電子回路基板の製造装置
【課題】インクジェット法によって高密度な電子回路を形成可能であり、従来よりも製造の手間と時間を短縮できる電子回路基板の製造装置を提供する。
【解決手段】電子回路基板の製造装置１は、撥水性の表面を有する基板Ｂに光または電子線を照射することにより前記基板Ｂの表面に親水性を有する所定パターンを形成するレーザー３と、前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッド２１を有するインクヘッド２と、を備えている。
【解決手段】電子回路基板の製造装置１は、撥水性の表面を有する基板Ｂに光または電子線を照射することにより前記基板Ｂの表面に親水性を有する所定パターンを形成するレーザー３と、前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッド２１を有するインクヘッド２と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット式記録装置の技術を応用して、電子回路基板を製作することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。これは、金属粒子を分散させたインクを基板上に吐出することにより、基板上に所定の回路パターンを形成するものである。かかる手法はインクジェット法と称されており、従来のフォトリソグラフィ法と比較して、配線パターンに必要な部分にのみ金属インクを吐出すれば足りるので、金属材料の使用量が少なく、また、工程数を削減できるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の電子回路の高密度化に伴い、配線幅および配線間ピッチは非常に小さくなっている。しかし、従来のインクジェット法では、インクヘッドから吐出された金属インクが基板上に着弾した後、基板表面において広がってしまうため、配線幅および配線間ピッチの小さな電子回路を形成することが困難であった。また、そのような高密度な電子回路を形成するには、多くの手間と時間が必要であった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インクジェット法によって高密度な電子回路を形成可能であり、従来よりも製造の手間と時間を短縮できる電子回路基板の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電子回路基板の製造装置は、撥水性の表面を有する基板に光または電子線を照射することにより前記基板の表面に親水性を有する所定パターンを形成する親水部形成装置と、前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッドを有するインクヘッドと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高密度な電子回路が形成可能となる。また、従来よりも製造の手間と時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電子回路基板の製造装置の要部を示す正面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は多層構造の電子回路基板を製作する一連の工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はスルーホールの製作の工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は電子デバイスを備えた基板に回路パターンを製作する一連の工程を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は電子デバイスを備えた基板に回路パターンを製作する一連の工程を示す模式図である。
【図７】他の電子回路基板の製造装置の要部を示す正面図である。
【図８】（ａ）は第２実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図であり、（ｂ）は同製造装置の要部の正面図であり、（ｃ）は回路基板の断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１１】（ａ）は第３実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図であり、（ｂ）は同製造装置の要部の正面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１４】他の実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜第１実施形態＞
（電子回路基板の製造装置の構成）
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電子回路基板の製造装置（以下、単に製造装置という）１は、導電性のインクを吐出するインクヘッド２を備えている。このインクヘッド２は、いわゆるインクジェット式の吐出動作を行う。なお、本発明における「インクジェット式」とは、インクジェット技術によるインクの吐出方式を意味する。更に、「インクジェット式」には、公知の各種手法が含まれ、例えば二値偏向方式或いは連続偏向方式等の各種の連続方式や、サーマル方式或いは圧電素子方式等の各種のオンデマンド方式が含まれる。
【００１０】
製造装置１は、インクヘッド２とレーザー３と紫外線照射装置４とを備えている。図１等において、符号Ｙは主走査方向を示す。本実施形態では、主走査方向Ｙは左右方向となる。主走査方向と直交する方向である副走査方向は、基板Ｂが搬送される方向であり、前後方向となる。
【００１１】
インクジェットプリンタ１の内部には、主走査方向Ｙに延びるガイドレール１０が設けられている。ガイドレール１０の中央部の下方かつ前方には、ベルト状のベッド１１が配置されている。ベッド１１は、インクヘッド２によるインクの吐出やレーザー３による基板Ｂの加工の際に、基板Ｂを支持する部分である。基板Ｂに対するインクの吐出および加工は、ベッド１１上において行われる。
【００１２】
インクヘッド２は、基板Ｂに向かってインクを吐出するヘッドである。インクヘッド２は、インクを吐出するノズル２０を有する複数のプリントヘッド２１と、これらのプリントヘッド２１を支持するプリントヘッドキャリッジ２２とを有している。プリントヘッドキャリッジ２２は、左右方向に移動可能なようにガイドレール１０に係合している。プリントヘッド２１は、前記ノズル２０からインク滴を下方に向かって吐出する。各プリントヘッド２１には、正面右側から順に、親水性の紫外線硬化インク、撥水性の紫外線硬化インク、イエロの紫外線硬化インク、ホワイトの紫外線硬化インク、銅粒子を分散させた金属ナノインク、銀粒子を分散させた金属ナノインクインクがそれぞれ供給される。ここで「親水性」とは、物質の表面が水を弾かず、水が表面になじんだ状態になりやすい性質のことをいう。より具体的には、物質上における水滴の接触角が２５度以下のものをいう。「撥水性」とは、ある物質の表面に水滴を落とすと、水滴が弾かれてほぼ球形に近い状態となる性質をいう。より具体的には、物質上における水滴の接触角が６０度以上のものをいう。「金属ナノインク」とは、分散させた金属微粒子を含むインクのことをいう。金属微粒子同士がインク中で融着しないように、粒子表面は有機物で被覆されている。金属微粒子としては、他にニッケルやマンガン等が適宜使用される。なお、金属ナノインクに代えて、他の導電性インク、例えば抵抗材料や半導体成分を含有するインク等を使用してもよい。これらは、いずれも導電性成分を含むインクである。なお、前記イエロやホワイトの紫外線硬化インクは、例えば基板Ｂに文字や記号等を印刷するための印刷用のインクである。ただし、イエロやホワイトの紫外線硬化インクは、電子回路の形成には必須ではない。そのため、それらのインクを吐出するプリントヘッド２１は、省略してもよい。また、印刷用のインクの色彩は、イエロやホワイトに限定される訳ではなく、他の色のインクを用いることも可能である。
【００１３】
紫外線照射装置４は、紫外線硬化インクに紫外線を照射する装置であり、本実施形態では紫外線発光ダイオードから構成されている。なお、紫外線照射装置４の構成は何ら限定されず、例えばハロゲンランプ等で構成してもよい。紫外線照射装置４は、連結部材３０を介してプリントヘッドキャリッジ２２の右側部に取り付けられている。紫外線照射装置４は、インクヘッド２と共に左右方向に移動する。すなわち、紫外線照射装置４は、プリントヘッドキャリッジ２２を介してガイドレール１０に案内され、左右方向に移動する。ただし、紫外線照射装置４自体がガイドレール１０に案内されるように構成されていてもよい。プリントヘッドキャリッジ２２の左側部には、磁石３１が取り付けられている。
【００１４】
