JP2007288018A - 積層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層時に溶融した樹脂がピンに接着し、ピンの抜き取りが困難となり、基準孔の形成が困難である。
【解決手段】ピン１０５の側面を囲う樹脂製のスリーブ１０６が、熱流動性を有するプリプレグ１０８ａに形成された孔１１０を貫通するように、プリプレグ１０８ａを治具間に積層し、この積層の後に治具１０１、１０２でプリプレグ１０８ａを加熱圧着させて硬化させる加熱工程と、この加熱工程の後に積層基板１１１を取り出す取出工程と、取出工程の後で積層基板から突出したスリーブ１０６を切断する切断工程とを有し、前記スリーブ１０６を貫通する孔１０６ｄを設けるとともに、スリーブ１０６は加熱工程における熱で非溶融としたものであり、切断工程でスリーブ１０６を切断すれば、孔１０６ｄが切断されることで容易に基準孔１１７を形成でき、生産性が良好である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピンラミネーション方式による積層基板の製造方法に関するものである。

以下、従来のピンラミネーション方式による積層基板の製造方法について、図面を用いて説明する。図７は、従来のピンラミネーション方式による積層基板の製造工程の断面図である。

図７において１は、鉄材等の材料からなる治具であり、この治具１は、鉄材等の材料からなるピン５がしっくりと通るピン孔３を有する。７と９は銅箔であり、８はプリプレグであって、それぞれ２箇所に孔８ａを穿孔してある。

先ず、このピン孔３にピン５を通して立て、銅箔７、プリプレグ８、銅箔９の基準孔１０をピン５に通して重ね合わせ、さらに銅箔９の上面から、ピン孔４を有する治具２をピン５に通して重ね合わせる。

こうして重ね合わせられた後、治具１の下面と治具２の上面から加熱加圧させて、銅箔７、プリプレグ８、銅箔９を加熱圧着し、プリプレグ８を硬化させることにより、積層基板１１を製造していた。そして、この積層基板１１からピン５を抜き取ることで、基準孔１０を形成していた。そして、積層基板１１を治具１や治具２から取り外すことによって、一体化された積層基板１１を取り出していた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１，２が知られている。
特開平１０−１４５０４６号公報 特開平６−２２４５５３号公報

しかしながら、上記のような構成では、積層時の加熱加圧により、プリプレグに含浸された樹脂が溶融・流動し、銅箔の孔とピンの隙間から樹脂が治具とピンの隙間へと流れ出てそのまま硬化される。そのため、積層終了後に、基板とピンおよびピンと治具がプリプレグから流れ出た樹脂によって接着され、ピンの抜き取り、治具の取り外し、積層基板の取り出しができなくなる場合がある。また、接着したピンを強制的に抜き取るため、ピンに強い衝撃を与えると、その衝撃力が積層基板自体に伝わり、積層基板の基準孔周辺の破壊を引き起こす場合がある。

本発明は、上記従来の問題を解決し、生産性良く基準孔を形成できる積層基板の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は上側と下側治具との間に前記スリーブが積層体の孔を貫通するように前記積層体を載置する積層工程と、この積層工程の後に、前記治具で樹脂シートを加熱圧着させて硬化させる加熱工程と、この加熱工程で圧着された積層基板を取り出す取出工程と、この取出工程の後で前記積層基板から突出したスリーブを切断する切断工程とを設け、前記積層工程では中空部が前記積層基板の両端面より突出するように配置するとともに、前記スリーブは前記加熱工程における熱で非溶融としたものであり、これにより所期の目的を達成することができる。

以上のように、本発明によれば、未硬化状態であって熱流動性を有する樹脂シートと、この樹脂シートの上下面側に設けられる導体層あるいは硬化済みの樹脂層との積層体を加熱圧着する積層基板の製造方法において、積層体が搭載される下側治具とこの下側治具の上方に設けられた上側治具を含む治具と、前記上側治具と下側治具とに設けられた治具基準孔とを備え、前記治具基準孔と対応する位置において前記積層体を貫通するように設けられた孔と、前記治具基準孔に嵌入されて前記上側と下側治具との間に架設される樹脂製のスリーブと、このスリーブに設けられた中空部とを有し、前記上側と下側治具との間に前記スリーブが前記孔を貫通するように前記積層体を載置する積層工程と、この積層工程の後に、前記治具で樹脂シートを加熱圧着させて硬化させる加熱工程と、この加熱工程の後に前記積層基板を取り出す取出工程と、この取出工程の後で前記積層基板から突出したスリーブを切断する切断工程とを設け、前記積層工程では前記中空部が前記積層基板の両端より突出するように配置するとともに、前記スリーブは前記加熱工程における熱で非溶融としたので、切断工程でスリーブを切断すれば、中空部が切断されることで容易に基準孔を形成でき、生産性が良好である。

