JP2018182229A - 基板及び基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスクロスの空隙の発生を抑止する。
【解決手段】ガラスクロスに樹脂を含浸させた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた穴及び前記穴の内面に形成されたメッキを有するスルーホールと、を備え、前記スルーホールの外周部分のうち前記ガラスクロスと交わる箇所は、前記穴の外側に向かって凹む凹部を有する基板を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板及び基板の製造方法に関する。

社会的に環境改善が進む中、電子機器では有害物質を抑える部品や製造方法が要求されている。プリント基板（以下、基板とも表記する。）に対してプレスフィット方式（圧入方式）で装着されるプレスフィットピンが知られている。基板のスルーホールにプレスフィットピンを圧入するため、プレスフィットピンは、半田付けを行わずに基板に装着できる。しかし、プレスフィットピンは、圧入による接続構造のため、基板やスルーホールへの負担が大きく、基板の信頼性向上が重要視されている。

特開２００５−３５３７７４号公報 実開昭６１−８３０７９号公報

プレスフィットピンは、バネ弾性部を有する構造である。プレスフィットピンの径はスルーホールの径よりも大きい。また、プレスフィットピンは弾性変形可能に形成されている。プレスフィットピンを基板のスルーホールに圧入すると、プレスフィットピンの弾性力によってスルーホールが押圧されて、プレスフィットピンがスルーホールに電気的に接続されると共に、機械的に固定される。

図７Ａは、プリント基板１００の平面図であり、図７Ａには、プリント基板１００のスルーホール１０１にプレスフィットピン１０２が圧入された状態が示されている。図７Ｂは、プリント基板１００の断面図であり、図７Ａの点線Ａ１−Ａ２に沿った断面が示されている。スルーホール１０１は、プリント基板１００を貫通する貫通穴と、貫通穴の内面に形成されたメッキ１０３とを有する。プリント基板１００上にはレジスト１１０が形成されている。プレスフィットピン１０２の弾性力によってスルーホール１０１が押圧され、スルーホール１０１の周囲の絶縁層１０４に圧力が加わる。絶縁層１０４は、ガラスクロス（ガラス布）１０５及び樹脂１０６を有する。ガラスクロス１０５は、複数のガラス繊維１０７で織られている。

スルーホール１０１の周囲の絶縁層１０４に加わる圧力が増大すると、スルーホール１０１の周囲のガラスクロス１０５に加わる圧力も増大するため、ガラスクロス１０５が破損し、ガラスクロス１０５に空隙１２０が発生する場合がある。ガラスクロス１０５に発生した空隙１２０の部分についてプリント基板１００が白く見えることから、基板の白化とも呼ばれる。ガラスクロス１０５の空隙１２０に水分が溜まると、絶縁劣化が発生する可能性がある。

スルーホール１０１とスルーホール１０１に隣接する配線パターン（導体）１０８との絶縁性を確保するため、スルーホール１０１と配線パターン１０８との間の距離を一定に保つことが行われている。そのため、スルーホール１０１とスルーホール１０１との間に配線パターン１０８を配置することや、スルーホール１０１の近くに配線パターン１０８を配置することが難しく、また、スルーホール１０１のピッチを短くすることが難しい。ガラスクロス１０５の空隙１２０の発生を想定したプリント基板１００の設計が行われて
いる。したがって、プリント基板１００の仕様毎に決められた配線パターン１０８間の最小間隙よりも大きい間隙によって、スルーホール１０１の周囲のレイアウトが設計されている。

スルーホール１０１の貫通穴の径が過剰に小さいと、スルーホール１０１にプレスフィットピン１０２が圧入される際、スルーホール１０１に過剰な負荷が掛かる。この場合、スルーホール１０１の貫通穴の径の精度を上げることで、スルーホール１０１の貫通穴の径が過剰に小さくなることが抑制される。また、スルーホール１０１の貫通穴の径の位置ずれが発生すると、スルーホール１０１にプレスフィットピン１０２が斜めに圧入されるため、スルーホール１０１に過剰な負荷が掛かる。この場合、スルーホール１０１の貫通穴の位置の精度を上げることで、スルーホール１０１にプレスフィットピン１０２が斜めに圧入されることが抑制される。しかし、スルーホール１０１の貫通穴の径の精度やスルーホール１０１の貫通穴の位置の精度を上げると、プリント基板１００の製造コストが増大する懸念がある。

