JP2002511663A - プリント回路基板の製作に使用する合金鋼分離シートおよび銅／鋼の積層体 - Google Patents

プリント回路基板の製作に使用する合金鋼分離シートおよび銅／鋼の積層体

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JP2002511663A JP2000544167A JP2000544167A JP2002511663A JP 2002511663 A JP2002511663 A JP 2002511663A JP 2000544167 A JP2000544167 A JP 2000544167A JP 2000544167 A JP2000544167 A JP 2000544167A JP 2002511663 A JP2002511663 A JP 2002511663A
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Abstract

(57)【要約】 プリント回路基板パネル間のプレスレイアップに使用する耐腐食性合金鋼分離シート（12）において、プリント回路基板パネル間のプレスレイアップに使用するシート積層体（10）は、合金鋼層（12）と、基板層の少なくとも１面に取り外し可能に接合した銅製フォイル層（14）とを有する。プリント回路基板パネル間のプレスレイアップに使用するシート積層体（10）は、銅製フォイル層(14)の境界（18）に沿って配置された複数の金属対金属接合（16）により、接合（16）の間にギャップ（20）が規定されるように銅製フォイル層（14）に取り外し可能に接合された金属基板（12）層を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に回路基板の製作に関し、特にプリント回路基板の製作に使
用する合金鋼分離シートおよび銅／金属積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製作技術の初期段階においては、例えば合板の薄板などを積層する木材産業に
おいて使用されるのと同様のプレスを使用してプリント回路基板（ＰＣＢ）レイ
アップ（lay-up）パネルを積層していた。水圧駆動プレスが使用され、蒸気又は
電力を使用してプレスを華氏350度を超える温度まで加熱する。プレス内のパネ
ル構成要素は華氏350度で300psiから500psiの間の圧力に約１時間供されて積層
が達成される。良く磨かれ精密に研磨された約0.062インチの厚さのステンレス
鋼板を使用してプレスの開口内で各パネルが分離された。典型的には、これら0.
062インチステンレス鋼分離板のためにT-304全硬合金又はそれと同等な材料が使
用された。しかし、問題はそれらステンレス鋼0.062インチ分離板が毎回使用後
にデブリを除去するための清掃又はスクラビング（scrubbing）を必要とし、周
期的に表面を再舗装して処理又は使用によるへこみやひっかき傷を除去する必要
があることである。結局、その板を交換しなければならない。
【０００３】 １９８０年後期には真空補助プレスの導入により、積層サイクル中に低圧の使
用が可能となった。真空補助プレスで使用される圧力は、水力蒸気駆動又は電気
的プレスで使用される300psi〜500psiに対して、典型的に約150psiから250psiで
ある。真空補助プレスでは、0.007〜0.015インチの間の厚みのアルミニウム分離
シートが試験され、広く使用された。その時に発行された試験結果はアルミニウ
ム分離板がＰＣＢパネルの積層において鋼板の性能を大きく超えたことを示した
。これら薄いアルミニウム分離シートは積層プロセス後に廃棄され、それにより
費用のかかる鋼板の清掃及び取扱処理の必要性、並びに鋼板を交換するために要
する頻繁で高い設備投資をなくす。アルミニウム分離板に使用される合金は典型
的にH19の硬度指定を有する3000シリーズ（例えば、3003、3004、3105又はそれ
らと同等なもの）であり、それはアルミニウム製飲料缶の製作に使用される合金
と同一である。真空補助プレスからの低圧力と共に薄いアルミニウム分離シート
を使用するプロセスは、幅約0.008インチで約0.008インチ離隔した回路配線を有
する典型的な４〜６層のＰＣＢに対して良好に動作した。プレスの開口の典型的
な構成は、積み重ねの頂部と底部の鋼板と、各ＰＣＢパネルを分離する薄いアル
ミニウムシートである。これらの真空補助プレスの生産速度は、0.062インチの
ステンレス鋼シートを使用して達成された６〜８ＰＣＢパネルから、典型的な１
1/2インチプレス開口毎に約１０〜１４ＰＣＢパネルへと増加した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、技術的な進歩は、より多数かつ高密度の回路を有するＰＣＢの必要を
生じさせた。これは、回路がより微細な配線（0.006インチ幅未満）及び配線間
のより近い間隔（0.006インチ未満）を有しなければならないことを意味する。
ＰＣＢ上のより高密度の面はその上に配置される電気的要素の数を増加させ、よ
り高速の情報処理と電子的ハードウェアのさらなる小型化を可能とする。これら
の大きな技術的要求が、積層回路基板パネルの表面品質をさらに重大なものとし
た。アルミニウムシート上のあらゆる微小なバンプが基板の頂面へ移り、基板を
削ることやＰＣＢ製作プロセスを再実行する必要を生じさせるので、以前にも存
在した表面の粗さや像転写（image transfer）などの問題は、今では解決しなけ
ればならない重大な問題となった。
