JP5606666B2

JP5606666B2 - 多層積層体の製造方法

Info

Publication number: JP5606666B2
Application number: JP2008124239A
Authority: JP
Inventors: 雅之高森
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009272580A

Description

本発明は、互いに相似形状のシート状材料を複数枚重ね合わせて多層積層体とするに際して、重ね合わせたシート材料の横ずれを防止しながら、シート材料を加熱接合する多層積層体の製造方法に関する。

多層積層体の代表的な例は、プリント回路板である。一般に、プリント回路板は、合成樹脂板、ガラス板、ガラス不織布、紙などの基材に合成樹脂を含浸させて得た「プリプレグ（Ｐｒｅｐｒｅｇ）」と称する誘電材を基本的な構成としている。また、プリプレグと相対する側には電気伝導性を持った銅箔等のシートが接合されている。このように組み立てられた積層物を、一般に２層ＣＣＬ材料と呼んでいる。

４層基板の製造工程においては、アルミニウム板の表裏に銅箔を接着した構造（ＣＡＣ）を有する金属の板の上に、所定枚数のプリプレグ、次に内層コアと称する２層プリント回路基板、次にプリプレグ、ＣＡＣの順に重ねることにより、１組の４層基板材料からなる組み立てユニットが完成する（特許文献１参照）。
次に、これらのユニット（通称「ページ」）を１０回程度繰り返して重ね、プレス組立体（通称「ブック」）を構成する。
その後、このブックを、横ズレ防止用の金属製枠又は金属製容器（通称「弁当箱」）に収納した後、ホットプレス機にセットし、所定の温度および圧力で加圧成型することにより、４層基板を製造する。
４層以上の基板についても、内層コアの層数を上げることで、同様の工程で生産することが可能である。

この成型加工に当って、使用される金型は、横ズレ防止用の金属製枠が必要であるということから、弁当箱状に頑丈な金属製容器から作られている。このため、このような金属製の容器を、「弁当箱」と称している。
この弁当箱は、５〜５０ｍｍ厚の鉄板で造られている。この弁当箱は、基材すなわち、シート積層体の形状が異なる場合には、そのサイズを変えなければならないので、多数の金属製枠又は金属製容器（弁当箱）が必要になるという問題がある。また、この弁当箱を保管するための保管庫を完備する必要がある。
例えば、１０段積層設備（ホットプレス機）１台を保有する工場において３０種類の異なるサイズの基板を製造する場合、１０段×３０種類＝３００台の金属製枠又は金属製容器が必要になる。
さらには、予備品も必要となることから３５０台以上の金属製枠、または金属製容器及びその保管庫が必要になる。

また、これらの金属製枠、または金属製容器の保管については被積層材への異物対策の観点から清浄な環境および管理を必要とし、一般に積み重ね保管厳禁とされることから、広い保管庫を必要とする。これにより金属製枠、または金属製容器、および保管庫の管理費用は高額となる。
更に、これらの金属製枠、または金属製容器は５−５０ｍｍ厚の鉄板で造られていることからその重量は重く、１個あたり２０ｋｇ以上の重量になるものがある。また、作業においても重量物を扱うことから作業者への負荷は大きく、また作業者は危険な作業に伴い細心の注意を必要とする。
特許第３１００９８３号公報

本発明は、シート材料を加熱接合する多層積層体の製造方法、特にプリント配線板に使用される片面あるいは両面多層積層板の製造方法において、シート材料の積層時に補助部材を使用し、被積層材料のスリッピングによる横ずれを防止する方法を提供するものであり、これによって大量の金属製枠又は金属製容器を不要とし、さらに積層時の材料組み作業の簡素化によるコスト削減と安全性の向上を課題とするものである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、シート状材料の外辺に接触させるか又は近接させて弾性ブロックを配置し、これによりシート材料の横ずれを防止することが有効であるとの知見を得た。
この知見に基づき、本発明は
１）互いに相似形状のシート状材料を複数枚重ね合わせ、これを加熱及び加圧する多層積層体の製造方法において、前記シート状材料を平板状の下金型に重ね合わせて載置すると共に、当該載置したシート状材料の外辺の外側に、重ね合わせたシート材料よりも厚い耐熱性の弾性ブロックを配置し、さらにこれらの上に平板状の上金型を載せ、上下の平板状金型間で、前記弾性ブロックと重ね合わせたシート材料を加熱しながら加圧し、前記弾性ブロックの膨出により、シート材料の横ずれを防止しながら、シート材料を加熱接合する多層積層体の製造方法を提供する。

