JP4885097B2 - 抵抗素子を内蔵したプリント配線板の製造法 - Google Patents
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Description
本発明は、部品内蔵型プリント配線板の製造方法に係わり、特に膜状の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、携帯電話やデジタルビデオカメラ等の小型電子機器では、電子部品の実装密度および信号伝送速度の向上が求められ、電子機器に搭載される実装基板の小型化・高機能化の要求が高まっている。この一環として、基板の内層に受動部品を内蔵した、所謂、部品内蔵基板の必要性が高まってきている。
抵抗を基板上あるいは内層に形成する手法は、セラミック多層基板については実用化されている。しかしながら、抵抗をスクリーン印刷法により形成することから、抵抗ペーストにおけるシート抵抗値のロット間ばらつきや印刷された素子の形状のばらつきによって抵抗値のばらつきが大きく、抵抗素子を焼成した後、レーザ等を用いたトリミングによる抵抗値の調整が必須となっている。
加えて、このタイプの抵抗ペーストは焼成温度が500℃以上であることから、有機系の樹脂材料を絶縁材とするプリント配線板に対しては、樹脂材料の分解温度を越えており、このようなプリント配線板に対しては適用できない。
有機系の樹脂材料を絶縁材とするプリント配線板に対して抵抗素子を形成する試みとして、抵抗の薄膜、例えば1μm程度の厚みのニッケル箔等をフォトファブリケーション手法等により所望の抵抗素子とする方法（薄膜法）、および低温焼成型の抵抗ペーストを用いてスクリーン印刷法により所望の抵抗素子を形成する方法（印刷法）等が開示されている。
これらの抵抗素子は、用途に応じた幅広い抵抗値を、精度良く安定的に形成できる必要がある。上述の薄膜法は、抵抗のパターンを精度良く形成できる反面、金属薄膜を出発材料としているため、高抵抗な素子を安定的に形成することは困難である。
一方、低温焼成型の抵抗ペーストを用いた印刷法は、抵抗ペーストのシート抵抗値の選択範囲も広く、形成可能な抵抗値の幅が広い。しかしながら、低温焼成型の抵抗ペーストを用いた場合においても、印刷法を用いた場合には、抵抗ペーストにおけるシート抵抗値のロット間ばらつきや印刷された素子の形状のばらつきによって、高精度な抵抗値の抵抗素子を形成することは困難で、要求される抵抗素子の精度が高い場合にはレーザ等を用いたトリミングによる抵抗値の調整を行う。
ところが、印刷法によって形成した抵抗素子の抵抗値は、プリント配線板を多層化する際の積層を行うと抵抗値が変動する。この抵抗値の変動は、積層条件、層間接着剤種、抵抗素子のサイズ、抵抗ペーストのバインダ樹脂種、シート抵抗値等、多くのパラメータが関与する。このため、予め積層による抵抗値の変動も考慮した上でトリミングを行い、積層後に設計通りの抵抗値を得るということは困難である。
そこで、特許文献１[００１１]に記載されているように、貫通孔に抵抗ペーストを充填した構造とすることで、基板自体がスペーサとなり、積層時の圧力による抵抗値変動の影響を小さくできる。しかし、孔にペーストを充填するだけでは高精度な抵抗を形成することは困難であり、構造上、レーザ等を用いたトリミングによって調整することもできない。したがって、この方法を用いて、積層による抵抗値の変動も加味した上で、高精度な抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板を製作することは困難である。
この対策として、レーザ等によるトリミングが可能で、且つ積層温度による影響を低減できる製法として、特許文献２[０００６]〜[００１１]に記載されているものが提案されている。これは、抵抗材料を180℃以上で硬化させ、抵抗材料の硬化温度より低い温度で、プレスあるいはラミネートおよび硬化させることによる方法である。
この方法は、特許文献２の課題である高温高湿試験や絶縁信頼性試験の耐性向上に対しては効果的である。しかし、積層圧力に対する特段の配慮がないため、積層時の抵抗値変動に対しては十分な対策ではない上に、基板の耐熱性を向上させることも難しい。
図２は、特許文献２に記載の、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法を示す断面工程図である。まず、図２(1)に示すように、ポリイミド等のベース絶縁材１０１の両面に銅箔層を有する両面銅張積層板１０４を、フォトファブリケーション手法を用いてエッチングすることにより、抵抗の電極となる配線パターン１０２bおよび内層回路１０３bを形成する。その後、少なくとも抵抗の電極部に、無電解銀めっき等の表面処理層１０５を形成する。
さらに、電極上にスクリーン印刷等で抵抗となるカーボンペーストを印刷し、180℃以上の温度で硬化させることで抵抗素子１０６を形成する。この抵抗素子１０６の抵抗値は、予め設計値に対して低めの抵抗値となるように印刷し、必要に応じてレーザ等でトリミングを行って抵抗値を微調整する。これにより、抵抗素子１０６に溝１０７が形成される。ここまでの工程により、抵抗値が微調整された抵抗素子１０６を有する両面回路基材１０８を得る。
