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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-08
(54)【発明の名称】レーザシステムによるプリント基板製造法
(51)【国際特許分類】
H05K 3/10 20060101AFI20240301BHJP
H05K 3/00 20060101ALI20240301BHJP
【ＦＩ】
H05K3/10 D
H05K3/00 N
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023548747
(86)(22)【出願日】2022-02-10
(85)【翻訳文提出日】2023-08-10
(86)【国際出願番号】 IB2022051215
(87)【国際公開番号】W WO2022172200
(87)【国際公開日】2022-08-18
(31)【優先権主張番号】63/200,034
(32)【優先日】2021-02-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/249,217
(32)【優先日】2021-02-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519016549
【氏名又は名称】アイオー テック グループ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100224672
【弁理士】
【氏名又は名称】深田 孝徳
(72)【発明者】
【氏名】ゼノウ マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ネシェル ガイ
【テーマコード（参考）】
5E343
【Ｆターム（参考）】
5E343AA02
5E343AA07
5E343AA17
5E343BB21
5E343BB23
5E343BB24
5E343BB72
5E343DD01
5E343ER33
5E343ER35
5E343ER45
5E343FF08
5E343FF30
5E343GG08
5E343GG20
(57)【要約】
【課題】本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を基板から完全集積まで印刷するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】本発明は、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）システムを利用して、電子デバイスとして使用されるＰＣＢ構造を作成するために、レーザジェットにより基板上に流動性材料を印刷する。ＰＣＢ印刷のためのこのようなシステムの１つは、ガラス強化エポキシ積層材料（例えば、ＦＲ４）又はその他のようなＰＣＢ基板上に金属及び他の材料（エポキシ、半田マスク等）を直接印刷するために、ジェット印刷ユニット、画像処理ユニット、硬化ユニット及び穿孔ユニットを含む。ジェット印刷ユニットは、材料の焼結及び／又はアブレーションにも使用できる。印刷された材料は、加熱又は赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）放射によって硬化される。本発明のシステム及び方法によって製造されるＰＣＢは、片面又は両面とすることができる。
【選択図】図１０ａ
【解決手段】本発明は、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）システムを利用して、電子デバイスとして使用されるＰＣＢ構造を作成するために、レーザジェットにより基板上に流動性材料を印刷する。ＰＣＢ印刷のためのこのようなシステムの１つは、ガラス強化エポキシ積層材料（例えば、ＦＲ４）又はその他のようなＰＣＢ基板上に金属及び他の材料（エポキシ、半田マスク等）を直接印刷するために、ジェット印刷ユニット、画像処理ユニット、硬化ユニット及び穿孔ユニットを含む。ジェット印刷ユニットは、材料の焼結及び／又はアブレーションにも使用できる。印刷された材料は、加熱又は赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）放射によって硬化される。本発明のシステム及び方法によって製造されるＰＣＢは、片面又は両面とすることができる。
【選択図】図１０ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体の製造方法であって、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によりＰＣＢ基板上に金属層を堆積させるステップであって、前記ＬＡＤでは、レーザを用いてドナー基板から前記ＰＣＢ基板上及び／又はその中の１又は２以上の孔への金属液滴のジェットが行われて、前記ＰＣＢ基板上に金属層を形成し、その後、前記金属層が乾燥されて焼結され、前記ジェット、乾燥及び焼結は、前記金属層が所望の厚さに達するまで繰り返す、ステップと、
その後、前記金属層の上に少なくとも１つのパッシベーション層を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記金属層が所望の厚さを超える場合、前記金属層をアブレーションするステップを更に含む、請求項１に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項3】
前記アブレーションが、前記ドナー基板から前記金属液滴をジェットするために使用されるレーザを用いて行われる、請求項１又は２に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項4】
前記パッシベーション層が、ローラ又はブレードを使用して前記金属層の上に堆積又はコーティングされたエポキシ層か、又はＬＡＤによって前記ドナー基板上のエポキシコートから前記金属層の上に印刷されたエポキシ層のうちの１つを含む、請求項１～３の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項5】
ＬＡＤによって前記エポキシ層の上に追加の金属層を印刷するステップを更に含む、請求項１～４の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項6】
前記金属層が、第１の金属トレースを含み、前記エポキシ層が、前記第１の金属トレースの少なくとも第１の部分を覆うエポキシの少なくとも第１の部分を含み、前記追加の金属層が、前記第１の金属トレースの前記第１の部分を覆う前記エポキシ層の第１の部分の上に配置された少なくとも一部を有する第２の金属トレースを含む、請求項１～５の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項7】
熱気及び／又は赤外線（ＩＲ）照射によって前記エポキシ層を硬化させるステップを更に含む、請求項１～６の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項8】
前記ＰＣＢ基板の前記１又は２以上の孔は、前記ＰＣＢ基板の第１の側面を穿孔又はレーザ彫刻することによって前記ＰＣＢ基板の第１の側面に形成されるが、前記ＰＣＢ基板の厚さ全体を貫通せず、前記金属層は、前記ＰＣＢ基板の前記第１の側面からＬＡＤによって前記１又は２以上の孔に形成され、その後、前記ＰＣＢ基板が反転されて、前記ＰＣＢ基板の第２の側面を通って穿孔又はレーザ彫刻により、前記１又は２以上の孔が前記ＰＣＢ基板の厚さを通って完成し、前記ＰＣＢ基板の前記第２の側面を通す穿孔又はレーザ彫刻により露出された前記１又は２以上の孔の再加工部分がＬＡＤによってメタライゼーションされる、請求項１～７の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つのパッシべーション層及び前記ＰＣＢ組立体の何れかの介在層及び／又は構成要素の上に半田マスク層を印刷するステップを更に含み、前記半田マスク層がＬＡＤによって印刷される、請求項１～８の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項10】
前記半田マスク層の上にＬＡＤによってラベルを印刷するステップを更に含む、請求項１～９の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項11】
ＬＡＤによって前記半田マスク層の孔に金属コネクタを印刷するステップを更に含む、請求項１～１０の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項12】
ＬＡＤによって前記エポキシ層の孔に金属コネクタを印刷するステップを更に含む、請求項１～１１の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【請求項13】
プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体を製造するシステムであって、ＰＣＢ基板を保持するように構成され、複数の処理ステーションの間で並進可能な基板ホルダを備え、
前記処理ステーションは、
１又は２以上の材料のそれぞれのものがコーティング又は他の方法で配置されたそれぞれのドナー基板から前記材料のそれぞれのものを個別にジェットすることにより、前記１又は２以上の材料をレーザアシスト堆積（ＬＡＤ）するように構成された印刷ステーションと、
前記ＰＣＢの基板上に前記材料の堆積されたものを加熱、赤外線（ＩＲ）照射、又は紫外線（ＵＶ）照射によって硬化させるように構成された硬化ステーションと、
前記ＰＣＢ基板及び／又はその上に配置された前記材料の層にスルーホール及び／又はビアを穿孔又は彫刻するように構成された穿孔ステーションと、
を含み、
前記材料は、銅及び金ペースト、エポキシ、並びに半田マスク材料を含む、ＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【請求項14】
前記印刷ステーションは更に、前記ＰＣＢ基板及び／又は前記ＰＣＢ組立体の追加層上に印刷された前記材料のそれぞれのもののレーザ焼結及び／又はレーザアブレーション用に構成される、請求項１３に記載のＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【請求項15】
前記印刷ステーション、前記硬化ステーション、及び／又は前記穿孔ステーションによる前記ＰＣＢ基板の両側面へのアクセスを可能にするために、前記ＰＣＢ基板を反転させるように構成されたユニットを更に備える、請求項１３又は１４に記載のＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２１年２月１１日に出願された米国仮出願第６３／２００，０３４号及び２０２１年２月２４日に出願された米国特許出願第１７／２４９，２１７号に対する優先権を主張する。
本出願は、２０２１年２月１１日に出願された米国仮出願第６３／２００，０３４号及び２０２１年２月２４日に出願された米国特許出願第１７／２４９，２１７号に対する優先権を主張する。
【0002】
（技術分野）
本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ）又はフレキシブルＰＣＢを基板から完全集積まで印刷するシステム及び方法に関する。
本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ）又はフレキシブルＰＣＢを基板から完全集積まで印刷するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
表面実装技術（ＳＭＴ）は、従来の組立体におけるようにＰＣＢの孔を通して構成要素を挿入するのとは対照的に、ＰＣＢ表面に電子構成要素を実装するのに使用される電子組立体の一分野である。ＳＭＴは、製造コストの削減及びＰＣＢスペースの効率的な利用を目的として開発された。ＳＭＴの導入及び自動化レベルの高まり続ける向上の結果として、現在では極めて複雑な電子回路を、再現性良くより小さな組立体に組み立てることが可能となっている。
【0004】
最近の小型化の傾向は、高度に集積されたＰＣＢの製造の必要性を生み出している。プリント回路基板は一般に、例えば、エッチングなどの抽出法を用いてリソグラフィによって製造される。このような製造方法では、基板上に導電性フィルムを配置し、導電性フィルムの不要な部分をエッチングして、腐食性溶液を用いて導電性フィルムの一部（回路が存在しない）を溶解除去することにより、必要な導電ラインのみを残すことで導電ラインの形成をもたらす。また、集積化を向上させるためには、多層プリント回路基板及び両面プリント回路基板が必要となる。多層プリント回路基板の現在の製造には、多層基板間の導通を可能にするためのスルーホール又はビアホールを形成するための穿孔、基板の積層、及びプリント回路基板に素子を接着する半田付けを含む複雑なプロセスが必要とされる。プリント回路基板に素子を接着するために半田付けを行う際には、半田が溶融して広がる領域が更に必要となるため、素子自体のサイズよりも広い領域に素子が配置され、これにより小型化が制限される。従って、複雑な回路基板を効率的且つ高精度に製造可能にするデバイス及び方法に対する必要性がある。
【0005】
フレキシブルリジッド複合エレクトロニクスは、新世代のエレクトロニクスを代表するものであり、伸張性と曲げのフレキシブル性の両方の特性を示すことができる。これらの特性により、電子デバイスに対して、曲げ及び捩りに対する適合性と、大きな歪みスケールに対する伸張及び圧縮に対する能力とを提供することになる。伸張可能なエレクトロニクスは、その柔軟性と共形性の理由から、例えば、表皮電子デバイス及び埋め込み型デバイスなど、医用生体工学において大きな可能性を示している。また、ウェアラブルエレクトロニクスの需要が高まっており、センサー、複雑な幾何形状のアンテナ、又は湾曲した物体上に設置される無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ等の他の産業においても同様である。
【0006】
フレキシブルエレクトロニクス分野の進歩は、複数の重要な新生の技術において重要な役割を果たすことが期待されている。例えば、フレキシブルセンサーアレイ、電子ペーパー、ウェアラブル電子デバイス、及び大面積フレキシブルアクティブマトリックスディスプレイなどである。加えて、フレキシブル集積エレクトロニクスシステム及び処理方法の開発もまた、マイクロ及びナノ流体工学、センサー及びスマートスキン、ＲＦＩＤ、情報ストレージ、マイクロ及びナノエレクトロメカニカルシステムを含む、他の複数の重要な技術にも大きな影響を与えることが予想される。
【0007】
