JP7062795B2 - 回路形成装置 - Google Patents

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    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern

Description

本発明は、硬化性樹脂により樹脂層を形成する樹脂層形成装置と、金属微粒子を含有する金属含有液により配線を形成する配線形成装置とを備えた回路形成装置に関する。
近年、下記特許文献に記載されている技術を利用して、硬化性樹脂により樹脂層を形成し、金属微粒子を含有する金属含有液により配線を形成することで、回路を形成する装置などが開発されている。
特表2018-530457号公報 国際公開第2016/042610号
少なくとも樹脂層と配線とを備える回路を適切に形成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、硬化性樹脂により樹脂層をベースの上に形成する樹脂層形成装置と、金属微粒子を含有する金属含有液により配線を前記ベースの上に形成する配線形成装置と、前記樹脂層形成装置と前記配線形成装置とを内包するハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ベースを搬送するとともに、前記ハウジングの外部に延び出し、前記ハウジングの外部に設けられた作業エリアまで前記ベースを搬送する搬送装置とを備え、前記搬送装置は、所定の方向に延びるように配設され、前記ベースが載置されるステージを前記所定の方向にスライド可能に保持可能なX軸スライドレールと、前記X軸スライドレールと交差した状態で前記所定の方向と異なる方向に延びるように配設され、前記ステージを前記所定の方向と異なる方向にスライド可能に保持可能なY軸スライドレールと、前記X軸スライドレールと前記Y軸スライドレールとの間で前記ステージを移載可能な移載装置と、を備え、前記搬送装置は、前記ハウジングの内部において前記所定の方向に沿って、前記X軸スライドレールにより保持された前記ステージをスライドさせて前記ベースを搬送し、前記移載装置により前記ステージを前記Y軸スライドレールに移載し、前記所定の方向と異なる方向に向かって、前記Y軸スライドレールにより保持された前記ステージをスライドさせて、前記ベースを前記作業エリアまで搬送する回路形成装置を開示する。
本開示によれば、例えば、回路形成装置と、その回路形成装置の外部に設けられた作業エリアとの間で、ベースが搬送される。このため、回路形成装置において、ベースの上に、樹脂層及び配線を形成するとともに、作業エリアにおいて、ベースに対して種々の作業を行うことができる。これにより、回路を適切に形成することが可能となる。
第1実施例の回路形成システムを示す図である。 第1実施例の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。 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。 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。 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。 第2実施例の回路形成システムを示す図である。 第2実施例の制御装置を示すブロック図である。
図1に、第1実施例の回路形成システム10を示す。回路形成システム10は、回路形成装置12と装着作業機14とにより構成されている。回路形成装置12は、搬送装置20と、第1造形ユニット22と、第2造形ユニット24と、制御装置(図2参照)26を備える。それら搬送装置20と第1造形ユニット22と第2造形ユニット24とは、回路形成装置12のハウジング28の内部に配設されている。ただし、搬送装置20は、ハウジング28の内部から外部に向って延び出している。
搬送装置20は、スライドレール30とステージ32とリニアモータ(図2参照)34とを備えている。スライドレール30は、概して棒状をなし、ハウジング28の内部において、概して水平方向に延びるように配設されるとともに、一端部がハウジング28の外部に延び出している。なお、以下の説明では、スライドレール30の延びる方向をX軸方向、そのX軸方向と直行する水平方向を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軸方向と称して説明する。また、ステージ32は、スライドレール30により、X軸方向にスライド可能に保持されている。そして、ステージ32は、リニアモータ34の駆動により、X軸方向の任意の位置にスライドする。
ステージ32は、基台50と、保持装置52と、昇降装置54とを有している。基台50は、平板状に形成され、上面に基板が載置される。保持装置52は、基台50のX軸方向の両側部に設けられている。そして、基台50に載置された基板のX軸方向の両縁部が、保持装置52によって挟まれることで、基板が固定的に保持される。また、昇降装置54は、基台50の下方に配設されており、基台50を昇降させる。
