JP4026541B2 - 多層基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体パターンが形成された熱可塑性樹脂フィルムを複数積層して形成される多層配線基板及び多層配線基板の曲げ成形方法並びにその曲げ成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器は小型・高機能化が要求されている。これに対応し、電子部品・プリント基板の小型・高密度化が進んでいる。そして、高密度・高多層化が可能なプリント基板が例えば特許文献１に示されている。
【０００３】
さらに電子機器を小型・高密度化する方法として、電子機器の中に複数のプリント基板を畳み込んで入れる方法がある。このときには、複数の基板を接続することが必要となる。特許文献２には、接続ピンを利用したプリント基板接続方法が示されている。また、特許文献３には、プリント基板の一部をフレキシブル化して接続する方法が示されている。
【０００４】
しかし、接続ピンを利用したプリント基板接続方法では、「多数の信号を接続する」及び「プリント基板を直角など平行以外の角度で接続する」ことが困難である。
【０００５】
また、プリント基板の一部をフレキシブル化して接続する方法では、「接続されたプリント基板が折り畳みこまれた形状を単独では保持できず、組付け性が悪い」、「プリント基板保持部材が増える」及び「一部をフレキシブル化するとコストが増加する」といった問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２００９７６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平８−２３６１８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−３３０６８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、折り畳まれた形状のプリント基板を使用すれば、前記の問題は解決する。しかし、曲がったプリント基板は製造が困難である。さらに、プリント基板に電子部品を実装するときは、プリント基板が平面であることが必要である。このため、プリント基板に電子部品を実装した後に曲げることが考えられる。熱可塑性をもったプリント基板であれば、曲げ部を加熱し、必要な形状に曲げ、常温に戻せば、必要な部品が実装されたプリント基板を得ることができる。
【００１０】
プリント基板の曲げ加工について、図２３及び図２４に基づいて説明する。多層配線基板１は、導体パターン２が形成された熱可塑性樹脂フィルム３を複数積層して加熱加圧して構成されており、この多層配線基板１において積層方向で導体パターン２、２が重なっている。そして、この多層配線基板１を曲げ成形する場合、多層配線基板１を加熱溶融しながら曲げて、そのまま常温に戻せば、曲げ状態で固化する。
【００１１】
しかしながら、この場合図２３に示されるように、曲げ外側の導体パターン２は内側へ偏倚し、内側の導体パターン２は外側へ屈曲するため、導体パターン２、２同士が接触するおそれがあった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げ成形する場合に導体パターン同士が接触することがない多層配線基板を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の多層配線基板は、各層フィルムの導体パターンの一部に、複数の細い帯状で且つほぼ蛇行状をなす部分を形成し、各導体パターンの当該部分が基板における曲げ成形対象部分で相互に近接するところに特徴を有する。これによれば、積層方向で曲げ成形された場合に複数の導体パターンが伸縮して相互に接触することがなく、曲げ成形に好適する多層配線基板を提供できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の理解を助けるための第１の参考例につき図１ないし図１０を参照して説明する。まず、図１０には、電子機器における制御ユニット１１を示している。この制御ユニット１１はケース１２内に電子回路１３を配設して構成されている。電子回路１３は多層配線基板１４に種々の電子部品（ＩＣチップ）１４ａを実装して構成されている。
