JP5353027B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱プレス装置を用いて製造する回路基板の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても多層基板が強く要望されるようになってきた。

特に多層基板の高密度化は回路パターンの微細化が進み、より複数層の回路パターンとともに基板の薄板化が望まれている。

このような回路基板では、複数層の回路パターンの間をインナービアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによりインナービアホール接続した新規な構成の高密度の回路基板製造法が提案されている。

以下、従来の熱プレス装置を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図５、図６は従来の回路基板の製造方法を示す断面図であり、図５は積層構成物の形成工程、図６は熱プレス工程を示している。

図５、図６において、２１ａおよび２１ｂは、不織布の熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔に導電性ペースト２２が充填されている。

３０は２層のコア用基板であり、表裏には回路パターン２４ａ，２４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン２４ａ，２４ｂは任意の部位で貫通孔の導電性ペースト２２によって電気的に接続されている。２３ａ，２３ｂは銅などの金属はくである。

コア用基板３０の両面にプリプレグシート２１ａ，２１ｂ、金属はく２３ａ，２３ｂが積層された製品としての構成を示している。

２５ａ，２５ｂは熱プレス時に製品群を挟持するための厚さ約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板であり、２６ａ，２６ｂはステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板であり、２７ａ，２７ｂは厚さ約２ｍｍのクッション材である。

また、複数の前記製品が第１の金属板２５ｂ上で位置決めされて製品部分を構成し、第１の金属板２５ａ，２５ｂで挟持されている。

また、第２の金属板２６ａ，２６ｂは、クッション材２７ａ，２７ｂと第１の金属板２５ａ，２５ｂとの間に使用するものであり、第１の金属板２５ａ，２５ｂおよび第２の金属板２６ａ，２６ｂはクッション材２７ａ，２７ｂと同等サイズであり、前記製品部分が占める面積より大きいサイズのものが使用されている。

まず、図５の積層構成物の形成工程について説明する。

積層構成物を形成する工程は、キャリアプレート２８の上に、クッション材２７ｂ、第２の金属板２６ｂの順に配置する。

その上に、製品部分を挟持した状態の第１の金属板２５ａ，２５ｂを複数段に積層し、さらに、最上下段の第１の金属板２５ａの外側に第２の金属板２６ａを介してクッション材２７ａで挟持されるように積層して一つの積層構成物を構成する。

次に、前記積層構成物を複数準備し、それを図６に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図６の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物がキャリアプレート２８毎複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板３１ａと上下可動な下部熱板３１ｂの間に挿入、設置される。

その後、下部熱板３１ｂを上昇させて積層構成物を加圧加熱する。これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート２１ａ，２１ｂは溶融硬化することによりコア用基板３０と銅はく２３ａ，２３ｂと接着されるとともにプリプレグシート２１ａ，２１ｂの所定位置に形成されたビア内の導電性ペースト２２が圧縮されコア用基板３０の回路パターン２４ａ，２４ｂと金属はく２３ａ，２３ｂが電気的に接続される。

その後、両面の金属はく２３ａ，２３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

ここで上述した熱プレス工程に用いられる一般的な熱プレス装置の動作について説明する。

熱プレス時の成型時条件は、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を加圧しながら、加熱する温度をプリプレグシート２１ａ，２１ｂの樹脂成分の硬化温度である１８０〜２００度程度まで昇温し、一定時間保持した後、室温まで冷却するのが一般的である。

また、上述したクッション材２７ａ，２７ｂの役割は、回路基板の成型時に上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂの間に挟んだ積層構成物中の製品部分への圧力が均一に加わるように、積層構成物の厚みムラや第１、第２の金属板やキャリアプレートの面内ばらつきを吸収し、圧力を均一にするものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−１８８４９３号公報

本願発明者は、上記の従来の回路基板の製造方法における以下の課題を見出した。

すなわち、上部熱板３１ａおよび下部熱板３１ｂで積層構成物を高温で加圧する際に、図７に示すようにクッション材２７ａ，２７ｂのそれぞれの近傍に配置している第１の金属板２５ａ，２５ｂおよび第２の金属板２６ａ，２６ｂを介してクッション材２７が変形することが判明した。

