WO2019176088A1 - キャビティの形成方法 - Google Patents

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WO2019176088A1
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electronic component
circuit wiring
forming
unit
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謙磁 塚田
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株式会社Ｆｕｊｉ
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    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for forming a cavity in three-dimensional additive manufacturing of an electronic device.
  • an optical modeling resin layer is laminated by an optical modeling process to form an optical modeling resin, and insert components such as a semiconductor element, a resistor, and a capacitor are integrated into the optical modeling resin.
  • insert components such as a semiconductor element, a resistor, and a capacitor are integrated into the optical modeling resin.
  • the insert component is mounted on a resin layer, and then an optical modeling resin layer is laminated on the resin layer, and the insert component is built in the optical modeling resin.
  • Patent Document 1 Furthermore, the technique described in the following Patent Document 1 is characterized in that after the storage recess for storing the insert component is formed in the optical modeling resin layer, the insert component is mounted in the storage recess.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described points, and a cavity in which an electronic component is accommodated in an insulating resin layer of an electronic device that is three-dimensionally layered and formed including the electronic component and a circuit wiring layer. It is an object of the present invention to provide a method for forming a cavity that improves the manufacturing throughput of an electronic device and stabilizes the quality of a circuit wiring layer.
  • the cavity when forming a cavity in which an electronic component is accommodated in an insulating resin layer of an electronic device that is three-dimensionally layered and formed including an electronic component and a circuit wiring layer, the cavity is formed from the upper edge of the electronic component.
  • a method for forming a cavity including a first adjustment step for adjusting the opening size of the cavity so that a predetermined number or more of nozzles that discharge insulating resin for embedding the cavity are arranged on the interval to the opening edge.
  • a method for forming a cavity includes a step of forming a cavity in which an electronic component is accommodated in an insulating resin layer of an electronic device that is three-dimensionally layered and formed including the electronic component and a circuit wiring layer. It is possible to improve the manufacturing throughput of the electronic device and stabilize the quality of the circuit wiring layer.
  • FIG. 13 is a view showing a cross section of the same three-dimensional layered object cut along line AA in FIG. 12. It is a figure which shows the cavity of the three-dimensional layered object modeled on the board
  • FIG. 1 shows a three-dimensional multilayer electronic device manufacturing apparatus 10.
  • the three-dimensional multilayer electronic device manufacturing apparatus 10 includes a transport device 20, a first modeling unit 22, a second modeling unit 24, a mounting unit 26, and a control device (see FIG. 2) 27.
  • the conveying device 20, the first modeling unit 22, the second modeling unit 24, and the mounting unit 26 are disposed on the base 28 of the three-dimensional multilayer electronic device manufacturing apparatus 10.
  • the base 28 has a generally rectangular shape.
  • the longitudinal direction of the base 28 is orthogonal to the X-axis direction
  • the short direction of the base 28 is orthogonal to both the Y-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction.
  • the direction will be described as the Z-axis direction.
  • the transport device 20 includes an X-axis slide mechanism 30 and a Y-axis slide mechanism 32.
  • the X-axis slide mechanism 30 has an X-axis slide rail 34 and an X-axis slider 36.
  • the X-axis slide rail 34 is disposed on the base 28 so as to extend in the X-axis direction.
  • the X-axis slider 36 is held by an X-axis slide rail 34 so as to be slidable in the X-axis direction.
  • the X-axis slide mechanism 30 has an electromagnetic motor (see FIG. 2) 38, and the X-axis slider 36 moves to an arbitrary position in the X-axis direction by driving the electromagnetic motor 38.
  • the Y axis slide mechanism 32 includes a Y axis slide rail 50 and a stage 52.
  • the Y-axis slide rail 50 is disposed on the base 28 so as to extend in the Y-axis direction.
  • One end of the Y-axis slide rail 50 is connected to the X-axis slider 36.
  • the Y-axis slide rail 50 is movable in the X-axis direction.
  • a stage 52 is held on the Y-axis slide rail 50 so as to be slidable in the Y-axis direction.
  • the Y-axis slide mechanism 32 has an electromagnetic motor (see FIG. 2) 56, and the stage 52 moves to an arbitrary position in the Y-axis direction by driving the electromagnetic motor 56.
  • the stage 52 moves to an arbitrary position on the base 28 by driving the X-axis slide mechanism 30 and the Y-axis slide mechanism 32.
  • the stage 52 has a base 60, a holding device 62, and a lifting device 64.
  • the base 60 is formed in a flat plate shape, and a substrate is placed on the upper surface.
  • the holding device 62 is provided on both sides of the base 60 in the X-axis direction. The both edges in the X-axis direction of the substrate placed on the base 60 are sandwiched between the holding devices 62, so that the substrate is fixedly held.
  • the raising / lowering device 64 is arrange
  • the 1st modeling unit 22 is a unit which models a circuit wiring layer on the board
  • the 1st printing part 72 and the baking part 74 are comprised.
  • the first printing unit 72 has an inkjet head (see FIG. 2) 76, and ejects metal ink in a linear manner onto the substrate 70 placed on the base 60.
  • the metal ink is obtained by dispersing metal fine particles in a solvent.
  • the inkjet head 76 ejects metal ink from a plurality of nozzles by, for example, a piezo method using a piezoelectric element.
  • the firing unit 74 has a laser irradiation device (see FIG. 2) 78.
  • the laser irradiation device 78 is a device that irradiates a metal ink discharged onto the substrate 70 with a laser, and the metal ink irradiated with the laser is baked to form a circuit wiring layer.
