JP6866198B2

JP6866198B2 - 回路形成装置

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Publication number: JP6866198B2
Application number: JP2017051175A
Authority: JP
Inventors: 克明牧原; 明宏川尻; 良崇橋本; 謙磁塚田
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Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: JP2018157014A

Description

本発明は、硬化性樹脂を吐出する第１吐出ユニットと、金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出ユニットと、硬化性樹脂を硬化させる第１硬化ユニットと、金属含有液を硬化させる第２硬化ユニットとを備える回路形成装置に関するものである。

回路形成装置には、硬化性樹脂を吐出する第１吐出ユニットと、金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出ユニットと、硬化性樹脂を硬化させる第１硬化ユニットと、金属含有液を硬化させる第２硬化ユニットとを備える装置が存在する。そのような回路形成装置では、硬化性樹脂の硬化により形成される樹脂層と、金属含有液の硬化により形成される配線と含む回路が形成される。下記特許文献には、金属含有液の硬化により配線を形成する回路形成装置の一例が記載されている。

特開２０１４−０１３８２９号公報

第１吐出ユニットと第２吐出ユニットと第１硬化ユニットと第２硬化ユニットとを備える回路形成装置では、複数のユニットを配設するために回路形成装置の設置床面積が増大する傾向にある。このため、回路形成装置の設置床面積の増大を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために、本明細書は、硬化性樹脂を吐出する第１吐出装置を含む第１吐出ユニットと、金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出装置を含む第２吐出ユニットと、前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂を硬化させる第１硬化ユニットと、前記第２吐出装置により吐出された金属含有液を硬化させる第２硬化ユニットと、基板が載置されるステージと、前記基板に電子部品を装着する装着ユニットとを備え、前記第１吐出ユニットと前記第１硬化ユニットとが上下方向に隣り合って配設され、前記ステージを各ユニット間で移動させて、前記第１硬化ユニットでの硬化性樹脂の硬化により形成される樹脂層と、前記第２硬化ユニットでの金属含有液の硬化により形成される配線とを含む回路を形成すると共に、前記装着ユニットで前記回路に電子部品を装着する回路形成装置を開示する。

本開示によれば、複数のユニットが上下方向に並んで配設されることで、回路形成装置の設置床面積の増大を抑制することが可能となる。

回路形成装置を側方からの視点で示す概略図である。回路形成装置を上方からの視点で示す概略図である。制御装置を示すブロック図である。キャビティを有する樹脂積層体を示す断面図である。図４のキャビティ内部に電子部品が装着された状態の回路を示す断面図である。図５のキャビティと電子部品との間に樹脂積層体が形成された状態の回路を示す断面図である。図６の樹脂積層体及び電子部品の上面に配線が形成された状態の回路を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

（Ａ）回路形成装置の構成
図１に回路形成装置１０を示す。回路形成装置１０は、３台のステージ２０と、印刷ユニット２２と、樹脂硬化ユニット２４と、焼成ユニット２６と、装着ユニット２８と、ユニット収納庫３０と、ステージ移動装置３２と、制御装置（図３参照）３４とを備える。印刷ユニット２２と、樹脂硬化ユニット２４と、焼成ユニット２６と、装着ユニット２８とは、後に詳しく説明するが、ユニット収納庫３０の内部において、上下方向に並んで配設されている。そして、ステージ移動装置３２が、ユニット収納庫３０に対向した状態で配設されている。

３台のステージ２０の各々は、基板（図４参照）５０を保持するものであり、図２に示すように、基台５２と、保持装置５４と、ステージ昇降装置５６とを有している。基台５２は、概して矩形の平板状に形成され、上面に基板５０が載置される。保持装置５４は、基台５２の両側部に設けられている。そして、基台５２に載置された基板５０の両縁部が、保持装置５４によって挟まれることで、基板５０が固定的に保持される。また、ステージ昇降装置５６は、基台５２の下方に配設されており、基台５２を昇降させる。

印刷ユニット２２は、ステージ２０の基台５２に載置された基板５０の上に紫外線硬化樹脂、若しくは、金属インクを印刷するユニットであり、インクジェットヘッド（図３参照）６０と、インクジェットヘッド（図３参照）６２と、移動装置（図３参照）６４と、平坦化装置（図３参照）６６とを有している。

インクジェットヘッド６０は、基台５２に載置された基板５０の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６０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から吐出するサーマル方式でもよい。また、インクジェットヘッド６２は、基台５２に載置された基板５０の上に、金属インクを吐出する。金属インクは、金属の微粒子が溶剤中に分散されたものである。なお、インクジェットヘッド６２は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから金属インクを吐出する。

