JP2004259731A

JP2004259731A - 回路基板製作方法及び回路基板製作用治具

Info

Publication number: JP2004259731A
Application number: JP2003045644A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogura; 洋小倉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】本発明は、熱可塑性樹脂を誘電体として用い、誘電体上下に配置されている銅箔を簡易に導体接続させる回路基板製作方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂１、上部銅箔２、下部銅箔３から構成される回路基板形成材料を加熱しながら、突起を持つ治具６を押し当てるとともに、治具６に超音波を与えることで、上部銅箔２と下部銅箔３の導体接続を実施する。簡易に導体接続が可能となるため、安価で大量生産向きの回路基板が製作できるとともに、マイクロ波やミリ波帯の高周波回路製作が容易となり、無線端末、無線基地局、レーダー装置を安価に製作することが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板製作方法及び回路基板製作用治具に関するものであり、特に、２層もしくは多層の配線間の接続を簡易にならしめる方法について提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスエポキシ基板は、通信機器、コンピューターなどの電子機器用の基板として広く用いられているが、エポキシが熱硬化型の樹脂であることから再生が難しいため、近年の環境負荷配慮の観点から、再生が容易な熱可塑性樹脂のみを誘電体として用いる回路用基板材料の出現が望まれている。一例として、熱可塑性樹脂による２枚の基板素片を貼り合わせてフレキシブル配線板を形成したものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
液晶ポリマーは、熱可塑性の樹脂であり、ガラスクロスを用いなくても液晶ポリマーを誘電体としてその両面に銅箔を直接貼り合わせることが可能であることと、誘電損失がガラスエポキシ誘電体よりも小さいため高周波を扱う基板材料として有利であることから、回路基板への展開が期待されている材料である。
【０００４】
両面銅貼りの液晶ポリマーは、すでに回路作成用材料として市販されているが、この両面銅貼り液晶ポリマーを回路基板として用いる場合、一般に図４を示す工程を経て、回路基板として加工される。
【０００５】
図４において（ａ）は、両面銅貼りの液晶ポリマーの断面図を示しており、１は液晶ポリマー、２は液晶ポリマーの上層に貼り付けられた銅箔、３は液晶ポリマーの下層に貼り付けられた銅箔を示している。回路基板を製作するためには、この図４（ａ）の状態を出発として、加工が行われていく。
【０００６】
図４（ｂ）は上層の銅箔２と下層の銅箔３を電気的に接続するための前工程として、両面銅貼り液晶ポリマーにスルーホールと呼ばれる貫通孔を空ける工程を示しており、４はスルーホールを表している。
【０００７】
スルーホールを形成する具体的な手法としては、ドリル加工を用いることが一般的である。ドリル加工は加工プログラムを実施することにより任意の場所に貫通孔を形成することができる。また、図示していないが、ドリル加工でスルーホールを形成した後、後工程のめっき膜形成を容易にさせるため、スルーホール加工面の洗浄、および薬液処理を行う工程も存在する。
【０００８】
図４（ｃ）は、スルーホール４内に銅めっきを行なうことで、上層の銅箔２と下層の銅箔３の電気的接続を銅５により果たす工程を示している。
【０００９】
