JP6834873B2 - 配線基板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板の製造方法及び製造装置に関する。

樹脂基板上に設けられた配線溝に導電インクや導電ペーストを充填することによって回路配線を形成する配線基板の製造方法が知られている。特許文献１には、配線溝に導電ペーストを充填する前に、樹脂基板の配線溝以外の領域にマスク用被膜を形成し、配線溝に導電ペーストを充填した後に、マスク用被膜を剥離する手法が開示されている。

特開平８−１４８８０５号公報

発明者は、配線基板の製造方法及び製造装置に関し、以下の問題点を見出した。
上述の通り、特許文献１に開示された方法では、樹脂基板を射出成形する工程とは別に、配線溝に回路配線を形成する工程を行う必要がある上、配線溝に回路配線を形成する際に、マスク用被膜の形成及び剥離が必要であるため、生産性に劣るという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、生産性に優れる配線基板の製造方法及び製造装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る配線基板の製造装置は、
固定型と、
前記固定型と当接することによって、配線溝を有する樹脂基板を成形するためのキャビティを形成する可動型と、
前記固定型を介して、前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出機と、を備え、
前記可動型は、前記配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、
前記可動中子の内部には、前記凸部を介して前記配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されており、
前記射出機から射出された前記溶融樹脂が前記キャビティ内で凝固して前記配線溝を有する前記樹脂基板が成形された後、
前記可動中子が後退し、前記注入器から前記溶融金属を前記配線溝に注入するものである。

本発明の一態様に係る配線基板の製造装置では、可動型は、配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、可動中子の内部には、凸部を介して配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されている。そして、射出機から射出された溶融樹脂がキャビティ内で凝固して配線溝を有する樹脂基板が成形された後、可動中子が後退し、注入器から溶融金属を配線溝に注入する。すなわち、本発明の一態様に係る配線基板の製造装置は、射出成形用の金型内で配線を形成することができる上、マスク用被膜の形成及び剥離も不要であるため、生産性に優れている。

前記凸部の根元において、前記凸部の周囲を取り囲みつつ、前記凸部の下側に入り込むように、シールリップ成形溝が形成されており、成形される前記樹脂基板の前記配線溝の周縁に、前記配線溝の壁面から延在すると共に前記配線溝側に傾斜しつつ前記樹脂基板の主面から突出したシールリップが成形されてもよい。このような構成により、配線溝からの溶融金属の漏れをさらに抑制することができる。

前記注入器に前記溶融金属を供給するための供給タンクが、前記可動主型の外壁に設置されていてもよい。このような構成により、注入器を取り外さずに、注入器に溶融金属を供給することができるため、さらに生産性が向上する。

本発明の一態様に係る配線基板の製造方法は、
固定型と可動型とが当接することによって形成されたキャビティに溶融樹脂を射出し、配線溝を有する樹脂基板を成形する配線基板の製造方法であって、
前記可動型は、前記配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、
前記可動中子の内部には、前記凸部を介して前記配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されており、
前記キャビティに前記溶融樹脂を射出し、当該溶融樹脂が前記キャビティ内で凝固して前記配線溝を有する前記樹脂基板を成形した後、
前記可動中子を後退させ、前記注入器から前記溶融金属を前記配線溝に注入するものである。

本発明の一態様に係る配線基板の製造方法では、可動型は、配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、可動中子の内部には、凸部を介して配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されている。そして、キャビティに溶融樹脂を射出し、当該溶融樹脂がキャビティ内で凝固して配線溝を有する樹脂基板を成形した後、可動中子を後退させ、注入器から溶融金属を配線溝に注入する。すなわち、本発明の一態様に係る配線基板の製造方法は、射出成形用の金型内で配線を形成することができる上、マスク用被膜の形成及び剥離も不要であるため、生産性に優れている。

