JP3796791B2

JP3796791B2 - Method for manufacturing circuit board structure

Info

Publication number: JP3796791B2
Application number: JP01460796A
Authority: JP
Inventors: 太一中込
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JPH09214092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板本体に抵抗、コンデンサ等の複数の回路部品が実装される電気回路を搭載した回路基板構造の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回路基板構造の製造方法としては、例えばスクリーン印刷により、基板本体の上に孔の明いたスクリーンを置き、その上から炭素材をペースト状にしたものを塗布して、スクリーンの孔の明いたところの基板本体の表面に刷り込むことにより形成する印刷抵抗基板の製造方法がある。
また、やはりスクリーン印刷により、酸化チタンとかチタン酸バリウム等のセラミックス材料をペースト状にして塗布して刷り込むことにより形成する印刷コンデンサ基板の製造方法がある。これらの印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板等の製造方法により、部品代、実装代を含めてのトータルのコストダウンを図ろうとするものがあった。
【０００３】
また、電気回路の一部を構成するチップ部品（回路部品）そのものを基板本体に形成した貫通孔内に埋め込むことにより、回路基板構造の高さを低くして所要スペースの低減化を図ろうとするものがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の前者においては、印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量を増大しようとすると印刷面積の増大を招き、これにより電気回路を搭載する基板本体の面積の増大，大型化を招いてしまう。
また印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板は、スクリーン印刷という製造により形成されることに起因して、それらの厚さや幅の精度を向上させることができず、このために印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量の精度を向上させることができないという問題があった。
【０００５】
次に上記従来例の後者においては、電気回路の一部を構成するチップ部品を基板本体に形成した貫通孔内に埋め込んだ後に、そのチップ部品を接続ランド（通電接続部材）と電気的導通をとるためにハンダや銀ペーストを盛らなければならず、このためにハンダや銀ペーストが周囲の平面よりも高く盛り上がって周囲の平面と同一平面にならないために、基板の有効実装面積を減らして部品を埋め込むこととなっていた。
【０００６】
また貫通孔の周面とチップ部品の周面との間の隙間にハンダが流れ込んだり、或はチップ部品の陰極側より銀ペーストに含まれていた金属銀が析出成長するマイグレーションを生じることにより、チップ部品の陰極側と陽極側が電気的に導通してショート（短絡）するおそれがあった。
【０００７】
また、貫通孔にチップ部品を嵌合して埋め込む方法をとっているため、貫通孔の位置や貫通孔の径の公差に厳しい精度が要求される。例えば貫通孔の径が大き過ぎるとチップ部品が脱落し易くなり、反対に貫通孔の径が小さ過ぎるとチップ部品が貫通孔内に入らず、無理に入れようとするとチップ部品が破損する。
【０００８】
そしてさらに、このような問題を解決するために様々な措置を講じなければならず、そのために回路基板全体のコストアップを招くという問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、回路基板構造の小型化を図ることができ、抵抗値やコンデンサ容量の精度を向上させることができ、チップ部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止でき、さらに回路基板全体のコストダウンを図ることができる回路基板構造の製造方法を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による回路基板構造の製造方法は、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載するための基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔内に、中央部がくびれた断面形状で部品材料を充填し、通電部材を前記貫通孔内に充填して基板内蔵部品を形成し、前記基板本体の表面に前記基板内蔵部品と他の回路部品間を通電可能に接続する通電接続部材を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
このような回路基板構造の製造方法によれば、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載する基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔に部品材料を充填して基板内蔵部品を形成するようにしたため、前記従来の印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板のように印刷面積の増大により基板面積の増大，大型化を防止することができる。
【００１３】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板本体に形成される貫通孔の径や、貫通孔内に中央部がくびれた断面形状に形成される部品材料のくびれ間の最小厚さ寸法等を管理することにより、従来の印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量よりも基板内蔵部品の電気的値の精度を向上させることができる。
