JP6402561B2 - 配線データ生成方法、配線データ生成装置、印刷装置、印刷システム、プログラム、配線、及び電子回路基板 - Google Patents
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Description
中でもインクジェット印刷法は版を必要としない印刷技術であるため、版を作製する手間とコストがかからず、オンデマンドの印刷を得意とし、少量多品種の製造現場で期待される手法である。
ここで、配線が形成された基板にLED等の電子部品を実装する場合、基板と電子部品のアライメントが重要になる。特許文献1には、アライメントマークを有する配線基板が記載されている。この発明においては、ビアランドとアライメントマークの誤認を防止するため、ビアランドに誤認防止用の配線を付加する技術が記載されている。
しかし、特許文献1に記載の発明においては、電子部品の実装後において誤認防止用の配線が目視されやすく、完成後の電子回路のデザイン性を損ねるという問題がある。
プリンタブルレクトロニクス(又はプリンテッドエレクトロニクス)は、印刷技術を利用して電子回路を形成する技術である。
プリンタブルレクトロニクスにおいて、基板に形成する電子回路や配線の設計には、電子回路設計CADが利用される。電子回路設計CADは、電子回路の論理設計や、最適な配線の設計等を行う。電子回路設計CADによって設計されたCADデータに基づいて印刷用のデータが生成される。電子回路設計CADは、一般的に基板への回路配線パターン、塗布パターン、或いはチップ部品の実装パターン等に必要な各データを生成する。
導電性インクとしては、例えばペースト材にサブミクロン乃至数ナノ粒子のCuまたはAgの金属微粒子を混在させた金属インクが用いられる。導電性インクは、金属微粒子が均一に分散した状態でインクボトル内に収容される。
印刷装置によって基板に形成されるパターンは、各ノズルから吐出された複数のインク滴(ドット)によって形成される。各ノズルから連続的にインク滴が吐出されるようにヘッドを駆動すれば、基板にはインク滴が連続的に着弾したベタパターンが形成される。一方で、各ノズルから間欠的にインク滴が吐出されるようにヘッドを駆動すれば、基板にはインク滴が部分的に間引かれた間引きパターンが形成される。
本実施形態においては、配線の基礎となる基礎配線データに対してデータ間引き用のマスクデータを適用して基礎配線データの一部を間引くことにより、インク滴を間欠的に吐出するような配線データを生成し、所望の情報を配線上に表現する点に特徴がある。
本発明の一実施形態に係る配線は、配線の基礎となる基礎配線データに対してデータの間引き処理を実行することにより、配線上に所望のデザインを描画するものである点に特徴がある。例えば配線上に描画するデザインは、任意の情報、或いは基板に実装する部品に関する情報を示すデザインとすることができる。例えば、配線上に描画されるデザインは、基板に実装する部品の実装方向、部品の実装位置、或いは部品の種類等を、個別に又は同時に表現するものとすることができる。
図1(a)は、基板に実装する電子部品の方向を表現するデザインとして矢印21を1つの配線10上に描画した例である。例えば、矢印21の先端21a側がLEDのアノード側を示し、矢印21の後端21b側がLEDのカソード側を示すといったように、部品の実装方向を表現できる。
図1(b)は、基板に実装する電子部品の方向を表現するデザインとして矢印21を1つの配線10上に描画した例である点で図1(a)と同様である。しかし、矢印21は、その全てが配線10上に描画されている必要はない。矢印21の一部が配線10上に描画され、矢印21の残部が配線10以外の部位に描画されていてもよい。本例によっても、部品の実装方向を表現できる。
更に、例えば三角形は当該位置に実装するべき電子部品がLEDであることを示し、円は当該位置に実装するべき電子部品が抵抗であることを示す、というように、基板に実装する部品の種類と、配線に描画するデザインとを対応づけてもよい。
配線上に形成するデザインの例について説明する。図2(a)〜(e)は、基板に実装する部品の実装方向を示すデザインを形成するマスクデータの例を示す図である。マスクデータは、配線の基礎となる基礎配線データの一部を間引くための間引きマスクデータである。図示するマスクデータを配線データの基礎となる基礎配線データに適用することにより、図1に示したようなデザインが描画された配線を得ることができる。
