JP6403785B2 - 製造装置及び製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、積層造形法を用いて立体造形物を製造する製造装置及び製造方法に関する。
立体造形物の製造方法には、立体造形物を複数の層に分けて形成した層状の材料を、順次積み重ねて立体造形物を製造する積層造形法がある。積層造形法としては、例えば、光造形法（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）、熱溶解積層法（ＦＤＭ：Fused Deposition Molding）などが知られている。例えば、特許文献１に開示される製造装置では、３軸方向に移動可能なステージ上に、金属や樹脂の粉末材料を押圧して形成した平板状の材料が載置される。この平板状の材料は、レーザ光が照射されることによって溶融し、さらに時間の経過とともに凝固して層状の造形物（文献では、「平板状材料部材」）となる。その後、製造装置は、平板状材料部材の表面を平坦化した上に、次の平板状材料部材を積層する。製造装置は、積層した平板状材料部材に対してレーザ光を照射し、溶融及び凝固させることによって、既に造形された部分と一体化させる。このような平板状材料部材の積層、溶融、凝固、平坦化を順次繰り返して立体造形物を製造する。
特開２０１１−２４１４５０号公報
ところで、この種の製造装置は、例えば、金属を溶融させた導電性材料や樹脂を溶融させた絶縁性材料などを用いて、配線パターンや絶縁層を備える多層配線基板を造形することにも応用可能となる。また、電子部品を実装する実装機を併用することで、多層配線基板の造形から電子部品の実装までの一連の作業を一括して実施できる製造装置が実現可能となる。しかしながら、このような製造装置を考えた場合に、例えば、多層配線基板を所定の厚さでスライスした複数の層を順次積み上げる作業を実施しつつ、必要に応じて電子部品を立体造形物に実装する作業が必要となる。このため、絶縁層の造形、配線パターンの造形、及び電子部品の実装などの各作業工程を実施するごとに、製造中の立体造形物を印刷装置や実装機から取り出して、他の装置に移し替える必要が生じる。その結果、装置間の移動の際に立体造形物を再配置し位置合わせを行う必要が生じ、作業工程の移行がスムーズに行えない問題がある。
本発明は、上記した課題を鑑みてなされたものであり、積層造形法を用いて立体造形物を製造する製造装置において、作業工程の移行に要する時間の短縮が図れる製造装置及び製造方法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、本願の請求項１に記載の製造装置は、立体造形物を載置する載置面を有するステージと、載置面に平行であり互いに異なる方向の第１方向及び第２方向に向かってステージを移動させる駆動装置と、ステージが移動可能な範囲内に設けられ、複数の層に分けて形成する立体造形物の各層を形成し、各層に含まれる絶縁層及び配線パターンのうち少なくとも１つを造形する造形ユニットと、ステージが移動可能な範囲内に設けられ、造形ユニットによって形成された立体造形物に対して電子部品を実装する実装ユニットと、造形ユニットによる造形と、実装ユニットによる実装の作業工程に応じて決定される経路に従って、ステージを造形ユニットと実装ユニットの作業位置に移動させてステージ上に立体造形物を積層造形する制御部と、を備えることを特徴とする。なお、立体造形物とは、例えば、電子部品が実装される多層配線基板、あるいはコネクタなど電子部品が内蔵される電気機器を含む。
また、請求項２に記載の製造装置では、請求項１に記載の製造装置において、第１方向と、第２方向とは、互いに直交する方向であり、駆動装置は、第１及び第２方向に加えて、載置面に直交する第３方向にもステージを移動可能に構成されることを特徴とする。
また、請求項３に記載の製造装置では、請求項２に記載の製造装置において、造形ユニット及び実装ユニットは、第３方向に対する作業位置が固定された状態であり、当該作業位置が同一平面状に位置することを特徴とする。
また、請求項４に記載の製造装置では、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造装置において、造形ユニットは、液滴吐出法によりステージ上に液状の材料を吐出する吐出部を備えることを特徴とする。
また、請求項５に記載の製造装置では、請求項４に記載の製造装置において、立体造形物は、多層配線基板であり、造形ユニットは、複数設けられ、吐出部によりステージ上に吐出された導電性材料を焼成して配線パターンを造形する造形ユニットと、吐出部によりステージ上に吐出された絶縁性材料を硬化させて絶縁層を造形する造形ユニットの少なくとも２つの造形ユニットを含むことを特徴とする。
また、請求項６に記載の製造装置では、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造装置において、造形ユニット及び実装ユニットは、製造装置本体に対して着脱可能に構成されることを特徴とする。
また、請求項７に記載の製造装置では、請求項６に記載の製造装置において、作業工程に基づいて、ステージが移動する経路長が最小化するように、ステージの移動方向に対する造形ユニット及び実装ユニットの配置を決定することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本願の請求項８に記載の製造方法は、立体造形物を載置する載置面を有するステージと、載置面に平行であり互いに異なる方向の第１方向及び第２方向に向かってステージを移動させる駆動装置と、ステージが移動可能な範囲内に設けられ複数の層に分けて形成する立体造形物の各層を形成し、各層に含まれる絶縁層及び配線パターンのうち少なくとも１つを造形する造形ユニットと、ステージが移動可能な範囲内に設けられ造形ユニットによって形成された立体造形物に対して電子部品を実装する実装ユニットと、を備える製造装置に対し、造形ユニットによる造形と、実装ユニットによる実装の作業工程に応じて決定される経路に従って、ステージを造形ユニットと実装ユニットの作業位置に移動させてステージ上に立体造形物を積層造形させることを特徴とする。
