JP2013251300A - 層間接続装置および層間接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂絶縁層の両面それぞれに形成された金属導体パターンどうしを絶縁層を貫通して良好に接続することができる技術を提供する。
【解決手段】絶縁層２０１の接続部分Ｃ１，Ｃ２が、押圧面２ａ，３ａの重畳部分の面積がいずれか一方の押圧面２ａ，３ａの面積よりも小さくなるように配置されたヘッド２およびアンビル３により狭持されて押圧されるので、押圧面２ａの端縁により押圧面３ａに対してエッジが形成される。したがって、接続部分Ｃ１，Ｃ２における絶縁層２０１が当該エッジによりせん断されて貫通孔が形成されるので、樹脂絶縁層２０１の両面それぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３どうしを絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、樹脂絶縁層の両面に形成された金属導体パターンどうしを絶縁層を貫通して接続する技術に関する。

近年、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）等、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）規格の近距離通信を行うために構成された非接触ＩＣカードが、鉄道の自動改札やコンビニエンスストア等の自動決済などに用いられている。このとき用いられる非接触ＩＣカードは、通信用アンテナおよび通信用半導体チップが搭載されたアンテナモジュールを備えており、アンテナモジュールは、例えば次のようにして形成される（特許文献１参照）。

すなわち、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの比較的融点の低い熱可塑性樹脂による絶縁性の樹脂フィルムからなる絶縁層の一方の主面にＡｌ、Ｃｕ等の金属導体によりアンテナパターンが渦巻状に形成され、他方の主面には、前記渦巻状のアンテナパターンの最も外側の一端と最も内側の他端とを接続するためのブリッジパターンが金属導体により形成されている。そして、半導体チップがブリッジパターンを介してアンテナパターンの両端部に搭載されている。また、樹脂絶縁層の一方の主面に形成されたアンテナパターンと、他方の主面に形成されたブリッジパターンとは、超音波振動溶着ヘッドにより加圧されながら両金属導体パターンに１９．５ｋＨｚの超音波振動が印加されることにより、融点の低い樹脂フィルム材が先に溶融して貫通孔が形成されて接合される。

特開２００４−１３４６７８号公報（段落００１５〜００２７、図１〜４など）

上記した従来の方法では、熱硬化性の樹脂により絶縁層が形成されている場合には、超音波振動が印加されても熱により絶縁層が溶融しないので絶縁層に貫通孔が良好に形成されず、そのため、絶縁層の両面に形成された金属導体パターン間に樹脂が残存して接続不良となるおそれがある。また、熱可塑性の樹脂であっても、例えば約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂により絶縁層が形成されている場合には、超音波振動が印加されても熱により絶縁層が溶融し辛いので、熱硬化性の樹脂と同様に絶縁層に貫通孔が良好に形成されず、絶縁層の両面に形成された金属導体パターン間に樹脂が残存して接続不良となるおそれがある。

したがって、熱硬化性の樹脂により絶縁層が形成されている場合や、約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂により絶縁層が形成されている場合には、従来の方法では絶縁層の両面に形成された両金属パターンどうしを良好に接続することができないおそれがあることから、樹脂絶縁層が、熱硬化性の樹脂により形成されている場合や、約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂により形成されている場合であっても、樹脂絶縁層の両面それぞれに形成された金属パターンどうしを絶縁層を貫通して良好に接続することができる技術が要望されている。

この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、樹脂絶縁層の両面それぞれに形成された金属導体パターンどうしを絶縁層を貫通して良好に接続することができる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明にかかる層間接続装置は、樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の前記両金属導体パターンどうしを、前記絶縁層を貫通して接続する層間接続装置において、前記両金属導体パターンの接続部分を一方側から押圧する第１押圧体と、前記両金属導体パターンの前記接続部分を、前記第１押圧体との間に狭持して他方側から押圧する第２押圧体と、狭持状態の前記接続部分に超音波振動を印加する振動印加手段とを備え、前記接続部分における前記第１押圧体の押圧面と、前記接続部分における前記第２押圧体の押圧面との重畳部分の面積が、前記両押圧体のうち少なくともいずれか一方の押圧面の面積よりも小さくなるように前記第１押圧体および前記第２押圧体が配置されていることを特徴としている（請求項１）。

