JP5583570B2

JP5583570B2 - ホットプレス装置および多層プリント基板のプレス方法

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Publication number: JP5583570B2
Application number: JP2010282698A
Authority: JP
Inventors: 宏次小瀬; 幸大戸川; 克朗川添; 崇義小島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: US20120152457A1; CN102548256B; JP2012134203A; CN102548256A; US9055704B2

Description

本発明は、ホットプレス装置および多層プリント基板のプレス方法に関するものである。

一般に、多層プリント基板は、表面に実装する部品同士を電気的に接続する配線や外部装置との間における信号を送受したり電力を受けるための接続パッドが高密度に配置されている。多層プリント基板の製造過程においては、前述した接続パッド同士を効率よく立体的に配線して接続するための階層を設けて設計し、設計した情報を元に、各階層のパターン（内層パターン）を作成する。各階層同士を一体化することを積層接着工程と呼ぶ。

積層接着工程では、各階層を電気的に絶縁し、なおかつ、物理的に結合するための絶縁層（一般的に熱可塑性樹脂を芯材に浸み込ませたプリプレグと呼ばれるもの）を交互に積み重ねた積層体を、上下の熱盤で加熱しながら一定時間圧力を加え硬化させる。その後、各層間の配線を接続するために穴明け加工を実施し、内層導体を露出させた部分を含め基板全体にめっきを施す。そして、最表面パターンをフォトレジ法で形成し必要に応じてパッドの間に絶縁材料を塗工し完成する。

近年、多層プリント配線基板上に実装する部品の軽薄短小化に伴い、接続パッドの間隔は年々高密度実装化されている。したがって、前述した各階層同士の層間接続の信頼性を確保する上で、積層接着時の上下層間における位置ずれを無くすことが要求されている。このような位置ずれを無くす手法については、従来から様々な技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、中間熱盤４の四隅と対応する位置にあるフレーム１１に、ガイド面１３Ａが形成された固定ガイド板１３が固定され、固定ガイド板１３と対応する中間熱盤４の四隅に保持金具４０が固定され、保持金具４０に形成された当接面４２がガイド面１３Ａと当接することにより、熱盤の膨張・収縮によっても熱盤の位置がずれることのない技術が開示されている。

また、特許文献２では、真空隔壁６により被包された減圧状態のチャンバー７内で、銅箔とプリプレグを重ねた積層材料およびステンレス板を、熱盤３間に挟み油圧ラム２により加圧しながら加熱成形するように構成された積層プレス装置において、熱盤３で構成される成形範囲の外側に、上端をチャンバー７天井部に固着され揺動可能に垂下された検知バー９と、その水平方向の変位を機械的に検出するリミットスイッチ１０、および検知バー９の変位の方向を規制するガイド１１とからなる機械的検知ユニット１２が、それぞれ熱盤３の４辺に近接して配設することにより、積層プレス装置におけるステンレス板等のずれ出しを、自動的にかつ誤動作を生じることなく確実に検知する技術が開示されている。

また、特許文献３では、可動盤１５を上盤１６上部の引き上げ装置２０によって引き上げて、各プレス板１７間の各被加工材Ｌを圧締加工するように構成されたプレス装置において、可動盤の四隅位置近傍に、四隅位置近傍から可動盤の平面中心と交わる交差線の可動盤平面中心を軸として可動盤が回動しない面でかつ交差線方向に延びるガイド面３１を有するガイドバー３０を垂直方向に立設するとともに、可動盤には、ガイドバーのガイド面に密接して摺動する摺動ガイド部３５を設けることにより、積層プレス装置における可動盤（及びプレス板）をバランスよく平行に引き上げるとともに、引き上げの際に生ずる各部の不具合を解消させる技術が開示されている。

実用新案公開平６−５４４８５号公報特許公開平５−２２８９５５号公報特許公開２００２−２００６３０号公報

しかしながら、上述したいずれの技術でも、装置側に構成されたフレーム等の部材に熱盤が水平方向に移動することを防止するためのガイドが設けられているため、熱盤とガイドとの間には隙間が生じ、例えば、熱盤自体が水平方向に移動する等、押圧方向とは異なる方向に各階層間の熱盤に位置ずれを生じさせてしまい、その結果、積層体を構成する各階層の位置がずれてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、積層体を構成する各階層の位置がずれることのないホットプレス装置および多層プリント基板のプレス方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるホットプレス装置は、互いに向かい合う熱盤により積層された被処理部材を押圧して多層プリント基板を製造するホットプレス装置であって、複数枚の、突起部と前記突起部に嵌合させるための穴部とを複数備え、前記被処理部材の積層方向に移動可能な熱盤と、前記熱盤のそれぞれを、前記積層方向に加圧する加圧機構と、を備え、前記被処理部材は、前記熱盤の間に配置され、前記加圧機構によって、互いに嵌合された状態で加圧された前記熱盤により押圧される、ことを特徴とする。