図４（ｃ）の工程の後、上層の銅箔２および下層の銅箔３に対しレジストマスクを形成し、その後ウエットエッチングを行なうことで各銅箔に回路パターンを形成させることにより、回路基板を完成させることができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１１９１４５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の回路製作方法は、工程数が多く、回路製作に時間がかかるという課題を有している。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂、特に液晶ポリマーを誘電体とする両面銅貼り材料を、容易に回路基板に作製できる方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板製作方法は、熱可塑性樹脂を誘電体として用い、誘電体の両端に金属膜が形成されている回路形成用材料を加工する方法であって、回路形成材料を加熱するとともに、突起を有する構造体に超音波を加えながら、構造体の突起部を回路形成材料に対し押し当てて、誘電体の両端に形成されている金属膜の一部を接続させる構成を採る。このような構成によれば、回路形成用材料にスルーホールなどの貫通孔を形成させることなく、上下に配置された金属膜の電気的接続を簡易に果たすことが可能となる。
【００１４】
また本発明の別の高周波回路製作方法は、熱可塑性樹脂を誘電体として用い、誘電体の両端と内部に金属膜が形成されている回路形成用材料を加工する方法であって、回路形成材料を加熱するとともに、突起を有する構造体に超音波を加えながら、構造体の突起部を回路形成材料に対し押し当てて、誘電体の一端に形成されている金属膜の一部と少なくとも１つの他の金属膜の一部とを接続させる構成をとる。このような構成によれば、多層構造の回路形成用材料にスルーホールなどの貫通孔を形成させることなく、上下に配置された金属膜の電気的接続を簡易に果たすことが可能となる。
【００１５】
また本発明の回路基板製作方法は、誘電体の両端の金属膜が銅である構成をとる。このような構成によれば、銅が電気伝導度が良好な材料であることから、導体損の小さい回路基板を製作することが可能となる。
【００１６】
また本発明の回路基板製作方法は、誘電体の材料が液晶ポリマーである構成をとる。このような構成によれば、液晶ポリマー自身の誘電損失が小さいことから、誘電体損を低減した回路基板を製作することが可能となる。
【００１７】
また本発明の回路基板製作用治具は、構造体に形成されている突起が任意に複数個存在する構成をとる。このような構成によれば、一度に複数個の上下銅箔間の電気的接続を取ることが可能となる。
【００１８】
また本発明の回路基板製作用治具は、治具を構成する構造体の材質がシリコンであり、その製作方法は、突起物をウエットエッチングを用いて加工する構成をとる。このような構成によれば、平坦度が保証されかつ安価に入手できる半導体製造用のシリコン基板を母材として使用できるため、安価な回路基板製作用治具を製作することが可能となる。
【００１９】
また本発明の回路基板製作用治具は、治具を構成する構造体の材質がシリコンであり、その製作方法は、突起物をドライエッチングを用いて加工する構成をとる。このような構成によれば、シリコンの結晶方位の影響を受けない突起加工ができるため、突起形状を任意の形にすることが可能となる。
【００２０】
また本発明の回路基板製作用治具は、治具を構成する構造体の材質がステンレス、タングステン、銅もしくは銅含有合金のいずれかの材料であり、その製作方法は、突起物をウエットエッチングにて加工する構成をとる。このような構成によれば、ステンレスまたはタングステンを母材とする場合は耐腐食性の面で有利であり、銅もしくは銅含有合金を母材として使用する場合は他の金属よりも硬度が低いことから加工時の回路基板母材へ損傷を防ぐことが可能となる。
【００２１】
また本発明の回路基板製作用治具は、回路基板製作用治具に、耐熱性を有するコーティング膜、たとえばベンゾシクロブテンやポリイミドがコーティングされる構成をとる。このような構成によれば、回路基板製作用治具の酸化防止が行なえるとともに、ベンゾシクロブテンやポリイミドが銅箔と結合しにくい物質であることから、銅箔に加圧した後の分離が容易になる。
【００２２】
また本発明の回路基板製作用治具は、回路基板製作用治具に、耐磨耗性を有するコーティング膜、たとえば窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とする膜がコーティングされる構成をとる。このような構成によれば、回路基板製作用治具の耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００２３】
