JP2005101045A - 回路基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、生産性に優れた回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】実回路部３の板端付近に配置されたインナービアホール５の近傍の捨て板部４に補助穴６が形成されている。これにより金型による外形加工の際、打ち抜き時に発生した応力を捨て板部に形成した補助穴で吸収することができ、回路やインナービアホールを有する実装部への剪断応力の影響を抑制することができ、品質向上が可能となり、工程も安定化し生産性に優れた回路基板の製造方法を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数層の回路パターンを接続してなる回路基板とその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても回路基板が強く要望されるようになってきた。特に回路基板の高機能化が進み、より複数層の回路パターンが内層接続手段を用いて接続されており、その接続信頼性は重要となっている。

以下に従来の回路基板の製造方法について図６を用いて説明する。

図６は、従来の回路基板の製造方法を示す断面図であり、回路基板の金型による打ち抜き工程を説明したものである。

図６（ａ）において、３１は回路基板、３２は上金型部であり、３３は上プレスプレートａ、３４は打ち抜きパンチであり、３５はストリッパープレート、３６は上プレスプレートｂ、３７は下金型部であり、３８は下型ダイ、３９は打ち抜きパンチが入るスリット、４０は打ち抜いた基板カスを落とす抜き穴、４１は下プレスプレート、４２はクッションで、４３は外形ダイ、４４は回路基板を位置決めするガイドピンであり、回路基板３１を下金型部３７上にガイドピン４４によって位置決めをし静置した打ち抜き前の状態である。

次に、図６（ｂ）に示すように、油圧プレス等（図示せず）を用いて上プレスプレート３３の上側より圧力を加え、上金型部３２を下金型部３７に押しつけることによって、ストリッパープレート３５が回路基板３１を保持すると同時に打ち抜きパンチ３４が下型ダイ３８にあけたスリット３９に回路基板の捨て板部４５を打ち抜く。

同じく、上プレスプレートｂ３６が、回路基板を押し込むことで外形ダイ４３の下に設けたクッション４２が沈み、外形ダイ４３を押し下げ、ワーク外枠部４６が切断される。

そして、図６（ｃ）に示すように、油圧プレスを解放させることで上金型部３２が上昇し、ストリッパープレート３５が元の位置に戻り、上プレスプレートｂ３６内にはまりこんでいた回路基板の製品外形部の形状を有する回路基板３１が排出され、金型による回路基板打ち抜き加工が完了する。

次に、図７を用いて打ち抜きパンチが回路基板を打ち抜く課程を説明する。

図７は従来の回路基板の製造方法を示す断面図であり、回路基板が打ち抜きパンチによって打ち抜かれる状態を示したものである。

図７（ａ）に示す金型上に回路基板３１を静置された状態から、回路基板３１に打ち抜きパンチ３４が入り込むと矢印に示す様な方向に剪断応力や内部応力が発生すると考えられる（図７（ｂ））。

その結果、切断される部分に亀裂４７が入り始める。このとき回路基板の厚みや芯材の位置、などにより亀裂の入り方は様々である。

次に図７（ｃ）に示すように、打ち抜きパンチ３４が進入して行くにつれ打ち抜きパンチ３４の外形状に回路基板３１は亀裂４７が進行していく。

これは、捨て板部４５に発生した応力が反力として作用し、ダイ上に残った基板に応力の影響を与えているためであると推測できる。

その結果、打ち抜きパンチ３４がさらに入り込むと、最終的には完全に切断され図７（ｄ）に示すような状態に至る。

この時発生した剪断応力のほとんどは打ち抜かれると同時に解消すると考えられるが、一部は、製品部分となる実基板側に反力として作用しダメージを与えていると考えられる。

特に、内層接続をレーザー加工などによってあけた穴に導電性ペーストを充填してなるインナービアホールを内層接続手段とする回路基板を金型により打ち抜き加工を行う場合、特に、切断部近傍にインナービアホールが形成されている場合は、打ち抜き時の衝撃がインナービアホールに影響し、層間の接続抵抗値の悪化が懸念される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６１−２６３２９４号公報