また、本発明は、
２）前記積層体が、プリント回路基板であることを特徴とする上記１）記載の多層積層体の製造方法
３）弾性ブロックが、２００°Ｃ以上の耐熱性を備えていることを特徴とする上記１）又は２）記載の多層積層体の製造方法
４）シート状材料が矩形のシート材料であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
５）弾性ブロックが、シリコンゴム又はフッ素ゴムであることを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法。
６）載置したシート状材料の外辺の外側に、配置する弾性ブロックは、それぞれシート状材料の各辺よりも短く、シート状材料の１辺に対して１個又は複数個配置することを特徴とする上記１）〜５）のいずれか一項に記載の多層積層体の製造方法、を提供する。

本発明によれば、シート状材料のサイズと形状に応じて、平板状の下金型と上金型との間で、弾性ブロックの配置を任意に変えることができるので、シート状材料に合わせた独自の金属製枠又は金属製容器を必要としない。
したがって、多数種の金属製枠又は金属製容器は必要なくなり、それに伴い金型の保管等の管理費用が削減可能となる。さらに、本発明における金型（上下）は、単なる平らな鉄板等の平板状金型であることから、保管容積が大幅に節約できる大きな効果を有する。
また、横ズレ防止の弾性ブロックは小型であり、金属製の金型よりも軽いので、作業に対する負荷も軽減するというメリットがある。
さらに、従来法においては、積層時に流れ出したプリプレグが、横ずれ防止用の金属製枠又は金属製容器の側壁に付着するため、この剥離作業が必要になるが、本発明における弾性ブロックは柔らかいため、付着したプリプレグのクリーニングが容易であるという効果がある。

アルミニウム板の表裏に銅箔が接着された構造を有するＣＡＣ（Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｕ）を用いた４層基板の製造工程について説明すると、図１（Ａ）に示すように、ＣＡＣの上に、所定枚数のプリプレグを、次に内層コアと称する２層プリント回路基板を、次にプリプレグを、さらにＣＡＣを、順に重ねることにより、矩形（長方形）の１組の４層シート材料の組立てが完成する。
次に、これらのユニット（通称「ページ」）を、１０回程度繰り返し、プレス用の重ね合わせた多層のシート材料（通称「ブック」）を構成する。
一般に、ＡＣ（アルミニウムと銅の接着シート）、ＣＡＣ（銅−アルミニウム−銅の接着シート）は、通常矩形であって、相似形状のプリプレグ及び内層コアよりも、やや面積が大きく作製されており、図１（Ａ）に示すようにＣＡＣの端部が若干突出する構造を有している。

次に、図１（Ｂ）に示すように、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料（ブック）を下金型（例えば、平らな鉄板）上に載置する。このシート材料は、一般に矩形のシート材料を用いることが多いが、三角形、四角形、その他の多角形状のシート材料を使用することもできる。相似形のシート材料であれば、特に問題なく使用することができる。また、この下金型上には、前記シート材料の各辺（４辺）の中央付近に、弾性ブロック（ゴム製ブロック）を配置する。
この弾性ブロック（ゴムブロック）は、下金型の上に載置した重ね合わせたシート材料の厚さよりも厚い材料で、倒れ難い形状とする。例えば、六方体（さいころ形状）とするのが良い。また、弾性ブロックは、図１（Ｃ）に示すように、重ね合わせたシート材料の各辺の外側に設置する。この場合、弾性ブロックはシート材料に接触させても良いし、近接配置させても良い。
上記の通りＣＡＣの端部が若干突出する構造を有しているので、弾性ブロックはＣＡＣの端部に接触する位置にある。ＣＡＣは銅箔よりも強度が高いので、図１（Ｂ）に示すように、ＣＡＣ、コア、プリプレグは整列した状態にある。

弾性ブロックは、図１（Ｂ）、（Ｃ）では、各辺に１個設置しているが、複数個設置することもできる。複数個設置する場合には、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料に平行に整列させて、下金型上に置くことが望ましい。
一般に、シート材料を積層して接着させる時の温度が１８０°Ｃ程度になることから、弾性ブロックについては耐熱性が高い材料、例えばシリコンゴム（略号ＶＭＱ：耐熱限界温度２３０°Ｃ）又はフッ素ゴム（略号ＮＲ：耐熱限界温度２３０°Ｃ）を用いるのが好ましい。

