JP2015517213A

JP2015517213A - 印刷回路基板及びその製造方法

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Publication number: JP2015517213A
Application number: JP2015504489A
Authority: JP
Inventors: ヤンユンチェ、; メンギュンヨン、
Original assignee: Tyco Electronics AMP Korea Co Ltd
Current assignee: Tyco Electronics AMP Korea Co Ltd
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2015-06-18
Also published as: WO2013151315A1; CN104620683A; US20150021072A1; CN104620683B; DE112013001924T5; US9510446B2; KR20130113376A

Abstract

銅箔をアルミニウム（Ａｌ）で置き換えることによって熱放射効率と曲げ強度を増強する印刷回路基板（ＰＣＢ）とその製造方法が開示される。この製造方法は、（ａ）Ａｌ箔を準備すること、（ｂ）Ａｌ箔を絶縁層の両側に接合すること、（ｃ）Ａｌ箔と絶縁層を貫通するバイア孔を形成すること、（ｄ）絶縁層のバイア孔の内表面の露出部分を金属化することによって金属層を形成すること、（ｅ）Ａｌ箔の表面を亜鉛（Ｚｎ）膜で置き換えること、（ｆ）金属層とＺｎ膜の表面にめっきを行うことによって金属膜を形成すること、及び（ｇ）めっきによって金属膜の表面にめっき膜を形成することを含む。上述のＰＣＢ及びその製造方法を用いて、Ａｌの熱膨張係数による基板の変形を補償するためにポリイミド接着剤が用いられる。この結果、基板の損傷は、振動、急激な温度変化等のような厳しい環境下でさえ防止することができるので、製品の信頼性が増大する。

Description

本発明は、アルミニウムを使用する印刷回路基板（ＰＣＢ）及びその製造方法に関し、より具体的には、熱放射効率及び曲げ強度を増加することによって、振動、温度変化等のような厳しい環境下の基板の損傷を防止することができるＰＣＢ、及びその製造方法に関する。

一般的に、印刷回路基板（ＰＣＢ）は、種々の部材が取り付けられる又は種々の部品が一体化配線を介して電気的に接続される部品を指す。技術の発展によって、これらのＰＣＢは、種々の形態で且つ種々の機能を持って製造されている。ＰＣＢに対する要求は、家電製品、通信装置、半導体装置、産業装置、及び電気車両制御を含む産業の要請に従って増加している。特に、電子部品が小型になり且つ最新式になるに従って、ＰＣＢ製品もまた、より小さく、より軽くなり、且つ付加価値がより高くなっている。

そのような電子装置の現在の特徴の一つは、電子装置が多機能になると、より多くの電力を消費し、その結果、より多くの熱を発生することである。従って、場合によっては、電子部品のこの熱の発生がユーザの満足度と購買基準を決める可能性がある。

従来、多層ＰＣＢは、ベース基板として銅張積層板（ＣＣＬ）を準備し、回路パターンが形成される銅箔を集積することによって製造されている。しかしながら、銅（Ｃｕ）を使用する従来のＰＣＢは、熱放射効率の増加において制限されている。

従って、最近、Ｃｕよりも熱伝導率が高いアルミニウム（Ａｌ）が基板に使用されている。

そのような技術の例は、２００４年６月２４日に公開された特開２００４−１７９２９１号公報に開示されている。

引用された文献は、Ａｌで絶縁層を置き換えることによって熱放射効率と曲げ強度を増加しており、両側に配置される回路を含んでいる。表面の凹凸は、バイア孔処理によって形成される。また、全体の部品は、不導体にされる。酸化された両極を有するＡｌは、バイア孔の被覆層と密に接触され、回路は、そのＡｌの両側に形成される。Ａｌの両極は、１０乃至１００μｍの深さだけ酸化されてもよい。深さが３０μｍの場合、そのＡｌは、電気ショックによって影響を及ぼされず、絶縁効率が良好である。