また、前記第１押圧体の押圧面の面積および前記第２押圧体の押圧面の面積の大きさが異なっていてもよい（請求項２）。

また、前記第１押圧体および前記第２押圧体のいずれか一方は、押圧面に向かうに連れて先細りに形成されていてもよい（請求項３）。

また、本発明にかかる層間接続方法は、樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の前記両金属導体パターンどうしを、前記絶縁層を貫通して接続する層間接続方法において、前記両金属パターンの接続部分の一方側および他方側それぞれから第１押圧体および第２押圧体により狭持した状態で前記接続部分に超音波振動を印加しつつ押圧し、前記接続部分における前記第１押圧体の押圧面と、前記接続部分における前記第２押圧体の押圧面との重畳部分の面積が、前記両押圧体のうち少なくともいずれか一方の押圧面の面積よりも小さくなるように、前記第１押圧体および前記第２押圧体により前記両金属導体パターンを狭持することを特徴としている（請求項４）。

また、前記第１押圧体の押圧面の面積および前記第２押圧体の押圧面の面積の大きさが異なっていてもよい（請求項５）。

請求項１，４に記載の発明によれば、樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の両金属導体パターンの接続部分を一方側および他方側それぞれから押圧する第１押圧体の押圧面と第２押圧体の押圧面との重畳部分の面積が、両押圧体のうち少なくともいずれか一方の押圧面の面積よりも小さくなるように第１押圧体および第２押圧体が配置されて、両金属導体パターンは接続部分において第１押圧体の押圧面および第２押圧体の押圧面により狭持される。そのため、第１押圧体の押圧面および第２押圧体の押圧面の配置関係が、第１押圧体および第２押圧体のいずれか一方の押圧面全体が他方の押圧面内に配置された関係か、両押圧面の端縁どうしが交差して両押圧面が位置ずれした状態で配置された関係となる。

したがって、絶縁層の両面それぞれに形成された両金属パターンの接続部分が一方側および他方側それぞれから第１押圧体の押圧面および第２押圧体の押圧面により狭持された状態で押圧される際に、第１押圧体および第２押圧体の少なくともいずれか一方の押圧面の端縁により他方の押圧面に対してエッジが形成されるため、両金属パターンの接続部分における絶縁層が当該エッジによりせん断されて接続部分の絶縁層に貫通孔が形成される。このとき、両押圧体の両押圧面に狭持された状態の両金属導体パターンの接続部分には超音波振動が印加されているので、樹脂絶縁層が熱硬化性の樹脂や約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂により形成されている場合であっても、超音波振動により樹脂絶縁層が確実にせん断されて絶縁層に貫通孔が良好に形成され、形成された貫通孔内において両金属導体パターンどうしが超音波振動により接合されて確実に接続される。したがって、熱硬化性または約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂絶縁層の両面それぞれに形成された金属導体パターンどうしを絶縁層を貫通して良好に接続することができ、樹脂絶縁層の材質に関わらず、樹脂絶縁層の両面それぞれに形成された金属導体パターンどうしを絶縁層を貫通して良好に接続することができる。

請求項２，５に記載の発明によれば、第１押圧体の押圧面の面積および第２押圧体の押圧面の面積の大きさを異ならせることにより、面積が小さい一方の押圧面全体を面積が大きい他方の押圧面内に配置することができるので、面積が小さい一方の押圧面の端縁全体により、面積が大きい他方の押圧面に対してエッジを形成することができ、より効率よく絶縁層に貫通孔を形成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１押圧体および第２押圧体のいずれか一方は、押圧面に向かうに連れて先細りに形成されているので、絶縁層の両面それぞれに形成された両金属パターンの接続部分が一方側および他方側それぞれから第１押圧体の押圧面および第２押圧体の押圧面により狭持された状態で押圧される際の絶縁層に対する穿設力を増大することができ、絶縁層により確実に貫通孔を形成することができる。

本発明の層間接続装置の一実施形態を示す図である。 図１の層間接続装置の要部拡大図であり、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は平面図ある。 アンテナモジュールを示す図である。 図１の層間接続装置におけるキャリブレーション処理を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる状態を示す。 図１の層間接続装置におけるフレキシブル配線基板の搬送処理を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。 図１の層間接続装置における接続処理を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。 図６の接続処理を説明するための要部拡大図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。 ヘッドの押圧面とアンビルの押圧面との配置関係を示す図である。

この発明の一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。図１は本発明の層間接続装置の一実施形態を示す図である。図２は図１の層間接続装置の要部拡大図であり、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は平面図である。図３はアンテナモジュールを示す平面図である。図４は図１の層間接続装置におけるキャリブレーション処理を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる状態を示す。図５は図１の層間接続装置におけるフレキシブル配線基板の搬送処理を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。図６は図１の層間接続装置における接続処理を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。図７は図６の接続処理を説明するための要部拡大図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる状態を示す。

