JP2006324282A - 多層プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低いコストで、不良率や工程の増大等のデメリットもなく製造可能であり、部品実装部等の屈曲防止も計られた多層プリント配線板、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板等、少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板を貼り合せてなる多層プリント配線板であって、前記フレキシブルプリント配線板に、その回路と前記硬質プリント配線板等の回路を結ぶ貫通孔が形成され、その貫通孔内に導電性材を充填して前記フレキシブルプリント配線板の回路と、前記硬質プリント配線板等の回路間が導通されていることを特徴とする多層プリント配線板、及びこの多層プリント配線板の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器内の配線部材として用いられる多層プリント配線板及びその製造方法に関する。具体的には、互いに導通する２層以上の回路を有する多層プリント配線板及びその製造方法に関する。

近年、電子機器類の小型化、薄型化に伴い、電子機器内の配線部材としてフレキシブルプリント配線板を含むプリント配線板が広く用いられている。中でも、両面プリント配線板や多層プリント配線板は、回路設計の自由度が高く優れた伝送速度を得やすいので、電子機器の多機能化、高機能化等に伴い、使用が望まれる場合が増えている。

ここで、両面プリント配線板とは、配線板の両面側に回路を有するプリント配線板であり、又多層プリント配線板とは、配線板が２層以上の回路を有するプリント配線板であり、共に、配線板内の回路間が導通されているものである（以下両面プリント配線板も多層プリント配線板として表わす。）。

しかし、このような多層プリント配線板の製造においては、回路間を導体により接続し導通させる加工が必要であり、具体的には、スルーホールの形成、スルーホール内のめっき等の複雑な工程が必要となる。その結果、片面板と比較して製造コストが高くなり、又不良率の増大や工程の複雑化等のデメリットが発生しやすくなる。電子機器類は家庭用機器として使われることが多いので、低価格が重要な場合が多いが、プリント配線板の製造コストの上昇は、低価格への障害となる。

又、多層プリント配線板のスルーホールめっき部や電子部品が実装される部分は、屈曲を避け機械的応力が加わらないようにすることが望まれる。そのため多層プリント配線板が、治具や他の部材により保持されていない場合は、補強板による保持が望まれ（プリント回路技術便覧−第２版、第１６２−１６３頁、社団法人プリント回路学会編）、例えばガラスエポキシ、ポリイミド等の樹脂板、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属板等の補強板を片面に貼り合わせ屈曲防止が計られた多層プリント配線板が用いられている。
プリント回路技術便覧−第２版、第１６２−１６３頁、社団法人プリント回路学会編

本発明は、低いコストで、不良率の増大や工程の複雑化等のデメリットもなく製造可能であり、部品実装部等の補強も可能な多層プリント配線板、及びその製造方法を提供することを課題とする。

この課題は、少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板（以後フレキシブルプリント配線板ａとする。）と、少なくとも１層の回路を有する他のフレキシブルプリント配線板（以後フレキシブルプリント配線板ｂとする。）とを、貼り合せてなる多層プリント配線板であって、前記フレキシブルプリント配線板ｂ、又は前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの少なくとも一方に、その配線板の回路と他の配線板の回路を結ぶ貫通孔が形成され、その貫通孔内に導電材を充填して前記互いに貼り合わされる配線板の回路間が導通されていることを特徴とする多層プリント配線板（請求項１）、により達成される。

請求項１に記載の多層プリント配線板は、例えば、硬質プリント配線板にフレキシブルプリント配線板ｂを貼り合せて形成される。硬質プリント配線板により、これに貼り合わされているフレキシブルプリント配線板ｂの屈曲が避けられ、部品の実装部等に機械的応力が加わらないようにされる。すなわち、この硬質プリント配線板は、従来技術における補強板としての機能を奏する。請求項１に記載の多層プリント配線板は、フレキシブルプリント配線板ｂとフレキシブルプリント配線板ａとを貼り合せて形成される場合もある。

本発明の多層プリント配線板では、前記フレキシブルプリント配線板ｂ又は硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａに貫通孔が形成され、貫通孔が、導電材により充填されていることを特徴とする。この貫通孔は、フレキシブルプリント配線板ｂ又は硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの一表面から、この配線板の回路を通り、他の表面、すなわち他方の配線板側の表面に至る。さらに、硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａとフレキシブルプリント配線板ｂが、接着剤層により貼り合されているときは、この貫通孔は接着剤層も通り、開口部は他方の配線板の所定の回路に接している。

