JPWO2016075822A1 - 配線基板作製方法および配線基板作製装置 - Google Patents

Abstract

配線基板作製装置は、ビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能なレーザー照射装置と、レーザービームの長軸を回転させる回転ホルダーとを備え、樹脂基材の配線予定ラインに塗布された導電性粒子含有インクにレーザービームを照射することにより導電化して、配線基板を作製する。レーザービームの照射は、略楕円形状の長軸方向が配線予定ラインの方向に一致するようレーザービームを走査することにより行う。これにより、ビーム形状が円形のレーザービームを走査する場合に比して、配線予定ラインのより広範な領域にレーザービームを照射することができるため、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。また、短軸方向が配線予定ラインの線幅方向となるため、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しを少なくすることができる。

Description

本発明は、配線基板を作製する配線基板作製方法および配線基板作製装置に関する。

従来より、樹脂基材上の配線予定ラインに導電性粒子を含有する導電性含有インクを塗布した後、配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することによりインクを焼成して配線パターンを形成するものが知られている。例えば、特許文献１には、レーザービームのビームスポット幅を適宜制御することにより、任意の幅の配線パターンを形成できることが開示されている。
特開２００６−３２９１６号公報

しかしながら、ビーム形状が円形のレーザービームを焼成に用いる場合、配線パターンの線幅に合わせてビーム径を制御すると、照射スポットが小さくなるため、レーザービームの走査に時間がかかってしまう。一方、配線パターンの線幅よりも大きな径のレーザービームを用いた場合、配線パターンの両サイドへのビームのはみ出しが多くなるため、樹脂基材へのダメージや出力の無駄が問題となる。

本発明は、基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射するものにおいて、レーザービームの照射を効率よく行うことを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の配線基板作製方法は、
基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、前記配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより配線基板を作製する配線基板作製方法であって、
ビーム形状が略楕円形状または略長方形状のレーザービームを用いて、長軸方向が前記配線予定ラインの方向に一致するよう前記レーザービームを走査する
ことを要旨とする。

この本発明の配線基板作製方法では、基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより配線基板を作製する際、ビーム形状が略楕円形状または略長方形状のレーザービームを用いて、長軸方向が配線予定ラインの方向に一致するようレーザービームを走査する。これにより、ビーム形状が円形のレーザービームを走査する場合に比して、配線予定ラインのより広範な領域にレーザービームを照射することができるため、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。また、短軸方向が配線予定ラインの線幅方向となるため、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しを少なくすることができ、基材へのダメージやレーザービームの出力の無駄を抑制することができる。

こうした本発明の配線基板作製方法において、前記配線予定ラインは、曲線を含み、長軸方向が前記配線予定ラインの曲線の方向に一致するよう該長軸方向の向きを変更するものとすることもできる。こうすれば、曲線を有する配線パターンの形成にも対応することができる。

長軸方向の向きを変更する態様の本発明の配線基板作製方法において、半導体レーザーを用いてビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、前記半導体レーザーの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更するものとすることもできる。または、長軸方向の向きを変更する態様の本発明の配線基板作製方法において、シリンドリカルレンズを用いてビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、前記シリンドリカルレンズの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更するものとすることもできる。或いは、長軸方向の向きを変更する態様の本発明の配線基板作製方法において、スリットを介してビーム形状が略長方形状または略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、前記スリットの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更するものとすることもできる。

本発明の配線基板作製装置は、
基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、前記配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより配線基板を作製する配線基板作製装置であって、
ビーム形状が略楕円形状または略長方形状のレーザービームを照射する照射手段と、
長軸方向が前記配線予定ラインの方向に一致するように前記レーザービームを走査する走査手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の配線基板作製装置では、上述した本発明の配線基板作製方法を実行するための構成を備えるため、本発明の配線基板作製方法と同様の効果を奏することができる。

こうした本発明の配線基板作製装置において、前記配線予定ラインは、曲線を含み、長軸方向が前記配線予定ラインの曲線の方向に一致するよう該長軸方向の向きを変更する方向変更手段を備えるものとすることもできる。

