JP7344297B2 - ３次元積層造形による回路配線の製造方法 - Google Patents

３次元積層造形による回路配線の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、３次元積層造形を用いた回路配線の製造方法に関するものである。
従来、３次元積層造形に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、３次元積層造形により電子部品と回路配線を含んだ積層ユニットを形成する技術が開示されている。特許文献１に記載された積層ユニット形成装置は、紫外線硬化樹脂を基材の上に吐出して硬化することで絶縁層を形成する。積層ユニット形成装置は、絶縁層の上に金属インクを吐出した後、金属インクにレーザを照射して金属インクを焼成し、回路配線を形成している。
国際公開第ＷＯ／２０１９／１０２５２２号
上記した回路配線の製造方法では、金属インクを焼成する際に、金属インクの下の絶縁層にも熱が加わる。絶縁層は、加熱されることで、絶縁層を構成する樹脂材料の線膨張係数に応じて膨張する。絶縁層が膨張することで、絶縁層の上に形成される回路配線の一部が膨れる、あるいは割れる虞があることが問題となる。
そこで、本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、３次元積層造形により樹脂部材の上に回路配線を形成する場合に、回路配線の膨れや割れを抑制できる３次元積層造形による回路配線の製造方法を提供することを課題とする。
本明細書は、樹脂材料で形成された樹脂部材の上に、金属粒子を含む流体を吐出する吐出工程と、前記樹脂部材の上に吐出した前記金属粒子を含む流体を、加熱温度で加熱して硬化させ回路配線を形成する工程であって、前記樹脂材料のガラス転移点、前記樹脂材料の線膨張係数、及び室温に基づく前記加熱温度で加熱する回路配線形成工程と、を含み、前記回路配線形成工程は、前記吐出工程で吐出された前記金属粒子を含む流体を、吐出された位置において前記加熱温度で加熱して硬化させ、吐出した位置に前記回路配線を形成する工程であり、前記樹脂材料は、前記ガラス転移点が、前記加熱温度に比べて高い材料であり、前記ガラス転移点以下における前記線膨張係数である第１線膨張係数、前記回路配線形成工程の加熱による前記樹脂部材の膨張の上限を示す上限値を用いて、次式、（前記加熱温度－室温）×前記第１線膨張係数＜上限値を満たす前記加熱温度により前記回路配線形成工程における加熱を行ない、前記回路配線形成工程の加熱による前記樹脂部材の膨張の上限を示す上限値とは、前記回路配線形成工程の加熱によって前記樹脂部材が膨張する膨張量であって、前記回路配線に膨れ及び割れが発生しない範囲の上限を示す膨張量であり、前記回路配線形成工程において、前記樹脂部材の上に吐出した前記金属粒子を含む流体を加熱する際に、前記樹脂部材を載置する基材を冷却して、前記樹脂部材の温度上昇を抑制する、３次元積層造形による回路配線の製造方法を開示する。
本開示によれば、樹脂材料は、軟化が開始されるガラス転移点の前後で、線膨張係数が大きく変化する。一般的には、ガラス転移点以上の線膨張係数は、ガラス転移点以下の線膨張係数に比べて、急激に大きくなる。また、回路配線の割れや膨れに影響を与える要因として、樹脂部材を形成する樹脂材料のガラス転移点、線膨張係数、室温、金属粒子を含む流体を加熱する加熱温度がある。そこで、ガラス転移点、線膨張係数、室温に基づいた加熱温度を用いた加熱を行なう。これにより、回路配線形成工程の加熱による樹脂部材の膨張を、所望の上限以下に抑えることができ、回路配線の膨れや割れを抑制することができる。
積層ユニット形成装置を示す図である。 制御装置を示すブロック図である。 制御装置を示すブロック図である。 吐出工程を示す図である。 回路配線形成工程を示す図である。 ２種類の紫外線硬化樹脂の線膨張係数と、ガラス転移点の関係を示すグラフである。
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。
（１）積層ユニット形成装置の構成
図１に積層ユニット形成装置１０を示す。積層ユニット形成装置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２００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２００は、積層ユニット形成装置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。
