JP2008135550A - キー接点内蔵型多層回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図ることができると共に、薄型化および軽量化ならびに実装作業を容易にしたキー接点内蔵型の多層回路基板を提供すること。
【解決手段】キー接点の一方となる導体部１５を形成した第１基材１１と、キー接点の他方となる導体部２４を形成した第２基材２１と、前記第１基材と第２基材との間に介在されて両基材を積層形成させる層間接着層４１とを少なくとも備えた多層回路基板が構成される。前記層間接着層４１を構成する素材の一部には開口部６１が形成され、前記第１基材のキー接点の一方となる導体部１５と前記第２基材のキー接点の他方となる導体部２４とが、前記開口部６１により形成された内層中空部内において対向するようにして配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層回路基板内にキー接点を例えばマトリクス状に内蔵させたキー接点内蔵型多層回路基板およびその製造方法に関する。

近年の電子機器の高機能化ならびに軽量、薄型化に伴い電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んでいる。一方、昨今における携帯電話機や携帯型の情報端末機（ＰＤＡ）等の普及に伴い、これらに搭載される例えばマトリクス型のキースイッチは、その小型軽量化に対応して益々の薄型化ならびにキー接点部分の構造の簡素化が求められている。

図９および図１０は、現状の携帯電話機やＰＤＡ等に用いられているマトリクス型キースイッチの構成例を示したものである。なお、図９は基板にマトリクス状に形成されたキー接点用パターンの例を示しており、また図１０は図９において鎖線で囲んだ１つのキー接点用パターンに対応して実装されるキースイッチの構造を説明する拡大断面図である。

図９に示すように基板上には同心円状に形成されたｋ１，ｋ２からなるキー接点用のパターンが、行および列方向にマトリクス状に配列されており、これらのキー接点用パターンｋ１，ｋ２をそれぞれ行および列方向で接続する縦横方向の各検出ラインｍ１，ｎ１は、図示せぬＣＰＵの入力ポートに接続されている。この構成によりいずれのキー接点用パターンにおいて、オン動作（短絡動作）がなされたかを前記ＣＰＵにおいて検出することができる。

また図１０に示す符号ｋ１，ｋ２は、前記したキー接点用のパターンを示しており、これらは前記したとおり、基板ｂの一面に形成されている。そして前記キー接点用のパターンｋ１，ｋ２の前面には、ドーム状に形成された導電性のキー接点ｃが配置され、さらに導電性のキー接点ｃの前面にはキートップｔを備えた化粧板ｐが配置されている。

図１０に示す構成において、化粧板ｐに配置されたキートップｔをプッシュ操作することにより、キー接点ｃの中央部が反転してキー接点用のパターンｋ１，ｋ２間を電気的に短絡するように動作する。すなわち、前記したキー接点ｃの反転動作により、電気的な短絡動作を実現させると共に、キートップｔのプッシュ操作にクリック感を与えることができる。

前記した図９および図１０に示す構成のマトリクス型キースイッチについては、次に示す特許文献１ないし３などに開示されている。
特開平５−３２５７０９号公報 特開平１１−１２２６５０号公報 特開２０００−３４９４２０号公報

ところで、前記した特許文献に開示されたキースイッチにおいては、図９および図１０に示したように、キー接点用のパターンｋ１，ｋ２を形成した基板ｂ、ドーム状に形成された導電性のキー接点ｃと、図には示されていないが前記キー接点ｃを支持する支持部材、およびキートップｔを配列した化粧板ｐ等の各部材が必要になる。

したがって、前記したキー接点用のパターンを形成した基板、導電性のキー接点を支持する支持部材、キートップｔを配列した化粧板とを個別に製造し、これらの位置合わせをしつつ実装する作業を余儀なくされる。しかも、前記した各部品の組み合わせによるキースイッチの構成においては、全体をさらに薄型化ならびに軽量化させることには限界が生じており、従来のキースイッチの構成においては、前記した点で改良の余地が残されている。