本発明の一実施例としての配線基板作製装置１０の構成の概略を示す構成図である。 配線予定ラインに塗布された導電性粒子含有インクを導電化する様子を示す説明図である。 レーザー照射装置３６の構成の概略を示す構成図である。 配線基板作製装置１０の制御装置４０の電気的な接続関係を示すブロック図である。 制御装置４０のＣＰＵ４１により実行される配線層形成処理の一例を示すフローチャートである。 レーザービームを照射して配線を導電化する様子を示す説明図である。 シリンドリカルレンズ５０を用いてレーザービームの長軸の向きを変更する様子を示す説明図である。 スリット６０を用いてビーム形状を略長方形状とする様子を示す説明図である。 略長方形状のレーザービームを照射して配線を導電化する様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての配線基板作製装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、配線予定ラインに塗布された導電性粒子含有インクを導電化する様子を示す説明図であり、図３は、レーザー照射装置３６の構成の概略を示す構成図であり、図４は、配線基板作製装置１０の制御装置４０の電気的な接続関係を示すブロック図である。なお、図１および図２において、前（手前）後（奥）方向がＸ方向であり、左右方向がＹ方向である。

実施例の配線基板作製装置１０は、図１に示すように、基台１２と、基台１２上に設置され作業台１４をＹ方向に搬送する搬送装置１６と、作業台１４上に樹脂層を積層して樹脂基材を作製する樹脂層形成ユニット２０と、樹脂層上に配線パターンを形成する配線層形成ユニット３０と、装置全体をコントロールする制御装置４０（図４参照）とを備える。

搬送装置１６は、例えば、コンベア装置を備え、コンベア装置を駆動することにより作業台１４をＹ方向に往復動させる。

樹脂層形成ユニット２０は、図１に示すように、ＵＶ硬化性の樹脂インクを吐出可能なインクヘッド２２と、インクヘッド２２から吐出された樹脂インクにＵＶ光を照射可能なＵＶ光照射装置２６とを備える。

インクヘッド２２は、本実施例では、Ｘ方向に複数のノズルが配列されたラインヘッドとして構成されている。このインクヘッド２２は、搬送装置１６により作業台１４をＹ方向に搬送（往動）しながら全てのノズルから樹脂インクを吐出することで、矩形形状の樹脂層を塗布（印刷）する。なお、インクヘッド２２は、駆動装置を用いてノズルピッチの半ピッチ分や１／４ピッチ分だけＸ方向にずらすことでノズルピッチよりも高密度に樹脂インクを吐出するようにしてもよいし、Ｘ方向に走査可能なキャリッジに搭載されるシリアルヘッドとして構成することでキャリッジを走査しながら樹脂インクを吐出するようにしてもよい。

ＵＶ光照射装置２６は、Ｘ方向にライン状のＵＶ光を照射可能に構成されている。このＵＶ光照射装置２６は、作業台１４をＹ方向に搬送（復動）しながら作業台１４に塗布された矩形形状の樹脂層にライン状（Ｘ方向）のＵＶ光を照射していくことにより、塗布された樹脂層を順次硬化させる。ＵＶ光照射装置２６は、例えば、水銀ランプやメタルハライドランプ等を用いることができる。

樹脂層形成ユニット２０は、こうしてインクヘッド２２による樹脂層の塗布とＵＶ光照射装置２６による樹脂層の硬化とを複数回に亘って繰り返すことで、樹脂層を積層していき、所定厚さの樹脂基材を形成する。

配線形成ユニット３０は、金属ナノ粒子等の導電性粒子が分散剤に分散された導電性粒子含有インクを吐出可能なインクヘッド３２と、インクヘッド３２から吐出された導電性粒子含有インクにレーザービームを照射するレーザー照射装置３６とを備える。

インクヘッド３２は、本実施例では、Ｘ方向に複数のノズルが配列されたラインヘッドとして構成されている。インクヘッド３２は、搬送装置１６により作業台１４をＹ方向に搬送しながら対応するノズルから導電性粒子含有インクを吐出することで、樹脂層（樹脂基材）上の任意の位置に導電性粒子含有インクを塗布（印刷）することができる。具体的には、インクヘッド３２は、予め定められた配線予定ラインに沿って対応するノズルから導電性粒子含有インクを吐出することにより、樹脂層（樹脂基材）上に配線層を形成する。