  • the firing of the metal ink is a phenomenon in which, by applying energy, the solvent is vaporized, the metal particulate protective film is decomposed, etc., and the metal particulates are brought into contact with or fused to increase the conductivity. is there.
  • metal circuit wiring layers are formed by baking metal ink.
  • the second modeling unit 24 is a unit that models an insulating layer on the substrate 70 placed on the base 60 of the stage 52, and includes a second printing unit 84 and a curing unit 86.
  • the second printing unit 84 includes an inkjet head (see FIG. 2) 88 and discharges an ultraviolet curable resin onto the substrate 70 placed on the base 60.
  • the ultraviolet curable resin is a resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the inkjet head 88 may be, for example, a piezo system that discharges resin from a plurality of nozzles by deformation of a piezoelectric element, or a thermal system that generates bubbles by heating the resin and discharges it from a plurality of nozzles.
  • the curing unit 86 includes a flattening device (see FIG. 2) 90 and an irradiation device (see FIG. 2) 92.
  • the flattening device 90 is for flattening the upper surface of the ultraviolet curable resin discharged onto the substrate 70 by the inkjet head 88. By scraping with a blade, the thickness of the UV curable resin is made uniform.
  • the irradiation device 92 includes a mercury lamp or LED as a light source, and irradiates the ultraviolet curable resin discharged onto the substrate 70 with ultraviolet rays. Thereby, the ultraviolet curable resin discharged onto the substrate 70 is cured, and an insulating layer is formed.
  • the mounting unit 26 is a unit for mounting an electronic component (see FIG. 7) 94 on a substrate 70 placed on the base 60 of the stage 52.
  • the mounting unit 26 includes a supply unit 100 and a mounting unit 102. Yes.
  • the supply unit 100 includes a plurality of tape feeders 110 (see FIG. 2) that send out the taped electronic components 94 one by one, and supplies the electronic components 94 at the supply position.
  • the supply unit 100 is not limited to the tape feeder 110, and may be a tray-type supply device that picks up and supplies the electronic component 94 from the tray.
  • the supply unit 100 may be configured to include both a tape type and a tray type, or other supply devices.
  • the mounting unit 102 includes a mounting head (see FIG. 2) 112 and a moving device (see FIG. 2) 114.
  • the mounting head 112 has a suction nozzle (see FIG. 7) 116 for sucking and holding the electronic component 94.
  • the suction nozzle 116 sucks and holds the electronic component 94 by sucking air when negative pressure is supplied from a positive / negative pressure supply device (not shown). Then, the electronic component 94 is detached by supplying a slight positive pressure from the positive / negative pressure supply device.
  • the moving device 114 moves the mounting head 112 between the supply position of the electronic component 94 by the tape feeder 110 and the substrate 70 placed on the base 60. Thereby, in the mounting unit 102, the electronic component 94 supplied from the tape feeder 110 is held by the suction nozzle 116, and the electronic component 94 held by the suction nozzle 116 is mounted on the substrate 70.
  • the control device 27 includes a controller 120 and a plurality of drive circuits 122 as shown in FIG.
  • the plurality of drive circuits 122 include the electromagnetic motors 38 and 56, the holding device 62, the lifting device 64, the inkjet head 76, the laser irradiation device 78, the inkjet head 88, the flattening device 90, the irradiation device 92, the tape feeder 110, and the mounting head. 112, connected to the moving device 114.
  • the controller 120 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, is mainly a computer, and is connected to a plurality of drive circuits 122. Thereby, the operation of the transport device 20, the first modeling unit 22, the second modeling unit 24, and the mounting unit 26 is controlled by the controller 120.
  • the first insulating layer 206 of the three-dimensional layered object 202 is formed on the substrate 70.
  • the stage 52 is moved below the second modeling unit 24.
  • the substrate 70 set on the base 60 of the stage 52 is moved below the second modeling unit 24.
  • the inkjet head 88 ejects an ultraviolet curable resin in a thin film shape onto the upper surface of the substrate 70.
  • the planarizing device 90 planarizes the discharged ultraviolet curable resin so that the film thickness becomes uniform.
  • the irradiation device 92 irradiates the flattened ultraviolet curable resin with ultraviolet rays.
  • the ultraviolet curable resin is cured. Thereafter, the above-described process in the second modeling unit 24 (that is, the process of the second printing unit 84 and the process of the curing unit 86) is repeated, so that the first layer of the three-dimensional layered object 202 is formed on the substrate 70. Insulating layer 206 is formed.
  • the inkjet head 88 used in the second printing unit 84 is provided with a first nozzle row 130 and a second nozzle row 132.
  • the first nozzle row 130 and the second nozzle row 132 are provided along the longitudinal direction of the inkjet head 88.
  • a plurality of nozzles 134 are arranged at a predetermined pitch.
  • each nozzle 134 of the first nozzle row 130 is provided at a position shifted by a half of a predetermined pitch in the longitudinal direction of the inkjet head 88 with respect to each nozzle 134 of the second nozzle row 132. That is, in the inkjet head 88, the nozzles 134 are arranged in a staggered manner.
  • ultraviolet curable resin is discharged from each nozzle 134.
  • the controller 120 can select the nozzle 134 that discharges the ultraviolet curable resin according to the manufacturing status of the three-dimensional layered object 202.
  • the ink jet head 88 is not limited to the one provided with the two nozzle rows 130 and 132, and may be one provided with one or three or more nozzle rows. Further, the inkjet head 88 is not limited to the nozzles 134 arranged in a staggered manner, and the nozzles 134 may be arranged in a grid. Furthermore, the inkjet head 88 is not limited to the nozzles 134 arranged at a predetermined pitch. For example, the pitch of the nozzles 134 gradually changes or the nozzles 134 are irregularly arranged. Also good.