しかしながら、Ａｌコアを使用する前述のＰＣＢ製造方法によれば、ＡｌがＣｕよりも化学耐性が低く且つ能動イオン状態にあるので、そのＡｌコアの表面が腐食される可能性があり、望ましくない化学反応が電解還元Ｃｕめっき中に生じる可能性がある。この場合、電解還元Ｃｕめっきによって発生されるＣｕ層は、Ｃｕ層の下に配置されるＡｌコア層との密な接触を完全には達成できない可能性がある。また、Ｃｕめっきの後でも、Ｃｕ層の表面は、弱い接触力に起因して浮く可能性があり、従って、製品の信頼性を減ずる可能性がある。

従来の方法によって製造されたＰＣＢは、適用される温度範囲が比較的に安定しているオフィス自動化器具、モバイル端末等のために使用される場合、Ｃｕ層の接触力は、Ａｌコアを陽極酸化することによって、安定化されることができる。しかしながら、基板が車両の電子制御、特に、エンジンルームに適用される場合、使用環境が厳しいので、Ａｌ膜とＣｕ層との間の接触が劣化する可能性がある。

加えて、基板が車両のために使用される場合、ＰＣＢは、ＡｌコアとＡｌコア上に配置される他の層との間の熱膨張率の違いに起因して損傷される可能性がある。

特に、半処理されたＡｌの両側に絶縁材料を積層する方法において、絶縁層の全ては、回路腐食処理の特性に起因してＡｌに接続され、従って、独立した部品又は回路は、形成されることができない。従って、全ての層の極性は、電気回路が適用されると、正又は負のいずれかに制限される。このように、処理の数は、多層基板を製造するために増加している。また、回路統合によって製品を単純にすることには制限がある。

本発明の一態様は、熱放射効率と曲げ強度を増加できるＰＣＢとその製造方法を提供する。

本発明の他の一態様は、車両に適用される厳しい環境下で基板の損傷とクラックを防止することによって、製品の信頼性を増加するＰＣＢとその製造方法を提供する。

本発明の更に他の一つの態様は、ＣｕをＣｕよりも比較的に軽いＡｌで置き換えることによって、車両の電子部品の重みを減少するＰＣＢとその製造方法を提供する。

本発明の更にまた他の一つの態様は、製造時間と製造コストを減少するＰＣＢとその製造方法を提供する。

本発明の更に他の一つの態様は、Ａｌが絶縁材料に関してＡｌを積層する方法によって、絶縁層に接合されるので、必要に応じて種々のタイプの回路を実施でき、従って、回路の統合によって製品を単純化することができるＰＣＢとその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、印刷回路基板（ＰＣＢ）の製造方法が提供され、本方法は、（ａ）アルミニウム（Ａｌ）箔を準備する工程と、（ｂ）前記Ａｌ箔を絶縁層の両側に接合する工程と、（ｃ）前記Ａｌ箔と前記絶縁層を貫通するバイア孔を形成する工程と、（ｄ）前記絶縁層上の前記バイア孔の内表面の露出部を金属化することによって金属層を形成する工程と、（ｅ）前記Ａｌ箔の表面を亜鉛（Ｚｎ）膜で置き換える工程と、（ｆ）前記金属層と前記Ｚｎ膜の表面に対してめっきを行うことによって金属膜を形成する工程と、（ｇ）めっきによって前記金属膜の表面にめっき膜を形成する工程を備える。

前記工程（ａ）は、エッチングによって前記Ａｌ箔上に凹凸を形成することを含む。

前記エッチングは、アルカリ系の化学処理又は酸系の化学処理によって実行されることができる。

前記工程（ｂ）は、前記Ａｌ箔の熱膨張を吸収する接合材料を使用して前記Ａｌ箔と前記絶縁層とを接合することを含む。前記接合材料は、ポリイミド系又はエポキシ系の接合材料を含むことができる。前記接合は、前記Ａｌ箔の上部と下部を加熱する又は加圧することによって実行されることができる。前記金属層は、前記バイア孔の前記内表面に露出される前記接合材料の露出部分上に形成されることができる。