レーザー照射装置３６は、図２に示すように、キャリッジモーター（図示せず）の駆動によりＸ方向の移動が可能なキャリッジ３５に搭載されており、レーザー照射装置３６のＸ方向の移動と作業台１４のＹ方向の移動とによって、作業台１４に形成された樹脂基材上の配線予定ライン（配線層）に沿ってレーザービームを走査する。配線層は、レーザービームによって導電性粒子の周囲の分散剤が分解されることで、導電化する。また、レーザー照射装置３６は、図３に示すように、ビーム形状が略楕円形状となる半導体レーザーであり、回転モーター（図示せず）の駆動によりレーザービームの光軸周りに回転が可能な回転ホルダー３７を介してキャリッジ３５に固定されている。したがって、レーザー照射装置３６は、略楕円形状のレーザービームの長軸の向きを自由に変更することができる。

配線層形成ユニット３０は、こうしてインクヘッド３２による導電性粒子含有インクの塗布とレーザー照射装置３６による導電性粒子含有インクの導電化とを複数回に亘って繰り返すことで、配線層を導電化しながら積層していき、樹脂基材上に配線パターンを形成する。

制御装置４０は、図４に示すように、ＣＰＵ４１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４１の他に、ＲＯＭ４２と、ＨＤＤ４３と、ＲＡＭ４４と、入出力インタフェース４５とを備える。これらは、バス４６を介して電気的に接続されている。制御装置４０には、図示しないが、作業台１４のＹ方向の位置を検知する位置検知センサからの検知信号やキャリッジ３５のＸ方向の位置を検知する位置検知センサからの検知信号などが入出力インターフェースを介して入力されている。また、制御装置４０からは、搬送装置１６（コンベア装置）を駆動する駆動回路１８への制御信号や、インクヘッド２２を駆動する駆動回路２４への制御信号、ＵＶ光照射装置２６を駆動する駆動回路２８への制御信号、インクヘッド３２を駆動する駆動回路３４への制御信号、キャリッジ３５（キャリッジモーター）やレーザー照射装置３６，回転ホルダー３７（回転モーター）を駆動する駆動回路３８への制御信号などが入出力インターフェース４５を介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の配線基板作製装置１０の動作、特に、樹脂基材上に配線パターンを形成する際の動作について説明する。図５は、制御装置４０のＣＰＵ４１により実行される配線層形成処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、樹脂層形成ユニット２０により作業台１４上に樹脂基材が作製された後に実行される。

配線層形成処理が実行されると、制御装置４０のＣＰＵ４１は、まず、作業台１４がＹ方向に移動しながら配線予定ラインに沿って導電性粒子含有インクが吐出されるよう搬送装置１６とインクヘッド３２とを制御する（Ｓ１００）。次に、ＣＰＵ４１は、導電性粒子含有インクが塗布された樹脂基材に対してレーザー照射装置３６が照射開始ポイントに相対的に移動するようにキャリッジ３５および搬送装置１６を制御すると共に（Ｓ１１０）、レーザービームの長軸が配線予定ラインの方向に一致するよう回転ホルダー３７を制御する（Ｓ１２０）。続いて、ＣＰＵ４１は、レーザービームの照射が開始されるようレーザー照射装置３６を制御し（Ｓ１３０）、配線予定ラインに沿ってレーザービームが走査されるようキャリッジ３５および搬送装置１６を制御する（Ｓ１４０）。これにより、配線予定ラインに塗布された導電性粒子含有インクは、レーザービームの照射によって導電性粒子の周囲にある分散剤が分解されて導電化し、配線パターンを形成することになる。

次に、ＣＰＵ４１は、レーザービームが配線予定ラインの屈曲点に到達したか否か（Ｓ１５０）、終点に達したか否か（Ｓ１６０）、をそれぞれ判定する。ＣＰＵ４１は、レーザービームが配線予定ラインの屈曲点に到達していない、即ち配線予定ラインの方向が直進方向と判定すると、Ｓ１４０に戻ってレーザービームの走査を継続し、レーザービームが配線予定ラインの屈曲点に到達したと判定すると、略楕円形状のレーザービームの長軸方向が配線予定ラインの屈曲の方向に一致するよう回転ホルダー３７を制御して（Ｓ１７０）、Ｓ１４０に戻ってレーザービームの走査を継続する。なお、Ｓ１７０の処理は、略楕円形状のレーザービームが配線予定ラインの屈曲点を曲がる際、屈曲点の周りでレーザービームのはみ出しが生じないよう長軸の向きを変更している間レーザービームの照射をオフしてもよい。

