JP2015170636A - 複合配線板及び複合配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産効率の高い複合配線板、及び、該複合配線板の製造方法を提供する。
【解決手段】 １つの開口３０内に２つのプリント配線板１０が重ねて配置された対向状態で金属フレーム３０Ｇを塑性変形させることで、２つのプリント配線板１０のそれぞれの側壁と金属フレーム３０Ｇの開口３０の側壁とが接合される。このため、接着剤の充填・硬化の工程が不要になり、生産効率が高まり廉価にプリント配線板１０を金属フレーム３０Ｇへ接合できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、配線板を金属フレームを用いて固定した複合配線板及び複合配線板の製造方法に関する。

配線板への電子部品実装、その他の加工処理等を施す場合、作業効率を考慮し、一般に配線板単体では無く、同一の配線板を複数個一枚の配線板収容キットの中に収容した複合配線板に対して上記処理等がまとめて施される。特許文献１には、複数のピース配線板と、該ピース配線板を収容する収容穴を有するフレームとから成る多ピース配線板収容キットが開示されている。

特開２０１１−２３６５７号公報

しかしながら、特許文献１の多ピース配線板収容キットでは、接続箇所において、ピース配線板とフレームの収容穴との間に接着剤を注入して接着しており、異なる材質どうしを接着する接着剤が必要であり、また、接着剤の充填・硬化のための工程が別途必要となるため、生産効率が悪化する。更に、個々に収容穴に配線板を固定していくため、配線板相互の位置ズレが大きくなり、後工程での歩留まりの低下が予想される。

本発明の目的は、生産効率の高い複合配線板及び複合配線板の製造方法を提供することにある。

本願発明の複合配線板の製造方法は、２つ以上の配線板を準備することと、
開口を備える金属フレームを準備することと、
前記金属フレームの１つの開口内に前記２つ以上の配線板を重ねて配置することと、
前記金属フレームを塑性変形させ、前記２つ以上の配線板のそれぞれの側壁と前記金属フレームの開口の側壁とを接合することと、を含むことを技術的特徴とする。

本願発明の複合配線板の製造方法では、１つの開口内に２つ以上の配線板が重ねて配置された状態で金属フレームを塑性変形させることで、２つ以上の配線板のそれぞれの側壁と金属フレームの開口の側壁とが接合される。これにより、接着剤を用いる接合方法に対して、接着剤の充填・硬化の工程が不要になり、加工工程が少なくなるので、生産効率が高まり廉価に配線板を金属フレームへ接合できる。特に、１つの開口内に１つの配線板を配置して結合する場合と比較して、金属フレームの使用枚数を削減できるだけでなく、１度の接合工程でより多くの配線板を金属フレームに接合できるので、複合配線板の生産性を向上することができる。

多数個取り用プリント配線板の平面図。 個片に切り出されたプリント配線板の斜視図。 レーザ加工されるプリント配線板の斜視図。 図４（Ａ）は金属フレームの平面図、図４（Ｂ）は複合配線板の平面図。 対向状態の両プリント配線板を示す斜視図。 図４（Ｂ）に示すＸ１−Ｘ１断面の一部を示す断面図。 カシメ加工により金属フレームに接合されたプリント配線板の平面図。 第１実施形態のカシメ加工機の断面図。 複合配線板の一部断面図 複合配線板から取り外されたプリント配線板の平面図。 第１実施形態の第１改変例に係るカシメ加工機の断面図。

[第１実施形態]
本実施形態の複合配線板１００は、電子部品実装のためのリフロー等においてプリント配線板１０に反りを生じさせないために、リフロー等を行う複数のプリント配線板１０を金属フレームを用いて固定して構成されるものである。

図１は、プリント配線板１０が８×４個製造された多数個取り用プリント配線板１０Ｇの平面図であり、図２は、個片に切り出されたプリント配線板１０の斜視図である。
図１に示すように、多数個取り用プリント配線板１０Ｇの外周の枠部１８の内側にて複数のプリント配線板１０が製造される。プリント配線板１０は、本体部２０の一方の面が電子部品１１等が実装される実装面Ｆとして形成され、本体部２０の他方の面が電子部品が実装されない非実装面Ｓとして形成される。

図２に示すように、プリント配線板１０は、長手方向側壁１４Ｖおよび短手方向側壁１４Ｈを有するように矩形形状の本体部２０が形成されている。長手方向側壁１４Ｖには、支持片１２Ｖが２個ずつ、本体部２０を挟み対称となるように形成され、短手方向側壁１４Ｈには、支持片１２Ｈが２個ずつ、本体部２０を挟み対称となるように形成されている。支持片１２Ｖと支持片１２Ｈとは同形状で矩形の基部（ブリッジ部）１２ｂと先端側へ幅が広がる台形部１２ａとから成る。