次に、レーザー３について説明する。レーザー３は、親水部形成装置の一例であり、基板Ｂにレーザー処理を施すためのレーザー照射装置からなっている。レーザー３からは、例えばＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等が照射されるが、具体的なレーザー光の種類は、決してこれらに限定されるものではない。レーザー３には、加工の種類等に応じて、レーザー光の照射中でも集光径を変更できるようなレンズ(図示せず)が内蔵されている。この集光径を変更することにより、単位面積当たりの照射強度が一定となるように設定することも可能である。また、レーザー３にはファンが設けられていてもよい。これにより、レーザー加工時に発生する煙を回収することが容易となる。レーザー３の右側部には、磁石３２が取り付けられている。レーザー３には、主走査方向Ｙに移動するキャリッジ３３が内蔵されており、レーザー３は前記ガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに自走可能である。ただし、キャリッジはレーザー３ではなく、インクヘッド２に設けられていてもよい。あるいは、レーザー３およびインクヘッド２の両方にキャリッジが設けられていてもよい。
【００１５】
キャリッジ３３の駆動装置は何ら限定されるものではない。例えば、ガイドレール１０の一端近傍に駆動ローラが設けられ、他端近傍に従動ローラが設けられ、それら両ローラに、キャリッジ３３が固定された駆動ベルトが巻きかけられていてもよい。このような構成によれば、駆動ローラが回転すると駆動ベルトが走行し、キャリッジ３３が主走査方向Ｙに移動することになる。
【００１６】
図１に示すように、インクヘッド２の磁石３１とレーザー３の磁石３２とが接触すると、両磁石３１、３２が吸着されるため、レーザー３とインクヘッド２とが互いに連結される。ガイドレール１０の右端部分は、インクヘッド２のホームポジションとなる。レーザー３とインクヘッド２との連結は、インクヘッド２のホームポジションにおいて行われる。連結後、インクヘッド２は、レーザー３と共に主走査方向Ｙに移動する。一方、インクヘッド２がホームポジションに固定された状態で、レーザー３が左側に移動すると、レーザー３とインクヘッド２との連結が解除される。連結が解除されると、インクヘッド２はホームポジションで待機し、レーザー３のみが主走査方向Ｙに移動することになる。なお、ホームポジションの近傍には、インクヘッド２を固定する固定装置（図示せず）が設けられている。このように、磁石３１、３２は、レーザー３とインクヘッド２とを着脱自在に連結する機能を有している。キャリッジ３３とプリントヘッドキャリッジ２２とは、磁石３１、３２によって着脱自在に連結されている。なお、製造装置１の各部の動作は、制御装置（図示せず）により制御される。
【００１７】
（電子回路基板の製造方法）
次に、製造装置１による電子回路基板の製造方法について説明する。
【００１８】
まず、インクヘッド２が主走査方向Ｙに往復移動しながら、シリコン等からなる基板Ｂに向かってプリントヘッド２１が親水性の紫外線硬化インクを吐出すると共に、紫外線照射装置４が紫外線を照射し、上記紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図２（ａ）に示すように、基板Ｂの表面に親水性の層（以下、親水層という）Ｐが形成される。次に、親水層Ｐの表面に向かってプリントヘッド２１が撥水性の紫外線硬化インクを吐出すると共に、紫外線照射装置４が紫外線を照射し、上記紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、親水層Ｐの上に撥水性の層（以下、撥水層という）Ｑが形成されることになる。
【００１９】
次に、レーザー３によるレーザー加工を行う。すなわち、レーザー３からレーザー光が撥水層Ｑに照射される。これにより、図２（ｃ）に示すように、レーザー光が照射された撥水層Ｑの部分は消失し、親水層Ｐが外部に露出する。レーザー３は、自らが主走査方向Ｙに移動すると共に、ベッド１１上の基板Ｂが副走査方向Ｘに搬送されることによって、撥水層Ｑに電子回路の配線パターンに応じたパターン溝４０を形成する。レーザー加工によれば、微細なパターン溝４０を形成することが容易である。本実施形態では、約１０ミクロン程度の幅のパターン溝４０が形成される。
【００２０】
次に、図２（ｄ）に示すように、プリントヘッド２１から銀または銅粒子を含む金属ナノインクＲをパターン溝４０に吐出する。図２（ｄ）に示すように、撥水層Ｑの表面ではインクＲは広がらないため、インクＲの幅をパターン溝４０の幅と同等レベルに抑えることができる。すなわち、線幅の短い配線パターンを形成することができる。次に、レーザー３から金属ナノインクＲにレーザー光を照射する。これにより、図２（ｅ）に示すように、金属ナノインクＲの溶媒や有機物が溶解除去されて、金属粒子の焼成体Ｓが生成される。この焼成体Ｓの全体が、電子回路の配線パターンとなる。
【００２１】
以上により、２次元の配線パターンを形成することができる。ただし、本実施形態に係る製造装置１は、３次元の配線パターンを形成することも可能である。次に、３次元の配線パターンの形成方法について説明する。
【００２２】
３次元の配線パターンを形成する場合には、まず図３（ａ）に示すように、上述のように、基板Ｂの上に親水層Ｐ１と撥水層Ｑ１とを順に形成し、撥水層Ｑ１にパターン溝４０を形成する。そして、パターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出した後、金属ナノインクＲを焼成する。これにより、第１層の配線パターンが形成される。次に、図３（ｂ）に示すように、上記第１層の配線パターンの上に、すなわち撥水層Ｑ１および焼成体Ｓ１の全体の上に、プリントヘッド２１から親水性の紫外線硬化インクを吐出する。次に、紫外線照射装置４から紫外線を照射し、親水性の紫外線硬化インクを硬化させ、親水層Ｐ２を形成する。次に、プリントヘッド２１から撥水性の紫外線硬化インクを吐出し、紫外線照射装置４から紫外線を照射し、撥水性の紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、親水層Ｐ２の上に撥水層Ｑ２が形成される。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、レーザー３により、第２層の配線パターンに応じたパターン溝４０を撥水層Ｑ２に形成する。そして、図３（ｅ）に示すように、プリントヘッド２１からパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出する。次に、図３（ｆ）に示すように、レーザー３によって、金属ナノインクＲを焼成する。焼成体Ｓ２により、第２層の配線パターンが形成される。
【００２４】
なお、第１層の配線パターンと第２層の配線パターンとは、以下のスルーホールによって導通することができる。スルーホールは、以下のようにして形成される。図３（ｄ）に示すように、第２層の配線パターンを形成する部分では、撥水層Ｑ２のみに溝４０を形成していた。これに対し、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、スルーホールを形成する部分では、レーザー３により、撥水層Ｑ２および親水層Ｐ２を貫通する溝４０を形成する。なお、スルーホールを形成する部分には、第１層の金属ナノインクＲまたはその焼成体が設けられている。次に、図４（ｃ）に示すように、この溝４０にプリントヘッド２１から金属ナノインクＲを吐出する。そして、レーザー３により、金属ナノインクＲを焼成する（図４（ｄ）参照）。これにより、第１層の配線パターンと第２層の配線パターンとをつなぐスルーホールが形成される。
【００２５】
上記の電子回路は２層構造の電子回路であったが、３層以上の電子回路も同様にして製造可能である。
【００２６】
（実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る製造装置１においては、撥水層Ｑのパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出するようにしたので、吐出後の金属ナノインクＲが周囲に広がることを抑制することができ、金属ナノインクＲの幅を短くすることができる。また、撥水層Ｑのパターン溝４０はレーザー３によって形成されるものであるため、微細化が容易であり、また、高い精度を有して形成される。従って、所望の配線幅および配線ピッチを備えた回路パターンを形成することができる。その結果、高密度な電子回路基板Ａを得ることが可能になる。
【００２７】
また、本実施形態に係る製造装置１は、基板Ｂに対する親水層Ｐおよび撥水層Ｑの形成から焼成体Ｓの生成に至るまでの一連の工程を全て行うことができる。このため、電子回路基板Ａの製作を簡易に、かつ効率的に行うことができる。従来よりも製作の手間と時間を短縮することが可能となる。
【００２８】
さらに、インクヘッド２はレーザー３と同一のガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに移動するため、インクヘッド２とレーザー３との相互の位置関係を良好に維持できる。パターン溝４０の形成とパターン溝４０に対する金属ナノインクＲの吐出とを、精度良く行うことができる。
【００２９】
（変形例）
