JP2006202879A - 導体パターンの形成装置 - 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)の発生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ディスペンサーと、該ディスペンサー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、エッチ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)の発生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、導電インクを吐出して導体パターンを形成するディスペンサーと、該ディスペンサー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。半硬化部の存在により、レジストパターンの転写手段から基板への転写を容易かつ確実なものとすることができる。

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、ディスペンサー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、少なくとも前記ディスペンサーと、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、ディスペンサーから導電インクを吐出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)の発生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。また、インクジェット方式に比べ粘度を高くできるため、厚みのある導体パターンも形成し易く、抵抗値を下げることもできる。インクジェット方式に比べ描画時に気流の影響が少なく、描画精度に優れる。

[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、ディスペンサー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、ディスペンサー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。

ディスペンサー３は、転写ローラ４の表面に導電インクを吐出して導体パターンを形成する。本発明におけるディスペンサーはその先端より微少量のインクを定量的に吐出できる装置である。必要に応じて連続的にインクを吐出することが出来る。また、ディスペンサー３としては、吐出量や使用量に合わせて、バレル式、カートリッジ式、バルブ式、チューブポンプ式等の様々な方式のディスペンサーを適用することができる。

背景技術に挙げたインクジェット方式と比較すると、インクの液滴が着弾した際に発生するサテライト（mist）の発生がなく、意図したパターンに忠実な導体パターンを作成することが出来る。さらに、レジストインクが飛行しないので気流による影響が少なく描画精度が向上し、パターンの再現性が向上する。

インクジェット方式においては噴射性の観点から、インクの粘度を低く調整するか噴射時に加熱して粘度を低下させることが望まれるが、ディスペンサーを用いる場合は噴射の必要がないのでより広い粘度の範囲でインクを使用できる。このため、より厚みのある導体パターンも形成しやすい。さらに、吐出量、吐出速度を制御することにより導体パターンの厚み、幅を制御することも出来る。

ディスペンサー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吐出する。これにより、導電インクの吐出がスムーズに行われる。

転写ローラ４は、ディスペンサー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、ディスペンサー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、ディスペンサー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。また、吐出量の多いディスペンサーを、微細な導体パターン形成用とは別途設け、大きな面積を塗布するためのインク塗布手段としても良い。

（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、ディスペンサー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、ディスペンサー３が導電インクを吐出して導体パターン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、ディスペンサー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。

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、ディスペンサー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。

導電インクは、公知のものを使用することが出来る。例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの有機バインダーと、導電性の金属、合金、フィラーなどを混合した組成物などを用いることが出来る。また、低分子の有機化合物に導電性の金属、合金、フィラーなどを分散させたものでも良い。

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。半硬化部の存在によりこれにより、導体パターンＰの転写ローラ４から基板への転写を容易かつ確実なものとすることができる。

[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、ディスペンサー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、ディスペンサー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。

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

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…ディスペンサー、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、
   導電インクを吐出して導体パターンを形成するディスペンサーと、
   該ディスペンサー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. 少なくとも前記ディスペンサーと、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でき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、
   ディスペンサーから導電インクを吐出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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