この発明は、前記した従来のキースイッチの問題点に着目してなされたものであり、多層回路基板内にキー接点を内蔵させることによりキー接点構造の簡素化を図り、コストの低減は勿論のこと、益々の薄型化および軽量化ならびに実装作業を容易にしたキー接点内蔵型の多層回路基板を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るキー接点内蔵型の多層回路基板は、キー接点の一方となる導体部を形成した第１基材と、キー接点の他方となる導体部を形成した第２基材と、前記第１基材と第２基材との間に介在されて両基材を積層形成させる層間接着層とを少なくとも備えた多層回路基板であって、前記層間接着層を構成する素材の一部には開口部が形成され、前記第１基材のキー接点の一方となる導体部と前記第２基材のキー接点の他方となる導体部とが、前記開口部により形成された内層中空部内において対向するようにして配置されている点に特徴を有する。

この場合、一つの好ましい形態においては、前記第１基材および第２基材にそれぞれ形成されたキー接点となる導体部として、各基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をそれぞれ溶解除去するエッチング処理により形成した金属箔を用いるように構成される。

また、他の好ましい形態においては、前記第１基材に形成されたキー接点となる導体部と、前記第２基材に形成されたキー接点となる導体部のいずれか一方が、基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分を溶解除去するエッチング処理により形成した金属箔により構成され、他方が基材に形成されたビアホールを介して基材面から突出して形成された導体ポストを用いるように構成される。

そして、前記したいずれの構成であっても、キー操作が行われる前記中空部よりも表面側の積層構造体が、前記中空部よりも裏面側の積層構造体に対して、より柔軟性を有するように構成されていることが望ましい。

一方、前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るキー接点内蔵型の多層回路基板の製造方法は、第１基材の一方の面にキー接点の一方となる導体部を形成する工程と、第２基材の一方の面にキー接点の他方となる導体部を形成する工程と、前記両基材を積層形成させる層間接着層を構成する素材の一部に開口部を形成し、前記開口部において前記両基材における各導体部を対向するように位置合わせして加圧接合する工程とを実行することで、前記開口部により形成された内層中空部内において、各キー接点が対向配置された多層基板を得る点に特徴を有する。

この場合、好ましくは前記第１基材および第２基材にそれぞれキー接点となる導体部を形成する工程が、各基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をそれぞれエッチング処理により溶解除去する手段を用いるようになされる。

また、前記第１基材にキー接点となる導体部を形成する工程および前記第２基材にキー接点となる導体部を形成する工程のうちのいずれか一方の工程においては、基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をエッチング処理により溶解除去する手段を用い、他の工程においては基材にビアホールを形成し、導電性ペーストまたは電解メッキにより前記ビアホール内から導体ポストを突出させるようにして形成する手段を採用することもできる。

前記した多層回路基板およびその製造方法によると、第１基材と第２基材との間に介在される層間接着層の一部に内層中空部が形成され、当該内層中空部において第１基材に形成されたキー接点の一方となる導体部と、第２基材に形成されたキー接点の他方となる導体部とが対向するようにして配置された多層回路基板を得ることができる。

前記した構成の多層回路基板によると、キー操作面として機能する前記中空部よりも表面側の積層構造体部分をプッシュ操作することで、内層中空部に配置された前記キー接点を容易に短絡状態にすることができる。これによりキー接点構造の簡素化を図ることができ、コストの低減は勿論のこと、益々の薄型化および軽量化ならびに実装作業を容易にしたキー接点内蔵型の多層回路基板を提供することができる。

以下、この発明にかかるキー接点内蔵型多層回路基板およびその製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１はキー接点を内蔵した多層回路基板の第１の実施の形態を示したものであり、これはキー接点を含む多層回路基板の一部分を拡大断面図で示したものである。