そして、ＣＰＵ４１は、Ｓ１６０でレーザービームが配線予定ラインの終点に達したと判定すると、レーザービームの照射が終了するようレーザー照射装置３６を制御して（Ｓ１８０）、配線層形成処理を終了する。

図６は、レーザービームを照射して配線パターンを導電化する様子を示す説明図である。図６（ａ）はビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射する実施例のレーザー照射装置３６を用いた場合を示し、図６（ｂ）はビーム形状が円形状のレーザービームを照射する比較例のレーザー照射装置を用いた場合を示す。実施例のレーザー照射装置３６を用いた場合、図６（ａ）に示すように、レーザービームの長軸方向を配線予定ラインの方向に一致させることで、配線予定ラインの方向に照射領域を広げることができるため、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。また、短軸方向が配線予定ラインの線幅方向となるため、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しが少なく、基材へのダメージやレーザービームの出力の無駄が抑制される。これに対して、変形例のレーザー照射装置を用いた場合、配線予定ラインの方向および線幅方向の照射領域はレーザービームの直径となるため、配線予定ラインの方向の照射領域が狭くなると共に、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しが多くなる。尚、ビーム形状が円形状のレーザービームのビーム径を配線予定ラインの線幅に合わせた比較例のレーザー照射装置を用いた場合、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しはなくなるが、レーザービームの照射時間が長くならざるを得ず、配線基板の作製に時間がかかる。

以上説明した実施例の配線基板作製装置１０は、ビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能なレーザー照射装置３６を備え、略楕円形状の長軸方向が配線予定ラインの方向に一致するようレーザービームを走査する。これにより、ビーム形状が円形のレーザービームを走査する場合に比して、配線予定ラインの方向に対するレーザービームの照射領域を広げることができるため、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。また、短軸方向が配線予定ラインの線幅方向となるため、配線予定ラインの両サイドへのはみ出しを少なくすることができ、基材へのダメージやレーザービームの出力の無駄を抑制することができる。しかも、実施例の配線基板作製装置１０は、レーザービームの長軸を回転させる回転ホルダー３７を備えるから、配線予定ラインが曲線を有するものとしても、配線予定ラインの曲線に沿ってレーザービームを照射することができる。

実施例の配線基板作製装置１０は、配線予定ラインに沿ってレーザービームを連続的に照射しながら走査するものとしたが、これに限定されるものではなく、配線予定ラインに沿ってレーザービームを間欠的に照射するものとしてもよい。

実施例の配線基板作製装置１０は、レーザー照射装置３６を回転ホルダー３７に取り付けることにより、回転ホルダー３７によってレーザービームの長軸方向の向きを変更するものとしたが、これに限定されるものではなく、作業台１４に回転機構を設け、回転機構によって作業台１４を回転させることで、作業台１４に対してレーザービームの長軸の向きを相対的に変更するものとしてもよい。

実施例の配線基板作製装置１０は、レーザー照射装置３６として半導体レーザーを用いることでビーム形状を略楕円形状としたが、これに限定されるものではなく、例えば、図７に例示するように、シリンドリカルレンズ５０を用いてビーム形状を略楕円形状に変化させるものとしてもよい。この場合、シリンドリカルレンズ５０に回転機構を設けて回転機構によってシリンドリカルレンズ５０を回転させることでレーザービームの長軸の向きを変更するものとしてもよいし、作業台を回転させることで作業台に対してレーザービームの長軸の向きを相対的に変更するものとしてもよい。