  • the first circuit wiring layer 208 of the three-dimensional layered object 202 is formed on the substrate 70 and cured.
  • the stage 52 is moved below the first modeling unit 22.
  • the ink jet head 76 ejects metal ink in a linear manner on the upper surface of the insulating layer 206 of the three-dimensional layered object 202 according to the wiring circuit pattern. To do. Thereby, a plurality of first circuit wiring layers 208 are formed on the upper surface of the insulating layer 206 of the three-dimensional layered object 202.
  • the laser irradiation device 78 irradiates the linearly ejected metal ink with a laser. Thereby, the metal ink is cured. In this manner, each circuit wiring layer 208 is cured on the upper surface of the insulating layer 206 of the three-dimensional layered object 202.
  • the process in the second modeling unit 24 and the process in the first modeling unit 22 are repeated. Thereby, as shown in FIG. 6, in the three-dimensional layered object 202, the second insulating layer 210 is formed, and a plurality of second circuit wiring layers 212 are formed and cured.
  • the inkjet head 88 is in contact with the upper surface of each circuit wiring layer 208 of the first layer.
  • the ultraviolet curable resin is discharged so that the predetermined portion is exposed in a generally circular shape.
  • a plurality of via holes 214 are formed in the second insulating layer 210.
  • Each via hole 214 has a shape that tapers from the upper surface of the second insulating layer 210 toward the upper surface of the first circuit wiring layer 208.
  • the inkjet head 88 discharges an ultraviolet curable resin so that a predetermined portion is exposed in a generally rectangular shape with respect to the upper surface of the first insulating layer 206. Thereby, the cavity 216 is formed in the second insulating layer 210.
  • the metal ink passes from the upper surface of the second insulating layer 210 through the inclined surface of each via hole 214.
  • the ink is discharged up to the upper surface of each circuit wiring layer 208. Accordingly, when the process of the firing unit 74 is executed, the second circuit wiring layer 212 is electrically connected to the first circuit wiring layer 208 via the inclined surface of each via hole 214. .
  • a third insulating layer 218 is formed, and a plurality of third circuit wiring layers 220 are formed and cured.
  • each via hole 214 in the second insulating layer 210 is filled with a cured ultraviolet curable resin.
  • a plurality of via holes 222 and cavities 224 are formed in the same manner as the via holes 214 and cavities 216 formed in the second insulating layer 210.
  • the third circuit wiring layer 220 is electrically connected to the second circuit wiring layer 212 via the inclined surface of each via hole 222.
  • the cavity 224 formed in the third insulating layer 218 is provided in a state of being vertically connected to the cavity 216 in the second insulating layer 210.
  • each circuit wiring layer 208 on the upper surface of the first insulating layer 206 and each via hole 214 and cavity 216 formed in the second insulating layer 210 are omitted.
  • the stage 52 is moved below the mounting unit 26.
  • the electronic component 94 supplied by the tape feeder 110 is held by the suction nozzle 116 of the mounting head 112 as shown in FIG.
  • the held electronic component 94 is mounted in the cavity 224 as the mounting head 112 moves by the moving device 114.
  • each electrode 96 of the electronic component 94 faces upward.
  • the upper surface of each electrode 96 of the electronic component 94 and the upper surface of the third insulating layer 218 are located on the same plane.
  • each via hole 222 in the third insulating layer 218 is filled with the cured ultraviolet curable resin.
  • the gap between the inner wall surface defining the cavity 224 and the electronic component 94 is also filled with the cured ultraviolet curable resin.
  • the process in the 1st modeling unit 22 is performed.
  • the fourth circuit wiring layer 226 is formed so as to connect a part of the third circuit wiring layer 220 and each electrode 96 of the electronic component 94 and is cured.
  • the electronic component 94 is electrically connected to each circuit wiring layer 208, 212, 220, 226.
  • the three-dimensional layered object 202 is separated from the substrate 70 by a solvent or the like to become a three-dimensional layered electronic device 204.
  • the cavity forming method 300 includes a first adjustment step P10, a second adjustment step P20, and a third adjustment step P30.
  • the cavity forming method 300 is executed by the controller 120 when the three-dimensional stacked electronic device 204 is manufactured.
  • the opening size of the cavity 224 is adjusted.
  • the opening dimension D1 of the cavity 224 in the short direction of the electronic component 94 is an ultraviolet ray on a gap G1 from the upper edge 95 of the electronic component 94 to the opening edge 225 of the cavity 224.
  • the length is adjusted so that at least a predetermined number of nozzles 134 (of the inkjet head 88) for discharging the cured resin can be arranged.
  • the opening dimension D2 of the cavity 224 in the longitudinal direction of the electronic component 94 is such that at least a predetermined number of nozzles 134 (for the inkjet head 88) for discharging the ultraviolet curable resin are arranged on the gap G2 from the upper edge 95 of the electronic component 94 to the opening edge 225 of the cavity 224. Adjusted to possible length.
  • the cross section of the cavity 224 (and the cavity 216) has an opening from the bottom surface 230 of the cavity 224 (and the cavity 216) between the inclined surfaces 228 that are the inner peripheral surfaces of the cavity 224 (and the cavity 216). It has a shape that expands toward 232.
  • the cross section of the cavity 224 (and the cavity 216) shown in FIG. 13 is a cross section along the short direction of the electronic component 94, but the cross section along the longitudinal direction of the electronic component 94 has a similar shape. ing. In FIGS. 11 and 12, the boundary line between the bottom surface 230 and the inclined surface 228 and the boundary line between the adjacent inclined surfaces 228 are omitted.
