JP2003115650A - 回路体の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
体に代えて溶融金属の金属粒で形成した導体回路からな
る回路体を採用し、特に自動車や電子電気機器のように
厳しく制約される配索スペース、重量、そして材工コス
トの削減などといった問題点を解消し、効率的で低コス
トを実現できる回路体の製造方法および製造装置を提供
する。 【解決手段】 絶縁基板20上で回路パターンを形成す
る導体回路21〜25についてそれぞれ位置、形状およ
び回路間ピッチを記憶した座標データに基づき、絶縁基
板20上の目標部位に向かって溶融金属50の金属粒5
1を噴出させて局所的に供給することにより、必要最小
限量の材料で無駄なく効率的に回路体を形成する。
Description
および製造装置に係り、特に自動車の配線系電気接続箱
においてバスバーや電線などでパターン形成した導体回
路からなる回路体の製造方法と製造装置に関する。
実装例として先に本願出願人が提案したものであり、た
とえばリレー2やヒューズ3を介して車載電装品に電源
電圧を分配して給電するための電気接続箱1を示す。接
続箱本体は、上部カバー4,配線板5,そして下部カバ
ー6などからなっている。その上部カバー4には、リレ
ー2やヒューズ3がそれぞれの接続ブロック7,8に嵌
挿して保持収容されている。配線板5上には、バスバー
9によって給電回路がパターン形成され、その配線板5
の裏面には圧接端子に接続して電線10による給電回路
がパターン形成されている。そのように表裏面にバスバ
ー9と電線10による導体回路をパターン形成した配線
板5は下部カバー6に収容され、上から上部カバー4を
組み付けて電気接続箱1を構成している。
いた回路体例に限らず、一般的には、バスバー9の場合
は銅箔一枚物をプレス打ち抜きなどして配索方向や通電
量に見合う回路の形状に加工し、電線10は通電量に見
合う仕様の細いものや太いサイズ径を選択して回路パタ
ーンに沿って配索される。
バーだけの導体回路からなる回路体例を模式的に示した
ものである。すなわち、幅寸法や長さ形状が異なる複数
本のバスバー12〜16による導体回路を絶縁基板11
上にパターン形成した例であり、図10(a),(b)
は、大小異なる2つのバスバー12,13を例にとって
それらの矢印C−C線,D−D線からの断面を示してい
る。
0(a),(b)で示された回路体例のいずれについて
も、それぞれ次の問題点がある。
ざまな仕様のサイズ径のものを使用してパターン形成す
るので、回路体の重量が増す不都合がある他、1つ1つ
異なる電線を寸法切りし、それらを配索した後は端末を
接着など何らかの固定手段で止着する必要がある。ま
た、数本の電線10をテープで束ねたりといった面倒な
作業工程を要するためにコスト高につく。
の場合は、大きさや形状それぞれ異なる各バスバー12
〜16を銅箔からプレス打ち抜き加工した後、その銅箔
の残材は廃材にされたり、リサイクルに回すなどして再
生が図られる。したがって、バスバーで複雑な回路体を
パターン形成する場合、材料の歩留まりが必ずしも良好
とはいえない。また、上記電線と同様、そのように材料
取りして得られた各バスバー12〜16は絶縁基板11
上に接着などの固定手段で止着しておく必要があるか
ら、これまたコスト高騰の一因となっている。
体の問題点を解消するものとして、特に軽量化や配索ス
ペースに厳しく制限される自動車や各種電気電子機器に
あっては、これまで柔軟性をもって対応できるFPC
(フレキシブルプリント回路板)やFFC(フレキシブ
ルフラット回路板)が多用されてきた。ところが、近年
多機能化がますます進み、周辺機器の増加に伴って回路
数も増えると、配置スペースや配索スペースがさらに制
約されることで、それらFPCやFFCといえども配索
回路や配線基板として使用し辛い環境になってきてい
る。また、FPCやFFCは導体配線を絶縁フィルムな
どで被覆して絶縁構造とする必要があり、また余分な部