第１実施形態では、プリント配線板１０が多数個取り用プリント配線板１０Ｇから切り出される際には、図３（Ａ）に示されるようにプリント配線板１０の外形に沿ってレーザで切断され、図３（Ｂ）に示すように個片に切り出される。

図４（Ａ）は、金属フレーム３０Ｇの平面図であり、図４（Ｂ）は、複合配線板１００の平面図である。
本実施形態では、複合配線板１００は、８つのプリント配線板１０を固定するための金属フレーム３０Ｇを備えている。金属フレーム３０Ｇは、図４（Ａ）に示すように、プリント配線板１０を収容するための収容用の開口３０を４個備え、四隅に位置決め孔３８が形成されている。収容用の開口３０は、２つのプリント配線板１０を重ねた状態で収容するためのものであって、この収容用の開口３０には、プリント配線板１０の長手方向側壁１４Ｖに対応する縦壁３４Ｖと、プリント配線板１０の短手方向側壁１４Ｈに対応する横壁３４Ｈとが形成されている。縦壁３４Ｖには重ねたプリント配線板１０の各支持片１２Ｖに対応する４個のスリット３２Ｖが形成され、横壁３４Ｈには重ねたプリント配線板１０の各支持片１２Ｈに対応する４個のスリット３２Ｈが形成されている。

スリット３２Ｖ，３２Ｈは、同形状で、プリント配線板１０の支持片１２Ｖ，１２Ｈに対して、矩形の基部１２ｂと対応する基部３２ｂと、台形部１２ａと対応する台形部３２ａとから成る。台形部３２ａは、収容用の開口３０の外縁方向に向かって横幅が広がっている。各スリット３２Ｖは、支持片１２Ｖにて支持された長手方向側壁１４Ｖと縦壁３４Ｖとの間に所定のクリアランスが介在するように形成されている。また、各スリット３２Ｈは、支持片１２Ｈにて支持された長手方向側壁１４Ｈと縦壁３４Ｈとの間に所定のクリアランスが介在するように形成されている。

図５は、対向状態の両プリント配線板１０を示す斜視図である。図６は、図４（Ｂ）に示すＸ１−Ｘ１断面の一部を示す断面図である。
本実施形態では、図５および図６に示すように、１つの収容用の開口３０に対して、２つのプリント配線板１０を、その非実装面Ｓ間に緩衝材２２が介在するように対向させて重ねた状態（以下、対向状態ともいう）で収容する。この収容時には、１つのスリット３２Ｖに２つの支持片１２Ｖが填め入れられ、１つのスリット３２Ｈに２つの支持片１２Ｈが填め入れられる。

図６に示すように、金属フレーム３０Ｇは、厚みｔ１が、対向状態の両プリント配線板１０の厚みｔ２よりも薄くなるように形成されている。そして、対向状態の両プリント配線板１０は、厚さ方向の中心面Ｃ２が金属フレーム３０Ｇの厚さ方向の中心面Ｃ１に一致するように金属フレーム３０Ｇに収容される。このため、金属フレーム３０Ｇの一面（上面）３１ａは、上側に収容されているプリント配線板１０の第１面Ｆよりも突出せず（凹み）、金属フレーム３０Ｇの他面（下面）３１ｂは、下側に収容されているプリント配線板１０の第１面Ｆよりも突出しない（凹んでいる）。これにより、対向状態の両プリント配線板１０のそれぞれの第１面Ｆへの電子部品実装の際に金属フレーム３０Ｇが干渉しない。

アルミニウム製の金属フレーム３０Ｇの主面方向の熱膨張係数は２４ppm／℃で、樹脂製のプリント配線板１０の主面方向の熱膨張係数は１６ppm／℃で、金属フレーム３０Ｇの熱膨張係数がプリント配線板１０の熱膨張係数よりも大きい。本実施形態では、この熱膨張係数差に起因する主面方向の伸び量の差を利用して、プリント配線板１０の反りの発生を抑制する。第１実施形態では、金属フレーム３０の材料としてアルミニウムを用いたが、プリント配線板１０の熱膨張係数よりも大きければ、銅、ステンレス等を用いることも可能である。

