JP4400673B2 - 立体的回路基板の形成装置および形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体的回路基板の形成装置および形成方法に関し、特に、ローラーの表面に回路基板を貼着することにより立体的回路基板を形成するための装置および方法に関する。

携帯電話などの電子機器の小型化、多機能化、および低コスト化に伴い、その筐体の内面や外面に、回路基板をコンパクトに貼着することが要求されており、回路基板として平面的ではなく立体的なものが必要となる場合がある。また、複写機の分野でも、現像用ローラー、帯電ローラー、または転写ローラーなどのローラーの表面の一部に、または全周にわたって、回路基板を貼着することにより、立体的回路基板を形成することが提案されている。

このような立体的回路基板を形成する一般的な方法としては、従来、１ショットモールド法、または２ショットモールド法と称される射出成形法がある。

１ショットモールド法では、まず、無電解めっきが可能で導電性を有する樹脂を所望の立体形状に形成し、次に、その表面に感光性レジストを塗布し、回路パターンを露光し、現像し、露光されなかった部分の感光性レジストを除去し、露出した樹脂の表面に無電解めっきを施して、立体的回路基板を得ている。

これに対して、２ショットモールド法では、めっき用の触媒を配合した樹脂を用い、最初の射出成形によって、無電解めっきが可能な立体形状を形成し、２回目の射出成形によって、表面の所定部分に無電解めっきを行わない表面層を形成し、次いで、めっき用の触媒を配合した樹脂が表れている表面の部分に無電解めっきを施して、立体的回路基板を得ている。

しかしながら、１ショットモールド法および２ショットモールド法のいずれにも、以下のような問題がある。例えば、１ショットモールド法では、製造工程が非常に長く、コストが高くつく。また、３次元の曲面形状を有する立体形状の製造には不向きである。さらに、樹脂の材料が限定され、回路のパターニングが困難である。

一方、２ショットモールド法では、３次元の曲面形状を有する立体形状の製造には適しているものの、精度の高い成形用金型が要求されること、２回の射出成形を行うことなどから、コストが高くなる。

従って、これらの射出成形法はいずれも、ローラの表面全周に回路基板を形成するための方法としては適していない。

このようなローラの表面全周に回路基板を形成する方法として、ポリイミドなどの絶縁性フィルムの表面に、銅などの導体層を設けた基材を用いて、導体層をパターニングして回路基板を形成し、得られた回路基板をローラーの表面全周に貼着する方法が考えられる。このような回路基板は、多量に、かつ、安価に製造することができるため、ローラに添着することができれば、有利といえる。

ところで、特許文献１には、フィルムを円柱形状または円筒形状である缶体にロータリーカッター方式で貼着する方法が記載されている。この方法では、自立保持不能な柔軟性フィルムを、高い精度で希望長さに切断し、切断して得たフィルムを缶体に供給して、良好にラミネートを行うことにより、フィルムの缶体への添着を可能としている。より具体的には、巻き取り状態にある自立保持不能な柔軟性フィルムを、フィードロールおよびカッティングロールに真空吸着させて巻き付け、フィードロールの周速をカッティングロールの周速より遅くし、フィルムにテンションを与え、カッティングロールの真空吸着部位を複数に分割して真空強度を調整することによりフィルムに滑りを付与し、切断後のフィルムに一定の間隔を作り、缶体へのラミネートのタイミングを得て、ラミネートロールのラミネート部位では一転して加圧しフィルムの窪みを無くし、缶体とフィルムの間に空気を残存さないで、缶体へ良好にラミネートを行っている。

特許文献１に記載されたロータリーカッター方式による貼着方法は、缶体やボトルなどの飲料容器のボトル表面にラベルを貼ることを目的として開発されたものである。そのため、ラベルを貼る位置精度などを厳密に管理する必要がなく、また、飲料容器の表面全周にラベルを貼着する場合は、フィルムに重なりや隙間が生じても問題となることはない。

しかしながら、電子機器用途の回路基板をローラーの表面全周に貼着する場合、回路基板に重なりや大きい隙間があると、回路を構成する配線に短絡や導通不良が発生し、回路の電気的特性に影響を及ぼすため、大きな問題となる。また、立体的回路基板を形成した後の工程では、回路基板に外部から通電処理などを行う組立工程が続くため、正確な位置に回路基板を貼着していなければ、その後の組立工程で支障を来すなどの問題が生じる。このため、貼り合わせる位置精度については、非常に厳密な管理が求められる。