また、本発明は、上記ホットプレス装置によって製造される多層プリント基板のプレス方法である。

本発明によれば、積層体を構成する各階層の位置がずれることのないホットプレス装置および多層プリント基板のプレス方法を提供することができる。

本実施の形態におけるホットプレス装置の構成を示す図である。図１に示したホットプレス装置の上面図である。図１に示したホットプレス装置の側面図である。図１に示したホットプレス装置のプレス時の様子を示す図である。図１に示したホットプレス装置の熱盤ガイドピンの変形例を示す図である。図１に示したホットプレス装置のガイド部の詳細図である。図６に示したガイド部の変形例を示す図である。熱盤ガイドピン径とたわみの関係の例を示すモデル図である。図８に示したモデルにおけるたわみの様子を示す図である。熱盤ガイドピン径とたわみの関係の例を示す散布図である。図１に示したホットプレス装置の変形例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるホットプレス装置および多層プリント基板のプレス方法の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態におけるホットプレス装置１００の構成図の例であり、装置の正面図である。図２は、図１に示したホットプレス装置１００の構成図の例であり、装置の上面から見た上面図である。図３は、図１に示したホットプレス装置１００の構成図の例であり、装置の側面（図１に示すＡ方向）から見た側面図である。

図１〜図３に示すように、ホットプレス装置１００は、フレーム１０１に設置された加圧シリンダー１０５によって定盤１０４を上昇させ、熱盤１０３、ワークハンドリング用下治具１１４、ワークハンドリング用上治具１１０、ワーク１１５を下段から順番に押し上げる構造としている。本実施の形態では、後述するように、熱盤１０３自体に熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３とを設け、熱盤１０３同士が水平方向にずれないように嵌合している。したがって、図１〜図３に示す例では、熱盤１０３の枚数を６枚５段分としているが、熱盤１０３が３枚２段以上であれば、その枚数や段数に制限されることはない。

また、図２および図３に示すように、熱盤ガイドピン１１２は、１つの熱盤１０３の１つの辺に１つ（例えば、熱盤ガイドピン１１２−１）、およびその辺に対向する辺の対角方向に１つ（例えば、熱盤ガイドピン１１２−２）の計２つの熱盤ガイドピン１１２が設けられている。そして、その熱盤１０３の上下段の熱盤１０３には、その熱盤１０３と同じ辺の異なる位置に１つ（例えば、熱盤ガイドピン１１２−３）、およびその辺に対向する辺の対角方向に１つ（例えば、熱盤ガイドピン１１２−４）の計２つの熱盤ガイドピン１１２が設けられている。このように、熱盤ガイドピン１１２は、熱盤１０３の中心（重心位置）からみて対称的な位置に設けられ、隣接する段（その熱盤１０３の上下段）の熱盤１０３には、熱盤ガイドピン１１２が、その段の熱盤１０３の熱盤ガイドピン１１２の位置とは異なった対称的な位置に設けられているので、複数枚の熱盤１０３がある場合であっても位置ずれを生じさせることなく、バランスよくプレスすることが可能となっている。しかし、その目的は熱盤１０３の水平方向の位置ずれを防ぐものであるため、少なくとも２箇所でとまっていればよく、対角方向ではなく平行な向きに２つ設けても良い
図４は、熱盤１０３が定盤１０４によって押し上げられ、各熱盤１０３が上昇しきった状態の正面図である。図４に示すように、本実施の形態における多層プリント基板の積層体（以下、単にワーク１１５という）は、ワーク１１５を構成する内層同士を層構成順に積層(詳細図示せず)し、位置決めするためにワーク位置決めピン１１１により、これらを上治具１１０と下治具１１４によって挟んで仮固定されている。本体（フレーム１０１）に固定される側の熱盤１０３は、熱伝導率が低い断熱板１０２を介してフレーム１０１に連結している。一方、加圧シリンダー１０４（プレス作動側）の熱盤１０３も断熱ブロック１０９を介して固定側と同様に定盤１０４に固定される。定盤１０４は、プレス時の偏荷重によって前後左右にぶれないよう上下動作を行う必要があるため、フレーム１０１に取り付けられたスライドガイド１０６を介して上下のスライダ１０７により円滑に動作するような構造となっている。