分は溶断したりして除去されるので不経済である。
電線,FPCおよびFFCなどによる回路体はそれぞれ
に問題を抱えている。近年、それらの回路体に代わるも
のとして、金属棒や金属粉を窒素ガスなどを吹き付けつ
つプラズマやアークで溶射して目標部位にスプレーする
方法が採用されつつある。しかしながら、この溶融金属
のスプレー方式では、目標部位だけにスプレー付着させ
るためにはマスキング養生などの工程が必要であり、そ
れだけ材工コストが嵩む不都合がある他、多量の溶融金
属が広範囲に拡散することから、材料に無駄が生じて不
経済という問題が提起される。
電子電気機器において厳しく制約される配索スペースや
重量の削減、そして材工コストの低減などを実現できる
回路体の製造方法および製造装置を提供することにあ
る。
に、本発明にかかる請求項1に記載の回路体の製造方法
は、図1に示すように、位置、形状および回路間ピッチ
の各座標データに基づいた回路パターンに沿って、基体
(絶縁基板20)上に粒状化した溶融金属50を噴出し
て供給することにより平面または立体的な導体回路2
1,22・・・をパターン形成することを特徴とする。
21,22・・からなる回路体を形成するので、従来の
バスバーのように銅箔から材料取りした残材の無駄を省
いて材料歩留まりを良くすることができる。材工節減に
関しては、電線、FPCおよびFFCなどの導体回路、
そして溶融金属の溶射スプレーによる回路体形成法など
と比較した場合でも非常に経済的である。また、粒状の
溶融金属50を重ね接いで導体回路を形成するから、基
体の材料が何であるかに対応して、その基体が備わる機
材機器の場所的な事情によって、狭隘な場所に有る基体
に対しても必要とする最小限量でもって局所的に形成で
きるので、配索の自由度が上記バスバー,電線,FP
C,FFCなどよりも格段に広がる。
は、前記基体が導電性材料の場合はその上に絶縁体で被
覆してから前記溶融金属50を供給し、また前記基体が
絶縁体の場合は直接その上に前記溶融金属50を供給す
ることを特徴とする。
応して、溶融金属50を供給して自在に回路体を形成で
きる。
は、第2実施の形態として図5,図6に示すように、前
記溶融金属50を供給して第1層目の導体回路26をパ
ターン形成した後、この第1層目の導体回路26上の一
部に溶融金属50を供給して積み重ねて柱状の接合部2
8を形成し、この接合部28を埋め込むようにして前記
第1層目の導体回路26上に絶縁層29を形成し、この
絶縁層29上に第2層目の導体回路27を形成すること
により、前記接合部28を介して第1,第2層目の導体
回路26,27を互いに導通させることを特徴とする。
る場合、第1層目と第2層目の導体回路26,27を導
通させるのに溶融金属50を積み上げてつなぐから、従
来の回路基板に設けられるスルーホールをわざわざ設け
る必要がなく、格段に歩留まりの良い積層回路体を効率
的に形成できる。
は、図3および図4に示すように、基体(絶縁基板2
0)を位置決め保持するワーク保持テーブル42と、位
置、形状および回路間ピッチの各座標データに基づいた
回路パターンに沿って、前記基体20上に粒状化した溶
融金属50を噴出して供給することにより平面または立
体的な導体回路21,22・・・をパターン形成するた
めの溶融金属供給手段と、前記導体回路の回路パターン
に基づいて前記ワーク保持テーブル42および前記溶融
金属供給手段を相対に移動させる制御を含むシステム全
体の制御を行う制御装置30と備えてなっていることを
特徴とする。
がたとえば絶縁基板20の場合、この絶縁基板20がワ
ーク保持テーブル42上に位置決め保持される。制御装
置30にはその絶縁基板20上に形成される回路体の全
ての導体回路21,22・・についてそれぞれ位置、形
状および回路間ピッチからなる平面の二次元座標データ
と立体的な三次元座標データをそれぞれ記憶して格納し
ている。溶融金属供給手段は、溶融金属供給源35、ノ
ズル作動装置36および噴射ノズル39などで構成され
