JP5191283B2 - 溶着機、多層プリント配線板の製造方法 - Google Patents

溶着機、多層プリント配線板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、被溶着部材(例えば多層プリント配線板の内層の構成部材)を所定箇所において溶着する溶着機、及びその溶着機を用いた多層プリント配線板の製造方法に関する。
従来、溶着機として、内層板溶着機が知られている(例えば特許文献1参照)。内層板溶着機は通常、点状にプリプレグを加熱及び加圧する上下一対の溶着ビットを複数組備えている。内層板溶着機のフレームには、上下一対の溶着ビットの少なくとも一方を上下方向に往復動させるアクチュエータとして、エアシリンダが組み付けられている。このエアシリンダの先端には、適宜の取付部材を介して、上下一対の溶着ビット、すなわち第1溶着ビット(上側ビット)又は第2溶着ビット(下側ビット)が取り付けられている。内層板溶着機における溶着ヘッドは、エアシリンダ、並びに第1及び第2溶着ビットなどから構成されている。そして、こうした溶着ヘッドは通常、例えば溶着ビットを加熱するためのヒータを有し、各溶着ビットの温度は、そのヒータにより、例えば「280〜350℃」程度に保たれる。
特許第3883736号公報
特許文献1に記載の溶着機などでは、上記のような構造により、第1の溶着ビット(上側ビット)の熱が上記取付部材を通じてエアシリンダへ伝わり、エアシリンダの温度が高温になり易い。このため、こうした内層板溶着機では、ゴム部材(例えばシリンダのパッキン等)や動作確認用のセンサ類などの、熱に弱い部材が加熱され、やがてそれら部材の温度が各部材の動作保障温度を超え、ついには、機械寿命が低下してしまうことが懸念される。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、より耐熱特性に優れた溶着機、及びその溶着機を用いた多層プリント配線板の製造方法を提供することを主たる目的とするものである。
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る溶着機は、被溶着部材を所定箇所において溶着する溶着機であって、前記被溶着部材を両面から挟むように加圧及び加熱して溶着する第1溶着ビット及び第2溶着ビットを備え、前記第1溶着ビットには、ヒータが設けられるとともに、該第1溶着ビットは、少なくとも前記ヒータ、並びに該ヒータ側から第1断熱材、放熱部材、及び第2断熱材の順に積層された積層構造体を介して、前記溶着機の所定の部品に連結されており前記積層構造体は、前記第1断熱材と前記放熱部材とが、前記第1断熱材側から導電性を有する第1ボルトにより連結されるとともに、前記放熱部材と前記第2断熱材とが、前記第2断熱材側から導電性を有する第2ボルトにより連結され、前記第1ボルトと前記第2ボルトとは非接触の配置を有する、ことを特徴とする。
前記第2断熱材には貫通孔が形成され、該貫通孔から前記放熱部材が露出している、構造にしてもよい。
前記溶着機の所定の部品は、前記第1溶着ビットを、前記被溶着部材に近接又は離間させるべく駆動するアクチュエータである、構成にしてもよい。
前記アクチュエータは、エアシリンダである、構成にしてもよい。
前記積層構造体と前記エアシリンダとの連結部に、これら両者を結合させる結合部材を備え、前記積層構造体の積層方向に沿って、前記第1溶着ビットに近い方から、前記積層構造体、前記結合部材、及び前記エアシリンダが、この順で配置され、前記積層方向に直交する前記結合部材の側方には、前記放熱部材とは別の側方放熱部材が設けられている、構造にしてもよい。
本発明の第2の観点に係る多層プリント配線板の製造方法では、複数の内層板を作製する第1の工程と、前記複数の内層板の間に、層間接着材を挿入し、前記第1の観点に係る溶着機により、前記内層板と前記層間接着材とを所定箇所において溶着する第2の工程と、前記第2の工程により層間接着材と溶着された内層板のうち、最外に位置する内層板の少なくとも一方に、層間絶縁材を介して導体膜を形成する第3の工程と、を備える、ことを特徴とする。
より耐熱特性に優れた溶着機、及びその溶着機を用いた多層プリント配線板の製造方法を提供する。
以下、本発明に係る溶着機及び多層プリント配線板の製造方法を具体化した一実施形態について説明する。
