CN1395815A

CN1395815A - 电路板的制备方法

Info

Publication number: CN1395815A
Application number: CN01803676A
Authority: CN
Inventors: 辰巳清秀; 西井利浩; 中村真治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-02-05
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP3729061B2; EP1261242A1; CN1319426C; EP1261242A4; US20030047269A1; JP2002151843A; WO2002041675A1

Abstract

一种电路板的制造方法，包含用金属板夹住，在基板材料或通过金属箔形成电路的基板材料的两面或单面上设置金属箔或涂覆树脂的金属箔后所构成的层叠物，并至少使用加热或加压任一方式的热压工序。在金属板的双面或单面设置有硬质层，通过该硬质层，可保护金属板。因此，很少发生，在制造电路板时金属板因接触搬送用输送装置或因作业者的操作等金属板受伤的事情。并且，通过把硬质层的表面加工成平滑，容易除去粘接于金属板表面的树脂或污染物，从而能够延长金属板寿命。利用该电路板的制造方法，能够制造出低成本、高品质的电路板。

Description

电路板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电路板的制备方法。

背景技术

近年来，伴随着电子机器的小型化和高密度化，用以装载电子零件的电路板也由过去的单层接线板发展为双层接线板或多层接线板，并积极进行能够在接线板集成更多电路的高密度电路板的开发。

在高密度电路板中，电路设计规格与过去的电路板的相比较细微。因此，正在不断地开发形成较微细电路的加工技术和在多层接线板中的层间电路连接点或穿孔及联络窗的定位技术。

而且，随着电路板设计规格的微细化，通过变薄形成电路的金属箔，容易形成微细的接线图案，且以用于便携用电子设备等移动用电子设备作为目的，有必要减轻电路板的重量。

在一般的电路板制备过程中，采用以下技术，即先将热固化性树脂浸渍于由玻璃纤维或芳香族聚酰胺组成的织布或无纺布进行B阶段化的预浸片夹持于2枚铜箔之间，并且，用热压装置加压加热，上下用由金属板所组成的金属板夹持的层叠物而一体成型，再蚀刻铜箔，加工成预期的接线图形，从而得到电路板。

图5为表示以热压装置作为核心的过去的电路板的制备方法的设备结构图。首先，在组合装置20的内部设置将预浸片夹持于铜箔之间、且上下用金属板夹住的层叠组成物24。

为了提高生产率，通常重叠数层或10层以上由上下用金属板夹持的基板材料及铜箔所组成的层叠物而构成层叠组成物24。

之后，层叠组成物24被移动至热压装置21内，并载置于热板25之间，被加热加压。在热板25内部设有用于通过加热过的油或蒸气的配管，从而能够对层叠组成物24进行加热。

另外，供给油压气缸26高压油，便于以任意压力加压层叠组成物24。

该加热加压工序通常被称为热压工序，是将预浸片中的B工序状态的树脂熔融后，加以固化，并粘接铜箔，同时成型为电路板形状。

然后，将层叠组成物24移动至拆卸装置22，并被分离成金属板和粘接铜箔的基板材料。之后，为了形成预期的电路，基板材料被送至电路形成工序，而金属板则被送至洗涤装置23，经洗涤后，再次送至组配装置20，依次在下一热压工序中使用。

