JP3599404B2

JP3599404B2 - プリント配線板の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP3599404B2
Application number: JP4186495A
Authority: JP
Inventors: 忠喜稲本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JPH08236902A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェット記録法を用いたプリント配線板の製造方法及びそれに用いられるインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板の製造方法としては、ガラス布にエポキシやポリイミド等の樹脂を含浸させたものや、セラミック、ベークライト等の基体の上に金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属を設けた基板に、導体回路パターンに相当するレジストのパターンを形成した後、エッチング処理により導体回路パターンを形成し、更に、表面に保護用のレジストパターンを形成し、最終的に部品実装のための情報を表面にマーキング印刷するという方法が採られていた。上記したレジストパターンの形成やマーキング印刷には、液状あるいは予め一定の厚さに成形された、通称ドライフィルム（以下ＤＦと称す）と呼ばれる感光性樹脂を基板上に設けた後、所望のパターンに対応するフォトマスクを通して紫外線露光した後、現像処理を行うか、あるいは所望のパターンに対応したスクリーン版を用いてスクリーン印刷によりパターン形成を行っていた。
【０００３】
しかしながら、このような従来の製造方法では、ＣＡＤ等で設計したデータから、フォトマスクあるいはスクリーン版を作成しなければならず、そのためのコストや作成期間を要すという問題を有していた。また、設計の一部を変更する場合でもフォトマスクあるいはスクリーン版を新たに作成し直さなければならず、容易ではなかった。また、パターン形成までの工程が長く、且つ複雑であるという問題も有していた。
【０００４】
また、ＤＦを用いる方法では、現像の工程で使用する薬品類に費用がかかり、環境問題の観点から使用した現像液の処理のための設備や工程に対する配慮が必要であるという問題も有していた。
【０００５】
また一部では、フォトマスクやスクリーン版を作成せず、基板上に設けたＤＦ等の感光性樹脂にＣＡＤのデータに対応するレーザー光を直接走査させ、パターン形成を行い、その後現像を行うという方法も採用されている。
【０００６】
しかし、この方法では、前述したフォトマスクあるいはスクリーン版の作成の問題は解決するものの、高価な光学系や、タクトを稼ぐためレーザー光を複数設けるなど、装置コストが高いという問題が新たに発生する。また、現像時の問題は解決されない。
【０００７】
スクリーン印刷法では、スクリーン版の伸びによるテンションの劣化により塗布厚や位置精度のバラツキが生じないように、印刷条件を厳しく管理する必要があった。また、使用した版を洗浄する際に薬品を使用するため、やはり環境問題に対する配慮が必要であった。スクリーン印刷法でも、版を洗浄する際、薬品を使用するため、やはり環境問題に対する配慮が必要であった。
【０００８】
また、上記２つの方法の共通の問題として、特に少量多品種の生産においては、マスクやスクリーン版の費用に占める割合が相対的に大きくなり、また段取り替え作業のために製造ラインを停止するという時間的ロスも相対的に大きくなり、対応が困難であるという問題も有している。
【０００９】
これら従来の問題を解決する方法として、インクジェットによりレジストパターンを直接描画するという方法が提案されている。例えば、特開昭５６−６６０８９号、同５６−１５７０８９号、同５８−５０７９４号公報においては、導体のエッチングを行う際に使用されるレジストパターンをインクジェットにより形成している。また、特公昭５９−４１３２０号公報においては、導体層と絶縁層をインクジェットにより形成している。
【００１０】
インクジェットを用いる方法によれば、ＣＡＤで作成されたデータをインクジェット用に変換するだけで、マスクやスクリーン印刷版を必要とせず、設計の一部の変更にも容易に対応でき、治工具の段取り替えも必要なく、費用や納期が少なくてすむ。特に少量多品種生産に有利な方法であるといえる。また、レジストパターンを直接描画できるために、レジストの現像が必要なくなり、環境問題に対しても有効である。特にインクジェットとして必要なところだけレジストを吐出することができるドロップ・オン・デマンド方式のインクジェットを用いればレジストの使用量は非常に少なくてすむという利点がある。また装置は、レーザー光線を走査する方法のような高価な光学系が不必要であるため、安価にできるという利点もある。図４に従来のプリント配線板の製造フローの一例を、図５にはインクジェット方式を用いた場合の従来のプリント配線板の製造フローの一例を示す。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インクジェット方式を用いたプリント配線板の製造方法においても、エッチングレジストのパターン形成工程、ソルダーレジストのパターン形成工程、あるいはマーキング印刷工程のいずれか一つの工程でインクジェット方式を使用するか、若しくは複数の工程で使用されるにしても各工程毎に専用のインクジェットプリンターを配置することしか考えられていなかった。そのため、必要以上の投資をするために上記したインクジェット方式の長所を生かしきっているとはいい難かった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、係る従来のプリント配線板の製造方法に対する問題点を解決する新規なプリント配線板の製造方法及びそのための製造装置を提供する。