前記工程（ｄ）の前記金属層は、カーボンめっき層を含むことができる。

前記工程（ｆ）の前記金属膜は、電解還元めっきによって形成されることができる。

前記工程（ｇ）は、電気めっきを使用して前記めっき膜を形成することを含むことができる。

前記製造方法は、更に、前記めっき膜の表面に回路パターンを形成する工程（ｈ）を含むことができ、この回路パターンは、塩化物系材料を使用して前記めっき膜と前記Ａｌ箔を酸エッチングすることによって形成される。

一例によれば、多層は、前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）を繰り返すことによって形成されることができる。

本発明の一態様によれば、上にバイア孔が形成される絶縁層の両側にＡｌ箔を接合することによって形成される基板と、前記絶縁層上の前記バイア孔の内表面の露出部を金属化するのに適する金属層と、前記Ａｌ箔の表面をＺｎで置き換えることによって形成される亜鉛（Ｚｎ）膜と、前記Ｚｎ膜に対して置換めっきを実行することによって形成される金属膜と、前記金属膜の表面に配置されるめっき膜と、前記Ａｌ箔と前記めっき膜をエッチングすることによって形成される回路パターンを含む印刷回路基板（ＰＣＢ）が提供される。

前記Ａｌ箔は、凹凸を含むことができ、この凹凸は、アルカリ系の化学処理又は酸系の化学処理を介してエッチングすることによって形成されることができる。

前記ＰＣＢは、更に前記Ａｌ箔と前記絶縁層を接合する接合材料を含むことができる。

前記接合材料は、ポリイミド系の接合シート又はエポキシ系接合シートを含むことができる。前記金属層は、前記バイア孔の前記内表面に露出する前記接合材料の露出部分に形成されることができる。

前記基板は、複数の絶縁層を準備し、各絶縁層の両側にＡｌ箔を接合することによって形成される多層基板として形成されることができる。

前記金属層は、カーボンめっき層であることができる。

前記金属膜は、電解還元めっきによって形成されるニッケル（Ｎｉ）膜であることができる。

前記めっき膜は、電気めっきによって形成されることができる。

前記回路パターンは、塩化物系材料を使用して前記めっき膜と前記Ａｌ箔を酸エッチングすることによって形成されることができる。

前記塩化物系材料は、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）、塩化銅（ＣｕＣｌ_２）及び次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）の内の少なくとも一種を含むことができる。

前記ＰＣＢは、車両の電気部品に取り付けられることができる。

加えて、本発明の一実施形態によれば、回路は、種々の形態で実施されることができる。従って、その製品は、その回路を統合することによって単純化されることができる。

図１乃至図１１は本発明の一実施形態に係るＰＣＢを製造する処理を示す断面図である。

ここで、本発明の一実施形態が詳細に参照され、その例は、添付の図面に描かれ、同様の参照番号は、全体を通して同様の部材を指す。図面を参照して本発明を説明するために実施形態が以下に記述される。本発明の記述において、関連する開示技術又は構成の詳細な記述が、不必要に本発明の主題を不明確にすると判断される場合には、それらは、省略される。

以降、本発明の実施形態の構成は、図１乃至図１１を参照して記述される。

図１乃至図１１は、本発明の一実施形態に係るＰＣＢを製造する処理を示す断面図である。

最初に、図１に示されるように、アルミニウム（Ａｌ）箔１０が準備される。表面の凸凹は、接合効率を増加するためにＡｌ箔１０の表面に形成される。例えば、表面の凸凹は、アルカリ系の化学処理又は酸系の化学処理を介してエッチングすることによって形成されることができる。硫酸塩系のソフトエッチングは、約１分間実行される。約６時間から１０時間かかる一般的な陽極酸化に比較して、このソフトエッチングは、表面の凹凸を形成するための時間を大きく減少することができる。

次に、図２に示されるように、Ａｌ箔１０は、高い接合力と絶縁機能を有するポリイミド系接着剤又はエポキシ系接着剤を使用して接合される。例えば、図１に示されるＡｌ箔１０は、ポリイミド系絶縁接合シート３０を使用して接合されることができる。ポリイミド系絶縁接合シートは、このＡｌ箔１０と同様の熱膨張係数を有することができる。即ち、ポリイミドは、約４００℃以上の高温から約−２６９℃以下の低温まで耐えるので、Ａｌの熱膨張係数（２３．０３×１０^-6／℃）に従う変動が吸収されることができる。Ａｌ箔１０と絶縁層２０の接合は、Ａｌ箔１０の上部と下部を加熱又は加圧することによって実行されることができる。

