JP7316742B2 - Manufacturing method of mounting board by 3D additive manufacturing - Google Patents
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Description
本開示は、3次元積層造形を用いて、基板に電子部品を実装した実装基板を製造する技術に関する。 The present disclosure relates to a technology for manufacturing a mounting board in which electronic components are mounted on the board using three-dimensional additive manufacturing.
従来、配線と絶縁層とを積層しプリント配線基板を製造する技術が種々提案されている。下記特許文献1の製造方法では、電子部品を実装した実装基板を、1つのワークシート(集合基板)の上に複数製造し、ワークシートをダイシングして個々の実装基板を得る、所謂多数個取りをしている。この製造方法では、絶縁層の形成時に発生する応力によるワークシートの反りを抑制するために、各実装基板を囲む板状枠部材を用いている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various techniques have been proposed for manufacturing a printed wiring board by laminating wiring and an insulating layer. In the manufacturing method of
ところで、近年、電子部品を実装する実装基板を、3次元積層造形を用いて形成する技術が開発されている。例えば、インクジェットヘッドから樹脂や金属の硬化性粘性流体を基材の上に塗布し、塗布した硬化性粘性流体を硬化させることで所望の形状の樹脂層や配線を形成する。 Incidentally, in recent years, techniques have been developed for forming a mounting board on which electronic components are mounted using three-dimensional layered manufacturing. For example, a resin or metal curable viscous fluid is applied onto a substrate from an inkjet head, and the applied curable viscous fluid is cured to form a resin layer or wiring in a desired shape.
3次元積層造形による実装基板の製造では、塗布と硬化を繰り返す過程で、硬化時の加熱による応力が基板に蓄積し、基板の反りが発生する虞がある。特に、電子部品の実装時や実装後に、電子部品を実装した部分に基板の反りが発生すると、バンプなどの電子部品の部品端子と接続される接続部の一部が膨れる、あるいは割れる虞がある。 In manufacturing a mounting substrate by three-dimensional layered manufacturing, stress due to heating during curing accumulates in the substrate during the process of repeating coating and curing, and there is a risk that the substrate may warp. In particular, if the board warps at the part where the electronic component is mounted during or after the electronic component is mounted, there is a risk that a part of the connecting portion, such as a bump, that is connected to the component terminal of the electronic component may swell or crack. .
上記した特許文献1の製造方法では、電子部品を実装した実装基板を取り囲む板状枠部材を、実装基板とは別の部材として準備している。板状枠部材は、実装基板、即ち、最終的な製品を取り囲む非製品エリア(電子部品を実装しないエリア)に配置される。そして、板状枠部材は、ダイシングによって実装基板と分離される。このため、電子部品の実装位置や実装基板の大きさによっては、電子部品の部品端子を配置する配置位置と板状枠部材の間の距離が長くなり、配置位置に発生する基板の反りを十分に抑制できない虞がある。
In the manufacturing method of
本開示は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、電子部品の部品端子を配置する配置位置に発生する基板の反りを効果的に抑制できる3次元積層造形による実装基板の製造方法を提供することを課題とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides a method for manufacturing a mounting substrate by three-dimensional lamination molding that can effectively suppress the warpage of the substrate that occurs at the arrangement position where the component terminal of the electronic component is arranged. The task is to provide
上記課題を解決するために、本開示は、複数の配線と電子部品の複数の部品端子を複数の接続部で接続した実装基板を3次元積層造形により製造する方法であって、基板の上に、金属粒子を溶媒中に分散させた第1金属流体を塗布する第1金属流体塗布工程と、前記基板の上に塗布した前記第1金属流体を硬化させて複数の前記配線を形成する配線形成工程と、前記電子部品の複数の前記部品端子を配置する配置位置を取り囲み、且つ複数の前記配線の各々の上となる位置に樹脂材料を塗布する樹脂材料塗布工程と、複数の前記配線の各々の上に塗布した前記樹脂材料を硬化し、前記配置位置を取り囲む補強部材を形成する補強部材形成工程と、前記配置位置に対応する複数の前記配線の各々の上に、金属粒子を含む粘性流体である第2金属流体を塗布する第2金属流体塗布工程と、前記電子部品の複数の前記部品端子を前記配置位置に配置し、前記第2金属流体を介して前記電子部品の複数の前記部品端子の各々と複数の前記配線を接続する電子部品配置工程と、複数の前記配線の各々の上に塗布した前記第2金属流体を加熱により硬化させ複数の前記接続部を形成し、前記電子部品を実装する実装工程と、を含む、3次元積層造形による実装基板の製造方法を開示する。 In order to solve the above problems, the present disclosure provides a method for manufacturing a mounting board in which a plurality of wirings and a plurality of component terminals of an electronic component are connected by a plurality of connection portions by three-dimensional lamination molding, comprising: a first metal fluid application step of applying a first metal fluid in which metal particles are dispersed in a solvent ; and a wiring forming step of forming a plurality of wirings by curing the first metal fluid applied onto the substrate. a resin material applying step of applying a resin material to a position surrounding each of the plurality of component terminals of the electronic component and on each of the plurality of wirings; and each of the plurality of wirings. a reinforcing member forming step of curing the resin material applied to the above to form a reinforcing member surrounding the arrangement position; and a viscous fluid containing metal particles on each of the plurality of wirings corresponding to the arrangement position. a second metal fluid applying step of applying a second metal fluid, disposing the plurality of component terminals of the electronic component at the arrangement position, and disposing the plurality of components of the electronic component via the second metal fluid an electronic component arrangement step of connecting each of the terminals and a plurality of the wirings; and forming a plurality of the connection portions by heating and curing the second metal fluid applied onto each of the plurality of the wirings to form the electronic component. and a mounting step of mounting the .