  • the above-mentioned predetermined number depends on the required value of the speed at which the ultraviolet curable resin is embedded in the gap between the inner wall surface (that is, the inclined surface 228 and the bottom face 230) that defines the cavity 224 and the electronic component 94, or in the gap.
  • the upper surface of the embedded ultraviolet curable resin is flattened by the flattening device 90, so that it can be flush with the upper surface of the third insulating layer 218 (and the upper surface of each electrode 96 of the electronic component 94). It is determined from the viewpoint of the minimum interval.
  • the adjacent cavities 224 are integrated when a predetermined condition is satisfied. This will be specifically described below. For example, as shown in FIG. 14, it is assumed that two cavities 224A and 224B are arranged adjacent to each other. In such a case, when the thickness 234t of the partition wall 234 separating the two adjacent cavities 224A and 224B is less than a predetermined distance, the partition wall 234 is omitted as shown in FIG.
  • the cavities 224A and 224B are made into one cavity 224 (hereinafter referred to as an integrated cavity 224).
  • the predetermined distance may be determined from the viewpoint of preventing the substrate 70 from becoming large, or may be determined from the viewpoint of the minimum thickness at which the partition wall 234 can be formed.
  • the integrated cavity 224 is integrated in the direction in which the opening edge 225 of the integrated cavity 224 faces the partition wall 234, that is, in the short direction of the electronic component 94 in FIG.
  • the opening dimension D3 of 224 may be narrowed to the opening dimension D4 shown in FIG.
  • the opening dimension D4 in FIG. 16 refers to a dimension that is smaller by the thickness 234t of the partition wall 234 than the opening dimension D3 in FIG.
  • the gap G1 is increased in the direction in which the electronic component 94 is wired.
  • the opening of the cavity 224 from the upper edge 95 of the electronic component 94 in the direction in which the electrode 96 of the electronic component 94 and the circuit wiring layer 226 are connected that is, in the short direction of the electronic component 94.
  • the distance to the edge 225 is increased from the gap G1 to the gap G3.
  • the opening dimension D3 of the integrated cavity 224 is expanded to the opening dimension D5.
  • the opening dimensions D1 and D2 of the cavity 224 are changed from the upper edge 95 of the electronic component 94 to the cavity 224.
  • the length is adjusted so that at least a predetermined number of nozzles 134 (of the ink jet head 88) for discharging the ultraviolet curable resin can be arranged.
  • the above-mentioned predetermined number depends on the required value of the speed at which the ultraviolet curable resin is embedded in the gap between the inner wall surface (that is, the inclined surface 228 and the bottom surface 230) that defines the cavity 224 and the electronic component 94, or
  • the upper surface of the ultraviolet curable resin embedded in the gap is flattened by the flattening device 90 so that it is flush with the upper surface of the third insulating layer 218 (and the upper surface of each electrode 96 of the electronic component 94). Is determined in terms of the smallest possible interval.
  • the insulating layer 218 extends from the upper surface of the electrode 96 of the electronic component 94. No step occurs in the circuit wiring layer 226 formed over the upper surface of the circuit.
  • the cavity forming method 300 includes the insulating layer 210 of the three-dimensional stacked electronic device 204 that is three-dimensionally stacked and formed including the electronic component 94 and the circuit wiring layers 208, 212, 220, and 226.
  • the cavity 224 in which the electronic component 94 is accommodated is formed in 218, it is possible to improve the manufacturing throughput of the three-dimensional multilayer electronic device 204 and stabilize the quality of the circuit wiring layer 226.
  • the three-dimensional stacked electronic device 204 is an example of an electronic device.
  • Each of the insulating layers 210 and 218 is an example of an insulating resin layer.
  • the inclined surfaces 228 of the cavities 216 and 224 are an example of opposing wall surfaces of the cavities.
  • the bottom surface 230 of the cavities 216 and 224 is an example of the bottom of the cavity.
  • the ultraviolet curable resin is an example of an insulating resin.
  • the short direction of the electronic component 94 is an example of a direction in which the electronic component and the circuit wiring layer are wired.
  • controller 120 may execute the first adjustment process P10, the second adjustment process P20, and the third adjustment process P30 independently.
  • the cross section of the cavity 224 (and the cavity 216) is different from the shape shown in FIG. 13 and has a shape in which the inner peripheral surface of the cavity 224 (and the cavity 216) is provided perpendicular to the bottom surface 230. You may have.

