JP4818888B2 - 抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造法 - Google Patents

Description

本発明はプリント配線板の製造方法に関し、特にカーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法に関する。

近年、電子部品の小型化、薄型化の要求に伴い、電子部品およびこの電子部品を搭載するプリント配線板等に関しても、パターンの微細化・高密度化による小型化、厚みの薄い材料を用いることによる薄型化が要求されている。

これに伴い、従来、表面実装していたチップ抵抗部品に代わり、カーボンペーストを印刷により形成し、その抵抗素子を内蔵したプリント配線板が開発されつつある。これにより、チップ抵抗部品の実装面積が減り、カーボンペーストを用いた抵抗素子の厚みもチップ抵抗部品に比べて薄くできることから、プリント配線板の小型化および薄型化が可能となる。

しかしながら、特許文献１（段落００１４参照）および特許文献２（２頁３欄２９行ないし４欄３行参照）に記載の、カーボンペーストを用いて抵抗素子を形成したプリント配線板において、カーボンペーストの形成にスクリーン印刷法を用いる場合、印刷面の段差による印刷にじみ、印刷ダレおよび膜厚ばらつき等といった印刷性の問題発生を避けられないため、抵抗値のばらつきは誤差15%程度のものが発生している。

加えて、上述したプリント配線板を多層化し抵抗素子を内蔵する際には、積層工程において加わる熱および圧力により更に抵抗値の変動が発生するために、内蔵後の抵抗値の精度を保つことが困難であった。

また特許文献３（段落００２２参照）においては、電極の表面処理をペースト印刷からめっきに置き換えることで印刷面の段差を低減できているが、積層工程における抵抗値の変動に対する工夫がなされていない。

そこで、特許文献４（段落００１６参照）に記載のカーボンペーストを用いた抵抗素子を形成したプリント配線板では、貫通孔および有底孔にカーボンペーストを充填することで抵抗素子を形成している。カーボンペーストを貫通孔およびビアホールに充填することで、特許文献１，２で挙げられた印刷性の問題による抵抗値のばらつきは低減できる。

しかし、カーボンペーストと銅とは、相互の接触抵抗が高いために抵抗値が安定せず、抵抗値の精度を保証することができない。さらに、銅電極とカーボンペーストとを接触させた抵抗素子の場合、抵抗素子の形成後に空気中の水分や酸素の影響を受けて、電極材料である銅とカーボンペーストとの界面における接触抵抗が増加し、抵抗値が変動するという問題がある。

加えて、伝送線路の終端抵抗やフィルタに用いる抵抗に対する要求精度は誤差1%以下であるために、抵抗値の精度向上にはレーザ加工等を用いた精密なトリミング技術が必須であるが、貫通孔およびビアホールにカーボンペーストを充填した抵抗素子は、形成後にレーザ加工等のトリミング技術を用いて抵抗値を調整することができない問題もある。

図４は、特許文献４に記載されている、カーボンペーストを用いて抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法を示す断面工程図である。先ず図４（１）に示すように、ポリイミド等の絶縁ベース材２１の両面に銅箔等の第１の導体層２２、第２の導体層２３を有する、所謂、両面銅張積層板２４を用意し、所要位置にドリル加工もしくはレーザ加工を用いて貫通孔２５，２６を形成する。

次に図４（２）に示すように、貫通孔２５にスクリーン印刷法によりカーボンペースト２７を塗布し、熱硬化させる。次いで、図４（３）に示すように、第１の導体層２２、第２の導体層２３、貫通孔２６、カーボンペースト２７に導電化処理を行い、めっき皮膜２８を形成する。

続いて、図４（４）に示すように、第１の導体層２２、第２の導体層２３ならびにめっき皮膜２８に対し、フォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて回路パターン２９，３０を形成することで、カーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板３１を得る。
特開平１１−３４０６３３号公報 特許第２５４７６５０号公報 特開２００６−２２２１１０号公報 特開２００２−１８５０９９号公報

上述したように、従来、貫通孔および有底孔にカーボンペーストを充填して形成した抵抗素子を、その形成後にレーザ加工等のトリミング技術を用いて抵抗値を調整することができない。このため、カーボンペーストを充填する方式で正確な抵抗値を有する抵抗を製造することが難しい。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、抵抗素子の形成後に抵抗値を調整でき、高精度な抵抗値精度を保証し得る、抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願では、次の発明を提供する。

