JP2008166350A - プリント配線板、プリント配線板の製造方法及びプリント配線板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板の製造工程を簡略化でき、プリント配線板の加工費を抑え、断線することなく配線パターンを接続する。
【解決手段】プリント配線板の製造装置では、テーブル４０に載置された銅面板２０がヒータ４１から加熱されることで軟化する。軟化した銅面板２０にクランパ６０の下降動作によってワイヤ７０−１が打ち込まれる。打ち込まれたワイヤ７０−１は、カッター４２によって、線状部材７２−１が切り離される。線状部材７２−１を打ち込んだ銅面板２０をめっき槽に浸し、電気分解を行い、配線パターン２２，２３と線状部材７２−１に金属めっき２４，２５を施すことで、配線パターン２２，２３と線状部材７２−１とを電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、情報処理端末等の電子機器を搭載するために使用されるプリント配線板と、このプリント配線板の製造方法及び製造装置に関するものである。

従来、プリント配線板と、このプリント配線板の製造方法及び製造装置の例としては、例えば、次のような文献等に記載されるものがあった。

特開平５−２９９８３６号公報 特開２００６−１４７７８３号公報 伊藤謹司著「プリント配線技術読本」第２版、日刊工業新聞社（１９８９―５―３０）ｐ．６−１２

特許文献１には、サブトラクティブ法において、一次銅めっき処理とめっきレジスト処理との間に中間銅めっき処理工程を追加することで、スルーホール内壁のめっきを厚くするプリント配線板の製造方法が記載されている。

特許文献２には、導電性微粒子をバイアホールに噴出し、導体層に融着することで、プリント配線板の表面の導体層と内部の導体層とを接続するプリント配線板の製造方法及び製造装置が記載されている。

また、非特許文献１では、サブトラクティブ法とアディディブ法を用いるプリント配線板の製造方法が記載されている。

図２は、特許文献１等に記載された従来のプリント配線板における製造方法の概略を示す製造工程図である。

従来のプリント配線板は、厚さＬ１０の銅面板１０を有している。銅面板１０は、絶縁性の基材１１を有し、この基材１１の表面に配線パターン１２が形成され、基材１１の裏面に配線パターン１３が形成されている。両面の配線パターン１２，１３の間には、スルーホール１４が形成されている。スルーホール１４には、金属めっき１５が施され、金属めっき１５を介して、基材１１の両面の配線パターン１２，１３が電気的に接続されている。

このような構成のプリント配線板は、例えば、以下のような工程により製造される。
先ず、図２（ａ）の工程において、基材１１の表面に配線パターン１２が形成され、裏面に配線パターン１３が形成された銅面板１０を用意する。

図２（ｂ）の工程において、銅面板１０に穴あけ加工を行い、スルーホール１４を形成する。

次に、図２（ｃ）の工程において、スルーホール１４が形成された銅面板１０を、金属めっき１５が溶解した液体を入れためっき槽に浸す。銅面板１０の配線パターン１２，１３を陰極として電気分解を行い、レジストによって選択された配線パターン１２，１３に金属めっき１５を析出させる。基材１１の両面の配線パターン１２，１３は、析出された金属めっき１５を介して、電気的に接続される。その後、両面の配線パターン１２，１３が接続された銅面板１０を、レジスト剥離液を入れた洗浄槽に浸し、レジストを剥離すれば、プリント配線板の製造が終了する。

しかしながら、従来の図２のプリント配線板及びプリント配線板の製造方法では、以下の（１）〜（５）のような課題がある。

（１） スルーホール１４をドリル等で穴あけ加工するため、スルーホール１４の個数が増えれば、図２（ｂ）の工程の処理が増える。したがって、プリント配線板の製造工程において、最も時間や手間のかかる工程である。

（２） 図２（ｂ）の工程は、最も加工費が掛かる工程のため、スルーホール１４の個数が増えるほど加工費も増加する。

（３） スルーホール１４の直径が狭い、または銅面板１０が厚くなると、スルーホール１４に金属めっき１５が施しにくくなり、めっき形成不良の原因となる。そのため、スルーホール１４の断線による品質低下を招く虞がある。

（４） 図２（ｂ）の工程を行った際に切削屑がスルーホール内に残留することが多いので、切削屑を除去する洗浄工程が、図２（ｂ）の工程と図２（ｃ）の工程の間に必要である。

（５） 洗浄工程を行っても、切削屑が除去しきれない場合は、図２（ｃ）の工程でスルーホール１４のめっき形成不良の原因となり、スルーホール１４の断線による品質低下を招く虞がある。