本願の請求項１に記載の製造装置では、立体造形物が載置されるステージを第１方向及び第２方向に移動させる駆動装置を備える。第１及び第２方向は、ステージの載置面に平行であり互いに異なる方向である。また、立体造形物の各層を形成し、各層に含まれる絶縁層及び配線パターンのうち少なくとも１つを造形する造形ユニットと、電子部品を実装する実装ユニットとは、ステージが移動可能な範囲内に設けられる。そして、制御部は、造形ユニットによる造形と、実装ユニットによる実装の作業工程に応じて各ユニットの作業位置にステージを移動させることで、ステージ上に立体造形物を積層造形する。なお、造形ユニットが立体造形物を造形する手法としては、例えば、光造形法、粉末焼結法、熱溶解積層法、ＵＶ硬化インクジェット法、インクジェットバインダ法などが適用可能である。より具体的には、金属や樹脂の粉末を層状に敷き詰めてレーザで焼結する手法、バインダ（結合材）を添加して固める手法、紫外線硬化樹脂をインクジェット法で吐出した後に紫外線を照射して硬化させる手法、熱可塑性樹脂を高温で溶かし積層させる手法などである。
当該製造装置では、ステージの移動可能な範囲内に設けられた各ユニットの作業位置に駆動装置がステージを移動させ、造形ユニットにより立体造形物を積層造形しつつ、実装ユニットにより電子部品を実装することができる。このため、例えば、絶縁層の造形、配線パターンの造形、及び電子部品の実装などの各作業工程を実施するごとに、ステージ上のワークを取り出して再度位置合わせを実施する必要がなく、作業工程の移行がスムーズとなる。その結果、当該製造装置では、作業工程の移行に要する時間の短縮が図れる。また、当該製造装置は、例えば、電子部品実装基板のプロトタイプ（試験回路など）を製造する装置として好適である。具体的には、試験回路のような大量生産が不要な回路基板を製造する場合には、実装ユニットが保有すべき電子部品の数が少なくなるため、造形ユニットの小型化に合わせて装置全体の小型化が図れる。また、当該製造装置では、１つの製造装置内で多層配線基板の造形から電子部品の実装までの一連の作業を一括して実施できるため、生産時間の制限が比較的少ない試験回路を一括して自動で製造する作業に適している。
また、本願の請求項２に記載の製造装置では、駆動装置がステージを互いに直交する第１〜第３方向に移動させることが可能となる。これにより、当該製造装置では、例えば、複数の層に分けて造形するワークの層数が増加するのに応じて、即ち、ステージ上に造形されたワークの高さが増加するのに応じて、駆動装置がステージの第３方向における位置を調整することで、造形ユニットの作業位置を調整することなく造形処理を継続することが可能となる。このため、各ユニットの作業位置に応じてステージ側が位置調整されることによって、各ユニットの作業位置が固定できる。各ユニットは、例えば、第３方向に駆動する駆動機構などが不要となり、ユニット全体の小型化が可能となる。
また、本願の請求項３に記載の製造装置では、造形ユニット及び実装ユニットの各々の作業位置が、第３方向において固定され同一平面状となる。これにより、当該製造装置では、各ユニット間をステージが移動する場合に、ステージを第３方向に対して位置調整する調整量が極めて少ない、あるいは不要となり、ステージの位置調整に必要な作業時間の短縮、即ち、製造時間の短縮がより一層図れる。
また、本願の請求項４に記載の製造装置では、造形ユニットが吐出部を備えることにより、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）を用いてステージ上にワークを好適に積層造形することが可能となる。
また、本願の請求項５に記載の製造装置では、液滴吐出法により導電性材料を吐出及び焼成して配線パターンを造形する造形ユニットと、絶縁性材料を吐出及び硬化して絶縁層を造形する造形ユニットの少なくとも２つの造形ユニットが設けられる。これにより、当該製造装置では、配線パターン又は絶縁層を造形する作業工程に応じて２つの造形ユニットを使い分けるとともに、当該ユニットの間でステージを移動させることで、多層配線基板を積層造形法により迅速に造形することが可能となる。
また、本願の請求項６に記載の製造装置では、造形ユニット及び実装ユニットの各ユニットが、製造装置本体に対して着脱可能に構成されているため、製造する立体造形物の種類、構造等に応じて必要なユニットの増設や不要なユニットの撤去が可能となる。従って、当該製造装置では、様々な種類の立体造形物の製造に対応でき、汎用性を高めることが可能となる。
また、本願の請求項７に記載の製造装置では、作業工程の進行に応じて移動するステージの経路長が最小化するように、造形ユニット及び実装ユニットの配置を決定する。これにより、製造装置の使用者等は、当該製造装置の指示等に従って、例えば、ステージの移動方向に対する各ユニットの向きを変更することで、作業工程の移行においてユニット間を移動するステージの移動時間の短縮が図れる。
さらに、本願に係る発明は、製造装置に限定されることなく、立体造形物を載置するステージと、当該ステージを移動させる駆動装置と、造形ユニットと、実装ユニットとを備える製造装置に対する製造方法の発明としても実施し得るものである。
本実施例の電子デバイス製造装置の構成を示す模式図である。 電子デバイス製造装置の構成を示すブロック図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明するための模式図である。 電子デバイスの製造時にステージが移動する移動経路を説明するための図である。 別例の電子デバイス製造装置の構成を示す模式図である。 別例の電子デバイス製造装置の構成を示す模式図である。