しかしながら、上記の従来の製造方法では、金型による打ち抜き加工時に発生した応力を、打ち抜かれる捨て板側部に吸収することができず、実基板側に影響を及ぼし接続抵抗値が悪化する可能性が高くなるなどの問題点を有していた。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、打ち抜き時に発生した切断応力が、実基板側に影響しにくくするものであり、電気的接続の信頼性が高く、生産性に優れた回路基板を実現するための回路基板とその製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、実回路部の外形近傍にインナービアホールと、前記インナービアホールの近傍の捨て板部に補助穴を備えた構成を有しており、これにより、打ち抜き時に発生した応力を捨て板部に形成した補助穴で吸収することができ、回路やインナービアホールを有する実回路部への剪断応力の影響を抑制するという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、インナービアホールは、加工穴に導電性ペーストを充填して形成された導通穴であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板としたものであり、これにより、回路の高密度に対応しうる導通孔の微細接続での電気的接続信頼性を維持するという作用効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、補助穴は、ドリル加工により形成された貫通穴であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板としたものであり、これにより、回路形成（パターニング）前の全面に金属箔が存在しているときに、比較的大きな穴径を加工位置精度を安定させた状態で容易に加工することができるという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径より大であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板としたものであり、これにより、金型加工による加工時に発生する応力を補助穴が吸収し、加工時による基板材料への亀裂を解消し、実回路部のインナービアホールを保護するという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、捨て板部の補助穴は、その外周が実回路部の外形端から０．１ｍｍ以上離れた位置になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板としたものであり、これにより、ドリル加工精度や基板寸法のバラツキを吸収しうる位置に設定することで、実回路部ではなく、捨て板部に補助穴を確実に形成できるという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径に対して２倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の回路基板としたものであり、これにより、金型加工による加工時に発生する応力を補助穴が効果的に吸収し、実回路部のインナービアホールを保護するという作用効果を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、前記捨て板部に補助穴を形成したのち、金型による打ち抜き加工を行うことを特徴とする回路基板の製造方法としたものであり、この製造方法により、打ち抜き時に発生した応力を捨て板部に形成した補助穴で吸収することができ、実回路部への剪断応力の影響を抑制した導通孔の電気的接続の信頼性の高い回路基板を提供することができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、補助穴は、実回路部の外形近傍に配置されたインナービアホールの近傍の捨て板部に形成することを特徴とする請求項７に記載の回路基板の製造方法としたものであり、これにより、打ち抜き時に発生した応力を捨て板部に形成した補助穴で吸収することができるため、インナービアホールの接続抵抗も安定化させる作用効果を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、補助穴はドリル加工、インナービアホールはレーザー加工により形成されたものであって、かつ補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径より大であることを特徴とする請求項７に記載の回路基板の製造方法としたものであり、これにより、金型加工による加工時に発生する応力を補助穴が吸収し、加工時による基板材料への亀裂を解消し、実回路部のインナービアホールを保護することができ、実回路部への剪断応力の影響を抑制した導通孔の電気的接続の信頼性の高くかつ高密度化に対応しうる回路基板を提供することができる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、補助穴の形成は、実回路部の回路形成前に行うことを特徴とする請求項９に記載の回路基板の製造方法としたものであり、これにより、回路形成（パターニング）前の全面に金属箔が存在しているときに比較的大きな穴径を加工位置精度を安定させた状態で加工することができ、特に金属箔が存在する場合においてドリルによる穴加工を容易かつ安価で行うことができる。

本発明は、インナービアホールを内層接続の手段とした回路基板を金型加工する場合において、実回路部の切断部近傍に位置したインナービアホールの捨て板部に予め補助穴をあけてから金型加工を行うことにより、加工時に発生する応力を確実に補助穴方向に逃がすことが可能となるため、回路基板実回路部に配置した応力影響を抑制することができ、品質向上が可能となり、工程も安定化し生産性に優れた回路基板の製造方法を提供できるという効果を奏するものである。