フレキシブルエレクトロニクスとは、現在では、フレキシブル基板上に電子デバイスを蒸着させることにより電子回路を構築する技術を指す。脆弱な半導体ウェハー上に構築された従来の（リジッド）マイクロエレクトロニクスと同等の性能を有するが、光透過性、軽量、伸張可能／屈曲可能な形式を可能にし、大面積にわたって迅速な印刷を容易にするフレキシブルエレクトロニクスを作製することで、フレキシブルディスプレイ、薄膜太陽電池、大面積センサー及びアクチュエータなど、多様な応用を可能にすることが示されている。これら用途全てにおいて、回路及び回路上に組み込まれる構成要素のフレキシビリティは、典型的なリジッド回路との重要な違いを表している。今日まで、屈曲可能な（ヤング率、すなわち、機械的張力とそれに対応する伸び率との比に等しい材料特性又はパラメータを記述する弾性率であり、従って材料の剛性の尺度によって制御される）及び伸張可能な（長さの変化に伴う幅の相対的変化の測定値、又は伸張中に構成要素が「ネックインする」傾向を指すポアソン比によって制御される）エレクトロニクスは、小さな破壊歪み（ヤング率が高くポアソン比が１）に起因して無機材料をベースにしている。フレキシブルエレクトロニクスの典型的な実施形態は、屈曲又は伸張によって誘起される歪みを最小限に抑えるため基板上に半導体、導体、及び／又は絶縁体として採用された薄膜無機材料である。別の実施形態は、波状パターンの回路によって表われ、回路材料自体に実質的な歪みを有することなく、完全に可逆的な伸張性／圧縮率を提供することができる。
【発明の概要】
【0008】
本発明者らは、ＰＣＢ製造のための「ワンストップショップ」を有することが望ましいことを認識している。現在、基板上の電子構成要素の配置を含まず、１つのＰＣＢ基板を製造するために約２０の段階を利用する、極めて複雑な技術を、全ての製造段階を実行し且つ基板上の電子構成要素の配置さえも効果的に行うことができる機械に置き換える。
【0009】
従って、本発明は、ＰＣＢ（リジッド又はフレキシブル）を基板から完全集積まで印刷するシステム及び方法に関する。本発明の様々な実施形態は、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）システムを利用して、生産ラインにおいて電子デバイスとして使用されるＰＣＢ構造を作成するために、レーザジェットによって基板の上部に流動性材料を印刷する。一実施形態では、ＰＣＢ印刷用システムは、ガラス強化エポキシ積層体（例えば、ＦＲ４）又はその他のような基板上に直接印刷する、ジェット印刷ユニット、撮像ユニット、硬化ユニット、及び穿孔ユニットを含む。ジェット印刷ユニットは、材料の焼結及び／又はアブレーションにも使用することができる。このようなシステムは、銅及び金ペースト、エポキシ、半田マスクを印刷して、加熱又は紫外線（ＵＶ）照射によってこれらを硬化させることができる。このようなシステムは、銅線の接合部にエポキシを印刷することもでき、例えば、エポキシ層がＰＣＢ基板上の銅線の上にブリッジとして印刷される。本発明のシステム及び方法に従って製造されるＰＣＢ基板は、片面又は両面基板とすることができる。
【0010】
一実施形態では、本発明は、ＰＣＢ組立体の製造方法を提供し、本方法では、ＬＡＤによって、ＰＣＢ基板上に金属層が堆積させ、レーザを使用してドナー基板からＰＣＢ基板上及び又はその中の１又は２以上の孔に金属液滴がジェットされて、ＰＣＢ基板上に金属層を形成する。金属層はその後乾燥及び焼結され、ジェット、乾燥及び焼結は、金属層が所望の厚さになるまで繰り返される。その後、金属層の上に少なくとも１つのパッシべーション層が形成される。必要であれば、金属層が所望の厚さを超える場合、金属層をアブレーションすることができる（例えば、堆積に使用したのと同じレーザを使用）。パッシベーション層は、ローラ又はブレードを用いて金属層上に堆積又はコーティングされるエポキシ層とすることができる。又は、パッシベーション層は、ＬＡＤによってドナー基板上のエポキシコーティングから金属層の上に印刷されたエポキシ層とすることができる。必要に応じて、１又は２以上の追加の金属層及びエポキシ層も同様に、ＬＡＤを用いて印刷することができる。エポキシ層は、熱気及び／又は赤外線（ＩＲ）照射によって硬化させることができる。
【0011】
ある事例では、金属層は、第１の金属トレースを含み、エポキシ層は、第１の金属トレースの少なくとも第１の部分を覆うエポキシの少なくとも第１の部分を含む。従って、エポキシ層上に印刷された追加の金属層は、第１の金属トレースの第１の部分を覆うエポキシ層の第１の部分上に配置された少なくとも部分を有する第２の金属トレースを含むことができる。すなわち、エポキシ層は、第２の金属トレースが短絡を引き起こすことなくＰＣＢ基板の同じダイ上の第１の金属トレースを横切ることができるブリッジを形成することができる。
【0012】
場合によっては、ＰＣＢ基板の１又は２以上の孔は、ＰＣＢ基板の第１の側面を穿孔又はレーザ彫刻することによってＰＣＢ基板の第１の側面に形成されるが、これらの孔はＰＣＢ基板の厚さ全体を貫通しない。次に、ＰＣＢ基板の第１の側面、すなわち、孔が存在する側面からＬＡＤによって１又は２以上の孔に金属層を形成することができる。その後、ＰＣＢ基板を反転させ、ＰＣＢ基板の第２の（裏の）側面を貫通する穿孔又はレーザ彫刻により、ＰＣＢ基板の厚さを通る１又は２以上の孔を完成させることができる。その後、ＰＣＢ基板の第２の（裏の）側面を貫通する穿孔又はレーザ彫刻によって露出された１又は２以上の孔の再加工部分は、上述した方法でＬＡＤによってメタライゼーションすることができる。
【0013】
所望又は必要な場合には、半田マスク層が、例えばＬＡＤによって、パッシべーション層及びＰＣＢ組立体の何れかの介在層及び／又は構成要素の上に印刷される。また、半田マスクの上に、例えばＬＡＤによってラベルを印刷することができる。必要に応じて、半田マスクを含む様々な層の孔及びビアは、ＰＣＮ組立体の金属層への電気的接続を提供し、電子構成要素の取り付け点を提供するように、ＬＡＤによって形成及びメタライゼーションされる。
【0014】
更なる実施形態では、本発明は、ＰＣＢ組立体の製造方法を提供し、本方法は、ＬＡＤによって、エポキシ積層体上に金属を印刷するステップであって、金属は、レーザによってドナー基板上の金属コーティング又はフォイルから、レーザ彫刻によってエポキシ積層体に形成されたチャネル及び／又は孔に液滴としてジェットされる、ステップと、その後、エポキシ積層体をＰＣＢ基板又はＰＣＢ基板上に配置された事前形成されたエポキシ層にホットプレスにより取り付けるステップであって、エポキシ積層体のチャネル及び／又は孔にジェットされた金属がＰＣＢ基板とＰＣＢ組立体の一部におけるエポキシ積層体の上面との間にある、ステップと、を含む。半田マスク層は、ＬＡＤ又はその他の方法で、エポキシ積層体の上面及びＰＣＢ組立体の何れかの介在層及び／又は構成要素の上に印刷され、半田マスク上にラベルを印刷することができる。
【0015】
更に追加的な実施形態において、本発明は、ＰＣＢ基板を保持するように構成された基板ホルダが、複数の処理ステーションの間で並進可能なＰＣＢ組立体を製造するためのシステムを提供し、複数の処理ステーションは、１又は２以上の材料（例えば、銅ペースト及び金ペースト、エポキシ、及び半田マスク材料等）がコーティング又は他の方法で配置されるそれぞれのドナー基板から個々に上記材料のそれぞれをジェットすることによって、上記材料のＬＡＤ用に構成された印刷ステーションと、ＰＣＢ基板上に堆積された材料のそれぞれを加熱、ＩＲ照射、又はＵＶ照射によって硬化させるように構成された硬化ステーションと、ＰＣＢ基板及び／又はその上に配置された材料のそれぞれの層におけるスルーホール及び／又はビアを穿孔又は彫刻するように構成された穿孔ステーションと、を含む。印刷ステーションはまた、ＰＣＢ基板及び／又は上記ＰＣＢ組立体の追加層上に印刷された材料のそれぞれのもののレーザ焼結及び／又はレーザアブレーション用に構成することができる。印刷ステーション、硬化ステーション、及び／又は穿孔ステーションによるＰＣＢ基板の両側面へのアクセスを可能にするために、ＰＣＢ基板を反転させるように構成されたユニットもまた、提供することができる。
【0016】
更に別の実施形態では、本発明は、プリント回路基板ＰＣＢ組立体を製造するための方法を提供し、本方法では、ＰＣＢ基板の第１の側面から１又は２以上のビアがＰＣＢ基板に穿孔又はレーザ彫刻される。ビアは、ＰＣＢ基板の厚さ全体を通って延在しない。金属ペーストは、ＬＡＤによって、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分の上及びビアの１又は２以上内に第１の厚さまで堆積される。この堆積は、入射レーザビームによって第１のキャリア基板上のドナーフィルムから少量の金属ペーストをＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内にジェットし、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分上及び１又は２以上のビア内に堆積された金属ペーストを硬化させ、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、堆積され硬化された金属ペーストを焼結することによって行われ、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に金属ペーストの所望の厚さが達するまで、金属ペーストの堆積、硬化及び焼結を繰り返し、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に連続した厚さを形成する。次に、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内の所望の厚さの金属ペースト上に、ＬＡＤによってパッシベーション層が印刷される。印刷は、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、第２のキャリア基板から少量のエポキシ層をジェットして、パッシベーション層を硬化させることによって行われる。最後に、パッシベーション層の上にＬＡＤによって半田マスクを形成され、この形成には、金属ペーストの堆積に使用したのと同じレーザを使用して、第３のキャリア基板から少量の半田マスク材料層をジェットして、半田マスクを硬化させることを含む。半田マスク層、パッシべーション層及び金属ペースト層は、熱又は赤外線もしくは紫外線を使用して硬化させることができる。
【0017】
様々な実施態様において、ＰＣＢ基板は、穿孔、堆積、印刷、及び形成プロセスが行われる位置間で並進可能なステージ上で、穿孔、堆積、印刷、及び形成プロセス間で移動される。また、金属ペーストを堆積するプロセス及びパッシべーション層を印刷するプロセスは、ＰＣＢ基板と半田マスクとの間（例えば、ＰＣＢ基板の片側面又は両側面）に金属ペースト及びエポキシ層の両方の複数の層を有するＰＣＢ組立体を製造するように、半田マスクを形成する前に複数回行うことができる。電子構成要素のための金属電気コネクタは、パッシべーション層及び／又は半田マスク内に形成することができ、金属電気コネクタは、異なる金属（例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等）から形成することができる。１又は２以上の電子構成要素は、例えば、１又は２以上の半田接合によって金属電気コネクタに取り付けられ、場合によっては、１又は２以上の追加のパッシべーション層及び／又は半田マスク層が、電子構成要素の上に形成することができる。必要に応じて、電子構成要素を取り付ける前に、ＬＡＤによって電子構成要素の支持構造を形成することができる。また、上述したように、異なる電気トレース層間の短絡を避けるためにエポキシブリッジを使用することができる。
【0018】
本発明のこれら及び更なる実施形態について、以下でより詳細に説明する。
【0019】
本発明は、添付図面の図において例示されており限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1a】ＰＣＢにビアを形成するための異なるプロセスを概念的に示す図である。
【図1b】ＰＣＢにビアを形成するための異なるプロセスを概念的に示す図である。
【図1c】ＰＣＢにビアを形成するための異なるプロセスを概念的に示す図である。
【図1d】ＰＣＢにビアを形成するための異なるプロセスを概念的に示す図である。
【図2a】本発明の実施形態による、金属層をビアに印刷するプロセスを概略的に示す図である。
【図2b】本発明の実施形態による、金属層をビアに印刷するプロセスを概略的に示す図である。
【図2c】本発明の実施形態による、金属層をビアに印刷するプロセスを概略的に示す図である。
【図2d】本発明の実施形態による、ビア壁に金属コートを形成するためにビアの縁部に印刷する一例示す図である。
【図3a】金属印刷プロセス段階の様々な代替形態を示す図である。
【図3b】金属印刷プロセス段階の様々な代替形態を示す図である。
【図4a】本発明の実施形態による、ローラ又はブレードによって、ＰＣＢの表面上にエポキシ層を印刷する様々な方法を示す図である。
【図4b】本発明の実施形態による、直接印刷によって、ＰＣＢの表面上にエポキシ層を印刷する様々な方法を示す図である。
【図9a】本発明の方法及びシステムが、ＰＣＢの片側面にエポキシブリッジを使用することにより両面ＰＣＢの必要性を排除することにより、ＰＣＢ処理時間を短縮できる方法の態様を示す図である。
【図9b】本発明の方法及びシステムが、ＰＣＢの片側面にエポキシブリッジを使用することにより両面ＰＣＢの必要性を排除することにより、ＰＣＢ処理時間を短縮できる方法の態様を示す図である。
【図10a】本発明の実施形態による、ＰＣＢの完全生産のためのシステムの態様を示す図である。
【図10b】本発明の実施形態による、ＰＣＢの完全生産のためのシステムの態様を示す図である。
【図11a】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11b】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11c】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11d】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11e】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11f】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図11g】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの多層ＰＣＢの生産サイクルの態様を示す図である。
【図12a】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの両面多層ＰＣＢ基板の製造サイクルの態様を示す図である。
【図12b】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの両面多層ＰＣＢ基板の製造サイクルの態様を示す図である。
【図12c】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの両面多層ＰＣＢ基板の製造サイクルの態様を示す図である。
【図12d】本発明の実施形態による、基板から最終基板までの両面多層ＰＣＢ基板の製造サイクルの態様を示す図である。
