JP4699043B2 - 基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を収容するためのテーパー状の凹部を有する基板の製造方法に関するものである。

近年、赤外線通信（ＩｒＤＡ）が注目を集めている。赤外線通信は、赤外線発光素子からの光信号を受光手段により受信することにより、結線を用いることなく、且つ外部光による影響が少ない状態で、信号の伝達ができるというもので、赤外線通信装置を搭載した携帯電話も多く見受けられる。また、赤外線通信を用いた無線電子決済システムが標準化されたため、さらに重要度が増してきている。

このような赤外線通信装置において、赤外線を発光する発光素子を絶縁基材に設ける場合、通常、絶縁基材の表面に載置させて設けられている。（特許文献１参照）
特開２００１−１６０６３１号公報

また、図１０に示すように、絶縁基材７２に厚さ方向に凹むテーパ状の収容凹部７３を座ぐり加工で形成し、その後絶縁基材７２をめっき層３で被覆して、収容凹部７３の底部７３ａのめっき層３上に発光素子７１を載置させることが行われている。これは、収容凹部７３のテーパ状の内周面７３ｂを利用して赤外線を反射させて、より集光効率を向上させようとするものである。
しかし、絶縁基材７２はガラスクロスを含んでおり硬いため、座ぐり加工を行ったときに、絶縁基材７２に当たっているだけの状態となる座ぐり加工器具の切削刃の中心は、加工されにくい。このため、底部７３ａの中心部に削り残しができてしまい、図１０に示すような突起部７０ができてしまうことがある。このように、突起部７０ができると底部７３ａが平坦ではなくなり、その上のめっき層３も突起部７４を有することになり平坦でなくなるため、発光素子７１を水平に載置させることができなくなってしまう。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであって、その目的とするところは、赤外線の所望の反射率を得るためにテーパ状の収容凹部を形成する場合であっても、後に載置される発光素子を水平に載置させることを可能にした基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、発光素子を収容するためのテーパ状の収容凹部を有する基板の製造方法において、絶縁基材に穴部を形成する穴部形成工程と、前記穴部に充填剤を充填させて穴埋めする穴埋め工程と、前記穴部内に底部の中央部が位置するように前記収容凹部を座ぐり加工によって形成する収容凹部形成工程とを有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記穴部は、貫通孔であることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、絶縁基材に穴部を形成し、その内部に充填剤を充填させて穴埋めした後、絶縁基板に座ぐり加工を施して、収容凹部をその底部の中央部が穴部内に位置するように形成する。このとき、穴部内には充填剤が充填されているので座ぐり加工を施し易く、収容凹部の底部の中心部に突起部を生じさせることなく平坦に形成することができる。したがって、収容凹部の底部に発光素子を水平な状態で設けることができる。

請求項２に係る発明によれば、穴部が貫通孔であるため、穴部内の空気を逃がしながら充填剤を穴部に充填することができる。したがって、穴部内に隙間なく充填剤を充填させることができる。

以下、本発明の製造方法の一実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の製造方法により得られる赤外線通信モジュール基板１（基板）を示すものであり、この基板１は、絶縁基材（基材）２を有している。この絶縁基材２は、樹脂とガラスクロスとの複合材料から成るもので、樹脂を含浸させたガラスクロスを層状にすることで、所定の厚さの板状に形成されている。

そして、絶縁基材２には、その上面２ａからその厚さ方向に沿って所定の深さで凹むテーパ状のパラボラ収容凹部７（収容凹部）が、座ぐり加工によって所定の数形成されている。このパラボラ収容凹部７は、下方にいくにつれて径が小さくなるように形成され、その底部９の底面９Ａは、絶縁基材２の上面２ａと平行になっている。このパラボラ収容凹部７の内周面７ｂは、水平面に対して４０°〜５０°の範囲内の角度θで傾斜している。

このような、パラボラ収容凹部７の底部９には、絶縁基材２の厚さ方向において、底部９の底面９Ａから絶縁基材２の下面２ｂへと貫通する円筒状の貫通孔５（穴部）が底面９Ａと同軸に穿設されている。この貫通孔５は、その孔径が底部９の底面９Ａの径よりも小径とされている。なお、貫通孔５をパラボラ収容凹部７の中央部を含むように形成すれば、必ずしも底面９Ａと同軸に形成する必要はない。

そして、絶縁基材２の上面２ａには、パラボラ収容凹部７の開口部８を形成する一次銅めっき層３Ｂが形成されている。さらに、貫通孔５の内周面には、一次銅めっき層３Ａが形成されており、この一次銅めっき層３Ａは、絶縁基材２の下面２ｂにおける貫通孔５の開口部周縁に形成されている一次銅めっき層３Ｃと一体となっている。これら一次銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、均一な厚さで形成されており、その厚さは絶縁基材２上の導通性を確保できる厚さとなっている。このとき、パラボラ収容凹部７には、一次銅めっき層は形成されていない。

