JPS6331727A

JPS6331727A - 積層板製造装置

Info

Publication number: JPS6331727A
Application number: JP62178148A
Authority: JP
Inventors: ロバート・ジェイムス・コウチャー; ローリ・ディ・タウシャ
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1988-02-10
Also published as: EP0254901A3; EP0254901A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、薄板積層製品を製造するための改善された装
置、特に層と層の間に気体を挟み込むことのない薄板積
層電子回路基板等のＭｉ層坂製造装置に関するものであ
る。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕多層電
子回路基板は、一般に２枚以上の薄板を貼り合わせるこ
とにより製造する。例えば、ファイバーガラス・エポキ
シ薄板を熱可塑性エポキシ樹脂によって貼り合わせる場
合、これらのＭ＆を互いに重ねて高温下で圧力をかけ、
エポキシ樹脂が硬化するまでこの状態を保持して強固な
一体構造を形成する。

多層回路基板の製造における１つの困った問題は、個々
の層の間に空気を挟み込んでしまうことで、挟み込まれ
た空気により様々な問題が生じる。

例えば、基板が流動半田付は工程中に再加熱されると、
その空気が膨張し、基板が剥離したり亀裂を生じたりす
る。また、この空気は、回路基板の誘電率を変えること
があり、基板上に形成された導電体のインピーダンスが
変わる原因になる。更に、この空気は積層破壊電圧を低
下させるので、回路の大事故につながる虞れがある。

エポキシ接合積１＠坂の製造において特に車装なもう１
つの問題は、貼り合わせ時の圧力、熱サイクル及び熱交
換を積層処理の間正確に制御することが難しいことであ
る。エポキシ樹脂を硬化させる処理は、積層板の温度及
び圧力分布に深く依存している。もし、樹脂の交差結合
が目標とする温度及び圧力条件に外れたところで起きる
と、薄板間の接合強度は著しく減少する。同様に、もし
、この薄板積層中に温度が正確に制御できなければ、エ
ポキシは異なる速さで硬化し、そのため引き起こされた
残留熱応力によって積層板が撓む結果となる。

従来用いられている積層板製造装置の１つのタイプは、
プラテン式プレス機である。油圧によって駆動され加熱
されたプラテンにより、薄板（積層）組立体に圧力及び
熱が加えられる。このような方法では、各層の間から空
気を追い出すのに圧力を加えるだけであるため、気体を
挟み込みやすい、温度及び圧力の制御及び分配も、極め
てお粗末である。

プラテン式プレス機の改良されたものが、真空式プレス
機であり、この機械では、圧力を加える前に薄板組立体
の各薄板間を真空にする。しかしながら、この方法によ
っても、気体の挟み込みが起こりやすい。この真空は組
立体の端縁を密封（シール）してしまい、薄板間の中央
部に気体が挟み込まれる。−旦そうなると、それ以上真
空度を増しても、組立体の端縁のシールを強め挟まれた
気体をその場所に閉じ込るだけである。

プラテン式プレス機と同様、真空式プレス機も温度及び
圧力の制御及び分配は不十分である。

空気の挟み込みを減らすもう１つの試みに、バキューム
・プレス・インターナショナル社（カリフォルニア州、
オレンジ）より市販されている積層板製造装置がある。

この装置では、積層される薄板を可撓性部材により包ん
で圧力容器の中に置き、この密封体の中の空気を排気し
、加熱した２酸化炭素によって圧力容器の中で圧力を加
える。

薄板組立体のエポキシは、この２酸化炭素ガスによる熱
と温度によって硬化する。

このバキューム・プレス・インターナショナル社の装置
は様々な欠点を持っており、その最たるものは、かさば
ること及び高浦なことである。この装置は、約１２フイ
ート×６フイート×６フイートの体積であり、数千ボン
ドの重量がある。積層サイクル（循環過程）が完了した
あと圧力室と積層品を冷却するため、補助的な水冷装置
が必要となっている。この装置の値段は、現在約２５万
ドルである。史に別の欠点として、このバキューム・プ
レス・インターナショナル社の装置は、−度に非常に多
数の禎ｒｖｌｋを製造するように設計されているため、
個別仕様のものを少量生産する場合に効率が悪くなる。

