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技術 回路形成基板の製造方法

出願人 パナソニック株式会社
発明者 辰巳清秀西井利浩中村眞治
出願日 2000年11月15日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2000-347800
公開日 2002年5月24日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-151843
状態 特許登録済
技術分野 積層体(2) プリント板の製造 多層プリント配線板の製造
主要キーワード 非導電性薄膜 寿命差 積層構成物 コスト差 ダイヤモンド状炭素薄膜 番手表示 研磨バフ 品質信頼性
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図面 (7)

課題

品質回路形成基板の製造方法を提供する。

解決手段

単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂コーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設ける構成とした。

概要

背景

近年の電子機器の小型化・高密度化に伴って、電子部品を搭載する回路形成基板も従来の片面基板から両面、多層基板の採用が進み、より多くの回路基板上に集積可能な高密度回路形成基板の開発が行われている。

高密度回路形成基板においては、従来の回路形成基板に比較して回路の設計ルール微細なものとなり、より微細な回路を形成する加工技術や多層板においては層間の回路あるいはスルホールおよびビアホールの位置合わせ技術さらには微細な接続ピッチで層間を接続する技術の開発が続けられている。

概要

品質な回路形成基板の製造方法を提供する。

単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂コーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設ける構成とした。

目的

本発明は以上述べたような問題を回避し、金属板の長寿命化を図りながら高品質な回路形成基板を製造する製造方法および回路形成基板の製造用金属板を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂コーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設けたことを特徴とする回路形成基板の製造方法。

請求項2

硬質層が金属板の主たる材質と異なる元素金属板表面注入あるいは拡散して形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項3

元素が窒素であることを特徴とする請求項2記載の回路形成基板の製造方法。

請求項4

元素が炭素であることを特徴とする請求項2記載の回路形成基板の製造方法。

請求項5

硬質層が浸炭および窒化および窒化浸炭のうちから選ばれる1つ以上の処理によって形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項6

元素を金属板表面に注入あるいは拡散する工程の前に金属板表面にフッ化層を形成することを特徴とする請求項2もしくは5記載の回路形成基板の製造方法。

請求項7

硬質層が蒸着あるいはスパッタあるいは堆積あるいはメッキによって金属板表面に形成された被覆層であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項8

被覆層が金属元素の窒化物であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法。

請求項9

金属元素がチタンもしくはチタンを主体とする化合物であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法。

請求項10

被覆層がダイヤモンド状炭素薄膜であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法。

請求項11

硬質層の厚みが10μm以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項12

硬質層表面の硬度が500HV以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項13

硬質層表面もしくは金属板表面の粗度が表面荒さ平均値Raが0.1μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項14

硬質層表面もしくは金属板表面の粗度が最大荒さRmaxが2μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項15

金属板が鉄もしくは鉄を主体とする材質よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項16

金属板がクロムを含むいわゆるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項17

金属板が硬度300HV以上の材質よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項18

基板材料が補強材としての不織布あるいは織布に熱硬化性樹脂含浸したのちにBステージ化したプリプレグであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項19

基板材料が両面板あるいは多層板である回路形成基板の両面あるいは片面に補強材としての不織布あるいは織布に熱硬化性樹脂を含浸したのちにBステージ化したプリプレグを配置したものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項20

プリプレグに貫通あるいは非貫通の穴を形成し、前記貫通あるいは非貫通の穴に導電性ペースト充填したことを特徴とする請求項18あるいは19記載の回路形成基板の製造方法。

請求項21

金属箔が銅もしくは銅を主体とする合金よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項22

金属箔の両面もしくは片面が粗化処理されており、その表面荒さが十点平均荒さRzで5μm以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項23

金属箔の厚みが20μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法。

請求項24

単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂をコーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程と、前記熱プレス工程の後に金属板をクリーニングする金属板クリーニング工程を含み、前記金属板クリーニング工程に一つあるいは複数の研磨手段を備え、研磨手段のうち全てあるいは少なくとも最終の研磨手段に用いる砥粒の大きさが番手表示800番以上もしくは平均粒径で20μm以下であることを特徴とする回路形成基板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、回路形成基板の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

近年の電子機器の小型化・高密度化に伴って、電子部品を搭載する回路形成基板も従来の片面基板から両面、多層基板の採用が進み、より多くの回路基板上に集積可能な高密度回路形成基板の開発が行われている。

