JP2021163893A - 回路配線基板および配線パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程で簡単に配線パターンを形成することができる回路配線基板および配線パターン形成方法を提供する。【解決手段】回路配線基板は、平板状の絶縁基板４の全面に銅箔２が積層された銅張積層板３と、銅張積層板３上の全面に積層されたソルダーレジスト１とを有する。回路配線基板は、平板状の絶縁基板の両面、かつ、全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、銅張積層板の両面、かつ、全面に積層されたソルダーレジスト層とを有し、銅張積層板には、両面を貫通する貫通孔の内周面に銅張または導電メッキが施されてなるスルーホールが形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、主に学習用基板キットや試作基板に好適な回路配線基板および配線パターン形成方法に関する。

従来から用いられる基板の配線パターンを形成する一つの方法として、「サブトラクティブ法」がある。それは、あらかじめ絶縁基板の全面を銅箔で覆った銅張積層板を使い、銅張積層板に例えばフォトレジストを被覆した上で、フォトレジストを感光させる感光工程、未感光のフォトレジストを剥離する現像工程、配線パターン部分以外の銅箔を除去するエッチング工程等を経て、最終工程でソルダーレジストを所望部分に塗布して配線パターンを形成する方法である。

すなわち、図８に示すように、市販時点で銅張積層板３に塗布されているのは一般的にはフォトレジスト９であり、絶縁基板４の全面に銅箔２を塗布し、さらに前記銅箔２の全面にフォトレジスト９を積層した回路配線基板が、学習用基板キットや試作基板の製作に用いられる。

フォトレジスト９には、例えば薄膜で紫外線を照射すると耐薬品性の大きな硬質膜に変化するポリケイ皮酸ビニル等の感光性樹脂材料が使われ、ネガ型と称される反応方法で、感光ステップにおいてフォトレジスト９にフォトマスク１０を介して感光装置１１からの紫外線１２を照射し、現像ステップにおいてフォトレジスト９の感光していない部分を除去してフォトレジスト除去部９’を形成し、その感光していないフォトレジスト部分の剥離により銅箔２が露出すると、次のエッチングステップにおいて露出した銅箔２を溶融させて除去し、絶縁部分（銅箔除去部２’）を形成する。

その後、フォトレジスト除去ステップによりエッチング後の残存フォトレジストを除去して配線パターンを形成し、配線パターン間でのショートを起こさないために、最終工程において、ソルダーレジスト用マスク１””を介して基板上の配線パターン間及び部品実装部を残してソルダーレジスト１を塗布し、主目的である配線パターン間に余分な半田が付くのを防ぐことのできる回路配線基板が完成する。

また、レーザー光線を用いて配線パターンやランドを形成する方法としては、特許文献１に記載のように、パターニング加工が可能な材質のフィルムを除去するためにレーザー光線を用いて配線パターンを製造する方法や、特許文献２に記載のように、銅張積層板にブラインドビアホ−ルを形成するためにレーザー光線を用いる製造方法が知られている。

特開２００８−７８２５０号公報

特開２００５−２２３１７４号公報

しかし、従来の「サブトラクティブ法」では、回路配線基板の完成までには、例えばフォトレジストの所望部分を感光するためのフォトマスクの製作や、最終工程で部品実装部以外の部位にソルダーレジストを塗布するためのソルダーレジストマスクの製作等を必要とし、さらに、感光されていないフォトレジストを除去するステップや、エッチング後の残存フォトレジストを除去するステップや、配線パターンの形成後の仕上げとしてソルダーレジストを塗布するステップ等の工程と、それに要するな設備も必要になる。

また、「サブトラクティブ法」によらない回路配線基板の製造法として、特許文献１や特許文献２が知られているが、これらの特許文献は配線パターンの形成方法の途中工程において、単にレーザー光を用いることが開示されているのみである。