以下、本発明の製造装置の一実施例として電子デバイス製造装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施例の電子デバイス製造装置（以下、「製造装置」と略する場合がある）１０の構成を示している。製造装置１０は、搬送装置１１と、第１造形ユニット１３と、第２造形ユニット１５と、部品実装ユニット１７とを備える。製造装置１０は、これらのユニット１３〜１７等がベース１９の上方に配置されている。ベース１９は、平面視における形状が略長方形状をなしている。なお、以下の説明では、ベース１９の長手方向をＸ軸方向、ベース１９の短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に沿った直線を中心に回転する方向をθ軸方向と称して説明する。
搬送装置１１は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸スライド機構２１と、Ｙ軸方向に延びるＹ軸スライド機構２３とを有している。Ｘ軸スライド機構２１は、ベース１９によって保持されており、Ｘ軸スライダ２５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。Ｘ軸スライド機構２１は、電磁モータ６１（図２参照）の駆動に応じて、Ｘ軸スライダ２５がＸ軸方向における任意の位置に移動する。また、Ｙ軸スライド機構２３は、Ｙ軸方向の一方の端部がＸ軸スライダ２５に保持されており、ステージ２７がＹ軸方向に移動可能に設けられている。Ｙ軸スライド機構２３は、電磁モータ６３（図２参照）の駆動に応じて、ステージ２７がＹ軸方向における任意の位置に移動する。従って、ステージ２７は、Ｘ軸スライド機構２１及びＹ軸スライド機構２３が駆動することによって、ベース１９上の任意の位置に移動可能となっている。
ステージ２７は、基台３１と、保持装置３３とを有している。基台３１は、平板状に形成され、上面に造形プレートＰ（図３参照）が載置される。保持装置３３は、基台３１におけるＸ軸方向の両側に設けられている。ステージ２７は、基台３１上に載置された造形プレートＰのＸ軸方向の端部を、基台３１と保持装置３３との間に挟み込むことにより、造形プレートＰを所定の位置で固定的に保持する。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、基台３１の造形プレートＰを載置する面（載置面の一例）に対して平行で互いに直交する方向となっている。
また、搬送装置１１は、造形プレートＰとともに基台３１をＺ軸方向に昇降する昇降装置３５を有している。昇降装置３５は、駆動部６５（図２参照）の駆動に応じて、基台３１を上昇させ、あるいは下降させて、造形プレートＰのＺ軸方向における位置を変更する。駆動部６５は、基台３１を昇降させる駆動源として、例えば、エアシリンダを備えている。また、昇降装置３５は、駆動部６５の駆動に応じて、基台３１をθ軸方向に回転させる。駆動部６５は、基台３１をθ軸方向に回転させる駆動源として、例えば、電磁モータを備えている。昇降装置３５は、ステージ２７とともに一体となって、ベース１９上の任意の位置に移動する。
また、第１造形ユニット１３、第２造形ユニット１５、及び部品実装ユニット１７の３つのユニット１３〜１７は、ベース１９の上方（図１のＺ軸方向における手前側）に設けられている。製造装置１０は、装置上部に設けられた接続部（図示略）に対して各ユニット１３〜１７が着脱可能に構成されている。例えば、製造装置１０は、接続部として、各ユニット１３〜１７が接続可能な共通の複数のコネクタと、当該コネクタに接続された各ユニット１３〜１７を保持する保持機構とを備えている。このため、製造装置１０は、製造する電子デバイス１００（図１０参照）の種類などに応じて、各種ユニットの増設、あるいは撤去が可能となっている。ユニット１３〜１７は、ステージ２７及び造形プレートＰの上方から造形プレートＰ上に立体造形物の造形や電子部品９５（図１０参照）の実装などの各種作業を行う。
第１造形ユニット１３は、例えば、電子デバイス１００（図１０参照）の配線パターン７５やピラー９１，９９を造形するユニットであり、第１印刷部４１と、焼成部４３とを備えている。第１印刷部４１は、例えば、インクジェットヘッド７１（図３参照）を駆動して、導電性材料を造形プレートＰ上に吐出する。導電性材料は、例えば、金属ナノ粒子（例えば銀）を含むインクである。インクジェットヘッド７１は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって、Ｙ軸方向に並設された複数のノズルから導電性材料を吐出する。
焼成部４３は、造形プレートＰ上に吐出された導電性材料に対し、照射部７３（図４参照）からレーザ光を照射して焼成する。そして、第１造形ユニット１３は、例えば、ステージ２７の移動にともなって、第１印刷部４１の下方の位置に造形プレートＰが移動してくると、インクジェットヘッド７１によって造形プレートＰ上に導電性材料を吐出しつつ、吐出された導電性材料を照射部７３によって焼成して配線パターン７５やピラー９１，９９を形成する。
第２造形ユニット１５は、例えば、電子デバイス１００の絶縁層８５（図１０参照）を造形するユニットであり、第２印刷部４５と、硬化部４７とを備えている。第２印刷部４５は、例えば、インクジェットヘッド７７（図５参照）を駆動して、造形プレートＰ上に紫外線硬化樹脂を吐出する。なお、インクジェットヘッド７７は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式でもよく、樹脂を加熱して気泡を発生させノズル口から吐出するサーマル方式でもよい。
