JP4939329B2 - スルーホール付回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スルーホールを有する回路基板とその製造方法に関する。

図８は、本発明の回路基板が適用可能な例である、電子装置の従来例を示す斜視図である。このような従来例は、下記特許文献に開示されている。
図８で、１は絶縁性の樹脂材料より成る回路基板、２はそれを貫通して設けられたスルーホールで、その内面には導体膜３がメッキなどで設けられている。４は上面電極パターンで、回路基板面に銅箔を貼った後エッチング技術によって形成され、導体膜３とは電気的に接続している。なお回路基板１の下面には、複数のスルーホールの各導体膜３とそれぞれ接続してスルーホールの周囲を囲む部分がランド電極となる下面電極パターンが特許文献１と同様に存在するが、図示は省略されている。
特開平９−１８１３５９号公報 特開平１０−１３５４９２号公報

６は電子素子で、本例においては２個のＬＥＤチップであり、それぞれ上面パターン４の１つにダイボンド実装され、その上面電極は他の上面パターン４とボンディングワイヤ７で接続されている。電子素子６は実装後に透明な封止樹脂９で覆われ、保護される。８はドライフィルムであって封止工程の前に回路基板１の上面に接着され、スルーホール２に硬化前の封止樹脂が流れ込むことを防いでいる。

本電子装置は、大面積の回路基板１（集合回路基板と称することにする）に対して多数組のスルーホール２、上面パターン４、下面パターン、ドライフィルム８を整列した状態で加工形成し、上面に多数組の電子素子６の実装を行なった後、集合回路基板１の上面全部に封止樹脂９を流して硬化させ、硬化後に集合回路基板全体をその記板面に垂直に、縦方向、横方向に薄いカッターを用いて、所定の間隔で切断・分離して形成される。切断によって現れるカット面１０の一部はスルーホール２を横切り、カット面にはスルーホール２の断面が半円筒状に露出する。露出したスルーホール２内面の半円筒状の導体膜３と下面パターンによるランド電極とは、他のマザー基板にＳＭＤ実装する際のハンダ付け面として利用される。

従来例の回路基板１の要部の構造を詳細に説明する。図９は従来例の回路基板の要部を示し、（ａ）は切断された一方側を示す部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。回路基板１は要部としてスルーホール２の周辺のみを示し、周囲は波形の実線である破断線で囲んである。上面パターン４、下面パターン５（斜視図には端面のみ図示されている）、導体膜３はそれぞれ膜厚を誇張して示すと共に、それらは電気的に一体なので、各膜の境界面は示していない。（ｂ）に示す回路基板１をスルーホール２の中心軸をカッターが通るように切断すると（ｃ）、（ｄ）のようになる。切断によって現れる２つのカット面１０の間隔がカッター幅１１となる。

このような電子装置においては、回路基板の上面パターンに電子素子が実装され、下面パターンのランド電極部分はマザー基板との接続に用いられることが多い。電子装置の小型化あるいは多機能化の要請が強まるにつれ、電子素子の種類や形状を増やしたり、実装の種々の形態を混在させたり、実装密度を上げざるを得ないが、一方接続に用いられる下面パターンには比較的余裕があることが多い。
本発明の目的は、電子素子の実装密度を向上させ、電子装置の小型化や多機能化を図るための回路基板のスルーホール部分の改良された構造と、その製造方法を提供することである。

本発明のスルーホール付回路基板は、下記（１）の特徴を有する。
（１）上面電極パターンと、下面電極パターンと、それらを連結する導体膜を内面に備えたスルーホールを有する単層の回路基板において、前記スルーホールは前記回路基板の上面側に開口する小径部と下面側に開口する大径部より成り、前記小径部を前記大径部の内部に複数個有し、前記回路基板がその板面に垂直なカット面で切断されることにより、少なくとも前記大径部または前記大径部と前記小径部の双方の前記導体膜の一部が前記カット面側に凹面として露出していること。