【００１４】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、従来のように基板本体に形成された貫通孔に既に出来上がっている回路部品を嵌合して埋め込むのと異なり、前記貫通孔内に部品材料を充填することにより基板内蔵部品を形成するため、前記貫通孔の周面と形成された基板内蔵部品との間には隙間は全く出来得ないので、基板内蔵部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止することができると共に、前述した従来のような様々な問題を解決するための措置を講じる必要がないため、回路基板構造のコストアップを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回路基板構造の製造方法の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１ないし図１５は、本発明による回路基板構造の製造方法の第１の実施の形態について示す図である。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態の回路基板構造の製造方法により製造される回路基板構造の基本構造を示す図である。同図において符号２１は基板本体を示し、この基板本体２１は通常、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスエポキシ等の材料により形成される。基板本体２１の表裏両面には銅箔２３，２４が固着されていて、基板本体２１と銅箔２３，２４は全体としていわゆる銅張積層板２６として従来からあるものである。
【００１７】
銅張積層板２６には貫通孔２６ａが形成されており、この貫通孔２６ａ内にはカーボンをペースト状にして充填して形成した回路部品としての抵抗体（基板内蔵部品）２８が形成されている。また銅張積層板２６の銅箔２３，２４及び抵抗体２８の上下両端面の上には無電解銅メッキ３０が施されており、さらに無電解銅メッキ３０の上には電解銅メッキ３３が施されている。
【００１８】
このような回路基板構造において抵抗体２８は、銅箔２３，２４、無電解銅メッキ３０、電解銅メッキ３３を介して図示していない他の回路部品と通電（導通）可能に接続されている。従って銅箔２３，２４、無電解銅メッキ３０及び電解銅メッキ３３は、抵抗体２８と他の回路部品を通電可能に接続する通電接続部材を構成している。
【００１９】
次に、上記回路基板構造の製造方法の第１の実施の形態について説明する。
まず図２に示すように銅張積層板２６にドリル加工又はプレス加工により、基板本体２１及び銅箔２３，２４を貫いて貫通孔２６ａを明ける。次に貫通孔２６ａ内にペースト状のカーボンを詰め込むために、まず図３に示すようなスクリーン板３６を用意する。そのスクリーン板３６には銅張積層板２６の貫通孔２６ａの位置に合わせて貫通孔２６ａと同径の孔３６ａが明いている。
【００２０】
スクリーン板３６の孔３６ａが銅張積層板２６の貫通孔２６ａに合致するようスクリーン板３６を銅張積層板２６の上に載せて、印刷機（図示せず）に取付ける。図４に示すように、スキージ（へら状の道具）３８によりカーボンペースト４０を、スクリーン板３６の孔３６ａから銅張積層板２６の貫通孔２６ａ内に押し込むことにより、カーボンペースト４０を貫通孔２６ａ内に充填させる。
【００２１】
このような作業において、反対側（貫通孔２６ａの図中下側）から吸引したり、又は図５に示すようにピン４２を用いて貫通孔２６ａ内にカーボンペースト４０を押し込むことにより充填を行ってもよい。或は図４に示すように片面側からだけ押し込むのではなく、銅張積層板２６を交互に裏返して両面側から交互に押し込むことを繰り返すことにより、またその過程においてカーボンペースト４０の量を調整したりして、図６に示すようにカーボンペースト４０の上下両端面を、銅箔２３，２４の表面と揃えて平らに仕上げることができる。
さらに別の方法として、半固形（半乾燥状態）のカーボンペーストを予め図６におけるカーボンペースト４０のように形を整えてから、貫通孔２６ａ内に嵌合させて埋め込むようにしてもよい。
【００２２】
図６の状態においてカーボンペースト４０を適度に乾燥させることにより、カーボンペースト４０は回路部品としての抵抗体（基板内蔵部品）２８となる。次に図７に示すように銅張積層板２６の他の位置に、基板の表裏両面間の導通用の、通常の銅メッキスルーホールとして用いる貫通孔２６ｂを銅張積層板２６に明ける。
この後、メッキを施して両面メッキスルーホール基板を形成する。以下にその手順について説明する。
【００２３】
まず図８に示すように、抵抗体２８を内蔵する銅張積層板２６の周囲全体に無電解銅メッキ３０を施す。このように無電解銅メッキ３０を施すことにより、貫通孔２６ｂ内の導通のない基板本体２１の円周面にも銅メッキを施すことが可能となる。その次に図９に示すように、無電解銅メッキ３０の上に無電解銅メッキ３０より厚い層の電解銅メッキ３３を施す。無電解銅メッキ３０は導通があるために電解銅メッキ３３を施すことが可能となり、無電解銅メッキ３０よりも速い速度で厚い層の電解銅メッキ３３を形成することができる。
【００２４】
ところで上記無電解銅メッキは、化学メッキの一種でパラジウム金属をメッキする場所の表面に吸着させ、そのパラジウムを触媒として還元することにより、メッキする場所の表面に銅原子を析出させるメッキ法のことである。
また上記電解銅メッキは、硫酸銅水溶液等に含まれている銅イオンを電流（電子）により還元し、メッキする場所の表面に銅を析出させるメッキ法のことである。
【００２５】
次に、銅張積層板２６の表裏両面側の電解銅メッキ３３の上に、フォトレジスト用のフィルム又はレジストインキを付着させ、回路パターンとして残したい所のみに光を当てて硬化させる。その後Ｎａ₂ＣＯ₃等の薬品によりレジストの未硬化部分を剥離させる現像工程を行う。この結果回路パターンとして残したい所のみにエッチングレジスト４６が残る（図１０参照）。
