JP4553466B2

JP4553466B2 - プリント回路基板

Info

Publication number: JP4553466B2
Application number: JP2000267860A
Authority: JP
Inventors: 博之内山; 良典酒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002076530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁樹脂材料上に銅箔を添付した後にエッチングにより銅箔を除去することにより回路パターンを形成して電気回路を構成したプリント回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高機能化の要求に伴って表面実装型の電子部品が普及し、電子部品の小型化が進展しているだけでなく、クリーム半田などによるリフロー半田付け技術の進歩とともにプリント回路基板への電子部品の高密度実装化に拍車がかかっている。これに対応すべく小型化が要求される電子機器に利用されるプリント回路基板では厚みも薄くなり、多層化が進展してきている。
【０００３】
一方、大電流や高電圧を扱う分野等では電流容量や絶縁性を確保する必要性があるために依然大型の電子部品が使用されており、プリント回路基板も銅箔の厚いものが使用されている。
【０００４】
図７に示すように、従来のプリント回路基板２０の構造は、絶縁樹脂材料２からなる樹脂基板上に銅箔３で回路パターン４を形成したものである。絶縁樹脂材料２としては、紙基材やガラス基材、ガラス不織布基材といった補強用の基材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂を含浸させたものが多く使用されている。また、回路パターン４は樹脂基板上に凸上に露出しており、隣接する回路パターン４との絶縁を確保するために、レジスト６と呼ばれる絶縁樹脂層が形成されている。
銅箔３の厚みはプリント回路基板２０の用途により異なるが、一般的には３５μｍであり、１００μｍを超える銅箔３は使用されていない。なお、図７における７は電極部である。
【０００５】
ここで従来のプリント回路基板２０の製造方法について説明する。まず補強用基材に樹脂を含浸させた後、乾燥させる。この時、樹脂は硬化反応が進行して半硬化の状態になる。この状態の樹脂基板をプリプレグと呼ぶ。次にプリプレグ全面に銅箔３を貼り付ける。ここで、銅箔３はパターンが必要な面にのみ貼り付けるため、片面基板には一面だけ貼り付けられ、両面基板では両面に貼り付けられる。
【０００６】
次に全面銅貼板を熱プレスして銅箔３を樹脂基板に密着させると同時に半硬化の樹脂基板を完全に硬化させる。この後、エッチングを行って不要部分の銅箔３を除去して、回路パターン４を形成する。片面基板、両面基板ではこれでプリント回路基板２０として完成品であるが、多層基板の場合は、さらにパターン形成後の板を複数枚重ねて熱プレスにより圧着を行い、一体化させる。
【０００７】
この後、必要に応じてドリリングによりスルーホールや部品挿入穴等の開口部を形成した後にレジスト６を印刷し、銅箔３上に電子部品接合に使用する電極７部分のみを露出させる。レジスト６は加熱もしくは紫外線照射により硬化させ、これによりプリント回路基板２０が完成する。
【０００８】
これらの製造工程においては、生産性を向上するために図８に示すように１ｍ×１ｍ程度の大きなプリプレグ８内に同一パターンのプリント回路基板２０を複数個配置して、一度の熱プレスにより同一のプリント回路基板２０を複数枚完成させる方法が一般的に採用されている。この時、所望のプリント回路基板２０がワークシート内に必ずしも余分なく配置されるわけではないのと、熱プレス後に切断により所望のプリント回路基板２０を得るために切断用の領域を設ける必要があるために、余白領域９が設けられるのが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のプリント回路基板２０の構成では、プリント回路基板２０の層構成やパターン形成で除去される銅箔３のパターンによってはプリント回路基板２０に反りが発生し、正常なプリント回路基板２０が得られないという問題点がある。
【００１０】
