JP5066145B2

JP5066145B2 - 回路基板

Info

Publication number: JP5066145B2
Application number: JP2009175853A
Authority: JP
Inventors: 大三馬場; 博光高下
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: JP2011029517A

Description

本発明は、各種電子機器の製造に用いられる回路基板に関するものである。

従来、電子機器の製造に用いられる回路基板は、サブトラクティブ法等を使用し、銅張積層板等の金属張積層板に回路（導体パターン）を形成すると共に、個別部品や集積回路部品等の部品を実装することによって製造されている。近年、このような回路基板に対しては、高密度化の要請がますます強くなっているが、従来の製造方法では、回路の幅や間隔を細くしてファインパターン化を図ろうとすると、回路のピール強度が低下してしまうという問題がある。

そこで、回路のファインパターン化とピール強度の向上を両立させるため、転写法が広く検討されている（例えば、特許文献１−３参照）。具体的にはこの転写法によれば、まずステンレス板等の転写用基材に電解銅めっき等の電解めっきで回路を形成し、次にこの回路形成面にプリプレグ等の接着シートを１枚又は複数枚重ね、これを加熱加圧して積層成形した後、硬化した接着シートから転写用基材を剥離することによって、回路基板が製造されている。そして、この回路基板はフラッシュプリント配線板とも呼ばれるものであり、硬化した接着シートに回路が埋設されているので、回路のピール強度を向上させることができ、回路のファインパターン化を図ることができるものである。

しかし、このような従来の転写法では、平板状の回路基板を製造することはできるが、単に転写用基材と接着シートを積層するだけであるため、非平板状の回路基板、つまり立体回路基板を製造するのが困難であるという問題がある。そして、回路基板が平板状であると、このような回路基板を収納するために別途筐体等が必要となり、電子機器製造のための部品点数が増加するだけでなく、電子機器の小型化や薄型化の要請にも十分に応えられなくなる。

特開２００４−２２８５５１号公報特開２００４−２１４６３３号公報特開平８−３３５７６５号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回路のピール強度を向上させることができ、回路のファインパターン化を図ることができると共に、筐体状など任意の形状に形成することができる回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明に係る回路基板は、モールド成形して凹部９を有する非平板状に形成された硬化樹脂１に回路２が埋設され、前記回路２と電気的に接続された部品３が前記硬化樹脂１に内蔵されていると共に、前記回路２の露出面が前記硬化樹脂１の表面と面一となっていることを特徴とするものである。