また、中間の熱盤１０３は断熱ブロック１０９を左右に具備し、所定の位置でブロック１０８を介してフレーム１０１に支持される(熱盤１０３からの熱伝達による放熱量が少ない場合は断熱ブロック１０９の材質に規定はない)。熱盤１０３は、ワーク１１５を加熱硬化させるために温度調整が可能な熱源(詳細図示せず)を供給することで、温度、加熱時間をプログラム制御する。加圧力に関しては、加圧シリンダー１０５を公知の手段(油圧シリンダー、流量調整弁、油圧ポンプ等で構成されるが詳細図示せず)により上昇させ、圧力を検知しながら加圧時間、加圧力をプログラム制御する。ホットプレス装置１００は、プレス内部をチャンバー状にした場合には、チャンバー内の大気を公知の手段（真空ポンプ等；詳細図示せず）にて掃引することで、減圧下での樹脂硬化も可能としている。本実施の形態における熱盤ガイド構造では、熱盤ガイドピン１１２と、嵌合相手となる熱盤ガイドブッシュ１１３とによって、向かいあう熱盤同士の位置決めをしているが、例えば、図５に示すように、熱盤ガイドピン１１２で全熱盤間を串刺しにできるよう共通化しても良い。この場合、熱盤間の温度ばらつきが起きないよう設計する必要がある。

本実施の形態におけるホットプレス装置１００では、ワーク１１５の樹脂硬化過程における熱盤１０３の温度分布を均一化することが重要である。装置内の全ての熱盤は熱容量や放熱面積を可能な限りあわせるため、対称形状、同一重量にすることが望ましい。本実施の形態においては、熱盤１０３の重量に対し、ガイド部品重量を１／５０以下とし、かつ放熱部分の表面積についても１／５０以下とした。さらに、図７に示すように、熱盤１０３と、熱盤ガイドピン１１２または熱盤ガイドブッシュ１１３とを連結する部分の連結部材７０１（熱伝導率が熱盤１０３に対し１／５以下の低い部材）を設けても良い。重要なことは、熱盤１０３に対してガイド部材が連結されていることであり、その中での各熱盤の熱容量、放熱面積を合わせ対象形状にすることである。

次に、本実施の形態における熱盤ガイドの詳細構造について説明する。本実施の形態における熱盤ガイドは、図６に示すように、熱盤１０３に固定された熱盤ガイドブッシュ１１３とそれに向かい合う熱盤１０３に固定された熱盤ガイドピン１１２にて構成され、基準用に１本、回転方向の位置決めに１本の合計２本（２対）から成ることを特徴としている。２本（２対）以上の場合でも良いが、ガイドの損傷やガイド部のかじりを防止するため熱盤同士の温度ばらつきを抑える必要がある上、部品精度、部品代、取り付け工数の面からも２本で充分であるといえる。

また、本実施の形態における熱盤ガイドの詳細構造では、熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３を円滑に上下動作させるため、熱盤ガイドブッシュ１１３のクリアランス(隙間)、最適形状を考えた。熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３のクリアランス(隙間)は、要求精度と熱盤が想定しうる最大値に傾いたときを想定して熱盤ガイドピン１１２の傾きを求め、ガイドブッシュ径６０２を決定する。また、熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３のクリアランスが最小となる部分(精度の良い部分)は、可能な限り少ない面積（ガイド高さ６０３）となるよう段付き構造とするのが良い。さらに、ガイド部分の表面は高周波焼入れ等にて硬度を上げておくことで、衝撃による傷を防止してもよい。

熱盤ガイドピン１１２の直径６０１は、図８に示すような単純モデルで考えると、製品（ワーク１１５）の板厚偏差８０２により生じたプレス荷重８０１の水平分力８０３を想定し、熱盤ガイドピン１１２の物性値(ヤング率)、熱盤ガイドピン１１２の断面形状による断面２次モーメント、水平分力の作用点から、熱盤ガイドピン１１２支持部の距離によりたわみ量を算出し、精度および強度上、許容可能な直径を決定する。例えば、図９に示すような単純モデルを例に考えると、２００ＴＯＮプレスで熱盤１０３の傾きを算出すると板厚偏差８０２を０．７ｍｍ、熱盤中心からの距離９０２を５００ｍｍとして、ガイドピン支持部から作用点までの距離９０３を３５ｍｍ、熱盤ガイドピン１１２を丸棒、材質を鋼材とする。たわみ量９０１と熱盤ガイドピン１１２の直径６０１の関係は、例えば、図１０に示すような関係となる。このような手順により、熱盤ガイドピン１１２の直径６０１を選択することとする。

