(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に誘電体を付着させるための第１のプリントエンジンと、
マイクロワイヤスプールを収容するマイクロワイヤスプール機であって、第１の所望の距離で前記第１のプリントエンジンを追跡するように接続され、前記誘電体層上に導電性のマイクロワイヤトレースを位置決めするテンションガイドを組み込んでいるマイクロワイヤスプール機と、
前記マイクロワイヤスプール機の後を追って、前記導電性のマイクロワイヤトレースの上に第２の所望の距離で前記第１のプリントエンジンを追跡するように接続され、前記導電性のマイクロワイヤトレースを絶縁する被覆用の誘電体層を付着させる第２のプリントエンジンと
を備えるマイクロ回路付着システム。
【請求項２】
前記導電性のマイクロワイヤトレースを所望の長さで切断するカッタをさらに備えている、請求項１に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項３】
プリント時の粘着性を有するうちに前記導電性のマイクロワイヤトレースが前記誘電体層上に付着されて、前記導電性のマイクロワイヤトレースを束縛する粘着効果をもたらす、請求項１に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項４】
前記プリントされた誘電体が紫外線感受性であり、前記システムが、前記プリントエンジンの１つに追従して前記誘電体を硬化させる少なくとも１つの紫外線（ＵＶ）供給源をさらに備えている、請求項１に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項５】
前記マイクロワイヤが前記スプールから引き出されて１組の供給ローラを通して供給される、請求項１に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項６】
前記供給ローラから前記誘電体上に配置するように前記マイクロワイヤの方向付けおよび案内を行う案内ベールをさらに備えている、請求項５に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項７】
前記トレースの所望の直線性をもたらすテンションガイドをさらに備えている、請求項３に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項８】
前記誘電体層および前記被覆用の誘電体層に相互接続用のギャップを形成するために、前記第１のプリントエンジンおよび前記第２のプリントエンジンが中断可能である、請求項１に記載のマイクロ回路付着システム。
【請求項９】
誘電体材料の底部層をプリントして、引き出されたマイクロワイヤを基板材料から絶縁することと、
第１の所望の距離で前記誘電体材料の底部層を追跡するように、前記引き出されたマイクロワイヤを前記誘電体材料の前記層上に配置することと、
第２の所望の距離で前記誘電体材料の底部層を追跡するように、前記誘電体材料の頂部層をプリントして、前記引き出されたマイクロワイヤをその周囲から絶縁することと
を含むマイクロワイヤ導入方法。
【請求項１０】
ＵＶ硬化を適用して前記誘電体の底部層を乾燥させることをさらに含む、請求項９に記載のマイクロワイヤを導入するための方法。
【請求項１１】
ＵＶ硬化を適用して前記誘電体の頂部層を乾燥させることをさらに含む、請求項９に記載のマイクロワイヤを導入するための方法。
【請求項１２】
頂部層をプリントすることが、回路を相互接続するために所定の位置にギャップを設けることを含む、請求項９に記載のマイクロワイヤを導入するための方法。
【請求項１３】
底部層をプリントすることが、回路を相互接続するために所定の位置にギャップを設けることを含む、請求項９に記載のマイクロワイヤを導入するための方法。
【請求項１４】
前記頂部層にギャップを形成することで回路を相互接続するために導電インクを直接プリントすることをさらに含む、請求項１２に記載のマイクロワイヤを導入するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に電子回路の分野に関し、より詳細には、誘電体材料および導電性材料を電気回路用のマイクロワイヤ導体と組み合わせて付着させるための実施形態に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新のシステムでは、複合外板、および個別の配線を減らすことが望ましいプラットフォーム上の支持構造への直接的な付着を含めた、パッケージ（ＳＩＰ）デバイス内、または車両もしくは無人飛行機（ＵＡＶ）などの他のプラットフォームの共形面上に電気回路を生成するための有効なシステムが必要なものになりつつある。現在のシステムは、誘電体材料および導電性材料を所望の表面上にプリントする「直接書き込みプロセス」を取り入れている。そうしたプロセスは、ナノサイズの粒子または導体、半導体および誘電体を組み込んだインクおよびペーストを使用する。前述のナノ材料を溶媒に懸濁させ、次いで、硬化処理または熱処理を用いて溶媒を除去する。現在こうしたプロセスによって設けられる導電性トレースは、かなりの抵抗を示すことがあり、それが、出力またはインピーダンスに感受性の信号を伝える多くの回路に悪影響を及ぼす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、より強い機械的特性およびより低いインピーダンスを示す、高品質のトレースを配置する回路付着システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的な実施形態は、基板上に誘電体を付着させるための第１のプリントエンジンを組み込んだマイクロ回路付着システムを提供する。マイクロワイヤスプール機は、マイクロワイヤスプールを収容し、誘電体層上にマイクロワイヤトレースを位置決めするテンションガイドを組み込んでいる。第２のプリントエンジンは、マイクロワイヤスプール機の後を追い、マイクロワイヤトレースの上に被覆用の誘電体層を付着させる。