【００１３】
具体的には以下の構成より成る。
【００１４】
（１）導体回路パターンが形成されたプリント配線板上の、前記導体回路パターンを保護するソルダーレジストパターンを形成する、硬化剤成分を含まない第１の液体と、部品実装のための情報を示すマーキングを形成する、硬化剤成分を含まない第２の液体と、前記第１及び第２の液体を硬化させる硬化剤成分を含有する第３の液体と、をインクジェット方式を用いて吐出することによりプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、前記プリント配線板上のソルダーレジストを形成する領域に、前記第１の液体及び前記第３の液体を吐出することで、ソルダーレジストパターンを形成する工程と、前記プリント配線板上のマーキングを形成する領域に、前記第２の液体及び前記第３の液体を吐出することで、マーキングを形成する工程と、を1 台の装置でおこなうことを特徴とする、プリント配線板の製造方法に関し、又、該製造方法を実施するための製造装置は、インクジェット方式を用いたプリント配線板製造装置であって、前記第１，第２及び第３の液体をそれぞれ貯留する第１，第２及び第３のタンクと、前記プリント配線板上のソルダーレジストを形成する領域に、前記第１の液体を吐出する第１のヘッドと、前記プリント配線板上のマーキングを形成する領域に、前記第２の液体を吐出する第２のヘッドと、前記ソルダーレジストを形成する領域及び前記マーキングを形成する領域に、前記第３の液体を吐出する第３のヘッドとを 1 台の装置に具備することを特徴とするプリント配線板製造装置である。
【００１５】
（２）前記製造方法は、導体膜が形成された基板上の導体回路パターンを形成する領域に、エッチングレジスト液をインクジェット方式を用いて吐出した後にエッチング処理を行うことで、前記導体回路パターンを形成する工程をさらに含んでいても良く、前記製造装置は前記エッチングレジスト液を貯留するタンクと、前記導体膜上の前記導体回路パターンを形成する領域に前記エッチングレジスト液を吐出するヘッドとをさらに具備しても良い。
【００１６】
（３）前記ソルダーレジストパターンを形成する工程、及びマーキングを形成する工程を一回のインクジェットプリントにより行うことを特徴とする。
【００１７】
（４）前記各ヘッドは、吐出される液体を収容する第１領域と、気泡形成用の液体を収容する第２領域と、前記第１領域と第２領域とを区分すると共に吐出口側に対して相対的に近い側に自由端を、相対的に遠い側に支点を有する可動部材を具備する分離壁と、を有し、前記気泡形成用の液体に発生した気泡の形成に伴って前記可動部材の自由端を変形せしめ、前記気泡を前記第１領域内に侵入させて前記吐出される液体を吐出口から吐出させるヘッドであって、前記気泡形成用の液体を貯留する１つのタンクを具備し、該タンクから前記各ヘッドの第２領域に前記気泡形成用の液体が供給されることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明では、一台のインクジェット記録装置で複数の工程を行うことにより、設備投資が少なくてすみ、それによりメンテナンスする装置の台数が減り、またメンテナンス作業時間の短縮に寄与する。また、メンテナンスのための教育、作業の習熟にかかる時間が少なくてすむ。これらの利点から安価なプリント配線板を提供できる。
【００２０】
また、ソルダーレジストパターン及びマーキング印刷では、エッチングレジストパターンの形成とは異なり、後工程（乾燥、硬化）が共有できるために一回のインクジェットプリント走査により同時に形成できる。これにより更に工程数を減じることが可能となり、プリント配線板の更なる低コスト化が図れる。
【００２１】
また多数のインクを保有するこのようなインクジェット記録装置では、最も安定性の悪いインクによりメンテナンス期間が決まってしまうが、異なるプロセスで使用するインクの硬化剤成分を同一の組成とし、硬化剤成分を除いたインクと硬化剤成分のみを含有するインクとを分けて保持し、インクジェットプリント時に混合するようにしておくことで、硬化剤成分を合わせ含むインクの場合に比べて装置内でのインクの保存安定性が良くなり、メンテナンス期間が飛躍的に長くなる。また、インク数も硬化剤成分を共通として１種にすることで、必要以上に多くなることはない。
【００２２】
また、可動部材を有する分離壁を具備したインクジェット記録ヘッドを用いることにより、インクジェット記録方式の中でも熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成して記録行う場合に、インク成分が直接熱作用部に接触することがなくなるため、インクの保存安定性が更に向上し、メンテナンスの容易化を実現する。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２４】
参考例１
図１に示すインクジェット記録装置３００のインクタンク１０１、１０２、１０３、１０４の夫々に、表１〜表４に示すインクを充填した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【表３】