第1造形ユニット22は、ステージ32が移動するスライドレール30の上方に配設されており、下方に移動したステージ32の基台50に載置された基板(図3参照)70の上に配線を造形する。第1造形ユニット22は、インクジェットヘッド(図2参照)72と、レーザ照射装置(図2参照)76と、移動装置(図2参照)78とを有している。インクジェットヘッド72は、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72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。
また、移動装置78は、インクジェットヘッド72をY軸方向の任意の位置に移動させる。このため、搬送装置20と移動装置78との作動により、基台50に載置された基板70とインクジェットヘッド72とがX軸方向及びY軸方向に相対的に移動することで、インクジェットヘッド72は、基板70の上の任意の位置に金属インクを吐出する。
また、レーザ照射装置76は、ガルバノ式の照射装置であり、任意の位置にレーザを照射することができる。このため、レーザ照射装置76は、基板70の上に吐出された金属インクにレーザを照射することで、レーザ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。
第2造形ユニット24は、第1造形ユニット22の隣において、ステージ32が移動するスライドレール30の上方に配設されており、下方に移動したステージ32の基台50に載置された基板70の上に樹脂層を造形する。第2造形ユニット24は、インクジェットヘッド(図2参照)82と、照射装置(図2参照)86と、移動装置(図2参照)88とを有している。インクジェットヘッド82は、紫外線硬化樹脂を吐出する。紫外線硬化樹脂は、紫外線の照射により硬化する樹脂である。なお、インクジェットヘッド82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複数のノズルから吐出するサーマル方式でもよい。
また、移動装置88は、インクジェットヘッド82をY軸方向の任意の位置に移動させる。このため、搬送装置20と移動装置88との作動により、基台50に載置された基板70とインクジェットヘッド82とがX軸方向及びY軸方向に相対的に移動することで、インクジェットヘッド82は、基板70の上の任意の位置に紫外線硬化樹脂を吐出する。
また、照射装置86は、光源として水銀ランプもしくはLEDを備えており、吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。なお、照射装置86は、第2造形ユニット24の下方に移動したステージ32の基台50に載置された基板70の全体に紫外線を照射する。これにより、基板70に吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂層が形成される。
また、制御装置26は、図2に示すように、コントローラ90と、複数の駆動回路92とを備えている。複数の駆動回路92は、上記リニアモータ34、保持装置52、昇降装置54、インクジェットヘッド72、レーザ照射装置76、移動装置78、インクジェットヘッド82、照射装置86、移動装置88に接続されている。コントローラ90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92に接続されている。これにより、搬送装置20、第1造形ユニット22、第2造形ユニット24の作動が、コントローラ90によって制御される。
また、装着作業機14は、図1に示すように、装着ユニット100と制御装置(図2参照)102とを備える。装着作業機14は、回路形成装置12とX軸方向に並んで配設されており、回路形成装置12のハウジング28から延び出したスライドレール30の一端部が、装着作業機14のハウジング104の内部にまで進入している。このため、搬送装置20の作動により、ステージ32は、回路形成装置12のハウジング28の内部だけでなく、装着作業機14のハウジング104の内部にまで移動する。また、装着作業機14のハウジング104の内部に、装着ユニット100が配設されている。
装着ユニット100は、装着作業機14のハウジング104の内部にまで延び出したスライドレール30の上方に配設されており、下方に移動したステージ32の基台50に載置された基板70に電子部品(図4参照)106を装着する。装着ユニット100は、テープフィーダ(図2参照)110と、装着ヘッド(図2参照)112と、移動装置(図2参照)114とを有している。テープフィーダ110は、テーピング化された電子部品106を送り出すテープ型の供給装置であり、供給位置において、電子部品106を供給する。なお、装着ユニット100は、テープフィーダ110に限らず、トレイから電子部品106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、装着ユニット100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。
また、装着ヘッド112は、電子部品106を吸着保持するための吸着ノズル(図4参照)118を有する。吸着ノズル118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106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106を離脱する。また、移動装置114は、テープフィーダ110による電子部品106の供給位置と、基台50に載置された基板70との間で、装着ヘッド112を移動させる。これにより、装着ユニット100において、テープフィーダ110から供給された電子部品106が、吸着ノズル118により保持され、その吸着ノズル118によって保持された電子部品106が、基板70に装着される。