本開示の3次元積層造形による実装基板の製造方法によれば、電子部品の部品端子(配置位置)を取り囲む位置で、且つ配線上に、樹脂材料で補強部材を形成する。これにより、配線の少なくとも一部を埋め、電子部品を取り囲む補強部材を形成し基板の厚みを増やすことで、配置位置の基板の剛性を高めることができる。また、配線の一部を埋める位置に補強部材を形成することで、補強部材と部品端子を近づけることができ、配置位置に発生する基板の反りを効果的に抑制することができる。接続部の膨れや割れを抑制でき、電子部品の接続の歩留まりを向上できる。 According to the method of manufacturing a mounting board by three-dimensional lamination molding of the present disclosure, a reinforcing member is formed of a resin material at a position surrounding the component terminal (arrangement position) of the electronic component and on the wiring. Accordingly, by embedding at least part of the wiring and forming a reinforcing member surrounding the electronic component to increase the thickness of the substrate, the rigidity of the substrate at the arrangement position can be increased. Further, by forming the reinforcing member at the position where the wiring is partially buried, the reinforcing member and the component terminal can be brought close to each other, and the warp of the substrate occurring at the arrangement position can be effectively suppressed. It is possible to suppress swelling and cracking of the connection portion, and improve the yield of connection of electronic components.
(実装基板製造装置の構成)
以下、本開示の好適な実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1に実装基板製造装置10を示す。実装基板製造装置10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、装着ユニット26と、第3造形ユニット29と、制御装置27(図2、図3参照)を備える。それら搬送装置20、第1造形ユニット22、第2造形ユニット24、装着ユニット26、第3造形ユニット29は、実装基板製造装置10のベース28の上に配置されている。ベース28は、平面視において概して長方形状をなしている。以下の説明では、ベース28の長手方向をX軸方向、ベース28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軸方向と称して説明する。(Structure of Mounting Board Manufacturing Equipment)
Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a mounting
搬送装置20は、X軸スライド機構30と、Y軸スライド機構32とを備えている。そのX軸スライド機構30は、X軸スライドレール34と、X軸スライダ36とを有している。X軸スライドレール34は、X軸方向に延びるように、ベース28の上に配設されている。X軸スライダ36は、X軸スライドレール34によって、X軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、X軸スライド機構30は、電磁モータ38(図2参照)を有しており、電磁モータ38の駆動により、X軸スライダ36をX軸方向の任意の位置に移動させる。また、Y軸スライド機構32は、Y軸スライドレール50と、ステージ52とを有している。Y軸スライドレール50は、Y軸方向に延びるように、ベース28の上に配設されている。Y軸スライドレール50の一端部は、X軸スライダ36に連結されている。そのため、Y軸スライドレール50は、X軸方向に移動可能とされている。ステージ52は、Y軸スライドレール50によって、Y軸方向にスライド可能に保持されている。Y軸スライド機構32は、電磁モータ56(図2参照)を有しており、電磁モータ56の駆動により、ステージ52をY軸方向の任意の位置に移動させる。これにより、ステージ52は、X軸スライド機構30及びY軸スライド機構32の駆動により、ベース28上の任意の位置に移動する。
The
ステージ52は、基台60と、保持装置62と、昇降装置64とを有している。基台60は、平板状に形成され、上面に基材70が載置される。保持装置62は、X軸方向における基台60の両側部に設けられている。保持装置62は、基台60に載置された基材70のX軸方向の両縁部を挟むことで、基台60に対して基材70を固定的に保持する。また、昇降装置64は、基台60の下方に配設されており、基台60をZ軸方向で昇降させる。
The
第1造形ユニット22は、ステージ52の基台60に載置された基材70の上に配線を造形するユニットであり、第1印刷部72と、焼成部74とを有している。第1印刷部72は、インクジェットヘッド76(図2参照)を有しており、基台60に載置された基材70の上に、導電性インクを線状に吐出する。導電性インクは、本開示の金属粒子を含む流体の一例である。導電性インクは、例えば、主成分としてナノメートルサイズの金属(銀など)の微粒子を溶媒中に分散させたものを含み、熱により焼成されることで硬化する。導電性インクは、例えば、数百ナノメートル以下のサイズの金属ナノ粒子を含んでいる。金属ナノ粒子の表面は、例えば、分散剤によりコーティングされており、溶媒中での凝集が抑制されている。
The
尚、インクジェットヘッド76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導電性インクを吐出する。また、導電性インク(金属ナノ粒子を含む流体)を吐出する装置としては、複数のノズルを備えるインクジェットヘッドに限らず、例えば、1つのノズルを備えたディスペンサーでも良い。また、導電性インクに含まれる金属ナノ粒子の種類は、銀に限らず、銅、金等でも良い。また、導電性インクに含まれる金属ナノ粒子の種類数は、1種類に限らず、複数種類でも良い。
The
焼成部74は、照射装置78(図2参照)を有している。照射装置78は、例えば、基材70の上に吐出された導電性インクを加熱する赤外線ヒータを備えている。導電性インクは、赤外線ヒータから熱を付与されることで焼成され、配線を形成する。ここでいう導電性インクの焼成とは、例えば、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属ナノ粒子の保護膜、つまり、分散剤の分解等が行われ、金属ナノ粒子が接触又は融着することで、導電率が高くなる現象である。そして、導電性インクを焼成することで、配線を形成することができる。尚、導電性インクを加熱する装置は、赤外線ヒータに限らない。例えば、実装基板製造装置10は、導電性インクを加熱する装置として、赤外線ランプ、レーザ光を導電性インクに照射するレーザ照射装置、あるいは導電性インクを吐出された基材70を炉内に入れて加熱する電気炉を備えても良い。
The
また、第2造形ユニット24は、基台60に載置された基材70の上に樹脂層を造形するユニットであり、第2印刷部84と、硬化部86とを有している。第2印刷部84は、インクジェットヘッド88(図2参照)を有しており、基台60に載置された基材70の上に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。尚、インクジェットヘッド88が紫外線硬化樹脂を吐出する方式は、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良い。
