(57)【要約】【課題】溶融した半田が偏って広がることを抑制することのできるフレキシブル配線の接合装置を提供する。【解決手段】加熱されたヒートツール１０によりフレキシブル配線（ＦＰＣ基板５０）に圧力を加え、フレキシブル配線及び非フレキシブル配線７２，７４の少なくとも一方に設けられた半田５３を溶融させて、フレキシブル配線と非フレキシブル配線７２，７４とを接合する接合装置であって、ヒートツール１０におけるフレキシブル配線に圧力を加える加圧面１４が、中心側ほどフレキシブル配線側に盛り上がった曲面に形成されている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたヒートツールによりフレキシブル配線に圧力を加え、前記フレキシブル配線及び非フレキシブル配線の少なくとも一方に設けられた半田を溶融させて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とを接合する接合装置であって、
前記ヒートツールにおける前記フレキシブル配線に圧力を加える加圧面が、中心側ほど前記フレキシブル配線側に盛り上がった曲面に形成されているフレキシブル配線の接合装置。
【請求項２】
加熱されたヒートツールによりフレキシブル配線に圧力を加え、前記フレキシブル配線及び非フレキシブル配線の少なくとも一方に設けられた半田を溶融させて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とを接合する接合装置であって、
前記ヒートツールにおける前記フレキシブル配線に圧力を加える加圧面が、前記フレキシブル配線側に突出する球面状に形成されているフレキシブル配線の接合装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフレキシブル配線の接合装置を用いて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とが接合された回路を製造する方法であって、
前記フレキシブル配線は、フレキシブルプリント回路基板が有するプリント配線であり、
前記半田は、前記プリント配線に設けられている回路の製造方法。
【請求項４】
前記半田に対向する前記非フレキシブル配線の幅は、溶融した前記半田が広がる幅よりも広く設定されている請求項３に記載の回路の製造方法。
【請求項５】
前記半田に対向する前記非フレキシブル配線の表面において、前記半田に対向する部分の外周の少なくとも一部にレジストが設けられている請求項４に記載の回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板等が有するフレキシブル配線を半田により接合する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半田を有する回路基板端子にＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）端子を重ね、ＦＰＣ基板の裏面に所定温度のヒートツールを当てかつ所定圧力を加えて、回路基板端子とＦＰＣ端子を熱圧着する装置がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９５８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の装置では、ヒートツールの平らな下面が、ＦＰＣ基板に圧力を加える加圧面になっている。ヒートツールが傾いたり偏摩耗していたり、回路基板が反っていたりした場合に、ヒートツールの加圧面の中心からずれた位置でＦＰＣ基板に加える圧力が最も高くなり、溶融した半田が偏って広がることに本願発明者は着目した。
【０００５】
なお、ＦＰＣ基板が有するフレキシブル配線に限らず、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）が有するフレキシブル配線においても、こうした実情は概ね共通している。
【０００６】
本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、溶融した半田が偏って広がることを抑制することのできるフレキシブル配線の接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための第１の手段は、
