JP2013214734A - 基板付き多心ケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度に配設された絶縁基板上の電極パッドに極細電線を、スキルを要することなく効果的に半田接続された基板付き多心ケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】複数本の極細電線１０を、配線基板２０上の高密度に配列された複数の電極パッド２２に半田接続した基板付き多心ケーブルの製造方法で、配線基板上の複数の電極パッド２２上に所定量の半田粉末を付与しリフローすることで半田プリコート２４を形成する工程を備える。そして、上記の複数本の極細電線の中心導体１１を、半田プリコート２４が形成された複数の電極パッド２２上に配置して、極細電線の中心導体１１を電極パッド２２に半田接続する。また、複数本の極細電線の中心導体１１の接続端に半田プリコート１５を形成する工程を備えるようにしてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、極細の絶縁電線や同軸電線の端部を、絶縁基板の電極パッドに電気的に接続した基板付き多心ケーブルの製造方法に関する。

小型電子情報機器や、超音波診断装置や内視鏡などの医療電子機器では、機器の小型化と共に高機能化を実現するために、機器内配線に使用する導体の細径化と導体本数が増加している。使用する導体本数も数百本で、これらの電線は、通常、多心のフラットケーブルの端部の導体が絶縁基板上の電極パッドに半田で接続されて、基板付きの多心ケーブルとされる。

特許文献１には、プリント基板の電極部の接続部位に半田等の接続部材を予め形成した後、同軸ケーブルの中心導体（信号線）を重ね合わせ、レーザ光照射により加熱して上記の接続部材を溶融し、電気的接続を行うことが開示されている。
また、特許文献２には、同軸線の中心導体（信号線）の端部にペースト半田の所定量を予め付与して、パルスヒートによりコネクタの端子に半田接続することが開示されている。

特開２０１０−１１８３１８号公報 特開２０１０−１４６９３９号公報

例えば、超音波技術を用いた内視鏡は、収納される信号線の本数（例えば、３７０芯）が多く、また人体内に挿入するという性質上、信号線の太さは極細で電気接続する回路基板の大きさも限られているので高密度実装が要求される。手作業による半田接続は、かなりのスキルを要し、現実的でない。したがって、極細の信号線を一括接続するには、特許文献２に開示のように回路基板の電極パッドに押えながら電流を流すパルスヒートによる半田接続が効果的であり、接続する導体太さに違いがあるような場合には、特許文献１に開示のようにレーザ光照射による半田接続が効果的である。

しかしながら、信号線の数が多く、絶縁基板の電極に接続される隣合う導体間のピッチが小さくなる。例えば、導体間のピッチが０.１６ｍｍ位（ＡＷＧ４９の同軸電線に相当）になると、隣接する電極パッド間の絶縁間隙は０.０７ｍｍ以下となる。このため、電極パッド上に予め付与する半田（半田プリコート）の付与量により、電極間を電気的に短絡する半田ブリッジが生じやすくなるので、電極上に付与する半田プリコートを精度よく形成する必要がある。

本発明は、上述した実状に鑑みてなされてもので、高密度に配設された絶縁基板上の電極パッドに、極細電線がスキルを要することなく効果的に半田接続された基板付き多心ケーブルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による基板付き多心ケーブルの製造方法は、複数本の極細電線を、配線基板上の高密度に配列された複数の電極パッドに半田接続した基板付き多心ケーブルの製造方法で、配線基板上の複数の電極パッド上に所定量の半田粉末を付与しリフローすることで半田プリコートを形成する工程を備える。そして、上記の複数本の極細電線の中心導体を、半田プリコートが形成された複数の電極パッド上に配置して、極細電線の中心導体を電極パッドに半田接続する。また、複数本の極細電線の中心導体の接続端に半田プリコートを形成する工程を備えるようにしてもよい。

なお、上記の半田接続には、パルスヒートを用いて中心導体を一括接続するか、または、レーザ光照射を用いて接続することができる。
また、上記のレーザ光照射を用いて半田接続するに際しては、メタルマスクを用いて半田接続の領域以外を覆って、レーザ光を照射し、配線基板に対するレーザ照射のダメージを小さくする。なお、前記のレーザ光を照射する領域を、電極パッドの幅の５０〜９０％とするのが好ましい。

本発明によれば、高密度に配置された電極パッド（配列ピッチ０.２ｍｍ以下、電極パッド間の絶縁間隙が０.１ｍｍ以下）に、極細の電線を確実に且つ容易に半田接続することができる。

