JP2005216996A - プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チップ部品の収納に起因した歩留まりの低下がなく、コストアップにならず、高い生産性が得られ、チップ部品の電極間における絶縁抵抗が低下したりそれが短絡することがないプリント配線板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 プリント配線板の基板（１）に収納部（２１，２２）を設けて電子部品（２）を収納し、この収納部（２１，２２）は、第１の内面形状を有する第１収納部（２１）と、第１の内面形状よりも大きい内面形状を有する第２収納部（２２）とを基板の厚さ方向に連接して成り、電子部品（２）を、第１収納部（２１）のみに嵌着させて収納する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、プリント配線板及びその製造方法に係り、特に、基板内に電子部品を収納したプリント配線板及びその製造方法に関する。

近年、電子機器に搭載するプリント配線板の高密度化や信号処理の高速化に伴い、部品実装面積削減や発生ノイズの低減を目的として、基板内に抵抗やコンデンサ等の受動素子を収納したプリント配線板が用いられている。
特に、電気特性が保証されたチップ部品を基板に収納する形態のものは、その取り付けの位置精度や得られる温度特性の点で比較的優れたものである。

チップ部品は、通常、長手を有する形状であり、これを基板に収納する形態として、横置き（長手を基板と平行方向に配置する）と縦置き（長手を基板の厚さ方向に配置する）とがある。
横置きは、配設時に既存の実装機を用いることができるので主流となっているが、プリント配線板の高密度化に対しては、チップ部品の占有面積が少なくて済む縦置きとすることが望まれている。

このような、チップ部品を基板に縦置きで収納する配線基板の例として、特許文献１に記載されたものがある。
この配線基板は、基板の厚さ方向に貫通孔を設け、その貫通孔に、円筒形で両端部に電極を有するチップ部品を縦置きに挿入し、各電極と配線基板の配線パターンとを接続して成るものである。
特開平９−３１２４７８号公報

しかしながら、この配線基板においては、圧入する厚さ方向距離は、基板の厚さとほぼ等しく構成されるものであり、貫通孔の内径がチップ部品の外径より小さすぎると部品の圧入が極めて困難になる一方、基板の貫通孔の内径がチップ部品の外径より大きいと、製造過程でチップ部品が脱落してしまうものである。
即ち、チップ部品が基板の貫通孔に対して強嵌合であり、かつ、圧入が容易となるような径差で、貫通孔の内径とチップ部品の外径とを極めて厳密に管理しなければならない。従って、生産性を高くし難いものであった。

通常、チップ部品の外径は所定量のばらつきを有し、貫通孔の径も、製造上のばらつきを有するので、互いの径差を最適に、かつ、厳密に管理することは極めて難しく、製造における歩留まりが低下するという問題があった。
また、寸法のばらつきの少ない高精度形状のチップ部品を採用することで、歩留まりをある程度向上させることはできるが、高精度形状のチップ部品は高価でありコストアップとなる問題があった。
また、貫通孔に圧入する際に、貫通孔内面でチップ部品の電極の一部が削り取られて貫通孔内壁の厚さ方向に沿って付着する場合があった。これにより、両電極間が電気的に接続されてしまい、両電極間の絶縁抵抗が低下したり、場合によっては完全に短絡してしまうという問題があった。この状態を図１３に示す。

図１３（ａ）は、チップ部品１０２を圧入する直前の基板１０１の断面とチップ部品１０２とを示し、図１３（ｂ）は、その圧入後（収納後）の状態を示す。
貫通孔１０１ａの径ｄはチップ部品１０２の外径Ｄより小さく、圧入後には、電極１０２ａから削られた導電物１０３が貫通孔１０１ａの内壁に厚さ方向に沿って付着し、両電極間を短絡した状態を示している。

そこで、本発明の目的は、チップ部品の収納に起因した歩留まりの低下がなく、また、コストアップになることがなく、生産性が高く、チップ部品の電極間における絶縁抵抗が低下したりそれが短絡することがないプリント配線板及びその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、電子部品（２）と、厚さ方向に設けられた収納部（２１，２２）を有し、該収納部（２１，２２）に前記電子部品（２）を収納した基板（１）と、前記基板（１）の表裏面（１ｃ，１ｄ）側にそれぞれ形成された配線パターン（７Ａ，１０Ａ）とを備えたプリント配線板において、
前記収納部（２１，２２）は、第１の内面形状を有する第１収納部（２１）と、前記第１の内面形状よりも大きい内面形状を有する第２収納部（２２）とを前記厚さ方向に連接して成り、前記電子部品（２）を、前記第１収納部（２１）のみに嵌着させて前記収納部（２１，２２）に収納する構成にしたことを特徴とするプリント配線板（５０Ａ，５０Ｂ）である。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載のプリント配線板において、
前記電子部品（２）は略六面体又は略円筒形であって、一対の電極（２Ａ，２Ａ）を対向する一対の面側にそれぞれ備え、前記電子部品（２）の前記一対の電極の一方側を前記第１収納部（２１）に嵌着させる共に、前記第１収納部（２１）を、前記一対の電極（２Ａ，２Ａ）の一方と非対向にして成ることを特徴とするプリント配線板（５０Ａ，５０Ｂ）である。