貫通孔５の内部には、一次銅めっき層３Ａの内側に銅粒子を含んだ樹脂から成る銅ペースト６（充填剤）が隙間なく充填されている。この銅ペースト６の上面６ｃは、パラボラ収容凹部７の底部９の底面９Ａと面一となっており、底部９は全体的に平坦を成している。また、銅ペースト６の下面６ｂは、一次銅めっき層３Ｃの下面と面一となっている。

そして、銅ペースト６の上面６ｃ、パラボラ収容凹部７の内周面７ｂ及び一次銅めっき層３Ｂの表面には、これらを被覆する二次銅めっき層４Ａが一体的に形成されている。また、銅ペースト６の下面６ｂ及び一次銅めっき層３Ｃの表面には、これらを共に被覆する二次銅めっき層４Ｃが形成されている。これらの二次銅めっき層４Ａ，４Ｃも、上記一次銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃと同様に均一な厚さで形成されている。

そして、絶縁基材２の上面２ａ側において、二次銅めっき層４Ａの表面には、ニッケル層１１及び金めっき層１８が積層形成されている。詳しくは、二次銅めっき層４Ａの上にニッケル層１１が形成されており、ニッケル層１１の上に金めっき層１８が形成されている。この金めっき層１８の厚さは、赤外線を均一に反射可能な厚さとなっている。

また、絶縁基材２の下面２ｂ側においては、上記のように貫通孔５の開口部周縁を被覆する一次銅めっき層３Ｃと、この一次銅めっき層３Ｃの表面及び銅ペースト６の下面６ｂとを被覆する二次銅めっき層４Ｃが形成されており、これらを完全に被覆するように、感光性レジスト層１２が絶縁基材２の下面２ｂに塗布されている。
そして、発光素子１７が上記パラボラ収容凹部７の底面９Ａ上の金めっき層１８の上に搭載される。このとき発光素子１７のワイヤをニッケル層１１及び金めっき層１８に打ち込む。

次に、上記した赤外線通信モジュール基板１の製造方法の一例、すなわち本発明の一実施形態について、図２〜図８を参照して説明する。
図２に示すように、ガラスクロスを含む絶縁基材２に、その厚さ方向に貫通する貫通孔
５を打ち抜き法で形成する（穴部形成工程）。この貫通孔５は、互いに所定の間隔をおい
て所定の数形成される。

そして、図３に示すように、貫通孔５の内周面を含む絶縁基材２の表面に、無電解銅めっき法によって第１の銅めっき処理を施して、一次銅めっき層３を均一な厚さで形成する。

続いて、図４に示すように、一次銅めっき層３が形成された貫通孔５を穴埋めするようにして、その内部に銅ペースト６を充填させる（穴埋め工程）。このとき、銅ペースト６は、その上面６ａ及び下面６ｂが、絶縁基材２の上面２ａ及び下面２ｂに施された一次銅めっき層３の表面と面一と成るように充填する。

次に、図５に示すように、座ぐり用ビット１３（座ぐり加工器具）を用いて、絶縁基材２の厚さ方向に座ぐり加工を施し、パラボラ収容凹部７を形成する（収容凹部形成工程）。

ここで、座ぐり用ビット１３には、側面視略円錐状の先端部１３ａが形成されており、この先端部１３ａの先端には、端部１３ｂが座ぐり用ビット１３の軸心Ｌに沿う方向に対して垂直に設けられている。この端部１３ｂ上において、軸心Ｌと端部１３ｂとが交わる交点１３Ａは、端部１３ｂの中心部と水平方向で一致していないため、先端１３ａにおける左右の傾斜面１３ｃ，１３ｄは、水平面に対する傾斜角度がそれぞれ異なっている。このうち、端部１３ｂに対して急な傾斜となっている傾斜面１３ｃ側に、切削刃１４が設けられている。また、この傾斜面１３ｃの傾斜角度θ１は、水平面から４０°〜５０°とされている。

このような座ぐり用ビット１３を絶縁基材２の上面２ａに対して垂直にするとともに、座ぐり用ビット１３の交点１３Ａをその上面２ａにおける貫通孔５の中心部分、つまり、銅ペースト６の部分に位置させる。この状態で、座ぐり用ビット１３を軸心Ｌを中心として回転させると、軸心Ｌから離れている傾斜面１３ｃ側が外側となって回転し、傾斜面１３ｃに設けられた切削刃１４及び端部１３ｂが、絶縁基材２及び銅ペースト６をこれらの厚さ方向へと切削していくことで、パラボラ収容凹部７が形成されることになる（収容凹部形成工程）。このとき、絶縁基材２と座ぐり用ビット１３の傾斜面１３ｄとが接触することはなく、相互間には隙間が設けられることになる。この隙間から、切削刃１４及び端部１３ｂで絶縁基材２を切削するときに出る切くずを絶縁基材２の上面２ａへと随時排出させながら、絶縁基材２を所定の深さまで切削していく。