0003

高密度回路形成基板においては、従来の回路形成基板に比較して回路の設計ルール微細なものとなり、より微細な回路を形成する加工技術や多層板においては層間の回路あるいはスルホールおよびビアホールの位置合わせ技術さらには微細な接続ピッチで層間を接続する技術の開発が続けられている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら回路の設計ルールの微細化に伴い、回路を形成する金属箔の厚みを薄くして、微細な配線パターンの形成をし易くしたり、携帯機器への適用に伴って回路形成基板の重量を軽くすることが必要となってきている。

0005

通常の回路形成基板の製造においてはガラス繊維アラミド繊維を織布あるいは不織布に加工し熱硬化性樹脂含浸してBステージ化したプリプレグを2枚の銅箔の間に挟み込み、さらにその上下を金属板で挟み込んだ積層物を、熱プレス装置にて加圧加熱して一体成型し、銅箔をエッチングにて所望のパターン形状に加工して回路形成基板を得るという工法が用いられる。

0006

図5は熱プレス装置を中心とした従来の回路形成基板の製造方法を示す設備構成図である。まず、積層構成物組立装置20において、プリプレグを銅箔の間に挟み込み、さらにその上下を金属板で挟んだ積層構成物24を準備する。積層構成物24は前記した金属板の間基板材料および銅箔を挟んだ構成を1段でなく数段あるいは10段以上積み重ねることが生産性の面から通常行われる。次に積層構成物24は熱プレス装置21に導入され上下の熱板25の間に挟み込まれて加熱加圧される。熱板25の内部には加熱した油あるいは蒸気を通す配管が配設されており積層構成物24を加熱することができる。また油圧シリンダ26には高圧の油が供給されており積層構成物24を任意の圧力で加圧する。この加熱加圧プロセスを通常熱プレス工程と呼び、プリプレグのBステージ状態樹脂溶融した後に硬化し銅箔と接着すると共に回路形成基板としての形状に成型される。

0007

次に、積層構成物24は積層構成物解体装置22に導入され金属板1と銅箔が接着された基板材料に分離される。その後に基板材料は所望の回路を形成するために回路形成工程に送られ、金属板1は金属板洗浄装置23に送られて洗浄された後に、再度積層構成物組立装置に送られ次の熱プレス工程で順次使用される。

0008

この熱プレス工程において金属板と銅箔の間に異物が挟まっていたり、金属板表面に微細な傷や突起があると加熱加圧中に銅箔が破れてプリプレグの樹脂が漏れだし金属板1に強固に付着してしまう。近年の高密度回路形成基板では回路のファイン化に伴って非常に薄い銅箔が使用されるのでこの問題は顕在化している。また、漏れだした樹脂は当然銅箔表面にも付着しており、回路形成工程でその部分はエッチング出来ないためにパターン不良となる。

0009

また、上記した現象以外にもプリプレグの端面からはBステージ状態の樹脂が粉状で脱落して工程内ダストとなっており、それが金属板表面に付着して、熱プレス工程を経ることで強固に金属板表面に固着する。

0010

金属板洗浄装置23の主な役割は、この付着樹脂を金属板1の表面から削りとることと、金属板1の表面を表面の傷や突起を平滑に研磨し、金属板1の表面を清浄に保つことである。そのために図示するように金属板洗浄装置23は洗浄水シャワー27および回転する研磨バフ28を備えており、金属板1を順次通過させることで前記の研磨および洗浄を行える。

0011

研磨バフ28は合成繊維等により製作されたブラシあるいはロール状のホイールであり、合成繊維表面に研磨砥粒接着剤で固定されており、金属板1の表面を研磨しながら付着物を除去出来るものである。前記砥粒のサイズにより研磨性が異なるため、研磨バフは砥粒番手でそのグレード表現され、金属板洗浄に用いる場合は300から600番手のものが通常使用される。

0012

しかし、上記した研磨作業汚染物と同時に金属板表面を僅かずつではあるが研磨して除去していくものであるから、多数回の研磨を行うと金属板の厚みは減少し回路形成基板の製造に使用できなくなり新規の金属板に入れ替えることが必要となる。

0013

また、研磨作業において金属板全面を一様に同じ量だけ研磨することは難しいものであり、研磨装置あるいは研磨装置に設置しているバフ、ブラシ等の研磨手段の管理が不十分であると図6(a)に示すような均一な厚みの金属板1を工程に使用したとしても、図6(b)に示すような研磨ムラ29が発生し、金属板の厚みが面内でばらついたものとなってしまう。このような厚みばらつきのある金属板を用いて回路形成基板を製造すると、当然のことながら製造された回路形成基板の板厚は面内でばらつきを生じてしまう。

