JP2010073945A - 電線の接続方法及びそれに用いる電極の支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】電線を電極に確実に接触させられる電線の接続方法及びそれに用いる電極の支持体を提供する。
【解決手段】支持体（基板２）の表面に設けられた電極３に電線（中心導体８）をレーザ溶接し該電極を電気的に接続する電線の接続方法において、上記支持体の表面に穴６を設け、上記電線を電極３の表面に沿わせ、その電線の先端を穴６に落とし込むことにより、上記電線を電極３の縁に接触させ、この接触部分をレーザ溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線を電極に確実に接触させられる電線の接続方法及びそれに用いる電極の支持体に関する。

プリント配線基板に設けられた電極やコネクタに設けられた電極に、極細線等の電線をレーザ溶接する際は、電極に電線を密接させておいてから、その密接している電極と電線にレーザ光を照射することが望ましい。

図７により従来技術を説明する。

支持体（基板、コネクタなど）１０１の表面には、膜状（板状、箔状を含む）の電極１０２が設けられている。極細ケーブル１０３は、先端をストリップ加工することにより、絶縁被覆１０４が除去され、導体である極細線１０５が露出されている。極細ケーブル１０３を図示のように支持体１０１と平行にし、位置合わせをして極細線１０５を電極１０２に近付ける。電極１０２上の極細線１０５の上方から極細線１０５に向けてレーザ光を照射すると、極細線１０５と電極１０２の構成金属同士が溶融して溶接が達成される。

極細線１０５は、直線形状を維持できるような剛性を有さず、可撓性を有する。このため、上記従来技術では、電極１０２に極細線１０５を密接させるのが困難である。この問題を解決するために、以下の技術が提案されている。

特許文献１に開示された技術は、芯線のばらけ防止部を有した同軸細線の芯線をコネクタの金属端子に当接させた状態でレーザを照射することにより、芯線と金属端子を微細溶接する溶接ステップと、前記溶接ステップの後に、不要となるばらけ防止部をレーザ照射により切断する切断ステップとを有するものである。

特許文献２に開示された技術は、第１のジグと第２のジグそれぞれと端子部材によって線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、前記第１のジグと前記第２のジグとの間に位置する前記線にレーザを照射することにより前記端子部材に前記線を接合するものである。

特開２００６−１２０３６４号公報 特開２００７−３２６１４０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ばらけ防止部を用いて隣接する芯線同士の間隔を一定に保つことができたとしても、金属端子に芯線を密接させるための圧力を調整することはできない。このため密接強度のばらつきが生じる。レーザ溶接を行った際に、密接強度のばらつきが接合強度のばらつきを生じさせ、接合品質が安定しなくなる。

また、多芯極細線は、複数の極細線が撚ってある。このような撚ってある複数の極細線をフラットに配列させたとき、極細線のわずかな湾曲により個々の極細線の長さにばらつきが生じる。このばらつきを高精度で抑えるのは困難である。

一方、特許文献２の技術では、ジグを用いて物理的に芯線を端子部材に押し付ける。しかし、近年では基板やコネクタと接続する極細ケーブルの信号線数が膨大になり、それに伴い隣接する端子部材間の間隔が狭くなり、ジグを置くことのできる空間が小さくなっている。このため、隣接する端子部材や隣接する芯線に悪影響を及ぼすことなく、実効的に端子部材に芯線を当接させることができるジグの作製が物理的に困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電線を電極に確実に接触させられる電線の接続方法及びそれに用いる電極の支持体を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の電線の接続方法は、支持体の表面に設けられた電極に電線をレーザ溶接し該電極を電気的に接続する電線の接続方法において、上記支持体の表面に穴を設け、上記電線を上記電極の表面に沿わせ、その電線の先端を上記穴に落とし込むことにより、上記電線を上記電極の縁に接触させ、この接触部分をレーザ溶接するものである。

上記穴を上記支持体に貫通させて設け、該支持体の裏面より雰囲気気体を吸引することにより、上記電線の先端を上記穴に吸い込み、上記電線の先端が上記穴に吸い込まれている状態で、上記電線と上記電極との接触部分をレーザ溶接してもよい。

また、本発明の電極の支持体は、電線をレーザ溶接により電気的に接続するための電極が表面に設けられた電極の支持体において、上記電線を落とし込むための穴が設けられているものである。