このようにして、図６に示すようなパラボラ収容凹部７が形成されることになる。このとき、パラボラ収容凹部７の内周面７ｂは、傾斜面１３ｃの傾斜角度θ１に沿って形成されるため、内周面７ｂの水平面に対する傾斜角度θ２は４０°〜５０°となり、すなわち傾斜角度θ１と同様の傾斜角度となる。なお、傾斜角度の異なる座ぐり用ビット１３を用いれば、パラボラ収容凹部７の内周面７ｂの傾斜角度を適宜変えることができる。

そして、パラボラ収容凹部７の形成によって切削された一次銅めっき層３は、パラボラ収容凹部７の開口部８を有する一次銅めっき層３Ｂとなる。また、パラボラ収容凹部７の底面９Ａに開口する貫通孔５の内周面に形成されている一次銅めっき層が一次銅めっき層３Ａとなる。この貫通孔５の内部に充填されている銅ペースト６の上面６ｃが、パラボラ収容凹部７の底面９Ａを呈することになる。

次に、上記のように、パラボラ収容凹部７を形成した絶縁基材２に第２の銅めっき処理を施して二次銅めっき層４を形成する。まず、図７に示すように、絶縁基材２の上面２ａに形成されている一次銅めっき層３Ｂの表面と、パラボラ収容凹部７の内周面７ｂ、つまり、図６に示すように、パラボラ収容凹部７の形成によって露出した絶縁基材２と、パラボラ収容凹部７の底面９Ａの中央部を呈する銅ペースト６の上面６ｃとに、これらを被覆する第２の銅めっき処理を施して、二次銅めっき層４Ａを形成する。さらに、絶縁基材２の下面２ｂに形成されている一次銅めっき層３の表面と、銅ペースト６の下面６ｂとを被覆する二次銅めっき層４Ｂを形成する。これにより、絶縁基材２は、二次銅めっき層４Ａ，４Ｂによって完全に被覆される。

さらに、図８に示すように、絶縁基材２の上面２ａ側に、発光素子１７を搭載するためのニッケルめっき層１１と金めっき層１８とを順に積層する。詳しくは、二次銅めっき層４Ａの表面にニッケルめっき層１１を形成し、その上から金めっき層１８を形成する。この金めっき層１８には、発光素子１７を導通させるときのワイヤが打ち込まれる。金めっき層１８は軟質であるので、発光素子１７のワイヤを打ち込みやすいが、その強度を向上させるために、上記のように、ニッケル層１１を下地として形成する。

また、図８に示す絶縁基材２の下面２ｂ側において、貫通孔５の開口部の中心部から径方向外側に広がる所定の範囲内の一次銅めっき層３及び二次銅めっき層４Ｂを残して、その他の部分に形成されている一次銅めっき層３及び二次銅めっき層４Ｂをエッチングによって除去し、絶縁基材２の下面２ｂを露出させる。すると、図１に示すように、絶縁基材２の下面２ｂには、貫通孔５の開口部周縁を被覆する一次銅めっき層３Ｃと、この一次銅めっき層３Ｃ及び銅ペースト６の下面６ｂとを被覆する二次銅めっき層４Ｃとが形成される。ここで、上記した所定の範囲は、絶縁基材２には、複数の貫通孔５が形成されているため、少なくとも各貫通孔５毎に形成される一次銅めっき層３Ｃ及び二次銅めっき層４Ｃ同士が繋がらず、貫通孔５を完全に絶縁できるような範囲である。

このようにして、一次銅めっき層３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び二次銅めっき層４Ａ、４Ｂが形成される。

そして、貫通孔５の周縁部分にある銅めっき層３，４を被覆するようにして、感光性樹脂であるレジストを絶縁基材２の下面２ｂ上に塗布して感光性レジスト層１２を形成する。

このように、パラボラ収容凹部７は、その底部９の底面９Ａの中央部が貫通孔５内に位置するように形成されていることから、座ぐり加工の中心が銅ペースト６となるので加工しやすく、中央部に突起部のない平坦な底部９とすることができる。したがって、パラボラ収容凹部７の底部９に発光素子１７を水平な状態で設けることができる。尚、底部９は、必ずしも平坦でなくてもよく、底面９Ａに発光素子１７を水平に載置できればよい。例えば、発光素子１７の載置に影響がなければ、底面９Ａの中央部が若干凹んでいてもよい。