本発明により、生産性に優れる配線基板の製造方法及び製造装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の模式的水平断面図である。 第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。 第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。 第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。 第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ切断線における模式的垂直断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る配線基板の製造装置の模式的水平断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る配線基板の製造装置の模式的垂直断面図である。 第２の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ切断線における模式的垂直断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜配線基板の製造装置の構成＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の模式的斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の模式的水平断面図である。第１の実施形態に係る配線基板の製造装置は、配線溝を備えた樹脂基板を成形する射出成形装置である。図１、図２に示すように、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置は、射出機１０、固定型２０、可動型３０、供給タンク４０、注入器５０を備えている。図１、図２は、いずれも射出成形前に固定型２０と可動型３０とが離間した状態を示している。

なお、当然のことながら、図１、図２及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。また、図１に示したｘ軸に平行な固定型２０の中心軸Ｃ１と、ｘ軸に平行な可動型３０の中心軸Ｃ２とは、共通である。しかしながら、図１では、可動型３０の構成を分かり易くするため、可動型３０をｙ軸正方向にずらして描いている。

射出機１０はスクリュー式射出機であって、図１、図２に示すように、シリンダ１１、ホッパ１２、スクリュー１３を備えている。図１に示すように、ｘ軸方向に延設されたシリンダ１１のｘ軸正方向側端部の上側に、樹脂基板の原料である樹脂ペレット（不図示）を投入するためのホッパ１２が設けられている。また、図２に示すように、ｘ軸方向に延設されたシリンダ１１の内部にｘ軸方向に延設されたスクリュー１３が収容されている。ホッパ１２から供給された樹脂ペレットは、図２に示すように、回転するスクリュー１３の根元部から先端部に向かって（すなわちｘ軸負方向に）圧縮され、溶融樹脂６０に変化する。
なお、図示しないが、スクリュー１３には、例えば、減速機を介してモータが駆動源として連結される。

固定型２０は射出機１０に固定されたダイスである。一方、可動型３０は、ｘ軸方向にスライド移動可能なダイスである。ここで、図３は、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。図３は、互いに当接した固定型（キャビティ型）２０と可動型（コア型）３０との間に溶融樹脂６０が充填された様子を示している。図３に示すように、図２に示した状態から可動型３０がｘ軸正方向に移動し、固定型２０に当接することにより、固定型２０と可動型３０との間に射出成形される樹脂基板に応じたキャビティＣが形成される。そして、射出機１０からキャビティＣに溶融樹脂６０が充填される。

図１に示すように、固定型２０は、直方体形状の金型である。図２に示すように、固定型２０には、固定型２０をｘ軸方向に貫通するスプルー２１が形成されている。スプルー２１のｘ軸正方向側の開口端は、射出機１０の吐出口に接続されている。スプルー２１のｘ軸負方向側の開口端は、キャビティに接続される。すなわち、射出機１０から射出された溶融樹脂６０は、固定型２０のスプルー２１を通過して、キャビティＣに充填される。スプルー２１は、断面円形状であり、スプルー２１の径は、射出機１０側からキャビティＣに向かって徐々に大きくなっている。固定型２０の型面は平坦であり、固定型２０の型面によって、樹脂基板の一方の主面が平坦に成形される。

図１、図２に示すように、可動型３０は、可動主型３１に可動中子３２が収容された入れ子構造を有している。
可動主型３１は、固定型２０との突き合わせ面が開口した箱状の金型であり、ｘ軸方向にスライド可能である。
可動中子３２は、固定型２０の内部をｘ軸方向にスライド可能に固定型２０に収容された直方体状の金型である。図１、図２に示すように、可動中子３２の型面には、樹脂基板に配線溝を成形するための凸部３２ａが形成されている。すなわち、可動中子３２の型面によって、樹脂基板の他方の主面に配線溝が成形される。
なお、図１、図２に示した例では、キャビティ型とも呼ばれる固定型２０ではなく、可動型３０にキャビティＣを構成する凹部３３が形成されている。

図１、図２に示すように、供給タンク４０は溶融金属ＭＭを可動型３０の外部から注入器５０に供給するためのタンクであり、可動主型３１の外壁に設置されている。供給タンク４０を設置することによって、注入器５０を取り外さずに、注入器５０に溶融金属ＭＭを供給することができるため、生産性が向上する。

