JP4865821B2 - メタルコアプリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、金型加工により切断、または外周を除去して製造するメタルコアプリント配線板に関し、より詳しくは、表面に塗布されたハンダレジストが金型加工時に損傷することを抑え、高性能化を図るとともに不良品の発生を抑制することができるようなメタルコアプリント配線板およびその製造方法に関する。

メタルコアプリント配線板は、おおよそ次のように製造されている。
まず、銅やアルミニウムからなるコア板に、後にスルーホールなどとなる孔を形成する。つぎに、孔あきコア板の両面にプリプレグを積層し、そのプリプレグの上に銅箔を積層する。そして、高温真空プレスによりプリプレグの樹脂を溶融・硬化させて銅張積層板を得る。この後、所定の位置に孔をあけ、スルーホールめっきをしてスルーホールを形成する。続いて、エッチングをして所定の配線パターンを形成し、絶縁が必要な部分にハンダレジストを塗布する。そして最後に、周囲の不要な部分を除去したり製品サイズに個分けしたりする。

このような不要部分の除去や個分けの方法には、メタルコアプリント配線板においては金型加工が用いられる。しかし、金型加工はせん断により打ち抜く方法であるので、短時間で大量の加工が行えるという利点を有するものの、基板の端面には破断が起こるという難点がある。

この点、下記特許文献１には、打ち抜いた際に前記の孔あきコア板からなるメタルコアにバリが生じにくいように、メタルコアに対して切断を行う部分（切断予定線）の肉厚を薄くする方法が提案されている。

特開２０００−１３３９１３号公報

特許文献１に係る発明によればバリの発生は抑制される。しかし、ハンダレジストの損傷については一切考慮されていない。

すなわち、メタルコアプリント配線板に実装する部品が複数の端子を一列に配置したコネクタであると、そのための多数のスルーホールがメタルコアプリント配線板上に一列に並ぶことになる。しかも、そのスルーホールの位置が、メタルコアプリント配線板の外周縁に近い位置である一辺側に形成されることが多い。

しかし、スルーホールは前述のようにコア板に孔をあけ、この孔にプリプレグの樹脂を充填したのち、コア板の孔よりも小さい孔を形成してから、スルーホールめっきをして形成されるので、メタルコアプリント配線板における複数のスルーホールが近接した部分では、メタルコアによる硬さは得られず、撓み易い状態となる。

このため、金型加工による打ち抜き時に作用するせん断力によって、スルーホールが配列された部位とその近傍には大きな曲げ応力がかかり、局所的に変形を起こし易い。金型加工時には金型で挟んでいるが、金型では曲げ応力がかかることを完全に阻止することはできない。この結果、メタルコアプリント配線板が部分的に撓み、クラック（ひび）が入り易い。

特に、メタルコアプリント配線板の場合には、メタルコアが硬い一方で、プリプレグで構成した絶縁層がそれよりも柔らかく、せん断力がかかった時の破断に違いが生じる。そのうえ、メタルコアが硬いため、せん断に要する力は大きくなければならない。このため、絶縁層の表面に塗布されたハンダレジストにはクラックが入り易い。

ハンダレジストにクラックが入ると、高湿度で長期間置かれた場合に銅のマイグレーションが起こり、絶縁破壊につながる。

そこで、この発明は、ハンダレジストの損傷を抑制し、高性能化を図るとともに、不良品の発生を抑制することを主たる目的とする。

そのための手段は、メタルコア板と、ガラスクロスに樹脂を含浸させてなるプリプレグを積層して形成されるメタルコアプリント配線板であって、一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列され、前記スルーホールの配列方向と、プリプレグの製造時にテンションがかけられた方向とが略直交しているメタルコアプリント配線板である。

また、一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列されたメタルコアプリント配線板の製造方法であって、メタルコアとなるコア板の両面にプリプレグを積層する際に、前記スルーホールを形成するためにコア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向とプリプレグの製造時にテンションがかけられた方向とが略直交するように積層するメタルコアプリント配線板の製造方法である。

以上のように、この発明によれば、メタルコアとなるコア板の両面に積層されるプリプレグについて、一辺側に形成された複数個のスルーホールの配列方向、換言すればコア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向と、プリプレグの製造時にテンションがかけられた方向とが略直交しているので、一辺側におけるプリプレグからなる絶縁層の変形を起こりにくくすることができる。

つまり、プリプレグはガラスクロスにワニスを含浸させて製造されるが、ガラスクロスの織り工程およびワニスの含浸工程においてガラスクロスには長手方向にテンションがかけられた状態で搬送されるので、長手方向においてガラスクロスが密になる。このため、プリプレグの曲げ弾性係数は、長手方向のほうが長手方向と直交する方向に比べて高くなる。つまり長手方向の方が、機械的強度が高い。