ている。ワーク保持テーブル42上にその絶縁基板20
が位置決め保持されると、そうした溶融金属供給手段と
ワーク保持テーブル42を制御装置30からの制御信号
によって座標データに基づく作業プログラムで相対に移
動させる。たとえば、溶融金属供給手段のノズル作動装
置36によって噴射ノズル39を移動させ、ワーク保持
テーブル42上の絶縁基板20に対して溶融金属を噴射
させて供給する。それにより、導体回路21,22・・
からなる回路体を無駄なく効率的に形成することができ
る。
は、前記溶融金属供給手段が、溶融金属を共振させて粒
状化した状態にして定量ずつ目標部位に噴射して供給す
る装置、放電によってワイヤ先端を溶融滴状化させてガ
ス流体圧で供給する装置、噴出させた金属粉末を高出力
レーザで溶融して供給する装置のいずれかであることを
特徴とする。
小限の溶融金属量を、マスキングやエッチングなどの処
理工程を必要とせずに供給できる。
は、前記溶融金属供給手段が、溶融金属50を粒状化5
1して噴射する噴射ノズル39を含む装置である場合
に、その噴射ノズル39が溶融金属50の粒径および噴
出速度を調整可能に構成されていることを特徴とする。
ず目標部位だけに溶融金属を噴射して供給できる装置の
場合、噴射ノズル39のノズル噴出口径や噴出速度を調
整する。それにより、導体回路間の間隔やピッチが微細
な場合、比較的広く大きい場合、それぞれに対応した粒
径や速度の溶融金属粒を噴射して、必要最小限の量の溶
融金属で効率的に回路体を形成できる。
造方法および製造装置の実施の形態について、図面を参
照して詳細に説明する。
でいう基体の一例である絶縁基板20上の回路パターン
に沿って溶融金属を付着させ、導体回路21〜25を形
成することによって構成される回路体の製造方法を示し
ている。基体は、絶縁基板20に限らず、広く自動車や
電子電気機器などの狭隘な部材の表面なども基体と考え
ることができ、機材一般の構造体およびその表面が対象
となる。
以下に示す回路体の製造装置のように、ワーク保持テー
ブル42上に位置決めしてセットされる。そうした絶縁
基板20上の目標部位に向かって導電性の溶融金属が噴
射ノズル39から粒状化状態で噴射され、絶縁基板20
上に設定した回路パターンに沿って融着させて導体回路
を形成する。
上にパターン形成される導体回路21〜25のそれぞれ
について、位置、形状および回路間ピッチを記憶した平
面的な二次元座標データと立体的な三次元座標データを
記憶して格納している。すなわち、図1に示すように、
1つの導体回路24を例にとれば、その絶縁基板20上
における位置、長さ寸法L1と幅寸法b、曲がり方向、
曲がり方向への長さ寸法L2と、そして回路厚さ寸法t
などからなる大きさや形状が座標データになって記憶さ
れている。そうした座標データに基づく回路パターンに
沿って溶融金属50を粒状化した金属粒51を噴射ノズ
ル39から噴出させ、目標部位の絶縁基板20上に向か
って過不足なく必要量だけを垂直落下させて溶着させ
る。それにより、金属粒51を重ね接いで必要な大きさ
や形状の導体回路21〜25を形成プログラムに基づい
て順次形成する。
質として特に限定されない。たとえばPb60%−Sn
40%共晶合金であるはんだを用いることができるし、
アルミニウム(Al),銅(Cu),銀(Ag)および
金(Au)など導電材料を用いることができる。アルミ
ニウムの場合は特に軽量化という点で有効である。銅の
場合、導電率が低く、通常の回路として多用される導体
回路の材質と同じにすることができるから、電気抵抗の
影響を少なく抑えるのに有効である。また、銀や金の場
合は高導電性であり、流動性などに優れた利点がある。
回路21〜25からなる回路パターンを形成するための
装置システムと要部の断面図である。その主要部は、マ
イクロコンピュータからなる制御装置30,外部機器で
あるデータの入力装置34,溶融金属供給源35,噴射
ノズル39を備えたノズル作動装置36,そしてワーク
保持テーブル42などで構成されている。なお、本発明