本発明により半田接続された基板付き多心ケーブルの一例を示す図である。 本発明による半田接続される基板付き多心ケーブルの製造方法の一例を説明する図である。 レーザ光照射による半田接続の例を説明する図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図において、１０は同軸電線、１１は中心導体、１２は絶縁体、１３は外部導体、１４は外被、１５は電線側の半田プリコート、１６は共通被覆、１７はグランドバー、２０は配線基板、２１は絶縁基板、２２は電極パッド、２３は半田レジスト層、２４は電極側の半田プリコート、２５は半田接続部、２９はパルスヒート装置、３０はレーザ照射装置、３１はレーザ光、３２はメタルマスク、３３はマスク開口を示す。

本発明は、図１に示すように、複数本の絶縁電線または同軸電線１０を、配線基板２０に半田接続部２５で電気的に接続した基板付きの多心ケーブルの製造方法である。配線基板２０に半田接続する電線は、絶縁電線または同軸電線、若しくは、これらが混在する複合ケーブルであってもよいが、説明を簡略にするために、同軸電線１０を使用する例で説明する。なお、絶縁電線は導体に絶縁体が被覆されたものであるが、以下の説明で中心導体と呼ぶ箇所は絶縁電線での導体に相当する。

同軸電線１０は、信号線となる中心導体１１、絶縁体１２、外部導体１３を同軸状に配し、その外周を外被１４で覆ったものである。
中心導体１１には、銅または銀もしくは錫メッキ銅合金線からなる単心線または撚線が用いられ、ＡＷＧ４０（導体直径０.０７９ｍｍ）〜ＡＷＧ４９（導体直径０.０２８ｍｍ）位の太さのものが使用される。なお、中心導体１１は、例えば、前記の範囲で異なる太さのものが混在する形態であってもよい。

複数本の同軸電線１０は、その端部分で中心導体１１、絶縁体１２、外部導体１３がそれぞれ所定の範囲で段階的に露出するように、端部処理が行われる。なお、複数本の同軸電線１０は、共通被覆１６で一括して、フラットケーブル状にしてもよい。また、外部導体１３はグランドバー１７等で共通接地すると共に、同軸電線の配列の保持が行われるようにしてもよい。

配線基板２０は、可撓性または硬質の絶縁体からなる絶縁基板２１に、多数の電極パッド２２を狭小のピッチで高密度に形成してなる。例えば、絶縁基板２１を４ｍｍ角として、これに２０〜２５芯の同軸電線を接続するには、電極パッド２２の中心間隔（ピッチ）Ｐは０.２ｍｍ以下とする必要がある。この場合、電極パッド２２の絶縁間隙Ｓは、電極パッドの幅にもよるが、０.０７ｍｍ以下程度とする必要がある。このような、狭小のピッチで配された電極パッド２２のそれぞれに、同軸電線１０を精度よく確実に半田接続するのは容易ではない。

図２は、本発明による半田接続の一例を説明する図である。まず、同軸電線１０の端部の外被１４を除去して、外部導体１３を所定長さ露出させ、次いで露出された外部導体１３を所定長さ除去して絶縁体１２を露出させる。そして、露出された絶縁体１２の先端部を所定長さ除去して中心導体１１の接続端を露出させる。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、露出された中心導体１１の接続端に、フラックスを塗布して予め半田を付着した半田層（以下、半田プリコート１５という）を形成しておくのが好ましい。中心導体１１は、半田プリコート１５を付与しなくても良いが、中心導体に撚線が用いられる場合は、半田プリコート１５を付与しておくことにより撚線がバラけるのを防止することができる。なお、中心導体１１に対する半田プリコートの形成には、例えば、後述する半田粉末を用いる方法を用いることで、付与量を適切にすることができる。

上記の同軸電線１０の端部処理と平行して、配線基板２０の電極パッド２２に予め半田粉末を付着し、リフローする処理（プリコート）を行う。配線基板２０は、図２（Ｃ）に示すような、絶縁基板２１上にプリント回路技術により、電極パッド２２と配線導体（図示省略）並びに半田レジスト層２３が形成されているものが用いられる。
配線基板２０の電極パッド２２の表面には、図２（Ｄ）に示すように、予め所定量の半田粉末を付与し、リフローさせた半田層（以下、半田プリコート２４という）が形成される。

数十μｍ（例えば、７０μｍ以下）オーダの狭小な絶縁間隙で配列された電極パッド２２に、半田プリコート２４を形成するには、種々の方法が考えられるが、本発明においては、例えば、以下のような、電極パッド上に所定量の半田粉末を付与し、これをリフローして半田プリコートとする方法を用いる。
（１）スーパージャフィット（ＳＪ）法「電極パッド面に粘着剤塗布→表面に半田粉末を付着→基板全面にフラックス塗布→リフロー後洗浄」
（２）Precoat by Powder Sheet（ＰＰＳ）法「配線基板上に粘着性フラックス塗布→半田粉末を粘着保持したＰＰＳシートを電極パッド上に重ねプレス加熱→ＰＰＳシートを剥離→フラックス塗布→リフロー後洗浄」