（層間接続装置）
図１に示す層間接続装置１は、熱硬化性や約２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂等により形成された樹脂絶縁層２０１の両面に金属導体パターンとしてアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が形成されてなる配線基板２００（図３参照）の、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３とを絶縁層２０１を貫通して接合することにより接続する。

図１に示すように、層間接続装置１は、ヘッド２と、アンビル３と、搬送機構４と、認識手段５とを備え、搬送機構４が備えるステージ４１上にフレキシブル配線基板２００ａ（配線基板２００）が吸着保持される。

ヘッド２（本発明の「第１押圧体」、「振動印加手段」に相当）は、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２（図３、図７参照）を、配線基板２００の一方側であるアンテナパターン２０２側から押圧するものであり、リニアモータやサーボモータ等により構成される図示省略された駆動機構により、図１中の矢印Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向に移動可能に配設されている。また、アンビル３（本発明の「第２押圧体」に相当）は、ヘッド２に対向配置されて、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２をヘッド２との間に狭持して、配線基板２００の他方側であるブリッジパターン２０３側から押圧するものであり、リニアモータやサーボモータ等により構成される図示省略された駆動機構により、図１中の矢印Ｘ，Ｙ方向に移動可能に配設されている。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ヘッド２の押圧面２ａの面積およびアンビル３の押圧面３ａの面積の大きさが、異なる大きさに形成されている。具体的には、ヘッド２の押圧面２ａは一辺の長さがｍの矩形状に形成され、アンビル３の押圧面３ａは一辺の長さがｎ（ｍ＜ｎ）の矩形状に形成されている。また、図２（ａ）に示すように、ヘッド２は、その縦断面における先端角度がαとなるように、押圧面２ａに向かうに連れて先細りに形成されている。そして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２において、ヘッド２の押圧面２ａとアンビル３の押圧面３ａとの重畳部分の面積Ｓが、ヘッド２およびアンビル３のうち少なくともいずれか一方の押圧面２ａ，３ａの面積よりも小さくなるようにヘッド２およびアンビル３が対向配置されて、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３がヘッド２およびアンビル３により狭持される。

また、ヘッド２は、振動子（図示省略）の超音波振動に共振する共振器構造を有しており、ヘッド２とアンビル３との間に狭持された状態のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２に超音波振動を印加する。

なお、図７に示すように、この実施形態では、ヘッド２およびアンビル３は、それぞれ、２個の押圧面２ａ，３ａを有しており、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３とが２箇所の接続部分Ｃ１，Ｃ２において同時に接続されるように構成されている。しかしながら、ヘッド２およびアンビル３が、それぞれ、１個の押圧面２ａ，３ａを有するように構成し、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３とを両接続部分Ｃ１，Ｃ２ごとに順次接続するように構成してもよい。また、両接続部分Ｃ１，Ｃ２それぞれに対して複数の押圧面２ａ，３ａが配置されるようにヘッド２およびアンビル３を構成し、両接続部分Ｃ１，Ｃ２それぞれにおいて、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が複数個所で接続されるようにしてもよい。このように構成すると、両接続部分Ｃ１，Ｃ２それぞれにおいて、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が複数の接続箇所により接続されるため、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続の信頼性を向上することができる。

搬送機構４は、図２に示す配線基板２００に個片化される前のテープ状に形成されたフレキシブル配線基板２００ａを吸着保持する吸着保持するステージ４１と、接続処理前のフレキシブル配線基板２００ａを巻回して保持する供給リール４２と、接続処理後のフレキシブル配線基板２００ａを巻回して回収する回収リール４３とを備えている。

ステージ４１は、矩形枠状に形成されており、その内側の開口部分にアンビル３が配置されると共に、一方の対向する２片がＹ方向に、他方の対向する２片がＸ方向（矢印ｆ方向）に沿うようにヘッド２の下方に配設されている。また、ステージ４１は、リニアモータやサーボモータ等により構成される図示省略された駆動機構により図１中の矢印Ｘ，Ｚ方向に移動可能に構成されている。

また、ステージ４１の、フレキシブル配線基板２００ａの搬送方向（図１中の矢印ｆ方向）における上流側および下流側のそれぞれに配置される一方の対向する２片のそれぞれには、フレキシブル配線基板２００ａをその上面に吸着するための吸着機構が設けられている。この実施形態では、吸着機構は、配線基板２００を下方から吸引して吸着するための吸引孔４１ａを備えており、吸着機構は、図示省略された吸引装置により吸引孔４１ａを介してフレキシブル配線基板２００ａを下方から吸引することにより、ステージ４１の上面にフレキシブル配線基板２００ａを吸着保持する。