ここで、溶融金属ＭＭの凝固点は、熱可塑性樹脂である溶融樹脂６０の凝固点より低い。例えば、溶融樹脂６０の凝固点が１５０℃であれば、溶融金属ＭＭの凝固点は１３０℃以下であることが好ましい。溶融金属ＭＭを構成する低融点合金の具体例として、凝固点が８０℃程度のＳｎ−Ｉｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを挙げることができる。溶融樹脂６０を構成する熱可塑性樹脂の具体例として、凝固点が１５０℃程度のポリプロピレン（ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）等を挙げることができる。

また、図１、図２に示すように、注入器５０が可動中子３２の内部に設置されている。注入器５０は、射出成形した樹脂基板の配線溝に溶融金属ＭＭを注入するためのものであって、スリーブ５１とシリンダ５２とを備えている。
スリーブ５１は、溶融金属ＭＭを保持する円筒状の金属部材である。スリーブ５１は、供給タンク４０と配管４１によって連結されている。配管４１を介して、供給タンク４０からスリーブ５１に溶融金属ＭＭが供給される。スリーブ５１の先端部（ｘ軸正方向側端部）は細くなっており、先端に注入口が設けられている。

シリンダ５２は、スリーブ５１の注入口を開閉するピストン５２ａを備えている。図２では、ピストン５２ａのピストンロッドの先端がスリーブ５１の注入口に挿入されおり、スリーブ５１の注入口が閉じている。ピストン５２ａがｘ軸負方向に移動すると、ピストン５２ａのピストンロッドの先端がスリーブ５１の注入口から抜去され、スリーブ５１の注入口から溶融金属ＭＭが樹脂基板の配線溝に注入される。そのため、スリーブ５１の注入口は、配線溝を成形する凸部３２ａの頂面に設けられている。

＜配線基板の製造装置の動作＞
次に、以上の説明で参照した図２、図３に加え、図４〜図６も参照して、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作すなわち第１の実施形態に係る配線基板の製造方法について説明する。図４〜図６は、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。

まず、図２に示すように、固定型２０と可動型３０とは離間している。
次に、図３に示すように、可動型３０が前進し（すなわち、ｘ軸正方向に移動し）、固定型２０に当接することにより、固定型２０と可動型３０との間に射出成形される樹脂基板に応じたキャビティＣが形成される。そして、射出機１０からキャビティＣに溶融樹脂６０が充填される。

次に、図４に示すように、キャビティＣに充填された溶融樹脂６０が、冷却されて凝固することにより、樹脂基板ＲＳに変化する。ここで、樹脂基板ＲＳの可動型３０側の主面には、可動中子３２の凸部３２ａによって成形された配線溝Ｔが形成されている。その後、図４に示すように、可動中子３２のみが後退する（すなわち、ｘ軸負方向に移動する）。これによって、可動中子３２の凸部３２ａと樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔとの間に隙間が形成される。ここで、可動中子３２の後退距離は、可動中子３２の凸部３２ａの高さよりも短い距離である。そのため、可動中子３２の後退後も、凸部３２ａの先端部（ｘ軸正方向側端部）は、樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔの壁面に当接しつつ囲まれている。

次に、図５に示すように、注入器５０のピストン５２ａが後退する（すなわち、ｘ軸負方向に移動する）。これによって、ピストン５２ａのピストンロッドの先端が注入器５０のスリーブ５１の注入口から抜去され、スリーブ５１の注入口から溶融金属ＭＭが樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔに注入される。

ここで、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ切断線における模式的垂直断面図である。図５、図７に示すように、凸部３２ａの先端部（ｘ軸正方向側端部）は、樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔの壁面に当接しつつ囲まれているため、配線溝Ｔからの溶融金属ＭＭの漏れを抑制することができる。
所定量の溶融金属ＭＭが注入された後、注入器５０のピストン５２ａが前進し、（すなわち、ｘ軸正方向に移動し）、溶融金属ＭＭの注入を終了する。

最後に、図６に示すように、配線溝Ｔに注入された溶融金属ＭＭが、冷却されて凝固することにより、金属配線ＭＷに変化する。その後、図６に示すように、可動型３０全体が後退する（すなわち、ｘ軸負方向に移動する）。これによって、樹脂基板ＲＳ上に金属配線ＭＷが形成された配線基板が射出成形機から取り出される。
なお、固定型２０のスプルー２１によって成形されたバリＢは、後に樹脂基板ＲＳから除去される。