【００２６】
この多層配線基板１４の基本的構成及びその製造方法について説明する。図５は多層配線基板の製造工程を示している。製造は、まず絶縁基材である熱可塑性樹脂フィルム１５の片面に貼り付けられた導体箔例えば厚さ１８μｍの銅箔Ａ（アルミ箔でも可）をエッチングにて予め設計した配線パターン通りにパターニングする（工程Ｐ１）。各層のパターニングが終了すると、導体パターン１６が形成されていない面に保護フィルムＢを貼付する。
【００２７】
保護フィルムＢの貼付後、保護フィルムＢ側から炭酸ガスレーザまたはエキシマレーザを照射して、所定位置に導体パターン１６（銅箔）を底面とする有底ビアホールＣを形成する（工程Ｐ２）。この工程はドリル加工等の機械加工も可能であるが、微細な穴をあける必要があるため、高い精度を確保する上ではレーザ加工が好ましい。
【００２８】
各層についてビアホールＣを形成後、ビアホールＣ内に層間接続材である導電ペースト１７（導電材）を充填する（工程Ｐ３）。導電ペースト１７は、銅、銀、スズなどの金属粒子にバインダ樹脂や有機溶剤を加え混錬してペースト化したものである。導電ペースト１７は、メタルマスクを用いたスクリーン印刷機により片面導体フィルムの導体パターン側を下にしてビアホールＣ内に印刷充填する。充電後、保護フィルムＢを剥離する（工程Ｐ４）。
【００２９】
保護フィルムＢの剥離後、片面導体フィルムの導体パターン１６側を下にして各層を積層する（工程Ｐ５）。なお、チップＤ（電子部品）を埋め込むためには、チップＤの厚さに対応する枚数の樹脂フィルム１５の埋設位置に、予めガイドとなる穴を形成しておき、そこに配置する。この場合の穴の形成は、レーザ加工等を用いれば短時間で行うことができ削り屑も出ない。このため、従来のエポキシ基板を加工してチップを埋め込む工程に比べて作業性が飛躍的に向上する。
【００３０】
最下層には導体パターン１６を覆うようにしてカバーレイヤ（図示せず）を積層する。積層後、真空加圧プレス機により２００℃〜３５０℃、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形する（工程Ｐ６）。図６は、このときの加圧温度条件を示している。これにより、多層配線基板１４が形成される。
【００３１】
ここで前記樹脂フィルム１５は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂３５〜６５重量％と、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂３５〜６５重量％とを含んだ材質からなり、多層配線基板１４の大きさに対応した矩形状をなし、厚みが２５〜７５ミクロンのフィルム状とされている。この樹脂材料は、図６に示すように、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つものとなっている。
【００３２】
前記多層配線基板１４において曲げ成形される部分Ｍは、図１ないし図３に示すように形成されている。すなわち、フィルム１５ａ〜１５ｄが積層されており、積層方向で重なる複数の導体パターン１６ａ、１６ｂの一部１６ａ´、１６ｂ´を、一つの層のフィルム１５ｃに、相互に重ならないように並べて形成している。すなわち、フィルム１５ｂ、１５ｄのうちフィルム１５ｂの導体パターン１６ａはその下層のフィルム１５ｃの導体パターン１６ａ´に導電ペースト１７を介して接続され、フィルム１５ｄの導体パターン１６ｂはその上層のフィルム１５ｃの導体パターン１６ｂ´に導電ペースト１７を介して接続されている。
【００３３】
上述の多層配線基板１４は曲げ成形される部分Ｍは図７ないし図９に示す曲げ成形装置２１により曲げ成形されている。この曲げ成形装置２１において、ガイド部材たるガイド板２２は当て板２３、２４がヒンジ２５、２６により折り曲げ可能に連結されて構成されている。このガイド板２２における折り曲げ部分には、押さえ部材たる押さえ棒２７は、該ガイド板２２の折り曲げ部分の一方（当て板２３）に対して斜めのヒンジ２７ａを介して取り付けられており、もって、斜め方向から（図７に示すように角度α（９０度より小さい））近接及び離間可能に設けられている。この押さえ棒２７は前記多層配線基板１４の曲げ成形しようとする部分Ｍの内側となる部分を押えるものである。この押さえ棒２７は金属製であり、図示しないが内部に電気ヒータ（加熱手段）が配設されている。