移動装置６４は、２台のインクジェットヘッド６０，６２の各々をステージ２０の上方において任意の位置に移動させる。また、平坦化装置６６は、インクジェットヘッド６０によって基板５０の上に吐出された紫外線硬化樹脂の上面を平坦化するものである。具体的に、例えば、平坦化装置６６は、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によって掻き取ることで、紫外線硬化樹脂の厚みを均一させる。

樹脂硬化ユニット２４は、基板５０の上に吐出された紫外線硬化樹脂を硬化させるユニットであり、照射装置（図３参照）６８を有している。照射装置６８は、光源として水銀ランプもしくはＬＥＤを備えており、基板５０の上に吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、基板５０の上に吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂層が造形される。

焼成ユニット２６は、基板５０の上に吐出された金属インクを焼成させるユニットであり、レーザ照射装置（図３参照）７０を有している。レーザ照射装置７０は、基板５０の上に吐出された金属インクにレーザを照射する装置であり、レーザが照射された金属インクは焼成し、配線が形成される。なお、金属インクの焼成とは、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子保護膜の分解等が行われ、金属微粒子が接触または融着をすることで、導電率が高くなる現象である。そして、金属インクが焼成することで、金属製の配線が形成される。

装着ユニット２８は、基板５０の上に電子部品（図５参照）７２を装着するユニットであり、テープフィーダ（図３参照）７４と、装着ヘッド（図３参照）７６と、移動装置（図３参照）７８とを有している。テープフィーダ７４は、テーピング化された電子部品７２を１つずつ送りだし、供給位置において、電子部品７２を供給する。装着ヘッド７６は、電子部品７２を吸着保持するための吸着ノズル（図５参照）８０を有する。吸着ノズル８０は、正負圧供給装置（図示省略）から負圧が供給されることで、エアの吸引により電子部品７２を吸着保持する。そして、正負圧供給装置から僅かな正圧が供給されることで、電子部品７２を離脱する。また、移動装置７８は、テープフィーダ７４による電子部品７２の供給位置と、ステージ２０の基台５２に載置された基板５０との間で、装着ヘッド７６を移動させる。これにより、装着ユニット２８では、テープフィーダ７４から供給された電子部品７２が、吸着ノズル８０により保持され、その吸着ノズル８０によって保持された電子部品７２が、基板５０に装着される。

ユニット収納庫３０は、箱型形状のタワー型収納庫であり、１つの側面が開口している。ユニット収納庫３０の内部は、図１に示すように、３枚の棚板８２によって、上下方向に離間した状態の４つのスペースに区画されている。各スペースは、ステージ２０を収容可能な寸法とされており、各スペースの内部には、後述するステージ移動装置３２の一部が配設されている。そして、ステージ移動装置３２の作動により、各スペースにステージ２０が収容される。また、４つのスペースには、下から順番に、印刷ユニット２２、樹脂硬化ユニット２４、焼成ユニット２６、装着ユニット２８が配設されている。

ステージ移動装置３２は、図１および図２に示すように、テーブル１００と、テーブル昇降装置１０２と、スライド機構１０４とを有している。テーブル１００は、概して矩形の平板状をなし、ステージ２０の基台５２の外寸より大きな外寸とされている。そして、テーブル１００は、ユニット収納庫３０の開口する側面と対向する位置に配設されている。また、テーブル昇降装置１０２は、テーブル１００の下方に配設されており、テーブル１００を昇降させる。これにより、テーブル１００が、ユニット収納庫３０の開口する側面において、印刷ユニット２２等の４つのユニットのうちの任意のユニットと対向する位置に昇降する。

スライド機構１０４は、テーブル１００の上に配設された１対のテーブル側ガイドレール１１０と、印刷ユニット２２等の各ユニットに配設された１対のユニット側ガイドレール１１２と、電磁モータ（図３参照）１１４とを有している。１対のテーブル側ガイドレール１１０は、互いに平行な状態で、ユニット収納庫３０の開口する側面に向かって延び出すように、テーブル１００の上面に配設されている。また、１対のユニット側ガイドレール１１２は、１対のテーブル側ガイドレール１１０と平行な状態で印刷ユニット２２等の各ユニットに配設されている。なお、１対のユニット側ガイドレール１１２の間隔は、１対のテーブル側ガイドレール１１０の間隔と同じとされている。さらに、テーブル１００がテーブル昇降装置１０２の作動により昇降することで、１対のユニット側ガイドレール１１２の端部が、１対のテーブル側ガイドレール１１０の端部と対向する。つまり、ステージ２０がテーブル昇降装置１０２の作動により昇降することで、テーブル側ガイドレール１１０とユニット側ガイドレール１１２とが直線状に配置される。