でいう溶融金属供給手段とは、溶融金属供給源35とノ
ズル作動装置36を含む一式をいっている。
よびRAMからなる記憶部31と、演算部とともにCP
Uを形成する制御部32と、I/Oポートを備えるイン
タフェース33などで構成されている。インタフェース
33のI/Oポートから出力される制御信号によって溶
融金属供給源35,ノズル作動装置36,ワーク保持テ
ーブル42などの作動を制御する。
21〜25によって形成される回路パターンを二次元ま
たは三次元モデルとして機械設計し、コンピュータ処理
したCADデータを読み込んで記憶格納している。すな
わち、絶縁基板20の大きさを全体の座標系にして、導
体回路21〜25の個々について位置、幅や長さの寸法
形状、また断面積などの情報を座標データとして格納し
ている。
Oポートから各種の制御信号や作動信号を出力したり、
外部機器である入力装置34からの情報が入力される。
制御部32からの出力信号で次の制御が行われる。溶融
金属供給源35から供給される噴射量の制御を行う。ま
た、溶融金属供給源35を作動させてノズル作動装置3
6に溶融金属50を供給するための制御を行う。また、
供給された溶融金属50を粒状化して金属粒51にする
ための作動制御を行う。また、その金属粒51を噴射ノ
ズル39から噴射させるための作動制御を行う。そし
て、噴射ノズル39をワーク保持テーブル42と相対に
座標軸上で矢印XYZの二次元方向と三次元方向へ移動
させるための作動制御を行う。
造を示す断面図である。装置本体のハウジング37内部
に先細テーパ筒形状の噴射ノズル39が交換式カートリ
ッジとして収容されている。このカートリッジ式噴射ノ
ズル39に溶融金属50が溶融金属供給源35から供給
管35a(図3参照)を通して供給される。噴射ノズル
39の図でいう下方の筒先端はオリフィス形状のノズル
噴出口39aとなっており、上方の筒基端に開口部を有
している。噴射ノズル39のその開口部を塞いでダイヤ
フラム40が装着され、このダイヤフラム40に密接し
て外側に圧電素子41が配置され、両者で発振器として
の圧電トランスデューサを構成している。圧電素子41
に代えて窒素などの不活性ガスを用いることもできる。
作動信号によって、ノズル作動装置36は起動して圧電
トランスデューサの発振周波数を共振させ、ダイヤフラ
ム40を振動させて溶融金属50に伝える。溶融金属5
0は振動して粒状化し、粒状化した金属粒51を予めプ
ログラムされた適正な時間的間隔でもって定量的かつ規
則性をもってノズル噴出口39aから噴射させ、絶縁基
板20上に溶着させることにより導体回路21〜25か
らなる回路パターンを形成する。また、筒体の噴射ノズ
ル39の同軸上の外側にはヒータ38が装着され、噴射
ノズル39内の溶融金属50を所要の温度に保温するよ
うになっている。
−156524号公報,特開平10−195676号公
報,特開平10−226803号公報に記載の三次元構
造体の製造方法にみることができる。また、特開200
0−244086号公報で紹介されているように、米国
MPM社製『メタルジェット装置(製品名)』におい
て、はんだなどの導電性材料を溶融状態の粒子にして噴
射し、半導体ウエハのチップ上のはんだバンプを製造す
る半導体製造装置がある。
42はその上に作業ワークとして絶縁基板20を位置決
めして保持し、矢印XYZで示す二次元および三次元の
座標軸上を移動可能となっている。このワーク保持テー
ブル42は上記のノズル作動装置36と相対にXYZ軸
の二次元および三次元の座標軸上で移動する。本例で
は、ノズル作動装置36がワーク保持テーブル42に対
して移動し、テーブル上で位置決めされた絶縁基板20
に対して座標系の移動プログラムに基づいて作動するよ
うになっている。
32からの作動指令に従って座標軸上を移動し、圧電ト
ランスデューサへの通電により振動させ、噴射ノズル3
9から噴射した金属粒51をワーク保持テーブル42上
に位置決め保持された絶縁基板20上の予定される回路
パターンに沿って溶着させ、導体回路21〜25につい