＜効果の説明＞
以上に説明した通り、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置では、可動主型３１に可動中子３２が収容された入れ子構造の可動型３０を備えている。そして、射出成形した樹脂基板の配線溝に溶融金属ＭＭを注入する注入器５０が、可動中子３２の内部に設置されている。そのため、図４、図５に示したように、樹脂基板ＲＳを射出成形後、可動中子３２のみが後退し、注入器５０から樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔに溶融金属ＭＭを注入することができる。このように、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置では、射出成形用の金型内で配線を形成することができる上、マスク用被膜の形成及び剥離も不要であるため、生産性に優れている。

また、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置では、乾燥工程が必要な導電インクや導電ペーストではなく、溶融金属ＭＭを用いる。溶融金属ＭＭは、導電インクや導電ペーストに比べ、低粘度で流動性に優れるため、効率よく配線を形成することができる。一例として、低融点金属からなる溶融金属ＭＭの粘度は、導電インクの粘度の１／１０程度にすることができる。

さらに、導電インクは大部分が溶剤であり、乾燥工程において除去されるため、配線を厚く形成することが難しい。例えば、配線の厚さは例えば５０μｍ程度であって、信号線用途以外に使用することができなかった。他方、溶融金属ＭＭの場合、凝固収縮のみであるため、配線を容易に厚く成形することができる。一例として、低融点金属からなる溶融金属ＭＭを凝固させた配線の厚さは、導電インクを用いて形成された配線の厚さの２０倍程度すなわち１ｍｍ程度にすることができる。そのため、例えば自動車におけるワイパー、ルームランプ、パワーウィンドウなどの動力線用途にも使用することができる。

また、導電インクを用いて配線基板を製造する場合、樹脂基板を射出成形する工程とは別に、配線溝に回路配線を形成する工程及び乾燥工程が必要になる。第１の実施形態に係る配線基板の製造装置を用いて配線基板を製造した場合、別途回路配線を形成する工程及び乾燥工程が不要となる。そのため、一例として、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置を用いて配線基板を製造した場合の製造時間は、導電インクを用いて配線基板を製造する場合の製造時間の１／６０程度にすることができる。

（第１の実施形態の変形例）
次に、図８、図９を参照して、第１の実施形態の変形例に係る配線基板の製造装置の構成について説明する。図８は、第１の実施形態の変形例に係る配線基板の製造装置の模式的水平断面図である。図８は、図２に対応した図である。図９は、第１の実施形態の変形例に係る配線基板の製造装置の模式的垂直断面図である。図９は、図７に対応した図である。

図２に示した第１の実施形態に係る配線基板の製造装置では、キャビティ型とも呼ばれる固定型２０ではなく、可動型３０にキャビティＣを構成する凹部３３が形成されている。これに対し、図８に示すように、可動型３０ではなく、固定型２０にキャビティＣを構成する凹部２２が形成されていてもよい。その他の構成は、図２に示した第１の実施形態に係る配線基板の製造装置と同様であるため、説明を省略する。

また、図７に示すように、第１の実施形態に係る配線基板の製造装置では、成形される樹脂基板ＲＳの主面が水平方向に垂直であるため、配線溝Ｔがｘ軸負方向側すなわち横側で開口している。これに対し、図９に示すように、図７を９０°右回させて、成形される樹脂基板ＲＳの主面を水平方向と平行とし、配線溝Ｔがｚ軸正方向側すなわち上側で開口するような構成としてもよい。このような構成により、配線溝Ｔからの溶融金属ＭＭの漏れをさらに抑制することができる。その他の構成は、図７に示した第１の実施形態に係る配線基板の製造装置と同様であるため、説明を省略する。

（第２の実施形態）
次に、図１０、図１１を参照して、第２の実施形態に係る配線基板の製造装置の構成について説明する。図１０は、第２の実施形態に係る配線基板の製造装置の動作を説明するための模式的水平断面図である。図１０は、図５に対応した図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ切断線における模式的垂直断面図である。図１１は、図７に対応した図である。