なお、製造装置１は、基板Ｂに予め組込まれた集積回路、抵抗器、コンデンサー等の電子デバイス間に回路パターンを形成する場合にも適用できる。以下、その一例として、図５（ａ）に示すように、中央部分に直方体形状の電子デバイス（例えばＣＰＵ等）５０を有し、その四方に位置する基板Ｂの各端部に端子５１を備えたものに、回路パターンを形成する場合について説明する。先ず、図５（ｂ）に示すように、インクヘッド２から親水性の紫外線硬化インクを吐出し、これに紫外線照射装置４により紫外線を照射する。これにより、電子デバイス５０の周囲に、外側に行くほど下方に傾斜する斜面を備えた断面略三角形状の親水層Ｐが形成される。次に、図５（ｃ）に示すように、インクヘッド２から撥水性の紫外線硬化インクを前記親水層Ｐの傾斜面に吐出し、これに紫外線照射装置４により紫外線を照射する。これにより、親水層Ｐの表面を覆うようにして撥水層Ｑが形成される。その後、図６（ａ）に示すように、レーザー３からレーザー光を撥水層Ｑに照射して、その一部を消失させる。これにより、前記端子５１とこれに対向する電子デバイス５０の端子５２とを繋ぐパターン溝４０が形成される。次に、図６（ｂ）に示すように、インクヘッド２からパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出する。これにより、金属ナノインクＲを介して前記端子５１、５２が接続されることになる。その後、図６（ｃ）に示すように、金属ナノインクＲにレーザー３からレーザー光を照射する。金属ナノインクＲは焼成され、この焼成体Ｓを介して端子５１、５２が導通状態で接続されることになる。
【００３０】
上記実施形態では、インクヘッド２に親水性や撥水性の紫外線硬化インクを吐出可能なプリントヘッド２１を備えさせているが、これらは適宜に省略しても構わない。これに代えて、例えば親水性や撥水性を予め備えている基板Ｂを使用することも可能である。予め親水性を備えている基板Ｂに対しては、撥水性の紫外線硬化インクにより撥水層Ｑを形成すればよい。予め下部に親水層Ｐおよび上部に撥水層Ｑを備えた基板を用いれば、前記各紫外線硬化インクの吐出は不要である。
【００３１】
前述したように、製造装置１のインクヘッド２は、印刷用のインクを吐出するプリントヘッド２１を備えている。そのため、製造後の電子回路基板Ａに対し、型番等の情報を印刷することができる。すなわち、単一の製造装置１によって、電子回路基板Ａの製造と印刷とを実行することができる。
【００３２】
また、例えば予め撥水性を備えた基板Ｂにレーザー３からレーザー光を照射して、撥水性の一部分を親水性に改質させたり、基板Ｂに撥水性の紫外線照射インクを吐出して撥水層Ｑを形成した後、これに同じくレーザー光を照射して、その部分を親水性に改質させるようにしてもよい。このように、撥水性を親水性に改質させる場合、親水性のパターンは上記実施形態のようなパターン溝とはならず、撥水層Ｑと面一状に形成されることになる。
【００３３】
また、レーザー３は、同種または異種のレーザーを照射する複数のヘッドを適宜組み合せて構成することも可能である。例えば、図７に示すレーザー３は、ＹＡＧレーザー光およびエキシマレーザー光を照射可能な２つのヘッド３ａ、３ｂを備えている。また、一方のヘッド３ａの側面に、加工面までの距離を測定する高さ検出センサ５３を設けてもよい。このようにすれば、高さ検出センサ５３による測定結果に基づいて、レーザー３によるレーザー集光径を一定に維持することが可能になる。
【００３４】
さらに、レーザー３の種類および強度等を適宜に設定することにより、製造装置１にて、基板Ｂの切断を行うことも可能である。
【００３５】
基板Ｂは剛体に限らず、フィルム状のフレキシブル基板であってもよい。
【００３６】
＜第２実施形態＞
本発明に係る電子回路基板の製造装置は、次のように構成することも可能である。図８に示すように、本実施形態に係る製造装置１は、親水部形成装置としてのプラズマ照射装置３Ａと、カメラ６１と、マスク６２と、インクヘッド２と、焼成炉６３と、ベッド１１とを備えている。また、製造装置１は、制御装置９０を備えている。プラズマ照射装置３Ａは、ガイドレール６０に沿って主走査方向Ｙに自走し、プラズマ光を下向きに照射する。プラズマ照射装置３Ａは、大気圧で用いることができるものである。カメラ６１は、プラズマ照射装置３Ａの側部に磁石等を介して着脱自在に取り付けられている。カメラ６１がプラズマ照射装置３Ａに取り付けられることにより、カメラ６１はプラズマ照射装置３Ａと共にガイドレール６０に沿って主走査方向Ｙに移動する。カメラ６１は、後述するマスク６２のパターン孔を画像認識する認識装置として機能し、本実施形態ではデジタル式のカメラで構成されている。マスク６２は、プラズマ照射装置３Ａおよびカメラ６１の下方に配置され、所定のパターン孔が形成されたステンレス製のものである。図８（ｂ）に示すように、インクヘッド２は、ガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに移動可能である。焼成炉６３は、インクヘッド２の前方に配置されている。ベッド１１は、基板Ｂを副走査方向Ｘに搬送する。なお、認識装置は、上記カメラ６１に限定されるものではない。また、焼成装置も焼成炉６３に限定されない。
【００３７】
以上のような構成からなる製造装置１では、次のようにして電子回路基板Ａが製作される。先ず、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、表面に撥水層Ｑを備えた基板Ｂをベッド１１上に取り付ける。基板Ｂの四隅には、孔６４が形成されている。ベッド１１に設けられたピン６５を孔６４に挿入することにより、基板Ｂが固定される。次に、図９（ｃ）に示すように、基板Ｂの上方にマスク６２を配置する。この状態で、図９（ｄ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａからマスク６２のパターン孔を介して基板Ｂにプラズマ光を照射する。このようにして、プラズマ処理された撥水層Ｑの部分は撥水性から親水性に改質され、親水性のパターンが形成される。なお、その際、カメラ６１はプラズマ照射装置３Ａから切り離されている。
【００３８】
次に、図１０（ａ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａがカメラ６１を伴って主走査方向Ｙに移動し、カメラ６１によりマスク６２がスキャンされる。なお、同様の電子回路基板Ａを複数製作する場合には、このスキャン動作は一回で足り、二回目以降の製作の際には上記スキャン動作は不要となる。このため、一連の作業の効率化が図られることになる。カメラ６１のスキャン結果は制御装置９０に送られ、制御装置９０はマスク６２のパターン孔の位置、形状および寸法等を認識する。言い換えると、制御装置９０は、基板Ｂに形成された親水性のパターンを認識する。制御装置９０は、上記パターン上に金属ナノインクを吐出するようにインクヘッド２およびベッド１１を制御する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、ベッド１１により基板Ｂが副走査方向Ｘに搬送された後、図１０（ｃ）に示すようにインクヘッド２から金属ナノインクＲが基板Ｂの親水性パターン上に吐出される。図８（ｃ）に示すように、親水性パターン４０Ａの周囲は撥水層Ｑからなるために、親水性パターン４０Ａ上に吐出された金属ナノインクＲが周囲へ広がることは抑制される。その後、基板Ｂはベッド１１により副走査方向Ｘに搬送され、焼成炉６３において金属ナノインクＲが焼成される。
【００３９】
本実施形態においては、上記第１実施形態と同様の効果が得られることは勿論、次のような特有の効果も得られる。すなわち、本実施形態では、プラズマ照射装置３Ａによるプラズマ処理と、高い精度で製作されるマスク６２とを組み合わせて、親水性パターン４０Ａを形成している。このため、親水性パターン４０Ａが精度良く形成される。しかも、インクヘッド２には、予め用意された描画パターンではなく、カメラ６１による実際のスキャン結果に基づいて、制御装置９０から正確な処理信号が送られる。このため、インクヘッド２によって高精度の回路パターンが形成されることになる。すなわち、マスク６２に生じる張力や温度変化等により、マスク６２の寸法が変化する場合があるが、本実施形態によれば、寸法が変化したとしても、変化後のマスク６２のパターン孔を認識することができる。そのため、高精度の回路パターンを形成することができる。
【００４０】
また、マスク６２に応じたインク吐出用のデータを予めインクヘッド２に与える必要がないので、マスク６２を取り替えるだけで、異なるパターンの電子回路を容易に製作することができる。本実施形態によれば、回路パターンの変更が容易である。
【００４１】
なお、製作すべき回路基板Ａが多い場合は、先ずプラズマ処理のみを行い、その後まとめて金属ナノインクＲを吐出して回路パターンを描画してもよい。但し、時間の経過に伴いプラズマによる改質効果が薄れる可能性があるため、金属ナノインクＲの吐出はプラズマ処理の直後に行うのが好ましい。
【００４２】
上記実施形態における親水部形成装置は、プラズマ光を照射するプラズマ照射装置３Ａであったが、これに代えて例えば電子線を照射する装置等であってもよい。この場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
＜第３実施形態＞
また、第２実施形態に係る製造装置１は、次のように一部を変更して構成することも可能である。本実施形態では、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、認識装置としてのカメラ６１をインクヘッド２の側部に一体的に取り付けている。また、図１１（ａ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａとインクヘッド２との間には、下端部に回転駆動されるブラシ６６を有するクリーナ６７が配置されている。さらに、図１２（ｂ）等に示すように、基板Ｂの表面を複数の領域に分けるために、本実施形態では基板Ｂの表面に色彩の異なるインクが塗布されている。具体的には、Ｃの領域が青色で、Ｄの領域が赤色で、Ｅの領域が黄色に色付けしている。なお、インクは、有機質でかつ撥水性を備えているのが好ましい。また、このインクは、スクリーン印刷等により塗布してもよく、製造装置１のインクヘッド２により塗布してもよい。
