JP3956849B2

JP3956849B2 - 多層基板の製造方法

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Publication number: JP3956849B2
Application number: JP2002377655A
Authority: JP
Inventors: 太蔵水谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004207642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気或いは電磁波に対するシールドが可能な多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板を有する電子製品は、図２のステップ３０からステップ３５に示される業務フローに沿って、設計から量産までが一定の期間内に実施される。家庭用電化製品やパソコン等の情報機器は、上記設計から量産までの期間が短いので、プリント基板の量産設計の完了後に回路部における静電気耐量やＥＭＣ（electro-magnetic compatible）性能の不足が発覚しても、回路部の設計変更を行っていると図２に示されるように製品出荷タイミングに間に合わない場合がある。
【０００３】
このような場合、プリント基板の形成後、図５に示すように、静電気或いは電磁波シールドをすべき部位に対応したプリント基板２０表面に、シールド層として銅箔テープ４０を貼着するといった応急的な対策をとることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅箔テープ４０は、テープの粘着力のみでプリント基板２０表面に貼着されているので、接続信頼性の点で問題がある。
【０００５】
また、銅箔テープ４０は、プリント基板に位置決めされつつ貼着されるので、貼り直しがきかず、シールドすべき部位に対して位置決め精度の点で問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、シールド層の接続信頼性と位置決め精度を向上できる多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のシールド層を有する多層基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムの少なくとも片面上にＧＮＤパターンを含む導体パターンを形成する片面導体パターンフィルム形成工程と、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムの所定の位置に、静電気或いは電磁波をシールドするシールドパターンを形成するシールドフィルム形成工程と、当該シールドパターンを底部とした有底ビアホールを形成し、層間接続材料を充填する充填工程と、片面導体パターンフィルムを含む複数の樹脂フィルムを積層する積層工程と、この積層体を加熱しつつ加圧することにより、樹脂フィルムを相互に接着して多層基板を形成する加熱・加圧工程とを備える。そして、加熱・加圧工程後、シールドパターンが、シールドすべき部位を覆うように、且つ、層間接続材料を介してＧＮＤパターンに接続されるようにシールドフィルムが多層基板の表面に位置決め配置され、加熱・加圧されることにより、シールドフィルムが多層基板表面に接着されることを特徴とする。
【００１９】
多層基板を構成する樹脂フィルム、及び、シールドフィルムを構成する樹脂フィルムは、ともに熱可塑性樹脂からなる。従って、シールドフィルムを含まない複数の樹脂フィルムにより先に多層基板を形成し、形成された多層基板の表面にシールドフィルムを位置決め配置し、加熱・加圧することでシールドフィルムを有する多層基板を形成することもできる。
【００２０】
この製造方法を用いても、多層基板に対するシールドフィルムの接続信頼性とシールドすべき部位に対するシールドパターンの位置決め精度を向上できる。
【００２１】
また、この製造方法によると、製造された多層基板にシールドすべき部位が存在していても、多層基板表面に後付でシールドパターンを有するシールドフィルムを設けることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態における多層基板の製造方法を示す工程別断面図である。尚、本実施の形態における多層基板は、例えば携帯電話等の電磁波シールドが必要な電子機器等に用いることができる。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、１は樹脂フィルム２の片面に貼着された導体箔をエッチングによりパターン形成した導体パターン３及びＧＮＤパターン４を有する片面導体パターンフィルムである。ここで、樹脂フィルム２としては、例えば熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）６５〜３５重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）３５〜６５重量％とからなる厚さ２５〜１００μｍの樹脂フィルムを用いることができる。また、導体箔としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも１種を含む低抵抗金属箔が良く、望ましくは安価でマイグレーションの心配のないＣｕ箔が良い。
