JP2007227712A - 多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け時に発生するガスに対して基板の膨れを防止し、半田耐熱性を向上させることが可能な多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】少なくとも一層の導体層において、回路形成部以外の領域に、絶縁性基材１２上の導体１３が１１ｍｍ以下のピッチで規則的に除去されたアウトガス拡散部１４、１４、…を設ける。これにより、導体層１３によるアウトガスの滞留を防止し、アウトガス拡散部１４を通じてアウトガスを自然に逃がすことができ、半田付け時に発生するガスが絶縁性樹脂と導体層との間に滞留するという根本的な問題を解決して、基板の膨れを確実に防止し、半田耐熱性を大幅に向上させることができる。例えば、非導体部１４が正方形の場合、縦方向及び横方向の両方向について１１ｍｍ以下のピッチＰ_１１、Ｐ_１２で規則的に配列して形成することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層プリント配線板に関し、部品実装時に行う半田付け工程で発生するアウトガスをコントロールすることによって基板の膨れを防止する技術に関する。

多層プリント配線板に部品を実装して、その部品と外層回路の配線パターンとを電気的かつ機械的に接合するために半田付けの工程に通される。量産時によく用いられる代表的な自動半田付け方法の一つとして、半田ペースト印刷等により予め基板上に必要量のはんだを付与しておき、遠赤外線や熱風循環方式等のリフロー炉内に基板を通過させることにより基板上の半田を加熱して溶融させる方法が知られている。この方法では、多層プリント配線板は半田融点以上の温度に耐える半田耐熱性が要求される。

しかし、導体層間に用いられる絶縁性基材や接着材によっては半田耐熱性が劣るものがあり、半田付け工程の加熱の際にアウトガスの発生によって層間膨れ等の異常が出やすい傾向がある。特に、アースやシールド、その他各種補強用などとして、回路形成部以外に、連続して広い面積に導体層が形成されている領域（本発明ではこれを「回路未形成領域」という場合がある。）において膨れによる層間剥離が生じやすい。これは半田付け時における基板材料の加熱による分解ガスが発生することや、絶縁性基材や接着材に接している導体層の界面に吸着されていたガスが加熱により放出されること等が原因と考えられている。このようにして発生したガスの拡散が導体層に遮られるため、絶縁性基材、層間接着材、導体層の界面や層間接着材の内部で膨れが発生し、基板の異常や破壊の原因となるのである。

このような膨れ、層間剥離を防止するために従来様々な対策が講じられており、従来技術としては例えば以下のようなものがある。
特許文献１には、内層及び外層に広い面積にわたって連続した状態で設けられた導体層の領域において、ピッチが０．１〜１０ｍｍの密集状態で点状、筋状、格子状の層間連結部を形成し、これらの層間連結部により、内層に設けられた内層べた導体層と外層に設けられた外層べた導体層とを一体的に結合することによって、半田付けの加熱時に発生するガスに対して層間の強固な結合状態を維持し、層間剥離を防止する方法が示されている。
特許文献２には、熱硬化性樹脂を含浸した合成樹脂繊維不織布の層を加熱加圧成形した積層板において、積層板の水分拡散係数を小さくする、具体的には１．３×１０^−８ｃｍ^２／秒以下とすることによって、リフロー炉内の熱で基板の層間剥離が起こらないようにする手法が示されている。
特開平１１−２１４８４５号公報 特許第３３３９３５７号公報

