JPH1022643A - キャビティ付きプリント配線板と、その製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層積層板の一方の面からキャビティ部分を
ＮＣ加工機で座ぐり加工することにより、半導体素子を
実装するためのキャビティを形成する場合に、座ぐり加
工の深さを短時間で高精度に制御でき、作業効率を向上
させ、製品の信頼性と歩留まりとを向上させる。 【解決手段】ａ．互いに電気的に接続された前記内層回
路パターンの座標とスルーホールの座標とを予めメモリ
しておき、 ｂ．最初にこのスルーホールと、座ぐり加工具との間の
電気接続の有無を監視しながら前記メモリした内層回路
パターンの座標で座ぐり加工を行い、 ｃ．前記スルーホールと座ぐり加工具とが電気的に接続
した時点で座ぐり加工の深さを求めてメモリし、 ｄ．キャビティの他の部分を同一深さに座ぐり加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体素子を実装
するための上方へ開いたキャビティを有するキャビティ
付きプリント配線板と、その製造方法および製造装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣやＬＳＩなどの半導体素子を収容す
るためのキャビティを一方の面（以下上面という）に持
ち、このキャビティに半導体素子を固着してからこの素
子をプリント配線板のパッドにワイヤボンディングでき
るようにしたプリント配線板が公知である。

【０００３】図５はこのようなプリント配線板の断面構
造を示す図である。この図において符号１０はプリント
配線板であり、その上面には上方へ開いた矩形の凹部す
なわちキャビティ１２が形成されている。このキャビテ
ィ１２の底面には、キャビティ１２の四辺に近接し各辺
に沿って並んだ多数の電極すなわちパッド１４が形成さ
れている。またプリント配線板１０の上面には、キャビ
ティ１２の四辺に近接し各辺に沿って並んだ多数のパッ
ド１６が形成されている。

【０００４】１８は半導体素子であり、ＩＣやＬＳＩな
どのチップからなる。この半導体素子１８はキャビティ
１２の底面に接着固定され、その後この半導体素子１８
の多数の電極はパッド１４、１６にワイヤボンディング
される。すなわちワイヤ２０によって素子１８とパッド
１４、１６とが接続される。

【０００５】このようにパッド１４と１６とをキャビテ
ィ１２の底面とプリント配線板１０の上面とに２段に設
けるのは、次のような理由による。すなわち素子１８の
外部接続電極数の増加に伴いプリント配線板側のパッド
数が増え、パッドピッチを狭くする必要が生じる。しか
しワイヤボンディングに使用する機器（ワイヤボンダ）
の加工精度には限界がある。そこでパッド１４、１６を
２段に分けてパッドピッチを拡大できるようにしたもの
である。

【０００６】図６はこのキャビティ１２を有するプリン
ト配線板１０の従来の製造方法を示す図である。この図
は回路パターンを４層に形成したものである。図で３０
は内層基板であり、その両面に貼られた銅箔をエッチン
グ処理することにより第２層および第３層の回路パター
ン２Ｌ、３Ｌが上面と下面にそれぞれ形成されている。

【０００７】内層基板３０の上下両面には外層基板３
２、３４が積層され、これら外層基板３２、３４の外面
に第１層および第４層の回路パターン１Ｌ、４Ｌが形成
される。第２層の回路パターン２Ｌの一部は、前記キャ
ビティ１２の底に表れるパッド１４となる。また第１層
の回路パターン１Ｌの一部は、前記キャビティ１２の周
辺に形成されるパッド１６となる。

【０００８】このようにして作られた多層積層板３６
は、ＮＣルータなどのＮＣ（数値制御）加工機によって
キャビティ１２（図５参照）が座ぐり加工される。この
ＮＣ加工機は、多層積層板３６の上面（第１層のパター
ン１Ｌ側）から下降する座ぐり加工具３８を水平面内で
移動させることによりキャビティ１２を加工するもので
ある。加工具３８を水平面内で移動させる代わりに、多
層積層板３６を水平面内で２次元移動させてもよい。

