JP3795570B2 - 多層プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層プリント配線板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路装置のコンパクト化などを図る手段として、絶縁体層と回路パターン層とを交互に積層した構成の多層プリント配線板が広く実用に供されている。そして、この種の多層プリント配線板においては、回路の高密度化や高機能化の要求に対応して、回路パターン層の多層化，回路パターン層間のビア接続やスルホール接続が行われている。
【０００３】
また、このような多層プリント配線板は、一般的に、次のような工程で製造されている。たとえば両面銅張り積層板を用意し、回路パターン層間接続用の穴明けを行った後、形成した接続用の穴内壁面を含めて全面に化学メッキを施してから、さらに電気メッキ処理で穴内壁面の金属層を厚くして信頼性を高める。次いで、両面の銅層を、たとえばフォトエッチング処理して所要のパターニングを行ってから、回路パターン非形成領域（通常外周縁部）に、複数個の位置決め用の穴明けを行う。
【０００４】
その後、回路パターニング面に絶縁体層（たとえばプリプレグ層）を介し、銅箔を積層・配置するか、あるいは回路パターニングした回路素板を位置合わせ・配置（積層）して加圧一体化する。そして、穴明け加工，メッキ処理による層間の電気的な接続および銅箔（銅箔を積層・配置して一体化した場合）のパターニングの工程を繰り返し、所要のビア接続部などを有する多層印刷配線板を製造している。
【０００５】
ところで、上記多層プリント配線板の製造においては、回路素板に積層・配置する銅箔、もしくは回路素板の位置決めが重要なポイントとなる。つまり、回路パターン層間の接続や選択的な切り欠き加工などを施す上で、各回路パターン層相互の位置関係を精度よく確保していることが前提になるからである。そして、このような回路素板など（多層配線板用の素材）の位置決め・積層に当たっては、ピン積層方法やハトメ積層方法が一般的に採られている。
【０００６】
すなわち、通常 8mm厚程度のステンレス鋼板製の積層用金型に植立したピンに、配線板用素材の所定位置に予め設けておいた位置合わせ用の穴を挿通させて、位置決め・積層した状態で鏡板を介して積層用金型板で挟み加熱・圧着（加圧）するか、あるいは前記配線板用の素材を位置決め・積層し、位置合わせ用穴を利用してハトメにて仮固定した状態で積層用金型板で挟み加熱・圧着（加圧）して、積層一体化した多層プリント配線板化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層プリント配線板の製造に当たって、従来の位置決め手段を採った場合は、次のような不都合な問題がある。
【０００８】
先ず、ピン積層方法の場合は、加工工数が増大するとともに、位置決め用ピン穴に浸み出した樹脂分によって、位置決め用ピンがピン穴との間で接着・固定化したりして表面損傷などを起こし易いこと、また、プリント配線板用素材の位置決め・積層の自動化が困難であることが挙げられる。さらに、プリント配線板用素材は、通常、積層した状態で寸法変化を生じ易く、特に、金型から位置決め用ピンを抜き、位置決め用ピンの拘束力が解除された時点で寸法変化を生じ易い。ここで、位置決め用ピンの拘束力が作用しているときは、その周辺での自由な寸法変化が抑制されているので、歪みで不均一な寸法変化を起こすことになり、層間絶縁層を成す樹脂層の不均一化を招来し、結果的に層間絶縁の信頼性が損なわれ易いことになる。
【０００９】
なお、前記寸法変化は、位置決めピン用の穴ピッチの変化を意味するので、複数回プリント配線板用素材の位置決め・積層を繰り返す多層プリント配線板の製造では、位置決め・積層の繰り返し回数ごとに、専用の位置決めピン用の穴を必要とする事になる。つまり、一定の多層プリント配線板の製造でも、複数種の金型，鏡板を準備する必要があり、コストアップとなるだけでなく、位置決めピン用穴の形設に要する領域も増え、その分回路パターン形成領域面が低減するなどして、結果的に配線板用素材の利用効率が低下するなどの問題がある。
【００１０】
一方、ハトメ積層方法の場合は、前記ピン積層方法に見られる問題はないが、最外表面の回路パターン層の位置決め・積層化に適用できないという問題がある。すなわち、多層プリント配線板の製造に当たっては、位置決め・積層後の加熱圧着時において、全体的に一様に加圧する必要があり、前記ハトメ積層によるハトメ部の突出は平坦性を損ない一様な加圧，圧着を行うことができないからである。