しかし、特許文献１に示された手法によれば、層間連結部の形成は、内層べた導体層の上に、コーティングまたはラミネートによって外層の絶縁性樹脂を積層し、この積層した絶縁性樹脂の加工により絶縁性樹脂を貫通するバイアホール又はグルーブを多数形成し、これらバイアホール又はグルーブの内壁面に、外層べた導体層と共に導体層を形成して内層べた導体層と接続するという、複数の加工工程が必要である。このため、製造コストの大幅な増加が否めない上、絶縁性樹脂に対して導体層は、内層及び外層のべた導体層として形成されるため、半田付け時に発生するガスが絶縁性基材、層間接着材、導体層の界面や層間接着材の内部に滞留するという根本的な問題を解決するものではない。
また、特許文献２に示された手法によれば、使用できる絶縁材料が著しく限定されるため、応用範囲が限られており、また材料コストの増加も懸念される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半田付け時に発生するガスに対して基板の膨れを防止し、半田耐熱性を向上させることが可能な多層プリント配線板を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、少なくとも一層の導体層において、回路形成部以外の領域に、絶縁性基材上の導体が１１ｍｍ以下のピッチで規則的に除去されたアウトガス拡散部を有することを特徴とする多層プリント配線板を提供する。
前記アウトガス拡散部の例としては、縦方向及び横方向の両方向について１１ｍｍ以下のピッチで導体が規則的に除去された正方形の非導体部からなるもの、１１ｍｍ以下のピッチで導体が規則的に除去された平行な筋状の非導体部からなるものが挙げられる。

本発明の多層プリント配線板は、少なくとも一層の導体層において、回路形成部以外の領域に、絶縁性基材上の導体が１１ｍｍ以下のピッチで規則的に除去されたアウトガス拡散部を有するので、このアウトガス拡散部を通じてアウトガスを逃がすことができ、半田付け時に発生するガスが絶縁性基材、層間接着材、導体層の界面や層間接着材の内部に滞留して膨れの原因となるという根本的な問題を解決して、基板の膨れを確実に防止し、半田耐熱性を大幅に向上させることができる。

以下、最良の形態に基づいて本発明を説明する。
本発明は、絶縁層と導体層とが積層されて成る多層プリント配線板において、アースやシールド、その他各種補強用などとして、回路形成部以外に、連続して広い面積に導体層が形成されている領域（本発明ではこれを「回路未形成領域」という場合がある。）における基板の膨れを防止するため、回路未形成領域内に絶縁性基材上の導体が不存在とされた非導体部を１１ｍｍ以下のピッチで規則的に形成してアウトガス拡散部を構成したことを特徴とする。

一般に銅箔等の導体層は気体透過性が低いため、連続して広い面積に導体層が存在すると、その領域においてアウトガスの拡散が阻止される。このため、絶縁性基材、層間接着材、導体層の界面や層間接着材の内部にアウトガスが滞留して膨れが発生し、基板の異常や破壊の原因となっていたのである。

そこで本発明では、上述のように非導体部を規則的に形成したので、半田付け時に絶縁性基材等の樹脂層や接着材から発生するガスが樹脂層や接着材中を透過して拡散するとき、導体層を迂回して非導体部を通り抜け、最終的には多層プリント配線板の外部まで到達することができる。このように樹脂層や接着材の内部で発生したアウトガスの脱気が導体層で阻止されることがなく、ガスを自然に基板の外部へ放出させることができるので、基板に膨れを生じることがない。このように、アウトガスが絶縁性基材、層間接着材、導体層の界面や層間接着材の内部に滞留して膨れの原因となるという根本的な問題を解決して、基板の膨れを確実に防止し、半田耐熱性を大幅に向上させることができる。

本発明で用いられる基板材料には特に制限はない。銅張積層板（ＣＣＬ）としては、絶縁性樹脂層に銅箔が直接積層された２層材のＣＣＬ、絶縁性樹脂層と銅箔とが接着材を介して接着された３層材のＣＣＬのいずれでも使用することができる。絶縁性基材の材料としては、例えばポリイミド、ポリエステル、液晶ポリマー等の絶縁性樹脂が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
非導体部の形成方法は特に限定されないが、基板を回路形成するとき、回路形成と同時に、回路未形成領域となる領域の導体を部分的に除去して絶縁層を露出させた箇所を非導体部とする方法が好ましい。この手法によれば、加工工程の増加がなく、製造コストの増加が小さく済むという利点がある。
本発明の多層プリント配線板では、アウトガス拡散部は回路未形成領域に設けられるものであり、回路形成部については、特に制限するものではない。多層プリント配線板は２層以上の導体層を有するものである。本発明ではこれら導体層のうち、少なくとも一層の導体層において回路未形成領域にアウトガス拡散部が形成されていればよく、回路未形成領域が存在しないか、その面積が比較的小さい導体層については、アウトガス拡散部を設けなくとも良い。アウトガスの滞留を可能な限り抑制するため、好ましくは、すべての導体層において回路未形成領域にアウトガス拡散部を設けることが望ましい。