【０００５】
論じてきた特徴、機能および利点は、本発明の様々な実施形態において独立に実現することが可能であり、あるいは、さらに他の実施形態として組み合わせることができるが、それについてのさらなる詳細は、以下の記述および図面を参照すると理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示的な実施形態を使用する付着システムの各要素の概略図である。
【図２Ａ】図１のシステムによって付着させた構成層の概略図である。
【図２Ｂ】図１のシステムによって付着させた構成層の概略図である。
【図２Ｃ】図１のシステムによって付着させた構成層の概略図である。
【図３】図１の例示的な実施形態のためのマイクロワイヤ付着要素の各要素について、図式化された細部を示す図である。
【図４】例示的な実施形態を使用するマイクロワイヤの付着プロセスの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書に記載される実施形態は、直径１００マイクロメートル未満（約３８ゲージ以下）の細い絶縁されていない銅ワイヤ（マイクロワイヤ）を、複合外板、サブシステムの筐体、および個別配線を減らすことが望ましいプラットフォーム上の支持構造を含めた様々な基板の上に、制御された形で導入するためのシステムを説明するものである。スプール機が制御チップを備えた基板上にマイクロワイヤを配置し、直接書き込み式の付着システムが、マイクロワイヤ、およびマイクロワイヤを他のトレースまたは回路要素と橋渡しすることが求められる導電材料を絶縁するために、ツールチップに先行および追従して誘電体材料をプリントする。
【０００８】
図面を参照すると、図１は、誘電体層または絶縁層１２を基板１４上に付着させるために第１のプリントエンジン１０を使用する、付着システムの例示的な実施形態を示している。マイクロワイヤスプール機１６は、マイクロワイヤスプール１８を収容し、テンションガイド２０を使用して誘電体層上にマイクロワイヤトレース２２を位置決めする。スプール機は、所望の距離で第１のプリントエンジンを追跡するように、機械的にまたは制御可能に接続することができる。例示的な実施形態では、マイクロワイヤトレースは、プリント時の粘着性を有しているうちに誘電体層上に付着させることができ、これによりマイクロワイヤトレースを束縛する粘着効果が得られる。カッタ２４が、マイクロワイヤトレースを所望の長さで切断する。第２のプリントエンジン２６がマイクロワイヤスプール機の後を追い、被覆用の誘電体層または絶縁層２８を付着させる。第２のプリントエンジンは、所望の距離で第１のプリントエンジンを追跡するように、機械的にまたは制御可能に接続することができる。
【０００９】
図２Ａ〜２Ｃに示すように、基板１４の上に付着した誘電体層１２は、システムインパッケージ（ＳＩＰ）型の集積回路、他のプリント回路要素、または無人飛行機（ＵＡＶ）の外板などの操作面のいずれかに関連付けられた複合材、チタン、アルミニウムまたは別の材料の表面とすることができる基板の表面からマイクロワイヤトレースを分離するために、図２Ａに示すような絶縁性の経路を形成する。例示的な実施形態では、誘電体層はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）材料を組み込んでいる。図２Ｂに示すように誘電体層１２上に付着したマイクロワイヤトレース２２は、プリントされた導電性トレースに応じた優れた機械的特性を備える高伝導率のトレースを形成する。例示的な実施形態では銅（Ｃｕ）ワイヤが使用されるが、別の実施形態では導電性合金を使用することもできる。一例として、長さ１ｍの銀インクのプリントされたトレースは、約１ｋΩの抵抗を有する。Ｒ＝ρｌ／Ａ（ただし、Ｒは全抵抗、ρは抵抗率（Ｃｕでは１.６８×１０−８Ωｍ）、ｌはトレースの長さ（１ｍ）、Ａはトレースの断面積（例示的な３８ゲージのマクロワイヤでは、８×１０−９ｍ２）である）のマイクロワイヤトレースの例示的な実施形態では、１ｍのトレースに対して２．１Ωの全抵抗がもたらされる。図２Ｃに示すような被覆用の誘電体層２８の付着によって、マイクロワイヤトレースに対する頂部の絶縁、ならびにマイクロワイヤを拘束するさらなる粘着性能が提供される。被覆用の誘電体層内にプリントギャップ３０が示されているが、これはシステムにおいて、後でプリントされる銀インクもしくは同様の材料のトレース、または交差接続用のトレースもしくは回路のための他のマイクロワイヤトレースとの交差接続を提供できることを表す。被覆用の層について示しているが、最初の誘電体層に、回路と基板上の導電性材料の下層とを相互接続するために同様のプリントギャップを使用することができ、それによって積層型の電子回路を可能にする。