本願は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ガラスクロスの空隙の発生を抑止することを目的とする。

本願の一観点によれば、ガラスクロスに樹脂を含浸させた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた穴及び前記穴の内面に形成されたメッキを有するスルーホールと、を備え、前記スルーホールの外周部分のうち前記ガラスクロスと交わる箇所は、前記穴の外側に向かって凹む凹部を有する基板が提供される。

本願によれば、ガラスクロスの空隙の発生を抑止することができる。

図１は、プリント基板の断面図である。 図２は、絶縁層が有するガラスクロスの一例を示す平面図である。 図３は、プリント基板の断面図である。 図４は、プリント基板の断面図である。 図５は、凹部の凹み量の説明図である。 図６Ａは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｂは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｃは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｄは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｅは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｆは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図６Ｇは、プリント基板の製造方法の一例を示す工程図である。 図７Ａは、プリント基板の平面図である。 図７Ｂは、プリント基板の断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は、実施形態の構成に限定されない。

図１は、プリント基板１の断面図である。プリント基板（回路基板）１は、絶縁層２と、絶縁層２に設けられたスルーホール３とを備える。プリント基板１には、一つ又は複数のスルーホール３が設けられている。絶縁層２は、複数のガラス繊維４で織られたガラス
クロス（ガラス布）５に樹脂６を含浸させて形成されている。図１に示す絶縁層２は、複数層であるが、図１に示す絶縁層２の構造例に限られず、絶縁層２は、単層であってもよい。プリント基板１は、基板の一例である。

ガラスクロス５は、絶縁層２の平面方向に広がって配置されている。図２は、絶縁層２が有するガラスクロス５の一例を示す平面図である。図２に示すガラスクロス５は、Ｘ方向（横方向）に並列して配置された複数のガラス繊維４Ａと、Ｙ方向（横方向）に並列して配置された複数のガラス繊維４Ｂとで織られた構造である。図２に示すガラスクロス５は、ガラス繊維４Ａとガラス繊維４Ｂとが交差している領域と、ガラス繊維４Ａとガラス繊維４Ｂとが交差していない領域とを有する。

樹脂６は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等であるが、樹脂６は、これらの樹脂に限られず、他の樹脂であってもよい。スルーホール３は、絶縁層２に設けられた穴７及び穴７の内周面に形成されたメッキ８を有する。穴７は、絶縁層２を貫通し、絶縁層２の第１面及び第２面に開口を有する。絶縁層２の第２面は、絶縁層２の第１面の反対側の面である。

メッキ８は、穴７の内周面を覆うと共に、穴７の開口の周囲に形成されているランド（電極パッド）９を覆っている。メッキ８が、絶縁層２の第１面に形成されたランド９を覆い、かつ、絶縁層２の第２面に形成されたランド９を覆うことで、プリント基板１の第１面と第２面とが電気的に接続される。プリント基板１の第２面は、プリント基板１の第１面の反対側の面である。絶縁層２の第１面、第２面及び内部に配線パターン１０が形成されている。メッキ８と絶縁層２の内部に形成された配線パターン１０とが接触している場合、メッキ８に接触した配線パターン１０とスルーホール３とが電気的に接続される。絶縁層２の第１面及び第２面に形成された配線パターン１０の上にメッキ１１が形成されている。絶縁層２の第１面及び第２面にレジスト１２が形成されている。図１に示すプリント基板１の構成例では、絶縁層２の第１面及び第２面に形成された配線パターン１０及びメッキ１１をレジスト１２が覆っている。

スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所は、穴７の外側に向かって凹む凹部２１を有する。凹部２１の内面にもメッキ８が形成されている。図３は、プリント基板１の断面図である。図３に示すように、プレスフィットピン３１がスルーホール３に圧入されている。プレスフィットピン３１は、バネ弾性部を有する構造である。プレスフィットピン３１の径はスルーホール３の径（穴７の径）よりも大きく、且つ、プレスフィットピン３１は弾性変形可能に形成されている。プレスフィットピン３１をスルーホール３に圧入すると、プレスフィットピン３１の弾性力によってスルーホール３が押圧されて、プレスフィットピン３１がスルーホール３に電気的に接続されると共に、機械的に固定される。これにより、プレスフィットピン３１がプリント基板１に装着される。

