JP6556092B2

JP6556092B2 - 印刷配線板およびその製造方法

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Publication number: JP6556092B2
Application number: JP2016088498A
Authority: JP
Inventors: 豊秋元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP2017199762A

Description

本開示は、電子部品を内蔵した印刷配線板に関する。

部品収納部に電子部品を収容し、その電子部品と部品収納部の内壁との隙間に合成樹脂を充填した印刷配線板が知られている。このような印刷配線板において、部品と部品収納部の内壁の隙間に合成樹脂を充填しやすいように、部品収納部の内壁を下方に向かって拡がるテーパ状に形成する技術も知られている（特許文献１参照）。このものは上下を逆にして部品収納部に溶融合成樹脂を流し込む。

下面に複数の電極端子を備えた電子部品では、電極端子の厚さに差が生ずることがある。たとえばハーメチックシール（気密封止構造）の部品（図５参照）などでは、電気めっきにて端子を設けるが、複数の電極端子の表面積が異なる場合、析出させるめっきの厚さも異なり、めっきが厚くなると、電極端子の厚さも厚くなる。

そのため、１つの電子部品において、複数の電極端子の厚さに差が生じるので、部品収納部内に取り付けた電子部品が傾き、傾いていない場合よりも部品の占有面積(平面視した場合の面積）が広くなる。そのため、部品間隔を狭くできないという問題があった。

特開２００９−１０５３４４号公報特開２０１５−１９８１２８号公報

本開示の印刷配線板は、内部に部品収納部を有する基板と、前記部品収納部に収納された、厚さに差がある複数の電極端子を備えた部品と、前記部品収納部の内周面と部品との間隙に充填された部品固定用の合成樹脂とを備え、前記部品収納部の内壁の一部に、前記部品の厚さが薄い電極端子側の底部を持ち上げた状態で支持する突起部が形成されている。

本開示の印刷配線板の製造方法は、基板に部品収納部となる空洞を形成する工程と、前記部品収納部に厚さに差がある複数の電極端子を備えた部品を収納する工程と、前記部品収納部の内周面と部品との間隙に部品固定用の合成樹脂を充填し硬化させる工程とを含み、前記部品収納部を形成するときに、部品収納部の内壁の一部に、前記部品の厚さの薄い電極端子側の底部を持ち上げた状態で支持する突起部を残して空洞を形成し、前記部品を収納するときに、前記部品の厚さが薄い電極端子側の底部を前記突起部に載せて部品を支持する。

（ａ）は本開示に係る印刷配線板の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はその印刷配線板の突起部の要部斜視図であり、（ｃ）はその配線板の部品収納部の平面図である。本開示の一実施形態に関わる印刷配線板における部品の傾き調整方法を示す説明図である。（ａ）は部品収納部への部品を挿入する方法を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。（ａ）は本開示に関わる部品の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその底面図である。本開示に関わる部品の他の例を示す断面図である。本開示の配線板の製造法の実施形態を示す工程図である。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）に示すように、本開示の印刷配線板１０は、基板１１と、その基板に形成された空洞からなる部品収納部１２に収納された部品（電子部品）３０と、部品収納部に充填された部品固定用の合成樹脂４０とから構成されている。基板１１は、コア基板（絶縁板）１３と、その両面に形成された第１の絶縁樹脂層１４とからなる多層コア基板１５とを備えている。多層コア基板１５の上面および下面には、第２の絶縁樹脂層１６が形成されている。コア基板１３の表面には第１の配線パターン１８が形成され、第１の絶縁樹脂層１４の表面には第２の配線パターン１９が形成されている。それぞれの層には、上下面を電気的に接続するためのビアホール２０が形成されている。部品収納部１２に収容された部品３０との導通のためのビアホール２１も設けられている。

部品収納部１２は多層コア基板１５に形成される貫通孔であり、レーザ加工や金型加工などによって素材を切除することにより形成される。そしてこの実施形態では、部品収納部１２の内壁面２２の一面に三角錐状の突起部２３が形成されている。この突起部２３は、部品収納部１２をレーザ加工するときに、切除せずに残すことにより、部品収納部と同時に形成することができる。突起部２３は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、内壁面２２の左右の略中央部で下端に設けられる。突起部２３は内壁面２２から突出するように形成され、内壁面２２および底面２４と対応する２面は、互いに直交している。