本発明のプリント配線板は、第１及び第２の配線パターンが所定の距離を隔てて形成された絶縁性の基材と、前記所定の距離に対応した長さで、前記第１及び第２の配線パターンに対し位置決めされて前記第１及び第２の配線パターンの間に打ち込まれた導電性の線状部材と、前記第１の配線パターンと前記線状部材の一端とを電気的に接続すると共に、前記第２の配線パターンと前記線状部材の他端とを電気的に接続した接続部材とを有している。

本発明のプリント配線板の製造方法では、前記第１及び第２の配線パターンが前記所定の距離を隔てて形成された絶縁性の前記基材における前記第１及び第２の配線パターンに対して位置決めし、前記所定の距離に対応した長さを有する導電性の前記線状部材を前記基材に打ち込み、前記接続部材により、前記線状部材の一端と前記第１の配線パターンとを電気的に接続すると共に、前記線状部材の他端と前記第２の配線パターンとを電気的に接続する。

本発明のプリント配線板の製造装置では、前記第１及び第２の配線パターンが前記所定の距離を隔てて形成された絶縁性の前記基材を固定するテーブルと、前記テーブルに取り付けられ、前記テーブルに固定される前記基材を過熱して軟化させるヒータと、導電性の前記線状部材を着脱自在に保持するクランパと、前記クランパを前記テーブルに対して水平方向及び垂直方向へ移動させ、且つ、前記クランパで保持する前記線状部材を中心軸として前記クランパを回転する機能を有する駆動部とを備えている。

本発明のプリント配線板によれば、第１及び第２の配線パターンと線状部材とを接続部材を介して接続することで、断線することなく電気的に接続できるので、品質が向上する。

プリント配線板の製造方法によれば、プリント配線板の製造工程を簡略化でき、プリント配線板の加工費を抑えることができる。

プリント配線板の製造装置によれば、前記基材への前記線状部材の打ち込みを精度よく自動的に行える。

プリント配線板は、第１及び第２の配線パターンが両面に形成された絶縁性の基材と、所定の長さで、決められた位置に打ち込まれた導電性の線状部材と、前記第１及び第２の配線パターンと前記線状部材とを電気的に接続した接続部材とを有している。

（実施例１のプリント配線板の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１におけるプリント配線板の概略を示す断面図であり、同図（ａ）は、プリント配線板全体を示す図、及び、同図（ｂ）は、同図（ａ）中のＡ部分の拡大図である。

このプリント配線板は、厚さＬ２０の銅面板２０を有している。銅面板２０は、ガラス布等で構成された絶縁性の基材２１を有している。この基材２１の表面２１ａに銅箔等で構成された第１の配線パターン２２が形成され、基材２１の裏面２１ｂに銅箔等で構成された第２の配線パターン２３が形成されている。

銅面板２０には、コンピュータ援用設計（以下「ＣＡＤ」という。）データの配線パターンから算出した位置に、銅等で構成された導電性の金属細線（ワイヤ）７０から切断され、厚さＬ２０に対応した長さの線状部材７２が打ち込まれている。線状部材７２の一端と配線パターン２２は、電解めっき法等で施された銅めっき等の導電性被膜（例えば、金属めっき）２４を介して電気的に接続されている。線状部材７２の他端と配線パターン２３は、金属めっき２５を介して電気的に接続されている。

このプリント配線板は、例えば、チップ抵抗器や半導体集積回路等のように表面実装に適した電子部品の実装に使われ、回路の小型化が求められる電子機器等に用いられる。

（実施例１のプリント配線板の製造装置）
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１におけるプリント配線板の製造装置の概略を示す構成図であり、同図（ａ）は、装置全体を示す構成図、及び、同図（ｂ）、（ｃ）は、ワイヤ７０（＝７０−１または７０−２）の拡大図である。

図３（ａ）において、プリント配線板の製造装置は、銅面板２０及びワイヤ７０（＝７０−１または７０−２）が設置され、更に、図示されていない中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）等で構成された制御部３０を有している。この制御部３０は、入力されたプログラムに基づき、制御信号Ｓ３０を出力してテーブル４０、カッター４２及び駆動部５０を制御するものである。