上記電極と上記穴との上記支持体の表面に沿った距離は、上記支持体の表面から上記電極の表面までの距離以下であってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）電線を電極に確実に接触させられる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本実施形態では、電極の支持体はプリント配線基板１の基板２である。プリント配線基板１に用いられる基板２は、汎用的に電子部品の実装に用いられるガラス繊維とエポキシ樹脂で構成された耐熱規格ＦＲ４の基板２である。基板２の表面には、電線を溶接接続するための電極３が設けられている。基板２の表面、裏面、多層面（多層の場合）には、実装される電子部品同士を電気的に接続するための導体（図示せず）、電極３を電子部品（図示せず）に電気的に接続するための導体４、グランドの導体（図示せず）がプリント配線によってパターンとして設けられている。

本実施形態では、電極３に溶接接続により電気的に接続する電線は、極細同軸線の中心導体ＡＷＧ＃４８（後述する図４の中心導体８）である。基板２には、極細同軸線の中心導体を溶接接続により電気的に接続する電極３のほかに極細同軸線の外部導体を電気的に接続するグランド電極５が設けられる。

本発明にあっては、電極の支持体である基板２に、電線である中心導体を落とし込むための穴６が設けられている。本実施形態では、穴６は基板２を表面から裏面まで貫通する貫通穴である。

本実施形態では、プリント配線基板１に接続する極細同軸線が多芯ケーブルであり、このため基板２には複数の電極３が等ピッチ間隔で並べて設けられていると共に、各電極３のための穴６がそれぞれ電極３の近傍に設けられている。すなわち、電極３と穴６はアレイ状をなしている。これに伴い、極細同軸線の外部導体を接続するグランド電極５は、電極３の並び方向に長く伸びた長方形に形成されている。

図２に示されるように、電極３は、電極３同士の並び方向に幅Ｗが短く、それとは直角方向に長さＬが長い長方形である。電極３の一方の短辺（グランド電極５がある側の反対側）には導体４がパターンによって接続させて設けられている。導体４は、電極３の短辺の端に配置されている。導体４が繋がっている電極３の短辺の外方には、その短辺の近傍、かつ導体４の近傍に穴６が設けられている。

電極３と穴６との距離（基板表面に沿った距離）は、基板２の表面から電極３の表面までの距離（つまり電極厚）以下であることが望ましい。例えば、電極ピッチＰ＝３００μｍ、電極幅Ｗ＝１５０μｍ、電極長Ｌ＝５００μｍ、穴直径Ｄ＝１００μｍ、電極穴間距離ｄ＝２０μｍ、電極厚Ｔ（図４参照）＝１００μｍである。本発明に係る電極の支持体において電極３と穴６との支持体の表面に沿った距離ｄを支持体の表面から電極３の表面までの距離（電極３の厚さ）Ｔ以下としたので、電線が電極３の縁にかかりやすく、電線が電極３に接触することが確実になるからである。

図１のプリント配線基板１は、周知慣用の製造プロセスで製造する。まず、ガラス繊維とエポキシ樹脂で基板２を形成し、次いで、所望の厚さの銅箔を接着剤により基板２に貼り合わせ、印刷加工、フォトリソグラフィ加工、エッチング加工を経て所望のパターンの導体（電極も含む）が形成されたプリント配線基板１を製造する。穴６は、ドリル加工により形成する。電極３は、酸化防止のため、電解めっき加工により導体に金を成膜する。ここでは、成膜された金の表面に溶融めっきによりはんだを成膜してある。

以下、本発明の電線の接続方法を説明する。

図３に示されるように、本発明の電線の接続方法に用いるレーザ溶接装置３１は、プリント配線基板１を保持して移動する精密移動ステージ３２と、プリント配線基板１に接続する極細同軸線７を保持するケーブル保持具（図示せず）と、プリント配線基板１の電極３に重ねた極細同軸線７の中心導体８にレーザ光を照射するレーザ光照射装置３３とを備える。

精密移動ステージ３２は、プリント配線基板を載置する基台３４と、基台３４にプリント配線基板１を固定するチャック機構３５とからなる。チャック機構３５は、基台３４とプリント配線基板１の裏面との間に空間を形成する基台３４の凹部３６と、凹部３６に繋がる気体流路３７と、気体流路３７を介して雰囲気気体（ここでは空気）を吸引する真空ポンプ（図示せず）とを備え、基台３４にプリント配線基板１を吸着固定するようになっている。精密移動ステージ３２は、図示しない移動機構によって直交三軸方向、各軸の回転方向など複数軸に高精度で移動するようになっている。