The
硬化部86は、平坦化装置90(図2参照)と、照射装置92(図2参照)とを有している。平坦化装置90は、インクジェットヘッド88によって基材70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。平坦化装置90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によって掻き取ることで、紫外線硬化樹脂の厚みを均一にさせる。また、照射装置92は、光源として水銀ランプもしくはLEDを備えており、基材70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、基材70の上に吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂層を形成することができる。
The curing
また、装着ユニット26は、基台60に載置された基材70の上に、電子部品を配置するユニットであり、供給部100と、装着部102とを有している。供給部100は、テーピング化された電子部品を1つずつ送り出すテープフィーダ110(図2参照)を複数有しており、各供給位置において、電子部品を供給する。電子部品は、例えば、温度センサ等のセンサ素子である。尚、電子部品の供給は、テープフィーダ110による供給に限らず、トレイによる供給でも良い。
The mounting
装着部102は、装着ヘッド112(図2参照)と、移動装置114(図2参照)とを有している。装着ヘッド112は、電子部品を吸着保持するための吸着ノズルを有している。吸着ノズルは、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、電子部品を離脱する。また、移動装置114は、テープフィーダ110の供給位置と、基台60に載置された基材70との間で、装着ヘッド112を移動させる。これにより、装着部102は、吸着ノズルにより電子部品を保持し、吸着ノズルによって保持した電子部品を、基材70の上に配置する。
The mounting
また、第3造形ユニット29は、基台60に載置された基材70の上に、導電性ペーストやアンダーフィル樹脂を塗布するユニットである。導電性ペーストは、例えば、マイクロサイズの金属粒子(マイクロフィラなど)を、樹脂製の接着剤に含めた粘性流体である。マイクロサイズの金属マイクロ粒子は、例えば、フレーク状態の金属(銀など)である。金属マイクロ粒子は、銀に限らず、金、銅などや複数種類の金属でも良い。接着剤は、例えば、エポキシ系の樹脂を主成分として含んでいる。導電性ペーストは、加熱により硬化し、例えば、配線に接続される接続端子の形成に使用される。接続端子とは、例えば、電子部品の部品端子に接続するバンプ、外部機器などに接続する外部電極などである。
Also, the
アンダーフィル樹脂は、電子部品の封止に用いる樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂を主材とするものである。また、アンダーフィル樹脂は、例えば、熱によって硬化する熱硬化性の樹脂である。尚、アンダーフィル樹脂として、紫外線で硬化する紫外線硬化樹脂などを用いても良い。 The underfill resin is a resin used for encapsulating electronic components, and is mainly composed of epoxy resin, for example. Also, the underfill resin is, for example, a thermosetting resin that is cured by heat. As the underfill resin, an ultraviolet curable resin or the like that is cured by ultraviolet rays may be used.
また、第3造形ユニット29は、導電性ペーストやアンダーフィル樹脂を吐出(塗布)する装置としてディスペンサー130を有する。尚、導電性ペーストやアンダーフィル樹脂を塗布する装置は、ディスペンサーに限らず、スクリーン印刷装置やグラビア印刷装置でも良い。また、実装基板製造装置10は、導電性ペーストとアンダーフィル樹脂を吐出するディスペンサー130を別々に備えても良く、同じディスペンサー130を切り替えて使用しても良い。また、本開示における「塗布」とは、流体をノズルなどから吐出する動作や、スクリーン印刷やグラビア印刷によって対象物の上に流体を付着させる動作、ピン等で流体を塗る動作などを含む概念である。ディスペンサー130は、基材70や樹脂層の上に導電性ペーストやアンダーフィル樹脂を吐出する。吐出された導電性ペーストは、例えば、第1造形ユニット22の焼成部74によって加熱され硬化することで接続端子(外部電極など)を形成する。また、吐出されたアンダーフィル樹脂は、例えば、焼成部74によって加熱され硬化することで電子部品を封止する。
The
ここで、導電性ペーストは、例えば、数十マイクロメートル以下のサイズの金属マイクロ粒子を含んでいる。導電性ペーストは、加熱されることで接着剤(樹脂など)が硬化し、フレーク状の金属同士が接触した状態で硬化する。上記したように導電性インクは、例えば、加熱によって金属ナノ粒子同士が融着することで一体化した金属となり、金属ナノ粒子同士が接触しているだけの状態に比べて導電率が高くなる。一方、導電性ペーストは、接着剤の硬化によってマイクロサイズの金属マイクロ粒子を互いに接触させて硬化する。このため、導電性インクを硬化して形成した配線の抵抗(電気抵抗率)は、例えば、数~数十マイクロΩ・cmと極めて小さく、導電性ペーストを硬化した配線の抵抗(数十~数千マイクロΩ・cm)に比べて小さい。従って、導電性インクは、低抵抗の回路配線など、低い抵抗値を要求される造形物の造形に適している。 Here, the conductive paste contains, for example, metal microparticles with a size of several tens of micrometers or less. In the conductive paste, the adhesive (resin or the like) is cured by being heated, and the conductive paste is cured in a state where the metal flakes are in contact with each other. As described above, in the conductive ink, for example, the metal nanoparticles are fused together by heating to form an integrated metal, and the conductivity is higher than when the metal nanoparticles are only in contact with each other. On the other hand, the conductive paste is cured by bringing the micro-sized metal microparticles into contact with each other by curing the adhesive. For this reason, the resistance (electrical resistivity) of the wiring formed by curing the conductive ink is extremely small, for example, several to several tens of microΩ cm, while the resistance of the wiring formed by curing the conductive paste (several tens to several 1,000 microΩ cm). Therefore, the conductive ink is suitable for forming objects that require a low resistance value, such as low-resistance circuit wiring.