但是，在该热压工序中，金属板与铜箔之间夹有异物或在金属板表面有微细的损伤或突起时，在加热加压中就会有铜箔破裂进而漏出预浸片中的树脂，并强固粘接于金属板的问题。

特别是在最近的高密度电路板中，伴随电路的微细化，通常是使用非常薄的铜箔，所以上述现象就成为很大的问题。

而且，漏出的树脂当然也会粘接于铜箔表面，所以在电路形成工序中无法蚀刻该部分，从而造成布线图案的不佳。

另外，除上述现象之外，也存在从浸片的端面脱落B工序状态的树脂，并使其成为工序内的粉尘，而熔融的粉尘强固地固接于金属板表面的问题。

洗涤装置23的主要任务就是，从金属板的表面切削该粘接的树脂；并把金属板表面的损伤和突起部分研磨至平滑，从而保持干净的金属板表面。

因此，如图中所示，洗涤装置23具备洗涤水喷水器27及旋转的研磨抛光轮28，并依次向它们通过金属板，进行金属板表面的洗涤及研磨。

研磨抛光轮28是由表面用粘接剂固定研磨磨粒的合成纤维等制备而成的刷子或滚轮状的轮子，用以一面研磨金属板的表面，一面除去粘接物。

由于不同尺寸的研磨磨粒具有不同的研磨性，所以研磨抛光轮是以粒子号码来表现其等级，且用于洗涤金属板的研磨磨粒的尺寸通常是300至600号。

但是，因为在上述的研磨操作中，研磨去除污染物的同时，也研磨了金属板的表面，所以进行多次研磨后，金属板的厚度将减少，从而无法使用于电路板的制造上，此时就需要替换新的金属板。

另外，在研磨操作中，要把金属板的整个表面研磨相同的量是相当困难，如果对研磨装置或设置于研磨装置上的抛光轮、刷子等研磨机构的管理不是很好，，就会在图6A中所示的均匀厚度的初期状态的金属板表面，如图6B所示产生研磨深浅不均的29，结果使金属板厚度不均匀。

而且，如使用上述厚度不均的金属板制造电路板，自然会产生制成的电路板的板厚不均的问题。

在近年来的电路板中，为了将电路的阻抗控制在预定的值或使用薄型的电子机器，对基板厚度的偏差要求也越严格，并当电路板的板厚相当不均时，将不满足电路板的品质。

而且，在制造工序中，搬送金属板时，虽然进步到使用轮送带等自动化方式，但仍存在金属板接触搬送装置的滚子或因作业者的操作，而在金属板表面产生图6B所示的伤痕30的问题。

发明内容

本发明的电路板的制备方法，具有用金属板夹住，在至少由一种材质所构成的板材料的两面或单面配置金属箔后所构成的层叠物或通过金属箔而形成电路的基板材料进行加热或加压的任一热压工序，且该金属板的单面或双面中设置有硬质层。

根据本发明，由于通过硬质层能够保护金属板，所以在电路板的制造中，很少发生因金属板接触输送用的输送装置或因作业者的操作而金属板受伤的情形。而且，通过把硬质层表面加工成平滑，将可容易去除粘接于金属板的树脂或污染物质，也将减少过去的由研磨所造成的金属板磨耗等，还可延长金属板的寿命。其结果，可以低成本地制造出高品质的电路板。

附图说明

图1为表示使用于本发明的实施例1的电路板的制造方法的金属板的剖视图；

图2A-图2F为表示本发明的实施例2的电路板的制备方法的工序剖视图；

图3为表示本发明的实施例1的电路板的制造方法中的金属板的板厚变化的特性图；

图4说明用于本发明的实施例3的电路板的制备方法的金属板的硬质层形成机构的工序示意图；

图5为表示过去的电路板的制备方法的设备结构图；

图6A、图6B表示制造过去的电路板用的金属板的剖视图。

具体实施方式

下面用图1至图4说明本发明的实施例。

实施例1

图1为一个剖视图，表示了用于本发明实施例1中的电路板制备方法的金属板。

首先，在由板厚为1mm的不锈钢所组成的金属板1的两面，形成硬质层2。在本实施例中，硬质层2是利用将氮扩散至不锈钢表面的、即所谓的氮化法而形成。

在氮化法中，已经有盐浴等的湿法，但在本实施例中使用气体氮化法。

由于对硬质层2要求硬度、膜质的致密性及面内的均一性，所以氮化法是理想的处理方法。

另外，为了得到良好的膜质，在氮化处理时，金属板1表面必须没有氮化物保护膜，而氧化保护膜的去除方法则为：在氮化处理前，在含NF₃的气体中加热金属板，在金属板表面形成氟化膜之后，在含NH₃的气体中加热金属板1，以在金属板表面形成氮化层。