硬化部４７は、インクジェットヘッド７７によって造形プレートＰ上に吐出された１層又は所定の複数層の紫外線硬化樹脂の上面を平滑化する平滑化ローラ部７９（図６参照）を備える。平滑化ローラ部７９は、例えば、紫外線硬化樹脂の表面を均しながら余剰分の樹脂をローラもしくはブレード（図示略）で掻き取って回収することによって、各層の厚みを均一に維持する。
また、硬化部４７は、紫外線を下方に向けて照射する発光部８１（図６参照）を有している。発光部８１は、例えば、光源として水銀ランプもしくはＬＥＤを備える。硬化部４７は、発光部８１を駆動して、造形プレートＰ上に吐出された紫外線硬化性樹脂に対し紫外線を照射し硬化させる。そして、第２造形ユニット１５は、例えば、ステージ２７の移動にともなって、第２印刷部４５の下方の位置に造形プレートＰが移動してくると、インクジェットヘッド７７によって造形プレートＰ上に紫外線硬化性樹脂を吐出しつつ、吐出された紫外線硬化性樹脂を硬化部４７によって硬化させて絶縁層８５を造形する。
部品実装ユニット１７は、第１造形ユニット１３が造形するピラー９１に接続される各種の電子部品９５（図８参照）を実装するユニットであり、実装部４８と、供給部４９とを備えている。実装部４８は、電子部品９５を吸着ノズル９３（図８参照）によって保持する実装ヘッドを有する。また、実装部４８は、吸着ノズル９３を昇降させるノズル昇降装置や軸心回りに自転させるノズル自転装置を有しており、吸着ノズル９３が保持する電子部品９５のＺ軸方向の位置及び電子部品９５の保持姿勢を変更することが可能とされている。また、実装部４８は、配線パターン７５やピラー９１などを撮像して実装位置を確認するためのカメラや電子部品９５を撮像し部品の位置を確認するためのカメラを備えてもよい。
供給部４９は、例えば、テーピング化された電子部品９５を１つずつ送り出すテープフィーダを複数有しており、実装部４８へ電子部品９５を供給する。なお、供給部４９は、テープフィーダに限らず、トレイから電子部品９５をピックアップして供給するトレイ型の供給装置でもよい。また、供給部４９は、テープ型とトレイ型との両方、あるいはそれ以外の供給装置を備えた構成でもよい。部品実装ユニット１７は、例えば、ステージ２７の移動にともなって、実装部４８の下方の位置に造形プレートＰが移動してくると、実装部４８の実装ヘッドを供給部４９の部品供給位置まで移動させるとともに、供給部４９を駆動させて必要な部品を供給させる。そして、実装部４８は、実装ヘッドの吸着ノズル９３が供給部４９の供給位置から吸着保持した電子部品９５を、例えば、造形プレートＰ上に造形されたワークのピラー９１が造形された位置、あるいは造形する予定の位置に応じた場所に実装する。
上記した３つのユニット１３〜１７は、各ユニット１３〜１７の作業位置が、Ｚ軸方向において固定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な同一平面状に位置している。詳述すると、例えば、第１造形ユニット１３のインクジェットヘッド７１のノズル口と、第２造形ユニット１５のインクジェットヘッド７７のノズル口とは、Ｚ軸方向における位置が同位置であり、且つ固定されている。換言すれば、インクジェットヘッド７１，７７は、ステージ２７がＺ軸方向に移動しない状態では、ステージ２７（造形する立体造形物）とのＺ軸方向における距離が同一となる。同様に、例えば、インクジェットヘッド７１から吐出された導電性材料の液滴がステージ２７上に造形中のワークに当たる時の位置（作業位置）と、実装部４８の実装ヘッドが吸着ノズル９３で吸着した電子部品９５をワーク上に実装する時の位置（作業位置）とは、Ｚ軸方向において同位置となっている。これにより、本実施形態の製造装置１０では、各ユニット１３〜１７間をステージ２７が移動する場合に、ステージ２７をＺ軸方向に対して位置調整する調整量が極めて少ない、あるいは不要となる。
図２に示すように、製造装置１０は、装置全体を統括制御する制御装置５１を備えている。制御装置５１は、コントローラ５３と、複数の駆動回路５５とを備えている。コントローラ５３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路５５に接続されている。また、制御装置５１は、製造する電子デバイス１００の作業工程に応じて搬送装置１１や各ユニット１３〜１７を制御するための制御データが保存された記憶装置５７を有する。記憶装置５７は、例えば、ハードディスク装置などの光学ドライブ装置である。記憶装置５７に保存された制御データは、例えば、電子デバイス１００の絶縁層８５を、所定の厚みでスライスした複数層の断面形状の造形データや、造形した絶縁層８５に電子部品９５を実装するための位置情報（レシピなど）を含むデータである。複数の駆動回路５５の各々は、上記した保持装置３３、電磁モータ６１，６３、駆動部６５、ユニット１３〜１７などに接続されている。コントローラ５３は、例えば、記憶装置５７の制御データに基づいて、駆動回路５５を介して、保持装置３３などの動作を制御する。そして、コントローラ５３は、制御データに基づいた作業工程に従って、ステージ２７を第１造形ユニット１３、第２造形ユニット１５、及び部品実装ユニット１７のいずれかの作業位置に順次移動させて造形プレートＰ上に電子デバイス１００を製造する。
次に、製造装置１０が電子デバイス１００を製造する動作について説明する。
本実施形態の製造装置１０は、上述した構成によって、例えば、図１０に示す絶縁層８５に埋設された電子部品９５と接続される配線パターン７５及びピラー９１，９９が形成された多層配線基板８６を、複数の層に分けて造形プレートＰの上に層を順次積み重ねて造形する。