【図13a】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13b】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13c】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13d】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13e】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13f】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13g】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13h】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図13i】本発明の実施形態による、組み込み電子機器を有するＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図14a】ＰＣＢ製造の幾つかの態様でレーザアシスト堆積が使用されるＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図14b】ＰＣＢ製造の幾つかの態様でレーザアシスト堆積が使用されるＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図14c】ＰＣＢ製造の幾つかの態様でレーザアシスト堆積が使用されるＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【図14d】ＰＣＢ製造の幾つかの態様でレーザアシスト堆積が使用されるＰＣＢの製造サイクルの態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
ＰＣＢ製造は、相当な数の段階を有する高度に発達した分野である。本発明は、プリプレグ及び積層レベルから、電子機器を組み込んだ完全に構築された基板まで、ＰＣＢをワンショップストップとして構成することができる複数のサブモジュールを備えた単一システムの提供及び使用を通じて、製造プロセスを簡素化することを目的としている。本発明に従って構成されたシステム及び方法は、従来のＰＣＢ製造に今日使用されている異なる材料を必ずしも利用する必要はなく（このような新しい材料を使用することはできるが）、その代わりに、同じ材料を新しい異なる方法で使用することができる。従って、様々な実施形態において、本発明は、基板レベルから完全な統合までＰＣＢ又はフレキシブルＰＣＢを印刷するシステム及び方法に関する。以下に説明するように、本発明の実施形態は、ＬＡＤシステムを利用して、レーザジェットによって基板の上部に何らかの流動性材料を印刷して、生産ラインにおいて電子デバイスとして使用されるＰＣＢ構造を作成することができる。
【0022】
ＰＣＢ製造の第１段階は、ＰＣＢ基板にビアを穿孔するステップを含む。図１ａ～１ｄに示されるように、幾つかの手法の何れかを取ることができる。例えば、図１ａを参照すると、ＰＣＢ基板製造システム１００ａにおいて、ＰＣＢコア基板１０４への穿孔にＣＮＣマシン１０２を使用することができる。図示されるように、ＰＣＢコア基板１０４は、ＦＲ４のようなガラス強化エポキシ積層体で作ることができる。この種のモジュールは、穿孔廃棄物を除去するための付加的なクリーニングユニットを備えたものも含めて、今日広く使用されている。ＣＮＣヘッド１０２は、三次元で移動可能なステージ（図示せず）上に取り付けられ、基板１０４は、その側面から又は犠牲基板（この図では図示せず）上で平坦に保持される。穿孔ヘッド１０２は、基板１０４上の所望の位置にて、任意選択的に異なる直径を有する孔１０６を形成する。現在のシステムでは、基板を反転させた後にレーザで余分な材料を除去し、孔への銅ペーストの配置を簡素化し、基板ホルダをクリーンに保つ（スルーホールはホルダ表面を汚染する可能性がある）ので、ビアのみを穿孔し、スルーホールを穿孔しないことが有益である。
【0023】
以下に説明するように、ＰＣＢ基板製造システムの他の態様は、レーザベースである。従って、ＣＮＣドリルヘッドを使用するのではなく、ビアの形成を含むＰＣＢの製造に関わる全てのレーザ彫刻又は切断を、レーザを使用して行うことができる。そのために、図１ｂは、レーザシステム１１０を使用してビアを彫刻するＰＣＢ基板製造システム１００ｂの実施形態を示す。レーザ１１０を使用する場合、パワー又は光強度計１１２を使用して孔深さを評価することができる。レーザ穿孔中にビアの位置で光強度を測定することにより、ビア孔深さを（例えば、テーブルルックアップ又は他の手段により）評価して、孔がＰＣＢ基板１０４の厚さ全体を通過する前に（例えば、基板の厚さ「ｚ」が残るように）穿孔を停止するようにすることができる。測定される光強度は、切断レーザビーム１１４自体の光強度、又は別個の光源（例えば、切断位置の上方に配置された光源）の光強度であってもよい。
【0024】
前述したように、ビアのみを穿孔／切断しスルーホールを穿孔／切断しないことにより、基板ホルダのクリーニングが単純化される。しかしながら、図１ｃに示すＰＣＢ基板製造システム１００ｃを参照すると、採用することができる別の解決策は、ＰＣＢ基板１０４の下方に剥離可能な基板１０８を追加することである。例えば、剥離可能基板１０８をＰＣＢ基板１０４の一方の側に追加し、反対側を穿孔及びクリーニングした後、剥離可能基板１０８を除去して、当初配置されていたＰＣＢ基板１０４の側の穿孔を可能にすることができる。剥離可能基板１０８が使用される場合、これらの動作を可能にするために、適切なコーティング及び剥離ユニットがシステムに追加される。
【0025】
次に図１ｄを参照すると、ＰＣＢ基板製造システム１００ｄのサンプルホルダ１２０を清浄に保つ更に別の方法は、サンプルホルダ１２０とＰＣＢ基板１０４との間に犠牲層１１６（例えば、プラスチック又は同様の材料からなる）を使用することである。この場合、犠牲層１２０は、ＰＣＢ基板１０４を平坦に保持できる必要がある。通常、サンプルホルダ１２０は、ＰＣＢ基板１０４をホルダ表面と平坦に保持する真空ホルダであるが、犠牲層１２０が追加された場合、ＰＣＢ基板１０４上で真空を維持できる必要がある。従って、ＰＣＢ基板１０４に対して真空が維持されるように犠牲層１１６に幾つかの孔１１８を追加する必要があり、これらの孔は、穿孔した孔１１６の位置から離れて配置されるべきである。用途毎に、新しい犠牲層１１６を設計しなければならず（穿孔の孔の位置を考慮して）、何度も使用することができる。
【0026】
次に、メタライゼーションプロセスに目を向けると、本発明の実施形態では、これは、ペースト印刷によって実施することができる。図２ａは、ＰＣＢ基板製造システム２００において、ビア１０６が彫刻／穿孔されたＰＣＢ基板１０４のような非平坦面が、レーザ誘起ジェットによって金属ペースト２０２で覆われる方法を示す。レーザ誘起ジェットは、レーザビーム２０４を使用して、制御された材料堆積によってパターン化された表面を形成するＬＡＤの一形態である。特に、レーザ光子は、ドナーフィルム２０８からＰＣＢ基板１０４のようなアクセプタ基板に向かって少量の材料２０６を発射させる駆動力を提供する。典型的には、レーザビーム２０２は、非吸収キャリア基板２１０上にコーティングされたドナーフィルム２０８の内側と相互作用する。言い換えれば、入射したレーザビーム２０４は、光子がフィルム２０８の内面により吸収される前に、透明基板２１０を通って伝搬する。あるエネルギー閾値を超えると、材料２０６は、ドナーフィルム２０８から、作業エリアのステージ（この図には示されていない）上に位置するＰＣＢ基板１０４の表面に向かって放出される。
【0027】
ビア１０６内を含むＰＣＢ基板１０４上に堆積されると、金属ペースト２０２は、熱気２１２により（図２ｂを参照）、又は赤外線（ＩＲ）ランプ又は同様の機構を用いた加熱によって乾燥され、結果として得られた金属フィルム２１４は、図２ｃに示すように、堆積された金属ペースト上を通過されるレーザビーム２１６を用いて焼結され、高導電性金属（例えば、銅）フィルムを製造することができる。ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを焼結に使用することができ、正しく配置されなかった堆積材料のアブレーションに、すなわち、堅牢性を高めるためのインライン修復にも使用することができる。
【0028】
導電性フィルムの印刷は中間ステップであるので、この層の形成には長い時間期間をとらないことが望ましい。従って、導電性フィルムが形成される材料は、（ＩＲ照射、熱気又はその両方によるかどうかにかかわらず）硬化に短時間しかかからず、硬化プロセス中に（仮にそうであったとしても）あまり収縮しないはずである。硬化に過度の時間を要する材料は、プロセス全体の速度を遅らせ、硬化中に（少なくとも少しよりは多くの）収縮をする材料は、ＰＣＢ基板に機械的応力を加えることになり、故障につながる可能性がある。
【0029】
導電性フィルムに使用される活物質又は導電性材料は、１又は２以上の金属を含むことができる。企図される金属には、純金属、金属合金、及び耐火性金属が挙げられる。銅は、ＰＣＢメタライゼーション用の一般的な選択肢であり、本発明の実施形態において使用することができる。活物質は、固体状態（例えば、プラスチックフィルム上に堆積された小さな金属粒子をＬＡＤプロセスで使用して導電性フィルムを生成することができる）から、又は上述のようにドナーフィルム上に担持させたペーストの形態で、ＬＡＤを使用して施工（印刷）することができる。導電性フィルムは、その後の電子接続を完全にサポートするのに十分な量を施工する必要がある。これは、ペーストの複数の層を重ねて施工して、１つの層の各施工後に硬化ステップを行うことを意味することができる。図２ｄに示すように、レーザジェットプロセスは高精度であるため、金属ペースト２０８をビア１０６の縁部２２０に直接印刷するのに使用することができ、ビアホールのみをコーティングし、ビアホールを充填しない方法を可能にする。この手法は、大きなビア及び／又は深いビアの場合にかなり重要とすることができる。
【0030】
メタライゼーションプロセスの一実施形態が、図３ａに概略的に示されている。最初に、孔又はトラックが、金属（例えば、Ｃｕ）（又はそれ以外）のレーザジェット（３０２）によって印刷され（すなわち、孔の場合には充填され、トラック又はトレースの場合にはＰＣＢ基板又は他の層上に堆積される）、次いで、溶媒が乾燥（３０４）され、金属が焼結（３０６）される。この段階で、基板を画像処理ユニットに運び、所望の孔又はトラック厚さ（例えば孔の場合、充填レベル）に達したことを確認することができる（３０８）。そうであれば、基板は、次の段階に渡され、そうでなければ、追加の印刷／堆積のために戻されて、所望の量の金属が印刷されるまで（すなわち、所望の厚さに達するまで）プロセスが繰り返される。図３ｂに示すように、他の実施形態では、焼結ステップの前（又は後）で、余分な堆積材料を除去するアブレーションステップを追加することができる。
【0031】
任意の層で、メタライゼーションの後、誘電体層を基板に追加して、静電容量を低減し、短絡を回避することができる。例えば、液体材料をコーティングして硬化させることにより、又はプリプレグをホットプレスすることによる、誘電体層を追加する幾つかの方法がある。以下、このようなプロセスの例を説明する。
【0032】
図４ａ及び図４ｂを参照すると、エポキシ層とすることができ且つパッシベーション層として機能する誘電体層４０８は、ローラ又はブレードの助けを借りて（図４ａを参照）、又は図４ｂに示すようにレーザジェットシステムを使用してドナーフィルムから誘電体層を印刷することによって、金属（又は他の）層及び／又はＰＣＢ基板上に堆積又はコーティングすることができる。ローラ４０４又はブレードを用いて液体エポキシ４０２をコーティングする場合、エポキシは、シリカボール等の充填剤を含む粘性液体とすることができる。一定量のエポキシ４０２が、基板の一端に施工され、ポリテトラフルオロエチレン、セラミック、シリコーン、又は他の材料のような固着防止材料で作られ又はコーティングすることができるローラ４０４が、金属層２１４上の所望の高さに配置され、基板の上を横方向に移動して、エポキシ４０２を所望の厚さ「ｈ」で均一に層４０８に広げる。場合によっては、ローラ４０４を所定位置に固定し、基板をその下方に移動させてエポキシを広げるようにすることができる。ローラの代わりにブレードアプリケータが使用される場合、基板に対するブレードの角度は、エポキシに加えられる垂直力に影響することになる。角度が小さすぎる場合には、エポキシが金属層の一部の間の小さなアパーチャ内に詰め込まれない可能性がある。同時に、ブレード圧力が小さすぎる場合には、エポキシが基板にクリーンに施工されるのが妨げられる可能性があり、ブレード圧力が高すぎる場合には、所望の被覆領域の外にエポキシが漏洩する結果となる可能性がある。従って、ブレード角度の調整手段を設けて、エポキシ粘度及び他の特性に応じてブレード角度を調整する必要がある。
【0033】
或いは、図４ｂに示すように、エポキシ４０２を基板又はフォイル４０４に薄層で施工し、次いで、金属層をジェットするのにも使用されたビーム２０４を生成した同じレーザを用いてレーザジェットすることにより、金属層２１４及び／又はＰＣＢ基板１０４上に少量４０６（例えば、液滴）で堆積することができる。エポキシ４０２は、得られるエポキシ４０２のコーティングが均一な厚さであることを確保するように、ローラのペア又は単一のローラと明確に定義されたギャップによって分離された固定表面との間を基板が通過するローラシステムによって、レーザビーム２０４の波長で透明又はほぼ透明である基板４０４に施工することができる。例えば、このようなコーティングシステムは、エポキシのシリンジと、基板４０４上にエポキシを駆動する空気又は機械式ポンプとを含むことができる。その後、基板４０４は、十分に定義されたギャップに向かって移動されて、ギャップによって定められる厚さを有するエポキシ４０２の均一な層を形成することができる。本発明の幾つかの実施形態では、基板４０４は、コーターローラ間のギャップを開きながら、制御された方法で双方向に並進可能であり、ローラへの汚染なしに基板４０４の同じ領域をエポキシで再コーティングする可能性を創出し、コーティングプロセス中に消費される基板４０４の量を低減又は排除することで、廃棄物を阻止することができる。
【0034】
コーティングされると、その上にエポキシ４０２の層を有する基板４０４が、レーザジェットシステム内に配置され、レーザビーム２０４を用いてエポキシ４０２のドット４０６が、金属層２１４及び／又はＰＣＢ基板１０４上にジェットされる。一実施例では、レーザビーム２０４は、エポキシ層４０２と基板４０４との間の界面に集束されて、局所加熱を引き起こした後、金属層及び／又はＰＣＢ基板上へのエポキシのジェットを駆動する相変化及び高局所圧力を引き起こす。金属層及び／又はＰＣＢ基板へのエポキシの印刷後、基板４０４は、移送機構の方向を反転させることにより、又は基板４０４が連続フィルムである場合には、ループ状プロセスでコーティングシステムを通って基板４０４を移動させることにより、エポキシ４０２の第２の（又は追加の）コーティングのために戻すことができる。
【0035】
更なる実施形態において、基板４０４は、スクリーン又はグリッドとすることができ、ここでは、エポキシ４０２がローラ又はブレードであってもよいコータによってスクリーンの孔に導入され、入射レーザビーム２０４がスクリーンの孔から金属層及び／又はＰＣＢ基板上にエポキシを変位させるのに使用される。
【0036】