【００２６】
それからＣｕＣｌ₂等の薬品により、エッチングレジスト４６が残ってない所の銅２３，２４，３０，３３をエッチング処理により除去する（図１１参照）。次にＫＯＨ等の薬品により、残っているエッチングレジスト４６を溶かして剥離する（図１２参照）。このようにして出来上がったのが前記図１にも示した基板構造である。
【００２７】
ここで、実現可能と思われる抵抗値やコンデンサの容量を求めるための式を、次式（１），（２）に示す。
抵抗値Ｒ＝ペーストの抵抗率ρ×（抵抗の長さＬ÷抵抗の断面積Ｓ）．．．（１）
静電容量Ｃ＝ペーストの誘電率ε×（コンデンサの電極の面積Ｓ÷コンデンサの電極間の距離ｄ）．．．（２）
但し上記式（２）においては、ｄに対しＳが十分大きい場合に成立する。
【００２８】
次に上記式（１），（２）に基づいて、実現可能と思われる抵抗値やコンデンサの容量について求めてみる。例えば銅張積層板２６の厚さ（上記抵抗の長さＬ及びコンデンサの電極間の距離ｄに相当）が０．１〔ｍｍ〕、貫通孔２６ａの径が０．３〔ｍｍφ〕、炭素（グラファイトの場合）の抵抗率ρが１×１０^-7〜１×１０ ⁵〔Ω・ｍ〕、セラミックス（酸化チタンの場合）の誘電率εが８０〜１００〔Ｆ／ｍ〕の場合は、次のようにして求められる。
【００２９】
抵抗値Ｒ＝｛１×１０^-7×０．１×１０^-3｝÷｛３．１４×（０．１５×１０^-3 ） ²｝＝１．４×１０^-4〔Ω〕．．．（１）
静電容量Ｃ＝８０×｛３．１４×（０．１５×１０^-3 ） ²｝÷（０．１×１０^-3）＝０．０５７〔Ｆ〕．．．（２）
【００３０】
次に、上記のようにして製造された基本的な回路基板構造を用いて多層基板を作る場合について説明する。
まず図１３（ａ）に示すように、回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃの各々の隣合う間に、接着剤となるプリプレグＤ，Ｅの各々を配置する。プリプレグＤ，Ｅは基本的に基板本体２１の材質と同じで、常温において半生（半固体）状態の素材である。
【００３１】
そして、各回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ間の水平方向の位置合わせを行った後、プレスにて加圧すると共に加熱することにより、プリプレグＤ，Ｅが各々の表裏両側の回路基板構造の形状やパターンに追従して変形しながら表裏両側の回路基板構造に接着する。
【００３２】
その後プリプレグＤ，Ｅは冷却すると固まり、全体として図１３（ｂ）に示すような、実装密度や配線密度の高い多層基板が出来上がる。その後、外形加工、表面処理、シンボル印刷、他の回路部品の実装等を行うことにより、図１４に示すような製品としての多層基板が完成する。
【００３３】
図１５は、本発明による回路基板構造の製造方法の第２の実施の形態について示す図である。前記第１の実施の形態においては図６に示すように、カーボンペースト４０の上下両端面は銅箔２３，２４の表面と同一平面となるように平らに形成されていたのに対し、この第２の実施の形態においては、図１５（ａ）に示すように貫通孔２６ａ内のカーボンペースト４０は、中央部がくびれたような断面形状に形成してからカーボンペースト４０を乾燥させ、それから図１５（ｂ）に示すように銅ペースト４４を充填して上下両端面が銅箔２３，２４の表面と同一面になるように平らにしたものが抵抗体２９を形成する。
このように作られた抵抗体２９は、抵抗の長さＬがくびれ間の最短距離となり、抵抗の長さＬを図６に示す場合よりも小さくすることにより、抵抗体２９の抵抗値Ｒが小さくなる方向に調整することができる。
【００３４】
またカーボンペースト４０の代わりにセラミックスペーストを用い、図１５（ａ）におけるカーボンペースト４０のようにセラミックスペーストを形成して乾燥させた後に、図１５（ｂ）に示すように銅ペースト４４を同様に充填することにより、抵抗体２９の代わりにコンデンサを作ることができる。そしてこの場合のコンデンサの容量は、図６のカーボンペースト４０の代わりにセラミックスペーストを充填した場合よりも、コンデンサの電極間の距離ｄとしてのくびれ間の最短距離を小さくすることにより、コンデンサの容量が大きくなる方向に調節することができる。
【００３５】
なお、上記第１の実施の形態においては基板内蔵部品が抵抗体２８の場合について説明したが、一部上述したように、カーボンペースト４０の代わりにセラミックペーストを用いることにより基板内蔵部品をコンデンサにすることもできる。その他本発明は、他の原料ペーストを選ぶことにより他の基板内蔵部品に適用することもできる。
【００３６】
また上記実施の形態においては、抵抗体２８の上下両端部にメッキにより蓋をして電極としたが、メッキの代わりに銅箔、銅板等の金属片を用いて電極としてもよい。
【００３７】
また上記実施の形態においては、実現可能と思われるコンデンサの静電容量Ｃを求める計算において、セラミックスとして酸化チタン系の材料を用いた場合について説明したが、セラミックスとしてチタン酸バリウム系の材料を用てもよく、その場合は、誘電率として１×１０ ³〜２×１０ ⁴〔Ｆ／ｍ〕となることにより前記式（２）から静電容量Ｃを求めることができる。
【００３８】
また、上記第１の実施の形態においてはパターン形成法として、メッキ後に単にエッチングにより削り取るだけのサブトラクティブ法を用いたが、メッキ時にメッキレジストを用いることにより細密なパターンを形成できるアディティブ法や、セミアディティブ法等、その他のパターン形成法を用いてもよい。
【００３９】
さらに、図１３及び図１４においては３枚の回路基板構造を用いて多層基板を形成する場合について説明したが、多層基板を形成するのに用いる回路基板構造の数は１，２枚でも４枚以上でもよいことは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載する基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔に部品材料を充填して基板内蔵部品を形成するようにしたため、前記従来の印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板のように印刷面積の増大により基板面積の増大，大型化を招くことを防止することができる。