【０００５】 像転写と表面品質の問題による、基板を削ることや作業の再実行を防止及び最
小とするために、今日使用されているほとんど全てのプレス構造は、積み重ねの
頂部及び底部に加えて、薄いアルミニウム分離シートに近接して配置した0.062
インチのステンレス鋼板（通常T-304又はT-600ステンレス鋼）を使用している。
多くのプレス負荷はレイアップに加えた少なくとも３つの鋼板を有し、それは各
プレスサイクルで積層可能なパネル数を減少させる。いくつかのレイアップ構成
は、アルミニウムシートと鋼板を有し、プレス内の全てのパネルを分離し、アル
ミニウム分離シートはプレスサイクル後に廃棄される。しかし、このアプローチ
は、プレスの生産速度の低下を生じさせるので、問題を完全に解決するものでは
ない。また、鋼板をプロセス中に再導入することによる穴、くぼみ、及びその他
の表面の不完全性は、依然としてＰＣＢパネルを削ることや再作業を生じさせる
。さらに、多くのＰＣＢ製作者は新たな0.062インチステンレス鋼板を購入し、
再び高価な板の清掃及び取扱システムを導入しなければならない。薄いアルミニ
ウム分離シートは各プレスサイクル後に廃棄されるが、鋼板は各使用前に清掃し
なければならず、ＰＣＢ製作プロセスにさらなる処理工程及びコストを付加する
。生産要求を維持するために、製作者は単位当り約250,000〜1,000,000ドルのコ
ストで追加の真空プレスを購入し、ＰＣＢ製作プロセスへの鋼板の再導入による
生産性の低下を補償しなければならない。
【０００６】 今日、製作者は多くの品質上の問題と高いコストをもってハイテクノロジー高
密度基板上に３〜８個のＰＣＢパネルを製作している。現在のＰＣＢ技術の高密
度状態は、0.062インチステンレス鋼板とアルミニウムの薄いシートの２つのセ
パレータを必要とする。これはＰＣＢ製作プロセスの進化の始まりへ戻る高価な
工程である。
【０００７】 銅／アルミニウム積層構造中のアルミニウムの薄片の使用は、単純に今日のハ
イテクノロジーの高密度ＰＣＢの要求に見合わない。そのような積層体はプリン
トスルーを受けやすいこと、及び、像転写、位置ずれ、ふくれ、そり、層剥離な
どを含む多くの欠点を生じる。加えて、それらは許容できない表面粗さを示す。
【０００８】 非接触プリンティング（off contact printing）はしばしば像転写から生じる
。これは一般的に乾いた膜の接着と、１対１のイメージをパネル上に露光する能
力を妨げる。その結果、そのような積層体は典型的に４〜６層のＰＣＢの製作に
限定される。さらに、各ＰＣＢパネルにしばしばシムが要求される。シムの使用
が多くのコストをＰＣＢ製造に加える。シムは使用するたびに労力を要する清掃
プロセスを経なければならない。シムは非常に高価であり、多くのＰＣＢ製造者
はシムの清掃のために製造施設内のスペースを確保しなければならなかった。
【０００９】 位置ずれは内側層の過剰な移動により生じる。これはドリルの破壊を生じさせ
、ＰＣＢを使用できないものにする。また、１３ミル未満で、４ミル程度のも小
さい穴が典型的である場合、ドリルの破壊はハイテクノロジーＰＣＢの位置ずれ
からも生じる。
【００１０】 ふくれは、アルミニウムが示す不均一な熱膨張から生じる。不均一なＣＴＥは
多数のホットスポットを作り、それがふくれを生じさせる。この問題は製作後６
ヶ月又はそれ以上現れないことがあり、よって主たるシステムの失敗を生じさせ
る。
【００１１】 表面の粗さもアルミニウムに伴う問題である。高い表面粗さは非接触プリンテ
ィング、ドリルのビットの破壊、材料の損失を生じさせる。また、積層体はそり
を生じやすく、それは積層体を使用不可とする。また、層剥離は低圧での積層体
の使用において観察される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従来のＰＣＢ積層体及び積層プロセスに内在する欠陥は、本発明の積層体構造
により解決される。その積層体構造は、一般的に、銅製シートに取り付けるため
の合金鋼分離シートと、アルミニウム又は銅以外であって銅製シートに取り付け
られる耐腐食性金属のシートと、を含む。限定としてではなく、例として、本発
明の１つの観点によれば、それらの欠陥は耐腐食性コーティングと単一の冶金学
的性質を有する合金鋼のシートにより解決できる。金属鋼シートは、分離要素と
して使用することができ、非結合銅製フォイルと束ねることができ、又は、例え
ば米国特許第5,153,050号、米国特許第5,120,590号、又は米国特許第5,512,381
号に記載された方法の接着材料などを使用するあらゆる従来の方法によって銅製
フォイル層に任意的に取り付けることができる。本発明の別の観点によれば、そ
れらの欠陥は、好ましくは耐腐食性コーティングを有する鋼層と、同様の取り付
け手法を使用して合金鋼に取り付けられた銅製フォイル層とを含む積層構造によ
り解決される。従って、接着材料が、連続的密閉を提供するために米国特許第5,
153,050号に記載されたような帯上に接着材料が適用されるか、連続的でも実質
的に連続的でもない密閉を提供する米国特許第5,120,590号に記載されるように
間欠的スポット又はアイランド状に適用されるかは問わない。また、接着材料が
可撓性か剛性かも問わない。しかし、接着材料は、プレス温度においてシートを
開放するか、そうでなければ後続のシートの分離を妨げない種類のものとすべき
であることが理解される。本発明のさらに別の観点によれば、シートは抵抗溶接
などを使用して相互に直接的に接合されるので、接着材料を使用せずに接合が行
われる。
【００１３】 本発明の積層構造においては、銅製フォイル層が鋼層の一面又は両面に取り付
