(57)【要約】【課題】コストの低減を図りながら所望の特性を有するコンデンサ等の電子回路要素を製造する装置および方法を提供する。【解決手段】基板５に対する粒子群の噴射箇所およびレーザー光の照射箇所のうち一方を他方に追従させるまたは一致させる。基板５の指定領域Ｓ0に対する誘電体粒子群の累積的な質量流束が、電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている指定値に一致するように粒子群の質量流束、粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数のうち少なくとも１つが制御される。【選択図】  図４
2015122362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板に電子回路要素を製造する装置であって、
粒子噴射装置と、
レーザー装置と、
前記粒子噴射装置による指定電気特性を有する粒子群の前記基板に対する噴射箇所および前記レーザー装置による前記基板に対するレーザー光の照射箇所を変位させるように、前記粒子噴射装置および前記レーザー装置のそれぞれと前記基板との相対的な位置および姿勢のうち一方または両方を変化させるように構成されている位置姿勢調節機構と、
前記基板に対する前記粒子群の噴射箇所および前記レーザー光の照射箇所のうち一方を他方に追従させるまたは一致させるように前記位置姿勢調節機構の動作を制御しながら、前記基板の指定領域に対する前記粒子群の累積的な質量流束が、前記電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている指定値に一致するように、記粒子噴射装置の動作に応じた前記粒子群の質量流束、ならびに前記位置姿勢調節機構の動作による前記粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数のうち少なくとも１つを制御するよう構成されている制御装置とを備えていることを特徴とする電子回路要素製造装置。
【請求項２】
絶縁性の基板に電子回路要素を製造する方法であって、
前記基板の指定領域に対して指定電気特性を有する粒子群を噴射する工程と、
前記基板に対する前記粒子群の噴射箇所に対してレーザー光を照射する工程と、
前記指定領域に対する前記粒子群の累積的な質量流束が、前記電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている指定値に一致するように前記粒子群の質量流束、ならびに前記指定領域に対する前記粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数のうち少なくとも１つを制御する工程と、を含むことを特徴とする電子回路要素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路要素を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢａＴｉＯ3等の数ｎｍ〜数μｍの誘電体粒子を熱溶射法によって絶縁層上の株電極に付着させることにより、コンデンサを構成する誘電体層が形成され、その後、樹脂がその周囲に充填されることにより、キャパシタが内蔵されたプリント基板を作製する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
樹脂充填の工数を省略しながら基板に埋め込まれながらも表面が露出している配線等を形成するため、レーザー支援型の微粒子埋め込み法（Laser Assisted Micro Powder Jet Implantation）が提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０００１４３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K.Suzuki et.al.:J.J.Appl.Phys.49 (2010) 06GN09