特許文献１は、フォトマスクなどの高価な感光マスク等の作成を不要とするために、レーザー光の照射によりパターンニング加工が可能なフィルムを用いる製造方法に関するもので、銅箔上に塗布されたフィルムをエッチングレジストとして使用し、フィルムをレーザー光の照射で除去した後に、エッチング工程で所望の銅箔部分を溶融させて配線パターンを形成し、次にエッチング加工後に残ったフィルムをアルカリ液で溶融させて、最終工程として配線パターンの一部である部品実装部を残し、かつ、保護すべき部品実装部以外の部位にソルダーレジストを塗布するとういう製造方法が開示されている。従って、特許文献１は、単に感光工程の代替としてレーザー加工を採用するものであって、エッチング工程以降は従来の「サブトラクティブ法」と同等である。

特許文献２は、多層積層基板におけるレーザー加工によって各層間でのブラインドビアホ−ルや形状の異なる貫通孔を同時に形成するための両面回路基板の製造方法に関するもので、最終工程でソルダーレジスト等の保護膜を形成する工程を必要とするものである。

従って、サブトラクティブ法と同様に、これらの特許文献の回路配線基板製造の最終工程においては、部品実装部を残し、かつ、保護すべき部品実装部以外の部位にソルダーレジストを塗布する工程が必要となる。

加えて、フォトレジストやソルダーレジストのマスキング工程等も必要であり、これらを行うためには大掛かりな設備が必要となるから、これらの従来の方法は、工場における大量生産には適しているものの、多品種少量生産的な学習用基板キットや試作基板の小規模生産には適さないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、少ない工程で簡単に配線パターンを形成することができる回路配線基板および配線パターン形成方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る回路配線基板は、平板状の絶縁基板の全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、前記銅張積層板上の全面に積層されたソルダーレジスト層とを有することを特徴とする。

あるいは、本発明に係る回路配線基板は、平板状の絶縁基板の両面、かつ、全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、前記銅張積層板の両面、かつ、全面に積層されたソルダーレジスト層とを有し、前記銅張積層板には、両面を貫通する貫通孔の内周面に銅張または導電メッキが施されてなるスルーホールが形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る配線パターン形成方法は、平板状の絶縁基板の全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、前記銅張積層板上の全面に積層されたソルダーレジスト層とを有する回路配線基板に所望の絶縁部を形成するために、前記絶縁部の形状に合わせてレーザーを照射し、前記ソルダーレジスト層を除去して銅箔板を露出させる第１のレーザー照射ステップと、前記第１のレーザ照射ステップで露出した銅箔板をエッチング処理により溶融させるエッチングステップと、前記回路配線基板に所望の部品実装部を形成するために、前記部品実装部の形状に合わせてレーザーを照射し、前記ソルダーレジスト層を除去して銅箔板を露出させる第２のレーザー照射ステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係る回路配線基板および配線パターン形成方法によれば、汎用基板としてソルダーレジスト層が塗布された回路配線基板を用い、ソルダーレジスト層をレーザーにより除去して絶縁部分および部品実装部を形成することができるため、従来の配線パターン形成方法では必須のソルダーレジスト層の塗布工程を省略することができる。

加えて、フォトレジストやソルダーレジストのマスキング工程等での処理に要する大掛かりな設備が不要となり、多品種少量生産的な学習用基板キットや試作基板の小規模生産に好適で、例えば、既に市販されているコンパクトなレーザー加工装置（Ｐｏｄｅａ社のＰｏｄｅａ ＺＥＲＯシリーズ等）を使って回路基板を製作することができるので、オフィス内で小ロットの製作が可能となる。

また、回路基板にスルーホールを設ける際にも、ドリルの代わりにレーザーを使用することによって、ホール径などもボタン操作一つで簡単に制御することができるから、ホール径の調整に関しても自由度が増す。

（ａ）は発明を実施するための形態に係る回路配線基板を示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 （ａ）は第１のレーザー照射ステップを経た回路配線基板を示す平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 （ａ）はエッチングステップを経た回路配線基板を示す平面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。 （ａ）は第２のレーザー照射ステップを経た回路配線基板を示す平面図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。 回路配線基板の第１のレーザー照射ステップの前後の状態を示す説明図である。 回路配線基板の第２のレーザー照射ステップの前後の状態を示す説明図である。 図１の回路配線基板に配線パターンを形成するための一連のステップを示す説明図である。 従来の回路配線基板に配線パターンを形成するための一連のステップを示す説明図である。