【００１０】
システムは、誘電体層組成物の一部として紫外線感受性なポリマーを使用する誘電体層をプリントした後に硬化させるために、スプール機および第２のプリントエンジンを追跡する、図１に示すような１つまたは複数の紫外線（ＵＶ）硬化要素３２を使用することもできる。
【００１１】
図３に、マイクロワイヤスプール機１６の例示的な配置を示す。約３８または４０（それぞれ、１００．８３８μｍまたは７９．７５６μｍ）の小さいゲージのマイクロワイヤが分配スプール１８に保持され、分配スプール１８からマイクロワイヤが引き出され、１組の供給ローラ４２を通して供給される。案内ベール４４または同様の構造が、テンションガイド２０と共に、基板または誘電体の被覆層上に配置するようにマイクロワイヤの方向を定め、マイクロワイヤを案内する。ワイヤをトレースの終端で切断するために、カッタ２４が設けられる。示した実施形態の場合、カッタは、マイクロワイヤの末端４６が案内ベールから延びるように横方向に動作する。位置決めフット４８は、末端を係合して表面接触するように、入れ子式の取り付け部品５０の中を垂直方向に移動することができる。取り付け部品５０を通路５２内で水平方向にローラで取り付けることよって、フットの制御された横方向の動きが可能になり、スプール機の初期の横方向の動きの間、誘電体層１２の表面に十分に付着して位置を保つように末端の接触が維持される。次いでフットが引っ込められ、次いで案内ベールおよびテンションガイドが、トレースの所望の直線性をもって付着するように、マイクロワイヤトレースにおける十分なテンションを維持する。
【００１２】
記載される実施形態は、図４に示すように、直接的なプリントプロセスを用いて基板上に第１の誘電体層または絶縁層を付着させることによって回路を生成するためのプロセスを提供する（ステップ４０２）。次いで、マイクロワイヤを巻き出して誘電体層上に付着させ（ステップ４０４）、それによってワイヤを粘着的に留めることができる。特定の実施形態では、次いでＵＶ硬化を適用して、絶縁層および粘着剤を乾燥させる（ステップ４０６）。次いで、直接的なプリントプロセスを用いて、マイクロワイヤの上に第２の誘電体層または絶縁層を付着させ（ステップ４０８）、所定の位置でプリント供給を停止することによって、回路を相互接続するためのギャップを生成する（ステップ４１０）。特定の実施形態では、次いで第２の絶縁層のＵＶ硬化を実施する（ステップ４１２）。例示的な用途の場合、次いで、第２の層にギャップを生成することにより、回路を相互接続するための導電インクの直接的なプリントが行われる（ステップ４１４）。
【００１３】
他の実施形態は、引き出されたマイクロワイヤの回路付着システムとすることができる。このシステムは、基板上に誘電体を紫外線感受性なポリマーベースと共に中断可能に付着させるための第１のプリントエンジンと、第１のプリントエンジンを追跡するように接続されて、マイクロワイヤスプールを収容し、誘電体層上にマイクロワイヤトレースを位置決めするテンションガイドを組み込んだマイクロワイヤスプール機であって、前記マイクロワイヤが、スプールから引き出されて、１組の供給ローラを通して供給され、マイクロワイヤトレースが、プリント時の粘着性を有しているうちに誘電体層上に付着されることにより、マイクロワイヤトレースを束縛する粘着効果が得られ、前記スプール機が、供給ローラから誘電体上に配置するようにマイクロワイヤの方向を定め、マイクロワイヤを案内する案内ベールをさらに組み込んでいるマイクロワイヤスプール機と、トレースの所望の直線性をもたらすテンションガイド、およびマイクロワイヤトレースを所望の長さで切断するカッタと、誘電体層を粘着したマイクロワイヤトレースと共に硬化させるために、スプール機を追跡するように接続されたＵＶ供給源と、マイクロワイヤスプール機を追跡するように接続され、マイクロワイヤトレースの上に、被覆用の誘電体層を紫外線感受性なポリマーベースと共に中断可能に付着させる第２のプリントエンジンと、被覆用の誘電体層を硬化させるために、スプール機を追跡するように接続された第２ＵＶ供給源とを備える。
【００１４】
ここまで、特許法令によって必要とされる本発明の様々な実施形態について詳しく記載してきたが、当業者には、本明細書に開示される特定の実施形態に対する変更形態および代替形態が認識されるであろう。そうした変更形態は、以下の特許請求の範囲で定められる本発明の範囲および趣旨の範囲内である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  第１のプリントエンジン
１２  誘電体層または絶縁層
１４  基板
１６  マイクロワイヤスプール機
１８  マイクロワイヤスプール、分配スプール
２０  テンションガイド
２２  マイクロワイヤトレース
２４  カッタ
２６  第２のプリントエンジン
２８  被覆用の誘電体層または絶縁層
３０  プリントギャップ
３２  紫外線（ＵＶ）硬化要素
４２  供給ローラ
４４  案内ベール
４６  マイクロワイヤの末端
４８  位置決めフット
５０  取り付け部品
５２  通路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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