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。
ステージ５２は、基台６０と、保持装置６２と、昇降装置６４と、冷却装置６６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（図４参照）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。
また、冷却装置６６は、基台６０に載置された基材７０を冷却する装置である。冷却装置６６の構成は、特に限定されないが、例えば、ガスを冷媒として用いる気体冷却装置、液体を冷媒として用いる液体冷却装置、ヒートパイプを用いた装置等を採用できる。冷却装置６６は、制御装置２７（図２参照）の制御に基づいて駆動し、基材７０を冷却することで、基材７０上に形成した造形物を冷却する。
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の上に回路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、金属インクを線状に吐出する。金属インクは、本開示の金属粒子を含む流体の一例である。金属インクは、例えば、ナノメートルサイズの金属（銀など）の微粒子を溶剤中に分散させたものであり、熱により焼成され硬化する。金属微粒子の表面は、例えば、分散剤によりコーティングされており、溶剤中での凝集が抑制されている。なお、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金属インクを吐出する。また、金属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、金属インクに含まれる金属の種類は、銀に限らず、銅、金等でも良い。また、金属インクに含まれる金属の種類数は、１種類に限らず、複数種類でも良い。
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の上に吐出された金属インクを加熱する赤外線ヒータを備えている。金属インクは、赤外線ヒータから熱を付与されることで焼成され、回路配線を形成する。ここでいう金属インクの焼成とは、例えば、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子の保護膜、つまり、分散剤の分解等が行われ、金属微粒子が接触又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、金属インクを焼成することで、回路配線を形成することができる。なお、金属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、積層ユニット形成装置１０は、金属インクを加熱する装置として、赤外線ランプ、レーザ光を金属インクに照射するレーザ照射装置、あるいは金属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。また、金属インクを加熱する温度は、例えば、金属インクに含まれる金属の融点よりも低い焼成の温度に限らず、金属の融点よりも高い温度でも良い。
また、第２造形ユニット２４は、基台６０に載置された基材７０の上に絶縁層（本開示の樹脂部材の一例）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。なお、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。
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、絶縁層を形成することができる。