また、１対のテーブル側ガイドレール１１０、若しくは、１対のユニット側ガイドレール１１２によって、ステージ２０がスライド可能に支持される。ちなみに、図１では、３台のステージ２０が、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４と焼成ユニット２６との３つのユニットの１対のユニット側ガイドレール１１２によって支持されている。また、各ステージ２０は、電磁モータ１１４の作動により制御可能にスライドする。これにより、テーブル側ガイドレール１１０とユニット側ガイドレール１１２とが直線状となるように、テーブル１００が昇降した状態において、印刷ユニット２２等の各ユニットとステージ移動装置３２のテーブル１００との間で、ステージ２０がスライドする。

また、制御装置３４は、図３に示すように、コントローラ１２０と、複数の駆動回路１２２とを備えている。複数の駆動回路１２２は、上記保持装置５４、ステージ昇降装置５６、インクジェットヘッド６０、インクジェットヘッド６２、移動装置６４、平坦化装置６６、照射装置６８、レーザ照射装置７０、テープフィーダ７４、装着ヘッド７６、移動装置７８、テーブル昇降装置１０２、電磁モータ１１４に接続されている。コントローラ１２０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１２２に接続されている。これにより、ステージ２０、印刷ユニット２２、樹脂硬化ユニット２４、焼成ユニット２６、装着ユニット２８の作動が、コントローラ１２０によって制御される。

（Ｂ）回路形成装置の作動
回路形成装置１０では、上述した構成によって、印刷ユニット２２、樹脂硬化ユニット２４、焼成ユニット２６、装着ユニット２８の４つのユニットの間で、複数のステージ２０が順次、移動し、各ユニットにおいて作業が実行されることで、回路が形成される。なお、回路形成装置１０では、３台のステージ２０が４つのユニットの間で、順次、移動可能とされている。以下に、３台のステージ２０のうちの１台のステージ２０を、各ユニットの間で移動させ、基板５０に回路を形成する手法について説明する。

具体的には、ステージ２０の基台５２に基板５０がセットされ、そのステージ２０が、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４との間を移動する。そして、印刷ユニット２２及び樹脂硬化ユニット２４において、図４に示すように、基板５０の上に樹脂積層体１３０が形成される。樹脂積層体１３０は、電子部品７２を装着するためのキャビティ１３２を有しており、インクジェットヘッド６０からの紫外線硬化樹脂の吐出と、吐出された紫外線硬化樹脂への照射装置６８による紫外線の照射とが繰り返されることにより形成される。

詳しくは、ステージ２０がステージ移動装置３２の作動により、印刷ユニット２２に移動する。そして、印刷ユニット２２において、インクジェットヘッド６０が、基板５０の上面に紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。この際、インクジェットヘッド６０は、基板５０の上面の所定の部分が概して矩形に露出するように、紫外線硬化樹脂を吐出する。続いて、紫外線硬化樹脂が薄膜状に吐出されると、紫外線硬化樹脂の膜厚が均一となるように、紫外線硬化樹脂が平坦化装置６６によって平坦化される。

次に、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、印刷ユニット２２からテーブル１００の上に引き出され、テーブル１００が、テーブル昇降装置１０２の作動により、樹脂硬化ユニット２４と対向する位置まで上昇する。続いて、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、テーブル１００の上から樹脂硬化ユニット２４に移動する。そして、樹脂硬化ユニット２４において、照射装置６８が、その薄膜状の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、基板５０の上に薄膜状の樹脂層１３３が形成される。

次に、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、樹脂硬化ユニット２４からテーブル１００の上に引き出され、テーブル１００が、テーブル昇降装置１０２の作動により、印刷ユニット２２と対向する位置まで下降する。続いて、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、テーブル１００の上から印刷ユニット２２に移動する。そして、印刷ユニット２２において、インクジェットヘッド６０が、その薄膜状の樹脂層１３３の上の部分にのみ紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。つまり、インクジェットヘッド６０は、基板５０の上面の所定の部分が概して矩形に露出するように、薄膜状の樹脂層１３３の上に紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。そして、平坦化装置６６によって薄膜状の紫外線硬化樹脂が平坦化される。

