JP2008258376A - 回路素子実装モジュールの製造方法、回路素子実装モジュールの製造装置および回路素子実装モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高密度で配置された電気的接続部分に対してもこれを封止材によって確実に封止することができ、基材に対して回路素子を高い信頼性をもって実装することが可能な回路素子実装モジュールの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】電気配線回路２０と回路素子６とを電気的に接続する導電部５ｄ’と、この導電部５ｄ’を保護するための封止部５ｃ’とを形成する実装工程を備える。実装工程では、少なくとも導電部５ｄ’を形成すべき位置、および封止部５ｃ’を形成すべき位置に導電材５ｄと封止材５ｃをそれぞれ吐出する。その後、液体吐出ヘッドから吐出された導電材５ｄおよび封止材５ｃが各々の機能を発現する前に回路素子６を電気配線回路２０上に装着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる回路素子実装モジュールの製造方法、製造装置および回路素子実装モジュールに関する。

一般に、電子回路部品を実装した回路素子実装モジュールとしては、ＬＳＩ等の半導体や各種電子部品等をプリント回路配線板などの回路配線板に実装したものがある。プリント回路配線板としては、セラミックを基材とするもの、ガラス繊維などの補強材とエポキシ樹脂などの合成樹脂との複合材を用いるもの、ポリエステル樹脂やアラミド樹脂等の可撓性フィルムを基材とするものなど、種々のものが知られている。

こうした回路素子実装モジュールは、現在、種々の電子機器に用いられているが、電子機器によっては、回路素子実装モジュールが外部環境との接触を求められるものもある。例えば、インクジェットプリンタや分析機器などの装置においては、装置のキーコンポーネントとなるインクジェットヘッドあるいはセンサなどが、回路素子実装モジュールの形態で使用されている。この場合、回路素子実装モジュールは、回路液体あるいは測定対象体などの外部環境との接触が求められる。従って、このような回路素子実装モジュールでは、回路素子の電気端子に対して悪影響を及ぼす外部環境であるインクや腐食性ガスなどの物質から、回路素子の電気端子部を保護する必要がある。そのため、外部環境の影響を受ける回路素子実装モジュールでは、電子回路部品の電気端子部を封止材によって封止することが、信頼性、耐久性を確保する上で重要になっている。

従来、回路素子実装モジュールの製造工程では、まず、回路素子の電気端子部とプリント回路配線板との電気的接合を行う。この電気的接合工程としては、特許文献１に記載のように半田を用いて接合する方法がある。また、特許文献２に記載のように導電性接着剤を用いる方法、あるいは電気端子部またはプリント回路配線板に、導電性を持った金属バンプまたはランドを設けておいて、超音波接合を行う方法などがある。そして、このような電気的接続工程の後、回路素子の電気端子部の封止を行う。この封止工程としては、封止が必要な部分にディスペンサ等で封止材を回路素子の周囲および隙間に注入して回路素子の電気端子部を封止する方法がある。また、他の封止方法としては、回路素子またはプリント回路配線板の電気端子部に導電性を持った金属バンプまたはランドを形成しておき、その上部または周囲部に封止材を配置する方法がある。この場合、電気的接合を行なった後、封止材の硬化等を行い、これによって封止剤の機能を発現させるような工程を採ることが行われている。なお、特許文献３，４では、電気接合部を形成した後に、電気接合部の封止・保護が目的ではないが、樹脂を電気端子部周囲に配置し、これを硬化させる工程を設けた例が開示されている。

特開平７−１５６３７６号公報 特開平８−１５６２５２号公報 特開２００４−１３６６６３号公報 特開２００６−２７８９６４号公報

しかしながら、上記の回路素子実装モジュール製造方法では、いずれも封止部の形成を導電部の形成とは別の工程で行っており、各部の形成にはディスペンサやスクリーン描画などが用いられている。このため、適用する機器の小形化や半導体素子の高性能化および小型化に対応して、接合端子を高い密度で実現することと、封止信頼性を確保することはトレードオフの関係になっている。すなわち、封止部と導電部とを別工程で形成する場合には、基材などの配置においてずれが生じ易く、また、ディスペンサやスクリーン描画などの方法では、導電部および封止部に十分な精度を得ることができない。

さらに上記の回路素子実装モジュール製造方法の中で、電気端子部を接合した後に封止を行う場合、回路素子とプリント回路配線板の狭い隙間の封止を信頼性高く行うことも極めて困難である。一般に、インクジェットヘッドでは、回路素子とプリント回路配線板とを貫通したインク流路内に導電性を持ったインクを流入させる必要があるため、封止信頼性の確保は極めて重要である。ところが、上記のように電気端子部の接合後に、狭い隙間から封止を行うことは極めて困難なため、封止箇所には比較的大きなスペースを確保する必要があり、これが電子端子部の間に機器の小型化の障害になっている。

