JP5895183B2

JP5895183B2 - 多層プリント配線板の製造方法

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Publication number: JP5895183B2
Application number: JP2011205681A
Authority: JP
Inventors: 濱津　力; 力濱津
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013069744A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる多層プリント配線板の製造方法に関するものである。

従来、多層プリント配線板を製造するにあたっては、隣り合う内層材に設けられた回路パターンの位置を正確に合わせるために、ピンラミネーション工法やハトメ（かしめ）工法を用いたマスラミネーション工法が採用されている。

しかし、マスラミネーション工法ではピンやハトメと内層材に設けられた孔との間にクリアランスが生じるため、この分だけ内層材が動くことにより、層間の位置ずれが発生しやすいという問題があった。

そこで、マスラミネーション工法とは異なる溶着工法で多層プリント配線板を製造することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この溶着工法は、プリプレグを介して２枚の内層材を重ね、プリプレグを各内層材に部分的に溶着して隣り合う内層材同士を仮止めし、各内層材の表面にさらにプリプレグを介して外層材を重ねた後、加熱加圧成形により各プリプレグを内層材及び外層材に全体的に溶着することによって内層材と外層材とを積層するというものである。

上記の溶着工法では、プリプレグを各内層材に部分的に溶着して内層材同士を仮止めするので、各プリプレグを内層材及び外層材に全体的に溶着する際の加熱加圧成形において、内層材が面方向と平行な方向（加圧方向と直交する方向）に動きにくくすることができ、層間の位置ずれが発生しにくくなるものである。

特開２０００−２１６５４２号公報特開２００３−２４９７５２号公報

従来の溶着工法は、厚みの薄い回路パターンが内層材に設けられている場合には有効である。

しかし、多層プリント配線板として例えば大電流基板等を製造しようとする場合、通常、内層材には厚みの厚い回路パターンが設けられており、このような場合には上記の溶着工法は有効ではない。すなわち、回路パターンの厚み分だけプリプレグと内層材の溶着部が離れてしまうので、内層材の位置ずれが発生しやすく、また外層材の特に溶着部におけるシワも発生しやすい。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回路基板（例えば内層材）の位置ずれを抑制し、外側に外層材を重ねて積層成形する場合には外層材の溶着部におけるシワの発生を抑制す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ものである。

本発明に係る多層プリント配線板の製造方法は、２枚の回路基板を絶縁層用プリプレグを介して溶着により仮止めした後に積層成形することによって多層プリント配線板を製造する方法において、前記回路基板が、前記絶縁層用プリプレグに対向する面に厚み１０５μｍ以上の回路パターン及び枠部を設けて形成されていると共に、前記枠部に溶着用プリプレグが配置されていることを特徴とするものである。

前記多層プリント配線板の製造方法において、積層成形後の前記溶着用プリプレグの厚みが、前記回路パターンの厚みの±７０μｍの範囲内であることが好ましい。

前記多層プリント配線板の製造方法において、積層成形時の温度における前記溶着用プリプレグの樹脂の硬化時間が、前記温度における前記絶縁層用プリプレグの樹脂の硬化時間に２０秒を加算した時間以下であることが好ましい。

本発明によれば、回路基板（例えば内層材）の位置ずれを抑制し、外側に外層材を重ねて積層成形する場合には外層材の溶着部におけるシワの発生を抑制することができるものである。

本発明に係る多層プリント配線板の製造方法における溶着時の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は概略断面図である。本発明に係る多層プリント配線板の製造方法における溶着時の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は概略断面図である。本発明に係る多層プリント配線板の製造方法に用いられる回路基板の一例を示すものであり、（ａ）は回路基板全体の概略平面図、（ｂ）は溶着部の概略平面図である。本発明に係る多層プリント配線板の製造方法における溶着後の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