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、一般に粒子は小径であるほど高価であるため、誘電体層の誘電特性の調節等の要請のために小径の粒子を使用する必要がある場合、コンデンサの製造コストが増大する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、コストの低減を図りながら所望の特性を有するコンデンサ等の電子回路要素を製造する装置および方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の装置は、絶縁性の基板に電子回路要素を製造する装置であって、粒子噴射装置と、レーザー装置と、前記粒子噴射装置による指定電気特性を有する粒子群の前記基板に対する噴射箇所および前記レーザー装置による前記基板に対するレーザー光の照射箇所を変位させるように、前記粒子噴射装置および前記レーザー装置のそれぞれと前記基板との相対的な位置および姿勢のうち一方または両方を変化させるように構成されている位置姿勢調節機構と、前記基板に対する前記粒子群の噴射箇所および前記レーザー光の照射箇所のうち一方を他方に追従させるまたは一致させるように前記位置姿勢調節機構の動作を制御しながら、前記基板の指定領域に対する前記粒子群の累積的な質量流束が、前記電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている指定値に一致するように、前記粒子噴射装置の動作に応じた前記粒子群の質量流束、ならびに前記位置姿勢調節機構の動作による前記粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数のうち少なくとも１つを制御するよう構成されている制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の方法は、絶縁性の基板に電子回路要素を製造する方法であって、前記基板の指定領域に対して指定電気特性を有する粒子群を噴射する工程と、前記基板に対する前記粒子群の噴射箇所に対してレーザー光を照射する工程と、前記指定領域に対する前記粒子群の累積的な質量流束が、前記電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている指定値に一致するように、前記粒子群の質量流束、ならびに前記指定領域に対する前記粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数のうち少なくとも１つを制御する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の装置および方法によれば、基板の指定領域に対する粒子群の累積的な質量流束が指定値に制御されることにより、基板に到達した粒子群を構成する粒子同士の衝突による当該粒子の粉砕程度が調節される。すなわち、基板に到達した粒子群のうち少なくとも一部の粒子径が、当初よりも小さい値に調節されながら固く締まる。レーザー光の照射による局所的な加熱により、粒子群同士のネッキング等の変化が促進されることにより、当該粒子群が全体的にバルクとしての電気特性が実現される。
【００１１】
このため、当該値と同程度の粒子径を有する粒子群の不使用によりコスト低減を図りながら、当該粒子群を用いた場合と同等の特性を有する電子回路要素が製造されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電子回路要素製造装置の構成説明図。
【図２】本発明の電子回路要素製造方法の手順に関する説明図。
【図３】電子回路要素を構成する各層の形成方法に関する説明図。
【図４】電子回路要素を構成する各層の形成手順に関する説明図。
【図５】電子回路要素の電気特性と粒子群の累積的な質量流束との関係説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（構成）
本発明の一実施形態としての図１に示されている電子回路要素製造装置は、レーザー装置１と、導電体粒子噴射装置２１と、誘電体粒子噴射装置２２と、位置姿勢調節機構３と、制御装置４とを備えている。