絶縁樹脂材料２として用いられている一般的なガラスエポキシ基材の熱膨張係数は６６ｐｐｍ／℃であり、銅箔３の熱膨張係数は１６ｐｐｍ／℃であるため、両者を同じ面積で熱プレスにより貼り合わせると、プレス時の高温から常温に戻るにつれてガラスエポキシ基材の収縮が銅箔３の収縮より大きくなり、ガラスエポキシ基材が銅箔３を引っ張る形になるため、ガラスエポキシ基材側へ反りが発生する。この時、ガラスエポキシ基材の両面に銅箔３を貼り付けた場合には銅箔３がガラスエポキシ基材の収縮による変形を抑えることができるために反りは少なくなるが、ガラスエポキシ基材には熱膨張係数の差により発生している応力が残留しているために回路パターンを形成するために銅箔３をエッチングし、不要部分の銅箔３を除去することにより変形を抑えていた銅箔３部分が減少するため、残留応力が解放されて反りが発生する場合もある。
【００１１】
これらプリント回路基板２０の反りは銅箔３と絶縁樹脂材料２であるガラスエポキシ基材との界面の面積とガラスエポキシ基材の厚みとに依存する。通常、プリント回路基板２０は全面に銅箔３を貼った状態では使用されず、銅箔３の部分を除去して回路パターン３を形成している。従って、銅箔３とガラスエポキシ基材との界面が広いほどガラスエポキシ基材が銅箔３を引っ張る力が大きくなり、プリント回路基板２０が反りやすくなる。また、プリント回路基板２０自体の剛性も影響するため、ガラスエポキシ基材の厚みが小さいほど、引っ張りによる力を支えることができなくなるために反りやすくなる。
【００１２】
そして、偶数層で構成される多層基板では基本的には両表面に銅箔３が存在するため反りが発生しにくい状態にあるが、特に奇数層で構成される多層基板では中間工程として片側にしか銅箔３が存在しない状態を経るため、中間基材での反りが発生しやすい。この中間基材で発生した反りは完成品にも残留することになる。
【００１３】
ここで、プリント回路基板２０で許容される反り量について説明する。プリント回路基板２０は電子部品を搭載して使用されるものであり、電子部品の半田付け方法にはフロー半田付けとリフロー半田付けの２つの方法がある。フロー半田付けは溶融した半田をノズルから噴流させ、プリント回路基板２０の表面に接触させることで半田付けを行う半田付け方法であり、リードつき部品の半田付けに主に用いられている。リフロー半田付けは、プリント回路基板２０の所定の位置にクリーム半田と呼ばれるペースト状の半田をスクリーン印刷等で印刷しておき、その上に電子部品を搭載し、プリント回路基板２０ごと炉に入れて半田を溶融、再結晶させることにより半田付けを行う半田付け方法であり、表面実装型の電子部品で使用される。
【００１４】
これらの工程においてクリーム半田印刷や部品搭載、半田付けで使用される設備はプリント回路基板２０の外形やプリント回路基板２０上に設けられたマークを基に正確な位置決めを行って、それぞれの工程を実現するため、プリント回路基板２０が反っていると正確な位置決めが行えなくなる。また、これらの設備はベルトを介して接続されており、プリント回路基板２０に反りが発生しているとベルト間の移載の時にひっかかって正常に搬送ができないという不具合が発生する。このため、実装設備ではプリント回路基板２０の反りの許容量が設定されており、一般的には下側へ１．２ｍｍ、上側へ０．５ｍｍ程度の反り許容量となっている。従って、許容量を超える反りが発生しているプリント回路基板２０は使用することができない。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するもので、絶縁樹脂材料上に銅箔を添付してエッチングで銅箔を除去することにより回路パターンを形成して、電気回路を構成するプリント回路基板において、反りを抑制することができるプリント回路基板を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、絶縁樹脂材料上に銅箔を添付しエッチングにより前記銅箔を除去することにより回路パターンを形成し、電気回路を構成するプリント回路基板において、前記プリント回路基板の表面の外周部に、電気的には不要で、前記エッチングで除去せずに前記銅箔を残して形成されたベタパターンからなる電気的不要領域が設けられ、前記電気的不要領域の長い方の辺に、前記ベタパターンが不連続になる不連続部分が複数箇所設けられ、前記電気的不要領域の短い方の辺に、複数の屈曲部が連続するバネ形状パターンの部分同士の間に前記ベタパターンの部分を有した状態で、前記バネ形状パターンの部分が複数箇所設けられたことを特徴とするものである。
この構成により、電気的不要領域にて絶縁樹脂と銅箔との界面面積が調整されるとともにプリント回路基板の剛性が増加され、熱膨張係数の差と絶縁樹脂材料に対する力の合成のつりあいを図って、プリント回路基板の反りを抑制することが可能となるという作用を有する。