けられる。加熱し、ＰＣＢパネルに対して圧縮した時に、銅は最終製品のＰＣＢ
に接着し、ＰＣＢの機能的要素となる。鋼層はその後に除去され、廃棄される。
本発明における鋼層の使用は、プレスレイアップにおける従来の0.062インチス
テンレス鋼の使用を排除し、及び／又は減少させる。その結果、ＰＣＢの表面品
質は改善され、像転写が減少し、別個の0.062インチステンレス鋼分離板を使用
するコストを要せずに、より平坦で波打たないＰＣＢが製造される。さらに、本
発明の鋼と銅との熱膨張率（CTE）の近似性により、ＰＣＢが平坦に製造され、
フォイル層がシート積層体の基板層に対して良好に整列する。
【００１４】 ＰＣＢの製造のためのシート積層体製作手法及びプロセスについてのさらなる
情報は、米国特許第4,875,283号、5,120,590号、5,512,381号、及び5,153,050号
に見ることができる。
【００１５】 合金鋼分離シート及び本発明の銅／鋼積層構造は、銅／アルミニウム、銅／銅
、及び他の既知の銅／金属の積層構造に対して優れた性能を示す。例えば、本発
明の積層構造によれば、シムを使用することなく、１８層までの層を有するＰＣ
Ｂを製造することができる。本発明で使用する合金鋼はアルミニウム／銅及び銅
／銅の積層体に関連する像転写の問題を生じないので、本発明は従来の積層体に
比べてブック（book）当りでより多数のＰＣＢを許容し、それにより容易に多数
の製造を可能とする。加えて、合金鋼はＰＣＢを高圧で動作させることを可能と
し、それにより平坦でより有用なＰＣＢ領域を提供する。さらに、従来の0.062
インチステンレス鋼分離板の必要をなくし、材料及び施設のコストを減少させる
。また、本発明で使用する鋼層はアルミニウムより安定的な温度上昇を示し、そ
れにより誤整列やドリルの破損の可能性を減少させる。本発明の金属基板のCTE
は銅のそれと近いので、ふくれや湾曲も減少する。また、本発明の鋼の滑らかな
表面は高密度ＰＣＢの製作を促進する。また、アルミニウム／銅及び銅／銅の積
層構造に関連する層剥離の問題も排除される。
【００１６】 本発明の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用する分離シートであっ
て、ＣＢ製作において0.062インチステンレス鋼とアルミニウム分離シートの使
用を不要とする分離シートを提供することにある。
【００１７】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート積層体
であって、アルミニウム分離シートとそれに関連する問題を除去するシート積層
体を提供することにある。
【００１８】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ積層体構造における機能層と分離層の間の接着材
料の使用の必要性を除去することにある。
【００１９】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ製造における無駄な量を減少させることにある。
【００２０】 本発明の別の目的は、アルミニウムの分離シートに関連する表面品質及び像転
写の問題を除去することにある。
【００２１】 本発明の別の目的は、従来の0.062インチステンレス鋼分離板の一定のスラビ
ング及び清掃を不要とすることにある。
【００２２】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート積層体
であって、機能的要素と分離シートとの間の接着材料の使用を不要とするシート
積層体を提供することにある。
【００２３】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート積層体
であって、従来の0.062インチステンレス板とそれに関連する問題を除去する積
層シートを提供することにある。
【００２４】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート積層体
であって、基板層からフォイル層への像転写を減少させ、及び／又はなくすシー
ト積層体を提供することにある。
【００２５】 本発明の別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート積層体
であって、より平坦で波打たないＰＣＢパネルをもたらすシート積層体を提供す
ることにある 本発明の別の目的は、銅のCTE以下のCTEを有するＰＣＢ層間のプレスレイアッ
プに使用するシート積層体を提供することにある。
【００２６】 本発明のさらに別の目的は、ＰＣＢ層間のプレスレイアップに使用するシート
積層体であって、所定のプレス開口で製造できるＰＣＢパネル数を最大化するシ
ート積層体を提供することにある。
【００２７】 本発明のさらなる目的及び長所は明細書の以下の部分において明らかになり、
その詳細な記載は、本発明を制限することなく、本発明の好適な実施形態を完全
に開示することを目的としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明は、図示の目的のみを有する以下の図面を参照することにより、より完
全に理解することができるであろう。
【００２９】 図１乃至４では、以下の技術的記載と同様に、同一の部分には同一の参照番号
が付されている。図１乃至４において、本発明の実施形態は、耐腐食性コーティ
ングと単一の冶金学的特性を有する合金鋼分離シートと、銅製の薄いシートに接
着された鋼材料の薄いシートを含む積層体構造とを備える。その機器は、ここに
