JP2008263225A - プリント配線板の製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品を内蔵するプリント配線板の製造効率を向上することが可能なプリント配線板の製造装置を提供すること。
【解決手段】面内一部切り出しがある第1の配線板素材の切り出しの空間部分に第2の配線板素材を嵌め込むべく、第1の配線板素材に対して第2の配線板素材を位置合わせする位置合わせ装置と、第1の配線板素材に対して第2の配線板素材が位置合わせされた状態を固定すべく固定部材を第1の配線板素材と第2の配線板素材との境界部位に供給する部材供給機器とを具備する。
【選択図】図4

Description

本発明は、プリント配線板の製造装置に係り、特に、部品を内蔵するプリント配線板の製造に好適なプリント配線板の製造装置に関する。
近年、電子機器の小型、軽量、多機能化の要求の中で、単位面積あたりの部品実装密度を向上するために、半導体部品(集積回路部品、ディスクリート部品)やチップ部品(チップコンデンサやチップ抵抗)などの部品を内部に実装する部品内蔵型の多層プリント配線板の開発が行なわれている。
部品を内蔵する多層プリント配線板は、製造の中途段階でコア板と呼ばれる内層板に部品を実装する工程が伴う。このような実装工程は、通常のプリント配線板製造工程とは異質の工程であって、通常、マウンタやボンダのような部品の実装・組立機器を用いる。さらに、実装方法が半導体素子のフリップチップ接続やワイヤボンディング接続のような場合には、利用できる実装装置の仕様の関係から実装対象であるコア板の面積が限られる場合がある。
したがって、従来の場合、部品を内蔵する多層プリント配線板を製造するときには、利用できる実装装置等の仕様に従って、製造する多層プリント配線板の総面積が決定されることになる。
多層プリント配線板は、一般的に、生産性の観点から比較的大きな板材に同一のものを複数面付けして製造し、製造最終工程で製品として小片に切り出すのが好ましい。この一般論から言うと、部品を内蔵する多層プリント配線板についても、比較的大きな板材に同一のものを複数面付けして製造するのが製造効率という観点で好ましい。しかしながら、上記したように、部品実装における制約のためこのような製造方法を採ることができない場合がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、部品を内蔵するプリント配線板の製造効率を向上することが可能なプリント配線板の製造装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る、プリント配線板の製造装置は、面内一部切り出しがある第1の配線板素材の前記切り出しの空間部分に第2の配線板素材を嵌め込むべく、前記第1の配線板素材に対して前記第2の配線板素材を位置合わせする位置合わせ装置と、前記第1の配線板素材に対して前記第2の配線板素材が位置合わせされた状態を固定すべく固定部材を前記第1の配線板素材と前記第2の配線板素材との境界部位に供給する部材供給機器とを具備することを特徴とする。
すなわち、この製造装置は、枠組みとなる配線板素材(第1の配線板素材)の枠内空間に、部品実装済みの配線板素材(第2の配線板素材)を嵌め込み、位置合わせして固定することができる装置である。この装置は、第2の配線板素材の大きさを限定することで周知の種々の実装・組立装置を用いて配線板を製造する場合に整合している。すなわち、実装を終えた第2の配線板素材を、いわば枠組みとしての第1の配線板素材に対して、位置合わせ、嵌め込み、固定することにより、その後の工程は、大きな面積に複数枚面付けされた形態で進めることができる。したがって、部品を内蔵するプリント配線板の製造効率を向上することが可能になる。固定部材には、例えば、接着樹脂、半田ペースト、接着テープを挙げることができる。
本発明によれば、部品を内蔵するプリント配線板の製造効率を向上することが可能なプリント配線板の製造装置を提供することができる。