ケーブル保持具は、極細同軸線７をプリント配線基板１に対して平行又は所定の角度で保持するようになっている。ケーブル保持具は、複数軸に移動可能に構成してもよい。

レーザ光照射装置３３は、図示しないＬＤレーザと、ＬＤレーザから励起光を導くレーザ光導入用光ファイバ３８と、レーザ光導入用光ファイバ３８からの励起光を利用してＹＡＧレーザを発振させてそのレーザ光を照射するレーザヘッド３９と、レーザヘッド３９を保持するアーム機構４０とを備える。レーザ光照射装置３３は、アーム機構４０を複数軸に移動可能に構成してもよい。

図３のレーザ溶接装置３１において、すでに精密移動ステージ３２にプリント配線基板１が固定され、極細同軸線７がプリント配線基板１に対してレーザ溶接のための所定の位置に位置合わせして所定の姿勢で保持されているものとする。極細同軸線７の端末は、あらかじめ処理されている。すなわち、絶縁外皮９が剥離され、外部導体１０、絶縁スペーサ１１、中心導体８がそれぞれ必要な長さ露出されている。外部導体１０はグランド電極５に接する位置にあり、グランド電極５から電極３までの間は、絶縁スペーサ１１が占めている。このとき、外部導体１０は中心導体８が電極３に溶接固定される以前にグランド電極５に溶接固定されていてもよい。あるいは、中心導体８が電極３に溶接固定された後に外部導体１０がグランド電極５に溶接固定されてもよい。

絶縁スペーサ１１から露出する中心導体８は、電極３のグランド電極５がある側の短辺から反対側の短辺を越えて伸びている。中心導体８の先端は、基板２に設けられた穴６に落とし込まれている。本実施形態では、穴６が基板２に貫通させて設けられていると共にチャック機構３５が真空引きしている。このため、穴６の中は基板２の裏面より雰囲気気体が吸引されて気流が生じている。この気流によって中心導体８の先端が穴６に吸い込まれている。中心導体８は、電極３と穴６の間で屈曲させられている。

レーザヘッド３９は、極細同軸線７の中心導体８に対し、中心導体８が電極３の縁に接触している位置かそれより電極内側の近傍にレーザ光の照準を合わせてある。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、極細同軸線７の中心導体８は、電極３の表面の上部をほぼ電極３の表面と平行に電極３の長手方向に伸び、電極３と穴６の間で屈曲し、穴６に落とし込まれている。中心導体８は、電極３の表面と平行な部分と基板２の表面の穴６との間で屈曲しているため、電極３の縁にかかるようにして電極３に接触している。特に、本実施形態では、穴６が基板２を貫通し、雰囲気気体の吸引により中心導体８の先端が強制的に穴６に吸い込まれているため、中心導体８が確実に電極３に接触している。また、中心導体８の先端が穴６に吸い込まれるのに伴い、中心導体８の電極３の表面と平行な部分も、電極３の表面に近寄せられる。

この状態にて、レーザヘッド３９からレーザを照射する。図４（ｃ）に示されるように、レーザを照射された中心導体８と電極３が加熱され溶融する。中心導体８が溶断すると同時に、溶融している電極３の表面のはんだに中心導体８が接合される。詳しく述べると、中心導体８が電極３に接触していた電極３の縁のところを起点にして、中心導体８の溶融部と電極２の溶融部がレーザの照射範囲に広がる。レーザの照射を停止した後には、中心導体８の溶融部（銅）と電極３の溶融部（はんだ）との合金が固化し、中心導体８と電極３の溶接が達成される。

一方、溶断により分離され不要になった中心導体８の先端は、雰囲気気体と共に吸引されて除去される。真空ポンプに至るまでの気体流路３７にトラップや吸着機構を設けるなどして中心導体８の先端を回収するのが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る電線の接続方法によれば、基板２等の電極３の支持体の表面に穴６を設け、中心導体８等の電線を電極３の表面に沿わせ、その電線３の先端を穴６に落とし込むことにより、電線を電極３の縁に接触させ、この接触部分をレーザ溶接するようにした。電線が電極３の縁のところで屈曲することになるため、電線が確実に電極３に接触する。よって、接合が確実になる。また、この接続方法は、再現性よく行うことができる。