また、加熱加圧による熱でスリーブが膨張し、前記治具と前記スリーブの隙間をなくすことができ、前記プリプレグから流れ出る前記樹脂が前記治具と前記スリーブの間に流れ込むことを防ぐことができる。これにより、前記治具と前記スリーブが前記樹脂を介して接着することがなく、前記積層基板を前記治具から容易に取り出すことができる。取出工程におけるピンの抜き取りと、治具と積層基板の取り外しが容易になり、量産性に優れた積層基板を作製することが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて説明する。図１、図２は、本発明の実施の形態１における積層基板の製造方法の工程断面図である。

まず図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて本実施の形態における積層基板の製造方法を説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）までが積層工程の積層基板と治具の断面図である。図１（ａ）のように、ピン１０５の側面周囲をスリーブ１０６が覆うようにピン１０５を筒状のスリーブ１０６の孔１０６ｄ（中空部の一例として用いた）へ挿入し、その状態においてスリーブ１０６を治具１０１の治具基準孔１０３に通して立てる。治具１０１は金属材料からなり、例えば、鉄やステンレス材からなる。熱伝導性が高く、剛性が大きく、熱膨張係数の小さい材料が好ましい。なお、本実施の形態では、ステンレス材を用いている。

治具１０１には、スリーブ１０６がしっくりと通る治具基準孔１０３を有する。この治具基準孔１０３は治具１０１の平面に対して垂直に穿孔されている。ピン１０５は金属材料からなり、例えば、鉄やステンレス材からなる。剛性が大きく、熱膨張係数の小さい材料が好ましい。本実施の形態では、ステンレス材を用いている。

次に、スリーブ１０６は樹脂などの材料からなり、例えば、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などからなる。加熱工程で治具自体が高温となるため、スリーブ１０６には高耐熱性の材料を用いることが好ましい。ピン１０５によって積層基板の位置を決めるため、スリーブ１０６は肉厚の薄い材料を用いることが好ましい。

次に、図１（ｂ）のように、治具１０１上の所定の位置に、導体層１０７と絶縁層１０８と導体層１０９をこの順序で積層する。このとき、それぞれの孔１１０には、スリーブ１０６が貫通されるようにして、順々に重ね合わせていく。なお、導体層１０７や１０９は銅箔や導電性物質からなるものであり、本実施の形態においては、導体層１０７や導体層１０９には、熱硬化性樹脂基板（硬化済み）上に予め形成された導体を用いている。なお、本実施の形態では絶縁層１０８を挟む材料として、導体層１０７、１０９を用いたが、これは表面に導体が形成されていない熱硬化性樹脂の基材（硬化済み）を用いても良い。さらに、導体層１０７と導体層１０９の構成や材料は、同一であっても異なっていても構わない。

ここで、絶縁層１０８は、織布あるいは不織布に熱流動性を有した未硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグ１０８ａ（樹脂シートの一例として用いた）で構成されている。なお、プリプレグ１０８ａとしては、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させたものや、アラミド不織布に熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させたもの等が一般的には使用されるが、織布あるいは不織布に熱硬化性樹脂を含浸させた構造であれば、様々な材料を使用することが可能である。また、絶縁層１０８は、導体層を有する積層基板を含み、上下層にプリプレグ１０８ａを有する形となっていても構わない。

次に、図１（ｃ）のように、導体層１０９上へ治具１０２を、治具基準孔１０４にスリーブ１０６を通すようにして重ね合わせる。治具１０２は治具１０１とは、同一の材料であり、治具基準孔１０４は治具基準孔１０３と同じ位置に穿孔されている。また、治具１０２は治具１０１と同一サイズであることが好ましい。