加熱されたヒートツールによりフレキシブル配線に圧力を加え、前記フレキシブル配線及び非フレキシブル配線の少なくとも一方に設けられた半田を溶融させて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とを接合する接合装置であって、
前記ヒートツールにおける前記フレキシブル配線に圧力を加える加圧面が、中心側ほど前記フレキシブル配線側に盛り上がった曲面に形成されている。
【０００８】
上記構成によれば、加熱されたヒートツールによりフレキシブル配線に圧力が加えられることで、フレキシブル配線及び非フレキシブル配線の少なくとも一方に設けられた半田が溶融させられる。この溶融した半田により、フレキシブル配線と非フレキシブル配線とが接合される。
【０００９】
ここで、フレキシブル配線と非フレキシブル配線とを接合する際に、ヒートツールが傾いたり偏摩耗していたり、非フレキシブル配線が反っていたりする場合がある。この場合、ヒートツールにおけるフレキシブル配線に圧力を加える加圧面が平面に形成された従来技術では、加圧面において非フレキシブル配線との距離が短い部分の圧力が高くなり、加圧面において非フレキシブル配線との距離が長い部分の圧力が低くなる。このため、加圧面がフレキシブル配線に加える圧力の最も高い部分が加圧面の中心から大きくずれ、溶融した半田が偏って広がることとなる。
【００１０】
この点、加圧面が中心側ほどフレキシブル配線側に盛り上がった曲面に形成されているため、加圧面において非フレキシブル配線との距離の最も短い部分が加圧面の中心からずれることを抑制することができる。このため、加圧面がフレキシブル配線に加える圧力の最も高い部分が、加圧面の中心からずれることを抑制することができる。例えば、中心側ほどフレキシブル配線側に盛り上がった曲面に形成された加圧面の中心付近が摩耗したとしても、加圧面の中心付近が平面に近付くだけである。このため、加圧面がフレキシブル配線に加える圧力の最も高い部分が、加圧面の中心からずれることを抑制することができる。
【００１１】
半田が溶融する際に、先に溶融した半田に後から溶融した半田が引っ張られるため、偏った位置から半田が溶融し始めると半田が偏って広がり易くなる。これに対して、加圧面の中心側ほどフレキシブル配線に加える圧力が高くなるため、常に加圧面の中心側から半田が溶融する。このため、ヒートツールが傾いたり偏摩耗していたり、非フレキシブル配線が反っていたりした場合でも、加圧面の中心側から安定して半田を溶融させることができる。したがって、溶融した半田が偏って広がることを抑制することができる。
【００１２】
具体的には、第２の手段のように、加熱されたヒートツールによりフレキシブル配線に圧力を加え、前記フレキシブル配線及び非フレキシブル配線の少なくとも一方に設けられた半田を溶融させて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とを接合する接合装置であって、前記ヒートツールにおける前記フレキシブル配線に圧力を加える加圧面が、前記フレキシブル配線側に突出する球面状に形成されているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、第１の手段と同様の作用効果を奏することができる。
【００１３】
第３の手段は、第１又は第２の手段のフレキシブル配線の接合装置を用いて、前記フレキシブル配線と前記非フレキシブル配線とが接合された回路を製造する方法であって、
前記フレキシブル配線は、フレキシブルプリント回路基板が有するプリント配線であり、
前記半田は、前記プリント配線に設けられている。
【００１４】
上記構成によれば、フレキシブル配線は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板が有するプリント配線であり、半田はプリント配線に設けられている。このため、加熱されたヒートツールによりプリント配線に圧力を加え、プリント配線に設けられた半田を溶融させた際に、ＦＰＣ基板が変形して溶融した半田が偏って広がるおそれがある。
【００１５】
この点、第１の手段又は第２の手段のフレキシブル配線の接合装置を用いている。このため、加圧面がフレキシブル配線に加える圧力の最も高い部分が加圧面の中心からずれることを抑制することができるとともに、加圧面の中心側から安定して半田を溶融させることができる。したがって、ＦＰＣ基板が有するプリント配線と非フレキシブル配線とが接合された回路を製造する際に、溶融した半田が偏って広がることを抑制することができる。