一方、前述のように電気端子部を接合する以前にプリント配線板上に封止材材料を配置しておくような製造方法を採る場合、電気端子部を接合する工程において、機能を発現していない変形し易い状態の封止材材料が、端子間に浸入することがある。この場合、電気端子の間に電気的な接合不良を発生させることがある。また、回路素子とプリント回路配線板とを電気的に接合させた時、予め配置された封止材料がプリント回路配線板と回路素子の双方の対向面に十分に接触することができず、いずれか一方と離れた状態になることがある。こうした封止不良が発生した場合、回路素子あるいはプリント回路配線板と封止材との間に隙間が形成された箇所（封止不良箇所）からインクが漏れ出し電気的接続部分を劣化させる虞がある。

本発明は、上記従来技術に生じている問題を解消するためになされたものである。すなわち、高密度で配置された電気的接続部分に対してもこれを封止材によって確実に封止することができ、基材に対して回路素子を高い信頼性をもって実装することが可能な回路素子実装モジュールの製造方法および装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。

すなわち、本発明の回路素子実装モジュールの製造方法の第１の形態は、基材上に保持された電気配線回路と該電気配線回路に実装される回路素子とを備えた回路素子実装モジュールの製造方法であって、前記電気配線回路と前記回路素子とを電気的に接続する導電部と、該導電部を保護するための封止部とを形成する実装工程を備え、前記実装工程は、導電機能を発現可能な液状の導電材と封止機能を発現可能な液状の封止材とをそれぞれ液滴として吐出可能な吐出ヘッドを用い、少なくとも前記導電部を形成すべき位置および前記封止部を形成すべき位置に前記導電材と前記封止材をそれぞれ吐出する液体吐出工程と、前記吐出ヘッドから吐出された導電材および封止材が各々の機能を発現する前に前記回路素子を前記電気配線回路に装着する装着工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の形態は、基材上に保持された電気配線回路と該電気配線回路に実装される回路素子とを備えた回路素子実装モジュールの製造装置であって、前記基材を保持する基材保持部と、導電機能を発現可能な液状の導電材と封止機能を発現可能な液状の封止材とをそれぞれ液滴として吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記基材保持部に保持された基材を液体吐出ヘッドによって走査させる走査手段と、前記基材保持部に保持された基材に形成された電気配線回路に前記回路素子を装着させる装着手段と、前記液体吐出ヘッド、前記走査手段および前記装着手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、少なくとも前記導電部を形成すべき位置および前記封止部を形成すべき位置に前記導電材と前記封止材を吐出させるよう前記液体吐出ヘッドおよび前記走査手段を制御すると共に、前記吐出ヘッドから吐出された導電材および封止材が各々の機能を発現する前に前記回路素子を前記電気配線回路に装着させるよう前記装着手段を制御することを特徴とする。

本発明の第３の形態は、上記製造方法によって製造されたことを特徴とする回路素子実装モジュールである。

本発明によれば、回路素子実装モジュールの製造において、回路素子と電気配線回路との間の導電部が高密度に配置されている場合にも、高い信頼性をもって封止剤を描画することが可能となる。このため、モジュールの小型化と封止信頼性を確保との両立を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（回路素子実装モジュール）
図１は、本発明の実施形態によって形成された回路素子実装モジュールの一例を示す側断面図である。図１において、１は絶縁材からなる平板状の基材である。この基材１の上には、複数の配線層２が積層を積層してなる電気配線回路積層部２０で電気配線回路が形成されている。電気配線回路積層部２０を構成する各配線層２は絶縁部２ａと導電部２ｂとからなり、絶縁部２ａと導電部２ｂとは、平面上、互いに相補的なパターンを形成している。また、各配線層２において、絶縁部２ａと導電部２ｂの厚さはほぼ等しくなっており、各配線層は均一な厚みに形成されている。また基材１および電気配線回路積層部２０には回路素子としてのインクジェットヘッドチップ６にインクを供給するためのインク流路３が設けられている。さらに電気配線回路積層部２０の最上層にはインクジェットヘッドチップ６と電気的接続を行うためのパッド２ｃが導電部で複数形成されている。

回路素子としてのインクジェットヘッドチップ６には、インクを吐出するための複数のノズル６１が設けられている。なお、本明細書においてノズルとは、インクを吐出口と、このインク吐出口に連通する液路と、この液路内のインクを吐出口から吐出させるための電気熱変換素子などを含む部分を指す。

また、インクジェットヘッドチップ６には、ノズル６１にインクを供給するためのチップ側インク供給路６３が下面を貫通するよう形成されている。このチップ側インク供給路６３は、基材１上に実装された状態で、基材１および電気配線回路積層部２０を貫通する基材側インク供給路３と連通するように形成されている。さらに、インクジェットヘッドチップ６には、インク吐出させる電気的駆動信号を取り込むための導電材からなるチップ端子６２がインクジェットヘッドチップ６の下面に複数個形成されている。

インクジェットヘッドチップ６上のチップ端子６２の端面と電気配線回路積層部２０のパッド２ｃの端面の双方に対して硬化した状態の導電材５ｄ’が密着しており、これによりチップ端子６２とパッド２ｃとは導電材５ｄ’を介して導電状態となっている。また、封止材５ｃ’は、インクジェットヘッドＨのインク流路６２に満たされたインクが導電材５ｄ’に接触し、電気的短絡や腐食を防止するようにするため、導電材５ｄ’とインク流路６２との間に配置されている。なお、図１では、電気配線回路積層部２０上へのインクジェットヘッドチップ６の実装が完了した段階を示しており、この段階では、導電材５ｄ’および封止剤５ｃ’は硬化した状態となっている。