詳述すると、まず、制御装置５１のコントローラ５３は、Ｘ軸スライド機構２１及びＹ軸スライド機構２３を制御し、図３に示す造形プレートＰがセットされたステージ２７（図１参照）を、第１造形ユニット１３に搬入し、第１印刷部４１の作業位置となるインクジェットヘッド７１の下部まで移動させる。コントローラ５３は、記憶装置５７に保存されている１層目の断面形状の造形データに基づいて第１造形ユニット１３を制御し、インクジェットヘッド７１から造形プレートＰ上に導電性材料を吐出する。造形プレートＰ上には、複数の液滴で形成された導電性材料の膜が形成される。
また、コントローラ５３は、焼成部４３を制御して、図４に示すように、インクジェットヘッド７１が吐出した導電性材料の膜に照射部７３からレーザ光を照射して局所的に加熱して焼成する。これにより、造形プレートＰ上には、１層目の断面形状が造形される。焼成部４３のレーザ光源は、例えば、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等である。
なお、コントローラ５３は、インクジェットヘッド７１によって先に複数の層を印刷しておき、照射部７３によって複数の層をまとめて焼成してもよい。コントローラ５３は、図３及び図４に示す作業を１回又は複数回実施して造形プレートＰ上に所望の配線パターン７５を造形する。また、コントローラ５３は、インクジェットヘッド７１による吐出と並行して、照射部７３による加熱処理を実施してもよい（図７参照）。
例えば、コントローラ５３は、図３に示すように、造形プレートＰとともにステージ２７を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させつつ、第１造形ユニット１３の作業を実施する。本実施形態の製造装置１０では、ステージ２７を主体として移動させるため、第１造形ユニット１３のインクジェットヘッド７１や照射部７３の位置（Ｘ軸方向など）を固定することができる。
次に、図５に示すように、コントローラ５３は、Ｘ軸スライド機構２１及びＹ軸スライド機構２３を制御し、造形プレートＰ及びステージ２７を、第２造形ユニット１５に搬入し、第２印刷部４５の作業位置となるインクジェットヘッド７７の下部まで移動させる。コントローラ５３は、記憶装置５７に保存された造形データに基づいて第２造形ユニット１５を制御し、インクジェットヘッド７７から造形プレートＰ上に絶縁性材料を吐出する。絶縁性材料は、例えば、紫外線硬化樹脂である。
また、コントローラ５３は、硬化部４７を制御して、図６に示すように、平滑化ローラ部７９によって、造形プレートＰ上に形成された層状の紫外線硬化樹脂の膜の表面を平滑化する。平滑化ローラ部７９は、例えば、層状のワーク（立体造形物）の表面に押し当てられた状態で、ステージ２７がＸ軸方向に移動することで、ワークの表面の平滑化や余剰分の紫外線硬化樹脂の回収を行う。なお、第１造形ユニット１３を、第２造形ユニット１５と同様に、平滑化ローラ部７９を備える構成とし、配線パターン７５の造形においても平滑化を実施してもよい。
また、コントローラ５３は、硬化部４７を制御して、インクジェットヘッド７７が吐出した紫外線硬化樹脂に発光部８１から紫外線を照射して硬化する。なお、コントローラ５３は、平滑化ローラ部７９及び発光部８１を同時に駆動して、平滑化する処理と並行して硬化する処理を実行してもよい。第２造形ユニット１５は、インクジェットヘッド７７による吐出、平滑化ローラ部７９による平滑化、及び発光部８１による硬化の一連の工程を繰り返し実行し、配線パターン７５の上に絶縁層８５を造形する。絶縁層８５には、ピラー９１（図７参照）を形成するための貫通孔８７が、配線パターン７５の位置に合わせて造形されている。また、絶縁層８５には、電子部品９５を埋設するための凹設部８９が、略中央部に造形されている。なお、貫通孔８７及び凹設部８９を形成する方法は、造形データに基づいてインクジェットヘッド７７から紫外線硬化樹脂を吐出する位置を調整して形成する方法に限らない。例えば、一度、絶縁層８５を平板状に形成した後に、レーザ光などを照射して絶縁層８５の一部を除去することによって、貫通孔８７等を形成してもよい。また、サポート材を用いて貫通孔８７等を形成してもよい。ここでいうサポート材とは、例えば、所望の形状の立体造形物を造形するために用いられる型枠などであり、立体造形物を造形した後に除去されるものである。サポート材としては、例えば、水，薬品等の特定の液体に溶解可能な材料を用いることができる。
次に、図７に示すように、コントローラ５３は、再度、ステージ２７を第１造形ユニット１３に搬入する。コントローラ５３は、第１造形ユニット１３を制御し、インクジェットヘッド７１から貫通孔８７内に導電性材料を吐出する。また、コントローラ５３は、焼成部４３を制御して、貫通孔８７内の導電性材料に照射部７３からレーザ光を照射して焼成する。コントローラ５３は、例えば、インクジェットヘッド７７による吐出と並行して、照射部７３による加熱処理を実施する。コントローラ５３は、インクジェットヘッド７１による吐出と、照射部７３による焼成とを繰り返し実行する。絶縁層８５には、配線パターン７５に接続されＺ軸方向に貫通するピラー９１が造形される。そして、コントローラ５３は、第１造形ユニット１３及び第２造形ユニット１５を制御して、上記した図３〜図７までの処理を繰り返し実行し、例えば、図８に示す配線パターン７５やピラー９１が形成された絶縁層８５が積層された多層配線基板８６（立体造形物）を造形する。