図１０、図１１に示すように、第２の実施形態に係る配線基板の製造装置では、可動中子３２の凸部３２ａの根元において、凸部３２ａの全周を取り囲むようにシールリップ成形溝３２ｂが形成されている。そのため、樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔの周縁全体に、配線溝Ｔの壁面から延在すると共に樹脂基板ＲＳの主面から突出したシールリップＳＬが成形される。シールリップ成形溝３２ｂは、凸部３２ａの下側に入り込むように形成されている。そのため、シールリップＳＬは、配線溝Ｔ側に傾斜しつつ、樹脂基板ＲＳの主面から突出している。

シールリップ成形溝３２ｂの壁面と、可動中子３２の型面の法線方向とのなす角θ（０°＜θ＜９０°）は、一例として３０°程度であるが、適宜設定可能である。シールリップ成形溝３２ｂの深さは、一例として１ｍｍ程度であるが、適宜設定可能である。

このような構成によって、図１０、図１１に示すように、溶融金属ＭＭが樹脂基板ＲＳの配線溝Ｔに注入される際、配線溝Ｔの周縁全体を取り囲むシールリップＳＬの内壁が、可動中子３２の凸部３２ａに密着する。その結果、第２の実施形態に係る配線基板の製造装置は、図５、図７に示した第１の実施形態に係る配線基板の製造装置配よりも、配線溝Ｔからの溶融金属ＭＭの漏れを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 射出機
１１ シリンダ
１２ ホッパ
１３ スクリュー
２０ 固定型
２１ スプルー
２２ 凹部
３０ 可動型
３１ 可動主型
３２ 可動中子
３２ａ 凸部
３２ｂ シールリップ成形溝
３３ 凹部
４０ 供給タンク
４１ 配管
５０ 注入器
５１ スリーブ
５２ シリンダ
５２ａ ピストン
６０ 溶融樹脂
Ｂ バリ
Ｃ キャビティ
Ｃ１、Ｃ２ 中心軸
ＭＭ 溶融金属
ＭＷ 金属配線
ＲＳ 樹脂基板
ＳＬ シールリップ
Ｔ 配線溝

Claims (4)

1. 固定型と、
   前記固定型と当接することによって、配線溝を有する樹脂基板を成形するためのキャビティを形成する可動型と、
   前記固定型を介して、前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出機と、を備え、
   前記可動型は、前記配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、
   前記可動中子の内部には、前記凸部を介して前記配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されており、
   前記射出機から射出された前記溶融樹脂が前記キャビティ内で凝固して前記配線溝を有する前記樹脂基板が成形された後、
   前記可動中子が後退し、前記注入器から前記溶融金属を前記配線溝に注入する、
   配線基板の製造装置。
2. 前記凸部の根元において、前記凸部の周囲を取り囲みつつ、前記凸部の下側に入り込むように、シールリップ成形溝が形成されており、
   成形される前記樹脂基板の前記配線溝の周縁に、前記配線溝の壁面から延在すると共に前記配線溝側に傾斜しつつ前記樹脂基板の主面から突出したシールリップが成形される、
   請求項１に記載の配線基板の製造装置。
3. 前記注入器に前記溶融金属を供給するための供給タンクが、前記可動主型の外壁に設置されている、
   請求項１又は２に記載の配線基板の製造装置。
4. 固定型と可動型とが当接することによって形成されたキャビティに溶融樹脂を射出し、配線溝を有する樹脂基板を成形する配線基板の製造方法であって、
   前記可動型は、前記配線溝を成形するための凸部が型面に形成された可動中子が、可動主型の内部にスライド可能に収容された入れ子構造を有しており、
   前記可動中子の内部には、前記凸部を介して前記配線溝に溶融金属を注入する注入器が設置されており、
   前記キャビティに前記溶融樹脂を射出し、当該溶融樹脂が前記キャビティ内で凝固して前記配線溝を有する前記樹脂基板を成形した後、
   前記可動中子を後退させ、前記注入器から前記溶融金属を前記配線溝に注入する、
   配線基板の製造方法。

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