供給リール４２は、搬送方向ｆにおけるステージ４１の上流側に配設されて、両面にそれぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続処理が行われる前のフレキシブル配線基板２００ａを巻回して保持する。また、回収リール４３は、搬送方向ｆにおけるステージ４１の下流側に配設されて、上記接続処理が行われた後のフレキシブル配線基板２００ａを巻回して回収する。

そして、搬送機構４は、その上面にフレキシブル配線基板２００ａを吸着保持した状態のステージ４１をヘッド２側の上方（Ｚ方向）に駆動しつつ搬送方向ｆ（Ｘ方向における回収リール４３側の右方）に駆動することにより、フレキシブル配線基板２００ａを供給リール４２から回収リール４３に向けて搬送方向ｆに搬送する。フレキシブル配線基板２００ａの搬送処理については後で詳細に説明する。

なお、この実施形態ではステージ４１は矩形枠状に形成されているが、ステージ４１の構成としてはこれに限らず、少なくとも、搬送方向ｆにおけるアンビル３の上流側および下流側においてフレキシブル配線基板２００ａを吸着や機械的なチャッキング等して保持できる構成であれば、ステージ４１をどのように構成してもよい。

認識手段５は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の撮像手段を備え、ステージ４（アンビル３）の上方に配設されて、認識手段５の下方に配設されているアンビル３の押圧面３ａや、ステージ４に吸着保持されたフレキシブル配線基板２００ａを撮影することによって、アンビル３の押圧面３ａやフレキシブル配線基板２００ａに形成されたアンテナパターン２０２、ブリッジパターン２０３などの位置を認識する。また、認識手段５は、平面視におけるヘッド２との位置関係が固定されて配置されており、リニアモータやサーボモータ等により構成される図示省略された駆動機構により図１中の矢印Ｘ，Ｙ方向にヘッド２と一体的に移動可能に構成されると共に、矢印Ｚ方向に移動可能に構成されている。

そして、層間接続装置１は、フレキシブル配線基板２００ａをステージ４１に吸着保持した状態で、認識手段５によって取得されたフレキシブル配線基板２００ａの位置情報に基づいて、ヘッド２およびアンビル３を、それぞれ、Ｘ，Ｙ方向に移動させて所定位置において対向配置させる。また、層間接続装置１は、ヘッド２をアンビル３側に下降させることによって、配線基板２００ａの両面のそれぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３をヘッド２の押圧面２ａとアンビル３の押圧面３ａとの間に狭持すると共にヘッド２を超音波振動させて当該狭持部分に超音波振動を印加することにより、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３とを絶縁層２０１を貫通して接合して接続する。

（配線基板）
図３に示す配線基板２００は、ＦｅｌｉＣａ等、ＮＦＣ規格の近距離通信を行うための非接触ＩＣカードを構成するためのアンテナモジュールとして形成される（図７参照）。配線基板２００は、熱硬化性のＰＩ（ポリイミド）やＥＰ（エポキシ）、ＰＡ（ポリアミド）、または、２７０℃以上の融点を有する熱可塑性のＰＥＩ（ポリエーテルイミド：融点３６５℃）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド：融点２８０℃）などの樹脂絶縁層２０１の一方の主面にＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属導体により接着剤層２０４ａを介してアンテナパターン２０２が渦巻状に形成され、他方の主面には、渦巻状のアンテナパターン２０２の最も外側の一端と最も内側の他端とを接続するためのブリッジパターン２０３がＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属導体により接着剤層２０４ｂを介して形成されている。そして、通信用の半導体チップ２０５がブリッジパターン２０３を介してアンテナパターン２０２の両端部に搭載されている。

また、絶縁層２０１の一方の主面に形成されたアンテナパターン２０２と、他方の主面に形成されたブリッジパターン２０３とは、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、ヘッド２の押圧面２ａによりアンビル３の押圧面３ａに対して加圧されながら両パターン２０２，２０３に超音波振動が印加されることによって、絶縁層２０１を貫通して接続されている。

なお、この実施形態では、接着剤層２０４ａ，２０４ｂは、ポリイミド系やエポキシ系等の接着剤により形成されている。また、この実施形態では、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３との接続処理は、配線基板２００に個片化される前のテープ状のフレキシブル配線基板２００ａの状態において実行されるが、配線基板２００に個片化された状態で両パターン２０２，２０３の接続処理を実行してもよい。また、テープ状のフレキシブル配線基板２００ａには、配線基板２００を構成する一組のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が所定間隔ごとに形成されている。

