JP5100429B2

JP5100429B2 - 多層プリント配線板の製造方法

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Publication number: JP5100429B2
Application number: JP2008029799A
Authority: JP
Inventors: 博折戸
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: JP2009188363A

Description

本発明は、電気接続箱等の車両用電子機器、産業用機器、通信機器等の各種電子機器に用いられる多層プリント配線板の製造方法に関し、特に、メタルコアを有し、ＩＶＨ（Interstitial Via Hole）構造の多層プリント配線板の製造方法に関する。

一般に、電気接続箱等の車両用電子機器、産業用機器、通信機器等の各種電子機器等では、大電流化及び高密度化に対応するため、例えば厚いメタルコアを有し、ＩＶＨ構造の多層プリント配線板が用いられることがある（特許文献１参照）。

図５〜図７は従来の多層プリント配線板の製造方法の一例を説明するための側面断面図である。

まず、図５（Ａ）に示す銅板等で作られたメタルコア１を用意し、図５（Ｂ）に示すように、メタルコア１の表面と裏面とを貫通する貫通孔１ａをエッチング、パンチング等により形成し、スミヤ処理を施す。

次いで、メタルコア１の表面にメッキやエッチング等による粗化処理を施す（図５（Ｃ）参照）。この粗化処理を施すことにより、後述する第１の絶縁層２とのアンカー効果を向上させることができる。

次いで、図５（Ｄ）に示すように、メタルコア１の表面と裏面に、第１の絶縁層２及び銅箔等の金属箔からなる内部導体層３を積層し、図５（Ｅ）に示すように、加熱状態でプレス加工を施し、一体化する。

第１の絶縁層２は、繊維が複合された樹脂で構成されており、具体的には、プリプレグを熱硬化させて形成されている。
図５（Ｆ）に示すように、第１の絶縁層２に用いられるプリプレグは、縦編み方向の第１のガラスクロス２ａ（ガラス繊維）及び横編み方向の第２のガラスクロス２ｂ（ガラス繊維）に半硬化状態のエポキシ樹脂等の樹脂２ｃを含浸させて作られている。

図５（Ｅ）に示すプレス加工の工程において、プレス時の熱により粘度の下がった第１の絶縁層２の樹脂２ｃが貫通孔１ａ内に流れ込み、充填される。

次いで、図６（Ａ）に示すように、第１の絶縁層２及び内部導体層３における貫通孔１ａの部分にスルーホール４を形成し、デスミヤ処理（化学処理）を施す。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、スルーホール４内に銅等のメッキ部からなる内層接続部５を形成して両面の内部導体層３同士を接続する。

次いで、図６（Ｃ）に示すように、内部導体層３をエッチングして所定の回路パターン３ａを形成し、図６（Ｄ）に示すように、表面にメッキやエッチング等による粗化処理を施す。

次いで、図７（Ａ）に示すように、第２の絶縁層６及び銅箔等の金属箔からなる外部導体層７を積層し、図７（Ｂ）に示すように、加熱状態でプレス加工を施し、一体化する。

第２の絶縁層６は、繊維が複合された樹脂で構成されており、具体的には、プリプレグを熱硬化させて形成されている。

図７（Ｂ）に示すプレス加工の工程において、プレス時の熱により粘度の下がった第２の絶縁層６を構成する樹脂６ａがスルーホール４内に流れ込み、充填される。

その後、図７（Ｃ）に示すように、外部導体層７をエッチングして所定の回路パターン７ａを形成する。

以上の工程により、多層プリント配線板Ｐ２が完成する。

この多層プリント配線板Ｐ２では、スルーホール４内に形成され、内部導体層３同士を接続する内層接続部５とメタルコア１との間は所定の間隔を隔てており、接続されていない。
特開平８−２９３６５９号公報

従来の多層プリント配線板の製造方法には次のような課題があった。

（１）スルーホール４の内部は充填された樹脂であるのに対し、スルーホール４の外部は樹脂にガラスクロスを含むプリプレグである。

また、スルーホール４内の内層接続部５表面は、外層を積層プレスする前の粗化工程により粗化された面であり、内層接続部５と樹脂との貼り付き強度は強い。それに対し、スルーホール４の外周は、スミヤ処理の樹脂に対する化学処理だけであり、内層接続部５と樹脂との貼り付き強度は弱い。