前記回路基板において、前記凹部に部品が実装又は電池が収納されていることが好ましい。

本発明によれば、硬化樹脂に回路が埋設されていることによって、回路のピール強度を向上させることができ、回路のファインパターン化を図ることができると共に、モールド成形によって硬化樹脂を筐体状など任意の形状に形成することができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｅ）は断面図である。本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る回路基板の製造方法の一例を示すものであり、回路基板を製造するにあたっては、まず図１（ａ）に示すように転写用基材４の表面に回路２（導体パターン）を形成する。ここで、転写用基材４としては、例えば、ステンレス箔等の金属箔を用いることができる。そしてステンレス箔としては、例えば、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等を用いることができる。また転写用基材４の厚みは、硬化樹脂１から剥離しやすくするため、２００μｍ以下（下限は２０μｍ）であることが好ましい。転写用基材４の厚みが２００μｍを超えると、平板状の回路基板の製造に使用することはできても、非平板状の複雑な形状の立体回路基板の製造には使用できないおそれがある。そして回路２は、転写用基材４の表面に銅粒子等の金属粒子を析出させた後、めっきを行わない部分をめっきレジストで被覆し、上記金属粒子をめっき核として電解銅めっき等の電解めっきを行うことによって形成することができる。このときの金属粒子の析出は、転写用基材４として金属箔を用いる場合には、この金属箔を構成する金属よりイオン化傾向の小さい金属のイオンを含有するエッチング液を用いて金属箔の表面をエッチングして粗化しながら、置換反応により、金属箔を構成する金属をエッチング液中の金属に置き換えてこの金属粒子と金属箔との間に金属結合を形成することによって行われるものであり、このように電解めっきを行う前に転写用基材４に金属粒子を析出させておくことによって、転写前に回路２が転写用基材４から剥離しない程度のピール強度を得ることができるものである。例えば、金属粒子の析出は、転写用基材４としてステンレス箔を用いる場合には、銅イオンを含有する塩化第二鉄エッチング液等を用いて転写用基材４の表面をエッチングすることによって行うことができる。このエッチング後の転写用基材４のＪＩＳＢ０６０１に基づく表面粗度Ｒａ（カットオフ値λ_ｃ＝０．８０ｍｍ、評価長さＬ＝λ_ｃ×５＝４．０ｍｍ）は１．０μｍ以下（下限は０．３μｍ）であることが好ましい。この表面粗度Ｒａが１．０μｍを超えると、回路２のファインパターン化が困難となるおそれがある。また金属粒子の析出量は０．０５〜５ｍｇ／ｍ^２であることが好ましい。金属粒子の析出量が０．０５ｍｇ／ｍ^２未満であると、回路２の転写用基材４に対するピール強度が弱すぎて、転写前に回路２が転写用基材４から剥離してしまうおそれがあり、逆に金属粒子の析出量が５ｍｇ／ｍ^２を超えると、回路２の転写用基材４に対するピール強度が強すぎて、転写時に回路２が転写用基材４から剥離しないおそれがある。また回路２は、単一の金属皮膜で形成されたものでもよいが、複数の電解めっきを続けて行うことによって複数の金属皮膜を積層して形成されたものでもよい。また図１に示す回路２の断面形状は矩形状であるが、転写後の回路２の硬化樹脂１に対するピール強度をより強く得るため、サイドエッチ等を利用して、回路２の側面を凸曲面若しくは凹曲面にしたり、又は回路２の断面形状が転写用基材４に向かって先細り状となるように回路２の側面を傾斜させたりするのが好ましい。

次に、図１（ａ）に示すように転写用基材４に形成した回路２に部品３を実装することによって、回路２と部品３とを電気的に接続する。ここで、部品３としては、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の個別部品（ディスクリート部品）や、ハイブリッドＩＣ、モノリシックＩＣ等の集積回路部品等を用いることができる。そして、このような部品３の実装は、リフローはんだ付けやワイヤボンディング等により行うことができる。リフローはんだ付けを行う場合には、回路２の表面にはんだめっきを行っておくのが好ましい。またワイヤボンディングを行う場合には、回路２の表面に金めっきを行っておくのが好ましく、さらに金めっきの耐熱安定化を図るため、あらかじめパラジウムめっきを行った後に金めっきを行うのがより好ましい。なお、図１（ａ）に示すものではリフローはんだ付けにより回路２に部品３を実装するようにしているが、製造する回路基板によっては必ずしも部品３の実装自体は行わなくてもよい。

次に、図１（ｂ）に示すようにキャビティ６を設けて形成された第１金型７ａのキャビティ６の内面に転写用基材４を配置する。ここで、キャビティ６は、その内面に凹凸を設けることによって非平板状に形成されている。特に図１（ｂ）に示すキャビティ６の内面には平面によって凹凸が設けられているが、曲面によって凹凸が設けられていてもよく、凹凸の入隅や出隅にアールが付けられていてもよい。そしてキャビティ６は、非平板状に形成されたものに限定されるものではなく、平板状に形成されたものでもよい。このように、キャビティ６は任意の形状に形成することができる。そして転写用基材４は、その回路形成面と反対側の面をキャビティ６の内面に接触させながら、キャビティ６の内面の凹凸形状に沿うようにして折り曲げたり湾曲させたりして配置し固定される。特に図１（ｂ）に示すものではキャビティ６の内面に１枚の転写用基材４を配置するようにしているが、この１枚の転写用基材４を複数の分割片に分割し、これらの分割片を配置するようにしてもよい。

次に、第２金型７ｂの表面に離型剤８を塗布するなどして離型処理を施し、この面で図１（ｂ）に示すように第１金型７ａの開口部を閉塞することによって型締めを行った後、キャビティ６内を減圧又は真空状態とする。