以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1、図2は、本発明の各実施形態に係る製造装置が有用となるプリント配線板製造プロセスを概略的に斜視で示す工程図である。まず、このプロセスを説明する。図1(a)、(b)、図2(a)の順にプロセスが進行し、図2(b)は、図2(a)に示すプロセスのあとにおけるプリント配線板の状態を断面で示す模式図である。これらの図において、同一相当部分には同一符号を付してある。
まず、図1(a)に示すように、プリント配線板のコア部分とすべき配線板素材(パネル)10を用意する。この配線板素材10は、例えば少なくとも両面に配線層(図示省略)がありかつそのそれぞれがパターニング済みである。配線層はさらに配線板素材10の内層として存在してもよい(すなわち、この時点で配線板素材10が例えば3層配線板、4層配線板、5層配線板、…、であってもよい。)。これらの配線層間の電気的接続手段については特に限られるものではなく、例えば公知の導電性樹脂による充填構造のものやスルーホール内面の金属層による中空構造のものなどを用いることができる。
配線板素材10には、複数(ここでは一例として4つとしているが、数は問わない。)の同じ製品となるべき部分が面付けされて形成されている。面付けされた各部分は、切り出し線11a、11b、11c、11dによりあとの工程で一旦切り出される。面付けされた各部分には、半導体部品の実装領域12が設けられている。実装領域12は、半導体部品用のみでなく受動部品(チップコンデンサやチップ抵抗)用のものがあってもよい。半導体部品用の実装領域は、各部分について一つまたは複数である。
配線板素材10を用意したら、次に、図1(b)に示すように、面付けされた各部分10a、10b、10c、10dを例えばルータなどの一般的なプリント配線板製造プロセスで使用される機器を用いて、切り出し線11a、11b、11c、11dに沿って切り出す。残り部分は、枠組みとしての配線板素材10Aになる。そして、各部分10a、10b、10c、10dについては、それぞれ、実装機器を用いて所定の半導体部品などの部品20を実装する。この実装には、半導体部品がベアチップであれば、周知のフリップチップ接続やワイヤボンディングによる接続を適用することができる。もちろん半導体部品としてパッケージ品を実装してもよい。さらに、受動部品を実装してもよい。
フリップチップ接続やワイヤボンディングによる接続には、専用の実装・組立機器を用いる。このような機器は、通常、ベアチップが実装される対象側の大きさに制約があるが、この製造プロセスでは、この大きさの制約内で各部分10a、10b、10c、10dの大きさを決めておく。これにより、被対象物の大きさに制約のある専用の実装・組立機器を活用できる。
次に、図2(a)に示すように、切り出しのある配線板素材10Aに、部品20が実装された各部分10a、10b、10c、10dを戻して嵌め込み、これらをコア部分とするため、例えば配線板素材10の両面それぞれにプリプレグ15(17)、両面配線板16(18)を積層して、これらを加熱・加圧して一体化する。
ここで、部品20などの部品が実装された位置に対向するプリプレグ15の位置には、あらかじめ後退穴または貫通穴を設けておくと好ましい。
また、両面配線板16(18)は、配線板素材10と同様に、例えば少なくとも両面に配線層(図示省略)がありかつそのそれぞれがパターニング済みである。これらの配線層間の電気的接続手段については、同様に、例えば公知の導電性樹脂による充填構造のものやスルーホール内面の金属層による中空構造のものなどを用いることができる。
配線板素材10、プリプレグ15(17)、両面配線板16(18)の一体化により、配線板素材10をコア部分とする多層配線板を得ることができる。なお、両面配線板18に代えて金属(銅)箔を用いて積層・一体化することもできる。得られた多層配線板は、以降の工程(例えば、ソルダーレジストの形成などの工程)に投入される。
図2(b)は、以上のようにして得られた多層(6層)配線板の一例を断面で示す模式図である。この図に示す場合には、プリプレグ15、17を貫通する電気的接続手段に、図示するように、導電性樹脂による充填構造のものを用いているが、スルーホール内面の金属層による中空構造のものを用いてもよい。図2(b)におけるC1、C2間の切り出し、およびC3、C4間の切り出し(これらの切り出しは、当然、紙面に垂直方向の奥と手前でもなされる。)により、最終的な小片としての複数の同一製品が得られる。なお、これらの切り出しは、図示するように、配線板素材10の部分10c等との継目(埋もれた継目)の内側で行なうと好ましい。これにより、通常の多層配線板と構造的に変わらないものが得られる。
