JP2013058642A - 回路基板及び回路基板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーのズレや脱落を抑制できる回路基板と、このような回路基板を製造するための回路基板製造方法を得る。
【解決手段】絶縁性を有する材料で板状に形成された基材１４と、該基材１４の少なくとも一方の面の一部に貼り付けられた銅箔１６とを備え、銅箔１６の一部が外周部分に残存するように厚み方向に貫通する貫通溝２２が形成された基板本体１８と、前記貫通溝２２の深さに相当する厚みで且つ貫通溝２２の大きさよりも小さい大きさとされ、側面と貫通溝２２の内面との間に隙間が生じるように貫通溝２２に嵌め合わされたバスバー２０と、樹脂を含んで構成され、前記基板本体における他方の面に積層され、含まれていた樹脂により基板本体に貼り付けられたプリプレグシート２６と、前記プリプレグシート２６に含まれていた樹脂の一部が溶融し前記隙間に浸入した後硬化した浸入樹脂２６Ｐと、を有する回路基板。
【選択図】図４

Description

本発明は、回路基板及び回路基板製造方法に関する。

回路基板の例として、特許文献１には、絶縁基板に形成されたパターン溝に大電流用の回路導体を挿入し、この絶縁基板にプリプレグシート及び片面銅張積層材を積層した後、プリプレグシートを加熱加圧による硬化させ、さらに片面銅張積層材の銅箔をエッチングすることで信号用回路パターンを形成した回路基板が記載されている。

ところで、絶縁基板（基板本体）の溝に回路導体（バスバー）を嵌め合わせた構造では、バスバーを基板本体に対し安定的に保持させることが望まれる。特に、基板本体の片面側にバスバーが露出した構成では、基板本体の貫通溝に対してバスバーのズレや脱落が生じないように安定的に保持することが好ましい。

特開平７−２３５７５６号公報

本発明は上記事実を考慮し、バスバーのズレや脱落を抑制できる回路基板と、このような回路基板を製造するための回路基板製造方法を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、絶縁性を有する材料で板状に形成された基材と、該基材の少なくとも一方の面の一部に貼り付けられた銅箔とを備え、銅箔の一部が外周部分に残存するように厚み方向に貫通する貫通溝が形成された基板本体と、前記貫通溝の深さに相当する厚みで且つ貫通溝の大きさよりも小さい大きさとされ、側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じるように貫通溝に嵌め合わされたバスバーと、樹脂を含んで構成され、前記基板本体における他方の面に積層され、含まれていた樹脂により基板本体に貼り付けられたプリプレグシートと、前記プリプレグシートに含まれていた樹脂の一部が溶融し前記隙間に浸入した後硬化した浸入樹脂と、を有する。

この回路基板では、基板本体の貫通溝にバスバーが嵌め合わされている。基板本体の少なくとも一方の面には銅箔が貼り付けられており、銅箔の一部が貫通溝の周囲に残存しているので、銅箔が貫通孔の周囲に残存していない構造と比較して、貫通溝に嵌め合わされたバスバーと銅箔との間を導通させることが容易である。

基板本体の他方の面にはプリプレグシートが積層され、プリプレグシートに含まれていた樹脂により、基板本体に貼り付けられている。なお、このプリプレグシートの表面に、あらたにパターンを形成することが可能である。

バスバーは、貫通溝の深さに相当する厚みを有しているので、板厚方向には基板本体からはみ出すことはない。また、バスバーは、貫通溝の大きさよりも小さく、バスバーの側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じている。この隙間には、プリプレグシートの樹脂の一部が浸入した後硬化して、浸入樹脂となっている。したがって、隙間に樹脂が浸入していない構成と比較して、貫通溝に対するバスバーのズレや脱落を効果的に抑制可能となる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記バスバーと、前記一方の面において回路を構成している前記銅箔とを導通させる導通部材、を有する。

