JP4505623B2 - 印刷回路基板のホール充填装置及びその方法並びに印刷回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷回路基板のホール充填装置及びその方法並びに印刷回路基板の製造方法に関し、より詳細には、マスク(mask)により露出された印刷回路基板上のホールに、スクイズ(squeeze)を密着接触させることで絶縁材のソルダレジストを直接充填(plugging)するか、または、各回路パターン間をソルダレジストにより充填し得る、印刷回路基板のホール充填装置及びその方法並びに印刷回路基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、技術の発達に伴って集積回路(IC)の集積度が益々高くなって高密度化されている。よって、集積回路を実装(mount)する印刷回路基板も高密度化が必然的に要求されており、その対策として、印刷回路基板を多層に形成した多層(multilayer)印刷回路基板が開発されている。
【0003】
図6を参照して、こうした従来の多層印刷回路基板を説明すると、外部層1aと内部層1b間の回路パターンを電気的に連結するための導電体(conductive layer)1eがメッキされる複数の貫通ホール(through hole)1d及びビアホール(via hole)1cが形成されている。
【0004】
ここで、貫通ホール1dは、ビアホール1cに比べて相対的に大きい直径を有するもので、主にドリルのような機械的加工により形成されるが、工具の大きさや加工時における基板1の破損などを勘案すると、各貫通ホール1d間の間隔を狭くすることができず、よって、基板の高密度化には制限がある。
【0005】
それに対し、食刻(etching)工法のような化学的方法により直径の小さいビアホール1cを形成する場合は、それらビアホール1c間の間隔を各貫通ホール1d間の間隔よりも遥かに狭くすることが可能で、更に、各ビアホール1cの上方側またはそれらビアホール1cに近接した部分に回路パターンを形成することもできるため、印刷回路基板の高集積化及び小型化を図ることができる。
【0006】
通常の場合、ビアホール1cの内周面には導電のための導電体1eが配設され、該導電体1eを外部の衝撃から保護すると共に異質物の付着を防止するためにスクリーン印刷法やローラコーティング法を利用してソルダレジストを塗布してある。
【0007】
以下、図面を参照して前記各方法を利用した印刷回路基板のホール充填方法を説明する。
先ず図6及び図7を参照して、前記スクリーン印刷法を利用した印刷回路基板のホール充填方法を説明する。
【0008】
基板1の上下両表面に回路パターン(以下、表面回路(surface circuit)と称する)1a、1aが形成され、基板1の内部層(inner layer)にも回路パターン(以下、内部回路(internal circuit)と称する)1b、1bが形成される。
【0009】
そして、基板1には、表面回路1aと内部回路1bとを導電体1eにより電気的に連結できるように複数のビアホール1cが形成され、両側の表面回路1a、1aを導電体1eにより電気的に連結できるように複数の貫通ホール1dが形成される。
【0010】
このような構成を有する印刷回路基板にスクリーン印刷法を利用してホールを充填する方法では、基板1をジグ(jig)(図示せず)に載置した後、基板1の上方側にメッシュ(mesh)のようなスクリーン(screen)2が、ある程度の距離を置いて設置される。
【0011】
その後、スクリーン2の上面にソルダレジストSRを塗布し、スクイズ(squeeze)3を図6の矢印方向に押すと、ソルダレジストSRがスクリーン2の孔2aを通過して基板1のビアホール1c及び貫通ホール1dに充填される。
【0012】
このとき、スクリーン2は、複数個の細線(fine wire)2bを相互交錯するように織造してメッシュ形態に形成したもので、#110スクリーンの細線直径はほぼ0.08mm、#600スクリーンの細線直径は0.045mmであるので、現在の超小型ビアホールの直径が0.1〜0.15mmであることを勘案しても、通常、細線2bの直径はビアホール1cの直径よりも約1/2になって、図7に示すように、細線2bが掛けられる部位ではビアホール1cの一部が隠れるようになる。
【0013】
特に、細線2b、2bが交差する部位ではビアホール1cの相当部分が隠れるので、ソルダレジストSRを充分に充填することができないという問題点がある。
【0014】
また、ソルダレジストSRがスクリーン2を介して塗布されるので、表面回路1a間の空間1fに塗布されるソルダレジストSRが表面回路1aを完全に覆う形になるので、後続する研磨工程において、表面回路1aを露出させるためにソルダレジストSRを除去することが容易でなく、ブラッシュなどを利用してソルダレジストSRを除去する場合、表面回路1aに損傷が発生するという問題がある。
【0015】
一方、ローラコーティング法を利用した従来印刷回路基板のホール充填方法においては、図8(A)(B)に示すように、上方側ローラ4a及び下方側ローラ4bにソルダレジストSRを供給しながら、それらローラ4a、4b間に基板1を通過させて各ローラ4a、4bに付いたソルダレジストSRが基板1に移されて塗布される。