【００４１】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板本体に形成される貫通孔の径や、貫通孔内に中央部がくびれた断面形状に形成される部品材料のくびれ間の最小厚さ寸法等を管理することにより、従来の印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量よりも基板内蔵部品の電気的値の精度を向上させることができる。
【００４２】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、従来のように基板本体に形成された貫通孔に既に出来上がっている回路部品を嵌合して埋め込むのと異なり、前記貫通孔内に部品材料を充填することにより基板内蔵部品を形成するため、前記貫通孔の周面と形成された基板内蔵部品との間には隙間は全く出来得ないので、基板内蔵部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止することができると共に、前述した従来のような様々な問題を解決するための措置を講じる必要がないため、回路基板構造のコストアップを防止することができる。
【００４３】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板中に三次元的に回路部品を形成することにより実装密度を向上させることができる。また、抵抗，コンデンサ等の回路部品を内蔵しているにも拘らず基板の表面をフラットにすることができる。このため、内蔵した回路部品の電極を他の回路部品の実装ランドとして使用できるので、やはり実装密度を向上させることができる。
【００４４】
また上記実施の形態によれば、メッキにより基板内蔵部品が基板と結合されていることにより、半田付けよりも信頼性を高くすることができる。また部品代、実装代を含めて総合的に考えれば、結果的に安く目的の機能を果たす回路基板構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回路基板構造の基本的なものを示す図１２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３】回路基板構造の製造方法の一工程に用いる孔３６ａを有するスクリーン板３６の模式図である。
【図４】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図６】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図７】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１２】図１に示す回路基板構造におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】３枚の基本的な回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃを用いてＩＶＨ式多層基板を製造する方法について示す図であり、図１３（ａ）は多層基板を製造する前の回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ及びプリプレグＤ，Ｅの配置状態を示す断面図、図１３（ｂ）は多層基板を製造した後の状態を示す回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ及びプリプレグＤ，Ｅの断面図である。
【図１４】完成したＩＶＨ式多層基板を示すその一部破断斜視図である
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る回路基板構造の製造方法を示す図であり、図１５（ａ）は回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図、図１５（ｂ）は同じく回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２１基板本体
２３，２４銅箔
２６銅張積層板
２６ａ貫通孔
２８，２９抵抗体
３０無電解銅メッキ
３３電解銅メッキ
３６スクリーン板
３６ａ孔
３８スキージ
４０カーボンペースト
４２ピン
４４銅ペースト
４６エッチングレジスト
Ａ，Ｂ，Ｃ回路基板構造
Ｄ，Ｅプリプレグ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, resistance to the substrate body, a manufacturing method of the circuit board structure in which a plurality of circuit components mounted electric circuit mounted such as a capacitor.
[0002]
[Prior art]
As the conventional method of manufacturing a circuit board structure, for example by screen printing, place the screen was bright holes on a substrate main body, by coating a material obtained by the carbon material into a paste thereon, bright screen holes There is a method of manufacturing a printed resistance substrate formed by printing on the surface of a conventional substrate body.