回路未形成領域に設けられるアウトガス拡散部の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２は、多層プリント配線板において、回路未形成領域にアウトガス拡散部が設けられた導体層における回路未形成領域のみを部分的に拡大して示した図面である。図１（ａ）及び図２（ａ）は、アウトガス拡散部を形成する前の基板材料であって、絶縁性基材１２、２２上に導体層１３、２３を有する片面ＣＣＬ１１、２１を示す断面図である。

回路未形成領域に形成されるアウトガス拡散部の構成の一例としては、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、多層プリント配線板１０を構成する各基板１１の回路未形成領域において絶縁性基材１２上の導体層１３を除去して、基板面に沿う互いに垂直な２方向（図１（ｂ）では縦方向及び横方向の２方向）に正方形の非導体部１４、１４、…を多数配列した構成が挙げられる。この場合、導体層１３によるガスの滞留を避けるため、非導体部１４、１４、…の縦方向のピッチＰ_１１と横方向のピッチＰ_１２の両方を１１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、導体の浮きや基板の膨れ（層間剥離）を防止する効果が優れた構成となる。
図１（ｂ）において、縦方向のピッチＰ_１１とは、隣接する２つの非導体部１４、１４についての縦方向の中心間距離であり、横方向のピッチＰ_１２とは、隣接する２つの非導体部１４、１４についての横方向の中心間距離である。

回路未形成領域に形成されるアウトガス拡散部の構成の別の例としては、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、多層プリント配線板２０を構成する各基板２１の回路未形成領域において絶縁性基材２２上の導体層２３に平行な筋状の非導体部２４、２４、…を形成した構成が挙げられる。この場合、導体層２３によるガスの滞留を避けるため、非導体部２４、２４、…のピッチＰ_２を１１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、導体の浮きや基板の膨れ（層間剥離）を防止する効果が優れた構成となる。
ここで、平行な筋状の非導体部２４、２４、…のピッチＰ_２とは、隣接する２つの非導体部２４、２４の中心間距離である。

なお、本発明における非導体部の形状は、正方形状や平行な筋状に限定されるものではなく、正方形状を変形した形状、平行な筋状を変形した形状などを採用することも可能である。

回路未形成領域に規則的に非導体部を設けた片面基板１１、２１の積層方法は特に限定されないが、例えば図１（ｄ）、図２（ｄ）に示すように、接着材１５、２５を挟み込んで熱及び圧力で積層一体化することにより、図１（ｅ）、図２（ｅ）に示す多層プリント配線板１０、２０を製造することができる。本発明の多層プリント配線板１０、２０において基板１１、２１を積層する枚数や、回路の層数などは特に限定されない。

本実施例では、図５に示すように、回路形成部１ａ及び回路未形成領域１ｂを有する第１の基板１と、回路形成部２ａ及び回路未形成領域２ｂを有する第２の基板２を作製し（図５の上部参照）、これらの基板１、２を位置合わせして積層し、回路形成部２ａにおいては回路が層間導通（図示省略）された２層の多層プリント配線板３を作製した（図５の下部参照）。各基板１、２において、回路形成部１ａ、２ａと回路未形成領域１ｂ、２ｂとの間は、短絡防止のため銅箔除去部１ｃ、２ｃにより所定以上の導体間隙が確保されている。