記載する基本的発想から離れることなく、構成及び部分の詳細によって変形する
ことが可能であることが理解される。
【００３０】 図１及び図２において、本発明の好適な実施形態によるＰＣＢ製造のためのシ
ート積層体１０が一般的に示されている。シート積層体１０は、銅製フォイル層
１４に接着された金属基板層１２を含む。本発明によれば、金属基板層１２は好
ましくは、ここに記載する性質を有する合金鋼を含む。また、本発明は銅／金属
の積層体の観点からここに記載されるが、本発明の発想は、ＰＣＢ製造産業で典
型的に使用される銅／金属基板／銅の積層体等の付加層を有する積層体にも同様
に適用されうることが理解される。
【００３１】 銅製フォイル層１４は鋼層１２の一面又は両面に配置することができる。本発
明による鋼層の使用は、像転写を減少させ、ＰＣＢの表面品質を改善するために
は、一般的に使用される0.010インチ〜0.015インチの3004アルミニウム基板より
優れており、またＰＣＢパネルの生産性を大きく改善することがわかっている。
本発明のシート積層体１０は、約150psi〜250psiの範囲内で動作する伝統的な低
圧真空プレス、及び、アルミニウムの能力を大きく超えた500psiに至る高圧プレ
スの両方で使用するように設計されている。
【００３２】 1001低炭素鋼も適当であるが、ニッケル又は亜鉛ニッケルをメッキした1008低
炭素鋼は本発明の目的に適合するために理想的であることがわかっている。鋼層
１２の厚さは、約0.002インチ〜0.025インチの間とすることができ、好ましい厚
さの範囲は約0.005インチから約0.015インチの範囲である。銅製フォイル層１４
は好ましくは約0.00025インチから約0.005インチの範囲内の厚さを有する。
【００３３】 約0.008インチの厚さの鋼層１２の使用により、本発明の他の目的に適合しつ
つ大きな生産性を達成することができ、その厚さは本発明の好適な実施形態を代
表する。約0.008インチの厚さの鋼層１２の使用は、プレスのレイアップにおい
て必要な多数の鋼板の必要を排除し、又はその数を減少させ、より多数のＰＣＢ
パネルを所定の積層プロセスのためにプレス内に配置することを可能とする。ま
た、アルミニウム基板の使用の成功のために必須である積層プロセス中の“キス
サイクル（kiss cycle）”を本発明による鋼層の使用の結果として除去すること
ができ、それにより全体の製造時間が減少する。“キスサイクル”の機能は、完
全な圧力が適用される前にエポキシを軟化又は溶解することである。完全に溶解
したエポキシは、高圧領域から回路間領域へと流れ、プリントスルーを最小にす
る。
【００３４】 説明の目的で、表１において、本発明で使用される好適な合金鋼の冶金学的及
び他の特性をアルミニウムと比較している。
【００３５】 製作されたＰＣＢ積層体の表面は、それに対してプレスされた材料と同程度に
滑らかであるに過ぎない。金属基板を有するＰＣＢ積層体の表面品質は、約１２
RMS未満の表面仕上げの鋼層を使用することにより大きく改善される。比較する
と、アルミニウムは１８RMS〜２５RMS程度の表面仕上げを有する。表面仕上げの
問題は、小型化が目的である場合は特に重要である。それは、密な電気的パスを
エッチングする場合にＰＣＢの表面上に存在する不完全性が少ないほど、ＰＣＢ
の最終製品は信頼性が高くなるからである。また、本発明で使用される鋼基板１
２は、アルミニウムなどの他の材料の何倍も硬いので、スクラッチ、穴、くぼみ
の傾向が少ない。従って、本発明による鋼基板を有するＰＣＢ積層体は表面が不
完全となる可能性が低い。
【００３６】 シート積層体１０において使用される鋼基板により提供される他の利点は、鋼
が提供する硬度及びそれに伴う高い剛性であり、それはフォイル層１４へ、最終
的には最終製品ＰＣＢへの像転写を大きく減少させる。本発明の目的において、
本発明の鋼についての約200のヌープ硬さが望ましい満足できる結果をもたらす
。また、そのような鋼基板を積層したＰＣＢ積層体はアルミニウム基板積層した
ＰＣＢ積層体と比較して波状になりにくい。また、硬い鋼基板は本発明の視野を
満足し、考慮していることが理解されるであろう。例えば、特定の厚さにおいて
、約850程度のヌープ硬さ定格の鋼基板を提供者から取得することができる。但
し、典型的にこのように薄く硬い鋼は産業において容易には入手できない。柔ら
かい鋼基板は柔らかすぎない限りは許容されることが理解される。例えば、約15
0のヌープ硬さを有する鋼許容値基板も満足できる結果を生じる。また、ここに
記載する望ましい結果を達成するためには、本発明の鋼基板はアルミニウム又は
銅のいずれかより硬くなければならない。
【００３７】 好ましくは、鋼基板はニッケル又はニッケル−亜鉛でメッキして耐腐食性を有
するが、ポリマーや電解アルミニウム（クロム）を含む他の一般的な耐腐食性コ
ーティングを使用することができる。しかし、鉛は非常に柔らかく、加熱時に銅
製フォイル層に接着するので適当な材料ではない。他の驚くべき特性はニッケル
メッキ鋼基板１２から得られる。即ち、高温になると硬さが増加することである
。例えば、ニッケルメッキ鋼基板の硬さは、基板が硬化温度である華氏350度ま
で加熱されると約２０％増加する。ニッケルメッキの最適な厚さは典型的に約20
μインチから約50μインチの間である。
【００３８】 また、本発明で使用される鋼層１２により提供される大きな剛性は、銅製フォ
イル層１４のための良好な支持を提供し、実際にアルミニウム基板に関連するベ
ローズ効果を排除する。低い剛性のため、アルミニウム基板は容易にたわみ、ア
ルミニウム基板はたわむと銅製フォイル層から瞬間的に分離し、それにより吸引