図３に示すプリント基板１の構成例では、プレスフィットピン３１が、プリント基板１の第１面側からスルーホール３に圧入され、プレスフィットピン３１の先端がプリント基板１の第２面側から突出している。実施形態は、図３に示すプリント基板１の構成例に限られず、プレスフィットピン３１の先端がプリント基板１の第２面側から突出せずに、プレスフィットピン３１の先端がスルーホール３の内部に位置していてもよい。

図１に示すように、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所に凹部２１が設けられている。プレスフィットピン３１をスルーホール３に圧入する際、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所以外の部分にプレスフィットピン３１が当たる。或いは、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所にプレスフィットピン３１が殆ど当たらない。このように、プレスフィットピン３１をス
ルーホール３に圧入する際のプレスフィットピン３１からの圧力を、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所以外の部分で受け止める。このため、プレスフィットピン３１からの圧力がスルーホール３の周囲のガラスクロス５にダイレクトに伝わらない。したがって、スルーホール３の周囲のガラスクロス５に加わる圧力が軽減され、スルーホール３の周囲のガラスクロス５の破損が抑制される。この結果、スルーホール３の周囲のガラスクロス５の空隙の発生を抑制することができる。

図３に示すように、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所に凹部２１が設けられている。プレスフィットピン３１がスルーホール３に圧入され、プレスフィットピン３１がプリント基板１に装着された場合、プレスフィットピン３１の弾性力によってスルーホール３が押圧され、スルーホール３の周囲の絶縁層２に圧力が加わる。この場合、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所以外の部分にプレスフィットピン３１が当たることにより、スルーホール３の周囲の絶縁層２に圧力が加わる。このように、プレスフィットピン３１の弾性力によるプレスフィットピン３１からの圧力を、スルーホール３の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所以外の部分で受け止める。このため、プレスフィットピン３１からの圧力がスルーホール３の周囲のガラスクロス５にダイレクトに伝わらない。したがって、スルーホール３の周囲のガラスクロス５に加わる圧力が軽減され、スルーホール３の周囲のガラスクロス５の破損が抑制される。この結果、スルーホール３の周囲のガラスクロス５の空隙の発生を抑止することができる。

プレスフィットピン３１がプリント基板１に装着された際、穴７の内周面に形成されたメッキ８とプレスフィットピン３１とが接触しており、凹部２１の内面に形成されたメッキ８とプレスフィットピン３１とは接触していない。穴７の内周面に形成されたメッキ８とプレスフィットピン３１とが接触しているので、スルーホール３とプレスフィットピン３１との電気的接続は確保されている。また、穴７の内周面の面積に対する凹部２１の開口面積の比率は小さいため、スルーホール３とプレスフィットピン３１との電気的接続の信頼性は低下していない。

図１及び図３に示すプリント基板１に設けられたスルーホール３は、絶縁層２を貫通している。すなわち、穴７の一端が、絶縁層２の第１面に第１開口を有し、穴７の他端が、絶縁層２の第２面に第２開口を有する。実施形態は、図１及び図３に示すプリント基板１の構成例に限られない。図４に示すように、スルーホール３が、絶縁層２を貫通せずに、スルーホール３が絶縁層２の内部で終端してもよい。すなわち、穴７の一端が、絶縁層２の第１面に開口を有し、穴７の他端が、絶縁層２の内部で終端してもよい。また、穴７の一端が、絶縁層２の第２面に開口を有し、穴７の他端が、絶縁層２の内部で終端してもよい。図４は、プリント基板１の断面図である。図４に示すように、穴７の内面にメッキ８が形成されている。具体的には、穴７の内側面（内周面）及び底面にメッキ８が形成されている。図４に示すプリント基板１の構成例では、穴７の底面に形成されたメッキ８は、絶縁層２の内部に形成された配線パターン１０と接触している。絶縁層２を貫通するスルーホール３と、絶縁層２を貫通しないスルーホール３とを絶縁層２に設けてもよい。すなわち、絶縁層２は複数のスルーホール３を備え、複数のスルーホール３は、絶縁層２を貫通するスルーホール３と、絶縁層２を貫通しないスルーホール３とを含む。