【００１４】
レーザー装置１は、レーザー光を発生するレーザー発振器１１と、レーザー発振器１１により発生されたレーザー光を基板５に対して照射するための光ファイバーおよび集光レンズ等により構成されている光学系１２とを備えている。
【００１５】
導電体粒子噴射装置２１は、そのノズルから導電体粒子群を略直線状に噴出するように構成されている。導電体粒子としては、黒鉛粒子（カーボンナノチューブまたはカーボンナノシートなどの構造体も含む。）または黒鉛粒子とＰｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属粒子との混合粒子などの炭素系の導電体粒子が挙げられる。
【００１６】
誘電体粒子噴射装置２２は、そのノズルから誘電体粒子群を略直線状に噴出するように構成されている。誘電体粒子としては、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3またはＡｌ2Ｏ3などのセラミックス系の誘電体粒子が挙げられる。
【００１７】
位置姿勢調節機構３は、電子回路が製造される絶縁性の基板５と、レーザー装置１、導電体粒子噴射装置２１および誘電体粒子噴射装置２２のそれぞれとの相対的な位置および姿勢を調節するように構成されている。これにより、レーザー装置１による基板５に対するレーザー光の照射箇所と、導電体粒子噴射装置２１による基板５に対する導電体粒子群の噴射箇所と、誘電体粒子噴射装置２２による基板５に対する誘電体粒子群の噴射箇所とのそれぞれを変位させることができる。
【００１８】
本実施形態では、位置姿勢調節機構３は、基板５が載置または固定される基台３０を駆動させることにより、基台３０は、水平方向の直交する２軸方向（Ｘ方向およびＹ方向）またはこれに鉛直方向（Ｚ方向）が加わった３軸方向のそれぞれに対して駆動されうる。基台３０がピッチ軸（Ｙ軸）、ロール軸（Ｘ軸）およびヨー軸（Ｚ軸）のいずれかの軸回りに回動されることにより、世界座標系における基板５の姿勢が調節されてもよい。
【００１９】
なお、位置姿勢調節機構３がレーザー装置１（または光学系１２もしくはその構成部材）を駆動することにより、レーザー装置１の基台３０に対する位置および姿勢を変更するように構成され、これによりレーザー光の基板５に対する照射位置および方向が制御されてもよい。位置姿勢調節機構３が、導電体粒子噴射装置２１および誘電体粒子噴射装置２２のそれぞれを駆動することにより、導電体粒子噴射装置２１および誘電体粒子噴射装置２２の基台３０に対する位置および姿勢を変更するように構成され、これにより導電体粒子噴流（粒子群）および誘電体粒子噴流のそれぞれの基板５に対する噴射箇所および方向が制御されてもよい。
【００２０】
制御装置４は、コンピュータにより構成され、基板５に対するレーザー光の照射箇所に、導電体粒子群および誘電体粒子群のそれぞれの噴射箇所を一致または追従させるように位置姿勢調節機構３の動作を制御する。位置姿勢調節機構３の動作に応じた基板５に対する導電体および誘電体粒子群の噴射箇所の変位速度および通過回数、ならびに、粒子噴射装置２１、２２の動作に応じた粒子群の質量流束のうち少なくとも１つを制御する。これにより、基板５の指定箇所に対する粒子群の累積的な質量流束が、電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められる指定値に一致するように制御される。
【００２１】
粒子群の質量流束は、単位時間および単位面積当たりに基板５に対して噴射される粒子群の質量を意味し、噴射粒子群の密度Ｎｐ（ｋｇ／ｍ3）および噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）の積Ｎｐ×Ｖｐにより表わされる。粒子群の質量流束Ｎｐ×Ｖｐ、基板５に対する粒子群の噴射箇所の変位速度Ｖｓ（または通過速度）（ｍ／ｓ）および通過回数Ｎｓに基づき、関係式Ｍ＝Ｎｐ×Ｖｐ÷Ｖｓ×Ｎｓにしたがって粒子群の累積的な質量流束Ｍが定義される。
【００２２】