【０００９】例えば、工具であるフライス（座ぐり加工
具３８）に回転運動と上下運動とを与えつつ水平方向の
２次元の送り運動を与えて切削加工する公知の立てフラ
イス盤あるいはエンドミルが使用できる。このように外
層基板３２にキャビティ１２を座ぐり加工することによ
り、多層積層板３６は図５に示したプリント配線板１０
となる。

【００１０】

【従来技術の問題点】キャビティ１２の底面に表れる接
続用パッド１４は、厚さが３５μｍ〜７０μｍ程度の銅
箔またはこの銅箔の表面にめっきを付加した導体であ
り、第２層の内層回路パターン２Ｌの一部ともなるもの
である。

【００１１】一方第１層の外層基板３２側から座ぐり加
工する場合には、加工具３８の先端の深さＤ（図５）を
高精度に制御してパッド１４に対する切り込み量を最小
限にして導体厚を最大限に残すようにしなければならな
い。しかしこの深さＤは材料、製造工程の許容差などの
累積により積層板３６ごとに異なり、全ての積層板３６
に対して一定にすることは不可能である。このためこの
深さＤを一定にして多数の積層板３６を座ぐり加工を行
うことはできない。

【００１２】そこでこの深さは積層板３６ごとに実際に
加工しながら設定する必要が生じる。この時パッド１４
は外から目視することはできないので、工具３８をゆっ
くりと下降させ、パッド１４あるいは内層回路パターン
２Ｌが現れる深さになるまで、何回かに分けて深さ方向
（上下方向）の位置決めを行わねばならない。

【００１３】この位置決めを高精度に行うためには、位
置決め回数を増やして、１回の下降量を小さくし、僅か
ずつ切込ませればよい。しかしこの場合には加工時間が
大幅に増え、作業効率も低下する。反対に作業効率を向
上させるために、１回の下降量を大きくすると、パッド
１４への切込み量が増えるおそれがあり、製品の信頼性
低下や歩留まりの低下を招くという問題が生じる。

【００１４】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、キャビティを座ぐり加工する場合に加工深
さを短時間で高精度に制御でき、作業効率が向上し、製
品の信頼性と歩留まりを向上させることができるキャビ
ティ付きプリント配線板の製造方法を提供することを第
１の目的とする。

【００１５】またこの方法の実施に直接使用する製造装
置を提供することを第２の目的とする。さらにこの方法
により製造されるキャビティ付きプリント配線板を提供
することを第３の目的とする。

【００１６】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、多層積層板
の一方の面からキャビティ部分をＮＣ加工機で座ぐり加
工して半導体素子を実装するためのキャビティの底面に
内層回路パターンを露出させるキャビティ付きプリント
配線板の製造方法において、（ａ）互いに電気的に接続
された前記内層回路パターンの座標とスルーホールの座
標とを予めメモリしておき、（ｂ）最初にこのスルーホ
ールと、座ぐり加工具との間の電気接続の有無を監視し
ながら前記メモリした内層回路パターンの座標で座ぐり
加工を行い、（ｃ）前記スルーホールと座ぐり加工具と
が電気的に接続した時点で座ぐり加工の深さを求めてメ
モリし、（ｄ）キャビティの他の部分を同一深さに座ぐ
り加工する、ことを特徴とするキャビティ付きプリント
配線板の製造方法、により達成される。

【００１７】また第２の目的は、多層積層板の一方の面
から座ぐり加工して、半導体素子を実装するためのキャ
ビティを形成するキャビティ付きプリント配線板の製造
装置において、キャビティ内の底面に位置する内層回路
パターンの座標とこの内層回路パターンに電気接続され
たスルーホールの座標とを記憶するメモリと；座ぐり加
工具を３次元方向に移動させる移動手段と；前記座ぐり
加工具とスルーホールとの間の電気的接続を監視する監
視手段と；座ぐり加工具により前記内層回路パターンの
座標を座ぐり加工させる一方、前記監視手段が電気接続
を検出すると座ぐり加工具の下降を停止させてその時の
深さでキャビティの他の部分を座ぐり加工する主制御手
段と；を備えることを特徴とするキャビティ付きプリン
ト配線板の製造装置、により達成される。