まず回路基板１について説明する。回路基板１は、絶縁基板７の両面に金属箔を設けて形成された金属張積層板（例えばガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板等）をサブトラクティブ法等により加工して得ることができる。このようにして得られた回路基板１は、図１に示すように絶縁基板７に厚み１０５μｍ以上（実質上の上限は２１０μｍ）の回路パターン４及び枠部５を設けて形成されている。回路パターン４及び枠部５はいずれも、金属箔のエッチングにより設けることができる。ここで、回路パターン４は、図３（ａ）では矩形状に図示されているが、実際には任意の形状に形成されている。また図３（ａ）では複数の回路パターン４を縦横に並べて設けているが、回路パターン４の数及び並べ方は特に限定されるものではない。一方、枠部５は、図３では平行な２本の直線状パターン８を絶縁基板７の両端部に設けて形成されている。後述の溶着用プリプレグ６を枠部５の内部に設置して、溶着用プリプレグ６が多少ずれても回路パターン４に重ならないようにすることが可能であれば、枠部５の形状は、平行な２本の直線状パターン８に限定されるものではなく、さらに枠部５の数も特に限定されるものではない。また枠部５はその内部に溶着部９が位置するように設けられていればよいので、枠部５の設置箇所は、絶縁基板７の両端部に限定されるものではない。枠部５の厚みは回路パターン４の厚みとほぼ同じである。また、図１に示す回路基板１では絶縁基板７の両面に回路パターン４及び枠部５が設けられているが、一方の面（溶着時に後述の絶縁層用プリプレグ２に対向する面）の回路パターン４の厚みが１０５μｍ以上であれば、他方の面の回路パターン４の厚みは特に限定されるものではない。また、絶縁基板７の一方の面に厚み１０５μｍ以上の回路パターン４が設けられていれば、他方の面には回路パターン４の代わりにベタ状金属箔１０が設けられていてもよい。この場合のベタ状金属箔１０の厚みは特に限定されるものではない。

次に、回路基板１を用いて多層プリント配線板を製造する方法について説明する。以下では特に断らない限り、回路基板１として、厚み１０５μｍ以上の回路パターン４及び枠部５が絶縁基板７の両面に設けられたものを用いる場合について説明する。特に枠部５は絶縁基板７の両面に対称的に設けられている。

まず図１（ａ）に示すように、２枚の回路基板１の間に１枚又は複数枚の絶縁層用プリプレグ２を介在させ、ＣＣＤカメラ等により２枚の回路基板１の位置合わせを行う。位置合わせは、あらかじめ２枚の回路基板１の四隅に基準マーク（図示省略）を設けておき、この基準マークをＣＣＤカメラ等により読み取りながら、対応する基準マークの位置を合わせることによって行うことができる。さらに２枚の回路基板１の絶縁層用プリプレグ２に対向する面に設けられた枠部５の内部には溶着用プリプレグ６を配置する。

ここで、絶縁層用プリプレグ２及び溶着用プリプレグ６はいずれも、樹脂ワニスを基材に含浸させ、Ｂステージ状態（半硬化状態）となるまで加熱乾燥させることによって製造することができる。樹脂ワニスは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤等を配合して製造することができる。基材としては、ガラス織布又はガラス不織布等を用いることができる。このように、絶縁層用プリプレグ２及び溶着用プリプレグ６は同じ材料を用いて製造することができるが、異なる材料を用いて次のように製造することが好ましい。すなわち、後述の積層成形時の温度（例えば４０〜１６０℃）において、溶着用プリプレグ６の樹脂の硬化時間が、絶縁層用プリプレグ２の樹脂の硬化時間に２０秒を加算した時間以下であることが好ましい。溶着用プリプレグ６の樹脂の硬化時間の下限は、特に限定されるものではないが、例えば、絶縁層用プリプレグ２の樹脂の硬化時間から６０秒を減算した時間である。硬化時間はＪＩＳＣ６５２１に基づいて測定することができるが、例えば、絶縁層用プリプレグ２の樹脂の硬化時間が１４０秒である場合には、溶着用プリプレグ６の樹脂の硬化時間は１６０秒以下（実質上の下限は８０秒）であることが好ましい。