【0016】
然し、このような従来技術によるローラコーティング法では、各ローラ4a、4bの外周面に溝(groove)(図示せず)を形成してソルダレジストSRを充填させて塗布するようにしているが、相対的にソルダレジストSRの量の少ない突出部位(projecting portion)5がビアホール1cに接接触する場合は、該ビアホール1cに充分な量のソルダレジストSRが充填されない問題点がある。
【0017】
更に、前記スクリーン印刷法は、基板1上にスクリーン2を載置した後、該スクリーン2に塗布されたソルダレジストSRをスクイズ3により押して基板1のビアホール1cや貫通ホール1dに塗布するもので、また、前記ローラコーティング法は、各ローラ4a、4bにソルダレジストSRを付けて基板1のビアホール1cや貫通ホール1dに塗布させる方法であって、それらの方法によりビアホール1cや貫通ホール1dにソルダレジストSRが充填されても、該ソルダレジストSRの内部には気泡(air bubble)が残留するようになり、集積回路(未図示)の実装時、高熱により前記気泡が外部に排出されながら周辺の回路パターン、ソルダレジスト及び集積回路までも破損させるだけでなく、集積回路と前記気泡が残留される基板間の熱膨張係数(coefficient of heat expansion)が相異するため、集積回路から高熱が発生する際に基板の破損が危惧される。
【0018】
このような問題点を解決するために、本出願人は「真空を利用した印刷回路基板の製造方法」を大韓民国特許庁に2000年4月11日付(特許出願番号2000−19045号)として特許出願し、同一発明を米国特許出願第09/832122として出願しており、その内容は、基板のビアホールにソルダレジストを塗布した後、基板を真空雰囲気に露出させてビアホール内部の空気を外部に排出させると同時にビアホールの内部をソルダレジストにより充填する方法であって、ビアホール内部に残留する気泡を全て除去して、ビアホールの内部にソルダレジストを效果的に充填することができるという効果がある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、従来真空を利用した印刷回路基板の製造方法においては、真空装置を必要とするために製造費用が上昇すると共に、真空雰囲気下で露出及び充填作業を反復して行うべきであるため、製造時間が長くなり生産性が低下するという問題がある。
【0020】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされるもので、印刷回路基板のビアホールや貫通ホールに、絶縁材のソルダレジストを円滑に充填し得る、印刷回路基板のホール充填装置及びその方法を提供することを目的とする。
【0021】
そして、本発明の他の目的は、各回路パターン間の空間に回路パターンの高さほどだけにソルダレジストを塗布して充填すると同時に、回路パターンに塗布されるソルダレジストを最小化し得る、印刷回路基板のホール充填装置及びその方法を提供することである。
【0022】
本発明の更に他の目的は、基板のビアホール、貫通ホールまたは回路パターン間の空間に充填されたソルダレジストの内部に気泡が残留することを防止し得る、印刷回路基板のホール充填装置及びその方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、基板のビアホール、貫通ホールまたは回路パターン間の空間にソルダレジストを充分に充填しながらも気泡の残留を抑制して集積回路や基板の破損を防止し得る、印刷回路基板の製造方法を提供することである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法は、表面に形成された回路パターンと内部に形成された回路パターンとを電気的に接続するビアホールが形成された印刷回路基板において、スクイズを前記基板の表面に直接接触させることで絶縁材を前記ビアホールに充填することを特徴とする。
【0024】
請求項1に記載の本発明は、上下両表面に所定間隔を有して形成される表面回路パターン及び内部に形成される内部回路パターンがそれぞれ具備され、前記表面回路パターンと内部回路パターンとを電気的に連結させるか、または、前記表面回路パターンを相互に電気的に接続するホールを備えて形成される印刷回路基板において、前記スクイズを前記各ホールの上面に密着接触した状態で移動させて前記ホールの内部の一部を前記ソルダレジスト又は絶縁樹脂で充填する第1充填段階と、前記スクイズを前記ホールの上面に密着した状態で移動させて、前記ホールの内部の全部を前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂で完全に充填する第2充填段階とを含み、スクイズが前記表面回路パターンの上面に密着接触した状態で移動して、前記表面回路パターン間の空間にソルダレジストまたは絶縁樹脂を前記表面回路パターンにより突出されないように充填し、前記スクイズを前記各ホールの上面に密着接触した状態で移動させて、それらホールの内部に前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂を充填することを特徴とする印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法を要旨とする。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