一方で、導電性ペーストは、硬化時に接着剤を硬化させることで、他の部材との接着性を高めることができ、導電性インクに比べて他の部材との密着性に優れている。ここでいう他の部材とは、導電性ペーストを吐出等して付着させる部材であり、例えば、樹脂層、配線、電子部品の部品端子などである。従って、導電性ペーストは、電子部品を樹脂層に固定する接続端子など、機械的強度(引っ張り強度など)が要求される造形物の造形に適している。本実施形態の実装基板製造装置10では、このような導電性インクと導電性ペーストを使い分けて、特性を活かすことで、電気的性質及び機械的性質を向上した実装基板を製造できる。
On the other hand, the conductive paste cures the adhesive at the time of curing, so that the adhesion to other members can be enhanced, and the adhesiveness to other members is superior to that of the conductive ink. The other member here is a member to which the conductive paste is applied by discharging or the like, and includes, for example, a resin layer, wiring, and component terminals of electronic components. Therefore, the conductive paste is suitable for molding objects requiring mechanical strength (such as tensile strength), such as connection terminals for fixing electronic components to resin layers. The mounting
次に、実装基板製造装置10の制御装置27の構成について説明する。図2及び図3に示すように、制御装置27は、コントローラ120、複数の駆動回路122、記憶装置124を備えている。複数の駆動回路122は、上記電磁モータ38,56、保持装置62、昇降装置64、インクジェットヘッド76、照射装置78、インクジェットヘッド88、平坦化装置90、照射装置92、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(図2参照)。さらに、駆動回路122は、第3造形ユニット29に接続されている(図3参照)。
Next, the configuration of the
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。記憶装置124は、RAM、ROM、ハードディスク等を備えており、実装基板製造装置10の制御を行う制御プログラム126が記憶されている。コントローラ120は、制御プログラム126をCPUで実行することで、搬送装置20、第1造形ユニット22、第2造形ユニット24、装着ユニット26、第3造形ユニット29等の動作を制御可能となっている。以下の説明では、コントローラ120が、制御プログラム126を実行して各装置を制御することを、単に「装置が」と記載する場合がある。例えば、「コントローラ120がステージ52を移動させる」とは、「コントローラ120が、制御プログラム126を実行し、駆動回路122を介して搬送装置20の動作を制御して、搬送装置20の動作によってステージ52を移動させる」ことを意味している。
The
(実装基板製造装置の動作)
本実施形態の実装基板製造装置10は、上記した構成によって、配線、接続端子及び電子部品を含んだ実装基板171(図15、図16参照)を造形物として製造する。以下に説明する造形物の構造、製造手順等は、一例である。また、例えば、記憶装置124の制御プログラム126には、完成時の実装基板171をスライスした各層の三次元のデータが設定されている。コントローラ120は、制御プログラム126のデータに基づいて第1造形ユニット22等を制御し、紫外線硬化樹脂等を吐出、硬化等させて、実装基板171を形成する。(Operation of Mounting Board Manufacturing Equipment)
The mounting
まず、コントローラ120は、ステージ52の基台60に基材70がセットされると、ステージ52を移動させつつ、基材70の上に実装基板171の造形を行なう。図4に示すように、基材70の上面には、例えば、熱によって剥離可能な剥離フィルム133が貼り付けられており、その剥離フィルム133の上に実装基板171(造形物)が形成される。剥離フィルム133は、加熱されることで、実装基板171とともに基材70から剥離される。尚、基材70と実装基板171を分離する方法は、剥離フィルム133を用いる方法に限らない。例えば、基材70と実装基板171の間に、熱によって溶ける部材(サポート材など)を配置し、溶かして分離しても良い。また、剥離フィルム133などの分離する部材を用いずに、基材70の上に直接、実装基板171を造形しても良い。
First, when the
コントローラ120は、基材70をセットされると、図5に示すように、剥離フィルム133の上に回路基板141を形成する。コントローラ120は、配線145やスルーホール147を有する樹脂層143を形成する。この配線145の配線パターン等は、例えば、記憶装置124に記憶された制御プログラム126のデータに設定されている。尚、図5は、回路基板141の断面を模式的に示している。
When the
具体的には、コントローラ120は、例えば、樹脂層143を形成する場合、第2造形ユニット24のインクジェットヘッド88から紫外線硬化樹脂を剥離フィルム133の上に吐出する処理と、吐出した紫外線硬化樹脂へ硬化部86の照射装置92から紫外線を照射する処理を繰り返し実行することで樹脂層143を形成する。
Specifically, for example, when forming the
具体的には、コントローラ120は、図4に示すように、ステージ52を、第2造形ユニット24の下方に移動させ、第2印刷部84を制御して、インクジェットヘッド88から紫外線硬化樹脂135の液滴を剥離フィルム133の上に薄膜状に吐出する。コントローラ120は、インクジェットヘッド88を制御して、樹脂層143に対応する位置に、紫外線硬化樹脂135を吐出させる。硬化部86は、照射装置92により、薄膜状の紫外線硬化樹脂135に紫外線を照射する。これにより、剥離フィルム133の上に、薄膜状の樹脂層が形成される。尚、コントローラ120は、薄膜状に吐出した紫外線硬化樹脂を、平坦化装置90により平坦化する処理を適宜実行しても良い。コントローラ120は、紫外線硬化樹脂135の吐出位置を調整し、紫外線硬化樹脂135の吐出、紫外線硬化樹脂135の平坦化、紫外線の照射を、繰り返し実行することで、樹脂層143を形成する。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
また、コントローラ120は、樹脂層143を形成する過程で、配線145やスルーホール147の形成を適宜実行する。コントローラ120は、配線145を形成する場合、第1造形ユニット22の下方に、ステージ52を移動させる。コントローラ120は、第1印刷部72を制御してインクジェットヘッド76によって剥離フィルム133の上や、樹脂層143などの上に導電性インクを吐出する。インクジェットヘッド76は、配線パターンに応じて線状に導電性インクを吐出する。この配線パターンは、例えば、製造したい造形物に応じて制御プログラム126に設定されている。
In addition, the
次に、コントローラ120は、焼成部74を制御して、剥離フィルム133や樹脂層143などの上に吐出した導電性インクを、照射装置78の赤外線ヒータによって加熱する。これにより、導電性インクを焼成することで、図5に示すように、樹脂層143に配線145を形成することができる。
