JP7061477B2

JP7061477B2 - プリント基板の製造方法、データ生成方法およびコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP7061477B2
Application number: JP2018032172A
Authority: JP
Inventors: 敦夫森井; 里志三尾
Original assignee: Zuken Inc
Current assignee: Zuken Inc
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JP2019149411A

Description

本発明は、プリント基板の製造方法、データ生成方法およびコンピュータプログラムに関する。

プリント基板は、絶縁層の表面に導電層を形成し、その導電層をフォトリソグラフィ工程によってパターニングすることによって製造されうる。多層のプリント基板は、配線パターンが形成された複数の基板を積層して積層構造を形成し、その積層構造にドリルで穴を開け、穴の中に導電体を充填しまたは導電膜を形成することによって形成されうる。このように、従来の一般的なプリント基板の製造プロセスは、多数の工程からなるので、プリント基板の製造に長時間を要するとともに多額の費用を要する。また、設計変更の必要性が生じると、製品の出荷が大幅に遅延しうる。特許文献１には、３Ｄプリンタで多層基板を製造することが記載されている。

特開２０１５－１３５９３３号公報

３Ｄプリンタは、少量製品の製造および製品の試作において有利である一方で、量産には不向きである。そこで、製品の試作段階では３Ｄプリンタを使ってプリント基板を製造し、その後の量産段階ではフォトリソグラフィ工程（以下、従来工程）を含む製造工程でプリント基板を製造することが考えられる。しかしながら、３Ｄプリンタを使って製造されたプリント基板と従来工程で製造されたプリント基板とは、電気特性が異なりうる。例えば、銅インクを使って３Ｄプリンタで形成される配線パターンの電気抵抗と、従来工程で形成される銅の配線パターンの電気抵抗とは異なりうる。その一因は、３Ｄプリンタで形成される配線パターンの密度が従来工程で形成される銅の配線パターンの密度より小さいことにあるかもしれない。そこで、試作段階では、銅よりも導電率が優れている銀インクを使って３Ｄプリンタで配線パターンを形成し、その後の量産段階では従来工程で銅の配線パターンを形成することが考えられる。

しかしながら、一般に、銀インクを使って３Ｄプリンタで形成される配線パターンの電気抵抗は、従来工程で形成される銅の配線パターンの電気抵抗よりも小さい。これにより、試作段階では良好な性能を発揮する製品が量産段階では性能が低下したり、動作しなかったりしうる。これでは試作を行うことの利益が削がれてしまう。

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、３Ｄプリンタを使った試作からフォトリソグラフィ工程を含む製造工程による量産への移行を円滑に行うために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、プリント基板の製造方法に係り、前記製造方法は、配線データを含む基板設計データから３Ｄプリントデータを生成するデータ生成工程と、前記３Ｄプリントデータに基づいて、３Ｄプリンタによって、前記配線データに対応する第１配線パターンを含む第１プリント基板を製造する第１製造工程と、前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造する第２製造工程と、を含み、前記第１配線パターンは、第１導電材料で構成され、前記第２配線パターンは、前記第１導電材料とは異なる第２導電材料で構成され、前記データ生成工程では、前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１導電材料を示す第１情報および前記第２導電材料を示す第２情報に基づいて、前記基板設計データから前記３Ｄプリントデータが生成される。

本発明の第２の側面は、プリント基板の製造方法に係り、前記製造方法は、配線データを含む基板設計データから３Ｄプリンタによってプリント基板を製造するための３Ｄプリントデータを生成するデータ生成工程と、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記プリント基板を製造する製造工程と、を含み、前記データ生成工程は、前記３Ｄプリンタによって、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記配線データに対応する第１配線パターンを含む前記プリント基板を製造するための情報として前記第１配線パターンを構成する第１導電材料を示す第１情報を取得する第１取得工程と、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造するための情報として前記第２配線パターンを構成する第２導電材料を示す第２情報を取得する第２取得工程と、前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１情報および前記第２情報に基づいて、前記基板設計データを前記３Ｄプリントデータに変換する変換工程と、を含む。