このようなプリプレグの強度の高い方向を、直線状に配列された複数個のスルーホールの存在によって変形し易くなると考えられる部分の方向とを略直交させた結果、せん断力が作用したときでも、スルーホールを直線状に配列した部分が撓みにくくなって、絶縁層の表面に塗布されたハンダレジストにクラックが入ることを抑制できる。

積層されるコア板とプリプレグの概略構造を示す斜視図。 メタルコアプリント配線板の一部破断平面図。 メタルコアプリント配線板の製造工程を示す説明図。 スルーホール部分の横断面図。 複数個のスルーホールが直線状に配列された部分の断面図。 複数個のスルーホールが直線状に配列された部分の断面図。 複数個のスルーホールが直線状に配列された部分の断面図。 プリプレグの斜視図。 プリプレグの製造工程を示す説明図。 プリプレグの模式図。 金型加工の説明図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、メタルコアプリント配線板１１を製造するためのコア板２１とプリプレグ３１の概略構造を示す斜視図、図２はそれらを用いて製造されたメタルコアプリント配線板１１の概略構造を示す一部破断平面図、図３はメタルコアプリント配線板１１の製造工程を示す説明図である。

まず、図３を用いてメタルコアプリント配線板１１の製造方法の概略を説明する。
メタルコアプリント配線板１１のメタルコアには、銅やアルミニウム製の矩形の金属板からなる前記コア板２１が用いられる（ａ）。このコア板２１の所定位置に対して孔２２をあける（ｂ）。この孔２２は後にスルーホールなどとなる孔である。

そして、孔２２あきのコア板２１の両面に、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグ３１を積層し、さらにプリプレグ３１の両外側には銅箔４１を積層する（ｃ）。

この状態で高温真空プレスを行い、孔あきコア板２１の孔２２の中にプリプレグ３１の溶けた樹脂３２を充填させる。樹脂３２が固化するとコア板２１の両面に絶縁層１２が形成されてコア板２１に接着され、さらにその外側に銅箔４１が接着された１枚の銅張積層板１３となる（ｄ）。

この後、銅張積層板１３の樹脂３２を充填した部位に、コア板２１の孔２２よりも小径で厚み方向に貫通するスルーホール用の孔１４をあけ（ｅ）、スルーホールめっき１５をしてスルーホール１６を形成し、両面の銅箔４１を電気的に接続する（ｆ）。つまり、スルーホール１６部分では図４の横断面図に示したように、コア板２１の孔２２の中に樹脂３２が位置し、その樹脂３２の内側にスルーホールめっき１５が存在する状態となる。

図２に図示したメタルコアプリント配線板１１の一辺１１ａ側において複数のスルーホール１６が直線状に配列された部分Ａは、複数の端子が一列に配置されたコネクタ（図示せず）を実装する部分であり、この部分においてはコネクタの端子のピッチが狭いので、コア板２１にあける孔２２が、図５（ａ）に示したように、複数の孔が連続して一列に並ぶ団子状に連なった１個の連続孔２２ａに形成されたり、図６（ａ）に示したように、スリット状の長孔２２ｂに形成されたりする。

なお、図５、図６、図７において（ａ）は、複数のスルーホール１６が直線状に配列された部分Ａの横断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ部分の縦断面図である。

このようにコア板２１の孔２２が連通孔２２ａや長孔２２ｂになると、スルーホール１６間にコア板２１が存在しないため（図５（ｂ），図６（ｂ）参照）、強度が低い。端子のピッチが孔２２の径よりも大きい場合には、図７（ａ）に示したような独立した孔２２ｃとして形成されるも、孔２２ｃ同士の間隔は狭いので（図７（ｂ）参照）、この場合も高い強度は望めない。

図５、図６、図７のいずれのスルーホール１６の場合でも、図４に示したスルーホール１６と同様で、コア板２１の孔２２の中に樹脂３２が位置し、その樹脂３２の内側にスルーホールめっき１５が存在する状態となる。

スルーホール１６を形成した後は、エッチングにより配線パターン１７を形成し（図３（ｇ）参照）、表面における絶縁が必要な部分にハンダレジスト１８を塗布する（図３（ｈ）参照）。

最後に、周囲の不要な部分を除去したり製品サイズに個分けしたりするため、金型による打ち抜きを行って（図１１参照）、配線パターンごとの所望のメタルコアプリント配線板１１（図２参照）を得る。