【００２４】
ＧＮＤパターン４としては、導体パターン３と同一の金属を用い、製造工程の短縮ため、ほぼ同時に形成される。ＧＮＤパターン４は、後述するシールドパターンと電気的に接触するが、詳細については後述する。尚、導体パターン３及びＧＮＤパターン４の形成は、導体箔のエッチング以外にも、印刷法を用いて行われても良い。
【００２５】
図１（ａ）の片面導体パターンフィルム１形成工程が完了すると、次に、図１（ｂ）に示すように、樹脂フィルム２側から例えば炭酸ガスレーザを照射して、導体パターン３を底面とする有底孔であるビアホール５を形成し、当該ビアホール５に層間接続材料である導電性ペースト６を充填する充填工程が行われる。
【００２６】
ビアホール５の形成には、炭酸ガスレーザ以外にもＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を用いることが可能である。その他にもドリル加工等により機械的にビアホール５を形成することも可能であるが、小径でかつ導体パターン３を傷つけないように加工することが必要とされるため、レーザによる加工法を選択することが好ましい。
【００２７】
ビアホール５の形成が完了すると、ビアホール５内に層間接続材料である導電性ペースト６を充填する。導電性ペースト６は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ等の金属粒子に有機溶剤を加え、これを混練しペースト化したものである。導電性ペースト６には、その他にも適宜低融点ガラスフリットや有機樹脂、或いは無機フィラーを添加混合しても良い。この、導電性ペースト６は、図示されないスクリーン印刷機やディスペンサ等を用いてビアホール５内に充填される。尚、導体パターン３に対して導電性ペースト６の充填されたビアホール５を形成する例を示したが、ＧＮＤパターン４を底面としたビアホール５を形成し、導電性ペースト６を充填しても良い。
【００２８】
ここで、片面導体パターンフィルム１の形成と平行して、片面導体パターンフィルム１に対して導ＧＮＤパターン４が形成されない片面導体パターンフィルム１ａの形成と、シールドフィルム１０の形成が行われる。
【００２９】
シールドフィルム１０は、静電気或いは電磁波シールドを目的として形成されるものであり、樹脂フィルム２の片面に貼着された導体箔をエッチングによりパターン形成したシールドパターン１１とランドとしての導体パターン１２を有する。また、その大きさは、フィルム１０の平面方向において、多層基板を構成する他の片面導体パターンフィルム１等の略同一である。ここで、樹脂フィルム２としては、片面導体パターンフィルム１，１ａと同一の例えば熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）６５〜３５重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）３５〜６５重量％とからなる厚さ２５〜１００μｍの樹脂フィルムを用いることができる。片面導体パターンフィルム１，１ａと同一の熱可塑性樹脂からなると、接着性が向上されるので好ましい。また、導体箔も、片面導体パターンフィルム１，１ａと同一の例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも１種を含む低抵抗金属箔を用いることができる。
【００３０】
さらに、シールドパターン１１及び導体パターン１２を底部として、ビアホール５が形成され、導電性ペースト６が充填される。ビアホール５は、後述する積層工程において、位置決めした際に、ＧＮＤパターン４と接触する位置に形成される。尚、ビアホール５の形成、及び導電性ペースト６の充填は、片面導体パターンフィルム１，１ａにおけるビアホール５の形成、及び導電性ペースト６の充填と同一の工程，及び材料が用いられる。従って、製造工程を短縮できる。
【００３１】
尚、シールドパターン１１は、後述する静電気或いは電磁波シールドすべき部位をシールドするように、樹脂フィルム２の所定の位置にシールドすべき部位に対応したパターンをもつようにエッチングされる。従って、後述する積層工程において、シールドフィルム１０の位置決めを行えば、シールドすべき部位に対してシールドパターン１１が位置決めされることとなるので、位置決めが容易である。ここで、シールドすべき部位に対応したシールドパターン１１とは、シールドすべき部位の形状と略同等の形状か、若しくはシールドすべき形状よりも大きく、シールドすべき形状を完全に覆うことのできる任意の形状を示す。尚、静電気或いは電磁波シールドについては後述する。
【００３２】
ビアホール５への導電性ペースト６の充填が完了すると、図１（ｄ）に示すように、片面導体パターンフィルム１を含む複数の樹脂フィルム２を積層する（本例では６枚）。このとき、６枚の樹脂フィルム２からなる積層体は、上層からシールドフィルム１０、片面導体パターンフィルム１、片面導体パターンフィルム１ｂ、３枚の片面導体パターンフィルム１ａの順で積層されている。尚、多層基板（積層体）の形態（層数及び導体パターン３等の構成）は本実施の形態に限定されるものではない。
【００３３】
