JP4198730B2 - プリント配線板の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性箔上に導電性バンプを形成する多層プリント配線板の製造装置に関する。

各種電子機器の小型化、高機能化にともなって、電子部品の高密度実装の要求は高まっている。これに対応して、プリント配線板も、絶縁体層と配線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用いられている。多層プリント配線板は、配線層を多層化することにより高密度化や高機能化の要求に対応するもので、配線層と配線層との間の層間接続はスルーホールなどを用いて行われている。

このような配線層の層間接続をビアホールによって行っている多層プリント配線板は、高密度実装への対応が困難であるという問題がある。

例えば、スルーホールを設けた領域には配線を形成したり電子部品を実装することができないので、配線密度および実装密度の向上が制約されることになる。また、近年では電子部品の高密度実装に伴ってプリント配線板の配線も高密度化している。このような配線の微細化に対応するために、スルーホールの径を小さくしようとすると、層間接続の信頼性の確保が困難になるという問題がある。

また、スルーホールによる配線層間の接続の形成は、スルーホール形成工程や、メッキ工程などを伴うため冗長であり、生産性の観点からも問題がある。例えばスルーホールを形成する工程は、ドリルなどによって１個ごとに穴明けするので、穴明け作業に多くの時間を要する。特にこの工程は、スルーホールのホール径が小さくなると極端に生産性が低下する。さらに、スルーホールをあけた後は、バリ取りのための研磨工程、メッキ工程を必要とする。また、スルーホールの形成位置には高い精度が要求され、かつスルーホール内壁面のメッキ付着性等を考慮に入れる必要がある。このため、スルーホール形成の精度、形成条件の管理なども煩雑である。さらに従来のスルーホールを用いて層間接続を行う多層プリント配線板では、スルーホールの形成工程が必要となる。特に、スルーホールの径が約０．２ｍｍ以下となると、スルーホールの形成に要する時間が大きくなり、生産性が顕著に低下するという問題がある。導電性バンプにより層間接続を行う多層配線板ではこのよな問題を解決することができる。

加えて、スルーホールを介して複数の配線層間の電気的接続を形成するメッキ工程では、薬液の濃度管理や温度管理などの工程管理も煩雑である。さらにスルーホールを形成する装置、メッキに必要な設備は大掛かりなものとなる。

このような、スルーホールによる多層プリント配線板の層間接続は、プリント配線板（ＰＷＢ）の生産性を低下させており、低コスト化などへの要求に対応することが困難である。

多層プリント配線板の配線層間の電気的な接続を簡略化するために、配線層間の接続を導電性バンプにより行う方法も提案されている。この方法は、配線回路に形成された層間接続部であるビアランド等に導電性バンプを形成し、この導電性バンプをプリプレグなどの層間絶縁層の厚さ方向に貫挿させることにより、対向する配線層に形成されたビアランドとの接続を確立するものである。

このような導電性バンプを採用した配線回路の層間接続は、構成がシンプルであること、工程数が少なく生産性が高いこと、高密度実装に対応できることなどのメリットがある。しかしながら、導電性バンプを採用して配線回路の層間接続を行ったプリント配線板には、以下に説明するような問題が認められる。

導電性バンプは、例えばマスクなどを用いて複数回印刷することにより銅箔などの導電性箔上に形成されるが、従来はこの工程を自動的に行うことができる装置がなかった。人手による印刷では複数回の印刷の間隔を一定に保つことが困難であり、このことが導電性バンプの品質を不均一なものにする原因となっているという問題がある。また、印刷の回数により形成される導電性バンプのアスペクト比は変化するが、非常に多くの導電性箔上印刷の回数を管理するは負担が大きいという問題がある。

図９は従来の導電性バンプを用いた多層プリント配線板の製造工程を概略的に示す図であり、導電性箔上に形成した導電性バンプにより絶縁性樹脂層を貫通する工程を示している。