図2(b)は、基礎配線データの間引き量が徐々に変化するグラデーションが付されたデザインのマスクデータを示す。例えばマスクデータのうち色の薄い側(データの間引き量の多い側、図中右側)がLEDのアノード側を示し、色の濃い側(データの間引き量の少ない側、図中左側)がLEDのカソード側を示すといったように、基板に電子部品を実装する際の電子部品の実装方向を表現できる。このマスクデータでは、3段階の階調により電子部品の実装方向を表現しているが、少なくとも2段以上(複数段)の階調を用いれば、電子部品の実装方向を表現できる。
図2(c)は、円33内に太さが異なる2本のライン35a,35bを記したデザインのマスクデータを示す。例えば、円35の位置により電子部品の実装位置を表現し、ライン35a,35bにより電子部品の実装方向を表現することができる。
図2(d)は、三角形36が記されたデザインのマスクデータを示す。マスクデータ内にはどのようなデザインを描画してもよい。デザインには、文字、図形、記号等、種々のものを用いることができる。
図2(e)は、三角形36の中に太さが異なる2本のライン36a,36bを記したデザインのマスクデータを示す。このデザインでは、三角形36によって左右方向を表現し、ライン36a,36bによって上下方向を表現することができる。このように、各種の図形を組み合わせて1つのデザインを形成することにより、1つのデザインで複数の方向を表現することができる。
図3は、基礎配線データ、調整マスクデータ、及び両データから生成される配線データの一例を示す模式図である。
基礎配線データ41は、電気的な特性を出すために必要な線幅、長さなどの情報を有し、基板上における配線のデザインを表現したデータであり、例えば電子回路設計CADによって生成されたCADデータである。
基礎配線データ41は、導電性インクによる配線を形成する配線領域42のデータと、配線を形成しない非配線領域43のデータとを含んで構成される。例えば、黒色にて示す配線領域42には論理値1が与えられ、白色にて示す非配線領域43には論理値0が与えられる。ここで、論理値1とは、基板上に導電性インクを吐出して、導電性インクによるドットを形成することを意味する。論理値0とは基板上に導電性インクを吐出しないことを意味する。
本図に示すマスクデータは基板上に配線を描画する際にヘッドから吐出する液滴の打込量を調整するために用いる調整マスクデータ51である。調整マスクデータ51は、基礎配線データ41の一部のデータ(ドット)を間引くことにより導電性インクの打込量を調整する。調整マスクデータ51は、CADデータやビットマップデータ等から構成される。図示する調整マスクデータ51は、2×2=4ドットを1つの単位とするデータである。例えば黒色にて示す第一領域51aには論理値1が与えられ、白色にて示す第二領域51bに論理値0が与えられる。
なお、1つの調整マスクデータ51がカバーする基礎配線データ41の領域の大きさは自由に設定できる。例えば、2×2=4ドットで1単位を構成する調整マスクデータ51を、基礎配線データ41の2×2=4ドットからなる領域に適用することもできるし、4×4=16ドットからなる領域に適用することもできる。
本図に示すマスクデータは基板上に所望のデザインを形成するために用いるデザインマスクデータ52である。デザインマスクデータ52は、基礎配線データ41の一部のデータ(ドット)を間引くことにより、配線上に所望のデザインを形成する。
図示するデザインマスクデータ52は、基板に実装する部品の実装方向を示すデザインとして矢印を配線上に形成するためのマスクデータである。例えば黒色にて示す第一領域52aには論理値1が与えられ、白色にて示す第二領域52bには論理値0が与えられる。
基礎配線データ41に対して部分的にデザインマスクデータ52を適用することで、配線上に部品の実装方向を示すデザインとして矢印を形成することができる。本例は、配線上の二箇所にデザインマスクデータ52を適用した例である。
拡大図に示すように、生成された配線データ61のうち配線領域62内にデザイン64が形成されている。デザイン64はインクが打ち込まれない間引部分64bによって構成されている。なお、デザイン64が形成されない部分はインクが打ち込まれる打込部分62aである。
本実施形態においても図3に示した方法と同様に、基礎配線データ41とデザインマスクデータ52の論理積を算出することで、配線上に部品の実装方向を示すデザイン64を形成する配線データ61が生成される。