本発明に係る印刷回路基板のホール充填装置は、図1に示すように、基板1上に載置された状態でビアホール1c、貫通ホール1d及び表面回路1aを選択的に露出させるように開口部11の形成されたマスク10と、該マスク10により露出された基板1の露出部に直接接触して絶縁材のソルダレジストSRを塗布する加圧手段(squeezing means)であるスクイズ(squeeze)20と、により構成されている。ここで、印刷回路基板1は図6と同様に形成されているので説明を省略する。
【0026】
そして、マスク10は、スクイズ20を加圧する時に発生する応力に対応できるように、所定張力を有する金属材料で形成することが好ましいが、必要によっては、繊維材と樹脂材とを混合した複合材料、若しくは、フィルム型部材で成形することもできる。
【0027】
また、マスク10は、基板1のビアホール1cや貫通ホール1d中の露出すべき部位をレーザーなどで切断加工して形成された開口部(opening portion)11と、該開口部11外の領域であって開かれていない遮蔽部12とにより形成されている。
以下、このように構成されたホール充填装置を利用した本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第1実施形態を説明する。
【0028】
図2に示すように、基板1の両側表面に表面回路1a、1aがそれぞれ独立に形成され、基板1の内部に内部回路1b、1bが2層構造に形成されて、全体的に4層構造の回路パターンを具備する基板の場合、ビアホール1c及び貫通ホール1dには導電のための金属層の導電体1eが具備されており、該導電体1eを保護するために該導電体1eの表面にソルダレジストSRが塗布される。
そのために、先ず、基板1のビアホール1cが露出されるようにマスク10の開口部11をビアホール1cに対応させて、マスク10を基板1の上面に載置する。
【0029】
図1において、破線で表示した符号6は、開口部11に対応する基板1の回路領域6であるので、該回路領域6のビアホール1cは、開口部11により露出され、その他の領域は遮蔽部12により遮蔽される。
次いで、マスク10の上面にソルダレジストSRを塗布した状態で、スクイズ20を下降させると、該スクイズ20がマスク10に接触し、スクイズ20を更に下降させると、該スクイズ20は先端部が撓みながらマスク10に密着する。
【0030】
次いで、スクイズ20を図2の矢印方向に移動させると、ソルダレジストSRがビアホール1c内に充填される。
即ち、スクイズ20の下方端が、マスク10の遮蔽部12の表面を通過しながらその上面のソルダレジストSRを押出し、次いで、スクイズ20がマスク10の開口部11に位置される基板1の上面と再び接触しながら進行して、その上面に配置されたソルダレジストSRを押してビアホール1cに充填する。
【0031】
このとき、スクイズ20の先端部が撓んだ状態で基板1の表面に接触するので、ソルダレジストSRは、図3に示すように、スクイズ20の垂直分力(Fy)と水平分力(Fx)との合力(F)が下方向に作用して、ビアホール1c内の図面上の左側から右側に順次的に充填されるので、ビアホール1c内の空気はスクイズ20がソルダレジストSRを押す力により図示するように側方へ排出されて除去される。
【0032】
次いで、ビアホール1cに対するソルダレジストSRの充填工程が終了すると、マスク10を取外し、スクリーン印刷法やローラコーティング法を施して貫通ホール1dにもソルダレジストSRを充填する。これは、上述したように貫通ホール1dはビアホール1cよりも直径が大きいので、前記スクリーン印刷法やローラコーティング法でもソルダレジストSRを円滑に充填することができるからである。
【0033】
次いで、ソルダレジストSRを塗布した基板1の上面にビアホール1c及び貫通ホール1dを全て露出させるマスク10を当て、光を照射してソルダレジストSRの露出部位だけを硬化させた後、マスク10を取外して硬化されてないソルダレジストSRを現像、除去した後、研削機械(grinder)(図示せず)により基板1を研削する後続作業を行って印刷回路基板の製造を終了する。
【0034】
一方、貫通ホール1dもビアホール1cと同様に、貫通ホール1dだけを露出させるために別途製作されたマスク(未図示)を利用してソルダレジストSRを充填することも可能で、このときにも、スクイズ20を基板1の上面に接触させてソルダレジストSRを押出しながら充填することが好ましい。
【0035】
また、場合によっては、網状に形成されてソルダレジストが具備されたスクリーンをスクイズ20と基板1間に介在させて充填するスクリーン印刷法や、ソルダレジストの付いたローラ間に基板を通過させるローラコーティング法を使用することもできるが、このように貫通ホール1dを露出させるマスク10を付加的に利用する場合は、ビアホール1cと貫通ホール1d間のようにソルダレジストSRを塗布する必要のない部位に予めマスク10を利用してソルダレジストSRが塗布されることを遮断することで、印刷回路基板の量産時、ソルダレジストSRの浪費を防止することができる。
【0036】