導電体粒子噴射装置２１および誘電体粒子噴射装置２２のそれぞれに対して物質を供給するための複数の供給ラインが設けられ、当該複数の供給ラインのそれぞれに流量調節弁などの供給量調節機構が設けられ、制御装置４により当該供給量調節機構の動作が制御される。導電体粒子噴射装置２１における導電体粒子のキャリアガスの速度または圧力および誘電体粒子噴射装置２２における誘電体粒子のキャリアガスの速度または圧力等が制御装置４により調節されることにより、各粒子群の質量流束が制御される。
【００２３】
（機能）
電子回路要素としてコンデンサが基板５に形成される実施形態について説明する。基板５において第１指定領域Ｓ１、第２指定領域Ｓ２および中間指定領域Ｓ０が、基板座標系（ｘ，ｙ）における各範囲の輪郭線を表わす座標値群によって定義される。例えば図３（ａ）において一点鎖線で囲まれている矩形状の第１指定領域Ｓ１、二点鎖線で囲まれている矩形状の第２指定領域Ｓ２および実線で囲まれている矩形状の中間指定領域Ｓ０が定義される。なお、第１指定領域Ｓ１、第２指定領域Ｓ２および中間指定領域Ｓ０の形状、サイズ、相対位置および相対姿勢は任意に変更されてもよい。
【００２４】
第１指定領域Ｓ１および第２指定領域Ｓ２は、基板５の表面の垂線方向（紙面に垂直な方向）について部分的に重なり合っている。中間指定領域Ｓ０は、第１指定領域Ｓ１および第２指定領域Ｓ２の重なり部分と、当該重なり部分の左側に連続する部分において第１指定領域Ｓ１に対して部分的に重なり合っている。中間指定領域Ｓ０は、第１指定領域Ｓ１および第２指定領域Ｓ２の重なり部分と、当該重なり部分の右側に連続する部分において第２指定領域Ｓ２に対して部分的に重なり合っている。
【００２５】
第１指定領域Ｓ１、第２指定領域Ｓ２および中間指定領域Ｓ０を定義する前記座標値群は、制御装置４を構成する記憶装置に格納される。なお、製造対象となるコンデンサを識別するための識別子と、当該各範囲を定義する座標値群とが関連付けられて記憶装置に保存され、マウスポインティング装置、タッチパネル式スイッチまたはキーボードなどの入力装置（図示略）を通じてユーザにより入力された識別子に基づき、対応する座標値群が記憶装置から読み出されてもよい。
【００２６】
以下、制御装置４により実行される演算処理の内容について説明する。まず、誘電体粒子群の中間指定領域Ｓ０（本発明の「指定領域」に相当する。）に対する噴射回数を示す指数ｉが「０」にリセットされる（図２／ＳＴＥＰ０２）。また、基板５において第１指定領域Ｓ１、第２指定領域Ｓ２および中間指定領域Ｓ０をすべて包含する領域に対してレーザー光が照射されることにより軟化点以上の温度に加熱される、または融点以上の温度に加熱されて窪みが予め形成される。基板５に機械加工が施されることにより溝が形成されてもよい。
【００２７】
続いて「第１導電体層形成処理」が実行される（図２／ＳＴＥＰ０４）。具体的には、制御装置４を構成するＣＰＵにより第１指定領域Ｓ１を定義する座標値群が記憶装置から読み出され、図３（ｂ）において斜線が付されている基板５における第１指定領域Ｓ１の位置、形状およびサイズが認識される。その上で、第１指定領域Ｓ１に対してレーザー光を照射させるとともに導電体粒子を衝突させるように、制御装置４により、レーザー装置１、導電体粒子噴射装置２１および位置姿勢調節機構３のそれぞれの動作が制御される。この際、誘電体粒子噴射装置２２の動作は停止されている。
【００２８】
これにより、例えば図４（ａ）に示されているように当該衝突箇所に第１導電体層Ｌ1が形成される。導電体粒子同士の衝突エネルギーにより、導電体粒子群が硬く締まり、全体として導電体層を形成する。レーザー光の照射により、導電体粒子群にＣｕ粒子等の金属粒子が含まれている場合、同じく導電体粒子群に含まれている炭素粒子群または基板５を構成する樹脂から切り離された炭素が還元剤となり、当該金属粒子の表面が還元される。これにより、第１導電体層Ｌ1の電気伝導率の向上が図られる。レーザー光の照射は任意で省略されてもよい。各回の第１導電体層形成処理により形成される第１導電体層の厚みは、導電体粒子の噴射量および位置姿勢調節機構３の駆動速度などが制御されることにより調節される。