この導電材５ｄ’および封止材５ｃ’を形成するには、まず、インクジェットヘッドチップ６を回路形成基材１０に実装する前に、液状の導電材５ｄおよび封止材５ｃをインクジェットヘッドチップ６および回路形成基材１０の少なくとも一方に描画する。この導電材５ｄおよび封止材５ｃの描画は、液体吐出方式（インクジェット方式）を用いて、導電性を持たせるべきパターンおよび封止が必要となるパターンに沿って行われる。この描画が行われた時点で、液状の導電材５ｄおよび封止材５ｃは、導電機能、封止機能を発現した状態にはなっていない。この後、インクジェットヘッドチップ６を回路形成基材１０に装着し、加熱処理を行う。この加熱処理により、導電材５ｄには導電機能が、封止材５ｃ’には封止機能がそれぞれ発現した状態となる。なお、ここでいう封止機能とは、電気的な絶縁性、および液体（インクジェットヘッドチップを電子部品として実装する場合にはインク）に対する耐液性、非浸透性などの保護機能を意味する。

（回路素子実装モジュールの製造装置）
図２は、本発明の実施形態における回路素子実装モジュールの製造装置の概略構成を示す斜視図である。図２において、キャリッジ１０９は、基材１を保持するステージ（基材保持部）１０３の上をステージ１０３の移動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に往復移動可能になっている。このキャリッジ１０９の移動は、ＣＲリニアモータ（キャリッジ移動手段）１０１によって行われる。なお、このＬＦモータ１０２と、ＣＲモータ１０１とにより、液体吐出ヘッド１１と回路形成基材１とを相対的に移動させる走査手段が構成されている。キャリッジ１０９には導電パターン用溶液、絶縁パターン用溶液および封止パターン用溶液（前述の液状の封止材５ｃ’）を基材１上に吐出するための３つの液体吐出ヘッド（不図示）が搭載されている。さらに、キャリッジ１０９には、それぞれの液体吐出ヘッドに導電パターン用溶液、絶縁パターン用溶液および封止パターン用溶液を供給するための３つのタンク（不図示）が搭載されている。

また、ステージ１０３の移動手段であるＬＦリニアモータ１０２は定盤１０８に高い剛性を保って固定されている。このため、基材１を載せるステージ１０３の表面は、ステージが移動しても、常に定盤面に対して高精度に平行を維持しつつ移動させることができる。また、ＣＲリニアモータ１０１は、定盤１０８の上に立設されたベース１０４および１０５を介して高い剛性をもって保持されている。このＣＲリニアモータ１０１により、キャリッジ１０９は定盤面、すなわちステージ１０３の表面と平行な状態を維持しつつ移動する。ＣＲリニアモータ１０１およびＬＦリニアモータ１０２にはそれぞれリニアエンコーダ１１１、１１２および原点センサ１０６、１０７が内蔵されている。各原点センサ１０６、１０７の出力信号およびリニアエンコーダ１１１，１１２の出力信号は、各リニアモータ移動時のサーボ制御入力として利用される。また、リニアエンコーダ１１１の出力信号は、導電パターン用溶液、絶縁パターン用溶液および封止パターン用溶液の吐出タイミングの制御にも利用される。両リニアエンコーダ１１１、１１２の分解能は０．５μｍと高精度であるため、数１０μｍ幅の回路パターンを形成するには充分である。

また、本実施形態における装置には、制御手段としてコンピュータ１２０が接続されている。このコンピュータ１２０から送られた回路パターンの描画データと、リニアエンコーダ１１１および１１２の検出信号などに基づいて、各モータ１０１，１０２および各液体吐出ヘッドが制御される。

（液状材料）
ここで、上記の回路素子実装モジュール製造装置に用いられる各液状材料（導体パターン用溶液、絶縁用溶液および導電パターン用溶液）の組成について説明する。
上記の回路素子実装モジュール製造装置において使用する液状材料は、水性であると油性であるとを問わない。液体吐出ヘッド４から吐出可能な流動性（粘度）を備えていれば十分である。すなわち、液体材料は、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。液状材料の粘度は１ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。粘度が１ｍＰａ・ｓ以上である場合には、液状材料の液滴５ａ，５ｂを吐出する際に、液体吐出ヘッド４のインク吐出口周辺部が液状材料で汚染されにくい。一方、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である場合は、ヘッド４における目詰まりの頻度が小さい。このため上記のような範囲の粘度を有する液状材料を用いることにより、円滑な液滴５ａ，５ｂの吐出を実現することができる。

導電パターン用溶液としては、導電性の面からＡｌ、Ａｇ、ＳｎＯ２などの金属コロイドを含むものが一般的である。金属コロイドの粒子直径は回路パターンの均一性や安定性等の観点から、数１０〜数１００ｎｍの範囲のもの（金属ナノ粒子）が好適に用いられる。絶縁パターン用溶液としては、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの絶縁性微粒子を含むものが好適に用いられるが、最終的に絶縁性を発現可能なものであれば特に限定されるものではない。封止パターン用溶液としては、感光性の樹脂材料を含んだものが好適である。