（実施の形態）
以下本発明の実施の形態における回路基板の製造方法について説明する。

図１は、本発明の実施の形態における回路基板を示す平面図である。

１は、基板材料本来の大きさのワークサイズである。金型による外形加工の工程まではこのワークサイズで工程を経ていく。

２は、回路基板の製品外枠部である。製品外形部のサイズに外形切断されてユーザーに出荷されるものでありワークサイズ１に複数枚含まれ生産の効率化を図っている。

３は、回路基板の実回路部であり、電気回路として金属箔で形成された回路やインナービアホールなどにより形成されている。この部分も製品外枠部２で示された製品サイズに複数含まれ生産の効率化を図っている（図１中では、製品サイズ毎に３個の実回路部の場合を示す。）。

４は、捨て板部であり、外形加工での打ち抜きパンチにより切断され除去されるものである。

５は、実回路部に配置されたレーザー加工などによりあけた穴に導電性ペーストを充填してなるインナービアホールであり、その穴径は約φ２００μｍ程度で基板の中央や端部など任意の位置に設けられるものである。特に近年の高密度化の要求に伴い、基板端部にも多く配置されるようになった。

６は、捨て板部にあけた補助穴であり、補助穴の外周と実回路部の外形端となる切断境界と０．１ｍｍの間隙を設けた位置に形成したφ０．８ｍｍの穴である。

加工方法としては、パターニング前の全面に金属箔が存在しているときにドリル加工で行うことが望ましい。すなわち、製造過程での熱の履歴が少なく、基板が寸法的に安定している時点で補助穴を加工することにより加工位置精度を安定させることができる。

また、ドリル加工精度や基板寸法のバラツキを考慮して補助穴は、その外周が実回路部の外形端から０．１ｍｍ以上離れた位置になるように形成することが望ましい。

さらに、補助穴６の穴径は、インナービアホール５の穴径に対して２倍以上であることが望ましい。小径のインナービアホールの２倍以下の場合、金型加工による加工時に発生する応力を補助穴が吸収する効果が弱く、加工時による基板材料への亀裂を解消することは困難となるからである。

なお、本実施の形態においては、捨て板部４のスペースを考慮し、補助穴６の穴径は、インナービアホール５の穴径に対して４倍とした。

７は、金型の打ち抜きにより外形加工後、捨て板部４が切断除去されたあと、実回路部３どうし、あるいは製品外枠部２とつなげる連結部であり、部品実装後、装置や機器に組み込む前に容易に切り離すことができるようになっている。

図２は、本発明の実施の形態における回路基板の断面図であり、図１中の丸く囲った部分を拡大させたものである。

実回路部３の端付近に配置されたインナービアホール５の近傍の捨て板部４に補助穴６が形成されている。

８は、金属箔で形成した回路パターンである。

図２において、金型による外形加工後に捨て板部４が切り落とされ、製品外枠部２と区分される領域を「捨て板部切断線」として示す。ここでは両面基板で図示したが多層基板でも捨て板部に補助穴を形成しても問題ない。

次に、図３を用いて本発明の回路基板の製造方法を詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態における回路基板の製造方法を示す断面図である。

図３（ａ）において、１１は回路基板でありワークサイズで示しており、６は補助穴である。

１２は上金型部、１３は上プレスプレートａ、１４は打ち抜きパンチ、１５はストリッパープレート、１６は上プレスプレートｂ、１７は下金型部、１８は下型ダイ、１９は打ち抜きパンチが入るスリットであり、また、２０は打ち抜いた基板カスを落とすための抜き穴、２１は下プレスプレート、２２はクッション、２３は外形ダイである。さらに、２４は回路基板を位置決めするガイドピンであり、回路基板１１を下金型部１７上にガイドピン２４によって位置決めをし静置したもので、打ち抜き前の状態である。