また、制御装置102は、図2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、上記テープフィーダ110、装着ヘッド112、移動装置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、装着ユニット100の作動が、コントローラ120によって制御される。
回路形成システム10では、上述した構成によって、基板70上に電子部品106が装着され、配線が形成されることで、回路が形成される。具体的には、ステージ32の基台50に基板70がセットされ、そのステージが、搬送装置20の作動により、回路形成装置12の内部において、第2造形ユニット24の下方に移動される。そして、第2造形ユニット24において、図3に示すように、基板70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106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82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86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、第2造形ユニット24において、インクジェットヘッド82が、基板70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82は、基板70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、照射装置86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70の上に薄膜状の樹脂層133が形成される。
続いて、インクジェットヘッド82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82は、基板70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、照射装置86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70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。
上述した手順により、回路形成装置12において、樹脂積層体130が形成されると、搬送装置20の作動により、ステージ32が、回路形成装置12から搬出され、装着作業機14の内部に搬入される。この際、ステージ32は、装着作業機14の装着ユニット100の下方に移動される。装着ユニット100では、テープフィーダ110により電子部品106が供給され、その電子部品106が装着ヘッド112の吸着ノズル118によって、保持される。そして、装着ヘッド112が基板70の上方に移動され、吸着ノズル118により保持された電子部品106が、図4に示すように、樹脂積層体130のキャビティ132の内部に載置される。この際、電子部品106は、電極140が上方を向いた状態でキャビティ132の内部に載置される。
続いて、装着作業機14において、電子部品106が樹脂積層体130のキャビティ132の内部に装着されると、搬送装置20の作動により、ステージ32が、装着作業機14から搬出され、回路形成装置12の内部に搬入される。この際、ステージ32は、回路形成装置12の第2造形ユニット24の下方に移動される。第2造形ユニット24では、図5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106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と同様に、インクジェットヘッド82による紫外線硬化樹脂の吐出と、照射装置86による紫外線の照射とが繰り返されることで、形成される。
次に、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32は、搬送装置20の作動により、回路形成装置12の内部において第1造形ユニット22の下方に移動される。そして、第1造形ユニット22において、インクジェットヘッド72によって、金属インクが樹脂積層体130,150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6に示すように、金属インク160は、電子部品106の電極140と、他の電子部品(図示省略)の電極とを繋ぐように、線状に吐出される。続いて、吐出された金属インク160に、レーザ照射装置76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、回路形成システム10では、回路形成装置12において、樹脂積層体130が形成された後に、回路形成装置12と装着作業機14との間でステージ32を搬送する搬送装置20によって、その樹脂積層体130が形成された基板70が、装着作業機14に搬送される。