導通部材により、バスバーと銅箔との導通を容易に実現できる。

請求項３に記載の発明では、絶縁性を有する材料で板状に形成された基材の少なくとも一方の面の一部に銅箔が貼り付けられた基板本体に、銅箔の一部が外周部分に残存するように厚み方向に貫通する貫通溝を形成する貫通溝形成工程と、前記貫通溝の深さに相当する厚みで且つ貫通溝の大きさよりも小さい大きさのバスバーを、該バスバー側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じるように貫通溝に嵌め合わせる嵌合工程と、樹脂を含んで構成されたプリプレグシートを前記基板本体における他方の面で基板本体に積層する積層工程と、前記プリプレグシートを構成する樹脂によって前記基板本体にプリプレグシートが貼り付けられると共に該樹脂の一部が前記隙間に浸入するようにプリプレグシートに対する加熱と、基板本体とプリプレグシートとに対する積層方向に加圧、のいずれか若しくは双方を行う樹脂浸入工程と、を有する。

この回路基板製造方法では、貫通溝形成工程により、基板本体に貫通溝が形成される。貫通溝の外周部分には、基材の少なくとも一方の面に貼り付けられた銅箔の一部が残存している。

貫通溝には、嵌合工程において、バスバーが嵌め合わされる。さらに、積層工程では、プリプレグシートが基板本体の他方の面に積層される。ここで、樹脂浸入工程を行うと、バスバーは貫通溝の大きさよりも小さく、バスバー側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じているので、この隙間にプリプレグシートの樹脂の一部が浸入する。すなわち、樹脂を隙間に浸入させることで、貫通溝に対するバスバーのズレや脱落を効果的に抑制できる回路基板を製造することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記樹脂が硬化した後、前記一方の面における前記銅箔と前記バスバーとを導通部材により導通させる導通工程、

を有する。

導通工程により、銅箔とバスバーとを跨ぐようにして導通部材を配置することで、バスバーと銅箔とが導通された回路基板を容易に製造できる。

本発明は上記構成としたので、バスバーのズレや脱落を抑制できる回路基板と、このような回路基板を製造するための回路基板製造方法を得ることができる。

本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を示し、（Ａ）はバスバーの平面図、（Ｂ）は基板本体の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）における基板本体のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１の次段階で示し、（Ａ）はバスバーが嵌め合わされた基板本体の平面図、（Ｂ）は（Ａ）における基板本体のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図２の次段階で示す断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図３の次段階で示す断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図４の次段階で示す断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図５の次段階で示す断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図６の次段階で示す断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図９の次段階で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１０の次段階で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１１の次段階で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１２の次段階で示す断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１５の次段階で示す断面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板を製造するための回路基板製造方法を図１６の次段階で示す断面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板を示す断面図である。

図１〜図７には、本発明の第１実施形態の回路基板１２を製造する工程が順に示されている。また、図８には、第１実施形態の回路基板１２が断面図で示されている。

図１に示すように、回路基板１２を製造するにあたっては、まず、絶縁性材料（たとえば紙フェノールや紙エポキシ、ガラスエポキシ等）によって板状に形成された基材１４が用意される。基材１４の一方の面には、略全面にわたって銅箔１６が貼り付けられている。後述するように、この銅箔１６にはエッチング等が施されることで、所望の回路パターン４０Ａ（図８参照）が形成される。本実施形態では、基材１４の他方の面には、あらかじめ所定の回路パターン４０Ｂが形成されている。基材１４、回路パターン４０Ａ、４０Ｂによって、本発明の基板本体１８が構成されている。ただし、この回路パターン４０Ｂが形成されていない基板本体１８を用いてもよい。