図１に示す積層構成においては、第１基材１１、第２基材２１、第３基材３１が、層間接着層４１、５１を介して積層されている。そして、前記第１基材１１の上下両面にはそれぞれ導体回路（配線パターン）が形成されており、これらの導体回路が第１導体部１４、第２導体部１５を構成している。また、前記第２基材２１の上下両面にもそれぞれ導体回路（配線パターン）が形成されており、これらの導体回路が第３導体部２４、第４導体部２５を構成している。

さらに、前記第３基材３１の上下両面にもそれぞれ導体回路（配線パターン）が形成されており、これらの導体回路が第５導体部３４、第６導体部３５を構成している。そして、第１基材１１の上面、すなわち前記層間接着層４１への接着面とは反対面には外装被覆１７が被覆され、また第３基材１３の下面、すなわち前記層間接着層５１への接着面とは反対面にも外装被覆３７が被覆されている。

図１に示す実施の形態においては、前記層間接着層４１を構成する素材の一部には開口部６１が形成されており、この層間接着層４１の開口部６１の上下が前記第１基材１１および第２基材２１で囲まれることにより、内層中空部（符号は開口部と同じく６１で示す）が形成されている。

そして、第１基材１１に形成された第２導体部１５の一部と、第２基材２１に形成された第３導体部２４の一部が、前記内層中空部６１内において対向するようにして配置されている。すなわち、第１基材１１に形成された第２導体部１５がキー接点の一方となる導体部を構成しており、第２基材２１に形成された第３導体部２４がキー接点の他方となる導体部を構成している。

また、キー接点の一方となる導体部を構成する第２導体部１５は、図示せぬスルーホール等を介して、適宜第１導体部１４などに接続されて多層回路を構成している。またキー接点の他方となる導体部を構成する第３導体部２４においても、同様に図示せぬスルーホールや導体ポスト等を介して、第４導体部２５、第５導体部３４、第６導体部３５などに接続されて多層回路を構成している。

図１に示す構成においては第１基材１１の上面、すなわち前記した外装被覆１７側がキー操作面７１を構成しており、白抜きで示した矢印Ｙ方向にプッシュ操作することにより、内層中空部６１が撓み、キー接点の一方となる第２導体部１５が、キー接点の他方となる第３導体部２４に接触する。このキー接触状態は各基材に形成された内層導体回路を適宜介して図示せぬＣＰＵに伝達され、ＣＰＵによってキー接触を認識することができる。

また図１に示す実施の形態においては、内層中空部６１に連通するように、外装被覆１７側から空気孔６２が形成されており、これによりプッシュ操作に伴う中空部６１内の容積変化を容易にし、キー接点の接触動作に支障が生じないようにされている。

さらに図１に示す実施の形態においては、第１基材１１と第２基材２１との間において内層中空部６１を構成しており、中空部６１よりも裏面側において第２基材２１に対して第３基材３１が接合された構成にされている。これにより、キー操作が行われる前記中空部６１よりも表面側の積層構造体が、前記中空部よりも裏面側の積層構造体に対して、より柔軟性を有するように構成されている。

なお、好ましくは図１に示す構成におけるキー接点を構成する第２導体部１５と第３導体部２４の導体厚はそれぞれ１０〜４０μｍ程度、接点間のクリアランスは５０〜１００μｍ程度、中空部６１の空間内の厚さは、７０〜２００μｍ程度に設定される。

斯くして、前記したキー接点が形成された内層中空部６１は、図１に示す多層回路基板の全体において、例えばマトリクス状に配置される。これを前記したように携帯電話機やＰＤＡなどに利用することで、発明の効果の欄に記載したような独自の作用効果を期待することができる。

図２〜図５は、図１に示したキー接点内蔵型の多層回路基板の製造方法について説明するものである。まず、図２は前記した第１基材１１を中心にした積層板の構成例を説明するものであり、この積層板を形成するには、図２（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた第１基材１１の両面に表層導体１２，１３が積層された積層板（両面銅張積層板）を準備する。