【００３４】
前記押さえ棒２７の基端部２７ｂは、ヒンジ２６を逃げるように矩形状に湾曲されている。また前記ガイド板２２の当て板２３、２４のヒンジ２５側には溝２３ａ、２４ａが形成されていると共に、端当て部２３ｂ、２４ｂが形成されている。前記溝２３ａ、２４ａには端押さえ具２８、２９がスライド可能に設けられている。
【００３５】
上述の曲げ成形装置２１により多層配線基板１４を曲げ成形する場合には、図８、図９に示すように多層配線基板１４を、端当て部２３ｂ、２４ｂ及び端押さえ具２８、２９により位置決めし、押さえ棒２７により、多層配線基板１４の曲げ成形しようとする部分Ｍを押さえ、ガイド板２２を折り曲げる。このとき押さえ棒２７内の電気ヒータにより多層配線基板１４の曲げ成形される部分Ｍの内側から外側まで加熱溶融される。そして多層配線基板１４が例えば９０度折り曲げられると、自然冷却により多層配線基板１４のフィルム１５が固化する。その後、押さえ棒２７を多層配線基板１４から離間させる。このとき、押さえ棒２７は一方の当て板２３に対して斜めに離間するから、押さえ棒２７が折り曲げ状態の多層配線基板１４に摺接することはない。
【００３６】
なお、押さえ棒２７は、曲げ終了後で多層配線基板１４が固化する前に離間することも良い。このようにすると、多層配線基板１４の冷却が促進され、短時間で固化する。このときは、曲げ加工された多層配線基板１４が変形しないように多層配線基板１４を保持する必要がある。
【００３７】
上記構成の多層配線基板１４においては、積層方向で重なる複数の導体パターン１６ａ、１６ｂの一部を、一つの層のフィルム１５ｃに、相互に重ならないように並べて形成しているから、積層方向で曲げ成形された場合に複数の導体パターン１６ａ、１６ｂが接触することがなく、曲げ成形に好適する多層配線基板１４を提供できる。
【００３８】
また、前記曲げ成形装置２１は、折り曲げ可能に設けられて多層配線基板１４を折り曲げるためのガイド板２２と、このガイド板２２における折り曲げ部分の一方である当て板２３に対して斜め方向から近接及び離間可能に設けられた押さえ棒２７と、多層配線基板１４の曲げ部分を加熱する電気ヒータとを備えてなるから、ガイド板２２と押さえ棒２７とにより多層配線基板１４に曲げ力を作用させることができ、そして電気ヒータにより多層配線基板１４を加熱して変形容易状態とするから、多層配線基板１４を容易に曲げ成形できる。しかも、この場合、曲げ成形後に多層配線基板１４の曲げ内側に位置する押さえ棒２７を該多層配線基板１４から離すことになるが、押さえ棒２７がガイド板２２における折り曲げ部分に対して斜め方向から近接及び離間可能に設けられているから、該押さえ棒２７を成形後の多層配線基板１４に摺接することなく離間させることができる。
【００３９】
また、この場合、ガイド板２２が、一対の当て板２３、２４から構成されていて、多層配線基板１４の板面を押して折り曲げ力を与える構成としているから、表面に部品実装のないあるいは少ない多層配線基板１４の折り曲げに好適するものである。
【００４０】
図１１ないし図１３は第２の参考例を示すものである。この参考例における多層配線基板３１は、導体パターン１６のうち曲げ成形される部分Ｍとなる部分の導体パターン１６´を該部分Ｍの内側に形成している。さらに、この導体パターン１６´のさらに内側に放熱用（冷却用）のベタパターン３２が形成されている。この多層配線基板３１は、曲げ成形装置３３により、曲げ成形がなされる部分Ｍの内側の部分を冷却し、曲げ外側となる部分を加熱しながら曲げ成形される（図１２参照）。上記曲げ成形装置３３について前記曲げ成形装置２１と異なる部分について述べる。押さえ部材たる押さえ棒３４には加熱手段たる電気ヒータは内蔵されておらず、これに代わる加熱手段として、多層配線基板３１の曲げ成形がなされる部分Ｍの外側部分に対応して、電気ヒータ３５及び熱反射板３６からなる加熱装置３７が設けてられている。さらに上記部分Ｍの内側部分に対応して冷却手段たる冷却装置３８が設けられている。この冷却装置３８は内側へ吐出口３９ａを形成して冷却風を供給する冷却ダクト３９を備えた構成である。