ここでは、略円錐形状を有する導電性バンプ５１を形成した銅箔などの導電性箔５２と、セミキュア状態のプリプレグなどの絶縁性樹脂層５３とを積層して、平面プレス機により加熱・加圧することにより、導電性バンプ５１を絶縁性樹脂層５３に貫通させている。９１ａ、９１ｂは平面プレス機のプレス板である。なお、ここでは導電性バンプ５１の形状を保持するために離型シート５６を絶縁性樹脂層５３に重ねてプレスしている。

ところが、このような平面プレスでは積層体の全体にわたって均一に加圧することが困難であり、加圧の不均一によって導電性箔５２上に多数形成された導電性バンプ５１のすべてを良好な状態で絶縁性樹脂層５３に貫通させることができないという問題がある。導電性バンプ５１は多層プリント配線板の配線層の層間接続に関与するものであるから、このような貫通不良は多層配線板の不良に直結してしまう。

さらに、この平面プレスによる導電性バンプ５１の貫通工程では、１回のプレスごとに、導電性箔５２と絶縁性樹脂層５３と離型シート５６とを積層しなければならず、またプレス後には解除しなければならず、特にプレスを手動で行うような場合には作業時間が長くなるなど、生産性が低いという問題がある。

導電性バンプにより層間接続を形成した多層プリント配線板には、このような問題点のために実用化が困難であるという問題がある。

さらに、導電性箔５２と絶縁性樹脂層５３とを積層する際に、絶縁性樹脂層を構成する樹脂の粉末により導電性箔が汚染されやすいという問題もある。

従来の導電性箔５１と絶縁性樹脂層５３とを積層するプリント配線板の製造装置は、図１０のような構造になっている。例えば所定位置にセットされたＣｕ箔などの導電性箔５２に対して、別の所定の位置にセットされたプリプレグなどの絶縁性樹脂層５３を吸着ヘッド９３で吸着して移載し、導電性箔５２上に重ねる。

しかしながら従来の装置では次のような問題点がある。まず、従来の吸着ヘッドは、絶縁性樹脂層を点状の領域で部分的に保持するものであるために、絶縁性樹脂層を保持するときにしわ等が生じ、絶縁性樹脂層を構成する樹脂が粉末となって飛散してしまうという問題がある。そしてこの飛散したプリプレグ等の絶縁性樹脂粉末が導電性箔表面などに付着すると、プレス後の樹脂付着による凹凸によりエッチング不良が生じたり、打痕の原因となってしまうという問題がある。

また、プリプレグの表面や端面には、プリプレグのカット工程等で発生するプリプレグ粉末が付着しており、この粉末が飛散して上述と同様の問題を生じているという問題がある。

本発明は、特性が均一な導電性バンプを高い生産性で導電性箔上に形成することができるプリント配線板の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るプリント配線板の製造装置は、おのおの、導電性箔上に導電性ペーストを重ねて印刷可能な第１および第２の印刷手段と、それぞれの導電性箔ごとに導電性ペーストが重ねて印刷された回数をカウントするカウント手段と、導電性箔上の導電性ペーストを乾燥するための乾燥手段と、ある導電性箔についての前記カウント手段のカウント値が予め設定された値に満たない場合には、前記第１の印刷手段または前記第２の印刷手段から送られた、導電性ペーストが印刷された当該導電性箔を前記乾燥手段に供給し、前記ある導電性箔についての前記カウント手段のカウント値が前記予め設定された値に等しい場合には、前記第１の印刷手段または前記第２の印刷手段から送られた、導電性ペーストが印刷された当該導電性箔を排出する排出手段と、前記乾燥手段から送られた、導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第１の印刷手段および前記第２の印刷手段のいずれかに分配するとともに、導電性ペーストが印刷されていない導電性箔を新たに導入して前記第１の印刷手段および前記第２の印刷手段のいずれかに分配する分配手段とを具備したことを特徴とする。

ここで、前記分配手段は、前記第１の印刷手段により導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第１の印刷手段にのみ分配し、かつ、前記第２の印刷手段により導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第２の印刷手段にのみ分配するようにしてもよい。