以上説明したように、この製造プロセスでは、実装工程以外の工程を大きな面積に複数枚面付けされた形態でプリント配線板の製造を進めることができる。したがって、部品を内蔵するプリント配線板の製造においてその製造効率を顕著に向上することが可能になる。
図3は、以上のようにして得られた多層(6層)配線板の他の例を断面で示す模式図である。図3において、図1、図2と対応する部位には同一番号を付してある。この図に示す場合は、コア部分となっている配線板素材10の枠部分と部品実装のため一旦切り出されて戻された部分とが両方とも最終的な製品の一部として活用されるところが、上記の例と異なる点である。
このような応用は、例えば、最終的な小片としてのプリント配線板の大きさより、さらに小さい面積にしか部品実装・組立機器を適用できない場合に有用である。すなわち、上記小片に相当する内側に、切り出されるべき部分を複数設ける形態に適用できる。
図3に示すように、この場合には、配線層1〜6のうち配線層3および配線層4については、連続なパターンを形成できない。これは、これらのパターンがもともと形成されている配線板素材10の板部分が、製造途中で一旦切り出されるからである。このような配線パターンの不連続については、同図のAまたはBに示すように、配線層3については配線層3、配線層2間の導電手段(電気的接続手段)と配線層2の配線パターンとにより、配線層4については、配線層4、配線層5間の導電手段と配線層5の配線パターンとにより、それぞれ手当てすることができ、実質的には連続なものとしてパターン設計できる。
この図3に示す場合は、例えば、図1(b)に示す一部分10c、10dと配線板素材10Aのその周辺部分とで一つの製品としての小片とし、同じく一部分10aおよび10bと配線板素材10Aのその周辺部分とで上記小片と同一の製品としての小片とする形態である。このような形態も、大きな面積に複数枚面付けしてプリント配線板を製造できることについては同様である(この例では2枚であるが3枚以上も同様に可能である。)。したがって、より小さい面積にしか部品実装・組立できない機器を活用できるなど対象を拡大して、部品を内蔵するプリント配線板の製造においてその製造効率を顕著に向上することが可能になる。
以上説明のプロセスは、以下の点を考慮する必要がある。一つは、枠組みとしての配線板素材10Aと一旦切り出された一部分10a、10b、10c、10dとがコア部分となりこのコア部分と他の配線層とは積層的に位置合わせされることから、積層前にあらかじめ配線板素材10Aに対して各一部分10a、10b、10c、10dが位置合わせされていることを要することである。配線板素材10Aに対して各一部分10a、10b、10c、10dが位置合わせされてないと、各一部分10a、10b、10c、10dに積層される配線層と上記一部分10a、10b、10c、10dとの位置の不一致を生じてしまう。
また、枠組みとしての配線板素材10Aに対して各一部分10a、10b、10c、10dが位置合わせされたあと、この状態を、他の層が積層されて相対的な変位が生じなくなる状態に至るまでの間、維持することを要することである。
前者(位置合わせ)については、コア板に積層すべき他の層となる両面配線板などの配線板素材を基準にすることを一つの方法として挙げることができる。例えば、この場合、他の層となる配線板素材の表面に形成されている配線パターンを基準位置マークとして用いる。この配線パターンへの、切り出しのある配線板素材10Aの位置合わせは、切り出しがされてない配線板素材10の位置合わせと同様に行なうことができる。例えば、他の層となる配線板素材や切り出しのある配線板素材10Aの端面を基準面として、これを突き当て面に突き当て外形を揃える方法や、X線により基準位置マークとなる配線パターンを透視し切り出しのある配線板素材10Aの位置を調整する方法である。