より具体的には、導電性材料は、平均粒径が１０ｎｍ程度の銀粒子と、分散媒と、を含む。そして導電性材料において、銀粒子は分散媒中に安定して分散されている。なお、銀粒子はコーティング剤で被覆されていてもよい。ここで、コーティング剤は、銀原子に配位可能な化合物である。なお、平均粒径が１ｎｍ程度から数１００ｎｍまでの粒子は、「ナノ粒子」とも表記される。この表記によれば、導電性材料は金属ナノ粒子として銀のナノ粒子を含んでいる。また、銀のナノ粒子に代えて、他の金属のナノ粒子が用いられてもよい。他の金属としては、例えば、金、白金、銅、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、亜鉛、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウムのいずれか１つが利用されてもよい。または、これらの金属のいずれか２つ以上が組合せられた合金のナの粒子が利用されてもよい。ただし、銀であれば比較的低温で還元できるため、扱いが容易であり、この点で、液滴吐出装置を利用する場合には、銀のナノ粒子を含む導電性材料を利用することが好ましい。

また、導電性材料が、金属のナノ粒子に代えて、有機金属化合物を含んでいてもよい。ここでいう有機金属化合物とは、加熱による分解によって金属が析出するような化合物を指す。このような有機金属化合物には、クロロトリエチルホスフィン金（Ｉ）、クロロトリメチルホスフィン金（Ｉ）、クロロトリフェニルフォスフィン金（Ｉ）、銀（Ｉ）２，４−ペンタンヂオナト錯体、トリメチルホスフィン（ヘキサフルオロアセチルアセトナート）銀（Ｉ）錯体、銅（Ｉ）ヘキサフルオロペンタンジオナトシクロオクタジエン錯体、などがある。

このように、液状の導電性材料に含まれる金属の形態は、ナノ粒子に代表される粒子の形態でもよいし、有機金属化合物のような化合物の形態でもよい。さらに、導電性材料は、金属に代えて、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンなどの高分子系の可溶性材料を含んでいてもよい。
導電性材料における銀のナノ粒子は、有機物などのコーティング剤で被覆されてもよい。このようなコーティング剤として、アミン、アルコール、チオールなどが知られている。より具体的には、コーティング剤として、２−メチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、ジエチルメチルアミン、２−ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミンなどのアミン化合物、アルキルアミン類、エチレンジアミン、アルキルアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、アルキルチオール類、エタンジチオールなどがある。コーティング剤で被覆された銀のナノ粒子は、分散媒中でより安定して分散され得る。

分散媒（または溶媒）としては、銀粒子などの導電性微粒子を分散できるもので凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。

これらのうち、導電性微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
封止材材料は感光性の樹脂材料を含んでいる。具体的には、封止材材料は、光重合開始剤と、アクリル酸のモノマーおよび／またはオリゴマ−と、を含んでいる。また、封止材材料は、光重合開始剤と、アクリル酸のモノマーおよび／またはオリゴマ−と、を含んでいる。ただし、アクリル酸のモノマーおよび／またはオリゴマーに代えて、封止材材料が、光重合開始剤と、ビニル基、エポキシ基等の重合性官能基を有するモノマーおよび／またはオリゴマ−と、を含んでいても良い。

さらにまた、封止材材料は、光官能基を有するモノマーが溶解している有機溶液であってもよい。ここで、光官能基を有するモノマーとしては、光硬化性イミドモノマーが利用できる。あるいは、樹脂材料であるモノマー自体がヘッド４からの吐出に適した流動性を有する場合には、モノマーが溶けた有機溶液を用いる代わりに、モノマーそれ自体（つまり、モノマー液）を封止材材料としても良い。このような封止材材料を用いる場合でも、本発明に係る封止パターンを形成することが可能である。

さらに、封止材材料は、樹脂であるポリマーが溶解した有機溶液であってもよい。この場合には、封止材材料における溶媒としてトルエンが利用できる。

（基材材料）
一方、基材１としては、一般にアルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、チタン酸バリウム、ジルコニアなどを焼結したセラミックス、ポリオレフィンや無機フィラを主材料にした樹脂フィルムやガラス繊維強化プラスチックなどが挙げられる。しかし、本実施形態においては、前述のようなヒータなどによる加熱定着工程、あるいは後述のような焼成工程を行うため、基材１には耐熱性のある材料を用いることが望ましい。