次に、コントローラ５３は、ステージ２７を部品実装ユニット１７に搬入する。図８に示すように、コントローラ５３は、部品実装ユニット１７を制御して、実装部４８の供給部４９から実装ヘッドの吸着ノズル９３に供給された電子部品９５を、凹設部８９内に実装する。吸着ノズル９３は、例えば、正負圧供給装置（図示略）から負圧エア又は正圧エアが供給される。吸着ノズル９３は、負圧にて電子部品９５を吸着保持し、僅かな正圧が供給されることで保持した電子部品９５を離脱する構造とされている。コントローラ５３は、部品実装ユニット１７を制御して、吸着ノズル９３の位置や電子部品９５の向きなどを調整し、電子部品９５を凹設部８９内に実装する。なお、本実施例では、図１に示すステージ２７は、基台３１をθ軸方向に回転させる昇降装置３５を備えている。このため、製造装置１０は、昇降装置３５によりステージ２７（造形プレートＰ）を回転させ、電子部品９５の多層配線基板８６に対する向きなど調整する場合には、吸着ノズル９３にノズル自転装置などを設けなくともよい。
次に、コントローラ５３は、再度、ステージ２７を第２造形ユニット１５に搬入する。コントローラ５３は、第２造形ユニット１５を制御して、インクジェットヘッド７７による紫外線硬化樹脂の吐出、平滑化ローラ部７９による平滑化、及びに発光部８１による紫外線硬化樹脂の硬化の一連の工程を繰り返し実行し、凹設部８９内の電子部品９５を埋設する。図９に示すように、多層配線基板８６には、電子部品９５の接続端子の位置に合わせて貫通孔９７が形成される。
次に、コントローラ５３は、再度、ステージ２７を第１造形ユニット１３に搬入する。コントローラ５３は、造形データに基づいて第１造形ユニット１３を制御し、インクジェットヘッド７１から貫通孔９７内に導電性材料を吐出する。また、コントローラ５３は、焼成部４３を制御して、貫通孔９７内の導電性材料に照射部７３からレーザ光を照射して焼成する。コントローラ５３は、インクジェットヘッド７１による吐出と、照射部７３による焼成とを繰り返し実行する。図１０に示すように、多層配線基板８６には、電子部品９５の接続端子に接続されＺ軸方向に貫通するピラー９９が造形される。このようにして、製造装置１０は、各ユニット１３〜１７を用いて造形プレートＰ上に電子デバイス１００を製造することが可能となる。
＜ステージ２７の経路長の最小化処理＞
次に、本実施形態の制御装置５１は、記憶装置５７に保存された制御データに基づいて、作業工程ごとに搬送装置１１や各ユニット１３〜１７を制御する。この際に、製造装置１０では、作業工程の進行に応じて移動するステージ２７の経路長が最小化するように、各ユニット１３〜１７の配置を決定する。詳述すると、図１１は、電子デバイス１００の製造時においてステージ２７が移動する移動経路の一例を示している。図１１の上の図に示す移動経路１１０では、第１造形ユニット１３での作業が終了した後に、部品実装ユニット１７での作業を実施し、最後に第２造形ユニット１５での作業を実施している。製造工程の全体において、このような移動経路１１０に沿った移動が多い場合には、図１１の下の図に示す移動経路１１３のように、ステージ２７の移動方向に対する第２造形ユニット１５の向きを変更することが有効となる。第２造形ユニット１５は、Ｚ軸方向に沿った直線を中心に１８０度回転した状態となっている。本実施例の製造装置１０では、各ユニット１３〜１７が装置本体に対して着脱可能に構成されているため、例えば、使用者等が第２造形ユニット１５を取り外して再度装着し直すことで第２造形ユニット１５の向きが変更可能となっている。
制御装置５１は、部品実装ユニット１７での作業を実施した後、第２造形ユニット１５の第２印刷部４５の作業位置までステージ２７を移動させる必要がある。しかしながら、移動経路１１０では、部品実装ユニット１７の実装部４８と、第２造形ユニット１５の第２印刷部４５との間に硬化部４７が位置しているため、距離が長くなってしまう。これに対し、移動経路１１３では、第２印刷部４５が硬化部４７に対し実装部４８側に配置されるため、実装部４８から第２印刷部４５までの移動距離が短くなる。従って、制御装置５１は、製造する電子デバイス１００の種類に応じて変更される作業工程を実行する前に、当該作業工程を実行することでステージ２７が移動する移動経路１１０，１１３の経路長が最小化するように、各ユニット１３〜１７の配置を決定する。そして、例えば、制御装置５１は、最適化した各ユニット１３〜１７の配置を、表示部に表示し使用者等に対して報知する。
ちなみに、上記実施例において、搬送装置１１は、駆動装置の一例である。第１造形ユニット１３及び第２造形ユニット１５は、造形ユニットの一例である。部品実装ユニット１７は、実装ユニットの一例である。制御装置５１は、制御部の一例である。インクジェットヘッド７１，７７は、吐出部の一例である。電子デバイス１００は、立体造形物の一例である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、第１及び第２方向の一例である。Ｚ軸方向は、第３方向の一例である。
以上、上記した本実施例によれば以下の効果を奏する。
＜効果１＞製造装置１０は、ワーク（多層配線基板８６）を載置するステージ２７をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる搬送装置１１を備えている。また、第１造形ユニット１３、第２造形ユニット１５、及び部品実装ユニット１７は、ステージ２７が移動可能な範囲内に設けられている。そして、制御装置５１のコントローラ５３は、記憶装置５７に保存された電子デバイス１００を製造するための作業工程等が設定された制御データに応じて、各ユニット１３〜１７の作業位置にステージ２７を順次移動させることで、ステージ２７上に電子デバイス１００を製造する。これにより、当該製造装置１０では、第１造形ユニット１３による配線パターン７５の造形、第２造形ユニット１５による絶縁層８５の造形及び部品実装ユニット１７による電子部品９５の実装などの各作業工程を実施するごとに、ステージ２７上のワークを取り出して再度位置合わせをする必要がなく、作業工程の移行がスムーズとなる。その結果、当該製造装置１０では、作業工程の移行に要する時間の短縮が図れる。
