JP2715576B2 - プリント配線板の製法 - Google Patents

プリント配線板の製法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は放熱効果の優れたプリント配線板の製法に関
するものである。
[従来の技術] 近年、電源回路、各種モータの駆動回路または電力増
幅回路といった分野で代表されるように使用電力の増
大、回路の高密度実装あるいは機器の小型化のニーズ等
に対応するためには放熱性の良いプリント配線板が必要
であり、このようなプリント配線版を提供するための製
法として第5図(a)乃至(d)および第6図に断面図
で示す製法が知られている。
即ち、第5図(a)は金属ベースの銅張り積層板の断
面図である。放熱性の要求されるプリント配線板では金
属基材11としてはアルミ板あるいは銅板を使用し、絶縁
材12は銅13と金属基材11の接着と電気的絶縁の両機能を
持ったエポキシ系の樹脂を使用しているが、絶縁性を更
に強化するためにガラスエポキシプリプレグ等を使用す
ることもある。銅13は厚みが30〜100μmの銅箔であ
り、絶縁材12の厚みは40〜150μmである。この銅張り
積層板に第5図(b)に示すようにエッチングレジスト
14を回路パターン状に形成する。次に、第5図(c)に
示すように銅13の露出した部分をエッチング除去し、更
にエッチングレジスト14を剥離することにより銅13の回
路パターンが形成される。次に第5図(d)に示すよう
に材質が銅であり、厚みが0.5〜3mm、大きさが数mm2
数cm2であるヒートシンク15が半田付けにより回路パタ
ーン上に接着される。このヒートシンク15上にパワート
ランジスタ、パワーMOS−FETあるいはサイリスタ等の高
発熱素子が組み込まれる。
次に第6図は銅13として銅箔を用いる代わりにそのま
まヒートシンクにもなり得る厚い銅板を使用し、プリン
ト配線板を形成したものである。製法は第5図(a)乃
至(c)と同であり、銅13のエッチングを終え、エッチ
ングレジストも除去した後の第5図(c)の図面に相当
するものである。
[発明が解決しようとする課題] このような高発熱素子の組み込まれるプリント配線板
において、本発明が解決しようとする課題の第一は回路
パターンが高精度であり、高密度実装のできるプリント
配線板の簡単、安価な製法を提供することである。つま
り、第5図(a)乃至(d)に示す製法においてはヒー
トシンク15を1個づつ回路パターン上に半田付けにより
接着しなければならず、そのときの位置合せ、更には回
転等接着の位置精度が上らないだけでなく手間のかかる
工程である。
一方、多数のヒートシンクを一度に形成しようとする
と第6図において説明した製法のようになり、銅13が厚
いためエッチングに非常に長い時間を費やしてしまう。
また、銅の厚みが厚いためエッチングの際に銅のサイド
エッチングが進み、上方で幅が狭く下方で裾野が広がっ
たような銅13の断面となり、パターン精度が悪く細線を
形成することが困難になる。従って、高密度実装のでき
るプリント配線板を形成することができない。
以上のような点を解決することと放熱性を更に改良す
ることが本発明の目的である。
[課題解決のための手段] 放熱性が良くて、しかも回路パターンが高精度であ
り、高密度実装のできるプリント配線板の簡単、安価な
製法を提供するために、回路パターンを形成する導電板
をあらかじめ機械的に加工することによりヒートシンク
部、電路部、エッチング除去される部分に分け各部の銅
厚みを変えるようにする。つまり、ヒートシンク部は厚
く、エッチング部は薄くあるいは除去してしまって最小
限しか残さず、電路部は流れる電流量に応じて厚くした
り、あるいは薄くしたりするよう加工する。
更に、金属基材には無機絶縁処理を施し、その後で前
記加工済みの導電板を貼り合わせ、導電板の薄くて不要
な部分をエッチング除去することによりプリント配線板
を形成する。金属基材の無機絶縁処理により有機接着剤
より成る有機絶縁層の厚みを薄くして、熱伝導を良く
し、放熱性の向上をはかる。
更に高密度実装プリント配線板とするために、導電板
上に絶縁層を形成し更にその上に導電層を形成する多層
構造とする。
[作用] 請求項1記載のように導電板に部分的に厚みを薄くし
た部分をプレス加工で形成する工程と、金属基材の表面
に無機絶縁化処理をする工程と、前記プレス加工された
後の導電板を前記無機絶縁化処理された後の金属基材に
有機接着材により接着する工程と、前記接着された後の
導電板の厚みを薄くした部分の不要部分をエッチングに
より取り除いて回路パターンを形成する工程とを含むプ
リント配線板の製法としたことにより、金属基材に接着
する前の導電板単独でヒートシンク部、電路部を形成す
ることができる。また回路パターン精度が上がり、後工
程の高発熱素子の実装までを含め工程の自動化がやり易
くなる。
更に、無機絶縁層の存在により有機接着剤より成る有