図１（ｄ）に示すように積層工程がなされた後、この積層体の上下両面から図示されない加熱プレス機を用いて加熱しつつ加圧し、多層基板を形成する加熱・加圧工程がなされる。このとき、シールドフィルム１０が、他の片面導体パターン等と略同等の大きさを有しているので、積層体の表面に均一に加圧されることなり、導体パターン３等の位置ずれを防止できる。本実施の形態では、プレス条件として、２５０〜３５０℃の温度に加熱し、１〜１０ＭＰａの圧力で加圧した。尚、加熱プレス機と積層体の表面との間には、導体パターン３、及びシールドパターン１１の位置ずれを防ぐために、緩衝効果を有する図示されない緩衝部材を設けても良い。さらに、緩衝部材と積層体との間、及び、緩衝部材と加熱プレス機との間に、夫々の間の離型性を良くする目的でポリイミド等の図示されない離型部材を設けて、加熱・加圧工程を行っても良い。
【００３４】
上述の製造工程を経て、各樹脂フィルム２が熱溶着して一体化すると共に、ビアホール５内の導電性ペースト６により隣接する導体パターン３，１２或いは導電性ペースト６との間で層間接続がなされ、図１（ｅ）に示すように多層基板２０が形成される。
【００３５】
ここで、多層基板２０は、当該基板２０の内部に静電気或いは電磁波シールドすべき部位として、例えば電磁波に弱い導体パターン３ａを有している。そして、この導体パターン３ａに対して、その積層方向における多層基板２０の表面に、シールドフィルム１０のシールドパターン１１が配置されている。
【００３６】
このシールドパターン１１は、導電性ペースト６を介してＧＮＤパターン４と電気的に接続されているので、シールドパターン１１はＧＮＤパターン４と略同電位となっている。従って、多層基板２０が外部から電磁波を受けても、導体パターン３ａが吸収する前に、シールドパターン１１が電磁波ノイズを吸収する。ＧＮＤパターン４に接続されたシールドパターン１１の電位と導体パターン３ａの電位との電位差は電磁波を受ける前後で変化しないので、多層基板２０の導体パターン３ａを含む回路部は通常通り動作することができる。また、シールドパターン１１にて吸収された電磁波を、ＧＮＤパターン４を経て多層基板２０の外部へ逃がすこともできる。
【００３７】
また、図１（ｅ）に示されるように、多層基板２０の表面に配置されたシールドフィルム１０には、その下層に形成されたランドとしての導体パターン３に対応する位置に、当該導体パターン３に導電性ペースト６を介して電気的に接続されるランドとしての導体パターン１２が形成されている。従って、多層基板２０表面のシールドフィルム１０上に、導体パターン１２をランドとしてＩＣ等の電子部品を実装することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態における多層基板２０の特徴を、図２に示される説明補足図としての業務フローを用いて説明する。
【００３９】
先ず、多層基板２０の基板設計（ステップ３０）を行い、その設計に基づいて試作及びその評価（ステップ３１）を行う。そして、評価結果を受けて量産前設計及び評価（ステップ３２）を実施する。通常は量産前までに、ステップ３０〜３２を場合によっては繰り返すことで、不具合を改善する。
【００４０】
しかしながら、家庭用電化製品やパソコン等の情報機器等は、製品のライフサイクルが短いので、設計から量産までの期間が短い場合が多い。従って、ステップ３０〜３２の期間が十分に長くとれず、量産開始直前或いは量産中の製品に、静電気耐量やＥＭＣ性能の不足が発覚することがある。
【００４１】
このような場合、従来は、設計変更を再度行い（ステップ３３）、多層基板２０の量産（ステップ３４）後、多層基板２０を搭載した製品の量産（ステップ３５）とするか、不具合を抱えたまま多層基板の量産（ステップ３４ａ）を実施し、多層基板２０の量産後に、例えば製品の量産工程において多層基板２０を手直しし、製品の量産（ステップ３５ａ）としていた。
【００４２】
先の方法では、多層基板２０の量産前に再度設計変更を行うため、多層基板２０の量産タイミングが遅れ、製品の量産が製品出荷タイミングに間に合わないという問題がある。この方法は、製品の出荷タイミングを遅らせなければならないため、現実的な手法ではない。
【００４３】
後の方法では、例えば電磁波に弱い導体パターン３ａを有する多層基板２０をとりあえず形成する。多層基板２０の形成後、図５に示すように、導体パターン３ａの積層方向における多層基板２０表面の所定の部分に、電磁波シールドを目的としたシールド層として銅箔テープ４０を貼着する。しかし、銅箔テープ４０はテープの粘着性のみで多層基板２０表面に接着しており、接続信頼性の点で問題がある。また、銅箔テープ４０は、多層基板２０表面の所定の位置に位置決めしつつ貼着することとなる。このとき、銅箔テープ４０の粘着性により貼りなおしがきかないため、シールドすべき部位である導体パターン３ａに対する位置決め精度の点で問題がある。尚、図５は、従来のシールド層を有する多層基板２０を示し（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。
【００４４】
しかしながら、本実施の形態においては、シールド層としてシールドフィルム１０を準備し、当該シールドフィルム１０を他の片面導体パターンフィルム１等とともに積層し、多層基板２０を形成する（ステップ３４ｂ）。そして、この基板２０を用い製品を量産する（ステップ３５ｂ）。