そして、本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第2実施形態においては、図4及び図5に示すように、スクイズを1回移動してビアホールや貫通ホールにソルダレジストを充填する第1実施形態とは異なって、ビアホールのように直径は小さいが深さが深くて、スクイズを1回移動させてもソルダレジストがホールに完全に充填されない場合に、スクイズを少なくとも2回以上移動させてホールにソルダレジストを充分に充填する方法である。
【0037】
先ず、図4に示すように、ソルダレジストSRを塗布する領域と塗布しない領域とを区分するマスク10を印刷回路基板1上に位置させた後、スクイズ20を印刷回路基板1の表面に直接接触させると、スクイズ20は自体弾力によりやや撓みながら表面回路パターン1aに密着して接触する。
次いで、ソルダレジストSRを印刷回路基板1の表面に塗布した後、スクイズ20を矢印方向に移動させて第1充填段階を行うと、ソルダレジストSRは、図4に示すように、表面回路パターン1a間の空間に塗布されながら充填される。
【0038】
このようにスクイズ20が表面回路パターン1aに密着接触して移動すると、表面回路パターン1a間の空間1fに充填されるソルダレジストSRの塗布高さは回路パターンの表面より高く突出されない。且つ、このとき、ビアホール1cの入口側の直径が小さく、深さが表面回路パターン1aの厚さよりも約3倍以上深い場合は、スクイズ20の進行速度によってソルダレジストSRがビアホール1c内に完全に充填されずに、図4に示すように約1/2程度だけ充填される。
【0039】
次いで、スクイズ20を元の位置に復帰させた後、図5に示すように、前記第1充填段階と同一方向に移動させるか、または、スクイズ20を元の位置に復帰させずに直ちに前記第1充填段階とは反対方向に移動させながらソルダレジストSRを更に1回塗布すると、ソルダレジストSRがビアホール1cに完全に充填される。
【0040】
次いで、マスク10を除去し、通常の方法により貫通ホール1dにソルダレジストSRを充填するか、または、貫通ホール1dにソルダレジストSRを充填するのと同時に、表面回路パターン1a及びビアホール1cの上部にも追加塗布して露出された回路パターン1cを保護した後、乾燥、研磨などの後続工程を実施する。
【0041】
また、このような2回のビアホール充填過程において、各充填段階の中間に印刷回路基板を真空雰囲気に露出させることで、ソルダレジストの内部に包含された気泡を除去する工程を追加することもできる。
また、本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第3実施形態として、ビアホールにソルダレジストを充填した後貫通ホールにソルダレジストを充填する第1実施形態とは異なって、先に貫通ホールにソルダレジストを充填した後、ビアホールにソルダレジストを充填することもできる。
【0042】
即ち、印刷回路基板の中央部に形成されたビアホールをマスキングした後、外郭の貫通ホールを露出させた状態で、シルクスクリーンを利用して貫通ホールにソルダレジストを充填させ、その後、マスキングを除去して、別途のマスキングを利用せずにビアホールにソルダレジストを充填する。
ここで、貫通ホールにソルダレジストを充填するときは、スクイズが印刷回路基板の表面に接触しないため、貫通ホールの周囲にはソルダレジストがふっくらと盛り上るので、それをビアホール充填の前後で平坦化工程を施して平らに形成することが好ましい。
【0043】
このように前記基板に直接接触するスクイズを利用してソルダレジストをビアホールや貫通ホールに充填することができるので、それらホールにソルダレジストを充分に充填することが可能で、また、真空法のような複雑な工程を施さなくても気泡の残留を抑制することができるので、集積回路の実装時や作動時に気泡による集積回路及び印刷回路基板の破損を未然に防止して、基板の信頼性を高めると共に、印刷回路基板の製造時間を短縮して生産性を向上することができる。
【0044】
特に、ビアホールのように直径が小さい場合、スクリーン印刷法やローラコーティング法を利用してソルダレジストを塗布すると、スクリーンやローラの突出部分によってビアホールが隠れてソルダレジストが充分に充填されないが、本発明のようにスクイズを基板に直接接触してソルダレジストを充填すると、各ビアホール毎にソルダレジストを充分に充填することができる。
【0045】
また、スクイズを印刷回路基板に密着接触させてソルダレジストを塗布するので、該ソルダレジスト内に含まれた空気がホールに残留することを防止すると共に、ホールの内部と回路パターン間の空間を1回の工程で同時に充填することができる。
【0046】
なお、本発明の各実施形態においては、充填される絶縁材の材料をソルダレジストSRに限定して説明したが、その他にも、エポキシ樹脂、導電性ペースト、ソルダペーストなども利用することが可能で、引いては粘弾性を有して印刷回路基板の製造に通常に用いられる材料であれば全てが可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る印刷回路基板のホール充填装置及びその方法並びに印刷回路基板の製造方法においては、ビアホール及び貫通ホールが形成された基板上にソルダレジストを塗布する部位を選択的に露出させるマスクを載置した後、スクイズを前記露出部位に直接接触させてソルダレジストを前記ビアホールや貫通ホールに充填するため、直径の小さなホールにもソルダレジストを容易に充填することが可能で、また、充填過程で気泡が残留しないため、集積回路の実装時や作動時に、前記気泡による集積回路及び基板の破損を未然に防止し得るという効果がある。