本発明を実施するための回路配線基板の構成およびレーザー装置を用いて回路配線基板に配線パターンを形成する方法について、図面に基づいて説明する。

図１〜図７は、便宜的に、本発明の主たる対象物である学習用基板キットや試作基板として使い勝手のよいスルーホール両面回路配線基板についての実施例を示す。また、本明細書において説明する配線パターンは、部品実装部のランドも含むものとする。

本実施の形態に係る回路配線基板は、図１（ａ）に示すように、上面から見ると単にソルダーレジスト１が見えるだけであるが、図１（ｂ）に示すように、その下層には絶縁基板４上に銅箔２が積層された銅張積層板３がある。銅張積層板３には、スルーホール５が設けられている。スルーホール５は、ソルダーレジスト１に被覆されているので、回路配線基板の表裏接続やリード部品の実装が必要な場合に、レーザー加工によりソルダーレジスト１を蒸散させて利用する。スルーホール５をソルダーレジスト１で被覆する理由は、エッチング処理時にスルーホール５の内周面の銅張や銅、スズ等の導電メッキがエッチング液で溶融されるのを防止するためである。

ソルダーレジスト１は、「半田レジスト」とか「グリーンレジスト」などとも呼ばれているもので、塗膜形成の方法によって、アルカリ現像型ソルダーレジスト、ＵＶ硬化型ソルダーレジスト、熱硬化型ソルダーレジストがある。

ソルダーレジスト１の主要な役割は、半田付けの際に配線パターン間に余分な半田が付くのを防ぐことであるが、加えて、基板との密着性・耐熱性・耐湿性・耐溶剤性・耐マイグレーション性などがある。特にマイグレーションという現象は「電蝕」ともいい、イオン化した銅が基板のガラス繊維等に沿って成長して、近隣のパターンの銅と接触してショートを起こすことであり、ソルダーレジストは表面に沿って成長するそのマイグレーションを抑制する働きもある。

従って、ソルダーレジストは、回路配線基板にとっては必須のものであるが、従来の基板においては一般的な基板も含め学習用基板キットや試作基板でもソルダーレジストが塗布済みの基板は市販されておらず、また、そのような発想も無かった。

その点、ソルダーレジスト１が既に塗布された回路配線基板をレーザー装置８（図７参照）により直接加工できることを可能にした本実施の形態に係る回路配線基板および配線パターン形成方法は、少量生産である学習用基板キットや試作基板に好適である。

本実施の形態に係る回路配線基板は、絶縁基板４を中心の層にして、その外層に銅箔２を被覆した銅張積層板３に対し、銅張積層板３を貫通する複数のスルーホール５を設け、さらにその外層にソルダーレジスト層を設けたスルーホール両面回路配線基板である。

スルーホール５は、銅張積層板３を貫通した孔であり、その内面（内周面）は導通加工されている（銅箔の銅張を施すか、銅メッキ等で導通可能な構造にする。）。図示はしないが、配線パターンが３層とか４層等の多層基板の場合は、多層パターンの層間の導通を目的としたビアホールとすることもできる。

ソルダーレジスト１は、一例として現像型ソルダーレジストフィルムＰＦＲ−８００ＡＵＳ４０２（太陽インキ製造株式会社製の商品名）があり、そのソルダーレジスト１を剥離または除去するレーザー装置８の一例としては、Pｏｄｅａ ＺＥＲＯレーザーシリーズ（Pｏｄｅａ社の商品名）のレーザー加工装置がある。レーザー加工装置に変えてメカニカルなドリルを使う加工方法も考えられるが、加工音が小さく、かつ、ソルダーレジスト材料が蒸散して粉塵も出ないレーザー加工の方が、オフィス内の回路配線パターン形成方法として好適である。