次に、図３に示されるように、バイア孔４０は、絶縁層２０からＡｌ箔１０へ貫通するように形成される。バイア孔４０は、レーザ処理、化学エッチング等による穿孔、打ち抜きによって形成されることができる。バイア孔４０は、上記では、Ａｌ箔１０と絶縁層２０の接合後に形成されるが、この方法に限定されていない。従って、バイア孔は、Ａｌ箔１０と絶縁層２０での打ち抜き等によって夫々形成されて、Ａｌ箔１０と絶縁層２０が接合されてもよい。或いは、孔は、事前にＡｌ箔１０を貫通するように形成され、絶縁層２０の接合後、バイア孔４０は、孔に対応する絶縁層２０に化学的方法によって形成されることができる。以降、説明の便宜上、絶縁接合シート３０を使用して絶縁層２０の両側にＡｌ箔１０が接合され且つバイア孔４０が形成される構造体は、“基板”と呼ばれる。パターンは、バイア孔４０によって基板上に形成される。

本実施形態は、Ａｌ箔１０を単一の絶縁層２０の両側に接合することによって形成される単層基板の例を示すが、本発明は、この例に制限されない。複数の絶縁層２０を準備し、Ａｌ箔１０を各絶縁層の両側に接合することによって形成される多層基板が適用されてもよい。次に、図４に示されるように、金属層５０は、絶縁層２０と絶縁接合シート３０を金属化するために基板に形成されたバイア孔４０の内表面に形成される。この金属層５０は、カーボンめっき層の直接めっきによって形成されることができる。従って、金属層５０が設けられると、カーボンは、絶縁層２０と絶縁接合層３０内に浸透し、それによって、基板の上部と下部に形成されるＡｌ箔１０同士が導通する。

次に、図５に示されるように、ジンケート処理が金属層５０と関連して実行され、それによって、Ａｌ箔１０の表面の所定厚の部分を亜鉛（Ｚｎ）層６０で置き換える。ジンケート処理が実行されると、金属層５０を含む、基板のバイア孔４０の内表面を通して露出されるＡｌ箔１０の側表面は、Ｚｎ膜６０によって選択的に置き換えられる。即ち、ジンケート処理中、Ａｌ箔１０の表面の一部は、図５に示されるように、Ｚｎ膜６０によって置き換えられる。ジンケート処理は、大気中で酸化され易いＡｌのような金属の表面をＺｎで置き換える方法を指す。

本実施形態によれば、Ａｌ箔１０の表面は、ジンケート処理によりＺｎ膜６０で置き換えられるので、Ａｌ膜１０の表面の接触力は、電解還元めっき又は電気めっき中に増強されることができる。

加えて、図６に示されるように、電解還元めっきは、Ｚｎ膜６０に対して高い耐薬品性を有する金属膜を形成するために実行され、電気分解（回復）めっき又は置換めっきは、金属層を使用して電解還元めっきとして実行される。例えば、ニッケル（Ｎｉ）膜７０は、Ｎｉを使用して電気めっきを実行することによって、金属層５０とＺｎ膜６０上に形成される。ここで、Ｎｉ膜７０は、電解還元めっき方法の内の比較的製造コストが低くなる電気分解（回復）によって形成されることができる。図６において、Ｎｉ膜７０は、Ｚｎ膜６０に対してＮｉ電気分解（回復）を実行することによって形成されてもよい。しかしながら、条件によっては、Ｚｎ膜６０は、Ｎｉ膜７０で置き換えられてもよい。この場合、Ｚｎ膜６０の表面の全厚又は部分的厚のみがＮｉ膜７０によって置き換えられてもよい。従って、Ｎｉ置換めっきの後でも、Ｚｎ膜６０の一部がＡｌ膜１０の表面に残っていてもよい。