この発明においては、前述したようにメタルコアプリント配線板１１の一辺１１ａ側において複数のスルーホール１６を直線状に配列した部分Ａの強度が低いので、金型による抜き打ち加工時に前記ハンダレジスト１８が損傷するのを抑えることができるように、前記コア板２１に対するプリプレグ３１の積層がなされる。すなわち、図１、図２に示したように、コア板２１の両面に積層されるプリプレグ３１について、一辺１１ａ側にこの辺と平行に直線状に配列される複数のスルーホール１６の配列方向ｙ、換言すればコア板２１に形成された孔２２の配列方向ｙ（図５、図７参照）又は長さ方向ｙ（図６参照）と、プリプレグ３１の製造時にテンションがかけられた方向Ｘ（製造時の長手方向、プリプレグ３１を構成するガラスクロス３３の繊維の密度が高くなっている方向）とが略直交するように積層をする。なお、この発明において「略直交」とは、直交を含む意味である。

ここで、プリプレグ３１について説明する。
プリプレグ３１は、図８に示したようにガラスクロス３３に樹脂（熱硬化性樹脂）としてのワニスを含浸させた構造であり、板状をなす。

前記ガラスクロス３３は、以下のようなものである。
１本が直径数μｍ〜十数μｍのガラス繊維のフィラメントを、数十〜数百本束ねたものをストランドと呼び、ストランドに撚りをかけたものをヤーンと呼ぶ。このヤーンを経糸（たて糸）と緯糸（よこ糸）とし、平織りしたものがガラスクロスである。経糸と緯糸は、一般に同じ仕様のヤーンが用いられ、所定の密度（単位幅あたりのヤーンの本数）に配列されるよう、平織りされている。また、ヤーンでなくストランドを経糸と緯糸として平織りする場合もある。

そして、このプリプレグ３１の製造は、図９に示したように行われる。

帯状のガラスクロス３３を長手方向にテンションをかけた状態で搬送しながらワニス３２ａに浸漬する。そして、ワニス３２ａから出たところで、ヒータ６１で熱をかけてワニス３２ａを乾燥・半硬化させる。その後、長い板状になったものをカッタ６２で所定の寸法に裁断する。

このように製造されるプリプレグ３１においては、上記のようにテンションがかかった状態で製造されるので、長手方向Ｘであるか、それと直交する方向Ｙであるかによって機械的強度が異なる。

すなわち、ガラスクロス３３は、平織りの際の縦糸方向が長手となって製造されるので、その後プリプレグ３１に加工する際にも、連続で製造するために、平織りの際の縦糸方向が長手となって加工される。そのため、前述のように縦糸方向（長手方向Ｘ）にテンションがかけられている。いわば、プリプレグ３１になる前のガラスクロス３３の状態から、縦方向のヤーン密度が高いといえる。

また、テンションのかかった方向にはガラスクロス３３がぴんと張った状態になり、テンション方向と直交する方向では、ぴんと張ったガラスクロス３３の間を縫うようにガラスクロス３３が編まれるので、プリプレグ３１内において、長手方向Ｘのガラスクロス３３は、長手方向Ｘと直交するＹ方向に比べてより真っ直ぐで、Ｙ方向のガラスクロス３３はより波打っている。これにより、Ｘ方向の曲げ剛性が、Ｙ方向の曲げ剛性よりも高くなる。

このように、テンションのかかった方向にはヤーンの密度が高くなり、引張り強度、曲げ剛性ともに高くなる。

具体的には、ガラスクロスとエポキシ樹脂からなるプリプレグを８枚積層して硬化させた状態での曲げ弾性係数は、長手方向Ｘにおいては２４００ｋＮ／ｃｍ^２で、それと直交する方向Ｙにおいては２２００ｋＮ／ｃｍ^２である。この他にも、長手方向Ｘにおいては２５００ｋＮ／ｃｍ^２で、それと直交する方向Ｙにおいては２３００ｋＮ／ｃｍ^２のものや、長手方向Ｘにおいて２３００ｋＮ／ｃｍ^２で、それと直交する方向Ｙにおいて２１００ｋＮ／ｃｍ^２のものなど、複数の仕様のプリプレグ３１がある。使用するプリプレグ３１には、メタルコアプリント配線板１１のサイズや孔２２の仕様、要求されている強度等によって適宜の曲げ弾性係数のものが選択される。

このようにプリプレグ３１には曲げ弾性係数が異なるものがあるが、いずれにおいても長手方向Ｘの強度が高い。

外観観察を行うと、図１０に模式的に示したように、テンションがかけられた長手方向Ｘのほうがそれと直交する方向Ｙよりもガラスクロス３３の密度が高くなっていて視認により識別が可能である。現実にも、ガラスクロス３３は、長手方向Ｘ（縦方向）の密度（幅２５ｍｍ当たりのヤーンの本数）が４４本程度で、長手方向Ｘと直交する方向Ｙ（横方向）の密度が３２本程度である。