【００４４】
本実施形態においても、図１２（ａ）〜（ｄ）および図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２実施形態と略同様にして電子回路基板が製作される。但し、基板Ｂにプラズマ照射装置３Ａからプラズマ光が照射されると、その照射部分にあるインクの塗膜は除去されることになる。この場合も、塗膜が除去された部分に位置する基板Ｂの撥水層Ｑは、撥水性から親水性に改質される。その後、基板Ｂはベッド１１により副走査方向Ｘに搬送され、クリーナ６７の下方を通過する。その際に、基板Ｂの表面に付着しているインクかす等の異物は、回転しているプラシ６６により綺麗に除去される。その後、基板Ｂはインクヘッド２の下方位置で停止する。そして、基板Ｂはカメラ６１によりスキャンされる。基板Ｂの各領域Ｃ〜Ｅには色彩が施され、親水性に改質された部分の色彩は除去されているので、カメラ６１によって親水性パターンを容易に認識することができる。実施形態２では、マスク６２のパターン孔を基板Ｂの親水性パターンと見なし、当該親水性パターンを間接的に認識していた。これに対し、本実施形態では、基板Ｂの親水性パターンを直接認識する。そのため、親水性パターンの認識精度を向上させることができる。
【００４５】
また、上記のように色分けをすれば、スキャン結果に基づいて、各色ごとに異なる種類のインクを吐出することが可能になる。制御装置９０は、上記スキャン結果に基づいて、親水性パターンと、その親水性パターンがどの領域に形成されているかを認識することができる。そこで、制御装置９０は、領域毎に異なるインクを吐出するようにインクヘッド２を制御することが可能となる。例えば、青色の領域の親水性パターン４０Ｃに対して銅を含むインク、赤色領域の親水性パターン４０Ｄに対して銀を含むインク、黄色領域の親水性パターン４０Ｅに対して金を含むインクをそれぞれ吐出させることができる。また、基板Ｂの領域を識別するための情報として、色彩の代わりに次のようなものを採用してもよい。例えば、反射強度が相違するインクを基板Ｂに塗布したり、同種のインクでもその厚みが異なるように塗布する。この場合は、認識装置として、前記カメラ６１に代えて、これら反射強度や厚みを認識するセンサ等を使用してもよい。その他に、数字や文字、或いはバーコード等により領域を識別することも可能である。この場合も、各領域をカメラ６１でスキャンして認識し、各領域について吐出する金属ナノインクＲの種類やその塗布量を適宜変更することが可能になる。
【００４６】
本実施形態においても、カメラ６１による実際のスキャン結果に基づいて、インクヘッド２により回路パターンが形成される。そのため、ベッド１１に対する基板Ｂの取り付けにあたって、ゆがみやずれ等があったとしても、高品質の電子回路基板Ａを製作することができる。
【００４７】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、基板Ｂの表面に複数の色彩による色分けを行ったが、基板Ｂの地色とは異なる一色のインクを表面全体に塗布するようにしてもよい。この場合にも、基板Ｂの親水性パターンをカメラ６１によって直接認識することができる。
【００４８】
また、親水性パターン上に吐出された金属ナノインクＲをカメラ６１によりスキャンし、抜け部分の有無等を確認するようにしてもよい。抜け部分があった場合は、再度金属ナノインクＲを吐出して修正する。このような再検査および修正を行うことにより、歩留りが向上する。
【００４９】
また、上記実施形態では、インクヘッド２およびプラズマ照射装置３Ａが主走査方向Ｙに移動するように構成している。しかるに、必ずしもこのように構成する必要はなく、例えば図１４に示すように、インクヘッド２およびプラズマ照射装置３Ａを主走査方向Ｙに幅広に形成し、主走査方向Ｙに移動しないように構成してもよい。この場合、カメラ６１は主走査方向Ｙに移動可能であっても移動不能であってもよいが、移動不能な場合には、主走査方向Ｙの全域をスキャンできるようにそのスキャン範囲を拡大させる必要がある。
【００５０】
＜その他の実施形態＞
親水部形成装置（実施形態１のレーザー３、実施形態２および３のプラズマ照射装置３Ａ）に、その他の加工機を設けてもよい。これにより、基板Ｂ等に対して機械加工を行うことも可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 電子回路基板の製造装置
２ インクヘッド
３ レーザー（親水部形成装置）
３Ａ プラズマ照射装置（親水部形成装置）
１０ ガイドレール
２１ プリントヘッド
４０ パターン溝（パターン）
６１ カメラ（認識装置）
６２ マスク
６３ 焼成炉（焼成装置）
９０ 制御装置
Ｂ 基板
Ｐ 親水層
Ｑ 撥水層
Ｒ インク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット式記録装置の技術を応用して、電子回路基板を製作することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。これは、金属粒子を分散させたインクを基板上に吐出することにより、基板上に所定の回路パターンを形成するものである。かかる手法はインクジェット法と称されており、従来のフォトリソグラフィ法と比較して、配線パターンに必要な部分にのみ金属インクを吐出すれば足りるので、金属材料の使用量が少なく、また、工程数を削減できるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の電子回路の高密度化に伴い、配線幅および配線間ピッチは非常に小さくなっている。しかし、従来のインクジェット法では、インクヘッドから吐出された金属インクが基板上に着弾した後、基板表面において広がってしまうため、配線幅および配線間ピッチの小さな電子回路を形成することが困難であった。また、そのような高密度な電子回路を形成するには、多くの手間と時間が必要であった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インクジェット法によって高密度な電子回路を形成可能であり、従来よりも製造の手間と時間を短縮できる電子回路基板の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電子回路基板の製造装置は、撥水性の表面を有する基板に光または電子線を照射することにより前記基板の表面に親水性を有する所定パターンを形成する親水部形成装置と、前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッドを有するインクヘッドと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高密度な電子回路が形成可能となる。また、従来よりも製造の手間と時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電子回路基板の製造装置の要部を示す正面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は多層構造の電子回路基板を製作する一連の工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はスルーホールの製作の工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は電子デバイスを備えた基板に回路パターンを製作する一連の工程を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は電子デバイスを備えた基板に回路パターンを製作する一連の工程を示す模式図である。
【図７】他の電子回路基板の製造装置の要部を示す正面図である。
【図８】（ａ）は第２実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図であり、（ｂ）は同製造装置の要部の正面図であり、（ｃ）は回路基板の断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は電子回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１１】（ａ）は第３実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図であり、（ｂ）は同製造装置の要部の正面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は回路基板を製作する一連の工程を示す模式図である。
【図１４】他の実施形態に係る電子回路基板の製造装置の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜第１実施形態＞
（電子回路基板の製造装置の構成）