機絶縁層の厚みを薄くすることができ絶縁層全体での熱
伝導度が上がり放熱性が良くなってくる。樹脂、セラミ
ック(無機絶縁層)では熱伝導率において概略次のよう
な違いがある。
樹脂 0.1〜0.1 KCal/m・hr・℃ セラミック 約10 KCal/m・hr・℃ 従って、樹脂のみで絶縁層を形成したものより熱伝導
率がはるかに向上し、放熱性が良くなる。
請求項2記載のように導電板の一部に絶縁層を形成す
る工程と、前記絶縁層の上に導電層を形成する工程とを
含むようにしたことにより、積み上げ方式での多層構造
のプリント配線板を作ることができ、実装密度を高くす
ることが可能になる。
請求項3記載のように金属基材がアルミであり、前記
金属基材の少なくとも片面にアルマイト処理をする工程
を含む製法としたことによりアルミを基材とし無機絶縁
層として厚みのコントロールが簡単正確で、絶縁性の高
い酸化膜を容易に形成することができ、更に熱伝導率の
良いアルマイト層により放熱性に優れたプリント配線板
を提供することができる。
[実施例] 以下本発明の実施例につき説明する。第一の実施例を
示す第1図(a)乃至(f)は工程順にプリント配線板
の断面図で示したものである。
第1図(a)に示す銅材でできた厚み2mmの導電板33
を第1図(b)のようにプレス成形し片面に凹凸を形成
する。ここで凸部43はヒートシンクに相当する部分であ
る。圧縮変形される凹凸部53はできるだけ薄い方がよ
く、望ましくは50μmである。凹部53は最終的にエッチ
ング除去される部分および比較的電流量の少ない電路73
となる部分から成る。凹部53のエッチング除去される部
分は凸部43または電路73のつなぎのための部分であり、
そのための最小限を残せば十分である。それを図面とし
て示したのが第2図である、不要部分を打ち抜いて欠除
部63としたものである。第1図においては凸部43および
凹部53とに分けた例を示したが、場合によってはその中
間の厚み、あるいはもっと多種の厚みの部分を設けても
よい。第3図がこのような例を示すものであり中程度の
電流を流す回路においてはこの中間厚みの部分に電路73
を形成する。なお、後工程第1図(d)での貼り合わせ
の接着効果を高めるため導電板33の接着面に微細な凹凸
を形成した。形成方法はプレス時に金型で形成する方
法、電気めっきあるいは化学的に形成する方法等が可能
である。
第1図(c)は金属基材21の表面に無機絶縁層31を形
成した断面図である。この例として金属基材21に板厚1.
5mmのアルミを使用し、硫酸溶液中で陽極酸化法により
アルマイト(厚み20μm)の無機絶縁層31を形成し、更
に電気絶縁性を確保するためにアクリル系の電着塗料で
封孔処理を行う。なお、無機絶縁層31の形成は溶射法,
スパッタリング法等によって形成することも可能であ
る。
次に第1図(d)に示すように金属基材21と導電板33
を貼り合わせる。接着には熱伝導性の良い有機接着剤を
使用する。有機接着剤の材料は例えばF−2(大都産業
製)のような有機接着剤であり、金属基材(アルミ)21
上に塗布厚約50μmをロールコーターで塗布する。塗布
後160℃、10分間の処理により溶剤を蒸発させる。溶剤
蒸発後のこの有機接着剤により成る有機絶縁層22の膜厚
は約20μmであり、この上に凹凸を形成した導電板33を
のせプレス接着する。プレス条件は温度180℃、圧力100
kg/cm2で時間は30分間である。
次に第1図(e)に示すように導電板33上に回路パタ
ーン状のエッチングレジスト24を形成する。パターン形
成の方法はスクリーン印刷法、あるいは感光性レジスト
を用いる方法等であり、感光性レジストを使用する場合
露光マスクを当てがってのUV光の照射あるいは直接描画
法等も可能である.スクリーン印刷する場合のエッチン
グレジストの例としてはX−77(大陽インキ製)を使用
し印刷後80℃、10分間乾燥する。
次に第1図(f)に示すように電路73以外の導電板33
の薄い部分をエッチングして、つながったパターンを各
々分離独立させる。導電板33が銅の場合のエッチング液
は次に示すようなものである。
CuCl2・2H2O 200g/l 37%HCl 150g/l 液温 45℃ エッチング後、エッチングレジストを剥離除去する。
レジスト剥離液は次に示すようなものである。
NaOH 100g/l 液温 40℃ 次にプリント配線板の高密度実装を目的とした本発明
の第二実施例につき説明する。第4図(a),(b)に
示すように第二層目の導電層が電流量の比較的少ない回
路からなる多層化配線を行う。
先ず第4図(a)に示すように前記実施例第1図
(a)乃至(f),第2図および第3図で作成したプリ
ント配線板の凸部(ヒートシンク部)43上に厚約60μm
(乾燥硬化後)の絶縁層32をスクリーン印刷により部分
的に形成する。この絶縁層32の材料にもF−2(大都産
業製)のような接着剤が使用できる。