（キャリブレーション処理）
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、層間接続装置１では、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３との接続処理に先立って、ヘッド２、アンビル３および認識手段５の配置関係を較正するキャリブレーション処理が実行される。具体的には、ヘッド２および認識手段５のＸ，Ｙ方向における配置関係が計測された後に、認識手段５（ヘッド２）およびアンビル３の配置関係が計測される。

キャリブレーション処理では、まず、図４（ａ）に示すように、アンビル３の押圧面３ａ上に固定配置された較正用治具３００が、ヘッド２の押圧面２ａによりアンビル３の押圧面３ａに対して押圧される。較正用治具３００は、例えば、可塑性を有する樹脂材料により形成されており、アンビル３側に下降したヘッド２の押圧面２ａによって較正用治具３００がアンビル３に対して押圧されることにより、較正用治具３００に位置認識用の凹部３００ａが形成される。

次に、図４（ｂ）に示すように、ヘッド２が上方に移動された後、アンビル３の位置が固定された状態で、ヘッド２と一体的にＸ，Ｙ方向に移動する認識手段５により凹部の位置が認識されることによって、認識手段５が凹部３００ａの上方に正確に配置される。そして、ヘッド２により較正用治具３００に凹部３００ａが形成されたときの認識手段５の配置位置から、認識手段５（ヘッド２）が凹部３００ａの上方に配置されるまでの認識手段５（ヘッド２）のＸ，Ｙ方向における移動距離に基づいて、ヘッド２および認識手段５の配置関係が正確に計測される。

続いて、図４（ｃ）に示すように、較正用治具３００が取り除かれた状態で、認識手段５によりアンビル３の押圧面３ａの位置が認識されることによって、認識手段５（ヘッド２）およびアンビル３の配置関係が正確に計測されることにより、キャリブレーション処理が終了する。

なお、較正用治具３００の構成については上記した例に限るものではなく、ヘッド２の押圧面２ａにより押圧された痕跡を残すことができるものであれば、どのようなものであってもよい。

（搬送処理）
図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、この実施形態では、フレキシブル配線基板２００ａを下方から吸着保持するステージ４１がヘッド２側である上方（Ｚ方向）に移動しつつ搬送方向ｆに移動することにより、フレキシブル配線基板２００ａが搬送方向ｆに搬送される。すなわち、図５（ａ）に示すように、フレキシブル配線基板２００ａを下方から吸着保持した状態でステージ４１がヘッド２側である上方に移動しつつ搬送方向ｆに移動することにより、フレキシブル配線基板２００ａが搬送方向ｆに所定量搬送される。

次に、図５（ｂ）に示すように、フレキシブル配線基板２００ａの吸着が解除された状態でステージ４１が下方へ移動しつつ搬送方向ｆと逆方向に移動した後に、図５（ｃ）に示すように、再度、フレキシブル配線基板２００ａを下方から吸着保持した状態でステージ４１がヘッド２側である上方に移動しつつ搬送方向ｆに移動することにより、フレキシブル配線基板２００ａが搬送方向ｆに所定量搬送される。そして、図５（ａ）〜（ｃ）の動作が繰り返し実行されることにより、フレキシブル配線基板２００ａに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３のうち、接続処理の対象であるアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が、ヘッド２およびアンビル３間における所定位置に配置されると、フレキシブル配線基板２００ａがステージ４１に吸着保持された状態で搬送処理が終了する（図５（ｄ））。

（接続処理）
図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、フレキシブル配線基板２００ａの搬送処理が終了した後、認識手段５により認識されたフレキシブル配線基板２００ａの接続部分Ｃ１，Ｃ２の位置情報に基づいてヘッド２およびアンビル３が位置決めされて、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続処理が実行される。

すなわち、まず、図６（ａ）に示すように、認識手段５によりフレキシブル配線基板２００ａの接続部分Ｃ１，Ｃ２の位置が認識される。次に、図６（ｂ）に示すように、認識手段５により認識されたフレキシブル配線基板２００ａの接続部分Ｃ１，Ｃ２の位置情報に基づいて、ヘッド２およびアンビル３が位置決めされて対向配置される（図７（ａ）参照）。

続いて、図６（ｃ）に示すように、ヘッド２がアンビル側の下方に移動することによって、ヘッド２の押圧面２ａによりフレキシブル配線基板２００ａの接続部分Ｃ１，Ｃ２がアンビル３の押圧面３ａに対して押圧されると共に、接続部分Ｃ１，Ｃ２に対して超音波振動が印加される（図７（ｂ）参照）。このとき、図７（ｃ）に示すように、ヘッド２の押圧面２ａの端縁によりアンビル３の押圧面３ａに対して形成されるエッジによって絶縁層２０１（接着剤層２０４ａ，２０４ｂ）に貫通孔が形成され、当該貫通孔内においてアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が超音波振動により接合されることにより接続される。