さらに、本発明に係る電線の接続方法によれば、穴６を支持体に貫通させて設け、支持体の裏面より雰囲気気体を吸引することにより、電線の先端を穴６に吸い込み、電線の先端が穴６に吸い込まれている状態で、電線と電極３との接触部分をレーザ溶接するようにしたので、電線を所望の加圧力で電極３に接触させることができると共に、分離され不要になった中心導体８の先端を回収することができる。分離された中心導体８が回収されることで、分離された中心導体８がプリント配線基板１の表裏面に落ちて電極３や導体４に他との短絡が生じることを防ぐことができる。

また、本発明に係る電極の支持体（例えば、基板２）は、電線を落とし込むための穴６が設けられているので、上記接続方法に好適である。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図５に示されるように、本実施形態では、電極の支持体はコネクタ５１である。コネクタ５１は、一般的に知られているコネクタに本発明の構成である穴５２を設けたものである。コネクタ５１の表面には複数の電極５３が等ピッチ間隔で並べて設けられていると共に、各電極５３のための穴５２がそれぞれ電極５３の近傍に設けられている。穴５２はコネクタ５１の表面から図示しない裏面まで抜ける貫通穴である。極細同軸線の外部導体を接続するグランド電極５４は、電極５３の並び方向に長く伸びた長方形に形成されている。グランド電極５４と穴５２は、電極５３を電極５３の長手方向に挟んで互いに反対側にある。コネクタ５１の外周には、電極５３の長手方向延長上の側面に、信号線を接続するための信号線接続用端子５５が設けられている。また、コネクタ５１の外周には、電極５３の並び方向延長上の側面に、グランド線を接続するためのグランド線接続用端子５６が設けられている。

図５のコネクタ５１における電線の接続方法は、図１〜図４で説明した実施形態おける電線の接続方法とほぼ同じである。すなわち、極細同軸線の中心導体を電極５３の表面に沿わせ穴５２に落とし込む。中心導体は、電極５３と穴５２の間で屈曲される。コネクタ５１の裏面より雰囲気気体を吸引して中心導体を穴５２に吸い込んでいる状態で、レーザ光溶接を行う。極細同軸線の外部導体は、グランド電極５４に接続する。

図６に示されるように、本実施形態では、電極の支持体はプリント配線基板６１の基板２である。図１のプリント配線基板１との相違を述べると、電極３から図示しない電子部品まで引き回される導体４の配線パターンが極細同軸線の外部導体を接続するグランド電極５と電極３との間を通してある。電極３の近傍には、各電極３に共通の長穴６２が設けられている。長穴６２は基板２を表面から裏面に貫通する。長穴６２は図１のプリント配線基板１における複数の穴６を連続して１つにしたものである。このように、穴は、基板２の実用的な機械的強度が確保できる範囲であれば、円形穴に限らず多様に形成することができる。

本発明の一実施形態を示す支持体（プリント配線基板の基板）の平面図である。 図１の電極と穴の部分の拡大図である。 本発明の電線の接続方法に用いるレーザ溶接装置の側面図である。 （ａ）は電極と電線（中心導体）の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａで切った断面図、（ｃ）は（ｂ）に対するレーザ溶接後の断面図である。 本発明の他の実施形態を示す支持体（コネクタ）の斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す支持体（プリント配線基板の基板）の平面図である。 従来方法で電線を接続する基板の断面図である。

符号の説明

１ プリント配線基板
２ 基板
３ 電極
４ 導体
５ グランド電極
６ 穴

Claims (4)

1. 支持体の表面に設けられた電極に電線をレーザ溶接し該電極を電気的に接続する電線の接続方法において、上記支持体の表面に穴を設け、上記電線を上記電極の表面に沿わせ、その電線の先端を上記穴に落とし込むことにより、上記電線を上記電極の縁に接触させ、この接触部分をレーザ溶接することを特徴とする電線の接続方法。
2. 上記穴を上記支持体に貫通させて設け、該支持体の裏面より雰囲気気体を吸引することにより、上記電線の先端を上記穴に吸い込み、上記電線の先端が上記穴に吸い込まれている状態で、上記電線と上記電極との接触部分をレーザ溶接することを特徴とする請求項１記載の電線の接続方法。
3. 電線をレーザ溶接により電気的に接続するための電極が表面に設けられた電極の支持体において、上記電線を落とし込むための穴が設けられていることを特徴とする電極の支持体。
4. 上記電極と上記穴との上記支持体の表面に沿った距離は、上記支持体の表面から上記電極の表面までの距離以下であることを特徴とする請求項３記載の電極の支持体。

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