テーブル４０は、制御信号Ｓ３０に基づいて、銅面板２０を１００℃以上の高温に加熱して軟化させるヒータ４１と、テーブル４０表面に載置された銅面板２０を固定し、銅面板２０が加熱されたときに銅面板２０の反り返りを防ぐ図示されていない固定部とを有している。テーブル４０の近傍には、制御信号Ｓ３０に基づき、テーブル４０に対して水平方向へ移動するカッター４２が設置されている。このカッター４２は、銅面板２０の表面２０ａまたは裏面２０ｂから突出したワイヤ７０の突出部を切断するものである。

駆動部５０は、内部構造の図示は省略するが、クランパ６０をテーブル４０に対して水平面のｘ軸方向及びこれに直交するｙ軸方向へ移動させるサーボーモータと、クランパ６０をｘ，ｙ軸方向に直交するｚ軸方向へ上昇または下降させるシリンダと、クランパ６０を回転させるモータと、クランパ６０を開閉する図示されていないばね等とにより構成されている。

クランパ６０は、支持軸６１を有し、この支持軸６１の一端が駆動部５０内のモータによって回転するように取り付けられている。支持軸６１の他端には、開閉軸６２が取り付けられ、この開閉軸６２に、対向した一対のアーム部６３，６４の一端が取り付けられている。一対のアーム部６３，６４は、開閉自在でワイヤ７０を挟み、他端には、対向した一対のストッパ部６５，６６が設けられている。ストッパ部６５，６６は、挟んだワイヤ７０を保持するためのものである。

ワイヤ７０には、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように２種類あって、いずれか一方が使用される。

図３（ｂ）において、ワイヤ７０−１は、所定の長さで切断用の切り欠き７１を有している。切り欠き７１によって、ワイヤ７０−１から線状部材７２−１が構成される。線状部材７２−１は、銅面板２０の厚さＬ２０に対応した長さＬ７２で、外周面の長手方向に沿って複数の直線状のスリット７３−１が形成されている。

図３（ｃ）において、ワイヤ７０−２は、ワイヤ７０−１と同様に、所定の長さで切断用の切り欠き７１を有している。切り欠き７１によって、ワイヤ７０−２から線状部材７２−２が構成される。線状部材７２−２は、銅面板２０の厚さＬ２０に対応した長さＬ７２で、外周面にスパイラル状の溝７３−２が形成されている。

（実施例１のプリント配線板の製造方法）
図４は、図１におけるプリント配線板の製造方法の概略を示す製造工程図である。

図１におけるプリント配線板は、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程に従って製造される。
先ず、図４（ａ）の工程において、基材２１の表面２１ａに配線パターン２２が形成され、裏面２１ｂに配線パターン２３が形成された銅面板２０と、所定の長さのワイヤ７０−１と、金属めっき２４，２５が溶解した液体を入れた図示されていないめっき槽と、レジスト剥離液を入れた図示されていない洗浄槽とを用意する。用意した銅面板２０をテーブル４０に載置し、テーブル４０の固定部に固定する。ワイヤ７０−１を選択して、一対のアーム部６３，６４に挟み、一対のストッパ部６５，６６によって保持する。次にプリント配線板の製造装置に電源を投入し、ヒータ４１を加熱し、銅面板２０を軟化する。

図４（ｂ）の工程において、制御信号Ｓ３０により駆動部５０が制御され、制御された駆動部５０によりクランパ６０が銅面板２０からｚ方向に所定の高さ持ち上がる。持ち上がったクランパ６０は、ＣＡＤデータに基づき、銅面板２０に対して水平面のｘ軸方向及びこれに直交するｙ軸方向へ移動し、基準点Ｐ１からｘ軸方向にＸｍｍ、ｙ軸方向にＹｍｍ離れた打ち込み点Ｐ２の上に位置決めされる。

駆動部５０の動作により、クランパ６０がｚ方向に所定の圧力で降下する。この降下によって、ワイヤ７０−１が打ち込み点Ｐ２に打ち込まれ、銅面板２０を貫通する。制御信号Ｓ３０によりカッター４２が打ち込み点Ｐ２に前進して行き、切り欠き７１に基づいて、ワイヤ７０−１を切断し、線状部材７２−１を切り離す。切断後、カッター４２は、制御信号Ｓ３０により原位置に復帰する。クランパ６０は、駆動部５０によって原位置に復帰する。固定部は、銅面板２０の固定を解除する。