そして、図６（ｄ）に示すように、アンテナパターン２０２とブリッジパターン２０３とが絶縁層２０１を貫通して接続されれば、ヘッド２が上方に移動することにより接続処理が終了する（図７（ｄ）参照）。なお、接続処理が終了した後は、フレキシブル配線基板２００ａが搬送処理により搬送方向ｆにさらに搬送された後、図６（ａ）〜（ｄ）の処理が繰り返し実行される。

次に、配線基板２００の具体例について説明する（図２（ａ）、図３、図７（ｄ）参照）。

（第１実施例）
絶縁層２０１（厚み）：ＰＩフィルム（１２．５μｍ）
アンテナパターン２０２（厚み）：電解めっきによる銅箔（１２μｍ）
ブリッジパターン２０３（厚み）：電解めっきによる銅箔（１２μｍ）
接着剤層２０４ａ（厚み）：ＰＩ樹脂（３μｍ）
接着剤層２０４ｂ（厚み）：ＰＩ樹脂（３μｍ）
上記材質で形成された配線基板２００のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３を、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、１辺の長さｍが０．１ｍｍの矩形状の押圧面２ａおよび１１０°の先端角度αを有するヘッド２と、１辺の長さｎが０．２ｍｍの矩形状の押圧面３ａを有するアンビル３との間に狭持して、３００Ｎの荷重で押圧しつつ３９．５ＫＨｚの超音波振動を印加することにより、絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができた。

（第２実施例）
絶縁層２０１（厚み）：ＰＩフィルム（２５μｍ）
アンテナパターン２０２（厚み）：圧延銅箔（１８μｍ）
ブリッジパターン２０３（厚み）：圧延銅箔（１８μｍ）
接着剤層２０４ａ（厚み）：ＰＩ樹脂（３μｍ）
接着剤層２０４ｂ（厚み）：ＰＩ樹脂（３μｍ）
上記材質で形成された配線基板２００のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３を、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、１辺の長さｍが０．１ｍｍの矩形状の押圧面２ａおよび９０°の先端角度αを有するヘッド２と、１辺の長さｎが０．２ｍｍの矩形状の押圧面３ａを有するアンビル３との間に狭持して、３００Ｎの荷重で押圧しつつ３９．５ＫＨｚの超音波振動を印加することにより、絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができた。

（第３実施例）
絶縁層２０１（厚み）：ＰＩフィルム（１２．５μｍ）
アンテナパターン２０２（厚み）：電解めっきによる銅箔（１８μｍ）
ブリッジパターン２０３（厚み）：電解めっきによる銅箔（１８μｍ）
接着剤層２０４ａ（厚み）：ＥＰ系樹脂（１０μｍ）
接着剤層２０４ｂ（厚み）：ＥＰ系樹脂（１０μｍ）
上記材質で形成された配線基板２００のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３を、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、１辺の長さｍが０．１ｍｍの矩形状の押圧面２ａおよび７０°の先端角度αを有するヘッド２と、１辺の長さｎが０．２ｍｍの矩形状の押圧面３ａを有するアンビル３との間に狭持して、３００Ｎの荷重で押圧しつつ３９．５ＫＨｚの超音波振動を印加することにより、絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができた。

（第４実施例）
絶縁層２０１（厚み）：ＰＩフィルム（２５μｍ）
アンテナパターン２０２（厚み）：電解めっきによる銅箔（３５μｍ）
ブリッジパターン２０３（厚み）：電解めっきによる銅箔（３５μｍ）
接着剤層２０４ａ（厚み）：ＥＰ系樹脂（１５μｍ）
接着剤層２０４ｂ（厚み）：ＥＰ系樹脂（１５μｍ）
上記材質で形成された配線基板２００のアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３を、接続部分Ｃ１，Ｃ２において、１辺の長さｍが０．１ｍｍの矩形状の押圧面２ａおよび７０°の先端角度αを有するヘッド２と、１辺の長さｎが０．２ｍｍの矩形状の押圧面３ａを有するアンビル３との間に狭持して、３００Ｎの荷重で押圧しつつ３９．５ＫＨｚの超音波振動を印加することにより、絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができた。