【００２９】
続いて「誘電体層形成処理」が実行される（図２／ＳＴＥＰ０６）。具体的には、制御装置４を構成するＣＰＵにより中間指定領域Ｓ０を定義する座標値群が記憶装置から読み出され、図３（ｃ）において斜線が付されている基板５の中間指定領域Ｓ０が認識される。その上で、中間指定領域Ｓ０に対してレーザー光を照射するとともに誘電体粒子を衝突させるように、制御装置４により、レーザー装置１、誘電体粒子噴射装置２２および位置姿勢調節機構３のそれぞれの動作が制御される。この際、導電体粒子噴射装置２１の動作は停止されている。
【００３０】
これにより、例えば図４（ｂ）に示されているように当該衝突箇所に誘電体層Ｌ0i（ｉ＝１）形成される。誘電体粒子群に対してレーザー光が照射されることにより、誘電体粒子群が加熱されてその焼結が進行し、セラミックス焼結体により構成されている誘電体層Ｌ0iが形成される。この際、先に形成されている第１導電体層Ｌ1を構成する炭素の一部が燃焼することにより、一酸化炭素雰囲気が局所的に形成され、それ以上の炭素燃焼の進行が抑制されるため、当該導電体層Ｌ0iが消失することが回避される。各回の誘電体層形成処理により形成される誘電体層Ｌ0iの厚みは、誘電体粒子の噴射量および位置姿勢調節機構３の駆動速度などが制御されることにより調節される。
【００３１】
ここで、指数ｉが「１」だけ増加され（図２／ＳＴＥＰ０８）、指数ｉが目標値Ｎに達しているか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ１０）。目標値Ｎは、電子回路要素の目標電気特性を実現するために定められている。コンデンサ（電子回路要素）の静電容量Ｃは、一般的に誘電体粒子群の累積的な質量流束Ｍ＝Ｎｐ×Ｖｐ÷Ｖｓ×Ｎｓを変数（主変数）とする関数（従変数）ｆ（Ｍ）として定義される。目標静電容量Ｃtgが定まると、これを実現するための質量流束の指定値Ｍtg＝ｆ-1（Ｃtg）が定められる。質量流束Ｍが指定値Ｍtgに制御されるように、Ｎｐ（噴射粒子群の密度）、Ｖｐ（噴射速度）、Ｎｓ（基板５に対する粒子群の噴射箇所の通過回数）およびＶｓ（基板５に対する粒子群の噴射箇所の変位速度）のそれぞれが制御される。たとえば、Ｍを定める（Ｎｐ、Ｖｐ、Ｎｓ、Ｖｓ）のうち一部の因子が一定値に固定された状態で、他の因子が可変に制御される。
【００３２】
当該判定結果が否定的である場合（図２／ＳＴＥＰ１０‥ＮＯ）、「誘電体層形成処理」が再び実行される（図２／ＳＴＥＰ０６）。これにより、図４（ｃ）に示されているように最後に形成された誘電体層Ｌ0i-1（ｉ≧２）の上に重なるように新たな誘電体層Ｌ0iが形成される。
【００３３】
その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図２／ＳＴＥＰ１０‥ＹＥＳ）、「第２導電体層形成処理」が実行される（図２／ＳＴＥＰ１２）。具体的には、制御装置４を構成するＣＰＵにより第２指定領域Ｓ２を定義する座標値群が記憶装置から読み出され、図３（ｄ）において斜線が付されている基板５における第２指定領域Ｓ２の位置、形状およびサイズが認識される。その上で、第２指定領域Ｓ２に対してレーザー光を照射させるとともに導電体粒子を衝突させるように、制御装置４により、レーザー装置１、導電体粒子噴射装置２１および位置姿勢調節機構３のそれぞれの動作が制御される。この際、導電体粒子噴射装置２１の動作は停止されている。
【００３４】
これにより、例えば図４（ｄ）に示されているように当該衝突箇所に第２導電体層Ｌ2が形成される。第２導電体層Ｌ2の厚みは、導電体粒子の噴射量および位置姿勢調節機構３の駆動速度などが制御されることにより調節される。
【００３５】
この結果、第１導電体層Ｌ1および第２導電体層Ｌ2を一対の電極とし、Ｎ個の誘電体層Ｌ01〜Ｌ0N（図４の例ではＮ＝２）を当該一対の電極に挟まれた誘電体とするコンデンサが電子回路要素として製造される。
【００３６】