この積層板の表層導体（銅箔）１２，１３を利用して、図２（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（第１導体部および第２導体部）１４，１５を形成する。すなわち、第１基材１１に形成された表層導体１２，１３の必要部分を残して他の部分をそれぞれエッチング処理により溶解除去する処理が実行される。その後、図２（Ｃ）に示すように第１導体部１４を覆うようにして表面被覆１７が施され、第１積層板Ｌ１を得ることができる。

前記表面被覆１７を施す手段としては、絶縁樹脂に接着剤を塗布したオーバーレイフィルムを貼付する手段、またインクを直接第１基材１１に印刷する方法などがある。なお、この実施の形態における第２導体部１５は、キー接点の一方を構成するものであり、したがって第２導体部１５に対しては金メッキ等の酸化防止処理を施すことが望ましい。

図３は前記した第２基材２１を中心にした積層板の構成例を説明するものであり、この積層板を形成するには、図３（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた第２基材２１の両面に表層導体２２，２３が積層された積層板（両面銅張積層板）を準備する。

この積層板の表層導体（銅箔）２２，２３を利用して、図３（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（第３導体部および第４導体部）２４，２５を形成する。すなわち、第２基材２１に形成された表層導体２２，２３の必要部分を残して他の部分をそれぞれエッチング処理により溶解除去する処理が実行される。これにより、第２積層板Ｌ２を得ることができる。なお、前記第２積層板Ｌ２に形成される第３導体部２４もキー接点の他方を構成するものであり、したがって第３導体部２４に対しても金メッキ等の酸化防止処理を施すことが望ましい。

続いて図４は前記した第３基材３１を中心にした積層板の構成例を説明するものであり、この積層板を形成するには、図４（Ａ）に示すように同じくポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた第３基材３１の両面に表層導体３２，３３が積層された積層板（両面銅張積層板）を準備する。

この積層板の表層導体（銅箔）３２，３３を利用して、図３（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（第５導体部および第６導体部）３４，３５を形成する。すなわち、第３基材３１に形成された表層導体３２，３３の必要部分を残して他の部分をそれぞれエッチング処理により溶解除去する処理が実行される。

その後、図４（Ｃ）に示すように第６導体部３５を覆うようにして表面被覆３７が施され、第３積層板Ｌ３を得ることができる。なお、すでに説明したとおり、前記表面被覆３７を施す手段としては、絶縁樹脂に接着剤を塗布したオーバーレイフィルムを貼付する手段、またインクを直接第３基材３１に印刷する方法などがある。

図５は前記のようにして得られた第１〜第３積層板Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を、層間接着層を介して加圧接合させる工程を示したものである。図５に示すように、第１積層板Ｌ１と第２積層板Ｌ２との間には、層間接着層４１が介在され、第２積層板Ｌ２と第３積層板Ｌ３との間には、層間接着層５１が介在されて多層回路基板が形成される。ここで、前記層間接着層４１を構成する素材には、キー接点が形成される位置において、開口部６１が形成されている。

前記層間接着層４１および５１を構成する素材については、ガラス繊維を好適に利用することができ、これに例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグシートを用いることが望ましい。前記したプリプレグシートを用いることにより、第１〜第３積層板Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の相互の密着性および耐熱性を向上させることができる。また、前記したプリプレグシートを用いることで、特に加圧接合工程における熱圧着による圧力を受けて前記開口部６１により形成されるべき内層空間部が埋没するを効果的に阻止し、必要十分な容積の内層空間部を確保することができる。

加圧接合工程においては図５に示すように下から第３積層板Ｌ３、層間接着層５１、第２積層板Ｌ２、層間接着層４１、第１積層板Ｌ１を順に積み重ねるようにしてレイアップする。その際の位置合わせは、各基板の導体回路の形成と同時に形成された位置決めマークを画像認識装置により読み取って位置合わせする方法、また位置合わせ用のピンを利用する方法などを用いることができる。