【００１１】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、自動化が可能で、また、高品質の多層プリント配線板を歩留まりよく、かつ低コストに実現できる製造方法および製造装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、積層用素板の回路パターン非形成領域面に設けた位置決め用の金属パッド面に半田層を形成する工程と、前記形成した半田層の平面的な形状よりも内径の大きい位置決め用の開口部を有するプリプレグ層を介して、半田層の平面的な形状よりも内径の小さい位置決め用の開口部を有する回路パターン用金属層を積層用素板面上に位置決め配置する工程と、前記位置決め部面を垂直方向から圧着して回路パターン用金属層の開口内縁部を金属パッド外周縁部面に半田付け固定する工程とを具備することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法である。
【００１３】
この製造方法には、例えば、積層用素板の回路パターン非形成領域面に設けた複数個の位置決め部に対応する位置検出手段を備えた位置決め用テーブルと、前記位置決め用テーブル上に位置決め載置された積層用素板を固定する手段と、前記積層用素板の他の回路パターン非形成領域面に仮固定用の半田を塗着する半田塗布手段と、前記半田塗着面に他の積層用素板を位置合わせ・積層した積層体を加熱圧着して半田の溶融・固化により一体化する加熱圧着機構とを具備していることを特徴とする多層プリント配線板の製造装置が用いられる。
【００１４】
本発明において、積層用素板は、たとえば銅箔張り絶縁基板を素材とし、銅箔を回路パターニングする段階で回路パターン非形成領域面に、位置決め用の金属パッドを設けたものなどが挙げられる。ここで、位置決め用金属パッドの形状は、位置出し（基準位置の決め易さ）などの点から円形が望ましいが、たとえば方形や楕円形など他の形状でもよく、その形状は特に限定されない。また、回路パターンは、一般的に銅やアルミニウムなどの導電性金属製であり、これらの金属箔をフォトエッチング処理してパターン化したものであるが、たとえば導電性ペーストをスクリーン印刷して形成したものでもよい。
【００１５】
さらに、金属パッド面に形成する半田層は、たとえばクリーム半田であり、その塗着形成はスクリーン印刷法が好ましいが、選択半田メッキ法など他の手段であってもよい。
【００１６】
さらにまた、前記半田層を形成した積層用素板面に積層・配置するプリプレグ層は、厳密な意味でのプリプレグでなく、たとえばポリカーボネート樹脂，ポリスルホン樹脂，熱可塑性ポリイミド樹脂，４フッ化ポリエチレン樹脂，６フッ化ポリプロピレン樹脂，ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの加熱溶融性シート類、あるいは未硬化状のエポキシ樹脂，ビスマレイミドトリアジン樹脂，ポリイミド樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂，メラミン樹脂，ブタジェンゴム，ブチルゴム，天然ゴム，ネオプレンゴム，シリコーンゴムなどの生ゴムのシート類など、加熱によって溶融して接着性を呈するものが挙げられる。これら合成樹脂は、単独でもよいが絶縁性無機物や有機物系の充填物を含有してもよく、さらにガラスクロスやマット、有機合成繊維布やマット、あるいは紙などの補強材と組み合わせて成るシートであってもよい。
【００１７】
なお、前記プリプレグ層は、積層用素板面に設けられている位置決め用の半田層に対応する位置に、対応する半田層の平面的な形状よりも内径の大きい位置決め用の開口部を予め設けておく必要がある。つまり、このプリプレグ層を介して積層用素板面に積層・配置する回路パターン用金属層（たとえば銅箔や回路パターン）が、前記位置決め用の半田層に接触して半田固定するための開口部を確保する必要性からである。
【００１８】