なお、中央指定領域Ｓ0と第２指定領域Ｓ2とが重なっているため（図３参照）、誘電体層Ｌ0Nの上に重ねられる第２導電体層Ｌ2（図４参照）を構成する導電体粒子の質量流束が、誘電体を構成する誘電体粒子の累積的な質量流束に包含されるように評価されてもよい。導電体粒子および誘電体粒子の質量流束および基板５に対する噴射箇所の変位速度のそれぞれが同一である場合、ＳＴＥＰ１０において、指数ｉがＮ−１に達しているか否かが判定されればよい。
【００３７】
（実施例）
導電体粒子として平均粒子径約５［μｍ］の純度９９．７％のカーボン粒子が用いられ、誘電体粒子として平均粒子径約１［μｍ］の純度９９％のＢａＴｉＯ3粒子が用いられた。０．４〜０．６ＭＰａのＡｒガスを用いて、内径０．７０［ｍｍ］のノズルから導電体粒子を噴射するように構成されている粒子噴射装置が導電体粒子噴射装置２１および誘電体粒子噴射装置２２として用いられた。
【００３８】
基板５として、熱可塑性樹脂であるＰＯＭ（ポリオキシメチレン）樹脂製の基板５が用いられ、レーザー光の照射（照射強度０．２０〜０．２５［Ｗ］）により直線状の溝（幅０．４〜０．５［ｍｍ］、長さ１．５［ｍｍ］、深さ０．２［ｍｍ］）が形成された。当該溝の底部から前記のように導電体層および誘電体層が所定の順で形成されることによりコンデンサが形成された。
【００３９】
誘電体粒子群の噴射箇所の通過回数Ｎｓが１、２、３および４のそれぞれに制御された場合のキャパシタの静電容量の測定結果が示されている。静電容量はＬＣＲメータを用いて周波数１［ｋＨｚ］で測定された。この際、誘電体粒子群の質量流束Ｎｐ×Ｖｐおよび基板５に対する粒子群の噴射箇所の変位速度Ｖｓが適当に制御された。
【００４０】
図５から、Ｎｓ＝１の場合と比較してＮｓ＝２の場合はコンデンサの静電容量が２５％程度にまで低下している。Ｎｓが２倍になれば誘電体の厚みｄが２倍になるので静電容量が５０％程度になると予測されるところ、このような結果が得られたのは、誘電体粒子群の累積的な質量流束の相違により、誘電体粒子同士の衝突に起因した少なくとも一部の誘電体粒子の粒子径の低減度合が相違し、これがキャパシタの電気特性（誘電率または静電容量）に影響したためであると推察される。
【００４１】
誘電体粒子群の質量流束Ｎｐ×Ｖｐおよび基板５に対する粒子群の噴射箇所の変位速度Ｖｓが適当に制御されたうえで（ノズル径および噴射圧力に応じて定まる。）、図５に示されている曲線にしたがって誘電体粒子群の噴射箇所の通過回数Ｎｓが制御されることにより、目標静電容量（目標電気特性）を有するコンデンサが製造されうる。
【００４２】
なお、粒子群の累積的な質量流束Ｍを定める因子（Ｎｐ，Ｖｐ，Ｎｓ，Ｖｓ）のうち、一部の因子が一定値に固定された状態で、他の因子と電子回路要素の電気特性との関係が求められた上で、当該関係にしたがって当該他の因子が制御されることにより目的電気特性を有する電子回路要素が製造されてもよい。たとえば、基板５に対する誘電体粒子群の噴射箇所の変位速度Ｖｓおよび通過回数Ｎｓが一定値に制御された状態で、当該粒子群の質量流束Ｎｐ×Ｖｐおよびコンデンサの静電容量の関係が求められた上で、以後のコンデンサ製造に際して当該関係にしたがってＮｐ×Ｖｐが制御されてもよい。
【００４３】
（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では電子回路要素としてコンデンサが製造されたが、他の実施形態として電子回路要素として電気抵抗、導線またはコイルが製造されてもよい。当該他の実施形態においても、目標電気抵抗値を実現するために導電体粒子群および誘電体粒子群のうち少なくとも一方の累積的な質量流束が指定値に一致するように制御されることにより、目標電気特性（抵抗値またはインダクタンスなど）を有する電子回路要素が製造されうる。
【符号の説明】
【００４４】
１‥レーザー装置、２１‥導電体粒子噴射装置、２２‥誘電体粒子噴射装置、３‥位置姿勢調節機構、４‥制御装置、５‥基板。
【図１】
2015122362.tif 000003
【図２】
2015122362.tif 000004
【図３】
2015122362.tif 000005
【図４】
2015122362.tif 000006
【図５】
2015122362.tif 000007