また、当該製造装置１０では、各ユニット１３〜１７が使用するステージ２７を共有化しており、任意のユニット１３〜１７が作業を行っている間は、他のユニット１３〜１７が作業を実施しない。このため、ユニット１３〜１７は、インクジェットヘッド７１や実装ヘッドが移動する作業領域の一部を互いに重複させることが可能となる。従って、製造装置１０は、各ユニット１３〜１７を近接して配置し、ステージ２７の移動時間の短縮を図るとともに、装置全体の小型化も図ることが可能となる。
＜効果２＞コントローラ５３は、搬送装置１１のＸ軸スライド機構２１、Ｙ軸スライド機構２３及び昇降装置３５を制御して、ステージ２７を互いに直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向）に移動させることが可能となっている。これにより、当該製造装置１０では、例えば、複数の層に分けて造形する多層配線基板８６の層数が増加するのに応じて、搬送装置１１がステージ２７のＺ軸方向における位置を調整することで、第２造形ユニット１５の作業位置を調整することなく造形処理を継続することが可能となる。従って、各ユニット１３〜１７は、インクジェットヘッド７１，７７や実装ヘッドをＺ軸方向に移動させるための駆動機構などが不要となり、ユニット１３〜１７全体の小型化が可能となる。
＜効果３＞製造装置１０は、ユニット１３〜１７の各々の作業位置が、Ｚ軸方向において固定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な同一平面状に位置している。これにより、製造装置１０では、各ユニット１３〜１７間をステージ２７が移動する場合に、ステージ２７をＺ軸方向に対して位置調整する調整量が極めて少ない、あるいは不要となり、作業工程の移行においてユニット１３〜１７間を移動するステージ２７の位置調整に必要な作業時間の短縮、即ち、製造時間の短縮がより一層図れる。
＜効果４＞第１造形ユニット１３及び第２造形ユニット１５は、インクジェットヘッド７１，７７を備えており、当該インクジェットヘッド７１，７７を駆動させてステージ２７（造形プレートＰ）上に複数層からなる立体造形物（多層配線基板８６）を好適に造形することが可能となっている。
＜効果５＞第１造形ユニット１３は、インクジェットヘッド７１から導電性材料を吐出し、焼成部４３によって焼成して配線パターン７５を造形する。第２造形ユニット１５は、インクジェットヘッド７７から紫外線硬化樹脂を吐出し、硬化部４７によって硬化して絶縁層８５を造形する。従って、製造装置１０では、配線パターン７５又は絶縁層８５を造形する作業工程に応じて２つの第１及び第２造形ユニット１３，１５を使い分けるとともに、第１及び第２造形ユニット１３，１５の間でステージ２７を移動させることで、多層配線基板８６を積層造形法により迅速に造形することが可能となっている。
＜効果６＞製造装置１０は、各ユニット１３〜１７が、装置上部に設けられた接続部に対して着脱可能に構成されているため、製造する電子デバイス１００の種類、構造等に応じて必要なユニットの増設や不要なユニットの撤去が可能となっている。従って、製造装置１０では、様々な種類の電子デバイス１００の製造に対応でき、汎用性を高めることが可能となっている。
＜効果７＞製造装置１０では、作業工程の進行に応じて移動するステージ２７の経路長が最小化するように、各ユニット１３〜１７の配置を決定する。これにより、製造装置１０の使用者等は、例えば、制御装置５１が表示部等に表示する指示内容に従って、各ユニット１３〜１７の向きを変更することで（図１１参照）、作業工程の移行においてユニット１３〜１７間を移動するステージ２７の移動時間の短縮を図ることができる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、搬送装置１１がステージ２７を４軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θの各方向）に移動させることが可能な構成としたが、これに限定されず、例えば、搬送装置１１がステージ２７をＸ軸方向及びＹ軸方向の２方向のみに移動させることが可能な構成としてもよい。この場合、ステージ２７をＺ軸方向やθ軸方向へ移動させる昇降装置３５を省略することが可能となる。また、各ユニット１３〜１７を、各ユニット１３〜１７の作業位置が、Ｚ軸方向において可変となる構成とする。
また、上記実施例における各ユニット１３〜１７の配置は一例であり、適宜変更可能である。例えば、図１２に示す製造装置１０Ａのように、各ユニット１３〜１７をＸ軸方向に沿って一直線上に配置する構成でもよい。このような構成では、例えば、各ユニット１３〜１７（インクジェットヘッド７１など）側でＹ軸方向に対する位置調整を行うことで、ステージ２７をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸スライド機構２３をなくすことが可能となる。即ち、搬送装置１１は、ステージ２７をＸ軸方向に移動させるＸ軸スライド機構２１のみの構成に簡素化することが可能となる。
また、上記実施形態において、各ユニット１３〜１７は、作業位置が同一平面状になく、Ｚ軸方向において作業位置が互いに異なる位置であってもよい。
また、上記実施形態において、製造装置１０は、２つの造形ユニット１３，１５を備えたが、１つの造形ユニットだけを備える構成でもよい。
また、上記実施形態において、製造装置１０を、３つのユニット１３〜１７の他に、異なる機能のユニットを備える構成としてもよい。例えば、図１３に示す製造装置１０Ｂは、３つのユニット１３〜１７に加えて、埋設ユニット１２１と、接着剤塗布ユニット１３１を備えている。製造装置１０Ｂは、Ｘ軸スライド機構２１及びＹ軸スライド機構２３の連結部分（ステージ２７の初期位置）を中心とした円周上に、各ユニット１３〜１７，１２１，１３１が配置されている。埋設ユニット１２１は、例えば、上記実施形態における凹設部８９のような比較的大きな穴などを紫外線硬化樹脂で埋めるためのユニットであり、第１塗布部１２３と、第１硬化部１２５とを備える。第１塗布部１２３は、例えば、第２印刷部４５のインクジェットヘッド７７に比べて吐出量が大きいディスペンサを有する。第１硬化部１２５は、硬化部４７の発光部８１に比べて発光量が大きい光源（水銀ランプやＬＥＤなど）を有する。