図４ｃを参照すると、エポキシ層４０８を印刷又はコーティングした後、熱気、ＩＲ照射、及び／又は他の加熱方法によって熱を加えられ、エポキシ層が硬化される。
【0037】
パッシベーションのための更に別の手法は、積層体を使用してパッシべーション層を形成することである。積層体の使用により、表面の高低差が減少し、より均一な高さのＰＣＢ表面が形成される。積層パッシベーション層は、２つの異なる方法、すなわち、金属（例えば、Ｃｕ）を積層体上に印刷し、得られた構造を表面に貼り付けること（図５ａ～ｃ）、又は積層体をＰＣＢ表面に貼り付け、金属（例えば、Ｃｕ）をオープンビアに印刷すること（図６ａ～６ｃ）の何れかで形成することができる。
【0038】
第１のプロセスでは、図５ａ～５ｃを参照すると、積層フィルム５０２がライナー５０４に貼り付けられ、レーザビーム５０６を用いて、例えば積層体に貫通孔５０８及び／又はチャネル５１０を形成することにより、積層体を所望の形状に彫刻／切断する。彫刻された領域は、基板２１０上にコーティングされたフィルム２０８から金属を堆積させるためにレーザビーム２０４を使用して金属（例えば、Ｃｕ）２０２が充填され、その後にのみ、積層体５０２が（例えば、ホットプレスによって）ＰＣＢ基板１０４（又は以前に形成された積層体層）に取り付けられて、金属とパッシべーションの両方の層が形成される。この手法は、層の構築及び層の取り付けを２つの独立した段階として行うことができ、その直列化を可能にするので、ＰＣＢ構築サイクルの効率を著しく高めることができる。
【0039】
他の利点は、図６ａに示すように、ＰＣＢ基板１０４に積層体層６０２（例えば、エポキシ積層体）を取り付け、その後レーザビーム６０６を用いて積層体層を彫刻することで達成することができる。この手法は、積層体をＰＣＢ基板に取り付ける際のホットプレス段階での熱影響に対してより安定である。彫刻後、上述の方法でビア及び孔を金属で充填し（図６ｂ）、熱気４１０を基板表面に当てて金属を乾燥させる（図６ｃ）。金属粒子の導電性を高めるために、追加のレーザ焼結を追加することができる。
【0040】
ＰＣＢ製造の最終段階において、基板は半田マスク層でコーティングされる。半田マスク層は、下にある層の保護材として機能することで、基板の内層を損傷することなく、高温を使用して電子構成要素を基板に半田付けすることを可能にする。図７Ａに示すように、半田マスク７０２を印刷する１つの方法は、レーザジェットによるものである。エポキシ層が印刷された方法と同様に、半田マスク材料７０４は、基板又はフォイル７０８に薄層で施工され、次いで、レーザビーム７０６を用いたレーザジェットによって、金属層２１４及び／又はＰＣＢ基板１０４上に少量７１０（例えば、液滴）で堆積することができる。レーザビーム７０６は、金属層及び／又はエポキシ層のジェットにも使用されたのと同じレーザによって生成することができる。半田マスク材料７０４は、得られる半田マスク材料７０４のコーティングが均一な厚さであることを保証するために、基板がローラのペア又は単一のローラと、明確に定義されたギャップによって分離された固定表面との間を通過されるローラシステムによって、レーザビーム７０６の波長において透明であるか又はほぼ透明である基板７０８に施工することができる。例えば、このようなコーティングシステムは、半田マスク材料のシリンジと、半田マスク材料を基板７０８上に駆動する空気又は機械式ポンプとを含むことができる。次いで、基板７０８を十分に定義されたギャップに向かって移動させて、ギャップによって定められる厚さを有する半田マスク材料７０４の均一な層を形成することができる。本発明の幾つかの実施形態では、基板７０８は、コーターローラ間のギャップを開きながら、制御された方法で双方向に並進可能であり、ローラへの汚染なしに半田マスク材料で基板７０８の同じ領域を再コーティングする可能性を創出し、コーティングプロセス中に消費される基板７０８の量を低減又は排除し、それによって無駄を防止する。
【0041】
コーティングされると、半田マスク材料７０４の層をその上に有する基板７０８がレーザジェットシステム内に配置され、半田マスク材料７０４のドット７１０がレーザビーム７０６を用いて金属層２１４及び／又はＰＣＢ基板１０４上にジェットされる。一実施例では、レーザビーム７０６は半田マスク材料７０４の層と基板７０８との間の界面に集束され、局所的な加熱を引き起こした後、金属層及び／又はＰＣＢ基板上への半田マスク材料のジェットを駆動する相変化及び高い局所圧力を引き起こす。半田マスク７０２を金属層及び／又はＰＣＢ基板に印刷した後、基板７０８は、移送機構の方向を反転させることにより、又は基板７０８が連続フィルムである場合にはループ状のプロセスでコーティングシステムを通して基板７０８を移動させることにより、半田マスク材料７０４の第２の（又は追加の）コーティングのために戻すことができる。
【0042】
【0043】
多くの場合、技術者が各構成要素の目的を理解するのを助け、技術者にＰＣＢ基板上の領域を指し示すために、ＰＣＢ基板の上にラベルがあることは有用である。このために、半田マスク層７０２の上に追加のラベル層８０２を追加することができる。ラベル層８０２は、インクジェット、スクリーン印刷、又は他の印刷方法によって印刷することができ、一実施形態では、半田マスク層の印刷に使用されるのと同じレーザジェットシステムによって印刷される。
【0044】
図８Ａに示すように、ラベル材料８０４は、基板又はフォイル８０８に薄層で施工され、次いで、レーザビーム８０６を用いたレーザジェットによって半田マスク層７０２上に少量８１０（例えば、液滴）で堆積することができる。レーザビーム８０６は、金属層、エポキシ層、及び／又は半田マスク層のジェットにも使用されたのと同じレーザによって生成することができる。ラベル材料８０４は、得られるラベル材料８０４のコーティングが均一な厚さになるように、基板を一対のローラ又は単一のローラと、明確に定義されたギャップによって分離された固定表面との間を通過させるローラシステムによって、レーザビーム８０６の波長において透明又はほぼ透明である基板８０８に施工することができる。例えば、このようなコーティングシステムは、ラベル材料のシリンジ、ラベル材料を基板８０８上に駆動する空気又は機械的ポンプを含むことができる。その後、基板８０８を十分に定義されたギャップに向かって移動させて、ギャップによって定められる厚さを有するラベル材料８０４の均一な層を形成することができる。本発明の幾つかの実施形態では、基板８０８は、コーターローラ間のギャップを開きながら、制御された方法で双方向に並進可能であり、ローラへの汚染なしにラベル材料で基板８０８の同じ領域を再コーティングする可能性を生み出し、コーティングプロセス中に消費される基板８０８の量を低減又は排除し、それによって無駄を防止する。
【0045】
コーティングが完了すると、ラベル材料８０４の層が形成された基板８０８がレーザジェットシステム内に配置され、レーザビーム８０６を用いてラベル材料８０４のドット８１０が半田マスク層７０２上にジェットされる。一例では、レーザビーム８０６はラベル材料８０４の層及び基板８０８の間の界面に集束され、局所加熱を引き起こし、次いで相変化及び高い局所圧力を引き起こし、ラベル材料の半田マスク層７０２上へのジェットを促進する。ラベル層８０２を印刷した後、基板８０８は、移送機構の方向を反転させることにより、又は基板８０８が連続フィルムである場合には、ループ状のプロセスでコーティングシステムを通して基板８０８を移動させることにより、ラベル材料８０４の第２の（又は追加の）コーティングのために戻すことができる。
【0046】
ラベル層８０２が印刷されると、図８ｂに示すように、ＵＶ光８１４及び／又は熱を用いて硬化させる。硬化ステーションは、半田マスク層の硬化に使用したものと同じものでよい。
【0047】
本発明の実施形態による、構成されたＰＣＢ生産システムの利点の１つは、多層ＰＣＢ基板に関連するコスト及び生産時間を削減できることである。層以上の金属層を使用する基板の現在の製造プロセスは複雑である。本発明は、１層以上の金属層を有する基板を簡単且つ迅速に製造することを可能にする広範な用途を組み込んだシステム及び方法を提供する。例えば、従来のＰＣＢ製造プロセスでは、金属ライン間の単純なブリッジの製造に対応できないが、本発明に従って構成されたシステムでは、このようなブリッジを極めて容易に行うことができる。
【0048】
図９ａは、交差した金属（例えば、Ｃｕ）ライン９０２、９０４、９０６を含むＰＣＢ９００の例を示す。従来のＰＣＢ製造プロセスを使用すると、ＰＣＢ９００の製造は、可能であるとしても、幾つかの製造段階を伴い、かなりの製造時間を消費する。また、両面ＰＣＢを使用しなければならない場合もある。しかしながら、本発明の方法を採用するＰＣＢ製造システムでは、製造の複雑さ及び時間が大幅に短縮される。例えば、上述の技術の１又は２以上を使用して、エポキシパッチ９１０、９１２は、ＰＣＢ９００の片側面に金属ライン９０２、９０４、９０６を印刷するステップを可能にし、任意に、エポキシパッチを印刷するために使用されるのと同じレーザジェット装置を使用して、レーザジェットを使用して印刷することができる。図９ｂは、図９ａに示されるＰＣＢ９００上のワイヤ交差の１つのクローズアップ三次元図を提供する。金属線９０２を印刷した後、後続の金属線９０４が短絡を生じることなくＰＣＢ９００の同じ側の線９０２上を通過するように、エポキシパッチ９１０を印刷することができる。この単純な例は、上述のような異なる材料に対するレーザジェット技術を使用して、過去の複雑な両面基板を比較的簡単な方法で製造することができることを示す。勿論、本発明のシステム及び方法は、エポキシパッチ９１０のようなブリッジ構造を有する又は有さない両面ＰＣＢを製造するために使用することもでき、これにより、ブリッジ領域及び非ブリッジ領域を有する片面及び両面基板の製造を容易にする。
【0049】
次に図１０ａ及び図１０ｂに目を向けると、本発明の実施形態による、構成されたＰＣＢ処理システム１０００ａ及び１０００ｂの例が図示されている。図１０ａは、個々のサブユニットから構成されるシステム１００ａを示し、図１０ｂは、サブシステムが様々なモジュールに配置されるシステム１０００ｂを示す。これらの実施例において、ＰＣＢ処理システム１０００ａ及び１０００ｂは、撮像サブシステム１００３及びレーザサブシステム１００４を含み、これらは全体として印刷ユニット１００２に編成することができ、これを含むことができる。ＵＶ光サブシステム１００８は、ＵＶ硬化ユニット１００６に含まれてもよいが、これは任意の構成要素である。加熱サブシステム１０１２は、加熱ユニット１０１０の構成要素であってもよい。更に、上述のＣＮＣ穿孔ヘッド１００２及び穿孔ヘッドを操縦するための３次元並進可能なサブシステム１０１６を含む穿孔ユニット１０１４は、モジュールとして提供されてもよく、又は構成要素が別々に提供されてもよい。オプションとして、穿孔ユニット１０１４又は他の場所に、ＰＣＢの両側面に穿孔、印刷等を可能にするように、処理中にＰＣＢを反転するように構成されたＰＣＢ反転サブシステム１０１８を含めることができる。積層が使用される場合、オプションのホットプレスサブシステム１０２０が利用可能である。印刷ユニット１０２に付随して、上述したＬＡＤ手順のための様々な材料１０２２が提供される。これらには、導電性トレースに使用される金属（例えば、Ｃｕ）、半田マスク材料、エポキシ等、並びにこれらの材料がＰＣＢ上に堆積するためにコーティングされるドナー基板を含む。図示されていないが、印刷ユニット１００２は、全てのレーザ堆積プロセスのためのレーザサブシステムのみを含むことができるが、ラベル又は半田マスク材料を印刷するためのインクジェットヘッド又はスクリーンプリンタを含むこともできる。
【0050】
上述では詳述しなかったが、撮像サブシステム１００３は、上述したエッチング及び堆積手順の何れか又は全てに関連して採用することができる。例えば、撮像サブシステムは、製造プロセス中の様々な段階でＰＣＢ又はその一部を撮像する１又は２以上の２次元及び／又は３次元撮像ユニット（例えば、カメラ、走査レーザ配置等）を含むことができる。ビア及び孔又は特徴は、デブリがなく、形状が規則的であることを確保するように撮像することができる。堆積された層は、これらが均一な被覆及び／又は正確な位置であることを保証するように画像化することができる。これは、材料層が小滴の連続的なジェットによって印刷される場合に特に重要である。撮像はまた、ホルダ１２０上のＰＣＢ基板１０２の正確な登録を確実にするために使用することができる。この方法での画像化は、層の追加又は再コーティングのようなプロセスステップのインライン修復、又は必要な場合のインプロセスＰＣＢの拒絶を可能にすることができる。二次元に並進可能なステージ１０３０及び必要に応じてＰＣＢ１０２を上昇及び下降させるステージ１０３０は、処理中にシステム１０００の様々なユニット及びそれらのユニット内のサブシステム間のＰＣＢの移動を容易にする。
【0051】
前述のように、ＵＶ光サブシステム１００８は、モジュール化されているか否かにかかわらず、オプションである。全ての堆積層を熱硬化させることができるので、ＵＶ硬化の使用は必須ではなく、従って、ＵＶ光サブシステムの必要性は、ＵＶ硬化が好ましい場合に限られる。モジュール化された場合、ＵＶ光サブシステム１００８は、全体的なシステムに含めることができ、又は所望に応じてここから取り外すことができる。
【0052】
加熱サブシステム１０１２は、熱に敏感な材料を硬化させるため及び／又は溶剤ベース材料を乾燥させるために使用される。これは、全体システム１０００ａの一部とすることができるが、好ましくは、システム１０００ｂにおいて、必要に応じて容易に交換できるようにモジュール化１０１０される。
【0053】
穿孔ユニット１０１４は、上述したように、積層体に孔及びビアを形成するために使用される。前述したように、穿孔ユニット１０１４は、ＣＮＣヘッド１０２、又はレーザベースの切断及び彫刻ユニット、又はその両方の組み合わせとすることができる。ＣＮＣヘッド及び／又はレーザ切断ツールは、１００ａのような大型システムに組み込むことができるが、穿孔プロセス中に発生するデブリを区切るように、モジュール式穿孔ユニット１０１４を使用することが好ましい。穿孔後、穿孔前に保護フィルムを追加するか、空気圧及び吸引により表面をクリーニングするか、又は別のクリーニングプロセスにより、ＰＣＢ基板にクリーニング手順が適用される。
【0054】
ＰＣＢの基板として固体積層が使用される場合、追加のホットプレスサブシステム１０２０は、積層をＰＣＢ基板１０４に取り付けるために使用される。
【0055】
図１１ａ～１１ｇは、片面多層ＰＣＢの製造サイクルの態様を示し、図１２ａ～１２ｄは、両面多層ＰＣＢの製造サイクルの態様を示し、それぞれ本発明の実施形態による、ＰＣＢ基板から最終基板に至る。図１１ａに図示した片面多層ＰＣＢ１１００から始めると、ＰＣＢ基板１１０２は、ＦＲ４基板又はフレキシブル基板であってもよい。第１の銅（又は他の）クラッド層１１０４がＰＣＢ基板１１０２の上に形成され、エポキシ層１１０６によってカバーされる。銅クラッド層１１０４をエポキシ層１１０６ａの上側に配置された第２の銅（又は他の金属）構造化層１１０８に電気的に接続するために、エポキシ層１１０６ａに１又は２以上の貫通孔１１１４を証明することができる。貫通孔は、上述のように、穿孔プロセス及びそこに堆積された銅又は他の金属コネクタによって形成することができる。上側の銅構造層１１０８はまた、エポキシ層１１０６ｂによってカバーされる。この構造は、必要な銅（又は他の金属）層の数だけ繰り返すことができ、必要に応じて銅又は他の金属コネクタを有する貫通孔１１１６が設けられる。の銅層は半田マスク層１１１０でカバーされ、メタライゼーションされたスルーホール１１１６、１１１４を介して様々な銅ライン１１０６、１１０８に電気的に接続できるように、金、銀、又は他の金属コネクタ１１１２を追加することができる。金、銀又は他の金属コネクタ１１１２は、ＰＣＢ基板への電気構成要素の半田付けを可能にする。片面多層ＰＣＢ１１００及びその構成要素を形成するためのプロセスの例は、図１１ｂ～１１ｇを参照して説明する。