配線データを生成する際に用いるマスクデータは必ずしも1種類である必要はない。本例では、基礎配線データ41に対して、図3に示す調整マスクデータ51と、図4に示すデザインマスクデータ52の双方を適用した例である。例えば、基礎配線データ41の全体に調整マスクデータ51を適用し、調整マスクデータ51適用後の基礎配線データ41に対して部分的にデザインマスクデータ52を適用することによって、配線データ61を生成できる。
拡大図に示すように、配線データ61は、液滴の打込量を調整するための調整マスクデータ51により配線領域62のデータが均等に間引かれた後、更にデザインマスクデータ52によって、配線領域62の一部のデータが矢印形状に間引かれている。
デザインマスクデータは、予め液滴の打込量が調整されたデータ、言い換えれば、予めドットが均等に又は適宜間引かれた部分を有するデータであってもよい。このようなデザインマスクデータ53は、基礎配線データ41の値に関係なくデザインマスクデータ53の値を優先的に採用する優先領域53bを含んで構成することができる。優先領域53bが重なった基礎配線データ41部分の値は、優先領域53bの値によって置換される。優先領域53bによって置換された領域のドットが均等に又は適宜間引かれることにより、印刷装置から基板上に打ち込む導電性インクの量を調整できる。
デザインマスクデータ53は、基礎配線データ41の値を採用する透過領域53aを含んで構成されてもよい。
基礎配線データ41に対して部分的にデザインマスクデータ53を重ねることで、配線上に部品の実装方向を示すデザイン(ここでは矢印)を形成することができる。デザインマスクデータ53は、予め液滴の打込量が調整されたデータであるため、デザイン64は、インクが打ち込まれる打込部分64aと、インクが打ち込まれない間引部分64bとから構成されている。
なお、基礎配線データ41に対してデザインマスクデータ53を適用する際に、デザインマスクデータ53の一部が配線領域42に重なり、他部が非配線領域43に重なるような態様にて適用してもよい。拡大図に示すように、デザイン64は、配線領域62と非配線領域63とに跨がって形成されている。
図示する調整マスクデータ54は、2×2=4ドットを1つの単位とするデータである。例えば黒色にて示す第一領域54aには論理値1が与えられ、白色にて示す第二領域54bに論理値0が与えられている。
配線データ61の生成にあたって、まず基礎配線データ41の全体に調整マスクデータ54を適用し、基礎配線データ41と調整マスクデータ54の論理積を算出する。このとき、1つの調整マスクデータ51がカバーする基礎配線データ41の領域の大きさを、例えば、4×4=16ドットのように設定する。調整マスクデータ54適用後の基礎配線データ41に対して部分的にデザインマスクデータ53を適用する。このとき、デザインマスクデータ53の優先領域53bと重なる調整マスクデータ54の値は、優先領域53bの値によって置換される。以上の処理により配線データ61を生成できる。
拡大図に示すように、配線領域62のうち優先領域53bが重ならなかった部分は、調整マスクデータ54により配線上のデータが均等に間引かれた状態にある。配線領域62及び非配線領域63のうち優先領域53bが重なった部分は、優先領域53bの値に置換されることにより、所望のデザイン64が表現されている。
基礎となる基礎配線データに対して、マスクデータを適用してインク滴の吐出に用いる配線データ(吐出用データ、或いは印刷用データ)を生成する配線データ生成装置について説明する。図8は、配線データ生成装置を示すブロック構成図である。
配線データ生成装置100は、基礎配線データ取得部101、マスクデータ取得部103、マスク条件判定部105、及び演算部107を備える。
基礎配線データ取得部101は、電子回路設計CAD等により設計された基礎配線データを取得する。マスクデータ取得部103は、基礎配線データに適用するデザインマスクや調整マスク等のマスクデータを取得する。マスク条件判定部105は、基礎配線データに対するデザインマスクや調整マスク等の適用条件(論理積、置換、適用位置、適用サイズ等)を判定する。演算部107は、マスク条件判定部105によって判定されたマスクデータの適用条件に従って、基礎配線データに対してマスクデータを適用して、印刷装置200に出力する配線データを生成する。
配線データ生成装置100は、CPU、ROM、RAMを備えたコンピュータ装置であり、例えば印刷装置と直接に、又はネットワークを介して通信可能に接続されたホストコンピュータとして実現される。配線データ生成装置100を構成する各部は、例えばプログラムモジュールとして実現される。配線データ生成装置100を構成する各部は、電子回路設計CADの一部を構成するモジュールとして実現されてもよい。配線データ生成装置100を構成する各部は、不揮発性メモリであるROM内に記憶され、CPUによってRAM内に展開されて実行される。