Also, there is a method for manufacturing a printed capacitor substrate , which is formed by applying and printing a ceramic material such as titanium oxide or barium titanate in a paste form by screen printing. More manufacturing method such as those printed resistor substrate or printed capacitor substrate, part cost, was something to attempt is made the total cost of including the implementation cost.
[0003]
Further, by embedding a chip component (circuit component) itself constituting a part of the electric circuit in a through-hole formed in the substrate body, the height of the circuit substrate structure is lowered to reduce the required space. There was a thing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former case of the above conventional example, if the resistance value of the printed resistor board or the capacity of the printed capacitor board is increased, the printed area is increased, thereby increasing the area and size of the board body on which the electric circuit is mounted. Will be invited.
Also, printed resistor boards and printed capacitor boards cannot be improved in thickness and width accuracy due to the fact that they are formed by the production of screen printing. There has been a problem that the accuracy of the capacitance of the capacitor substrate cannot be improved.
[0005]
Next, in the latter of the above conventional examples, after the chip component constituting a part of the electric circuit is embedded in the through hole formed in the substrate body, the chip component is electrically connected to the connection land (energization connection member). In order to achieve this, solder and silver paste must be built up. For this reason, the solder and silver paste swell higher than the surrounding plane and are not flush with the surrounding plane. Was supposed to be embedded.
[0006]
In addition, solder flows into the gap between the peripheral surface of the through hole and the peripheral surface of the chip component, or by causing migration in which metal silver contained in the silver paste is precipitated and grown from the cathode side of the chip component, There is a possibility that the cathode side and the anode side of the chip component are electrically connected to cause a short circuit.
[0007]
In addition, since the chip component is fitted and embedded in the through hole, strict accuracy is required for the tolerance of the position of the through hole and the diameter of the through hole. For example, if the diameter of the through hole is too large, the chip component is likely to drop off. On the other hand, if the diameter of the through hole is too small, the chip component does not enter the through hole.
[0008]
Furthermore, various measures must be taken to solve such a problem, which causes a problem of increasing the cost of the entire circuit board.
[0009]
Therefore, the present invention can reduce the size of the circuit board structure, improve the accuracy of the resistance value and the capacitance of the capacitor, and prevent the short-circuit between the cathode side and the anode side of the chip component and the chip component from dropping or breaking. can, it is an object of the present invention is further to provide a method for manufacturing a circuit board structure capable of reducing the cost of the entire circuit board.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a method of manufacturing a circuit board structure according to the present invention includes forming a through hole in a board body for mounting an electric circuit formed by mounting a plurality of circuit components, and The formed through-hole is filled with a component material in a cross-sectional shape with a narrowed central portion, and a current-carrying member is filled into the through-hole to form a board built-in component, and the board built-in component is formed on the surface of the board body. And other circuit components are connected to each other so as to be energized.
[0012]
According to the method of manufacturing a circuit board structure, component materials in the through hole to form a through hole in the substrate main body, it is formed on the substrate main body for mounting the electrical circuit in which a plurality of circuit components are formed is mounted Since the substrate-embedded component is formed by filling the substrate, it is possible to prevent an increase in the substrate area and an increase in size due to an increase in the print area as in the conventional printed resistor substrate and printed capacitor substrate.
[0013]
In addition, according to the above method for manufacturing a circuit board structure, the diameter of the through-hole formed in the substrate body and the minimum thickness dimension between the constrictions of the component material formed in the cross-sectional shape with the central portion constricted in the through-hole. By managing the above, it is possible to improve the accuracy of the electrical value of the board built-in component rather than the resistance value of the conventional printed resistor board and the capacity of the printed capacitor board.
[0014]
In addition, according to the above-described method for manufacturing a circuit board structure, the component material is put in the through hole, unlike the conventional method of fitting and embedding a circuit component already formed in the through hole formed in the board body. Since the substrate built-in component is formed by filling, there can be no gap between the peripheral surface of the through hole and the formed substrate built-in component. Chip parts can be prevented from falling off or being damaged, and it is not necessary to take measures to solve the various problems as described above, so that an increase in the cost of the circuit board structure can be prevented.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
It will be described below with reference to the accompanying drawings, embodiments of the method for manufacturing a circuit board structure according to the invention. 1 through FIG. 15 is a diagram showing a first embodiment of a method of manufacturing a circuit board structure according to the invention.