本発明の無線端末装置、基地局装置、無線計測装置、レーダー装置は、上記回路基板製作方法を用いて作製した回路基板、あるいは、上記回路基板製作用治具を用いて作製した回路基板、を備えた構成をとる。
【００２４】
これらの構成によれば、安価で、信頼性の高い、通信端末装置、基地局装置、無線計測装置及びレーダー装置を製造することが出来る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
近年、環境配慮の観点において、熱硬化性樹脂が再生、再利用の難しい材料であるのに対し、熱可塑性樹脂は再生、再利用が可能な材料であることから、生産物の環境負荷を低減させるために熱可塑性樹脂の利用が高まっている。
【００２７】
回路基板の材料としても、従来は熱硬化性樹脂であるエポキシの利用が一般的な回路製作方法であったが、環境負荷への配慮から、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂を使った回路基板製作方法の出現が望まれている。
【００２８】
また、誘電体に貼り合わせる金属素材として、銅箔を選択すると、銅（Ｃｕ）が塩化銅、塩化鉄などを用いて容易に回収可能であることから、環境配慮の点で有効となる。
【００２９】
また液晶ポリマーを回路基板の誘電体として利用する回路基板は、特にマイクロ波帯、ミリ波帯などの高周波領域において誘電損失がエポキシなどの熱硬化性樹脂よりも小さいため、高周波帯での回路基板として有望であるとともに、他の熱可塑性材料、たとえばポリイミドや４フッ化エチレン樹脂が非粘着性を有し導体となる銅箔との貼り合わせが接着剤等を用いないと困難なことに対し、液晶ポリマーは接着剤等を用いなくても直接銅箔との貼り合わせが可能であるため、回路基板として製作上、工数低減などの利点が多い。
【００３０】
すでに液晶ポリマーを誘電体として、液晶ポリマーの両面に銅箔を貼り合わせた回路基板作製材料は市販されているが、本発明は、回路基板製作材料である両面銅貼り液晶ポリマーを使用して、液晶ポリマーの熱可塑性を利用し、安価に回路基板を製作する方法を提供することを目的としている。
【００３１】
樹脂の特性を鑑みたとき、熱硬化性とは、材料中に含まれる重合体が加熱により硬化する性質を有する機能を指すもので、エポキシなどの熱硬化性樹脂は、加熱することにより硬化する特徴を持つのに対し、熱可塑性とは、加熱すると塑性変形しやすくなり冷却すると可逆的に硬化する性質を有する機能を指し、液晶ポリマーは熱可塑性樹脂であるため、加熱すると塑性変形を起こしやすい材料特性を持っている。本発明は、液晶ポリマーが熱可塑性の樹脂であることに着目して回路基板の製作方法を提供するものである。
【００３２】
図１は、本発明の一実施の形態であり、液晶ポリマーの熱可塑性という特性に着目した回路基板製作方法の工程を示すものである。
【００３３】
図１（ａ）において、１は液晶ポリマー、２は液晶ポリマー１の上面に貼り合わされた銅箔、３は液晶ポリマー１の下面に貼り合わされた銅箔を示しており、液晶ポリマー１、銅箔２および銅箔３により回路基板形成材料が構成されている。また６は後工程で銅箔２および液晶ポリマーを加圧する治具を示している。
【００３４】
なお、この工程および後工程において、液晶ポリマー１、銅箔２および銅箔３より構成される回路基板形成材料と治具６は任意の温度（おおむね１００〜３００℃）に加熱されているものとする。
【００３５】
図１（ｂ）は、液晶ポリマー１、銅箔２および銅箔３より構成される回路基板形成材料に対し、治具６を加圧することによって、液晶ポリマー１および銅箔２が塑性変形を起こしている状態を示している。熱可塑性樹脂である液晶ポリマー１は加熱により、塑性変形を起こしやすい状態になっており、また、銅箔２は延性に富む材料であることから、治具６の加圧により両者とも塑性変形を起こす。図１（ｂ）中の７は、治具６の加圧により押し流される液晶ポリマーの状態を表している。
【００３６】