図５を参照して、凹部２１の凹み量（凹部２１の深さ）について説明する。凹部２１の凹み量（図５ではＱ１）は、メッキ８の厚さ（図５ではＴ１）以上である。プレスフィットピン３１をスルーホール３に圧入する際、プレスフィットピン３１とメッキ８との間で摩擦が生じ、穴７の内周面に形成されたメッキ８が削られる場合がある。プレスフィットピン３１に加えられる荷重の大きさによっては、穴７の内周面に形成されたメッキ８が削られ、穴７の内周面に形成されたメッキ８の厚みが薄くなる。穴７の内周面に形成された
メッキ８の厚みが薄くなった場合であっても、樹脂６がメッキ８から露出しない程度にメッキ８がスルーホール３内に残存していれば、スルーホール３とプレスフィットピン３１との導通が確保される。凹部２１の凹み量としてメッキ８の厚さ以上を確保することにより、穴７の内周面に形成されたメッキ８の厚みが薄くなった場合であっても、プレスフィットピン３１は凹部２１の内面に形成されたメッキ８に接触しない。そのため、プレスフィットピン３１からの圧力がスルーホール３の周囲のガラスクロス５にダイレクトに伝わらない。

プレスフィットピン３１が硬いと、プレスフィットピン３１をスルーホール３に圧入した際、スルーホール３が変形する場合がある。スルーホール３が変形する場合を考慮して、凹部２１の凹み量を、メッキ８の厚さ以上、且つ、メッキ８の厚さの２倍以下としてもよい。また、凹部２１の凹み量を、メッキ８の厚さ以上、且つ、プレスフィットピン３１の径（図５ではＤ１）から穴７の径（図５ではＤ２）を減算した値の１／２（図５ではＤ３）以下としてもよい。ただし、プレスフィットピン３１に加えられる荷重は、プレスフィットピン３１毎に異なる場合があり、また、プリント基板１の構成が、プリント基板１毎に異なる場合がある。そのため、プリント基板１とプレスフィットピン３１との組み合わせで、凹部２１の凹み量を決定してもよい。更に、プリント基板１とプレスフィットピン３１との組み合わせのそれぞれについて、スルーホール３に対するプレスフィットピン３１の圧入を試験することにより、凹部２１の凹み量を決定してもよい。

図６Ａから図６Ｇを参照して、プリント基板１の製造方法について説明する。図６Ａから図６Ｇは、プリント基板１の製造方法の一例を示す工程図である。図６Ａに示す工程について説明する。絶縁層２Ａ〜２Ｅを積層することにより、絶縁層２を形成する。絶縁層２Ａ〜２Ｅの其々は、複数のガラス繊維４で織られたガラスクロス５に樹脂６を含浸させて形成されている。絶縁層２の各層（絶縁層２Ａ〜２Ｅ）の間に配線パターン１０が形成されている。また、絶縁層２の第１面及び第２面に銅箔１３が形成されている。絶縁層２Ａ〜２Ｅの積層方向は、絶縁層２の平面方向と直交している。

図６Ｂに示す工程について説明する。ドリル加工により、絶縁層２に穴７を形成する。穴７は、絶縁層２を貫通している。また、絶縁層２の内部で終端する穴７を絶縁層２に形成してもよい。穴７の内周面には、絶縁層２の削りカスやドリル加工で融けた樹脂等の残渣（スミア）４１が形成されている。図６Ｃに示す工程について説明する。デスミア処理により、穴７内の洗浄を行う。これにより、穴７内の残渣４１が除去され、穴７の内周面が整面される。図６Ｃに示す工程におけるデスミア処理は、例えば、過マンガン酸カリウム等の薬液を用いたウェット処理又はプラズマを用いたドライ処理であってもよい。

図６Ｄに示す工程について説明する。ガラスエッチング剤を用いたウェット処理により、穴７の周囲のガラスクロス５を部分的に除去する。すなわち、穴７の内面から露出するガラスクロス５をエッチングして、穴７の外周部分のうちガラスクロス５と交わる箇所に凹部２１を形成する。ガラスエッチング剤は、例えば、フッ酸、フッ化水素アンモニウム、フッ硝酸等である。穴７の周囲のガラスクロス５の一部が穴７の内周面から露出している。穴７の内周面から露出しているガラスクロス５をガラスエッチング剤によってエッチングすることにより、穴７の周囲のガラスクロス５が部分的に除去される。ウェット処理の処理時間を制御することにより、凹部２１の凹み量を調節することができる。