そして、所定の圧力を加えつつ、前記熱硬化性樹脂が硬化し得る適正な温度が加えられる。これにより、図１に示した積層構造を有するキー接点内蔵型多層回路基板を得ることができる。なお、図１に示した外装被覆１７側から内層中空部６１に連通するように形成された空気孔６２は、図５に示した加圧接合工程の後において、例えばレーザー光を用いることで、容易に形成することができる。

次に図６はキー接点を内蔵した多層回路基板の第２の実施の形態を示したものであり、これはすでに説明した図１と同様に、キー接点を含む多層回路基板の一部分を拡大断面図で示したものである。なお、図６においてはすでに説明した図１に示した各部と同一の機能を果たす部分を同一の符号で示しており、したがってその詳細な説明は省略する。

この図６に示した多層回路基板においては、第１基材１１に形成されたキー接点となる導体部が、第１基材１１に形成されたビアホールを介して基材面から突出して形成された導体ポスト（バンプ）１９を構成している点に特徴を有する。一方、第２基材２１に形成されたキー接点の他方となる導体部は、図１に示した例と同様にエッチング処理により形成された金属箔（銅箔）２４により構成されている。

図７は、前記した導体ポスト１９を備えた第１積層板Ｌ１を形成する例を説明するものである。第１積層板Ｌ１を形成するには、図７（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた第１基材１１の片面に表層導体１２が積層された積層板（片面銅張積層板）を準備する。

この積層板の表層導体（銅箔）１２を利用して、図７（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（第１導体部）１４を形成する。すなわち、第１基材１１に形成された表層導体１２の必要部分を残して他の部分をエッチング処理により溶解除去する処理が実行される。その後、図７（Ｃ）に示すように第１導体部１４を覆うようにして表面被覆１７が施される。前記表面被覆１７を施す手段としては、すでに説明したとおり、絶縁樹脂に接着剤を塗布したオーバーレイフィルムを貼付する手段、またインクを直接第１基材１１に印刷する方法などを採用することができる。

続いて、図７（Ｄ）に示すように絶縁基材１１側の面から、第１導体部１４が露出するまで、ビアホール（Ｂｌｉｎｄ Ｖｉａ）１８を形成する。この際、レーザー法を用いるとホールを容易に形成することができ、かつ小径のホールも正確に形成することができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミアまたはプラズマによるドライデスミアなどの方法により、ビアホール１８内に残存している樹脂を除去することで、後述する導体ポストの接続の信頼性を向上させることができる。

続いて、図７（Ｅ）に示すように導電性ペーストまたは電解メッキ法などを利用して、導体ポスト１９を絶縁基材１１の面から突出するように形成する。この導体ポスト１９は、ビアホール１８内において、一端が前記した第１導体部１４に接続され、他端が基材１１の他方の面より突出した突出状端子を構成する。この実施の形態における導体ポスト１９は、キー接点の一方を構成するものであり、したがって導体ポスト１９には金メッキ等の酸化防止処理を施すことが望ましく、以上の工程により第１積層板Ｌ１を得ることができる。

図８は、前記のようにして得られた第１積層板Ｌ１を用い、多層回路基板を形成する例を示したものである。すなわち図８はすでに説明した図５と同様の第２、第３積層板Ｌ２，Ｌ３を利用し、層間接着層４１，５１をそれぞれ介在させて多層回路基板を形成させる例を示している。したがって、層間接着層４１，５１等を構成する素材、ならびに加圧接合工程等においては、図５に基づいてすでに説明したものと同様であり、その説明は省略する。

そして、図８に示した加圧接合工程の後において、図６に示した空気孔６２を、例えばレーザー光を用いることで形成するようになされる。

斯くして、図６〜図８に基づいて説明した第２の実施の形態によると、キー接点の一方となる導体部を、基材を貫通して突出する導体ポストにより構成しているので、電気的に安定したキー接点の構成を提供することができる。そして、図６〜図８に基づいて説明した第２の実施の形態においても、これを例えば携帯電話機やＰＤＡなどに利用することで、発明の効果の欄に記載したような独自の作用効果を期待することができる。