図１（ｃ）は、液晶ポリマー１を押し流した後、銅箔２と銅箔３を接合させる工程を示している。銅箔の接合のため、治具６には超音波が印加され、治具６より銅箔２と銅箔３間に超音波エネルギーが伝達されることにより、接合が実施される。図１（ｃ）の８は、超音波の印加状態を表している。
【００３７】
図１（ｄ）は、治具６を取り除き、銅箔２と銅箔３の電気的接続が取れた状態を表している。この工程の後、各銅箔に対しレジストのパターンニング、ウエットエッチングを実施することで各銅箔に回路パターンを形成することにより、回路基板を完成させることができる。
【００３８】
図１に示す本発明の回路基板製作工程を、実際に本発明者が実施し、以下を確認している。
【００３９】
液晶ポリマー１２５μｍ厚、上下の各銅箔１８μｍで構成される銅箔貼り合わせ液晶ポリマーの回路基板形成材料に対し、１５０℃に加熱した後に、ワイヤーボンディング装置を使って、ワイヤーボンディング装置（ウエストボンド社製型番：７７００Ｃ）のキャピラリー（セラミック製、先端径１００μｍ、ワイヤーなしの状態）を加熱かつ超音波（６４ｋＨｚ）を加えながら回路基板形成材料に加圧したところ、良好に上下間の銅箔が接合された。
【００４０】
上記実験は、手動のワイヤーボンディング装置を用いて行なったものであるが、上記実験の応用として、任意の加圧場所を設定できる自動型のワイヤーボンディング装置を用いれば、回路基板形成材料の任意の個所での導体接続が可能となる。
【００４１】
また、図２に示すような金属が多層（図２では３層）構造となった回路基板形成材料も、図１で説明した方法と同様に、導体接続が可能である。
【００４２】
図２（ａ）において、１、２、３、６は図１で説明した部材であり、９は液晶ポリマー１の中間に埋め込まれた銅箔を表している。
【００４３】
図１と図２の違いは、銅箔９の存在の有無である。この銅箔９は一般の回路基板において、内挿配線となるものである。図２においては、図２で示される箇所において銅箔９と銅箔１、および銅箔９と銅箔３の導体接続は実施してはならない箇所で、かつ銅箔２および銅箔３のみの導体接続を実施したい箇所とする。
【００４４】
図２（ｂ）は図１（ｃ）と同様な工程であり、銅箔２と銅箔３を接続させている工程を示している。
【００４５】
図２（ｃ）は図１（ｄ）と同様な工程であり、接合が完了した工程を表している。
【００４６】
図２に示した工程を用いれば、銅箔が複数多層化されている回路基板形成材料に対しても、銅箔間の導体接続が実施可能となる。
【００４７】
なお、上記形態においては、内挿配線である銅箔９が基板の上下面の導体である銅箔２や銅箔３と接続しない場合を示したが、銅箔２と銅箔９、或いは、銅箔２と銅箔９と銅箔３を接続することも可能である。
【００４８】
（実施の形態２）
（実施の形態１）では、回路形成材料に対し、図１の６もしくは図２の６で示した単形状突起の治具を加圧させることにより２層間の導体接続を図ったが、複数個の突起が存在する回路基板製作用治具を用いれば、一度に大量の銅箔間接続が可能である。
【００４９】
図３は、本発明の一実施の形態を示している。図３において１０は複数個の突起をもつ回路基板製作用治具を示しており、１１は治具１０に形成された突起を表している。図３の治具１０には、突起物１が規則的に並んであるように描かれているが、突起物１１の配置は、実際には必要な場所に配置することとなる。治具１０を用いて、図１で説明したような工程で回路基板製作を行なえば、一度に大量の銅箔間接続が可能となり、安価に回路基板を大量生産することが可能となる。
【００５０】
複数の突起物を持つ本発明の回路基板製作用治具の製作方法としては、治具の材質としてシリコン、特に半導体製造用のシリコン基板を選定すると、材料の平坦度、平行度が保証されており、精度の高い回路基板製作用治具が製作できるばかりでなく、シリコン基板は大量に生産および販売されているため、機械的精度（平坦度、平行度）が高いにもかかわらず、安価に入手でき、治具製作のための材料コストを削減することができる。
【００５１】
なお複数の突起の加工は、シリコン基板にレジストパターンを形成した後、ウエットエッチングを施すことにより、短時間のうちに、大量に回路基板製作用治具を作製することが可能となる。