以上のように、この実施形態によれば、熱硬化性または２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂絶縁層２０１の両面のそれぞれにアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３が形成されてなる配線基板２００ａの両パターン２０２，２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２を、一方側および他方側それぞれから押圧するヘッド２の押圧面２ａとアンビル３の押圧面３ａとの重畳部分の面積Ｓが、ヘッド２およびアンビル３のうち少なくともいずれか一方の押圧面２ａ，３ａの面積よりも小さくなるようにヘッド２およびアンビル３が配置されて、両パターン２０２，２０３は、接続部分Ｃ１，Ｃ２においてヘッド２の押圧面２ａおよびアンビル３の押圧面３ａにより狭持される。具体的には、両パターン２０２，２０３が接続部分Ｃ１，Ｃ２においてヘッド２およびアンビル３により狭持された状態で、平面視において、ヘッド２の押圧面２ａ全体がアンビル３の押圧面３ａ内に配置されるように、ヘッド２およびアンビル３が配置されている（図２（ｂ）参照）。

したがって、絶縁層２０１の両面それぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２が、一方側および他方側それぞれからヘッド２の押圧面２ａおよびアンビル３の押圧面３ａにより狭持された状態で押圧される際に、ヘッド２の押圧面２ａの端縁によりアンビル３の押圧面３ａに対してエッジが形成されるため、両パターン２０２，２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２における絶縁層２０１が当該エッジによりせん断されて接続部分Ｃ１，Ｃ２の絶縁層２０１に貫通孔が形成される。このとき、ヘッド２の押圧面２ａおよびアンビル３の押圧面３ａに狭持された状態の両パターン２０２，２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２には超音波振動が印加されているので、超音波振動により熱硬化性または２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂絶縁層２０１が確実にせん断されて絶縁層２０１に貫通孔が良好に形成され、形成された貫通孔内において両パターン２０２，２０３どうしが超音波振動により確実に接合されて接続される。したがって、熱硬化性または２７０℃以上の融点を有する熱可塑性の樹脂絶縁層２０１の両面それぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３どうしを絶縁層２０１を貫通して良好に接続することができる。

また、ヘッド２の押圧面２ａの面積およびアンビル３の押圧面３ａの面積の大きさを異ならせることにより、面積が小さいヘッド２の押圧面２ａ全体を面積が大きいアンビル３の押圧面３ａ内に配置することができるので、面積が小さいヘッド２の押圧面２ａの端縁全体により、面積が大きいアンビル３の押圧面３ａに対してエッジを形成することができ、より効率よく絶縁層２０１に貫通孔を形成することができる。

また、ヘッド２は、その縦断面における先端角度がαとなるように押圧面２ａに向かうに連れて先細りに形成されているので、絶縁層２０１の両面それぞれに形成されたアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，C２が一方側および他方側それぞれからヘッド２の押圧面２ａおよびアンビル３の押圧面３ａにより狭持された状態で押圧される際の絶縁層２０１に対する穿設力を増大することができ、絶縁層２０１により確実に貫通孔を形成することができる。なお、先端角度αは、後述するように樹脂層２０１の厚み等に応じて適宜変更することができるが、先端角度αが６０°≦α≦８０°であるときに、特に精度よくアンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３とを絶縁層２０１を貫通して接続することができた。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、上記した実施形態ではヘッド２の押圧面２ａの面積がアンビル３の押圧面３ａの面積よりも小さくなるように（ｍ＜ｎ）構成されているが、アンビル３の押圧面３ａの面積がヘッド２の押圧面２ａの面積よりも小さくなるように（ｍ＞ｎ）構成してもよい。

また、例えば、図８に示すヘッド２の押圧面２ａとアンビル３の押圧面３ａとの配置関係のように、両押圧面２ａ，３ａを同一面積（ｍ＝ｎ）に形成すると共に、両押圧面２ａ，３ａの端縁どうしが交差して両押圧面２ａ，３ａが位置ずれした状態で配置されるように、ヘッド２およびアンビル３を配置してもよい。このように構成しても、絶縁層２０１が両面から両押圧面２ａ，３ａにより押圧される際に、両押圧面２ａ，３ａの端縁によりそれぞれ他方の押圧面２ａ，３ａに対してエッジが形成されるため、アンテナパターン２０２およびブリッジパターン２０３の接続部分Ｃ１，Ｃ２における絶縁層２０１が当該エッジによりせん断されて接続部分Ｃ１，Ｃ２の絶縁層２０１に確実に貫通孔が形成されることになり、形成された貫通孔内において両パターン２０２，２０３どうしを超音波振動により確実に接合して接続することができる。