0014

近年の回路形成基板では、回路のインピーダンスを所望の値に制御したり、薄型の電子機器に使用するために板厚のばらつき許容スペックが厳しいものとなっており、上記したような金属板の厚みばらつきによって回路形成基板の板厚がばらつくことは回路形成基板の品質としては不十分なものとなってしまう。

0015

また、工程中での金属板1の搬送はコンベア等を使用した自動化が進められているが、当然金属板1は搬送装置コロ等に接触する、また設備トラブル発生時に作業者によって金属板1がハンドリングされる場合もあり、細心の注意を払っていても図6(b)に示すような傷30が金属板1の表面に発生することは避けられず、金属板洗浄装置23を使用していても回路形成基板の製造において品質面から万全なものではない。

0016

本発明は以上述べたような問題を回避し、金属板の長寿命化を図りながら高品質な回路形成基板を製造する製造方法および回路形成基板の製造用金属板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

本発明の回路形成基板の製造方法においては、単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設ける構成としたものである。

0018

この本発明によれば、硬質層により金属板が保護されるので回路形成基板の製造中に金属板が搬送用コンベア等に接触したり作業者のハンドリングにより傷つくことが非常に少なくなり、さらに硬質層の表面を平滑に仕上げておくことにより金属板に付着した樹脂や汚染物質が容易に除去でき、従来の研磨による金属板の摩耗等も無く、金属板の寿命延長出来るとともに低コストで高品質な回路形成基板の製造方法を提供できるものである。

発明を実施するための最良の形態

0019

本発明の請求項1に記載の発明は、単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂をコーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設けたことを特徴とする回路形成基板の製造方法としたものであり、金属板表面が硬質層によって保護されているため金属板表面に傷が付きにくく、金属板の長寿命化が図れるとともに、金属板表面の傷などにより金属箔にダメージを与えることが少なくなる等の作用を有する。

0020

本発明の請求項2に記載の発明は、硬質層が金属板の主たる材質と異なる元素を金属板表面に注入あるいは拡散して形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、イオン打ち込み法あるいはガス拡散法などの方法を用いて容易に硬質層を形成することが出来るとともに、金属板自体の材質が加えた元素により硬質化して硬質層となるので、金属板と硬質層の接着性が良好である等の作用を有する。

0021

本発明の請求項3に記載の発明は、元素が窒素であることを特徴とする請求項2記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、硬度対摩耗性耐食性等の面で優れた硬質層を形成できる等の作用を有する。

0022

本発明の請求項4に記載の発明は、元素が炭素であることを特徴とする請求項2記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、鉄系材料を用いた金属板に対して優れた特性を持つ硬質層を形成できる等の作用を有する。

0023

本発明の請求項5に記載の発明は、硬質層が浸炭および窒化および窒化浸炭のうちから選ばれる1つ以上の処理によって形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、浸炭処理においては比較的安価に本発明に好適な硬質層を形成でき、窒化処理においては硬質層の硬度が非常に高いものが得られ母材の金属板へのダメージも小さい、窒化浸炭においては両者の利点を併せ持つ硬質層形成が可能である等の作用を有する。

0024

本発明の請求項6に記載の発明は、元素を金属板表面に注入あるいは拡散する工程の前に金属板表面にフッ化層を形成することを特徴とする請求項2もしくは5記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、硬質層の形成が均一にでき、膜質も緻密なものとなる等の作用を有する。

0025

本発明の請求項7に記載の発明は、硬質層が蒸着あるいはスパッタあるいは堆積あるいはメッキによって金属板表面に形成された被覆層であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、金属板の材質に関係無く所望の硬質層材質を選択できる、あるいは処理温度低温であり母材金属板へのダメージが少ない等の作用を有する。

0026

本発明の請求項8に記載の発明は、被覆層が金属元素の窒化物であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、高硬度で緻密な被覆層が得られる等の作用を有する。

0027

本発明の請求項9に記載の発明は、金属元素がチタンもしくはチタンを主体とする化合物であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、耐蝕性に優れた被覆層が得られる等の作用を有する。

0028

本発明の請求項10に記載の発明は、被覆層がダイヤモンド状炭素薄膜であることを特徴とする請求項7記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、被覆層が高硬度であるとともに耐摩耗性に優れている等の作用を有する。