【0056】
図１１ｂに示すように、片面多層ＰＣＢの製造は、その片側面に配置された銅（又は他の金属）クラッド層１１０４を有するＰＣＢ基板（ＦＲ４又は他の）１１０２を入手することから始まる。銅クラッド層を有するＰＣＢ基板を購入することが可能であり、本発明の一実施形態では、これらを出発材料として使用し、銅クラッド層をレーザでエッチングして余分な材料を除去し、ＰＣＢ基板上に所望のＣｕライン形状を残すことができる。或いは、図示のように、裸の基板（ＦＲ４又はその他）１１２０を上述のようなレーザジェットステーションに供給し、レーザビーム１１２６を用いてドナー基板１１２４上にコーティングされた銅層１１２２をレーザジェットすることにより、その片側面に銅（又は他の金属）ラインを形成することもできる。溶媒が乾燥したら、ＰＣＢ基板１１２０の表面にジェットされた銅層１１２８が焼結され、アブレーションによって余分な銅が除去される。焼結及びアブレーションプロセスは、ジェットプロセスに使用されるのとは異なるエネルギーではあるが、同じレーザ１１２６を使用して実行することができる。或いは、焼結及びアブレーションに異なるレーザを使用することもできる。
【0057】
第１の銅層が形成された後、第２の層が追加層へのコネクタを形成するために追加される。図１１ｃは、ＰＣＢ基板１１３０上の第１の銅層１１３２の上に銅コネクタ１１３４ を印刷する一例を示している。
【0058】
図１１ｄに示されるアブレーションプロセスでは、エポキシ層１１４６はレーザジェットによって第１の銅層１１３２上に印刷され、硬化され、コネクタが最終的に形成される位置のエポキシ層に孔／ビア１１４８がアブレーションされる。その後、エポキシ層に形成された孔／ビア１１４８にレーザジェットで銅コネクタ１１３４を印刷する。更に乾燥及び焼結を行い、構造体が完成する。図１１ｃ及び／又は図１１ｄに示したプロセスを複数回繰り返して、図１１ｅに示すような多層構造１１５０を作成することもできる。
【0059】
所望の数の金属層（例えば、銅）及びエポキシ層が形成されると、電気コネクタ及び半田マスク層が印刷することができる。図１１ｆは、このような手順の一例を示している。まず、銅コネクタ１１３４の上にレーザジェットを用いて金コネクタ１１５２を印刷し、導電接続を形成する。レーザジェットプロセスは、レーザビーム１１５８を使用して、上述のようにドナーフィルム又は基板１１５６上にコーティングされた金フィルム又はペースト１１５４から金の小滴をジェットする。その後、金コネクタ１１５２を乾燥させ、焼結させ、必要に応じてアブレーションし、半田マスク層１１６０を表面のエポキシ層上にジェット印刷し、熱及び／又は紫外線１１６６の何れかで硬化させる。半田マスク層の焼結、アブレーション（必要な場合）及び印刷に使用されるレーザは、金コネクタの印刷に使用されるもの及び／又は銅コネクタの印刷に使用されるものと同じであってよく、エネルギーは適宜調整される。
【0060】
図１１ｇに示すように、最初に半田マスク層１１６０をジェット印刷し、加熱又はＵＶ照射１１６６により硬化させ、半田マスク層１１６０をアブレーションして金コネクタ１１５２を配置するための孔１１６８を形成することにより、同じ結果を達成することができる。金コネクタ１１５２は、上述のように印刷及び焼結される。
【0061】
両面多層ＰＣＢを形成するためのプロセスは、両側面からの穿孔が必要であるために幾つかの対応が必要であることを除いて、片面多層ＰＣＢを形成するために上述したものと同様である。図１２Ａを参照すると、両面多層ＰＣＢ１２００は、ＰＣＢ基板１２０２を含み、その各側面に、各々がエポキシ層１２０４によって分離された１又は２以上の金属（例えば、銅）層（トレース）１２０２がある。各側面に、最終的なエポキシ層は半田マスク層１２０６でカバーされ、電気構成要素が接続される位置に金（又は他の金属）コネクタ１２０８が追加される。金コネクタ１２０８は、エポキシ層の銅（又は他の金属）充填ビア及び孔１２１０によって下側の銅層に電気的に接続される。
【0062】
ＰＣＢ基板１２０２の各側面に孔を設けるための利用可能な選択肢は様々である。図１２ｂを参照すると、１つの実施形態では、ＰＣＢ基板の厚さ全体を通過する穿孔工具で、ＰＣＢ基板１２０２に１又は２以上の貫通孔１２２０を開けることができる。このような場合、サンプルホルダを汚染することなく、孔への銅（又は他の金属）フィラーのジェット印刷に対応するために、穿孔が完了した後、ＰＣＢ基板１２０２の下に剥離可能な基板１２２２をその後設けることが好ましい。また、ＰＣＢ基板を端から固定するサンプルホルダ１２２４を使用する必要がある。レーザ１２２８を用いて、孔１２２０を埋めるように、上述の方法でドナー基板１２３２上にフィルム又はペースト１２３０から銅（又は他の金属）をジェット印刷する。その後、銅の充填物１２２６が（例えば、同じレーザ１２２８を用いて）孔の所定の位置に焼結される。その後、剥離可能基板１２２２及び試料ホルダ１２２４を取り外すことができる。
【0063】
図１２ｃ及び１２ｄを参照すると、別の選択肢は、ＰＣＢ基板１２０２の片側に孔１２４０を開けることであり、孔１２４０がＰＣＢ基板の厚さ全体を貫通しないように留意が必要である。前と同様に、孔１２４０は、ジェットによってドナー基板１２３２上に担持されたＣｕフィルム１２３０からの銅１２２６で充填され、Ｃｕ充填物は、その後乾燥され、焼結され、（必要に応じて）アブレーションされる。その後、図１２ｄを参照すると、ＰＣＢ基板１２０２は反転され、レーザ１２２８は、Ｃｕ充填１２２６に対向するＰＣＢ基板の残りの部分１２４２を除去することによってスルーホールを完成させるために使用される。これにより、上述したように、ジェットにより銅で充填される小さな孔１２４４が残され、印刷された銅１２４６は、上述したように再び乾燥及び焼結される。
【0064】
電子構成要素を有するＰＣＢの完全な組立体を提供するように、ピックアンドプレイス機をシステムに追加することも可能である。図１３ａ～１３ｉは、本発明の実施形態による、このような機械を使用することによって容易になる埋め込み及び他の電子構成要素の包含の幾つかの例を示している。これらの例では、片面多層ＰＣＢについて説明する。これは主に説明を容易にするためであるが、本発明に従って製造された両面多層ＰＣＢにも同様に適用されることを理解されたい。両面ＰＣＢの場合、裏面で作業する際に基板を反転させることができ、又は、ピックアンドプレイス装置をＰＣＢの縁部で支持された両側面に設け、両側面に同時に又はほぼ同時に構成要素の状況及び実装ができるようにすることができる。
【0065】
図１３Ａは、ＰＣＢ組立体１３００を示し、このＰＣＢ組立体１３００は、例えばＦＲ４又はフレキシブル基板から作られたＰＣＢ基板１３０２を含み、この基板上に、エポキシ層１３０６によって分離された複数の金属（例えば、銅）層１３０４が配置されている。最上層のエポキシ層は、半田マスク層１３０８によってカバーされ、その中に、金属（例えば、銅）コネクタ１３１２に電気的に結合された複数の金（又は他の金属）コネクタ１３１０が配置されている。ＰＣＢ組立体１３００は、上述のＰＣＢ製造システム及び方法を用いて製造することができる。
【0066】
また、ＰＣＢ組立体１３００には、複数の電子構成要素１３１６ａ～１３１６ｃが含まれる。構成要素１３１６ａ～１３１６ｃは、集積回路（ＩＣ）又は他の電子構成要素であってよく、ピックアンドプレイスマシン又は同様のシステムを用いてＰＣＢ組立体１３００に組み立てられる。特に、構成要素１３１６ａ～１３１６ｃは、それに関連するリードがコネクタ１３１０、１３１２に、例えば、半田パッド１３１４又は他の場所で電気的接続を行うように配置される。半田パッド１３１４は、上述したように、銅トレース、半田マスク、及び／又はコネクタの堆積と同様の方法で、ＬＡＤによって堆積させることができる。
【0067】
図示されるように、電子構成要素１３１６ａ～１３１６ｃは、構造の上部又は態様でＰＣＢ組立体へ追加され、及び／又はその中に埋め込むことができる。又は態様から追加される場合、電子構成要素は、上述したようにコネクタによって金属層に電気的に接続され得るか、又は図示の電子構成要素１３１６ｃの場合のように直接接続することができる。また、ＰＣＢ組立体１３００内に電子構成要素１３１６ｂを封入することも可能である。図１３ｂ～１３ｆは、電子構成要素を電気的に接続するためのこれらの様々な手順の態様を更に示している。
【0068】
図１３ｂにおいて、ＰＣＢ基板１３０２は、上述した方法で、金属（例えば、銅）層１３０４及び１又は２以上のエポキシ層１３０６で印刷されている。金属（例えば、銅）コネクタ１３１２は、上述のプロセスに従って、エポキシ層の貫通孔に印刷されている。コネクタ１３１２は、電子構成要素の配置に対応するように配置されている。一実施形態では、図１３ｂに示す構造は、電子構成要素を配置するための開口領域１３２０を残すように、ジェットによってエポキシを選択的に堆積させることによって作製することができる。或いは、開放領域１３２０は、エポキシ層のレーザ彫刻（例えば、エッチング又はアブレーション）によって形成することもできる。
【0069】
図１３ｃは、電子構成要素を受けるための構造をパーリングする次のステップを示す。半田マスク層１３０８が、エポキシ層の上の開口部１３２０にＬＡＤによって堆積され、金コネクタ１３１０が、下の銅コネクタ１３１２に電気的結合を提供するように、そこに形成された。次に、図１３ｄに示すように、半田ペースト１３１４が金コネクタ１３１０上にジェット印刷される。半田ペーストは、レーザ１３３０を用いたレーザジェットにより印刷され、上述した方法で半田１３３４がコーティングされたドナー基板１３３２が使用される。次に、電子構成要素１３１６ｄが、例えば、図１３ｅに示すように、従来のピックアンドプレイス機を用いて、そのリードが半田ペースト領域１３１４に電気的に接続された状態で開口部１３２０に配置される。この方法による電子構成要素の配置は、リード線と半田ペースト位置との正しい位置合わせを確実にするように、１又は２以上の撮像ステーションを用いて観察することができる。
【0070】
追加のエポキシ層１３０６’、銅コネクタ１３１２’、金コネクタ１３１０’、半田ペースト領域１３１４’、（任意に）半田マスク領域）の印刷を通じて、図１３ｆに示すように、追加の電気構成要素１３１６ｅをＰＣＢ組立体へ追加することができる。図示されるように、電気接続は、電子構成要素１３１６ｄの複数の側面になされることがあり、場合によっては、追加の金属（例えば、ＣＵ）層、ラベル等が上述のように追加することができる。このＰＣＢ組立体の製造中に、樹脂又は他の材料からなる支持構造１３３０が、オープンエリア１３２０の上に重なる層に一時的又は恒久的な支持を提供するために追加することができる。支持構造は、他の層の印刷のために上述した方法でＬＡＤによって追加することができる。
【0071】
ＰＣＢ組立体は、電子構成要素の配置に限定されない。他の構造構成要素がこのような構造に含まれてもよい。図１３ｇは、放熱素子（例えば、金属板又は他の熱伝導体）を熱伝導性接着剤１３４２の層によって電子構成要素１３１６ｄに接着することによって放熱素子１３４０が追加された例を示す。熱伝導性接着剤は、金属層又はコネクタ、又は半田マスク層又はエポキシ層の印刷について上述したのと同様の方法で、ＬＡＤによって印刷することができる。加熱放散素子は、ピックアンドプレイスマシンによって配置してもよく、又は場合によっては、ＬＡＤによって形成された印刷構造体であってもよい。
【0072】
ＰＣＢ組立体も、電子構成要素をＰＣＢ構造の他の要素と層状に配置することに限定されるものではない。図１３ｈは、その電気リード線がＰＣＢ基板１３０２及びその上の金属層、エポキシ層、他の層の平面に対して直交し、この向きに対応するように印刷された金属（例えば、Ｃｕ）コネクタ１３５２、金コネクタ１３５４、半田ペースト領域１３５６を介して電気的に接続されるような電子構成要素１３１６ｆの配置を示す。図示のように、このように配置された場合に電子構成要素の支持体として使用されるように、一時的又は恒久的な支持構造１３３０を印刷することができる。様々なエポキシ層１３５０、コネクタ１３５２、１３５４、半田ペースト１３５６の印刷は、ＬＡＤを用いて上述した方法で行うことができる。例えば、下の構造及び／又は組立体を汚染しないように、半田ペーストを印刷する間、エポキシ層の一部を所定の位置に維持することが必要な場合がある。図示していないが、必要に応じて半田マスク層を印刷してもよい。
【0073】
及び、埋め込まれた電子構成要素を収容するＰＣＢ組立体の更に別の例が図１３ｇに示されている。この場合、コイル１３６０がエポキシ層１３６２に埋め込まれている。コイルは、ピックアンドプレイスマシンによって配置され、金属（例えば、Ｃｕ）コネクタ１３１０’、金コネクタ１３１２’、及び半田接合部１３１４’を介して別の電子構成要素１３１６ｄに電気的に接続される既存の構成要素であってもよく、それ自体は、上述した様式で印刷され、又はコイル１３６０自体は、例えば、２０２０年６月３０日に出願された本譲受人の米国特許出願第１６／９４６，６３８号に記載されているように、ＬＡＤによって印刷されてもよい。例えば、コイルは、金属層を印刷するために上述した方法と同様に、ドナー基板上のコーティング層又はフォイルから金属をジェットすることによって印刷されてもよく、ジェットされた材料層は、直近に印刷された要素と部分的に重なるように連続的に印刷され、それによって、コイル１３６０を集合的に構成するコイル要素のらせんパターンを定める。コイル要素は、支持エポキシ１３６２内及び／又は内側コア（図示せず）に印刷されてもよく、これらのコアは、コイル要素が互いに融合する際に建設中のコイルを無傷に保つ足場として機能する。或いは、コイル１３６０は、各々がそれぞれの層にある複数の部分的に完成したラウンドとしてＬＡＤによって印刷され、それぞれの層の異なるものにある部分的に完成したラウンドの連続するものを相互接続する支柱を有することができる。ピラーは垂直、又は垂直に近く、複数の部分的に完成したラウンドの連続するもの間のピラーの位置は、部分的に完成したラウンドの円周を横切ってずらすことができる。それぞれの層における複数の部分的に完成したラウンドのうちの１つの印刷に続いて、所望の支柱の高さに対応する数の連続する金属層について、連結支柱のみが印刷される。エポキシ足場要素は、複数の部分的に完成したラウンドの印刷と同時に、それぞれの材料層の一部として印刷することができる。このようにコイルを埋め込むことにより、ＰＣＢ組立体内に無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを埋め込むことができる。
【0074】