（回路素子実装モジュールの製造工程）
次に、上記の製造装置による回路素子実装モジュールの製造工程を説明する。
まず、コンピュータ１２０から本装置１００に描画データが送信されると、ＬＦリニアモータ１０２の駆動により、基材１を保持したステージ１０３が所定の描画開始位置へと移動する。この後、ＣＲリニアモータ１０１の駆動によりキャリッジ１０９が基材１上を走査し始めると共に、各液体吐出ヘッドから導電パターン用溶液と絶縁パターン用溶液とが吐出されて行く。キャリッジ１０９が１回の走査を終えた時点で、基材１上には、液体吐出ヘッドに設けられているノズルの配列幅分のパターンが描画される。その後、ＣＲリニアモータ１０１の駆動によって、ステージと共に基材１がノズルの配列幅分だけ移動し、再びＣＲリニアモータ１０１によってキャリッジを移動させつつ液体吐出ヘッドから各溶液を吐出させて描画を行う。この描画動作と基材１の移動とを繰り返して行うことにより、基材１の上面には、導電部２ａとしての導電パターンと、絶縁部２ｂとしての絶縁パターンとにより、１層の配線層２が形成される。但し、基材１上に直接電子回路部品３が載置されている場合には、その電子回路部品３を除いた部分に導電パターン（導電部）と絶縁パターン（絶縁部）とが形成される。

その後、上記のような配線層２の形成動作を繰り返すことにより、複数の配線層２が積層される。すなわち、基材１上には配線層２の積層回数に応じた厚さの電気配線回路積層部２０が形成される。この積層工程によって形成された電気配線回路積層部２０の厚さが、他の電子回路部品を搭載すべき厚さに達した場合には、一旦、積層動作を停止させる。そして、図外の部品配置装置によって電子回路部品を最上位の配線層２に載置し、その後は、再び電子回路部品を除いた空間領域に対して配線層の形成動作を繰り返して行く。

以上の動作により、電気配線回路積層部２０の最上位には図１に示すようにパッド２ｃおよび絶縁部２ａからなる配線層２が形成される。ここでさらに、キャリッジ１０９とステージ１０３とを適宜移動させながら、液体吐出ヘッドより封止パターン用溶液および導電パターン形成用溶液の吐出を行い、電気配線回路積層部２０の上に導電材５ｄ'および封止材５ｃ'を描画する。この後、前述のように、電子回路部品としてのインクジェットヘッドチップ６が載置され、その後、加熱処理が行われる。
なお、基材１を支持しているステージ１０３には、加熱ヒータ（不図示）を埋め込んでおき、この加熱ヒータの熱によって、描画された材料の乾燥を促進させることも可能である。

このように、本実施形態では、電気配線回路積層部２０に描画された導電材５ｄ’および封止材５ｃ’が液状にある段階でインクジェットヘッドチップ６を装着した後に、加熱処理を行う。従って、導電材５ｄは、端子６２とパッド２ｃに対して高い密着性をもって接触するため、良好な導電性が得られる。同様に、封止材５ｄもインクジェットヘッドチップ６の下面と電気配線回路積層部２０の上面に高い密着性をもって接触するため、信頼性の高い密封状態を得ることができる。

また、液体吐出ヘッドから導電材５ｄおよび封止材５ｃを微小な液滴として吐出する液体噴射方式を用いているため、高密度に配置された回路素子の端子間にも、封止材を適正に描画することが可能になる。しかも、導電材５ｄの描画を行いつつ封止材５ｃの描画を実施することができるため、従来のように、回路素子と電気配線基材とを接続してから、両者の狭い隙間から封止を行う場合にくらべて、格段に高精度な封止が可能となり、生産性も大幅に向上する。

なお、上記実施形態では、回路素子としてインクジェットヘッドチップ６を実装する場合を例に採り説明したが、本発明は、インクジェットヘッドチップ６以外の回路素子を実装することも可能である。すなわち、ＩＣ素子やＬＳＩ素子をはじめ、その他の回路素子を用いることも可能である。

（第１の実施例）
以下、実際に回路素子実装モジュールを製造する際の工程を、図２ないし図４に示す第１の実施例に従って、より具体的に説明する。なお、ここでは回路素子実装モジュールとしてのインクジェットヘッドを製造するために、アルミナ基材上にインクジェットヘッドチップを実装する場合を例にとり説明する。

（Ａ） 回路形成基材上への導電材と封止材の描画工程
まず、図３を用いて導電材と封止材を回路形成基材上に描画する工程を説明する。
本実施例では回路形成基材１としてアルミナを主成分とする、厚さ２ｍｍのセラミックスプレートを用いた。この回路形成基材１の上面は研磨により平面度３μｍ以下とした。回路形成基材１の上面にはすでに前述の実施形態にて説明したように、液体吐出ヘッドから導電材５ｄおよび絶縁材５ｃを吐出させることによって形成された電気配線回路積層部２０が形成されている。なお、この電気配線回路積層部２０は絶縁部２ａと導電部２ｂからなる配線層２が積層されたものである。

電気配線回路積層部２０の最上層にはインクジェットヘッドチップと電気的接続を行うためのパッド２ｃが導電部２ｂの一部として複数形成されている。パッド２ｃの直径は４０μｍとした。電気配線回路積層部２０の上面は回路形成基材１の上面形状にほぼ倣うため、各パッド２ｃの上面の高さのばらつきは５μｍ以下となっている。また基材１および電気配線回路積層部２０にはインクジェットヘッドチップ６（図１参照）のチップ側インク流路６３にインクを供給するための基板側インク流路３が設けられている。