（実施例１）
以下に、回路未形成領域が格子状となるように等ピッチで正方形状の非導体部を設けた例を示す（回路未形成領域については、図１参照）。

・基板構成（片面基板／接着シート／片面基板）
片面ＣＣＬ１１：ポリイミド１２の厚さ２５μｍ、片面銅箔１３の厚さ２５μｍ
接着シート１５：アクリル系接着シート、シート厚２５μｍ（デュポン株式会社製、商品名：パイララックスＬＦ）
非導体部１４のピッチ：縦方向Ｐ_１１及び横方向Ｐ_１２；０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍ、５．５ｍｍ、６ｍｍ、６．５ｍｍ、７ｍｍ、７．５ｍｍ、８ｍｍ、８．５ｍｍ、９ｍｍ、９．５ｍｍ、１０ｍｍ、１０．５ｍｍ、１１ｍｍ、１１．５ｍｍ、１２ｍｍ、１２．５ｍｍ、１３ｍｍ、１３．５ｍｍ、１４ｍｍ、１４．５ｍｍ、１５ｍｍ

・基板作製手順
（１） 図１（ａ）に示すように、ポリイミド１２及び片面銅箔１３より構成される片面ＣＣＬ１１を用意する。
（２） 上記片面ＣＣＬ１１をパターン形成して、回路形成部に回路を形成すると同時に、回路未形成領域が格子状になるように、ポリイミド１２上の片面銅箔１３に等ピッチでアウトガス拡散部となる正方形の非導体部１４、１４、…を規則的に形成する（Ｐ_１１＝Ｐ_１２）。図１（ｂ）は回路未形成領域の部分拡大平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す基板をＡ−Ａ線に沿って切断した場合の断面図である。
（３） 上の（１）〜（２）と全く同様の方法で回路及びアウトガス拡散部を形成した別の片面基板１１を用意し、一方の片面基板１１のポリイミド１２面と他方の片面基板１１の導体１３面とを対向させ、接着シート１５を挟んで積層し、実施例１に係る多層プリント配線板１０を得る（図１（ｄ）、（ｅ）参照）。

（実施例２）
以下に、回路未形成領域に一方向に沿って平行な筋状の非導体部を設けた例を示す（回路未形成領域については、図２参照）。

・基板構成（片面基板／接着シート／片面基板）
片面ＣＣＬ２１：ポリイミド２２の厚さ２５μｍ、片面銅箔２３の厚さ２５μｍ
接着シート２５：アクリル系接着シート、シート厚２５μｍ（デュポン株式会社製、商品名：パイララックスＬＦ）
非導体部２４のピッチＰ_２：０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍ、５．５ｍｍ、６ｍｍ、６．５ｍｍ、７ｍｍ、７．５ｍｍ、８ｍｍ、８．５ｍｍ、９ｍｍ、９．５ｍｍ、１０ｍｍ、１０．５ｍｍ、１１ｍｍ、１１．５ｍｍ、１２ｍｍ、１２．５ｍｍ、１３ｍｍ、１３．５ｍｍ、１４ｍｍ、１４．５ｍｍ、１５ｍｍ

・基板作製手順
（１） 図２（ａ）に示すように、ポリイミド２２及び片面銅箔２３より構成される片面ＣＣＬ２１を用意する。
（２） 上記片面ＣＣＬ２１をパターン形成して、回路形成部に回路を形成すると同時に、回路未形成領域において、一方向に沿って平行な筋状のアウトガス拡散部となる非導体部１４、１４、…を規則的に形成する。図２（ｂ）は回路未形成領域の部分拡大平面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示す基板をＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の断面図である。
（３） 上の（１）〜（２）と全く同様の方法で回路及びアウトガス拡散部を形成した別の片面基板２１を用意し、一方の片面基板２１のポリイミド２２面と他方の片面基板２１の導体２３面とを対向させ、接着シート２５を挟んで積層し、実施例２に係る多層プリント配線板２０を得る（図２（ｄ）、（ｅ）参照）。