このようにして、他の層となる配線板素材と切り出しのある配線板素材10Aとの位置合わせとがされたあと、切り出しの部分からのぞく配線パターンを基準にして各一部分10a、10b、10c、10dを位置合わせしつつ嵌め込む。このような位置合わせには、例えばマウンタを用いて、切り出し部分からのぞく配線パターンをマウンタに付属する画像カメラで読み取り、読み取った情報に合致するように各一部分10a、10b、10c、10dを吸着ヘッドでマウントすればよい。なお、このような工程を円滑にするため、各一部分10a、10b、10c、10dは、配線板素材10Aの切り出し部分より若干小さくしておくのが好ましい(これは以下の位置合わせ方法でも同様である。)。
なお、この段階では、他の層となる配線板素材との間にプリプレグが設けられていない状態であり、このまま積層することができない。手順としては、上記の位置合わせを行ない、後述する方法でその状態を固定してから、改めて、配線板素材10A、プリプレグ、および他の層となる配線板素材を積層配置し、一体化することができる。よって、上記の位置合わせのための、他の層となる配線板素材は、実際の配線板素材を用いずにダミーであってもよい。
図4は、上記とは異なる、配線板素材10Aに対して各一部分10a、10b、10c、10dを位置合わせする工程例を斜視で示す図であり、本発明の一実施形態に係る製造装置(その位置合わせ装置の部分)の開示を含んでいる。この工程例では、切り出しのある配線板素材10Aと各一部分10a等との位置合わせに、載置台(板材)21の所定位置に起立して設けられた複数のピン22a、…、22lを用いる(図4(a)参照)。
具体的には、載置台21上に起立して設けられたピンのうち一部22a〜22dが切り出しのある配線板素材10Aの位置合わせ用であり、他の一部22e〜22lが各一部分10a、10b、10c、10dの位置合わせ用である。したがって、この場合も、載置台21およびピン22a、…、22fにより、切り出しのある配線板素材10Aと各一部分10a、10b、10c、10dとが間接的に位置合わせされる。
まず、図4(b)に示すように、両面配線板18、プリプレグ17、および切り出しのある配線板素材10Aを載置台21上に載置する。この際、両面配線板18、プリプレグ17、および配線板素材10Aの所定位置には、基準孔がピン22a〜22dの位置に相当して設けられており、この基準孔にピン22a〜22dを嵌合させる。
次に、図4(c)に示すように、各一部分10a、10b、10c、10d(部品20を実装済み)を載置台21上であってピン22a、…、22lの存在する位置に載置する。この際、各一部分10a、10b、10c、10dの所定位置には、基準孔がピン22e、…、22lの位置に相当して設けられており、この基準孔にピン22e、…、22lを嵌合させる。このようにして得られた図4(c)に示す状態は、配線板素材10Aと各一部分10a、10b、10c、10dとがピン22a、…、22lを介して位置合わせされた状態である。すなわち、ピン22a、…、22lがマークとして機能し、ピン22a、…、22lへの嵌合が位置合わせとなるものである。
なお、載置台21上のピンのうち一部22a〜22dと、他の一部22e〜22lとは、図4に示された数でなくてもよい。それぞれ、少なくとも2箇所にあれば一応必要とする位置合わせを行なうことができる。また、このような位置合わせされた状態のものを、載置台21上から他の装置などに移動させることに備えて、ピン22a、…、22lをハトメとしても機能させるように形状、材質等を選択しておいてもよい。ハトメとして固定したあとには、ピン22a、…、22lが載置台21から抜けるようにしておく。
さらに、図4に示した場合は、両面配線板17とプリプレグ18とを配線板素材10Aの下に置くようにしているが、単に、配線板素材10Aと各一部分10a、10b、10c、10dとを位置合わせするのみであれば、両面配線板17とプリプレグ18を置く必要はない。図4に示す場合は、位置合わせ後の積層・一体化を考慮している。
図5は、上記とはさらに異なる、配線板素材10Aに対して各一部分10a、10b、10c、10dを位置合わせする工程例を斜視で示す図であり、本発明の別の実施形態に係る製造装置(その位置合わせ装置の部分)の開示を含んでいる。この工程例では、切り出しのある配線板素材10Aと各一部分10a、10b、10c、10dとの位置合わせに、両者の上にそれぞれ印されたマークを用いる。
