JP2009246146A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板が実現することを目的とする。
【解決手段】少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持した積層物を準備する工程と、前記上下の第１の金属板の外側に第２の金属板と少なくとも一部に穴を設けたクッション材を配置した積層構成物を作成する工程と、それを加熱加圧する工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱プレス装置を用いて製造する回路基板の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても多層基板が強く要望されるようになってきた。

特に多層基板の高密度化は回路パターンの微細化が進み、より複数層の回路パターンとともに基板の薄板化が望まれている。

このような回路基板では、複数層の回路パターンの間をインナービアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによりインナービアホール接続した新規な構成の高密度の回路基板製造法が提案されている。

以下、従来の熱プレス装置を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図７、図８は従来の回路基板の製造方法を示す断面図であり、図７は積層構成物の形成工程、図８は熱プレス工程を示している。

図７、図８において、２１ａおよび２１ｂは、不織布の熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔に導電性ペースト２２が充填されている。

３０は２層のコア用基板であり、表裏には回路パターン２４ａ，２４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン２４ａ，２４ｂは任意の部位で貫通孔の導電性ペースト２２によって電気的に接続されている。２３ａ，２３ｂは銅などの金属はくである。

コア用基板３０の両面にプリプレグシート２１ａ，２１ｂ、金属はく２３ａ，２３ｂが積層された製品としての構成を示している。

２５ａ，２５ｂは熱プレス時に製品群を挟持するための厚さ約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板であり、２６ａ，２６ｂはステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板であり、２７ａ，２７ｂは厚さ約２ｍｍのクッション材である。

また、複数の前記製品が第１の金属板２５ｂ上で位置決めされて製品部分を構成し、第１の金属板２５ａ，２５ｂで挟持されている。

また、第２の金属板２６ａ，２６ｂは、クッション材２７ａ，２７ｂと第１の金属板２５ａ，２５ｂとの間に使用するものであり、第１の金属板２５ａ，２５ｂおよび第２の金属板２６ａ，２６ｂはクッション材２７ａ，２７ｂと同等サイズであり、前記製品部分が占める面積より大きいサイズのものが使用されている。

まず、図７の積層構成物の形成工程について説明する。

積層構成物を形成する工程は、キャリアプレート２８の上に、クッション材２７ｂ、第２の金属板２６ｂの順に配置する。

その上に、製品部分を挟持した状態の第１の金属板２５ａ，２５ｂを複数段に積層し、さらに、最上下段の第１の金属板２５ａの外側に第２の金属板２６ａを介してクッション材２７ａで挟持されるように積層して一つの積層構成物を構成する。

次に、前記積層構成物を複数準備し、それを図８に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図８の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物がキャリアプレート２８毎複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板３１ａと上下可動な下部熱板３１ｂの間に挿入、設置される。

その後、下部熱板３１ｂの下に配置した油圧シリンダー３２を上昇させることにより、下部熱板３１ｂで上部熱板３１ａに所定の圧力を加える。

これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート２１ａ，２１ｂは溶融硬化することによりコア用基板３０と金属はく２３ａ，２３ｂと接着されるとともにプリプレグシート２１ａ，２１ｂの所定位置に形成されたビア内の導電性ペースト２２が圧縮されコア用基板３０の回路パターン２４ａ，２４ｂと金属はく２３ａ，２３ｂが電気的に接続される。

その後、両面の金属はく２３ａ，２３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

ここで上述した熱プレス工程に用いられる一般的な熱プレス装置の動作について説明する。

熱プレス時の成型時条件は、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を加圧しながら、加熱する温度をプリプレグシート２１ａ，２１ｂの樹脂成分の硬化温度である１８０〜２００度程度まで昇温し、一定時間保持した後、室温まで冷却するのが一般的である。

また、上述したクッション材２７の役割は、回路基板の成型時に上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂの間に挟んだ積層構成物中の製品部分への圧力が均一に加わるように、積層構成物の厚みムラや第１、第２の金属板やキャリアプレートの面内ばらつきを吸収し、圧力を均一にするものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−１８８４９３号公報