（試験例）
上記の実施例１、２で作製した多層プリント配線板１０、２０について半田耐熱特性を調べるために吸湿リフロー試験を行った。試験条件は、ＪＥＤＥＣの吸湿リフロー規格ＬＥＶＥＬ３に準拠するものとした。
実施例１、２の基板を、温度３０℃／相対湿度６０％の条件下で１９２時間湿熱槽に静置した後、湿熱槽から取り出して１５分後に２６０℃ピーク／２０秒間の条件で遠赤外線リフロー炉に投入し、基板の膨れ箇所の数をカウントした。その結果をそれぞれ図３、図４に示す。

実施例１の場合、図３に示すように、非導体部のピッチが１２．５ｍｍ以上になると、リフロー後に基板の膨れが見られた。非導体部のピッチが０．１〜１２ｍｍの範囲では、リフロー後の基板の膨れが発生しなかった。
実施例２の場合、図４に示すように、非導体部のピッチが１１．５ｍｍ以上になると、リフロー後に基板の膨れが見られた。非導体部のピッチが０．１〜１１ｍｍの範囲では、リフロー後の基板の膨れが発生しなかった。
以上の結果から、リフロー後に基板の膨れが発生せず、半田耐熱性に優れた基板とするためには、非導体部によるアウトガス拡散部のピッチを１１ｍｍ以下にする必要がある。

本発明の多層プリント配線板は、各種電気機器、電子機器などに利用することができる。

本発明の実施例１に係る多層プリント配線板の製造方法を工程順に示す図であり、（ａ）は基板材料となる銅張積層板を示す断面図、（ｂ）は正方形の非導体部が形成された領域を示す基板の回路未形成領域の部分拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示す基板のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｄ）は非導体部が形成された基板間に接着材を挟み込む状態を示す回路未形成領域における断面図、（ｅ）は多層プリント配線板を示す回路未形成領域における断面図である。 本発明の実施例２に係る多層プリント配線板の製造方法を工程順に示す図であり、（ａ）は基板材料となる銅張積層板を示す断面図、（ｂ）は平行な筋状の非導体部が形成された領域を示す基板の回路未形成領域の部分拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示す基板のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｄ）は非導体部が形成された基板間に接着材を挟み込む状態を示す回路未形成領域における断面図、（ｅ）は多層プリント配線板を示す回路未形成領域における断面図である。 実施例１の試験結果であって、非導体部ピッチと膨れ箇所の数との関係を表すグラフである。 実施例２の試験結果であって、非導体部ピッチと膨れ箇所の数との関係を表すグラフである。 実施例で作製した多層プリント配線板及びこれを構成する２枚の基板を示す概略平面図である。

符号の説明

Ｐ_１１…実施例１の基板における非導体部の縦方向のピッチ、Ｐ_１２…実施例１の基板における非導体部の横方向のピッチ、Ｐ_２…実施例２の基板における非導体部のピッチ、１，２…多層プリント配線板を構成する各基板、１ａ，２ａ…回路形成部、１ｂ，２ｂ…回路未形成領域、３…多層プリント配線板、１０，２０…多層プリント配線板、１１，２１…基板（片面ＣＣＬ）、１２，２２…絶縁性基材（ポリイミド）、１３，２３…導体層（銅箔）、１４，２４…アウトガス拡散部（非導体部）、１５，２５…接着材（接着シート）。

Claims (3)

1. 少なくとも一層の導体層において、回路形成部以外の領域に、絶縁性基材上の導体が１１ｍｍ以下のピッチで規則的に除去されたアウトガス拡散部を有することを特徴とする多層プリント配線板。
2. 前記アウトガス拡散部は、基板面に沿う互いに垂直な２方向について１１ｍｍ以下のピッチで導体が規則的に除去された正方形の非導体部からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
3. 前記アウトガス拡散部は、１１ｍｍ以下のピッチで導体が規則的に除去された平行な筋状の非導体部からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。

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