JP2006012937A - 機能部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線基板に機能部品を搭載するエリア内の上面に可動接触体を搭載し多種多様の選択切換スイッチを小型、薄型、高密度化する要求が高まってきている。
【解決手段】 課題を解決するため、配線基板に機能部品を搭載するエリア内であって、この配線基板の基材面に設けた第１の厚み導体と、第１の厚み導体の外側に設けた第２の厚み導体と、第２の厚み導体の外側に設けた第３の厚み導体と、前記の３段の厚み導体の上部に対向配置する可動接触体とからなるスイッチ機能を有する機能部品とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、配線基板の平坦な同一基材面に銅めっきと、部分的に異種金属めっきとで導電回路を形成する配線基板を使用して部品素子を搭載する電子部品に関するもので、特に三次元的な立体回路を有する配線基板の一体部品の搭載エリアに部品素子を搭載して操作機能や接点機能、表示機能を有する電子部品に関するものである。

従来は部品素子を搭載する配線基板に導電回路を形成する場合、平坦な同一基材面の回路導体の厚みは均等に形成し導体幅を変化させる設計とすることにより平面的な導電回路とするものである。
また、多層配線基板では絶縁物で隔離した各層の回路導体の厚みを変えることはあるが同一層内の回路導体の厚みを三次元的な立体回路とすることはない。

一例として、特開平７−１５７７５号公報に開示されている調光操作用端末器がある。
これは立体回路成形基板に設けた凹段部に立体的なスイッチ接点を有するものであり、特に図１に示すように立体回路成形基板６０の凹段部に取り付けられる固定接点６１と、固定接点６１より下方位置に取り付けられる可動接点６２と、固定接点６１に導通するドーム状の可動接触片６３（皿ばね）とから成るものである。
なお詳細に開示されていないが、固定接点６１と可動接点６２との段差は通常では成形部材で形成するものであり、立体回路の導体厚みは同一に形成される。
ただし、立体回路成形基板６０は成形部材の薄板化、両面化、大判化、側面端子化、屈折強度などが問題である。
特開平７−１５７７５号公報。

配線基板に部品素子や各種機能部品を実装し、操作機能や表示機能、スイッチ機能、接点機能など有する機能部品するものである。
つまり、部品素子や各種機能部品を実装して形成する電子部品は多種多様化しており、ベースとなる配線基板において、三次元的な導体厚みの異なる立体回路を有する配線基板の要求が高まってきた。
この導体厚みの異なる立体回路を使用して、オン／オフ・スイッチ、多段切換スイッチ、プシュスイッチなどの接点機能、あるいはＬＥＤ、表示灯などの表示機能、また各種設定を行う操作機能選択、動作状態選択をするために用いる立体回路を設けた配線基板

ところで、段差回路の数と同数の銅めっきとエッチングが必要となり、この銅めっきとエッチングに耐えられる（めっき用マスクとエッチング用マスク）感光性ドライフィルムがなく品質信頼性の確保が困難であった。
また、銅めっきとエッチングによる回路形成を繰り返し行うため各段差回路のズレ、変形、位置精度不良、導体厚みバラツキ、及び作業効率が悪かった。

上記の課題を解決するために請求項１の発明は、配線基板に機能部品を搭載するエリア内であって、この配線基板の平坦な同一基材面に設けた最も薄い第１の厚み導体と、第１の厚み導体の外側に設けた中間厚みの第２の厚み導体と、第２の厚み導体の外側に設けた最も厚い第３の厚み導体と、前記の３段の厚み導体の上部に対向配置する可動接触体とからなるスイッチ機能を有する機能部品とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、第１の厚み導体と第２の厚み導体と第３の厚み導体とは同心状、または偏心状に配置して機能部品とするものである。

請求項３の発明は、請求項１において、機能部品を搭載する配線基板の外周面、またはコーナー部に外部に接続する電極端子を配置して機能部品とするものである。

また、所望する厚み導体を形成する部分的なパターンめっきにおいて、ニッケル、金、銀、ロジュームの何れか一つを含む銅以外の異種金属の部分的に形成したパターンめっきをエッチングレジストとする回路形成方法でもある。つまり銅以外の異種金属は耐エッチング液の作用と接点機能、操作機能選択、動作状態選択、部品搭載などに適した性能を持つ異種金属被膜であることが必要となる。