変形の形態は、製品端部（外周）が支点となりクッション材２７ａ，２７ｂの変形が大きい部分と小さい部分とを備えたものである。これにより、製品に加わる圧力は不安定となる。

また、熱プレス装置の生産性を向上させることを目的として、図５の事例のように第１の金属板２５ｂの面内に複数枚の製品を配置する場合は、製品が配置された部分に相当するクッション材には凹部の形状変化が生じ、隣接する製品間すなわち製品が配置されていない部分に相当するクッション材には凸状の変形が発生する。

製品サイズや配置する製品数あるいは製品の配置が異なる場合等において、前記変形を有するクッション材を用いて熱プレス工程を行うと、前記凸状の変形部分で圧力が吸収され第１および第２の金属板の面内の圧力が不均一となる。

本願発明者は、上記の場合、金属板の変形に伴い圧力分散が大きい（圧力不足）製品周辺近傍に厚みムラが発生したり、導電性ペーストを用いて圧接によって層間接続を得る場合に圧接力が不足して接続抵抗値が不安定になる場合があるという問題を把握した。

上記の課題を解決するために、本発明の回路基板の製造方法は、クッション材の上面もしくは下面に製品サイズより小さい圧力安定板を配置することで熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収するとともにクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

すなわち本発明は、少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持した積層物を準備する工程と、前記上下の第１の金属板の外側に第２の金属板とクッション材を配置し前記クッション材の外側に圧力安定板を配置して積層構成物を準備する工程と、それを加熱加圧する工程とを備えることを特徴とする回路基板の製造方法というものであり、圧力安定板と接するクッション材は製品が存在する位置に相当する部分が安定して均一に変形するため、クッション材の凹凸による圧力の影響がなくなるとともにクッション材近傍の金属板の変形がなくなり製品に加わる圧力が安定するため高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

また、圧力安定板のサイズは、製品のサイズより小さいことが望ましく、これにより、圧力安定板と接するクッション材は製品が存在する位置に相当する部分が安定して均一に変形することに加え、特に製品を構成するコア用基板の回路が形成された領域（製品の領域より小さい領域）の加圧をより均一にすることができるという効果を有する。

また、クッション材の外側に配置される圧力安定板の数は、製品部分を構成する製品と同数であることが望ましく、これにより、製品毎に加わる圧力が安定して、複数の製品を均一に加圧することができるという効果を有する。

また、圧力安定板が配置される位置は、製品が配置されている領域内に相当するクッション材の外側の位置であることが望ましく、これにより、製品部分を構成するそれぞれの製品への加圧を均一にすることができるという効果を有する。

また、クッション材は、積層構成物を加熱加圧することにより圧力安定板が配置された位置が凹状に変形するものであって、前記圧力安定板の厚みは変形した前記凹状の深さと同等以上の厚みであることが望ましい。これにより、クッション材の変形量を安定して吸収したことによりクッション材近傍の金属板の変形を解消するとともに、面方向に複数枚の製品を配置して製品部分を構成しても製品毎への圧力が安定し、板厚が安定した高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

また、クッション材を配置する前に前記クッション材の変形量を測定する工程を備えることが望ましい。これにより、クッション材の変形量の値が圧力安定板の厚み以上であった場合、クッション材を交換するかあるいは前記の値以上の厚みを有する圧力安定板を採用することが可能となり、本願発明の前記の効果を維持することができる。

また、圧力安定板は、矩形状であり、その角は面取りされていることが望ましく、これにより、加熱加圧する工程においてクッション材を損傷することを防ぐことができる。

また、本発明の請求項１の構成において、第１の金属板で挟持した積層物は、複数準備され、複数段に積層されていくことが望ましく、さらに、積層構成物は、複数準備され、複数段に積層されていることが望ましい。これにより、回路基板の製造における生産性を向上させるとともに、多段に積層された積層物あるいは積層構成物においては特に本発明の効果が顕著に発現できる。

また、圧力安定板は、前記圧力安定板と同等サイズの窓が設けられている第３の金属板の前記窓内に配置されていることが望ましく、これにより、圧力安定板の位置を安定させることが出来るため、製品に加わる圧力を均一にすることができる。

また、圧力安定板は、クッション材と接着されていることが望ましく、これにより、圧力安定板の位置を安定させることが出来るため、製品に加わる圧力を均一にすることができるとともに、クッション材の配置と圧力安定板の配置を同時に行うことができ回路基板の製造過程における作業性を向上させることができる。