【００１６】
溶融した半田が非フレキシブル配線の端よりも外側まで広がって凝固した場合、非フレキシブル配線の端において半田が不連続な形状となる。この場合に、ＦＰＣ基板に力が加わって変形すると、半田において非フレキシブル配線の端の部分に応力が集中し、半田にクラックが生じ易くなる。
【００１７】
この点、第４の手段では、前記半田に対向する前記非フレキシブル配線の幅は、溶融した前記半田が広がる幅よりも広く設定されているといった構成を採用している。このため、半田が溶融して広がったとしても、半田が不連続な形状となることを抑制することができる。したがって、ＦＰＣ基板に力が加わって変形したとしても、半田にクラックが生じることを抑制することができる。
【００１８】
半田に対向する非フレキシブル配線の幅が、溶融した半田が広がる幅よりも広く設定されている場合、非フレキシブル配線において溶融した半田が広がらない領域が生じる。
【００１９】
この点、第５の手段では、前記半田に対向する前記非フレキシブル配線の表面において、前記半田に対向する部分の外周の少なくとも一部にレジストが設けられているといった構成を採用している。このため、非フレキシブル配線において、溶融した半田が広がらない領域を利用してレジストを設けることができる。そして、溶融した半田が非フレキシブル配線の端まで広がることをレジストにより抑制することで、非フレキシブル配線の端において半田が不連続な形状となることを抑制することができる。したがって、半田にクラックが生じることを更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のヒートツールを示す模式図。
【図２】従来技術のヒートツールと圧力分布との関係を示す模式図。
【図３】本実施形態のヒートツールと圧力分布との関係を示す模式図。
【図４】本実施形態のヒートツールによる接合態様を示す模式図。
【図５】本実施形態のＰＣＢ基板を示す平面図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】ＰＣＢ基板の配線の端におけるレジスト及び半田を示す模式図。
【図８】従来技術のＰＣＢ基板、ＦＰＣ基板、及びヒートツールを示す模式図。
【図９】従来技術のヒートツールによる接合態様を示す模式図。
【図１０】図９に示すＰＣＢ基板の配線の端における半田のクラックを示す模式図。
【図１１】従来技術のＰＣＢ基板を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板の配線とＦＰＣ基板の配線（フレキシブル配線に相当）とを半田により接合するフレキシブル配線の接合装置として具現化している。
【００２２】
図８に示すように、従来技術のフレキシブル配線の接合装置は、ヒートツール１１０を備えている。ヒートツール１１０の内部には、ヒータ（図示略）が設けられている。ヒートツール１１０は、円筒状のヒートチップ１１１を備えている。ヒートチップ１１１の温度は、ヒータの駆動が制御されることにより、所定温度に制御される。ヒートチップ１１１の先端部１１２は、円柱状に形成されている。先端部１１２の下面は、ＦＰＣ基板５０（フレキシブルプリント回路基板）に圧力を加える加圧面１１４になっている。加圧面１１４は、円形の平面に形成されている。
【００２３】
ヒートツール１１０は、加圧機構（図示略）により下方に移動させられる。加圧機構は、エアシリンダー等により構成され、ヒートツール１１０を一定の力で一定の時間下方に移動させる。加圧機構は、ヒートツール１１０を下方に移動させる際の力及び時間を任意に設定可能である。
【００２４】
ＦＰＣ基板５０は、プリント配線（図示略）を有している。プリント配線は、ＦＰＣ基板５０の表側面５０ａ（下面）に銅により形成されている。プリント配線の所定部分には、所定厚みの半田５３が設けられている。プリント配線と半田５３とは電気的に接続されている。半田５３の径（幅）は、ヒートチップ１１１の先端部１１２の径（幅）と同程度に設定されている。
【００２５】
ＰＣＢ基板７０は、板部７１及び配線７２を有している。板部７１は、絶縁性の材料により板状に形成されている。配線７２（非フレキシブル配線に相当）は、板部７１の表側面７１ａ（上面）に銅により形成されている。