0029

本発明の請求項11に記載の発明は、硬質層の厚みが10μm以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたもので、硬質層の強度が高くできるとともに、硬質層の耐久性が確保できる等の作用を有する。

0030

本発明の請求項12に記載の発明は、硬質層表面の硬度が500HV以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、回路形成基板の製造に金属板を用いた場合に、製造設備中で金属板が搬送されたり作業者によって取り扱われる際に金属板表面に傷が発生しにくい等の作用を有するとともに硬質層の効果により平滑に仕上げた金属板表面が長期間に渡って保持できるという本願特有の作用を有する。

0031

本発明の請求項13に記載の発明は、硬質層表面もしくは金属板表面の粗度が表面荒さ平均値Raが0.1μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、樹脂等の表面汚染物が金属板表面より容易に除去できる等の作用を有するとともに硬質層の効果により平滑に仕上げた金属板表面が長期間に渡って保持できるという本願特有の作用を有する。

0032

本発明の請求項14に記載の発明は、硬質層表面もしくは金属板表面の粗度が最大荒さRmaxが2μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、樹脂等の表面汚染物が金属板表面より容易に除去できるとともに、金属箔表面に影響を与えることが少ない等の作用を有するとともに硬質層の効果により平滑に仕上げた金属板表面が長期間に渡って保持できるという本願特有の作用を有する。

0033

本発明の請求項15に記載の発明は、金属板が鉄もしくは鉄を主体とする材質よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、安価で耐久性に優れた材質であるとともに、硬質層あるいは被覆層が形成しやすい等の作用を有する。

0034

本発明の請求項16に記載の発明は、金属板がクロムを含むいわゆるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、耐蝕性および耐久性に優れた母材の性質により、浸炭や窒化等の方法で硬質層を形成する場合に硬質層の品質が向上する等の作用を有する。

0035

本発明の請求項17に記載の発明は、金属板が硬度300HV以上の材質よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、硬質層の強度を有効に補強でき、回路基板の製造工程中で金属板が設備治具などと接触した際などに生じるへこみ、打痕等が防止できる等の作用を有する。

0036

本発明の請求項18に記載の発明は、基板材料が補強材としての不織布あるいは織布に熱硬化性樹脂を含浸したのちにBステージ化したプリプレグであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、プリプレグの成型および硬化に重要な温度プロファイル再現性良くコントロールできる、熱プレス後の回路形成基板の板厚が安定する等の作用を有する。

0037

本発明の請求項19に記載の発明は、基板材料が両面板あるいは多層板である回路形成基板の両面あるいは片面に補強材としての不織布あるいは織布に熱硬化性樹脂を含浸したのちにBステージ化したプリプレグを配置したものであることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、板厚が均一で高品質な多層回路形成基板の製造が可能となる等の作用を有する。

0038

本発明の請求項20に記載の発明は、プリプレグに貫通あるいは非貫通の穴を形成し、前記貫通あるいは非貫通の穴に導電性ペースト充填したことを特徴とする請求項18あるいは19記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、硬質層の効果により熱プレス工程で導電性ペーストに効率よく圧力を加えることができる等の作用を有する。

0039

本発明の請求項21に記載の発明は、金属箔が銅もしくは銅を主体とする合金よりなることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、電気伝導度の高い回路を実現できるとともに、硬質層の表面が平滑であるために銅表面が傷つくことなく熱プレスができる等の作用を有する。

0040

本発明の請求項22に記載の発明は、金属箔の両面もしくは片面が粗化処理されており、その表面荒さが十点平均荒さRzで5μm以上であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法であり、金属箔と基板材料の接着力が向上するとともに、硬質層の表面が平滑であるために、熱プレス時に粗化処理された表面がつぶされにくいので粗化面の効果が失われない等の作用を有する。

0041

本発明の請求項23に記載の発明は、金属箔の厚みが20μm以下であることを特徴とする請求項1記載の回路形成基板の製造方法としたものであり、金属箔厚みが薄いため微細パターンの形成が可能になり、硬質層の効果により薄い金属箔でも熱プレス時に金属箔の破れ等の問題が発生しにくい等の作用を有する。

