JP2018537857A - ポリマー層を用いてワークピースを製造する方法及びシステム - Google Patents

ポリマー層を用いてワークピースを製造する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

ワークピースを製造するための方法及びシステムが開示される。この方法は、基板１１０の少なくとも一部にポリマー材料の層１２０を提供するステップ８１０と、特定の周波数範囲内及び振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線にポリマー材料の層を暴露することによってこの層をパターン化して、第１の導電率を有する領域１２２と第２の導電率を有する領域１２４とのパターンを形成するステップ８３０と、を含む。この方法は、ポリマー材料の層上に電子部品１４０を実装する動作８４０と、ポリマー材料を硬化する動作８５０とをさらに含む。基板１１０と、非硬化状態で、特定の周波数及び振幅の範囲内の電磁放射線Ｅに暴露されたときに、その導電率を変化させるように構成されるポリマー材料の層１２０とを具備するワークピースが開示される。

Description

本発明は、ワークピースを製造する方法に関する。具体的には、電子部品がポリマー材料のパターン層によって基板に取り付けられるワークピースを製造する方法に関する。本発明はこのほか、そのようなワークピースに関する。
表面実装技術（ＳＭＴ）とは、プリント回路基板アセンブリを形成するために電子部品をプリント配線基板（ＰＷＢ）の表面に実装するか載置する方法である。電子部品は、例えば、リフローされたはんだペーストで形成されたはんだ接合部によって、ＰＷＢの電気接触パッドに電気的及び機械的に接続されてもよい。従来、はんだペーストは、接触パッド上にスクリーン印刷された堆積物の形態でＰＷＢ上に提供されてもよい。
今日では、さらに小型の電子部品、さらに高密度のプリント回路基板アセンブリ、さらに高容量、高スループットへの関心が高まっている。このため、改善されたワークピースと、電子部品を基板上に実装するための改善された方法とが必要とされている。
本発明の目的は、導電性領域と実装された電子部品とを有する基板を備えるワークピースを製造するための改良された方法を提供することである。このため、本発明は、独立請求項に記載の特徴を有する製造方法及びワークピースを提供する。本発明の有利な実施形態は、従属請求項によって定義される。
このため、第１の態様によれば、ポリマー材料の層又は塗装膜が基板の少なくとも一部に設けられる製造方法が提供される。ポリマー材料は、電磁放射線に暴露されるとその導電率を変化させることができる。この方法では、ポリマー材料の層は、異なる導電率の領域のパターンを形成するように、電磁放射線に暴露される。別のステップでは、電子部品がポリマー材料の層上に実装され、ポリマー材料が硬化される。
第２の態様によれば、基板と、第１の態様の方法によってパターン化されたポリマー材料の層によって基板に取り付けられた電子部品とを含むワークピースが提供される。
導電率の変化は、例えば、電磁放射線の特定の周波数及び振幅で誘導されるか、少なくともさらに大きくなり得る。一例では、導電率を変更するために紫外線光を使用してもよい。ポリマー材料の導電率は、特定の範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に暴露されると低下する可能性がある。しかし、他の例での導電率は、ポリマー材料が特定のタイプの電磁放射線に暴露されると、増大することが理解されるであろう。
この態様は、第１の導電率を有する領域と第２の導電率を有する領域とを有するパターン層が、層の材料を選択的に蒸着及び／又は除去することなく、形成され得るという認識に基づく。代わりに、例えば、光のような電磁放射線を、ポリマー材料の層に導電性のパターン及び構造を形成するために利用してもよい。好ましくは、例えば、フォトリソグラフィとして知られているパターン化技術を、ポリマー材料を暴露して所望のパターンにするときに使用してもよい。そのような技術には、例えば、フォトマスク及び直接印刷の使用が挙げられる。光（又は電磁放射線）を使用すると、特に先行技術の方法と比較して、形成されるパターンの比較的微細なピッチ構造及び特徴をもたらすことができるという効果がある。先行技術の方法には、材料の選択的蒸着、例えば、材料の印刷、めっき及び選択的除去、例えば、エッチングが挙げられる。さらに、ポリマー材料の導電率を変化させることによってポリマー材料の層にパターンを形成することにより、異なる導電率を有する領域を同一の層、場合によっては連続する層に設けてもよい。このため、ポリマー材料の最初に設けられた層は、パターンを形成するための材料の除去を一切必要とせずに、基板上でのその延伸の観点から、無傷のままであり得る。材料の選択的除去によるパターンの形成に関連するステップを省略することにより、ワークピースの製造が簡素化され安価になり得る。
ポリマー材料は、例えば、液体、スプレー又はフィルムの形態で提供され、基板の表面に接着することを可能にする接着特性を有してもよい。ポリマー材料はこのほか、例えば、スピンコーティングによって基板に塗布してもよい。
ポリマー材料の硬化は、例えば、ポリマー材料の機械特性又はレオロジー特性を変化させるステップとして、理解されるべきである。硬化ステップでは、ポリマー材料は硬化され強化されて、基板に電気的及び／又は機械的に結合され得る比較的堅固な層になり得る。ポリマー材料は、非硬化状態と硬化状態とで説明することができ、導電率は硬化状態ではなく非硬化状態で変化させ得るのが好ましい。言い換えれば、硬化により、導電率が固定されるか、電磁放射線への暴露に対して少なくとも感度が低下することになり得る。さらに、非硬化状態と硬化状態との間で、例えば、硬度、粘度、弾性などの機械的特性が異なる場合がある。いくつかの例では、硬化により、ポリマー材料は、液体状態又は粘性状態から固体状態に移行するか、少なくとも硬度、粘度が増大し、弾性が低下した状態に移行することができるようになることがある。これとは別に、あるいはこれに加えて、ポリマー材料は、硬化中に、粘着性又は粘性が低下することがある。硬化は、例えば、熱、電磁放射線及び／又は化学物質に暴露することによって誘導され得る化学プロセスを伴うことがある。一例では、先行技術の表面実装技術でのはんだペーストのリフローに使用されるものと同一のタイプのリフロー炉を使用してもよい。他の例では、ポリマー材料の層は、電子ビーム、マイクロ波又は紫外線光への暴露によって硬化される。