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電子回路基板の製造装置（以下、単に製造装置という）１は、導電性のインクを吐出するインクヘッド２を備えている。このインクヘッド２は、いわゆるインクジェット式の吐出動作を行う。なお、本発明における「インクジェット式」とは、インクジェット技術によるインクの吐出方式を意味する。更に、「インクジェット式」には、公知の各種手法が含まれ、例えば二値偏向方式或いは連続偏向方式等の各種の連続方式や、サーマル方式或いは圧電素子方式等の各種のオンデマンド方式が含まれる。
【００１０】
製造装置１は、インクヘッド２とレーザー３と紫外線照射装置４とを備えている。図１等において、符号Ｙは主走査方向を示す。本実施形態では、主走査方向Ｙは左右方向となる。主走査方向と直交する方向である副走査方向は、基板Ｂが搬送される方向であり、前後方向となる。
【００１１】
インクジェットプリンタ１の内部には、主走査方向Ｙに延びるガイドレール１０が設けられている。ガイドレール１０の中央部の下方かつ前方には、ベルト状のベッド１１が配置されている。ベッド１１は、インクヘッド２によるインクの吐出やレーザー３による基板Ｂの加工の際に、基板Ｂを支持する部分である。基板Ｂに対するインクの吐出および加工は、ベッド１１上において行われる。
【００１２】
インクヘッド２は、基板Ｂに向かってインクを吐出するヘッドである。インクヘッド２は、インクを吐出するノズル２０を有する複数のプリントヘッド２１と、これらのプリントヘッド２１を支持するプリントヘッドキャリッジ２２とを有している。プリントヘッドキャリッジ２２は、左右方向に移動可能なようにガイドレール１０に係合している。プリントヘッド２１は、前記ノズル２０からインク滴を下方に向かって吐出する。各プリントヘッド２１には、正面右側から順に、親水性の紫外線硬化インク、撥水性の紫外線硬化インク、イエロの紫外線硬化インク、ホワイトの紫外線硬化インク、銅粒子を分散させた金属ナノインク、銀粒子を分散させた金属ナノインクインクがそれぞれ供給される。ここで「親水性」とは、物質の表面が水を弾かず、水が表面になじんだ状態になりやすい性質のことをいう。より具体的には、物質上における水滴の接触角が２５度以下のものをいう。「撥水性」とは、ある物質の表面に水滴を落とすと、水滴が弾かれてほぼ球形に近い状態となる性質をいう。より具体的には、物質上における水滴の接触角が６０度以上のものをいう。「金属ナノインク」とは、分散させた金属微粒子を含むインクのことをいう。金属微粒子同士がインク中で融着しないように、粒子表面は有機物で被覆されている。金属微粒子としては、他にニッケルやマンガン等が適宜使用される。なお、金属ナノインクに代えて、他の導電性インク、例えば抵抗材料や半導体成分を含有するインク等を使用してもよい。これらは、いずれも導電性成分を含むインクである。なお、前記イエロやホワイトの紫外線硬化インクは、例えば基板Ｂに文字や記号等を印刷するための印刷用のインクである。ただし、イエロやホワイトの紫外線硬化インクは、電子回路の形成には必須ではない。そのため、それらのインクを吐出するプリントヘッド２１は、省略してもよい。また、印刷用のインクの色彩は、イエロやホワイトに限定される訳ではなく、他の色のインクを用いることも可能である。
【００１３】
紫外線照射装置４は、紫外線硬化インクに紫外線を照射する装置であり、本実施形態では紫外線発光ダイオードから構成されている。なお、紫外線照射装置４の構成は何ら限定されず、例えばハロゲンランプ等で構成してもよい。紫外線照射装置４は、連結部材３０を介してプリントヘッドキャリッジ２２の右側部に取り付けられている。紫外線照射装置４は、インクヘッド２と共に左右方向に移動する。すなわち、紫外線照射装置４は、プリントヘッドキャリッジ２２を介してガイドレール１０に案内され、左右方向に移動する。ただし、紫外線照射装置４自体がガイドレール１０に案内されるように構成されていてもよい。プリントヘッドキャリッジ２２の左側部には、磁石３１が取り付けられている。
【００１４】
次に、レーザー３について説明する。レーザー３は、親水部形成装置の一例であり、基板Ｂにレーザー処理を施すためのレーザー照射装置からなっている。レーザー３からは、例えばＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等が照射されるが、具体的なレーザー光の種類は、決してこれらに限定されるものではない。レーザー３には、加工の種類等に応じて、レーザー光の照射中でも集光径を変更できるようなレンズ(図示せず)が内蔵されている。この集光径を変更することにより、単位面積当たりの照射強度が一定となるように設定することも可能である。また、レーザー３にはファンが設けられていてもよい。これにより、レーザー加工時に発生する煙を回収することが容易となる。レーザー３の右側部には、磁石３２が取り付けられている。レーザー３には、主走査方向Ｙに移動するキャリッジ３３が内蔵されており、レーザー３は前記ガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに自走可能である。ただし、キャリッジはレーザー３ではなく、インクヘッド２に設けられていてもよい。あるいは、レーザー３およびインクヘッド２の両方にキャリッジが設けられていてもよい。
【００１５】
キャリッジ３３の駆動装置は何ら限定されるものではない。例えば、ガイドレール１０の一端近傍に駆動ローラが設けられ、他端近傍に従動ローラが設けられ、それら両ローラに、キャリッジ３３が固定された駆動ベルトが巻きかけられていてもよい。このような構成によれば、駆動ローラが回転すると駆動ベルトが走行し、キャリッジ３３が主走査方向Ｙに移動することになる。
【００１６】
図１に示すように、インクヘッド２の磁石３１とレーザー３の磁石３２とが接触すると、両磁石３１、３２が吸着されるため、レーザー３とインクヘッド２とが互いに連結される。ガイドレール１０の右端部分は、インクヘッド２のホームポジションとなる。レーザー３とインクヘッド２との連結は、インクヘッド２のホームポジションにおいて行われる。連結後、インクヘッド２は、レーザー３と共に主走査方向Ｙに移動する。一方、インクヘッド２がホームポジションに固定された状態で、レーザー３が左側に移動すると、レーザー３とインクヘッド２との連結が解除される。連結が解除されると、インクヘッド２はホームポジションで待機し、レーザー３のみが主走査方向Ｙに移動することになる。なお、ホームポジションの近傍には、インクヘッド２を固定する固定装置（図示せず）が設けられている。このように、磁石３１、３２は、レーザー３とインクヘッド２とを着脱自在に連結する機能を有している。キャリッジ３３とプリントヘッドキャリッジ２２とは、磁石３１、３２によって着脱自在に連結されている。なお、製造装置１の各部の動作は、制御装置（図示せず）により制御される。
【００１７】
（電子回路基板の製造方法）
次に、製造装置１による電子回路基板の製造方法について説明する。
【００１８】
まず、インクヘッド２が主走査方向Ｙに往復移動しながら、シリコン等からなる基板Ｂに向かってプリントヘッド２１が親水性の紫外線硬化インクを吐出すると共に、紫外線照射装置４が紫外線を照射し、上記紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図２（ａ）に示すように、基板Ｂの表面に親水性の層（以下、親水層という）Ｐが形成される。次に、親水層Ｐの表面に向かってプリントヘッド２１が撥水性の紫外線硬化インクを吐出すると共に、紫外線照射装置４が紫外線を照射し、上記紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、親水層Ｐの上に撥水性の層（以下、撥水層という）Ｑが形成されることになる。
【００１９】
次に、レーザー３によるレーザー加工を行う。すなわち、レーザー３からレーザー光が撥水層Ｑに照射される。これにより、図２（ｃ）に示すように、レーザー光が照射された撥水層Ｑの部分は消失し、親水層Ｐが外部に露出する。レーザー３は、自らが主走査方向Ｙに移動すると共に、ベッド１１上の基板Ｂが副走査方向Ｘに搬送されることによって、撥水層Ｑに電子回路の配線パターンに応じたパターン溝４０を形成する。レーザー加工によれば、微細なパターン溝４０を形成することが容易である。本実施形態では、約１０ミクロン程度の幅のパターン溝４０が形成される。
【００２０】
次に、図２（ｄ）に示すように、プリントヘッド２１から銀または銅粒子を含む金属ナノインクＲをパターン溝４０に吐出する。図２（ｄ）に示すように、撥水層Ｑの表面ではインクＲは広がらないため、インクＲの幅をパターン溝４０の幅と同等レベルに抑えることができる。すなわち、線幅の短い配線パターンを形成することができる。次に、レーザー３から金属ナノインクＲにレーザー光を照射する。これにより、図２（ｅ）に示すように、金属ナノインクＲの溶媒や有機物が溶解除去されて、金属粒子の焼成体Ｓが生成される。この焼成体Ｓの全体が、電子回路の配線パターンとなる。
【００２１】
以上により、２次元の配線パターンを形成することができる。ただし、本実施形態に係る製造装置１は、３次元の配線パターンを形成することも可能である。次に、３次元の配線パターンの形成方法について説明する。
【００２２】
