(57)【要約】【課題】プリント配線板は高多層化、高精度化が要求されており、そのための積層工程においても、配線板の厚さ、層数に影響されない高精度な積層が必要である。【解決手段】プリント配線板２０ａと熱硬化特性を有する絶縁体２０ｂを積層した積層プリント配線板２０にあけられた穴２１に、加熱ブロック２に取り付けられ加熱された加熱ヘッド１を挿入して、穴２１の内側面を均一に溶融溶着させて、積層プリント配線基板をレイアップする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層するプリント配線板にあけられた穴の内側面を加熱して溶融溶着する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を検出して定められた温度に制御する温度制御手段と、
前記加熱手段を上下に可動させる支持手段と、
前記積層するプリント配線板の穴位置と前記加熱手段の位置を整合させて位置決めする位置決め手段とを備えたプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、熱容量の大きい加熱ブロックと前記加熱ブロックに取り付けられ、プリント配線板に設けられた穴に挿入して穴の内側面を溶融溶着する加熱ヘッドを備えることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項３】
前記加熱ヘッドの形状は、テーパー形状を有することを特徴とする請求項２記載のプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項４】
前記加熱ヘッドは、溝または穴より形成されるガス排出構造を有することを特徴とする請求項２または請求項３記載のプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、積層するプリント配線板にあけられた穴位置の座標に基づいて駆動されることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記位置決め手段と連動して上下動して積層するプリント配線板にあけられた穴の内側面を溶融溶着することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項７】
積層するプリント配線板にあけられた穴の内側面を熱により溶融溶着する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を検出して定められた温度に制御する温度制御手段と、
前記加熱手段の中心軸を決められた量だけ制御信号に基づいて偏心させる偏心手段と、
前記偏心手段の偏心量を制御する制御信号を出力する偏心制御手段と、
前記制御された偏心手段を回転させる駆動手段とを備えたプリント配線板の積層レイアップ装置。
【請求項８】
プリント配線板と熱硬化性特性を有する絶縁体を交互に複数重ねた積層プリント配線板に穴を所定位置に配し、前記穴の内側面を前記絶縁体の溶融する温度で加熱して前記絶縁体を溶融させてプリント配線板相互を接着積層させるプリント配線板の積層レイアップ方法。
【請求項９】
前記積層プリント配線板の穴は、テーパー状に形成された穴であり、このテーパー穴内側面を加熱して溶融溶着させることを特徴とする請求項８記載のプリント配線板の積層レイアップ方法。
【請求項１０】
プリント配線板の積層に用いられる加熱ヘッドであって、円柱または筒柱の金属からなり、溝または穴から形成されるガスを排出するガス排出構造を有する加熱ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プリント配線板の積層により多層のプリント配線板を形成するためのプリント配線板の積層レイアップ装置、方法及びその装置に用いられる加熱ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプリント配線板の積層レイアップ方法には、ハトメ等を用いた機械的な接合と、各層を積み重ねた後に外層の配線板の両面から加熱ヘッドを押し付けるだけの溶融・溶着方式がある。
【０００３】
ハトメ方式等の機械的な接合によるプリント配線板の積層レイアップ方法は、多層基板の基材と回路から形成される導体層と、絶縁性を有するプリプレグを重ね位置決めし、導体層とプリプレグに明けた穴にハトメを挿入しカシメ作業をして固定する方法である（例えば、特許文献１）。