また、製品は、表裏を電気的に接続したコア用基板の両側に所定位置の貫通孔に導電ペーストを充填したプリプレグシートと金属はくの順に積層されたものを用いた場合にも製品に加わる圧力が安定して板厚が安定するとともに接続抵抗が安定した高品質の回路基板が実現できるという効果を有する。

本発明はクッション材の外側に製品サイズより小さい圧力安定板を配置することで熱プレス時に発生するクッション材の変形を吸収するとともにクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品に加わる圧力が安定して、製品厚みや接続抵抗が安定した高品質な回路基板が実現できる。

（実施の形態）
以下本発明の熱プレス装置を用いた多層の回路基板の製造方法について説明する。

図１、図２は本発明の回路基板の製造方法を示す断面図であり、図１は積層構成物の形成工程、図２は熱プレス工程を示している。

図１において１ａおよび１ｂは、サイズが５００ｍｍ×３５０ｍｍ、厚みが約８０μｍのガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートであり、所定位置にレーザ加工などを用いて形成した貫通孔にはスキージング法などを用いて導電性ペースト２を充填している。

１０は製品としてのサイズが４９５ｍｍ×３４５ｍｍのコア用基板であり、表裏には回路パターン４ａ，４ｂが形成され、さらに表裏の回路パターン４ａ，４ｂは任意の部位で導電性ペースト２によって電気的に接続されている。また、３ａ，３ｂは厚みが約１２μｍの銅などの金属はくであり、コア用基板１０の両面にプリプレグシート１ａ，１ｂ、金属はく３ａ，３ｂが積層された製品としての構成を示している。

５ａ，５ｂは熱プレス時に製品群を挟持する、厚さ約１ｍｍのステンレスなどの第１の金属板であり、７ａ，７ｂはサイズ８００ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ約２ｍｍで面方向への２枚の製品を配置した面積より大きいクッション材である。

また、複数の前記製品が第１の金属板５ｂ上で位置決めされて製品部分１１を構成し、第１の金属板５ａ，５ｂで挟持されている状態の積層物１２を少なくとも１つ準備する。

また、６ａ，６ｂは前記クッション材と最上下段の第１の金属板５ａ，５ｂとの間に使用するステンレスなどの厚さ約３ｍｍの第２の金属板であり、前記の第１の金属板５ａ，５ｂおよび第２の金属板６ａ，６ｂは前記のクッション材７ａ，７ｂと同等サイズであり、前記の製品部分１１が占める面積より大きいサイズのものを使用している。

９ａ，９ｂは圧力安定板であり、ステンレス製の厚さ約１ｍｍのもので、製品サイズ（４９５ｍｍ×３４５ｍｍ）より小さいサイズ（４９０ｍｍ×３４０ｍｍ）の矩形状のものを用い、その４つ角は、面取り（Ｒが形成）されていることが望ましい。これにより、後述する加熱加圧する工程においてクッション材を損傷することを防ぐことができる。

なお、クッション材７ａ，７ｂにはクラフト紙や耐熱ゴムクッション材などを用いれば良く、特に材質を限定するものではない。また、圧力安定板９ａ，９ｂにおいてもステンレス製を用いたが、特に材質を限定するものではなく、第１の金属板５ａ，５ｂの厚みを１ｍｍ、第２の金属板６ａ，６ｂの厚みを３ｍｍとしたが、特に厚みを規定するものではない。

まず、図１の積層構成物の形成工程について説明する。

積層構成物１３を形成する工程は、キャリアプレート８の上に、製品部分１１を構成する製品と同数の圧力安定板９ｂ、第２の金属板６ｂの順に配置する。

その上に、製品部分の上下を第１の金属板５ａ，５ｂで挟持した状態の積層物１２を少なくとも１つ、あるいは複数段に積層し、さらに、最上下段の第１の金属板５ａの外側に第２の金属板６ａを介してクッション材７ａで挟持されるように積層し、さらにクッション材７ａの外側に製品部分を構成する製品と同数の前記圧力安定板９ａを配置して一つの積層構成物１３を構成し、準備する。