３次元の配線パターンを形成する場合には、まず図３（ａ）に示すように、上述のように、基板Ｂの上に親水層Ｐ１と撥水層Ｑ１とを順に形成し、撥水層Ｑ１にパターン溝４０を形成する。そして、パターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出した後、金属ナノインクＲを焼成する。これにより、第１層の配線パターンが形成される。次に、図３（ｂ）に示すように、上記第１層の配線パターンの上に、すなわち撥水層Ｑ１および焼成体Ｓ１の全体の上に、プリントヘッド２１から親水性の紫外線硬化インクを吐出する。次に、紫外線照射装置４から紫外線を照射し、親水性の紫外線硬化インクを硬化させ、親水層Ｐ２を形成する。次に、プリントヘッド２１から撥水性の紫外線硬化インクを吐出し、紫外線照射装置４から紫外線を照射し、撥水性の紫外線硬化インクを硬化させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、親水層Ｐ２の上に撥水層Ｑ２が形成される。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、レーザー３により、第２層の配線パターンに応じたパターン溝４０を撥水層Ｑ２に形成する。そして、図３（ｅ）に示すように、プリントヘッド２１からパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出する。次に、図３（ｆ）に示すように、レーザー３によって、金属ナノインクＲを焼成する。焼成体Ｓ２により、第２層の配線パターンが形成される。
【００２４】
なお、第１層の配線パターンと第２層の配線パターンとは、以下のスルーホールによって導通することができる。スルーホールは、以下のようにして形成される。図３（ｄ）に示すように、第２層の配線パターンを形成する部分では、撥水層Ｑ２のみに溝４０を形成していた。これに対し、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、スルーホールを形成する部分では、レーザー３により、撥水層Ｑ２および親水層Ｐ２を貫通する溝４０を形成する。なお、スルーホールを形成する部分には、第１層の金属ナノインクＲまたはその焼成体が設けられている。次に、図４（ｃ）に示すように、この溝４０にプリントヘッド２１から金属ナノインクＲを吐出する。そして、レーザー３により、金属ナノインクＲを焼成する（図４（ｄ）参照）。これにより、第１層の配線パターンと第２層の配線パターンとをつなぐスルーホールが形成される。
【００２５】
上記の電子回路は２層構造の電子回路であったが、３層以上の電子回路も同様にして製造可能である。
【００２６】
（実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る製造装置１においては、撥水層Ｑのパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出するようにしたので、吐出後の金属ナノインクＲが周囲に広がることを抑制することができ、金属ナノインクＲの幅を短くすることができる。また、撥水層Ｑのパターン溝４０はレーザー３によって形成されるものであるため、微細化が容易であり、また、高い精度を有して形成される。従って、所望の配線幅および配線ピッチを備えた回路パターンを形成することができる。その結果、高密度な電子回路基板Ａを得ることが可能になる。
【００２７】
また、本実施形態に係る製造装置１は、基板Ｂに対する親水層Ｐおよび撥水層Ｑの形成から焼成体Ｓの生成に至るまでの一連の工程を全て行うことができる。このため、電子回路基板Ａの製作を簡易に、かつ効率的に行うことができる。従来よりも製作の手間と時間を短縮することが可能となる。
【００２８】
さらに、インクヘッド２はレーザー３と同一のガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに移動するため、インクヘッド２とレーザー３との相互の位置関係を良好に維持できる。パターン溝４０の形成とパターン溝４０に対する金属ナノインクＲの吐出とを、精度良く行うことができる。
【００２９】
（変形例）
なお、製造装置１は、基板Ｂに予め組込まれた集積回路、抵抗器、コンデンサー等の電子デバイス間に回路パターンを形成する場合にも適用できる。以下、その一例として、図５（ａ）に示すように、中央部分に直方体形状の電子デバイス（例えばＣＰＵ等）５０を有し、その四方に位置する基板Ｂの各端部に端子５１を備えたものに、回路パターンを形成する場合について説明する。先ず、図５（ｂ）に示すように、インクヘッド２から親水性の紫外線硬化インクを吐出し、これに紫外線照射装置４により紫外線を照射する。これにより、電子デバイス５０の周囲に、外側に行くほど下方に傾斜する斜面を備えた断面略三角形状の親水層Ｐが形成される。次に、図５（ｃ）に示すように、インクヘッド２から撥水性の紫外線硬化インクを前記親水層Ｐの傾斜面に吐出し、これに紫外線照射装置４により紫外線を照射する。これにより、親水層Ｐの表面を覆うようにして撥水層Ｑが形成される。その後、図６（ａ）に示すように、レーザー３からレーザー光を撥水層Ｑに照射して、その一部を消失させる。これにより、前記端子５１とこれに対向する電子デバイス５０の端子５２とを繋ぐパターン溝４０が形成される。次に、図６（ｂ）に示すように、インクヘッド２からパターン溝４０に金属ナノインクＲを吐出する。これにより、金属ナノインクＲを介して前記端子５１、５２が接続されることになる。その後、図６（ｃ）に示すように、金属ナノインクＲにレーザー３からレーザー光を照射する。金属ナノインクＲは焼成され、この焼成体Ｓを介して端子５１、５２が導通状態で接続されることになる。
【００３０】
上記実施形態では、インクヘッド２に親水性や撥水性の紫外線硬化インクを吐出可能なプリントヘッド２１を備えさせているが、これらは適宜に省略しても構わない。これに代えて、例えば親水性や撥水性を予め備えている基板Ｂを使用することも可能である。予め親水性を備えている基板Ｂに対しては、撥水性の紫外線硬化インクにより撥水層Ｑを形成すればよい。予め下部に親水層Ｐおよび上部に撥水層Ｑを備えた基板を用いれば、前記各紫外線硬化インクの吐出は不要である。
【００３１】
前述したように、製造装置１のインクヘッド２は、印刷用のインクを吐出するプリントヘッド２１を備えている。そのため、製造後の電子回路基板Ａに対し、型番等の情報を印刷することができる。すなわち、単一の製造装置１によって、電子回路基板Ａの製造と印刷とを実行することができる。
【００３２】
また、例えば予め撥水性を備えた基板Ｂにレーザー３からレーザー光を照射して、撥水性の一部分を親水性に改質させたり、基板Ｂに撥水性の紫外線照射インクを吐出して撥水層Ｑを形成した後、これに同じくレーザー光を照射して、その部分を親水性に改質させるようにしてもよい。このように、撥水性を親水性に改質させる場合、親水性のパターンは上記実施形態のようなパターン溝とはならず、撥水層Ｑと面一状に形成されることになる。
【００３３】
また、レーザー３は、同種または異種のレーザーを照射する複数のヘッドを適宜組み合せて構成することも可能である。例えば、図７に示すレーザー３は、ＹＡＧレーザー光およびエキシマレーザー光を照射可能な２つのヘッド３ａ、３ｂを備えている。また、一方のヘッド３ａの側面に、加工面までの距離を測定する高さ検出センサ５３を設けてもよい。このようにすれば、高さ検出センサ５３による測定結果に基づいて、レーザー３によるレーザー集光径を一定に維持することが可能になる。
【００３４】
さらに、レーザー３の種類および強度等を適宜に設定することにより、製造装置１にて、基板Ｂの切断を行うことも可能である。
【００３５】
基板Ｂは剛体に限らず、フィルム状のフレキシブル基板であってもよい。
【００３６】
＜第２実施形態＞
本発明に係る電子回路基板の製造装置は、次のように構成することも可能である。図８に示すように、本実施形態に係る製造装置１は、親水部形成装置としてのプラズマ照射装置３Ａと、カメラ６１と、マスク６２と、インクヘッド２と、焼成炉６３と、ベッド１１とを備えている。また、製造装置１は、制御装置９０を備えている。プラズマ照射装置３Ａは、ガイドレール６０に沿って主走査方向Ｙに自走し、プラズマ光を下向きに照射する。プラズマ照射装置３Ａは、大気圧で用いることができるものである。カメラ６１は、プラズマ照射装置３Ａの側部に磁石等を介して着脱自在に取り付けられている。カメラ６１がプラズマ照射装置３Ａに取り付けられることにより、カメラ６１はプラズマ照射装置３Ａと共にガイドレール６０に沿って主走査方向Ｙに移動する。カメラ６１は、後述するマスク６２のパターン孔を画像認識する認識装置として機能し、本実施形態ではデジタル式のカメラで構成されている。マスク６２は、プラズマ照射装置３Ａおよびカメラ６１の下方に配置され、所定のパターン孔が形成されたステンレス製のものである。図８（ｂ）に示すように、インクヘッド２は、ガイドレール１０に沿って主走査方向Ｙに移動可能である。焼成炉６３は、インクヘッド２の前方に配置されている。ベッド１１は、基板Ｂを副走査方向Ｘに搬送する。なお、認識装置は、上記カメラ６１に限定されるものではない。また、焼成装置も焼成炉６３に限定されない。
【００３７】
以上のような構成からなる製造装置１では、次のようにして電子回路基板Ａが製作される。先ず、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、表面に撥水層Ｑを備えた基板Ｂをベッド１１上に取り付ける。基板Ｂの四隅には、孔６４が形成されている。ベッド１１に設けられたピン６５を孔６４に挿入することにより、基板Ｂが固定される。次に、図９（ｃ）に示すように、基板Ｂの上方にマスク６２を配置する。この状態で、図９（ｄ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａからマスク６２のパターン孔を介して基板Ｂにプラズマ光を照射する。このようにして、プラズマ処理された撥水層Ｑの部分は撥水性から親水性に改質され、親水性のパターンが形成される。なお、その際、カメラ６１はプラズマ照射装置３Ａから切り離されている。