また、配線基板２００の構成については上記した例に限られるものではなく、絶縁層の厚みや金属導体パターンの厚みなどは、配線基板２００の使用目的に応じて適宜変更すればよい。また、上記した実施形態では、アンテナモジュールとして形成された配線基板２００を例に挙げて説明したが、配線基板２００の構成としてはこれに限られるものではなく、例えば、配線基板２００を一般的な多層配線基板として構成し、配線基板２００を形成する複数の樹脂絶縁層のうちのいずれかの絶縁層の両面に設けられた金属導体パターンどうしを上記したように層間接続してもよい。また、配線基板２００としてフレキシブル配線基板を例に挙げて説明したが、配線基板２００をリジッド基板として構成してもよい。また、上記した実施形態では、絶縁層２０１に接着剤層２０４ａ，２０４ｂを介して金属導体パターン（アンテナパターン２０２、ブリッジパターン２０３）が形成された配線基板２００を例に挙げて説明したが、接着剤層２０４ａ，２０４ｂを設けずに、絶縁層２００１の両面に蒸着技術等により金属導体パターンを直接形成してもよい。また、従来のように、ＰＥＮやＰＥＴ等の比較的融点の低い熱可塑性樹脂により樹脂絶縁層２０１を形成してもよい。

また、層間接続装置１の構成については上記した例に限られるものではなく、押圧面２ａ，３ａの面積や形状、ヘッド２の先端角度α、絶縁層２０１に対する加圧力、絶縁層２０１に印加される超音波振動の周波数などは、配線基板２００の構成等に応じて適宜変更すればよい。また、ヘッド２、アンビル３および認識手段５の移動軸については上記した例に限らずどのように構成してもよく、フレキシブル配線基板２００ａの搬送方法についても、上記した例に限らず、例えば、ステージ４１によるフレキシブル配線基板２００ａの吸着を解除した状態で回収リール４３を回転させることによりフレキシブル配線基板２００ａを搬送方向ｆに搬送してもよい。また、配線基板２００が個片化された状態で上記した接続処理を実行する場合には、一般的な部品供給装置を用いて個片化された配線基板２００をステージ４１上に供給すればよい。

そして、樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の両金属導体パターンどうしを、絶縁層を貫通して接続する技術に本発明を広く適用することができる。

１…層間接続装置
２…ヘッド（第１押圧体、振動印加手段）
２ａ…押圧面
３…アンビル（第２押圧体）
３ａ…押圧面
２００，２００ａ…配線基板
２０１…絶縁層
２０２…アンテナパターン（金属導体パターン）
２０３…ブリッジパターン（金属導体パターン）
Ｃ１，Ｃ２…接続部分
Ｓ…面積

Claims (5)

1. 樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の前記両金属導体パターンどうしを、前記絶縁層を貫通して接続する層間接続装置において、
   前記両金属導体パターンの接続部分を一方側から押圧する第１押圧体と、
   前記両金属導体パターンの前記接続部分を、前記第１押圧体との間に狭持して他方側から押圧する第２押圧体と、
   狭持状態の前記接続部分に超音波振動を印加する振動印加手段とを備え、
   前記接続部分における前記第１押圧体の押圧面と、前記接続部分における前記第２押圧体の押圧面との重畳部分の面積が、前記両押圧体のうち少なくともいずれか一方の押圧面の面積よりも小さくなるように前記第１押圧体および前記第２押圧体が配置されている
   ことを特徴とする層間接続装置。
2. 前記第１押圧体の押圧面の面積および前記第２押圧体の押圧面の面積の大きさが異なることを特徴とする請求項１に記載の層間接続装置。
3. 前記第１押圧体および前記第２押圧体のいずれか一方は、押圧面に向かうに連れて先細りに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の層間接続装置。
4. 樹脂絶縁層の両面に金属導体パターンが形成されてなる配線基板の前記両金属導体パターンどうしを、前記絶縁層を貫通して接続する層間接続方法において、
   前記両金属パターンの接続部分の一方側および他方側それぞれから第１押圧体および第２押圧体により狭持した状態で前記接続部分に超音波振動を印加しつつ押圧し、
   前記接続部分における前記第１押圧体の押圧面と、前記接続部分における前記第２押圧体の押圧面との重畳部分の面積が、前記両押圧体のうち少なくともいずれか一方の押圧面の面積よりも小さくなるように、前記第１押圧体および前記第２押圧体により前記両金属導体パターンを狭持する
   ことを特徴とする層間接続方法。
5. 前記第１押圧体の押圧面の面積および前記第２押圧体の押圧面の面積の大きさが異なることを特徴とする請求項４に記載の層間接続方法。

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