また、加熱による溶融・溶着方式では、各層を積み重ねた後に外層の配線板の両面から加熱ヘッドを押し付ける上下溶融溶着である（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−３０８５２３公報
【特許文献２】
特開平２０００−１０６４８５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプリント配線板の積層レイアップ方法は、カシメによる機械的結合では、ハトメの凹凸による影響により積層成形時の銅箔シワが発生しやすい。また、ハトメが積層成形時中に斜めに倒れ、各層間の位置ずれが発生するなどの問題がある。
また、加熱による上下溶融溶着方法は、外層の配線板の両面から加熱ヘッドを押し付けるだけであるため、外層部から徐々に加熱され中心部が溶融する時点で外層のプリプレグの加熱硬化部とその周辺の形状が変形したり、中心部の加熱硬化部が未溶融になるなど積層枚数、積層板厚に制約があり、高精度の多層プリント配線板の積層に制限があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、溶融し溶着する部位に穴をあけておき、穴の内側面を均等に溶融し溶着することで、積層成形時の銅箔シワの発生や、各層間の位置ずれの発生もなく、積層枚数、積層板厚の制約も無い、高精度な多層プリント配線板を形成する装置、方法及びその装置に用いられる加熱ヘッドを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプリント配線板の積層レイアップ装置は、積層するプリント配線板にあけられた穴の内側面を溶融溶着する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検出して溶融溶着に最適な温度に制御する温度制御手段と、前記加熱手段を上下に可動させる支持手段と、前記積層するプリント基板の穴位置と前記加熱手段の位置を整合させて位置決めする位置決め手段を備える構成としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるプリント配線板の多層レイアップ装置の構成を示す図で、積層基板の溶着部を加熱させる加熱ヘッド１は、金属で作られていて、金属製の加熱ブロック２に取り付けられ、加熱ブロック２は加熱ヒータ３により加熱される（加熱手段を構成する）。また、加熱ヘッド１にはヘッドの温度を検知する温度検知センサ４が取り付けられている。この温度検知センサ４の出力は、加熱ヘッド１の温度を適正な加熱温度に保つように制御する温度制御装置５に温度検知センサ配線４ａを介して入力される（温度制御手段を構成する）。
【０００９】
この温度制御装置５の制御出力により、加熱ヒータ配線３ａを介して加熱ヒータに供給されて加熱ブロック２の温度を制御するようになっている。加熱ブロック２は、加熱ヘッド１に比較して熱容量の大きいものが用いられている。これは加熱ヘッド１が、積層プリント配線板２０の溶融溶着部の穴２１（以後、単に穴という）に挿入されたとき温度が下降し、溶融溶着に不完全なところが生じるのを防ぐためである。したがって、加熱ブロック２の有する熱容量は、積層プリント配線板２０の穴２１へ加熱ヘッド１を挿入した時に急激な温度下降を生じない程度に熱量を供給できればよい。加熱ブロック２は熱を遮断する断熱ブロック６を介して上下に駆動制御するアーム７に取り付けられている（支持手段を構成する）。
【００１０】
積層プリント配線板２０を搭載するテーブル８は、テーブルの前後左右の位置決め制御を行うテーブル位置決め機構（位置決め手段）９の上に置かれ、さらに加熱ヘッド１の先端が積層プリント配線板２０を貫通してもいいように事前に加熱ヘッド１の径より大きい穴をあけた敷板１０の上に設置されている。
なお、図１では、図示していないが、積層プリント配線板２０は、溶融溶着作業中にずれないようにするため、積層プリント配線板２０の上面から適切な力で抑えられて固定されている。
【００１１】
この装置においては、溶融溶着部位として事前に明けられた積層プリント配線板２０の穴２１の位置が、テーブル位置決め機構９により、加熱ヘッド１の真下に位置決めされた後、アーム７に取り付けられ、温度制御装置５により積層プリント配線板２０の穴２１の内側面が溶融溶着するのに適正な温度に加熱された加熱ブロック２が下降し、加熱ブロック２の先端に取り付けられた加熱ヘッド１が位置決めされた穴２１に挿入され、穴２１の内側面を加熱し、積層プリント配線板２０の穴２１の内側面を溶融溶着する。