在本发明者的实验中，作为在氮化处理前进行的氮化膜形成方法，使用大同hogsun股份公司的NV超氮化方法，可得到良好效果。

硬质层2的膜厚是依据硬质层2的结构及金属板1的材质而定，但在制造电路板时理想的膜厚是10μm以上。

硬质层2的膜厚一旦过厚，再次研磨形成硬质层2的金属板以便于再利用金属板时，就很难去除硬质层2。且从成本上考虑，在上述的氮化处理中，理想的膜厚是小于100μm，而更为理想的膜厚是小于50μm。

为了最大限度地发挥本发明的效果，理想的是使硬质层2的表面平滑度(JIS B0601)达到表面粗糙度平均值Ra在0.1μm以下且最大粗糙度Rmax在2μm以下，而更理想的是加工的平滑性达到Ra在0.05μm以下且Rmax在1μm以下。

为了达到上述的平滑性，宜将形成硬质层2前的金属板1的表面平滑度加工成最终的硬质层表面粗糙程度，所以理想的是，用粒度表示700号以上的研磨抛光轮、刷子等研磨机构进行金属板1的最后加工。

应用于700号研磨机构的磨粒的粒径，通常为30μm，为了更有效地发挥本发明效果，使用粒度显示为1000号以上的的研磨机构，将可得到表面平滑性极佳的金属板表面。

以上所述的表面加工条件，是可根据要制造的电路板的种类或制造成本、生产率而任意选择，而且，使用上述金属板表面的研磨条件，对硬质层2的表面进行研磨，也可得到良好的表面平滑度。

但是，由于硬质层2具有耐磨性，研磨加工性能差，所以有效的方法应该是，在硬质层形成前，就要将金属板1研磨至必要的平滑度，并在硬质层形成后，以最终的微小的研磨量，研磨至必要的平滑度。

实施例2

图2A-图2F为表示本发明的实施例2的电路板的制备方法的工序剖视图。

如图2A所示，由将B阶段状态的热固化性树脂浸渍于补强材料后的预浸片所构成的基板材料3以滚轮分层等方法暂时压接薄膜4后，通过激光开穴装置形成贯通穴5。

在本实施例中，使用芳香族聚酰胺纤维无纺布作为补强材料，而基板材料3的厚度约130μm，贯通孔5的直径约150μm，薄膜4的厚度约20μm。

之后，如图2B所示，使用印刷法等方法在贯通孔5填充导电糊6后，如图2C所示，剥离薄膜4，得到与基板材料相比导电糊6稍稍隆起的中间材料。

然后，如图2D所示，分别叠层设置形成硬质层2的金属板1、厚度为15μm的铜箔7及上述中间材料后，通过在热压工序中加热加压，得到图2E所示的双面铜箔基板。

另外，铜箔的厚度并不限于15μm，不需要太细的接线时，可使用便宜的厚度为35μm的铜箔。需要非常高精密度的接线时，可使用8μm或小于8μm的如3μm厚度的箔。本发明特别适用于使用薄箔的高密度接线板。

热压工序的条件是，在180℃的最高温度下保持1小时，包括升温及降温部分总计为3小时的工序，且每1平方公分加300N的压力。

通过该热压工序，基板材料3被压缩成为约110μm的厚度。在该工序中，导电糊6是在基板材料3的厚度方向上被压缩，且基板材料两面的铜箔7电连接。之后，通过选择性地蚀刻铜箔7，形成电路，即如图2F所示，可得到在两面形成电路8的电路板9。

在本实施例中的电路板的制造中，作为上述的金属箔，虽然使用不同于以往厚度的具有20μm以下厚度的铜箔，但也可使用在铜箔表面镀有不同材料的铜箔或铜以外的金属箔。

如上述所述的本实施例的工序中，由于在金属板1表面形成硬质层2，且表面被加工成平滑，所以在热压工序中进行加压时能够不损伤铜箔7。特别是在铜箔7的表面被粗糙化的情况下，对其表面的损伤将非常小。