本発明の第３の側面は、配線データを含む基板設計データから３Ｄプリンタによってプリント基板を製造するための３Ｄプリントデータをコンピュータによって生成するデータ生成方法に係り、前記データ生成方法は、前記３Ｄプリンタによって、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記配線データに対応する第１配線パターンを含む前記プリント基板を製造するための情報として前記第１配線パターンを構成する第１導電材料を示す第１情報を取得する第１取得工程と、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造するための情報として前記第２配線パターンを構成する第２導電材料を示す第２情報を取得する第２取得工程と、前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１情報および前記第２情報に基づいて、前記基板設計データを前記３Ｄプリントデータに変換する変換工程と、を含む。

本発明によれば、３Ｄプリンタを使った試作からフォトリソグラフィ工程を含む製造工程による量産への移行を円滑に行うために有利な技術が提供される。

本発明の一実施形態のプリント基板の製造方法を示す図。本発明の一実施形態のプリント基板の製造方法を実施するために好適な製造システムの構成例を示す図。データ生成工程の詳細を例示する図。基板設計データ（ａ）、３Ｄプリントデータ（第１プリント基板）（ｂ）、プリント基板データ（第２プリント基板）（ｃ）を模式的に示す図。基板設計データにおける配線データによって表現される配線パターンを模式的に示す図。基板設計データの配線データからデータ生成工程の変換工程で生成される第１配線パターンデータによって表現される第１配線パターンの一例を模式的に示す図。基板設計データの配線データからデータ生成工程の変換工程で生成される第１配線パターンデータによって表現される第１配線パターンの他の例を模式的に示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明のその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の一実施形態のプリント基板の製造方法１０が示されている。
製造方法１０は、配線データを含む基板設計データを生成する設計工程Ｓ１００を含みうるが、設計工程Ｓ１００は、任意的な工程であり、設計工程Ｓ１００の代わりに、既に準備された基板設計データを取得してもよい。設計工程Ｓ１００では、例えば、設計支援プログラム（コンピュータプログラム）が組み込まれたコンピュータによって構成されるＣＡＤツールによってプリント基板が設計され、これにより基板設計データが生成されうる。

製造方法１０は、配線データを含む基板設計データから３Ｄプリントデータを生成するデータ生成工程Ｓ１１０を含みうる。データ生成工程Ｓ１１０の詳細については、後述する。３Ｄプリントデータは、プリント基板が製造されるように３Ｄプリンタを制御するデータである。

製造方法１０は、データ生成工程Ｓ１１０で生成された３Ｄプリントデータに基づいて、３Ｄプリンタによって、配線データに対応する第１配線パターンを含む第１プリント基板を製造する第１製造工程Ｓ１２０を含みうる。

製造方法１０は、第１製造工程Ｓ１２０で製造された第１プリント基板を評価する評価工程Ｓ１３０を含みうる。評価工程Ｓ１３０では、例えば、第１プリント基板が目標仕様に適合しているか否かが評価されうる。第１プリント基板が目標仕様に適合していない場合には、設計工程Ｓ１００に戻って、設計変更がなされうる。一方、第１プリント基板が目標仕様に適合している場合には、第２製造工程Ｓ１４０が実行されうる。

第２製造工程Ｓ１４０では、基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板が製造される。第１製造工程Ｓ１２０は、製品の試作に好適であり、第２製造工程Ｓ１４０は、製品の量産に好適である。

３Ｄプリンタを使って第１製造工程Ｓ１２０で製造される第１プリント基板の第１配線パターンは、第１導電材料（例えば、銀）で構成されうる。フォトリソグラフィ工程を含む第２製造工程Ｓ１４０で製造される第２プリント基板の第２配線パターンは、第１導電材料とは異なる第２導電材料（例えば、銅）で構成されうる。データ生成工程Ｓ１１０では、第１導電材料で構成される第１配線パターンの電気特性と第２導電材料で構成される第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、基板設計データから３Ｄプリントデータが生成されうる。