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、電子部品やプローブピンを装着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。さらに、供給部１００は、プローブピンが立った状態で並べられたトレイ２０１（図２参照）を有しており、トレイ２０１からピックアップされることが可能な状態でプローブピンを供給する。電子部品は、例えば、温度センサ等のセンサ素子である。また、プローブピンとは、１つの積層ユニットの回路配線と、他の積層ユニットの回路配線とを電気的に接続する部材である。なお、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。また、プローブピンの供給は、トレイ２０１による供給に限らず、テープフィーダによる供給でも良い。また、電子部品とプローブピンの供給は、テープフィーダによる供給とトレイによる供給との両方、あるいはそれ以外の供給でも良い。
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、又はプローブピン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等を吸着保持する。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、電子部品等を離脱する。また、移動装置１１４は、テープフィーダ１１０の供給位置又はトレイ２０１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等を保持し、吸着ノズルによって保持した電子部品等を、基材７０の上に配置する。
第３造形ユニット２００は、基台６０に載置された基材７０の上に、導電性接着剤を吐出するユニットである。導電性接着剤は、加熱により硬化する導電性ペーストであり、例えば、回路配線同士を接続するスルーホールの形成や、電子部品の端子の電気的な接続（固定）に使用される。第３造形ユニット２００は、導電性接着剤を吐出する装置としてディスペンサー２０２（図３参照）を有する。尚、導電性接着剤を吐出等する装置は、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。
ディスペンサー２０２は、絶縁層の貫通孔内や絶縁層の表面等に導電性接着剤を吐出する。貫通孔に充填された導電性接着材は、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スルーホールを形成する。また、絶縁層の表面に吐出された導電性接着材は、例えば、焼成部７４によって加熱され硬化することで、装着ヘッド１１２によって配置された電子部品の端子と回路配線を接続する。
また、制御装置２７は、図２及び図３に示すように、コントローラ１２０と、複数の駆動回路１２２と、記憶装置１２４とを備えている。複数の駆動回路１２２は、図２に示すように、上記電磁モータ３８，５６、保持装置６２、昇降装置６４、冷却装置６６、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。さらに、駆動回路１２２は、図３に示すように、上記した第３造形ユニット２００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。記憶装置１２４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を備えており、積層ユニット形成装置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２００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が基台６０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の動作によって基台６０を移動させる」ことを意味している。
（２）３次元積層電子デバイスの製造方法
本実施形態の積層ユニット形成装置１０は、上記した構成によって、回路配線及び電子部品を含んだ積層ユニットを複数造形し、複数の積層ユニットを組み立てることで３次元積層電子デバイスを製造する。詳述すると、コントローラ１２０は、第１造形ユニット２２を制御し、金属インクを硬化することで回路配線を形成する。また、コントローラ１２０は、第２造形ユニット２４を制御し、紫外線硬化樹脂を硬化させることで絶縁層を形成する。コントローラ１２０は、回路配線や絶縁層の形状を変更することで、任意の形状の積層ユニットを造形することが可能となっている。