Next, the
また、コントローラ120は、スルーホール147を形成する場合、第3造形ユニット29の下方に、ステージ52を移動させる。コントローラ120は、第3造形ユニット29を制御してディスペンサー130によって剥離フィルム133、樹脂層143、配線145の上などに導電性ペーストを吐出する。
Also, when forming the through
次に、コントローラ120は、第1造形ユニット22の焼成部74を制御して、吐出した導電性ペーストを、照射装置78の赤外線ヒータによって加熱する。これにより、導電性ペーストを焼成することで、図5に示すように、樹脂層143にスルーホール147を形成することができる。コントローラ120は、上記した樹脂層143の形成、配線145の形成、スルーホール147の形成を適宜実行し回路基板141を形成する。
Next, the
尚、上記した回路基板141の形成工程は、一例である。例えば、スルーホール147を形成せずに、上層の配線145と下層の配線145を直接接続しても良い。また、スルーホール147の代わりに、金属製の棒状のピンなどを用いて下層の配線145と上層の配線145の導通を確保しても良い。また、回路基板141を、3次元積層造形により形成しなくとも良い。例えば、フォトリソグラフィ法や、電解めっき法などを用いて予め製造した回路基板141を用いても良い。
The process of forming the
次に、コントローラ120は、回路基板141の上に電子部品に接続される配線を形成する。コントローラ120は、第1造形ユニット22の下方に、ステージ52を移動させ、図5に示すように、第1印刷部72のインクジェットヘッド76によって回路基板141の上に導電性インク137を吐出する。インクジェットヘッド76は、図14に示す電子部品161に接続される配線パターンに応じて線状に導電性インク137を吐出する。コントローラ120は、回路基板141の上に吐出した導電性インク137を、照射装置78の赤外線ヒータによって加熱し焼成することで、図6及び図7に示す配線149を回路基板141の上に形成する。
Next, the
図7は、回路基板141を上方から平面視した状態を示している。本実施形態では、図14に示すように、一例として、平面視において正方形の回路基板141を形成し、その上面141Aの中央に電子部品161を実装する。配線149は、例えば、電子部品161の部品端子163と、回路基板141の配線145(図6参照)とを接続する位置に形成される。配線149は、電子部品161を取り囲むように形成される。
FIG. 7 shows a state in which the
次に、コントローラ120は、配線149を形成した後、図8及び図9に示す補強部材153を形成する。ここで、電子部品161を実装する実装基板171(図15、図16参照)を三次元積層造形で形成する場合、その形成工程において回路基板141に熱が加えられる。例えば、配線149や後述するバンプ155(図13参照)を形成するために、導電性インクや導電性ペーストを焼成すると、回路基板141に熱が加えられる。回路基板141は、熱を加えられることで熱応力が発生し、反りが発生する。この熱応力は、製造工程で熱を加えられるごとに蓄積する可能性がある。特に、電子部品161を実装する際や、実装してから回路基板141の反りが発生すると、バンプ155の一部が膨れる、割れる、あるいは切断される。本実施形態の実装基板製造装置10は、電子部品161を実装する位置を補強する補強部材153を三次元積層造形で形成し、回路基板141の剛性を高め、反りを低減する。
Next, after forming the
詳述すると、図8及び図9に示すように、コントローラ120は、電子部品161の部品端子163(図14参照)が配置される予定の配置位置151を取り囲む補強部材153を形成する。具体的には、コントローラ120は、第2造形ユニット24のインクジェットヘッド88(図4参照)から紫外線硬化樹脂135を回路基板141や配線149の上に、薄膜状に吐出する。コントローラ120は、インクジェットヘッド88を制御して、補強部材153に対応する位置に、紫外線硬化樹脂135を吐出させる。
Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the
コントローラ120は、吐出した紫外線硬化樹脂135を、平坦化装置90により平坦化する処理を適宜実行する。また、コントローラ120は、吐出した紫外線硬化樹脂135へ硬化部86の照射装置92から紫外線を照射する。コントローラ120は、紫外線硬化樹脂135の吐出、紫外線硬化樹脂135の平坦化、紫外線の照射を、繰り返し実行し補強部材153を形成する。
The
図8及び図9に示すように、補強部材153は、例えば、配置位置151や電子部品161を取り囲む正方形の枠形状をなしている。補強部材153は、回路基板141を平面視した場合に、上下方向に沿った2つの壁と、左右方向に沿った2つの壁の端部を互いに接続した正方形の枠状をなしている。図10は、図9に示すI-I線で切断した断面を示している。図10に示すように、所定のピッチで並ぶ複数の配線149は、その一部を補強部材153によって埋められる。各配線149の間の隙間は、補強部材153の紫外線硬化樹脂によって埋められる。
As shown in FIGS. 8 and 9 , the reinforcing
次に、コントローラ120は、補強部材153を形成した後、電子部品161の部品端子163と接続するバンプ155を形成する。具体的には、コントローラ120は、補強部材153を形成した後、第3造形ユニット29の下方にステージ52を移動させる。図11に示すように、コントローラ120は、第3造形ユニット29を制御してディスペンサー130によって配線149の上に導電性ペースト157を吐出する。コントローラ120は、バンプ155を形成する位置に合せて導電性ペースト157を吐出する。
Next, after forming the reinforcing
次に、コントローラ120は、導電性ペースト157を吐出した後、装着ユニット26の下方へステージ52を移動させ、装着部102により電子部品の装着を行なう。図12に示すように、装着部102の装着ヘッド112は、吸着ノズル159によって電子部品161を吸着して保持し、回路基板141の上方へ搬送する。装着部102は、吸着ノズル159で吸着した電子部品161を、電子部品161の部品端子163が導電性ペースト157の位置となるように配置する。
After discharging the
そして、コントローラ120は、第1造形ユニット22の焼成部74によって導電性ペースト157を加熱して硬化することでバンプを形成する。図13及び図14に示すように、電子部品161の部品端子163は、バンプ155を介して配線149に電気的に接続される。即ち、電子部品161が、回路基板141に実装される。バンプ155は、補強部材153の内側に配置された配線149の上に形成される。換言すれば、補強部材153は、配線149の一部を内側に貫通させるように、配線149の上に形成される。
Then, the
ここで、電子部品161や部品端子163を実装した位置は、補強部材153によって取り囲まれている。正方形の枠状の補強部材153を予め形成することで、回路基板141の部分的な厚みを意図的に増やし、補強部材153に取り囲まれた部分の剛性を高めることができる。バンプ155を焼成する際に熱が加えられ、補強部材153の内側の回路基板141に熱応力が加えられても、補強部材153で剛性を高めることで反りの発生を抑制することができる。その結果、バンプ155や配線149の割れ等の発生を抑制することができる。また、3次元積層造形を用いることで、補強部材153を任意の位置に形成でき、回路基板141を形成した後から、回路基板141の必要な箇所を補強することができる。
Here, the positions where the