このようなプリプレグ３１を孔あきコア板２１の両面に積層するときに、図１に示したように、コア板２１における後に打ち抜きを行う部分に近い位置に形成された孔２２の配列方向ｙ又は長さ方向ｙと、プリプレグ３１の製造時にガラスクロス３３の長手方向にテンションがかけられてガラスクロス３３の繊維の密度が高くなっている方向Ｘとを直交させる。すると、これらコア板２１とプリプレグ３１を用いて製造されたメタルコアプリント配線板１１は、図１、図２のＸ方向において絶縁層１２の機械的強度が高くなる。

前述した金型による打ち抜き加工は、図１１に示したように、製品側部分を上下一対の金型５１，５２によって厚さ方向に挟持し、除去側部分も上下一対の金型５３，５４によって厚さ方向に挟持して、上下方向で相対移動して打ち抜きを行う。図中、製品側部分を挟持している金型５１，５２の内面に形成された逃げ部５１ａ，５２ａは配線パターン１８部分の厚さを吸収して、配線パターン１８等を保護する部分である。

前述のように絶縁層１２の機械的強度が高いので、どのような仕様のプリプレグを用いた場合であっても、金型５１，５２，５３，５４で打ち抜きを行うときに、せん断力が作用して曲げ応力がかかった時に、絶縁層１２の表面に塗布されたハンダレジスト１８にクラックが入ったり欠けが生じたりして損傷することを抑制できる。

すなわち、打ち抜きを行うべき外周縁に近い位置である一辺１１ａ側に複数個のスルーホール１６が直線状に配列されており、コア板２１の空間が大きくて強度の低下が考えられる場合であっても、コア板２１を挟む絶縁層１２の強度が高いので、せん断時に曲げ応力がかかっても一辺１１ａ側の部分における撓みを抑制できる。このため、積層された構造のメタルコアプリント配線板１１であっても、曲げ強度が向上するから、せん断時に金型の中での撓みが小さくなり、せん断がきれいに行える。

この結果、前述のように絶縁層１２の表面のハンダレジスト１８の損傷を抑制することが可能である。そして、ハンダレジスト１８にクラックや欠けが生じることを抑制できるため、銅のマイグレーションなどの不都合が発生しないようにすることができ、メタルコアプリント配線板１１の高性能化を図れるとともに、製造において不良品の発生を抑制できる。

以上はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は上記の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。
たとえば、スルーホールの配列方向ｙやコア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向ｙと、プリプレグの製造時にテンションがかけられた方向Ｘやプリプレグを構成するガラスクロスの繊維の密度が高くなっている方向Ｘとは、直交するほか、適宜角度で交差しているものであってもよい。

１１…メタルコアプリント配線板
１１ａ…一辺
１６…スルーホール
２１…コア板
２２…孔
２２ａ…連続孔
２２ｂ…スリット状の長孔
２２ｃ…独立した孔
３１…プリプレグ
３３…ガラスクロス
ｙ…スルーホールの配列方向、コア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向
Ｘ…プリプレグの製造時にテンションがかけられた方向、プリプレグを構成するガラスクロスの繊維の密度が高くなっている方向

Claims (6)

1. メタルコア板と、ガラスクロスに樹脂を含浸させてなるプリプレグを積層して形成されるメタルコアプリント配線板であって、
   一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列され、
   前記スルーホールの配列方向と、プリプレグの製造時にテンションがかけられた方向とが略直交している
   メタルコアプリント配線板。
2. 一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列されたメタルコアプリント配線板であって、
   前記スルーホールの配列方向と、プリプレグを構成するガラスクロスのヤーンまたはストランドの密度が高い方向とが略直交している
   メタルコアプリント配線板。
3. 前記スルーホールを形成するためにメタルコアとなるコア板に設けられた孔が、複数の孔が連続して一列に並ぶ１個の連続孔である
   請求項１または請求項２に記載のメタルコアプリント配線板。
4. 前記スルーホールを形成するためにメタルコアとなるコア板に形成された孔が、スリット状の長孔である
   請求項１または請求項２に記載のメタルコアプリント配線板。
5. 一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列されたメタルコアプリント配線板の製造方法であって、
   メタルコアとなるコア板の両面にプリプレグを積層する際に、前記スルーホールを形成するためにコア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向とプリプレグの製造時にテンションがかけられた方向とが略直交するように積層する
   メタルコアプリント配線板の製造方法。
6. 一辺側に複数個のスルーホールが直線状に配列されたメタルコアプリント配線板の製造方法であって、
   メタルコアとなるコア板の両面にプリプレグを積層する際に、前記スルーホールを形成するためにコア板に形成された孔の配列方向又は長さ方向とプリプレグを構成するガラスクロスのヤーンまたはストランドの密度が高い方向とが略直交するように積層する
   メタルコアプリント配線板の製造方法。

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