図２は、最初のレーザー照射ステップ（第１のレーザー照射ステップ）を経て得られる回路配線基板（中間体）の平面図および断面図で、レーザー装置８のレーザー照射部６（図５，６参照）を用いて回路配線基板上に絶縁部分を形成する過程を示す。

レーザー装置８には、データ入出力装置により基板設計者が所望する配線パターンのデータが入力され、この入力に基づくレーザー照射部６のレーザー出力により、レーザー光７が照射されたソルダーレジスト１の該当部分が蒸散によって除去されてソルダーレジスト除去部1’が形成される。これにより、銅箔２が露出すると、いわゆるエッチング層パターンとなり、次の工程であるエッチング処理において、ソルダーレジスト除去部1’の銅箔２を溶融して絶縁部を形成する準備が整う。

なお、本実施の形態では、例えばＣＯ_２や半導体をレーザー発振器とする市販のレーザー加工機を使用するが、レンズを変えることでレーザー光のビームスポット径を変えることが可能である。微細な加工を行うためには、ビームスポット径が小さい方が好ましいので、レーザー光７はビームスポット径の小さなものを使用することが望ましい。そのためにレーザー光７の焦点深度は浅くなっても、ソルダーレジスト１は２０μｍ程度と薄いため、問題なく蒸散させることができる。

図３は、エッチングステップを経て得られる回路配線基板（中間体）の平面図および断面図で、エッチング処理により絶縁部となる銅箔除去部２’を形成する過程を示す。

第１のレーザー照射ステップにおいて、ソルダーレジスト１が蒸散してソルダーレジスト除去部1’が形成されて銅箔２が露出するが、この露出した銅箔２がエッチング処理により溶融されて絶縁基板４が露出する。つまり、平板上の銅箔２の一部に通電しない絶縁部が形成され、これらの複数の組合せで所望の配線パターンが形成される。露出した銅箔２のみを溶融するためのエッチングに使用する薬剤としては、例えば塩化第二鉄溶液、塩化第二銅溶液等がある。ソルダーレジスト１は、これらのエッチング液に耐性を持った素材である必要があるが、例えばドライフィルムや電着皮膜（ＥＤ）などの有機レジストを用いればよい。

また、第１のレーザー照射ステップでは、スルーホール５の貫通孔を塞ぐように設けられたソルダーレジスト１の除去加工は行われないので、エッチングステップにおいてもスルーホール５の内周面に含侵処理等で貼られる銅箔や銅、銀などによる導電メッキの部分の溶融は生じない。

図４は、２回目のレーザー照射ステップ（第２のレーザー照射ステップ）を経て得られる回路配線基板の平面図および断面図で、スルーホール５の周囲に部品実装部１’を形成するためにソルダーレジスト１を蒸散させる過程を示す（ここで初めてスルーホール５の周囲のソルダーレジスト１を除去してランド等と称される部品実装部１’が形成される。）。

図５は、第１のレーザー照射ステップの前後の状態をより理解しやすくするためにレーザー照射を模式的に示す。加工処理前の回路配線基板のソルダーレジスト１にレーザー光７を照射して３か所のソルダーレジスト除去部１’を形成する場合、レーザー照射部６は、基板との相対的位置が照射ポイント（１）〜（３）となるように基板に対して相対的に移動し、各照射ポイントでレーザー光７を照射することより、３か所で銅箔２が露出する。この露出した銅箔２は、次のエッチングステップにおけるエッチンング処理によって溶融され、絶縁部が形成される。

図６は、第２のレーザー照射ステップの前後の状態をより理解しやすくするためにレーザー照射を模式的に示す。エッチング処理により銅箔除去部２’（絶縁部）が形成されている基板の残存するソルダーレジスト１にレーザー光７を照射して、４か所のソルダーレジスト除去部１’を形成する場合、レーザー照射部６は、基板との相対的位置が照射ポイント（４）〜（７）となるように基板に対して相対的に移動し、各照射ポイントでレーザー光７を照射することより、４か所で銅箔２が露出する。ここでは、照射ポイント（４），（７）ではスルーホール５が貫通し、照射ポイント（５），（６）では部品実装部１’、いわゆるランドが形成される。