図６Ｅに示す工程について説明する。デスミア処理により、凹部２１の内面を平滑にする。凹部２１の内面を平滑にすることにより、凹部２１の内面に形成されるメッキ８の厚みを均一にすることができる。また、凹部２１の内面を平滑にすることにより、凹部２１の強度が向上する。図６Ｅに示す工程におけるデスミア処理は、例えば、過マンガン酸カリウム等の薬液を用いたウェット処理又はプラズマを用いたドライ処理であってもよい。
図６Ｅに示す工程を省略してもよい。図６Ｅに示す工程を省略することにより、凹部２１の内面に形成されるメッキ８の厚みが不均一の場合がある。プレスフィットピン３１がプリント基板１に装着された際、凹部２１の内面に形成されたメッキ８とプレスフィットピン３１とは接触しない。そのため、凹部２１の内面に形成されるメッキ８の厚みが不均一の場合であっても、スルーホール３とプレスフィットピン３１との接続信頼性は低下しない。

図６Ｆに示す工程について説明する。無電解メッキ法及び電解メッキ法の何れか一方又は両方により、穴７の内周面及び凹部２１の内面にメッキ８を形成する。穴７の内周面及び凹部２１の内面がメッキ８によって覆われると共に、絶縁層２の第１面及び第２面に形成されている銅箔１３がメッキ８によって覆われる。これにより、絶縁層２に形成された穴７及び穴７の内周面に形成されたメッキ８を有するスルーホール３が、プリント基板１に設けられる。図６Ｇに示す工程について説明する。銅箔１３及び銅箔１３を覆うメッキ８をパターニングすることにより、穴７の開口の周囲にランド９が形成され、絶縁層２の第１面及び第２面に配線パターン１０が形成される。穴７の内面に形成されたメッキ８は、ランド９を覆っている。配線パターン１０の上にはパターニングされたメッキ１１が形成されている。次に、絶縁層２の第１面及び第２面にレジスト１２を形成する。レジスト１２は、絶縁層２の第１面及び第２面に形成された配線パターン１０及びメッキ１１を覆っている。レジスト１２は、スルーホール３を覆っておらず、スルーホール３はレジスト１２から露出している。

実施形態に係るプリント基板１及びプリント基板１の製造方法によれば、スルーホール３の周囲のガラスクロス５の空隙の発生を抑止することができる。したがって、プリント基板１の絶縁性及び信頼性が向上する。ガラスクロス５の空隙の発生を想定したプリント基板１の設計を行わなくてよいため、隣接するスルーホール３の間隔について、スルーホール３の挟ピッチ化を容易に達成することができる。したがって、プリント基板１に装着されるプレスフィットピン３１の挟ピッチ化を容易に達成することができる。また、スルーホール３と配線パターン１０との間隔を縮小できるため、配線パターン１０の高密度化を容易に達成することができる。

１ プリント基板
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ 絶縁層
３ スルーホール
４、４Ａ、４Ｂ ガラス繊維
５ ガラスクロス
６ 樹脂
７ 穴
８ メッキ
９ ランド
１０ 配線パターン
１１ メッキ
１２ レジスト
１３ 銅箔
２１ 凹部
３１ プレスフィットピン
４１ 残渣

Claims (5)

1. ガラスクロスに樹脂を含浸させた絶縁層と、
   前記絶縁層に設けられた穴及び前記穴の内面に形成されたメッキを有するスルーホールと、
   を備え、
   前記スルーホールの外周部分のうち前記ガラスクロスと交わる箇所は、前記穴の外側に向かって凹む凹部を有することを特徴とする基板。
2. 前記凹部の凹み量は、前記メッキの厚み以上であることを特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 前記穴の一端は前記絶縁層の第１面に第１開口を有し、前記穴の他端は前記絶縁層の前記第１面の反対側の第２面に第２開口を有し、前記穴は前記絶縁層を貫通することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
4. 前記穴の一端は前記絶縁層の第１面又は前記第１面の反対側の第２面に開口を有し、前記穴の他端は前記絶縁層の内部で終端することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
5. ガラスクロスに樹脂を含浸させた絶縁層に穴を形成する工程と、
   前記穴の内面から露出する前記ガラスクロスをエッチングして、前記穴の外周部分のうち前記ガラスクロスと交わる箇所に、前記穴の外側に向かって凹む凹部を形成する工程と、
   前記穴の内面及び前記凹部の内面にメッキを形成する工程と、
   を有することを特徴とする基板の製造方法。

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