【００１８】さらに第３の目的は、半導体素子を実装す
るための上方へ開いたキャビティを有するキャビティ付
きプリント配線板において、キャビティの底面に臨む内
層回路パターンは、このキャビティに実装される半導体
素子の接続用パッドと別に、スルーホールに電気接続さ
れた深さ検出用パッドを有することを特徴とするキャビ
ティ付きプリント配線板、により達成される。

【００１９】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様である製造装置
を示す図、図２はその動作説明図である。図１において
５０は多層積層板であり、第２層の内層回路パターン２
Ｌには、キャビティ１２内の底面に現れるパッド１４
（図５参照）の中の一部のパッド１４Ａを、スルーホー
ル５２に接続するための導体パターン５４が形成されて
いる。

【００２０】加工具３８はＮＣルータからなる移動手段
によって３次元に位置制御される。この加工具３８は、
水平移動台５６に上下動自在に保持されている。すなわ
ち移動台５０には送りねじ５８が垂直に保持され、この
送りねじ５８はモータ６０により回転可能である。この
送りねじ５８に螺合した移動ブロック６２にはモータ６
４が固定され、このモータ６４に加工具３８が垂直に取
付けられている。この結果、モータ６０の正逆転により
ブロック６２およびモータ６４は上下動し、加工具３８
も上下動する。

【００２１】モータ６０は制御装置６６によって位置決
め制御され、モータ６４は制御装置６８により回転制御
される。７０はこれらモータ６０、６４の直流電源であ
る。なお水平移動台５６も水平方向に２次元に移動する
から、２つのモータにより位置決め制御されるのは勿論
であるが、そのモータおよび制御装置は図１では省かれ
ている。

【００２２】７２はＣＰＵを内蔵する主制御手段、７４
はメモリ、７６は操作盤となるキーボードである。メモ
リ７４には主制御手段７２の制御プログラムや種々のデ
ータが記憶されている。主制御手段７４はこのプログラ
ムに従って後記する所定の動作を行う。

【００２３】７８は加工具３８に電気的に接続された端
子、８０はスルーホール５２に接続された端子である。
加工具３８は導電性の超硬金属で作られ、端子７８はこ
の加工具３８に電気的に接続されて一体に回転する円板
に接触するスリップリングなどで構成される。端子８０
はスルーホール５２に位置決めされて上方から押圧され
る針状のプローブで構成される。

【００２４】これらの端子７８、８０の間の電気的接続
が次に説明する監視手段８１によって監視される。端子
７８はリレーコイル８２を介して直流の低電圧電源８４
の正電極に接続されている。端子８０は抵抗器８６を介
して電源８４の負電極に接続されている。また端子７８
と電源８４の負極との間には、手動式の常閉接点８８、
リレーの常開接点９０および警告器９２の直列回路が接
続されている。

【００２５】従ってこのように構成された監視手段８１
において、端子７８、８０間が電気的に接続されると、
電源８４から、コイル８２抵抗８６を通して電流が流れ
る。抵抗８６はこの電流を微少に制限する。コイル８２
に電流が流れると常開接点９０が閉路し、警告器９２に
電流が流れる。この警告器９２は発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）やブザーなどで形成される。そしてこの警告器９２
が作動した時、その正電圧側の入力端電圧が下降停止信
号ａとして主制御手段７２に送られる。

【００２６】次にこの装置の動作を説明する。まず主制
御手段７２はモータ６０により加工具３８を上昇させ
る。この状態で多層積層板５０をＮＣルータの固定台
（図示せず）上に固定し（図２のステップ１００）、こ
の積層板５０の種類、パッド１４Ａおよびスルーホール
５２の座標、キャビティ１２の位置などをキーボード７
６から入力すれば、ＣＰＵ７２はこれらのデータをメモ
リ７４に記憶する（ステップ１０２）。なおパッド１４
Ａおよびスルーホール５２の座標やキャビティ１２の位
置は予めメモり７４に記憶しておき、積層板５０の種類
を指定することによりこれらのデータを直ちに読出せる
ようにしておいてもよい。