【００５２】
また、シリコンに対するウエットエッチングは、シリコンの結晶方位のエッチングレートの差を利用した加工方法であり、突起物の形状がシリコンの結晶方位の影響を受けた形状（たとえば円柱状の突起が形成出来ない等）となるが、シリコン基板にレジストパターンを形成した後、シリコン基板にドライエッチングを実施すれば、突起物は任意の形状に加工することが可能である。
【００５３】
また、ドライエッチングの手法として、誘導結合型のプラズマ源を用いて加工すると、一般のドライエッチング（たとえば反応性イオンエッチング）よりもプラズマ密度が高いため、ウエットエッチングに匹敵するシリコン基板の加工速度（２〜２０μｍ／ｍｉｎ）を得ることができる。
【００５４】
なお、本発明の別の形態として、複数の突起物を持つ回路基板製作用治具の材質として、ステンレス、タングステン、銅もしくは銅含有合金などの金属材料を選定することもできる。これらの材料は、ウエットエッチングにより、シリコンのように結晶方位に左右されることなく、任意の形状の突起物が形成可能である。
【００５５】
ステンレスまたはタングステンを治具の材質とする場合は、ステンレスやタングステンが耐腐食性の高い材料であることから、腐食しにくい回路基板製作用治具ができる。銅もしくは銅含有合金を治具の材質とする場合は、これらの材料の硬度が他の金属よりも低いことから、回路基板形成材料に対する加工ダメージを低減させることができるとともに、これらの材料の熱伝導率が他の材料と比べて高いため、回路基板形成材料の加工時に、効率的に回路基板形成材料に熱を加えることが可能となり、加工精度の高い回路基板を製作することが可能となる。
【００５６】
また、上記のように製作した回路基板製作用治具に対して、コーティングを施すと、さらに別の機能が付加され、高機能な回路基板製作用治具を製作することが可能となる。
【００５７】
たとえば、ベンゾシクロブテンやポリイミドのように耐熱性を有するコーティング膜を形成すれば、回路基板製作用治具の耐熱性を高めることができる。また、ベンゾシクロブテンやポリイミドは非粘着性を有する材料であることから、図１（ｄ）で示した工程において、回路基板製作用治具の突起を回路基板形成材料から分離させるときに、回路基板形成材料からスムーズに分離させることが可能となる。
【００５８】
また、窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とする膜を回路基板製作用治具に対してコーティングすれば、これらの材料が耐磨耗性を有する材料であるため、回路基板製作用治具の耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００５９】
（実施の形態３）
（実施の形態１）および（実施の形態２）で記載した回路基板製作方法および回路基板製作用治具を用いて製作した回路基板は、安価で量産性に優れた回路の製造が可能となる。
【００６０】
また本発明により製作する回路基板は、無線端末装置、基地局装置、無線計測装置およびレーダー装置等への適用が可能であり、高機能でかつ大量生産に適した装置を製造することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、誘電損失が小さくリサイクル性の高い熱可塑性樹脂を用いた安価な回路基板が製作可能となるという有利な効果が得られる。
【００６２】
また、このような特徴を有する回路基板を用いることにより、安価でリサイクル性が高い、高周波回路やその回路を用いた通信端末装置、基地局装置、無線計測装置、レーダー装置を製作することが可能となり、広く社会にこれらの装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る回路基板の製作方法を示す工程図
【図２】本発明の一実施の形態に係る回路基板の製作方法を示す工程図
【図３】本発明の一実施の形態に係る回路基板製作用治具を示す斜視図
【図４】従来の回路基板の製作方法を示す工程図
【符号の説明】
１熱可塑性樹脂（液晶ポリマー）
２上部銅箔
３下部銅箔
４スルーホール
５めっきにより形成された銅
６治具
７樹脂の流動を示す記号
８超音波印加を示す記号
９内挿された銅箔