另外，在本实施例中，有效地压缩导电糊6是高可信度地形成电路板的电连接的条件，但是，金属板1的机械刚性因硬质层2变得非常高，从而在压缩时金属板1的变形将非常小，能够有效地压缩导电糊6。

因此，最理想的是，硬质层2的厚度大于10μm；硬质层2表面具有大于500HV的维式(Vickers)硬度；且金属板1自身的硬度也大于300HV。

在热压工序之后，与过去的电路板的制造方法相同，利用洗涤装置清洗本实施例的金属板1的表面，但由于作为本发明特征的硬质层2，将非常容易去除污染物及粘接物。因此，使用1000号以上的研磨抛光轮，轻轻摩擦表面，就可以简单地去除粘接物。

另外，无数次通过洗涤装置后的金属板1的厚度变化将极小。

图3中表示，在洗涤装置中通过500次后的金属板1的包括硬质层2在内的板厚变化。

该板厚的变化率虽然随金属板洗涤装置的设定条件等而不同，但把厚度为1mm不锈钢板向使用1000号的研磨抛光轮的洗涤装置通过时，而上述的厚度为1mm不锈钢板具有通过氮化处理后形成的厚度为15μm的硬质层2，该不锈钢板经500次的研磨则约有2μm的板厚变化。

即，单面研磨时的磨耗量约为1μm。由此结果简单地计算得到，形成15μm的硬质层时，经7500次的研磨才会磨耗全部的硬质层，也就是金属板的寿命，但在本发明者的实验中，至少可耐10000回以上的研磨。

作为用于制造电路板的金属板，只要有上述的寿命将十分足够，而且，硬质层被磨完时，也能够再次形成硬质层使其得到再生。

将在以往的电路板的制造方法中所用的没有硬质层的1mm厚不锈钢板(表面硬度350HV)通过使用320号的研磨抛光轮的洗涤装置时的板厚变化作为比较例表示于图3中，其结果表明，经过500次研磨约减少200μm的板厚。

该板厚减少值超出了在电路板的制造中允许的数值范围，可以判断，使用该1mm厚的不锈钢板时，500次的研磨为其金属板的寿命。因此，对于研磨次数即在热压工序中使用的次数，超过500次的金属板，就只好丢弃。

另外，为了抑制板厚的减少，使研磨抛光轮的磨粒号码超过600号以上时，研磨能力就会低下，且变得难以去除粘接于金属板表面的树脂等污染物。

另外，即使为了提高污染物的去除性，将过去的金属板表面加工成本发明所采用的平滑度高的表面，但也因为金属板的表面硬度不足，在热压工序中仅使用数次，就会在表面产生微细的损伤，从而失去表面平滑度。

在以往的金属板中，要改善磨损寿命是相当难的，而且，即使研磨次数不足500次，当对研磨抛光轮的管理等不完善时，也会发生金属板的板厚不均匀，而无法使用的情形。

在本发明的用于制造电路板的金属板，由于在金属板表面形成有硬质层，所以在金属板表面难以产生损伤，且可保持干净。因此，使用本发明的金属板，可制造高品质的电路板。

另外，在本实施例中是对双面电路板进行说明的，但也可把双面电路板或多层电路板设置在中心，而在其外侧设置预浸片和铜箔，并通过上述工序制造出多层电路板。

另外，在本实施例中是，对加热加压基板材料的热压工序进行说明的，但也有效于只是进行加热或加压或在较弱的加压条件下加热的工序。

即，在电路板的制造中，在用于去除加工完后的基板的水分而进行的加热工序或为了修正基板弯曲，用金属板夹住电路板，再以每1平方公分数N的弱压力或只用金属板自身的重量一面加压，一面加压至超过基板材料的玻璃转换温度的弯曲修正工序中，也可使用具备本发明特征的硬质层的金属板。