0042

本発明の請求項24に記載の発明は、単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔あるいは樹脂をコーティングした金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程と、前記熱プレス工程の後に金属板をクリーニングする金属板クリーニング工程を含み、前記金属板クリーニング工程に一つあるいは複数の研磨手段を備え、研磨手段のうち全てあるいは少なくとも最終の研磨手段に用いる砥粒の大きさが番手表示800番以上もしくは平均粒径で20μm以下であることを特徴とする回路形成基板の製造方法としたものであり、金属板の表面研磨量が極めて少ないため金属板の寿命が長い、研磨によって金属板の板厚がばらつくことが少ない等の作用を有するものであり、本発明の請求項1に記載する硬質層を備えた金属板を使用することで、金属板表面の清浄性を保ち高品質の回路形成基板を製造することが出来る。

0043

以下、本発明の実施の形態について、図1から図4を用いて説明する。

0044

(発明の形態1)図1は本発明の第1の形態における回路形成基板の製造方法に用いる金属板を示す断面図である。金属板1は1mmの板厚のステンレス鋼である。金属板1の表裏には硬質層2を形成した。本形態では硬質層2はステンレス鋼表面に窒素を拡散させるいわゆる窒化プロセスを使用した。窒化プロセスには塩浴等の湿式法も知られているが、発明者の実験ではガス窒化法を用いた。硬質層2は、硬度とともに膜質の緻密さおよび面内での均一性も要求されるので、ガス窒化法は好ましい処理方法である。また、膜質を良好にするためには、窒化処理時の金属板表面に酸化物皮膜が無いことが条件となるが、その方法として窒化処理前にNF3を含むガス中で金属板を加熱することで、金属板表面にフッ化膜を形成した後にNH3を含むガス中で金属板を加熱して金属板表面に窒化層を形成する方法が採用できる。発明者の実験では、フッ化膜の形成を窒化処理前に行うプロセスとして、大同ほくさん(株)のNV超窒化プロセスを用いて処理を行い、良好な結果を得た。

0045

硬質層の膜厚としては、硬質層の構成および金属板1の材質にもよるが、回路形成基板の製造においては10μm以上の膜厚が好ましい。ただし、膜厚が厚すぎると硬質層を形成した金属板を再度研磨し直して再生利用する場合に硬質層を除去する作用が難しい、あるいは硬質層を形成するコストとのバランスから、むやみに膜厚を厚くすれば良いものではなく、上記した窒化処理の場合では100μm以下にすることが好ましく、さらに硬質層形成の処理方法にもよるが50μm以下にできればより好ましい。

0046

本発明の効果を最大限に発揮するためには硬質層2の表面の平滑度を、表面荒さ平均値Raが0.1μm以下および最大荒さRmaxが2μm以下に仕上げることが好ましく、さらにはRaが0.05μmあるいはRmaxが1μm以下の平滑性に仕上げておくことがより好ましい。このような平滑性を得るためには、硬質層1を形成する前の金属板1の表面平滑性度を最終の硬質層表面荒さ程度に仕上げておくことが望ましく、金属板の最終仕上げ粒度表示700番以上の研磨バフ、ブラシ等の研磨手段で行うことが好ましい。700番程度の研磨手段に用いられる砥粒の粒径は通常30μm程度であり、それより大きな粒径の砥粒の最終仕上げ工程への使用は前述の表面平滑度を得られない場合がある。本発明の効果を最大限に発揮するためには1000番以上の研磨手段を用いることで、表面平滑性に極めて優れた金属板表面が得られる。以上述べた表面仕上げの方法は本願で記述した範囲を、製造する回路形成基板の種類あるいは要求される製造コスト、生産性等によって任意に選択することが可能であり、金属板表面を仕上げる内容について記載したが、もちろん硬質層の形成後に同様の仕上げ研磨を実施して表面平滑度を得ることも可能であるが、当然のことながら硬質層は耐摩耗性を備えているために研磨加工性は悪いために硬質層形成前に概略必要な平滑度まで仕上げておき、硬質層形成後は最終のわずかな研磨量で仕上げることが効率的である。