図１４ａ～１４ｄは、レーザアシスト堆積又は他のレーザベースの印刷プロセスがＰＣＢ製造の幾つかの態様に使用されるＰＣＢの製造サイクルの態様を示す。図１４ａにおいて、金属層（例えば、Ｃｕ）１４０４、１４０６は、上述したように、ＬＡＤ又は別のレーザベースの印刷プロセスを使用してＰＣＢ基板１４０２の両側面に印刷される。図１４ｂにおいて、図１４ａからの両面ＰＣＢは、ＰＣＢ基板１４１０の両側面に印刷された金属層（例えば、Ｃｕ）１４１２、１４１４からなる同様に作製された両面ＰＣＢと、それらの間にプレペグ層１４１６を有するように積層される。プリペグ層１４１６は、従来の樹脂ベースのプリペグであってもよく（及びＰＣＢコア基板と同じ材料で作られてもよい）、積層プロセスは、ＰＣＢ製造業界で使用される従来の手段によって実行されてもよい。その結果、組立体１４２０が得られる。
【0075】
図４ｃに示すように、積層プロセスは、追加の両面ＰＣＢ１４３０、１４４０等で繰り返されてもよく、その都度、新しい両面ＰＣＢと前の組立体との間にプリペグ層１４５０を含む。組立体が、図示のように、相互接続されたプレペグを有する２以上の両面ＰＣＢを含む場合、それは、従来のホットプレスプロセス及び感光性ドライレジストを使用するラミネーションプロセスに供される。その結果、マルチ基板スタック１４６０が得られる。次に、図４ｄに示すように、上述したように、ＬＡＤ又は他のレーザベースの印刷プロセスを用いて、半田マスク層１４７０をマルチ基板スタックの各側面に印刷することができる。詳細には図示しないが、金、銀又はその他のパッド、及び半田、並びにラベルも、上述したように、ＬＡＤ又は別のレーザベースの印刷プロセスを用いてマルチ基板スタックの各側面に印刷することができる。ＰＣＢの穿孔及び／又は穿孔に続く銅メッキは、このような活動のための従来のプロセスを用いて行うことができる。
【0076】
詳細には図示されていないが、本明細書に記載の印刷システムの様々な構成要素は、１又は２以上のコントローラの制御下で動作し、このコントローラは、好ましくは、有形の機械可読媒体上に記憶された機械実行可能な命令の指示下で動作するプロセッサベースのコントローラであることを理解されたい。このようなコントローラは、情報を通信するためのバス又は他の通信機構によって互いに通信可能に結合されたマイクロプロセッサ及びメモリを含むことができる。メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）又は他の静的記憶デバイスのようなプログラム格納メモリと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他の動的記憶デバイスのような動的メモリとを含むことができ、各々は、マイクロプロセッサによって実行される情報及び命令を提供及び格納するためにバスに結合することができる。動的メモリはまた、マイクロプロセッサによる命令の実行中に一時的な変数又は他の中間情報を記憶するために使用することもできる。代替的に、又はそれに加えて、情報及び命令を記憶するために、固体ステートメモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記憶デバイスが設けられ、バスに結合されてもよい。また、コントローラは、印刷システムのユーザインタフェースの一部として、ユーザに情報を表示するためのディスプレイ、並びに英数字キーボード及びマウス及び／又はトラックパッド等のカーソル制御デバイスを含む様々な入力デバイスを含むことができる。更に、印刷システムとの間で双方向のデータ通信を提供するために、１又は２以上の通信インタフェースを含めることができる。例えば、有線及び／又は無線モデムを含むネットワークインタフェースが、このような通信を提供するために使用することができる。
【0077】
実施形態
１． プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体の製造方法であって、
レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によりＰＣＢ基板上に金属層を堆積させるステップであって、ＬＡＤでは、レーザを用いてドナー基板からＰＣＢ基板上及び／又はその中の１又は２以上の孔への金属液滴のジェットが行われて、ＰＣＢ基板上に金属層を形成し、その後、金属層が乾燥されて焼結され、ジェット、乾燥及び焼結は、金属層が所望の厚さに達するまで繰り返す、ステップと、
その後、金属層の上に少なくとも１つのパッシベーション層を形成するステップと、
を含む、方法。
１． プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体の製造方法であって、
レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によりＰＣＢ基板上に金属層を堆積させるステップであって、ＬＡＤでは、レーザを用いてドナー基板からＰＣＢ基板上及び／又はその中の１又は２以上の孔への金属液滴のジェットが行われて、ＰＣＢ基板上に金属層を形成し、その後、金属層が乾燥されて焼結され、ジェット、乾燥及び焼結は、金属層が所望の厚さに達するまで繰り返す、ステップと、
その後、金属層の上に少なくとも１つのパッシベーション層を形成するステップと、
を含む、方法。
【0078】
２． 金属層が所望の厚さを超える場合、金属層をアブレーションするステップを更に含む、実施形態１に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0079】
３． アブレーションが、ドナー基板から金属液滴をジェットするために使用されるレーザを用いて行われる、実施形態１～２の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0080】
４． パッシベーション層が、ローラ又はブレードを使用して金属層の上に堆積又はコーティングされたエポキシ層か、又はＬＡＤによってドナー基板上のエポキシコートから金属層の上に印刷されたエポキシ層のうちの１つを含む、実施形態１～３の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0081】
５． ＬＡＤによってエポキシ層の上に追加の金属層を印刷するステップを更に含む、実施形態１～４の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0082】
６． 金属層が、第１の金属トレースを含み、エポキシ層が、第１の金属トレースの少なくとも第１の部分を覆うエポキシの少なくとも第１の部分を含み、追加の金属層が、第１の金属トレースの第１の部分を覆うエポキシ層の第１の部分の上に配置された少なくとも一部を有する第２の金属トレースを含む、実施形態１～５の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0083】
７． 熱気及び／又は赤外線（ＩＲ）照射によってエポキシ層を硬化させるステップを更に含む、実施形態１～６の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0084】
８． ＰＣＢ基板の１又は２以上の孔は、ＰＣＢ基板の第１の側面を穿孔又はレーザ彫刻することによってＰＣＢ基板の第１の側面に形成されるが、ＰＣＢ基板の厚さ全体を貫通せず、金属層は、ＰＣＢ基板の第１の側面からＬＡＤによって１又は２以上の孔に形成され、その後、ＰＣＢ基板が反転されて、ＰＣＢ基板の第２の側面を通って穿孔又はレーザ彫刻により、１又は２以上の孔がＰＣＢ基板の厚さを通って完成し、ＰＣＢ基板の第２の側面を通す穿孔又はレーザ彫刻により露出された１又は２以上の孔の再加工部分がＬＡＤによってメタライゼーションされる、実施形態１～７の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0085】
９． 少なくとも１つのパッシべーション層及びＰＣＢ組立体の何れかの介在層及び／又は構成要素の上に半田マスク層を印刷するステップを更に含み、半田マスク層がＬＡＤによって印刷される、実施形態１～８の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0086】
１０． 半田マスク層の上にＬＡＤによってラベルを印刷するステップを更に含む、実施形態１～９の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0087】
１１． ＬＡＤによって半田マスク層の孔に金属コネクタを印刷するステップを更に含む、実施形態１～１０の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0088】
１２． ＬＡＤによってエポキシ層の孔に金属コネクタを印刷するステップを更に含む、実施形態１～１１の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0089】
１３． プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体の製造方法であって、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によって、エポキシ積層体上に金属を印刷するステップであって、金属は、レーザによって、ドナー基板上の金属コーティング又はフォイルから、レーザ彫刻によってエポキシ積層体に形成されたチャネル及び／又は孔に液滴としてジェットされる、ステップと、その後、エポキシ積層体をＰＣＢ基板又はＰＣＢ基板の上に配置された事前形成されたエポキシ層にホットプレスにより取り付けて、ＰＣＢ組立体の少なくとも一部を形成するステップであって、エポキシ積層体のチャネル及び／又は孔にジェットされた金属が、ＰＣＢ組立体の一部におけるＰＣＢ基板とエポキシ積層体の上面との間にある、ステップと、を含む、ＰＣＢ組立体の製造方法。
【0090】
１４． エポキシ積層体の上面及びＰＣＢ組立体の何れかの介在層及び／又は構成要素の上に半田マスク層を印刷するステップを更に含み、半田マスク層がＬＡＤによって印刷される、実施形態１３に記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0091】
１５． 半田マスク層の上にＬＡＤによってラベルを印刷するステップを更に含む、実施形態１３又は１４の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0092】
１６． ＬＡＤによって半田マスク層の孔に金属コネクタを印刷するステップを更に含む、実施形態１３～１５の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0093】
１７． プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体を製造するシステムであって、
ＰＣＢ基板を保持するように構成され、複数の処理ステーションの間で並進可能な基板ホルダを備え、
処理ステーションは、
１又は２以上の材料のそれぞれのものがコーティング又は他の方法で配置されたそれぞれのドナー基板から材料のそれぞれのものを個別にジェットすることにより、１又は２以上の材料をレーザアシスト堆積（ＬＡＤ）するように構成された印刷ステーションと、
ＰＣＢの基板上に材料の堆積されたものを加熱、赤外線（ＩＲ）照射、又は紫外線（ＵＶ）照射によって硬化させるように構成された硬化ステーションと、
ＰＣＢ基板及び／又はその上に配置された材料の層にスルーホール及び／又はビアを穿孔又は彫刻するように構成された穿孔ステーションと、
を含む、ＰＣＢ組立体を作製するためのシステム。
ＰＣＢ基板を保持するように構成され、複数の処理ステーションの間で並進可能な基板ホルダを備え、
処理ステーションは、
１又は２以上の材料のそれぞれのものがコーティング又は他の方法で配置されたそれぞれのドナー基板から材料のそれぞれのものを個別にジェットすることにより、１又は２以上の材料をレーザアシスト堆積（ＬＡＤ）するように構成された印刷ステーションと、
ＰＣＢの基板上に材料の堆積されたものを加熱、赤外線（ＩＲ）照射、又は紫外線（ＵＶ）照射によって硬化させるように構成された硬化ステーションと、
ＰＣＢ基板及び／又はその上に配置された材料の層にスルーホール及び／又はビアを穿孔又は彫刻するように構成された穿孔ステーションと、
を含む、ＰＣＢ組立体を作製するためのシステム。
【0094】
１８． 印刷ステーションは更に、ＰＣＢ基板及び／又はＰＣＢ組立体の追加層上に印刷された材料のそれぞれのもののレーザ焼結及び／又はレーザアブレーション用に構成される、実施形態１７に記載のＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【0095】
１９． 上記材料は、銅及び金ペースト、エポキシ、並びに半田マスク材料を含む、実施形態１７又は１８の何れかに記載のＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【0096】
２０． 印刷ステーション、硬化ステーション、及び／又は穿孔ステーションによるＰＣＢ基板の両側面へのアクセスを可能にするために、ＰＣＢ基板を反転させるように構成されたユニットを更に備える、実施形態１７～１９の何れかに記載のＰＣＢ組立体を製造するためのシステム。
【0097】
２１． プリント回路基板ＰＣＢ組立体の製造方法であって、
ＰＣＢ基板の第１の側面からＰＣＢ基板に１又は２以上のビアを穿孔又はレーザ彫刻するステップであって、ビアはＰＣＢ基板の厚さ全体を通って延びていない、ステップと、
レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によって、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分の上及びビアの１又は２以上内に金属ペーストを第１の厚さまで堆積させるステップであって、堆積は、入射レーザビームによって第１のキャリア基板上のドナーフィルムから少量の金属ペーストをＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内にジェットし、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分上及び１又は２以上のビア内に堆積された金属ペーストを硬化させ、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、堆積され硬化された金属ペーストを焼結することによって行われ、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に金属ペーストの所望の厚さが達するまで、金属ペーストの堆積、硬化及び焼結を繰り返し、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に連続した厚さを形成する、ステップと、
ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内の所望の厚さの金属ペースト上にＬＡＤによってパッシベーション層を印刷するステップであって、印刷は、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、第２のキャリア基板から少量のエポキシをジェットして、パッシベーション層を硬化させることによって行われる、ステップと、
パッシベーション層の上にＬＡＤによって半田マスクを形成するステップであって、半田マスクは、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、第３のキャリア基板から少量の半田マスク材料をジェットして、半田マスクを硬化させることによって形成される、ステップと、