本実施形態の内層板溶着機は、図1((a)は初期状態、(b)は溶着ビット近接状態)に示すように、C型架100(当該内層板溶着機のフレームに相当)と、溶着ヘッド部10と、溶着ヘッド部10のアクチュエータとして機能するエアシリンダ101と、を備えている。溶着ヘッド部10及びエアシリンダ101は、それぞれC型架100に組み付けられている。溶着ヘッド部10は、互いに対向するように配置されて多層プリント配線板の接着材(例えばプリプレグ)を点状に加熱及び加圧する上下一対の第1溶着ビット11a及び第2溶着ビット11bと、これら溶着ビット11a,11bの位置(特に上下方向の位置)を個別に調整する調整用部材12a,12bと、を有する。そして、エアシリンダ101は、被溶着部材に近接又は離間させるべく第1溶着ビット11aを上下方向(エアシリンダ101の軸方向)に往復動させるものであり、例えば溶着時には、図1(a)の初期状態から、第1溶着ビット11aを下方に移動させることにより、図1(b)の溶着ビット近接状態にする。なお、溶着ビット11a,11bは、例えば真ちゅうからなる。説明の便宜上、1組の溶着ビットのみを図示しているが、当該内層板溶着機は、上下一対の溶着ビットを複数組備えている。
溶着ビット11a,11bは、C型架100の各先端部分の内側表面に、それぞれ溶着ヘッドベース13a,13bを介して、互いに対向するように配置されている。より詳しくは、図2〜図4(特に図3を参照)に溶着ヘッド部10を拡大して示すように、溶着ビット11a,11bは、それぞれ各溶着ビットを加熱するためのヒータ102a,102bを内蔵するヒータビット131a,131bを備える。ヒータ102a,102bは、溶着ビット11a,11bに近接して(調整用部材12a,12bよりも溶着ビット11a,11bの方に近い位置に)配置されている。なお、ヒータビット131a,131bは、例えば真ちゅうからなる。一方、ヒータ102a,102bは、例えばSUS−304からなり、ガラスチューブの先端にジーゲル線が取り付けられることで、棒状に形成されている。ただし、こうしたヒータに限られず、任意のヒータを用いることができる。ヒータ102a,102bにより、各溶着ビットを、例えば「280〜350℃」程度に加熱可能となっている。
第1溶着ビット11a(上側ビット)は、ヒータビット131aと、矩形状の3枚の板、すなわちヒータビット131a側(下側)から、断熱材132a、放熱部材133a、及び断熱材134aの順に積層された積層構造体とを介して、エアシリンダ101と連結されている。第1溶着ビット11aとエアシリンダ101との連結部には、これら両者を結合させる結合部材101a(エアシリンダ101の取付部材)が設けられている。ここで、断熱材132a、放熱部材133a、及び断熱材134aは、断熱材132aと放熱部材133aとが、下側から例えば金属製のボルト151により、また放熱部材133aと断熱材134aとが、上側から例えば金属製のボルト152により、それぞれ連結されることによって、3枚が一体に結合している。ボルト151及びボルト152は、互いに直接つながらないように、すなわち互いに所定の距離だけ離間するように、配置されている。また、断熱材134aには、その一部がくり抜かれて、貫通孔153が形成されている。この貫通孔153により、放熱部材133aの上面は露出している。なお、放熱部材133aは、例えば鉄やステンレスなどの放熱性に優れる材料からなる。一方、断熱材132a及び断熱材134aは、例えばガラス繊維などの断熱性に優れる材料からなる。
このように、断熱材の間に放熱部材133aを挟むことで、その放熱効果により、放熱部材がない場合に比べて、ヒータビット131aから結合部材101aへ伝達される熱量を低減することができる。これにより、結合部材101aの温度は下がり、その温度を、より容易に動作保障温度内に収めることが可能になる。
また、ボルト151及びボルト152が離間し、放熱部材133aを介して間接的に接続(熱的に接続)されていることで、ヒータビット131aから発せられる熱は、放熱部材133aを通らなければ、結合部材101aへ伝達されないようになっている。このため、こうした構造では、上述の放熱効果により、効率よく結合部材101aの温度を下げることができる。
また、断熱材134aの一部に貫通孔153が形成されていることで、その貫通孔153を通じて、放熱部材133aの熱を効率よく放出することが可能になり、その放熱効果を高めることができる。
さらに、結合部材101aは、上下方向(長手方向)にだけでなく、その側方(短手方向)にも、例えば鉄やステンレスなどの放熱性に優れる材料からなる放熱部材154を有する。結合部材101aと放熱部材154とは、例えばボルトにより締結され(すなわち、放熱部材154はその側方から例えばボルトにより保持され)、その接合面の一部では、結合部材101aが切り欠かれている。こうした切り欠きを結合部材101aに設けることで、熱の伝わる面積を小さくしている。
放熱部材154は、エアシリンダ101を位置決めするフレーム(C型架100)の一部としても機能する。このため、溶着ヘッドの構造を、コンパクトにする(簡素化する)ことができる。
放熱部材154が結合部材101aの側方に設けられていることで、断熱材134aの上側に容易にスペースを確保することができるようになる。このため、貫通孔153の面積を大きくして、放熱部材133aの放熱効果をより高めることができる。
一方、第2溶着ビット11b(下側ビット)は、ヒータビット131b及び断熱材132bを介してフレーム(C型架100)に固定されている。