また、本発明は（銅めっき＋異種金属めっき）の少なくても二つの異なる金属からなる一つの段の厚み導体を繰り返し重ねて積み上げた複数、及び複数段の厚み導体とは、異なる厚み導体相互がそれぞれ独立してても部分的に重なって接していても良い。
さらに、近接または連接して階段状に形成した異なる厚み導体相互は所望する目的により電気的に接続されても、独立回路とされても良い。

請求項１の発明は、段差の異なる少なくても３段以上の厚み導体を同一基材面で機能部品を搭載する狭いエリア内に設けた配線基板は各段差回路のズレ、変形、位置精度不良、導体厚みバラツキ等がなく、高品質で信頼性の高い薄形、小型、高密度の接点部や操作部に適用する三次元的な立体回路を形成できる機能部品である。

請求項２の発明は、請求項１の効果のほかにスイッチ機能に必要とされる最適な配置をバランス良く選択でき、各導体の厚み、段数も複数段をを自由に設定することができる。
特に、同一の微少のパターンエリア内に第１の厚み導体、第２の厚み導体、第３の厚み導体との段差部分を搭載する機能部品を中心として同心状、偏心状に、かつ凹面状又は凸面状に形成することにより接点機能、部品接続機能が良好となる。

請求項３の発明は、請求項１の効果のほかに機能部品から外部に電気的に接続するため、配線基板の外周面（辺となる分割切断線上）、またはコーナー部（分割切断線の交点）に外部に接続する電極端子を配置することにより、機能部品を搭載するエリア外に近接して電極端子を複数配置できる。（機能部品の薄形、小型、高密度が可能）

本発明の機能部品は接点機能や操作機能などをさせる機能部品と配線基板の組み合わせが重要な条件であり、その他に部品搭載の性能（はんだ接続性、ワイヤーボンデング、バンプ接続、面付部品接続など）、外部接続用の電極端子の配置との電気的な接続が要求される。

この銅以外の異種金属めっきは所望する厚み導体を形成する部分的なパターンめっきをするためニッケル、金、銀、ロジュームの何れか一つを含む金属が良好で該異種金属めっきを所定の模様に形成したパターンめっきをエッチングレジストとする回路形成方法が適用できる。
配線基板の片面側のみに段差の異なる３段（３種類）以上の厚み導体を立体的に平坦な基材面より突出して形成し、反対面（裏面）には通常配線基板と同じく段差のない信号回路、配線回路を主体に平面回路を形成してもよい。

図１は、本発明の機能部品に使用する実施例１の２段（２種類）の厚み導体を有する配線基板の一部の拡大断面図である。
基材厚０．１ｍｍ、銅箔３ａ（18μｍ）の両面銅張積層板２の両面にパネル銅めっき（めっき厚１５μｍ）を施し第１のパネル銅めっき導体（３ｂ）を形成することにより貫通導通穴４（めっきスル−ホ−ル）を形成したものである。

配線基板の両面にある第１のパネル銅めっき導体（３ｂ）からなる両面の外層導体はこの貫通導通穴４（めっきスル−ホ−ル）の内壁のスル−ホ−ルめっき導体である第１のパネル銅めっき導体（３ｂ）と第１の異種金属めっき導体（５ａ）、および第２のパネル銅めっき導体（３ｃ）と第２の異種金属めっき導体（５ｂ）とで電気的に接続される。
ただし、第２のパネル銅めっき工程でドライフィルムを第２のパネル銅めっきマスクとして貫通導通穴４（スル−ホ−ル穴）や配線基板の裏面をドライフィルムで被覆して銅めっきマスクとして第２のパネル銅めっきを形成しなくてもよい。