また、必要な回路パターンに影響を与えずに反りを抑制するという作用を有する。
また、必要な回路パターンに影響を与えずにかつバネ形状パターンにて絶縁樹脂材料と銅箔にかかる力を効果的に分散させることができながら、反りを抑制することが可能となるという作用を有する。
また、必要な回路パターンに影響を与えずにかつ不連続部分にて絶縁樹脂材料と銅箔にかかる力を効果的に分散させることができながら、反りを抑制することが可能となるという作用を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るプリント回路基板およびその製造方法について、図１を参照しつつ以下に説明する。
【００２６】
本実施の形態のプリント回路基板１ではガラスエポキシ基材からなる絶縁樹脂材料２の片側に銅箔３を貼り付けた構成とされている。ガラスエポキシ基材の厚みは１．６ｍｍで銅箔３の厚みは３５μｍである。また、プリント回路基板１の寸法は２４３ｍｍ×３２９ｍｍである。プリント回路基板１の表面には所定の回路パターン４を形成し、銅箔３の占有面積は７０％程度であった。
【００２７】
ここで、プリント回路基板１の外周部分に電気的には不要なパターン（電気的には不要な領域であり、電気的不要パターンと称す）５が配置されている。この電気的不要パターン５は、全体としてはプリント回路基板１の外周から５ｍｍの領域にベタパターンで配置され、短い方の辺には２箇所、長い方の辺には３箇所に複数の屈曲部を持つバネ形状（直線が交互に左右に折れ曲がったジグザグ形状）のパターン部５ａが設けられている。このバネ形状パターン部５ａでは、幅１ｍｍのパターンをベタパターンの外周側から３０°の傾斜でプリント回路基板１内部方向へ向かわせ、外周から５ｍｍの部分で６０°の角度で外周側へ屈曲させている。本実施の形態ではバネ形状パターン部５ａ内に３箇所の屈曲部を設けた。
【００２８】
この状態でプリント回路基板１の反り量の測定を行った。本実施の形態のプリント回路基板１を定盤の上に静置すると長い方の辺の中央部が定盤から若干浮いており、定盤の上面からプリント回路基板１の下面までの距離を反り量とした。
この測定において反り量は０．２ｍｍであった。この状態でプリント回路基板１の４隅は全て定盤と接していたので反り方向は１方向のみであることが確認された。
【００２９】
次いで、比較例として外周部に電気的不要パターン５を設けず、電気的には同等の機能を有する回路パターンを形成したプリント回路基板を作製した。この基板においても同様に反り量の測定を行ったところ、中央部での反り量は１．０ｍｍであり、反り方向は上記と同様に１方向のみであった。このように、プリント回路基板１の外周部分に電気的不要パターン５を設けたことにより、絶縁樹脂材料２と銅箔３との界面面積が調整されるとともにプリント回路基板１の剛性が増加されるので、熱膨張係数の差と絶縁樹脂材料２に対する力の合成のつりあいが図られ、プリント回路基板１の反り量が小さくなり、その効果が確認された。また、バネ形状パターン部５ａを形成したことにより、絶縁樹脂材料２と銅箔３とにかかる力を効果的に分散させることができながら、反りを抑制することも可能となることが確認された。
【００３０】
本発明の第２の実施の形態について、図２（ａ），（ｂ）を参照しつつ以下に説明する。
本実施の形態のプリント回路基板１ではガラスエポキシ基材からなる絶縁樹脂材料２の両面に銅箔３の回路パターン４ａを設け、プリント回路基板１の内部にも１層の銅箔３の回路パターン４ｂを設けた３層構成とした。製品となるプリント回路基板１の厚みは１．６ｍｍで、銅箔３の回路パターン４（４ａ，４ｂ）の厚みは全て３５μｍである。また、プリント回路基板１の寸法は２４３ｍｍ×３２９ｍｍの寸法である。ここで、プリント回路基板１内部の銅箔３の回路パターン４ｂ（以降内層パターン４ｂと呼ぶ）には外周部に５ｍｍ幅のベタパターンを設け、長い方の辺では５箇所、短い方の辺では３箇所に不連続部分５ｂを設けている。不連続部分５ｂの長さは全て２ｍｍとした。また、プリント回路基板１の両表面箇所の銅箔３の回路パターン４ａ（以降表層パターン４ａと呼ぶ）にも外周部に５ｍｍ幅のベタパターンを設け、内層パターン４ｂと同様に不連続部分５ｂを設けている。ただし、両表層パターン４ａ同士の不連続部分５ｂは同一部分に設けたが、内層パターン４ｂに設けた不連続部分５ｂとは位置が同じにならないように配置した。
【００３１】
次に図３を参照しながら本実施の形態のプリント回路基板の製造方法について説明する。
まず、厚みが０．７ｍｍであるガラスエポキシの片面コア材１１を準備した。