また、パラボラ収容凹部７の内周面７ｂは、傾斜を成しているとともに金めっき層１８が露出しているので、発光素子１７が発する赤外線の左右に広がる散乱光を反射させながら効率よく集光させることができる。よって、赤外線の所望の反射率を得ることができるとともに、均一且つ良好に絶縁基材２の上方へと赤外線を放射させることができる。

また、絶縁基材２に、熱伝導性が極めて良好な銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂを形成することによって、発光素子１７から生じた熱を大気中に放熱することが可能となる。さらに、これら銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂは、パラボラ収容凹部７及び貫通孔５を介して絶縁基材２の上面２ａ及び下面２ｂへと繋がっているため、放熱効果をより向上させることができる。したがって、発光素子１７の劣化を防ぎ、長寿命化を図ることができる。加えて、発光素子１７の発熱によって膨張してしまう絶縁基材２の影響を受け難くすることができる。

さらに、銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂは、無電解銅めっき法によって形成されるので、表面の粗い絶縁基材２であっても、その厚みを均一に形成することができる。電解銅めっき法を用いた場合と比べると、多少時間は掛かるが、厚みにムラのない銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂを形成することができる。

また、絶縁基材２を貫通させて貫通孔５を設けることにより、貫通孔５内の空気を逃がしながら銅ペースト６を貫通孔５内に充填することができるので、貫通孔５内に隙間なく銅ペースト６を充填させることができる。この銅ペースト６は、銅粒子を含んでいるので、熱伝導性だけでなく、電気伝導性も良い。

また、上記のように絶縁基材２の下面２ｂ側に塗布された感光性レジスト層１２によって、各貫通孔５を絶縁させることができる。さらに、この感光性レジスト層１２が銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂの防護層となり、これら銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂの酸化を防ぐことができる。

尚、上記のような銅めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂは、発光素子１７への一定の導通性を確保するための厚みを適宜確保する必要がある。
また、絶縁基材２の下面２ｂにエッチングを施したが、各貫通孔５を絶縁できればよく、その処理方法は問わない。
さらに、貫通孔５は、絶縁基材２を貫通するのではなく、底部を有して形成しても良い。
加えて、上記では、充填剤として銅ペースト６を用いたが、これに限らず、樹脂ペースト或いは金属粉入りのペーストを用いても良い。

また、上記において貫通孔５は、パラボラ収容凹部７の底面９Ａよりも小径を成しているが、例えば、図９に示すように、パラボラ収容凹部７全体が貫通孔２５内に収まるように形成してもよい。つまり、絶縁基材２に、パラボラ収容凹部７よりも大きい径で貫通孔２５を形成し、この貫通孔２５の内周面を含む絶縁基材２の表面に一次銅めっき層３を施す。そして、貫通孔２５を穴埋めするようにして、その内部に銅ペースト６或いは樹脂ペースト２５を充填した後、貫通孔２５の中心部にパラボラ収容凹部７を形成する。このように、充填剤に銅ペースト６或いは樹脂ペースト２５を用いた場合には、パラボラ収容凹部７を含む絶縁基材２の表面に、上記と同様、二次銅めっき層、ニッケルめっき層及び金めっき層を形成する。

尚、貫通孔２５の穴埋めには、発光性の高い樹脂ペーストを用いることが好ましく、例えば、銀ペーストを充填しても良い。これにより、上記のような二次銅めっき層、ニッケルめっき層及び金めっき層を施す必要はなくなり、作業が容易となる。

本発明における一実施形態の製造方法により得られた赤外線通信モジュール基板を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における一実施形態の赤外線通信モジュール基板の製造工程を示す側断面図である。 本発明における他の実施形態の製造方法により得られた赤外線通信モジュール基板を示す側断面図である。 従来の赤外線通信モジュール基板の形態を示す側断面図である。

符号の説明

１ 赤外線通信モジュール基板（基板）
２ 絶縁基材
５ 貫通孔（穴部）
６ 銅ペースト（充填剤）
７ パラボラ収容凹部（収容凹部）
９ 底部
１７ 発光素子

Claims (2)

1. 発光素子を収容するためのテーパ状の収容凹部を有する基板の製造方法において、
   絶縁基材に穴部を形成する穴部形成工程と、
   前記穴部に充填剤を充填させて穴埋めする穴埋め工程と、
   当該穴埋め工程終了後、前記穴部内に底部の中央部が位置するように前記収容凹部を座ぐり加工によって形成する収容凹部形成工程、
   とを有することを特徴とする基板の製造方法。
2. 前記穴部は、貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。

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