ポリマー材料は、製造中、特にポリマー材料の硬化までの処理中に、電子部品が基板に接着することを可能にする特定の粘着性又は粘性を備えてもよい。このため、ポリマー材料、特に電気部品が取り付けられる材料の領域は、実装された部品を基板上の適正な位置に保持する接着剤又は粘着剤として作用してもよい。粘着性は、例えば、焼成ステップのような追加の処理ステップにて調整されてもよい。硬化の間、ポリマー材料は、電子部品と基板との間のさらに堅固な固定又は永続的な結合を提供するために、硬化、あるいは他の方法で変更されてもよい。
電子部品は、例えば、電気的結合及び／又は機械的結合が、ポリマー材料の層によってこの部品と基板との間に確立されるように、基板上に配置されてもよい。この部品は、例えば、部品の接触部分が、基板と電気的接続を形成するように第１の導電率を有するポリマー材料の領域に接触するように配置されてもよい。さらに、この部品は、例えば、基板への機械的接続及び／又は熱的接続を備えるように、好ましくは低い方の導電率である第２の導電率を有する領域に取り付けられてもよい。
この態様は、基板上に電気構造及び部品を提供する代替方法を提供する点で有利である。ポリマー材料のパターンは、例えば、電気通信経路が必要とされるプリント配線基板をはじめとする基板上の導電性トラックを形成するために使用されてもよい。さらに、ポリマー材料と、その異なる導電性の領域とは、他の部品への電気的接続、熱的接続及び／又は機械的接続を提供してもよい。そのような接続の例には、電気的接合部（例えば、先行技術のはんだ接合部を置き換える）、ヒートシンク及びアンダーフィルを挙げてもよい。この態様の他の用途は、電子装置又はプリント回路に関するものであってもよい。ここで、異なる導電率の領域は、例えば、基板上に直接プリントされ得る抵抗器、コンデンサ及びインダクタのような、回路と電子部品を形成してもよい。
電磁放射線を用いてパターンを形成することは、電磁放射線が、例えば、はんだペーストのスクリーン印刷より高い解像度及び微細なピッチを可能にし得るため、導電性領域の解像度及びピッチに関して有利である。
ポリマー材料は、特に特定の波長範囲内の光に対して、少なくとも部分的に光透過性又は透明であってもよい。光を透過する能力は、例えば、光起電性の用途、窓ガラス及び視覚的ディスプレイにとって特に関心を引くものである。ここで、パターン化されたポリマー材料は、例えば、電気部品又は導電性トラックを形成するのに用いられてもよい。
第１の態様による方法の最終製品及び第２の態様によるワークピースは、完成したプリント回路基板アセンブリ又は回路カードアセンブリ、即ち、電子部品が装着された（例えば、導電性パッドを備えるプリント配線基板などの）基板であってよい。一例では、大部分の電気部品又はほぼすべての部品は、本実施形態による方法で組み立てられてもよい。そのような方法は、すでに組み立てられた回路カードアセンブリ上で１つのみか少数の部品を修復するか、同アセンブリに追加する修復プロセスとは異なるものであってもよい。
用語「導電性」は、本出願の文脈において、ポリマー材料の領域が、電子部品の動作に必要とされる所望の電力又は信号を伝導又は伝達する能力を指すことがある。電力又は信号は、ポリマー材料の層に平行な方向及び／又は層に実質的に直交する方向に伝送されてもよい。第１の導電率は、そのような導電性領域を指すことがあるのに対して、第２の導電率は、それよりも低い導電率を有する領域か、さらには非導電性領域、即ち、ポリマー材料がそのような電力又は信号を伝送又は伝達することができない領域を指すことがある。
一実施形態によれば、ポリマー材料には、１回又は数回の焼成ステップが実施されてもよい。このステップでは、ポリマー材料は、例えば、熱に暴露する。（少なくとも１回の）焼成ステップは、例えば、後続の処理ステップ（例えば、部品の実装工程など）に適した所望の粘度又は粘着性を達成するために実施されてもよい。なお、ポリマー材料の焼成は、硬化に必要な温度よりも低い温度で実施され、及び／又は材料を硬化させるには短すぎる時間で実施されうるため、硬化とは異なる。
一実施形態によれば、第１の導電率を有する領域は、第２の導電率を有する領域によって、互いに電気的に分離されるか絶縁されてもよい。第１の導電率を有する領域は、例えば、電気的接触エリア又は端子、あるいは電力又は信号などを伝達する導電性トラックを形成してもよい。導電率の低い中間領域によって、第１の導電率を有する領域同士を互いに分離することにより、電気的なショートカット、電磁的なクロストーク及び損失のリスクを低減してもよい。
一実施形態によれば、第１の導電率を有する領域は、基板の導電性パッド、導電性トラックをはじめとする導電性構造又は導電性特性に電気的に接続するように形成されてもよい。第１の導電率を有する領域は、例えば、積層された電気的接触構造を備えるように、基板の導電性構造上に直接形成されてもよい。第１の導電率を有する領域は、後続の実装ステップにて基板上に実装される電子部品同士の間を電気的に接続するように形成されてもよい。あるいは、例えば、導電性パッド同士の間に電流を導くための導電性パスを形成するために、導電性パッド同士を電気的に接続するように形成されることもあり得る。ここで、導電性パスは、基板のポリマー材料の層と同じ平面内で被覆された基板の表面上に延在し、基板は、例えば、プリント基板の形態のワークピースを製造するために開示された技術によって使用されるプリント配線基板である。さらに、第１の導電率を有する領域は、基板の横方向から見て、基板の導電性構造の近傍に位置する電気的接触を備えるように、基板の導電性構造を乗り越えて延在するか、同導電性構造の外側に延在してもよい。電気的接触は、例えば、電子部品を基板に接続する接続部の一部を形成してもよい。一例では、第１の導電率を有する領域は、層の電気的接触部分と基板の導電パッド又は導電性トラックとの間に延在する配線を提供してもよい。