次に、図２(2)に示すように、両面回路基材１０８に対し、接着剤１０９を介して片面銅張積層板１１０をプレスあるいはラミネート等の手法で張り合わせる。このときの張り合わせは、抵抗ペーストの硬化温度を超えない温度で行う。
ただし、張り合わせ時の圧力については特段の配慮がある訳でなく、カーボンペーストにより形成された抵抗素子は、加圧によりペーストに含まれるカーボン粒子の接触面積の増加等により抵抗値が低下する傾向があり、このため、トリミングによる抵抗値の調整を行った後で抵抗値の変動が生じる。
続いて、NCドリル等で層間導通用孔を形成し、導電化処理を含むスルーホールめっきを施し、スルーホール１１１を形成する。この後、スルーホールめっき処理をした最外層に対し、フォトファブリケーション手法によるエッチングを行い、外層配線パターン１１２を形成する。
この後、必要に応じて基板表面に半田めっき、ニッケルめっき、金めっき等の表面処理を施し、フォトソルダーレジスト層の形成、外形加工を行うことで抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板１１３を得る。
特開２０００−１７４４０５号公報
特開２００６−２２２１１０号公報
特開平４−３８８０３号公報
上述のように、従来の抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法では、積層工程の温度、圧力の影響を考慮しておらず、基板に内蔵した状態で±1%以下という精度の要求に応えることが難しい。
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、基板に内蔵した状態で±1%以下の精度の抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板を安価かつ安定的に製造する方法を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本発明では、
有機樹脂絶縁層および金属配線層をそれぞれ複数有する多層プリント配線板の、前記金属配線層中の内層となる少なくとも1層に膜状抵抗素子を形成したプリント配線板の製造方法において、
前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面に配される前記金属配線層に、対となる電極を形成し、
前記電極の相互間に膜状抵抗素子を形成し、
前記膜状抵抗素子を形成した金属配線層の側に、第1の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を第1の温度・圧力で接着し、
前記有機樹脂絶縁層の一部を開口して前記膜状抵抗素子に対してトリミングを行い、
前記有機樹脂絶縁層の側に第2の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を、前記第1の温度・圧力よりも低い第2の温度・圧力で接着する
ことを特徴とする抵抗素子を内蔵したプリント配線板の製造方法、
を提供する。
有機樹脂絶縁層および金属配線層をそれぞれ複数有する多層プリント配線板の、前記金属配線層中の内層となる少なくとも1層に膜状抵抗素子を形成したプリント配線板の製造方法において、
前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面に配される前記金属配線層に、対となる電極を形成し、
前記電極の相互間に膜状抵抗素子を形成し、
前記膜状抵抗素子を形成した金属配線層の側に、第1の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を第1の温度・圧力で接着し、
前記有機樹脂絶縁層の一部を開口して前記膜状抵抗素子に対してトリミングを行い、
前記有機樹脂絶縁層の側に第2の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を、前記第1の温度・圧力よりも低い第2の温度・圧力で接着する
ことを特徴とする抵抗素子を内蔵したプリント配線板の製造方法、
を提供する。
本発明によれば、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板において、膜状抵抗素子を形成した後、基板を構成する接着性層間絶縁樹脂のうち、接着性を発現する温度が高い接着剤を高い温度および高い圧力で最初の積層を行ない、その後、トリミングによる抵抗値の調整を行い、設計値に対して±1%以下とし、接着性を発現する温度が最初に積層した接着性層間絶縁樹脂よりも低い別の接着性層間絶縁樹脂により最初の積層に用いた温度・圧力よりも低い積層条件で積層することで、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板を製造するため、積層による抵抗値変動の問題を起こすことなく、高精度な抵抗素子を多層プリント配線板の任意の配線層に作り込むことが可能となる。
これにより、基板に内蔵した状態で±1%以下の精度を持つ抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板を安価かつ安定的に製造する方法を提供できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１Ａは、本発明による抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法を示す断面工程図である。まず、図１Ａ(1)に示すように、有機樹脂絶縁層としての、ポリイミド等のベース絶縁材１の両面に銅箔層２および３を有する両面銅張積層板４を用意する。