次に、図３（ｂ）に示すように、油圧プレス等（図示せず）を用いて上プレスプレート１３上より圧力を加え、上金型部１２を下金型部１７に押しつけることによって、ストリッパープレート１５が回路基板１１を保持すると同時に、打ち抜きパンチ１４が下型ダイ１８にあけたスリット１９に回路基板１１の捨て板部を打ち抜く。

同じく、上プレスプレートｂ１６が回路基板を押し込むことで、外形ダイ２１の下に設けたクッション２２は沈んだ状態になり、外形ダイ２３が押し下げられるので回路基板１１は、図１で示した製品外枠部２に相当する形状とワーク外枠部２６に切断分離される。

そして、図３（ｃ）に示すように、油圧プレスを解放させることで、上金型部１２が上昇し、ストリッパープレート１５が元の位置に戻り、上プレスプレートｂ１６内にはまりこんでいた前記の製品外枠部２の形状に加工された回路基板１１が排出され、金型による回路基板の打ち抜き加工が完了する。

次に、図４を本発明の回路基板の製造方法として、回路基板を打ち抜く課程を説明する。

図４は、本発明の実施の形態における回路基板の製造方法を示す断面図であり、打ち抜きパンチによって回路基板が打ち抜かれる状態を示したものである。

図４（ａ）に示す金型上に回路基板１１を静置した状態から、図４（ｂ）に示すように、回路基板１１に打ち抜きパンチ１４が入り込む。このとき、図中の矢印に示すように剪断応力や内部応力が加わると考えられる。これにより、切断される部分に亀裂２７が入り、切断が始まる。このとき回路基板の厚みや芯材の位置、などにより亀裂の入り方は様々である。

次に、図４（ｃ）に示すように、打ち抜きパンチ１４が進入していくにつれ、打ち抜きパンチ１４の外形形状に応じて回路基板１１は亀裂２７が進行していく。捨て板部４に予め設けられた補助穴６の方向に打ち抜き時に発生した応力が吸収され、下型ダイ１８上に残った回路基板１１には応力の影響が及びにくくなる。

打ち抜きパンチ１４が入り込むと最終的には完全に切断され、図４（ｄ）に示すような状態に至り、剪断時に発生した応力のほとんどは打ち抜かれると同時に解消する。これにより、本発明の回路基板の製造方法においては、実回路部３に反力として作用する応力を抑制することができる。

その結果、回路基板の実回路部の切断部近傍に配置されたレーザー加工などによってあけた穴に導電性ペーストを充填してなるインナービアホール５への影響を抑制することができる。

次に本発明の回路基板の製造方法にて形成した回路基板の切断部近傍にインナービアホールを含む評価用回路を形成し接続抵抗の変化を従来の製造方法で作った回路基板との比較を行った。

図５は、回路基板に形成配置した評価回路を示す概略図である。インナービアホール５を回路パターン８にて中継継続し、数個のインナービアホールをチェーン状につないだものである。本実施の形態においては６層基板の例を示す。

回路基板の外形切断線からインナービアホールの中心までの距離をＬとし、Ｌ＝１０．５５ｍｍを基準にしてそれよりも小、すなわち「近い」場合と、大、すなわち「遠い」場合の３種類の距離を有する評価回路用の回路基板（以下、評価基板と称す）を製作した。

表層の２点の回路パターン８間を抵抗計を用いて回路の抵抗値を測定することができる。その結果を（表１）に示す。

（表１）は、評価基板の製造用基板でのワークサイズ中における配置位置別に金型打ち抜き加工を行い、スクリーニング試験として処理１から３まで行った時の評価回路の抵抗値変化を示したものである。また、従来の製造方法で形成した評価基板と本発明の製造方法で形成した評価基板との比較も示した（評価基板数：各９枚）。

表中に示した「初期」は金型打ち抜き前、「打ち抜き後」は金型によって回路基板を打ち抜いた後、「処理１」は高温処理、「処理２」は、はんだ付けを想定した処理、「処理３」もはんだ付けを想定した処理であり、それぞれの処理後の抵抗値を測定した。