以上により、本実施の形態におけるホットプレス装置１００を用いて多層プリント基板の樹脂硬化成型を行うことにより、ガイド構造により向かい合う熱盤間の相対位置ずれがなくなる。これにより、多層プリント基板の内層材相互間のずれを押さえることが可能である。

より具体的には、向かい合う熱盤同士を確実にガイドし位置決めすることで、多層プリント配線基板の加熱、加圧成型時に、内層構成材料同士の位置ずれが低減できる。また、同じ温度階層の熱盤にガイド部材全てを取り付けているので、ガイド取り付け部の温度差による熱膨張差の影響を受けにくく、上下の摺動を妨げることがない。さらに、ガイドにより熱盤同士のずれを押さえ込むため、積層体における内層間の位置決めガイド数を必要最小限にできるため、ワークの前処理(ガイド穴加工)、ガイドピン立て等の段取りやガイドピン抜き等の後処理の効率が図られ、生産性を向上させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、熱盤１０３自体に熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３とを設けることとしたが、ワーク１１５を構成する内層同士の位置ずれを生じさせないことが重要であるため、図１１に示すように、熱盤１０３自体に熱盤ガイドピン１１２と熱盤ガイドブッシュ１１３とを設けることに代えて(または、これらと共に)、上冶具１１０または下冶具１１４にガイドピンとガイドブッシュを設けることも可能である。この場合、上冶具１１０または下冶具１１４の位置ずれが生じないため、より精度よくプレスすることが可能となる。

１００ホットプレス装置
１０１フレーム
１０２断熱板
１０３熱盤
１０４定盤
１０５加圧シリンダー
１０６スライドガイド
１０７スライダ
１０８ブロック
１０９断熱ブロック
１１０上治具
１１１ワーク位置決めピン
１１２熱盤ガイドピン
１１３熱盤ガイドブッシュ
１１４下治具
１１５ワーク
６０１熱盤ガイドピン直径
６０２熱盤ガイドブッシュ径
６０３熱盤ガイドブッシュ高さ
７０１連結部材７０１
８０１プレス荷重
８０２板厚偏差
８０３水平分力
９０１ガイドピンたわみ量
９０２熱盤中心からの距離
９０３ガイドピン支持部から作用点までの距離。

Claims

互いに向かい合う熱盤により積層された被処理部材を押圧して多層プリント基板を製造するホットプレス装置であって、
複数枚の、突起部を備えたガイドピンと前記突起部に嵌合させるための貫通した穴部を備えたガイドブッシュとが複数連結して固定され、前記被処理部材の積層方向に移動可能な熱盤と、
前記熱盤のそれぞれを、前記積層方向に加圧する加圧機構と、を備え、
前記被処理部材は、前記熱盤の間に配置され、前記加圧機構によって、互いに嵌合された状態で加圧された前記熱盤により押圧される、
ことを特徴とするホットプレス装置。
少なくとも３枚以上の前記熱盤により構成され、
前記被処理部材は、それぞれの前記熱盤の間に配置され、前記加圧機構によって互いに嵌合された状態で加圧されたそれぞれの前記熱盤により押圧される、
ことを特徴とする請求項１に記載のホットプレス装置。
前記突起部を備えたガイドピンのそれぞれは、前記熱盤を構成する辺のうち、互いに対向する辺に連結して設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のホットプレス装置。
互いに向かい合う熱盤により積層された被処理部材を押圧して多層プリント基板を製造するホットプレス装置で行われる多層プリント基板のプレス方法であって、
前記被処理部材は、複数枚の、突起部を備えたガイドピンと前記突起部に嵌合させるための貫通した穴部を備えたガイドブッシュとが複数連結して固定され、前記被処理部材の積層方向に移動可能な熱盤の間に配置され、前記熱盤のそれぞれを、前記積層方向に加圧する加圧機構によって、互いに嵌合された状態で加圧された前記熱盤により押圧される、
ことを特徴とする多層プリント基板のプレス方法。