【００２７】主制御手段７２はキーボード７６から入力
されたスタート信号に基づいて、移動台５６を水平面上
でＸ−Ｙ方向に移動させ、加工具３８の下端を積層板５
０のパッド１４Ａの座標（Ｘ₁、Ｙ₁）に位置決めする
（ステップ１０４）。そしてモータ６４を駆動して加工
具３８を回転させながらモータ５８を駆動して加工具３
８を下降させる（ステップ１０６）。

【００２８】加工具３８の下端が積層板５０の表面に接
触すれば切削加工が開始される。この加工は加工具３８
をゆっくりと下降させながら続けられる。そして加工具
３８の先端（下端）がパッド１４Ａに一度接触すると
（ステップ１０８）、下降停止信号ａが主制御手段７２
に送られる。主制御手段７２はこの信号ａを受けると加
工具３８の下降を停止し（ステップ１１０）、この時の
加工具３８の下端の深さすなわちモータ６０の回転角度
位置をメモり７４に記憶させる（ステップ１１２）。

【００２９】なお加工具３８の先端がパッド１４Ａに一
度接触すると、前記したようにコイル８２が励磁されて
常開接点９０が閉じ、警告器９２が作動する。そしてこ
の状態はコイル８２、接点９０により自己保持される。
従って加工具３８がパッド１４Ａから離れても警告器９
２は作動し続ける。警告器９２の作動を止めるために
は、常閉接点８８を手動で開路すればよい。

【００３０】主制御手段７２は、このメモリした加工深
さに加工具３８の上下方向（Ｚ方向）の位置を保持した
まま、水平面内で移動台５６を移動させ、キャビティ１
２の全域を座ぐり加工する（ステップ１１４）。この結
果キャビティ１２（図５参照）を加工したプリント配線
板１０が得られる。

【００３１】

【他の実施態様】前記の実施態様では、半導体素子１８
にワイヤボンディングするための接続用パッド１４の一
部のパッド１４Ａがスルーホール５２に接続されている
ことを利用して、このパッド１４Ａとスルーホール５２
との電気的接続の有無を監視していた。しかしキャビテ
ィの深さ測定用に専用のパッドやスルーホールを設ける
ことも可能である。

【００３２】図３はそのような実施態様を示す平面図、
図４は図３におけるIV−IV線断面図である。この実施態
様ではキャビティ１２内の底には、半導体素子１８と重
ならない位置に深さ検出用のパッド１４Ｂを第２層の内
層回路パターン２Ｌに設け、このパッド１４Ｂをスルー
ホール５２Ａに接続した。

【００３３】またこのパッド１４Ｂに代えて、半導体素
子１８の下に隠れる位置に深さ検出用のパッド１４Ｃを
設け、これをビヤホールおよび第３層の回路パターン３
Ｌを介してスルーホール５２Ｂに接続したものである。
これらのパッド１４Ｂあるいは１４Ｃを設けた場合に
は、深さ検出の際に加工具３８の下降速度が速すぎてパ
ッド１４Ｂ、１４Ｃを傷めることがあっても、これらの
パッド１４Ｂ、１４Ｃにはワイヤボンディングする必要
がないので、何ら不都合が生じない。またこれらのパッ
ド１４Ｂ、１４Ｃやスルーホール５２Ａ、５２Ｂなどは
他の回路パターンの形成工程で形成できるので、加工工
程が増えることもない。

【００３４】パッド１４Ｂや１４Ｃは、キャビティ１２
内に１つだけ設けてもよいが、複数設けておいてもよ
い。この場合には底面の傾きを求めて、この傾きに忠実
に沿った切削加工が可能になる。例えばキャビティ１２
の対角位置の２つの隅や４隅にこの深さ検出用のパッド
１４Ｂを設けるのがよい。この場合各パッド１４Ｂは共
通１つのスルーホール５２Ａに接続しておけばよい。