[0016]
FIG. 1 is a diagram showing a basic structure of a circuit board structure manufactured by a circuit board structure manufacturing method according to a first embodiment of the present invention . In the figure, reference numeral 21 denotes a substrate body, and this substrate body 21 is usually formed of a material such as paper phenol, paper epoxy, or glass epoxy. Copper foils 23 and 24 are fixed to both the front and back surfaces of the substrate body 21, and the substrate body 21 and the copper foils 23 and 24 as a whole are conventionally known as a so-called copper clad laminate 26.
[0017]
A through-hole 26a is formed in the copper-clad laminate 26, and a resistor (substrate built-in component) 28 as a circuit component formed by filling carbon in a paste form is formed in the through-hole 26a. Yes. Electroless copper plating 30 is applied on the upper and lower end faces of the copper foils 23 and 24 and the resistor 28 of the copper clad laminate 26, and further, the electrolytic copper plating 33 is provided on the electroless copper plating 30. It has been subjected.
[0018]
In such a circuit board structure, the resistor 28 is connected to other circuit parts (not shown) through the copper foils 23 and 24, the electroless copper plating 30 and the electrolytic copper plating 33 so as to be energized (conductive). . Therefore, the copper foils 23 and 24, the electroless copper plating 30 and the electrolytic copper plating 33 constitute an energization connecting member that connects the resistor 28 and other circuit components so that energization is possible.
[0019]
Next, a first embodiment of the method for manufacturing the circuit board structure will be described.
First, as shown in FIG. 2, a through-hole 26a is opened through the substrate body 21 and the copper foils 23 and 24 by drilling or pressing the copper-clad laminate 26. Next, a screen plate 36 as shown in FIG. 3 is prepared in order to pack pasty carbon into the through hole 26a . The screen plate 36 has a hole 36a having the same diameter as the through hole 26a in accordance with the position of the through hole 26a of the copper clad laminate 26.
[0020]
The screen plate 36 is placed on the copper-clad laminate 26 so that the holes 36a of the screen plate 36 match the through-holes 26a of the copper-clad laminate 26, and attached to a printing machine (not shown). As shown in FIG. 4, the carbon paste 40 is pushed into the through hole 26a of the copper-clad laminate 26 from the hole 36a of the screen plate 36 by a squeegee (a spatula-like tool) 38, whereby the carbon paste 40 is inserted into the through hole 26a. Fill inside.
[0021]
In such an operation, filling is performed by sucking from the opposite side (the lower side of the through hole 26a in the figure) or by pushing the carbon paste 40 into the through hole 26a using the pin 42 as shown in FIG. May be. Alternatively, as shown in FIG. 4, the amount of carbon paste 40 is adjusted by repeatedly turning the copper clad laminates 26 alternately and pushing them alternately from both sides instead of pushing only from one side. Thus, as shown in FIG. 6, the upper and lower end surfaces of the carbon paste 40 can be finished flat with the surfaces of the copper foils 23 and 24.
As another method, a semi-solid (semi-dry state) carbon paste may be preliminarily shaped like the carbon paste 40 in FIG. 6 and then embedded in the through hole 26a.
[0022]
When the carbon paste 40 is appropriately dried in the state of FIG. 6, the carbon paste 40 becomes a resistor (substrate built-in component) 28 as a circuit component. Next, as shown in FIG. 7, a through-hole 26 b used as a normal copper-plated through hole is opened in the copper-clad laminate 26 at another position of the copper-clad laminate 26 for conduction between the front and back surfaces of the substrate.
Thereafter, plating is performed to form a double-sided plated through-hole substrate. The procedure will be described below.
[0023]
First, as shown in FIG. 8, electroless copper plating 30 is applied to the entire periphery of the copper clad laminate 26 containing the resistor 28. By applying the electroless copper plating 30 in this manner, it is possible to apply copper plating to the circumferential surface of the substrate body 21 without conduction in the through hole 26b. Next, as shown in FIG. 9, a thicker electrolytic copper plating 33 than the electroless copper plating 30 is applied on the electroless copper plating 30. Since the electroless copper plating 30 is conductive, the electrolytic copper plating 33 can be applied, and the thick electrolytic copper plating 33 can be formed at a higher speed than the electroless copper plating 30.
[0024]
By the way, the electroless copper plating is a kind of chemical plating, which is a plating method in which copper atoms are deposited on the surface of the plating place by adsorbing the palladium metal on the surface of the plating place and reducing the palladium as a catalyst. It is.
The electrolytic copper plating is a plating method in which copper ions contained in an aqueous copper sulfate solution or the like are reduced by current (electrons), and copper is deposited on the surface of the place to be plated.
[0025]
Next, a film or resist ink for photoresist is adhered on the electrolytic copper plating 33 on both the front and back sides of the copper clad laminate 26, and light is applied to only the portions where the circuit pattern is desired to be cured. Thereafter, a developing process is performed in which the uncured portion of the resist is peeled off by a chemical such as Na ₂ CO ₃ . As a result, the etching resist 46 remains only where it is desired to leave as a circuit pattern (see FIG. 10).