次に、金型７に設けられたゲート（図示省略）から溶融した樹脂５をキャビティ６へ注入することによって、図１（ｃ）に示すように転写用基材４の回路形成面に樹脂５を供給してモールド成形する。キャビティ６内はあらかじめ減圧又は真空状態となっているので、樹脂５は容易にキャビティ６へ注入されて充填される。ここで、成形法としては、モールド成形であれば特に限定されるものではないが、例えば、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形等を使用することができる。また樹脂５としては、例えば、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いることができるが、これらのものに限定されるものではなく、製造する回路基板や使用する成形法に応じて最適なものを適宜選択して用いればよい。

次に、キャビティ６内の樹脂５を硬化させた後、型開きを行い、硬化樹脂１を取り出す。そして、この硬化樹脂１から転写用基材４をめくりあげて撓ませながら剥離すると、図１（ｄ）に示すような回路基板を得ることができる。このようにして得られた回路基板にあっては、モールド成形して形成された硬化樹脂１に回路２が転写されて埋設されている。さらにこの回路２の露出面は硬化樹脂１の表面と面一となっている。このように、転写法を使用して硬化樹脂１に回路２を埋設することによって、回路基板の表面平滑化が図られると共に、アンカー効果が得られ、回路２のピール強度を向上させることができ、回路２のファインパターン化を図ることができるものである。しかも、従来は積層成形により回路基板を製造していたので、回路２は平坦な一面にしか形成することができなかったが、本発明ではモールド成形により回路基板を製造するので、回路２は平坦な面のみならず曲面にも形成することができると共に、一面のみならず複数の面にも形成することができるものである。またキャビティ６は任意の形状に形成することができるので、モールド成形によって、平板状・非平板状を問わず、硬化樹脂１を筐体状など任意の形状に形成することができるものである。なお、回路基板の表面において露出している回路２の一部をパッド（電極）として利用し、このパッドに部品３を実装するようにしてもよい。この場合、パッドの表面にははんだめっきや金めっきが行われているのが好ましい。

また図１（ｄ）に示す回路基板は、転写用基材４として、図１（ａ）に示すように回路２が形成され、かつこの回路２に部品３が電気的に接続されたものを用いて製造されたものである。そのため部品３は回路２と共に転写されて硬化樹脂１の内部に内蔵されることになる。このように、転写法を使用して部品３を硬化樹脂１に内蔵させることによって、高密度化を図ることができるものである。また硬化樹脂１で部品３を保護することができ、部品３が結露するのを硬化樹脂１で防止することによって、耐湿信頼性を向上させることができるものである。

また図１（ｄ）に示す回路基板は、非平板状のキャビティ６を設けて形成された金型７を用いて製造されているので、溶融した樹脂５は非平板状にモールド成形されることによって、硬化樹脂１は非平板状に形成されることになる。特に図１（ｄ）に示す回路基板には凹部９が形成されているので、図１（ｅ）に示すようにこの凹部９に部品３を実装したり、電池１０を収納したりすることができる。平板状の回路基板では外部に部品３を実装したり、電池１０を設置したりすると、デッドスペースが形成されるおそれがあるが、上記のように凹部９が形成された非平板状の回路基板ではこの凹部９を部品実装用や電池収納用に利用することによってコンパクト化を図ることができるものである。さらに、後述の図２〜図４に示すように、例えば、筐体状のキャビティ６を設けて形成された金型７を用いて硬化樹脂１を筐体状に形成すれば、回路基板自体が筐体となるため、回路基板以外に別途筐体を形成する必要がなくなると共に、電子機器の小型化や薄型化を図ることができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
まず転写用基材４の表面に回路２を形成した。ここで、転写用基材４としては、ステンレス箔（ＳＵＳ３０１（７６％Ｆｅ、１７％Ｃｒ、７％Ｎｉ）、調質３／４Ｈ、厚み１００μｍ）を用いた。そして回路２は、転写用基材４の表面に銅粒子を析出させた後、めっきを行わない部分をめっきレジストで被覆し、上記銅粒子をめっき核として電解銅めっきを行うことによって、幅が２００μｍとなるように形成した。このとき銅粒子の析出は、銅イオンを１０．０質量％含有する塩化第二鉄エッチング液（酸化還元電位５００ｍＶ、比重１．４６）を用いて転写用基材４の表面を６０秒間エッチングすることによって行った。このエッチング後の転写用基材４の表面粗度Ｒａは０．７μｍであった。