【００４５】
シールドフィルム１０を構成する樹脂フィルム２と多層基板２０を構成する他の樹脂フィルム２は共に熱可塑性樹脂からなり、お互いが溶着することで、シールドフィルム１０が多層基板２０の一部として一体化している。従って、多層基板２０に対するシールドフィルム１０の接続信頼性が高い。また、シールドフィルム１０の位置決めを行ったあと、加熱・加圧によりシールドフィルム１０を有する多層基板２０が形成されるので、シールドすべき部位に対するシールドパターン１１の位置決め精度が高い。
【００４６】
また、多層基板２０の量産前に静電気耐量やＥＭＣ性能の不足する部位（例えば導体パターン３ａ）が発覚しても、当該導体パターン３ａに対応したシールドパターン１１を有するシールドフィルム１０を形成すれば、通常の量産工程にてシールドフィルム１０を備えた多層基板２０を形成することができる。従って、シールド層を有する多層基板２０の製造コストを低減できる。
【００４７】
このように、本実施の形態における多層基板２０は、多層基板２０が形成される前の段階であれば、静電気或いは電磁波シールドすべき部位に対応したシールドパターン１１を有するシールドフィルム１０を準備し、当該シールドフィルム１０を多層基板２０の製造工程の中に組み込むことで、容易にシールド効果を有する多層基板２０を形成することができる。
【００４８】
尚、本実施の形態において、静電気或いは電磁波シールドすべき部位の例として、電磁波に弱い導体パターン３ａの例を示した。しかしながら、静電気に弱い導体パターンや電磁波を放射する導体パターンもシールドすべき部位に含まれるのは言うまでもない。さらに、導体パターン以外にも、多層基板２０の内部に配置されたＩＣ等の電子部品もその対象である。
【００４９】
また、本実施の形態において、シールドフィルム１０は、多層基板２０の表層として配置される例を示した。しかしながら、図３に示されるように、多層基板２０の内部に配置されても良い。例えば、多層基板２０内部の導体パターン３ｂから電磁波が放射され、その電磁波が隣接する層に形成された導体パターン３に混入（誘導）し、多層基板２０の外部へ漏洩する場合がある。このような場合、多層基板２０の表面にシールドフィルム１０を配置しても、導体パターン３ｂとの距離が離れているので、十分なシールド効果が得られないことがある。しかしながら、シールドしたい部位である導体パターン３ｂを有する樹脂フィルム２に対して、隣接するように積層方向の上下いずれかにシールドフィルム１０が配置されると、より大きなシールド効果を得ることができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図４（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。尚、図４（ａ），（ｂ）は、本実施の形態における多層基板２０の製造工程を示す工程別断面図である
第２の実施の形態における多層基板２０は、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５１】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、シールドフィルム１０を有していない多層基板２０を先に形成し、多層基板２０の形成後にシールドフィルム１０を接着する点である。
【００５２】
例えば、多層基板２０の生産完了後に、多層基板２０に静電気或いは電磁波シールドすべき部位が発覚したとする。この場合、第１の実施の形態で示した多層基板２０の製造方法では、シールドフィルム１０を多層基板２０に配置することができない。
【００５３】
しかしながら、多層基板２０、及びシールドフィルム１０は、共に熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルム２により構成される。従って、多層基板２０の量産完了後であっても、シールドフィルム１０を多層基板２０の表面に接着することができる。尚、本実施の形態におけるシールドフィルム１０の配置は、多層基板２０の表面に限定される。
【００５４】
図４（ａ）に示されるように、加熱プレス機による加熱・加圧によって形成された多層基板２０は、静電気或いは電磁波に弱い導体パターン３ａを有している。また、多層基板２０は、その表面にＧＮＤパターン４を有している。ここで、導体パターン３ａに対応した形状を有し、且つ、ＧＮＤパターン４に導電性ペースト６を介して導電接続可能なシールドパターン１１を備えたシールドフィルム１０を準備する。
【００５５】
そして、シールドパターン１１が、導体パターン３ａの積層方向、且つ、ＧＮＤパターン４に導電接続されるように、シールドフィルム１０が多層基板２０の表面に位置決めしつつ配置される。そして、加熱プレス機を用いて加熱・加圧することにより、シールドフィルム１０の樹脂フィルム２と多層基板２０の樹脂フィルム２が互いに溶着し、図４（ｂ）に示されるシールド層としてのシールドフィルム１０を有する多層基板２０が形成される。そして、多層基板２０のＧＮＤパターン４とシールドパターン１１とが、導電性ペースト６を介して導電接続されるので、シールドパターン１１がＧＮＤパターン４と略同電位となり、外部からの電磁波に対して導体パターン３ａをシールドすることができる。
【００５６】