まず、図5(a)に示すように、載置台26上に、両面配線板18、プリプレグ17、および切り出しがある配線板素材10Aを載置する。この載置は、載置台26に対して位置的に高精度でなくてもよい。これら間の位置合わせは、例えばこれらの端面を基準面として外形を揃えることによりあらかじめ行なうことができる。配線板素材10A上には、所定位置に基準マークM1〜M4が印されている。
次に、図5(b)に示すように、載置台26上に設けられた画像カメラ32により配線板素材10Aを光学的に撮像し、基準マークM1〜M4の座標を認識する。そして、この認識された座標に基づいて、吸着ヘッド31に吸着された一部分10d(10a〜10cも同様)を配線板素材10Aの切り出し部分に嵌め込む。
より具体的には、一部分10dを吸着ヘッド31に吸着保持する前には、例えば、画像カメラ32により上記一部分10dを撮像し、その面上に印された基準マークMa、Mbを捉えてそれらの位置を基準に吸着しておく。また、吸着ヘッド31の駆動側では、基準マークM1〜M4と基準マークMa、Mbとの位置関係を、あるべきデータ(基準データ)としてあらかじめ蓄えておくようにする。
そして、基準マークMa、Mbに基づく吸着位置を勘案して基準マークM1〜M4の座標と上記基準データとから導かれる位置に、上記一部分10dを吸着した吸着ヘッド31を動かし、上記のような嵌め込み操作を行なえば、切り出しのある配線板素材10Aと一部分10dとが位置合わせされるものである。
ちなみに、吸着ヘッド31は、縦横(XY)方向移動、垂直方向軸回り回転、および上下動が可能に構成されており、例えば、マウンタに設けられている吸着ヘッドと同様のものである。また、基準マークM1〜M4、基準マークMa、Mbは、特にマークとして印されたものでなくてもよい。例えば配線パターンの一部を用いてもよい。また、上記のようにして嵌め込み操作をしたあと、基準マークM1〜M4および基準マークMa、Mbを再び画像カメラ32で捉えて位置合わせが正確か否かを確認することもできる。確認の結果、所定以上のずれがある場合には、そのずれに基づいて吸着ヘッド31で各一部分10a、10b、10c、10dを再度吸着し位置微調整してもよい。
さらに、切り出しがある配線板素材10A上の基準マークM1〜M4と、一部分10d上の基準マークMa、Mbとは、図5に示された数でなくてもよい。それぞれ、少なくとも2箇所にあれば一応必要とする位置合わせを行なうことができる。これは、2箇所のマークにより、位置(XY座標)と姿勢(XY平面上での回転位置)とが検出できるからである。
次に、上記の位置合わせがなされた状態を、他の層が積層・一体化されて相対的な変位が生じなくなる状態に至るまでの間、維持するための方策について以下述べる。図6は、切り出しがある配線板素材10Aの切り出し部分に各一部分10a、10b、10c、10dを嵌め込み位置合わせした状態を固定するための方法を説明する図であり、本発明のさらに別の実施形態に係る製造装置(その部材供給機器の部分)の機能の開示を含んでいる。同図においてすでに説明した構成要素には同一符号を付してあり、符号111は配線パターンである。また、図6(a)は上面図、同(b)および同(c)は断面図である。
図6に示す例は、配線板素材10Aの切り出し部分と上記各一部分10a、10b、10c、10dとの間隙を互いの固定のため利用するものである。そのひとつの例は、図6(a)、同(b)を参照して説明するに、これらの間隙に接着樹脂41を適用して固定するものである。接着樹脂41には、例えばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いることが可能であり、上記間隙へのその適用には、吐出ヘッドから細部へペースト状物体を吐出することが可能な機器(例えるならディスペンサなどのペースト状物体の吐出機器と同様機能の機器)を用いることができる。なお、このような吐出ヘッドは、例えば、図5(b)に示した吸着ヘッド31と同様の位置に設けられ移動するものとして考えることができる。