また、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項３に係る発明は、略六面体又は略円筒形であって、一対の電極（２Ａ，２Ａ）を対向する一対の面側にそれぞれ備えた電子部品（２）と、厚さ方向に設けられた収納部（２１，２２）を有し、該収納部（２１，２２）に前記電子部品（２）を前記一対の電極（２Ａ，２Ａ）が前記厚さ方向となる向きに収納した基板（１）と、前記基板（１）の表裏面（１ｃ，１ｄ）にそれぞれ形成された配線パターン（７Ａ，１０Ａ）とを備えたプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法において、
第１の内面形状を有する第１収納部（２１）と、前記第１の内面形状よりも大きい内面形状を有する第２収納部（２２）とを前記厚さ方向に連接して形成する収納部形成工程と、前記電子部品（２）を、前記第１収納部（２１）のみに嵌着させて前記収納部（２１，２２）に収納する収納工程と、前記一対の電極（２Ａ，２Ａ）と前記配線パターンとを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴とするプリント配線板（５０Ａ，５０Ｂ）の製造方法である。

本発明によれば、高い歩留まりで製造が可能で、生産性が高く、コストアップとならず、電極間の絶縁性が維持できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図１２を用いて説明する。
図１は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１の断面図であり、
図２は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第２の断面図であり
図３は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第３の断面図であり、
図４は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第４の断面図であり、
図５は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第５の断面図であり、
図６は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第６の断面図であり、
図７は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第７の断面図であり、
図８は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第８の断面図であり、
図９は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第９の断面図であり、
図１０は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１０の断面図であり、
図１１は、本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１１の断面図であり、
図１２は、本発明のプリント配線板の実施例における効果を説明する断面図である。

本実施例は、電子部品を収納する貫通孔（収納部）を、この部品と強嵌合となる第１の径を有する第１の径部（第１収納部）と電子部品の外形よりも大きな第２の径を有する第２の径部（第２収納部）との２つ径部を有するように形成し、その第２の径部側から電子部品を挿入し、第１の径部に圧入により嵌着して製造するものである。
以下に、この実施例の製造工程について詳述する。
尚、この実施例において使用するチップ部品２は、所謂０６０３チップ部品であり、形状は、幅及び厚さが０．３ｍｍ，長さが０．６ｍｍの直方体である。従って、横断面における対角長さＬｘは０．４２ｍｍである。また、両端部側に電極を有しており、その表面材質はＮｉ又はＣｕである

（工程Ａ）〔図１参照〕
両面銅張積層板１に直径ｄ１が０．４ｍｍの貫通孔（以下、第１の径部と称する場合がある）２１をドリルにより穿設する。
この両面銅張積層板１として、基体１ａの材質がガラスエポキシで、銅薄１ｂの厚さが０．０１２ｍｍ、全厚さＴが０．６ｍｍのものを使用した。

（工程Ｂ）〔図２参照〕
この貫通孔２１とほぼ同軸に、直径ｄ２が０．５ｍｍとなる第２の径部２２をドリルにより穿設する。穿設する深さＴ２は、基板厚さＴの約半分（約０．３ｍｍ）とした。

（工程Ｃ）〔図３参照〕
チップ部品実装機（マウンタ）３でチップ部品２を長手方向（縦方向）に吸着保持する。そして、第２の径部２２内に挿入し、貫通孔２１の直上に位置させる。
当図においては理解容易のため、チップ部品２を、図３（ｂ）に示す矢視Ｓからの斜視図で示しており、以降の図においても注記がない限り同様である。
ここで、第２の径部２２の径ｄ２は、チップ部品２の対角長さＬｘよりも大きいので、チップ部品２を第２の径部２２に、これと接触させずに挿入することができる。

（工程Ｄ）〔図４参照〕
チップ部品２を貫通孔２１に圧入することで嵌着する。マウンタ３によってチップ部品２を貫通孔２１にわずかに圧入してこの孔に支持されるようにした後、プッシャー４により所定の力Ｆで押し込むことで完全に圧入することができる。
チップ部品２の長さＬと基板１の厚さＴとはほぼ同じなので、チップ部品２の端面は基板１の面と概ね同一の平面上に位置する。プッシャー４とマウンタ３は共用してもよい。