また、回路基板を貼着したローラーを回転体として使用する場合、貼着時に重なりや大きい隙間が生ずると、回路基板に凹凸が形成され、回転時に部分的な接触が発生するなどの問題が生じる。そのため、重なりがなく、隙間が許容される程度に小さいことが要求される。

さらに、特許文献１に記載された方法で、回路基板をローラーの表面全周に貼着しようとすると、ローラーを直立した状態に保持して搬送する必要がある。しかしながら、細長い形状の場合や、両端ないしは一端が複雑な形状に加工されている場合は、常に垂直に保持、搬送して、これに回路基板を貼着することは困難である。

このように、ローラの表面全周に回路基板を形成する立体的回路基板の形成において、上述のロータリーカッター方式の貼着方法を採用することはできない。
特開平１０−２３６４４６号公報

本発明は、円柱形状または円筒形状のローラーの表面に、特に全周にわたって、正確な位置精度をもって回路基板を貼着することを可能とする、立体的回路基板の形成装置および形成方法を提供することを目的とする。

本発明に係る立体的回路基板の形成装置は、円柱形状または円筒形状である対象物を、中心軸が水平となる状態で保持し、かつ、該中心軸を回転軸にして回転させる回転機構と、回路基板を接着剤層が下向きとなるように保持し、かつ、水平に搬送する保持機構と、回転する前記対象物の表面に対して搬送される前記回路基板の接着剤層が接するように相対的位置関係を調節可能であり、かつ、前記対象物の表面に対して押圧する前記回路基板の圧力を一定に制御可能である制御機構とを備える。

前記回路基板の接着剤層が、常温で粘着性を有する常温硬化型の接着剤からなり、前記回路基板の接着剤層が保護フィルムにより被覆されている場合には、該保護フィルムを除去する除去機構をさらに有することが好ましい。

また、前記回路基板の接着剤層が、加熱により粘着性を発現する加熱硬化型の接着剤からなる場合には、前記接着剤層または前記対象物を加熱する加熱機構をさらに有することが好ましい。

前記回転機構は、具体的には、前記対象物が間に載せられて回転するように配置された２つの回転ローラーから構成される。

また、前記回転機構に載置された前記対象物の軸方向に合わせて、前記回路基板を収容することが可能な基準出し機構をさらに備えることより、前記対象物の中心軸に垂直な方向にのみ移動させることで、回路基板の貼着が可能となる。

なお、本発明に係る立体的回路基板の形成方法は、円柱形状または円筒形状である対象物を、中心軸が水平となる状態で回転可能に保持し、片面に回路を有し、他面に接着剤層が設けられた回路基板を所定の大きさに切断し、該回路基板を、基準位置に載置し、該回路基板を移動手段に吸着させ、該移動手段を移動させ、前記回路基板の接着剤層の端部を前記対象物の表面に接合し、前記回路基板を前記対象物の表面に対して押圧する圧力を制御しながら、前記回路基板を水平移動させるとともに、前記対象物を回転させることにより、前記回路基板を前記対象物の表面に貼着する工程からなることを特徴とする。

具体的には、上述の立体的回路基板の形成装置を使用し、前記圧力を調節することにより、前記回路基板を、前記対象物の表面全周に、隙間を制御して貼着する。

本発明により、垂直に保持して搬送することが困難な電子機器用途のローラーの表面に、位置精度よく、重なりを生じず、かつ、隙間を最小限に制御して、正確に回路基板を貼り付けることが可能となる。

本発明の一実施形態を、図面に基づいて詳述する。図１に、本発明の立体的回路基板の形成装置の一実施形態を概略図で示す。図２に、図１の基準出し機構を概略図で示す。

本発明の立体的回路基板の形成装置は、円柱形状または円筒形状である対象物（１）を、中心軸が水平となる状態で保持し、かつ、中心軸を回転軸にして回転させる回転機構（１０）と、回路基板（２）を接着剤層が下向きとなるように保持し、かつ、水平に搬送する保持機構（２０）と、回転する対象物（１）の表面に対して搬送される回路基板（２）の接着剤層が接するように相対的位置関係を調節可能であり、かつ、対象物（１）の表面に対して押圧する回路基板（２）の圧力を一定に制御可能である制御機構（３０）とを備える。

回路基板（２）は、基準出し機構（４０）に収められる。なお回路基板（２）は、貼着される対象物の大きさに合わせて所定のサイズに予め切断される。例えば、対象物（１）であるローラーの全面に回路基板を形成する場合、回路基板（２）の対象物（１）の回転軸方向の側辺の長さを、対象物（１）の回転軸方向の長さと同じとする。また、対象物（１）の円周方向に対応する側辺の長さを、対象物（１）の円周とほぼ同じとする。ただし、後述の通り、切断精度には誤差があり、また対象物の形状にも公差があり、これらは補正されるため、これらの値を厳密に一致させる必要はない。