次に、転写用基材４に形成した回路２に部品３を実装することによって、回路２と部品３とを電気的に接続した。ここで、部品３としては、チップ抵抗を用いた。そして、この部品３の実装は、リフローはんだ付けにより行った。

次に、図２（ａ）に示すようにキャビティ６を設けて形成された第１金型７ａ（雌型）のキャビティ６の平坦な底面に転写用基材４を配置した。この転写用基材４は、その回路形成面と反対側の面がキャビティ６の平坦な底面に接触するように配置し固定した。

次に、図２（ａ）に示すように、第２金型７ｂ（雄型）の離型処理が施された面で第１金型７ａの開口部を閉塞することによって型締めを行った後、キャビティ６内を真空状態とした。ここで、第２金型７ｂの表面には凸部１１が形成されており、型締めによりキャビティ６は筐体状に形成される。

次に、金型７に設けられたゲート１２から溶融した樹脂５をキャビティ６へ注入することによって、図２（ｂ）に示すように転写用基材４の回路形成面に樹脂５を供給してモールド成形した。ここで、樹脂５としては、フェノール樹脂成形材料であるパナソニック電工（株）製「ＣＹ６７８６」を用いた。

次に、キャビティ６内の樹脂５を硬化させた後、型開きを行い、硬化樹脂１を取り出した。そして、この硬化樹脂１から転写用基材４をめくりあげて撓ませながら剥離すると、図２（ｃ）に示すような回路基板を得ることができた。このようにして得られた回路基板にあっては、モールド成形して形成された硬化樹脂１に回路２が転写されて埋設されている。さらにこの回路２の露出面は硬化樹脂１の表面と面一となっている。このように、転写法を使用して硬化樹脂１に回路２を埋設することによって、アンカー効果が得られ、回路２のピール強度を向上させることができ、回路２のファインパターン化を図ることができた。また部品３も回路２と共に転写されて硬化樹脂１の内部に内蔵されているので、高密度化を図ることができた。さらにキャビティ６は筐体状に形成されているので、モールド成形によって硬化樹脂１を筐体状に形成することができた。

（実施例２）
まず転写用基材４の表面に回路２を形成した。ここで、転写用基材４としては、実施例１と同様のステンレス箔を用いた。そして回路２も実施例１と同様に形成した。

次に、転写用基材４に形成した回路２に実施例１と同様に部品３を実装することによって、回路２と部品３とを電気的に接続した。

次に、図３（ａ）に示すようにキャビティ６を設けて形成された第１金型７ａ（雌型）のキャビティ６の内面に転写用基材４を配置した。具体的にはこの転写用基材４は、その回路形成面と反対側の面をキャビティ６の内面に接触させながら、キャビティ６の平坦な底面及び内側面に沿うようにして折り曲げて配置し固定した。このとき一部の回路２も、転写用基材４と同様にキャビティ６の入隅において折り曲げた。

次に、図３（ａ）に示すように、第２金型７ｂ（雄型）の離型処理が施された面で第１金型７ａの開口部を閉塞することによって型締めを行った後、キャビティ６内を真空状態とした。ここで、第２金型７ｂの表面には凸部１１が形成されており、型締めによりキャビティ６は筐体状に形成される。

次に、金型７に設けられたゲート１２から溶融した樹脂５をキャビティ６へ注入することによって、図３（ｂ）に示すように転写用基材４の回路形成面に樹脂５を供給してモールド成形した。ここで、樹脂５としては、実施例１と同様のものを用いた。