[0026]
Then, the copper 23, 24, 30, 33 where the etching resist 46 does not remain is removed by an etching process with a chemical such as CuCl ₂ (see FIG. 11). Next, the remaining etching resist 46 is melted and peeled off with a chemical such as KOH (see FIG. 12). The substrate structure shown in FIG. 1 was completed in this way.
[0027]
Here, the following equations (1) and (2) show equations for obtaining the resistance value and the capacitance of the capacitor that are considered feasible.
Resistance value R = paste resistivity ρ × (resistance length L ÷ resistance cross-sectional area S). . . (1)
Capacitance C = dielectric constant of paste ε × (capacitor electrode area S ÷ capacitor electrode distance d). . . (2)
However, the above equation (2) holds when S is sufficiently larger than d.
[0028]
Next, based on the above equations (1) and (2), the resistance value and the capacitance of the capacitor which are considered to be realizable will be obtained. For example, the thickness of the copper-clad laminate 26 (corresponding to the resistance length L and the distance d between the electrodes of the capacitor) is 0.1 [mm], the diameter of the through hole 26a is 0.3 [mmφ], carbon ( When the resistivity ρ of graphite (in the case of graphite) is 1 × 10 ⁻⁷ to 1 × 10 ⁵ [Ω · m] and the dielectric constant ε of ceramic (in the case of titanium oxide) is 80 to 100 [F / m], It is calculated as follows.
[0029]
Resistance value R = {1 × 10 ⁻⁷ × 0.1 × 10 ⁻³ } ÷ {3.14 × (0.15 × 10 ⁻³ ) ² } = 1.4 × 10 ⁻⁴ [Ω]. . . (1)
Capacitance C = 80 × {3.14 × (0.15 × 10 ⁻³ ) ² } ÷ (0.1 × 10 ⁻³ ) = 0.057 [F]. . . (2)
[0030]
Next, a case where a multilayer substrate is manufactured using the basic circuit board structure manufactured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 13 (a), each of the prepregs D and E serving as adhesives is disposed between the circuit board structures A, B, and C adjacent to each other. The prepregs D and E are basically the same as the material of the substrate body 21, and are semi-life (semi-solid) materials at room temperature.
[0031]
Then, after the horizontal alignment between the circuit board structures A, B, and C, the prepregs D and E are heated by pressurizing and heating so that the shape of the circuit board structures on both front and back sides It adheres to the circuit board structure on both sides while deforming following the pattern.
[0032]
Thereafter, the prepregs D and E are solidified when cooled, and a multilayer substrate having a high mounting density and wiring density as shown in FIG. After that, by performing outline processing, surface treatment, symbol printing, mounting of other circuit components, etc., a multilayer substrate as a product as shown in FIG. 14 is completed.
[0033]
Figure 15 is a diagram showing a second embodiment of a method of manufacturing a circuit board structure according to the invention. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the upper and lower end surfaces of the carbon paste 40 are formed flat so as to be flush with the surfaces of the copper foils 23 and 24. In the second embodiment, as shown in FIG. 15 (a), the carbon paste 40 in the through hole 26a is formed in a cross-sectional shape such that the central portion is constricted, and then the carbon paste 40 is dried. The resistor 29 is formed by filling the copper paste 44 and flattening it so that the upper and lower end faces are flush with the surfaces of the copper foils 23 and 24 as shown in FIG.
In the resistor 29 made in this way, the resistance length L becomes the shortest distance between the constrictions, and the resistance value R of the resistor 29 is reduced by making the resistance length L smaller than that shown in FIG. It can be adjusted in the direction of decreasing.
[0034]
Further, a ceramic paste is used in place of the carbon paste 40, and after the ceramic paste is formed and dried as in the carbon paste 40 in FIG. 15A, the copper paste 44 is similarly applied as shown in FIG. 15B. By filling, a capacitor can be made instead of the resistor 29. In this case, the capacitance of the capacitor is reduced by making the shortest distance between the constrictions as the distance d between the electrodes of the capacitor smaller than when the ceramic paste is filled instead of the carbon paste 40 of FIG. Can be adjusted in the direction of increasing.
[0035]
In the first embodiment, the case where the substrate built-in component is the resistor 28 has been described. However, as described above in part, by using ceramic paste instead of the carbon paste 40, the substrate built-in component can be used as a capacitor. You can also Others The present invention can also be applied to other components with built-in boards by selecting other raw material pastes.