【0048】
また、ビアホールや貫通ホールの周辺以外の部位にはソルダレジストが塗布されないため、ソルダレジストの無駄な消費を防止し得るという効果がある。
更に、基板の表面に研磨工程を施す場合、表面回路の上面にはソルダレジストが塗布されないか、或いは、塗布されても塗布量が微量で厚さも非常に薄いので、研磨工程が容易で、研磨工程による表面回路の損傷も最小限にできるとの効果を奏する。
【0049】
更に、回路パターンのパッド端子に金メッキを施すとき、パッドの上方端だけに金メッキを施す2次元金メッキを施すので、回路パターンの幅及び間隔を精密に形成し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る印刷回路基板のホール充填装置を示した斜視図である。
【図2】 本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第1実施形態を示した縦断面図である。
【図3】 本発明に係る印刷回路基板のホール充填状態を示した詳細図である。
【図4】 本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第2実施形態を示した1/2縦断面図である。
【図5】 本発明に係る印刷回路基板のホール充填方法の第2実施形態のを示した2/2縦断面図である。
【図6】 従来スクリーン印刷法を利用した印刷回路基板のホール充填方法を示した縦断面図である。
【図7】 従来スクリーン印刷法を利用した印刷回路基板のホール充填過程を示した概略平面図である。
【図8】 従来ローラコーティング法を利用した印刷回路基板のホール充填方法を示したもので、(A)は縦断面図、(B)は拡大詳細図である。
【符号の説明】
1…基板
1a…表面回路
1b…内部回路
1c…ビアホール
1d…貫通ホール
10…マスク
11…開口部
12…遮蔽部
20…スクイズ
SR…ソルダレジスト
Claims (5)
- 上下両表面に所定間隔を有して形成される表面回路パターン及び内部に形成される内部回路パターンがそれぞれ具備され、前記表面回路パターンと内部回路パターンとを電気的に連結させるか、または、前記表面回路パターンを相互に電気的に接続するホールを備えて形成される印刷回路基板において、
スクイズを前記各ホールの上面に密着接触した状態で移動させて前記ホールの内部の一部をソルダレジスト又は絶縁樹脂で充填する第1充填段階と、前記スクイズを前記ホールの上面に密着した状態で移動させて、前記ホールの内部の全部を前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂で完全に充填する第2充填段階とを含み、
スクイズが前記表面回路パターンの上面に密着接触した状態で移動して、前記表面回路パターン間の空間にソルダレジストまたは絶縁樹脂を前記表面回路パターンにより突出されないように充填し、
前記スクイズを前記各ホールの上面に密着接触した状態で移動させて、それらホールの内部に前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂を充填することを特徴とする印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法。 - 前記第2充填段階では、前記スクイズを前記第1充填段階とは反対方向に移動させながら前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂を前記ホールに充填することを特徴とする請求項1記載の印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法。
- 前記第2充填段階では、前記スクイズを前記第1充填段階と同一方向に移動させながら前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂を前記ホールに充填することを特徴とする請求項1記載の印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法。
- 前記印刷回路基板の表面に決まった間隔を有して形成される複数の回路パターン、複数の回路パターンの間の空間及びホールを露出させるマスクにより露出された領域にだけ前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂を塗布することを特徴とする請求項1記載の印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法。
- 前記表面回路パターン間の空間に充填される前記ソルダレジストまたは絶縁樹脂は、前記回路パターンの上面と同一高さに充填されることを特徴とする請求項1記載の印刷回路基板のホールまたは回路パターン充填方法。
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