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Abstract

電子部品と回路配線層を含んだ状態で３次元積層造形される電子デバイスの絶縁樹脂層に、電子部品が収容されるキャビティを形成するに際し、電子部品の上端縁からキャビティの開口縁までの間隔上において、キャビティを埋め込むための絶縁樹脂を吐出するノズルが所定数以上並ぶように、キャビティの開口寸法を調整する第１調整工程を備えるキャビティの形成方法。

Description

キャビティの形成方法
　本開示は、電子デバイスの３次元積層造形におけるキャビティの形成方法に関するものである。
　近年、電子デバイスの３次元積層造形に関して、電子部品が収容されるキャビティを絶縁樹脂層に形成する技術が、種々提案されている。
　例えば、下記特許文献１に記載の技術は、光造形プロセスにより光造形樹脂層を積層して光造形樹脂を形成し、該光造形樹脂中に半導体素子、抵抗、キャパシタ等のインサート部品を一体に内蔵するとともに、前記光造形樹脂層に配線を形成して該配線により前記インサート部品を電気的に接続した電子製品の製造方法であって、光造形プロセスにより光造形樹脂層を形成した後、該樹脂層に前記インサート部品を搭載し、次に、該樹脂層の上に光造形樹脂層を積層して形成し、前記インサート部品を光造形樹脂に内蔵することを特徴とする。
　さらに、下記特許文献１に記載の技術は、前記光造形樹脂層に前記インサート部品を収容する収納凹部を形成した後、該収納凹部に前記インサート部品を搭載することを特徴とする。
特開２００２－９３９８９号公報
　上記特許文献１に記載の技術では、インサート部品が収納凹部に収容された際において、インサート部品と収納凹部との間隙が狭すぎると、その間隙を光造形樹脂で埋め込む速度が遅くなったり、その埋め込まれた光造形樹脂の上面が平坦化され難くなって、その上面に形成される配線に影響を及ぼす虞があった。
　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、電子部品と回路配線層を含んだ状態で３次元積層造形される電子デバイスの絶縁樹脂層に、電子部品が収容されるキャビティを形成する際において、電子デバイスの製造スループット向上と回路配線層の品質安定化を図ったキャビティの形成方法を提供することを課題とする。
　本明細書は、電子部品と回路配線層を含んだ状態で３次元積層造形される電子デバイスの絶縁樹脂層に、電子部品が収容されるキャビティを形成するに際し、電子部品の上端縁からキャビティの開口縁までの間隔上において、キャビティを埋め込むための絶縁樹脂を吐出するノズルが所定数以上並ぶように、キャビティの開口寸法を調整する第１調整工程を備えるキャビティの形成方法を開示する。
　本開示によれば、キャビティの形成方法は、電子部品と回路配線層を含んだ状態で３次元積層造形される電子デバイスの絶縁樹脂層に、電子部品が収容されるキャビティを形成する際において、電子デバイスの製造スループット向上と回路配線層の品質安定化を図ることが可能である。
３次元積層電子デバイス製造装置を示す図である。 制御装置を示すブロック図である。 基板上に造形された３次元積層造形物を示す斜視図である。 第２印刷部で使用されるインクジェットヘッドのノズルを示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物を示す斜視図である。 基板上に造形された３次元積層造形物を示す斜視図である。 基板上に造形された３次元積層造形物を示す斜視図である。 基板上に造形された３次元積層造形物を示す斜視図である。 基板と３次元積層電子デバイスを示す斜視図である。 キャビティの形成方法の流れを示すフローチャートである。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。 同３次元積層造形物を図１２の線Ａ－Ａで切断した断面を示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。 基板上に造形された３次元積層造形物のキャビティを示す図である。
　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。
　図１に、３次元積層電子デバイス製造装置１０を示す。３次元積層電子デバイス製造装置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、制御装置（図２参照）２７を備えている。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と装着ユニット２６とは、３次元積層電子デバイス製造装置１０のベース２８の上に配置されている。ベース２８は、概して長方形状をなしており、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（図２参照）３８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がＸ軸方向の任意の位置に移動する。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の一端部が、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。そして、そのＹ軸スライドレール５０には、ステージ５２が、Ｙ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｙ軸スライド機構３２は、電磁モータ（図２参照）５６を有しており、電磁モータ５６の駆動により、ステージ５２がＹ軸方向の任意の位置に移動する。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とを有している。基台６０は、平板状に形成され、上面に基板が載せられる。保持装置６２は、基台６０のＸ軸方向の両側部に設けられている。そして、基台６０に載置された基板のＸ軸方向の両縁部が、保持装置６２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。
　第１造形ユニット２２は、ステージ５２の基台６０に載置された基板（図３参照）７０の上に回路配線層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（図２参照）７６を有しており、基台６０に載置された基板７０の上に、金属インクを線状に吐出する。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。
　焼成部７４は、レーザ照射装置（図２参照）７８を有している。レーザ照射装置７８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装置であり、レーザが照射された金属インクは焼成し、回路配線層が形成される。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、金属製の回路配線層が形成される。