もう一つの例は、図6(a)、同(c)を参照して説明するに、これらの間隙に半田42を適用して固定するものである。半田42を間隙に適用するには、例えば半田ペーストを、上記と同様なペースト状物体吐出機器から吐出することにより行なうことができる。吐出されたあとに熱を加えリフローさせる。この場合には、半田と接合する金属部分が、配線板素材10Aの切り出し部分および各一部分10a、10b、10c、10dの断面部分に必要であるが、これには、あらかじめ形成された内層としての配線パターン43、44を利用することができる。
図7は、切り出しがある配線板素材10Aの切り出し部分に各一部分10a、10b、10c、10dを嵌め込み位置合わせした状態を固定するための、上記とは別の例を説明する図である。同図においてすでに説明した構成要素には同一符号を付してある。図7(a)は上面図、同(b)は断面図である。
図7に示す例は、配線板素材10Aの切り出し部分と上記各一部分10a、10b、10c、10dとの間隙を利用せず、両者にまたがってそれらの面上に接着テープ51を貼付し固定するものである。この方法によれば、上記のような接着樹脂や半田ペーストの適用に要する位置の精密さは必要なくなる。接着テープ51の貼付には、接着テープの吐出機構を用いることができる。
この例では、配線板素材10Aおよび上記各一部分10a、10b、10c、10dの面上の一部をテープ貼付に使用することになるので、そのスペースをあらかじめ確保する必要がある。このスペースでは、例えば、配線パターンを形成しないなどレイアウトルールを決めておくと、接着テープ51より一部分10d(10a、10b、10c)側を最終的に切り出すことにより、接着テープ51の部分を最終製品に含ませないようにすることが容易である。
なお、以上の説明では、一度切り出したものに部品実装後もとの配線板素材に戻す前提で説明したが、当然ながら、嵌め込まれる配線板素材が、正確にもとの位置(切り出された位置)に戻されなくてはならないということではない。切り出されたものが入れ違ってもよいことは自明である。また、枠組みとなる配線板素材と嵌め込まれる配線板素材とが全く別の手順・工程で作られたものであってよいことも自明である。
本発明の各実施形態に係る製造装置が有用となるプリント配線板製造プロセスを概略的に斜視で示す工程図。 図1の続図であって、本発明の各実施形態に係る製造装置が有用となるプリント配線板製造プロセスを概略的に斜視または断面で示す工程図。 図2(b)に示す断面構造の変形例を示す断面図。 図1中に示した配線板素材10Aに対して、部品実装済みの一部分10a等を位置合わせする工程例を斜視で示す図。 図4とは異なる、配線板素材10Aに対して部品実装済みの一部分10a等を位置合わせする工程例を斜視で示す図。 図1中に示した一部切り出しがある配線板素材10Aの切り出し部分に部品実装済みの一部分10a等を嵌め込み位置合わせした状態を固定するための方法を説明する図。 図1中に示した一部切り出しがある配線板素材10Aの切り出し部分に部品実装済みの一部分10a等を嵌め込み位置合わせした状態を固定するための別の方法を説明する図。
符号の説明
10…配線板素材、10A…一部切り出しがある配線板素材、10a,10b,10c,10d…配線板素材を切り出した一部分、11a,11b,11c,11d…切り出し線、12…部品実装領域、15,17…プリプレグ、16,18…配線板素材、20…部品、21…載置台、22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j,22k,22l…ピン、26…載置台、31…吸着ヘッド、32…画像カメラ、M1,M2,M3,M4,Ma,Mb…基準マーク、41…接着樹脂、42…半田、43,44…配線パターン、51…接着テープ、111…配線パターン。

Claims (1)

  1. 面内一部切り出しがある第1の配線板素材の前記切り出しの空間部分に第2の配線板素材を嵌め込むべく、前記第1の配線板素材に対して前記第2の配線板素材を位置合わせする位置合わせ装置と、
    前記第1の配線板素材に対して前記第2の配線板素材が位置合わせされた状態を固定すべく固定部材を前記第1の配線板素材と前記第2の配線板素材との境界部位に供給する部材供給機器と
    を具備することを特徴とするプリント配線板の製造装置。
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