第１の発明は、
カーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
両面銅張り積層板に、貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に貴金属めっきを施す工程と、
前記貫通孔にカーボンペーストを充填する工程と、
前記貫通孔に充填した前記カーボンペーストの上に貴金属めっき、導電化処理およびめっき処理を施して導電層を形成する工程と、
前記カーボンペーストを充填した前記貫通孔の端部上の前記導電層に、開口を形成する工程と、
前記開口を介してトリミングし、前記カーボンペーストにより形成される抵抗の抵抗値を調整する工程と
を含むことを特徴とする抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法、
である。また、第２の発明は、
カーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
両面銅張り積層板に、有底孔を形成する工程と、
前記有底孔に貴金属めっきを施す工程と、
前記有底孔にカーボンペーストを充填する工程と、
前記有底孔に充填した前記カーボンペーストの上に貴金属めっき、導電化処理およびめっき処理を施して導電層を形成する工程と、
前記有底孔の端部上の前記導電層に、開口を形成する工程と、
前記開口を介してトリミングし、前記カーボンペーストにより形成される抵抗の抵抗値を調整する工程と
を含むことを特徴とする抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法、
である。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。

第１の発明によれば、カーボンペーストを充填した貫通孔の蓋めっき部の少なくとも一方を開口することで、抵抗体の形成後にレーザ加工等のトリミング技術により抵抗値を調整することができる。このことから、抵抗値の要求精度が誤差１％以下である伝送線路の終端抵抗やフィルタに用いる抵抗素子にも適用することができる。

第２の発明によれば、カーボンペーストを充填した有底孔の蓋めっき部を開口することで、抵抗体形成後にレーザ加工等のトリミング技術により抵抗値を調整することができる。このことから、抵抗値の要求精度が誤差１％以下である伝送線路の終端抵抗やフィルタに用いる抵抗素子にも適用することができる。

以下、図１Ａ、図１Ｂないし図３を参照して本発明の実施例を説明する。

（第１の実施例）
図１Ａ、図１Ｂは、本発明の第１の実施例を示す断面工程図であって、先ず、図１Ａ（１）に示すように、ポリイミド等の絶縁ベース材１の両面に銅箔等の第１の導体層２、第２の導体層３を有する、所謂、両面銅張積層板４を用意し、所要位置にドリル加工もしくはレーザ加工を用いて貫通孔５，６を形成する。

ここでは、ポリイミド厚２５μｍ、導体層厚１２μｍの銅張積層板を用い、貫通孔径はφ１５０μｍとした。貫通孔の径は、プリント配線板のデザインによりφ５０μｍからφ１５０μｍまでとり得る。また、貫通孔の形状を安定化させるために、ＵＶ−ＹＡＧレーザによるダイレクト加工により貫通孔を形成した。そして、貫通孔の代わりに、有底孔でも同様の効果を得ることができる。

次に、図１Ａ（２）に示すように、ドライフィルム７を張り合わせ、所定の場所にフォトファブリケーションを用いて開口８を形成する。この工程は、ラミネーター等により両面にドライフィルムを張り合わせることが好適である。またここでは、次工程の無電解銀めっきのアルカリ処理に対して耐性があるドライフィルムを用いた。

次いで図１Ａ（３）に示すように、ドライフィルム７から露出している導体層２，３に無電解銀メッキ９を行い、ドライフィルム７を除去する。ここでは、無電解銀めっきの代わりに、他の貴金属めっきを行っても同等の効果を得ることができる。

続いて図１Ａ（４）に示すように、カーボンペースト１０をスクリーン印刷法により貫通孔５に充填し、熱硬化させる。ここでは、厚さ７５μｍのメタル版を用いてスクリーン印刷を行った。また、カーボンペーストは、アサヒ化研製ＴＵ−１０ｋ−８を用いた。熱硬化条件は、ボックス型乾燥炉を用い１７０℃、６０分間である。

カーボンペーストのシート抵抗値は、５０Ωから１ＭΩ程度まで幅広く選択することができる。したがって、カーボンペーストを充填する穴径およびカーボンペーストのシート抵抗値を選択することにより、伝送線路の終端抵抗に必要な５０Ωおよび７５Ω、プルアップ抵抗、プルダウン抵抗に必要な１０ｋΩないし１００ｋΩ程度の抵抗を随意に製作することができる。

次いで、図１Ａ（５）に示すように、両面を研磨加工により平坦化し、その後、両面に導電化処理を行う。ここでは、寸法の安定性を考慮すると湿式研磨加工が好適である。

続いて、図１Ｂ（６）に示すように、ドライフィルム１１を張り合わせ、所定の場所にフォトファブリケーションを用いて開口１２，１３を形成する。この工程は、ラミネーター等により両面にドライフィルムを張り合わせることが好適である。ここでも、次工程の無電解銀めっきのアルカリ処理に対して耐性があるドライフィルムを用いた。

またトリミングを行うために、カーボンペーストを充填した貫通孔上の銀めっきの開口径はφ７５μｍとした。

この後、図１Ｂ（７）に示すように、ドライフィルム１１から露出している導体層２，３およびカーボンペースト１０に銀メッキ１４を行い、ドライフィルム１１を除去する。ここでは、銀めっきの代わりに他の貴金属めっきを行っても同等の効果を得ることができる。