なお、本実施の形態は金属板５ｂ上の面方向（横方向）に製品を２枚配置した事例を示したが、２枚以上の複数枚としても良く、あるいは１枚の配置としても良い。いずれの場合においても上側あるいは下側に使用する圧力安定板の数は製品と同数であることが望ましく、その配置位置は製品が配置されている領域内に相当するクッション材７ａの外側あるいは内側が望ましい。

次に、前記積層構成物１３を複数準備し、それを図２に示す熱プレス工程における熱プレス装置内へ搬送する。

図２の熱プレス工程ではこの搬送された複数個の積層構成物１３がキャリアプレート８毎複数段に積み重ねられ熱プレス装置の上部熱板１４ａと上下可動な下部熱板１４ｂの間の所定位置にセットする。

本実施の形態ではプレス段数を１段としたが、生産性をアップさせるには複数段の上部及び下部熱板が配置された複数のプレス段数を備えた熱プレス装置により、さらに複数の積層構成物を同時に処理することもできる。

その後、下部熱板１４ｂを上昇させて所定条件で積層構成物１３を加圧加熱する。これにより、Ｂステージ状のプリプレグシート１ａ，１ｂは溶融硬化することによりコア用基板１０と銅はく３ａ，３ｂとが接着されるとともにプリプレグシート１ａ，１ｂの所定位置に形成したビア内の導電性ペースト２が圧縮されコア用基板１０の回路パターン４ａ，４ｂと金属はく３ａ，３ｂが電気的に接続される。

そして、両面の金属はく３ａ，３ｂを選択的にエッチングすることで回路パターンが形成され（図示せず）、４層の回路基板が得られる。

本発明の実施の形態は上述したように、積層構成物の形成工程においてクッション材の外側にコア用基板の寸法より小さいサイズの圧力安定板を配置したが、その効果を図３を用いて説明する。

なお、図中の製品サイズの表示にあたって、製品群を構成するプリプレグシートや金属はくは省略してコア用基板のみ表示し製品サイズと記している。

図３に示すように、クッション材７の外側に製品サイズより小さい圧力安定板９を配置したことで、熱プレス時の加圧によってクッション材７は製品や第１の金属板５や第２の金属板６の反対側の圧力安定板９が配置された位置が凹状に、圧力安定板９が配置されていない部分は凸状に変形する。

すなわち、製品を面方向に複数枚配置した際に製品間に発生するクッション材の凸状の変形（凸部）も圧力安定板９間でかつ製品や第１の金属板５や第２の金属板６の反対側に発生する。

以上のように、クッション材７の変形が製品と第１の金属板５や第２の金属板６の反対側に発生することで、従来の工程において製品の外周が支点となってクッション材７とともに変形していた第２の金属板６や第２の金属板６と接する最下段の第１の金属板５の変形を解消することができる。これにより、製品に加わる圧力が均等となり、製品厚みが安定するとともに製品外周付近の抵抗値も安定した。

クッション材の変形量はクッション材の材質やプレス条件、使用回数によって異なるが、圧力安定板の厚みはクッション材の変形部位の凹状の深さあるいは凸状の突出高さより厚ければ良い。

逆に、圧力安定板の厚みがクッション材の凹状の深さあるいは凸状の突出高さより薄い、あるいは使用回数を重ねることにより圧力安定板の厚みがクッション材の凹状の深さあるいは凸状の突出高さより相対的に薄くなっていった場合、本願発明の効果は小さくなる。そこで、クッション材７および圧力安定板を配置する前にクッション材７の変形量（凹状部分の深さあるいは凸状部分の突出高さ）を測定する工程を設け、その値が圧力安定板の厚み以上であった場合、クッション材７を交換するかあるいは前記の値以上の厚みを有する圧力安定板を採用することが望ましい。これにより本願発明の効果を維持することができる。

なお、上記の事例ではクッション材の外側に圧力安定板を配置したが、図４に示すように、クッション材７の内側に圧力安定板９を配置しても良い。クッション材７の内側に圧力安定板９を配置した場合は、熱プレス時のクッション材７の変形方向は外側に配置時とは反対方向の製品側となるが、圧力安定板の厚みがクッション材の変形量である凹量や凸量分以上であれば、クッション材の変形部分は第１の金属板や第２の金属板には到達しないため、クッション材の外側に圧力安定板を配置した時と同様の効果が得られることを確認した。