次に、図１（ｄ）は加熱工程における積層基板と治具の断面図である。図１（ｄ）のように、加熱工程は、積層工程の後で、熱プレス（図示せず）により加熱・加圧して絶縁層１０８に含浸された樹脂を溶融・硬化させて積層基板１１１を形成する工程である。つまり絶縁層１０８に含浸された熱硬化性の樹脂は、加熱により溶融することで、熱流動性を生じる。その時に、樹脂は、導体層１０７とスリーブ１０６や導体層１０９とスリーブ１０６との隙間から流れ出すが、スリーブ１０６は治具基準孔１０３、１０４へ挿入され、かつ加熱工程での熱では溶けない樹脂材料を用いているので、流れ出した樹脂がピン１０５と接触することを防ぐことができる。また、スリーブ１０６に熱膨張係数の大きい材料を用いることで、加熱工程で膨張し、スリーブ１０６と治具１０１およびスリーブ１０６と治具１０２の隙間をなくすことができ、絶縁層１０８から流れ出た樹脂が治具の治具基準孔１０３および治具基準孔１０４へ流れることを抑えることができる。

次に、図２（ａ）は、取出工程における積層基板と治具の断面図である。図２（ａ）のように、取出工程は、加熱工程の後でピン１０５を抜き出す。この場合、積層基板１１１の樹脂がスリーブ１０６に付着していても、ピン１０５とは接着することはないので、ピン１０５を容易に抜き取ることができる。

次に、図２（ｂ）は、取出工程における積層基板と治具の断面図である。図２（ｂ）に示すように、ピン１０５を抜取った後で、積層基板１１１から治具１０２と治具１０１を取り外し、積層基板１１１を取り出す。ここで重要なことは、加熱工程においてこれらスリーブ１０６や治具スリーブ１２５は非溶融とすることが重要である。つまりスリーブ１０６は加熱工程において非溶融の樹脂材料を用いることで、加熱工程時に溶融することなく、熱によって膨張し、スリーブ１０６と治具１０１およびスリーブ１０６と治具１０２の隙間をなくしていたため、積層基板１１１から樹脂がこの隙間へ流れ込むことがなく、スリーブ１０６と治具１０１およびスリーブ１０６と治具１０２の間は樹脂が付着しておらず接着されない。また、取り出し時は、積層工程時の温度まで冷却され、スリーブ１０６は元の状態まで収縮しているので、スリーブ１０６は治具１０１の治具基準孔１０３および治具１０２の治具基準孔１０４にしっくりと嵌った状態となっている。そのため、治具１０１と治具１０２からスリーブ１０６を容易に抜き取ることができ、容易に積層基板１１１を取り出すことができる。

なお、図２（ｃ）は、スリーブの切断工程における積層基板の断面図である。図２（ｃ）のように、切断工程は取出工程の後で、積層基板１１１からはみ出たスリーブ１０６（ａ）およびスリーブ１０６（ｃ）を切断する工程である。そしてこのようにしてスリーブ１０６が切断される。これにより、積層基板１１１に基準孔１１７が形成されることとなる。つまりスリーブ１０６の孔１０６ｄが、この積層基板の基準孔１１７となるわけである。これにより基準孔１１７は加熱・圧着する工程では、ピン１０５によって支え、補強された状態であり、また加熱工程の熱に対して溶融しないので、位置や孔径の寸法精度が良好な基準孔１１７を得ることができる。

なお、本実施の形態では、図４のようにスリーブ１０６の横方向に切り目１１６を入れている。このようにすることにより、積層基板１１１から突出した不要なスリーブを容易に切断することができる。

なお、絶縁層１０８には、電子部品を埋設しても構わない。この場合、図３のように、重ね合わせる前に積層基板１０７の導体層上に電子部品１１２や電子部品１１３を接続固定材１１４で実装しておく。ここで、絶縁層１０８には電子部品に対応した位置に空隙１１５を設けておく。そしてこの絶縁層１０８を積層基板１０７上に積層することで、絶縁層１０８が電子部品１１２、１１３を覆うように積層されることとなる。なお、電子部品１１２および電子部品１１３は、例えば、ＬＳＩなどの半導体素子である能動部品や、抵抗、コンデンサ、インダクタ、フィルタなどの面実装型の受動部品であってもよい。ここで、接続固定材１１４にはＰｂ−Ｓｎ系の共晶はんだ、Ｐｂフリーはんだ（例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系）や、導電性接着剤（例えばＣｕ等の導電性材料と樹脂の混合材料）などが用いられる。そして後述する加熱工程によって加熱されることで、熱硬化性樹脂が流動し、空隙１１５が埋まることとなる。