てそれぞれ所定の位置で所定の大きさや形状に順次時間
差をもって必要最小限量で正確に形成する。そのような
回路パターンの形成に関する制御は制御部32で行わ
れ、それに基づいてノズル作動装置36と噴射ノズル3
9が作動する。
振動させる装置として圧電トランスデューサを構成する
圧電素子41を示したが、それだけに限定されない。上
記したように窒素ガスなどの不活性ガスを圧送して溶融
金属50に気体圧力をパルス状に送って振動させる手
段、あるいは音叉のごとき振動板を機械的に振動させて
その振幅を溶融金属50に伝達する装置などを採用する
ことができる。
6に上記のような金属粒噴射方式の装置が示されたが、
必要最小限量の溶融金属を噴出して局所的に供給できれ
ば、その他にも放電によってワイヤ先端を溶融滴状化さ
せてガス流体圧で供給する装置、また噴出させた金属粉
末を高出力レーザで溶融して供給する装置なども採用す
ることができる。
の場合、噴射ノズル39のノズル噴出口径や噴出速度を
調整することで、導体回路間の間隔やピッチが微細な場
合、比較的広く大きい場合などに対応した粒径や速度の
溶融金属粒にすることができる。
れた導体回路21〜25からなる二次元平面的な一層だ
けの回路パターンを形成するにとどまらない。第2実施
の形態として図5および図6に示す上下二層からなる積
層回路体、第3実施の形態として図7に示す立体回路体
を形成する場合もそれぞれ非常に効率的に無駄なくパタ
ーン形成できる。
6に示す積層回路体の場合、次のように形成される。形
成母体となる基体が上記絶縁基板20のごとく絶縁体の
場合、その絶縁基板20上の指定の回路パターンに沿っ
て第1層目の導体回路26を金属粒51で形成する。次
に、その第1層目の導体回路26の指定された一部分か
ら垂直方向へ金属粒51を噴射して所定の高さ寸法に積
み上げて柱状の接合部28を形成する。続いて、この接
合部28を埋め込むようにして第1層目の導体回路26
上に絶縁層29を形成して被覆する。絶縁層29の材質
についてはここでは特に限定しない。そうした絶縁層2
9上に第2層目の導体回路27を形成する。結果、柱状
の接合部28をつなぎにして第1層目の導体回路26と
第2層目の導体回路27を互いに電気的導通状態に接続
し、上下二層またはそれ以上複数層からなる積層回路体
を形成する。
にあっては、第1,第2層目の導体回路26,27間に
接合部28として溶融金属を積み上げて導通状態に接続
するので、従来の回路基板に設けられるスルーホールの
ようにわざわざ開孔し、そこに導電性材料を流して層間
導通を図るといったような工程を削減できる。
体回路体の場合、次のように形成される。形成母体とな
る基体が上記絶縁基板20のごとき絶縁体、あるいは他
の機材であって、その絶縁基板20や機材の表面に部分
的に隆起部20aが設けられているような場合、当隆起
部20aの表面に沿って金属粒51を継ぎ足すようにし
て噴射し、立体的な回路体を効率的に形成することがで
きる。
求項1に記載の回路体の製造方法は、座標データに基づ
いて導体回路からなる回路体を形成するので、従来のバ
スバーのように銅箔から材料取りした残材の無駄を省い
て材料歩留まりを良くすることができ、材工節減に関し
ては電線、FPCおよびFFCなどの導体回路、そして
溶融金属の溶射スプレーによる回路体形成法などと比較
した場合でも非常に経済的である。また、粒状の溶融金
属を重ね接いで導体回路を形成するから、基体の材料が
何であるかに対応して、その基体が備わる機材機器の場
所的な事情によって、狭隘な場所に有る基体に対しても
必要とする最小限量でもって局所的に形成できるので、
配索の自由度がこれまでのバスバー,電線,FPC,F
FCなどよりも格段に広がる。
は、回路体を設ける基体の材質に対応して粒状の溶融金
属を供給して自在に回路体を形成できる。
は、二層以上の積層回路体を形成する場合、第1層目と
第2層目の導体回路を互いに導通させるのに粒状の溶融
金属を積み上げてつなぐから、従来の回路基板に設けら