いくつかの実施形態によれば、ポリマー材料の層をパターン化するステップは、ポリマー材料の層の全表面積の少なくとも５０％を同時に暴露するステップを含む。好ましくは、表面全体又はほぼ全表面積は、パターン化するステップのサイクル時間を短縮するように、同時にパターン化されてもよい。そのような暴露は、例えば、フォトマスクを用いて実施してもよい。
一実施形態によれば、ポリマー材料の層をパターン化するステップは、例えば、レーザによる直接印刷を含む。
一実施形態によれば、方法は、基板上に電子装置を形成するステップをさらに含む。電子装置は、例えば、所望の電気的性能又は電気的特性を有するコンデンサ、インダクタ及び抵抗器を形成するように、異なる導電率を有する領域によって形成されてもよい。電子装置は、ポリマー材料の層と同じ面内に延びるか、ポリマー材料の層に直交する方向に延びる主要電流路を有してもよい。そのような電子装置の電気的特性又は電気的性能は、例えば、ポリマー材料の層の厚さ及び／又はポリマー材料が暴露される程度によって決定されてもよい。
層に直交する方向に電流が電子装置を通過するように電子装置を配置することは、回路エリア又は設置面積の低減の点で有利であり得る。そのような電子装置は、例えば、実装された部品と、その下にあるパッドとの間に配置されるため、部品の設置面積と少なくとも部分的に重なる設置面積を有し得る。一例では、電子装置は、ポリマー材料の層の表面と、その下にあるパッドとの間に延びる抵抗器を形成する。抵抗器の抵抗は、例えば、ポリマー材料の層の厚さ及び／又は層のパターン化の間の暴露の時間及び強度によって決定されてもよい。
一実施形態によれば、基板は、例えば、電子部品を機械的に支持したり、及び／又は電気的に接続するプリント配線基板であってもよい。プリント配線基板は、例えば、ＦＲ‐４ガラスエポキシの非導電性ベース上に配置された導電性トラック及び接触部分（パッド）を備えてもよい。組み立てられたプリント配線基板を、プリント回路基板アセンブリ又は回路カードアセンブリと呼ぶことがある。
一実施形態によれば、ポリマー材料は、基板上に提供されるときに粘性であってもよい。言い換えれば、ポリマー材料は、ポリマー材料が後続の処理ステップの間に基板上に残る層を形成することを可能にする粘稠度を有する液体状態にて基板に適用されてもよい。粘性という用語は、比較的厚い、場合によっては粘着性の粘稠度を有するか、比較的高い粘度を有していると理解されるべきである。
いくつかの実施形態によれば、ポリマー材料の層は、スプレーコーティングによって設けられるか、基板に取り付けられたフィルムの形態で提供されてもよい。
一実施形態によれば、ポリマー材料の層は、最大で１〜１００００マイクロメートルの厚さを有するように提供されてもよい。ポリマー層の厚さは、例えば、機械的特性及び電気的特性に関する特定の基準に合致するように変化させてもよい。比較的厚い層が、例えば、電気部品の機械的取り付けの点で有利であり得る。ここで、層の厚みが増大すると、薄い層と比較して、部品及び／又はその脚に対する機械的支持がさらに良好になる可能性がある。一方、層の厚みが低減すると、薄い層と比較して、部品と基板との間の電気抵抗が低減し、焼成及び／又は硬化が容易になる可能性がある。
一実施形態によれば、ポリマー材料の層は、基板の表面全体にわたって見られるように５マイクロメートル未満で変化する厚さを有するように提供されてもよい。厚さの変動を低減することによって、信頼性及び予測可能性の観点から、層の機械的性能及び電気的性能が改善する可能性がある。さらに、厚さの変動が比較的低いものであれば（比較的均一に良好に形成された表面をもたらすことになり）、例えば、部品の実装、測定及び／又は硬化のような基板のその後の処理が容易になる可能性がある。
一実施形態によれば、ポリマー材料は、例えば、３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）又はその任意の誘導体のような導電性ポリマーである。ＰＥＤＯＴは、その導電状態では比較的光学的に透明であるという点で有利である。光学的に透明な材料は、例えば、ディスプレイ及び太陽電池に適している可能性がある。
開示された技術の特定の態様によれば、電子部品をポリマー材料の層上に実装するステップが省略されている方法が提案される。この方法は、ワークピース（１００）を製造するための以下のステップによって定義される。
− 基板（１１０）の少なくとも一部にポリマー材料の層（１２０）を設けるステップ（８１０）であって、ポリマー材料は、特定の周波数範囲内及び特定の振幅範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されるときにその導電率を変化させるように構成される、ステップ。
− 異なる導電率を有する領域のパターンを形成するように、特定の周波数範囲内及び振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に層を暴露することによってポリマー材料の層をパターン化するステップ（８３０）であって、電磁放射線に暴露する領域の少なくともいくつかが、基板に直接プリントされた、回路と、例えば、抵抗器、コンデンサ及びインダクタのような受動部品とのうち少なくとも１つを形成する、ステップ。
− ポリマー材料を硬化させるステップ（８５０）であって、これにより、ポリマー材料は硬化されるか強化されて、基板に電気的及び／又は機械的に結合される比較的堅固な層になる、ステップ。