このように、スルーホール４内外において、材質が異なる事からスルーホール４内外の熱膨張係数も異なり、温度環境変化において不均一な応力が発生しやすい。かつ内層接続部５と樹脂との貼り付き強度も異なるのも不均一な応力を発生させる要因でもある。その結果、内層接続部５が破断する場合があり、製品の信頼性が低下するという課題があった。特に、メタルコア１が厚いほど、樹脂だけの部分の面積が増えるため、製品の信頼性がより低下する。

本発明者の実験によれば、図７（Ｃ）に示すように、樹脂とガラスクロスとの境（Ｓ１）及びスルーホール４の中央付近（Ｓ２）では、バレルクラックが発生し、断線しやすいことがわかった。

また、内部導体層３と内層接続部５との境（Ｓ３）では、内層接続部５が厚い場合にコーナークラックが発生し、断線しやすいことがわかった。

（２）メタルコア１の厚さが厚い場合やスルーホール４の数量が多い場合、スルーホール４内に充填される樹脂の量が不足し、ボイド、デラミネーション（層間剥離）等の異常が発生する可能性がある。そのため、樹脂を含むプリプレグの枚数を増やす必要が生じ、製造コストが増大するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、温度環境変化によるスルーホール内外の不均一な応力の発生を防止し、製品の信頼性の向上を図るとともに、製造コストの低減を図ることができる多層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。

本発明の多層プリント配線板の製造方法は、
メタルコアに貫通孔を形成する工程と、
前記メタルコアに、繊維が複合された樹脂で構成された第１の絶縁層及び内部導体層を積層し、プレスする工程と、
前記第１の絶縁層及び内部導体層の前記貫通孔の部分にスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホール内に前記内部導体層と接続する内層接続部を設ける工程と、
前記スルーホール内に絶縁材を埋め込む工程と、
前記内部導体層に所定の回路パターンを形成する工程と、
前記内部導体層に、繊維が複合された樹脂で構成された第２の絶縁層及び外部導体層を積層し、プレスする工程と、
前記外部導体層に所定の回路パターンを形成する工程と、を有し、
前記スルーホール内に埋め込む絶縁材は、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層を構成する前記樹脂よりも低いヤング率の絶縁材が用いられる、
ことを特徴とするものである。

前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層は、プリプレグを熱硬化させて形成されたものであってもよい。

前記スルーホール内に埋め込まれている前記絶縁材は、ヤング率が４ＧＰａ以下の樹脂であってもよい。
前記メタルコアの厚さは、前記第１の絶縁層の厚さ以上であってもよい。

請求項１に係る発明によれば、スルーホール内に第１の絶縁層及び第２の絶縁層を構成する樹脂よりも低いヤング率の絶縁材が埋め込まれているので、温度環境変化に対する信頼性等の特性の変動率を低く維持でき、温度環境変化に対してスルーホール内外での不均一な応力の発生を防止できる。その結果、内層接続部が破断する等の異常の発生を低減でき、製品の信頼性を向上させることができる。

また、スルーホール内に絶縁材が埋め込まれているので、樹脂をスルーホール内に流し込む必要がなくなる。その結果、メタルコアの厚さが厚い場合やスルーホールの数量が多い場合であっても、樹脂の量を増やす必要がなく、製造コストを低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、スルーホール内に埋め込まれている絶縁材がプリプレグに含浸された樹脂よりも低いヤング率の絶縁材であるので、内層接続部が破断する等の異常の発生を低減でき、製品の信頼性を向上させることができるとともに、メタルコアの厚さが厚い場合やスルーホールの数量が多い場合であっても、プリプレグの枚数を増やす必要がなく、製造コストを低減することができる。