そして前面側に三角形の前面２５、２５が前方斜め向きに突出している。すなわちこの実施形態では、突起部２３は四角錐を頂点と下面の２つの対角を含む面で切断した三角錐の形状を備えている。前記２つの前面２５は、内壁面２２に対しても、底面２４に対しても傾斜しており、２つの前面２５、２５が交わる稜線２６も内壁２２から底面２４に向かって下がるように傾斜している。底面２４に対する稜線２６の角度は、１０〜４０゜程度が用いられ、好ましくは２０〜３５゜程度である。

部品３０は印刷配線板１０に収容される電子部品であり、例えば、半導体素子、コンデンサ、抵抗、コイル、バリスタ等が挙げられる。この実施形態では部品３０は略直方体の形態を有し、下面に複数の薄板状の電極端子２７、２８を設けている。そしてこれらの電極端子は互いに高さ（厚さ）が異なっている。図１（ａ）では、左側の電極端子２７は右側の電極端子２８より高い。このような高さの差が生ずるのは、たとえば電極端子の面積が異なり、その上に銅めっきを施した場合などがあげられる。

厚さが異なる複数の電極端子２７、２８を有する部品３０を部品収納部１２に収納すると、通常は薄い電極端子２８が下になるように傾く。そして傾くことにより、投影面積が広くなり、部品３０同士を接近して配置するのが困難になる。本開示では前述の突起部２３に低い側を載せることによって、部品３０をできるだけ水平になるようにして配置することができる。部品３０は、薄い電極端子２８の側の辺の中央部下面を突起部２３の稜線２６の下部近辺に載せるようにする（図１（ｃ）参照）。角部を避けて中央部を載せるのは、角部を載せると潰れ易いためである。

それにより、薄い電極端子２８の側をいくらか持ち上げて配置することができ、部品３０を水平に維持できる。なお、最終的には部品収納部１２の内周面と部品３０との間隙部分に絶縁性の部品固定用の樹脂４０が充填され、これにより部品収納部１２内に部品３０を固定するが、部品３０を収容する段階では不安定である。しかしその段階では、次の樹脂の充填に備えて多層コア基板１５の下面にＰＥＴフィルムなどからなる剥離フィルム２９を貼り付ける（図６の工程Ｓ３参照）。そのため、剥離フィルム２９の粘着面に部品が接するので、部品３０を安定して配置することができる。

また、図２に示すように部品３０の下端を載せる位置を変えることにより、部品３０の傾きを調整することができる。すなわち、図２の二点鎖線で示す部品３０Ｈのように稜線２６の上側（内壁２２に近い側）に部品の底部の一辺を載せると、その側が高く支持され、部品３０Ｌのように下側（内壁２２から離れた部位）に載せると低くなる。このように突起部２３として斜めの稜線２６を採用すると、傾きを連続的に調節することができ、傾きの調節が容易になる利点がある。ただし多数の段部を階段状に配列し、傾きを不連続的に調節する突起部を採用することもできる。

図１（ａ）では高さ調節用の突起部２３が１個の場合を例示したが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個の突起部を設けることもできる。図３（ａ）では、部品３０の薄い電極端子２８が設けられている側の辺３１の中央部のほか、その辺に隣接する辺３２、３３の中央部にも突起部２３を設けている。このように複数個の突起部を設けると、部品３０を安定して載置することができる。

突起部２３の形状は、電極端子２７、２８の厚さや形状などによって定めるが、部品への入り込み長さ（図３（ｂ）の符号Ａ）が５〜１５μｍ程度、最小高さ（図３（ｂ）の符号Ｂ）が「最大端子厚底面（α）−端子なし面（β）」を満足する突起寸法が好ましい。また、加工精度を考慮すると、前述の寸法が好ましい。そして形状は部品を持ち上げて傾きを補正できればよく、四角錐、たとえば正四角錐の底面を対角に半分にした三角錐形状が好ましい。なお、突起部がないまま部品を内蔵すると、部品３０の底面（図３（ｂ）のβ）が斜めになる。それを一番高い端子面αを水平基準面にとり、α面とβ面が平行になるような角度を突起部で与えるイメージである。

図４（ａ）、（ｂ）に示す部品３４は、横幅Ｗ１が１．６ｍｍ、縦Ｗ２が１．２ｍｍ、厚さが０．４ｍｍの電子部品であり、下面に４個の電極端子３５、３６、３７、３８を備えている。これらのうち、角を切り欠いた矩形状の電極端子３５の厚さは２５μｍで、他の電極端子３６〜３８の厚さは５μｍである。このような非対称的に厚さが異なる電極端子を備えている部品３４の場合は、少なくとも２個の突起部を設けることにより、安定して支持することができる。具体的には、図４（ｂ）に示すように、厚さの厚い電極端子３５の対角線上に存在する電極端子３７が位置する角部を挟んで２つの辺を持ち上げるようにそれぞれ突起部を設ければよい。