本発明のスルーホール付回路基板の製造方法は、下記（２）の特徴を有する。
（２）上下面に銅箔を貼った単層の回路基板を準備し、該回路基板に下面側から大径の非貫通穴と該非貫通穴と連続し前記回路基板の上面側に開口する小径の穴を２個加工する第１の工程と、前記連続する小径および大径の穴の内面に前記上下面の銅箔と接続する導体層を形成する第２の工程と、前記大径の穴を横断するカット面で前記回路基板を切断するとき、前記２個の小径の穴の相互間の最短距離よりも厚さの大きい切断工具を前記２個の小径の穴の中間に通すことにより、前記２個の小径の穴の内面をそれぞれの分断された基板の切断された側面に形成された凹面として露出させる第３の工程とを含むこと。

本発明のスルーホール付回路基板は、その上面側にスルーホールの径小部を開口させ、下面側に径大部を開口させたので、上面パターンは精細化が可能となり、しかも下面パターンには十分なランドサイズを持たせることができ、適用される電子素子の種類を増やし、実装方法を多様化し、実装の配置や密度を向上させ、電子装置の小型化や多機能化を進めることができる効果がある。
また本発明のスルーホール付回路基板の製造方法は、上記の構造の回路基板を簡単な加工法を用いてコストアップもほとんどなく実現できる効果がある。

以下、最良の形態である各実施例について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例１のスルーホール付回路基板の切断後の要部を示し、（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は切断前の上面図、（ｃ）は切断後の上面図、（ｄ）は切断後の下面図である。
図１における符号は記述の従来例と機能を等しくする部分は共通の符号を用い、改めてそれらの詳しい説明はしないこととする。以下に説明する変形例や本発明の他の実施例を示す図についても同様とする。

実施例１と既述の従来例との大きな差異は、スルーホール２が、回路基板１の上面に開口する径小部２ａと下面に開口する大径部２ｂとを連結させた、段付きの穴の形状となっていることである。段付きのスルーホールの内面、即ち径小部２ａ、径大部２ｂ、中間の段差部には無電解メッキ等の手法により、連続した導電膜３が従来例と同様に形成され、それらは回路基板１の上下面に貼った銅箔から形成された上面パターン４および下面パターン５と電気的に接続している。

径大部２ｂのサイズは従来例におけるスルーホールとほぼ同じ必要サイズを持たせ、穴の周囲のランドサイズを確保するが、上面パターン４は径小部２ａに接続すればよいため、従来例よりは微細化でき、電子素子（図示せず）をより密集させて実装することができる。

段付きのスルーホールは次のようにして加工できる。
上下面に銅箔を貼った単層の回路基板を準備し、該回路基板に下面側から大径の非貫通穴と該非貫通穴と連続し前記回路基板の上面側に開口する小径の穴を１個または複数個加工する第１の工程と、前記連続する小径および大径の穴の内面に前記上下面の銅箔と接続する導体層を形成する第２の工程と、少なくとも前記大径の穴を横断するカット面で前記回路基板を切断し前記導体層を前記回路基板の側面に形成された凹面に露出させる第３の工程とを含むこと。

上記小径の穴は小径のドリルによる上面からの切削、異形穴の場合はパンチによる打ち抜き、あるいはエンドミルによる彫り込み切削等で形成する。小径の穴を先に加工する場合は加工深さは回路基板厚さの中程まででよい。大径の非貫通穴は大径のドリルやエンドミルによる基板厚さの中程までの下面からの切削等で形成するとよい。上記第１の工程において、何れの穴加工を先にしてもよいが、小径部を後にした方が楽に貫通できると考えられる。また大径部の加工を先に行う場合、小径部の加工は下面側から行うのもよい。小径部と大径部との中間部は特に平面である必要はない。例えば、大径ドリルの先端の切り込み部分が作る円錐面であってもよい。

実施例１では、同軸に形成されたスルーホールの大径部２ｂと小径部２ａの軸を通るように、従来例よりも薄いカッターを用いて回路基板を切断する。分離された両方の回路基板の切断面１０には、図１（ａ）のように導体膜３が現れる。導体膜３はスルーホールの大径部２ｂ、小径部２ａやそれらをつなぐ段差部の内面に銅メッキ等の手段で形成され、回路基板１の上下面に貼った銅箔である、上面電極パターン４および下面電極パターン５と電気的に接続するが、その接続部の境界線は図示されていない。他の図示例についても同様である。導体膜３の材質は銅に限定されない。なお図１（ｃ）における１１はカッター幅を示す。