図７は、金属フレーム３０Ｇに対するカシメ加工により開口３０に対向状態の両プリント配線板１０が接合された状態を示す平面図である。
図７に示すように、金属フレーム３０Ｇについて、スリット３２Ｖ、３２Ｈの基部３２ｂと台形部３２ａとの境部分であって、支持片１２Ｖ、１２Ｈと隣接する縁部に、カシメ加工機２００を用いてカシメ加工部３６がそれぞれ形成される。このカシメ加工部３６により、スリット３２Ｖ，３２Ｈの側壁が、対向状態の両プリント配線板１０の支持片１２Ｖ，１２Ｈの側壁へ突き合わさるように塑性変形した状態で接合されることで、プリント配線板１０が金属フレーム３０Ｇに固定される。

図８（Ａ）は、金属フレーム３０Ｇに対してカシメ加工を行うカシメ加工機２００の断面図である。
カシメ加工機２００は、対向状態の両プリント配線板１０の支持片１２Ｖ，１２Ｈをスリット３２Ｖ，３２Ｈにて支持した金属フレーム３０Ｇに対してカシメ加工を行う加工機であって、下型２１０と上型２２０とを備える。下型２１０は、ベース部２１１と支持板２１２とを備える。支持板２１２はベース部２１１に対して上下動可能に支持されている。ベース部２１１には、カシメ加工を行うポンチ２１３が設けられ、支持板２１２には、ポンチ２１３を通すための貫通孔２１２ａが形成されている。支持板２１２の中央部には凹部２１２ｂが形成され、カシメ加工の際にプリント配線板１０に力が加わらないようにされている。該凹部２１２ｂ上に対向状態の両プリント配線板１０が載置され、支持板２１２上に金属フレーム３０Ｇが載置される。

上型２２０は、ベース部２２１と支持板２２２とを備える。支持板２２２はベース部２２１に対して上下動可能に支持されている。ベース部２２１には、カシメ加工を行うポンチ２２３が設けられ、支持板２２２には、ポンチ２２３を通すための貫通孔２２２ａが形成されている。支持板２２２の中央部には凹部２２２ｂが形成され、カシメ加工の際にプリント配線板１０の本体部２０に力が加わらないようにされている。

図８（Ｂ）は、下型２１０へ上型２２０が押しつけられ、金属フレーム３０Ｇの上面に上型２２０のポンチ２２３が押し当てられ、金属フレーム３０Ｇの下面に下型２１０のポンチ２１３が押し当てられた状態を示す。
各開口３０に対向状態の両プリント配線板１０がそれぞれ収容された金属フレーム３０Ｇに対して、カシメ加工機２００を用いて図７に示す各カシメ加工部３６が同時に形成される。これにより、図４（Ｂ）に示すように、対向状態の両プリント配線板１０が金属フレーム３０Ｇにそれぞれ固定されて成るリフロー用の複合配線板１００が完成する。金属フレーム３０Ｇのスリット３２Ｖ，３２Ｈの縁部にカシメ加工部３６が同時に形成されるため、金属フレーム３０Ｇ対してプリント配線板１０を正確に位置決めできる。また、プリント配線板相互間の位置ずれを小さくできる。

金属フレーム３０Ｇに対向状態の両プリント配線板１０がカシメ加工によりそれぞれ固定された状態で、まず、金属フレーム３０Ｇの上面側に接合されているプリント配線板１０に対して、半田印刷が行われ、図９に示すように、電子部品１１等が載置され、リフロー炉で電子部品１１等の実装が行われる。次に、金属フレーム３０Ｇの下面側に接合されているプリント配線板１０に対して、半田印刷が行われ、電子部品１１等が載置され、リフロー炉で電子部品１１等の実装が行われる。２００℃近いリフロー温度は、プリント配線板１０を構成する樹脂のＴg（ガラス転位点）を越えるため、実装される電子部品１１等の重量と基板の残留応力によって、プリント配線板１０に反りが生じ易い。ここで、第１実施形態では、金属フレーム３０Ｇに固定された対向状態の両プリント配線板１０は、電子部品１１等の重量による応力と共にプリント配線板１０には中心側への応力が生じるが、上述したように、金属フレーム３０Ｇの主面方向への熱膨張係数がプリント配線板１０の熱膨張係数よりも大きいため、プリント配線板１０よりも相対的に金属フレーム３０Ｇが主面方向にそれぞれ広がる。このため、図９に示すように、対向状態の両プリント配線板１０に、上述した中心側への応力を打ち消す外縁側への応力Ｆ１が各支持片１２Ｖ，１２Ｈを介して主面方向に作用する。これにより、リフローにおいてもプリント配線板１０に反りを生じさせない。