上記の提案された方法によって製造されるワークピースは、光起電性用途に使用されるプリント基板又はワークピースであってもよい。
開示された技術の特定の態様によれば、電子部品をポリマー材料の層上に実装するための実装ツールが省略されているワークピース製造システムが提案される。このシステムは、ワークピース（１００）を製造する以下のユニットによって定義される。
− 基板（１１０）の少なくとも大部分にポリマー材料の層（１２０）を提供するステップ（８１０）のために構成されるスプレー塗工機又はスピン塗工機などの塗工機であって、ポリマー材料は、特定の周波数範囲及び特定の振幅範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されるときにその導電率を変化させるように構成される、塗工機。
− 異なる導電率を有する領域のパターンを形成するように、特定の周波数範囲及び振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に層を暴露することによってポリマー材料の層をパターン化するステップ（８３０）のために構成されるフォトマスク書き込みツール又は直接書き込みツールなどのパターニングツールであって、電磁放射線に暴露した領域の少なくともいくつかが、基板に直接プリントされた、回路と、例えば、抵抗器、コンデンサ及びインダクタのような受動部品とのうちの少なくとも１つを形成する、パターニングツール。
− 例えば、ポリマー材料を硬化させるステップ（８５０）のためのリフロー炉、電子ビーム発生器、マイクロ波ユニット又は紫外線光ユニットのような硬化ツールであって、これにより、ポリマー材料は硬化されるか強化されて、基板に電気的及び／又は機械的に結合される比較的堅固な層になる、硬化ツール。
上記の提案されたシステムによって製造されるワークピースは、光起電性用途に使用されるプリント基板又はワークピースであってもよい。
上記の実施形態以外の他の実施形態も可能であることが理解されよう。また、本発明の第１の態様による方法のための上記の実施形態の特徴のいずれかを、本発明の第２の態様によるワークピースと組み合わせてもよいことが理解されよう。本発明のこのほかの目的、特徴及び利点は、以下の詳細な開示、図面及び添付の特許請求の範囲を検討するときに明らかになるであろう。当業者であれば、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に説明する実施形態以外の実施形態を作成できることを理解するであろう。
本発明のこれまでに挙げた目的、特徴及び利点のほか、追加の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態の以下の例示的及び非限定的な詳細な説明によっていっそう良く理解されるであろう。
基板と、ポリマー材料のパターン層とを具備する、本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースであって、実装部品を有するワークピースの断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースであって、実装部品を有するワークピースの断面側面図を概略的に示す。 電気部品と別個の抵抗器とを有する先行技術の回路のレイアウトを概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピースの上面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態によるワークピースの断面側面図であって、製造工程の異なる段階でのワークピースを示す断面側面図を概略的に示す。 本発明の実施形態と同じように構成し得るワークピースを製造する方法を概略的に示す。
図面はいずれも概略的なものであり、必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明の実施形態を解明するために必要な部分のみを一般に示す。他の部分は省略しても単に示唆するためのものであってもよい。
以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をさらに全体的に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈してはならない。むしろ、このような実施形態は、本開示が当業者に本発明の範囲を伝えるように例として提供される。さらに、類似する番号は全体を通して同一又は類似の要素又は構成要素を指す。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による基板１１０と、ポリマー材料の層１２０とを具備するワークピース１００の断面側面図が示されている。ポリマー材料の層１２０は、基板１１０の少なくとも一部に設けられ、図１のレーザ光線Ｅによって示される電磁放射線に暴露して、第１の導電率を有する領域１２２と第２の導電率を有する領域１２４とのパターンを形成する。図１に示すように、第２の導電率を有する領域１２４は、電磁放射線Ｅへの暴露によって形成されるか生成され得るのに対し、層１２０の電磁放射線Ｅに暴露しない領域１２２は、第１の導電率を有する状態に維持され得る。
基板１２０は、本実施形態によれば、例えば、（図１に示されない）電気部品の電気的接続のための導電性パッド１１２などのような導電性構造を具備してもよい。基板１１０は、一例では、例えばＦＲ‐４ガラスエポキシを含むプリント配線基板であってもよい。