0047

図2は本発明の第1の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。

0048

図2(a)に示す基板材料3はBステージ状態の熱硬化性樹脂と補強材の複合材料からなるプリプレグにフィルム4をロールラミネート等の方法で仮圧着レーザを用いた穴加工手段により貫通穴5を形成したものとなっている。本形態では補強材にアラミド繊維不織布を使用し基板材料3の厚みは約130μmであり、貫通穴5の直径は約150μm、フィルム4の厚みは約20μmであった。次に図2(b)に示すように、貫通穴5に導電性ペースト6を印刷法などを用いて充填する。その後に図2(c)に示すようにフィルム4を剥離して導電性ペースト6がやや基板材料3より盛り上がった中間材料を得る。次に、図2(d)に示すように、硬質層2を形成した金属板1と銅箔7および前述の中間材料を配置して、熱プレス工程にて上下方向に加圧加熱することで、図2(e)に示すような両面基板を得る。熱プレス工程の条件はピーク温度が180℃で1時間保持であり、昇温および降温の部分を含めて3時間のプログラムであり、加圧は1平方センチメートルにつき300Nの加圧力であった。この熱プレス工程によって、基板材料3は圧縮され約110μmの厚みとなった。この段階で導電性ペースト6は基板材料3の厚み方向に圧縮され表裏の銅箔7は電気的に接続されている。その後に銅箔7をエッチングにより回路形成して図2(f)に示すような両面に回路8が形成された回路形成基板9を得た。

0049

通常の回路形成基板の製造には上記したように金属箔として銅箔が用いられるが、銅箔の表面に異なる材料をコーティングした銅箔あるいは銅以外の金属箔の使用も用途によっては可能である。

0050

以上述べた工程にて、金属板1の表面は硬質層2が形成されており、しかも平滑に仕上げられているので熱プレス工程で銅箔7に傷をつけること無く加圧することが可能であり、特に銅箔7の表面を粗化したような場合に粗化面に与えるダメージが少ない利点がある。

0051

また、本形態においては導電性ペースト6を効率よく圧縮することが表裏の電気的接続信頼性良く形成するための条件であるが、硬質層2の効果により金属板1の機械的剛性微小部分でみると非常に高くなっており、圧縮時に金属板1の変形が非常に小さく効果的に導電性ペースト6を圧縮出来る。そのためには硬質層2の厚みは10μm以上であることおよび硬質層2の表面が500HV以上の硬度を持つことが好ましく、また金属板1自体の硬度も300HV以上であることがより好ましい。

0052

本形態での金属板1は熱プレス工程の後に従来の回路形成基板の製造法と同じように金属板洗浄装置により表面をクリーニングするが、硬質層2の効果により汚染物あるいは付着物の除去が非常に容易であるために、使用する研磨バフは1000番以上の非常に細かいもので良く軽く表面をこする程度で付着物は簡単に除去できる。また硬質層の効果により金属板洗浄装置を多数回通過した後の金属板1の厚みの変化は極めて小さい。図3に500回まで金属板洗浄装置を通過させたときの硬質層2を含む金属板1の板厚の変化を示す。この変化度合いはもちろん金属板洗浄装置の条件設定等により変化するが、窒化処理により形成した硬質層厚み15μmの1mm厚ステンレス鋼板を1000番の研磨バフを用いた洗浄装置に通過させた場合で500回の研磨により約2μmの板厚変化であった。片面では1μmの変化であり、単純計算では15μmの硬質層が形成されていた場合には75000回の研磨で硬質層が摩耗し金属板の寿命となる。ただし、実際の摩耗状況は膜厚等も作用し複雑な要因によるので計算値とは異なる結果となると考えられる。しかし、発明者の実験結果からも少なくとも10000回以上の研磨には耐えられると推定する。この程度の寿命があれば回路形成基板の製造用金属板としては十分なものであり、実際には硬質層が摩耗して無くなったとしても再度硬質層を形成する処理を施して再生することも可能である。

0053

従来の回路形成基板の製造方法で用いていた硬質層を形成していない1mm厚ステンレス鋼板(表面硬度350HV)を320番の研磨バフを用いた洗浄装置に通過させた場合の板厚変化を比較例として図中にプロットしているが、500回の研磨により約200μmの板厚変化を示した。この板厚変化は回路形成基板の製造においては、金属板の剛性不足による基板材料の成型不良等の面から許容できる数値でなく、この1mm厚ステンレス鋼板を金属板に用いた場合には、500回の研磨が金属板の寿命と判断され研磨回数すなわち熱プレス工程に使用した回数が500回を超えた金属板については廃棄処分とし、新品の金属板を相当数購入し補充していた。また、板厚変化を減少させるために研磨バフの番手を600番以上にすると研磨能力が低下して、金属板表面に付着した樹脂等の汚染物を除去出来なくなる。さらに、汚染物の除去性を高めようとして、従来の金属板を本発明で採用したような平滑度の高い表面に仕上げたとしても、金属板の表面の硬度が不足しているために熱プレス工程で数回使用しただけで微細な傷などが表面に発生し、表面平滑度は失われる。このように従来の金属板では摩耗による寿命を改善することは難しい。また、500回未満の研磨回数でも研磨バフの管理などが不十分であると、金属板の板厚が面内でばらついてしまい使用不可能になる場合もある。