次に、キャビティ６内の樹脂５を硬化させた後、型開きを行い、硬化樹脂１を取り出した。そして、この硬化樹脂１から転写用基材４をめくりあげて撓ませながら剥離すると、図３（ｃ）に示すような回路基板を得ることができた。このようにして得られた回路基板にあっては、モールド成形して形成された硬化樹脂１に回路２が転写されて埋設されている。さらにこの回路２の露出面は硬化樹脂１の表面と面一となっている。このように、転写法を使用して硬化樹脂１に回路２を埋設することによって、アンカー効果が得られ、回路２のピール強度を向上させることができ、回路２のファインパターン化を図ることができた。また部品３も回路２と共に転写されて硬化樹脂１の内部に内蔵されているので、高密度化を図ることができた。さらにキャビティ６は筐体状に形成されているので、モールド成形によって硬化樹脂１を筐体状に形成することができた。

（実施例３）
まず転写用基材４の表面に回路２を形成した。ここで、転写用基材４としては、実施例１と同様のステンレス箔を用いた。そして回路２も実施例１と同様に形成した。

次に、図４（ａ）に示すようにキャビティ６を設けて形成された第１金型７ａ（雌型）のキャビティ６の内面に転写用基材４を配置した。具体的には、キャビティ６の底面には凸部１３が設けられているので、上記転写用基材４は、その回路形成面と反対側の面をキャビティ６の内面に接触させながら、キャビティ６の内面の凹凸形状に沿うようにして折り曲げて配置し固定した。

次に、図４（ａ）に示すように、第２金型７ｂ（雄型）の離型処理が施された面で第１金型７ａの開口部を閉塞することによって型締めを行った後、キャビティ６内を真空状態とした。ここで、第２金型７ｂの表面には凸部１１が形成されており、型締めによりキャビティ６は筐体状に形成される。

次に、金型７に設けられたゲート１２から溶融した樹脂５をキャビティ６へ注入することによって、図４（ｂ）に示すように転写用基材４の回路形成面に樹脂５を供給してモールド成形した。ここで、樹脂５としては、実施例１と同様のものを用いた。

次に、キャビティ６内の樹脂５を硬化させた後、型開きを行い、硬化樹脂１を取り出した。そして、この硬化樹脂１から転写用基材４をめくりあげて撓ませながら剥離すると、図４（ｃ）に示すような回路基板を得ることができた。このようにして得られた回路基板にあっては、モールド成形して形成された硬化樹脂１に回路２が転写されて埋設されている。さらにこの回路２の露出面は硬化樹脂１の表面と面一となっている。特に、第１金型７ａのキャビティ６の底面に設けられた凸部１３により、図４（ｃ）に示す回路基板には凹部９が形成され、一部の回路２の露出面はこの凹部９の内面（底面）と面一となっていると共に、残部の回路２の露出面は上記凹部９以外の表面と面一となっている。このように、転写法を使用して硬化樹脂１に回路２を埋設することによって、アンカー効果が得られ、回路２のピール強度を向上させることができ、回路２のファインパターン化を図ることができた。また部品３も回路２と共に転写されて硬化樹脂１の内部に内蔵されているので、高密度化を図ることができた。

次に、図４（ｃ）に示す回路基板の凹部９を充填するため、図４（ｄ）に示すようにこの凹部９に二色成形により硬化樹脂１４を形成した。この硬化樹脂１４を形成するための樹脂としては、フェノール樹脂成形材料であるパナソニック電工（株）製「ＣＹ６７８６」を用いた。このように、硬化樹脂１４で凹部９を充填することによって、凹部９に形成されていた一部の回路２は外部に露出しないようにすることができる。また、凹部９以外の部分に形成されていた残部の回路２は外部に露出したままにすることができるので、例えば、この残部の回路２をパッド（電極）として利用することができる。さらにキャビティ６は筐体状に形成されているので、モールド成形によって硬化樹脂１を筐体状に形成することができた。

１硬化樹脂
２回路
３部品
４転写用基材
５樹脂

Claims

モールド成形して凹部を有する非平板状に形成された硬化樹脂に回路が埋設され、前記回路と電気的に接続された部品が前記硬化樹脂に内蔵されていると共に、前記回路の露出面が前記硬化樹脂の表面と面一となっていることを特徴とする回路基板。
前記凹部に部品が実装又は電池が収納されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。