基準出し機構（４０）は、所定のサイズに切断されたフィルム状の回路基板（２）のホルダーとして機能する。基準出し機構（４０）は、例えば、樹脂製の固定プレート（４１）と可動プレート（４２）とからなる。所定のサイズに切断されたフィルム状の回路基板（２）を、回路面を上にした状態で、基準出し機構（４０）にセットする。基準出し機構（４０）での位置合わせは、ＸＹ方向の固定式の基準プレートとなる固定プレート（４１）へ、可動プレート（４２）がフィルム状の回路基板（２）を押すことにより、正確な位置にセットする。

切断したフィルム状の回路基板（２）は、１枚毎にセットしても良いし、複数枚をまとめてセットしても良い。複数枚をまとめてセットする場合には、複数枚を重ねて収納できるようなマガジンを、基準出し機構（４０）に取り付ける。

正確な位置にセットされたフィルム状の回路基板（２）は、小さな孔があいている保持機構（２０）に、１枚毎、真空吸引によって吸着され、搬送される。具体的には、保持機構（２０）は、真空吸引を可能とする小さな孔を有する樹脂板または機構金属板の吸着板と、該孔と連通する真空吸引システム、および該吸着板と真空吸引システムを上昇下降および水平方向に移動させる機構からなる。

保持機構（２０）は、フィルム状の回路基板（２）を吸着した後、上昇する。

接着剤層が、加熱されて粘着性を発現する接着剤からなる場合、回路基板（２）を加熱する加熱機構（５０）を通過させる。加熱機構（５０）としては、公知の加熱ヒーターなどを採用できる。接着剤の種類によって活性の条件が異なるため、加熱ヒーターによる加熱温度および加熱時間を、用いる接着剤に応じて最適化して、加熱を行う。加熱温度は、各接着剤の活性温度範囲とする。

なお、加熱機構（５０）は、回路基板（２）の接着剤層を加熱するもののほか、対象物（１）を加熱することにより、接合時に接着剤層を加熱する機構のものも採用できる。

また、図示した態様においては、接着剤層が、加熱されて粘着性を発現する加熱硬化型の接着剤からなる場合を示したが、接着剤層が、常温で粘着性を有する接着剤からなり、接着剤層に、保護フィルムが貼着されている場合には、保護フィルムを除去する除去機構を備えるようにする。該除去機構についても、保護フィルムを剥離させ除去させるための公知の装置を用いることができる。

これらの加熱機構（５０）および除去機構を同時に備えてもよい。

その後、保持機構（２０）を移動させ、回路基板（２）を、金属製または樹脂製のローラーからなる対象物（１）がセットされた回転機構（１０）の上方に移動させる。必要に応じて、当該位置に置いて、保持機構（２０）を下降させ、回路基板（２）を対象物（１）の表面に押圧することにより、回路基板（２）の接着剤層の端部（回転軸方向の側辺で進行方向前側の端部）をその表面に接合させる。ただし、水平移動のみによって、この接合を達成してもよい。

回転機構（１０）は、自由に回転可能な２本の回転ローラーを隣接させる構造で構成される。回転ローラーとしては、金属製のローラーを採用できる。必要に応じて、ゴムなどの弾性材が全周に添着されているものも採用できる。かかるローラーの両端を軸受などにより回転可能に支承し、対象物の回転に追従可能とする。対象物（１）が２本の回転ローラーの間に載せられ、フィルム状の回路基板（２）の側辺と、対象物（１）の回転軸とが平行になるように保持機構（２０）が移動する。その他、例えば、対象物（１）の両端に回路基板（２）を形成する必要がない場合等には、該両端部を軸受などにより支承して、回転可能に支持してもよい。

その後、フィルム状の回路基板（２）を吸着した保持機構（２０）が、水平に移動すると同時に、フィルム状の回路基板（２）の側辺から、対象物（１）の回転にともなって、対象物（１）の表面全周に接着される。従って、接着剤層と対象物（１）との間に、空気を巻き込むことがない。また、長さや直径など、対象物（１）の形状が変化しても、保持機構（２０）は、冶具や構造を変更することなく、貼り付けることが可能である。なお、接着する時の圧力が一定になるように、エアーまたは油圧を用いた機構により行ってもよい。