また、接着剤塗布ユニット１３１は、電子部品９５などを絶縁層８５に接着して固定するためのユニットであり、第２塗布部１３３と、第２硬化部１３５とを備えている。第２塗布部１３３は、例えば、電子部品９５を配置する絶縁層８５の上面に紫外線硬化性を有する接着剤を塗布する。接着剤の種類は、特に限定されないが、立体造形物（絶縁層８５や電子部品９５）の材料に合わせて、例えば、熱による収縮率や接着強度を基準として選定することが好ましい。また、第２硬化部１３５は、接着剤に紫外線を照射して電子部品９５を絶縁層８５に接着させる。例えば、比較的大型の電子部品９５を実装する場合には、凹設部８９を大きく形成するとともに、電子部品９５を接着する必要が生じるため、このような図１３に示す構成の製造装置１０Ｂが有効となってくる。なお、製造装置１０Ｂで追加されたユニット（埋設ユニット１２１及び接着剤塗布ユニット１３１）の機能は、一例である。これに限らず、製造装置１０Ｂは、例えば、はんだを塗布及び焼成するユニットを備えてもよい。
また、上記実施形態において、多層配線基板８６を積層造形する方法は、インクジェット法などの液滴吐出法に限らず、粉末材料を層状に敷き詰めて、バインダーにより粉末材料を結合して造形する方法でもよい。あるいは、粉末材料を層状に敷き詰めて、レーザ光を照射して焼結して造形する方法でもよい。
また、上記実施形態において、各ユニット１３〜１７を、着脱可能に構成したが、装置本体に一体的に設けられ取り外しができない構成でもよい。
１０ 製造装置、１１ 搬送装置、１３ 第１造形ユニット、１５ 第２造形ユニット、１７ 部品実装ユニット、２７ ステージ、５１ 制御装置、７７，７１ インクジェットヘッド、９５ 電子部品、１００ 電子デバイス。

Claims (8)

  1. 立体造形物を載置する載置面を有するステージと、
    前記載置面に平行であり互いに異なる方向の第１方向及び第２方向に向かって前記ステージを移動させる駆動装置と、
    前記ステージが移動可能な範囲内に設けられ、複数の層に分けて形成する前記立体造形物の各層を形成し、前記各層に含まれる絶縁層及び配線パターンのうち少なくとも１つを造形する造形ユニットと、
    前記ステージが移動可能な範囲内に設けられ、前記造形ユニットによって形成された前記立体造形物に対して電子部品を実装する実装ユニットと、
    前記造形ユニットによる造形と、前記実装ユニットによる実装の作業工程に応じて決定される経路に従って、前記ステージを前記造形ユニットと前記実装ユニットの作業位置に移動させて前記ステージ上に前記立体造形物を積層造形する制御部と、
    を備えることを特徴とする製造装置。
  2. 前記第１方向と、前記第２方向とは、互いに直交する方向であり、
    前記駆動装置は、前記第１及び第２方向に加えて、前記載置面に直交する第３方向にも前記ステージを移動可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
  3. 前記造形ユニット及び前記実装ユニットは、前記第３方向に対する作業位置が固定された状態であり、当該作業位置が同一平面状に位置することを特徴とする請求項２に記載の製造装置。
  4. 前記造形ユニットは、液滴吐出法により前記ステージ上に液状の材料を吐出する吐出部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造装置。
  5. 前記立体造形物は、多層配線基板であり、
    前記造形ユニットは、複数設けられ、前記吐出部により前記ステージ上に吐出された導電性材料を焼成して前記配線パターンを造形する造形ユニットと、前記吐出部により前記ステージ上に吐出された絶縁性材料を硬化させて前記絶縁層を造形する造形ユニットの少なくとも２つの造形ユニットを含むことを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
  6. 前記造形ユニット及び前記実装ユニットは、製造装置本体に対して着脱可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造装置。
  7. 前記制御部は、前記作業工程に基づいて、前記ステージが移動する経路長が最小化するように、前記ステージの移動方向に対する前記造形ユニット及び前記実装ユニットの配置を決定することを特徴とする請求項６に記載の製造装置。
  8. 立体造形物を載置する載置面を有するステージと、前記載置面に平行であり互いに異なる方向の第１方向及び第２方向に向かって前記ステージを移動させる駆動装置と、前記ステージが移動可能な範囲内に設けられ複数の層に分けて形成する前記立体造形物の各層を形成し、前記各層に含まれる絶縁層及び配線パターンのうち少なくとも１つを造形する造形ユニットと、前記ステージが移動可能な範囲内に設けられ前記造形ユニットによって形成された前記立体造形物に対して電子部品を実装する実装ユニットと、を備える製造装置に対し、
    前記造形ユニットによる造形と、前記実装ユニットによる実装の作業工程に応じて決定される経路に従って、前記ステージを前記造形ユニットと前記実装ユニットの作業位置に移動させて前記ステージ上に前記立体造形物を積層造形させることを特徴とする製造方法。
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