続いて、ステージ２０が、上述したように、印刷ユニット２２から樹脂硬化ユニット２４に移動し、照射装置６８が、その薄膜状に吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することで、薄膜状の樹脂層１３３の上に薄膜状の樹脂層１３３が積層される。このように、基板５０の上面の概して矩形の部分を除いた薄膜状の樹脂層１３３の上への紫外線硬化樹脂の吐出と、紫外線の照射とが繰り返され、複数の樹脂層１３３が積層されることで、キャビティ１３２を有する樹脂積層体１３０が形成される。つまり、上下方向に隣り合った状態で配設された印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４との間で、ステージ２０が繰り返し、移動し、各ユニットにおいて紫外線硬化樹脂の吐出と紫外線の照射とが繰り返されることで、樹脂積層体１３０が形成される。

上述した手順により樹脂積層体１３０が形成されると、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、樹脂硬化ユニット２４からテーブル１００の上に引き出され、テーブル１００が、テーブル昇降装置１０２の作動により、装着ユニット２８と対向する位置まで上昇する。続いて、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、テーブル１００の上から装着ユニット２８に移動する。装着ユニット２８では、テープフィーダ７４により電子部品７２が供給され、その電子部品７２が装着ヘッド７６の吸着ノズル８０によって、保持される。そして、装着ヘッド７６が、移動装置７８によって移動し、吸着ノズル８０により保持された電子部品７２が、図５に示すように、樹脂積層体１３０のキャビティ１３２の内部において、基板５０の所定の装着位置に装着される。なお、樹脂積層体１３０の高さ寸法と、電子部品７２の高さ寸法とは略同じとされている。

電子部品７２がキャビティ１３２の内部に装着されると、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４とにおいて、図６に示すように、キャビティ１３２の隙間、つまり、キャビティ１３２を区画する内壁面と電子部品７２の側壁面との間に、樹脂積層体１５０が形成される。なお、樹脂積層体１５０は、樹脂積層体１３０と同様の手法により形成されるため、樹脂積層体１５０の形成手法については、説明を省略する。なお、樹脂積層体１５０の高さ寸法は、樹脂積層体１３０および電子部品７２の高さ寸法と略同じとされている。これにより、樹脂積層体１３０の上面と樹脂積層体１５０の上面と電子部品７２の上面とは、面一とされる。

キャビティ１３２の隙間に樹脂積層体１５０が形成されると、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、樹脂硬化ユニット２４からテーブル１００の上に引き出され、テーブル１００が、テーブル昇降装置１０２の作動により、印刷ユニット２２と対向する位置まで下降する。続いて、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、テーブル１００の上から印刷ユニット２２に移動する。そして、印刷ユニット２２において、インクジェットヘッド６２によって、金属インクが樹脂積層体１３０及び樹脂積層体１５０の上に、回路パターンに応じて線状に吐出される。この際、図７に示すように、金属インク１６０は、電子部品７２の電極１６２と、他の電極（図示省略）とを繋ぐように、線状に吐出される。

金属インク１６０が印刷されると、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、印刷ユニット２２からテーブル１００の上に引き出され、テーブル１００が、テーブル昇降装置１０２の作動により、焼成ユニット２６と対向する位置まで上昇する。続いて、ステージ２０が、ステージ移動装置３２の作動により、テーブル１００の上から焼成ユニット２６に移動する。そして、焼成ユニット２６において、吐出された金属インク１６０に、レーザ照射装置７０によってレーザが照射される。これにより、金属インク１６０が焼成し、電極間を繋ぐ配線１６６が形成される。

このように、回路形成装置１０では、１台のステージ２０が、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４と焼成ユニット２６と装着ユニット２８との４つのユニットの間を順次、移動し、各ユニットで作業が実行されることで、回路が形成される。また、その１台のステージ（以下、「第１のステージ」と記載する場合がある）２０に対して作業しているユニットと異なるユニットにおいて、第１のステージ２０と異なるステージ（以下、「第２のステージ」と記載する場合がある）２０に対して作業を行うことで、回路の作成能力が向上する。

詳しくは、例えば、第１のステージ２０が印刷ユニット２２に移動し、その印刷ユニット２２において第１のステージ２０に対する作業が実行されている間に、第２のステージ２０を装着ユニット２８に移動させることで、その装着ユニット２８において第２のステージ２０に対して作業を行うことが可能となる。このため、第１のステージ２０と第２のステージ２０との両方において、並行して各種作業を行うことが可能となる。つまり、第１のステージ２０に保持された基板５０と、第２のステージ２０に保持された基板５０との両方に、同時に、各種作業が実行される。これにより、多くの回路を同時に作成することが可能となり、回路作成能力が向上する。特に、回路形成装置１０では、３台のステージ２０が各ユニット間で移動可能とされているため、印刷ユニット２２等の４つのユニットのうちの３つのユニットにおいて、同時に作業を行うことが可能となり、回路作成能力が格段に向上する。