図２（ａ）〜（ｄ）は実施例１の変形例１である。これは、図示しない電子素子を実装後に樹脂封止を行うが、未硬化で流動性のある封止樹脂９（従来例の図８にのみ図示）を切断前の回路基板１の上面に流した際、樹脂をスルーホール内に侵入させないための構造である。８はレジスト膜（ドライフィルムでもよい）を、実施例１のスルーホールの小径部の上面に、回路基板１の切断前に貼って未硬化封止樹脂のバリヤーとしたものである。レジスト膜８は回路基板１、硬化処理後の封止樹脂と共に切断される。

図３（ａ）〜（ｄ）は実施例１の変形例２である。本例においては、封止樹脂のバリヤーとして、封止樹脂（図示せず）のモールド枠１２を用いた。モールド枠１２は多数の枡形の穴を有する格子状の部材で、スルーホールの小径部２ａの開口部を塞ぐように回路基板１の上面に形成または接着される。回路基板１の切断時には、モールド枠１２も硬化後の封止樹脂と共に切削・切断される。

図４（ａ）〜（ｄ）は実施例１の変形例３である。本例においては、封止樹脂のバリヤーとして、上面電極パターン４自体を用いた。上面電極パターン４をバリヤーとするためには、回路基板１の上面に銅箔を貼る前に少なくとも小径部を加工し、その後回路基板１の上面全面に銅箔を貼り、不要部分をエッチングで除去し、上面電極パターン４を形成すればよい。回路基板１の切断時には、上面電極パターン４も、その上に塗布された硬化後の封止樹脂と共に切断される。

図５は本発明のスルーホール付回路基板の実施例２の切断後の要部を示し、（ａ）は切断後の部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。

本例と既述の実施例１との差異は、実施例１における小径部が１個の丸穴であったが、本例では大径部２ｂの内部にはあるが、大径部２ｂの軸心に対して互いに反対方向に偏心した２個の小径部２ａを有することである。導電パターン３は２個の小径部２ａの内面に共に形成される。回路基板１の切断を行う際、幅広のカッターの厚さの中心が大径部２ｂの軸心を通るようにすると、２個の小径部２ａの中間部分が切削除去され、カッターの両側の切断面１０には、ほぼ半円形の小径部２ａとやや浅い大径部２ｂの内面が露出する。

実施例２の長所は、切断するカッターの幅を広くしてカッターの耐久性を向上できること、また小径部２ａの上面の縁に導体膜３と上面導電パターンとの接続を確実にするのに十分な弧長を与えることができることである。また実施例１の各変形例で述べたように、未硬化の封止樹脂の侵入を防ぐ各種のバリヤー（その形状寸法は小径部２ａの形状により異なる）を設けることができる。

図６は本発明のスルーホール付回路基板の実施例３の切断後の要部を示し、（ａ）は切断後の部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。

実施例３においては、実施例２の２個の小径部の代わりに、１個の長穴より成る小径部２ａを設け、その長穴の中心を通るカッターで切断面１０を形成したことである。本例では実施例２と同様、カッター幅１１や小径部２ａの縁長さに余裕を持たせる効果を与えることができる。封止樹脂バリヤーも、既述のように、各種のものが用いられる。

実施例４を参考例１として示す。（以下、実施例４は参考例１である。）
図７は本発明のスルーホール付回路基板の実施例４の要部を示し、（ａ）は切断分離された後の基板の一方の部分斜視図、（ｂ）は他方の基板の部分斜視図、（ｃ）は切断前の部分上面図、（ｄ）は切断前の部分断面図、（ｅ）は切断後の部分上面図、（ｆ）は切断後の部分断面図である。