ポリマー材料の層１２０は、例えば、３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を含み、基板１１０の少なくともパッド１１２を少なくとも部分的に覆うように設けられてもよい。基板１１０の表面の少なくとも半分、好ましくは、基板１１０の表面の実質的に全体を覆うポリマー材料の層１２０を使用することが有利である可能性も否定できない。第２の導電率を有する領域１２４によって電気的接続又は電気的経路が形成されてもよい。領域１２４は、本実施形態では、第１の導電率を有する領域１２２、即ち、導電性の領域を電気的に分離するために非導電性であってもよい。この例では、導電性領域１２２は、基板１１０のパッド１１２の上方に設けられ、パッド１１２の周囲又は外周に配置された非導電性領域１２４によって形成されてもよい。このため、ポリマー材料の層１２０は、パッド１１２への電気的接続を備えるように構成される導電性領域１２２のパターンを具備してもよい。導電性領域１２２は、例えば、電気部品の基板１１０への機械的接続及び／又は電気的接続のための後続の処理ステップにて使用されてもよい。
図１に示されるワークピース１００は、導電性領域及び非導電性領域を有する層を備える任意の基板に関するものであってもよいことが理解されよう。基板は、例えば、光起電性の適用例、ウィンドウペイン又は視覚的ディスプレイの一部を形成してもよい。さらに、ポリマー材料の層は、プリント回路を備えるために使用されてもよい。ここで、パターンの導電性領域及び非導電性領域は、抵抗器、コンデンサ及びインダクタなどのような回路及び電子部品を形成してもよい。このような回路及び電子部品は基板上に直接プリントされてもよい。
図２ａ〜図２ｄは、本発明の実施形態による製造工程の異なる段階でのワークピース１００の断面側面図を示す。ワークピース１００は、図１を参照して説明したワークピースと同じように構成してもよい。
図２ａは、組み立てられる電子部品への電気的接続を提供するための導電性パッド１１２を有するプリント配線基板１１０などのようなむき出しの基板を開示する。
図２ｂでは、ＰＥＤＯＴなどのような導電性ポリマー材料の層１２０が設けられている。ＰＥＤＯＴは、例えば、スピンコーティング、膜蒸着又はスプレーコーティングによって設けられてもよい。層１２０は、厚さが、例えば、１〜１００００マイクロメートルであってもよく、いくつかの実施形態によれば、焼成ステップが実施されてもよい。この焼成ステップの間、ポリマー材料は、熱などに暴露してもよい。焼成ステップは、例えば、後続の処理ステップ（例えば、部品の取り付けなど）に適した所望の粘度又は粘着性を達成するために実施されてもよい。
次に、ポリマー材料の層１２０は、導電性領域１２２と非導電性領域１２４とを含むパターンを備えてもよい。図２ｃに示すように、導電性領域１２２は、電磁放射線への暴露によって設けられてもよい非導電性領域１２４によって区切られてもよい。ポリマー材料の導電状態から非導電状態への移行は、例えば、紫外線光に所定時間暴露されている間に材料を光酸化することによって達成されてもよい。紫外線光への暴露は、ポリマー材料の光酸化を誘発し、導電率の低下をもたらす可能性がある。
暴露は、例えば、図２ｃに示すフォトマスク１３０を用いて実施してもよい。ここでは、ポリマー材料の層１２０の全表面を単一の処理ステップで暴露してもよい。これとは別に、あるいはこれに加えて、導電性領域１２２及び非導電性領域１２４を形成するために直接印刷技術又は直接走査技術を使用してもよい。
図２ｄに示すように、導電性領域１２２は、その下にある基板１１０の接触パッド１１２に電気的接続を提供してもよい。電子部品を、次のステップにて、例えば、電子部品をワークピース１００の所望の位置に位置決めする（図２ｄには示さない）ピックアンドプレース工具を用いて、ワークピース１００に取り付けてもよい。ポリマー材料の層１２０は、処理の間に、基板１１０に部品を接着できるようにする一定の粘性又は粘着性を有してもよい。部品は、硬化ステップにて、例えば、表面実装技術ではんだペーストをリフローするときに使用される工具に類似するリフローツールを使用して、基板１１０に永久的に固定されてもよい。他の例では、ポリマー材料の層は、化学薬品、電子ビーム、マイクロ波又は紫外線光への暴露によって硬化される。
図３ａ及び図３ｂは、図１及び図２ａ〜図２ｄを参照して考察した実施形態と類似するワークピースを示す。しかし、ワークピース１００は、ポリマー材料の層１２０の導電性領域１２２に取り付けられる組付け電子部品１４０をさらに備える。図３ａは、基板１１０の接触パッド１１２の上方の導電性領域１２２に直接取り付けられた接触部を有する抵抗器１４０などのような電子部品を開示しているのに対し、図３ｂは、導電性領域１２２の中に押し込まれる接触脚部又はボール１４２によって、ポリマー材料の層１２０、ひいては基板１１０の接触パッド１１２に固定される部品１４０を開示する。
図４は、実装部品２０が、例えば、基板１０の近傍など、部品２０から離れた位置に配置される抵抗器Ｒのような抵抗素子に電気的に接続される先行技術を概略的に示す。このようなレイアウトは、比較的大きい設置面積又は必要な表面積のほか、比較的高いコストの原因となる。
図５ａ〜図５ｄは、一実施形態によるワークピースの製造を示す。ワークピースは、図１〜図３を参照して説明した実施形態と同じように構成してもよい。
図５ａは、例えば、複数の接触パッド１１２を備えるプリント配線基板のような基板１１０の上面図である。基板１１０は、図５ｂに示すように、ＰＥＤＯＴなどのようなポリマー材料の層１２０を備えてもよい。ポリマー材料は、例えば、スプレーコーティング又はスピンコーティングによって提供されてもよい。次のステップでは、ポリマー材料の層１２０は、異なる導電率を有する領域のパターンを形成するように暴露されてもよい（図５ｃ）。領域は、例えば、非導電性領域１２４及び導電性領域１２２であってもよい。ここで、導電性領域１２２は、基板１１０に電子部品１４０が電気的に接触することを可能にするように、接触パッド１１２に配置されてもよい（図５ｄ）。