コア材１１とはプリプレグを熱プレス等により圧着し、樹脂を硬化させた材料のことであり、本実施の形態においてはコア材１１の片側全面に３５μｍの厚みの銅箔３を貼り付けた状態の片面コア材１１を準備した。次いで、このコア材１１の銅箔３をエッチングにより除去して、内層パターン４ｂとして必要な回路パターン４を形成した。
【００３２】
この時、コア材１１は全面に銅箔３を張った状態で反り量を測定すると中央部が１．０ｍｍ程度反っていたが、エッチングによる銅箔３の除去を行った後では０．３ｍｍ程度に小さくなっていた。
【００３３】
次いで、このコア材１１を図３に示すように熱プレスの各プレス板１２の上に静置した。このときプレス板１２の上には、プリプレグ８がプレス板１２と密着するのを防止するために離型紙１３を配している。この上に厚み１８μｍの銅箔３を配し、その上に厚み０．１ｍｍのプリプレグ８を配した。この上にコア材１１を銅箔３を上にして配置し、その上に厚み０．２ｍｍの４枚のプリプレグ８と厚み１８μｍの銅箔３とを配し、最後に離型紙１３を配した。
【００３４】
この状態で熱プレスを作動させてプリプレグ８の完全硬化を行った。このときプリプレグ８から溶融してくる樹脂分がコア材１１上に形成された銅箔３の回路パターン４の隙間を埋めていき、コア材１１との密着を確保すると同時にプリプレグ８同士、プリプレグ８と表層用の銅箔３との密着も確保され、一体となったプリント回路基板１が完成する。この時の熱プレスの条件はプレス圧力が１５ｋｇ／ｃｍ²で温度条件は１７５℃とした。熱プレスは１７５℃で３０分放置した後、圧力をかけたまま３０分間除冷し、その後プレス板１２を降ろして完成したプリント回路基板１を取り出した。
【００３５】
ここでプリント回路基板１は全体の厚みが１．６ｍｍになっており、外形は樹脂の広がりによりプレス前よりも若干大きくなっている。そこで、必要な寸法に外形を切り落とした後に、図４で示すようにドリル１４で部品挿入穴１５やスルーホール１６を開口した。
【００３６】
次に、銅をメッキすることにより開口部の側面に銅を付着させると同時に表層パターンの箇所にも銅を付着させ、内層パターン４ｂと表層の銅箔３との導通を図った。次いで、表層の銅箔３をエッチングにより除去して表層パターン４ａを形成し、プリント回路基板１上にシルクスクリーンを用いてレジストを印刷した。印刷にあたっては、電極部として使用する部分を除くプリント回路基板１の全面に印刷を行った。使用したレジスト６は従来のプリント回路基板においても一般的に使用されている感光性樹脂であり、印刷後に紫外線硬化炉でレジスト６の硬化を行い、プリント回路基板１を完成させた。
【００３７】
こうして完成したプリント回路基板１の反り量を測定すると０．２ｍｍ程度と、コア材１１と比較しても反り量が低減されており、本発明の効果が確認された。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態について、図５、図６を参照しつつ以下に説明する。本実施の形態においてはプリント回路基板１の積層構成、プリント回路基板１に形成されている銅箔３の回路パターン４、絶縁樹脂材料２およびプリント回路基板１の製造方法については上記第２の実施の形態のものと基本的に同一であり、重複する部分については説明を割愛する。
【００３９】
本発明のプリント回路基板１ではガラスエポキシ基材からなる絶縁樹脂材料２を用いた３層構成とした点は同じであるけれども、プリント回路基板１内には電気的には不要な部分を設けていない。製品となるプリント回路基板１の厚みは１．６ｍｍで銅箔３の回路パターン４の厚みは全て３５μｍである。また、プリント回路基板１の寸法は２４０ｍｍ×３２０ｍｍの寸法である。
【００４０】
まず、厚み０．７ｍｍの片面銅箔のコア材１１を製造するために、図５に示すようにプレス板１２の上に、厚み０．２ｍｍの３枚のプリプレグ８と、厚み０．１ｍｍの１枚のプリプレグ８と、厚み３５μｍの銅箔３とを静置し、加圧、樹脂硬化を行った。ここで使用した材料の大きさは生産性を上げるために所望の寸法のプリント回路基板１が２枚入る大きさのものを使用した。具体的には、材料メーカーから定尺として得られる１０３０ｍｍ×１０２０ｍｍのプリプレグ８を６分割し、３４０ｍｍ×５１５ｍｍの寸法のプリプレグ８を使用した。
【００４１】
ここで得られたコア材１１の反り量は３．００ｍｍ程度であった。次いで本発明の第２の実施の形態と同様にコア材１１の銅箔３をエッチングして内層パターン４ｂを形成した。この時、プリント回路基板１内には電気的不要パターン５は設けず、図８に示す余白領域９は銅箔３の殆どの部分を除去せずに置いておき、電気的不要パターン５による不連続部分５ｂ及びバネ形状パターン部５ａを設けた。不連続部分５ｂの長さは２ｍｍとし、長い方の辺にそれぞれ１０箇所設けた。バネ形状パターン部５ａは短い方の辺にそれぞれ３箇所設けた。