　また、第２造形ユニット２４は、ステージ５２の基台６０に載せられた基板７０の上に絶縁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（図２参照）８８を有しており、基台６０に載せらされた基板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は、例えば、圧電素子の変形によって樹脂を複数のノズルから吐出する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。
　硬化部８６は、平坦化装置（図２参照）９０と照射装置（図２参照）９２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によって基板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り、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、基板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、基板７０の上に吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、絶縁層が形成される。
　また、装着ユニット２６は、ステージ５２の基台６０に載せられた基板７０の上に電子部品（図７参照）９４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９４を１つずつ送り出すテープフィーダ（図２参照）１１０を複数有しており、供給位置において、電子部品９４を供給する。なお、供給部１００は、テープフィーダ１１０に限らず、トレイから電子部品９４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、供給部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。
　装着部１０２は、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。装着ヘッド１１２は、電子部品９４を吸着保持するための吸着ノズル（図７参照）１１６を有している。吸着ノズル１１６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９４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９４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９４の供給位置と、基台６０に載せられた基板７０との間で、装着ヘッド１１２を移動させる。これにより、装着部１０２では、テープフィーダ１１０から供給された電子部品９４が、吸着ノズル１１６により保持され、その吸着ノズル１１６によって保持された電子部品９４が、基板７０の上に装着される。
　また、制御装置２７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、レーザ照射装置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。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、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の作動が、コントローラ１２０によって制御される。
　次に、３次元積層電子デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図３に示すように、基板７０の上に、３次元積層造形物２０２の１層目の絶縁層２０６が形成される。そのためには、ステージ５２が第２造形ユニット２４の下方に移動される。これにより、ステージ５２の基台６０に対してセットされている基板７０は、第２造形ユニット２４の下方に移動される。さらに、第２印刷部８４において、インクジェットヘッド８８が、基板７０の上面に対して紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。続いて、硬化部８６において、平坦化装置９０が、その吐出された紫外線硬化樹脂を、その膜厚が均一となるように平坦化する。その後、照射装置９２が、その平坦化された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化樹脂が硬化する。以後、上述した第２造形ユニット２４における工程（つまり、第２印刷部８４の工程と硬化部８６の工程）が繰り返されることによって、基板７０の上では、３次元積層造形物２０２の１層目の絶縁層２０６が形成される。
　第２印刷部８４で使用されるインクジェットヘッド８８には、図４に示すように、第１ノズル列１３０と第２ノズル列１３２が設けられている。第１ノズル列１３０と第２ノズル列１３２は、インクジェットヘッド８８の長手方向に沿って設けられている。第１ノズル列１３０と第２ノズル列１３２では、複数のノズル１３４が所定ピッチを空けて並んでいる。さらに、第１ノズル列１３０の各ノズル１３４は、第２ノズル列１３２の各ノズル１３４に対して、インクジェットヘッド８８の長手方向において、所定ピッチの半分ずれた位置に設けられている。つまり、インクジェットヘッド８８では、各ノズル１３４が千鳥状に配置されている。
　第１ノズル列１３０と第２ノズル列１３２では、各ノズル１３４から紫外線硬化樹脂が吐出される。コントローラ１２０は、３次元積層造形物２０２の製造状況に応じて、紫外線硬化樹脂を吐出するノズル１３４を選択することが可能である。
　なお、インクジェットヘッド８８は、２つのノズル列１３０，１３２が設けられたものに限らず、１つ又は３つ以上のノズル列が設けられたものであってもよい。また、インクジェットヘッド８８は、各ノズル１３４が千鳥状に配置されたものに限らず、各ノズル１３４が格子状に配置されたものであってもよい。さらに、インクジェットヘッド８８は、各ノズル１３４が所定ピッチで並んだものに限らず、例えば、各ノズル１３４のピッチが徐々に変化したり、或いは、各ノズル１３４が不規則に並んだものであってもよい。
　次に、基板７０の上に、３次元積層造形物２０２の１層目の回路配線層２０８が形成され、硬化される。そのためには、ステージ５２が第１造形ユニット２２の下方に移動される。さらに、図５に示すように、第１印刷部７２において、インクジェットヘッド７６が、３次元積層造形物２０２の絶縁層２０６の上面に対して、金属インクを配線回路パターンに応じて線状に吐出する。これにより、３次元積層造形物２０２の絶縁層２０６の上面では、１層目の回路配線層２０８が複数形成される。その後、焼成部７４において、レーザ照射装置７８が、その線状に吐出された金属インクにレーザを照射する。これにより、金属インクが硬化する。このようにして、３次元積層造形物２０２の絶縁層２０６の上面では、各回路配線層２０８が硬化される。