【００２８】
【表４】

【００２９】
このインクジェット記録装置３００は、主及び副走査方向の解像度６００ｄｐｉ、駆動周波数４ＫＨｚのバブルジェット方式のインクジェットプリンターで、インクジェット記録ヘッドはノズル数６４本のヘッドを４個まとめたもので、各ヘッドは上記したインクを夫々吐出するように接続されている。
【００３０】
このプリンターを用い、まず、ブラシ研磨処理したプリント配線板用銅張り積層板（民生用片面銅箔厚さ３５μｍ、基板厚さ１．２ｍｍ）上に、表１に示すエッチングレジストを印刷した。印刷データは、入力装置（パーソナルコンピュータ、不図示）よりプリンターに転送した。印刷終了後、基板を１２０℃のオーブンで１５分加熱乾燥して、溶剤分を除去した。
【００３１】
次に、塩化第二鉄系エッチング液にて銅箔のエッチング処理を行った。処理は４０℃、スプレー方式にて４分間行った。水洗後、２％苛性ソーダ水溶液のスプレーで２分間処理しエッチングレジストを剥離した後、乾燥した。得られた配線パターンは断線、ショート等の欠陥がなく、設計を満足するものであった。
【００３２】
続いて、この基板に、先に使用したインクジェット記録装置を用い、表２のソルダーレジスト１に接続されたインクジェットヘッドから吐出を行い、ソルダーレジストパターンを印刷した。ここでは、後工程で行う電気部品の接続部がレジストで覆われないようにし、その他の部分はレジストで被覆されるパターンとした。印刷は、レジスト厚を厚くする目的で、同じパターンを２回印刷した。その後１２０℃で１５分間乾燥した。
【００３３】
次にこの基板の後工程で実装される電気部品のうち、自動挿入される部品に対応する位置にはマーキングインク１で、また、手挿入する電気部品に対応する位置には、マーキングインク２で、マーク印刷を行った。この印刷には、先に使用したインクジェット記録装置を用い一度に２色のマーキング印刷を行った。その後１２０℃で１５分間乾燥後、紫外線を３Ｊ／ｃｍ^２で照射し、前記ソルダーレジスト及びマーキングインクを同時に硬化処理した。
【００３４】
このようにして得られたプリント配線板の電気的特性は良好で、また、マーキングは自動挿入と手挿入で色分けがされているので、作業者の間違いがなく、また作業も容易であった。更にマーキングの剥がれ等のトラブルもなかった。
【００３５】
参考例２
インクジェット記録装置としては、参考例１と同じものを用い、インクジェット記録ヘッドとして図２に示すものを用いた。図２（ａ）は、本参考例に用いたインクジェット記録ヘッドのノズル断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面をＡ方向から見た図、（ｃ）はＡ−Ａ断面をＢ方向から見た図である。
【００３６】
図２において、本参考例に用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子（以下、ヒーターと称す）２０５が形成されている基板２０１、気泡発生用液体を収容する発泡液流路２０６、吐出用液体を収容するインク流路２０４、インク流路２０４とインク吐出口２０３が一体で成形されている溝付き天板２０２、発泡液流路２０６とインク流路２０４を分離する分離壁２０８から構成されている。
【００３７】
分離壁２０８には可動部材２０７が形成されており、この可動部材２０７は、インクが吐出するためのインク吐出口２０３に近い側が自由端であり、インク吐出口２０３に遠い側が支点であり、いわば片もち梁形状のバネとなっている。２０９は、各ノズルを分離する分離壁である。可動部材２０７はヒーター２０５の直上の位置に形成されている。
【００３８】
ここでは、分離壁２０８とノズル分離壁２０９は、ニッケルの電鋳で一体に形成されており、基板２０１と接合することによって発泡液流路２０６を形成する。溝付き天板２０２はポリサルフォンの成形品にレーザー加工によりインク吐出口２０３を形成したものである。
【００３９】
次にこの記録ヘッドを用いた吐出原理について説明する。
【００４０】
図３（ａ）は、初期状態又はヒーター２０５がＯＦＦの場合を示す。このとき、分離壁２０８に形成されている可動部材２０７の変形はなく、吐出量はゼロである。発泡液は、発泡液流路２０６に供給され、少なくともヒーター２０５上を覆うように供給される。その供給方法は循環系により加圧、吸引口を設けることにより供給するが、ヒーター上を覆うように供給されるのであれば循環系に限らずどのような方法を採用しても良い。
【００４１】
発泡液の供給後、吐出インクがインク流路に供給される。吐出インクは吐出口まで完全に満たされるよう、加圧供給、又は、加圧供給後、吐出口からの吸引によって供給される。
【００４２】
図３（ｂ）は、ヒーター２０５がＯＮの状態を示している。発泡液流路２０６に満たされている発泡液は、ヒーター２０５の加熱に伴い気泡を発生させ、その発泡エネルギーは可動部材２０７を変位量Ｈだけ押し上げる。そして気泡は稼動部材２０７の変位量Ｈの隙間から、吐出インク流路２０４に進入し、インクをインク量Ｖだけ吐出させる。
【００４３】
本参考例では、発泡液としては、各ヘッドとも共通の下記表５の組成のものを用いた。
【００４４】
【表５】