尚、コントローラ120は、バンプ155を形成する導電性ペースト157を吐出する前に、配線149の上の余分な樹脂を除去しても良い。補強部材153の造形において、余分な紫外線硬化樹脂135が補強部材153の内側に露出した配線149の上に付着する虞がある。このため、コントローラ120は、例えば、補強部材153の内側で露出する配線149に向かってレーザなどを照射し配線149の上の余分な樹脂の残滓を除去しても良い。これにより、配線149とバンプ155との接続部分における抵抗を減らすことができる。
Note that the
次に、コントローラ120は、補強部材153の内側にアンダーフィル樹脂を充填する。コントローラ120は、電子部品161を実装した後、第3造形ユニット29の下方にステージ52を移動させる。コントローラ120は、第3造形ユニット29を制御してディスペンサー130によって補強部材153の内側にアンダーフィル樹脂を吐出する。コントローラ120は、アンダーフィル樹脂を吐出した後、例えば、第1造形ユニット22の焼成部74によってアンダーフィル樹脂を加熱し硬化させる。図15及び図16に示すように、電子部品161は、補強部材153に取り囲まれた部分に充填されたアンダーフィル樹脂165によって埋められ、封止される。このようにして、本実施形態の実装基板製造装置10は、電子部品161を実装した実装基板171を製造することができる。
Next, the
従って、上記したように、本実施形態の実装基板171の製造方法は、補強部材153を形成した後に、バンプ155を形成する工程を実行する(図11~図13参照)。そのバンプ155を形成する工程において、配線149のうち、補強部材153の内側となる配線149の上に、導電性ペースト157を塗布する(図11参照)。そして、配線149の上に塗布した導電性ペースト157を、第1造形ユニット22の焼成部74によって加熱して硬化する(図13参照)。これによれば、電子部品161を取り囲む補強部材153を形成し、その後に、補強部材153の内側で露出された配線149の上に、バンプ155を形成する。バンプ155の形成時に、導電性ペースト157が不要な場所に流れ出るのを補強部材153によって防ぐことができる。また、不要な場所に流れ出た導電性ペースト157が硬化してバンプ155や配線149の接続不良を発生させるような事態の発生を、抑制できる。
Therefore, as described above, in the manufacturing method of the mounting
また、本実施形態の補強部材153は、回路基板141を平面視した場合に、電子部品161の配置位置151(図9参照)を取り囲む壁を互いに接続して形成した枠状の部材である。これによれば、部品端子163(配置位置151)を取り囲む壁を形成し、その壁を互いに接続して枠状の壁を補強部材153として形成する。壁を互いに接続させることで補強部材153の強度を高め、配置位置151の回路基板141の剛性をより高めることができる。
Further, the reinforcing
また、本実施形態の実装基板171の製造工程は、補強部材153の内側にアンダーフィル樹脂165を充填して電子部品161を封止する。これによれば、補強部材153の内側にアンダーフィル樹脂165を充填することで、電子部品161を実装する位置の樹脂の厚みを増加させ、補強部材153を内側からアンダーフィル樹脂165で支えることで、回路基板141の剛性を更に高めることができる。回路基板141の反りを抑え、バンプ155の割れ等による接続不良の発生をより確実に抑制できる。また、電子部品161を封止するアンダーフィル樹脂165が、電子部品161を実装する位置から外側へ流れ出ようとした場合、流れ出すアンダーフィル樹脂165を補強部材153によって堰き止めることができる。アンダーフィル樹脂165が不要な部分まで流れ出すことを抑制でき、接続不良などの発生を抑制できる。また、アンダーフィル樹脂165を充填する際の、アンダーフィル樹脂165の流れの管理が容易となる。
In addition, in the manufacturing process of the mounting
図15に示すように、回路基板141の上面141Aに直交する高さ方向において、回路基板141の上面141Aから電子部品161の上端までの第1距離L1に比べて、上面141Aから補強部材153の上端までの第2距離L2が長くなっている。換言すれば、本実施形態の補強部材153は、回路基板141に実装された電子部品161よりも高い位置まで形成されている。これによれば、補強部材153を、電子部品161よりも高い位置まで形成することで、補強部材153内へのアンダーフィル樹脂165の充填や補強部材153の上に後述する補強板を固定するなど、さらなる補強を実行することが可能となる。
As shown in FIG. 15, in the height direction orthogonal to the
例えば、図17に示すように、補強部材153の上に補強板173を取り付けても良い。補強板173は、例えば、金属、ガラス、セラミックなど、樹脂製の回路基板141よりも熱変化し難い材料で形成されている。補強板173は、例えば、アンダーフィル樹脂165及び補強部材153の上面を覆う正方形の板状をなしている。補強板173を実装基板171に取り付ける方法は、特に限定されない。例えば、接着剤やネジなどを用いて補強部材153やアンダーフィル樹脂165に固定しても良い。コントローラ120は、例えば、補強部材153の形成工程において、補強板173を固定するネジ穴を補強部材153に形成しても良い。また、補強板173の固定は、人が手作業で行なっても良く、実装基板製造装置10が実行しても良い。例えば、実装基板製造装置10は、ロボットアームを備え、ロボットアームで補強板173を把持して補強部材153及びアンダーフィル樹脂165の上に補強板173を固定しても良い。
For example, as shown in FIG. 17, a reinforcing
従って、本実施形態の実装基板171の製造工程では、電子部品161の上面を覆う補強板173を補強部材153に固定する工程を備えても良い。これによれば、主に樹脂で形成された回路基板141に比べて熱変化しにくい材料を補強板173として用いることで、補強部材153を介して補強板173により回路基板141の剛性をさらに高めることができる。回路基板141の反りをより効果的に低減できる。
Therefore, the manufacturing process of the mounting
尚、補強板173は、回路基板141と同様に、樹脂性でも良い。例えば、補強板173は、樹脂の内部にガラスなどを挿入した部材でも良い。また、補強板173を、アンダーフィル樹脂165に取り付けても良く、補強部材153とアンダーフィル樹脂165の両方に取り付けても良い。また、補強板173を補強部材153に取り付ける場合、補強部材153の内側にアンダーフィル樹脂165を充填しなくとも良い。また、補強部材153を補強する部材は、板状の部材に限らず、棒状の部材でも良い。例えば、補強部材153の四つの壁のうち、対向する2つの壁を繋ぐ棒状の部材で補強部材153を補強しても良い。
Incidentally, the reinforcing
また、上記した実装基板171の形状、構造、部材の数等は、一例である。例えば、上記した実装基板171では、電子部品161の下方に部品端子163を配置し、回路基板141や配線149の上面141Aに電子部品161を実装したが、これに限らない。例えば、図18に示すように、電子部品161の上方で、部品端子163と配線149とをバンプ155で接続しても良い。そして、配線149の上に、補強部材153や補強板173を形成しても良い。例えば、電子部品161を回路基板141内に埋めて、部品端子163を上面141A(図7参照)に露出させ、その上にバンプ155や配線149を形成しても良い。この場合にも、電子部品161や部品端子163を囲むように、補強部材153を形成することで、回路基板141の反り等を抑制することができる。また、図18に示すように、補強部材153内をアンダーフィル樹脂165(図17参照)で埋めなくとも良い。従って、上記した電子部品161、部品端子163の向き、配置等は、実装基板171の構造等に応じて適宜変更される。