図２には、図１に示されたプリント基板の製造方法を実施するために好適な製造システム２００の構成例が示されている。製造システム２００は、コンピュータ２１０と、３Ｄプリンタ２２０と、リソグラフィ系製造設備２３０とを備えうる。３Ｄプリンタ２２０は、３Ｄプリント技術によって第１プリント基板２７１を製造する。リソグラフィ系製造設備２３０は、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって第２プリント基板２７２を製造する。

コンピュータ２１０には、例えば、設計工程Ｓ１００を実行する設計支援プログラム（コンピュータプログラム）２１２、および、データ生成工程Ｓ１１０を実行するデータ生成プログラム（コンピュータプログラム）２１４が組み込まれている。設計支援プログラム２１２は、設計工程Ｓ１００を実行する装置としてコンピュータ２１０を動作させる。データ生成プログラム２１４は、データ生成工程Ｓ１１０を実行する装置としてコンピュータ２１０を動作させる。

設計工程Ｓ１００を実行する設計支援プログラム２１２によって、配線データを含む基板設計データ２５１が生成されうる。データ生成工程Ｓ１１０を実行するデータ生成プログラム２１４によって、配線データを含む基板設計データ２５１から３Ｄプリントデータ２６１が生成されうる。また、データ生成工程Ｓ１１０を実行するデータ生成プログラム２１４によって、配線データを含む基板設計データ２５１から、第２プリント基板２７２が製造されるようにリソグラフィ系製造設備２３０を制御するためのプリント基板データ２６２が生成されうる。データ生成工程Ｓ１１０を実行するデータ生成プログラム２１４は、第１プリント基板２７１における第１導電材料で構成される第１配線パターンの電気特性と第２プリント基板２７２における第２導電材料で構成される第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように基板設計データ２５１から３Ｄプリントデータ２６１を生成しうる。

図４（ａ）には、配線データＩＣＤを含む複数の配線データを有する基板設計データ２５１が視覚化された図が示されている。図４（ｂ）には、配線データＩＣＤに対応する第１配線パターンＩＣ１を含む３Ｄプリントデータ２６１が視覚化された図、または、配線データＩＣＤに対応する第１配線パターンＩＣ１を含む第１プリント基板２７１が模式化された図が示されている。図４（ｃ）には、配線データＩＣＤに対応する第２配線パターンＩＣ２を含むプリント基板データ２６２が視覚化された図、または、配線データＩＣＤに対応する第２配線パターンＩＣ２を含む第２プリント基板２７２が模式化された図が示されている。

前述のように、第１プリント基板２７１における第１導電材料で構成される第１配線パターンＩＣ１の電気特性と第２プリント基板２７２における第２導電材料で構成される第２配線パターンＩＣ２の電気特性との差が低減されるように、基板設計データ２５１から３Ｄプリントデータ２６１が製造される。よって、３Ｄプリントデータ２６１（第１プリント基板２７１）の第１配線パターンＩＣ１の形状あるいは構造とプリント基板データ２６２（第２プリント基板２７２）の第２配線パターンＩＣ２の形状あるいは構造とは互いに相違している。

図３には、データ生成工程Ｓ１１０の詳細が例示されている。工程Ｓ３１０では、データ生成プログラム２１４に従って動作するコンピュータ２１０は、基板設計データ２５１を取得する。工程Ｓ３２０（第１取得工程）では、データ生成プログラム２１４に従って動作するコンピュータ２１０は、３Ｄプリンタ２２０によって、３Ｄプリントデータ２６１に基づいて第１配線パターンＩＣ１を含む第１プリント基板２７１を製造するための情報として第１配線パターンＩＣ１を構成する第１導電材料を示す第１情報を取得する。工程Ｓ３３０（第２取得工程）では、データ生成プログラム２１４に従って動作するコンピュータ２１０は、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、プリント基板データ２６２に基づいて第２配線パターンＩＣ２を含む第２プリント基板２７２を製造するための情報として第２配線パターンＩＣ２を構成する第２導電材料を示す第２情報を取得する。