【００４５】
この発泡液を図１のインクタンク１０１に充填し、インクジェット記録ヘッド２００の発泡液流路２０６に供給した（供給経路は不図示）。またインクタンク１０２、１０３、１０４には下記表６〜８の組成のインクを夫々充填した。
【００４６】
【表６】

【００４７】
【表７】

【００４８】
【表８】

【００４９】
参考例１と同様にエッチングで形成した銅回路パターンを有する基板を上記インクを充填したインクタンクを装着したインクジェット記録装置３００でプリントを行った。プリントパターンは、ソルダーレジスト２に対しては、ソルダーレジストのパターンを、また、マーキングインク３に対しては、電気部品の自動挿入に関する情報を、マーキングインク４に対しては、電気部品の手挿入に関する情報をそれぞれ印刷し、これらの印刷をインクジェット記録装置の一回の通過により終了させた。
【００５０】
次に１２０℃で３０分間乾燥させた後、紫外線を４Ｊ／ｃｍ^２で照射し、前記ソルダーレジスト及び２色のマーキングインクを同時に硬化処理した。
【００５１】
本参考例ではソルダーレジストパターンと２色のマーキング印刷を一回の印刷で行ったが、参考例１と同様、このようにして得られたプリント配線板の電気的特性は良好で、また、マーキングは自動挿入と手挿入で色分けがされているので、作業者の間違いがなく、また作業も容易であった。更にマーキングの剥がれ等のトラブルもなかった。
【００５２】
実施例１
インクジェット記録装置、インクジェット記録ヘッドは、参考例２で用いたものを使用した。参考例２と同じ組成の発泡液をインクタンク１０１に充填し、インクタンク１０２、１０３、１０４には、下記表９〜１１に示す組成のインクを充填した。
【００５３】
【表９】

