(57)【要約】【課題】  従来の三次元的な露光を行う露光装置および露光方法では、露光装置の機構が複雑であるため、設備の初期投資が大きくなり、維持管理に手間がかかっていた。【解決手段】  三次元自由曲面形状に形成されるプリント配線基板６にパターン露光する際に用いられる三次元露光マスク１であって、露光用平行光源８の光を集光するマイクロレンズアレイ２と、プリント配線基板６に形成されるパターンに沿って配置され光を透過するコア材３ａ、およびその他の部分に配置され光を透過しないクラッド材３ｂにて構成され、光軸を修正するマスク層３と、マスク層を保持する保持基材４とを備え、プリント配線基板６と対向する面が、プリント配線基板６の露光面の形状に応じた三次元自由曲面形状に形成される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元自由曲面形状に形成される被露光材料にパターン露光する際に用いられる三次元露光マスクであって、
平行光源の光を集光するマイクロレンズアレイと、
被露光材料に形成されるパターンに沿って配置され光を透過するコア材、およびその他の部分に配置され光を透過しないクラッド材にて構成され、光軸を修正するマスク層と、
マスク層を保持する保持基材とを備え、
被露光材料と対向する面が、被露光材料の露光面の形状に応じた三次元自由曲面形状に形成されることを特徴とする三次元露光マスク。
【請求項２】
請求項１に記載の露光マスクに、平行光源の光を通過させて、該露光マスクのマイクロレンズアレイにより集光を行うとともに、マスク層により光軸修正を行い、露光マスクに近接配置される被露光材料への露光を行う三次元露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板等の被露光材料の三次元自由曲面に対してパターン露光する際に用いられる三次元露光マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・省スペース化の要請により、電子部品等の高密度実装が必要となってきているが、平面的な形状のプリント配線基板では、要請に対応しきれない場合が多く見受けられるようになってきている。
そこで、基板の回路パターン形成面を三次元的な形状に形成して、基板の占有スペースを小さくすることが行われるようになってきている。そして、特許文献１に示すように、このような三次元的な形状の基板のパターン形成面にパターン形成するための露光を行う技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１における露光装置は、ビーム発生手段から発生されたビームを、可変焦点距離レンズ等により集光してビームスポットを形成し、ビームスポットに、ターンテーブル上にセットされた被露光部材を相対的に走査させることで、三次元的な形状に形成された被露光部材に対して露光することを可能としている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２０４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述の特許文献１における露光装置は、被露光部材に対してビームスポットを走査させることで露光を行っているので、被露光部材の全面に露光を行うのに多くの時間が必要となっていた。特に、微細化のためにスポット径を小さくするほど、また被露光部材の基板サイズが大きくなるほど、露光時間が増大することとなる。
また、集光機能に可変焦点距離レンズを用い、光軸修正に三次元回転機構を用いるなど、露光装置の機構が複雑であるため、設備の初期投資が大きくなり、維持管理に手間がかかっていた。
そこで、本発明では、短い露光時間で三次元的な露光を行うことができるとともに、従来の露光技術・装置の多くを流用することが可能な三次元露光マスクおよび三次元露光方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する三次元露光マスクおよび三次元露光方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、三次元自由曲面形状に形成される被露光材料にパターン露光する際に用いられる三次元露光マスクであって、平行光源の光を集光するマイクロレンズアレイと、被露光材料に形成されるパターンに沿って配置され光を透過するコア材、およびその他の部分に配置され光を透過しないクラッド材にて構成され、光軸を修正するマスク層と、マスク層を保持する保持基材とを備え、被露光材料と対向する面が、被露光材料の露光面の形状に応じた三次元自由曲面形状に形成される。