すなわち、この貫通孔は、フレキシブルプリント配線板ｂの回路と硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路を結んでおり、この貫通孔内に導電材を充填することにより、回路間が電気的に接続（導通）される。その結果、フレキシブルプリント配線板ｂとして安価な片面プリント配線板を用いる場合であっても、その回路、及び硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路の、２層の回路を有する多層プリント配線板を形成することができる。

貫通孔の形成及びその中への導電材の充填は、従来技術の多層プリント配線板の製造におけるスルーホールめっき等に比べ、簡易な工程で行うことができ、従って製造コストも低く、不良発生の低減や工程の短縮も容易である。このように、安価なフレキシブルプリント配線板を用いることができ、又回路間の導通も簡易な工程で行うことができるので、従来技術に比べ安価に製造することができる。

少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板としては、片面のみに回路を有する硬質プリント配線板（片面硬質プリント配線板）や両面に回路を有する硬質プリント配線板（両面硬質プリント配線板）を挙げることができる。このような硬質プリント配線板は、硬質の基板の片面又は両面に、銅箔等からなる回路を形成して得られるものであり、硬質の基板としては、ガラスエポキシや紙フェノール等の複合材料からなる基板を例示することができる。

好ましくは、導電材との接続信頼性を向上させるために、回路上に金等によるめっき又は防錆処理等の表面処理が施される。両面に回路を有する硬質プリント配線板としては、両面の回路間が導通されたものも用いることができる。両面の回路間の導通は、硬質プリント配線板に貫通孔を有しその中にめっきを施す等の方法により行うことができる。

少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂとしては、柔軟性を有するベースフィルム、例えばポリイミドやポリアミドの樹脂フィルムの片面に回路を形成した片面プリント配線板を用いることができる。ベースフィルム上に形成された回路は、例えば接着剤層によりベースフィルムに貼り合わされている。好ましくは、導電材との接続信頼性を向上させるために、回路上に金等によるめっき又は防錆処理等の表面処理が施される。

片面プリント配線板は安価であるので、製造コスト低減のために好ましい。請求項２はこの好ましい態様に該当する。

少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂとしては、ベースフィルムの両面に回路を有しそれらが導通されている両面プリント配線板や、２層以上の回路を有しそれらが導通されている多層配線板も用いることもできる。これらは、片面プリント配線板より高価ではあるが、この場合でも、本発明の多層プリント配線板は、同じ層数を有する従来技術の多層プリント配線板の場合より少ない層数のフレキシブルプリント配線板を用いて製造されるので、従来技術より安価に製造することができる。
少なくとも片面に回路を有するフレキシブルプリント配線板ａとしては、前記のフレキシブルプリント配線板ｂとして例示した片面プリント配線板等を用いることができる。

貫通孔の形成は、フレキシブルプリント配線板ｂ又はａに形成する場合は、ドリルやパンチ等を用いて機械的に行うことができるし、レーザーの照射等により行うこともできる。硬質プリント配線板に形成する場合は、ドリルやパンチ等を用いて機械的に行うことができる。貫通孔は複数形成されてもよく、その場合は２箇所以上で配線板の回路間の導通がされる。

貫通孔に充填される導電材とは、導電性を有し、充填を容易にするため、加熱等により流動する材料や塑性変形しやすい材料が好ましく用いられる。具体的は、はんだ等の低融点金属、微細金属粉や微細カーボンを塑性変形しやすい樹脂に分散した導電性ペースト等が挙げられる。特にはんだを用いる場合は、貫通孔にはんだを置いて加熱して溶融させる操作により、貫通孔内をはんだで容易に充填することができ、又充分な導通が得られるので好ましい。請求項３はこのはんだを用いることを特徴とする好ましい態様に該当する。

はんだを用いる場合の具体例としては、はんだペーストの印刷（はんだ印刷）を貫通孔に行った後、多層プリント配線板全体をはんだ融点以上に加熱して、いわゆるリフローさせて貫通孔内を充填することができる。この場合同時に部品を配線板上に印刷されたはんだ上に置くことにより、部品の実装を行うこともできる。又手はんだによっても、充填をすることができ、同時に部品の実装を行うこともできる。

部品の実装を行なわない場合は、多層プリント配線板全体を、溶融したはんだの中に浸漬して、貫通孔内をはんだで充填することも可能である。はんだには、ＰｂとＳｎの合金や、環境問題を防ぐために使用されるＰｂフリーはんだ等が含まれる。

導電材が塑性変形しやすい場合は、前記のはんだペーストと同様に、貫通孔内への導電材の充填をスクリーン印刷によって行うことができる。導電性ペースト等はこの方法により充填される。

硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａとフレキシブルプリント配線板ｂの貼り合せは、通常接着剤を用いて行われる。この場合、硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａとフレキシブルプリント配線板ｂ間に接着剤層が形成されるが、前記貫通孔はこの接着剤層も通る。このような貫通孔を有する接着剤層は、予め配線板の貫通孔に対応する位置に、穴を開けた接着剤シートを用い、この接着剤シートを挟みながら硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａとフレキシブルプリント配線板ｂを積層することにより形成することができる。貫通孔の位置合わせを容易にするため、又積層時に接着剤シートは変形するので、接着剤シートに設ける貫通孔の径は、配線板の貫通孔の径より大きいことが好ましい。

本発明は、前記の本発明の多層プリント配線板の製造方法も提供する。すなわち、
少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａに、
少なくとも１層の回路を有し、その回路を通る貫通孔が形成されているフレキシブルプリント配線板ｂを、
その貫通孔の開口部が前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路と対接するように貼り合せ、
前記貫通孔内に導電材を充填する工程を有することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法（請求項４）、及び
少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂに、
少なくとも片面に回路を有し、その回路を通る貫通孔が形成されている硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａを、
その貫通孔の開口部が前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路と対接するように貼り合せ、
前記貫通孔内に導電材を充填する工程を有することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法（請求項５）である。

前記の本発明の多層プリント配線板としては、貫通孔がフレキシブルプリント配線板ｂに形成される場合と、貫通孔が硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａに形成される場合があるが、請求項４は、貫通孔がフレキシブルプリント配線板ｂに形成される場合の多層プリント配線板の製造方法であり、請求項５は、貫通孔が硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａに形成される場合の多層プリント配線板の製造方法である。

なお、配線板間に接着剤層を設ける場合は、貫通孔の開口部が配線板の回路と対接するとは、開口部が接着剤層を介して回路と向かい合う位置に来ることを言う。又、貫通孔がフレキシブルプリント配線板ｂ及び硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの両方に形成され、両方に導電材を充填し、２つの配線板の回路間の導通を２箇所以上で行う場合も本発明に含まれる。

本発明の多層プリント配線板は、従来の多層プリント配線板より、回路の層数の少ないフレキシブルプリント配線板ｂと安価な硬質プリント配線板若しくは回路の層数の少ない安価な他のフレキシブルプリント配線板ａを用いて製造することができるものであり、従って低いコストで製造可能なものである。特に片面プリント配線板は安価なので、この製造コストの低減の効果が大きい。又、貫通孔内に導電材を充填して回路間を導通させる工程は、従来の多層プリント配線板におけるスルーホールの孔開けとめっきによる工程よりも簡易であり、不良発生を低減することも容易であるので、この点からも製造コストを低減することができる。さらに、硬質プリント配線板を用いる場合は、硬質プリント配線板が補強板の代替となるため、後加工での補強板の貼り合わせは不要となる。

例えば、片面プリント配線板に、片面硬質プリント配線板を貼り合わせ、この片面硬質プリント配線板をジャンパー線および補強板として使用することで、従来技術での補強板付きの両面プリント配線板と同等の機能を持たせることができる。（ジャンパー線となる配線は、フレキシブルプリント配線板ｂ、硬質プリント配線板のいずれに設けてもよい。）又、従来技術では多層板設計が必要となる場合も、両面硬質プリント配線板に、片面又は両面プリント配線板を貼り合わせるのみで、従来技術における多層フレキシブルプリント配線板と同等の機能を持たせることができる。

次に本発明を実施するためのより具体的な形態を、図を用いて説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。

図１〜図３は、本発明の多層プリント配線板の製造工程の一例を示す断面図である。この例は、片面硬質プリント配線板と片面プリント配線板を貼り合せて多層プリント配線板を製造する場合に該当し、図３ｃは、この製造工程により製造された本発明の多層プリント配線板を示す。

図１は、片面プリント配線板の製造工程を示す。図１ａに示すように、先ず、ポリイミドフィルム１の片面に銅箔（厚み８〜３５μｍ）からなる回路２が厚み２０μｍ以下の接着剤３’により貼り合わされた片面プリント配線板に、厚み１２．５〜２５μｍのポリイミドからなるカバーレイ４が、厚み１０〜３５μｍの接着剤３により貼り合わされる。カバーレイ４は、一層の回路の導体間が、後述するはんだにより導通しないように分離する機能を有する。