また、コントローラ１２０は、積層ユニットを造形する過程で装着ユニット２６によって電子部品を実装する。例えば、制御プログラム１２６には、積層ユニット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、紫外線硬化樹脂等を吐出、硬化等させて積層ユニットを形成する。また、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電子部品を配置する層や位置等の情報を検出し、検出した情報に基づいて電子部品を積層ユニットに実装する。また、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、装着ユニット２６から供給したプローブピンの装着や、第３造形ユニット２００のディスペンサー２０２から吐出した導電性接着剤による造形を積層ユニットに対して実行する。このようにして造形した複数の積層ユニットを組み立てて所望の３次元積層電子デバイスを製造することができる。なお、複数の積層ユニットを互いに固定する方法は、特に限定されないが、ネジ、ボルト、ナット、等を用いる方法や、接着剤を用いる方法を採用できる。また、複数の積層ユニットを組み立てる作業は、積層ユニット形成装置１０が自動実行しても良い。例えば、積層ユニット形成装置１０は、複数の積層ユニットを組み合わせて互いに固定するロボットアームを備えても良い。あるいは、複数の積層ユニットを組み立てる作業は、ユーザが手作業で行なっても良い。
次に、上記した製造工程において、金属インクを吐出する吐出工程と、吐出した金属インクを硬化させて回路配線を形成する回路配線形成工程の一例について説明する。図４は、吐出工程を示している。コントローラ１２０は、例えば、搬送装置２０（図１参照）を制御し、基材７０をセットされたステージ５２を、第２造形ユニット２４（図１参照）の下方へ移動させる。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を制御して、基材７０の上に紫外線硬化樹脂を吐出する（本開示の第２吐出工程の一例）。コントローラ１２０は、照射装置９２を制御して、基材７０の上に吐出した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、硬化する（本開示の硬化工程の一例）。コントローラ１２０は、吐出及び硬化を繰り返し実行し、基材７０の上に絶縁層２１８（図４参照）を形成する（本開示の絶縁層形成工程の一例）。
コントローラ１２０は、所望の厚みや形状の絶縁層２１８を形成すると、搬送装置２０を制御し、基材７０をセットされたステージ５２を、第１造形ユニット２２（図１参照）の下方に移動させる。図４に示すように、コントローラ１２０は、第１造形ユニット２２のインクジェットヘッド７６を制御して、絶縁層２１８の上面２１８Ａに金属インク２１９を薄膜状に吐出する。コントローラ１２０は、制御プログラム１２６の三次元データ（回路配線のデータ）に基づいて、金属インク２１９を吐出する。
図５に示すように、コントローラ１２０は、上面２１８Ａに吐出した金属インク２１９を、焼成部７４の照射装置７８によって加熱し焼成する。コントローラ１２０は、例えば、図４に示す吐出工程と、図５に示す回路配線形成工程とを繰り返し実行し、所望の回路配線２２１を形成する。ここでいう所望の回路配線２２１とは、所望の厚み、形状や、電気的特性を満たす回路配線２２１である。
ここで、上記した回路配線形成工程において、絶縁層２１８の上に吐出した金属インク２１９を、焼成部７４の照射装置７８によって加熱する際に、絶縁層２１８に熱が加わる。絶縁層２１８は、加熱されることで、絶縁層２１８を構成する紫外線硬化樹脂の線膨張係数に応じて膨張する。その結果、回路配線２２１の一部が膨れる、あるいは割れてしまう（クラックが生じる）虞がある。特に、３次元構造の絶縁層２１８では、樹脂フィルムなどの薄い物体に比べて、熱膨張の規模が大きくなり、回路配線２２１の膨れ等がより問題となる。そこで、本実施形態の積層ユニット形成装置１０は、回路配線２２１の膨れや割れに影響を与える条件を変更することで、回路配線２２１の膨れ等の発生を抑制する。
図６は、２種類の紫外線硬化樹脂の線膨張係数と、ガラス転移点の関係を示している。図６の横軸は、金属インク２１９の加熱温度（℃）を示している。加熱温度Ｃ１は、例えば、金属インクが焼結する焼結温度である。また、図６の縦軸は、回路配線２２１の直下の樹脂の膨張量（ｐｐｍ）でり、例えば、絶縁層２１８のうち、焼結によって温度が最も上昇する部分の膨張量である。また、ガラス転移点とは、例えば、硬質の状態から軟質のゴム状に変化する温度である。