この回路形成基材１０の上で液体吐出ヘッド１０９を走査させつつ、導電材５ｄおよび封止材５ｃを吐出させ、電気配線回積層部２０の最上位の配線層２に導電パターンおよび封止パターンを形成した。このとき、導電材５ｄは最上位の配線層２１に形成されたパッド２ｂ上に描画され、絶縁材５ｃは配線層２１に形成された絶縁部２ａ上に描画される。導電材５ｄおよび絶縁材５ｃは、いずれも液体吐出ヘッド４の各ノズルから液滴の状態で吐出される。各液滴の量は４０ｐｌとなっており、配線層２１上に着弾した液滴は、２０μｍ程度の高さを有する概ね球面形状を有する封止材バンプ５ｃおよび導電材バンプ５ｄとなる。

導電材５ａとしては、平均粒径が１０ｎｍ程度の銀粒子と、分散媒とを含み、銀粒子を分散媒中に安定して分散させたものとなっている。また、分散媒としては直鎖炭化水素を用い、銀粒子のコンテントは６０ｗｔ％とした。また封止材インク５ｂとしてはアクリル酸のモノマーおよび／またはオリゴマ−を含んでいる。溶剤としては極性溶媒を用いており、樹脂のコンテントは５０ｗｔ％とした。

（Ｂ） 導電材と封止材とによって形成されるパターンの形状
ここで、図４を用いて回路形成基材１０上に形成される導電材と封止材のパターン形状の一例を説明する。
前述の描画工程によって、回路形成基材１０の最上位の配線層２１上には、図９に示すように、導電材５ａからなる導電材パターン９１と、封止材５ｂからなる封止材パターン９２とが形成される。図４中、一点鎖線はインクジェットヘッドチップ６が装着される領域を示している。

導電材パターン９１は、電気配線回路積層部２０の最上位の配線層２１に形成されたパッド２ｃとインクジェットヘッドＨのチップ端子６２とを電気的に接続するという本来の機能を実現する得る位置に形成されている。ここでは、複数箇所に点在するパッド２ｃおよびこれに対向するチップ端子６２との電気的接続を可能にするため、パッド２ｃ上に導電材パターン９１が吐出される。また、封止材パターン９２は、基板側インク流路３およびチップ側インク流路６３へと供給されるインクが、パッド２ｃおよびチップ端子６２に接触するのを阻止するため、パッド２ｃをインク流路３，６３から遮断するような位置に配置されている。すなわち、インク流路３の開口部周辺を取り囲むように封止材パターン９２が形成されると共に、各導電材パターン９１の存在領域を個々に画成するように、封止材パターン９２が形成されている。

さらに、本実施例の各パターン９１および９２は、後工程の加熱処理において各パターンから発生するガスがインクジェットヘッドチップ６と回路形成基材１０の間に滞留することなく、効率よく外部に放出されるように形成されている。すなわち、封止材パターン９２によって画成された領域はいずれも外部空間に連通するような外気連通部が形成されており、これによって、後述の加熱工程（機能発現工程）において発生したガスをこの外気連通部から放出されるようになっている。

（Ｃ） 回路素子の装着工程
次に、上記導電材および封止材の描画工程の後に実施される回路素子の装着工程を説明する。
パターン形成工程で行う回路素子の装着工程を、図５および図６を参照しつつ説明する。回路素子は製造するインクジェットヘッドの主構成物のインクジェットヘッドチップ６となる。インクジェットヘッドチップ６の上面にはインクを吐出するための直径２０μｍの複数のノズル６１が設けられており、ノズル６１にインクを供給するためのチップ側インク供給路６３がチップを貫通している。またインクジェットヘッドチップ６をインク吐出させる電気的駆動信号を取り込むためのチップ端子６２がインクジェットヘッドチップ６の下面に形成されている。

装着工程では前工程で形成された導電材バンプ５ｄにチップ端子６２を接触させるが、その前に封止材バンプ５ｃと導電材バンプ５ｄの流動性が大きく、接触のときにパッド２ｃの外部にはみ出ることを防ぐため、溶媒の部分的乾燥（仮乾燥）を行う。すなわち、封止材バンプ５ｃと導電材バンプ５ｄの流動性を仮乾燥によって低下させる。この仮乾燥は、液状の封止材バンプ５ｃおよび導電材５ｄが描画された回路形成基材１０に対し、図５に示すように赤外線を照射し、バンプ高さを１０μｍ程度とした。この赤外線の照射時間は５分間とした。

その後、ロボットハンド（装着手段）７によってインクジェットヘッドチップ６を保持し、そのインクジェットヘッドチップ６を、仮乾燥が終了した回路形成基材１０の上方移動させる。そして、導電材バンプ５ｄとチップ端子６２とを正確に位置合わせした後、インクジェットヘッドチップ６を基材１０上に下降させた。これにより、導電材バンプ５ｄとチップ端子６２とが接触すると共に、封止材バンプ５ｃがインクジェットヘッドチップ６の下面に接触する。