この発明にかかるキー接点内蔵型多層回路基板の第１の実施の形態を示した部分拡大断面図である。 図１に示す多層回路基板を構成する第１積層板の形成例を示した工程図である。 同じく第２積層板の形成例を示した工程図である。 同じく第３積層板の形成例を示した工程図である。 第１〜第３積層板を層間接着層と共に加圧接合する様子を示した断面図である。 この発明にかかるキー接点内蔵型多層回路基板の第２の実施の形態を示した部分拡大断面図である。 図６に示す多層回路基板を構成する第１積層板の形成例を示した工程図である。 図７に示す第１積層板を利用して層間接着層と共に加圧接合する様子を示した断面図である。 従来のマトリクス状に形成されたキー接点用パターンの構成例を示した模式図である。 従来のキー接点用パターンに対応して実装されるキースイッチの構造を示した断面図である。

符号の説明

１１ 第１基材
１５ 導体部（キー接点）
１８ ビアホール
１９ 導体ポスト（キー接点）
２１ 第２基材
２４ 導体部（キー接点）
３１ 第３基材
４１ 層間接着層
５１ 層間接着層
６１ 開口部（内層中空部）
７１ キー操作面
Ｌ１ 第１積層板
Ｌ２ 第２積層板
Ｌ３ 第３積層板

Claims (7)

1. キー接点の一方となる導体部を形成した第１基材と、キー接点の他方となる導体部を形成した第２基材と、前記第１基材と第２基材との間に介在されて両基材を積層形成させる層間接着層とを少なくとも備えた多層回路基板であって、
   前記層間接着層を構成する素材の一部には開口部が形成され、前記第１基材のキー接点の一方となる導体部と前記第２基材のキー接点の他方となる導体部とが、前記開口部により形成された内層中空部内において対向するようにして配置されていることを特徴とするキー接点内蔵型多層回路基板。
2. 前記第１基材および第２基材にそれぞれ形成されたキー接点となる導体部が、各基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をそれぞれ溶解除去するエッチング処理により形成した金属箔であることを特徴とする請求項１に記載されたキー接点内蔵型多層回路基板。
3. 前記第１基材に形成されたキー接点となる導体部と、前記第２基材に形成されたキー接点となる導体部のいずれか一方が、基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分を溶解除去するエッチング処理により形成した金属箔であり、他方が基材に形成されたビアホールを介して基材面から突出して形成された導体ポストであることを特徴とする請求項１に記載されたキー接点内蔵型多層回路基板。
4. キー操作が行われる前記中空部よりも表面側の積層構造体が、前記中空部よりも裏面側の積層構造体に対して、より柔軟性を有するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたキー接点内蔵型多層回路基板。
5. 第１基材の一方の面にキー接点の一方となる導体部を形成する工程と、第２基材の一方の面にキー接点の他方となる導体部を形成する工程と、前記両基材を積層形成させる層間接着層を構成する素材の一部に開口部を形成し、前記開口部において前記両基材における各導体部を対向するように位置合わせして加圧接合する工程とを実行することで、
   前記開口部により形成された内層中空部内において、各キー接点が対向配置された多層基板を得ることを特徴とするキー接点内蔵型多層回路基板の製造方法。
6. 前記第１基材および第２基材にそれぞれキー接点となる導体部を形成する工程が、各基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をそれぞれエッチング処理により溶解除去する手段を用いることを特徴とする請求項５に記載されたキー接点内蔵型多層回路基板の製造方法。
7. 前記第１基材にキー接点となる導体部を形成する工程および前記第２基材にキー接点となる導体部を形成する工程のうちのいずれか一方の工程が、基材に形成された表層導体の必要部分を残して他の部分をエッチング処理により溶解除去する手段を用い、他の工程が基材にビアホールを形成し、導電性ペーストまたは電解メッキにより前記ビアホール内から導体ポストを突出させるようにして形成する手段を用いたことを特徴とする請求項５に記載されたキー接点内蔵型多層回路基板の製造方法。

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