離型剤を塗布する。離型剤塗布装置６は、インク吐出ヘッド３及びパレット８より転写ローラ４の回転方向上流側に配置されている。

離型剤は、耐熱性（200〜300℃程度）、潤滑性、耐磨耗性に優れたものが用いられる。このような離型剤として、例えば、液状または固形のシリコン等を用いることができる。

クリーニング装置７は、ニップ部Ｎより転写ローラ４の回転方向下流側に配置され、転写後に転写ローラ４の表面に残った残留物を除去する。クリーニング装置７として、一辺が転写ローラ４の表面に当接したスキーヂやブレード等が用いられる。

パレット８は、導電インクを収容したインク塗布手段であり、転写ローラ４をパレット８内の導電インクに浸すことで、転写ローラ４に導電インクを大きな面積で塗布して塗り潰し（ベタ）の導体パターンを形成する。パレット８は、昇降手段（不図示）により鉛直方向上下に移動可能に構成されている。尚、インク塗布手段として、パレット８に変えて刷毛等を設け、塗り潰し（ベタ）の導体パターンを形成する構成としても良い。

（導体パターン形成装置の動作）
ここで、導体パターン形成装置１の動作について説明する。まず、インク吐出ヘッド３により導体パターンを形成する動作について説明する。

まず、本動作においては、昇降手段が、パレット８内の導電インクが転写ローラ４に付着しない位置までパレット８を下降させている。そして、転写ローラ４の回転に合わせて、離型剤塗布装置６が転写ローラ４の表面に離型剤を塗布する。図２（ａ）に示すように、離型剤を塗布された転写ローラ４の表面に、インク吐出ヘッド３が導電インクを噴射して導体パターンＰを形成する。転写ローラ４の表面に形成された導体パターンＰは、転写ローラ４の回転にともないニップ部Ｎに送られる。

この際、制御部12が、転写ローラ４の回転速度と、転写ローラ４の表面温度（200〜300℃程度）を制御する。この制御により、図２（ｂ）に示すように、インク吐出ヘッド３により形成された導体パターンＰは、転写ローラ４の表面側のみ高温硬化（焼結）して硬化部Ｐ１となり、未硬化部Ｐ２を残した状態でニップ部Ｎへ送られる。

一方、導体パターンＰがニップ部Ｎに送られるタイミングに合わせて、搬送ローラ２が基板11をニップ部Ｎに搬送する。ニップ部Ｎに搬送された基板11は、転写ローラ４、加圧ローラ５に挟持される。

この際、図２（ｃ）に示すように、ニップ部Ｎにおいて、未硬化部Ｐ２が基板11と密着し、離型剤により転写ローラ４から剥れやすくなっている導体パターンＰが転写ローラ４から基板11へ転写される。未硬化部Ｐ２は、転写の際に加圧、加熱されて硬化するか、転写された後に余熱により硬化する。導体パターンＰを転写された基板11は、装置外へ排出されることで、導体パターンが形成される。

転写ローラ４は、導体パターンＰを転写した後、クリーニング装置７により表面の残留物をクリーニングされ、次の導体パターンの形成に備える。

上記動作において、導電インクの液滴が着弾した際に、不要なインクが飛び散り、サテライトＭ(mist)が発生し、転写ローラ４に付着する恐れがある。しかし、転写ローラ４に付着したサテライトＭは、導体パターンＰに比べて非常に小さく、転写ローラ４の表面で完全に硬化する。

サテライトＭは、導体パターンＰの高さより低いため、基板11に接しにくい。また、サテライトＭは、完全に硬化することで基板11に転写されにくくなる。このため、サテライトＭ（特に、導体パターンＰの間のサテライトＭ）の転写を防止して回路のショートを防止できる。

さらに、導体パターン形成装置１内に、吸引機構、エアブロー機構を設けることにより、mistの影響を最小限に抑えることができる。

次に、塗り潰しの導体パターンを形成する動作について説明する。まず、転写ローラ４の回転に合わせて、離型剤塗布装置６が転写ローラ４の表面に離型剤を塗布する。そして、昇降手段が、パレット８内の導電インクが転写ローラ４に付着する位置までパレット８を上昇させる（図１中破線位置）。これにより、離型剤を塗布された転写ローラ４の表面に、導電インクが塗布され、塗り潰し（ベタ）の導体パターンが形成される。転写ローラ４の表面に形成された塗り潰しの導体パターンは、転写ローラ４の回転にともないニップ部Ｎに送られる。

一方、塗り潰しの導体パターンがニップ部Ｎに送られるタイミングに合わせて、搬送ローラ２が基板11をニップ部Ｎに搬送する。ニップ部Ｎに搬送された基板11は、転写ローラ４、加圧ローラ５に挟持され、塗り潰しの導体パターンを転写され、装置外へ排出されることで、導体パターンが形成される。

転写ローラ４は、塗り潰しの導体パターンを転写した後、クリーニング装置７により表面の残留物をクリーニングされ、次の導体パターンの形成に備える。

このように、パレット８を設けたことにより、面積が大きい塗り潰しの導体パターンを形成する場合でも、インク吐出ヘッド３で形成する場合に比べて短時間で形成することができる。

上述のごとく、導体パターン形成装置１は、マスクパターンを必要とせず、現像工程も必要としないため、導体パターンの作成時間を大幅に短縮でき、廃液処理の負荷をなくすことができる。