本発明の実施例１の配線基板１には[銅箔３ａ＋第１の銅めっき導体（３ｂ）＋第１の異種金属めっき導体５ａ]で構成された第１の厚み導体７と、この第１の厚み導体７に近接又は連接して[銅箔３ａ＋第１の銅めっき導体（３ｂ）＋第２の銅めっき導体（３ｃ）＋第２の異種金属めっき導体５ｂ]で構成された第２の厚み導体８との異なる厚み導体を配線基板１の上面に２段の階段状に設けた配線基板１とするものである。

従って、厚み段差の異なる厚み導体を少なくても２段の階段状に近接又は連接して形成するプリント配線基板１であり、第１の厚み導体７のパターンエリア内に貫通導通穴４を配置した例を示すものである。
第２の厚み導体８は第１の厚み導体７に近接して形成してあるが、この部分を接点機能や操作機能、表示機能などをさせるための機能部品との組み合わせ要求により電気的に接続しても、接続しなくても良く、また第１の厚み導体７に第２の厚み導体８を部分的に重ねたり、第１の厚み導体７と第２の厚み導体８とを同心状、偏心状に配置することもできる。

図２は本発明の機能部品に使用する実施例２の３段の厚み導体を有する配線基板の断面図である。
まず、図２に示すように、図１の本発明の実施例１の第１の厚み導体７のエリア内に貫通導通穴４を配置し形成し、第２の厚み導体８は第１の厚み導体７に近接して形成して段差の異なる厚み導体を２段の階段状に近接して形成してある。

この他に[銅箔３ａ＋第１の銅めっき導体（３ｂ）＋第２の銅めっき導体（３ｃ）＋第３の銅めっき導体（３ｄ）＋第３の異種金属めっき導体５ｃ]で構成された第３の厚み導体９を平坦な同一基材面（本例では片面）に段差の異なる厚み導体を３段の階段状に近接又は連接して形成した配線基板１である。

また、第３の厚み導体９を[銅箔３ａ＋第１の銅めっき導体（３ｂ）＋第２の銅めっき導体（３ｃ）＋第２の異種金属めっき導体５ｂ]の構成でなる第２の厚み導体８の上面にプラスして第３の銅めっき導体（３ｄ）を重ねてパネル銅めっきを形成してから、前記の部分に部分的に第３の異種金属めっき導体５ｃを重ねる構成にして[銅箔３ａ＋第１の銅めっき導体（３ｂ）＋第２の銅めっき導体（３ｃ）＋第２の異種金属めっき導体５ｂ＋第３の銅めっき導体（３ｄ）＋第３の異種金属めっき導体５ｃ]を連接して形成し、この銅張積層板２の全体を一回でエッチングすることにより平面図視で同一のパターンエリア内に第２の厚み導体８と第３の厚み導体９とを部分的に重ね絶縁間隙なしに接触させ階段状に連接した段差部分１９を形成し、複雑な段差を有する立体構造が可能となる。
平面図視で同一のパターンエリア内のＸ−Ｙ平面において、導体厚みの異なる複雑な段差を自由自在（ランダム）に配置する三次元の立体構造が可能となる。

この異種金属めっきは所望する厚み導体を形成する部分的なパターンめっきとしてニッケル、金、銀、ロジュームの何れか一つを含む、又は必要に応じてＮｉめっき−金めっき（Ａｕ）、Ｎｉめっき−銀めっき（Ａｇ）などの追加めっき処理をすることもできる。
なお、必要に応じて各種選択し接点機能や操作機能の他に搭載部品の要求性能（ワイヤーボンデング、バンプ接続、面付接続など）に対応し複雑な段差と接続ランド（面付ランド、ワイヤ−ボンデングランド、バンプ接続ランド等）を設けることもできる。