また、本実施の形態ではスリーブ１０６には孔１０６ｄを設けたが、これは上か下のいずれか一方に開口を有したものを用いても良い。さらに、ピンを用いない場合には上下面が開口したものであっても良い。ただしこれらの場合には、切断工程における切断面に孔が形成されるように、積層工程において孔１０６ｄが導体層１０７と絶縁層１０８と導体層１０９との積層体より突出するようにしておくことが重要である。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を用いて説明する。本実施の形態は、実施の形態１の治具１０１および治具１０２の形状を変更した例である。図５、図６は、本発明の実施の形態２における積層基板の製造方法の工程断面図である。図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｄ）において、図１と同じものは番号を共通してある。

まず図５（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態における積層工程における積層基板と治具の断面図である。まず、図５（ａ）のように、ピン１０５とスリーブ１０６を治具スリーブ１２５の孔１２６に通し、さらにこの治具スリーブ１２５を治具１２１の治具基準孔１２３に通して立てる。なお、治具１２１の材質は実施の形態１における治具１０１と同様である。治具スリーブ１２５には、スリーブ１０６がしっくりと通る孔１２６を有し、また治具１２１には、治具スリーブ１２５がしっくりと通る治具基準孔１２３を有する。治具基準孔１２３は治具１２１の平面に対して垂直に穿孔されている。治具スリーブ１２５は樹脂などの材料からなり、例えば、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などからなる。加熱工程で治具自体が高温となるため、治具スリーブ１２５には高耐熱性の材料を用い、加熱工程においてこれらスリーブ１０６や治具スリーブ１２５は非溶融とすることが重要である。

次に、図５（ｂ）のように、治具１２１上の所定の位置に、導体層１０７と絶縁層１０８と導体層１０９を、それぞれの基準孔１１０にピン１０５とスリーブ１０６を通して、順々に重ね合わせる点は実施の形態１と同じである。

次に、図５（ｃ）のように、治具スリーブ１２７の孔１２８にスリーブ１０６を挿通する。そしてこの治具スリーブ１２７を治具１２２の治具基準孔１２４に治具スリーブ１２７を重ね合わせる。なお、治具１２２は治具１２１と同一の材料であり、治具基準孔１２４は治具基準孔１２３と同じ位置に穿孔されている。また、治具１２２は、治具１２１と同一サイズであることが好ましい。

次に、図５（ｄ）は、加熱工程における積層基板と治具との断面図である。図５（ｄ）に示すように加熱工程は積層工程の後で、熱プレス（図示せず）により加熱・加圧して絶縁層１０８に含浸された樹脂を溶融・硬化させて積層基板１１１を形成する。

本実施の形態は、実施の形態１と同様に、絶縁層１０８に含浸された樹脂の溶融時に、その樹脂が導体層１０７とスリーブ１０６や導体層１０９とスリーブ１０６の隙間から流れ出すが、スリーブ１０６は、治具スリーブ１２５、１２７の孔１２６、１２８へ挿入され、かつ加熱工程での熱では溶けない樹脂材料を用いているので、流れ出した樹脂がピン１０５と接触することを防ぐことができる。また、スリーブ１０６に熱膨張係数の大きい材料を用いることで、加熱工程で膨張し、スリーブ１０６と治具スリーブ１２５、１２７との隙間を小さくでき、絶縁層１０８から流れ出た樹脂がスリーブ１０６と治具スリーブ１２５、１２７との間に流れることを抑えることができる。

また、治具スリーブ１２５、１２７に対しても熱膨張係数の大きい材料を用いることで、加熱工程で膨張し、治具スリーブ１２５、１２７と治具基準孔１２３、１２４との間の隙間を小さくでき、絶縁層１０８から流れ出た樹脂が、治具スリーブ１２５、１２７と治具基準孔１２３、１２４との間の隙間へ流れ込み難くなる。

次に、図６（ａ）〜（ｃ）は抜取工程における積層基板と治具の断面図である。図６（ａ）において、抜取工程は加熱工程の後で、積層基板１１１が十分に冷却された状態でピン１０５を抜き出す。この場合、積層基板１１１の樹脂はスリーブ１０６に付着するが、ピン１０５と接着することはないので、ピン１０５を容易に抜き取ることができる。

次に、図６（ｂ）のように、積層基板１１１を治具１２２と治具１２１から取り外す。ここで、治具１２１と治具スリーブ１２５および治具１２２と治具スリーブ１２７はしっくりと嵌った状態となっているため、積層基板１１１は治具１２１、１２２から容易に取り外すことができ、積層基板１１１は容易に取り出すことができる。ここでは、積層基板１１１に治具スリーブ１２５と治具スリーブ１２７が装着された状態のまま取り出す。