（Ｄ）導電材と封止材の機能発現工程
次に、導電材と封止材の機能発現工程を図７を参照しつつ説明する。
前工程でインクジェットヘッドチップ６を回路形成基材１０上に配置したものを、オーブン８中で２００℃で２０分間保持し、導電材５ｄおよび封止材５ｃを加熱する加熱工程を行う。
この処理によりチップ端子６２に接触した導電材バンプ５ｄは、これに残留している溶媒成分が気化すると共に、それぞれの導電材バンプ５ｄにおける導電性微粒子が互いに焼結または融着した状態となる。この結果、チップ端子６２と回路形成基材１０上のパッド２ｃとが、互いに電気的に接続された状態、すなわち導電材バンプ５ｄの機能が発現した状態となる。同様に、インクジェットヘッドチップ６の下面に接触した封止材バンプ５ｃは、残留している溶媒成分が気化するとともに、重合反応が進行し封止機能が発現した状態、すなわち機能発現状態（活性化状態）となる。この活性化した封止材５ｃ’は、インクジェットヘッドＨの使用時において、インク流路６２に満たされたインクが導電材５ｄ’に接触するのを阻止する。このため、インクと導電材５ｄ’との接触による電気的短絡、導電材５ｄ’の腐食などの不都合を回避することができる。なお、この加熱工程では、加熱温度が上昇し過ぎると、封止材に劣化が生じる可能性があるため、導電材５ｄとしては、前記封止材の硬化温度以上かつ耐熱温度以下の加熱温度内で焼結するようなものを用いることが望ましい。

（Ｅ）最終封止工程
最後に、加熱処理時に生じるガスを放出するために前記封止パターンの形成工程で開口させておいた外部との連通部分を、封止工程において封止する。図８にこの最後の封止工程を示す。この工程では、前記インクジェット描画工程で開けておいた部分にディスペンサー９４で封止材９３を塗布する。この封止材材料は前記した封止材インク５ｂと同
等の樹脂を含む物である。この封止材を描画した後、前述と同様にオーブン４０で加熱処理を行い、描画した封止材を硬化させて活性化させる。以上の工程により、回路形成基材１０に対するインクジェットヘッドチップ６の実装が完了し、回路素子実装モジュールとして図１に示すインクジェットヘッドが得られる。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施形態を図９および図１０を参照しつつ説明する。
この第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同様に導電材５ｄおよび封止材５ｃを回路形成基材１０上に描画すると共に、その後、図９に示すように赤外線を照射して仮乾燥を行う。但し、この第２の実施形態では、仮乾燥の後に再び図１０に示すように導電材５ｄおよび封止材５ｃの描画を行い、以下、この仮乾燥と液体の描画とを複数回繰り返し、必要なバンプ高さを得る。

この第２の実施例によれば、上記実施形態と同様に高精度に導電材５ｄおよび封止材５ｃを描画することが可能である。しかも、描画された液体材料が不適切な位置へと流出させることなく、必要なバンプ高さを得ることができるため、回路素子と回路形成基材１０との電気的接続および封止をより適正に行うことができる。また、一回の吐出動作における吐出量の異なる吐出ヘッドを用いたり、液体の種類を変更したりすることなく、必要なバンプ高さを得ることができ、生産性の向上を図ることができる。

（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例を図１１を参照しつつ説明する。
上記第１および第２の実施例では、回路形成基材１０の上に液体吐出ヘッド４によって導電材５ｄおよび封止材５ｃを描画するものとしたが、本実施例では、基材上ではなく回路素子６に導電材５ｄと封止材５ｃを描画するようにしたものである。すなわち、図２に示す装置のステージ１０３上に回路素子６を保持させ、液体吐出ヘッド４を保持するキャリッジ１０９およびステージ１０３を移動させつつ、液体吐出ヘッド４から導電材５ｄおよび封止材５ｃを吐出させて導電材バンプと封止材バンプを形成する。そして、両バンプの仮工程の後、図１１に示すようにロボットハンド７などによって回路素子６を保持し、その回路素子６を回路形成基材１０上に装着する。加熱工程、最終封止工程などは上記第１の実施例と同様である。本実施例によれば、上記第１の実施例と同様の効果を期待できる。

（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例を図１２を参照しつつ説明する。
この第４の実施例では、上記第１の実施例と同様にして回路形成基材１０上に導電材バンプ５ｄおよび封止材バンプ５ｃを形成すると共に、上記第３の実施例と同様に導電材場バンプ５ｄおよび封止材バンプ５ｄを形成する。そして、形成した各バンプを仮工程を行った後に、ロボットハンド７などを用いて各バンプを互いに接合させる。このように、回路形成基材１０と回路素子６とにバンプを形成するようにすれば、回路形成基材１０と回路素子６の各々のさほど高いバンプを形成しなくとも、十分な高さのバンプを形成することが可能になり、液体の流れ出しなどをより確実に防ぐことができる。