配線データ生成装置による配線データの生成手順について、フローチャートに基づいて説明する。
図9は、配線データの生成手順を示すメインフロー図である。
ステップS1において基礎配線データ取得部101は、基礎配線データを取得する。基礎配線データは、例えば電子回路設計CADによって配線のデザインを描いたCADデータである。
ステップS3において、マスク条件判定部105はマスク処理の有無を判定する。マスク処理が選択されている場合(ステップS3にてYES)はステップS5のサブルーチン「マスク処理」を実行した後、ステップS7の処理を実行する。マスク処理が選択されていない場合(ステップS3にてNO)はステップS7の処理を実行する。なお、マスク処理の有無は、予め不図示の入力手段からユーザによって指示される。
ステップS7において演算部107は、印刷装置に出力する配線データを生成し、出力する。なお、演算部107は、マスク処理が選択されている場合(ステップS3にてYES)は、ステップS5のマスク処理後の基礎配線データから配線データを生成する。逆に、マスク処理が選択されていない場合(ステップS3にてNO)、演算部107は、基礎配線データ取得部101が取得した基礎配線データから配線データを生成する。ステップS7は、基礎配線データ又はマスク処理が適用された基礎配線データを印刷装置に出力する配線データに変換する処理である。配線データは、例えばビットマップデータである。
ステップS11においてマスクデータ取得部103は、基礎配線データに適用するマスクデータを取得する。マスクデータは、予めユーザによって選択されたマスクデータであり、例えば不図示の入力手段から入力される。このマスクデータは、例えば図5に示す調整マスクデータ51やデザインマスクデータ52に対応するデータである。
ステップS13においてマスク条件判定部105は、マスク条件を取得し、判定する。マスク条件とは、基礎配線データに対するマスクの適用方法(論理積又は置換の別)や、基礎配線データに対するマスクの適用位置や適用サイズ等である。なお、マスク条件は、予め不図示の入力手段からユーザによって指示される。論理積は、一般的な和集合に用いられる演算であり、例えば図3に示すようなマスクの適用方法を意味する。置換は、基礎配線データの一部をマスクデータに置換する演算であり、例えば図6に示すようなマスクの適用方法を意味する。
ステップS15において演算部107は、基礎配線データ取得部101が取得した基礎配線データに対して、マスクデータ取得部103が取得したマスクデータを、マスク条件判定部105が判定したマスク条件に従って適用する。例えば、図3に示す基礎配線データ41に対して、調整マスクデータ51を、基礎配線データ41の全体に適用する条件であるとした場合、演算処理の結果として図3に示す配線データ61が得られる。なお、基礎配線データに対して適用するべきマスクデータが複数存在する場合(例えば図5に示すように基礎配線データ41に対して調整マスクデータ51とデザインマスクデータ52の双方を適用する場合)は、基礎配線データに対して各マスクデータを順次適用し、全てのマスクデータを基礎配線データに適用した後、マスク処理を終了する。
以上フローチャートに基づいて説明した配線データの生成方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実施することができる。
配線データ生成装置100によって生成された配線データに基づいて基板に導電性インクを吐出することにより、基板に配線を形成する印刷装置について説明する。
図11は、インクジェット法による印刷を実行する印刷装置の一例を示す構成図である。印刷装置200は、配線データ生成装置100とネットワークを介して、又は直接的に通信可能に接続されることにより、配線データ生成装置100との間で印刷システムを構成することができる。或いは、印刷装置200は配線データ生成装置100を含んで構成されてもよい。
ここで、ステージ202は、印刷装置200を用いて基板上に導電性材料を含有する液体(導電性インク、或いは配線用インク)を供給する基板220を支持する目的で備えられており、図中には示していないが吸着機構などの基板220の固定機構を備えている。また基板220上に塗布されたインクの溶媒を乾燥させるための熱処理機構が付随していてもよい。