上記の方法によれば、電極パッド上には、所定量の半田粉末を均一に精度よく付与することができる。この結果、電極パッドの表面に形成される半田プリコートの半田量を適切にすることができ、接続導体との接続不良や、隣接する電極パッドとの間の絶縁間隙を短絡する半田ブリッジの発生を低減することができる。
また、半田接続前に極細電線の導体が電極パッド上で位置ズレを起こすと、狭ピッチの接続の場合、半田ブリッジが生じやすい。このようなことがないように導体を電極パッド上に精度よく配置するためには、電極パッド上の半田を平面状とすることが有効であり、半田厚さは５〜４０μｍが適している。

配線基板２０、もしくは、同軸電線１０と配線基板２０の双方に、半田プリコートが形成された後、図２（Ｅ）に示すように、配線基板２０の半田プリコート２４上に、半田プリコート１５が施された中心導体１１を位置決めして載置する。
次いで、接続する複数の中心導体１１の外径が揃っている場合は、図２（Ｆ）に示すように、パルスヒート装置２９を用いて、複数の中心導体１１を一括して半田接続することができる。

この場合、パルスヒート装置２９の電極部を中心導体１１に押し当てて加熱し、半田接続する。例えば、第1ステップとして、接続部の温度を１秒で２３０℃に昇温させた後、この温度を1秒間保持する。次いで、第２ステップとして１秒で３００℃に昇温させた後、この温度を1.５秒間保持する。なお、接続する極細電線の本数が、例えば６４本以下である場合、パルスヒート装置２９の電極部を押し当てる押圧力は、４.５Ｎ以下である。

また、図３（Ａ）に示すように、上記のパルスヒート装置に変えてレーザ照射装置３０を用いて複数の中心導体１１を半田接続することができる。この場合、レーザ光３１よる照射で半田プリコート１５，２４を加熱溶融し、これによる半田接続部２５で、同軸電線１０の中心導体１１を電極パッド２２に半田接続する。

図３（Ｂ）は、レーザ光を照射する他の例を示す方法である。この方法は、メタルマスク３２に所定の大きさのマスク開口３３を設けて、所定の領域のみをレーザ光３１で照射するようにした例である。メタルマスク３２を用いることにより、加熱領域を特定することができ、電極パッド以外の電気的に絶縁される領域の損傷を少なくすることができる。
上記のレーザ光３１の照射範囲は、電極パッド２２の横幅（配列方向）の５０〜９０％程度とするのが好ましい。なお、レーザ光の照射範囲が５０％未満では、半田溶融の範囲が少なく、中心導体との接続が不十分となる虞がある。また、レーザ光の照射範囲が９０％を超えると、わずかのずれで基板の絶縁面を照射して損傷する虞がある。

１０…同軸電線、１１…中心導体、１２…絶縁体、１３…外部導体、１４…外被、１５…半田プリコート、１６…共通被覆、１７…グランドバー、２０…配線基板、２１…絶縁基板、２２…電極パッド、２３…半田レジスト層、２４…半田プリコート、２５…半田接続部、２９…パルスヒート装置、３０…レーザ照射装置、３１…レーザ光、３２…メタルマスク、３３…マスク開口。

Claims (6)

1. 複数本の極細電線を、配線基板上の高密度に配列された複数の電極パッドに半田接続した基板付き多心ケーブルの製造方法であって、
   前記配線基板上の複数の電極パッド上に所定量の半田粉末を付与しリフローすることで半田プリコートを形成する工程を備え、
   前記複数本の極細電線の中心導体を、前記半田プリコートが形成された前記複数の電極パッド上に配置して、前記極細電線の中心導体を前記電極パッドに半田接続する基板付き多心ケーブルの製造方法。
2. 前記複数本の極細電線の中心導体の接続端に、半田プリコートを形成する工程を備えている請求項１に記載の基板付き多心ケーブルの製造方法。
3. パルスヒートを用いて前記複数本の極細電線の中心導体を一括して半田接続する請求項１または２に記載の基板付き多心ケーブルの製造方法。
4. レーザ光照射を用いて半田接続する請求項１または２に記載の基板付き多心ケーブルの製造方法。
5. メタルマスクを用いて前記半田接続の領域以外を覆って、前記レーザ光照射する請求項４に記載の基板付き多心ケーブルの製造方法。
6. 前記レーザ光照射する領域を、前記電極パッドの幅の５０〜９０％とする請求項５に記載の基板付き多心ケーブルの製造方法。

Images