【００３５】以上の説明ではスルーホール５２、５２
Ａ、５２Ｂは積層板５０を貫通するように描いている
が、一端が閉じたスルーホールあるいはビヤホールであ
ってもよい。すなわちこの発明におけるスルーホールは
ビヤホールを含む概念である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、キャビ
ティの底面に位置するパッドの上から座ぐり加工具で加
工し、この加工具がパッドに接触したことをこのパッド
に接続されているスルーホールとこの加工具との間の電
気的接続により検出するものであるから、キャビティの
深さを短時間で正確に知ることができる。

【００３７】このためキャビティの加工深さを高精度に
制御して能率良く加工できる。また底面のパッドに深い
切込みを発生させるおそれがなくなるから、製品の信頼
性と歩留まりとを向上させることができる。

【００３８】請求項２の発明によればこの方法の実施に
直接使用する装置が得られる。請求項３の発明によれば
この方法の実施により作られるキャビティ付きプリント
配線板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様である製造装置を示す図

【図２】その動作説明図

【図３】他の実施態様を示す平面図

【図４】図３におけるIV−IV線断面図

【図５】プリント配線板の断面構造を示す図

【図６】従来の製造方法を示す図

【符号の説明】

１０ キャビティ付きプリント配線板 １２ キャビティ １４、１４Ａ 接続用パッド １４Ｂ、１４Ｃ 深さ検出用パッド １６ パッド １８ 半導体素子 ３０、５０ 多層積層板 ３８ 座ぐり加工具 ５２、５２Ａ、５２Ｂ スルーホール ５６ 移動台 ５８ 送りねじ ２Ｌ 内層回路パターン ７２ 主制御手段 ７４ メモリ ７６ キーボード ８１ 監視手段 ９２ 警告器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多層積層板の一方の面からキャビティ部
   分をＮＣ加工機で座ぐり加工して半導体素子を実装する
   ためのキャビティの底面に内層回路パターンを露出させ
   るキャビティ付きプリント配線板の製造方法において、 （ａ）互いに電気的に接続された前記内層回路パターン
   の座標とスルーホールの座標とを予めメモリしておき、 （ｂ）最初にこのスルーホールと、座ぐり加工具との間
   の電気接続の有無を監視しながら前記メモリした内層回
   路パターンの座標で座ぐり加工を行い、 （ｃ）前記スルーホールと座ぐり加工具とが電気的に接
   続した時点で座ぐり加工の深さを求めてメモリし、 （ｄ）キャビティの他の部分を同一深さに座ぐり加工す
   る、ことを特徴とするキャビティ付きプリント配線板の
   製造方法。
2. 【請求項２】 多層積層板の一方の面から座ぐり加工し
   て、半導体素子を実装するためのキャビティを形成する
   キャビティ付きプリント配線板の製造装置において、 キャビティ内の底面に位置する内層回路パターンの座標
   とこの内層回路パターンに電気接続されたスルーホール
   の座標とを記憶するメモリと；座ぐり加工具を３次元方
   向に移動させる移動手段と；前記座ぐり加工具とスルー
   ホールとの間の電気的接続を監視する監視手段と；座ぐ
   り加工具により前記内層回路パターンの座標を座ぐり加
   工させる一方、前記監視手段が電気接続を検出すると座
   ぐり加工具の下降を停止させてその時の深さでキャビテ
   ィの他の部分を座ぐり加工する主制御手段と；を備える
   ことを特徴とするキャビティ付きプリント配線板の製造
   装置。
3. 【請求項３】 半導体素子を実装するための上方へ開い
   たキャビティを有するキャビティ付きプリント配線板に
   おいて、キャビティの底面に臨む内層回路パターンは、
   このキャビティに実装される半導体素子の接続用パッド
   と別に、スルーホールに電気接続された深さ検出用パッ
   ドを有することを特徴とするキャビティ付きプリント配
   線板。