最後に、このバキューム・プレス・インターナショナル
社の装置は、積層サイクルの間に臨界温度及び圧力の正
確な制御ができない。

従来技術の特許のなかに、織物のような透過性の芯層を
積重ねた薄層の間に設け、挟み込まれた空気を取出せる
ようにした技術を開示したビーリーの米国特許第３４９
３４５１号がある。この技術では、外側の層の間に挟み
込まれた空気は、真空装置を使用することにより透過性
の芯層の隙間を通って引出される。

コリアらの米国特許第３９８４２４４号、は、表面が平
坦でない印刷回路基板に熱可塑性フィルムを張った場合
の空気の挟み込みを防止する問題に百及している。この
発明は、印刷回路基板に隣接するフィルムの表面に、複
数の細かい平行な溝を設けうろことを教えている。挟み
込まれた空気は、回路基板と熱可塑性フィルムの間に真
空を通用することにより、この溝を通じて引出すことが
できる。

オイズミらの米国特許第４３８８１２９号は、薄板組立
体の薄板の間に挟み込まれた空気を接合樹脂が硬化する
前に液状接合樹脂の中に溶解させる技術を開示している
。

フリニルの米国特許第４１２７４３６号は、凹凸のある
表面にフィルム層を張る方法を開示している。

１つの実施例において、弾性部材により２つの部屋に仕
切られた装置の中で、フィルムと表面との間の気体の圧
力を大気圧よりも下げ、他方の部屋の圧力を例えば弾性
部材の一端に大気への出入口を設けることによって高め
、これによりフ・イルムを凹凸のある表面に密着させて
いる。しかし、これらすべての方法は、薄板組立体が受
ける温度及び圧力を正確に制御できないという共通の欠
点がある。このため、これらの装置及び技術は、熱可塑
性エポキシ樹脂で積層要素を接合するのに余り通してい
ない。

温度と圧力を通９ノに分配することは、満足できるエポ
キシＦ妾合積層扱を製造するのに極めて重要であるので
、これらのパラメータは正確に監視（モニタ）しなけれ
ばならない。バキューム・プレス・インターナショナル
社の装置を含む多くの従来装置では、不活性ガスとか加
熱プラテンのような加圧媒体の温度を測定するために熱
電対を用いている。しかしながら、問題となる温度は、
熱伝達媒体の温度ではなく、薄板組立体自身の内部温度
である。熱電対による測定値は、薄板組立体内部の温度
と動的状態において余り関係がない。

この問題を克服するために、時に試験用薄板組立体の中
に１１囚以上の熱電対を組込むことがある。

この熱電対による測定は、設定された特定の熱的条件に
対する試験用組立体の熱伝達パラメータの特徴を知るた
めに行うものである。こうして特徴づけられた熱伝達パ
ラメータは十分正確であるという仮定に基いて、これを
生産用の積層板に通用している。

この方法も、やはり全面的に満足のいくものではない。

試験用薄板組立体内に熱電対を設けると、生産用薄板組
立体の熱伝達特性に比べ゛てその熱伝達特性が歪（ゆが
）められる。更に、この方法は、各基板の生産過程の特
徴を知るために積層サイクルの特別な試験運転を１回以
上行わねばならず、厄介である。

薄板組立体自身の熱伝達要因は、特徴づけが困難である
ため、い（つかの過程は試行錯誤に基くことになる。こ
のような過程においては、組立体は、諸条件を基準的な
ものに設定して処理される。

最終製品に対し、過程のどの段階の変更が必要であるか
を決定するために種々の科学的及び物理的試験を行う、
こうして変更したパラメータを用いて、もう−度運転を
繰り返す。このサイクル（循環過程）は、満足できる最
終製品が得られるまで続けられる。その後、この試行錯
誤によって決定されたパラメータにより生産用１１１Ｎ
ｋを製造する。

上述より明らかなように、従来の技術は、いずれもエポ
キシ接合の多層回路基板の製造には不向きである。

したがって、このような薄板組立体を処理するための改
善された方法及び装置が必要である。

本発明の目的は、薄板積層電子回路基板等の製造に通す
る改善された積層板製造装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、外圧によって積層材料間に空気が
挟み込まれることのない薄板積層電子回路基板等の積層
板製造装置を提供するにある。