次に、図１Ａ(2)に示すように、両面銅張積層板４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により、抵抗の電極となる配線パターン２b、反対面には、後の工程であるレーザ等を用いたトリミング用の開口３b、および抵抗値の確認用のプロービング用孔に対する開口３cを含む内層回路３dを形成する。
続いて、図１Ａ(3)に示すように、少なくとも抵抗の電極部に無電解銀めっき等の表面処理層５を形成する。これにより、高温高湿試験の耐性を確保できる。その他の貴金属めっき、銀ペーストによる表面処理でも同等の効果を得ることが可能である。なお、ここでの無電解銀めっき被膜の厚さは、約0.2μmである。
次いで、図１Ａ(4)に示すように、電極２b上にスクリーン印刷等で抵抗となる、シート抵抗値50Ωのカーボンペースト（アサヒ化学研究所(株)製、TU-50-8）を印刷した。カーボンペーストの粘度を調整することにより、その他の抵抗形成方法としてインクジェット、ディスペンス等の方法によっても抵抗を形成することが可能である。
スクリーン版仕様としては、メッシュ数400、乳剤厚10μmのものを用いた。印刷後に、基板を2mm厚のアルミ板に固定し、遠赤外線リフロー炉により100℃以上で200℃以下の温度範囲において60秒間加熱し、ピーク温度250℃/保持時間10秒で熱硬化させ、抵抗素子６を形成した。
遠赤外線リフロー炉による抵抗素子の焼成・熱硬化を行う際には、後の積層工程を含む一連の製造工程中の最高温度を加えておくと、抵抗素子の耐熱性が良好となる。
なお、印刷後に、ボックス型の熱風オーブンにより170℃、60分の熱硬化を行うことでも抵抗素子６を形成可能である。抵抗素子６のサイズとしては、電極２b間の距離を0.5mmとし、印刷幅が1.0mmのものを形成した。
無論、電極間距離はフォトファブリケーション手法によるエッチングにより規定され、また印刷幅はスクリーン版の開口により規定されるものであるから、それぞれ任意に設定可能で、概ね所望の抵抗値の抵抗素子を作り込むことが可能である。
ただし、実際には、各工程のばらつき等により抵抗素子の抵抗値が設計値からズレることから、抵抗値の要求精度によってはトリミングによる調整が必要となる。ここまでの工程で、抵抗素子６を有する回路基材７を得る。
この後、図１Ｂ(5)に示すように、熱可塑性樹脂であるLCPフィルム８上に銅箔９を有する片面銅張積層板１０を用意し、抵抗素子６を有する回路基材７に対し、真空プレスを用い、LCPのTg以上の温度である250℃を最高温度とし、且つ圧力4MPaを20分間保持することで積層した。
この程度の圧力であれば、抵抗素子６に対するクラック等のダメージがなく、積層が可能である。この片面銅張積層板１０を積層する条件が、後で行う積層よりも温度、圧力とも十分高いことが必要である。
また、LCPフィルム８のような熱可塑性樹脂と銅箔とからなる片面銅張積層板１０の替りに、銅張積層板を熱可塑性または熱硬化性の接着剤で張り合わせることもでき 、この第１回目の積層条件は、上述したように後に行う第２回目の積層よりも温度、圧力とも十分高いことが必要となる。張り合わせの際に接着性を発現する熱可塑性または熱硬化性の樹脂のTgが、後に行う積層用の接着剤のTgよりも高いことも必要である。
また、ポリエーテル・エーテルケトン（PEEK材）とポリエーテルイミドとからなる熱可塑性樹脂は、２００〜２４０℃でプレスすることで接着性を発現し、一度、接着・硬化した後は樹脂の相変化によりTｇが上昇し、２６０℃以上の耐熱性を有する。上述のLCPに換えて、PEEK材とポリエーテルイミドとを有する片面銅張積層板を用いてもよい。
次に、図１Ｂ(6)に示すように、積層の履歴により抵抗値が変動した抵抗素子６の抵抗値を調整するために、抵抗値の確認用のプロービング用孔に対する開口３cをメタルマスクとしてレーザ等によりプロービング用孔１１を形成し、さらにトリミング用の開口３bからレーザ等で抵抗素子６のトリミングを行い、抵抗値を微調整する。
これにより、抵抗素子６に溝１２が形成され、抵抗素子６の抵抗値は設計値の±1％以内となる。ここまでの工程により、抵抗値が微調整された抵抗素子６を有する回路基材１３を得る。
この実施例１では、抵抗値の確認にはプロービング用孔１１を形成し、電極２bにプロービングすることで、抵抗値の確認を行った。これ以外に、抵抗素子６を有する回路基材７を形成する際に、有底ブラインドビアホール等により両面の層間導通を確保した状態にしておき、抵抗素子６を形成した反対の面に抵抗値確認用のパッドを配置することも可能であり、この場合はプロービング用孔１１を形成する必要はない。
次に、図１Ｂ(7)に示すように、抵抗素子６を有する回路基材１３に対し、接着剤１４を介して片面銅張積層板１５をプレスあるいはラミネート等の手法で張り合わせる２回目の積層を行う。このときの２回目の積層は、図１Ｂ(5)の工程での１回目の積層温度、圧力を超えない条件で行う。
ここでは、接着剤１４としてTg170℃のエポキシ系の熱硬化性接着剤を用い、170℃/2MPaを5分間保持することで積層した。さらに、ボックス型の熱風オーブンにより160℃、120分のオーブンキュアを行った。ここまでの工程で、積層工程が終了した回路基材１６を得る。