（工程Ｅ）〔図５参照〕
ドット印刷法あるいはロールコート法等により、第２の径部２２とチップ部品２との間隙に樹脂５を充填し、１５０℃で１時間の加熱によりこの樹脂を硬化させる。充填樹脂として、日本ペイント株式会社製の熱硬化性絶縁樹脂Ｅ−２８５を使用した。

（工程Ｆ）〔図６参照〕
基板１の表面１ｃ側に盛り上がって硬化した余剰の樹脂５ａと、貫通孔２１とチップ部品２との隙間から裏面１ｄ側に盛り上がって硬化した余剰樹脂５ｂとを、バフ研磨等により除去する。
また、このバフ研磨により、基板１の表裏面１ｃ，１ｄが平坦化され、チップ部品２の電極２Ａ表面に付着した絶縁樹脂皮膜が除去される。
当実施例では、バフ研磨機（ジャブロ社製のモンスターバフＶＦＥ−Ｍ）６を用い、１８００回転／分、搬送速度１．０ｍ／分、電流１．０Ａの条件で除去余剰樹脂を除去した。

（工程Ｇ）〔図７参照〕
基板１の両面に、無電解めっきや電気めっき等による銅めっきで導電層７を形成する。（この導電層７は、後述する多層化工程において第１の導電層となるものである。）
当実施例では、まず無電解めっきにより２μｍ厚の銅層を形成した後、電気めっきにより８μｍ厚の銅層を積層し、全厚さが１０μｍの導電層７を形成した。これにより、チップ部品２の電極２Ａと銅箔１ｂと導電層７とが電気的に接続される。
（工程Ｈ）〔図８参照〕

ドライフィルムをエッチングレジストとして用い、導電層７及び銅箔１ｂに対してエッチング処理を施し、所定の配線パターン７Ａを形成する。
その後、必要に応じ、両面に対して、ソルダレジスト，シルク印刷，金めっきあるいは耐熱フラックス等の処理を行う。

以上の工程により、表裏面に１層の配線パターン７Ａを有するプリント配線板５０Ａが作成される。

次に、プリント配線板５０Ａに対して導電層等を積層形成し多層化したプリント配線板５０Ｂ及びその製造工程の例について詳述する。

（工程Ｉ）〔図９参照〕
まず、配線パターン７Ａと、これに積層する絶縁樹脂との密着性を向上させるために、配線パターン７Ａの表面に対して黒化処理やＣＺ処理等のマイクロエッチング処理を行う。図９において、２点鎖線を付した部分がマイクロエッチング処理範囲である。
そして、ビルドアップ用絶縁樹脂を印刷法，ロールコート法あるいはラミネート法等により配線パターン７Ａを含んだ基板１の表裏面１ｃ，１ｄに積層して絶縁層８を形成する。

（工程Ｊ）〔図１０参照〕
絶縁層８の、チップ部品２に対応する位置に、ＣＯ₂レーザ等によりヴァイアホール９を形成する。
この時、絶縁層８はレーザ光が吸収されることで開口部（ヴァイアホール）が形成されるが、下地となる銅層（導電層７）はこれを反射するので形成される開口部は絶縁層８の部分のみとなる。これは所謂ブラインドビアである。
絶縁層８の表面を粗化した後、この表面上に、無電解めっきや電気めっき等の銅めっきにより第２の導電層１０を形成する。

（工程Ｋ）〔図１１参照〕
ドライフィルムをエッチングレジストとして用い、第２の導電層１０に対してエッチング処理を施し、所定の配線パターン１０Ａを形成する。
その後、必要に応じ、両面に対して、ソルダレジスト，シルク印刷，金めっきあるいは耐熱フラックス等の処理を行う。

以上の工程により、各面に２層の配線パターン、即ち、第１の導電層７よりなる内層の配線パターン７Ａと、第２の導電層１０よりなる外層の配線パターン１０Ａとを有するプリント配線板５０Ｂが作成される。

さらに、多層化する場合は、プリント配線板５０Ｂに対して（工程Ｉ）〜（工程Ｋ）を所望の回数繰り返し実施すればよい。

上述した実施例によれば、チップ部品２を圧入する第２の径部２２の深さ方向距離Ｔ２は、基板１の半分程度の短い距離であるので、その径ｄ２がばらついて大きくなっても、抵抗が少なく、チップ部品２を容易に圧入することができる。
即ち、圧入しろの管理幅を極めて広く設定することができる。

また、高精度形状のチップ部品２でなくても容易に圧入することができる。
従って、製造の歩留まりが向上し、また、高精度形状のチップ部品を使用してコストアップになってしまうことがない。

上述した工程で作成したプリント配線板５０Ａ，５０Ｂは、貫通孔２１の深さＴ２の範囲が圧入範囲であり、電極２Ａの一部が圧入によって削られてもその削りくずによって電極２Ａ，２Ａ間の絶縁抵抗が低下したり電極間で短絡したりすることがない。
これについて、図１２を用いて詳述する。