ヘッド203は複数の吐出ノズルを備えたヘッドであり、複数の吐出ノズルがヘッド203の下面にX軸方向に一定間隔で並んでいる。この吐出ノズルからステージ202に支持されている基板220に対して導電性インクが吐出される。
ヘッド203の液滴吐出機構には例えばピエゾ方式等が考えられ、この場合制御装置に接続されたヘッド203中のピエゾ素子に電圧を印加することで液滴が吐出される。
X軸方向移動機構204は、X軸方向駆動軸207及びX軸方向駆動モータ208から構成される。X軸方向駆動モータ208はステッピングモータ等であり、制御装置206からX軸方向の駆動信号が供給されると、X軸方向駆動軸207を動作させ、ヘッド203がX軸方向に移動する。
X軸と平面内で直交するY軸方向の移動機構205は、Y軸方向駆動軸209及びY軸方向駆動モータ210から構成される。制御装置206からX軸方向の駆動信号が供給されるとステージ202がY軸方向に移動する。
X軸方向移動機構204やY軸方向移動機構205はリニアモータを用いた構造であってもよい。
なお制御装置206は、ヘッド203・X軸方向駆動モータ208・Y軸方向駆動モータ210とそれぞれつながっているが、その配線は図示していない。
印刷装置200は、ステージ202上の所定位置に基板220が固定されると、ステージ202における設定された印刷開始位置を基準として、数値制御によりヘッド203とステージ202とを相対的に走査させながら基板220に対してヘッド203から導電性インクの液滴を吐出させる。
なお、ヘッド203とX軸方向移動機構204の間には、X軸方向移動機構204と独立動作するZ軸方向移動機構を備え付けてもよい。
Z軸方向にヘッド203を移動させることで、基板220と吐出ノズル面との距離を任意に調節可能である。
またステージ202とY軸方向移動機構205の間には、Y軸方向移動機構205と独立動作する回転機構を備え付けてもよい。回転機構を動作させることで、ステージ202上に固定された基板220を任意の角度に回転させた状態で、基板220に対して液滴を吐出できる。
基板に配線を形成する導電性インクの例について説明する。
導電性インクとしては、例えば紀州技研工業株式会社製のAGK101や、AGK102等の銀ナノインクを用いることができる。前者は約180度の焼成から導電性を発現し、250度、15分の焼成で個体の銀に近い導電性を有するようになる。
例えば、基板として耐熱性PET基材を用い、基板に導電性インクを吐出した後、耐熱性PET基材の加熱上限温度である190度で焼成を行うことにより、導電性インクの抵抗率が10E(−4)Ωcmとなり、導電性を発現する。なお、AGK102もAGK101略同様の性質を有する。
このようにして焼成されることにより、所望の配線が形成された電子回路基板を得ることができる。さらに、この電子回路基板に必要な電子部品を実装することにより、所望の機能を有する電子回路を得ることができる。
本発明は以下の態様にて実施できる。
<第一の実施態様>
本態様は、導電性インクにより基板220に形成する配線10のデータ61を生成する配線データ生成方法であって、配線データの基礎となる基礎配線データ41を取得する基礎配線データ取得工程と、基礎配線データの一部を間引くマスクデータ(調整マスクデータ、デザインマスクデータ)を取得するマスクデータ取得工程と、基礎配線データに対してマスクデータを適用した配線データを求める演算工程と、を有し、マスクデータは、配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されていることを特徴とする。
本態様によれば、配線上に所望のデザインを形成するので、完成後の電子回路のデザイン性を損ねることなく、電子回路の作成時に必要な各種の情報を表示できる。
本態様においてデザインマスクデータは、基板220に実装する部品に関する情報を配線上に形成するマスクデータであることを特徴とする。
本態様によれば、基板に実装する部品に関する情報のデザインを配線上に形成するので、完成後の電子回路のデザイン性を損ねることなく、電子回路の作成時に必要な各種の情報を表示できる。
本態様においてマスクデータは、基礎配線データの一部を間引くことにより導電性インクの打込量を調整する調整マスクデータを含んで構成されていることを特徴とする。
印刷装置から基板上に打ち込む導電性インクの量を減らすことができる。