１０多数の突起を持つ治具
１１突起

Claims

熱可塑性樹脂を用いた誘電体と、前記誘電体の両端に形成した金属膜と、を有する回路形成用材料を加工する回路基板製作方法であって、前記回路形成用材料を加熱する工程と、突起を有する構造体に超音波を加えながら、前記構造体の突起部を前記回路形成用材料に押し当てて加圧し、前記誘電体の両端に形成されている金属膜の一部分を接続させる工程と、を有することを特徴とする回路基板製作方法。
熱可塑性樹脂を用いた誘電体と、前記誘電体の両端及び内部に形成した金属膜と、を有する回路形成用材料を加工する回路基板製作方法であって、前記回路形成用材料を加熱する工程と、突起を有する構造体に超音波を加えながら、前記構造体の突起部を前記回路形成用材料に押し当てて加圧し、前記誘電体の一端に形成されている金属膜の一部分と少なくとも１つの他の金属膜の一部分とを接続させる工程と、を有することを特徴とする回路基板製作方法。
接続させる金属膜は、誘電体の両端に形成されている金属膜であることを特徴とする請求項２記載の回路基板製作方法。
接続させる金属膜が銅であることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の回路基板製作方法。
誘電体の材料が液晶ポリマーであることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の回路基板製作方法。
請求項１から５のいずれか記載の回路基板製作方法を用いて作製した回路基板。
超音波を伝達する少なくとも１つの突起部を有する構造体を有する回路基板製作用治具であって、熱可塑性樹脂を用いた誘電体と前記誘電体の両端に形成した金属膜とを有し且つ加熱された回路形成用材料に対して、前記突起部に超音波を伝達しながら前記突起部を押し当てて加圧し、前記誘電体の両端に形成されている金属膜の一部を接続させることを特徴とする回路基板製作用治具。
超音波を伝達する少なくとも１つの突起部を有する構造体を有する回路基板製作用治具であって、熱可塑性樹脂を用いた誘電体と前記誘電体の両端及び内部に形成した金属膜とを有し且つ加熱された回路形成用材料に対して、前記突起部に超音波を伝達しながら前記突起部を押し当てて加圧し、前記誘電体の一端に形成されている金属膜の一部分と少なくとも１つの他の金属膜の一部とを接続させることを特徴とする回路基板製作用治具。
接続させる金属膜は、誘電体の両端に形成されている金属膜であることを特徴とする請求項８記載の回路基板製作用治具。
構造体の材料が、シリコンであることを特徴とする請求項７から９のいずれか記載の回路基板製作用治具。
構造体の材料が、ステンレス、タングステン、銅もしくは銅含有合金のいずれかであることを特徴とする請求項７から９のいずれか記載の回路基板製作用治具。
構造体は、コーティング膜が施されていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか記載の回路基板製作用治具。
コーティング膜が、ベンゾシクロブテンまたはポリイミドであることを特徴とする請求項１２記載の回路基板製作用治具。
コーティング膜が、窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とする膜であることを特徴とする請求項１２記載の回路基板製作用治具。
請求項１０記載の回路基板製作用治具における構造体の突起部を、ドライエッチングを用いて形成することを特徴とする回路基板製作用治具の製作方法。
請求項１０または１１記載の回路基板製作用治具における構造体の突起部を、ウエットエッチングを用いて形成することを特徴とする回路基板製作用治具の製作方法。
請求項１５または１６記載の回路基板製作用治具の製作方法を用いて作製した回路基板製作用治具。
請求項７から１４、１７のいずれか記載の回路基板製作用治具を用いて作製した回路基板。
請求項６または１８記載の回路基板を備えたことを特徴とする無線端末装置。
請求項６または１８記載の回路基板を備えたことを特徴とする基地局装置。
請求項６または１８記載の回路基板を備えたことを特徴とする無線計測装置。
請求項６または１８記載の回路基板を備えたことを特徴とするレーダー装置。