【００１２】
つぎに、テーブル位置決め機構９とアーム駆動手段について、説明する。テーブルの位置決めは、任意に設けられた基準点に対する積層するプリント配線板の複数の溶融溶着する穴位置の座標で定義され、これらの座標データによりコンピュータを用いることにより実現できる。また、ある穴の位置決めが終了したら、コンピュータからの指令に基づいて、加熱ヘッド１を下降させ一定時間溶融溶着を行ったら加熱ヘッド１を上昇させるようにする。この動作を順次座標データによって実行していけばよい。この連動動作は、コンピュータにプログラムすることにより実現できる。
【００１３】
つぎに、積層プリント配線板の溶融溶着の詳細について説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）の加熱ヘッド１と積層プリント配線板２０の関係を拡大して詳細に表した図である。図では、３枚の単体プリント配線板２０ａを積層する例を示しており、積層プリント配線板２０は、単体のプリント配線板２０ａと、その間に熱硬化特性を有するプリプレグ２０ｂからなり、積層プリント配線板２０には所定位置（座標で表せる）に配置された複数の貫通した穴２１がある。この複数の穴２１は、それぞれのプリント配線板２０ａの回路パターンの存在しない位置に配置されている。図では、そのうちの１つを示している。プリプレグ２０ｂは、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をガラス布などに含浸させて形成して半硬化させたシート状の絶縁体である。なお、プリプレグの代わりに熱硬化特性樹脂をシート状に形成し半硬化させた樹脂シートを用いてもよい。
【００１４】
穴２１は加熱ヘッド１に対して、位置決め機構９により正確に位置決めされる。位置決め機構９による位置決めが終わると加熱ブロック２から加熱された加熱ヘッド１が下降し積層プリント配線板２０の穴２１に挿入されていくと、加熱ヘッド１から熱伝導により穴２１の内側面と近傍のプリプレグ２０ｂが一旦溶融する。溶融した後、硬化する。この溶融硬化したプリプレグ２０ｂによって、プリプレグ２０ｂの上下のプリント配線板２０ａは溶着される。この溶融溶着は、加熱ヘッド１を穴２１の上から下まで挿入して行うので、プリント配線板２０の上層から下層まで均一なものとなり、さらに、穴２１の周辺近傍まで溶融溶着がなされ安定した積層が可能となる。このように溶融溶着が行われるので中間層での不完全溶融溶着が生じない。
【００１５】
なお、ここで説明したプリント配線板にあけられた穴径と加熱ヘッド１の外径の関係は、略同径とするのが好ましい。加熱ヘッド１の外径が、穴径より小さいと加熱ヘッド１から穴内側との間に間隙ができ、穴内側面への熱伝導が悪くなり、溶融溶着に時間がかかることとなる。また、図１（ｂ）で示す垂直な穴形状に対しては、加熱ヘッド１の先端形状を、少しラウンドを持たせると、穴２１の挿入口で加熱ヘッダ１があたり無理な力が積層プリント配線板２０に加わることなく、容易に挿入できる。
また、ラウンド以外の先端形状であっても、円滑に穴に挿入できる形状であればよい。
【００１６】
また、図２は、図１における積層プリント配線板にあけられた穴２１の形状をテーパー形状の穴２１ａとした例を示したものである。この場合には、加熱ヘッド１の先端形状を穴２１ａの形状に対応させてテーパー形状とした加熱ヘッド１ａを使用する。この例によれば、加熱ヘッド１ａのテーパー面がテーパー形状の穴２１ａのテーパー面に沿って一様に接触するため、積層枚数の多い積層プリント配線板２０でも上層から下層まで均一な溶融溶着ができる。
【００１７】
また、図３は、加熱ヘッド１の軸方向に十字の切れ込み溝（割り）を設けたものを示す図であり、軸方向の切れ込み溝の長さは積層する基板の厚さより少し余裕を持たせ長めに設けた例を示している。このように切れ込み溝を設けると、積層プリント配線板２０の穴２１に加熱ヘッド１を挿入する際に、加熱ヘッド１と穴２１がきつい場合であっても、加熱ヘッド１に切れ込み溝の間隙があるため軸中心方向へ変形するのでスムーズに挿入させることができ、溶融溶着を行うことができる。このように、加熱ヘッドに切れ込み溝を設けても、積層されたプリント配線板の溶融溶着は、均一に行われる。