即使在这样的工序中也会发生，在加热时由基板产生的挥发成分等固着于金属板而失去金属板的表面平滑性等的问题，但通过将本发明的用以制造电路板的金属板使用于上述工序中，将可得到轻易从金属板表面去除由基板产生的挥发成分等；同时由于金属板表面光滑，难以损伤电路板面的电路等效果。

实施例3

图4说明金属板的硬质层形成机构的工序示意图，而该金属板用于本发明的实施例3的电路板的制备方法。

如图4所示，热处理炉10具有双层结构，在内部设有加热管11。

在热处理炉10的内部连接有导入管13和排气管14，且安装有使内部气体均匀的风扇12。

通过阀17及流量计16，导入管13被连接于供给各种气体的高压储气瓶15。

而且，在排气管14连接真空泵19和排气处理装置18。

通过适当的夹具(图中未示)，把形成硬质层的金属板1设置在热处理炉10的内部。

下面，简单地说明硬质层的形成方法。首先，将表面研磨至表面粗糙度平均值达到Ra＝0.1μm以下的的SUS304系列板材(板厚1mm)作为金属板1，用氟碳致冷剂洗涤后，放入热处理炉10内，在含有5000ppm NF₃的N₂气体中，在280℃下保持15分钟。

之后，升温至470℃，在(10％N₂+90％H₂)的混合气体中保持30分钟后，再在(20％NH₃+80％RX)的混合气体中进行8小时氮化处理。作为RX中的碳源，理想的是甲烷、乙烷、丙烷等链烷烃系列的碳氢系气体，但并不特别限定于此，只要使用含有碳原子的气体就可。

通过以上的处理，在金属板1的表面可形成约20μm厚度的均匀的氮化膜(硬质层)。本实施例的处理方法，由于通过氟化处理把金属板1表面的氧化物等成为氟化膜后，再形成氮化膜，所以可确保氮化膜的均匀性。并且，由于处理温度低，所以不会损坏在硬质层形成之前研磨平滑的金属板1的表面平滑性，同时金属板1难以产生热变形。

在本实施例中，处理温度为470℃，但根据氮化条件的不同，在400℃以下的条件处理也可形成较佳的硬质层。

在本发明的各实施例中，是用氮化法形成硬质层，但除了氮化法之外，也可用其它各种方法，处理得到本发明必要的金属板表面的平滑性及硬度。根据电路板的种类和金属箔的种类或热压工序的条件，选择金属板的处理方法，也能够实现本发明的效果。

如叫渗碳的表面处理方法是，将碳分散在钢材表面形成硬质层的方法。得到的表面硬度650-850HV，虽然与氮化处理时相比较差，但硬质层的厚度可厚至0.1-2mm，实质上可得到刚性高的金属板。因此，根据电路板的不同用途适用本发明，可得到良好的效果。

另外，渗碳氮化处理，即，把碳原子和氮原子分别扩散到金属板表面的处理方法，适合处理具有奥氏体相的金属板。

但，如上所述，由于形成硬质层时的温度越低，越保持金属板的表面平滑度，且金属板不会变形，所以极力地降低处理温度为好。

以上的方法，是通过在金属板的表面扩散氮或碳等元素，形成硬质层，但也可通过蒸镀、溅射、层叠或电镀粘接与金属板完全不同的金属作为硬质层。

能够使用于该方法的材料非常多，但从金属氮化物的硬度考虑，用它作为本发明中的硬质层是有效的，其中，钛或以钛为主的金属氮化物，即所谓的氮化钛，在硬度及与不锈钢的密着性方面具有优良的特性。

另外，将金刚石状碳质薄膜形成于金属板表面时，因为具有理想的表面硬度，同时摩擦系数小，所以具有优良的滑动性，并具有，在工序中搬送金属板时，金属板表面不易受伤的优点。