これとは別に、あるいはこれに加えて、ポリマー材料の層１２０は、特定の電気抵抗率を備えた別の領域を備えてもよい。そのような領域は、例えば、ポリマー材料の層１２０に一体化されるか直接プリントされる電子装置又は機能性を提供するために使用されてもよい。以下に説明される一例では、ポリマー材料の層１２０は、導電性領域と、非導電性領域と、非導電性領域と導電性領域との間の導電率を有する領域とを備えてもよい。導電率は、例えば、層の暴露によって決定され得る。ここで、暴露時間が長くなるか（電磁放射線が使用される場合の）暴露強度が高くなるほど、導電率が低下することになり得る。開示された技術の特定の態様では、導電率は、複数のパターニングステップの複数の暴露、例えば、第１及び第２の導電率が電磁放射線への第１の暴露によって決定され、第３の導電率が第２のパターニングステップで決定される二重暴露／パターニングプロセスにて決定される。基板を電磁放射線に暴露するための第１及び第２のパターニングステップの両方は、基板のほぼ全面を暴露させ得るものであり、第１の導電率は非導電性領域を表し、第２の導電率は抵抗器として作用する中間導電率であり、第３の導電率は製造されたワークピースに電流を伝導するための導電性トラックを表し得る。
図６ａ〜図６ｄは、図１〜図３及び図５を参照して考察した実施形態と同じように構成され得るワークピースを示す。
図６ａ及び図６ｂは、例えば、２つの接触パッド１１２と、ポリマー材料の層１２０とを有する基板１１０を開示する。図６ｃに示すように、ポリマー材料の層１２０は、非導電性エリア１２４と、導電性エリア１２２と、この２つの間の導電率を有するエリア１２６とを形成する領域でパターン化してもよい。導電性エリア１２２はそれぞれ、接触パッド１１２に配置され、中間導電率を有するエリア１２６を介して電気的に接続されてもよい。中間導電率を有するエリア１２６は、換言すれば、接触パッド１１２同士の間に電気的に配置された抵抗器として動作してもよい。部品１４０が基板１１０に実装されると、ポリマー材料の層１２０と平行な平面内に主要電流路を有する抵抗エリア１２６を介して部品間に電流が流れるようになる。２つの部品１４０の間のエリア１２６を、例えば抵抗器のような電子装置として使用することにより、回路規模を小さくしてもよい。
図７ａ〜図７ｄは、図１〜図３、図５及び図６を参照して説明した実施形態と同じように構成された実施形態によるワークピースの断面側面図を示す。
ワークピースは、導電性ライン１１４によって相互接続された２つの接触パッド１１２を有する基板１１０を備えてもよい。ポリマー材料の層１２０を、例えば、スピンコーティング、膜蒸着又はスプレーコーティングによって設け、電磁放射線によってパターン化してもよい（図７ｂ）。パターンは、例えば、接触パッド１１２上のポリマー材料の層１２０内に２つのビア又は接触領域１２６をそれぞれ形成する非導電性エリア１２４を含んでもよい（図７ｃ）。接触領域１２６は、ポリマー材料の層１２０の非導電性エリア１２４の導電率と導電性エリア１２２の導電率との間の中間導電率を備えてもよい。このため、接触領域１２６は、実装部品１４０（図７ｄ）と接触パッド１１２との間に配置された抵抗器を動作させてもよい。ここで、そのような抵抗器の主要電流路を、ポリマー材料の層１２０と直交させてもよい。言い換えれば、部品１４０と接触パッド１１２との間に抵抗器を設けて、例えば、空間を節約し、回路の面積を縮小することを可能にする。
図８は、図１〜図３及び図５〜図７を参照して説明した実施形態と同じように構成し得るワークピースを製造する方法を概略的に示す。
この方法は、基板の少なくとも一部にポリマー材料の層を設けるステップ８１０と、所望の硬度及び／又は粘着性を提供するためにポリマー材料を焼成するステップ８２０と、ポリマー材料の層を電磁放射線に露光することによりパターン化して、異なる導電率を有する領域のパターンを形成するステップ８３０と、ポリマー材料の層に電子部品を実装するステップ８４０と、電子部品を基板に堅固に固定するようにポリマー材料を硬化するステップ８５０とを含む。
結論として、ワークピースと、そのようなワークピースを製造する方法とが開示される。ワークピースは、基板と、ポリマー材料の層と、電子部品とを備える。ここで、ポリマー材料の層は、非硬化状態で、特定の周波数及び振幅範囲内の電磁放射線に暴露されたときに、その導電率を変化させるように構成される。このため、ポリマー材料の層は、第１の導電率を有する領域と、第２の導電率を有する領域とのパターンを含み、電子部品を基板に取り付けるように構成される。
本発明は、添付の図面及び上記の説明にて詳細に図示され、説明されてきたが、そのような図示及び説明は、説明に役立てるか例示するためのものであって制限するためのものではないと考えるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変更を、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する際の当業者が理解し、達成することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているということだけでは、このような手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すことにはならない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (32)

  1. ワークピース（１００）を製造する方法であって、
    基板（１１０）の少なくとも一部にポリマー材料の層（１２０）を設けるステップ（８１０）であって、前記ポリマー材料は、特定の周波数範囲内及び特定の振幅範囲内で電磁放射線（Ｅ）に暴露されたときに、その導電率を変化させるように構成される、ステップと、
    第１の導電率を有する領域（１２２）と第２の導電率を有する領域（１２４）とのパターンを形成するように、ポリマー材料の前記層を、前記特定の周波数範囲内及び特定の振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に暴露することによってパターン化するステップ（８３０）と、