【００１８】
なお、以上の説明では積層するプリント配線板を搭載するテーブルを前後、左右（図１の矢印）に移動させ溶融溶着する穴を加熱手段の位置に位置決めしてから上下に動かして溶融溶着を行うようにしたが、テーブルを固定して加熱手段の方を溶融溶着する穴位置に位置決めするようにしてもよい。すなわち、支持手段を前後に動かし、加熱手段を左右に動かして加熱手段を溶融溶着する穴位置に整合させるように駆動手段を構成すれば、同一の効果となる。
【００１９】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、積層されたプリント配線板にあけられた穴を位置決めした後、温度制御された加熱ヘッドを穴に挿入し、穴の内側面を加熱してプリント配線板間の熱硬化性絶縁体を溶融し溶着するようにしたので、銅箔シワ、各層間の位置ずれや配線板の変形を起こすことなく、層の厚さ、枚数に制限されることなく対応でき、上層、中間層、下層まで均一に溶着され高精度なプリント配線板の積層ができる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態１で用いた加熱ヘッドに関する他の実施の形態を示す図である。加熱ヘッド１が穴２１に挿入されて溶融溶着を行う際に、プリプレグ２０ｂなどからガスが発生することがある。図４は、この発生したガスの排出構造を備えた加熱ヘッド１の例を示した図である。図４（ａ）は、加熱ヘッド１の軸中心に軸方向にあけた穴に対し、軸に垂直に複数の穴を開け、軸方向の穴と貫通しガスの排出路を形成している。発生したガスは、側面の穴から軸中心にあけられた穴に導かれ、積層プリント配線板２０ａに接していない上部の穴または下部の穴より外部へ排出される。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の軸方向の穴径を大きくし加熱ヘッド１の肉厚を薄くした例を示したものである。図４（ｃ）は、加熱ヘッド１の外面の軸方向に溝を配した形状を示す。さらに、図４（ｄ）は、加熱ヘッド１の軸方向の外面に沿って、らせん溝をクロス状に配した例を示す図である。これらの外面の溝形状は、断面が凹形、半円状または逆三角形の溝形状でもよい。これらの溝形状をもつ加熱ヘッドの場合には、発生ガスは溝に沿って上部、または下部に排出される。さらに、図４（ｃ）と図４（ｄ）に、図４（ａ）または図４（ｂ）を併用させることも可能である。
【００２１】
図４で示す加熱ヘッドの排出構造は、実施の形態１における加熱ヘッド１の形状がテーパー形状のものについても、加熱ヘッド１の熱供給と強度の維持できる範囲であれば、適宜適用できるのは言うまでもない。
【００２２】
このように、実施の形態２によれば、加熱ヘッド１にガス排出構造を設けたので、積層プリント配線板を溶融溶着する際に、発生するガスが層間に入り込むのを減少させることができ、より安定した均一な溶融溶着ができるとともに、層の厚さ、積層枚数に制限されることなく対応でき、高精度なプリント配線板の積層が行える。
【００２３】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３の構成を示す図である。以下、図について説明する。スライドブロック４２は、スライドブロック保持部４２ａに吊り下げられ、紙面正面から見て左右にスライドでき固定ブロック４１に取り付けられている。スライドブロック４２は、同じく固定ブロック４１に取り付けられた加圧シリンダ４３のロッド４３ａに加圧されて左方にスライドしストッパー４６に当たって停止する。つぎに、加圧シリンダ４３の加圧が取り除かれ、復帰シリンダ４４が加圧され，ロッド４４ａによって、スライドブロック４２を右方にスライドさせる。スライドブロック４２は、復帰位置ストッパー４５に当たり中心軸ＣＬに合致して停止する。以上の構成が偏心手段を構成している。そして、加圧シリンダ４３と復帰シリンダ４４の左右制御は、シリンダ圧制御装置４７の制御油圧によりフレクシブルな配管４３ｂ，４４ｂを介して行われる（偏心制御手段）。固定ブロック４１は、アーム７に装着された支持台３２に取り付けられたモータ３１の回転軸３３と回転軸３３を支える軸受け３４で構成される駆動手段に固定されている。モータ３１による回転は、右回転、左回転にて概ね１８０度の回転を行うことができる。
【００２４】