フィルム状の回路基板（２）は、樹脂フィルムの上に銅などの薄い導体を形成した構造であるため、ある程度の伸びが発生する。本発明では、対象物（１）に対して、保持機構（２０）に吸着したフィルム状の回路基板（２）が巻きつけるようにして、貼り付けられる構造であるため、制御機構（３０）により、対象物（１）に対して回路基板（２）を押圧する圧力を変化させることで、フィルム状の回路基板（２）の伸びが異なり、その結果、対象物（１）の表面全周に貼り付けたフィルム状の回路基板（２）の隙間（貼着後の回転軸方向の側辺間の距離）を、前述の圧力で制御することが可能となる。具体的には、抜いた回路基板の寸法のバラツキやアルミパイプ径のバラツキを求め、要求する隙間に収まるように圧力を制御しながら巻きつけることで伸びを調整する。

特に、フィルム状の回路基板（２）の切断精度のバラツキ、対象物（１）が金属製または樹脂製のローラーである場合の公差、および、ロット間で生じる製作上のバラツキにより、計算上の隙間が異なる場合がある。しかし、本発明では、前述したように、制御機構（３０）において貼り付ける時の圧力を操作することで、回路基板（２）の伸びを変化させて、隙間を許容値以下の一定値に制御することが可能である。

（実施例１）
まず、回路基板を以下のように作製した。

厚さ３５μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製、Ａ４１００）を用い、表面に銅薄膜をスパッタリングにより成膜し、その後、電気銅めっき法で銅層を形成した。電気銅めっきは、硫酸銅濃度９０ｇ／リットル、硫酸濃度１８０ｇ／リットルのめっき浴を室温で用い、陰極電流密度２Ａ／ｄｍ²によって、厚さ８μｍの銅被覆を形成した。

さらに、フォトレジスト方式により、銅層の表面にドライフィルムレジスト（旭化成株式会社製、ＡＱ−１１５８）を貼り、配線形状のマスクを作製した後、ドライフィルムレジスト上に露光を行い、現像、エッチング、およびドライフィルム剥離を行った。また、回路基板の裏側には、常温で粘着性を有する接着剤（大日本インキ化学工業株式会社製、両面接着テープ＃８６１６）をラミネートして用いた。従って、接着剤層に保護フィルムが貼られている。

以上のようにして得られた回路基板（２）を、金型により切断し、回転軸方向の側辺が５０．３ｍｍ、これに垂直方向の側辺が３５０ｍｍとなるようにした。切断後、図２に示すカセット（４０）にセットした。

次に、図１に概略図を示した立体的回路基板の形成装置を使用して、貼着工程を行った。該装置は、真空吸着（バキューム）リフト（３０、エアシリンダによる昇降機構）、該リフトに接続された吸着板（２０）、加熱ヒータ（５０）、保護フィルム除去装置（回路基板に貼り付けた保護フィルムは、フィルム端部にリーダーテープが貼り付けてあり、リーダーテープを掴み剥離することで保護フィルムを剥がす機構）、回転装置（１０）、および回転装置用加熱ヒータ（図示せず）を備えている。バキュームリフト（３０）は、吸着板（２０）を上昇下降移動およびカセット（４０）から回転装置（１０）の方向への水平移動が可能である。保護フィルム除去装置は、加熱ヒータ（５０）に隣接して、カセット（４０）から回転装置（１０）へのライン上に設置されている。なお、加熱ヒータ（５０）は使用しなかった。回転装置（１０）の回転ローラーとして、それぞれ金属製ローラー表面にシリコンゴム添付した直径が４０ｍｍ、長さが４００ｍｍのローラーを使用した。

直径が１６ｍｍ、長さが３５０ｍｍであるアルミパイプからなるローラー（１）を該回転装置のローラー間に載置した。

なお、それぞれの回路基板（２）およびローラー（１）について、後述の測定のために、正確に寸法を測定しておいた。

吸着板（２０）をカセット（４０）に収容されている回路基板（２）上まで降下させ、回路基板（２）を吸着させた。吸着板（２０）を上昇させ、水平移動させた。水平移動の途中で、保護フィルム除去機構により、回路基板（２）の下側の接着剤層を被覆する保護シートを剥離除去させた。吸着板（２０）の進行方向端部が回転装置上のローラー（１）上まで達すると、吸着板（２０）は、予め設定された圧力によりローラー（１）を押圧するまで、降下した。接着剤層の進行方向端部がローラー（１）の表面に接触後、吸着板（２０）を水平移動させると、それに伴いローラー（１）も回転し、その全周にわたって回路基板（２）が貼着された。