図６に示す第１樹脂材料２２３は、ガラス転移点Ｔｇ１が、加熱温度Ｃ１よりも高い紫外線硬化樹脂である。図６のグラフの傾きは、線膨張係数を示している。ガラス転移点Ｔｇ１以上の第１樹脂材料２２３の第２線膨張係数α２は、ガラス転移点Ｔｇ１以下の第１樹脂材料２２３の第１線膨張係数α１に比べて急激に大きくなっている。
また、第２樹脂材料２２５は、ガラス転移点Ｔｇ２が、加熱温度Ｃ１よりも低い紫外線硬化樹脂である。第１樹脂材料２２３と同様に、ガラス転移点Ｔｇ１以上の第２樹脂材料２２５の第２線膨張係数α４は、ガラス転移点Ｔｇ１以下の第２樹脂材料２２５の第１線膨張係数α３に比べて急激に大きくなっている。
回路配線２２１の膨れ等に影響を及ぼす要因としては、上記した加熱温度Ｃ１、線膨張係数（α１など）、ガラス転移点（Ｔｇ１，Ｔｇ２）の他に、積層ユニット形成装置１０を設置した室内の温度など様々な要因がある。そして、本出願人は、様々なシミュレーションや実験を行なった結果、下記の条件式を設定することで回路配線２２１の膨れや割れを極めて効果的に抑制できることを見出した。
（２－１）加熱温度Ｃ１≦ガラス転移点Ｔｇ１の場合
第１樹脂材料２２３のようなガラス転移点Ｔｇ１が、加熱温度Ｃ１よりも高い樹脂材料を用いる場合、次式を満たす加熱温度Ｃ１を用いることによって、回路配線２２１の膨れ等を効果的に抑制できる。
（加熱温度Ｃ１－室温）×第１線膨張係数α１＜上限値 ・・・（式１）
式１の室温は、積層ユニット形成装置１０を設置した部屋の温度である。即ち、室温とは、回路配線２２１の造形を行なう環境の温度である。また、上限値は、回路配線形成工程の加熱による絶縁層２１８の膨張の上限を示す値であり、例えば、６０００ｐｐｍが好ましい。
例えば、上限値は、製造する回路配線２２１に膨れや割れが発生しない絶縁層２１８の膨張の上限となる値を設定することができる。より具体的には、予めシミュレーションや試作品の製造を行い、回路配線２２１に膨れや割れが発生した場合の絶縁層２１８の膨張率を計測することで設定することができる。あるいは、膨れや割れが発生していても、回路配線２２１が、所望の性能（抵抗値や高周波特性）を満たす範囲における絶縁層２１８の膨張の上限を、上限値として設定しても良い。即ち、微細な膨れや割れを許容する範囲の上限値を設定しても良い。また、上限値は、使用する樹脂材料の種類、金属インクの種類、積層ユニットの構造などに応じて、適切な値を設定することができる。例えば、上限値は、金属インク２１９の伸び易さや、紫外線硬化樹脂の剛直性などに応じて変更される。
従って、本実施形態における上限値とは、回路配線形成工程の加熱によって絶縁層２１８（本開示の樹脂部材の一例）が膨張する膨張量であって、回路配線２２１に膨れ及び割れが発生しない範囲の上限を示す膨張量を設定することができる。これにより、回路配線２２１の膨れや割れの発生しない範囲で加熱を行なうことができ、３次元積層造形により所望の電気的特性を満たす回路配線２２１を製造することができる。
本実施形態のコントローラ１２０は、上記した式１を満たす加熱温度Ｃ１により、回路配線形成工程における加熱を行なう。これによれば、樹脂材料として、ガラス転移点Ｔｇ１が回路配線２２１を形成する加熱温度Ｃ１より高い材料を採用する。そして、上記した（式１）を満たす加熱温度Ｃ１を用いることで、絶縁層２１８の膨張を抑えることができ、回路配線２２１の膨れや割れを抑制することができる。
具体的には、例えば、制御プログラム１２６には、絶縁層２１８の造形に用いる紫外線硬化樹脂（第１樹脂材料２２３）の第１線膨張係数α１及び使用環境の室温に応じた加熱温度Ｃ１が予め設定されている。コントローラ１２０は、この加熱温度Ｃ１を目標温度として、例えば、照射装置７８の赤外線ヒータに流す電流値を制御する。例えば、照射装置７８に絶縁層２１８の温度を測定する温度センサを設け、コントローラ１２０は、温度センサの検出温度と、目標温度とに基づいたフィードバック制御を実行しても良い。これにより、コントローラ１２０によって加熱温度Ｃ１を管理し、回路配線２２１の膨れ等を抑制できる。