絶縁層用プリプレグ２の大きさは、回路基板１と同一以上の大きさであり、絶縁層用プリプレグ２の厚みは、２枚の回路基板１の回路パターン４間を絶縁することができれば、特に限定されるものではない。

溶着用プリプレグ６は、枠部５の内部に設置可能な形状に形成されている。例えば、図３では枠部５が平行な２本の直線状パターン８で形成されているので、溶着用プリプレグ６は、２本の直線状パターン８間の幅と同一以下の幅を有する帯状に形成されている。このように枠部５の形状に基づいて溶着用プリプレグ６の形状は変化する。また溶着用プリプレグ６としては、後述の積層成形後において１０５μｍ以上の回路パターン４の厚みの±７０μｍの範囲内の厚みとなるものを用いることが好ましい。例えば、回路パターン４の厚みが１０５μｍであれば、積層成形後において厚みが３５〜１７５μｍとなる溶着用プリプレグ６を用いることが好ましい。

次に図１（ａ）（ｂ）に示すように、２枚の回路基板１を絶縁層用プリプレグ２を介して溶着により仮止めする。溶着は、溶着部９に溶着ヘッド１１の先端を当接させてそのまま加熱加圧することによって行うことができる。例えば、溶着温度は２００〜４００℃、溶着圧力は０．２〜０．６ＭＰａ（２〜６ｋｇ／ｃｍ^２）、溶着時間は１５〜６０秒である。溶着部９は、回路基板１の絶縁基板７において溶着用プリプレグ６が配置された箇所の裏側に位置する。図３に溶着部９の位置を例示するが、溶着部９の数は特に限定されるものではない。そして、２枚の回路基板１の溶着部９を溶着ヘッド１１で加熱加圧すると、溶着ヘッド１１の熱が絶縁基板７を介して溶着用プリプレグ６及び絶縁層用プリプレグ２に伝わる。そうするとこの熱により、特に溶着部９における溶着用プリプレグ６及び絶縁層用プリプレグ２の樹脂が溶融し、この樹脂によって２枚の回路基板１が溶着されて仮止めが終了する。このとき枠部５の内部に溶着用プリプレグ６が配置されていないと、この箇所には厚み１０５μｍ以上の比較的大きな空間が形成されているので、溶着ヘッド１１の熱が絶縁層用プリプレグ２に伝わるのに時間がかかり、その間に２枚の回路基板１の位置がずれてしまうおそれがある。また、上記の空間に絶縁層用プリプレグ２の樹脂が流入し、この流入に起因して２枚の回路基板１の位置がずれてしまうおそれもある。これに対して本発明では、あらかじめ枠部５の内部に溶着用プリプレグ６が配置されて上記の空間をほぼ充填しているので、２枚の回路基板１の位置がずれることを抑制することができるものである。

その後、図４（ａ）に示すように、仮止めした２枚の回路基板１の両面に１枚又は複数枚の絶縁層用プリプレグ２を介して外層材３として銅箔等の金属箔を重ねる。このような場合、仮止めしている回路基板１は特に内層材といえる。そして、これを加熱加圧して積層成形することによって、図４（ｂ）に示すような多層プリント配線板（６層プリント配線板）を製造することができる。加熱条件は例えば次の通りである。開始時の常温（４０℃）から１６０℃まで昇温速度１．０〜２．０℃／分で加熱し、１６０℃以上の温度で５０〜１００分間保持する。加圧条件は例えば次の通りである。１３．３ｋＰａ以下の真空下において、０．５〜１．０ＭＰａで１０〜３０分間保持し、０．５〜１．０ＭＰａから２．９ＭＰａまで１〜３０分間かけて昇圧し、開始から７０分間経過するまで２．９ＭＰａで保持する。その後、図示省略しているが、サブトラクティブ法等により外層材３の不要部分を除去して回路パターンを形成することができる。