また、本実施の形態ではクッション材７の外側あるいは内側に圧力安定板９を単独で配置した事例を示したが、圧力安定板９やクッション材７の変形量分を吸収できるような厚さで圧力安定板９よりも薄い第３の金属板（図示せず）に圧力安定板９サイズの窓を開けてその窓内に圧力安定板９を配置すること、あるいは耐熱性の接着剤で圧力安定板９とクッション材７と接着することで、圧力安定板９の位置を安定させることが出来るため、製品に加わる圧力の均一化を再現出来る。

また、第２の金属板６の厚みを３ｍｍとしているが、製品サイズより小さい圧力安定板９の配置によって、圧力安定板９の外側に位置する製品部分で圧力が不足する場合は、圧力安定板９のサイズを製品サイズより大きくならない範囲で製品サイズに近づけるか、第２の金属板６を厚くするか複数枚積層して用いることにより剛性を高めれば良い。

本発明の実施の形態の製造方法で１００枚の４層基板を製造したが、製品外周付近の製品厚みが総厚約３００μｍに対して３μｍ以上、接続抵抗値が３０％以上改善されたことを発明者は確認した。

以上のように本発明にかかる回路基板の製造方法は、積層物構成時にクッション材の外側もしくは内側にコア用基板より小さいサイズの圧力安定板を配置することでクッション材の変形を吸収するとともにクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品厚みや接続品質が安定した高品質の回路基板が実現できる。

なお、本実施の形態では、４層の回路基板としたが、層数に関係なく２層板でも４層以上の多層基板でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施の形態ではガラス繊維または芳香族ポリアミド繊維の織布または不織布の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなるプリプレグシートとコア用回路基板を用いたが、有機系のベースフィルムやベースシートの表裏に熱硬化性エポキシ樹脂層を形成したプリプレグシートやコア用回路基板であってもよく、また、コア用回路基板とプリプレグシートが異種材料であってもよく、積層物構成時にクッション材の外側もしくは内側にコア用基板より小さいサイズの圧力安定板を配置することで同様の効果が得られることはいうまでもない。

さらに、本実施の形態ではセンターコアのビルドアップ構造としたが、プリプレグシートとコア用回路基板を複数枚重ねて一括積層する方式であっても、積層物構成時にクッション材の外側もしくは内側にコア用基板より小さいサイズの圧力安定板を配置することで同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように本発明にかかる回路基板の製造方法は、熱プレス時のクッション材の変形を吸収しクッション材近傍の金属板の変形を解消することで製品に加わる圧力を安定させ、製品厚みや接続品質の安定化が図れるもので、導電性ペーストでインナービアホール接続を備えた回路基板全般に有用であり、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の実施の形態における回路基板の製造方法の積層構成物形成工程を示す断面図 同実施の形態における回路基板の製造方法の熱プレス工程を示す断面図 同実施の形態における圧力安定板のクッション材外側時のクッション材変形説明図 同実施の形態における圧力安定板のクッション材外側時のクッション材変形説明図 従来の回路基板の製造方法の積層構成物形成工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法の熱プレス工程を示す断面図 従来の回路基板の製造方法におけるクッション材近傍の変形説明図

符号の説明

１ａ，１ｂ プリプレグシート
２ 導電性ペースト
３ａ，３ｂ 金属はく
４ａ，４ｂ 回路パターン
５，５ａ，５ｂ 第１の金属板
６，６ａ，６ｂ 第２の金属板
７，７ａ，７ｂ クッション材
８ キャリアプレート
９，９ａ，９ｂ 圧力安定板
１０ コア用基板
１１ 製品部分
１２ 積層物
１３ 積層構成物
１４ａ 上部熱板
１４ｂ 下部熱板

Claims (1)

1. 少なくとも１枚の製品からなる製品部分の上下を第１の金属板で挟持した積層物を準備する工程と、前記上下の第１の金属板の外側に第２の金属板とクッション材を配置し前記クッション材の外側に圧力安定板を配置して積層構成物を準備する工程と、それを加熱加圧する工程とを備え、圧力安定板は、前記圧力安定板と同等サイズの窓が設けられている第３の金属板の前記窓内に配置されていることを特徴とする回路基板の製造方法。

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