Also, the shape, structure, number of members, etc. of the mounting
また、例えば、図19及び図20に示すように、補強部材として、凹部を形成しても良い。図15や図16に示す補強部材153は、電子部品161の実装位置を囲む壁で形成されていた。これに対し、図19及び図20に示す補強部材253は、電子部品161を取り囲む部分の外側を紫外線硬化樹脂135で埋めた形状をなしている。
Further, for example, as shown in FIGS. 19 and 20, recesses may be formed as reinforcing members. The reinforcing
具体的には、補強部材253は、部品端子163を配置する配置位置151(図9参照)を取り囲んだ部分の外側に配置される配線149を紫外線硬化樹脂135で埋めている。補強部材253は、例えば、回路基板141の平面視において、電子部品161、部品端子163等を囲む正方形の領域を除いて、上面141Aの上に形成されている。補強部材253は、中央に正方形の穴を形成した正方形の板状をなしている。換言すれば、配線149は、電子部品161を補強部材253で囲んだ部分(正方形の穴)の外側を補強部材253で埋められている。
Specifically, the
また、補強部材253は、部品端子163を取り囲んだ部分の回路基板141の上面141Aを露出させ回路基板141の上面141Aを底面とする凹部を形成している。この凹部には、例えば、アンダーフィル樹脂165が充填される。これによれば、部品端子163の配置位置151(図9参照)よりも外側の配線149を埋める部材を補強部材253として形成する。配置位置151の外側における回路基板141の厚みを全体的に増加させることができる。電子部品161を配置する回路基板141の上面141Aを底面とする凹部を補強部材253で形成することで、配置位置151の回路基板141の剛性をより高めることができる。尚、補強部材253の凹部に、アンダーフィル樹脂165を充填しなくとも良い。また、アンダーフィル樹脂165に加えて、又はアンダーフィル樹脂165に替えて補強板173(図17参照)を、補強部材253に取り付けても良い。
Further, the reinforcing
因みに、上記実施例において、紫外線硬化樹脂135は、樹脂材料の一例である。導電性インク137は、第1金属流体の一例である。回路基板141は、基板の一例である。バンプ155は、接続部の一例である。導電性ペースト157は、第2金属流体の一例である。図5の工程は、第1金属流体塗布工程の一例である。図6、図7の工程は、配線形成工程の一例である。図8、図9の工程は、樹脂材料塗布工程、補強部材形成工程の一例である。図11の工程は、第2金属流体塗布工程の一例である。図12の工程は、電子部品配置工程の一例である。図13、図14は、実装工程の一例である。図15、図16は、封止工程の一例である。図17は、補強板固定工程の一例である。
Incidentally, in the above embodiments, the ultraviolet curable resin 135 is an example of a resin material.
以上、上記した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
本実施形態の実装基板171の製造工程は、回路基板141の上に、導電性インク137を塗布する図5の工程と、回路基板141の上に塗布した導電性インク137を硬化させて配線149を形成する図6、図7の工程と、を有する。また、製造工程は、電子部品161の部品端子163を配置する配置位置151を取り囲み、且つ配線149の上となる位置に紫外線硬化樹脂135を塗布する工程と、塗布した紫外線硬化樹脂135を硬化し、配置位置151を取り囲む補強部材153を形成する図8、図9の工程と、有する。また、製造工程は、配置位置151に対応する配線149の上に、導電性ペースト157を塗布する図11の工程と、電子部品161の部品端子163を配置位置151に配置し、導電性ペースト157を介して電子部品161と配線149を接続する図12の工程と、を有する。そして、製造工程は、配線149の上に塗布した導電性ペースト157を硬化させバンプ155を形成し、電子部品161を実装する図13、図14の工程を有する。As described above, the present embodiment described above has the following effects.
The manufacturing process of the mounting
これによれば、電子部品161の部品端子163(配置位置151)を取り囲む位置で、且つ配線149上に、紫外線硬化樹脂135で補強部材153を形成する。これにより、配線149の少なくとも一部を埋め、電子部品161を取り囲む補強部材153を形成し回路基板141の厚みを増やすことで、配置位置151の回路基板141の剛性を高めることができる。また、配線149の一部を埋める位置に補強部材153を形成することで、補強部材153と部品端子163を近づけることができ、配置位置151に発生する回路基板141の反りを効果的に抑制することができる。バンプ155の膨れや割れを抑制でき、電子部品161の接続の歩留まりを向上できる。
According to this, a reinforcing
尚、本開示は、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、本開示の基板として、配線145やスルーホール147を備える回路基板141を採用したが、これに限らない。本開示の基板は、配線145やスルーホール147を備えない樹脂層143でも良い。
また、上記実施形態では、図8で補強部材153を形成した後に、バンプ155を形成した。しかしながら、先にバンプ155を形成してから(電子部品161を実装してから)補強部材153を形成しても良い。この場合、補強部材153を形成する紫外線硬化樹脂135でバンプ155を埋め、補強部材153でバンプ155を埋めても良い。The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
For example, in the above embodiments, the
Further, in the above embodiment, the
また、第2距離L2は、第1距離L1と同一又は第1距離L1以下の距離でも良い。例えば、補強部材153は、電子部品161の上端よりも低い壁でも良い。
また、上記実施例では、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂が採用されているが、熱により硬化する熱硬化樹脂等の種々の硬化性樹脂を採用することが可能である。
また、本開示における3次元積層造形の方法としては、インクジェット方式や光造形法(SL:Stereo Lithography)に限らず、例えば、熱溶解積層法(FDM:Fused Deposition Molding)などの他の方法を採用できる。Also, the second distance L2 may be equal to or less than the first distance L1. For example, the reinforcing
Further, in the above embodiment, an ultraviolet curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays is used, but various curable resins such as a thermosetting resin that is cured by heat can be used.