以上、本実施の形態における多層基板２０も、樹脂フィルム２同士の溶着によりシールドフィルム１０を多層基板２０の一部として一体化しているので、多層基板２０に対してシールド層としてのシールドフィルム１０の接続信頼性が向上される。
【００５７】
また、シールドフィルム１０を多層基板２０表面に位置決めした後に、加熱・加圧によりシールドフィルム１０を多層基板２０表面に接着するので、シールドすべき部位に対するシールドパターン１１の位置決め精度も向上される。
【００５８】
尚、静電気或いは電磁波シールドすべき部位を有し、当該部位をシールドするシールドフィルム１１を備えた多層基板２０の製造については、先ず多層基板２０の生産完了分について、第２実施形態に示す製造方法によりシールドフィルム１０を多層基板２０表面に接着する。そして、それ以後の多層基板２０の量産分については、第１実施形態に示す製造方法により、他の片面導体パターンフィルム１ａ等とともに一括で多層基板２０を形成することが好ましい。このような対処を行うと、不良品を低減し製造コストを低減することができる。
【００５９】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００６０】
上述の実施の形態において、樹脂フィルムはＰＥＥＫ樹脂６５〜３５％とＰＥＩ樹脂３５〜６５％とからなる熱可塑性樹脂フィルムであったが、ＰＥＥＫ及びＰＥＩを単独で用いることも可能である。更に、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリマー、シンジオタクチック構造を有するスチレン系樹脂等を単独で用いても良いし、或いはＰＥＥＫ、ＰＥＩを含めそれぞれの内、いずれかを混合して用いても良い。要するに加熱・加圧工程において、樹脂フィルム同士の接着が可能であり、後工程であるはんだ付け等で必要な耐熱性を有する樹脂フィルムであれば好適に用いる事ができる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、樹脂フィルムとして、片面に導体パターンの形成された片面導体パターンフィルムを積層する例を示したが、それ以外にも両面に導体パターンが形成された熱可塑性樹脂からなる加工樹脂フィルムを用いても良い。また、積層される樹脂フィルムの中には、その表面に導体パターンを有していない樹脂フィルムを含んでも良い。
【００６２】
また、本実施の形態において、ビアホール内に導電性ペースト充填する印刷法の例を示したが、それ以外にも無電解メッキ、電解メッキ、蒸着法、金属コート等を用いても良い。
【００６３】
また、本実施の形態において、有底のビアホールを形成し、この有底ビアホールに層間接続材料である導電性ペーストを充填したが、ビアホール形成時に貫通穴を形成し、この貫通ビアホールに層間接続材料を充填するものであっても良い。
【００６４】
また、本実施の形態において、ＧＮＤパターンが、多層基板の第２層に形成されている例を示したが、ＧＮＤパターンの形成箇所は本実施の形態に限定されるものではない。
【００６５】
また、本実施の形態において、好ましくはシールドフィルムの大きさが他の樹脂フィルムと略同等である例を示したが、それに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における多層基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図２】多層基板の特徴を説明する補足図である。
【図３】多層基板の変形例を示す断面図である。
【図４】第２実施形態における多層基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図５】従来例を示し、（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
３・・・導体パターン、
３ａ，３ｂ・・・（シールドすべき部位としての）導体パターン、
４・・・ＧＮＤパターン、
１０・・・シールドフィルム、
１１・・・シールドパターン、
２０・・・多層基板

Claims

熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムの少なくとも片面上にＧＮＤパターンを含む導体パターンを形成する片面導体パターンフィルム形成工程と、
熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムの所定の位置に、静電気或いは電磁波をシールドするシールドパターンを形成するシールドフィルム形成工程と、
当該シールドパターンを底部とした有底ビアホールを形成し、層間接続材料を充填する充填工程と、
前記片面導体パターンフィルムを含む複数の樹脂フィルムを積層する積層工程と、
前記積層体を加熱しつつ加圧することにより、前記樹脂フィルムを相互に接着して多層基板を形成する加熱・加圧工程とを備える多層基板の製造方法であって、
前記加熱・加圧工程後、前記シールドパターンが、前記多層基板における静電気或いは電磁波シールドすべき部位を覆うように、且つ、前記層間接続材料を介して前記ＧＮＤパターンに電気的に接続されるように前記シールドフィルムが前記多層基板の表面に位置決めしつつ配置され、加熱・加圧されることにより、前記シールドフィルムが前記多層基板表面に接着されるシールドフィルム接着工程を備えることを特徴とする多層基板の製造方法。