図３について、大版の配線基板にマトリクス状に機能部品を形成することについて詳細に説明する。
本発明の配線基板１の個別の一個の一辺は３〜５ｍｍと小さく製造工程上の設備、作業効率、精度バラツキ、部品搭載上の諸問題の面から図３（ａ）に示すように、個別の配線基板１を複数個組み合わせ、複数列×複数段のマトリックス状にした大版の配線基板２０として、この大版の配線基板２０に実装部品を搭載後に、縦と横の分割切断線（Ｘ、Ｙ）で分割して複数個の図３（ｂ）に示すような個別の配線基板１に部品を接続配置して個別の機能部品とすることが多い。
つまり、大版の配線基板２０の分割切断される縦と横の切断線（Ｘ、Ｙ）の辺や交点には貫通導通穴４又は非貫通導通穴が配置され、縦と横の切断線（Ｘ、Ｙ）でライシングカットやレーザーカットなどによって分割切断して図３（ｂ）に示す個別の機能部品とする。
この貫通導通穴４又は非貫通導通穴は丸穴に限定するおのではなく、長穴、角穴、異形穴でも良い。

本例の配線基板１の個々の実装部品を外部へ接続するための電極端子１２は個別の配線基板１や個々の実装部品のコーナー（角部）に配置したが、縦と横の分割切断線（Ｘ、Ｙ）上に貫通導通穴４又は非貫通導通穴を配置し、この貫通導通穴４又は非貫通導通穴の中心部にある縦と横の切断線（Ｘ、Ｙ）でライシングカットして個別の配線基板１や個々の機能部品の外周辺に多数の電極端子１２を形成する。（図面表示なし）
この電極端子１２は接続ランド（面付ランド、ワイヤ−ボンデングランド、バンプ接続ランド等）と兼用することもできる。

図３（ｂ）に示す個別の配線基板１には前で述べた第１の厚み導体７、第２の厚み導体８、第３の厚み導体９が形成されており、第１の厚み導体７の中央部には配線基板１の表裏面の回路導体を電気的に接続する貫通導通穴４を配置してある。
この貫通導通穴４は接点機能、表示機能、操作機能などをさせる実装部品の搭載に悪影響が生じる場合には、貫通導通穴４に絶縁物を充填したり貫通導通穴４の内部に導電性充填物（めっき導体、金属導体、導電性ペーストなど）で閉口した非貫通導通穴とする。
また、貫通導通穴４の片端面を金属導体で閉口した非貫通導通穴は上端面を金属導体で閉口しても、貫通導通穴４の下端面を金属導体で閉口しても良く、この平坦となっている端面に部品素子や機能部品を実装することもできる。
第２の厚み導体８と第３の厚み導体９は配線基板１や個々の実装部品を外部へ接続する個別の電極端子１２と接続されている。

本発明の配線基板の厚みの異なる複数の段差回路を機能部品を搭載する小さなエリア内に形成し、この領域（エリア）を接点機能、表示機能、操作機能などに利用して機能部品、スイッチ部品にするものである。

例えば、この導体厚みの異なる段差回路（立体回路）の上部に可動接触体（板バネ、皿バネ、導電フィルム、導電ゴム、スプリング等）を搭載し微少間隙で接離自在に動作するオン／オフ・スイッチとすることができる。このスイッチ機能は複数の段差回路を有することにより多段切換選択スイッチ、多段のオン／オフ切換選択の可能なプシュスイッチなどの接点機能を有するものである。

従って、平面図視では同一の微少のパターンエリア内に第１の厚み導体７に近接して第２の厚み導体８と第３の厚み導体９とを階段状に傾斜して近接又は連接している傾斜した段差部分を搭載する機能部品を中心として同心状、偏心状に、かつ凹面状又は凸面状に形成することにより接点機能、部品接続機能が良好となる。

本発明の配線基板の厚みの異なる複数段の傾斜した段差回路を小さなエリア内に形成し、例えば図３（ｂ）に示す第２の厚み導体８と第３の厚み導体９を独立回路とし、さらに同心状、偏心状に形成された同一厚み導体（８又は９）のパターンを多分割して電気的に分離した複数の独立回路とし、配線基板１の外周端面に配置された独立した別々の電極端子１２に接続することにより、複数の独立回路が微少のエリア内に形成できる。

図４の部分拡大した断面図を参照して、スイッチ機能を有する機能部品について説明する。
配線基板１の機能部品を搭載するエリア内に最も薄い第１の厚み導体７に近接して、第１の厚み導体７の外周（外側）に第１の厚み導体７よりやや厚い第２の厚み導体８を配置し、第２の厚み導体８の外周（外側）に第２の厚み導体８より厚い第３の厚み導体９を配置し傾斜した段差部分を形成する。