本発明者は、上記の従来の回路基板の製造方法における以下の課題を見出した。

すなわち、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を高温で加圧する際に、図９に示すようにクッション材２７のそれぞれの近傍に配置している第１の金属板２５および第２の金属板２６を介してクッション材２７が変形することが判明した。

変形の形態は、製品端部（外周）が支点となりクッション材２７の変形が大きい部分と小さい部分とを備えたものである。これにより、製品に加わる圧力は不安定となる。

また、熱プレス装置の生産性を向上させることを目的として、図７の事例のように第１の金属板２５ｂの面内に複数枚の製品を配置する場合は、製品が配置された部分に相当するクッション材には凹部の形状変化が生じ、隣接する製品間すなわち製品が配置されていいない部分に相当するクッション材には凸状の変形が発生する。

製品サイズや配置する製品数あるいは製品の配置が異なる場合等において、前記変形を有するクッション材を用いて熱プレス工程を行うと、前記凸状の変形部分で圧力が吸収され第１および第２の金属板の面内の圧力が不均一となる。

また、製品エリア内でも油圧シリンダー３２に相当する部分とそうでない部分で製品の厚みに差がみられ、油圧シリンダー３２に相当する部分は薄くなる傾向がある。

本発明者は、上記の場合、金属板の変形に伴い圧力分散が大きい（圧力不足）製品周辺近傍に厚みムラが発生したり、導電性ペーストを用いて圧接によって層間接続を得る場合に圧接力が不足して接続抵抗値が不安定になる場合があるという問題を把握した。

上記の課題を解決するために、本発明の回路基板の製造方法は、少なくとも一部に穴を開けたクッション材を用いることにより、熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

すなわち本発明は、少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持した積層物を準備する工程と、前記上下の第１の金属板の外側に第２の金属板と少なくとも一部に穴を設けたクッション材を配置した積層構成物を作成する工程と、前記積層構成物を上部熱板と油圧シリンダーによって上下可動な下部熱板を有するプレス機の前記上部熱板と下部熱板の間に配置する工程と、前記油圧シリンダーを上昇させて前記積層構成物を加熱加圧する工程とを備えることを特徴とする回路基板の製造方法というものであり、クッション材の凹凸による圧力の影響がなくなるとともにクッション材近傍の金属板の変形がなくなり製品に加わる圧力が安定するため高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

クッション材の穴の配置、数量、大きさに関して、プレスの油圧シリンダー部に相当する部分に多く配置したり、穴面積を大きくしたりする。また、前記製品の外周部に相当する部分で穴数を多くしたり、穴面積を大きくしたりすることにより、製品毎に加わる圧力が安定して、複数の製品を均一に加圧することができるという効果を有する。

また、製品は、表裏を電気的に接続したコア用基板の両側に所定位置の貫通孔に導電ペーストを充填したプリプレグシートと金属はくの順に積層されたものを用いた場合にも、製品に加わる圧力が安定して板厚が安定するとともに、接続抵抗が安定した高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

本発明は、少なくとも一部に穴を開けたクッション材を用いることにより、熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収することにより製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板が実現できる。

（実施の形態）
以下本発明の熱プレス装置を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図１は本発明の回路基板の製造方法を示す断面図であり、図２は本発明のクッション材の平面図であり、図３は熱プレス工程を示している。

図１において１ａおよび１ｂは、サイズが５００ｍｍ×３５０ｍｍ、厚みが約８０μｍのガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔にはスキージング法などを用いて導電性ペースト２を充填している。

９は製品としてのサイズが４９５ｍｍ×３４５ｍｍのコア用基板であり、表裏には回路パターン４ａ，４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン４ａ，４ｂは任意の部位で導電性ペースト２によって電気的に接続されている。また、３ａ，３ｂは厚みが約１２μｍの銅などの金属はくであり、コア用基板９の両面にプリプレグシート１ａ，１ｂ、金属はく３ａ，３ｂが積層された製品としての構成を示している。