工程Ｓ３４０（変換工程）では、データ生成プログラム２１４に従って動作するコンピュータ２１０は、第１導電材料で構成される第１配線パターンＩＣ１の電気特性と２導電材料で構成される第２配線パターンＩＣ２の電気特性との差が低減されるように、第１情報および第２情報に基づいて、基板設計データ２５１を３Ｄプリントデータ２６１に変換する。基板設計データ２５１を３Ｄプリントデータ２６１に変換することは、基板設計データ２５１に基づいて３Ｄプリントデータ２６１に生成することでもある。

図５、図６、図７を参照しながら、工程Ｓ３４０（変換工程）において基板設計データ２５１を３Ｄプリントデータ２６１に変換する処理における配線データＩＣＤから第１配線パターンＩＣ１への変換例を説明する。この例では、３Ｄプリンタ２２０で製造される第１プリント基板２７１の第１配線パターンＩＣ１の材料（第１情報によって特定される材料）である第１導電材料は銀（Ａｇ）であるものとする。また、リソグラフィ系製造設備２３０で製造される第２プリント基板２７２の第２配線パターンＩＣ２の材料（第２情報によって特定される材料）である第２導電材料は銅（Ｃｕ）であるものとする。ここで、第１導電材料の導電率は、第２導電材料の導電率より高い。

図５（ａ）、（ｂ）には、基板設計データ２５１における配線データＩＣＤによって表現される配線パターンの例が示されている。図６（ａ）、（ｂ）には、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤからデータ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０で生成される第１配線パターンデータによって表現される第１配線パターンＩＣ１の一例が示されている。図７（ａ）、（ｂ）には、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤから生成される第１配線パターンデータによって表現される第１配線パターンＩＣ１の他の例が示されている。図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）はレイアウト図であり、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）は断面図である。

図６（ａ）、（ｂ）に示された例では、データ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０で生成される第１配線パターンＩＣ１にスリットＳＬが設けられている。つまり、データ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０では、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤによって表現される配線パターンにスリットＳＬが設けられた配線パターンが第１配線パターンＩＣ１として形成されるように、３Ｄプリントデータ２６１が生成される。これは、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤによって表現される配線パターンよりも断面積が小さい配線パターンが第１配線パターンＩＣ１として形成されるように３Ｄプリントデータ２６１が生成される一例である。

図７（ａ）、（ｂ）に示された他の例では、データ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０で生成される第１配線パターンＩＣ１の厚さが配線データＩＣＤの厚さよりも薄くなっている。つまり、データ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０では、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤによって表現される配線パターンよりも厚さが薄い配線パターンが第１配線パターンＩＣ１として形成されるように、３Ｄプリントデータ２６１が生成される。これは、基板設計データ２５１の配線データＩＣＤによって表現される配線パターンよりも断面積が小さい配線パターンが第１配線パターンＩＣ１として形成されるように３Ｄプリントデータ２６１が生成される他の例である。

以上の例を別の観点で表現すると、データ生成工程Ｓ１１０の変換工程Ｓ３４０では、第１配線パターンＩＣ１の電気抵抗と第２配線パターンＩＣ２の電気抵抗との差分が基準値内に収まるように３Ｄプリントデータ２６１が生成される。

以上のように、本実施形態によれば、３Ｄプリンタを使って製造される第１プリント基板２７１の第１配線パターンＩＣ１の電気特性とリソグラフィ系製造設備を使って製造される第２プリント基板２７２の第２配線パターンＩＣ２の電気特性の差が小さくされる。したがって、本実施形態は、３Ｄプリンタを使った試作からフォトリソグラフィ工程を含む製造工程による量産への移行を円滑に行うために有利である。