    ポリマー材料の前記層に電子部品（１４０）を実装するステップ（８４０）と、
    前記ポリマー材料を硬化するステップ（８５０）と、を含む方法。
  2. 第１の導電率を有する前記領域は導電性領域であり、第２の導電率を有する前記領域は非導電性領域である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記層の所望の硬度及び／又は粘着性を備えるように前記ポリマー材料を焼成するステップ（８２０）をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 第１の導電率を有する前記領域は、第２の導電率を有する領域によって互いに電気的に分離される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 第１の導電率を有する前記領域は、前記電子部品と前記基板の導電性パッド（１１２）との間の電気的接続を備えるように形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記ポリマー材料は、製造中に前記実装部品を前記基板に接着することを可能にする特定の粘着性を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. ポリマー材料の前記層をパターン化する前記ステップはフォトマスク（１３０）によって実施される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. ポリマー材料の前記層をパターン化する前記ステップは、ポリマー材料の前記層の全表面積の少なくとも５０%を同時に暴露するステップを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. ポリマー材料の前記層の実質的に全表面積を同時に暴露する、請求項８に記載の方法。
  10. ポリマー材料の前記層をパターン化する前記ステップは直接印刷を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記基板に電子装置（１２６）を形成するステップであって、前記電子装置は相互に異なる導電率を有する領域によって形成される、ステップをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記電子装置は、ポリマー材料の前記層と同一の面で延びる主要電流路を備える、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記電子装置は、ポリマー材料の前記層に直交する方向に延びる主要電流路を備える、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記電磁放射線に暴露されて相互に異なる導電率を有する前記領域の少なくともいくつかが、回路と、抵抗器、コンデンサ及びインダクタのうちの少なくとも１つの形態の受動部品とを形成し、該回路と該受動部品は前記基板に直接プリントされる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. ポリマー材料の前記層は、熱、電子ビーム、紫外線光又は化学添加物への暴露によって硬化される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. ポリマー材料の前記層は、前記ポリマー材料の架橋ポリマー鎖によって硬化される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記基板はプリント配線基板であり、前記ワークピースはプリント回路基板アセンブリである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 前記ポリマー材料は、前記基板に設けられた場合に粘性がある、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. ポリマー材料の前記層は、前記ポリマー材料のスプレーコーティングによって設けられる、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. ポリマー材料の前記層は、前記基板に取り付けられる膜の形態で設けられる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
  21. ポリマー材料の前記層は、厚さが最大で１〜１００００マイクロメートルであるように設けられる、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. ポリマー材料の前記層は、前記基板の表面上で見た場合、厚さが５マイクロメートル未満で変化するように設けられる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. ポリマー材料は、３，４‐エチレンジオキシチオフェン、ＰＥＤＯＴ又はその任意の誘導体のような導電性ポリマーである、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
  24. 基板（１１０）と、ポリマー材料の層（１２０）と、電子部品（１４０）とを具備するワークピース（１００）であって、前記ポリマー材料の前記層は前記基板の少なくとも一部に設けられ、
    前記ポリマー材料は、非硬化状態で、特定の周波数及び振幅の範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されたときにその導電率を変化させるように構成され、
    ポリマー材料の前記層は、第１の導電率を有する領域（１２２）と第２の導電率を有する領域（１２４）とのパターンを含み、
    前記電子部品は、ポリマー材料の前記層によって前記基板に取り付けられる、ワークピース。