を含む、ＰＣＢ組立体の製造方法。
ＰＣＢ基板の第１の側面からＰＣＢ基板に１又は２以上のビアを穿孔又はレーザ彫刻するステップであって、ビアはＰＣＢ基板の厚さ全体を通って延びていない、ステップと、
レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によって、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分の上及びビアの１又は２以上内に金属ペーストを第１の厚さまで堆積させるステップであって、堆積は、入射レーザビームによって第１のキャリア基板上のドナーフィルムから少量の金属ペーストをＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内にジェットし、ＰＣＢ基板の少なくとも第１の部分上及び１又は２以上のビア内に堆積された金属ペーストを硬化させ、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、堆積され硬化された金属ペーストを焼結することによって行われ、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に金属ペーストの所望の厚さが達するまで、金属ペーストの堆積、硬化及び焼結を繰り返し、ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内に連続した厚さを形成する、ステップと、
ＰＣＢ基板上及び１又は２以上のビア内の所望の厚さの金属ペースト上にＬＡＤによってパッシベーション層を印刷するステップであって、印刷は、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、第２のキャリア基板から少量のエポキシをジェットして、パッシベーション層を硬化させることによって行われる、ステップと、
パッシベーション層の上にＬＡＤによって半田マスクを形成するステップであって、半田マスクは、金属ペーストの堆積に使用されたのと同じレーザを使用して、第３のキャリア基板から少量の半田マスク材料をジェットして、半田マスクを硬化させることによって形成される、ステップと、
を含む、ＰＣＢ組立体の製造方法。
【0098】
２２． 半田マスク層が、熱又は紫外線（ＵＶ）照射を用いて硬化される、実施形態２２のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0099】
２３． パッシべーション層が、熱又は赤外線（ＩＲ）照射を用いて硬化される、実施形態２１又は２２の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0100】
２４． 金属ペーストが、熱又は赤外線（ＩＲ）照射を用いて硬化される、実施形態２１～２３の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0101】
２５． ＰＣＢ基板が、穿孔、堆積、印刷、及び形成プロセスが行われる位置の間で並進可能なステージ上で、穿孔、堆積、印刷、及び形成プロセスの間で移動される、実施形態２１～２４の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0102】
２６． 金属ペーストの堆積及びパッシべーション層の印刷のプロセスは、ＰＣＢ基板と半田マスクとの間に金属ペースト及びエポキシの両方の複数の層を有するＰＣＢ組立体を製造するように、半田マスクを形成する前に複数回行われる、実施形態２１～２５の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0103】
２７． 半田マスクを形成する前に、パッシべーション層内に電子構成要素のための第１の金属電気コネクタを形成するステップを更に含む、実施形態２１～２６の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0104】
２８． 半田マスク内に電子構成要素のための第２の金属電気コネクタを形成するステップを更に含む、実施形態２１～７の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0105】
２９． 第１の金属電気コネクタは、第２の金属電気コネクタとは異なる金属から形成される、実施形態２１～２８の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0106】
３０． １又は２以上の半田接合によって電子構成要素を第２の金属電気コネクタに取り付けるステップを更に含む、実施形態２１～２９の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0107】
３１． 電子構成要素の上に１又は２以上の追加のパッシべーション層及び／又は半田マスク層を形成するステップを更に含む、実施形態２１～３０の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0108】
３２． 電子構成要素を取り付ける前に、ＬＡＤによって電子構成要素のための１又は２以上の支持構造を印刷するステップを更に含む、実施形態２１～３１の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0109】
３３． ＰＣＢ基板上の金属ペーストの所望の厚さが、少なくとも第１の金属トレースを形成し、パッシべーション層が、第１の金属トレースの対応する第１の部分を覆う少なくとも第１の部分を含み、パッシべーション層の第１の部分の上に第２の金属トレースを印刷するステップを更に含む、実施形態２１～３２の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【0110】
３４． 上記第２の金属トレースは、ＬＡＤを用いて印刷される、実施形態２１～３３の何れかに記載のＰＣＢ組立体の製造方法。
【符号の説明】
【0111】
１０２ ＣＮＣヘッド
１０４ ＰＣＢコア基板
１２０ 基板ホルダ
１００３ 撮像サブシステム
１００４ レーザサブシステム
１００８ ＵＶ光サブシステム
１０１２ 加熱サブシステム
１０１６ ＸＹＺ並進サブシステム
１０１８ ＰＣＢフリッパー
１０２０ ホットプレスサブシステム
１０２２ ＬＡＤドナー材料
１０３０ ステージ
１０４ ＰＣＢコア基板
１２０ 基板ホルダ
１００３ 撮像サブシステム
１００４ レーザサブシステム
１００８ ＵＶ光サブシステム
１０１２ 加熱サブシステム
１０１６ ＸＹＺ並進サブシステム
１０１８ ＰＣＢフリッパー
１０２０ ホットプレスサブシステム
１０２２ ＬＡＤドナー材料
１０３０ ステージ
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図1d】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8a】
【図8b】
【図9a】
【図9b】
【図10a】
【図10b】
【図11a】
【図11b】
【図11c】
【図11d】
【図11e】
【図11f】
【図11g】
【図12a】
【図12b】
【図12c】
【図12d】
【図13a】
【図13b】
【図13c】
【図13d】
【図13e】
【図13f】
【図13g】
【図13h】
【図13i】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【手続補正書】
【提出日】2022-12-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリント回路基板（ＰＣＢ）組立体（１３００）を製造する方法であって、レーザアシスト堆積（ＬＡＤ）によりＰＣＢ基板（１０４、１２０１、１３０２）上に金属層（１３０４）を堆積させるステップであって、前記ＬＡＤでは、レーザ（２０４、１１２６、１１３６）を用いて、第１のドナー基板（２１０）から前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）上及び／又はその中の１又は２以上の孔（１０６）への金属液滴（２０６）のジェットが行われて、前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）上に前記金属層（１３０４）を形成し、前記金属層（１３０４）がその後乾燥されて焼結される、ステップと、
前記金属層（１３０４）の所望の厚さに達したか否かを決定するように、撮像ユニット（１００３）を用いて前記金属層（１３０４）を撮像するステップと、
前記金属層（１３０４）が所望の厚さに達するまで、前記ジェット、乾燥、焼結、及び撮像を繰り返すステップと、
その後、前記金属層（１３０４）の上に少なくとも１つのパッシべーション層（４０８、１２０４、１３０６）を形成するステップと、
を含む、ＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項2】
前記金属層（１３０４）が所望の厚さを超える場合、前記金属層（１３０４）をアブレーションするステップを更に含む、請求項１に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項3】
前記アブレーションが、前記第１のドナー基板（２１０）から前記金属液滴（２０６）をジェットするために使用されるレーザ（２０４、１１２６、１１３６）を用いて行われる、請求項２に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項4】
前記少なくとも１つのパッシベーション層（４０８、１２０４、１３０６）が、ローラ（４０３）又はブレードを使用して前記金属層（１３０４）の上に堆積又はコーティングされたエポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）か、又はＬＡＤによって第２のドナー基板（４０４）上のエポキシコーティング（４０２）から前記金属層（１３０４）の上に印刷されたエポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）のうちの１つを含む、請求項１～３の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項5】
ＬＡＤによってエポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）の上に追加の金属層（１３０４）を印刷するステップを更に含む、請求項４に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項6】
前記金属層（１３０４）が、第１の金属トレース（９０２）を含み、前記エポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）が、前記第１の金属トレース（９０２）の少なくとも第１の部分を覆うエポキシ（９１０）の少なくとも第１の部分を含み、前記追加の金属層（１３０４）が、前記第１の金属トレース（９０２）の前記第１の部分を覆う前記エポキシ層（９１０）の第１の部分の上に配置された少なくとも一部を有する第２の金属トレース（９０４）を含む、請求項５に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項7】
熱気（４１０）及び／又は赤外線（ＩＲ）照射によって前記エポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）を硬化させるステップを更に含む、請求項４～６の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項8】
前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の前記１又は２以上の孔（１０６）は、ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の第１の側面を穿孔又はレーザ彫刻することによって前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の第１の側面に形成されるが、前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の厚さ全体を貫通せず、前記金属層（１３０４）は、ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の第１の側面からＬＡＤによって前記１又は２以上の孔（１０６）に形成され、その後、前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）が反転されて、前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の第２の側面を通って穿孔又はレーザ彫刻により、前記１又は２以上の孔（１０６）が前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の厚さを通って完成し、前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）の第２の側面を通す穿孔又はレーザ彫刻により露出された１又は２以上の孔（１０６）の残りの部分がＬＡＤによってメタライゼーションされる、請求項１～７の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つのパッシべーション層（４０８、１２０４、１３０６）、前記ＰＣＢ組立体（１３００）の何れかの介在層及び／又は構成要素（１３１６ｂ）の上に半田マスク層（７０２、１１６０、１１１０、１２０６、１３０８）を印刷するステップを更に含み、前記半田マスク層（７０２、１１６０、１１１０、１２０６、１３０８）がＬＡＤによって印刷される、請求項１～８の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項10】
前記半田マスク層（７０２、１１６０、１１１０、１２０６、１３０８）上にＬＡＤによってラベル（８０２）を印刷するステップを更に含む、請求項９に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項11】
ＬＡＤによって前記半田マスク層（７０２、１１６０、１１１０、１２０６、１３０８）の孔に金属コネクタ（１２０８）を印刷するステップを更に含む、請求項９に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項12】
ＬＡＤによって前記エポキシ層（４０８、１２０４、１３０６）の孔に金属コネクタ（１３１２）を印刷するステップを更に含む、請求項１～１１の何れか１項に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【請求項13】
前記ＰＣＢ基板（１０４、１２０２、１３０２）のビア（１０６）を前記金属ペースト（２０８）で充填することなく、前記ビア（１０６）の側壁面（２２０）のみを前記金属ペースト（２０８）でコーティングするように、ＬＡＤによって前記ビア（１０６）の側壁面（２２０）上に前記金属ペースト（２０８）を直接印刷するステップを更に含む、請求項１に記載のＰＣＢ組立体（１３００）の製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