調整用部材12aは、図1に示すように、ヒータビット131aに設けられたネジ穴に螺合して、そのネジ穴への締め込み量(換言すればネジの突出量)に基づいて、第1溶着ビット11aと第2溶着ビット11bとの間隔を調整可能とする調整用ネジである。一方、調整用部材12bは、ヒータビット131bの表面において、調整用部材12aに対向する位置に固定された棒材である。これら調整用部材12a及び12bは、例えばSUS(ステンレス鋼)からなり、溶着ビット11a及び11bの接近を規制するストッパとして機能する。すなわち、図1(b)に示すように、調整用部材12aと調整用部材12bとが互いに当接(頭部同士が当接)することにより、調整用部材12aにより設定された間隔で第1溶着ビット11aと第2溶着ビット11bとの接近(エアシリンダ101による溶着ビット11aの駆動)が規制されるようになっている。詳しくは、調整用部材12a(調整用ネジ)は、締め込み量に応じて、突出量D1を可変とする。このため、調整用部材12aの締め込み量に基づいて、調整用部材12aと調整用部材12bとが互いに当接した時の第1溶着ビット11aと第2溶着ビット11bとの間隔、換言すれば両ビット11a,11b間の最小の間隔D0(ビット同士が近づくことのできる限界の間隔)を調整することができるようになっている。こうした構成により、ユーザは、調整用部材12a(調整用ネジ)の締め込み量を調整することで、溶着工程において、溶着ビット11a及び11bが、過度に多層プリント配線板を押しつぶすことがないように、間隔D0を調整することができる。なお、ヒータビット131bにネジ穴を設けるとともに、調整用部材12bを、そのネジ穴に螺合する調整用ネジとして、調整用部材12aと調整用部材12bとのいずれによっても、各ネジ穴への締め込み量に基づき、間隔D0を調整することができるように構成してもよい。
上記溶着機により多層プリント配線板を製造する際には、まず、例えば図5(a),(b)に示すように、例えば厚さ「18μm」程度の銅箔等の金属箔を張り付けた絶縁基板を用い、その表面(例えば両面)に通常のエッチング技術により所望の導電回路を形成し、内層板501,502を作製する。このとき、後工程で溶着を行う所定の箇所に、ドット状の金属パターン501a,502aも併せて形成する。なお、絶縁基板としては、例えば熱硬化性のガラス・エポキシ樹脂、ガラス・ポリイミド樹脂、又はガラス・BT(ビスマレイミド・トリアジン)樹脂等の耐熱樹脂などからなるものを用いることができる。また、内層板501,502には、位置決め用の基準穴501b,502bを複数個(図5(b)には、それぞれ1つのみ図示)設けておく。
次に、基準穴501b,502bに対応した基準穴503bを有する例えばプリプレグからなる絶縁性の接着材503(例えば1枚、ただし複数枚でも可)を、内層板501,502の間に挿入し、図6(a),(b)に示すように、基準穴501b〜503bに基準ピン600を挿入して、内層板501,502と接着材503とを位置決めし、重ね合わせる。なお、プリプレグは、ガラス繊維にエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸したものであり、例えば加熱及び加圧することにより熱硬化させて、両面配線板や銅箔等に接着することができる。
次に、エアシリンダ101により溶着ビット11aを駆動し、溶着ビット11a,11bにより、内層板501,502及び接着材503の一式を、金属パターン501a,502aの部分において上下から挟んで加熱及び加圧する。このとき、調整用部材12a及び12bが、溶着ビット11a及び11bの接近を規制するストッパとして機能することで、溶着時における被溶着部材への過度な加圧が抑制される。溶着温度(各溶着ビットの温度)は、例えば「280〜350℃」とする。これにより、内層板501,502と接着材503とが溶着され、積層体が得られる。
次に、図7(a),(b)に示すように、この積層体の表裏(最外層の各表面)にそれぞれ絶縁性の接着材505,506(いずれも例えばプリプレグ)を重ね、さらにその外側に外層導体用の金属箔507,508を重ね合わせ、加熱及び加圧により成形して、所望の多層プリント配線板を得る。
こうした製造方法であれば、溶着温度が高い場合でも、多層プリント配線板をより容易に量産することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
上記実施形態では、第1溶着ビット11a(上側ビット)に、積層構造体(断熱材132a、放熱部材133a、及び断熱材134aからなる積層構造体)を適用した。しかしこれに限られず、第2溶着ビット11b(下側ビット)に、同様の積層構造体を適用してもよい。また、第1溶着ビット11a及び第2溶着ビット11bの両方に、積層構造体を適用してもよい。