スライドブロック４２には、断熱ブロック６を介して加熱ブロック２が取り付けられている。この加熱ブロック２には、積層プリント配線板の穴の溶融溶着を行う加熱ヘッド１が装着されている。その他図１と同じ符号の構成については、説明を省略する。なお、温度検出センサ４、温度制御装置５と敷板及びケーブル８は図示を省略している。
【００２５】
つぎに、動作について説明する。加熱ブロック２の先端の加熱ヘッド１は、プリント配線板２０の穴２１より小さい直径のものであり、加熱ヘッド１は、最初は中心軸ＣＬの位置でアーム７が下降することにより穴２１に挿入され、加圧シリンダ４３のロッド４３ａにより、溶融溶着するプリント配線板２０の穴２１の内側面に均一な加圧力で接触し均等に加熱すると共に、溶融溶着する量も偏心位置ストッパー４６で適性に設定できる。モータ３１により偏心した状態で固定ブロック４１ごと回転駆動することで穴の内側面を均等に溶融溶着することができる。また、溶融溶着後は，加熱ヘッド１は復帰シリンダ４４のロッド４４ａにより復帰位置ストッパー４５の位置まで戻され、穴の中心位置（中心軸ＣＬ）に戻ることができる。溶融溶着する穴の中心は、位置決め機構９により、中心軸ＣＬにあわせて位置決めされている。
【００２６】
図６は、実施の形態３のプリント配線板の積層レイアップ装置による積層基板の溶融溶着動作を詳細に説明する図で、（ａ）は断面図であるが、加熱ヘッド１が穴２１の中心に対して偏心して矢印のように回旋する様子を示している。図（ｂ）は図の（ａ）を下方から見た図で、穴２１の中心軸ＣＬに沿って挿入された加熱ヘッド１（位置Ａ）は、加圧シリンダ４３によりスライドブロック４２を動かすことによって加熱ヘッド１を矢印の方向へ、加熱ヘッド１と穴２１の内側面が接するまで偏心させられる（位置Ｂ）。その後、モータ３１の回転により、偏心量Ｄを維持したまま加熱ヘッド１は穴２１の内側面に沿って内側面に熱を加えプリプレグ２０ｂを溶融しながら回旋させられる（位置Ｃ）。このようにして、加熱ヘッド１は穴２１の内側面を一様に溶融溶着した後、加熱ヘッド１は復帰シリンダ４４の働きにより、穴２１の中心位置（Ａ）に戻される。この溶融溶着は、加熱ヘッド１の偏心量Ｄ（図でＡからＢへの距離）を変えることによって、比較的大きな穴２１でも対応でき、また均一な積層プリント配線板の溶融溶着ができる。
【００２７】
このように、実施の形態３によれば、偏心装置により加熱ヘッド１を偏心させて回旋させるようにしたので、比較的大きな穴の内側面でも均一に溶融溶着することができ、さらに、層の厚さおよび多くのプリント配線板の積層にも対応でき、高精度のプリント配線板の積層が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、積層されたプリント配線板にあけられた穴の位置と加熱手段の位置を位置決め手段で整合させて位置決めした後、加熱手段で穴の内側面を溶融溶着するように構成したので、積層成形時の銅箔シワ、各層間の位置ずれや配線板の変形も無く、また積層枚数や積層厚への制約の影響を受けずに積層を行うことができるため、高精度の多層プリント配線板の積層を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱溶融によるプリント基板の積層レイアップ装置の基本構成図と、積層プリント配線板と加熱ヘッドの関係を示す図である。
【図２】積層プリント配線板とテーパー形状の加熱ヘッドの関係を示す図である。
【図３】加熱ヘッドの形状を示す図である。
【図４】ガス排出構造を有する加熱ヘッドの形状を示す図である。
【図５】加熱ヘッドの偏心機構を有するプリント配線板の積層レイアップ装置の構成図である。
【図６】加熱ヘッドの偏心動作を説明する図である。
【符号の説明】
１  加熱ヘッド、２  加熱ブロック、３  加熱ヒータ、４  温度検知センサ、５  温度制御装置、６  断熱ブロック、７  アーム、８  テーブル、９  テーブル位置決め機構、１０  敷板、２０  積層プリント配線板、２１  プリント配線板の溶融溶着部の穴、３１  モータ、４１  固定ブロック、４２  スライドブロック、４３  加圧シリンダ、４４  復帰シリンダ、４５  復帰位置ストッパー、４６  偏心位置ストッパー、４７  シリンダ圧制御装置。
【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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