本態様は、導電性インクにより基板220に形成する配線10のデータ61を生成する配線データ生成装置100であって、配線データの基礎となる基礎配線データ41を取得する基礎配線データ取得部101と、基礎配線データの一部を間引くマスクデータ(調整マスクデータ、デザインマスクデータ)を取得するマスクデータ取得部103と、基礎配線データに対してマスクデータを適用した配線データを求める演算部107と、を備え、マスクデータは、配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されていることを特徴とする。
本態様は、第一の実施態様と同様の効果を奏する。
本態様は印刷装置に係る実施態様であって、第四の実施態様に記載の配線データ生成装置と、導電性インクを吐出する吐出ノズルを有するヘッドと、を備えることを特徴とする。
本態様は、第一及び第四の実施態様と同様の効果を奏する。
本態様は印刷システムに係る実施態様であって、導電性インクを吐出する吐出ノズルを有するヘッドを備えた印刷装置と、第四の実施態様に記載の配線データ生成装置と、を含むことを特徴とする。
本態様は、第一及び第四の実施態様と同様の効果を奏する。
本態様は、第一の実施態様に記載の配線データ生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
本態様は、第一の実施態様と同様の効果を奏する。
本態様は、導電性インクにより基板220に形成される配線10であって、配線は、基礎となる基礎配線データ41に対してマスクデータ(調整マスクデータ、デザインマスクデータ)によるデータの間引き処理が行われた配線データ61に基づいて形成されるものであり、マスクデータは、配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されていることを特徴とする。
本態様は、第一の実施態様と同様の効果を奏する。
本態様は電子回路基板に係る実施態様であって、第八の実施態様に記載の配線が形成されたことを特徴とする。
本態様は、第一の実施態様と同様の効果を奏する。
Claims (7)
- 導電性インクにより基板に形成する配線データを生成する配線データ生成方法であって、
前記配線データの基礎となる基礎配線データを取得する基礎配線データ取得工程と、
前記基礎配線データの一部を間引くマスクデータを取得するマスクデータ取得工程と、
前記基礎配線データに対して前記マスクデータを適用した前記配線データを求める演算工程と、を有し、
前記マスクデータは、配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されており、
前記マスクデータは、前記基礎配線データの値よりもデザインマスクデータの値を優先的に採用する領域を含むことを特徴とする配線データ生成方法。 - 導電性インクにより基板に形成する配線データを生成する配線データ生成装置であって、
前記配線データの基礎となる基礎配線データを取得する基礎配線データ取得部と、
前記基礎配線データの一部を間引くマスクデータを取得するマスクデータ取得部と、
前記基礎配線データに対して前記マスクデータを適用した前記配線データを求める演算部と、を備え、
前記マスクデータは、配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されており、
前記マスクデータは、前記基礎配線データの値よりもデザインマスクデータの値を優先的に採用する領域を含むことを特徴とする配線データ生成装置。 - 請求項2に記載の配線データ生成装置と、導電性インクを吐出する吐出ノズルを有するヘッドと、を備えることを特徴とする印刷装置。
- 請求項2に記載の配線データ生成装置と、導電性インクを吐出する吐出ノズルを有するヘッドを備えた印刷装置と、を含むことを特徴とする印刷システム。
- 請求項1に記載の配線データ生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 導電性インクにより基板に形成される配線であって、
前記配線は、基礎となる基礎配線データに対してマスクデータによるデータの間引き処理が行われた配線データに基づいて形成されるものであり、
前記マスクデータは、前記配線上に所望のデザインを形成するデザインマスクデータを含んで構成されており、
前記マスクデータは、前記基礎配線データの値よりもデザインマスクデータの値を優先的に採用する領域を含むことを特徴とする配線。 - 請求項6に記載の配線が形成されたことを特徴とする電子回路基板。
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