次に、図１ｂに示すように、はんだと回路２との接続信頼性を向上させるために、回路２上に金めっき５（金の厚み０．０１〜０．６μｍ、Ｎｉ下地の厚み１〜２０μｍ）がされる。その後、金型（パンチ）又はドリルを用いて径０．５ｍｍの貫通孔６を形成し、片面硬質プリント配線板と貼り合わされる片面プリント配線板Ａを得る。図１ｃはこの片面プリント配線板Ａを示す断面図である。貫通孔６の径は０．５ｍｍであるが、このような片面プリント配線板に形成される貫通孔の径は、通常０．３〜１ｍｍ程度である。

図２は、片面プリント配線板Ａと貼り合わされる片面硬質プリント配線板Ｂを示す。図２に示されるように、硬質のガラスエポキシ基板７上に、銅箔からなる回路８が形成されており、さらに金めっき９が回路８上に形成されている。

このようにして得られた片面プリント配線板Ａと片面硬質プリント配線板Ｂは、図３ａに示すように、接着剤シート１０により貼り合わされる。接着剤シート１０には、貫通孔６の径より大きい径の貫通孔１１が、貫通孔６に対応する位置に形成されている。

図３ｂは、片面プリント配線板Ａと片面硬質プリント配線板Ｂを、接着剤シート１０により貼り合させた積層体を示す断面図である。この積層体にはんだペーストの印刷（はんだ印刷）がされる。

はんだ印刷により、貫通孔６等により形成される凹部に、はんだペーストが充填される。その後この積層体を、はんだの融点以上に加熱し、冷却することにより、貫通孔６及び貫通孔１１により形成される凹部が、固化したはんだ１２により充填され、回路２と回路８が導通される。このようにして、図３ｃに示すように、２層の回路を有する本発明の多層プリント配線板が得られる。なお、図３ｃに示すように、この例では、電子部品１３の実装も同時に行われる。電子部品１３を、はんだペーストが充填された部分に置き、はんだの融点以上に加熱し、冷却することにより、固化したはんだ１４により部品１３の実装がされる。

図４〜図５は、本発明の多層プリント配線板の製造工程の他の一例を示す断面図であり、両面硬質プリント配線板と片面プリント配線板を貼り合せて多層プリント配線板を製造する場合に該当する。この製造工程により製造された本発明の多層プリント配線板は、図５ｂに示される。なお、片面プリント配線板は、前記の片面プリント配線板Ａと同じものを用いたので、その製造工程の説明を割愛し、以下の説明において前記と同じ符号番号を用いて表す。

図４は、この例で用いられる両面硬質プリント配線板の製造工程を示す。図４ａに示すように、この両面硬質プリント配線板では、ポリイミドフィルム硬質板１５の両表面に銅箔からなる回路１６、１６’が、それぞれ接着剤１７、１７’により貼り合わされている。この両面硬質プリント配線板にはスルーホール１８が形成されており、その表面にスルーホールめっき１９がされており、回路１６と１６’が導通している。

図４ａに示す両面硬質プリント配線板の両表面には、ポリイミドのカバーコート２１及び２１’が塗布される。カバーコート２１の塗布は、片面プリント配線板Ａの回路２と導通される部分、すなわち回路１６の一部が露出するように行われる。この露出している回路１６の部分の上には、はんだとの接続信頼性を向上させるために金めっき２２がされる。図４ｂは、カバーコート２１及び２１’が塗布され、金めっき２２がされた後の両面硬質プリント配線板Ｄを示す。なお図４ｂ中の２０は、接着剤である。

このようにして得られた両面硬質プリント配線板Ｄは、図５ａに示すように、片面プリント配線板Ａと接着剤シート２３により貼り合わされる。接着剤シート２３には、貫通孔６の径より大きい径の貫通孔２４が、貫通孔６に対応する位置に形成されている。

図３ｂ、図３ｃに示す例と同様に、両面硬質プリント配線板Ｄと片面プリント配線板Ａを貼り合わせた後、はんだペーストの印刷（はんだ印刷）がされ、貫通孔６等により形成される凹部に、はんだペーストが充填される。その後、はんだの融点以上への加熱、冷却をすることにより、貫通孔６及び貫通孔２４により形成される凹部が固化したはんだ２５により充填され、回路２と回路１６が導通される。さらに、スルーホールめっき１９により回路１６と回路１６’が導通されているので、３層の回路を有する本発明の多層プリント配線板が得られる。

図５ｂは、このようにして形成された３層の回路を有する多層プリント配線板を示す断面図である。図５ｂが示すように、この例においても電子部品２６の実装も同時に行われ、固化したはんだ２７により部品２６が実装されている。