また、回路基板１２は、バスバー２０を有する構成とされている。基板本体１８の厚みは、バスバー２０の厚みと略一致している。

基板本体１８には、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、バスバー２０が嵌め合わされる貫通溝２２が形成される。バスバー２０の大きさは、基板本体１８及びバスバー２０を平面視したとき（矢印１（Ｃ）に示す矢印Ａ１方向に見たとき）貫通溝２２の大きさよりもわすかに小さくなるように形成されている。したがって、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、バスバー２０を貫通溝２２に嵌め合わせると、バスバー２０の側面と貫通溝２２の内面との間にはわずかな隙間２４が生じている。

また、貫通溝２２の深さはバスバー２０の厚みと一致している。したがって、バスバー２０の両面がそれぞれ、基板本体の両面と面一になるように、バスバー２０を貫通溝２２に嵌め合わせることができる。

銅箔１６は、貫通溝２２の形状及び位置との関係で、その一部が貫通溝２２の周囲に残るように形成されている。図示の例では、貫通溝２２の全周において、銅箔１６が残っている。さらに、回路パターン４０Ｂも、貫通溝２２の全周に残っている。

このようにして、貫通溝２２にバスバー２０が嵌め合わされた基板本体１８の他方の面（回路パターン４０Ｂが形成された面）に対し、図３に示すように、プリプレグシート２６を配置する。プリプレグシート２６は、たとえばガラスクロスにエポキシ等の樹脂を含浸させたシート状の部材である。そして、プリプレグシート２６を挟んで基板本体１８の反対側に銅箔２８を配置（積層）する。

そして、基板本体１８、プリプレグシート２６及び銅箔２８を貼り合わせ、これらを積層方向（図３では上下に挟む方向）に加圧しながら、少なくともプリプレグシート２６の樹脂が溶融する程度の温度で加熱する。これにより、基板本体１８と銅箔２８とが、プリプレグシート２６を介して（プリプレグシート２６を構成していた樹脂により）貼着され一体化される。以下では、便宜的に、基板本体１８と銅箔２８とが、プリプレグシート２６を介して一体化されたものを基板積層体３０という。

図４に示すように、この状態で、プリプレグシート２６を構成していた樹脂の一部が、隙間２４に浸入している。したがって、この浸入樹脂２６Ｐが冷却により硬化すると、バスバー２０が基板本体１８に対し確実に保持され、バスバー２０の位置ズレ等が抑制される。

なお、このように、プリプレグシート２６を構成していた樹脂によって基板本体１８に貼り付けることが可能で、この樹脂の一部を隙間２４に浸入させることが可能であれば、上記した加圧及び加熱のいずれかのみを行ってもよい。

その後、図５に示すように、基板積層体３０の所望に位置において、厚み方向に貫通する孔部３６を形成する。これらの孔部３６の用途は特に限定されないが、たとえば、回路基板１２に他の部材を固定するため、あるいは他の部材との導通をとるため等に使用される。

ここで、図４から分かるように、隙間２４に浸入した浸入樹脂２６Ｐのさらに一部が、プリプレグシート２６の反対側からはみ出すことがある。この場合、バスバー２０と銅箔１６との境界部分３２において、このはみ出した樹脂３４を研磨し、図６に示すように、平坦化すればよい。

なお、基板積層体３０に孔部３６を形成すると、孔部３６の周囲にバリが生じることがある。このバリを研磨により同時に除去してもよい。

そして、図７に示すように、基板積層体３０の全体に渡って銅メッキを施す。これにより、基板積層体３０の両面及び孔部３６に内面に、銅メッキ層３８が形成される。この銅メッキ層３８は、境界部分３２においてバスバー２０の周囲の銅箔１６とバスバー２０とを跨ぐように掛け渡される（本発明に係る導通部材が構成される）ので、銅箔１６とバスバー２０との導通が得られる。

また、隙間２４に浸入した樹脂が、銅箔１６に達していない場合には、隙間２４が部分的に残っているので、この隙間部分にも銅メッキ層３８が形成されて導通部材が構成され、銅箔１６とバスバー２０とが導通される。