図７は、本実施の形態に係る配線パターンの形成方法を説明するためのフローチャートおよび模式図で、回路配線基板に所望の配線パターンを形成するために、レーザー装置８を稼働させるデータを作成するデータ作成ステップＳ１では、市販のレーザー装置およびパソコンを利用してレーザー加工の手順を指示するデータを作成する。

ステップＳ１で作成したデータに基づいて、回路配線基板に所望の絶縁部を形成するためにレーザー装置８を稼働させる第１のレーザー照射ステップＳ２では、ソルダーレジスト１の一部を蒸散させてソルダーレジスト除去部１’を形成する。本実施の形態では、両面基板を例示しているので、基板の表面と裏面にレーザー照射が行われることを図７で模式的に図示しており、実際の工程においては、レーザー装置８の内部で基板の表裏を変えて加工すればよい。

ステップＳ２を経た基板にエッチンング処理を行なうエッチングステップＳ３では、ステップ２で露出した銅箔２の部分をエッチング処理により溶融させて絶縁部を形成する。

そして、最終工程として、回路配線基板に所望の部品実装部（ランド等）を形成しスルーホール５を貫通させるためにレーザー装置８を稼働させる第２のレーザー照射ステップＳ４では、残存したソルダーレジスト１の一部を蒸散させて部品実装部を形成する。ステップＳ４においても、ステップＳ２と同様に、レーザー装置８の内部で基板の表裏を変えて加工すればよい。

本実施の形態に係る回路配線基板は、平板状の絶縁基板４の全面に銅箔２が積層された銅張積層板３と、銅張積層板３上の全面に積層されたソルダーレジスト１とを有するので、絶縁部の形状に合わせてレーザー光７を照射し、ソルダーレジスト１を除去して銅箔２を露出させ、露出した銅箔２をエッチング処理により溶融させ、部品実装部の形状に合わせてレーザー光７を照射し、ソルダーレジスト１を除去して銅箔２を露出させることにより、ソルダーレジスト層の塗布工程等を省略した少ない工程で簡単に配線パターンを形成することができ、多品種少量生産的な学習用基板キットや試作基板の小規模生産にも好適である。

以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。

例えば、上記の実施の形態では、スルーホールを有して両面に配線が設けられる両面回路配線基板について説明したが、本発明は片面回路配線基板や、スルーホールを有しない回路配線基板にも適用可能である。

また、回路配線基板において、絶縁基板上の銅箔や銅張積層板上のソルダーレジストは必ずしも絶縁基板、銅張積層板を完全に覆っている必要はなく、絶縁基板、銅張積層板の略全面に設けられていればよい。

１ ソルダーレジスト
２ 銅箔
３ 銅張積層板
４ 絶縁基板
５ スルーホール
７ レーザー光

Claims (3)

1. 平板状の絶縁基板の全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、
   前記銅張積層板上の全面に積層されたソルダーレジスト層とを有することを特徴とする回路配線基板。
2. 平板状の絶縁基板の両面、かつ、全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、
   前記銅張積層板の両面、かつ、全面に積層されたソルダーレジスト層とを有し、
   前記銅張積層板には、両面を貫通する貫通孔の内周面に銅張または導電メッキが施されてなるスルーホールが形成されていることを特徴とする回路配線基板。
3. 平板状の絶縁基板の全面に銅箔板が積層された銅張積層板と、前記銅張積層板上の全面に積層されたソルダーレジスト層とを有する回路配線基板に所望の絶縁部を形成するために、前記絶縁部の形状に合わせてレーザーを照射し、前記ソルダーレジスト層を除去して銅箔板を露出させる第１のレーザー照射ステップと、
   前記第１のレーザ照射ステップで露出した銅箔板をエッチング処理により溶融させるエッチングステップと、
   前記回路配線基板に所望の部品実装部を形成するために、前記部品実装部の形状に合わせてレーザーを照射し、前記ソルダーレジスト層を除去して銅箔板を露出させる第２のレーザー照射ステップとを含むことを特徴とする配線パターン形成方法。

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