このことは、逆に、前記回路パターン用金属層に設ける位置決め用の開口部は、前記プリプレグ層の位置決め用開口部および半田層の平面的な形状よりも内径が小さいことの必要性を示す。ここで、それぞれ所要の位置決め用開口部を備えたプリプレグ層および回路パターン用金属層を予め積層一体化しておくと、さらに作業性などの向上を図ることができる。この積層一体化において、回路パターン用金属層の位置決め用開口部を設置する予定領域のほぼ中心に、たとえば円錐型の突起など設けておくと、開口部を備えたプリプレグ層を積層一体化した後、回路パターン層に位置決め用開口部を打ち抜き形成する際、両開口部の位置決めを容易、かつ精度よく行うことができる。
【００１９】
さらに、前記位置決め部をそれぞれ設けた被積層用素板，プリプレグ層および回路パターン用金属層の積層・位置決めは、たとえばＸ線透過装置もしくは光学式認識方式で行われる。
【００２０】
本発明で、前記位置決め用の開口部を有する回路パターン層を被積層用素板面上に位置決め配置した後、前記位置決め部面を垂直方向から圧着して、金属パッド外周縁部面に回路パターン用金属層の開口内縁部を半田付け仮固定するときの熱圧着は、特に限定されないが次のように行うのが好ましい。すなわち、対向する先端面が平面的に金属パッド外周縁部に十分対応する程度の大きさ・形状に形成された一対の半田鏝などを使用し、位置決め・仮固定部のみを選択的に加熱圧着することが望ましい。
【００２１】
本発明に用いる製造装置は、位置決め用テーブル面に、所要の積層用素板を供給・移送する手段は特に限定されないが、たとえば供給・移送用のテーブルを並設することにより、積層用素板の供給・移送（移載）の自動化などを容易に図ることができる。ここで、位置決め用テーブルは、たとえばＸ，Ｙ軸およびθ方向に任意に移動・制御できる型が望ましい。
【００２２】
また、前記積層用素板の回路パターン非形成領域面（一般的には積層用素板の周縁部）に設けた複数個の位置決め部に対応して、位置決め用テーブルに設置された位置検出手段は、Ｘ線透過装置もしくは光学式認識装置である。つまり、積層用素板の位置決め部は、通常、金属製のパッドもしくは貫通孔であるため、これらに対応した位置決め部の検出手段が選ばれる。
【００２３】
また、前記位置決め用テーブル上に位置決め載置された積層用素板は、その設定された位置を確保するため、一時的に固定する必要があり、この固定手段としては、たとえば減圧・吸着方式，もしくは開閉自在な弾発的な押さえ具などが挙げられ、着脱可能もしくは固定的に位置決め用テーブルに配置される。
【００２４】
さらに、前記積層用素板の他の回路パターン非形成領域面（位置決め部を設けた回路パターン非形成領域以外の回路パターン非形成領域面）に仮固定用の半田を塗着する半田塗布手段は、たとえば溶融半田の滴下式もしくは半田クリームの押し出し式などが挙げられる。そして、この半田塗布手段の設置位置は、特に限定されないが、一般的に、位置決め用テーブル面に対して一定の垂直線に設定しておくことが好ましい。
【００２５】
この製造装置においては、上記位置決め・仮固定され、かつ積層用素板の所要箇所に仮固定用の半田を塗着した時点で、前記積層用素板に積層する他の積層用素板が、上記位置決め用テーブル上に供給・移送（移載）される。すなわち、積層用素板の半田塗着面に、他の積層用素板を位置合わせ・積層して積層体化を要すれば繰り返し進めて所要の多層配線化を行うことができる。
【００２６】
ここで、所要の積層体化された積層用素板の積層体は、たとえば積層体面に対して垂直方向に進退可能型に設置された半田鏝などの加熱圧着機構によって、少なくとも仮固定用の半田を塗着した領域を加熱圧着し、半田を一旦溶融させてから固化させることにより一体化する。なお、この仮固定用半田による一体化後は、前記位置決め用テーブル上から、たとえばプレス機構に供給・移送（移載）し、全体的に加熱加圧して、所要の多層プリント配線板化することになる。
【００２７】
本発明において、積層用素板もしくは積層用素材の積層・位置合わせが光学式やＸ線透過方式で行われる一方、位置合わせされた積層体を半田によって仮固定した後、プレス加工を施して多層配線化を行う方式を採っている。つまり、位置決めや位置決め後の仮固定に、局部的に半田を配置し、この半田の接合性を利用することを骨子としており、このような方式を採用したことによって、プレス用金型類などに制約されることなく、容易に、信頼性の高い多層プリント配線板を提供できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図１および図２ (a)〜 (f)を参照して実施例を説明する。
【００２９】
実施例１