また、前記第１の印刷手段と前記第２の印刷手段とは、前記分配手段と前記排出手段との間に対称に配設されるようにしてもよい。例えば、１層の絶縁性樹脂層を挟持する１対の導体配線層となる導電性箔を同時に形成することができ、スループットが向上する。

また、前記第１の印刷手段および第２の印刷手段は、それぞれ、導電性箔上に導電性ペーストを重ねて印刷するとき、同一の版を用いて印刷するようにしてもよい。同一のマスクを用いて導電性ペーストを印刷することにより、位置ずれが防止され、微細な導電性バンプを精度よく均一に形成することができる。

本発明によれば、高密度実装に適した導電性バンプにより層間接続を形成したプリント配線板を容易に、安定して製造することができる。特に、各印刷工程、予備乾燥工程、搬送に要する時間を一定に保ちながら行うことができる。したがって、１枚の導電性箔上に多数形成される導電性バンプを均一に形成することができる。よって信頼性の高いプリント配線板を形成することができる。

以下、本発明の各実施形態を詳細に説明する。

まず、図１は、本発明の前提となるプリント配線板の製造装置の構成を模式的に示す図である。

このプリント配線板の製造装置は、予め定められた経路に沿って導電性箔を循環させる循環手段１１と、前記循環手段１１の前記経路内に配設され、前記導電性箔に導電性ペーストを印刷する印刷手段１２と、前記循環手段１１の前記経路内に配設され、前記導電性箔上に前記導電性ペーストが印刷された回数が予め設定された回数に至ったとき前記導電性箔を前記循環手段１１から排出する排出手段１３とを具備したものである。

印刷手段１２としては、例えばスクリーン印刷機等をあげることができる。すなわち、供給された導電性箔、またはこの印刷手段１２によりすでに導電性ペーストが印刷された導電性箔の所定位置にピットなどが形成されたマスクを用いて導電性ペーストを印刷するようにしてもよい。循環手段１１としては、例えば印刷手段から排出された導電性箔を搬送するコンベア、搬送の方向を転換する方向変換機、印刷手段へ導電性箔を投入する自動投入機などを適宜組み合わせて用いるようにすればよい。このとき循環手段１１の一部として、印刷機への自動投入装置、自動排出装置を設けるようにすれば、循環手段１１の経路を循環する導電性箔に自動的に導電性ペーストを印刷することができる。導電性ペーストが印刷された導電性箔は、循環手段１１により同じ一つの印刷手段１２へと循環して供給される。

一方、導電性箔上に導電性ペーストが印刷された回数が予め設定された回数に至ったときには、排出手段１３により導電性箔は循環手段１１から排出される。この排出手段としては例えば、印刷回数が設定されたメモリと、印刷回数をカウントするカウンタとを組み合わせて構成するようにしてもよい。例えば、カウンタのカウント値と、メモリされた設定値とを比較することにより、導電性ペーストが印刷された導電性箔を、循環経路に循環させてさらに導電性ペーストを印刷するか、循環手段から排出するかを判別することができる。また、印刷回数の設定値は装置により固定された値を用いるようにしてもよいし、入力手段を備えて操作員が入力するようにしてもよい。

図２は図１に示したプリント配線板の製造装置の制御系の処理フローの例を概略的に示す図であり、図３は図１に示したプリント配線板の製造装置の制御系の構成の例を概略的に示す図である。印刷手段により導電性ペーストが１回印刷されるたびに印刷回数Ｃはカウントされて、予め設定された設定値Ｓと比較される。印刷回数のカウント値Ｃが設定値Ｓに満たない場合には、導電性箔は再循環して繰り返し印刷手段へ導入される。印刷回数のカウント値Ｃと、設定値Ｓとが等しくなったならば、導電性箔は循環手段から排出されさらに導電性ペーストが印刷されることはない。排出された導電性箔は例えば乾燥炉に導入される。