0054

本発明の回路形成基板の製造用金属板では金属板に硬質層を形成しているために従来の金属板に比較してその製造コストは高価なものとなるが、両者の寿命差によりコスト差は十分回収可能なものであり、さらに金属板表面が傷つきにくく清浄に保てることの品質的効果を考えると、本発明の回路形成基板製造用の金属板を使用する効果は格別のものであるといえる。

0055

また、上記の記述では両面の回路形成基板について説明したが、両面あるいは多層の回路形成基板を中心としてその外側に中間材料としてのプリプレグおよび銅箔を配置することで同様の構成により多層回路形成基板を得ることが可能である。

0056

また、本形態では基板材料を加熱加圧する熱プレス工程を説明したが、加熱あるいは加圧単独もしくは弱い加圧条件で加熱するような工程にも本発明は有効なものである。

0057

回路形成基板の製造において完成した基板の水分を除去するために、金属板上に回路形成基板を静置して乾燥炉投入してベーキングを施したり、基板の反りを修正するために回路形成基板を金属板で挟み込み、1平方センチメートル当たり数N程度の弱い圧力あるいは金属板の自重だけで加圧しながら基板材料のガラス転移点を超える程度の温度まで加圧するような反り修正工程が、上記した加熱あるいは加圧単独もしくは弱い加圧条件で加熱するような工程の例である。

0058

このような工程においても加熱時に基板より発生する揮発成分等が金属板に固着して金属板の表面平滑性が失われる等の問題が発生する。

0059

本発明の回路形成基板の製造用金属板をこのような工程に用いれば、基板より発生した揮発成分等が固着することなく金属板表面から容易に取り除けるとともに、金属板表面が平滑なために回路形成基板表面の回路等に傷がつきにくい等の本発明特有の効果がある。

0060

(発明の形態2)図4は本発明の第2の形態における回路形成基板の製造方法に使用する金属板における硬質層形成手段を説明する工程概略図である。

0061

図中の熱処理炉10は2層構造になっており内部にヒータ11が配設されている。熱処理炉10の内部にはガス導入管13と排気管14が接続され、内部の雰囲気を均一にするためのファン12が取り付けられている。ガス導入管13は各種ガスを供給するボンベ15にバルブ16および流量計17を介して接続されている。また、排気管14には真空ポンプ19および排気処理装置18が接続されている。硬質層形成処理を行う金属板1は適当な保持治具(図示せず)によって熱処理炉10の内部に設置される。

0062

次に硬質層形成の手順を簡潔に説明する。金属板1として表面を表面荒さ平均値Raが0.1μm以下に研磨したSUS304系の板材(板厚1mm)をフロン洗浄した後に、熱処理炉10に入れNF3を5000ppm含有するN2ガス雰囲気中で280℃で15分間保持した。その後470℃に昇温しN2+90%H2下で30分保持した後に20%NH3+80%RX(炭素源を有するガス)中で8時間窒化した。

0063

以上の処理により金属板1表面には約20μmの厚みで均一な窒化膜による硬質層が形成できた。この処理は金属板1表面の酸化物等をいったんフッ化処理によりフッ化膜に置換し、その後に窒化膜として形成するために、窒化膜の均一性が確保できるとともに処理温度が低いために硬質層形成処理前に平滑に研磨した金属板1の表面性が損なわれないとともに金属板1に熱ひずみが生じにくいという特色があり本発明の金属板1表面を平滑に仕上げるという要求に好適な処理方法である。本形態では処理温度は470℃としたが、窒化条件によっては400℃以下の条件で処理することも可能で、より好ましい硬質層の形成が出来る。

0064

以上の発明の形態1および発明の形態2では、硬質層の形成を窒化法により行っているが本発明の要求する金属板表面の平滑性および硬度を得る処理方法は様々な方法があり、回路形成基板の種類や金属箔の種類あるいは熱プレス工程の条件によって使い分けることで、本発明の作用を様々な形態で実現できる。