図１は、多層プリント配線板の製造装置の要部構成を斜視的に示したもので、１は積層用素板２の回路パターン非形成領域面に設けた複数個の位置決め部（たとえば金属パターン）2aに対応する位置検出手段（たとえばＸ線透過装置）３を備えたＸ，Ｙ軸およびθ方向移動型の位置決め用テーブル、４は前記積層用素板２を吸着固定して固定位置決め用テーブル１上に供給搬送する移載用テーブルである。
【００３０】
ここで、位置決め用テーブル１は、その上面に積層用素板２を移載する搬送用コンベア1a，移載・位置決めされた積層用素板２を固定・保持する減圧・吸着孔1b，移載用テーブル４を案内係止する案内係止片1cを具備した構成を成しており、また、前記案内係止片1cには、Ｘ線透過装置３および仮固定用の半田を塗着する半田塗布孔５が配置されている。
【００３１】
一方、移載用テーブル４は、前記積層用素板２を吸着・保持して供給・搬送するための減圧・吸着機構および前記Ｘ線透過装置３，半田塗布孔５に対応する孔4a，4bを有するとともに、位置決め用テーブル１の案内係止片1cに係合して装着可能に構成されている。さらに、移載用テーブル４で位置決め用テーブル１に供給・搬送される積層用素板２には、前記案内係止片1cのＸ線透過装置３および半田塗布孔５に対応する位置決め用の金属パターン2bおよび位置決め部2aが非回路形成領域に予め設定されている。
【００３２】
また、図示を省略したが、前記位置決め用テーブル１に対向して、位置決め用テーブル１上に位置決め載置された積層用素板２の所定面（他の回路パターン非形成領域面）に、前記半田塗布孔５を介して仮固定用の半田を塗着する半田塗布手段および加熱圧着して半田の溶融・仮固化により一体化する加熱圧着機構が進退可能に設置されている。なお、図１において、6a，6bは前記積層用素板２や仮固定で一体化した積層体のストッカーである。
【００３３】
次に、前記製造装置の動作ないしは使用態様を説明する。
【００３４】
先ず、積層用素板用ストッカー6aから所要の積層用素板２（たとえば片面銅箔張り，片面回路パターニング板）を、その回路パターン面を上方として移載用テーブル４で吸着・保持し、移載用テーブル４を位置決め用テーブル１側に移動して、積層用素板２を位置決め用テーブル１面に移載する。その後、位置決め用テーブル１を適宜移動操作し、Ｘ線透過装置３によって積層用素板２の位置決め用パターン2bとアライメントして、積層用素板２を位置合わせしてから、この状態で位置決め用テーブル１面に吸着・仮固定する一方、前記吸着・仮固定させた積層用素板２の位置決め部2aに、半田塗布孔５を介してクリーム半田などを塗着する。
【００３５】
次いで、積層用素板用ストッカー6aから所要の積層用素板２′（たとえば両面回路パターニング板）を移載用テーブル４で吸着・保持し、移載用テーブル４を位置決め用テーブル１側に移動して、積層用素板２′を位置決め用テーブル１面上に仮固定されている積層用素板２移載する。その後、位置決め用テーブル１を適宜移動操作し、Ｘ線透過装置３によって積層用素板２′の位置決め用パターン2b′とアライメントして、積層用素板２を位置合わせしてから、前記積層用素板２の位置決め部2aを加熱圧着機構（図示省略）で圧着し、積層用素板２および積層用素板２′を仮固定一体化する。要すれば、前記仮固定一体化した積層用素板２′の位置決め部に半田塗布孔５を介してクリーム半田などを塗着し、さらに第３，第４の積層用素板の移載，位置合わせ，仮固定一体化などの工程を繰り返す。
【００３６】
前記のように、所要回路パターン層の仮固定積層体とした後、前記位置決め用テーブル１上から搬送用コンベア1aによって、仮固定積層体を移載用テーブル４に移載し、移載用テーブル４にて積層用素板用ストッカー6b側に取り出される。こうして、積層用素板用ストッカー6b側に取り出された仮固定積層体は、たとえばプレス装置によって加熱加圧加工が施され、要すればパターニング加工や外形加工などが施され、所要の多層プリント配線板が形成される。すなわち、この実施例の場合は、複雑なもしくは煩雑な積層工程など簡素化しながら、信頼性の高い多層プリント配線板を歩留まりよく製造することができる。
【００３７】
実施例２
図２ (a)〜 (f)は、この実施例の実施態様を模式的に示したもので、たとえば両面に回路パターン7aおよび位置決め用金属パッド（たとえば直径 5mm程度の円形）7bを備えた両面型積層用素板７を用意する。ここで、位置決め用金属パッド7bは、たとえば銅箔をパターニングして回路パターン7a化するとき、非回路形成領域に銅箔の一部を残存させることにより形成したものである。次に、図２ (a)に平面的に、図２ (b)に断面的にそれぞれ示すごとく、前記位置決め用金属パッド7b面上に、適量のたとえば半田クリーム８層を塗布形成する。