上記のようにして得られた多層プリント配線板においては、積層成形前に２枚の回路基板１は位置合わせをして仮止めされているので、積層成形後においても回路基板１の位置ずれが抑制されている。しかも外層材３の溶着部９におけるシワの発生を抑制することができるものである。このとき、溶着用プリプレグ６として回路パターン４の厚みの±７０μｍの範囲内の厚みを有するものを用いていると、回路基板１の位置ずれ及び外層材３の溶着部９におけるシワの発生をさらに抑制することができるものである。また溶着用プリプレグ６の樹脂の硬化時間が、絶縁層用プリプレグ２の樹脂の硬化時間に２０秒を加算した時間以下となるような溶着用プリプレグ６及び絶縁層用プリプレグ２を用いていると、絶縁層用プリプレグ２の樹脂の流動に起因するような回路基板１の位置ずれをさらに抑制することができるものである。また図４では図示省略しているが、仮止めした２枚の回路基板１の外側の枠部５の内部にも溶着用プリプレグ６を配置するようにしておけば、この枠部５の内部に絶縁層用プリプレグ２の樹脂が流入しにくくなり、この流入によって外層材３が引きずられにくくなり、シワの発生をさらに抑制することができるものである。

図２は多層プリント配線板の製造方法の他の一例を示すものである。この方法では、回路基板１として、絶縁基板７の一方の面に厚み１０５μｍ以上の回路パターン４及び枠部５が設けられ、他方の面にベタ状金属箔１０及び枠部５が設けられたものを用いる。

まず図２（ａ）に示すように、２枚の回路基板１の間に１枚又は複数枚の絶縁層用プリプレグ２を介在させ、ＣＣＤカメラ等により２枚の回路基板１の位置合わせを行う。このとき、２枚の回路基板１の厚み１０５μｍ以上の回路パターン４同士を対向させ、２枚の回路基板１の絶縁層用プリプレグ２に対向する面に設けられた枠部５の内部に溶着用プリプレグ６を配置する。絶縁層用プリプレグ２及び溶着用プリプレグ６としては、上述のものを用いることができる。

次に図２（ａ）（ｂ）に示すように、２枚の回路基板１を絶縁層用プリプレグ２を介して溶着により仮止めする。２枚の回路基板１の溶着部９を溶着ヘッド１１で加熱加圧すると、溶着ヘッド１１の熱が絶縁基板７を介して溶着用プリプレグ６及び絶縁層用プリプレグ２に伝わる。そうするとこの熱により、特に溶着部９における溶着用プリプレグ６及び絶縁層用プリプレグ２の樹脂が溶融し、この樹脂によって２枚の回路基板１が溶着されて仮止めが終了する。本発明では、あらかじめ枠部５の内部に溶着用プリプレグ６が配置されているので、この溶着用プリプレグ６によって溶着ヘッド１１の熱が絶縁層用プリプレグ２に速く伝わる。そうすると溶着に要する時間が短くなることによって、２枚の回路基板１の位置がずれることを抑制することができるものである。

その後、仮止めした２枚の回路基板１の外側の面にはベタ状金属箔１０が設けられているので、そのまま加熱加圧して積層成形することによって、図２（ｃ）に示すような多層プリント配線板（４層プリント配線板）を製造することができる。２枚の回路基板１は位置合わせをして仮止めされているので、積層成形後においても回路基板１の位置ずれが抑制されている。その後、図示省略しているが、サブトラクティブ法等によりベタ状金属箔１０の不要部分を除去して回路パターンを形成することができる。

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）
回路基板１として、図１及び図３に示すように、絶縁基板７の両面に厚み１０５μｍの回路パターン４及び枠部５を設けて形成されたものを用いた。この回路基板１は、金属張積層板（パナソニック電工株式会社製：Ｒ−１７６６）を用いて製造した。枠部５は、図３に示すように平行な２本の直線状パターン８（各直線状パターン８の幅５ｍｍ、２本の直線状パターン８間の間隔１０ｍｍ）を絶縁基板７の両端部に設けて形成した。