配線基板１のこの傾斜した段差部分を同心状、または偏心状にし、かつ凹面状又は凸面状に形成されたエリアの上部にほぼ平坦（水平）に可動接触体３０を取り付けた場合を示す拡大断面図である。
この可動接触体３０には、板ばね、導電性ゴム、フレキシブルな導電性フィルム等があり、例えば図４（ｂ）に示す可動接触体３０を搭載する前の配線基板１のエリア内の配線パターンを示す平面図を参照して接点機能を説明する。

この可動接触体３０の周辺の一部分を弱くプシュ（押圧）することにより可動接触体３０の下面の導電体を介して第２の厚み導体８の一接点と第３の厚み導体９の一接点が導通しスイッチが弱ＯＮの状態となる。
次に、可動接触体３０の中央部分を強くプシュ（押圧）することにより可動接触体３０の下面の導電体を介して第１の厚み導体７の接点が導通しスイッチが強ＯＮの状態となり、選択決定される。
つまり接離自在に対向配置される３段ステップ（弱オン／強オン／オフ）のスイッチ機能を有する接点機能部品である。
従って、図４（ｂ）に示す配線パターンでは多数の選択性を有するオン／オフ切換選択の可能な多数の接点切換機能を有する信頼性の高い機能部品（プシュスイッチ）が形成できる。

前記の３段の厚み導体（７．８．９）の上部エリアに可動接触体３０を対向配置する。この可動接触体３０は最も厚い第３の厚み導体９にはんだ等で数ヶ所固定して搭載される。搭載する接点機能部品を中心として同心状、偏心状に、かつ凹面状又は凸面状に形成する。

図５では可動接触体３０は前記の３段の厚み導体（７．８．９）の上部エリアにドーム状に配置し、第１の厚み導体７に形成された接点と、第２の厚み導体８に形成された接点とに接離自在に対向配置されるスイッチ機能を有する接点機能部品である。

このスイッチ機能は弱オン／強オン／オフの３段切換選択が可能であり、また第３の厚み導体９に分割された多数の接点を配置し、第２の厚み導体８、第１の厚み導体７と可動接触体３０の下面の導電体を介して電気的に導通される。
この多数の第３の厚み導体９の接点と機能部品の外周辺やコーナーに形成された複数の電極端子１２に接続することにより多段切換選択の可能な接点機能を有する。

本発明機能部品の実施例１の２段の厚み導体を有する配線基板の断面図である。 本発明機能部品の実施例２の３段の厚み導体を有する配線基板の断面図である。 大版の配線基板にマトリクス状に機能部品を形成する説明図である。 配線基板の機能部品を搭載するエリア上部に水平に可動接触体を取り付けた場合を示す拡大図である。 配線基板の機能部品を搭載するエリア上部にドーム状に可動接触体を取り付けた場合を示す拡大断面図である。

符号の説明

１…配線基板、３…銅めっき導体、４…貫通導通穴、５…異種金属めっき導体、７…第１の厚み導体、８…第２の厚み導体、９…第３の厚み導体、１２…電極端子、２０…大版の配線基板、３０…可動接触体。

Claims (3)

1. 配線基板に機能部品を搭載するエリア内であって、この配線基板の基材面に設けた最も薄い第１の厚み導体と、第１の厚み導体の外側に設けた中間厚みの第２の厚み導体と、第２の厚み導体の外側に設けた最も厚い第３の厚み導体と、前記の３段の厚み導体の上部に対向配置する可動接触体とからなるスイッチ機能を有することを特徴とする機能部品。
2. 請求項１において、第１の厚み導体と第２の厚み導体と第３の厚み導体とは同心状、または偏心状に配置することを特徴とする機能部品。
3. 請求項１において、機能部品を搭載する配線基板の外周面、またはコーナー部に外部に接続する電極端子を配置することを特徴とする機能部品。

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