これにより、被露光材料の全て部分において、露光用平行光源からの光を均等に照射して露光を行うことが可能となり、露光用平行光源からの光照射を一回行うだけで、被露光材料に対して全体的に均一な露光を行うことができ、三次元自由曲面形状の被露光材料に対する露光を、短時間で高品質かつ容易に行うことが可能となる。
これにより、被露光材料に対してビームスポットを走査させることで露光を行う場合に比べて露光工程の生産タクトを短縮することができる。
また、本露光マスクを用いた露光方法による露光工程を繰り返し行うことで、立体多層基板の製作を容易に行うことが可能となる。
さらに、本露光マスクを用いた露光方法による露光を行う場合、平面形状の被露光材料に対して露光を行う場合に用いる平面形状の露光マスクを、三次元自由曲面形状の本露光マスクに取り替えるだけでよく、その他の露光用平行光源やステッパー等といった露光装置は、従来の平面形状の被露光材料用の設備を用いることができるので、設備の初期投資を抑えるとともに、維持管理の手間が増加することもない。
【０００７】
また、請求項２記載の如く、請求項１に記載の露光マスクに、平行光源の光を通過させて、該露光マスクのマイクロレンズアレイにより集光を行うとともに、マスク層により光軸修正を行い、露光マスクに近接配置される被露光材料への露光を行う。
これにより、被露光材料の全て部分において、露光用平行光源からの光を均等に照射して露光を行うことが可能となり、露光用平行光源からの光照射を一回行うだけで、被露光材料に対して全体的に均一な露光を行うことができ、三次元自由曲面形状の被露光材料に対する露光を、短時間で高品質かつ容易に行うことが可能となる。
これにより、被露光材料に対してビームスポットを走査させることで露光を行う場合に比べて露光工程の生産タクトを短縮することができる。
また、本露光マスクを用いた露光方法による露光工程を繰り返し行うことで、立体多層基板の製作を容易に行うことが可能となる。
さらに、本露光マスクを用いた露光方法による露光を行う場合、平面形状の被露光材料に対して露光を行う場合に用いる平面形状の露光マスクを、三次元自由曲面形状の本露光マスクに取り替えるだけでよく、その他の露光用平行光源やステッパー等といった露光装置は、従来の平面形状の被露光材料用の設備を用いることができるので、設備の初期投資を抑えるとともに、維持管理の手間が増加することもない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被露光材料の全て部分において、露光用平行光源からの光を均等に照射して露光を行うことが可能となり、露光用平行光源からの光照射を一回行うだけで、被露光材料に対して全体的に均一な露光を行うことができ、三次元自由曲面形状の被露光材料に対する露光を、短時間で高品質かつ容易に行うことが可能となる。
これにより、露光工程の生産タクトを短縮することができるとともに、立体多層基板の製作を容易に行うことが可能となる。
また、設備の初期投資を抑えるとともに、維持管理の手間が増加することも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１に示す三次元露光マスク１は、コア材３ａとクラッド材３ｂとを備えるマスク層３と、マスク層３の一側面に接合されるマイクロレンズアレイ２と、マスク層３におけるマイクロレンズアレイ２接合面とは反対側の面に配置され、マスク層３を保持する保持基材４とを備えている。
【００１０】
図２に示すように、マイクロレンズアレイ２は、半球面レンズに形成される複数のマイクロレンズ２ａ・２ａ・・・を、基材２ｂの一面上にマトリックス状に配列して構成されており、各マイクロレンズ２ａは、通過する光を内側に屈折させて集光する特性を有している。なお、マイクロレンズ２ａは半球面レンズに限るものではなく、非球面レンズ等、他の形状のレンズに形成することも可能である。
【００１１】
図３に示すように、例えば、マスク層３のコア材３ａは、被露光部材であるプリント配線基板等に形成される回路パターンに沿って配置されており、クラッド材３ｂはその他の部分に配置されている。