【００２６】
ＰＣＢ基板７０の配線７２とＦＰＣ基板５０のプリント配線とを半田５３により接合して回路を製造する際には、配線７２に半田５３が対向するようにＰＣＢ基板７０及びＦＰＣ基板５０が配置される。ヒートツール１１０の先端部１１２の温度が所定温度に制御される。そして、ヒートツール１１０が一定の力で一定の時間下方に移動させられ、加圧面１１４によりＦＰＣ基板５０に圧力が加えられる。その結果、半田５３が溶融し、ＰＣＢ基板７０の配線７２とＦＰＣ基板５０のプリント配線とが接合される。その後、ヒートツール１１０が上方に移動させられる。
【００２７】
ここで、図９に従来技術のヒートツール１１０による接合態様を示すように、ヒートツール１１０の中心線Ｃ１１が鉛直方向に対して傾く場合がある。この場合、先端部１１２の加圧面１１４が水平面、ひいてはＰＣＢ基板７０及びＦＰＣ基板５０に対して傾くこととなる。このため、加圧面１１４において、配線７２（ＰＣＢ基板７０）との距離が短い部分１１４ａと長い部分１１４ｂとが生じる。このため、加圧面１１４において、部分１１４ａによりＦＰＣ基板５０に加えられる圧力が高くなり、部分１１４ｂによりＦＰＣ基板５０に加えられる圧力が低くなる。その結果、半田５３において部分１１４ａにより加圧された部分の温度が最も速く上昇し、その部分が最初に溶融し始める。半田５３が溶融する際には、先に溶融した半田に後から溶融した半田が引っ張られる。このため、半田５３において、部分１１４ａにより加圧されて溶融した部分５３Ａに、部分１１４ｂにより加圧されて溶融した部分５３Ｂが引っ張られることとなる。
【００２８】
図１０は、図９に示すＰＣＢ基板７０の配線７２の端７２ａにおける半田５５のクラックＣｒを示す模式図である。
【００２９】
半田の溶融した部分５３Ａ（図９参照）が配線７２の端７２ａよりも外側まで広がって凝固した場合、配線７２の端７２ａにおいて半田５５が不連続な形状となる。そして、ＦＰＣ基板５０に矢印で示すような力が加わって変形すると、半田５５において配線７２の端７２ａの部分に応力が集中し、半田５５にクラックＣｒが生じることがある。
【００３０】
そこで、本実施形態のフレキシブル配線の接合装置は、図１に示すヒートツール１０を備えている。本実施形態のフレキシブル配線の接合装置は、ヒートツール１０を除いて従来技術のフレキシブル配線の接合装置と同一である。このため、従来技術と同一の部分については、同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
【００３１】
ヒートツール１０の内部には、ヒータ（図示略）が設けられている。ヒートツール１０は、円筒状のヒートチップ１１を備えている。ヒートチップ１１の温度は、ヒータの駆動が制御されることにより、所定温度に制御される。ヒートチップ１１の先端部の下面は、ＦＰＣ基板５０に圧力を加える加圧面１４になっている。加圧面１４は、ＦＰＣ基板５０側に突出する球面状に形成されている。すなわち、加圧面１４は、中心側ほどＦＰＣ基板５０側に盛り上がった曲面に形成されている。
【００３２】
図２は、従来技術のヒートツール１１０と圧力分布との関係を示す模式図である。同図に示すように、ヒートツール１１０の中心線Ｃ１１が鉛直方向に対して傾く場合がある。この場合、加圧面１１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力は、配線７２（ＰＣＢ基板７０）との距離が短い部分１１４ａで最も高くなる。そして、ＰＣＢ基板７０との距離が長い部分１１４ｂでは圧力が低くなる。すなわち、加圧面１１４が平面であっても、加圧面１１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力に偏りが生じる。特に、加圧面１１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最も高い部分が、中心線Ｃ１１から大きくずれることとなる。
【００３３】