　その後、第２造形ユニット２４における工程及び第１造形ユニット２２における工程が繰り返される。これにより、図６に示すように、３次元積層造形物２０２では、２層目の絶縁層２１０が形成され、２層目の回路配線層２１２が複数形成され、硬化される。
　但し、第２造形ユニット２４における工程では、第２印刷部８４の工程と硬化部８６の工程が繰り返される際において、インクジェットヘッド８８が、１層目の各回路配線層２０８の上面に対して、所定の部分が概して円形に露出するように、紫外線硬化樹脂を吐出する。これにより、２層目の絶縁層２１０では、複数のビアホール２１４が形成される。各ビアホール２１４は、２層目の絶縁層２１０の上面から１層目の回路配線層２０８の上面に向かうに連れて先細りした形状である。さらに、インクジェットヘッド８８が、１層目の絶縁層２０６の上面に対して、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。これにより、２層目の絶縁層２１０では、キャビティ２１６が形成される。
　また、第１造形ユニット２２における工程では、第１印刷部７２の工程において、金属インクが、２層目の絶縁層２１０の上面から、各ビアホール２１４の傾斜面を経由して、１層目の各回路配線層２０８の上面に至るまで吐出される。従って、焼成部７４の工程が実行されると、２層目の回路配線層２１２が、各ビアホール２１４の傾斜面を経由して、１層目の各回路配線層２０８と電気的に接続される。
　その後、第２造形ユニット２４における工程及び第１造形ユニット２２における工程が繰り返される。これにより、図７に示すように、３次元積層造形物２０２では、３層目の絶縁層２１８が形成され、３層目の回路配線層２２０が複数形成され、硬化される。その際、２層目の絶縁層２１０にある各ビアホール２１４は、硬化した紫外線硬化樹脂で埋められる。さらに、３層目の絶縁層２１８では、２層目の絶縁層２１０に形成された各ビアホール２１４やキャビティ２１６と同様にして、複数のビアホール２２２やキャビティ２２４が形成される。これにより、３層目の回路配線層２２０が、各ビアホール２２２の傾斜面を経由して、２層目の各回路配線層２１２と電気的に接続される。また、３層目の絶縁層２１８に形成されたキャビティ２２４は、２層目の絶縁層２１０にあるキャビティ２１６と上下方向で連なった状態で設けられる。
　なお、以下の説明において、キャビティ２１６，２２４を区別せずに総称する場合は、キャビティ２２４と表記する。また、キャビティ２２４の形成方法については、後述する。さらに、図７では、１層目の絶縁層２０６の上面にある各回路配線層２０８と、２層目の絶縁層２１０に形成された各ビアホール２１４やキャビティ２１６は、省略している。
　続いて、ステージ５２が装着ユニット２６の下方に移動される。装着ユニット２６では、テープフィーダ１１０により供給された電子部品９４が、図７に示すように、装着ヘッド１１２の吸着ノズル１１６に保持される。その保持された電子部品９４は、装着ヘッド１１２が移動装置１１４で移動するに伴って、キャビティ２２４に装着される。その際、電子部品９４の各電極９６は、上方を向く。さらに、電子部品９４の各電極９６の上面と、３層目の絶縁層２１８の上面は、同一平面上に位置する。
　その後、第２造形ユニット２４における工程（つまり、第２印刷部８４の工程と硬化部８６の工程）が繰り返される。これにより、図７に示すように、３層目の絶縁層２１８にある各ビアホール２２２は、硬化した紫外線硬化樹脂で埋められる。また、キャビティ２２４を区画する内壁面と電子部品９４との間隙も、硬化した紫外線硬化樹脂で埋められる。さらに、第１造形ユニット２２における工程が行われる。これにより、４層目の回路配線層２２６が、３層目の回路配線層２２０の一部と電子部品９４の各電極９６とを繋ぐように形成され、硬化される。これにより、電子部品９４は、各回路配線層２０８，２１２，２２０，２２６と電気的に接続される。
　その後、第２造形ユニット２４における工程（つまり、第２印刷部８４の工程と硬化部８６の工程）が繰り返される。これにより、図８に示すように、４層目の絶縁層２２７が形成される。
　なお、図８では、２層目の絶縁層２１０の上面にある各回路配線層２１２と、３層目の絶縁層２１８に形成された各ビアホール２２２やキャビティ２２４は、省略している。これらの点は、図９でも同様である。
　続いて、図９に示すように、３次元積層造形物２０２は、溶剤などによって、基板７０から分離され、３次元積層電子デバイス２０４となる。
　次に、キャビティの形成方法について説明する。なお、以下の説明では、キャビティが形成される３次元積層電子デバイスについて、上述した３次元積層電子デバイス２０４と実質的に共通する部分には同一の符号を付することによって、詳しい説明を省略する。
　図１０に示すように、キャビティの形成方法３００は、第１調整工程Ｐ１０と、第２調整工程Ｐ２０と、第３調整工程Ｐ３０とを備えている。キャビティの形成方法３００は、３次元積層電子デバイス２０４が製造される際において、コントローラ１２０によって実行される。
　第１調整工程Ｐ１０では、キャビティ２２４の開口寸法が調整される。具体的には、図１１に示すように、電子部品９４の短手方向におけるキャビティ２２４の開口寸法Ｄ１は、電子部品９４の上端縁９５からキャビティ２２４の開口縁２２５までの間隔Ｇ１上において、紫外線硬化樹脂を吐出する（インクジェットヘッド８８の）ノズル１３４が少なくとも所定個数並ぶことが可能な長さに調整される。
　この点は、図１２に示すように、電子部品９４の長手方向におけるキャビティ２２４の開口寸法Ｄ２についても、同様である。つまり、その開口寸法Ｄ２は、電子部品９４の上端縁９５からキャビティ２２４の開口縁２２５までの間隔Ｇ２上において、紫外線硬化樹脂を吐出する（インクジェットヘッド８８の）ノズル１３４が少なくとも所定個数並ぶことが可能な長さに調整される。
　キャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の断面は、図１３に示すように、キャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の内周面である傾斜面２２８の間が、キャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の底面２３０から開口２３２へ向かうに連れて広がる形状を有している。図１３に示されたキャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の断面は、電子部品９４の短手方向に沿った断面であるが、電子部品９４の長手方向に沿った断面も、同様な形状を有している。なお、図１１及び図１２では、底面２３０と傾斜面２２８の境界線や、隣接する傾斜面２２８の境界線は、省略されている。