Ｚｎ膜６０のめっきが実行される時に、高耐薬品性を有する他の金属が、Ｎｉの代わりに、使用されてもよい。例えば、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）が使用されてもよい。しかしながら、材料費に鑑み、Ｚｎ膜６０のめっきについてはＮｉを使用することが典型的である。

この実施形態によれば、Ｚｎ膜６０と後述される銅（Ｃｕ）めっき膜８０との間の接合は、Ｎｉ膜７０を形成することによって増強されることができる。詳細には、ＺｎとＮｉとの間の接合及びＺｎとＣｕとの間の接合は、ＺｎとＣｕとの間の接合よりも高いので、Ｎｉ膜７０がＺｎ膜６０とＣｕめっき膜８０との間に形成されると、接合と表面強度が増強されると共に、Ｚｎ膜６０の腐食が防止される。

次に、図７に示されるように、めっき膜８０は、バイア孔４０を含むＮｉ膜７０の全体の表面上に電気めっきによって形成されることができる。めっき膜８０は、電気めっきによって形成されるＣｕ膜であってもよい。めっき膜８０は、約２０μｍ以上の厚みに形成されることができる。めっき膜８０の厚みは、電気的な特性に従って制御されることができる。

電解還元めっき又は電気めっきは、めっき膜８０を形成するための方法として使用されることができる。本実施形態によれば、めっき膜８０は、電気めっきによって形成されることができる。この場合、膜の品質と強度を増強すると共に、製造コストは、減少されることができる。

本実施形態によれば、Ａｌ箔１０の表面とバイア孔４０の内表面は、Ｎｉ膜７０を含むので、全体の膜は導電性である。従って、電気めっきが実行されることができる。電解還元めっきが実行される時、製品は、所定のめっき溶媒中に消化され、電解還元Ｃｕめっきのための触媒として使用されるパラジウム（Ｐｄ）とＺｎとの間で置換が起こり、従って、大量の水素を生成する。更に、ＰｄとＺｎの化合物が発生されて、容易にめっき溶媒を汚染する。逆に、電気めっきが実行される時は、無電解メッキの問題が解決され、コストが減少されることができる。

次に、図８に示されるように、ドライ膜９０は、めっき膜８０の表面に付着することができる。図９に示されるように、エッチング（engraving）膜が組み合わされ、露光した光が所定時間供給され、それによって、望ましいパターン９１を現像する。

次に、図１０に示されるように、めっき膜８０の表面上に残るドライ膜９０に基づいて、酸エッチングは、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）、塩化銅（ＣｕＣｌ_２）及び次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）等のような塩化物系材料を使用してパターン９１に対して実行されることができる。酸エッチングにより、Ｚｎ膜６０、Ｎｉ膜７０、めっき膜８０、及びＡｌ箔１０が除去され、それによって、ユーザに望まれる回路が形成されるべき孔９２を形成する。

次に、図１１に示されるように、ドライ膜９０が剥離される。即ち、本発明の実施形態によれば、めっき膜は、鏡板によって形成され、望ましい回路が形成される。

上述のように、本発明の実施形態に係るＰＣＢは、車両の電気部品に対して適用されることができる。

本発明の実施形態が示され且つ記述されたが、本発明は、既述された実施形態に限定されない。代わりに、範囲が請求項とそれらの等価物によって定義される本発明の原理と精神から逸脱することなく、これらの実施形態に対して変更を加えることができることは当業者には理解されるであろう。

本開示は、特に好適な実施形態を参照して記述されたが、その開示の真髄と範囲内での変更が当業者には見出されるであろう。例えば、既述された技術が異なる順序で実行されることや、記述されたシステム、構造、装置、回路等が上記とは異なる方法で接続される又は組み合わされる又は他の部品又は等価物で置き換えられることでも、適切な結果が達成されることができる。