請求項３に係る発明によれば、温度環境変化に対する信頼性等の特性の変動率をより低く維持できる。

請求項４に係る発明によれば、厚いメタルコアであっても好適に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板の構造を示す側面断面図である。なお、従来技術と同一の部材は同一の符号を付して適宜説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１は、貫通孔１ａが形成された銅板等のメタルコア１と、メタルコア１に積層され、プリプレグを熱硬化させて形成された第１の絶縁層２と、第１の絶縁層２に積層され、所定の回路パターン３ａが形成された銅箔等の内部導体層３と、第１の絶縁層２及び内部導体層３の貫通孔１ａの部分に形成されたスルーホール４内に設けられ、内部導体層３と接続された内層接続部５と、内部導体層３に積層され、プリプレグを熱硬化させて形成された第２の絶縁層６と、第２の絶縁層６に積層され、所定の回路パターン７ａが形成された銅箔等の外部導体層７とを有し、スルーホール４内には、プリプレグに含浸された樹脂よりも低いヤング率（弾性率）の絶縁材８が埋め込まれている。

絶縁材８としては、例えば弾性率（ヤング率）が４ＧＰａ以下（−４０℃〜１２０℃）の樹脂が用いられ、具体的には、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＳＡＮ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン等が用いられる。

第１の絶縁層２及び第２の絶縁層６に用いられるプリプレグは、例えばＣＴＥ（熱膨張係数）Ｚ方向（厚さ方向）が４０〜５０ｐｐｍ／℃、ヤング率（弾性率）が２２〜２９ＧＰａの一般的なＦＲ−４材等が用いられる。

メタルコア１の厚さは、第１の絶縁層２及び第２の絶縁層６に用いられるプリプレグ１枚の厚さ（例えば０．２ｍｍ）以上であってもよい。

なお、多層プリント配線板Ｐ１の全体の基板厚は１．３ｍｍであり、内部導体層３及び外部導体層７の厚さは１８μｍ以上であり、メタルコア１の貫通孔１ａの孔径は０．４ｍｍ以上であり、メタルコア１と内層接続部５との間隔（ギャップ）は０．５〜１．５ｍｍである。ただし、上記の数値は例示であり、これに限定されるものではない。

図２（Ａ）〜（Ｄ）及び図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板の製造方法を説明するための側面断面図である。

なお、従来の多層プリント配線板Ｐ２の製造方法における図５（Ａ）〜（Ｅ）及び図６（Ａ）〜（Ｂ）までに示す工程は、本願発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１の製造方法における工程と同一であるため、説明を省略する。

本願発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１の製造方法では、図２（Ａ）に示すように、スルーホール４内にプリプレグに含浸された樹脂よりも低いヤング率の絶縁材８を埋め込む。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、絶縁材８の表面を研磨して平坦化する。

次いで、図２（Ｃ）に示すように、内部導体層３をエッチングして所定の回路パターン３ａを形成し、図２（Ｄ）に示すように、表面にメッキやエッチング等による粗化処理を施す。

次いで、図３（Ａ）に示すように、第２の絶縁層６及び銅箔等の金属箔からなる外部導体層７を積層し、図３（Ｂ）に示すように、加熱状態でプレス加工を施し、一体化する。その際、スルーホール４内に絶縁材８が埋め込まれているので、第２の絶縁層６を構成する樹脂がスルーホール４内に流れ込むことはない。

次いで、図１に示すように、外部導体層７をエッチングして所定の回路パターン７ａを形成する。

以上の工程により、本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１が完成する。

本発明者は、多層プリント配線板の信頼性評価実験として、ヤング率の異なる３種類の樹脂をスルーホール４内に埋め込んで冷熱衝撃試験を行った。
この冷熱衝撃試験では、比較例１としてヤング率が２２〜２９ＧＰａの樹脂（ＦＲ−４）を用い、比較例２としてヤング率が７〜１５ＧＰａの樹脂（充填物を配合させたエポキシ樹脂）を用い、本実施形態例としてヤング率が２〜４ＧＰａの樹脂（プリント基板に使用されるソルダーレジスト）を用いた。