続いて、同図（８）に示すように、第１の導体層２、第２の導体層３、銀めっき１４の上、ならびに孔６の壁面に対し導電化処理を行い、めっき皮膜１５を形成する。

次に、図１Ｂ（９）に示すように、第１の導体層２、第２の導体層３ならびにめっき皮膜１５に対しフォトファブリケーション手法によるエッチング手法を用いて、回路パターン１６，１７およびカーボンペーストを充填した貫通孔の上の開口１８を形成する。ここでは、開口径をφ２５μｍとした。ただし、貫通孔の上の銀めっきの開口径よりも大きな開口径を形成することも有り得る。

そして、図１Ｂ（１０）に示すように、レーザ加工等を用いたトリミング加工１９を行うことにより、抵抗値を調整した抵抗素子内蔵のプリント配線板２０を得る。抵抗値の精度を向上させるためには、トリミング加工中に開口している電極部にレーザが当たらないようにすることが重要である。基板のデザインによって、片面もしくは両面からプロービングすることでトリミング時の抵抗値を測定することができる。

このように、カーボンペーストを充填した貫通孔もしくは有底孔の端部上のめっき部が開口されることから、抵抗体の形成後にレーザ加工等のトリミング技術により抵抗値を調整することができる。これは、カーボンペーストに接する銅面に全て貴金属めっきを形成することにより、空気中の水分や酸素の影響を受けて銅電極とカーボンペーストとの界面における接触抵抗が増加し、抵抗値が上昇する問題の発生を防止できるからである。

（第２の実施例）
図２は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。この第２の実施例は、第１の実施例における貫通孔５，６（図１Ａ）に代えて、有底孔５Ａ，６Ａを用いたプリント配線板に本発明を適用した例である。

この場合、有底孔５Ａを用いた抵抗体を形成するには、カーボンペースト１０を充填する際に、有底孔５Ａの中にボイドが発生することを防ぐために、真空スクリーン印刷機（図示せず）を用いるとよい。

（第３の実施例）
図３は、本発明の第３の実施例を示す断面図である。この第３の実施例も、第１の実施例における貫通孔５，６（図１Ａ）に代えて、有底孔５Ａ，６Ａを用いたプリント配線板に本発明を適用した例である。

この場合、有底孔５Ａの底部にφ１５μｍ程度の小貫通孔２０を形成しておくと、通常のスクリーン印刷機を用いても、有底孔５Ａ内にボイドを発生させずにカーボンペースト１０を充填することができる。

本発明の第１の実施例における前半工程を示す断面工程図。 本発明の第１の実施例における後半工程を示す断面工程図。 本発明の第２の実施例を示す断面工程図。 本発明の第３の実施例を示す断面工程図。 従来のカーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法を示す断面工程図。

符号の説明

１ 絶縁ベース材
２ 第１の導体層
３ 第２の導体層
４ 両面銅張積層板
５，６ 貫通孔
７ ドライフィルム
８ 開口
９ 無電解銀めっき
１０ カーボンペースト
１１ ドライフィルム
１２，１３ 開口
１４ 銀めっき
１５ めっき皮膜
１６，１７ 回路パターン
１８ 開口
１９ トリミング孔
２０ 小径貫通孔
２１ 絶縁ベース材
２２ 第１の導体層
２３ 第２の導体層
２４ 両面銅張積層板
２５，２６ 貫通孔
２７ カーボンペースト
２８ めっき皮膜
２９，３０ 回路パターン
３１ 従来工法によるカーボンペーストを用いた抵抗素子を形成したプリント配線板

Claims (3)

1. カーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
   両面銅張り積層板に、貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔に貴金属めっきを施す工程と、
   前記貫通孔にカーボンペーストを充填する工程と、
   前記貫通孔に充填した前記カーボンペーストの上に貴金属めっき、導電化処理およびめっき処理を施して導電層を形成する工程と、
   前記カーボンペーストを充填した前記貫通孔の端部上の前記導電層に、開口を形成する工程と、
   前記開口を介してトリミングし、前記カーボンペーストにより形成される抵抗の抵抗値を調整する工程と
   を含むことを特徴とする抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法。
2. カーボンペーストを用いた抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
   両面銅張り積層板に、有底孔を形成する工程と、
   前記有底孔に貴金属めっきを施す工程と、
   前記有底孔にカーボンペーストを充填する工程と、
   前記有底孔に充填した前記カーボンペーストの上に貴金属めっき、導電化処理およびめっき処理を施して導電層を形成する工程と、
   前記有底孔の端部上の前記導電層に、開口を形成する工程と、
   前記開口を介してトリミングし、前記カーボンペーストにより形成される抵抗の抵抗値を調整する工程と
   を含むことを特徴とする抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法。
3. 請求項２に記載の抵抗素子を内蔵するプリント配線板の製造方法において、
   前記有底孔のビア底に、小径の貫通孔を形成したプリント配線板の製造方法。

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