次に、上記の回路基板１を用いて多層プリント配線板を次のようにして製造した。

まず図１（ａ）に示すように、２枚の回路基板１の間に２枚の絶縁層用プリプレグ２（パナソニック電工株式会社製：Ｒ−１６６１、ＲＣ（レジンコンテント）４８質量％）を介在させ、ＣＣＤカメラにより２枚の回路基板１の位置合わせを行った。位置合わせは、あらかじめ２枚の回路基板１の四隅に設けられた基準マーク（図示省略）の位置を合わせることによって行った。さらに２枚の回路基板１の絶縁層用プリプレグ２に対向する面に設けられた枠部５の内部に溶着用プリプレグ６（パナソニック電工株式会社製：Ｒ−１６６１、２１１６クロス、ＲＣ４８質量％）を配置した。溶着用プリプレグ６は、幅９ｍｍの帯状に形成した。

次に図１（ａ）（ｂ）に示すように、２枚の回路基板１を絶縁層用プリプレグ２を介して溶着により仮止めした。溶着は、図３に示す溶着部９に溶着ヘッド１１の先端（４ｍｍ×２０ｍｍ）を当接させてそのまま加熱加圧することによって行った。このときの溶着温度は３００℃、溶着圧力は０．４９ＭＰａ（５ｋｇ／ｃｍ^２）、溶着時間は３０秒である。

その後、図４（ａ）に示すように、仮止めした２枚の回路基板１の両面に２枚の絶縁層用プリプレグ２（パナソニック電工株式会社製：Ｒ−１６６１、ＲＣ（レジンコンテント）４８質量％）を介して外層材３として銅箔（厚み１８μｍ）を重ねた。そして、これを加熱加圧して積層成形することによって、図４（ｂ）に示すような多層プリント配線板（５１０ｍｍ×５１０ｍｍの６層プリント配線板）を２０枚製造した。加熱条件は次の通りである。開始時の常温（４０℃）から１６０℃まで昇温速度２．０℃／分で加熱し、１６０℃以上の温度で５０分間保持した。加圧条件は次の通りである。１３．３ｋＰａ以下の真空下において、１．０ＭＰａで１０分間保持し、１．０ＭＰａから２．９ＭＰａまで１０分間かけて昇圧し、開始から７０分間経過するまで２．９ＭＰａで保持した。

（実施例２〜７）
溶着用プリプレグ６として、表１に示すものを用いるようにした以外は、実施例１と同様にして多層プリント配線板を製造した。

（比較例１）
絶縁基板７に枠部５を設けず、溶着用プリプレグ６を用いないようにした以外は、実施例１と同様にして多層プリント配線板を製造した。

（層間ずれ）
２枚の回路基板１の対応する基準マーク間の距離が１００μｍを超えている多層プリント配線板を不良とし、その枚数を数えた。結果を表１に示す。

（溶着部シワ）
外層材３である銅箔の溶着部９に相当する箇所にシワが発生している多層プリント配線板を不良とし、その枚数を数えた。結果を表１に示す。

表１から、実施例１〜７では、回路基板１の位置ずれを抑制し、外層材３の溶着部９におけるシワの発生を抑制することができるのに対し、比較例１では、溶着用プリプレグ６を用いていないので上記のような効果が得られないことが確認された。

１回路基板
２絶縁層用プリプレグ
３外層材
４回路パターン
５枠部
６溶着用プリプレグ

Claims

２枚の回路基板を絶縁層用プリプレグを介して溶着により仮止めした後に積層成形することによって多層プリント配線板を製造する方法において、前記回路基板が、前記絶縁層用プリプレグに対向する面に厚み１０５μｍ以上の回路パターン及び枠部を設けて形成されていると共に、前記枠部に溶着用プリプレグが配置されていることを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
積層成形後の前記溶着用プリプレグの厚みが、前記回路パターンの厚みの±７０μｍの範囲内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。
積層成形時の温度における前記溶着用プリプレグの樹脂の硬化時間が、前記温度における前記絶縁層用プリプレグの樹脂の硬化時間に２０秒を加算した時間以下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。