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

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２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３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４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。

Images