５ａ，５ｂは熱プレス時に製品群を挟持する、厚み約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板である。複数の前記製品が第１の金属板５ｂ上で位置決めされて製品部分１１を構成し、第１の金属板５ａ，５ｂで挟持されている状態の積層物１２を少なくとも１つ準備する。また、６ａ，６ｂは前記クッション材と最上下段の第１の金属板５ａ，５ｂとの間に使用するステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板であり、前記の第１の金属板５ａ，５ｂおよび第２の金属板６ａ，６ｂは前記のクッション材７ａ，７ｂと同等サイズで
あり、前記の製品部分１１が占める面積より大きいサイズのものを使用している。

７ａ，７ｂは図２にも示すように、サイズ８００ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ約２ｍｍで面方向への２枚の製品を配置した面積より大きく、全面に穴１０を加工（直径２ｍｍ、ピッチ１０ｍｍ）されたクッション材であり、キャリアプレート８の上に図１に示すように順次配置される。

このクッション材７ａ，７ｂに加工された穴１０の大きさは第２の金属板６ａ，６ｂの厚みや穴１０の加工コストなどを考慮して決定される。例えば、穴１０の直径が５ｍｍと大きくて、第２の金属板６ａ，６ｂの厚みが１ｍｍと薄い場合では、穴１０に相当する製品部分で圧力が十分印加されない。この検査として、感圧紙で簡単に確認することが出来る。感圧紙は市販されており、例えば、冨士写真フィルム株式会社製のプレスケールなどがある。

なお、クッション材７ａ，７ｂにはクラフト紙や耐熱ゴムクッション材などを用いれば良く、特に材質を限定するものではない。また、本実施の形態は金属板５ｂ上の面方向（横方向）に製品を２枚配置した事例を示したが、２枚以上の複数枚としても良く、あるいは１枚の配置としても良い。

次に、前記積層構成物１３を複数準備し、それを図３に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図３の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物１３がキャリアプレート８ごと複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板１４ａと上下可動な下部熱板１４ｂの間の所定位置にセットする。

本実施の形態ではプレス段数を１段としたが、生産性をアップさせるには複数段の上部及び下部熱板が配置された複数のプレス段数を備えた熱プレス装置により、さらに複数の積層構成物を同時に処理することもできる。

その後、熱プレス機の油圧シリンダー１５を上昇させて、下部熱板１４ｂと上部熱板１４ａを加圧するとともに所定条件で積層構成物１３を加熱する。これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート１ａ，１ｂは溶融硬化することによりコア用基板９と金属はく３ａ，３ｂとが接着されるとともにプリプレグシート１ａ，１ｂの所定位置に形成したビア内の導電性ペースト２が圧縮されコア用基板９の回路パターン４ａ，４ｂと金属はく３ａ，３ｂが電気的に接続される。

そして、両面の金属はく３ａ，３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

本発明の実施の形態は上述したように、積層構成物の形成工程において穴加工を行ったクッション材を用いたが、その効果を図４を用いて説明する。

なお、図中の製品サイズの表示にあたって、製品群を構成するプリプレグシートや金属はくは省略してコア用基板のみ表示し製品サイズと記している。

図４に示すように、圧力が印加されたとき製品部分に相当する場所では、クッション材が押し潰され横方向に広がる。クッション材に穴を配置することにより、その横方向に広がるクッション材を吸収することができる。従って、図９に示すようなクッション材７の変形が抑制される。

さらに、図５に示すように、製品の外周部で穴１０の配置を多くしたり穴１０を大きくしたりすることにより製品への均圧性が向上する。また、図６に示すように、圧力が印加されやすいプレス機の油圧シリンダー１５に相当する部分に穴１０の配置を多くしたり穴１０を大きくしたりすることにより製品への均圧性が向上する。

以上のように、クッション材７の変形を穴１０で吸収することにより、従来の工程において製品の外周が支点となってクッション材７とともに変形していた第２の金属板６や第２の金属板６が接する最下段の第１の金属板５の変形を解消することができる。これにより、製品に加わる圧力が均等となり、製品厚みが安定するとともに製品外周付近の抵抗値も安定した。