また、回路の樹脂積層体１３０及び樹脂積層体１５０が形成される際には、上述したように、紫外線硬化樹脂の吐出と紫外線の照射とが繰り返し、実行される。つまり、樹脂積層体１３０及び樹脂積層体１５０が形成される際に、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４との間で、ステージ２０が繰り返し、移動する。このため、回路形成装置１０では、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４とが、上下方向に隣り合った状態で配設されている。これにより、樹脂積層体１３０，１５０が形成される際のステージ２０の移動量を抑制することが可能となり、回路形成時間を短縮することが可能となる。

また、従来の回路形成装置では、印刷ユニット２２等の複数のユニットが同一平面上に配設されていた。このため、複数のユニットの配設箇所が横方向に広がるため、従来の回路形成装置の設置床面積は比較的大きくなり、設置スペースの確保が困難となる場合があった。一方、回路形成装置１０では、印刷ユニット２２等の複数のユニットが上下方向に並んで配設されている。このため、回路形成装置１０の設置床面積は格段に小さくなり、設置スペースの問題は解消される。

ちなみに、上記実施例において、回路形成装置１０は、回路形成装置の一例である。ステージ２０は、ステージの一例である。印刷ユニット２２は、第１吐出ユニット及び第２吐出ユニットの一例である。樹脂硬化ユニット２４は、第１硬化ユニットの一例である。焼成ユニット２６は、第２硬化ユニットの一例である。インクジェットヘッド６０は、第１吐出装置の一例である。インクジェットヘッド６２は、第２吐出装置の一例である。テーブル昇降装置１０２は、昇降装置の一例である。

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、上記実施例では、印刷ユニット２２と樹脂硬化ユニット２４と焼成ユニット２６と装着ユニット２８との４つのユニットが採用されているが、任意の数のユニットを採用することが可能である。また、上記ユニット以外に、赤外線ランプ等により紫外線硬化樹脂などを乾燥させて、硬化させるためのユニット、電気炉等により金属インクを焼成し、硬化させるためのユニット、放置することで、紫外線硬化樹脂などを乾燥させて、硬化させるためのユニットなど、種々のユニットを採用してもよい。

また、上記実施例では、インクジェットヘッド６０とインクジェットヘッド６２とが同じユニット、つまり、印刷ユニット２２に配設されているが、異なるユニットに配設されてもよい。つまり、インクジェットヘッド６０を紫外線硬化樹脂の印刷ユニットに配設し、インクジェットヘッド６２を金属インクの印刷ユニットに配設するとともに、それら２つのユニットを上下方向に並んで配設してもよい。

１０：回路形成装置２０：ステージ２２：印刷ユニット（第１吐出ユニット）（第２吐出ユニット）２４：樹脂硬化ユニット（第１硬化ユニット）２６：焼成ユニット（第２硬化ユニット）６０：インクジェットヘッド（第１吐出装置）６２：インクジェットヘッド（第２吐出装置）１０２：テーブル昇降装置（昇降装置）

Claims

硬化性樹脂を吐出する第１吐出装置を含む第１吐出ユニットと、
金属微粒子を含有する金属含有液を吐出する第２吐出装置を含む第２吐出ユニットと、
前記第１吐出装置により吐出された硬化性樹脂を硬化させる第１硬化ユニットと、
前記第２吐出装置により吐出された金属含有液を硬化させる第２硬化ユニットと、
基板が載置されるステージと、
前記基板に電子部品を装着する装着ユニットと
を備え、
前記第１吐出ユニットと前記第１硬化ユニットとが上下方向に隣り合って配設され、
前記ステージを各ユニット間で移動させて、前記第１硬化ユニットでの硬化性樹脂の硬化により形成される樹脂層と、前記第２硬化ユニットでの金属含有液の硬化により形成される配線とを含む回路を形成すると共に、前記装着ユニットで前記回路に電子部品を装着する回路形成装置。
前記回路形成装置が、
上下方向に並んで配設された前記第１吐出ユニットと前記第１硬化ユニットとの各々に向けて前記ステージを移動させるために、前記ステージを昇降させる昇降装置を備え、
前記樹脂層と前記配線とを含む回路を前記基板上に形成する請求項１に記載の回路形成装置。
前記回路形成装置が、複数の前記ステージを備える請求項１または請求項２に記載の回路形成装置。