が生じて結果として生じたギャップに塵やデブリを引き込む。即ち、ベローズ効
果が生じる。塵やデブリがギャップに入ることの結果として、くぼみやエポキシ
スポットが最終製品ＰＣＢの表面に現れる。よって、アルミニウム基板において
は不可欠である鋼層１２とフォイル層１４の間の完全な密閉は、鋼基板において
は不要である。
【００３９】 重要なことに、アルミニウムとニッケルメッキした鋼の原子結晶格子パターン
は非常に相違している。アルミニウム中の原子は面心立方体（FCC）パターンに
配置されている。しかし、鋼中の原子は体心立方体（BCC）パターンに構成され
ている。鋼基板上のニッケルメッキは無定形であり、定まった微細構造を有しな
い。この材料は、鍛練した製品ではなく、電気的メッキプロセスにより作られる
。これらの結晶格子パターンは各材料の物理的及び機械的性質に大きく影響し、
それらが同一の加熱環境下で異なる特性を与える理由を説明する。
【００４０】 鋼の伝熱特性は、少ない可変性で一貫した器に綱温度上昇をもたらす。ＰＣＢ
パネル厚さの変化を減少させ、本発明によるより一貫した積層体品質をもたらす
のは、この温度上昇の均一性である。鋼は銅のCTE（例えば約9.8μインチ／°Ｆ
）より小さいCTEを有し、銅製フォイル層を鋼基板層に対して整列させる。熱膨
張プロセス中に、銅製フォイル層１４は基板１２よりも移動し、銅以下のCTEを
有する基板材料は２つの物質間の整列を最適化する。基板１２は好ましくは約6.
5μインチ／°Ｆから約7.5μインチ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する。銅はアル
ミニウムの膨張と比較して約50％膨張し、鋼はアルミニウムと比較して約90％膨
張する。直接的な比較では、アルミニウムのCTEは鋼のCTEより84％大きい。これ
は、室温（70°Ｆ）から硬化温度まで加熱したアルミニウムの24インチ幅無制限
シートが約0.090インチだけ増加した幅を有することを意味する。同一の比率の
鋼シートは約0.049インチの幅増加を有し、銅は約0.066インチの幅増加を有する
。銅と鋼の寸法の相違がアルミニウムと銅の寸法の相違よりも小さいのみでなく
、鋼が、好ましいとされる銅よりも全体として膨張が少ないことが明確に理解さ
れる。その結果、鋼基板を使用して製造されたＰＣＢはアルミニウム基板を使用
して製造されたものより平坦で均一である。
【００４１】 ＰＣＢパネルのための主たる材料は編み込み状ファイバーグラスであり、それ
は粘性熱硬化樹脂とプレプレグネート（プリプレグ）される。シート積層体中の
フォイル層からの銅は、積層中にプレス中のプリプレグの各面に転写される。積
層中に、編み込み状ファイバーグラスと樹脂プリプレグは加熱され、粘性液体と
なり、積み重ね中の金属とともに膨張可能となる。従って、硬化のための熱上昇
中に熱膨張によってこれらの剛性材料に大きなストレスが加わることはない。銅
製フォイル層１４は鋼層１２に比べて非常に薄いので、摩擦力は加熱中の銅製フ
ォイル層１４の動きを制限する。従って、銅は基板材料が膨張するとそれに屈す
る。基板材料がアルミニウムであれば、銅製フォイル層は、硬化温度まで加熱さ
れた24インチ回路基板の幅を超えて0.024インチ伸び、不均一な局部的負荷によ
りフォイル層が不均一に伸び、ある領域ではその伸びは他の領域より大きくなり
、銅製フォイル層に“リップリング”又は“ウェービー（wavy）”効果を生じさ
せる。一方、この本発明により従って基板材料が鋼であるならば、銅製フォイル
層１４は硬化温度までの加熱中には伸びず、よって銅製フォイル層１４には不均
一な負荷は生じず、また銅製フォイル層１４にひずみを生じさせるふくれは減少
する。
【００４２】 ＰＣＢ製造産業における従来の積層構造で使用されるように接着材料を使用す
る代わりに、本発明の鋼層１２は好ましくは複数の離間した溶接部により銅層１
４に取り付けることができる。溶接部１６は材料の表面間の接触接着であり、一
般的には直径４ミル〜２０ミルの円形溶接部を含む。こうして、２つの材料の表
面を、接着剤やハンダなどの他の直接的接着材料を使用することなく接合するこ
とができる。抵抗溶接は他の産業で知られた手法であるが、そのＰＣＢ製造産業
への適用は独特である。
【００４３】 抵抗溶接は熱電的プロセスであり、接合すべき部分に電流を通じることにより
熱を発生する。そのプロセスは電極を使用して十分な力で部分を一体に押しつけ
、そうしなければ電流の流れを妨げるであろう表面酸化物を除去する。物理的な
接触が確立されると、抵抗により発生した熱と物理的圧力の制御された結合が電
極を通じて与えられ、実際の接合を作り出す。発生した熱量は印加電流、印加時
間の長さ、及び接合する部品間の抵抗プロファイルの関数である。
【００４４】 抵抗溶接は一般的に、３つの方法のうちの１つで材料を接合する方法として理
解される。第１の方法は、ろう接又はハンダ接合によるものであり、接合すべき
部分の抵抗加熱が、直接接合材料として使用される銀ハンダ合金又は錫／鉛ハン
ダなどの第３の金属を溶解するのに十分な熱を発生させる。第２の方法は、鍛接
によるものであり、非常に短い溶接時間電流を使用して部分を溶解することなく
一体に鍛造する、即ち金属対金属の接合を作る。鍛接は異なる材料の接合に特に
適する。第３の方法は溶融接合によるものであり、長いパルスを使用して両部品
を接合点で液体まで溶融し、部分を一体に保持し、それらを冷却して金属対金属
の接合を確立する。溶融接合は２つの類似した材料を接合する時に良く適してい
る。
【００４５】 本発明の好適な実施形態では、溶融接合や、材料間にハンダなどの直接接合剤