本発明の史に他の目的は、薄板組立体の熱伝達比率を正
確に制御できる積層板製造装置を提供するにある。

本発明の別の目的は、′？＃坂組立体に圧力を均一に加
え、これを正確に制御できる積層板製造装置を提供する
にある。

本発明の更に別の目的は、積層サイクルを完了するのに
必要な全時間を短縮できる積層板製造装置を提供するに
ある。

本発明の更に他の目的は、鍵（キー）となる処理変数を
正確に制御するために、薄板組立体内部の温度及び圧力
変化を実時間で監視（モニタ）できる８Ｎ層板製造装置
を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、圧
力によって積層板を製造する装置である。この積層板製
造装置は、可撓性部材によって仕切られた第１室と第２
室を有する圧力容器を含む。エポキシ接合層をもつ薄板
組立体をこの第２室に置き、両方の部屋を排気する。第
２室よりも第１室の方をより高い真空状態にし、外圧に
よって薄板組立体内に空気が挟み込まれることを防止す
る。そこで、可撓性部材を通して薄板組立体上に圧力を
加えるために、加熱及び加圧された流体を第１室に満た
す。流体から薄板組立体への熱の伝達は、第１室を通し
て流体を循環させ、流体の人口温度と出口温度とを比較
することによってモニタする。熱伝達は、循環する流体
の温度及び第１室を通るその流速を変化させることによ
って制御する。

本発明の上述及び他の目的、特徴及び利点は、図面を参
照しながら行う以下の実施例に関する詳細な説明によっ
て明らかになるであろう。

〔実施例〕

第１図は本発明の積層板製造装置の実施例を示すブロッ
ク図、第２図は第１図の積層板製造装置の圧力容器の上
面図、第３図は第２図における線３−３に沿う垂直路断
面図、第４図は第２図における線４−４に沿う垂直路断
面図である。

これらの図において、本発明の積層板製造装置（１０）
は、非透過性の可撓性部材（１８）で仕切られた第１室
（１４）及び第２室（１６）をもつ円筒形の圧力容器（
１２）を有する。圧力容器（１２）には、２つのマニホ
ールド（多岐管）　　（２０）　、　　（２２）（第２
図〜第４図参照）が付いており、それぞれ第１室（１４
）へ加圧流体を出入できるようにしである。これらのマ
ニホールドの流入合流点と流出合流点には、流入又は流
出する流体の温度を測定するための温度センサ（２４）
　、　　（２６）を設ける。

排出管（２８）及びその排出バルブ（３０）を第２室の
最下点に設け、必要なとき流体を全部排出できるように
する。排気手段である２つの真空ボンフ（３２）　、　
　（３４）を導管（３６）　、　　（３８）を介してそ
れぞれ第１室（１４）　、第２室（１６）に接続し、各
室を個別に減圧できるようにする０間様に、２つの空気
流入バルブ（４０）　、　　（４２）を導管（４４）　
。

（４６）を介してそれぞれ第１室（１４）、第２室（１
６）へ接続し、各室へ空気を導入できるようにする。扉
（４８）は、第２室（１６）内に積層する材料を入れる
ためのものである。

好適な実施例では、可撓性部材（１８）は開口を有する
袋状とし、その開口縁を圧力容器（１２）の扉（４８）
近くの内壁に密着させる。

流入側マニホールド（２０）には、可変加圧能力をもつ
加圧手段である加圧ポンプ（５０）　　（第１図参照）
によって流体を満たす。流出側マンホールド（２２）及
び温度センサ（２６）の出力側には、可変圧力制御弁（
５２）を設ける。ポンプ（５０）と可変圧力制御弁（５
２）は、第１室（１４）内の流体の圧力及び流速を所望
値に応じて積層サイクルの間独自に加減できる。