次に、図２（Ａ）に示すように、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料と弾性ブロックの上側に上金型（平らな鉄板）を載せる。これによって、プレス投入前の金型組立ての準備が完成する。
次に、金型組立てが済んだ上記材料をホットプレス機へセットし、プレス加工を開始する。先ず、加圧が加わるとともに、弾性ブロックが上下金型間に押しつけられ、固定される。

その後、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、更に圧力が加わると、弾性ブロックが変形して、樽型に膨出する力が作用し、弾性ブロックが重ね合わせたシート材料を横から押えつけ、固定するに至る。この場合、ＣＡＣは圧迫されることにより、図２（Ｂ）に示すように変形するが、この変形は、内部のコアとプリプレグを包む形になり、コアとプリプレグの横ずれが防止できる。
その後、所定の加熱温度及び加圧力を付与することにより、プリプレグが硬化し銅箔とプリプレグが接合し、積層基板が完成する。このように、ホットプレス中に、プリプレグが溶融することで内層コアの横ずれが発生し易くなるが、本発明の弾性ブロックを使用することで、これを抑止することが可能となる。
内層コアの横ずれ防止には、大きな力は必要ではなく、図１及び図２に示すように、各辺に１個置くだけでも、十分な効果がある。

次に、ＳＵＳ板を用いた４層基板の製造工程について説明する。図３（Ａ）に示すように、ＳＵＳ板の上に、所定枚数のプリプレグを、次に内層コアと称する２層プリント回路基板を、次にプリプレグを、さらにＳＵＳ板を、順に重ねることにより、矩形（長方形）の１組の４層シート材料の組立てが完成する。
次に、これらのユニット（通称「ページ」）を、１０回程度繰り返し、プレス用の重ね合わせた多層のシート材料（通称「ブック」）を構成する。
一般に、ＳＵＳ板は銅箔よりも、やや面積が小さく作製されており、図３（Ａ）に示すように銅箔の端部が若干突出する構造を有している。一般に、銅箔の端部は、図３（Ａ）に示すように、折り曲げてセットする。

次に、図３（Ｂ）に示すように、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料（ブック）を下金型（例えば、平らな鉄板）上に載置する。また、この下金型上には、前記シート材料の各辺（４辺）の中央付近に、弾性ブロック（ゴム製ブロック）を配置する。
この弾性ブロック（ゴムブロック）は、下金型の上に載置した重ね合わせたシート材料の厚さよりも厚い材料で、倒れ難い形状とする。通常、六方体（さいころ形状）とするのが良い。また、弾性ブロックは、図３（Ｃ）に示すように、重ね合わせたシート材料の各辺の外側に設置する。
上記の通り銅箔の端部が若干突出する構造を有しているが、折れているので、弾性ブロックはおよそ全部の積層シートの端部に接触する位置にある。

弾性ブロックは、図３（Ｂ）、（Ｃ）では、各辺に１個設置しているが、複数個設置することもできる。複数個設置する場合には、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料に平行に整列させて、下金型上に置くことが望ましい。これは上記ＣＡＣを用いた場合と、同様である。
一般に、シート材料を積層して接着させる時の温度が１８０°Ｃ程度になることから、弾性ブロックについては耐熱性が高い材料、例えばシリコンゴム（略号ＶＭＱ：耐熱限界温度２３０°Ｃ）又はフッ素ゴム（略号ＮＲ：耐熱限界温度２３０°Ｃ）を用いるのが好ましい。

次に、図４（Ａ）に示すように、重ね合わせた互いに相似形状のシート材料と弾性ブロックの上側に上金型（平らな鉄板）を載せる。これによって、プレス投入前の金型組立ての準備が完成する。
次に、金型組立てが済んだ上記材料をホットプレス機へセットし、プレス加工を開始する。先ず、加圧が加わるとともに、弾性ブロックが上下金型間に押しつけられ、固定される。

その後、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、更に圧力が加わると、弾性ブロックが変形して、樽型に膨出する力が作用し、弾性ブロックが重ね合わせたシート材料を横から押えつけ、固定するに至る。この場合、銅箔はすでに折れているが、さらに圧迫されることにより、内部のコアとプリプレグを包む形になり、コアとプリプレグの横ずれが防止できる。
その後、所定の加熱温度及び加圧力を付与することにより、プリプレグが硬化し銅箔とプリプレグが接合し、積層基板が完成する。このように、ホットプレス中に、プリプレグが溶融することで内層コアの横ずれが発生し易くなるが、本発明の弾性ブロックを使用することで、これを抑止することが可能となる。
内層コアの横ずれ防止には、大きな力は必要ではなく、図３及び図４に示すように、各辺に１個置くだけでも、十分な効果がある。