回路基板（２）の寸法と、ローラーの直径とから、回路基板の側辺間の隙間を計算したところ、理論値としては０．２０ｍｍであった。

その後、回路基板（２）が貼着したローラー（１）を排出し、新たなローラ（１）を回転装置（１０）の上に載置し、貼着時の圧力を表１に示したように変化させて、複数のローラーに対して回路基板を貼着した。

得られた立体回路基板から、貼着後の回路基板の側辺間の隙間をそれぞれの試料について測定した。その測定結果を表１に示す。

（実施例２）
まず、回路基板を以下のように作製した。

厚さが３８μｍであるポリイミドフィルムに、厚さが８μｍであるＣｕ箔を積層した２層基板（住友金属鉱山株式会社製、Ｓ‘ｐｅｒＦｌｅｘ）を用いて、フォトレジスト方式により、銅層の表面にドライフィルムレジスト（旭化成株式会社製、ＡＱ−１１５８）を貼り、配線形状のマスクを作製した後、ドライフィルムレジスト上に露光を行い、現像、エッチング、およびドライフィルム剥離を行った。また、回路基板の裏側には、熱圧着タイプの接着剤（ニッカン工業株式会社製、ＳＡＦＷ）をラミネートして、仮接着した。

以上のようにして得られた回路基板を、金型により切断し、図２に示すカセット（４０）にセットした。

次に、実施例１と同様に、図１に概略図を示した立体的回路基板の形成装置を使用して貼着工程を実施した。

保護フィルム除去装置の代わりに、加熱ヒータ（５０）または回転装置用加熱ヒータ（図示せず）を使用した。試料Ｎｏ．１および２では、回路基板（２）が１２０℃となるように、ヒーター温度を設定し、１０秒間、加熱ヒータ（５０）で吸着板（２０）を停止して加熱を行った。また、試料Ｎｏ．３および４では、回転装置の回転ローラを加熱し、その表面の温度を１２０℃として、当該回転ローラ上にアルミパイプ製のローラー（１）を載置して、貼着を行った。なお、対象物であるローラー（１）は実施例１と同じものを用いた。

回路基板（２）の寸法と、ローラーの直径とから、回路基板の側辺間の隙間を計算したところ、理論値としては０．２０ｍｍであった。

得られた立体回路基板から、貼着後の回路基板の側辺間の隙間をそれぞれの試料について測定した。その測定結果を表２に示す。

本発明の立体的回路基板の形成装置の一実施例を示す概略図である。 図１の基準出し機構を示す概略図である。

符号の説明

１ 対象物（ローラー）
２ 回路基板
１０ 回転機構
２０ 保持機構
３０ 制御機構
４０ 基準出し機構
４１ 固定プレート
４２ 可動プレート
５０ 加熱機構

Claims (7)

1. 円柱形状または円筒形状である対象物を、中心軸が水平となる状態で保持し、かつ、該中心軸を回転軸にして回転させる回転機構と、回路基板を接着剤層が下向きとなるように保持し、かつ、水平に搬送する保持機構と、回転する前記対象物の表面に対して搬送される前記回路基板の接着剤層が接するように相対的位置関係を調節可能であり、かつ、前記対象物の表面に対して押圧する前記回路基板の圧力を一定に制御可能である制御機構とを有する立体的回路基板の形成装置。
2. 前記回路基板の接着剤層を被覆する保護フィルムを除去する除去機構をさらに有する請求項１に記載の立体的回路基板の形成装置。
3. 前記回路基板の接着剤層または前記対象物を加熱する加熱機構をさらに有する請求項１に記載の立体的回路基板の形成装置。
4. 前記回転機構が、前記対象物が間に載せられて回転するように配置された２つの回転ローラーからなる請求項１に記載の立体的回路基板の形成装置。
5. 前記回転機構に載置された前記対象物の軸方向に合わせて、前記回路基板を収容することが可能な基準出し機構をさらに有する請求項１に記載の立体的回路基板の形成装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の立体的回路基板の形成装置を使用し、前記圧力を調節することにより、前記回路基板を、前記対象物の表面全周に、隙間を制御して貼着する立体的回路基板の形成方法。
7. 円柱形状または円筒形状である対象物を、中心軸が水平となる状態で回転可能に保持し、片面に回路を有し、他面に接着剤層が設けられた回路基板を所定の大きさに切断し、該回路基板を、基準位置に載置し、該回路基板を移動手段に吸着させ、該移動手段を移動させ、前記回路基板の接着剤層の端部を前記対象物の表面に接合し、前記回路基板を前記対象物の表面に対して押圧する圧力を制御しながら、前記回路基板を水平移動させるとともに、前記対象物を回転させることにより、前記回路基板を前記対象物の表面に貼着する立体的回路基板の形成方法。

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