0065

浸炭と呼ばれる表面処理方法は炭素を鋼材表面に拡散させ硬質層を形成する法法であり、得られる表面硬度は650〜850HVと窒化処理にやや劣るが、硬質層の厚みが0.1〜2mmと厚くでき、実質的な金属板表面の剛性が高いものが得られ、用途によって本発明に適用して良好な結果が得られる。また、浸炭窒化処理と呼ばれる炭素および窒素の両方を拡散する処理もオーステナイト相を持つ金属板の処理に対しては好適である。ただし、前述したように硬質層を形成する場合の温度が低いほど金属板の表面平滑度を保ち、金属板にひずみを与えにくいことから、極力処理温度を下げることが有効である。

0066

以上の方法は、金属板そのものの材質を表面部において窒素あるいは炭素などの元素を拡散させることで硬質層に転化させる方法であるが、金属板と全く異なる金属等を蒸着、スパッタ、堆積あるいはメッキにより硬質層として付着させる方法も採用できる。このような方法に用いることが出来る材料は多数あるが、金属窒化物はその硬度の点で本発明の硬質層として有効であり、中でもチタンあるいはチタンを主体とする金属の窒化物いわゆる窒化チタンは硬度およびステンレス鋼との密着性等優れた特性を有する。また、ダイヤモンド状炭素薄膜を金属板表面に形成した場合には、表面硬度の面で好ましいとともに、摩擦係数が小さいので摺動性に優れ金属板を工程中で搬送する際に金属板表面に傷がつきにくい利点がある。また、ダイヤモンド状炭素薄膜のうち導電性の無い膜質のものを形成した場合には、熱プレス工程において銅箔に電流を流して熱源とするような工法、すなわち金属板が非導電性であることを要求されるような工法に好適である。ダイヤモンド状炭素薄膜以外の非導電性薄膜を用いた場合にも、もちろん同様の効果が得られる。

0067

また、上記の構成中ではステンレス鋼板を金属板の材質として説明したが、通常の鋼材あるいはチタン、アルミ等の非鉄金属を用途に応じて選択することも可能である。

発明の効果

0068

以上のように本発明の回路形成基板の製造方法においては、単一もしくは複数の材質よりなる基板材料の両面もしくは片面に金属箔を配置した積層物あるいは金属箔による回路を形成した基板材料を金属板で挟み込み、加熱および加圧の一方もしくは両方を加える熱プレス工程を含み、前記金属板の片面もしくは両面の表面に硬質層を設ける構成としたものであり、硬質層により金属板表面に傷がつくことを防止できると共に、金属板を洗浄研磨する際の摩耗量が少なく工程において長期間安定して使用できる。

0069

また、金属板表面は平滑に仕上げられているために樹脂などの汚染物が付着しても容易に取り除くことができ、表面の硬度が高いために平滑性が長期間に渡って確保できる。

0070

また、導電ペーストの圧縮等を製造工程に含む場合は、金属板の剛性が微細な部分についても確保でき、圧縮が効率的に行われ、回路形成基板の層間の接続信頼性が向上する等の効果も得ることが出来る。

0071

以上のように、本発明は金属板表面に硬質層を形成することで金属板の耐久性を向上できると共に、表面の平滑性を高くするという特徴を付与するとさらに多くの効果が得られ、高品質で品質信頼性の高い回路形成基板を製造することを可能にするものである。

図面の簡単な説明

0072

図1本発明の第1の形態の回路形成基板の製造方法に用いる金属板を示す断面図
図2本発明の第1の形態の回路形成基板の製造方法を示す工程断面図
図3本発明の第1の形態の回路形成基板の製造方法における金属板の板厚変化を示す特性図
図4本発明の第2の形態の回路形成基板の製造方法に用いる金属板における硬質層形成手段を説明する工程概略図
図5従来の回路形成基板の製造方法を示す設備構成図
図6従来の回路形成基板の製造用金属板を示す断面図

--

0073

1金属板
2硬質層
3基板材料
4フィルム
5貫通穴
6導電性ペースト
7銅箔
8回路
9回路形成基板
10熱処理炉
11ヒータ
12ファン
13ガス導入管
14排気管
15ボンベ
16バルブ
17流量計
18排気処理装置
19真空ポンプ
20積層構成物組立装置
21熱プレス装置
22 積層構成物解体装置
23 金属板洗浄装置
24 積層構成物
25熱板
26油圧シリンダ
27洗浄水シャワー
28研磨バフ
29研磨ムラ
30 傷

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