図５に示す部品（水晶振動子）４５は、背景技術で説明した、いわゆるハーメチックシール（気密封止構造）の部品であり、下面に複数の電極端子４６、４７を有する。このものは電気特性上、一部の電極端子（キャスターレーション）で金属リッド４８と接続している。このような部品の電極端子４６、４７表面に銅めっきを施す場合、金属リッド４８との接続の有無でめっきを付ける金属の表面積に違いが生じる。すなわち、接続がある場合は表面積が広くなり、析出させるめっきが厚くなる。そしてめっきの厚さが厚くなると、電極端子の厚さが２〜５倍程度差が生じることがある。本開示はこのような微小な部品を内蔵する印刷配線板に好適に適用することができる。

次に、図６を参照して本実施形態に係る印刷配線板の製造方法を説明する。初めにコア基板１３の上下面に第１の配線パターン１８を形成する。ついでそれらの上にそれぞれ絶縁樹脂層の材料を積層・熱プレスすることにより第１の絶縁樹脂層１４を形成する。この絶縁層１４および配線パターン１８を積層して、多層コア基板１５を形成する（積層工程Ｓ１）。なお、上下の層の電気接続のためのビアホール（図１の符号２０参照）は、積層・熱プレス後に形成する。

得られた多層コア基板１５にレーザ加工を施して部品収納部１２となる貫通孔を形成する（部品収納部形成工程Ｓ２）。部品収納部１２は、例えばＣＯ₂レーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザなどのレーザ加工によって形成してもよいし、金型加工等で形成することもできる。貫通孔を形成するとき、突起部２３も同時に形成する。ついで多層コア基板１５の下面全面に剥離フィルム２９を貼り付ける。粘着面は上向きになっている。剥離フィルム２９を多層コア基板１５の下面に貼り付けることによって、部品収納部１２内から部品３０を落下させないようにすることができる。

剥離フィルム２９は後に取り外す仮部材である。剥離フィルム２９はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに粘着剤を塗布することによって作成することができる。ＰＥＴフィルムの代わりに、繰り返し使用できるＭａｇｉＣａｒｒｉｅｒ（（株）京写製）、ｆｌｅｘＣａｒｒｉｅｒ（株式会社ユー・エム・アイ）などを使用してもよい。

ついで部品収納部１２に部品３０を挿入する（部品挿入工程Ｓ３）。部品３０を挿入する時には、電極端子２７、２８を下にして、厚い方の電極端子２７が剥離フィルム２９に接着するように仮置きする。仮置き直後は、薄い方の電極端子２８が突起部２３の適正位置に接触していない場合があり、適正位置になるように横方向に微調整する（図２参照）。剥離フィルム２９に粘着性があるため、微調整後の部品位置は維持できる。

その後、部品収納部１２に部品固定用の合成樹脂４０を充填する（樹脂充填工程Ｓ４）。溶融状態で充填し、硬化させて部品３０を固定することは、従来の部品内蔵の手順と同様である。合成樹脂４０が硬化した後、剥離フィルム２９を取り除き、第２の絶縁樹脂層１６や第２の配線パターン１９を形成し、ビアホール２０を形成し、最外層に配線導体層１９ａを形成して印刷配線板１０を得る。このようにして得られる印刷配線板１０は、内蔵している部品３０がほぼ水平状態であるので、部品の投影面積が小さい。そのため、部品同士の間隔を縮めることができ、よりコンパクトな印刷配線板を得ることができる。

部品固定用の樹脂４０としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂などが挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂と他の樹脂との混合樹脂が好ましい。部品固定用の樹脂３４には、さらにシリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどのフィラーが含まれていてもよい。

前述のコア基板（絶縁板）１３は、絶縁性を有する素材で、層形成の基板となるもので形成されていれば特に限定されない。このような素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。コア基板１３として有機樹脂を使用する場合、有機樹脂に補強材を配合して使用するのが好ましい。

補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などが挙げられる。これらの補強材は２種以上を併用してもよい。コア基板１３は、好ましくはガラス繊維やガラス不織布などのガラス材入り有機樹脂から形成される。さらに、コア基板１３には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。

第１の絶縁樹脂層１４、第２の絶縁樹脂層１６についてもコア基板１３と同様の素材、とくに有機樹脂が用いられる。これらの有機樹脂についてもコア基板と同様の補強材や無機充填材、フェノール樹脂やメタクリル樹脂からなる有機充填材が含まれていてもよい。コア基板１３、絶縁樹脂層１４、１６の厚みは特に限定されず、好ましくは０．０２〜１０ｍｍの厚みを有する。