次に第4図(b)に示すように前記絶縁層32上に膜厚
が約35μmの導電層83を導電性ペースト(銅ペースト)
をスクリーン印刷し、乾燥、焼付けて形成する。この導
電層83は絶縁層32上への無電解めっきまたは無電解めっ
きの後に電気めっきをすることにより、あるいは一旦、
ステンレス板等の上に電気めっきにより導電層を形成し
たものを転写することによって形成することも可能であ
る。
[発明の効果] 請求項1記載のように導電板に部分的に厚みを薄くし
た部分をプレス加工で形成する工程と、金属基材の表面
に無機絶縁化処理をする工程と、前記プレス加工された
後の導電板を前記無機絶縁化処理された後の金属基材に
有機接着剤により接着する工程と、前記接着された後の
導電板の厚みを薄くした部分の不要部分をエッチングに
より取り除いて回路パターンを形成する工程とを含むプ
リント配線板の製法としたことにより金属基材に接着す
る前の導電板単独で厚みの厚い部分(ヒートシンク
部)、薄い部分(電路部)を形成することができるの
で、一括処理のできる量産に適した作り易い製法となり
従ってコストも下げることができる。更に、回路パター
ン精度が高く高密度配線が可能となり、後工程の高発熱
素子の実装までを含め工程の自動化がやり易く、工程の
安定および作業の高速化によりプリント配線板に実装さ
れる部品の信頼性の向上が可能となる。
つまり、厚い導電板を深くエッチングすると、長時間
がかかると共にサイドエッチングによりパターン精度も
悪くなるのであるが、請求項1記載のように、金属基材
に接着される前の導電板にプレス加工で薄くした部分を
予め形成しておくことによって、後に同薄くした部分の
エッチングは短時間で精度の良いものとなり、又、深さ
を確保する一部がエッチングからプレス加工に置き変わ
ることで製法全体としての時間が大幅に短縮されると共
にパターン精度も良好となり、しかも、この場合、薄く
した部分はプレス加工によって確実に残存形成されるの
で、回路パターンを確保した状態で導電板を金属基材に
確実に接着することができるのである。
請求項1記載のように金属基材の表面に無機絶縁化処
理をすることによりプリント配線板の有機接着剤から成
る有機絶縁層の厚みを薄くすることができ絶縁層全体で
の熱伝導度が上がり放熱性が良くなってくる。このこと
はヒートシンクとして小さなものでよいということを意
味し、従って高密度実装プリント配線板としての利用が
可能となる。
請求項2記載のように導電板の一部に絶縁層を形成す
る工程と、前記絶縁層の上に導電層を形成する工程とを
含む製法としたことにより積み上げ方式の多層構造のプ
リント配線板を作ることができ実装密度を高くすること
が可能になる。
請求項3記載のように金属基材がアルミであり、前記
金属基材の少なくとも片面にアルマイト処理をするので
アルミを基材とし、無機絶縁層として厚みのコントロー
ルが簡単正確で、絶縁性の高い酸化膜を容易に形成する
ことができ、更に放熱性に優れたプリント配線板を低コ
ストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、
(f)は本発明のプリント配線板の製法の工程を示す断
面図、第2図、第3図は本発明の導電板のプレス成形後
の異なった実施例を示す断面図、第4図(a)、(b)
は本発明の異なる製法の工程を示す断面図、第5図
(a)、(b)、(c)、(d)は従来例のプリント配
線板の製法の工程を示す断面図、第6図は別の従来例の
プリント配線板断面図である。 11、21……金属基材、12……絶縁材 13……銅、15……ヒートシンク、22……有機絶縁層 31……無機絶縁層、32……絶縁層 33……導電板、83……導電層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電板に部分的に厚みを薄くした部分をプ
    レス加工で形成する工程と、金属基材の表面に無機絶縁
    化処理をする工程と、前記プレス加工された後の導電板
    を前記無機絶縁化処理された後の金属基材に有機接着剤
    により接着する工程と、前記接着された後の導電板の厚
    みを薄くした部分の不要部分をエッチングにより取り除
    いて回路パターンを形成する工程とを含むことを特徴と
    するプリント配線板の製法。
  2. 【請求項2】導電板の一部に絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上に導電層を形成する工程とを含むことを
    特徴とする請求項1記載のプリント配線板の製法。
  3. 【請求項3】金属基材がアルミであり、前記金属基材の
    少なくとも片面にアルマイト処理をする工程を含むこと
    を特徴とする請求項1又は2記載のプリント配線板の製
    法。
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