また、第１の絶縁層２及び第２の絶縁層６として厚さ０．２ｍｍのプリプレグを４枚用いた。
また、多層プリント配線板Ｐ１の厚さ、メタルコア１の厚さ、内部導体層３及び外部導体層７の厚さ、メタルコア１とスルーホール４との間の隙間（ギャップ）、貫通孔１ａの径がそれぞれ異なる複数（比較例１、比較例２及び本実施形態例毎に９種類）の多層プリント配線板を用意して試験を行った。
また、温度環境変化として、１２０℃の状態と−４０℃の状態をそれぞれ２５分維持し、5分以内で温度移行を行った。これを１サイクルとして、５０００サイクルまで実施し、３０００サイクルまでに初期抵抗値に対して１０％以上の変動があった場合は不合格（×）、３０００サイクルを超えた場合は合格（○）の合否判定を行った。

表１は、その冷熱衝撃試験の結果を示す。

また、図４は、スルーホール４内に埋め込まれた樹脂のヤング率とサイクル数（寿命）との関係を示すグラフである。

表１及び図４からわかるように、本実施形態例では、温度環境変化に対する変動率が低く、合格の判定であったのに対し、比較例１及び比較例２では、温度環境変化に対する変動率が高く、不合格の判定であった。

この試験結果から、スルーホール４内に４ＧＰａ以下のような低いヤング率の絶縁材８を埋め込むことにより、温度環境変化に対する信頼性等の特性の変動率を低く維持できることがわかる。

本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１によれば、スルーホール４内にプリプレグに含浸された樹脂よりも低いヤング率の絶縁材８が埋め込まれているので、温度環境変化に対する信頼性等の特性の変動率を低く維持でき、温度環境変化に対してスルーホール４内外での不均一な応力の発生を防止できる。その結果、内層接続部５が破断する等の異常の発生を低減でき、製品の信頼性を向上させることができる。

また、スルーホール４内に絶縁材８が埋め込まれているので、樹脂をスルーホール４内に流し込む必要がなくなる。その結果、メタルコア１の厚さが厚い場合やスルーホール４の数量が多い場合であっても、樹脂の量やプリプレグの枚数を増やす必要がなく、製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板Ｐ１の製造方法によれば、上記効果を奏する多層プリント配線板を製造することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。

本発明に係る多層プリント配線板Ｐ１は、例えば、電気接続箱等の車両用電子機器、産業用機器、通信機器等の各種電子機器等に用いられる。

本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板の構造を示す側面断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板の製造方法を説明するための側面断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形態例に係る多層プリント配線板の製造方法を説明するための側面断面図である。本発明者が行った冷熱衝撃試験の結果であり、スルーホール内に埋め込まれた樹脂のヤング率とサイクル数（寿命）との関係を示すグラフである。（Ａ）〜（Ｆ）は従来の多層プリント配線板の製造方法の一例を説明するための側面断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は従来の多層プリント配線板の製造方法の一例を説明するための側面断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は従来の多層プリント配線板の製造方法の一例を説明するための側面断面図である。

符号の説明

Ｐ１：多層プリント配線板
１：メタルコア
１ａ：貫通孔
２：第１の絶縁層
３：内部導体層
３ａ：回路パターン
４：スルーホール
５：内層接続部
６：第２の絶縁層
７：外部導体層
８：絶縁材

Claims

メタルコアに貫通孔を形成する工程と、
前記メタルコアに、繊維が複合された樹脂で構成された第１の絶縁層及び内部導体層を積層し、プレスする工程と、
前記第１の絶縁層及び内部導体層の前記貫通孔の部分にスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホール内に前記内部導体層と接続する内層接続部を設ける工程と、
前記スルーホール内に絶縁材を埋め込む工程と、
前記内部導体層に所定の回路パターンを形成する工程と、
前記内部導体層に、繊維が複合された樹脂で構成された第２の絶縁層及び外部導体層を積層し、プレスする工程と、
前記外部導体層に所定の回路パターンを形成する工程と、を有し、
前記スルーホール内に埋め込む絶縁材は、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層を構成する前記樹脂よりも低いヤング率であり、かつ−４０℃〜１２０℃でヤング率が４ＧＰａ以下の絶縁材が用いられる、
ことを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層は、プリプレグを熱硬化させて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板の製造方法。
前記絶縁材は樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層プリント配線板の製造方法。
前記絶縁材はソルダーレジストに用いられる樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の多層プリント配線板の製造方法。
前記メタルコアの厚さは、前記第１の絶縁層の厚さ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の多層プリント配線板の製造方法。