放熱部材133a又は放熱部材154(側方放熱部材)又はこれら両方に、ヒートシンクを設けるようにしてもよい。こうすることで、放熱効果を向上させることができる。
エアシリンダ101に代えて、他のアクチュエータ(例えば電動モータなど)を用いるようにしてもよい。また、こうしたアクチュエータは、第1溶着ビット11a(上側ビット)に代えて第2溶着ビット11b(下側ビット)に、あるいは第1溶着ビット11a及び第2溶着ビット11bの両方に、設けるようにしてもよい。
上記実施形態では、2枚の内層板501,502により多層プリント配線板を製造する場合について言及したが、本発明に係る多層プリント配線板の製造方法は、より多くの内層板、すなわち3枚以上の内層板により多層プリント配線板を製造する場合にも、同様に適用することができる。
本発明に係る溶着機及び多層プリント配線板の製造方法の一実施形態について、(a)は該溶着機の初期状態を示す図、(b)は該溶着機の溶着ビット近接状態を示す図である。 溶着ヘッド部を拡大して示す斜視図である。 溶着ヘッド部を拡大して示す正面図である。 溶着ヘッド部を拡大して示す側面図である。 本実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の第1工程について、(a)は同工程の斜視図、(b)は(a)の断面図である。 本実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の第2工程について、(a)は同工程の斜視図、(b)は(a)の断面図である。 本実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の第3工程について、(a)は同工程の斜視図、(b)は(a)の断面図である。
符号の説明
10 溶着ヘッド部
11a 第1溶着ビット
11b 第2溶着ビット
12a、12b 調整用部材
100 C型架
101 エアシリンダ
101a 結合部材
102a、102b ヒータ
131a、131b ヒータビット(ヒータ)
132a 断熱材(第1断熱材)
132b 断熱材
133a 放熱部材
134a 断熱材(第2断熱材)
151 ボルト(第1ボルト)
152 ボルト(第2ボルト)
153 貫通孔
154 放熱部材(側方放熱部材)
501、502 内層板
503 接着材(層間接着材)
505、506 接着材(層間絶縁材)
507、508 金属箔(導体膜)

Claims (6)

  1. 被溶着部材を所定箇所において溶着する溶着機であって、
    前記被溶着部材を両面から挟むように加圧及び加熱して溶着する第1溶着ビット及び第2溶着ビットを備え、
    前記第1溶着ビットには、ヒータが設けられるとともに、該第1溶着ビットは、少なくとも前記ヒータ、並びに該ヒータ側から第1断熱材、放熱部材、及び第2断熱材の順に積層された積層構造体を介して、前記溶着機の所定の部品に連結されており
    前記積層構造体は、前記第1断熱材と前記放熱部材とが、前記第1断熱材側から導電性を有する第1ボルトにより連結されるとともに、前記放熱部材と前記第2断熱材とが、前記第2断熱材側から導電性を有する第2ボルトにより連結され、前記第1ボルトと前記第2ボルトとは非接触の配置を有する、
    ことを特徴とする溶着機。
  2. 前記第2断熱材には貫通孔が形成され、該貫通孔から前記放熱部材が露出している、
    ことを特徴とする請求項1に記載の溶着機。
  3. 前記溶着機の所定の部品は、前記第1溶着ビットを、前記被溶着部材に近接又は離間させるべく駆動するアクチュエータである、
    ことを特徴とする請求項に記載の溶着機。
  4. 前記アクチュエータは、エアシリンダである、
    ことを特徴とする請求項に記載の溶着機。
  5. 前記積層構造体と前記エアシリンダとの連結部に、これら両者を結合させる結合部材を備え、
    前記積層構造体の積層方向に沿って、前記第1溶着ビットに近い方から、前記積層構造体、前記結合部材、及び前記エアシリンダが、この順で配置され、
    前記積層方向に直交する前記結合部材の側方には、前記放熱部材とは別の側方放熱部材が設けられている、
    ことを特徴とする請求項に記載の溶着機。
  6. 複数の内層板を作製する第1の工程と、
    前記複数の内層板の間に、層間接着材を挿入し、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の溶着機により、前記内層板と前記層間接着材とを所定箇所において溶着する第2の工程と、
    前記第2の工程により層間接着材と溶着された内層板のうち、最外に位置する内層板の少なくとも一方に、層間絶縁材を介して導体膜を形成する第3の工程と、
    を備える、
    ことを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
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