図１２は、実施例のプリント配線板５０Ａ，５０Ｂのチップ部品２と第１の径部（貫通孔）２１と第２の径部２２とを含む要部を示しており、他は省略している。また、チップ部品２は、上述の他の図と同様に図３の矢視Ｓからみた斜視図として表している。

当図において、チップ部品２の圧入時に、第１の径部２１に圧入される電極２Ａ（図の下側の電極）のめっきの一部が削れて第１の径部２１の内面に付着する（当図の２点鎖線の部分）。
しかしながら、本実施例では、第１の径部２１の深さＴ１は、第２の径部２２の深さＴ２と概ね同等に設定してあるので、この付着した導電物が両電極２Ａ，２Ａにまたがってこれらを電気的に接続することはない。
従って、電極間の絶縁抵抗が低下することがなく、短絡することもない。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
例えば、第１の径部２１及び第２の径部２２の径ｄ１，ｄ２は、用いるチップ部品の形状に応じて適宜設定することができる。
少なくとも、径ｄ１がチップ部品２と強嵌合となり、直径ｄ２がチップ部品２と遊嵌状態であればよい。

また、それぞれの深さも上述したようなＴ１≒Ｔ２の関係になくてもよい。
チップ部品２の電極形状に合わせて、少なくとも、チップ部品２の収納状態において、第１の径部２１と２つの電極２Ａ，２Ａの内の一方とが対向しないように設定すればよい。

また、第１の径部２１または第２の径部２２は丸孔に限定するものではない。
従って、両軸が一致している必要はない。
特に、第２の径部は、広い範囲の窪み状であってもよいが、配線パターンを形成する面積を多く得るため、チップ部品２と第２の径部２２とが接触しない遊嵌状態となり得る最小形状とするのが望ましい。
また、収納する電子部品はチップ部品に限るものではない。また、その種類は抵抗，コンデンサ，コイル等であるが、限定するものではない。また、両端部に電極を有していなくてもよく、その場合は、製造時の歩留まりが高くなる効果とコストアップを防ぐ効果とを奏するものである。

本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第２の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第３の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第４の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第５の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第６の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第７の断面図である。 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第８の断面図 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第９の断面図 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１０の断面図 本発明のプリント配線板の実施例における製造工程を説明する第１１の断面図 本発明のプリント配線板の実施例における効果を説明する断面図 従来のプリント配線板を説明する断面図である。

符号の説明

１ 基板（両面銅張積層板）
１ａ 基体
１ｂ 銅箔
２ チップ部品
２Ａ 電極
３ 実装機（マウンタ）
４ プッシャー
５ 樹脂
６ バフ研磨機
７ （第１の）導電層
７Ａ 配線パターン
８ 絶縁層
９ ヴァイアホール
１０ 第２の導電層
１０Ａ 配線パターン
２１ 貫通孔（第１の径部）
２２ 第２の径部
５０Ａ，５０Ｂ プリント配線板
ｄ１，ｄ２ 径
Ｌｘ 対角長さ
Ｔ 厚さ
Ｔ１，Ｔ２ 深さ

Claims (3)

1. 電子部品と、
   厚さ方向に設けられた収納部を有し、該収納部に前記電子部品を収納した基板と、
   前記基板の表裏面側にそれぞれ形成された配線パターンとを備えたプリント配線板において、
   前記収納部は、第１の内面形状を有する第１収納部と、前記第１の内面形状よりも大きい内面形状を有する第２収納部とを前記厚さ方向に連接して成り、
   前記電子部品を、前記第１収納部のみに嵌着させて前記収納部に収納する構成にしたことを特徴とするプリント配線板。
2. 請求項１記載のプリント配線板において、
   前記電子部品は略六面体又は略円筒形であって、一対の電極を対向する一対の面側にそれぞれ備え、
   前記電子部品の前記一対の電極の一方側を前記第１収納部に嵌着させる共に、前記第１収納部を、前記一対の電極の一方と非対向にして成ることを特徴とするプリント配線板。
3. 略六面体又は略円筒形であって、一対の電極を対向する一対の面側にそれぞれ備えた電子部品と、
   厚さ方向に設けられた収納部を有し、該収納部に前記電子部品を前記一対の電極が前記厚さ方向となる向きに収納した基板と、
   前記基板の表裏面にそれぞれ形成された配線パターンとを備えたプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法において、
   第１の内面形状を有する第１収納部と、前記第１の内面形状よりも大きい内面形状を有する第２収納部とを前記厚さ方向に連接して形成する収納部形成工程と、
   前記電子部品を、前記第１収納部のみに嵌着させて収納する収納工程と、
   前記一対の電極と前記配線パターンとを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。