なお、銅メッキ層３８に代えて（あるいは併用して）銅箔等をあらたに追加して配置し、元々の銅箔１６とバスバー２０とを導通する構成としてもよい。

次いで、図８に示すように、基板積層体３０の銅箔１６、銅メッキ層３８及び銅箔２８にエッチング処理を施し、所望の回路パターン４０Ａ、４０Ｃを形成する。これにより、本発明の回路基板１２が構成される。以降は、必要に応じて、さらなる加工や、必要部材の取り付け等を行い、最終的な回路基板１２が得られる。

以上の説明から分かるように、本実施形態の回路基板１２では、基板本体１８とバスバーの間に生じた隙間２４に、プリプレグシート２６を構成している樹脂を浸入させることで、バスバー２０を基板本体１８に対し保持している。したがって、隙間２４に樹脂が浸入していない構成と比較して、バスバー２０を基板本体１８に対し確実に保持でき、バスバー２０のズレや脱落等を効果的に抑制できる。

また、本実施形態の回路基板１２では、バスバー２０と、その周囲の銅箔１６との間に隙間２４が生じていても、銅メッキ層３８によって、これらが電気的に接続される。すなわち、バスバー２０と回路パターン４０Ａとの間の導通を簡単な構造で確実に得ることができる。

本実施形態の回路基板１２において、回路パターン４０Ａ〜４０Ｄは、たとえば、制御回路として作用する。これに対し、バスバー２０は、たとえば、回路パターン４０Ａ〜４０Ｄに大電流を供給するための大電流回路として作用する。すなわち、１枚の回路基板１２に、制御回路（回路パターン４０Ａ〜４０Ｄ）と大電流回路（バスバー２０）とが、それぞれに求められる機能を十分に発揮しつつ、共存される。

さらに、バスバー２０は、回路パターン４０Ａ〜４０Ｄと比較して熱容量が大きいため、回路パターン４０Ａ〜４０Ｄに接続された各種の部品からの熱を放熱する放熱部材としても作用する。バスバー２０は基板本体１８に対し、その片面が露出しているので、特に放熱効果が高い。また、バスバー２０の露出部分に、他の部材を導通状態を維持しつつ配置することも容易であり、設計の自由度が高くなると共に、部品の三次元的（立体的）な配置も可能となる。なお、バスバー２０の長手方向の端部を、基板本体１８から部分的に突出するように配置してもよく、この構成では、突出部分によって放熱効果がさらに高くなる。また、突出部分を、他の部材との接続等に用いることも可能となる。

特に、本実施形態の回路基板１２では、以下のような効果を奏する。

バスバー２０が基板本体１８に埋め込まれており、回路基板１２の外側に出っ張っていない。バスバー２０を基板本体１８に出っ張るように配置した構造では、基板本体１８上に半田あるいは導電性の接着剤を用いて電気的に接続する必要が生じるが、半田や導電性接着剤の抵抗率は銅よりも高いため、回路の電気抵抗も全体として高くなる。本実施形態では、基板本体１８の回路パターン４０Ａとバスバー２０とを銅箔２８を用いて導通しているので、回路の電気抵抗が低くなる。

また、バスバー２０と基板本体１８との膨張係数が異なるため、温度変化によりクラックが発生し、接続性が低下する懸念がある。本実施形態では、バスバー２０が基板本体１８に埋め込まれているため、バスバー２０と基板本体１８との接続強度が高くなり、接続の信頼性も向上する。

また、半田や導電性接着剤は銅と比較して熱伝導率が低いため、バスバー２０を基板本体１８（回路パターン４０Ａから４０Ｄ）からの放熱に用いる場合に、基板本体１８からバスバー２０への熱が伝わりにくくなり、放熱効率が低下する。本実施形態の回路基板１２ではバスバー２０と回路パターン４０Ａとを、半田や導電性接着剤よりも熱伝導率の高い銅箔２８により接続しているので、バスバー２０からの放熱効率が高くなり、温度上昇を抑制する効果が高くなる。