加圧ポンプ（５０）に使う流体は、供給する流体の温度
調整ができる流体温度調合弁（５４）から供給する。流
体温度調合弁（５４）はまた、２つの貯蔵器（５６）　
、　　（５Ｂ）から流体の供給を受ける。貯蔵器（５６
）は、電熱器などにより所定の温度に加熱する。貯蔵器
（５８）は、室温に保つか又は冷却装置（図示せず）に
よって冷却すればなおよい。

貯蔵器（５６）　、　　（５８）はまた、圧力制御弁（
５２）を通じて第１室（１４）から戻ってくる流体を満
たす１つの主貯蔵器（６０）から流体の供給を受ける。

主貯蔵器（６０）への流入路（５５）は、最初に流体を
貯めるときに用いる。

本発明の装置の動作は、次のとおりである。積層する材
料（６２）を扉（４８）から第２室（１６）の中の台（
６４）上に置＜、扉（４８）を閉め、密封する。積層材
料を置いた第２室（１６）の圧力が第１室（１４）の圧
力と等しいか又はやや高くするように、真空ポンプ（３
２）　、　　（３４）により第１室（１４）　。

第２室（１６）を排気する。こうすると、積層材料の薄
板間に挟み込まれた空気を完全に除去し、外圧が空気を
挟み込む機会をなくすことができる。

十分な真空度を所望時間保持した後、流体を流入させて
第１室（１４）に満たす。流体が第１室（１４）に入っ
て圧力が加わると、２つの室を仕切る可撓性部材（１８
）が積層材料の表面上に押し付けられてその表面と同じ
形になる。第３図では、可撓性部材（１８）の圧力を加
えない状態を破線で示し、圧力を加えた状態を実線で示
しである。

積層材料の温度変化率は、流体の流入・流出速度及び温
度をモニタし制御することによって所望の値としうる。

流体を熱伝達媒体として用いることにより、熱伝達効率
が増加して伝達速度の制御能力が従来技術よりも向上す
る。積層材料に加わる圧力もまた、加圧ポンプ（５０）
によって発生する圧力と、圧力制御弁（５２）を通る流
体の速度とをモニタし制御することにより、制御し変化
させることが可能である。

加熱及び加圧のサイクルが完了すると、圧力容器（１２
）中の温度及び圧力を所望の速さで外気のレベルに戻す
ことができる。これはまた、流入する流体の温度及び圧
力を制御することによってなしうる。積層された材料が
外気の温度と圧力に戻れば、排出バルブ（３０）を開い
て第１室（１４）から流体を完全にυト除する。この時
点で、第２室（１６）のｍ（４８）を開いて積層板を取
り出すことができる。次の積層材料について、このサイ
クルを繰り返す。

好適な実施例では、加圧ポンプ（５０）　、圧力制御弁
（５２）及び温度調合弁（５４）に、積層サイクルを通
じて流体の温度、圧力及び速度を動的に変化させるため
電子制御装置を設ける。これらの電子制御は、プログラ
ムされた一連の指令に従ってマイクロプロセッサ制御ユ
ニット（６６）により行う。マイクロプロセッサ制御ユ
ニット（６６）は、温度センサ（２４）　、　　（２６
）により薄板組立体への熱伝達について実時間フィード
バックが施されているので、熱処理パラメータの閉ルー
プｔＮＮが可能である。

本発明の他の実施例においては、加圧ポンプ（５０）　
、圧力制御弁（５２）及び温度調合弁（５４）を手動で
操作する。

積層サイクルのために設定した温度と圧力のパラメータ
は、個々の場合に応じて変化するが、これらのパラメー
タは、一般に、エポキシ樹脂の交差整合が最も速（進行
するように選定する。

上述の動作では、第１室（１４）を循環する流体を、最
初の室温から一定の速度、例えば１分間に１４°Ｆの割
合で樹脂が硬化する所望の温度に達するまで加熱してい
る。この流体温度を、薄板組立体の要素が熱平衡に達す
るまで維持する。この条件は、第１室（１４）を出入す
る流体の温度を温度センサ（２４）　、　　（２６）で
モニタすることによって判定しつる。薄板組立体が熱平
衡に達するまでは薄板組立体が流体から熱を奪うので、
流入する流体の温度よりも流出する流体の温度の方が低
くなる。薄板組立体が熱平衡に達すると、それ以上熱の
移動は起こらなくなり、流出する流体の温度は流入する
流体の温度と等しくなる。