ＩＣＤ：配線データ、ＩＣ１：第１配線パターン、ＩＣ２：第２配線パターン

Claims

プリント基板の製造方法であって、
配線データを含む基板設計データから３Ｄプリントデータを生成するデータ生成工程と、
前記３Ｄプリントデータに基づいて、３Ｄプリンタによって、前記配線データに対応する第１配線パターンを含む第１プリント基板を製造する第１製造工程と、
前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて、フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造する第２製造工程と、を含み、
前記第１配線パターンは、第１導電材料で構成され、前記第２配線パターンは、前記第１導電材料とは異なる第２導電材料で構成され、
前記データ生成工程では、前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１導電材料を示す第１情報および前記第２導電材料を示す第２情報に基づいて、前記基板設計データから前記３Ｄプリントデータが生成される、
ことを特徴とするプリント基板の製造方法。
前記第１導電材料の導電率は、前記第２導電材料の導電率より高く、
前記データ生成工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも断面積が小さい配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記３Ｄプリントデータが生成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の製造方法。
前記データ生成工程では、前記配線データによって表現される配線パターンにスリットが設けられた配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記３Ｄプリントデータが生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載のプリント基板の製造方法。
前記データ生成工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも厚さが薄い配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記３Ｄプリントデータが生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載のプリント基板の製造方法。
前記データ生成工程では、前記第１配線パターンの電気抵抗と前記第２配線パターンの電気抵抗との差分が基準値内に収まるように前記３Ｄプリントデータが生成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリント基板の製造方法。
配線データを含む基板設計データから３Ｄプリンタによってプリント基板を製造するための３Ｄプリントデータを生成するデータ生成工程と、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記プリント基板を製造する製造工程と、を含むプリント基板の製造方法であって、
前記データ生成工程は、
前記３Ｄプリンタによって、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記配線データに対応する第１配線パターンを含む前記プリント基板を製造するための情報として前記第１配線パターンを構成する第１導電材料を示す第１情報を取得する第１取得工程と、
フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造するための情報として前記第２配線パターンを構成する第２導電材料を示す第２情報を取得する第２取得工程と、
前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１情報および前記第２情報に基づいて、前記基板設計データを前記３Ｄプリントデータに変換する変換工程と、
を含むことを特徴とするプリント基板の製造方法。
前記第１導電材料の導電率が前記第２導電材料の導電率より高い場合に、前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも断面積が小さい配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項６に記載のプリント基板の製造方法。
前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンにスリットが設けられた配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項７に記載のプリント基板の製造方法。
前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも厚さが薄い配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項７に記載のプリント基板の製造方法。
前記変換工程では、前記第１配線パターンの電気抵抗と前記第２配線パターンの電気抵抗との差分が基準値内に収まるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプリント基板の製造方法。
配線データを含む基板設計データから３Ｄプリンタによってプリント基板を製造するための３Ｄプリントデータをコンピュータによって生成するデータ生成方法であって、
前記データ生成方法は、
前記３Ｄプリンタによって、前記３Ｄプリントデータに基づいて前記配線データに対応する第１配線パターンを含む前記プリント基板を製造するための情報として前記第１配線パターンを構成する第１導電材料を示す第１情報を取得する第１取得工程と、
フォトリソグラフィ工程を含む製造工程によって、前記基板設計データから生成されたプリント基板データに基づいて前記配線データに対応する第２配線パターンを含む第２プリント基板を製造するための情報として前記第２配線パターンを構成する第２導電材料を示す第２情報を取得する第２取得工程と、
前記第１導電材料で構成される前記第１配線パターンの電気特性と前記第２導電材料で構成される前記第２配線パターンの電気特性との差が低減されるように、前記第１情報および前記第２情報に基づいて、前記基板設計データを前記３Ｄプリントデータに変換する変換工程と、
を含むことを特徴とするデータ生成方法。
前記第１導電材料の導電率が前記第２導電材料の導電率より高い場合に、前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも断面積が小さい配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ生成方法。
前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンにスリットが設けられた配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項１２に記載のデータ生成方法。
前記変換工程では、前記配線データによって表現される配線パターンよりも厚さが薄い配線パターンが前記第１配線パターンとして形成されるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項１２に記載のデータ生成方法。
前記変換工程では、前記第１配線パターンの電気抵抗と前記第２配線パターンの電気抵抗との差分が基準値内に収まるように前記基板設計データが前記３Ｄプリントデータに変換される、
ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のデータ生成方法。
請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のデータ生成方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。