れるスルーホールをわざわざ設ける必要がなく、格段に
歩留まりの良い積層回路体を効率的に形成できる。
路体の製造装置は、作業ワークとなる基体がたとえば絶
縁基板の場合、この絶縁基板がワーク保持テーブル42
上に位置決め保持され、制御装置にはその絶縁基板上に
形成される回路体の全ての導体回路についてそれぞれ位
置、形状および回路間ピッチからなる二次元および三次
元の各座標データを記憶格納しており、溶融金属供給手
段は、溶融金属供給源、ノズル作動装置および噴射ノズ
ルなどで構成されているから、ワーク保持テーブル上に
絶縁基板が位置決め保持されると、そうした溶融金属供
給手段とワーク保持テーブルを制御装置からの制御信号
によって座標データに基づく作業プログラムで相対に移
動させ、たとえば溶融金属供給手段のノズル作動装置に
よって噴射ノズルを移動させ、ワーク保持テーブル上の
絶縁基板に対して溶融金属を噴射させて供給すること
で、導体回路からなる回路体が無駄なく効率的に形成さ
れる。
は、目標部位の導体回路間に必要最小限の溶融金属量
を、マスキングやエッチングなどの処理工程を必要とせ
ずに供給できる。
は、マスキングを必要とせず目標部位だけに溶融金属を
噴射して供給できる装置の場合、噴射ノズルのノズル噴
出口径や噴出速度を調整することで、必要最小限の量の
溶融金属で効率的に回路体を形成できる。
を示す斜視図である。
線,B−B線からの断面図である。
を示すシステム構成図である。
ある。
る積層回路体を示す斜視図である。
ある。
る立体回路体を示す断面図である。
動車配線系の電気接続箱を示す分解斜視図である。
る。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 位置、形状および回路間ピッチの各座標
データに基づいた回路パターンに沿って、基体上に粒状
化した溶融金属を噴出して供給することにより平面また
は立体的な導体回路をパターン形成することを特徴とす
る回路体の製造方法。 - 【請求項2】 前記基体が導電性材料の場合はその上に
絶縁体を被覆した後に前記溶融金属を供給し、また前記
基体が絶縁体の場合は直接その上に前記溶融金属を供給
することを特徴とする請求項1に記載の回路体の製造方
法。 - 【請求項3】 前記溶融金属を供給して第1層目の導体
回路をパターン形成した後、この第1層目の導体回路上
の一部に溶融金属を供給して積み重ねて柱状の接合部を
形成し、この接合部を埋め込むようにして前記第1層目
の導体回路上に絶縁層を形成し、この絶縁層上に第2層
目の導体回路を形成することにより、前記接合部を介し
て第1,第2層目の導体回路を互いに導通させることを
特徴とする請求項1または2に記載の回路体の製造方
法。 - 【請求項4】 基体を位置決め保持するワーク保持テー
ブルと、 位置、形状および回路間ピッチの各座標データに基づい
た回路パターンに沿って、前記基体上に粒状化した溶融
金属を噴出して供給することにより平面または立体的な
導体回路をパターン形成するための溶融金属供給手段
と、 前記導体回路の回路パターンに基づいて前記ワーク保持
テーブルおよび前記溶融金属供給手段を相対に移動させ
る制御を含むシステム全体の制御を行う制御装置と、を
備えてなっていることを特徴とする回路体の製造装置。 - 【請求項5】 前記溶融金属供給手段が、溶融金属を共
振させて粒状化した状態にして目標部位に噴射して供給
する装置、放電によってワイヤ先端を溶融滴状化させて
ガス流体圧で供給する装置、噴出させた金属粉末を高出
力レーザで溶融して供給する装置のいずれかであること
を特徴とする請求項4に記載の回路体の製造装置。 - 【請求項6】 前記溶融金属供給手段が、溶融金属を粒
状化して噴射する噴射ノズルを含む装置である場合に、
その噴射ノズルが溶融金属の粒径および噴出速度を調整
可能に構成されていることを特徴とする請求項5に記載
の回路体の製造装置。
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