次に、装着作業機14において、樹脂積層体130のキャビティ132に電子部品106が装着された後に、搬送装置20によって、その電子部品106が装着された基板70が、回路形成装置12に搬送される。そして、回路形成装置12において、キャビティ132の隙間に樹脂積層体150が形成され、電子部品106を電気的に接続するための配線166が形成される。このように、回路形成システム10では、樹脂積層体130,150及び配線166の形成は、回路形成装置12により行われ、電子部品106の装着は、装着作業機14により行われる。また、装着作業機14は、所謂、マウンターであり、製造作業機として流通している。このため、回路形成システム10では、既存の製造作業機を利用することができる。これにより、回路形成システム10の開発時間,開発費などの削減,製造コストの抑制などを図ることができる。
また、第1実施例の回路形成システム10では、回路形成装置12と装着作業機14とがX軸方向に並んで配設されているが、図7に示すように、第2実施例の回路形成システム190では、回路形成装置192と装着作業機14とがY軸方向に並んで配設されている。なお、回路形成システム190の装着作業機14は、回路形成システム10の装着作業機14と同じである。また、回路形成システム190の回路形成装置192は、搬送装置196と、第1造形ユニット22と、第2造形ユニット24と、制御装置26とを有しており、搬送装置196を除いて、回路形成システム10の回路形成装置12と同じである。このため、回路形成システム190の構成に関して、搬送装置196についてのみ説明する。
搬送装置196は、X軸スライドレール200とY軸スライドレール202とリニアモータ(図8参照)204とリニアモータ(図8参照)206と移載装置(図8参照)208とステージ32とを備えている。X軸スライドレール200は、概して棒状をなし、回路形成装置192のハウジング210の内部において、X軸方向に延びるように配設されている。また、ステージ32は、X軸スライドレール200により、X軸方向にスライド可能に保持されている。そして、ステージ32は、リニアモータ204の駆動により、X軸方向の任意の位置にスライドする。
また、Y軸スライドレール202は、概して棒状をなし、回路形成装置192のハウジング210の内部において、X軸スライドレール200と交差した状態で、Y軸方向に延びるように配設されている。ただし、Y軸スライドレール202の一端部が、ハウジング210の外部に延び出しており、回路形成装置192の隣に配設された装着作業機14のハウジング104の内部にまで進入している。
また、移載装置208は、X軸スライドレール200とY軸スライドレール202との間でステージ32を移載することが可能とされており、Y軸スライドレール202は、ステージ32をY軸方向にスライド可能な状態で保持することが可能とされている。そして、ステージ32は、Y軸スライドレール202により保持された状態において、リニアモータ206の駆動により、Y軸方向の任意の位置にスライドする。つまり、ステージ32は、移載装置208によりX軸スライドレール200に移載され、X軸スライドレール200に保持された状態において、回路形成装置192の内部でX軸方向に搬送される。また、ステージ32は、移載装置208によりY軸スライドレール202に移載され、Y軸スライドレール202に保持された状態において、回路形成装置192と装着作業機14との間でY軸方向に搬送される。
このような構造により、回路形成システム190においても、回路形成システム10と同様に、回路を形成することができる。なお、回路形成システム190での回路形成方法と、回路形成システム10での回路形成方法とは、搬送装置196の作動を除いて、略同じであるため、簡略的に説明する。まず、回路形成システム190では、回路形成装置192において、図3に示すように、基板70の上に樹脂積層体130が形成される。この際、ステージ32はX軸スライドレール200により保持されている。次に、樹脂積層体130が形成されると、ステージ32が、移載装置208によりX軸スライドレール200からY軸スライドレール202に移載され、回路形成装置192から装着作業機14まで搬送される。続いて、装着作業機14において、図4に示すように、樹脂積層体130のキャビティ132に電子部品106が装着される。その後に、ステージ32が、装着作業機14から回路形成装置192に搬送される。そして、回路形成装置192において、移載装置208によりY軸スライドレール202からX軸スライドレール200に移載され、図5及び図6に示すように、樹脂積層体150及び配線166が形成される。このように、回路形成システム190においても、回路形成システム10と同様に、回路が形成される。なお、回路形成システム190では、回路形成装置192と装着作業機14とがY軸方向に並んで配設されているため、例えば、X軸方向のスペースが狭い場合であっても、回路形成システム190を配設することができる。