【００３８】
次に、図１０（ａ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａがカメラ６１を伴って主走査方向Ｙに移動し、カメラ６１によりマスク６２がスキャンされる。なお、同様の電子回路基板Ａを複数製作する場合には、このスキャン動作は一回で足り、二回目以降の製作の際には上記スキャン動作は不要となる。このため、一連の作業の効率化が図られることになる。カメラ６１のスキャン結果は制御装置９０に送られ、制御装置９０はマスク６２のパターン孔の位置、形状および寸法等を認識する。言い換えると、制御装置９０は、基板Ｂに形成された親水性のパターンを認識する。制御装置９０は、上記パターン上に金属ナノインクを吐出するようにインクヘッド２およびベッド１１を制御する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、ベッド１１により基板Ｂが副走査方向Ｘに搬送された後、図１０（ｃ）に示すようにインクヘッド２から金属ナノインクＲが基板Ｂの親水性パターン上に吐出される。図８（ｃ）に示すように、親水性パターン４０Ａの周囲は撥水層Ｑからなるために、親水性パターン４０Ａ上に吐出された金属ナノインクＲが周囲へ広がることは抑制される。その後、基板Ｂはベッド１１により副走査方向Ｘに搬送され、焼成炉６３において金属ナノインクＲが焼成される。
【００３９】
本実施形態においては、上記第１実施形態と同様の効果が得られることは勿論、次のような特有の効果も得られる。すなわち、本実施形態では、プラズマ照射装置３Ａによるプラズマ処理と、高い精度で製作されるマスク６２とを組み合わせて、親水性パターン４０Ａを形成している。このため、親水性パターン４０Ａが精度良く形成される。しかも、インクヘッド２には、予め用意された描画パターンではなく、カメラ６１による実際のスキャン結果に基づいて、制御装置９０から正確な処理信号が送られる。このため、インクヘッド２によって高精度の回路パターンが形成されることになる。すなわち、マスク６２に生じる張力や温度変化等により、マスク６２の寸法が変化する場合があるが、本実施形態によれば、寸法が変化したとしても、変化後のマスク６２のパターン孔を認識することができる。そのため、高精度の回路パターンを形成することができる。
【００４０】
また、マスク６２に応じたインク吐出用のデータを予めインクヘッド２に与える必要がないので、マスク６２を取り替えるだけで、異なるパターンの電子回路を容易に製作することができる。本実施形態によれば、回路パターンの変更が容易である。
【００４１】
なお、製作すべき回路基板Ａが多い場合は、先ずプラズマ処理のみを行い、その後まとめて金属ナノインクＲを吐出して回路パターンを描画してもよい。但し、時間の経過に伴いプラズマによる改質効果が薄れる可能性があるため、金属ナノインクＲの吐出はプラズマ処理の直後に行うのが好ましい。
【００４２】
上記実施形態における親水部形成装置は、プラズマ光を照射するプラズマ照射装置３Ａであったが、これに代えて例えば電子線を照射する装置等であってもよい。この場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
＜第３実施形態＞
また、第２実施形態に係る製造装置１は、次のように一部を変更して構成することも可能である。本実施形態では、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、認識装置としてのカメラ６１をインクヘッド２の側部に一体的に取り付けている。また、図１１（ａ）に示すように、プラズマ照射装置３Ａとインクヘッド２との間には、下端部に回転駆動されるブラシ６６を有するクリーナ６７が配置されている。さらに、図１２（ｂ）等に示すように、基板Ｂの表面を複数の領域に分けるために、本実施形態では基板Ｂの表面に色彩の異なるインクが塗布されている。具体的には、Ｃの領域が青色で、Ｄの領域が赤色で、Ｅの領域が黄色に色付けしている。なお、インクは、有機質でかつ撥水性を備えているのが好ましい。また、このインクは、スクリーン印刷等により塗布してもよく、製造装置１のインクヘッド２により塗布してもよい。
【００４４】
本実施形態においても、図１２（ａ）〜（ｄ）および図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２実施形態と略同様にして電子回路基板が製作される。但し、基板Ｂにプラズマ照射装置３Ａからプラズマ光が照射されると、その照射部分にあるインクの塗膜は除去されることになる。この場合も、塗膜が除去された部分に位置する基板Ｂの撥水層Ｑは、撥水性から親水性に改質される。その後、基板Ｂはベッド１１により副走査方向Ｘに搬送され、クリーナ６７の下方を通過する。その際に、基板Ｂの表面に付着しているインクかす等の異物は、回転しているプラシ６６により綺麗に除去される。その後、基板Ｂはインクヘッド２の下方位置で停止する。そして、基板Ｂはカメラ６１によりスキャンされる。基板Ｂの各領域Ｃ〜Ｅには色彩が施され、親水性に改質された部分の色彩は除去されているので、カメラ６１によって親水性パターンを容易に認識することができる。実施形態２では、マスク６２のパターン孔を基板Ｂの親水性パターンと見なし、当該親水性パターンを間接的に認識していた。これに対し、本実施形態では、基板Ｂの親水性パターンを直接認識する。そのため、親水性パターンの認識精度を向上させることができる。
【００４５】
また、上記のように色分けをすれば、スキャン結果に基づいて、各色ごとに異なる種類のインクを吐出することが可能になる。制御装置９０は、上記スキャン結果に基づいて、親水性パターンと、その親水性パターンがどの領域に形成されているかを認識することができる。そこで、制御装置９０は、領域毎に異なるインクを吐出するようにインクヘッド２を制御することが可能となる。例えば、青色の領域の親水性パターン４０Ｃに対して銅を含むインク、赤色領域の親水性パターン４０Ｄに対して銀を含むインク、黄色領域の親水性パターン４０Ｅに対して金を含むインクをそれぞれ吐出させることができる。また、基板Ｂの領域を識別するための情報として、色彩の代わりに次のようなものを採用してもよい。例えば、反射強度が相違するインクを基板Ｂに塗布したり、同種のインクでもその厚みが異なるように塗布する。この場合は、認識装置として、前記カメラ６１に代えて、これら反射強度や厚みを認識するセンサ等を使用してもよい。その他に、数字や文字、或いはバーコード等により領域を識別することも可能である。この場合も、各領域をカメラ６１でスキャンして認識し、各領域について吐出する金属ナノインクＲの種類やその塗布量を適宜変更することが可能になる。
【００４６】
本実施形態においても、カメラ６１による実際のスキャン結果に基づいて、インクヘッド２により回路パターンが形成される。そのため、ベッド１１に対する基板Ｂの取り付けにあたって、ゆがみやずれ等があったとしても、高品質の電子回路基板Ａを製作することができる。
【００４７】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、基板Ｂの表面に複数の色彩による色分けを行ったが、基板Ｂの地色とは異なる一色のインクを表面全体に塗布するようにしてもよい。この場合にも、基板Ｂの親水性パターンをカメラ６１によって直接認識することができる。
【００４８】
また、親水性パターン上に吐出された金属ナノインクＲをカメラ６１によりスキャンし、抜け部分の有無等を確認するようにしてもよい。抜け部分があった場合は、再度金属ナノインクＲを吐出して修正する。このような再検査および修正を行うことにより、歩留りが向上する。
【００４９】
また、上記実施形態では、インクヘッド２およびプラズマ照射装置３Ａが主走査方向Ｙに移動するように構成している。しかるに、必ずしもこのように構成する必要はなく、例えば図１４に示すように、インクヘッド２およびプラズマ照射装置３Ａを主走査方向Ｙに幅広に形成し、主走査方向Ｙに移動しないように構成してもよい。この場合、カメラ６１は主走査方向Ｙに移動可能であっても移動不能であってもよいが、移動不能な場合には、主走査方向Ｙの全域をスキャンできるようにそのスキャン範囲を拡大させる必要がある。
【００５０】
＜その他の実施形態＞
親水部形成装置（実施形態１のレーザー３、実施形態２および３のプラズマ照射装置３Ａ）に、その他の加工機を設けてもよい。これにより、基板Ｂ等に対して機械加工を行うことも可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 電子回路基板の製造装置
２ インクヘッド
３ レーザー（親水部形成装置）
３Ａ プラズマ照射装置（親水部形成装置）
１０ ガイドレール
２１ プリントヘッド
４０ パターン溝（パターン）
６１ カメラ（認識装置）
６２ マスク
６３ 焼成炉（焼成装置）
９０ 制御装置
Ｂ 基板
Ｐ 親水層
Ｑ 撥水層
Ｒ インク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水性の表面を有する基板に光または電子線を照射することにより前記基板の表面に親水性を有する所定パターンを形成する親水部形成装置と、