図４（ｃ）の工程において、テーブル４０から線状部材７２−１が打ち込まれた銅面板２０を取り外し、レジスト２６を塗布する。レジスト２６を塗布した銅面板２０を図４（ａ）の工程で用意しためっき槽に浸漬し、銅面板２０の配線パターン２２，２３及び線状部材７２−１を陰極として電気分解を行う。めっき槽内で電気分解を行うことにより、レジスト２６によって選択された配線パターン２２，２３及び線状部材７２−１に金属めっき２４，２５が析出し、析出した金属めっき２４を介して、線状部材７２−１の一端と配線パターン２２が電気的に接続される。同様に、析出した金属めっき２５を介して、線状部材７２−１の他端と配線パターン２３が電気的に接続される。

その後、図４（ｄ）の工程において、銅面板２０を図４（ａ）の工程で用意したレジスト除去槽に浸漬し、レジスト２６を剥離すれば、プリント配線板の製造が終了する。

（実施例１の他のプリント配線板の製造方法）
実施例１の他のプリント配線板の製造方法では、図４（ｂ）の工程において図３（ｃ）のワイヤ７０−２を用いた方法を説明する。

ワイヤ７０−２を選択して、一対のアーム部６３，６４に挟み、一対のストッパ部６５，６６によって保持する。ワイヤ７０−１を用いた場合と同様に電源投入し、位置決めを行う。クランパ６０がｚ方向に所定の圧力で降下するさいに、駆動部５０によって、支持軸６１が回転される。支持軸６１の回転によって、ワイヤ７０−２が回転しながら打ち込み点Ｐ２に打ち込まれ、銅面板２０を貫通する。貫通後の処理は、ワイヤ７０−１を用いた場合と同様である。

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（１）〜（３）のような効果がある。

（１） 本実施例１のプリント配線板によれば、スルーホールに代えて、ワイヤ７２を用いている。そのため配線パターン２２，２３が金属めっき２４，２５によって確実に接続されるので、断線することなく接続できるので、品質が向上する。

（２） 本実施例１のプリント配線板の製造方法によれば、銅面板２０を加熱して軟化するので、厚さＬ２０が厚くなっても少ない圧力でワイヤ７２を打ち込むことができる。また、ワイヤ７２を打ち込むようにしたので、切削屑がなくなり、洗浄工程が不要となる。更に、プリント配線板の製造工程の簡略化を図ることができる。スルーホールを形成する穴あけ加工、穴あけ加工時に出る切削屑の洗浄、スルーホールのみに金属めっきを施すめっき処理を省略できるので、プリント配線板の製造時間が短縮でき、プリント配線板の加工費を抑えることができる。

（３） 本実施例１のプリント配線板の製造装置によれば、銅面板２０へのワイヤ７０の打ち込みを精度よく自動的に行える。

（実施例２のプリント配線板の構成）
図５は、本発明の実施例２におけるプリント配線板の概略を示す断面図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には、共通の符号が付されている。

この実施例２のプリント配線板は、実施例１のプリント配線板との相違点として、配線パターン２２，２３及び線状部材７２の接続に金属めっき２４，２５に代えて、銀やはんだ等の導電（例えば、熱硬化型）ペースト２７，２８を使用している。

（実施例２のプリント配線板の製造方法）
実施例２のプリント配線板の製造方法では、実施例１のプリント配線板の製造方法と比べて、金属めっき２４，２５に代えて熱硬化型ペースト２７，２８を用いたので、図４の（ｃ）の工程が異なる。

即ち、銅面板２０に線状部材７２を打ち込んだ後に、スクリーン印刷等によって選択された配線パターン２２とワイヤ２４の一端とに熱硬化型ペースト２７を塗布し、同様に配線パターン２３とワイヤ２４の他端とに熱硬化型ペースト２８を塗布する。熱硬化型ペースト２７，２８を塗布した銅面板２０をリフロー炉に通し、熱硬化型ペースト２７，２８を１５０〜１８０℃に加熱して硬化する。

硬化した熱硬化型ペースト２７を介して、線状部材７２の一端と配線パターン２２が電気的に接続される。同様に、硬化された熱硬化型ペースト２８を介して、線状部材７２の他端と配線パターン２３が電気的に接続される。レジスト２６を使用していないので、レジスト２６の剥離を行わずにプリント配線板の製造が終了する。

（実施例２の効果）
本実施例２によれば、実施例１の金属めっき２４，２５に代えて、熱硬化型ペースト２７，２８を用いたことで、実施例１と同様の効果に加えて、以下のような効果がある。

レジスト２６の剥離を行わなくてよいので、処理を省略できる。そのため、プリント配線板の製造時間が短縮でき、プリント配線板の加工費を抑えることができる。

（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（１）〜（６）のようなものがある。

（１） 実施例１、２では、プリント配線板に基材２１の両面に配線パターン２２，２３が形成されたプリント配線板を用いたが、プリント配線板を複数積層した多層プリント配線板、フレキシブルプリント印刷板を用いてもよい。