図４は印刷手段により導電性箔上に導電性ペーストを印刷する様子を模式的に示す図である。

導電性バンプ１４の形成は、導電性バンプ１４を形成する位置にピット１５が形成されたメタルマスク１６を用いて、導電性箔１７上に導電性ペースト１８をスクリーン印刷することにより行うことができる。導電性ペースト１８をスキージ１９で掃引してピット１５に導電性ペースト１８を充填した後、メタルマスク１６を引き上げることによって、導電性箔１７上に略円錐形状の導電性バンプ１４が形成される（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）。 導電性バンプ１４のアスペクト比、すなわち導電性バンプ１４の底面の直径と高さとの比を大きくするには、導電性ペースト１８を複数回印刷して、印刷した導電性ペースト１８上にさらに導電性ペーストを印刷するようにすればよい。

図５は、導電性箔１７上に導電性ペースト１８を複数回印刷したときに形成される導電性バンプの様子を概略的に示す図である。図５（ａ）は導電性ペーストを１回印刷したとき、図５（ｂ）は２回印刷したとき、図５（ｃ）は３回印刷したときに形成される導電性バンプの様子をそれぞれ示している。

このとき、導電性ペーストの複数回の印刷は同一のマスクを用いることが、位置ずれを防止し、すべての導電性バンプを均一に形成するためには好適である。また、印刷した導電性ペーストを予備的に乾燥してから、さらに重ねて印刷するようにしてもよい。

このプリント配線板の製造装置においては、循環手段により導電性箔を同一の印刷手段に回流させながら複数回の印刷を行う構成を採用しているため、同一のマスクにより導電性ペーストを印刷することができる。このため、印刷位置のずれを最小限に抑制し、導電性箔上に多数の導電性バンプを均一に形成することができる。

上述したように、このプリント配線板の製造装置は導電性箔上に導電性ペーストを同一マスクを用いて複数回印刷して導電性バンプを形成するために、印刷手段から排出された導電性箔を同一の印刷手段へ再供給するような循環手段を備えている。この印刷手段を含む循環手段の所定の経路の中には、印刷手段だけでなく、例えば印刷した導電性ペーストを予備的に乾燥する乾燥炉などの乾燥手段を備えるようにしてもよい。

図６は循環手段の循環系路上に乾燥手段を備えたプリント配線板の製造装置の構成の例を示す図である。この装置では、循環手段１１の循環系路上に印刷手段１２と排出手段１３と導電性ペーストの予備的な乾燥を行う乾燥手段２０とが設けられており、導電性ペーストの印刷回数が設定値に至るまで印刷と乾燥とが繰り返される。図６に例示した構成では、排出手段１３が印刷手段の下流側かつ乾燥手段の上流側に配置されているので、最後の印刷が終了した導電性箔は乾燥手段２０を通過することなく循環手段から排出される。排出された導電性箔は、例えば本乾燥炉などに導入されて、予備乾燥よりも強固に乾燥される。

このように予備的な乾燥手段により導電性箔上に印刷された導電性ペーストの乾燥を行い、これを所定回数繰り返すことによりアスペクト比（導電性バンプの底面の直径と高さとの比）の高い導電性バンプを形成することができる。このときこのプリント配線板の製造装置では、印刷回数、予備乾燥の時間、搬送時間など、導電性バンプの品質に影響を及ぼす要因を所定の条件に管理することができる。したがって、特性が均一で信頼性の高いプリント配線板を製造することができる。また工程と工程との間隔を一定に保つことにより、導電性バンプの品質を均一にすることができる。

また、このプリント配線板の製造装置では、例えば複数の印刷手段を並べて、これらの印刷手段により導電性箔上に導電性ペーストを印刷するというような手法は採用せず、同一の印刷手段へ導電性箔を循環させることにより、装置のコストを低減するだけでなく、同じマスクを用いて複数回の印刷を行うことができる。導電性バンプの形成に必要な複数回の印刷を同一のマスクを用いて行うことにより、位置ずれの少ない、高品質な導電性バンプを形成することができる。したがって、多層プリント配線板の層間接続の信頼性を向上することができる。