また、転写ローラ４を加熱して導体パターンＰを硬化させるヒータ９を転写ローラ４の内部に設けたことにより、高温に耐えられない基板にも焼結した導体パターンＰを形成することができる。また、別途、導電インクの乾燥をする必要がなく、生産性を高めることができる。また、導電インクを加熱により直接硬化（焼結）させることができ、硬化（焼結）効率を高めることができる。

また、転写ローラ４に形成された導体パターンＰは、転写ローラ４の表面側から硬化し、基板11と接触する未硬化部Ｐ２は基板11へ転写される際又は転写された後に硬化するように制御した。これにより、導電インクの液滴が着弾した際に、サテライトＭが発生し、これを放置したままで導体パターンを作成しても、サテライトＭは完全に硬化しており、基板11へのサテライトＭの転写を防止して回路のショートを防止できる。

[第二実施形態]
次に本発明に係る導体パターン形成装置の第二実施形態について図を用いて説明する。図３は本実施形態に係る導体パターン形成装置の構成図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態にかかる導体パターン形成装置21は、上記第一実施形態の導体パターン形成装置１の加圧ローラ５に代えて、転写ローラ22を設けたものである。

転写ローラ22は、転写ローラ４と同様に、基板11を搬送する方向に回転可能に形成されており、転写ローラ22の周りには、その回転方向に沿って順に、離型剤塗布装置６、インク吐出ヘッド３、転写ローラ４、クリーニング装置７が配置されている。また、転写ローラ22は、転写ローラ４と同様に、内部にヒータ９を備えている。転写ローラ22は、かかる構成により、転写ローラ４と同様の動作を行い、表面に形成された導体パターンＰを基板11に転写する。すなわち、導体パターン形成装置21は、インク吐出ヘッド３と、転写ローラ４と、ヒータ９を基板11の搬送路10の上下に１セットづつ配置し、基板11の両面に導体パターンを形成する。

特許文献１（特開平６−２３７０６３号公報）の技術では、基板の両面にレジストインクを塗布する為には、基板を反転させる必要があり、生産ラインが長くなるという問題があった。

しかし、本実施形態の導体パターン形成装置21によれば、基板11を反転させることなく基板11の両面に導体パターンＰを形成することができる。このため、生産ラインが長くなることがなく、生産性を高めることができる。尚、パレット８を用いることにより、片面を塗り潰しの導体パターンとすることもできる。

また、上記第一実施形態と同様に、導体パターンの作成時間を大幅に短縮でき、廃液処理の負荷をなくすことができる。また、高温に耐えられない基板にも焼結した導体パターンＰを形成することができる。また、別途、導電インクの乾燥をする必要がなく、生産性を高めることができる。また、硬化（焼結）効率を高めることができる。また、基板11へのサテライトＭの転写を防止して回路のショートを防止できる。

本発明は、導体パターンの形成に利用でき、プリント配線板の製造に好適に利用することができる。マスクパターンを必要とせず、現像工程も必要としないため導体パターンの作成時間を大幅に短縮でき、現像廃液処理による環境負荷をなくすことが可能であり、産業上有用であるとして好適である。また、本発明は、同様な利用方法により、電子装置での導体パターン形成にも応用できる。

第一実施形態に係る導体パターン形成装置の構成図である。 導体パターンの転写の説明図である。 第二実施形態に係る導体パターン形成装置の構成図である。

符号の説明

Ｍ…サテライト、Ｎ…ニップ部、Ｐ…導体パターン、Ｐ１…硬化部、Ｐ２…未硬化部、１…導体パターン形成装置、２…搬送ローラ、３…インク吐出ヘッド、４…転写ローラ、５…加圧ローラ、６…離型剤塗布装置、７…クリーニング装置、８…パレット、９…ヒータ、10…搬送路、11…基板、12…制御部、21…導体パターン形成装置、22…転写ローラ

Claims (5)

1. 基板に導体パターンを形成してプリント配線板を製造する導体パターン形成装置であって、
   導電インクを噴射して導体パターンを形成するインク吐出ヘッドと、
   該インク吐出ヘッドにより表面に導体パターンを形成され、該導体パターンを前記基板に転写する転写部材と、
   該転写部材を加熱して前記導体パターンを硬化させる加熱手段と、を有することを特徴とする導体パターン形成装置。
2. 前記転写部材に形成された前記導体パターンは、前記転写部材の表面側から硬化し、前記基板と接触する未硬化部は前記基板へ転写される際又は転写された後に硬化することを特徴とする請求項１に記載の導体パターン形成装置。
3. 前記転写部材に導電インクを大きな面積で塗布して塗り潰しの導体パターンを形成するインク塗布手段を有し、該塗り潰しの導体パターンを基板へ転写可能としたことを特徴とする請求項１に記載の導体パターン形成装置。
4. 少なくとも前記インク吐出ヘッドと、前記転写部材と、前記加熱手段を前記基板の搬送路の上下に１セットづつ配置し、前記基板の両面に導体パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の導体パターン形成装置。
5. 基板に導体パターンを形成する導体パターン形成方法であって、
   インク吐出ヘッドから導電インクを噴射して転写部材の表面に導体パターンを形成する工程と、
   該導体パターンを前記転写部材の表面側から硬化させ、前記転写部材から前記基板に転写する工程と、を有することを特徴とする導体パターン形成方法。

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