[0036]
In the above embodiment, the upper and lower ends of the resistor 28 are covered by plating to form an electrode. However, instead of plating, a metal piece such as a copper foil or a copper plate may be used as the electrode.
[0037]
In the above embodiment, the case of using a titanium oxide-based material as the ceramic in the calculation for obtaining the capacitance C of the capacitor that seems to be realizable has been described. However, a barium titanate-based material is used as the ceramic. at best, in that case, it is possible to obtain the electrostatic capacitance C of 1 × 10 ³ ~2 × 10 ⁴ [F / m] and Do the formula by Rukoto as dielectric constant (2).
[0038]
Further, in the first embodiment, as a pattern forming method, a subtractive method that is simply etched away after plating is used, but an additive method that can form a fine pattern by using a plating resist during plating, Other pattern forming methods such as a semi-additive method may be used.
[0039]
Further, in FIG. 13 and FIG. 14, the case where a multilayer substrate is formed using three circuit board structures has been described. However, the number of circuit board structures used to form a multilayer substrate is 1, 2 or 4 Of course, the above is also acceptable.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a through hole is formed in a board body on which an electric circuit formed by mounting a plurality of circuit components is mounted, and a component material is filled in the through hole formed in the board body. Thus, since the substrate built-in component is formed, it is possible to prevent an increase in the substrate area and an increase in size due to an increase in the printed area, as in the conventional printed resistor substrate and printed capacitor substrate.
[0041]
In addition, according to the above method for manufacturing a circuit board structure, the diameter of the through-hole formed in the substrate body and the minimum thickness dimension between the constrictions of the component material formed in the cross-sectional shape with the central portion constricted in the through-hole. By managing the above, it is possible to improve the accuracy of the electrical value of the board built-in component rather than the resistance value of the conventional printed resistor board and the capacity of the printed capacitor board.
[0042]
In addition, according to the above-described method for manufacturing a circuit board structure, the component material is put in the through hole, unlike the conventional method of fitting and embedding a circuit component already formed in the through hole formed in the board body. Since the substrate built-in component is formed by filling, there can be no gap between the peripheral surface of the through hole and the formed substrate built-in component. Chip parts can be prevented from falling off or being damaged, and it is not necessary to take measures to solve the various problems as described above, so that an increase in the cost of the circuit board structure can be prevented.
[0043]
According to the manufacturing method of the circuit board structure described above, it is possible to improve the mounting density by forming a three-dimensionally circuit components in the substrate. In addition, the surface of the substrate can be flattened despite the incorporation of circuit components such as resistors and capacitors. For this reason, since the electrodes of the built-in circuit components can be used as mounting lands for other circuit components, the mounting density can also be improved.
[0044]
Moreover, according to the said embodiment, since the component with a built-in board | substrate is couple | bonded with the board | substrate by plating, reliability can be made higher than soldering. In addition, when considering comprehensively including component costs and mounting costs, it is possible to provide a circuit board structure that performs the intended function at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 12, showing a basic circuit board structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing the circuit board structure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a screen plate 36 having holes 36a used in one step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of a method for manufacturing a circuit board structure.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of a method for manufacturing a circuit board structure.
12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in the circuit board structure shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a method of manufacturing an IVH multilayer board using three basic circuit board structures A, B, and C. FIG. 13A is a circuit board before the multilayer board is manufactured. FIG. 13B is a cross-sectional view showing the arrangement state of the structures A, B, C and the prepregs D, E. FIG. 13B is a cross-sectional view of the circuit board structure A, B, C and the prepregs D, E showing the state after the multilayer substrate is manufactured. FIG.
14 is a partially broken perspective view showing a completed IVH type multilayer substrate. FIG. 15 is a diagram showing a method for manufacturing a circuit board structure according to a second embodiment of the present invention. FIG. 15A is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the circuit board structure, and FIG. 15B is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the circuit board structure.
[Explanation of symbols]
21 Substrate body 23, 24 Copper foil 26 Copper clad laminate 26a Through hole 28, 29 Resistor 30 Electroless copper plating 33 Electrolytic copper plating 36 Screen plate 36a Hole 38 Squeegee 40 Carbon paste 42 Pin 44 Copper paste 46 Etching resist A, B, C Circuit board structure D, E Prepreg

Claims

A through hole is formed in the substrate body for mounting an electric circuit formed by mounting a plurality of circuit components,
In the through-hole formed in the substrate body, the material material is filled with a cross-sectional shape with a narrowed central part ,
Filling the through hole with a current-carrying member to form a board built-in component,
A method of manufacturing a circuit board structure, wherein an energization connecting member is formed on the surface of the substrate main body so as to connect the circuit board built-in component and another circuit component so that energization is possible.