次に、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、以下の実施例は、本願発明の理解を容易にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は、本願発明に含まれるものである。

（実施例１）
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ブックを下側の積層金型（厚さ１０ミリの平らな鉄板）上に組み、この４辺の中央付近にゴム製のブロックを配置した。積層時の最高温度は１８０°Ｃ程度になることから、本実施例では、ゴムブロックに、耐熱性が高いシリコンゴム（略号ＶＭＱ：耐熱限界温度２３０°Ｃ）、硬度５０％を採用した。
そして、このシリコンゴムの形状についてはブック（重ね合わせたシート材料）の高さよりも５ミリ高い５５ミリの立方体とした。

この後、図２（Ａ）に示すように、上側の積層金型（厚さ１０ミリの平らな鉄板）を載せることで、プレス投入前の金型組み準備を完成させ、表１のプレスプログラムにより、ホットプレス加工を行った。
プレス加工を開始したところ、先ず、加圧が加わるとともに、ゴムブロックが上下金型間に押しつけられ、ブックが固定された。
その後、表１に示すように、更に圧力を加えることにより、ゴムブロックが変形し、ブックを横から押えつけＣＡＣ及びプリプレグが固定された。

その後、更に圧力を上昇させると、ゴムブロックは更に変形し、ＣＡＣのアルミニウム板が図２（Ｂ）のように押し曲げられた。この結果、内層コアのスリッピングが防止された。上記の通り、一般に、ＡＣ（アルミニウムと銅の接着シート）、ＣＡＣ（銅−アルミニウム−銅の接着シート）は、プリプレグ及び内層コアよりも、やや面積が大きく作製されているので、図１（Ａ）に示すように端部が若干突出している。
このため、ＣＡＣは、他に優先して図１（Ｂ）のように押し曲げられる。このような変形は、その間に存在する内層コアが抱え込まれる形になるので、内層コアのスリッピングは、さらに効果的に抑制される効果がある。

上記の通り、更に所定の温度（最高温度１８０°Ｃ）及び圧力（３０ｋｇ／ｃｍ^２）を経過することでプリプレグが硬化した。この後、温度が下がった時点で、ブックを解体し、多層積層体の基板を完成させることができた。
上記に示す通り、加熱中にプリプレグが溶融することでコア材料が横ずれし易くなるが、本発明のゴムブロックを採用することでこれを抑止することが可能となった。

（実施例２）
次に、ＳＵＳ板を用いた多層積層体の製造方法の具体例について説明する。
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ブックを下側の積層金型（厚さ１０ミリの平らな鉄板）上に組み、この４辺の中央付近にゴム製のブロックを配置した。積層時の最高温度は１８０°Ｃ程度になることから、本実施例では、ゴムブロックに、耐熱性が高いフッ素ゴムを採用した。
そして、このフッ素ゴムの形状についてはブック（重ね合わせたシート材料）の高さよりも５ミリ高い５５ミリの立方体とした。

この後、図２（Ａ）に示すように、上側の積層金型（厚さ１０ミリの平らな鉄板）を載せることで、プレス投入前の金型組み準備を完成させ、実施例１と同様に、ホットプレス加工を行った。銅箔は、積層シートからはみ出ているが、図２（Ａ）に示すように、これらを折り曲げてセットする。
プレス加工を開始したところ、先ず、加圧が加わるとともに、ゴムブロックが上下金型間に押しつけられ、ブックが固定された。その後、更に圧力を加えることにより、ゴムブロックが変形し、ブックを横から押えつけＳＵＳ、コア、プリプレグが固定された。

その後、更に圧力を上昇させると、ゴムブロックは更に変形して積層板の４辺を押付け、銅箔が内層コアを包み込む形で、内層コア及びプリプレグのスリッピングが防止された。
上記の通り、更に所定の温度（最高温度１８０°Ｃ）及び圧力（３０ｋｇ／ｃｍ^２）を経過することでプリプレグが硬化した。この後、温度が下がった時点で、ブックを解体し、多層積層体の基板を完成させることができた。
上記に示す通り、加熱中にプリプレグが溶融することでコア材料が横ずれし易くなるが、本発明のゴムブロックを採用することでこれを抑止することが可能となった。