薄板組立体が熱平衡に達した後は、第１室（１４）の流
体の圧力を樹脂接合の最適圧力にまで上げる。

この圧力は、加圧ポンプ（５ｏ）と圧力制御弁（５２）
とによって制御する。エポキシ樹脂が完全に交差結合し
硬化するまで、この温度と圧力の組合せを十分な期間維
持する。

樹脂が硬化した後は、冷却用の貯蔵器（５８）からの流
体を第１室（１４）に通じて循環させることにより薄板
積層板を冷却する。これまでと同様に、薄板８！層板の
熱的状態は、流出する流体の温度を流入する流体の温度
と比較してモニタすることができる。積層板が所望の温
度になると、流体の循環を止め、排出管（２８）と排出
バルブ（３ｏ）を通して第１室（１４）の流体を排除す
る。そして、空気を空気流入弁（４０）　、　　（４２
）によって第１室と第２室内へ入れる。仕上がった積層
板は取出して、別の薄板組立体を第２室に入れ、同じ過
程を繰り返す。

他の積層過程では、所望の硬化温度に達する前に薄板組
立体に圧力を加えるのがよいこともある。

更に別の応用例では、特別な圧力及び温度条件下で積層
板を冷やすことが重要となるであろう。本発明の積層板
製造装置は、処理の間に薄板組立体に所望の熱と圧力を
加えうるちのである。

好適な実施例では、積層板製造装置（１０）に用いる加
熱及び加圧用流体は、実質的に非圧縮性の液体である。

３Ｊ！当な液体は、金属（例えば水銀）。

有機物（例えば油、水圧流体など）、不活性ガス（例え
ばフルオイナート）又は無機物である。

〔発明の効果〕

本発明は、従来の技術と比較して多（の利点を有する。

第１に、本装置は、積層材料間に空気が外圧によって挟
み込まれることな（動作する。第２に、熱サイクル及び
積層材料への熱伝達速度に対し、流入点と流出点におけ
る流体温度及び速度をモニタし制御することにより、−
層優れた制御が可能となる。熱伝達媒体として流体を用
いることにより、熱伝達効率が増加し、伝達速度の制御
性が向上する。第３に、非圧縮性流体を用いることによ
り、気体により加圧するような従来技術と比較して積層
圧力を一層均一に制御でき、更に−様な圧力分布が実現
できる。第４に、積層が完了したあと、積層材料を一層
迅速に冷却することができ、全積層所要時間が短縮され
る。第５に、装置内の温度及び圧力変化の実時間モニタ
が可能となり、鍵となる処理変数の優れた制御が可能で
ある。第６に、圧力媒体として流体を用いるために、従
来技術より小さい圧力容器で済み、このため他の（バッ
チ製造とは反対の）インライン製造に対する加圧操作の
適合性を向上させる。

本発明による積層板製造装置は、印刷回路基板のみなら
ず、航空用構造部材、建設用材料及びスキーなど種々の
積層板の製造に使用できる。本発明の装置は、１０００
°Ｆの温度、　１０００ポンド／平方インチの圧力範囲
で動作可能であるから、これら及び他の広範囲の製品の
製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の積層板製造装置の実施例を示すブロッ
ク図、第２図は第１図の圧力容器の上面図、第３図は第
２図における線３−３に沿う垂直路断面図、第４図は第
２図における線４−４に雨垂直路断面図である。これらの図において、（１２）が圧力容器、（１８）が
可撓性部材、（３２）　、　　（３４）が排気手段、（
４８）が扉、（５０）が加圧手段、（５６）　、　　（
５８）　、　　（６０）が流体供給手段である。

Claims

【特許請求の範囲】圧力容器と、該圧力容器を第１室と第２室に分割する可撓性部材と、積層材料を入れるため上記圧力容器の第２室の一端に設
けられた扉と、上記第１及び第２室内の圧力を下げる排気手段と、上記第１室に流体を満たすための流体供給手段と、上記流体を加圧する加圧手段とを具えた積層板製造装置
。