次に、図６（ｃ）のように、スリーブ１０６から治具スリーブ１２７と治具スリーブ１２５を取り外す。ここで、スリーブ１０６と治具スリーブ１２５および治具スリーブ１２７とは、樹脂材料を用いることで、加熱工程時に膨張する。これにより、スリーブ１０６と治具スリーブ１２５およびスリーブ１０６と治具スリーブ１２７の隙間を小さくできるため、積層基板１１１の樹脂がこの隙間へ流れ込み難くなる。従って、スリーブ１０６と治具スリーブ１２５およびスリーブ１０６と治具スリーブ１２７の間は樹脂が付着しておらず接着されない。

また、取り出し時は、積層工程時の温度まで冷却され、スリーブ１０６と治具スリーブ１２５と治具スリーブ１２７は元の状態まで収縮しているので、スリーブ１０６は治具スリーブ１２５の基準孔１２６および治具スリーブ１２７の基準孔１２８にしっくりと嵌った状態となっている。そのため、治具スリーブ１２５と治具スリーブ１２７からスリーブ１０６を容易に抜き取ることができ、容易に積層基板１１１を取り出すことができる。

図６（ｄ）のように、積層基板１１１からはみ出たスリーブ１０６を除去するため、治具スリーブ１０６より径の大きなドリル（図示せず）などで、スリーブ１０６の位置を基準として、基準孔１２９を形成することで、積層基板１１１の平面からの突起物を除去し、バリのないフラットな積層基板１１１を作製することができる。

本発明にかかる積層基板の製造方法は、基準孔の形成を容易にすることができるという効果を有し、特に樹脂にて部品を内蔵したような積層基板に対して利用すると有用である。

（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１における積層工程での積層基板と治具との断面図 （ａ）、（ｂ）同、抜取工程における積層基板と治具との断面図、（ｃ）同、切断工程における積層基板の断面図 本発明の実施の形態１における積層基板の断面図 本発明の実施の形態１におけるピンの形状を示す断面図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態２における積層工程での積層基板と治具との断面図 （ａ）〜（ｃ）同、抜取工程における積層基板と治具との断面図、（ｄ）取外工程における積層基板の断面図 従来の積層基板の製造工程断面図

符号の説明

１０１ 治具
１０２ 治具
１０３ 治具基準孔
１０４ 治具基準孔
１０５ ピン
１０６ スリーブ
１０８ 絶縁層
１０８ａ プリプレグ
１１０ 孔
１１１ 積層基板
１１７ 基準孔

Claims (7)

1. 未硬化状態であって熱流動性を有する樹脂シートと、この樹脂シートの上下面側に設けられる導体層あるいは硬化済みの樹脂層との積層体を加熱圧着する積層基板の製造方法において、積層体が搭載される下側治具とこの下側治具の上方に設けられた上側治具を含む治具と、前記上側治具と下側治具とに設けられた治具基準孔とを備え、前記治具基準孔と対応する位置において前記積層体を貫通するように設けられた孔と、前記治具基準孔に嵌入されて前記上側と下側治具との間に架設される樹脂製のスリーブと、このスリーブに設けられた中空部とを有し、前記上側と下側治具との間に前記スリーブが前記孔を貫通するように前記積層体を載置する積層工程と、この積層工程の後に、前記治具で樹脂シートを加熱圧着させて硬化させる加熱工程と、この加熱工程の後に前記積層基板を取り出す取出工程と、この取出工程の後で前記積層基板から突出したスリーブを切断する切断工程とを設け、前記積層工程では前記中空部が前記積層基板の両端より突出するように配置するとともに、前記スリーブは前記加熱工程における熱で非溶融とした積層基板の製造方法。
2. スリーブの両端部には、治具基準孔と前記スリーブとの間を埋設するとともに、前記治具基準孔に嵌入される治具スリーブが設けられた請求項１に記載の積層基板の製造方法。
3. 治具スリーブの熱膨張係数は、スリーブの熱膨張係数より大きくした請求項２に記載の積層基板の製造方法。
4. 少なくとも中空部の上あるいは下側のいずれか一方には開口部を設け、積層工程では前記開口部より中空部へピンが挿入される請求項１に記載の積層基板の製造方法。
5. スリーブの熱膨張係数は、ピンの熱膨張係数よりも大きくした請求項３に記載の積層基板の製造方法。
6. スリーブには、切り目を有する請求項１に記載の積層基板の製造方法。
7. 積層工程では、予め電子部品が装着された基板の上に、前記電子部品に対応する位置に空隙を有した樹脂シートを積層する請求項１に記載の積層基板の製造方法。

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