従来の製造方法では、インナービアホールの位置が回路基板の切断部に近いとスクリーニング試験を行うと「処理３」の後、抵抗値が上昇する評価基板が発生する（（表１）中の丸で囲った部分で、それぞれ２枚の評価基板が相当する。）。

切断部からインナービアホールの距離Ｌ近くなると、抵抗値が上昇し、遠くなると徐々に抵抗値の上昇も抑制され、距離に依存性があることが分かる。

また、評価基板数の全てが悪化している訳ではなく、抵抗値が上昇しない評価基板も存在することから、切断時の応力の影響が一定でないことも推定できる。

これに対し、本発明の回路基板の製造方法で形成された評価基板では、切断部に「近い」ものでもスクリーニング試験において、抵抗値が上昇する傾向はなく、安定した結果が得られた。

この実験を生産ロット毎に数度繰り返し行ったところ、同様の結果を得ることができた。

このことから本発明の回路基板は、基板打ち抜き時の応力を補助穴に吸収し、実回路部に与える影響を解消しうる効果を有することが分かる。

以上述べたように、インナービアホールを内層接続の手段とした回路基板を金型加工する場合において、実回路部の外形近傍にインナービアホールと、前記インナービアホールの近傍の捨て板部に補助穴を備えた本発明の回路基板を用いることによって、金型加工時に発生する応力を確実に補助穴方向に逃がすことが可能となる。

これにより、打ち抜き時に発生した切断応力の影響を少なくし、実回路部に形成されたインナービアホールの電気的接続の信頼性に優れた回路基板とその製造方法を提案しうるものであり、産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の実施の形態における回路基板を示す平面図 同実施の形態における回路基板の断面図 同実施の形態における回路基板の製造方法を示す断面図 同実施の形態における回路基板の製造方法を示す断面図 同実施の形態における回路基板に配置した評価回路の概略図 従来の回路基板の製造方法を示す断面図 従来の回路基板の製造方法を示す断面図

符号の説明

１、１１ 回路基板（ワークサイズ）
２ 製品外枠部
３ 実回路部
４ 捨て板部
５ インナービアホール
６ 補助穴
７ 連結部
８ 回路パターン
１２ 上金型部
１３ 上プレスプレートａ
１４ 打ち抜きパンチ
１５ ストリッパープレート
１６ 上プレスプレートｂ
１７ 下金型部
１８ 下型ダイ
１９ スリット
２０ 抜き穴
２１ 下プレスプレート
２２ クッション
２３ 外形ダイ
２４ ガイドピン
２６ ワーク外枠部
２７ 亀裂

Claims (10)

1. 打ち抜き加工により打ち抜かれるべき捨て板部と、打ち抜き加工後に残存する実回路部で構成された回路基板であって、実回路部の外形近傍にインナービアホールと、前記インナービアホールの近傍の捨て板部に補助穴を備えたことを特徴とする回路基板。
2. インナービアホールは、加工穴に導電性ペーストを充填して形成された導通穴であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 補助穴は、ドリル加工により形成された貫通穴であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
4. 補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径より大であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
5. 捨て板部の補助穴は、その外周が実回路部の外形端から０．１ｍｍ以上離れた位置になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
6. 補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径に対して２倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。
7. 打ち抜き加工により打ち抜かれるべき捨て板部とインナービアホールを有する実回路部を備えた回路基板の製造方法であって、前記捨て板部に補助穴を形成したのち、金型による打ち抜き加工を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
8. 補助穴は、実回路部の外形近傍に配置されたインナービアホールの近傍の捨て板部に形成することを特徴とする請求項７に記載の回路基板の製造方法。
9. 補助穴はドリル加工、インナービアホールはレーザー加工により形成されたものであって、かつ補助穴の穴径は、インナービアホールの穴径より大であることを特徴とする請求項７に記載の回路基板の製造方法。
10. 補助穴の形成は、実回路部の回路形成前に行うことを特徴とする請求項９に記載の回路基板の製造方法。

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