【００３８】
一方、回路パターン用金属層（たとえば銅箔）９の所定位置に、位置合わせ用の円錐型バンプ10を印刷形成し、図２ (c)に断面的に示すごとく、前記印刷形成した円錐型バンプ10をほぼ中心とした対応領域を直径 6mm程度の円形に切り欠いた（開口部化）プリプレグ層（たとえばガラス・エポキシ樹脂系プリプレグ）11を仮接着する。その後、回路パターン用金属層９の円錐型バンプ10を中心として、図２ (d)に断面的に示すごとく、回路パターン用金属層９を直径 3mm程度の円形に切り欠き（開口部化）加工する。
【００３９】
次いで、前記位置決め用金属パッド7b面に半田クリーム８層を塗布形成した両面型積層用素板７に対して、図２ (e)に断面的に示すごとく、前記開口部化された回路パターン用金属層９およびプリプレグ層10の仮接着体12を配置し、Ｘ線透過装置を用いて位置合わせして積層体化する。この位置合わせ・積層体化した状態で、図２ (f)に断面的に示すごとく、前記位置決め部面を垂直方向からたとえば半田鏝13で圧着して回路パターン用金属層９の開口内縁部を金属パッド10外周縁部面に半田付け仮固定する。こうして、仮固定した積層体は、たとえばプレス装置によって加熱加圧加工が施され、要すればパターニング加工や外形加工などが施され、所要の多層プリント配線板が形成される。すなわち、この実施例の場合も、複雑なもしくは煩雑な積層工程など簡素化しながら、信頼性の高い多層プリント配線板を歩留まりよく製造することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば、製造装置においては、移載用テーブルの代わりに他の移載手段に変更してもよいし、また仮固定も減圧・吸着以外の手段に変更しすることもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明において、積層用素板もしくは積層用素材の積層・位置合わせが光学式やＸ線透過方式で行われる一方、位置合わせされた積層体を半田によって仮固定した後、プレス加工を施して多層配線化を行う方式を採っている。つまり、従来位置決め用ピン穴の穿設加工，位置決め用ピンの挿通などの工程を省略できるだけでなく、位置決め後の仮固定が局部的に加熱圧着による半田の接合性を利用するので、プレス用金型類などに制約されることがなくなる。
【００４２】
また、加熱圧着時に位置決め用ピンを中心とした変形，部分的な歪み基づく樹脂量の不均衡化なども回避されるので、容易に、かつ歩留まりよく信頼性の高い多層プリント配線板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の多層プリント配線板製造装置の要部構成を示す斜視図。
【図２】 (a)， (b)， (c)， (d)， (e)， (f)は、実施例における実施態様を工程順に示す模式図。
【符号の説明】
１……位置決め用テーブル
２……積層用素板
2a……積層用素板の位置決め部
2b……積層用素板の位置決め用金属パターン
３……位置検出手段
４……移載用テーブル
５……半田塗布用の穴
6a，6b……積層用素板のストッカー
７……両面型積層用素板
7a……回路パターン
7b……位置決め用金属パッド
８……半田層
９……回路パターン用金属層
10……位置決め用バンプ
11……プリプレグ層
12……仮接着体
13……半田鏝

Claims (1)

1. 積層用素板の回路パターン非形成領域面に設けた位置決め用の金属パッド面に半田層を形成する工程と、
   前記形成した半田層の平面的な形状よりも内径の大きい位置決め用の開口部を有するプリプレグ層を介して、半田層の平面的な形状よりも内径の小さい位置決め用の開口部を有する回路パターン用金属層を積層用素板面上に位置決め配置する工程と、
   前記位置決め部面を垂直方向から圧着して回路パターン用金属層の開口内縁部を金属パッド外周縁部面に半田付け固定する工程と
   を具備することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。

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