を使用するのではなく、鍛接を使用して材料を接合する。溶接部１６を十分に弱
くし、積層構造がプレス内に配置され、銅が加熱されてＰＣＢパネル上に圧縮さ
れた時にＰＣＢパネル内の銅とプリプレグが自動的に溶接を破壊して金属基板１
２を容易に除去及び廃棄できるようにすることが重要である。ここに記載する材
料を使用した銅／鋼／銅の積層構造については、約10.6ワット秒のエネルギーと
約５ポンドの溶接ヘッド力を使用することにより満足できる溶接を達成すること
ができる。これらのレベルは以下の変数によって影響を受ける：熱の発生に使用
される溶接エネルギー、エネルギーの印加時間、印加される物理的溶接力、及び
冶金学的性質、抵抗、厚さ、構成及びコーティングなどの接合される材料の性質
。好ましくは約5.0ワット秒〜約25ワット秒のエネルギー並びに約２ポンド〜１
０ポンドの力を使用して製作の相違を調整することができる。正確な値は経験的
に決定することができる。
【００４６】 本発明により抵抗溶接を実行するために適当なシステムは、UNITEKから入手す
ることができ、それは、最大出力125ワット秒のモデル125DPデュアルパルス電源
、定格２KVAのモデルPM7SプログラマブルAC電源、定格125ws/2kva及び８オンス
〜２０オンスの力のモデル80A/24空気作動溶接ヘルド、モデルESO413タングステ
ン電極、並びにモデルEW4002及びHW1090ホイール電極を含む。他の種類の溶接技
術を使用することができ、接合は材料の処理中に損なわれないがプレス中には破
壊することが可能な程度の強さで足りることが理解される。
【００４７】 溶接部１６はシートの周囲でマージン領域１８内に配置される。顧客が指定し
たならばマージン領域１８の幅を大きくすることができるが、本発明はこの産業
において通常見られるよりも小さいマージン領域の使用を可能とする。より詳細
には、抵抗溶接を実行可能な精度のため、本発明ではマージン領域１８の幅を望
まれればシートの外端部から約0.25インチ以下に減らすことができる。例えば、
従来の積層構造は典型的に約0.50インチ〜1.0インチの範囲内の幅のマージン領
域を有し、それは約1.0インチ〜2.0インチの総オーバーラップを生じる。これは
、積層構造の周囲に使用不可領域を残す接着剤の流動率による。実際には、使用
不可なマージン領域は製造プロセス中に切り取られ、最終製品の基板サイズを残
す。例えば、接着材料を使用する標準サイズの18インチ×24インチ積層体を達成
するためには、積層後に切り取られる0.50インチの境界が各側部にあるので、一
般的に19インチ×25インチの積層体が必要となる。従って、本発明の抵抗溶接手
法は、無駄を省き、ＰＣＢパネルの効果的に使用可能な領域が大きいという長所
を有する。
【００４８】 溶接部１６は、ギャップ又は開口２０が溶接部１６間に規定されるように、一
般的に直線上に複数回現れるように配置される。ギャップ２０の長さは可変であ
るが、典型的には製品の種類及び仕様に応じて1/2インチ〜2.5インチの範囲内と
なる。積層体１０の各端部に沿った開口２２は典型的なツール位置を示す。開口
２２は典型的に機器１０の外端部と最終製品の回路領域２４の間に配置される。
最終製品のパネル端部２６は、顧客によるバリの切り取りによって形成される。
【００４９】 また、本発明による鋼層の使用は銅／アルミニウム積層構造中に見られるベロ
ーズ効果を除去するので、塵やデブリの進入に対する防御のために層間に連続的
な密閉は不要である。従って、本発明では、接着材料が不要であるのみならず、
接合点もシートの周囲に帯を形成する必要がない。また、溶接部１６は構造の４
つの全ての側部に沿って配置された形で図示されているが、代わりにそれらを１
つの側部、２つの隣接する側部、又は３つの側部に沿って配置することもできる
。
【００５０】 図３を参照すると、説明の目的において、接合材料として接着剤を使用する本
発明の代替的実施形態が示されている。ここで、積層構造は、溶接部１６の代わ
りに接着剤３０の不連続な出現２８が使用されていることを除いて上述のものと
同じである。ラバーコンパウンドとして接着剤は使用前より処理における大きな
耐久性を提供するので、接着剤３０は好ましくはラバーコンパウンドを含む。接
着剤３０は、最終製品及び顧客の要求に応じて、シートの周囲で典型的には約0.
50インチ〜１インチの幅であるマージン１８内に配置される。接着剤３０は、ギ
ャップ又は開口２０が接着剤３０の出現２８間に規定されるように、一般的に直
線的な複数の出現２８に配置される。各出現２８における接着剤３０の幅は典型
的に約0.002インチから約0.100インチの間で変化するが、典型的には約0.060イ
ンチ〜約0.090インチの間であり、その高さ又は厚さは典型的に約0.001インチ〜
約0.003インチの間である。接着剤３０の各出現２８は、線、ストリップ又はド
ットの形状とすることができる。ベローズ効果が除去されるために本発明の鋼層
１２を使用においてそうする必要はないが、接着剤３０を銅／アルミニウム積層
構造において行われるように、図４に示す如く連続的な帯３２として適用するこ
ともできる。しかし、接着剤３０の好適な配置は図示のようにギャップ構成中の
ものであり、接着剤材料１６の出現２８が周囲長さの約40％〜60％の範囲内であ
り、それにより周囲の40％〜60％に沿ってギャップ２０を残す。
【００５１】 従って、本発明はＰＣＢパネルを製造するための積層のプレスレイアップに配
置される積層構造として使用される抵抗溶接を使用するために、鋼基板層と銅製
フォイル層の接合を提供することが理解される。加えて、本発明はまた、特性に