さらに、バスバー２０が基板本体１８から出っ張っている構造では、回路基板１２の全体としての厚みも厚くなるが、本実施形態では、バスバー２０を基板本体１８に埋め込んでいるので、回路基板１２の厚みが厚くならない。たとえば、バスバー２０の表面に絶縁処理を施す場合でも、バスバー２０が基板本体１８に対し平坦になっているので、処理が容易である。

図９〜図１３には、本発明の第２実施形態の回路基板５２の製造方法において製造工程の一部が示されている。また、図１４には、第２実施形態の回路基板５２が示されている。

第２実施形態の回路基板５２の製造方法では、基板本体１８を得る工程（図２に示した工程）までは、第１実施形態の回路基板１２の製造工程と同様であるが、以降の工程が異なる。

すなわち、図９に示すように、貫通溝２２にバスバー２０が嵌め合わされた基板本体１８の他方の面にプリプレグシート２６を配置し、さらに、基板本体１８とは反対側に、プリプレグシート２６を挟むようにしてコア材５４を配置する。このコア材５４は、基板本体１８の基材１４と略同一構成とされた基材５６の一方の面（プリプレグシート２６と対向する面、回路基板５２では内層面）にあらかじめ回路パターン４０Ｃが形成されている。また、基材５６の他方の面（回路基板５２では外層面）には、銅箔５８が設けられている。

なお、図９では、１枚のコア材５４のみを配置しているが、複数枚のコア材５４を用いることも可能であり、その場合には、それぞれのコア材５４の間にプリプレグシート２６を配置する。また、これらのコア材５４は、内層面となる面にはあらかじめ回路パターン４０Ｃが形成され、外層面となる面には銅箔５８を設けられる。

そして、基板本体１８とコア材５４とを、第１実施形態と同様に積層方向（図９では上下に挟む方向）に加圧しながら加熱する。これにより、図１０に示すように、基板本体１８とコア材５４とが、プリプレグシート２６を介して貼着され一体化され、第２実施形態に係る基板積層体６０が得られる。プリプレグシート２６を構成している樹脂の一部は、隙間２４に浸入している。

その後、図１１に示すように、基板積層体６０の所望の位置に孔部３６を形成する。さらに、図１２に示すように、バスバー２０と銅箔１６との境界部分３２においてはみ出した樹脂３４を研磨し、平坦化する。必要に応じ、孔部３６の周囲のバリ等も研磨する。

さらにその後、図１３に示すように、基板積層体３０の全体に渡って銅メッキを施し、基板積層体３０の両面及び孔部３６に内面に、銅メッキ層３８を形成する（銅箔１６とバスバー２０との導通が得られる）。次いで、図１４に示すように、基板積層体３０の銅箔１６、銅メッキ層３８及び銅箔２８にエッチング処理を施し、所望の回路パターン４０Ａ、４０Ｄを形成し、回路基板５２が得られる。

このように、第２実施形態では、内部に複数層の回路パターンを有する回路基板５２を容易に製造することができる。

図１５〜図１７には、本発明の第３実施形態の回路基板７２の製造方法において、製造工程の一部が示されている。また、図１８には、第３実施形態の回路基板７２が示されている。

第３実施形態の回路基板７２の製造方法では、基板積層体３０を得る工程（図３に示す工程）までは第１実施形態の回路基板１２の製造方法と同様であるが、以降の工程が異なる。

すなわち、図１５に示すように、基板積層体３０に孔部３６を形成する際に、少なくとも１つの孔部３６を、バスバー２０を貫通するように形成する。そして、基板積層体３０の、少なくとも境界部分３２を含む領域を研磨した後、図１６に示すように、基板積層体３０の全体に渡って銅メッキを施して基板積層体３０の両面及び孔部３６に内面に、銅メッキ層３８を形成する。