図３は、本実施形態のヒートツール１０と圧力分布との関係を示す模式図である。同図に示すように、ヒートツール１０の中心線Ｃ１は、図２と同様に鉛直方向に対して傾いている。ここで、加圧面１４は、ＦＰＣ基板５０側に突出する球面状に形成されている。このため、中心線Ｃ１が傾いたとしても、加圧面１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最も高い部分は、中心線Ｃ１からほとんでずれていない。さらに、加圧面１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最高値は、図２に示す加圧面１１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最高値よりも低くなっている。そして、横軸に示す位置に対する圧力の変化率は、図３に示す本実施形態が図２に示す従来技術よりも小さくなっている。すなわち、本実施形態は従来技術と比較して、圧力が最高となる位置から圧力が緩やかに低下している。
【００３４】
図４は、本実施形態のヒートツール１０による接合態様を示す模式図である。同図に示すように、ヒートツール１０の中心線Ｃ１が鉛直方向に対して傾く場合がある。この場合であっても、配線７２（ＰＣＢ基板７０）とヒートチップ１１の加圧面１４との角度は、中心線Ｃ１が傾いていない場合とほぼ同様になっている。このため、加圧面１４においてＰＣＢ基板７０との距離の最も短い部分が、加圧面１４の中心からずれることを抑制することができる。したがって、加圧面１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最も高い部分が、加圧面１４の中心からずれることを抑制することができる。その結果、半田５３において加圧面１４の中心により加圧された部分の温度が最も速く上昇し、その部分が最初に溶融し始める。よって、ヒートツール１０の中心線Ｃ１が傾いた場合でも、加圧面１４の中心側から安定して半田を溶融させることができる。その結果、中心線Ｃ１に対して、溶融した半田の部分５３Ｃと部分５３Ｄとはほぼ均等に広がっている。なお、ヒートツール１０が偏摩耗していたり、配線７２（ＰＣＢ基板７０）が反っていたりした場合でも、同様の作用効果を奏することができる。
【００３５】
図１１は、従来技術のＰＣＢ基板７０を示す平面図である。同図に示すように、ＰＣＢ基板７０において、板部７１の上面に配線７２が形成されている。配線７２の幅は、幅Ｗ１に設定されている。板部７１の外縁部には、レジスト８１が設けられている。そして、図８に示すように、ＰＣＢ基板７０の配線７２に、ＦＰＣ基板５０のプリント配線を半田５３により接合して回路を製造する。その際に、配線７２に半田５３を対向させる。
【００３６】
図５は本実施形態のＰＣＢ基板７０を示す平面図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。同図に示すように、ＰＣＢ基板７０において、板部７１の上面（表側面）に配線７４が形成されている。配線７４の幅は、図１１の配線７２の幅Ｗ１よりも幅αだけ広く設定されている。これにより、半田５３が溶融しても、溶融した半田が配線７４の端７４ａまで広がらなくなっている。すなわち、半田５３に対向する配線７４の幅は、溶融した半田が広がる幅よりも広く設定されている。
【００３７】
また、板部７１の外縁部及び所定部には、レジスト８２が設けられている。レジスト８２は、半田５３に対向する配線７４の表面において、半田５３に対向する部分の外周の一部に設けられている。具体的には、配線７４のうち配線７２から拡大された部分の幅αに対して、半分の幅βがレジスト８２により覆われている。本実施形態の回路の製造方法では、配線７４及びレジスト８２を備えたＰＣＢ基板７０を用いる。
【００３８】
図７は、本実施形態のＰＣＢ基板７０を用いて製造した回路において、ＰＣＢ基板７０の配線７４の端７４ａにおけるレジスト８２及び半田５６を示す模式図である。同図に示すように、配線７４の幅は図１１に示す従来技術の配線７２の幅Ｗ１よりも広く設定されているため、凝固した半田５６は配線７４の端７４ａまで広がっていない。さらに、配線７４において、溶融した半田が広がらない領域を利用してレジスト８２が設けられており、配線７４の端７４ａがレジスト８２により覆われている。このため、レジスト８２によっても、溶融した半田が配線７４の端７４ａまで広がることが抑制されている。したがって、配線７４の端７４ａにおいて半田５６が不連続な形状となることが防がれている。その結果、半田５６において応力が集中する箇所が生じることを抑制することができ、半田５６にクラックが生じることを抑制することができる。半田付けしたＦＰＣ基板５０を剥がすのに必要な力であるピール強度を測定した結果、従来技術の標準偏差σ＝１．２６に対して、本実施形態の標準偏差σ＝０．７６となり、ピール強度のばらつきを低減することができた。