また、積層ユニット形成装置１０は、室温を測定する温度センサを備えても良い。そして、コントローラ１２０は、温度センサで検出した室温、第１線膨張係数α１に基づいて、加熱温度Ｃ１を自動で設定しても良い。また、コントローラ１２０は、回路配線２２１の膨れ等に影響を及ぼす他の要因を制御しても良い。例えば、コントローラ１２０は、照射装置７８と金属インク２１９との間の距離、加熱時間を制御し、絶縁層２１８の温度上昇を抑えても良い。
（２－２）加熱温度Ｃ１＞ガラス転移点Ｔｇ２の場合
第２樹脂材料２２５のようなガラス転移点Ｔｇ２が、加熱温度Ｃ１よりも低い樹脂材料を用いる場合、次式を満たす加熱温度Ｃ１を用いることによって、回路配線２２１の膨れ等を効果的に抑制できる。
（ガラス転移点Ｔｇ２－室温）×第１線膨張係数α３＋（加熱温度Ｃ１－ガラス転移点Ｔｇ２）×第２線膨張係数α４＜上限値 ・・・（式２）
上限値は、回路配線形成工程の加熱による絶縁層２１８の膨張の上限を示す値であり、例えば、６０００ｐｐｍが好ましい。（式２）の上限値は、上記した（式１）の上限値と同様に、使用する樹脂材料の種類などに応じて、適切な値を設定することができる。また、（式１）の上限値と、（式２）の上限値とは、異なる値でも良い。
本実施形態のコントローラ１２０は、第２樹脂材料２２５を用いる場合、上記した式２を満たす加熱温度Ｃ１により、回路配線形成工程における加熱を行なう。これによれば、樹脂材料として、ガラス転移点Ｔｇ２が回路配線２２１を形成する加熱温度Ｃ１より低い材料を採用する。そして、上記した（式２）を満たす加熱温度Ｃ１を用いることで、絶縁層２１８の膨張を抑えることができ、回路配線２２１の膨れや割れを抑制することができる。
コントローラ１２０は、上記した（２－１）の場合と同様に、制御プログラム１２６に設定された目標温度に応じて、照射装置７８の赤外線ヒータを制御し、加熱温度Ｃ１を制御することができる。また、上記したように、一般的な樹脂材料では、ガラス転移点以上の状態では軟化が開始されることで線膨張係数が急激に増大する。このため、加熱温度Ｃ１＞ガラス転移点Ｔｇ２となる紫外線硬化樹脂であっても、金属インクを焼成するのに必要な加熱温度Ｃ１を確保するために、上記した（式２）の上限値を大きくする必要が生じる場合がある。このような場合に、本実施形態のコントローラ１２０は、冷却装置６６（図２参照）を駆動して基材７０を冷却し、回路配線２２１の膨れや割れの発生を効果的に抑制できる。
例えば、コントローラ１２０は、図５に示す回路配線形成工程において、冷却装置６６を駆動して基材７０を冷却し、絶縁層２１８の温度上昇を抑制しても良い。これによれば、絶縁層２１８の温度上昇を抑え、絶縁層２１８の膨張を抑えることができる。特に、ガラス転移点Ｔｇ２が、加熱温度Ｃ１に比べて低い場合において、加熱による絶縁層２１８の膨張を抑制し、回路配線２２１の膨れや割れを効果的に抑制することができる。尚、コントローラ１２０は、上記した（２－１）の加熱温度Ｃ１≦ガラス転移点Ｔｇ１の第１樹脂材料２２３の場合においても、冷却装置６６による冷却を実施しても良い。これにより、回路配線２２１の膨れ等をより確実に抑制できる。また、コントローラ１２０は、加熱温度Ｃ１≧ガラス転移点Ｔｇ２の第２樹脂材料２２５の場合において、冷却装置６６による冷却を実施しなくとも良い。
（３）まとめ
以上詳細に説明したようにして、本実施形態の回路配線２２１の製造方法では、絶縁層２１８の上に、金属インク２１９を吐出する図４の吐出工程と、絶縁層２１８の上に吐出した金属インク２１９を、加熱温度Ｃ１で加熱して硬化させ回路配線２２１を形成する図５の回路配線形成工程とを含む。そして、図５の回路配線形成工程において、紫外線硬化樹脂のガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２、第１線膨張係数α１、第１線膨張係数α３、第２線膨張係数α４、及び室温に基づく加熱温度Ｃ１で加熱する。
樹脂材料は、軟化が開始されるガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２の前後で、線膨張係数が大きく変化する。一般的には、ガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２以上の線膨張係数（第２線膨張係数α２，α４）は、ガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２以下の線膨張係数（第１線膨張係数α１，α３）に比べて、急激に大きくなる。また、回路配線２２１の割れや膨れに影響を与える要因として、ガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２、線膨張係数、室温、金属インク２１９の加熱温度Ｃ１がある。そこで、ガラス転移点Ｔｇ１，Ｔｇ２、線膨張係数、室温に基づいた加熱温度Ｃ１を用いた加熱を行なう。これにより、回路配線形成工程の加熱による絶縁層２１８の膨張を、所望の上限以下に抑えることができ、回路配線２２１の膨れや割れを抑制することができる。