【００４１】
このような構成の曲げ成形装置３３により、多層配線基板３１は、その曲げ外側となる部分が加熱され且つ曲げ内側となる部分が冷却されながら曲げ成形される。このような曲げ成形方法によると、導体パターン１６´を予め曲げ成形がなされる内側の部分に形成し、多層配線基板３１の曲げ外側となる部分を加熱し且つ曲げ内側となる部分を冷却しながら曲げ成形するから、導体パターン１６´に伸縮歪がかからないように曲げ成形できる。また、内側のベタパターン３２は冷却フィンとして作用し、多層配線基板３１内のパターンを利用して冷却性の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、冷却手段は必ずしも必要ではなく、自然放熱でもよい。この場合、上述のベタパターン３２に自然放熱作用が期待できる。
【００４３】
また、上述の曲げ成形装置３３によれば、多層配線基板３１の曲げ外側となる部分を加熱し且つ曲げ内側となる部分を冷却しながら多層配線基板３１を曲げ成形するから、導体パターン１６´の伸縮歪を防止しながら多層配線基板を曲げ成形できる。
【００４４】
図１４及び図１５は第３の参考例を示すものである。図１４は図１５の矢印Ｐ−Ｐ線に沿う横断面図であり、図１５は図１４の矢印Ｑ−Ｑ線に沿う縦断側面図である。この実施例における多層配線基板４１は、複数例えば２つの導体パターン１６ａ、１６ｂを、個々に上層及び下層のフィルム１５ａ、１５ｂにわたってジグザグ状をなし相互にずらした形態に形成したところに特徴がある。これによれば、積層方向で曲げ成形された場合に導体パターン１６ａ、１６ｂが伸縮して相互に接触することがなく、曲げ成形に好適する。
【００４５】
図１６及び図１７は本発明の一実施例を示すものである。図１６の矢印Ｒ−Ｒ線に沿う横断面図であり、図１５は図１４の矢印Ｓ−Ｓ線に沿う縦断側面図である。この実施例における多層配線基板５１は、導体パターン１６ａ、１６ｂの一部に、複数の細い帯状で且つほぼ蛇行状をなす部分１６ａ´、１６ｂ´を形成したところに特徴を有する。これによれば、積層方向で曲げ成形された場合に複数の導体パターン１６ａ、１６ｂが伸縮して相互に接触することがなく、曲げ成形に好適する。従って、各部分１６ａ´、１６ｂ´は当該基板５１において曲げ成形される曲げ成形対象部分で相互に近接した形態となる。
【００４６】
図１８は第４の参考例を示しており、この第４の参考例における曲げ成形装置６１は、図７ないし図９に示した曲げ成形装置２１とはガイド部材６２の構成が異なる。すなわちガイド部材６２は、一対のガイドアーム６２ａ、６２ｂを図示しないヒンジにて回動可能に連結して有し、さらに、図示しないがこのガイドアーム６２ａ、６２ｂと左右対称構成の別の一対のガイドアームを有し、ガイドアーム６２ａ、６２ｂと図示しないガイドアームとをスライド可能な連結部材６３ａ、６３ｂにて連結し、この連結部材６３ａ、６３ｂにチャッキング部６４ａ、６４ｂが設けられている。このチャッキング部６４ａ、６４ｂは、ねじ６５ａ、６５ｂにより締められて、多層配線基板７１の一部例えば端部をチャッキングする。このチャッキング部６４ａ、６４ｂは連結部材６４ａ、６４ｂと共にスライド可能である。この実施例においては、平板状の多層配線基板７１に電子部品（ＩＣチップ）７２をリフローにて実装した後、多層配線基板７１を曲げ成形できる。
【００４７】
すなわち、このガイド部材６２は多層配線基板７１の端部（電子部品７２のない部分）をチャッキングして、折り曲げ力を付与することができる。この場合、連結部材６３ａ、６３ｂ及びチャッキング部は適宜６４ａ、６４ｂはガイドアーム６２ａ、６２ｂを適宜スライドする。この実施例によると、表面に電子部品７２を実装している多層配線基板７１の折り曲げができる。この結果、平坦な状態の多層配線基板７１に対してリフローでの電子部品実装ができるものである。
【００４８】