  25. ワークピース（１００）を製造するシステムであって、
    基板（１１０）の少なくとも一部にポリマー材料の層（１２０）を提供するステップ（８１０）のために構成されるスプレー塗工機又はスピン塗工機などの塗工機であって、前記ポリマー材料は、特定の周波数範囲及び特定の振幅範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されたときにその導電率を変化させるように構成される、塗工機と、
    第１の導電率を有する領域（１２２）と第２の導電率を有する領域（１２４）とのパターンを形成するように、前記特定の周波数範囲及び振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に前記層を暴露することによってポリマー材料の前記層をパターン化するステップ（８３０）のために構成される、フォトマスク書き込みツール又は直接書き込みツールなどのパターニングツールと、
    ポリマー材料の前記層に電子部品又はダイ（１４０）を実装するステップ（８４０）のために構成される、ピックアンドプレース機械又はダイ配置ツールなどの実装ツールと、
    前記ポリマー材料を硬化させるステップ（８５０）のための硬化ツールであって、リフロー炉、電子ビーム発生器、マイクロ波ユニット又は紫外線光ユニットなどの硬化ツールと、を具備するシステム。
  26. ワークピース（１００）を製造する方法であって、
    基板（１１０）の少なくとも一部にポリマー材料の層（１２０）を設けるステップ（８１０）であって、前記ポリマー材料は、特定の周波数範囲内及び特定の振幅範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されたときにその導電率を変化させるように構成される、ステップと、
    異なる導電率を有する領域のパターンを形成するように、前記特定の周波数範囲内及び振幅範囲内の周波数及び振幅を有する電磁放射線に前記層を暴露することによってポリマー材料の前記層をパターン化するステップ（８３０）であって、前記電磁放射線に暴露する前記領域の少なくともいくつかが、前記基板に直接プリントされた、回路と、抵抗器、コンデンサ及びインダクタなどの受動部品とのうちの少なくとも１つを形成する、ステップと、
    前記ポリマー材料を硬化させるステップ（８５０）であって、ポリマー材料は硬化されるか又は強化されて、前記基板に電気的及び／又は機械的に結合された比較的堅固な層になる、ステップと、を含む方法。
  27. 前記ポリマー材料は、例えば、３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）又はその任意の誘導体など、光学的に透明な導電性ポリマーである、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記ポリマー材料は、ディスプレイ用途又は太陽電池の製造に使用されるワークピースの製造に適合する光学的に透明な材料である、請求項２７に記載の方法。
  29. ワークピース（１００）を製造するシステムであって、
    基板（１１０）の少なくとも一部にポリマー材料の層（１２０）を提供するステップ（８１０）のために構成された、スプレー塗工機又はスピン塗工機の形態の薄膜蒸着ユニットなどの塗工機であって、前記ポリマー材料は、放射線（Ｅ）に暴露されたときにその導電率を変化させるように構成されている、塗工機と、
    異なる導電率を有する領域のパターンを形成するようにポリマー材料の前記層を放射線に暴露することによって前記層をパターン化するステップ（８３０）のために構成されたパターニングツールであって、前記放射線に暴露した前記領域の少なくともいくつかが、前記基板に直接プリントされた、回路と、抵抗器、コンデンサ及びインダクタなどの受動部品とのうちの少なくとも１つを形成する、パターニングツールと、
    前記ポリマー材料を硬化させるステップ（８５０）のためのリフロー炉、電子ビーム発生器、マイクロ波ユニット又は紫外線光ユニットのような硬化ツールであって、前記ポリマー材料は硬化されるか強化されて、前記基板に電気的及び／又は機械的に結合される比較的堅固な層になる、硬化ツールと、を具備するシステム。
  30. 前記領域の少なくともいくつかは、前記電磁放射線に暴露されて、相互に異なる導電率を有するようになり、回路及び／又は抵抗器、コンデンサ及びインダクタの少なくとも１つの形態の受動部品を形成し、該回路と該受動部品は前記基板に直接プリントされる、請求項２９に記載の方法。
  31. 基板（１１０）と、ポリマー材料の層（１２０）とを具備するワークピース（１００）であって、前記ポリマー材料の前記層は、前記基板の少なくとも一部に設けられる、ワークピースであって、
    前記ポリマー材料は、非硬化状態で、特定の周波数及び振幅の範囲内の電磁放射線（Ｅ）に暴露されたときにその導電率を変化させるように構成され、
    ポリマー材料の前記層は、第１の導電率を有する領域（１２２）と第２の導電率を有する領域（１２４）とのパターンを含み、
    前記基板上の前記ポリマー材料は、例えば、３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）又はその任意の誘導体のような導電性ポリマーであって、光学的に透明であり、ディスプレイ用途又は太陽電池の製造に使用されるワークピースの製造に適合している導電性ポリマーである、ワークピース（１００）。
  32. 前記領域の少なくともいくつかは、前記電磁放射線に暴露されて、相互に異なる導電率を有するようになり、回路及び／又は抵抗器、コンデンサ及びインダクタの少なくとも１つの形態の受動部品を形成し、該回路と該受動部品は前記基板に直接プリントされる、請求項３１に記載の方法。
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