【００４２】
ここで得られたエッチング後のコア材１１の反り量は１．３ｍｍ程度に低減した。
次いで、本発明の第２の実施の形態と同様の積層構成にて熱プレスで積層を行い、開口部を設けた後に銅メッキにより開口部に銅を付着させ、エッチングにより表層パターン４ａの形成を行った。本発明の実施形態では使用したプリプレグ８の寸法が３４０ｍｍ×５１５ｍｍの寸法であることと、２枚分のプリント回路基板１が同時に製造されるところが異なる。
【００４３】
ここで得られたプリント回路基板１の反り量は０．８ｍｍ程度に低減していた。
次いで、余白領域９をルーターにより切断し、所望のプリント回路基板１を得た。この時、余白領域９に設けられた電気的不要パターン５は除去されるため、所望のプリント回路基板１には電気的不要パターン５が形成されていない。このプリント回路基板１の反り量は０．２ｍｍ程度であり、最終製品の反り量を低減したまま、効率よくプリント回路基板１を製造できる効果が確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、絶縁樹脂材料上に銅箔を添付しエッチングにより銅箔を除去することにより回路パターンを形成し、電気回路を構成するプリント回路基板において、基板の表面に電気的には不要なエッチングで除去しない電気的不要領域を設けたことにより、プリント回路基板の反りを抑制することが可能となり、この結果、反りの少ないプリント回路基板を得ることができる。
【００４５】
またさらに、電気的不要領域をプリント回路基板の外周部に設けることにより、必要な回路パターンに影響を与えずに反りを抑制することができる。
またさらに、電気的不要領域に形成される形状は複数の屈曲部が連続するバネ形状パターンであることにより、必要な回路パターンに影響を与えずにかつ絶縁樹脂材料と銅箔にかかる力を効果的に分散させ、反りを抑制することができる。
【００４６】
またさらに、電気的不要領域間に不連続部分を設けることにより、必要な回路パターンに影響を与えずにかつ絶縁樹脂材料と銅箔にかかる力を効果的に分散させ、反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリント回路基板の構成を概念的に示す平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプリント回路基板の構成を示し、（ａ）は概念的に示す断面図、（ｂ）はプリント回路基板を上から見た表層パターンの概念的な構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るプリント回路基板の製造方法のうち、コア材、プリプレグ、銅箔を熱圧着する工程を概念的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るプリント回路基板の製造方法のうち、熱圧着された絶縁樹脂に開口部を形成する工程を概念的に示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るプリント回路基板の製造方法のうち、コア材の熱圧着工程を概念的に示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るプリント回路基板の構成を概念的に示す平面図である。
【図７】従来のプリント回路基板の構成を概念的に示す斜視図である。
【図８】従来のプリント回路基板の製造方法のうち、同一プリント回路基板を複数製造するための構成を概念的に示す平面図である。
【符号の説明】
１プリント回路基板
２絶縁樹脂材料
３銅箔
４回路パターン
５電気的不要パターン（電気的不要領域）
５ａバネ形状パターン部
５ｂ不連続部分

Claims

絶縁樹脂材料上に銅箔を添付しエッチングにより前記銅箔を除去することにより回路パターンを形成し、電気回路を構成するプリント回路基板において、前記プリント回路基板の表面の外周部に、電気的には不要で、前記エッチングで除去せずに前記銅箔を残して形成されたベタパターンからなる電気的不要領域が設けられ、
前記電気的不要領域の長い方の辺に、前記ベタパターンが不連続になる不連続部分が複数箇所設けられ、
前記電気的不要領域の短い方の辺に、複数の屈曲部が連続するバネ形状パターンの部分同士の間に前記ベタパターンの部分を有した状態で、前記バネ形状パターンの部分が複数箇所設けられたことを特徴とするプリント回路基板。