また、マスク層３のコア材３ａおよびクラッド材３ｂは、互いに光の屈折率が異なる部材にて構成されており、クラッド材３ｂの屈折率はコア材３ａの屈折率よりも高く構成されている。そして、マスク層３の一面側からコア材３ａへ光が入射すると、光はコア材３ａとクラッド材３ｂとの境界部では全反射してクラッド材３ｂ側へ漏れることがないため、光ファイバーを通過する光のように、コア材３ａ内を通過する際に殆ど減衰することなく他面側から出ていくこととなる。
また、保持基材４は、光を透過する樹脂部材やガラス部材等にて構成されている。
【００１２】
マイクロレンズアレイ２の層と、マスク層３と、保持基材４の層とを積層して構成される三次元露光マスク１は、３次元自由曲面形状に形成されており、例えば図１に示す三次元露光マスク１は、水平部１ａと、第一傾斜部１ｂと、第二傾斜部１ｃとで構成されている。
ここで、マイクロレンズアレイ２に入射する光は、該マイクロレンズアレイ２表面に対して垂直に入射した場合は直進し、マイクロレンズアレイ２表面に対して斜めに傾斜した方向から入射した場合は、各マイクロレンズ２ａの屈折原理によりレンズ内側方向へ屈折して進行することとなる。
【００１３】
従って、三次元露光マスク１の上方から下方へ向けて平行光を照射した場合、水平部１ａにおいては平行光がマイクロレンズアレイ２面に対して垂直に入射するため、マイクロレンズアレイ２に入射した光は、そのまま下方へ進んでマスク層３のコア材３ａへ入射し、さらにコア材３ａ内を、水平部１ａの厚み方向と平行な方向に通過する。
【００１４】
一方、第一傾斜部１ｂおよび第二傾斜部１ｃは傾斜しているので、第一傾斜部１ｂおよび第二傾斜部１ｃのマイクロレンズアレイ２に入射した光は、各マイクロレンズ２ａの内側方向へ屈折して、垂直方向から斜め方向へ傾斜した光となる。その傾斜方向は、第一傾斜部１ｂおよび第二傾斜部１ｃの厚み方向と光の進行方向とが平行に近づく方向となっている。
マイクロレンズアレイ２を通過した光はマスク層３のコア材３ａへ入射するが、光軸が第一傾斜部１ｂおよび第二傾斜部１ｃの厚み方向に対して平行な方向からずれている場合、入射した光はコア材３ａとクラッド材３ｂとの境界面で反射されて、進行方向（光軸）が修正され、保持基材４側へ進行することとなる。
【００１５】
なお、光軸がずれる原因としては、例えば各マイクロレンズ２ａの製造上のばらつきにより焦点距離や光量がばらつくこと等がある。
このように、第一傾斜部１ｂおよび第二傾斜部１ｃに入射した下方向の光は、厚み方向に対して略平行な方向へマスク層３から出て行く。
【００１６】
次に、このように構成される三次元露光マスク１を用いた、三次元自由曲面形状に形成されるプリント配線基板に対する露光方法について説明する。
図４に示すように、プリント配線基板６は、水平部６ａ、水平部６ａの一側に配置され内側に傾斜している傾斜部６ｂ、および水平部６ａの他側に配置され内側に傾斜している傾斜部６ｃにて構成される三次元自由曲面形状の基板であり、図４に示す状態では、基材６１の表面全体に銅箔６２が貼設されている状態となっており、銅箔６２の表面にはフォトレジスト７が塗布されている。
【００１７】
三次元露光マスク１はプリント配線基板６の上方に近接して配置されており、該三次元露光マスク１の水平部１ａの下面はプリント配線基板６の水平部６ａ上面の形状に合わせて形成され、三次元露光マスク１の傾斜部１ｂの下面はプリント配線基板６の傾斜部６ｂ上面の形状に合わせて形成され、三次元露光マスク１の傾斜部１ｃの下面はプリント配線基板６の傾斜部６ｃ上面の形状に合わせて形成されている。
つまり、被露光材料であるプリント配線基板６の露光面となる上面と対向する、三次元露光マスク１の下面は、該プリント配線基板６の上面の形状に応じた三次元自由曲面形状に形成されている。
【００１８】
このように、プリント配線基板６の上方に三次元露光マスク１を近接配置した状態で、三次元露光マスク１の上方に配置される露光用平行光源８から、下方の三次元露光マスク１に対して平行光を照射すると、マスク層３のコア材３ａが配置されている部分では照射された光が透過してフォトレジスト７に照射されることとなり、クラッド材３ｂが配置されている部分では照射された光が遮られてフォトレジスト７には照射されない。
露光用平行光源８からの光を照射する露光工程が終了した後に、プリント配線基板６を現像すると、コア材３ａが配置されていた部分のフォトレジスト７が除去される。
コア材３ａは、プリント配線基板６に形成される回路パターンに沿って配置されているため、フォトレジスト７が除去された部分に銅メッキを施すことで、回路パターンが形成されることとなる。
【００１９】
回路パターンを形成した後は、残っているフォトレジスト７を剥離して、フォトレジスト７を剥離した部分の銅箔６２をエッチング処理により除去することで、プリント配線基板６の回路パターンが完成する。