（実施形態１）次に、図７は本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造装置の構成を概略的に示す図である。

このプリント配線板の製造装置は、対称に並列配置された２つの循環手段１１ａ、１１ｂを有しており、それぞれの循環手段１１ａ、１１ｂには１つずつの印刷手段１２ａ、１２ｂが配設されているものである。

図７に示したこの例では、乾燥手段（乾燥炉）２０は２つの循環手段１１ａ、１１ｂにより共用されている。予備乾燥に要するタクトタイムは比較的短いため共用したほうが生産性が向上する。

図８は、図７に示した本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造装置のより具体的な構成の例を概略的に示す図である。銅箔などの導電性箔は、まず振分式投入方向変換機３１により第１の循環系１１ａと第２の循環系１１ｂとに分配される。

分配された導電性箔は、ストックコンベア３２ａ、３２ｂにより搬送され、導電性箔投入機３３ａ、３３ｂに導入される。

導電性箔投入機３３ａ、３３ｂは、導電性箔を印刷機１２ａ、１２ｂに投入する。印刷機１２ａ、１２ｂは投入された導電性箔に、前述したようなメタルマスクを用いたスクリーン印刷により、所定の位置に導電性ペーストを印刷する。

印刷機１２ａ、１２ｂから排出された導電性箔は排出搬送機３４ａ、３４ｂにより搬送され、方向変換機３５ａ、３５ｂにより搬送方向が変換されてコンベア３６ａ、３６ｂにより排出手段１３に導入される。排出手段としては例えば振分式方向変換機などを用いるようにしてもよい。

排出手段１３は、前述のように、印刷回数、すなわち導電性箔が第１の循環系１１ａ、第２の循環系１１ｂを周回した回数と、予め設定された印刷回数とを比較することにより、導電性箔を循環系にとどまらせるか、循環系から排出するかを判別する。

印刷がなされた回数は、例えば印刷機１２ａ、１２ｂにカウンタを設けて計数するようにしてもよいし、また例えば搬送路中にカウンタを設けて計数するようにしてもよい。また、１枚の導電性箔に導電性ペーストを何回印刷するかについては、予め設定しておくようにしてもよいし、印刷回数の設定値を入力する手段を設けるようにしてもよい。導電性ペーストを何回導電性箔上に印刷して導電性バンプを形成するかについては、導電性ペーストの粘性、チキソトロピーなどの物性およびプロセス温度等のプロセス条件と、形成したい導電性バンプの形状とにより定めるようにすればよい。

いま、１度に２０枚の導電性箔が振分式投入方向変換機３１に投入されたとする。また、導電性ペーストの印刷回数は３回であるとする。振分式投入方向変換機３１は、供給された２０枚の導電性箔を１０枚ずつに分配して第１の循環系１１ａと、第２の循環系１１ｂとに導入する。１回目の印刷を終えた１０枚ずつの導電性箔は、排出手段により排出されることなく乾燥炉２０へ導入され、約８０〜１５０℃程度の温度で約３０秒程度の間乾燥される。このとき、乾燥炉２０の温度と、乾燥炉２０内を通過する時間により加熱条件を調節するようにしてもよい。前述したように本発明のプリント配線板の製造装置においては、印刷した導電性ペーストのそのタクトタイムが比較的短いため、乾燥炉２０については２つの循環系１１ａ、１１ｂで共用して用いる構成を採用している。したがって、乾燥炉の設置面積を低減したり、設置に要するコストを低減できるだけでなく、乾燥炉の体積と表面積の比を低減することができ、安定した加熱を効率よく行うことができる。３回目の印刷を終えた導電性箔は、排出手段により循環経路から排出される。この構成では排出された導電性箔は本乾燥炉へ導入され、予備加熱炉よりも高い温度で乾燥される。