　上記の所定個数は、キャビティ２２４を区画する内壁面（つまり、傾斜面２２８及び底面２３０）と電子部品９４との間隙に紫外線硬化樹脂が埋め込まれる速度の要求値に応じて、或いは、その間隙に埋め込まれた紫外線硬化樹脂の上面が平坦化装置９０で平坦化されることにより３層目の絶縁層２１８の上面（及び電子部品９４の各電極９６の上面）と面一になることが可能な最小間隔の観点から定められる。
　第２調整工程Ｐ２０では、隣接して配置されるキャビティ２２４が、所定条件を満たすと、一体化される。以下、具体的に説明する。例えば、図１４に示すように、２つのキャビティ２２４Ａ，２２４Ｂが隣接して配置される場合を想定する。そのような場合において、隣接する２つのキャビティ２２４Ａ，２２４Ｂを隔てる仕切壁２３４の厚さ２３４ｔが所定距離未満となるときは、図１５に示すように、仕切壁２３４が省かれることによって、２つのキャビティ２２４Ａ，２２４Ｂが一つのキャビティ２２４（以下、一体化されたキャビティ２２４という。）にされる。
　上記の所定距離は、基板７０の大型化を防止する観点から定められてもよいし、仕切壁２３４を形成することが可能な最小厚さの観点から定められてもよい。
　なお、第２調整工程Ｐ２０では、一体化されたキャビティ２２４の開口縁２２５が仕切壁２３４と向かい合わせとなる方向において、つまり、図１５では電子部品９４の短手方向において、一体化されたキャビティ２２４の開口寸法Ｄ３が、図１６に示す開口寸法Ｄ４まで狭められてもよい。ここで、図１６の開口寸法Ｄ４とは、図１５の開口寸法Ｄ３と比べ、仕切壁２３４の厚さ２３４ｔ分小さい寸法をいう。
　第３調整工程Ｐ３０では、電子部品９４が配線される方向において、上記間隔Ｇ１が広げられる。以下、具体的に説明する。例えば、図１７に示すように、電子部品９４の電極９６と回路配線層２２６が接続される方向において、つまり、電子部品９４の短手方向において、電子部品９４の上端縁９５からキャビティ２２４の開口縁２２５までの距離が、上記間隔Ｇ１から間隔Ｇ３まで広げられる。これにより、一体化されたキャビティ２２４の開口寸法Ｄ３は、開口寸法Ｄ５まで広げられる。
　以上詳細に説明したように、本実施形態のキャビティの形成方法３００では、第１調整工程Ｐ１０が実行されると、キャビティ２２４の開口寸法Ｄ１，Ｄ２が、電子部品９４の上端縁９５からキャビティ２２４の開口縁２２５までの間隔Ｇ１，Ｇ２上において、紫外線硬化樹脂を吐出する（インクジェットヘッド８８の）ノズル１３４が少なくとも所定個数並ぶことが可能な長さに調整される。
　この点、上記の所定個数は、キャビティ２２４を区画する内壁面（つまり、傾斜面２２８及び底面２３０）と電子部品９４との間隙に紫外線硬化樹脂が埋め込まれる速度の要求値に応じて、或いは、その間隙に埋め込まれた紫外線硬化樹脂の上面が平坦化装置９０で平坦化されることにより３層目の絶縁層２１８の上面（及び電子部品９４の各電極９６の上面）と面一になることが可能な最小間隔の観点から定められる。
　なお、上記間隙に埋め込まれた紫外線硬化樹脂の上面が絶縁層２１８の上面（及び電子部品９４の各電極９６の上面）と面一であると、電子部品９４の電極９６の上面から絶縁層２１８の上面に亘って形成される回路配線層２２６において段差が生じない。
　従って、本実施形態のキャビティの形成方法３００は、電子部品９４と各回路配線層２０８，２１２，２２０，２２６を含んだ状態で３次元積層造形される３次元積層電子デバイス２０４の絶縁層２１０，２１８に、電子部品９４が収容されるキャビティ２２４を形成する際において、３次元積層電子デバイス２０４の製造スループット向上と回路配線層２２６の品質安定化を図ることが可能である。
　ちなみに、本実施形態において、３次元積層電子デバイス２０４は、電子デバイスの一例である。各絶縁層２１０，２１８は、絶縁樹脂層の一例である。キャビティ２１６，２２４の傾斜面２２８は、キャビティの相対する壁面の一例である。キャビティ２１６，２２４の底面２３０は、キャビティの底部の一例である。紫外線硬化樹脂は、絶縁樹脂の一例である。電子部品９４の短手方向は、電子部品と回路配線層が配線される方向の一例である。
　尚、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、コントローラ１２０は、第１調整工程Ｐ１０、第２調整工程Ｐ２０、及び第３調整工程Ｐ３０を独立して実行してもよい。
　また、キャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の断面は、図１３に示された形状とは異なって、キャビティ２２４（及びキャビティ２１６）の内周面が底面２３０に対して垂直に設けられた形状等を有してもよい。
　９４　電子部品
　９５　電子部品の上端縁
１３４　ノズル
２０４　３次元積層電子デバイス
２０６，２１０，２１８　絶縁層
２０８，２１２，２２０，２２６　回路配線層
２１６　　キャビティ
２２４　（一つの）キャビティ
２２４Ａ，２２４Ｂ　隣接するキャビティ
２２５　　キャビティの開口縁
２２８　　キャビティの傾斜面
２３０　　キャビティの底面
２３２　　キャビティの開口
２３４　　仕切壁
２３４ｔ　仕切壁の厚さ
３００　　キャビティの形成方法
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５　キャビティの開口寸法
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３　間隔
Ｐ１０　　第１調整工程
Ｐ２０　　第２調整工程
Ｐ３０　　第３調整工程

Claims (5)

  1. 　電子部品と回路配線層を含んだ状態で３次元積層造形される電子デバイスの絶縁樹脂層に、前記電子部品が収容されるキャビティを形成するに際し、前記電子部品の上端縁から前記キャビティの開口縁までの間隔上において、前記キャビティを埋め込むための絶縁樹脂を吐出するノズルが所定数以上並ぶように、前記キャビティの開口寸法を調整する第１調整工程を備えるキャビティの形成方法。
  2. 　前記キャビティが隣接して配置される場合に、前記隣接するキャビティを隔てる仕切壁の厚さが所定距離未満となるときは、前記仕切壁を省くことによって、前記隣接するキャビティを一つのキャビティとする第２調整工程を備える請求項１に記載のキャビティの形成方法。
  3. 　前記第２調整工程は、前記一つのキャビティの開口縁が前記仕切壁と向かい合わせとなる方向において、前記一つのキャビティの開口寸法を前記仕切壁の厚さ分狭める請求項２に記載のキャビティの形成方法。
  4. 　前記電子部品と前記回路配線層が配線される方向において、前記間隔を広げる第３調整工程を備える請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のキャビティの形成方法。
  5. 　前記キャビティは、底部から開口へ向かうに連れて、相対する壁面の間が広がる形状を備える請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のキャビティの形成方法。
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