また、回路形成装置12の制御装置26のコントローラ90は、図2及び図8に示すように、第1形成部170と、第1搬送部172と、第2搬送部174と、第2形成部176とを有している。また、装着作業機14の制御装置102のコントローラ120は、装着部178を有している。第1形成部170は、回路形成装置12において樹脂積層体130を形成するための機能部である。第1搬送部172は、樹脂積層体130が形成された基板70を回路形成装置12から装着作業機14に搬送するための機能部である。装着部178は、装着作業機14において、樹脂積層体130のキャビティ132に電子部品106を装着するための機能部である。第2搬送部174は、電子部品106が装着された基板70を装着作業機14から回路形成装置12に搬送するための機能部である。第2形成部176は、回路形成装置12において、樹脂積層体150及び配線166を形成するための機能部である。
また、上記実施例において、回路形成装置12は、回路形成装置の一例である。装着作業機14は、作業エリア及び装着作業機の一例である。搬送装置20は、搬送装置の一例である。第1造形ユニット22は、配線形成装置の一例である。第2造形ユニット24は、樹脂積層体形成装置の一例である。ハウジング28は、ハウジングの一例である。リニアモータ34は、リニアモータの一例である。基板70は、ベースの一例である。樹脂積層体130,150は、樹脂層の一例である。配線166は、配線の一例である。回路形成装置192は、回路形成装置の一例である。搬送装置196は、搬送装置の一例である。リニアモータ204及びリニアモータ206は、リニアモータの一例である。ハウジング210は、ハウジングの一例である。また、第1形成部170により実行される工程は、第1形成工程の一例である。第1搬送部172により実行される工程は、第1搬送工程の一例である。第2搬送部174により実行される工程は、第2搬送工程の一例である。第2形成部176により実行される工程は、第2形成工程の一例である。装着部178により実行される工程は、装着工程の一例である。
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、作業エリアとして、装着作業機14が採用されているが、装着作業と異なる作業を行う作業機が採用されてもよい。例えば、粘性流体を吐出するディスペンサ、半田を印刷する印刷機、検査装置、粘性流体,半田などを加熱する加熱炉などの回路を形成する際に用いられる装置のうちの1以上の装置を備える作業機が採用されてもよい。また、作業機でなく、単なる作業台が作業エリアとして採用されてもよい。つまり、所定のスペースに、回路形成装置12,192からステージ32が搬出され、そのスペースにおいて、作業者が、ステージ32に載置された基板70に対して作業を行ってもよい。
また、上記実施例では、1台の作業機と回路形成装置12,192との間でステージ32が搬送されるが、複数の作業機と回路形成装置12,192との間でステージ32が搬送されてもよい。つまり、複数の作業機と回路形成装置12,192とにより、回路形成システムが構成されてもよい。
12:回路形成装置 14:装着作業機(作業エリア) 20:搬送装置 22:第1造形ユニット(配線形成装置) 24:第2造形ユニット(樹脂層形成装置) 28:ハウジング 34:リニアモータ 70:基板(ベース) 130:樹脂積層体 150:樹脂積層体 166:配線 192:回路形成装置 196:搬送装置 204:リニアモータ 206:リニアモータ 210:ハウジング 170:第1形成部(第1形成工程) 172:第1搬送部(第1搬送工程) 174:第2搬送部(第2搬送工程) 176:第2形成部(第2形成工程) 178:装着部(装着工程)

Claims (3)

  1. 硬化性樹脂により樹脂層をベースの上に形成する樹脂層形成装置と、
    金属微粒子を含有する金属含有液により配線を前記ベースの上に形成する配線形成装置と、
    前記樹脂層形成装置と前記配線形成装置とを内包するハウジングと、
    前記ハウジングの内部において前記ベースを搬送するとともに、前記ハウジングの外部に延び出し、前記ハウジングの外部に設けられた作業エリアまで前記ベースを搬送する搬送装置と
    を備え
    前記搬送装置は、
    所定の方向に延びるように配設され、前記ベースが載置されるステージを前記所定の方向にスライド可能に保持可能なX軸スライドレールと、
    前記X軸スライドレールと交差した状態で前記所定の方向と異なる方向に延びるように配設され、前記ステージを前記所定の方向と異なる方向にスライド可能に保持可能なY軸スライドレールと、
    前記X軸スライドレールと前記Y軸スライドレールとの間で前記ステージを移載可能な移載装置と、
    を備え、
    前記搬送装置は、前記ハウジングの内部において前記所定の方向に沿って、前記X軸スライドレールにより保持された前記ステージをスライドさせて前記ベースを搬送し、前記移載装置により前記ステージを前記Y軸スライドレールに移載し、前記所定の方向と異なる方向に向かって、前記Y軸スライドレールにより保持された前記ステージをスライドさせて、前記ベースを前記作業エリアまで搬送する回路形成装置。
  2. 前記作業エリアが、部品の装着作業を行う装着作業機の内部に設けられており、
    前記搬送装置が、
    前記ハウジングの内部において前記ベースを搬送するとともに、前記ハウジングの外部に延び出し、前記ベースを前記装着作業機の内部まで搬送する請求項1に記載の回路形成装置。
  3. 前記搬送装置が、リニアモータを駆動源として、前記ベースを搬送する請求項1または請求項2に記載の回路形成装置。
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