図６は、本発明の多層プリント配線板の製造工程の他の一例を示す断面図であり、両面プリント配線板を片面硬質プリント配線板に貼り合せて多層プリント配線板を製造する場合に該当する。

図６ａに示すようにこの例に用いられる両面プリント配線板Ｅでは、ポリイミドフィルム２８の両面に銅箔からなる回路３０、３０’が接着剤２９、２９’により貼り合わされている。ただし、両面プリント配線板Ｅの一部（図中の左側）では、回路３０のみが貼り合わされている。回路３０及び３０’が設けられた部分にはスルーホール３１が形成され、その内部にスルーホールめっき３２が形成され、回路３０及び３０’間が導通されている。なお、スルーホールめっき３２は、回路３０のみが貼り合わされている部分にもされている。

スルーホールめっき３２の上には、さらに金めっき３４がされている。又回路のない部分には、カバーレイ３３が接着剤２９、２９’によりにより貼り合わされている。回路３０のみが貼り合わされている部分には、ドリルを用いて貫通孔３５が形成されている。

この両面プリント配線板Ｅと貼り合わされる片面硬質プリント配線板Ｆは、ガラスエポキシ基板３９上の、スルーホール３１及び貫通孔３５に対応する位置に、それぞれ、銅箔からなる回路４０及び４１を有し、さらに回路４０及び４１の上には、それぞれ、金めっき４２及び４３が形成されている。

図６ａが示すように、この両面プリント配線板Ｅと片面硬質プリント配線板Ｆは、接着剤シート３６により貼り合わされる。接着剤シート３６は、スルーホール３１及び貫通孔３５に対応する位置に、スルーホール３１及び貫通孔３５の径より大きい径を有する貫通孔３７及び３８をそれぞれ有している。

両面プリント配線板Ｅと片面硬質プリント配線板Ｆを接着剤シート３６により貼り合わせた後、前記の例の場合と同様に、はんだ印刷がされ、はんだの温度以上に加熱した後冷却される。その結果、スルーホール３１と貫通孔３７等により形成される凹部、及び貫通孔３５と貫通孔３８等により形成される凹部は、固化したはんだ４４、４５により充填され、回路３４と回路４１が導通され、又回路３０、３０’と回路４０が導通され、多層プリント配線板を得ることができる。

本発明の多層プリント配線板の製造工程の一例を示す断面図である 本発明の多層プリント配線板の製造工程の一例を示す断面図である 本発明の多層プリント配線板の製造工程の一例を示す断面図である 本発明の多層プリント配線板の製造工程の他の一例を示す断面図である 本発明の多層プリント配線板の製造工程の他の一例を示す断面図である 本発明の多層プリント配線板の製造工程の他の一例を示す断面図である

符号の説明

１、２８ ポリイミドフィルム
２、８、１６、１６’、３０、３０’、３４、４０、４１ 回路
３、３’、１７、１７’、２０、２９、２９’ 接着剤
４、３３ カバーレイ
５、９、２２、４２、４３ 金めっき
６、１１、２４、３５、３７、３８ 貫通孔
７、３９ ガラスエポキシ基板
１０、２３、３６ 接着剤シート
１５ ポリイミドフィルム硬質板
１８、３１ スルーホール
１９、３２ スルーホールめっき
２１、２１’ カバーコート
２５、２７、４４、４５ はんだ
２６ 部品

Claims (5)

1. 少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａと、少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂとを、貼り合せてなる多層プリント配線板であって、前記フレキシブルプリント配線板ｂ、又は前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの、少なくとも一方に、その配線板の回路と他の配線板の回路を結ぶ貫通孔が形成され、その貫通孔内に導電材を充填して前記フレキシブルプリント配線板ｂの回路と前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路間が導通されていることを特徴とする多層プリント配線板。
2. 少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂが、絶縁性樹脂フィルムの片面に回路を設けた片面プリント配線板であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
3. 前記導電材が、はんだであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層プリント配線板。
4. 少なくとも片面に回路を有する硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａに、
   少なくとも１層の回路を有し、その回路を通る貫通孔が形成されているフレキシブルプリント配線板ｂを、
   その貫通孔の開口部が前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路と対接するように貼り合せ、
   前記貫通孔内に導電材を充填する工程を有することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
5. 少なくとも１層の回路を有するフレキシブルプリント配線板ｂに、
   少なくとも片面に回路を有し、その回路を通る貫通孔が形成されている硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａを、
   その貫通孔の開口部が前記硬質プリント配線板若しくはフレキシブルプリント配線板ａの回路と対接するように貼り合せ、
   前記貫通孔内に導電材を充填する工程を有することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
   

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