另外，在金刚石状碳质薄膜中形成无导电性的膜质的情况下适合使用，在热压工序中，将电流流过于铜箔以作为热源的方法，即，要求本发明的金属板为非导电性的方法。

使用金刚石状碳质薄膜之外的非导电性薄膜时，当然也可得到相同的效果。

另外，在本发明的各实施例中，以不锈钢板作为金属板材料进行了说明，但也可使用，一般的钢材或钛、铝等非铁金属作为金属板。

因此，本发明的电路板的制造方法，包含，用金属板夹住，通过在基板材料的双面或单面设置金属板后所构成的层叠物或通过金属箔形成电路的基板材料与金属箔，并至少使用加热或加压任一热压的工序。在热压工序中，在金属板的双面或单面设置有硬质层，由于通过该硬质层，可防止金属板表面受伤，同时洗涤研磨时的磨损量小，所以在电路板的制造工序中可长时间稳定地使用金属板。

另外，由于把金属板表面加工至平滑，所以即使粘接树脂等污染物，也能够容易去除，并且，由于表面硬度高，所以可确保持续长时间的平滑性。

并且，在制造工序中包含导电糊的压缩时，由于金属板具备高刚性，所以可有效地进行压缩，且可靠地提高电路板的各层接线之间的电连接。

如上所述，本发明由于通过在用于制造电路板的金属板表面形成硬质层，所以具有可提高金属板的耐久性，同时可提高表面的平滑性的特性，从而适合于高品质且信赖性优良的电路板、特别是高密度电路板的制造。

Claims

1、一种电路板的制造方法，其特征在于，具有用至少在单面上设置硬质层的金属板夹持，在基板材料或形成电路的基板材料的两面或单面上设有金属箔或涂覆树脂的金属箔的层叠物的工序和对上述层叠物进行加热或加压任一方式的压制工序。

2、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述金属板是由铁或以铁为主要成分的材料所构成。

3、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述金属板为不锈钢。

4、根据权利要求1、2或3所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述金属板是由维氏硬度大于300HV的材料所构成。

5、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层是通过在上述金属板表面注入或扩散不同于金属板主材料的元素而形成的。

6、根据权利要求5所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述元素为氮、碳及硼中的任意元素。

7、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层是通过用渗碳、氮化及氮化渗碳中的至少一种方法进行处理而得到。

8、根据权利要求5或7所述的电路板的制造方法，其特征在于，把上述元素注入或扩散到金属表面之前，在金属板表面形成氟化金属层。

9、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层为通过蒸镀、溅射、层叠或电镀在金属板表面形成的包覆层。

10、根据权利要求9所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述包覆层为金属氮化物。

11、根据权利要求10所述的电路板的制造方法，其特征在于，形成上述氮化物的金属为钛或者是以钛为主体的化合物。

12、根据权利要求9所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述包覆层为金刚石状碳质薄膜。

13、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层的厚度大于10μm。

14、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层表面的维式硬度大于500HV。

15、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层表面或上述金属板表面的平滑度，按JIS B0601规定的表面粗糙度平均值Ra小于0.1μm。

16、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述硬质层或上述金属板表面的平滑度，按JIS B0601规定的最大表面粗糙度值R_max小于2μm。

17、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，粗面化处理上述金属箔的两面或单面，且其表面粗糙度，按JIS B0601规定的十个点平均粗糙度R_z大于5μm。

18、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，上述金属箔的厚度小于20μm。

19、根据权利要求1所述的电路板的制造方法，其特征在于，在上述压制工序之后，具备洗涤上述金属板的金属板洗涤工序，而上述金属板洗涤工序至少具备一个研磨机构，且用于上述研磨机构的全部磨粒或至少用于最后研磨机构的磨粒为大于800号或平均粒径小于20μm的磨粒。

20、一种电路板的制造方法，具备，用金属板夹住，在基板材料或通过金属箔形成电路的基板材料的双面或单面设置金属箔或涂覆树脂的金属薄后所构成的层叠物的工序；对上述层叠物至少进行加热或加压中的任一方式的制压工序及在上述制压工序之后洗涤金属板的金属板洗涤工序，并且在金属板洗涤工序至少具备一个研磨机构，而用于上述研磨机构的全部磨粒或至少用于最后研磨机构的磨粒为大于800号或平均粒径小于20μm的磨粒。