【００３９】
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
【００４０】
・ヒートツール１０におけるＦＰＣ基板５０に圧力を加える加圧面１４が、ＦＰＣ基板５０側に突出する球面状に形成されている。すなわち、加圧面１４が中心側ほどＦＰＣ基板５０側に盛り上がった曲面に形成されている。このため、加圧面１４において配線７４（ＰＣＢ基板７０）との距離の最も短い部分が加圧面１４の中心からずれることを抑制することができる。したがって、加圧面１４がＦＰＣ基板５０に加える圧力の最も高い部分が、加圧面１４の中心からずれることを抑制することができる。
【００４１】
・半田５３が溶融する際に、先に溶融した半田に後から溶融した半田が引っ張られるため、偏った位置から半田５３が溶融し始めると半田が偏って広がり易くなる。これに対して、加圧面１４の中心側ほどＦＰＣ基板５０に加える圧力が高くなるため、常に加圧面１４の中心側から半田５３が溶融する。このため、ヒートツール１０が傾いたり偏摩耗していたり、配線７４が反っていたりした場合でも、加圧面１４の中心側から安定して半田５３を溶融させることができる。したがって、ＦＰＣ基板５０が有するプリント配線と配線７４とが接合された回路を製造する際に、溶融した半田が偏って広がることを抑制することができる。
【００４２】
・半田５３に対向する配線７４の幅は、溶融した半田が広がる幅よりも広く設定されている。このため、半田５３が溶融して広がったとしても、半田５６が不連続な形状となることを抑制することができる。したがって、ＦＰＣ基板５０に力が加わって変形したとしても、半田５６にクラックが生じることを抑制することができる。
【００４３】
・半田５３に対向する配線７４の表面において、半田５３に対向する部分の外周の少なくとも一部にレジスト８２が設けられている。このため、配線７４において、溶融した半田が広がらない領域を利用してレジスト８２を設けることができる。そして、溶融した半田が配線７４の端７４ａまで広がることをレジスト８２により抑制することで、配線７４の端７４ａにおいて半田５６が不連続な形状となることを抑制することができる。したがって、半田５６にクラックが生じることを更に抑制することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
【００４５】
・ＰＣＢ基板７０において、レジスト８２に代えて、従来技術と同様のレジスト８１を用いることもできる。
【００４６】
・ＰＣＢ基板７０において、配線７４に代えて、従来技術と同様の配線７２を用いることもできる。
【００４７】
・ヒートツール１０のヒートチップ１１の加圧面１４を、球面状に限らず、楕円体表面状に形成することもできる。要するに、加圧面１４が、中心側ほどＦＰＣ基板５０（フレキシブル配線）側に盛り上がった曲面に形成されていればよい。
【００４８】
・半田５５がＦＰＣ基板５０のプリント配線に設けられた構成に限らず、半田５５がＰＣＢ基板７０の配線７４（７２）に設けられた構成であってもよい。また、半田５５がＦＰＣ基板５０のプリント配線及びＰＣＢ基板７０の配線７４（７２）の双方に設けられていてもよい。要するに、半田５５が、ＦＰＣ基板５０のプリント配線及びＰＣＢ基板７０の配線７４（７２）の少なくとも一方に設けられていればよい。
【００４９】
・ＦＰＣ基板５０が有するフレキシブル配線（プリント配線）に限らず、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）が有するフレキシブル配線に上記実施形態を適用することもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ヒートツール、１１…ヒートチップ、１４…加圧面、５０…ＦＰＣ基板（フレキシブルプリント回路基板）、５３…半田、５６…半田、７０…ＰＣＢ基板、７２…配線（非フレキシブル配線）、７４…配線（非フレキシブル配線）、８２…レジスト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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