従って、他の実施形態と請求項に対する等価物は、請求項の範囲内である。

Claims

印刷回路基板（ＰＣＢ）の製造方法であって、
（ａ）アルミニウム（Ａｌ）箔を準備する工程と、
（ｂ）前記Ａｌ箔を絶縁層の両側に接合する工程と、
（ｃ）前記Ａｌ箔と前記絶縁層を貫通するバイア孔を形成する工程と、
（ｄ）前記絶縁層上の前記バイア孔の内表面の露出部分を金属化することによって金属層を形成する工程と、
（ｅ）前記Ａｌ箔の表面を亜鉛（Ｚｎ）膜で置き換える工程と、
（ｆ）前記金属層と前記Ｚｎ膜の表面に対してめっきを実行することによって金属膜を形成する工程と、
（ｇ）めっきによって前記金属膜の表面上にめっき膜を形成する工程と
を備える製造方法。
前記工程（ａ）は、エッチングによって前記Ａｌ箔上に凹凸を形成することを含む請求項１に記載の製造方法。
前記エッチングは、アルカリ系の化学処理又は酸系の化学処理によって実行される請求項２に記載の方法（Ｖ）。
前記工程（ｂ）は、前記Ａｌ箔の熱膨張を吸収する接合材料を使用して、前記Ａｌ箔と前記絶縁層を接合することを含む請求項１に記載の製造方法。
前記接合材料は、ポリイミド系接合シート又はエポキシ系接合シートを含む請求項４に記載の方法（Ｖ）。
前記接合は、前記Ａｌ箔の上部と下部を加熱する又は加圧することによって実行される請求項４に記載の製造方法。
前記金属層は、前記バイア孔の前記内表面に露出される前記接合材料の前記露出部分上に形成される請求項４に記載の製造方法。
前記工程（ｄ）の前記金属層は、カーボンめっき層を備える請求項１に記載の製造方法。
前記工程（ｆ）の前記金属膜は、電解還元めっきによって形成される請求項１に記載の製造方法。
前記工程（ｇ）は、電気めっきを使用して前記めっき膜を形成することを含む請求項１に記載の製造方法。
更に、前記めっき膜の表面上に回路パターンを形成する工程（ｈ）を備え、
前記回路パターンは、塩化物系材料を使用して前記めっき膜と前記Ａｌ箔を酸エッチングすることによって形成される請求項１に記載の製造方法。
多層が前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）を繰り返すことによって形成される請求項１に記載の製造方法。
印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、
バイア孔が形成される絶縁層の両側にＡｌ箔を接合することによって形成される基板と、
前記絶縁層の前記バイア孔の内表面の露出部分を金属化するよう構成された金属層と、
前記Ａｌ箔の表面を亜鉛（Ｚｎ）によって置き換えることによって形成されるＺｎ膜と、
前記Ｚｎ膜に対して置換めっきを実行することによって形成される金属膜と、
前記金属膜の表面に配置されるめっき膜と、
前記Ａｌ箔と前記めっき膜をエッチングすることによって形成される回路パターンを備えるＰＣＢ。
前記Ａｌ箔は、凹凸を備え、
前記凹凸は、アルカリ系の化学処理又は酸系の化学処理を介するエッチングによって形成される請求項１３に記載のＰＣＢ．
更に、前記Ａｌ箔と前記絶縁層を接合するための接合材料を備える請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記接合材料は、ポリイミド系接合シート又はエポキシ系接合シートを備える請求項１５に記載のＰＣＢ。
前記金属層は、前記バイア孔の前記内表面に露出される前記接合材料の露出部分上に形成される請求項１５に記載のＰＣＢ。
前記基板は、複数の絶縁層を準備し、各絶縁層の両側にＡｌ箔を接合することによって形成される多層基板として形成される請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記金属層は、カーボンめっき層である請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記金属膜は、電解還元めっきによって形成されるニッケル（Ｎｉ）膜である請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記めっき膜は、電気めっきによって形成される請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記回路パターンは、塩化物系材料を使用して前記めっき膜と前記Ａｌ箔を酸エッチングすることによって形成される請求項１３に記載のＰＣＢ。
前記塩化物系材料は、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）、塩化銅（ＣｕＣｌ_２）及び次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）の内の少なくとも一種を含む請求項２２に記載のＰＣＢ。
前記ＰＣＢは、車両の電気部品に取り付けられる請求項１３乃至請求項２３のいずれか一項に記載のＰＣＢ。