In addition, the method of three-dimensional layered manufacturing in the present disclosure is not limited to the inkjet method or stereolithography (SL: Stereo Lithography), and other methods such as Fused Deposition Molding (FDM) are adopted. can.
135 紫外線硬化樹脂(樹脂材料)、137 導電性インク(第1金属流体)、141 回路基板(基板)、141A 上面、149 配線、151 配置位置、153、253 補強部材、155 バンプ(接続部)、157 導電性ペースト(第2金属流体)、161 電子部品、163 部品端子、165 アンダーフィル樹脂、171 実装基板、173 補強板、L1 第1距離、L2 第2距離。 135 UV curable resin (resin material), 137 conductive ink (first metal fluid), 141 circuit board (substrate), 141A upper surface, 149 wiring, 151 arrangement position, 153, 253 reinforcing member, 155 bump (connecting portion), 157 conductive paste (second metal fluid), 161 electronic component, 163 component terminal, 165 underfill resin, 171 mounting board, 173 reinforcing plate, L1 first distance, L2 second distance.
Claims (7)
基板の上に、金属粒子を溶媒中に分散させた第1金属流体を塗布する第1金属流体塗布工程と、
前記基板の上に塗布した前記第1金属流体を硬化させて複数の前記配線を形成する配線形成工程と、
前記電子部品の複数の前記部品端子を配置する配置位置を取り囲み、且つ複数の前記配線の各々の上となる位置に樹脂材料を塗布する樹脂材料塗布工程と、
複数の前記配線の各々の上に塗布した前記樹脂材料を硬化し、前記配置位置を取り囲む補強部材を形成する補強部材形成工程と、
前記配置位置に対応する複数の前記配線の各々の上に、金属粒子を含む粘性流体である第2金属流体を塗布する第2金属流体塗布工程と、
前記電子部品の複数の前記部品端子を前記配置位置に配置し、前記第2金属流体を介して前記電子部品の複数の前記部品端子の各々と複数の前記配線を接続する電子部品配置工程と、
複数の前記配線の各々の上に塗布した前記第2金属流体を加熱により硬化させ複数の前記接続部を形成し、前記電子部品を実装する実装工程と、
を含む、3次元積層造形による実装基板の製造方法。 A method for manufacturing a mounting board in which a plurality of wirings and a plurality of component terminals of an electronic component are connected at a plurality of connection portions by three-dimensional lamination molding,
a first metal fluid coating step of coating a substrate with a first metal fluid in which metal particles are dispersed in a solvent ;
a wiring forming step of curing the first metal fluid applied onto the substrate to form a plurality of wirings;
a resin material applying step of applying a resin material to a position surrounding each of the plurality of component terminals of the electronic component and on each of the plurality of wirings;
a reinforcing member forming step of curing the resin material applied on each of the plurality of wirings to form a reinforcing member surrounding the arrangement position;
a second metal fluid applying step of applying a second metal fluid, which is a viscous fluid containing metal particles, onto each of the plurality of wirings corresponding to the arrangement positions;
an electronic component arranging step of arranging the plurality of component terminals of the electronic component at the arrangement position and connecting each of the plurality of component terminals of the electronic component to the plurality of wirings via the second metal fluid;
a mounting step of heating and curing the second metal fluid applied to each of the plurality of wirings to form the plurality of connection portions, and mounting the electronic component;
A method for manufacturing a mounting substrate by three-dimensional lamination molding.
前記第2金属流体塗布工程において、
前記配線のうち、前記補強部材の内側となる前記配線の上に、前記第2金属流体を塗布する、請求項1に記載の3次元積層造形による実装基板の製造方法。 After forming the reinforcing member by the reinforcing member forming step, performing the second metal fluid applying step,
In the second metal fluid applying step,
2. The method of manufacturing a mounting substrate by three-dimensional layered manufacturing according to claim 1, wherein the second metal fluid is applied onto the wiring of the wiring that is inside the reinforcing member.
前記基板を平面視した場合に、複数の前記部品端子の前記配置位置を取り囲む壁を互いに接続して形成した枠状の部材である、請求項1又は請求項2に記載の3次元積層造形による実装基板の製造方法。 The reinforcing member is
3. The three-dimensional layered manufacturing according to claim 1 or 2, wherein a frame-shaped member is formed by connecting walls surrounding the arrangement positions of the plurality of component terminals when the substrate is viewed from above. A method for manufacturing a mounting substrate.
前記配置位置を取り囲んだ部分の外側に配置される複数の前記配線を前記樹脂材料で埋め、前記配置位置を取り囲んだ部分の前記基板の上面を露出させ前記基板の上面を底面とする凹部を形成する部材である、請求項1又は請求項2に記載の3次元積層造形による実装基板の製造方法。 The reinforcing member is
The plurality of wirings arranged outside the portion surrounding the arrangement position is filled with the resin material, and the upper surface of the substrate in the portion surrounding the arrangement position is exposed to form a recess having the upper surface of the substrate as the bottom surface. 3. The method of manufacturing a mounting substrate by three-dimensional lamination molding according to claim 1 or 2, wherein the member is a member for manufacturing.
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