そして、図１７に示すように、バスバー２０を貫通する孔部３６に対して、銅チップ７４を圧入する。この銅チップ７４は、孔部３６の内径と略等しい外径を有しており、孔部３６の内面に、銅チップ７４の外面が密着する。

なお、図１７では、銅チップ７４を下側から圧入しているが、圧入方向は特に限定されない。

また、図１７に示した例では、銅チップ７４の先端が丸くなるように加工されており、圧入作業を容易に行えるようになっている。

さらに、銅チップ７４の圧入後に、さらに基板積層体３０に必要に応じて銅メッキを施してもよい。

その後は、第１実施形態と同様に、基板積層体３０の銅箔１６、銅メッキ層３８及び銅箔２８にエッチング処理を施し、所望の回路パターン４０Ａを形成する。

このようにして得られた第３実施形態の回路基板７２は、バスバー２０を銅チップ７４が貫通しており、いわゆる銅インレイ７６を有する回路基板７２となっている。そして、銅インレイ７６の直上あるいは近傍に発熱部品を配置することで、この発熱部品の熱を効率よくバスバー２０に伝える（熱を逃がす）ことができる。

また、銅インレイ７６は大きな断面積を有しているので、回路パターン４０Ｂからの大電流をバスバー２０に効率よく流すことが可能となる。

１２ 回路基板
１４ 基材
１６ 銅箔
１８ 基板本体
２０ バスバー
２２ 貫通溝
２４ 隙間
２６ プリプレグシート
２６Ｐ 浸入樹脂
２８ 銅箔
３０ 基板積層体
３４ 樹脂
３６ 孔部
３８ 銅メッキ層
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 回路パターン
５２ 回路基板
６０ 基板積層体
７２ 回路基板

Claims (4)

1. 絶縁性を有する材料で板状に形成された基材と、該基材の少なくとも一方の面の一部に貼り付けられた銅箔とを備え、銅箔の一部が外周部分に残存するように厚み方向に貫通する貫通溝が形成された基板本体と、
   前記貫通溝の深さに相当する厚みで且つ貫通溝の大きさよりも小さい大きさとされ、側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じるように貫通溝に嵌め合わされたバスバーと、
   樹脂を含んで構成され、前記基板本体における他方の面に積層され、含まれていた樹脂により基板本体に貼り付けられたプリプレグシートと、
   前記プリプレグシートに含まれていた樹脂の一部が溶融し前記隙間に浸入した後硬化した浸入樹脂と、
   を有する回路基板。
2. 前記バスバーと、前記一方の面において回路を構成している前記銅箔とを導通させる導通部材、
   を有する請求項１に記載の回路基板。
3. 絶縁性を有する材料で板状に形成された基材の少なくとも一方の面の一部に銅箔が貼り付けられた基板本体に、銅箔の一部が外周部分に残存するように厚み方向に貫通する貫通溝を形成する貫通溝形成工程と、
   前記貫通溝の深さに相当する厚みで且つ貫通溝の大きさよりも小さい大きさのバスバーを、該バスバー側面と貫通溝の内面との間に隙間が生じるように貫通溝に嵌め合わせる嵌合工程と、
   樹脂を含んで構成されたプリプレグシートを前記基板本体における他方の面で基板本体に積層する積層工程と、
   前記プリプレグシートを構成する樹脂によって前記基板本体にプリプレグシートが貼り付けられると共に該樹脂の一部が前記隙間に浸入するようにプリプレグシートに対する加熱と、基板本体とプリプレグシートとに対する積層方向に加圧、のいずれか若しくは双方を行う樹脂浸入工程と、
   を有する回路基板製造方法。
4. 前記樹脂が硬化した後、前記一方の面における前記銅箔と前記バスバーとを導通部材により導通させる導通工程、
   を有する請求項３に記載の回路基板製造方法。

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