本発明は、シート状材料のサイズと形状に応じて、平板状の下金型と上金型との間で、弾性ブロックの配置を任意に変えることができるので、多数種の金属製枠又は金属製容器は必要なくなり、それに伴い金型の保管等の管理費用が削減可能となる大きな効果を有する。本発明における金型（上下）は、単なる平らな鉄板等の平板状金型であることから、保管容積が大幅に節約でき、また、横ズレ防止の弾性ブロックは小型であり、金属製の金型よりも軽いので、作業に対する負荷も軽減するというメリットがある。
さらに、従来法においては、積層時に流れ出したプリプレグが、横ずれ防止用の金属製枠又は金属製容器の側壁に付着するため、この剥離作業が必要になるが、本発明における弾性ブロックは柔らかいため、付着したプリプレグのクリーニングが容易であるという効果がある。以上から、本願発明のメリットは大きく、特にプリント回路板の製造に有用である。

コア、プリプレグ、さらにＣＡＣを、順に重ねることにより、矩形（長方形）の１組の４層シート材料の組立て（Ａ）、下金型上に重ね合わせた矩形のシート材料と弾性ブロックを載置した様子（Ｂ）、さらにこれらの周辺に弾性体を配置した（Ｃ）、ＣＡＣ工法を示す図である。図１の重ね合わせたシート材料と弾性ブロックの上側に上金型を載せ、プレス投入前の金型組立てを準備した様子（Ａ）、弾性ブロックが変形してシート材料を横から押えつけ、固定するに至る様子（Ｂ）、（Ｃ）を示す図である。コア、プリプレグ、さらにＳＵＳを、順に重ねることにより、矩形（長方形）の１組の４層シート材料の組立て（Ａ）、下金型上に重ね合わせた矩形のシート材料と弾性ブロックを載置した様子（Ｂ）、さらにこれらの周辺に弾性体を配置した（Ｃ）、ＣＡＣ工法を示す図である。図３の重ね合わせたシート材料と弾性ブロックの上側に上金型を載せ、プレス投入前の金型組立てを準備した様子（Ａ）、弾性ブロックが変形してシート材料を横から押えつけ、固定するに至る様子（Ｂ）、（Ｃ）を示す図である。

Claims

互いに相似形状の矩形のシート状材料を複数枚重ね合わせ、これを加熱及び加圧する多層積層体からなるプリント回路基板の製造方法において、
ＡＣ（アルミニウムと銅の接着シート）またはＣＡＣ（銅−アルミニウム−銅の接着シート）と、プリプレグと、プリント回路基板とを含むシート状材料を、前記ＡＣまたは前記ＣＡＣの端部が前記プリント回路基板及び前記プリプレグの端部から突出するように、平板状の下金型に重ね合わせて載置すると共に、当該載置したシート状材料の外辺の外側に、当該載置したシート状材料の外辺に接するように、重ね合わせたシート材料よりも厚い２００℃以上の耐熱性を有するシリコンゴム又はフッ素ゴムの弾性ブロックを、シート状材料の各辺よりもそれぞれ短く、シート状材料の１辺に対して１個又は複数個配置し、さらにこれらの上に平板状の上金型を載せ、上下の平板状金型間で、前記弾性ブロックと重ね合わせたシート材料を加熱しながら加圧し、前記弾性ブロックの膨出により、シート材料の横ずれを防止しながら、シート材料を加熱接合する多層積層体の製造方法。
互いに相似形状の矩形のシート状材料を複数枚重ね合わせ、これを加熱及び加圧する多層積層体からなるプリント回路基板の製造方法において、
ＡＣ（アルミニウムと銅の接着シート）またはＣＡＣ（銅−アルミニウム−銅の接着シート）と、プリプレグと、プリント回路基板とを含むシート状材料を、前記ＡＣまたは前記ＣＡＣの端部が前記プリント回路基板及び前記プリプレグの端部から突出するように、平板状の下金型に重ね合わせて載置すると共に、当該載置したシート状材料の外辺の外側に、当該載置したシート状材料の外辺に接するように、重ね合わせたシート材料よりも厚い２００℃以上の耐熱性を有するシリコンゴム又はフッ素ゴムの弾性ブロックを、シート状材料の各辺よりもそれぞれ短く、シート状材料の１辺に対して１個又は複数個、位置の変更が可能に配置し、さらにこれらの上に平板状の上金型を載せ、上下の平板状金型間で、前記弾性ブロックと重ね合わせたシート材料を加熱しながら加圧し、前記弾性ブロックの膨出により、シート材料の横ずれを防止しながら、シート材料を加熱接合する多層積層体の製造方法。