おいて従来の金属基板層より優れた金属基板層を提供する。上述の説明は多くの
詳細を含むが、これらは本発明の視野を限定するものと解釈してはならず、本発
明の現在の好適ないくつかの実施形態を説明するに過ぎないと解釈すべきである
。よって、本発明の視野は添付の請求の範囲及びその法律上の等価物により決定
される。
【００５２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方向付けされた接合積層体の概略的平面図である。
【図２】 図１に示す積層体の線２−２で切った断面である。
【図３】 本発明による積層体の接合接着の実施形態の概略的平面図であり、接着材料が
不連続に現れるように適用されている。
【図４】 本発明の積層体の接合接着の実施形態の概略的平面図であり、接着材料が帯状
に適用されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／１９３，４６１ (32)優先日 平成10年11月17日(1998．11．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２１０，３４９ (32)優先日 平成10年12月11日(1998．12．11) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4F100 AB03A AB17B AB17C AB33B AB33C AT00A BA02 BA03 BA32 DB01 EJ20 EJ91 GB43 JJ03A JK12 JK12A JL02 JN21A YY00A YY00B YY00C

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プリント回路基板の製造に使用する分離シートにおいて、金
    属基板を有し、前記金属基板は約150〜約850の間のヌープ硬さを有し、前記金属
    基板は約12RMS未満の表面仕上げを有する分離シート。
  2. 【請求項２】 前記基板は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求項１
    に記載の分離シート。
  3. 【請求項３】 前記基板は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数を有する請
    求項１に記載の分離シート。
  4. 【請求項４】 プリント回路基板の製造に使用する分離シートにおいて、約
    9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数と、約12RMS未満の表面仕上げを有する金属
    基板を有する分離シート。
  5. 【請求項５】 前記基板は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求項４
    に記載の分離シート。
  6. 【請求項６】 前記基板は約150〜約850の間のヌープ硬さを有する請求項４
    に記載の分離シート。
  7. 【請求項７】 プリント回路基板の製造に使用する分離シートにおいて、約
    9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数と、約150〜約850の間のヌープ硬さと、約12
    RMS未満の表面仕上げと、を有する金属基板を有する分離シート。
  8. 【請求項８】 前記基板は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求項７
    に記載の分離シート。
  9. 【請求項９】 プリント回路基板の製造に使用する分離シートにおいて、約
    9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数と、約150〜約850の間のヌープ硬さと、約12
    RMS未満の表面仕上げと、約0.002〜約0.025インチの厚さとを有する金属基板を
    有する分離シート。
  10. 【請求項１０】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層であって、前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数
    と、約150〜約850の間のヌープ硬さとを有する金属基板層と、 前記金属基板層の表面に接合される少なくとも１つの銅製フォイル層と、を有
    するシート積層体。
  11. 【請求項１１】 前記基板層は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求
    項１０に記載のシート積層体。
  12. 【請求項１２】 前記基板層は約12RMS未満の表面仕上げを有する請求項１
    ０に記載のシート積層体。
  13. 【請求項１３】 前記銅製フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さ
    を有する請求項１０に記載のシート積層体。
  14. 【請求項１４】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層であって、前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数
    と、約12RMS未満の表面仕上げと、を有する金属基板層と、 前記金属基板層の表面に接合される少なくとも１つの銅製フォイル層と、を有
    するシート積層体。