上述したように、２回目の積層温度・圧力は１回目の積層温度・圧力に比べ十分低く、２回目の積層に用いる接着剤のTgも１回目の積層に用いる接着剤のTgよりも十分低い。このため、積層による抵抗素子の抵抗値変動は１回目の積層で実質的に完了し、２回目の積層の履歴は抵抗素子の抵抗値には影響しない。
１回目と２回目の積層温度差は50℃以上あることが望ましく、積層圧力差は１MPa以上あることが望ましい。また、１回目と２回目の積層に用いる各接着剤のTgの差異についても、積層温度と同様に50℃以上あることが望ましい。ただし、耐熱性の観点からは、２回目の積層に用いる接着剤は、低いTgで高い耐熱性が得られるため、熱硬化性樹脂を用いる方が好適である。
この後、ビルドアップ等の積層工程を追加していく場合も、１回目の積層温度より十分低い積層温度、圧力により行い、且つ用いる接着剤のTgも１回目の積層に用いる接着剤のTgよりも十分低い接着剤を用いることで、積層の際の抵抗素子の抵抗変動を防ぐことができる。
次に、図１Ｃ(8)に示すように、回路基材１６に対し、ＮＣドリル等で層間導通用孔を形成し、導電化処理を含むスルーホールめっきを施し、スルーホール１７を形成する。
次いで、図１Ｃ(9)に示すように、スルーホールにめっき処理をした回路基材１８の最外層に対し、フォトファブリケーション手法によるエッチングを行い、外層配線パターン１９を形成する。
この後、必要に応じて基板表面に、半田めっき、ニッケルめっき、金めっき等の表面処理を施し、フォトソルダーレジスト層の形成、外形加工を行うことで、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板２０を得る。
１ ベース絶縁材
２ 銅箔層
２b 抵抗の電極となる配線パターン
３ 銅箔層
３b レーザ等によるトリミング用の開口
３c 抵抗値の確認用のプロービング用孔に対する開口
３d 内層回路
４ 両面銅張積層板
５ 表面処理層
６ 抵抗素子
７ 抵抗素子６を有する回路基材
８ LCPフィルム
９ 銅箔
１０ 片面銅張積層板
１１ プロービング用孔
１２ 抵抗素子に形成された溝
１３ 抵抗値が微調整された抵抗素子を有する回路基材
１４ 接着剤
１５ 片面銅張積層板
１６ 積層工程が終了した回路基材
１７ スルーホール
１８ スルーホールめっきが終了した回路基材
１９ 外層配線パターン
２０ 抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板
１０１ ポリイミド等のベース絶縁材
１０２b 配線パターン
１０３b 内層回路
１０４ 両面銅張積層板
１０５ 無電解銀めっき等の表面処理層
１０６ 抵抗素子
１０７ 抵抗素子に形成された溝
１０８ 両面回路基材
１０９ 接着剤
１１０ 片面銅張積層板
１１１ スルーホール
１１２ 外層配線パターン
１１３ 従来方法による抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板
２ 銅箔層
２b 抵抗の電極となる配線パターン
３ 銅箔層
３b レーザ等によるトリミング用の開口
３c 抵抗値の確認用のプロービング用孔に対する開口
３d 内層回路
４ 両面銅張積層板
５ 表面処理層
６ 抵抗素子
７ 抵抗素子６を有する回路基材
８ LCPフィルム
９ 銅箔
１０ 片面銅張積層板
１１ プロービング用孔
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１３ 抵抗値が微調整された抵抗素子を有する回路基材
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１０１ ポリイミド等のベース絶縁材
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１１１ スルーホール
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１１３ 従来方法による抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板
Claims (1)
- 有機樹脂絶縁層および金属配線層をそれぞれ複数有する多層プリント配線板の、前記金属配線層中の内層となる少なくとも1層に膜状抵抗素子を形成したプリント配線板の製造方法において、
前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面に配される前記金属配線層に、対となる電極を形成し、
前記電極の相互間に膜状抵抗素子を形成し、
前記膜状抵抗素子を形成した金属配線層の側に、第1の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を第1の温度・圧力で接着し、
前記有機樹脂絶縁層の一部を開口して前記膜状抵抗素子に対してトリミングを行い、
前記有機樹脂絶縁層の側に第2の接着剤を介して金属箔または金属張積層板を、前記第1の温度・圧力よりも低い第2の温度・圧力で接着する
ことを特徴とする抵抗素子を内蔵したプリント配線板の製造方法。
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