実施例４においては、切断された回路基板１の要部の構造が非対称となる。それは、大径部２ｂ内において小径部２ａが偏心した位置に設けられ、かつカッターが必ずしも小径部２ａを横切らない位置を通過することによる（もちろん本実施例の変形例として、カッターが小径部を横切ってもかまわない）。その結果、図７（ａ）、（ｂ）に見るように、両切断面には大径部２ｂの断面のみが現れる。しかし切断面１０の少し奥の位置では、一方（ａ）では小径部２ａが回路基板１の上面に開口しているが、他方（ｂ）ではそれがなく、大径部２ｂの導体膜３は下面電極パターン５を経由して、離れた位置にあるスルーホール２の内面の導電膜を経由して上面電極パターン４と接続している。

本例において回路基板１の厚さの下半側にのみ現れた大径部２ｂの内面の導体膜３は、マザーボードへのＳＭＤ実装の際のハンダ接続パターンとして、他の実施例と同様に用いることができる。このような非対称構造は、回路基板１の上面での複数の電子素子の大きさや配置や実装形態によっては、好ましい構成となることがあり得る。封止樹脂のバリヤーについても適宜適用が可能である。

以上本発明の各実施例について説明したが、本発明の適用範囲はそれだけに止まることはない。例えばスルーホールの大径部と連結する小径部の個数をさらに増すこと、大径部と小径部の大きさの比率を大幅に変えること、大径部もまた非円形とすること、これらの特徴や各実施例の特徴を組み合わせること、上下面パターンの自由な形状変更等が考えられる。

本発明は電子装置の小型化や複雑化に対応できる回路基板やその製造方法を提供するものであるから、産業上の利用可能性は大きい。

本発明の実施例１の要部を示し、（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は切断前の上面図、（ｃ）は切断後の上面図、（ｄ）は切断後の下面図である。 本発明の実施例１の変形例１を示し、（ａ）は切断前の部分上面図、（ｂ）は切断前の部分断面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分断面図である。 本発明の実施例１の変形例２を示し、（ａ）は切断前の部分上面図、（ｂ）は切断前の部分断面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分断面図である。 本発明の実施例１の変形例３を示し、（ａ）は切断前の部分上面図、（ｂ）は切断前の部分断面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分断面図である。 本発明の実施例２の要部を示し、（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。 本発明の実施例３の要部を示し、（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。 本発明の実施例４の要部を示し、（ａ）は切断分離された基板の一方の部分斜視図、（ｂ）は他方の部分斜視図、（ｃ）は切断前の部分上面図、（ｄ）は切断前の部分断面図、（ｅ）は切断後の部分上面図、（ｆ）は切断後の部分断面図である。 従来例の電子装置を示す斜視図である。 従来例の要部を示し、（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は切断前の部分上面図、（ｃ）は切断後の部分上面図、（ｄ）は切断後の部分下面図である。

符号の説明

１ 回路基板
２ スルーホール
２ａ 小径部
２ｂ 大径部
３ 導体膜
４ 上面電極パターン
５ 下面電極パターン
６ 電子素子
７ ボンディングワイヤ
８ レジスト膜又はドライフィルム
９ 封止樹脂
１０ カット面
１１ カッター通過幅
１２ モールド枠

Claims (2)

1. 上面電極パターンと、下面電極パターンと、それらを連結する導体膜を内面に備えたスルーホールを有する単層の回路基板において、前記スルーホールは前記回路基板の上面側に開口する小径部と下面側に開口する大径部より成り、前記小径部を前記大径部の内部に複数個有し、前記回路基板がその板面に垂直なカット面で切断されることにより、少なくとも前記大径部または前記大径部と前記小径部の双方の前記導体膜の一部が前記カット面側に凹面として露出していることを特徴とするスルーホール付回路基板。
2. 上下面に銅箔を貼った単層の回路基板を準備し、該回路基板に下面側から大径の非貫通穴と該非貫通穴と連続し前記回路基板の上面側に開口する小径の穴を２個加工する第１の工程と、前記連続する小径および大径の穴の内面に前記上下面の銅箔と接続する導体層を形成する第２の工程と、前記大径の穴を横断するカット面で前記回路基板を切断するとき、前記２個の小径の穴の相互間の最短距離よりも厚さの大きい切断工具を前記２個の小径の穴の中間に通すことにより、前記２個の小径の穴の内面をそれぞれの分断された基板の切断された側面に形成された凹面として露出させる第３の工程とを含むことを特徴とするスルーホール付回路基板の製造方法。
   

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