図１９は第５の参考例を示しており、この参考例における多層配線基板７３は、積層方向で重なる複数の導体パターン１６ａ、１６ｂの間に耐熱性絶縁物７４を介在させたところに特徴を有する。これによれば、曲げ成形時にフィルム１５ａないし１５ｃが加熱溶融されても導体パターン１６ａ、１６ｂ間に溶融しない耐熱性絶縁物７４が介在するから、導体パターン１６ａ、１６ｂ同士が接触することがない。
【００４９】
前記参考例は次のように変更しても良い。例えば、加熱手段については熱風供給方式でも良いし、冷却手段については冷却液配管でも良い。また、多層配線基板を折り曲げる形態としては多層配線基板の補強のための形態としても良く、例えば第６ないし第８の参考例として示す図２０ないし図２２のようにしても良い。図２０においては多層配線基板８１を２箇所でほぼ直角に折り曲げた形態とし、図２１においては多層配線基板８２をほぼＶ字状に折り曲げた形態とし、図２２においては、多層配線基板８３をＶ字状折り曲げをクロスさせる形態としている。リフローで基板に部品を実装するためには実装面が平面でないとクリーム半田の塗布ができない。このため、多層配線基板８２、８３においては、最初に図２１、図２２で上になる面に部品を実装する。このとき、裏側に補強板を置いてリフローに耐える強度を確保する。次に多層配線基板をＶ字状折り曲げを形成する。最後に、図２１、図２２で下になる面に部品を実装する。このときは、Ｖ字状折り曲げにより、基板自体でリフローに耐える強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例を示す多層配線基板の縦断側面図
【図２】 図１のＨ−Ｈ線に沿う横断平面図
【図３】 導体パターン及び導電ペーストの斜視図
【図４】 曲げ成形後の多層配線基板の縦断側面図
【図５】 多層配線基板の製造工程図
【図６】 製造工程における加圧温度条件を示す図
【図７】 曲げ成形装置の斜視図
【図８】 多層配線基板を曲げ成形している途中状態での曲げ成形装置の斜視図
【図９】 曲げ成形装置の縦断側面図
【図１０】 曲げ成形した多層配線基板を組み込んだ制御ユニットの縦断側面図
【図１１】 第２の参考例を示す多層配線基板の縦断側面図
【図１２】 曲げ成形後の多層配線基板の縦断側面図
【図１３】 曲げ成形装置の縦断側面図
【図１４】 第３の参考例を示す図１５のＰ−Ｐ線に沿う多層配線基板の横断面図
【図１５】 図１４のＱ−Ｑ線に沿う多層配線基板の縦断側面図
【図１６】 本発明の一実施例を示す図１７のＲ−Ｒ線に沿う多層配線基板の横断面図
【図１７】 図１６のＳ−Ｓ線に沿う多層配線基板の縦断側面図
【図１８】 第４の参考例を示す曲げ成形装置の縦断側面図
【図１９】 第５の参考例を示す多層配線基板の縦断側面図
【図２０】 第６の参考例を示す多層配線基板の斜視図
【図２１】 第７の参考例を示す多層配線基板の斜視図
【図２２】 第８の参考例を示す多層配線基板の斜視図
【図２３】 従来における多層配線基板の折り曲げ成形を説明するための多層配線基板の縦断側面図
【図２４】 曲げ成形後の多層配線基板の縦断側面図
【符号の説明】
１１は制御ユニット、１４は多層配線基板、１４ａは電子部品、１５、１５ａ〜１５ｄは熱可塑性樹脂フィルム、１６、１６ａ、１６ｂ、１６´、１６ａ´、１６ｂ´は導体パターン、１７は導電ペースト、２１は曲げ成形装置、２２はガイド板（ガイド部材）、２３、２４は当て板、２７は押さえ棒（押さえ部材）、３１は多層配線基板、３２はベタパターン、３３は曲げ成形装置、３４は押さえ棒、３７は加熱装置（加熱手段）、３８は冷却装置（冷却手段）、４１は多層配線基板、６１は曲げ成形装置、６２はガイド部材、６４ａ、６４ｂはチャッキング部、７１、７３、８１、８２、８３は多層配線基板、７４は耐熱性絶縁物を示す。

Claims (1)

1. 導体パターンが形成された熱可塑性樹脂フィルムを複数積層して形成される多層配線基板であって、前記各層フィルムの導体パターンの一部に、複数の細い帯状で且つほぼ蛇行状をなす部分を形成し、各導体パターンの当該部分が基板における曲げ成形対象部分で相互に近接することを特徴とする多層配線基板。

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