また、本実施の形態ではクッション材７を製品より大きいサイズとしたが、同等のサイズにおいても同様の効果が得られる。また、穴形状として図では丸で表示したが、例えば長方形でも問題はなく限定されるものではない。特に、製品外周部では、より多くの空隙を設けるために長方形の方が効率的である。

第２の金属板６の厚みを３ｍｍとしているが、特に限定されるものではなく、穴の大きさにより最適な厚みとすることが望ましい。また、枚数を限定するものでなく、複数枚積層しても問題はない。

本発明の実施の形態の製造方法で１００枚の４層基板を製造したが、製品の中央付近の総厚約２６０μｍに対して外周部で＋１０μｍ以上あったものが５μｍ以下に改善され、また、接続抵抗値のバラツキが３０％以上改善されたことを発明者は確認した。

以上のように本発明にかかる回路基板の製造方法は、積層物構成時に穴加工を行ったクッション材を使用することにより、クッション材の変形を吸収するとともにクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品厚みや接続品質が安定した高品質の回路基板が実現できる。

なお、本実施の形態では、４層の回路基板としたが、層数に関係なく２層板でも４層以上の多層基板でも同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、本実施の形態ではガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートとコア用回路基板を用いたが、有機系のベースフィルムやベースシートの表裏に熱硬化性エポキシ樹脂層を形成したプリプレグシートやコア用回路基板であってもよく、また、コア用回路基板とプリプレグシートが異種材料であっても同様の効果が得られる。

さらに、本実施の形態ではセンターコアのビルドアップ構造としたが、プリプレグシートとコア用回路基板を複数枚重ねて一括積層する方式であっても同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように本発明にかかる回路基板の製造方法は、熱プレス時のクッション材の変形を吸収しクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品に加わる圧力を安定させ、製品厚みや接続品質の安定化が図れるもので、導電性ペーストでインナービアホール接続を備えた回路基板全般に有用であり、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の実施の形態における回路基板の製造方法の積層構成物形成工程を示す断面図 同実施の形態におけるクッション材の平面図 同実施の形態における回路基板の製造方法の熱プレス工程を示す断面図 同実施の形態におけるクッション材の変形説明図 同実施の第２の形態におけるクッション材の平面図 同実施の第３の形態におけるクッション材の平面図 従来の回路基板の製造方法の積層構成物形成工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法の熱プレス工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法におけるクッション材近傍の変形説明図

符号の説明

１ａ，１ｂ プリプレグシート
２ 導電性ペースト
３ａ，３ｂ 金属はく
４ａ，４ｂ 回路パターン
５，５ａ，５ｂ 第１の金属板
６，６ａ，６ｂ 第２の金属板
７，７ａ，７ｂ クッション材
８ キャリアプレート
９ コア用基板
１０ 穴
１１ 製品部分
１２ 積層物
１３ 積層構成物
１４ａ 上部熱板
１４ｂ 下部熱板
１５ 油圧シリンダー

Claims (8)

1. 少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持した積層物を準備する工程と、前記上下の第１の金属板の外側に第２の金属板と少なくとも一部に穴を設けたクッション材を配置した積層構成物を作成する工程と、前記積層構成物を上部熱板と油圧シリンダーによって上下可能な下部熱板を有するプレス機の前記上部熱板と下部熱板の間に配置する工程と、前記油圧シリンダーを上昇させて前記積層構成物を加熱加圧する工程とを備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
2. クッション材の穴数を、プレス機の油圧シリンダー部に相当する部分に多く配置した部材を用いることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
3. クッション材の穴面積を、プレス機の油圧シリンダー部に相当する部分で大きくした部材を用いることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
4. クッション材の前記製品の外周部に相当する部分で穴数を多くした部材を用いることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
5. クッション材の前記製品の外周部に相当する部分で穴面積を大きくした部材を用いることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
6. 第１の金属板で挟持した積層物は、複数準備され、複数段に積層されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
7. 積層構成物は、複数準備され、複数段に積層されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
8. 製品は、表裏を電気的に接続したコア用基板の両側に所定位置の貫通孔に導電ペーストを充填したプリプレグシートと金属はくの順に積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。

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