フレキシブルエレクトロニクスとは、現在では、フレキシブル基板上に電子デバイスを蒸着させることにより電子回路を構築する技術を指す。脆弱な半導体ウェハー上に構築された従来の（リジッド）マイクロエレクトロニクスと同等の性能を有するが、光透過性、軽量、伸張可能／屈曲可能な形式を可能にし、大面積にわたって迅速な印刷を容易にするフレキシブルエレクトロニクスを作製することで、フレキシブルディスプレイ、薄膜太陽電池、大面積センサー及びアクチュエータなど、多様な応用を可能にすることが示されている。これら用途全てにおいて、回路及び回路上に組み込まれる構成要素のフレキシビリティは、典型的なリジッド回路との重要な違いを表している。今日まで、屈曲可能な（ヤング率、すなわち、機械的張力とそれに対応する伸び率との比に等しい材料特性又はパラメータを記述する弾性率であり、従って材料の剛性の尺度によって制御される）及び伸張可能な（長さの変化に伴う幅の相対的変化の測定値、又は伸張中に構成要素が「ネックインする」傾向を指すポアソン比によって制御される）エレクトロニクスは、小さな破壊歪み（ヤング率が高くポアソン比が１）に起因して無機材料をベースにしている。フレキシブルエレクトロニクスの典型的な実施形態は、屈曲又は伸張によって誘起される歪みを最小限に抑えるため基板上に半導体、導体、及び／又は絶縁体として採用された薄膜無機材料である。別の実施形態は、波状パターンの回路によって表われ、回路材料自体に実質的な歪みを有することなく、完全に可逆的な伸張性／圧縮率を提供することができる。
米国特許公開第２０２０／０３５０２７５号明細書には、３次元（３Ｄ）電子デバイスを製造する方法が記載されている。液体支持材料（例えば、光重合開始剤を有するエポキシアクリレート）が、１又は２以上のコネクタ及び１又は２以上の電子構成要素をその上に有するプリント回路基板（ＰＣＢ）にレーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）プロセスによって施工され、次いで、冷却及び／又は紫外線（ＵＶ）放射への曝露によって固体形態に硬化される。固化された支持体材料上に導電性材料層（例えば金属）がＬＩＦＴにより印刷され、１又は２以上の電子構成要素をＰＣＢ上のコネクタに電気的に接続する。その後、導電性材料層は、加熱により乾燥され、導電性層中の金属粒子がレーザビームを用いて焼結される。次いで、組立体は、封止材で封止することができる。
米国特許公開第２００８／０００１２９７号明細書には、パッケージ基板及びパッケージ基板を製造する方法が記載されている。パッケージ基板は、導電層、ビア、誘電体層及びその中に作製されたトレースを含むことができ、これらは全て、パッケージ基板内に埋め込まれたコアの片側面又は両側面にパターニングされている。一実施形態では、ビア及びトレースは、アブレーションプロセス及びその後のインク印刷プロセスによって形成することができる。他の実施形態では、ビア及びトレースは、限定ではないが、アブレーション、インク印刷、ペースト堆積、レーザアシスト堆積などの他のプロセスの様々な組み合わせによって形成することができる。様々な実施形態では、トレースは、１より大きいアスペクト比を有することができる。
米国特許公開第２００２／０１２２８９８号明細書には、受け側基板上に転写材料を堆積させる方法が記載されており、本方法は、レーザエネルギー源、受け側基板、及びターゲット基板を使用する。ターゲット基板は、レーザ対向面及び支持面を有するレーザ透過性支持体を含む。ターゲット基板はまた、支持面と接触する裏面と前面とを有する複合材料を含む。複合材料は、蒸着される転写材料とマトリックス材料の混合物を含む。マトリックス材料は、レーザエネルギーに晒されると、レーザ透過性支持体から脱離する性質を有する材料である。レーザエネルギー源は、レーザエネルギーがターゲット基板のレーザ対向面を通って、レーザ透過性支持体を通って、定義されたターゲット位置で複合材料に衝突するように、ターゲット基板に対して配置される。受け側基板は、ターゲット基板に対して間隔を置いて配置される。レーザエネルギー源は、定義されたターゲット位置で複合材料を脱離させるのに十分なエネルギーを有し、複合材料を定義されたターゲット位置から脱離させて、レーザ透過性支持体の支持面から持ち上げるようにする。複合材料は、受け側基板上の定義された受け位置にて堆積される。本方法は、受け側基板上に生体材料のパターンを形成するのに有用である。
米国特許公開第２０１５／０２０１５００号は、３次元印刷のデバイス、システム、及び方法を記載している。デバイスは、導電性３Ｄ印刷材料を選択的に吐出する第１の３Ｄ印刷ヘッドと、絶縁性３Ｄ印刷材料を選択的に吐出する第２の３Ｄ印刷ヘッドと、３Ｄ印刷向けのプリント回路基板（ＰＣＢ）を記述するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）スキームに基づいて第１及び第２の３Ｄ印刷ヘッドの動作を制御するプロセッサと、を含む。３Ｄプリンタデバイスは、（ａ）機能的多層ＰＣＢ、又は（ｂ）機能的単体電子構成要素、又は（ｃ）埋め込まれ又は統合された電子構成要素を有する機能的ＰＣＢを３Ｄ印刷するために３Ｄ印刷法を利用し、これらの何れもが統合３Ｄ印刷プロセスで３Ｄ印刷された。
国際特許ＷＯ２０２０／２０５６９１は、側面実装構成要素及びコンタクトを有するプリント回路を製造するために付加製造（ＡＭ）を使用するシステム及び方法を記載している。より具体的には、本開示は、電子構成要素（ＡＭＥ）、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）及び高密度相互接続プリント回路基板（ＨＤＩＰＣＢ）（ＰＣＢ、ＦＰＣ及びＨＤＩＰＣＢをまとめて、ＡＭＥ、又はＡＭＥ回路と呼ぶ）を作製するための付加製造方法であって、プリントＡＭＥの各々の側壁又はファセットのＺ軸に沿って導電コンタクト及び／又は構成要素を有する、付加製造方法に向けられている。
米国特許公開第２０１６／０１９８５７６号明細書には、構造材料を含む３Ｄ構造を含む、印刷された３Ｄ機能部品が記載されている。少なくとも１つの機能電子デバイスが、３Ｄ構造内に少なくとも部分的に埋め込まれる。機能電子デバイスは、３Ｄ構造体の内面に対して固定されたベースを有する。１又は２以上の導電性フィラメントが、少なくとも部分的に３Ｄ構造に埋め込まれ、少なくとも１つの機能性電子デバイスに電気的に接続されている。
米国特許公開第２０２０／０３５０２７５号明細書には、３次元（３Ｄ）電子デバイスを製造する方法が記載されている。液体支持材料（例えば、光重合開始剤を有するエポキシアクリレート）が、１又は２以上のコネクタ及び１又は２以上の電子構成要素をその上に有するプリント回路基板（ＰＣＢ）にレーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）プロセスによって施工され、次いで、冷却及び／又は紫外線（ＵＶ）放射への曝露によって固体形態に硬化される。固化された支持体材料上に導電性材料層（例えば金属）がＬＩＦＴにより印刷され、１又は２以上の電子構成要素をＰＣＢ上のコネクタに電気的に接続する。その後、導電性材料層は、加熱により乾燥され、導電性層中の金属粒子がレーザビームを用いて焼結される。次いで、組立体は、封止材で封止することができる。
米国特許公開第２００８／０００１２９７号明細書には、パッケージ基板及びパッケージ基板を製造する方法が記載されている。パッケージ基板は、導電層、ビア、誘電体層及びその中に作製されたトレースを含むことができ、これらは全て、パッケージ基板内に埋め込まれたコアの片側面又は両側面にパターニングされている。一実施形態では、ビア及びトレースは、アブレーションプロセス及びその後のインク印刷プロセスによって形成することができる。他の実施形態では、ビア及びトレースは、限定ではないが、アブレーション、インク印刷、ペースト堆積、レーザアシスト堆積などの他のプロセスの様々な組み合わせによって形成することができる。様々な実施形態では、トレースは、１より大きいアスペクト比を有することができる。
米国特許公開第２００２／０１２２８９８号明細書には、受け側基板上に転写材料を堆積させる方法が記載されており、本方法は、レーザエネルギー源、受け側基板、及びターゲット基板を使用する。ターゲット基板は、レーザ対向面及び支持面を有するレーザ透過性支持体を含む。ターゲット基板はまた、支持面と接触する裏面と前面とを有する複合材料を含む。複合材料は、蒸着される転写材料とマトリックス材料の混合物を含む。マトリックス材料は、レーザエネルギーに晒されると、レーザ透過性支持体から脱離する性質を有する材料である。レーザエネルギー源は、レーザエネルギーがターゲット基板のレーザ対向面を通って、レーザ透過性支持体を通って、定義されたターゲット位置で複合材料に衝突するように、ターゲット基板に対して配置される。受け側基板は、ターゲット基板に対して間隔を置いて配置される。レーザエネルギー源は、定義されたターゲット位置で複合材料を脱離させるのに十分なエネルギーを有し、複合材料を定義されたターゲット位置から脱離させて、レーザ透過性支持体の支持面から持ち上げるようにする。複合材料は、受け側基板上の定義された受け位置にて堆積される。本方法は、受け側基板上に生体材料のパターンを形成するのに有用である。
米国特許公開第２０１５／０２０１５００号は、３次元印刷のデバイス、システム、及び方法を記載している。デバイスは、導電性３Ｄ印刷材料を選択的に吐出する第１の３Ｄ印刷ヘッドと、絶縁性３Ｄ印刷材料を選択的に吐出する第２の３Ｄ印刷ヘッドと、３Ｄ印刷向けのプリント回路基板（ＰＣＢ）を記述するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）スキームに基づいて第１及び第２の３Ｄ印刷ヘッドの動作を制御するプロセッサと、を含む。３Ｄプリンタデバイスは、（ａ）機能的多層ＰＣＢ、又は（ｂ）機能的単体電子構成要素、又は（ｃ）埋め込まれ又は統合された電子構成要素を有する機能的ＰＣＢを３Ｄ印刷するために３Ｄ印刷法を利用し、これらの何れもが統合３Ｄ印刷プロセスで３Ｄ印刷された。
国際特許ＷＯ２０２０／２０５６９１は、側面実装構成要素及びコンタクトを有するプリント回路を製造するために付加製造（ＡＭ）を使用するシステム及び方法を記載している。より具体的には、本開示は、電子構成要素（ＡＭＥ）、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）及び高密度相互接続プリント回路基板（ＨＤＩＰＣＢ）（ＰＣＢ、ＦＰＣ及びＨＤＩＰＣＢをまとめて、ＡＭＥ、又はＡＭＥ回路と呼ぶ）を作製するための付加製造方法であって、プリントＡＭＥの各々の側壁又はファセットのＺ軸に沿って導電コンタクト及び／又は構成要素を有する、付加製造方法に向けられている。
米国特許公開第２０１６／０１９８５７６号明細書には、構造材料を含む３Ｄ構造を含む、印刷された３Ｄ機能部品が記載されている。少なくとも１つの機能電子デバイスが、３Ｄ構造内に少なくとも部分的に埋め込まれる。機能電子デバイスは、３Ｄ構造体の内面に対して固定されたベースを有する。１又は２以上の導電性フィラメントが、少なくとも部分的に３Ｄ構造に埋め込まれ、少なくとも１つの機能性電子デバイスに電気的に接続されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0026】
次に、メタライゼーションプロセスに目を向けると、本発明の実施形態では、これは、ペースト印刷によって実施することができる。図２ａは、ＰＣＢ基板製造システム２００において、ビア１０６が彫刻／穿孔されたＰＣＢ基板１０４のような非平坦面が、レーザ誘起ジェットによって金属ペースト２０２で覆われる方法を示す。レーザ誘起ジェットは、レーザビーム２０４を使用して、制御された材料堆積によってパターン化された表面を形成するＬＡＤの一形態である。特に、レーザ光子は、ドナーフィルム２０８からＰＣＢ基板１０４のようなアクセプタ基板に向かって少量の材料２０６を発射させる駆動力を提供する。典型的には、レーザビーム２０４は、非吸収キャリア基板２１０上にコーティングされたドナーフィルム２０８の内側と相互作用する。言い換えれば、入射したレーザビーム２０４は、光子がフィルム２０８の内面により吸収される前に、透明基板２１０を通って伝搬する。あるエネルギー閾値を超えると、材料２０６は、ドナーフィルム２０８から、作業エリアのステージ（この図には示されていない）上に位置するＰＣＢ基板１０４の表面に向かって放出される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0032】
図４ａ及び図４ｂを参照すると、エポキシ層とすることができ且つパッシベーション層として機能する誘電体層４０８は、ローラ又はブレードの助けを借りて（図４ａを参照）、又は図４ｂに示すようにレーザジェットシステムを使用してドナーフィルムから誘電体層を印刷することによって、金属（又は他の）層及び／又はＰＣＢ基板上に堆積又はコーティングすることができる。ローラ４０３又はブレードを用いて液体エポキシ４０２をコーティングする場合、エポキシは、シリカボール等の充填剤を含む粘性液体とすることができる。一定量のエポキシ４０２が、基板の一端に施工され、ポリテトラフルオロエチレン、セラミック、シリコーン、又は他の材料のような固着防止材料で作られ又はコーティングすることができるローラ４０３が、金属層２１４上の所望の高さに配置され、基板の上を横方向に移動して、エポキシ４０２を所望の厚さ「ｈ」で均一に層４０８に広げる。場合によっては、ローラ４０３を所定位置に固定し、基板をその下方に移動させてエポキシを広げるようにすることができる。ローラの代わりにブレードアプリケータが使用される場合、基板に対するブレードの角度は、エポキシに加えられる垂直力に影響することになる。角度が小さすぎる場合には、エポキシが金属層の一部の間の小さなアパーチャ内に詰め込まれない可能性がある。同時に、ブレード圧力が小さすぎる場合には、エポキシが基板にクリーンに施工されるのが妨げられる可能性があり、ブレード圧力が高すぎる場合には、所望の被覆領域の外にエポキシが漏洩する結果となる可能性がある。従って、ブレード角度の調整手段を設けて、エポキシ粘度及び他の特性に応じてブレード角度を調整する必要がある。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0061】
両面多層ＰＣＢを形成するためのプロセスは、両側面からの穿孔が必要であるために幾つかの対応が必要であることを除いて、片面多層ＰＣＢを形成するために上述したものと同様である。図１２Ａを参照すると、両面多層ＰＣＢ１２００は、ＰＣＢ基板１２０２を含み、その各側面に、各々がエポキシ層１２０４によって分離された１又は２以上の金属（例えば、銅）層（トレース）１２０３がある。各側面に、最終的なエポキシ層は半田マスク層１２０６でカバーされ、電気構成要素が接続される位置に金（又は他の金属）コネクタ１２０８が追加される。金コネクタ１２０８は、エポキシ層の銅（又は他の金属）充填ビア及び孔１２１０によって下側の銅層に電気的に接続される。
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図4a】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図12a】
【国際調査報告】