因みに、本実施形態において、第１樹脂材料２２３及び第２樹脂材料２２５は、樹脂材料の一例である。絶縁層２１８は、樹脂部材の一例である。金属インク２１９は、金属粒子を含む流体の一例である。
（４）変更例
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、絶縁層２１８を構成する樹脂は、紫外線硬化樹脂に限らず、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂でも良い。
また、上記実施形態では、積層ユニット形成装置１０は、本開示の樹脂材料として、紫外線硬化樹脂を硬化した絶縁層２１８を、３次元積層造形により形成した。しかしながら、積層ユニット形成装置１０は、３次元積層造形以外の方法（射出成形など）で形成した樹脂材料の上に回路配線２２１を形成しても良い。
上記した積層ユニット形成装置１０の構成は一例であり、適宜変更可能である。例えば、積層ユニット形成装置１０は、電子部品を装着するための装着ユニット２６や装着部１０２を備えなくとも良い。また、積層ユニット形成装置１０は、冷却装置６６を備えなくとも良い。
また、上記実施形態では、積層ユニット形成装置１０は、第１樹脂材料２２３と第２樹脂材料２２５の２種類の樹脂による造形を実施可能な構成であったが、どちらか一方の樹脂のみの造形を実施可能な構成でも良い。
７０ 基材
２１８ 絶縁層（樹脂材料）
２１９ 金属インク（金属粒子を含む流体）
２２１ 回路配線
２２３ 第１樹脂材料（樹脂材料）
２２５ 第２樹脂材料（樹脂材料）
Ｔｇ１，Ｔｇ２ ガラス転移点
α１ 第１線膨張係数
α２ 第２線膨張係数
α３ 第１線膨張係数
α４ 第２線膨張係数

Claims (2)

  1. 樹脂材料で形成された樹脂部材の上に、金属粒子を含む流体を吐出する吐出工程と、
    前記樹脂部材の上に吐出した前記金属粒子を含む流体を、加熱温度で加熱して硬化させ回路配線を形成する工程であって、前記樹脂材料のガラス転移点、前記樹脂材料の線膨張係数、及び室温に基づく前記加熱温度で加熱する回路配線形成工程と、
    を含み、
    前記回路配線形成工程は、
    前記吐出工程で吐出された前記金属粒子を含む流体を、吐出された位置において前記加熱温度で加熱して硬化させ、吐出した位置に前記回路配線を形成する工程であり、
    前記樹脂材料は、
    前記ガラス転移点が、前記加熱温度に比べて高い材料であり、
    前記ガラス転移点以下における前記線膨張係数である第１線膨張係数、前記回路配線形成工程の加熱による前記樹脂部材の膨張の上限を示す上限値を用いて、次式、
    （前記加熱温度－室温）×前記第１線膨張係数＜上限値
    を満たす前記加熱温度により前記回路配線形成工程における加熱を行ない、
    前記回路配線形成工程の加熱による前記樹脂部材の膨張の上限を示す上限値とは、
    前記回路配線形成工程の加熱によって前記樹脂部材が膨張する膨張量であって、前記回路配線に膨れ及び割れが発生しない範囲の上限を示す膨張量であり、
    前記回路配線形成工程において、前記樹脂部材の上に吐出した前記金属粒子を含む流体を加熱する際に、前記樹脂部材を載置する基材を冷却して、前記樹脂部材の温度上昇を抑制する、３次元積層造形による回路配線の製造方法。
  2. 前記基材の上に前記樹脂材料を吐出する第２吐出工程と、
    前記基材の上に吐出した前記樹脂材料を硬化する硬化工程と、
    前記第２吐出工程及び前記硬化工程を繰り返し実行し、前記樹脂部材として絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    を含む、請求項１に記載の３次元積層造形による回路配線の製造方法。
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