第１実施形態の複合配線板１００では、１つの開口３０内に２つのプリント配線板１０が重ねて配置された対向状態で金属フレーム３０Ｇを塑性変形させることで、２つのプリント配線板１０のそれぞれの側壁と金属フレーム３０Ｇの開口３０の側壁とが接合される。これにより、接着剤を用いる接合方法に対して、接着剤の充填・硬化の工程が不要になり、加工工程が少なくなるので、生産効率が高まり廉価にプリント配線板１０を金属フレーム３０Ｇへ接合できる。特に、１つの開口３０内に１つのプリント配線板１０を配置して結合する場合と比較して、金属フレーム３０Ｇの使用枚数を削減できるだけでなく、１度の接合工程でより多くのプリント配線板１０を金属フレーム３０Ｇに接合できるので、複合配線板１００の生産性を向上することができる。

図１０は、複合配線板１００からプリント配線板１０が切り出された状態を示す平面図である。
電子部品の実装後に、図１０に示すように、プリント配線板１０の支持片１２Ｖ，１２Ｈから矩形形状の本体部２０が切り落とされ、金属フレーム３０Ｇのスリット３２Ｖ，３２Ｈに支持片１２Ｖ，１２Ｈを残した状態で、プリント配線板１０の本体部２０がそれぞれ分離される。

[第１実施形態の第１改変例]
図１１は、第１実施形態の第１改変例に係るカシメ加工機２００の断面図である。
第１実施形態の第１改変例では、ポンチを用いず、上型２２０の支持板２２２と下型２１０の支持板２１２とによって金属フレーム３０Ｇ全体を塑性変形させ、金属フレーム３０Ｇの側壁にプリント配線板１０の側壁を接合する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよく、その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
（１）上記実施形態において、１つの開口３０内に２つのプリント配線板１０が重ねて配置された状態で金属フレーム３０Ｇに接合されて複合配線板１００が形成されることに限らず、１つの開口３０内に３つ以上のプリント配線板１０が重ねて配置された状態で金属フレーム３０Ｇに接合されて複合配線板１００が形成されてもよい。

（２）上記実施形態において、金属フレーム３０Ｇａには、４つの開口３０が形成されることに限らず、接合すべきプリント配線板１０の個数に応じて複数の開口３０を形成することができる。

（３）上記実施形態において、金属フレーム３０Ｇからなるフレーム部は、半田リフロー温度において、プリント配線板１０から成るピース部よりも剛性が高い方が好ましい。

１０ プリント配線板
１２Ｈ，１２Ｖ 支持片
３０Ｇ 金属フレーム
３０ 開口
３２Ｈ，３２Ｖ スリット
３６ カシメ加工部
１００ 複合配線板

Claims (6)

1. ２つ以上の配線板を準備することと、
   開口を備える金属フレームを準備することと、
   前記金属フレームの１つの開口内に前記２つ以上の配線板を重ねて配置することと、
   前記金属フレームを塑性変形させ、前記２つ以上の配線板のそれぞれの側壁と前記金属フレームの開口の側壁とを接合することと、を含む複合配線板の製造方法。
2. 請求項１に記載の複合配線板の製造方法であって、
   前記１つの開口内に２つの配線板が重ねて配置され、
   前記２つの配線板は、それぞれ一方の面が実装面で他方の面が非実装面であり、前記他方の面同士を向かい合わせて重ねられる。
3. ２つ以上の配線板と、
   開口を備える金属フレームとを有し、
   １つの開口内に前記２つ以上の配線板を重ねて配置した状態で、前記２つ以上の配線板のそれぞれの側壁と前記金属フレームの開口の側壁とが接合され、前記金属フレームに前記２つ以上の配線板が固定されている複合配線板。
4. 請求項３に記載の複合配線板であって、
   １つの開口内に前記２つ以上の配線板を重ねて配置した状態で前記金属フレームを塑性変形させることで、前記２つ以上の配線板のそれぞれの側壁と前記金属フレームの開口の側壁とが接合され、前記金属フレームに前記２つ以上の配線板が固定される。
5. 請求項３又は請求項４に記載の複合配線板であって、
   前記１つの開口内に２つの配線板が重ねて配置され、
   前記２つの配線板は、それぞれ一方の面が実装面で他方の面が非実装面であり、前記他方の面同士を向かい合わせて重ねられる。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の複合配線板であって、
   前記金属フレームの一面が前記２つ以上の配線板のうち前記一面側に配置される配線板の表面よりも突出せず、前記金属フレームの他面が前記２つ以上の配線板のうち前記他面側に配置される配線板の表面よりも突出しない。

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