コア基板１３の表面に形成される第１の配線パターン１８、第１の絶縁樹脂層１４の表面に形成される第２の配線パターン１９、および第２の絶縁樹脂層１６の表面に形成される配線導体層１９ａは、エッチングなど、従来用いられている方法によって形成される。

図１（ａ）に示す印刷配線板１０では、第２の絶縁樹脂層１６および配線導体層１９ａは、多層コア基板１２の上下面にそれぞれ２層積層されているが、２層に限定されない。例えば、１層だけでもよく、第２の絶縁樹脂層１６および配線導体層１９ａを交互に積層させて多層のビルドアップ層としてもよい。この場合、積層した各絶縁樹脂層にビアホール２０、２１が形成される。

前記実施形態では、突起部として四角錐を二分した三角錐の形状のものを示したが、五角錐、六角錐などの多角錘を二分した半多角錘状、横倒しにした多角柱状、階段状あるいは平滑な傾斜面を備えたブロック状、さらに半円錐状、半球面状など、加工のし易さや調整のし易さなどに応じて種々の形状を選択することができる。

以上述べたように、本開示の印刷配線板によれば、部品収納部の内壁の一部に、部品の厚さが薄い電極端子側の底部を、持ち上げた状態で支持する突起部が形成されているので、部品の傾きが解消され、部品間隔を狭くすることができる。
また、本開示の印刷配線板の製造方法によれば、部品収納部を形成するときに、部品収納部の内壁の一部に、突起部を残して空洞を形成するので、効率的に部品収納部および突起部を形成することができる。さらに部品収納部に部品を収納するときに、前記部品の厚さが薄い電極端子側の底部を前記突起部に載せて、部品を支持させるので、簡単な方法で部品の傾きを是正することができる。

１０印刷配線板
１１基板
１２部品収納部
３０部品
４０部品固定用の合成樹脂
１３コア基板
１４第１の絶縁樹脂層
１５多層コア基板
１６第２の絶縁樹脂層
１８第１の配線パターン
１９第２の配線パターン
１９ａ配線導体層
２０、２１ビアホール
２２内面壁
２３突起部
２４底面
２５前面
２６稜線
２７（厚い）電極端子
２８（薄い）電極端子
２９剥離フィルム
３０Ｈ、３０Ｌ部品
３１、３２、３３辺
Ａ部品への入り込み長さ
Ｂ最小高さ
α 最大端子厚底面
β 端子なし底面
３４部品
３５〜３８電極端子
４５部品（水晶振動子）
４６、４７電極端子
４８金属リッド
Ｓ１準備工程
Ｓ２部品収納部形成工程
Ｓ３部品挿入工程
Ｓ４樹脂充填工程

Claims

内部に部品収納部を有する基板と、前記部品収納部に収納された、厚さに差がある複数の電極端子を備えた部品と、前記部品収納部の内周面と部品との間隙に充填された部品固定用の合成樹脂とを備え、
前記部品収納部の内壁の一部に、前記部品の厚さが薄い電極端子側の底部を持ち上げた状態で支持する突起部が形成されている印刷配線板。
前記突起部は、前記内壁から前記部品収納部の底面に向かって傾斜している請求項１に記載の印刷配線板。
前記突起部が、四角錐を頂点と底面の対角を含む面で２等分した三角錐の形態を備えている請求項１または２に記載の印刷配線板。
前記突起部が、部品の底部の角部を避けた位置を支持している請求項１〜３のいずれかに記載の印刷配線板。
前記突起部が少なくとも２個設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の印刷配線板。
基板に部品収納部となる空洞を形成する工程と、前記部品収納部に厚さに差がある複数の電極端子を備えた部品を収納する工程と、前記部品収納部の内周面と部品との間隙に部品固定用の合成樹脂を充填し硬化させる工程とを含み、
前記部品収納部を形成するときに、部品収納部の内壁の一部に、前記部品の厚さの薄い電極端子側の底部を持ち上げた状態で支持する突起部を残して空洞を形成し、
前記部品を収納するときに、前記部品の厚さが薄い電極端子側の底部を前記突起部に載せて部品を支持する印刷配線板の製造方法。
前記突起部が、前記内壁から前記部品収納部の底面に向かって傾斜しており、前記部品を部品収納部に収納するときに、部品を水平方向にずらすことによって、部品の傾きを調整する請求項６に記載の製造方法。