（２） 実施例１では、予め配線パターン２２，２３が形成された基材２１に線状部材７２を打ち込んだが、配線パターン２２，２３の形成前の銅面板２０に線状部材７２を打ち込み、それから配線パターン２２，２３を形成してもよい。

（３） 実施例２では、銅面板２０にワイヤ７０を打ち込んだ後に、熱硬化型ペースト２７，２８を塗布し、配線パターン２２，２３と線状部材７２の接続を行ったが、プリント配線基板へ部品実装を行うときに、配線パターン２２，２３と線状部材７２の接続を行ってもよい。

（４） 実施例１、２では、テーブル４０近傍のカッター４２でワイヤ７０から線状部材７２を切り離したが、ストッパ部６５，６６に切断機能をもたせ、挟み込み加圧することでワイヤ７０を切断してもよい。カッター４２の切断処理、原位置への復帰動作がなくなるので、プリント配線板の製造時間が短縮できる。

（５） 実施例１、２では、駆動部５０によって、クランパ６０がテーブル４０に対して水平面のｘ軸方向及びこれに直交するｙ軸方向に移動したが、テーブル４０がクランパ６０に対して相対的に移動してもよい。

（６） 実施例１、２では、線状部材７２の外周面に直線状のスリット７３−１またはスパイラル状の溝７３−２が形成してあったが、形成しなくてもよい。スリット７３−１または溝７３−２を形成しないことで、線状部材７２の加工費が安くなる。

本発明の実施例１におけるプリント配線板の概略を示す断面図である。 従来のプリント配線板における製造方法の概略を示す製造工程図である。 図１におけるプリント配線板の製造装置の概略を示す構成図である。 図１におけるプリント配線板の製造方法の概略を示す製造工程図である。 本発明の実施例２におけるプリント配線板の概略を示す断面図である。

符号の説明

１１，２１ 基材
１２，１３，２２，２３ 配線パターン
１５，２４，２５ 金属めっき
２７，２８ 熱硬化型ペースト
４０ テーブル
４１ ヒータ
５０ 駆動部
６０ クランパ
７０ ワイヤ
７２ 線状部材

Claims (9)

1. 第１及び第２の配線パターンが所定の距離を隔てて形成された絶縁性の基材と、
   前記所定の距離に対応した長さで、前記第１及び第２の配線パターンに対し位置決めされて前記第１及び第２の配線パターンの間に打ち込まれた導電性の線状部材と、
   前記第１の配線パターンと前記線状部材の一端とを電気的に接続すると共に、前記第２の配線パターンと前記線状部材の他端とを電気的に接続した接続部材と、
   を有することを特徴とするプリント配線板。
2. 前記基材は、板状をなし、この板状の表面及び裏面に前記第１及び第２の配線パターンがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記線状部材には、この外周面の長手方向に沿って複数の直線状のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のプリント配線板。
4. 前記線状部材には、この外周面にスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のプリント配線板。
5. 前記接続部材は、導電性被膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント配線板。
6. 前記接続部材は、導電ペーストであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント配線板。
7. 前記第１及び第２の配線パターンが所定の距離を隔てて形成された絶縁性の基材における前記第１及び第２の配線パターンに対して位置決めし、
   前記所定の距離に対応した長さを有する導電性の線状部材を前記基材に打ち込み、
   接続部材により、前記線状部材の一端と前記第１の配線パターンとを電気的に接続すると共に、前記線状部材の他端と前記第２の配線パターンとを電気的に接続することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
8. 前記線状部材を前記基材に打ち込む際に、前記基材を過熱により軟化しておいて、この基材に対して前記線状部材を打ち込むことを特徴とする請求項７記載のプリント配線板の製造方法。
9. 第１及び第２の配線パターンが所定の距離を隔てて形成された絶縁性の基材を固定するテーブルと、
   前記テーブルに取り付けられ、前記テーブルに固定される前記基材を過熱して軟化させるヒータと、
   導電性の線状部材を着脱自在に保持するクランパと、
   前記クランパを前記テーブルに対して水平方向及び垂直方向へ移動させ、且つ、前記クランパで保持する前記線状部材を中心軸として前記クランパを回転する機能を有する駆動部と、
   を備えたことを特徴とするプリント配線板の製造装置。

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