【００５４】
【表１０】

【００５５】
【表１１】

【００５６】
参考例１と同様にエッチングで形成した銅回路パターンを有する基板を上記インクを充填したインクタンクを装着したインクジェット記録装置３００でプリントを行った。プリントパターンは、ソルダーレジスト３に対しては、ソルダーレジストのパターンを、また、マーキングインク５に対しては、電気部品の実装に関する情報を、硬化剤インクに対しては、上記ソルダーレジストパターン及びマーキングパターンの印刷領域全面に塗布されるように印刷した。印刷はインクジェット記録装置の一回の通過により終了させた。印刷後、１２０℃で３０分間乾燥及び熱硬化処理を行った。
【００５７】
本実施例ではソルダーレジストパターンとマーキング印刷を一回の印刷で行ったが、参考例１と同様、得られたプリント配線板の電気的特性は良好であった。また、後工程でのマーキングインクの剥がれ等のトラブルもなかった。さらに、インクの硬化剤成分を樹脂成分と別のインクタンクに充填しており、かつソルダーレジストとマーキングインクとを共通の硬化剤で硬化させるため、保存安定性が良好であるばかりでなく、インクタンクの数は一つ増えるだけですむため、それに伴うコスト増を抑えることができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、少ない設備投資でプリント配線板を製造することができる。また、各工程で共通の装置を使用するためメンテナンスの時間が節約でき、メンテナンスの習熟、教育という観点からも好ましい結果が期待できる。また、インクジェット記録法による利点、即ち、フォトマスクやスクリーン印刷版の費用や納期が掛からず、設計の一部変更に際しても容易に対処でき、工程が短く簡単で、特に少量多品種生産にも対応が容易であり、環境に対しても好ましいという利点を十分に生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いたインクジェット記録装置の斜視図である。
【図２】（ａ）は実施例２及び３で用いたインクジェット記録ヘッドの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線でのＡ方向からの横断面図、（ｃ）はＢ方向からの横断面図である。
【図３】図２のインクジェット記録ヘッドでの吐出原理を説明する図であり、（ａ）は待機状態、（ｂ）は作動状態を示す。
【図４】従来のプリント配線板の製造フローの一例である。
【図５】インクジェット方式を用いた場合の従来のプリント配線板の製造フローの一例である。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４インクタンク
２００インクジェット記録ヘッド
２０１基板
２０２溝付き天板
２０３インク吐出口
２０４インク流路
２０５電気熱変換素子（ヒーター）
２０６発泡液流路
２０７可動部材
２０８分離壁
２０９ノズル分離壁
３００インクジェット記録装置

Claims

導体回路パターンが形成されたプリント配線板上の、前記導体回路パターンを保護するソルダーレジストパターンを形成する、硬化剤成分を含まない第１の液体と、
部品実装のための情報を示すマーキングを形成する、硬化剤成分を含まない第２の液体と、
前記第１及び第２の液体を硬化させる硬化剤成分を含有する第３の液体と、
をインクジェット方式を用いて吐出することによりプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、
前記プリント配線板上のソルダーレジストを形成する領域に、前記第１の液体及び前記第３の液体を吐出することで、ソルダーレジストパターンを形成する工程と、
前記プリント配線板上のマーキングを形成する領域に、前記第２の液体及び前記第３の液体を吐出することで、マーキングを形成する工程と、
を1 台の装置でおこなうことを特徴とする、プリント配線板の製造方法。
導体膜が形成された基板上の導体回路パターンを形成する領域に、エッチングレジスト液をインクジェット方式を用いて吐出した後にエッチング処理を行うことで、前記導体回路パターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
前記ソルダーレジストパターンを形成する工程、及びマーキングを形成する工程を一回のインクジェットプリントにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線板の製造方法。
インクジェット方式を用いたプリント配線板製造装置であって、
導体回路パターンが形成されたプリント配線板上の、前記導体回路パターンを保護するソルダーレジストパターンを形成する、硬化剤成分を含まない第１の液体を貯留する第１のタンクと、
部品実装のための情報を示すマーキングを形成する、硬化剤成分を含まない第２の液体を貯留する第２のタンクと、
前記第１及び第２の液体を硬化させる硬化剤成分を含有する第３の液体を貯留する第３のタンクと、
前記プリント配線板上のソルダーレジストを形成する領域に、前記第１の液体を吐出する第１のヘッドと、
前記プリント配線板上のマーキングを形成する領域に、前記第２の液体を吐出する第２のヘッドと、
前記ソルダーレジストを形成する領域及び前記マーキングを形成する領域に、前記第３の液体を吐出する第３のヘッドと、
を 1 台の装置に具備することを特徴とするプリント配線板製造装置。
導体膜が形成された基板上に吐出されるエッチングレジスト液を貯留するタンクと、
前記導体膜上の前記導体回路パターンを形成する領域に前記エッチングレジスト液を吐出するヘッドと、
をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のプリント配線板製造装置。
前記各ヘッドは、吐出される液体を収容する第１領域と、
気泡形成用の液体を収容する第２領域と、
前記第１領域と第２領域とを区分すると共に吐出口側に対して相対的に近い側に自由端を、相対的に遠い側に支点を有する可動部材を具備する分離壁と、を有し、
前記気泡形成用の液体に発生した気泡の形成に伴って前記可動部材の自由端を変形せしめ、前記気泡を前記第１領域内に侵入させて前記吐出される液体を吐出口から吐出させるヘッドであって、前記気泡形成用の液体を貯留する１つのタンクを具備し、該タンクから前記各ヘッドの第２領域に前記気泡形成用の液体が供給されることを特徴とする請求項４または５に記載のプリント配線板製造装置。