本発明の実施形態によって形成された回路素子実装モジュールの構成の一例を示す縦断側面図である。 本発明の実施形態における回路素子実装モジュールの製造装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図であり、基材上に対して導電材と封止材を描画している状態を示している。 本発明の第１の実施例において基材上に形成される導電材と封止材の描画パターンを示している。 本発明の第１の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図であり、仮乾燥工程を示している。 本発明の第１の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図であり、回路素子の装着工程を示している。 本発明の第１の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図であり、加熱工程を示している。 本発明の第１の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す図であり、最終封止封止工程を示している。 本発明の第２の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図である。 本発明の第２の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す図であり、図９に示す仮乾燥の後に、再び導電材５ｄおよび封止材５ｃの描画を行っている状態を示している。 本発明の第３の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図である。 本発明の第４の実施例における回路素子実装モジュールの製造工程を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ 基板
１０ 回路形成基材
２０ 電気配線回路積層部
２ａ 絶縁部
２ｂ 導電部
２ｃ パッド
４ 液体吐出ヘッド
６ 回路素子であるインクジェットヘッドチップ
６２ 端子
１００ 回路素子実装モジュールの製造装置
１０１ ＣＲリニアモータ
１０２ ＬＦリニアモータ
１０３ ステージ
１０６，１０７ 原点センサ
１０８ 定盤
１０９ キャリッジ
１１１，１１２ リニアエンコーダ
９１ 導電材パターン
９２ 封止材パターン

Claims (15)

1. 基材上に保持された電気配線回路と該電気配線回路に実装される回路素子とを備えた回路素子実装モジュールの製造方法であって、
   前記電気配線回路と前記回路素子とを電気的に接続する導電部と、該導電部を保護するための封止部とを形成する実装工程を備え、
   前記実装工程は、
   導電機能を発現可能な液状の導電材と封止機能を発現可能な液状の封止材とをそれぞれ液滴として吐出可能な吐出ヘッドを用い、少なくとも前記導電部を形成すべき位置および前記封止部を形成すべき位置に前記導電材と前記封止材をそれぞれ吐出する液体吐出工程と、
   前記吐出ヘッドから吐出された導電材および封止材が各々の機能を発現する前に前記回路素子を前記電気配線回路に装着する装着工程と、
   を備えることを特徴とする回路素子実装モジュールの製造方法。
2. 前記液体吐出工程は、前記液体吐出ヘッドから前記電気配線回路に前記導電材と前記封止材とを吐出することを特徴とする請求項１に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
3. 前記液体吐出工程は、前記液体吐出ヘッドから前記回路素子に前記導電材と前記封止材とを吐出することを特徴とする請求項１に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
4. 前記液体吐出工程は、前記液体吐出ヘッドから前記電気配線回路および前記回路素子に、前記導電材と前記封止材とを吐出することを特徴とする請求項１に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
5. 前記装着工程の後に、前記導電材および前記封止材の機能を発現させる機能発現工程をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
6. 前記機能発現工程は、加熱処理を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
7. 前記加熱工程は、加熱温度を、前記封止材の硬化温度以上かつ耐熱温度以下の温度とし、前記加熱温度内で前記導電材を焼結させることを特徴とする請求項５に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
8. 前記導電材に金属ナノ粒子を含んだ材料を用いることを特徴とする請求項６に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
9. 前記液体吐出ヘッドから吐出される導電材と前記封止材とよって描画されるパターンは、前記導電材と前記封止材を活性化する際に発生するガスを外部へ放出するための外気連通部が設けられたパターンであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
10. 前記外気連通部を封止する封止工程を、さらに備えることを特徴とする請求項８に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
11. 前記各パターンの描画は、前記液体吐出ヘッドから吐出された前記導電材と前記封止材の流動性を低下させる仮乾燥をはさみ複数回繰り返して行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
12. 前記回路素子実装モジュールは、インク流路と、インク流路から供給されたインクを吐出するノズルとを備えた回路素子としてのインクジェットヘッドチップと、前記インク流路に接続されるインク流路を有すると共にインクジェットヘッドチップに電気的に接合される前記電気配線回路とからなるインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
13. 前記インクジェットヘッドにおいて、前記電気配線回路と前記回路素子とが電気的に接続される部分と前記インク供給路との間に、前記封止部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の回路素子実装モジュールの製造方法。
14. 基材上に保持された電気配線回路と該電気配線回路に実装される回路素子とを備えた回路素子実装モジュールの製造装置であって、
    前記基材を保持する基材保持部と、
    導電機能を発現可能な液状の導電材と封止機能を発現可能な液状の封止材とをそれぞれ液滴として吐出可能な液体吐出ヘッドと、
    前記基材保持部に保持された基材を液体吐出ヘッドによって走査させる走査手段と、
    前記基材保持部に保持された基材に形成された電気配線回路に前記回路素子を装着させる装着手段と、
    前記液体吐出ヘッド、前記走査手段および前記装着手段を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、少なくとも前記導電部を形成すべき位置および前記封止部を形成すべき位置に前記導電材と前記封止材を吐出させるよう前記液体吐出ヘッドおよび前記走査手段を制御すると共に、前記吐出ヘッドから吐出された導電材および封止材が各々の機能を発現する前に前記回路素子を前記電気配線回路に装着させるよう前記装着手段を制御することを特徴とする回路素子実装モジュールの製造方法。
15. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする回路素子実装モジュール。

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