このように、三次元露光マスク１を用いて露光を行い、回路パターンの形成を行うことで、例えば、図５に示すプリント配線基板６ような、回路パターン形成面を三次元自由曲面形状に形成したプリント配線基板に回路パターン６３を形成することが可能である。
【００２０】
上述の三次元露光マスク１は、集光機能を有するマイクロレンズアレイ２、および光軸修正機能を有するマスク層３を備え、プリント配線基板６の形状に合わせた三次元自由曲面形状に形成されているので、プリント配線基板６に回路パターンを形成する過程で、三次元露光マスク１の上方から平行光を照射した場合、前述のように、マスク層３の水平部３ａに配置されるコア材３ａの部分、および傾斜部３ｂ・３ｃに配置されるコア材３ａの部分の両方で、照射された光が、マスク層３の厚み方向に対して略平行な方向へ減衰することなく進行していき、フォトレジスト７に照射されることとなる。
これにより、プリント配線基板６の水平部６ａおよび傾斜部６ｂ・６ｃの全て部分において、露光用平行光源８からの光を均等に照射して露光を行うことが可能となっている。
【００２１】
このように、三次元露光マスク１を用いることで、露光用平行光源８からの光照射を一回行うだけで、プリント配線基板６に対して全体的に均一な露光を行うことができ、三次元自由曲面形状のプリント配線基板６に対する露光を、短時間で高品質かつ容易に行うことが可能となる。
これにより、プリント配線基板に対してビームスポットを走査させることで露光を行う場合に比べて露光工程の生産タクトを短縮することができる。
また、本三次元露光マスク１を用いた露光方法による露光工程を繰り返し行うことで、立体多層基板の製作を容易に行うことが可能となる。
さらに、本三次元露光マスク１を用いた露光方法による露光を行う場合、平面基板に対して露光を行う場合に用いる平面形状の露光マスクを、三次元自由曲面形状の本三次元露光マスク１に取り替えるだけでよく、その他の露光用平行光源８やステッパー等といった露光装置は、従来の平面基板用の設備を用いることができるので、設備の初期投資を抑えるとともに、維持管理の手間が増加することもない。
【００２２】
また、通常、電子機器は、電子部品を実装したプリント配線基板を筐体等に組み込んで構成されており、例えば、車両に搭載される電子機器では、図６に示すようなダッシュボード９の内部に収納されるものがある。
しかし、本三次元露光マスク１および露光方法により露光を行うことで、電子機器を次のように構成することも可能である。
【００２３】
つまり、図７、図８に示すように、三次元自由曲面に形成されるダッシュボード９の裏面の形状に合わせた三次元露光マスク１を構成し、該三次元露光マスク１を用いて、ダッシュボード９の裏面に回路パターン９１を直接形成することができる。図７、図８に示す例では、各回路パターン９１の両端部に、コネクタ９２がそれぞれ実装されている。
【００２４】
このように、ダッシュボード９等に直接回路パターン９１を形成して、コネクタ９２等の電子部品を実装することで、電子機器に通常用いられるプリント配線基板や筐体等を省くことができ、電子機器の小型化、省スペース化、および低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の三次元露光マスクを示す側面断面図である。
【図２】マイクロレンズアレイを示す斜視図である。
【図３】マスク層を示す斜視図である。
【図４】三次元露光マスクを三次元自由曲面形状に形成されたプリント配線基板に近接配置して平行光を照射している状態を示す側面断面図である。
【図５】三次元露光マスクを用いて露光を行い、回路パターンを形成した三次元自由曲面形状を有するプリント配線基板の一例を示す斜視図である。
【図６】車両運転部のダッシュボードを示す斜視図である。
【図７】裏面に直接回路パターンを形成したダッシュボードを示す裏面図である。
【図８】図７におけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  三次元露光マスク
２  マイクロレンズアレイ
３  マスク層
３ａ  コア材
３ｂ  クラッド材
４  保持基材
６  プリント配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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