前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッドを有するインクヘッドと、
を備えた電子回路基板の製造装置。
【請求項２】
前記親水部形成装置および前記インクヘッドの所定方向の移動を案内するガイドレールを備え、
前記基板は、親水性の層とこの親水性の層の上に設けられた撥水性の層とを備え、
前記親水部形成装置は、前記基板の前記撥水性の層にレーザー光を照射することにより、前記親水性の層が露出した所定パターンの溝を形成するレーザーである、請求項１に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項３】
前記レーザーは、前記溝に吐出されたインクにレーザー光を照射することによって前記インクを焼成する、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項４】
前記インクヘッドは、撥水性のインクを吐出するプリントヘッドを有し、
前記基板の前記撥水性の層は、前記プリントヘッドから吐出された撥水性のインクによって形成される、請求項２または３に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項５】
前記インクヘッドは、親水性のインクを吐出するプリントヘッドを有し、
前記基板の前記親水性の層は、前記プリントヘッドから吐出された親水性のインクによって形成される、請求項２〜４のいずれか一つに記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項６】
前記インクヘッドは、印刷用のインクを吐出するプリントヘッドを有している、請求項１〜５のいずれか一つに記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項７】
前記親水部形成装置は、所定のパターン孔が形成されたマスクを介して前記基板の表面にプラズマ光または電子線を照射することにより、その表面の一部を改質して親水性を備えた前記パターンを形成する照射装置である、請求項１に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項８】
前記マスクの前記パターン孔を認識することによって前記基板のパターンを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記パターンの情報を受け、前記パターン上に前記インクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項９】
前記基板の表面には、前記基板の地色とは異なる色の塗膜が設けられ、
前記照射装置は、前記マスクを介して前記基板の表面にプラズマ光を照射し、前記塗膜の一部を消失させて前記パターンを形成し、
前記基板の表面の色彩に基づいて前記パターンを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記パターンの情報を受け、前記パターン上に前記インクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１０】
前記基板の表面には、複数の領域の各々を識別するための複数の情報が付され、
前記照射装置は、前記マスクを介して前記基板の表面にプラズマ光を照射し、前記情報の一部を消失させて前記パターンを形成し、
前記基板の表面の前記情報と前記パターンとを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記情報および前記パターンの情報を受け、異なる領域のパターン上に異なる種類のインクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１１】
前記インクは、紫外線が照射されると硬化するインクであり、
前記ガイドレールに案内されて前記所定方向に移動し、前記インクに対して紫外線を照射する紫外線照射装置を備えた、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１２】
前記ガイドレールに沿って移動可能であり、互いに着脱自在に連結される第１および第２のキャリッジを備え、
前記第１のキャリッジは前記レーザーに設けられ、
前記第２のキャリッジは前記インクヘッドに設けられている、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１】
撥水性の表面を有する基板に光または電子線を照射することにより前記基板の表面に親水性を有する所定パターンを形成する親水部形成装置と、
前記パターン上に導電性成分を含むインクを吐出するプリントヘッドを有するインクヘッドと、
を備えた電子回路基板の製造装置。
【請求項２】
前記親水部形成装置および前記インクヘッドの所定方向の移動を案内するガイドレールを備え、
前記基板は、親水性の層とこの親水性の層の上に設けられた撥水性の層とを備え、
前記親水部形成装置は、前記基板の前記撥水性の層にレーザー光を照射することにより、前記親水性の層が露出した所定パターンの溝を形成するレーザーである、請求項１に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項３】
前記レーザーは、前記溝に吐出されたインクにレーザー光を照射することによって前記インクを焼成する、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項４】
前記インクヘッドは、撥水性のインクを吐出するプリントヘッドを有し、
前記基板の前記撥水性の層は、前記プリントヘッドから吐出された撥水性のインクによって形成される、請求項２または３に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項５】
前記インクヘッドは、親水性のインクを吐出するプリントヘッドを有し、
前記基板の前記親水性の層は、前記プリントヘッドから吐出された親水性のインクによって形成される、請求項２〜４のいずれか一つに記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項６】
前記インクヘッドは、印刷用のインクを吐出するプリントヘッドを有している、請求項１〜５のいずれか一つに記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項７】
前記親水部形成装置は、所定のパターン孔が形成されたマスクを介して前記基板の表面にプラズマ光または電子線を照射することにより、その表面の一部を改質して親水性を備えた前記パターンを形成する照射装置である、請求項１に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項８】
前記マスクの前記パターン孔を認識することによって前記基板のパターンを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記パターンの情報を受け、前記パターン上に前記インクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項９】
前記基板の表面には、前記基板の地色とは異なる色の塗膜が設けられ、
前記照射装置は、前記マスクを介して前記基板の表面にプラズマ光を照射し、前記塗膜の一部を消失させて前記パターンを形成し、
前記基板の表面の色彩に基づいて前記パターンを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記パターンの情報を受け、前記パターン上に前記インクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１０】
前記基板の表面には、複数の領域の各々を識別するための複数の情報が付され、
前記照射装置は、前記マスクを介して前記基板の表面にプラズマ光を照射し、前記情報の一部を消失させて前記パターンを形成し、
前記基板の表面の前記情報と前記パターンとを認識する認識装置と、
前記認識装置から前記情報および前記パターンの情報を受け、異なる領域のパターン上に異なる種類のインクを吐出するように前記インクヘッドを制御する制御装置と、
前記インクを焼成する焼成装置とを備えた、請求項７に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１１】
前記インクは、紫外線が照射されると硬化するインクであり、
前記ガイドレールに案内されて前記所定方向に移動し、前記インクに対して紫外線を照射する紫外線照射装置を備えた、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【請求項１２】
前記ガイドレールに沿って移動可能であり、互いに着脱自在に連結される第１および第２のキャリッジを備え、
前記第１のキャリッジは前記レーザーに設けられ、
前記第２のキャリッジは前記インクヘッドに設けられている、請求項２に記載の電子回路基板の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４４４８１（Ｐ２０１１−４４４８１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９０１５５（Ｐ２００９−１９０１５５）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]