  15. 【請求項１５】 前記基板層は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求
    項１４に記載のシート積層体。
  16. 【請求項１６】 前記銅製フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さ
    を有する請求項１４に記載のシート積層体。
  17. 【請求項１７】 前記基板層は約150〜約850の間のヌープ硬さを有する請求
    項１４に記載のシート積層体。
  18. 【請求項１８】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層であって、前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数
    と、約150〜約850のヌープ硬さと、約12RMS未満の表面仕上げと、を有する金属
    基板層と、 前記金属基板層の表面に接合される少なくとも１つの銅製フォイル層と、を有
    するシート積層体。
  19. 【請求項１９】 前記基板層は約0.002〜約0.025インチの厚さを有する請求
    項１８に記載のシート積層体。
  20. 【請求項２０】 前記銅製フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さ
    を有する請求項１８に記載のシート積層体。
  21. 【請求項２１】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層であって、前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数
    と、約150〜約850のヌープ硬さと、約12RMS未満の表面仕上げと、約0.002〜約0.
    025インチの厚さとを有する金属基板層と、 約0.00025〜約0.005インチの厚さを有し、前記金属基板層の表面に接合される
    少なくとも１つの銅製フォイル層と、を有するシート積層体。
  22. 【請求項２２】 プリント回路基盤の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基盤層と、 前記基盤層の表面上に配置された少なくとも１つの銅製フォイル層と、 前記フォイル層の周囲に沿って略直線状に配置され、前記基盤層と前記フォイ
    ル層とを接合する複数の離間した溶接部と、を備えるシート積層体。
  23. 【請求項２３】 前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数と
    、約150〜約850のヌープ硬さと、を有する請求項２２に記載のシート積層体。
  24. 【請求項２４】 前記基板層は約0.002〜約0.025の厚さを有する請求項２１
    に記載のシート積層体。
  25. 【請求項２５】 前記基板層は約12RMS未満の表面仕上げを有する請求項２
    １に記載のシート積層体。
  26. 【請求項２６】 前記フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さを有
    する請求項２１に記載のシート積層体。
  27. 【請求項２７】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層と、 前記基板層の表面上に配置された少なくとも１つの銅製フォイル層と、 前記基板層と前記フォイル層とを接合する複数の金属対金属接合であって、前
    記接合は、前記接合間にギャップが規定されるように前記フォイル層の周囲に沿
    って略直線上に配置された前記複数の接合と、を備えるシート積層体。
  28. 【請求項２８】 前記基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数を有し
    、前記金属基板層は約12RMS未満の表面仕上げを有する請求項２７に記載のシー
    ト積層体。
  29. 【請求項２９】 前記基板層は約0.002〜約0.025の厚さを有する請求項２７
    に記載のシート積層体。
  30. 【請求項３０】 前記フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さを有
    する請求項２７に記載のシート積層体。
  31. 【請求項３１】 前記基板層は約150〜約850の間のヌープ硬さを有する請求
    項２７に記載のシート積層体。
  32. 【請求項３２】 プリント回路基板の製造に使用するシート積層体において
    、 金属基板層であって、前記金属基板層は約9.8μインチ／°F未満の熱膨張係数
    と、約150〜約850のヌープ硬さと、約12RMS未満の表面仕上げと、を有する金属
    基板層と、 前記基板層の表面上に配置された少なくとも１つの銅製フォイル層と、 前記基板層と前記フォイル層とを接合する複数の金属対金属接合であって、前
    記接合は、前記接合間にギャップが規定されるように前記フォイル層の周囲に沿
    って略直線上に配置された前記複数の接合と、を備えるシート積層体。
  33. 【請求項３３】 前記基板層は約0.002〜約0.025の厚さを有する請求項３２
    に記載のシート積層体。
  34. 【請求項３４】 前記フォイル層は、約0.00025〜約0.005インチの厚さを有
    する請求項３２に記載のシート積層体。
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