図７、図８に示した本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造装置では、複数の循環系を備えている。このためスループットが向上する。また、両面銅張板などでは、１枚の絶縁性樹脂層（プリプレグ）を導電性バンプを形成した２枚の導電性箔により挟持して形成するが、このプリント配線板の製造装置によればこのような１層の絶縁性樹脂層を挟持する複数の導電性箔を同時に製造することもできる。 このように、高密度実装に適した導電性バンプにより層間接続を形成したプリント配線板を容易に、安定して製造することができる。また、各印刷工程、予備乾燥工程、搬送に要する時間を一定に保ちながら行うことができる。したがって、１枚の導電性箔上に多数形成される導電性バンプを均一に形成することができる。したがって信頼性の高いプリント配線板を形成することができる。

本発明の前提となるプリント配線板の製造装置の構成を模式的に示す図。 図１に示したプリント配線板の製造装置の制御系の処理フローの例を概略的に示す図。 図１に示したプリント配線板の製造装置の制御系の構成の例を概略的に示す図。 印刷手段により導電性箔上に導電性ペーストを印刷する様子を模式的に示す図。 導電性箔１７上に導電性ペースト１８を複数回印刷したときに形成される導電性バンプの様子を概略的に示す図。 循環手段の循環系路上に乾燥手段を備えたプリント配線板の製造装置の構成の例を示す図。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造装置の構成を概略的に示す図。 図７に示した本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造装置のより具体的な構成の例を概略的に示す図。 従来の導電性バンプを用いた多層プリント配線板の製造工程を概略的に示す図。 従来の導電性箔と絶縁性樹脂層とを積層するプリント配線板の製造装置の構成の例を概略的に示す図。

符号の説明

１１…循環手段、１２…印刷手段、１３…排出手段、１４…導電性バンプ、１５…ピット、１６…メタルマスク、１７…導電性箔、１８…導電性ペースト、１９…スキージ、２０…乾燥手段、３１…振分式投入方向変換機、３２ａ、３２ｂ…ストックコンベア、３３ａ、３３ｂ…導電性箔投入機、３４ａ、３４ｂ…排出搬送機、３５ａ、３５ｂ…方向変換機、３６ａ、３６ｂ…コンベア、５１…導電性バンプ、５２…導電性箔、５３…絶縁性樹脂層、５６…離型シート。

Claims (4)

1. おのおの、導電性箔上に導電性ペーストを重ねて印刷可能な第１および第２の印刷手段と、
   それぞれの導電性箔ごとに導電性ペーストが重ねて印刷された回数をカウントするカウント手段と、
   導電性箔上の導電性ペーストを乾燥するための乾燥手段と、
   ある導電性箔についての前記カウント手段のカウント値が予め設定された値に満たない場合には、前記第１の印刷手段または前記第２の印刷手段から送られた、導電性ペーストが印刷された当該導電性箔を前記乾燥手段に供給し、前記ある導電性箔についての前記カウント手段のカウント値が前記予め設定された値に等しい場合には、前記第１の印刷手段または前記第２の印刷手段から送られた、導電性ペーストが印刷された当該導電性箔を排出する排出手段と、
   前記乾燥手段から送られた、導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第１の印刷手段および前記第２の印刷手段のいずれかに分配するとともに、導電性ペーストが印刷されていない導電性箔を新たに導入して前記第１の印刷手段および前記第２の印刷手段のいずれかに分配する分配手段と
   を具備したことを特徴とするプリント配線板の製造装置。
2. 前記分配手段は、前記第１の印刷手段により導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第１の印刷手段にのみ分配し、かつ、前記第２の印刷手段により導電性ペーストが印刷された導電性箔を前記第２の印刷手段にのみ分配することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造装置。
3. 前記第１の印刷手段と前記第２の印刷手段とは、前記分配手段と前記排出手段との間に対称に配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線板の製造装置。
4. 前記第１の印刷手段および第２の印刷手段は、それぞれ、導電性箔上に導電性ペーストを重ねて印刷するとき、同一の版を用いて印刷することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造装置。

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