また、図８に示すように、略長方形状の開口部を形成したスリット６０を用いてレーザービームのビーム形状を略長方形状に変化させてもよい。この場合、スリット６０を回転させることでレーザービームの長軸の向きを変更するものとしてもよいし、作業台を回転させることで作業台に対してレーザービームの長軸の向きを相対的に変更するものとしてもよい。図９は、略長方形状のレーザービームを照射して配線を導電化する様子を示す説明図である。略長方形状のレーザービームの照射は、図６と同様に、長軸方向が配線予定ラインの方向に一致するようにレーザービームを走査することにより行うことができる。なお、スリット６０は、略長方形状の開口部を回転させることにより長軸の向きを変更するものに限られず、開口部自体の形状を変化させることにより長軸の向きを変更するものとしてもよい。また、スリット６０は、略長方形状の開口部を有するものに限られず、略楕円形状の開口部を有するものとしてもよい。

実施例の配線基板作製装置１０では、作業台１４の１回の往復動でインクヘッド２２による樹脂層の塗布とＵＶ光照射装置２６によるＵＶ光の照射とを行うものとしたが、これに限定されるものではなく、作業台１４の往復動でインクヘッド２２による樹脂層の塗布を複数回行った後に、複数の樹脂層に対してＵＶ光照射装置２６によるＵＶ光の照射をまとめて行うものとしてもよい。

ここで、本実施例の主要な要素と発明の開示の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、樹脂基材が「基材」に相当し、レーザー照射装置３６が「照射手段」に相当し、搬送装置１６およびキャリッジ３５が「走査手段」に相当する。また、回転ホルダ−３７が「方向変更手段」に相当する。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

本発明は、配線基板作製装置の製造産業などに利用可能である。

１０ 配線基板作製装置、１２ 基台、１４ 作業台、１６ 搬送装置、１８ 駆動回路、２０ 樹脂層形成ユニット、２２ インクヘッド、２４ 駆動回路、２６ ＵＶ光照射装置、２８ 駆動回路、３０ 配線層形成ユニット、３２ インクヘッド、３４ 駆動回路、３５ キャリッジ、３６ レーザー照射装置、３７ 回転ホルダー、３８ 駆動回路、４０ 制御装置、４１ ＣＰＵ、４２ ＲＯＭ、４３ ＨＤＤ、４４ ＲＡＭ、４５ 入出力インターフェース、４６ バス、５０ シリンドリカルレンズ、６０ スリット。

Claims (7)

1. 基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、前記配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより配線基板を作製する配線基板作製方法であって、
   ビーム形状が略楕円形状または略長方形状のレーザービームを用いて、長軸方向が前記配線予定ラインの方向に一致するよう前記レーザービームを走査する
   ことを特徴とする配線基板作製方法。
2. 請求項１記載の配線基板作製方法であって、
   前記配線予定ラインは、曲線を含み、
   長軸方向が前記配線予定ラインの曲線の方向に一致するよう該長軸方向の向きを変更する
   ことを特徴とする配線基板作製方法。
3. 請求項２記載の配線基板作製方法であって、
   半導体レーザーを用いてビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、
   前記半導体レーザーの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更する
   ことを特徴とする配線基板作製方法。
4. 請求項２記載の配線基板作製方法であって、
   シリンドリカルレンズを用いてビーム形状が略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、
   前記シリンドリカルレンズの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更する
   ことを特徴とする配線基板作製方法。
5. 請求項２記載の配線基板作製方法であって、
   スリットを介してビーム形状が略長方形状または略楕円形状のレーザービームを照射可能であり、
   前記スリットの光軸周りの回転または前記基材の水平面上の回転によって、長軸方向の向きを変更する
   ことを特徴とする配線基板作製方法。
6. 基材の配線予定ラインに導電性含有インクを塗布した後、前記配線予定ラインに沿ってレーザービームを照射することにより配線基板を作製する配線基板作製装置であって、
   ビーム形状が略楕円形状または略長方形状のレーザービームを照射する照射手段と、
   長軸方向が前記配線予定ラインの方向に一致するように前記レーザービームを走査する走査手段と、
   を備えることを特徴とする配線基板作製装置。
7. 請求項６記載の配線基板作製装置であって、
   前記配線予定ラインは、曲線を含み、
   長軸方向が前記配線予定ラインの曲線の方向に一致するよう該長軸方向の向きを変更する方向変更手段を備える
   ことを特徴とする配線基板作製装置。