JP2005019670A

JP2005019670A - プリント基板の製造方法

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Publication number: JP2005019670A
Application number: JP2003182284A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Matsubayashi; 芳輝松林
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】搭載した抵抗素子の抵抗値のばらつきが少なく、精度良く所定の抵抗値が得られるプリント基板の製造方法を提供する。
【解決手段】表面に銅層（１Ａ）を有する基板（１）の、銅層（１Ａ）の一範囲をエッチングにより除去して所定の形状の凹部（２，２０）を形成する工程と、凹部（２，２０）に抵抗体（３Ａ，３０Ａ）を充填する工程と、銅層（１Ａ）を、電極（４，４０）となる所定の範囲を少なくとも残して除去する工程とを有する。また、銅層の一範囲を（１Ａ）エッチングで除去して所定の形状の凹部（２，２０）を形成する工程と、凹部（２，２０）に抵抗体（３Ａ，３０Ａ）を充填する工程と、銅層（１Ａ）を除去する工程と、基板に絶縁層（７）と導体層（６）とを積層して多層化する工程と、抵抗体（３Ａ，３０Ａ）の複数の部位と導体層（６）とを電気的に接続する接続工程とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板の製造方法に係り、特に基板上に抵抗素子を形成して成るプリント基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面や内部に電子部品を実装したプリント基板において、その実装部品の高機能化，高密度化，高性能化が急速に進んでいる。
そして、これらの部品は、プリント基板上の占有面積を可能な限り小さくしてプリント基板の回路密度を向上させるため、更なる小型化が求められている。
抵抗素子もチップ部品となり小型化が進んできたが、他の部品と比べて未だ小型化は不十分である。
他の部品、例えばコンデンサについて、チップ部品の限界を超えるべく、スクリーン印刷法を用いてセラミック等の基板表面上に直接コンデンサの機能を有する素子を焼成工程を経て形成したプリント基板が提案されており、この例として特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。
【０００３】
また、本願出願人が先に出願した特願２００３−０９０２９７号には、基板の表面に形成した電極の間隙に抵抗体を充填し抵抗素子を形成したプリント基板が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７０６５６号公報
【特許文献２】
特開平９−２７０６５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、抵抗素子の電極パターン間に抵抗体であるペーストを所定の形状で充填するために周知のスクリーン印刷法が用いられていた。
しかしながら、スクリーン印刷では、抵抗体の寸法を精度よく制御することが難しく、スクリーン印刷で作成した抵抗素子は、その抵抗値のばらつきが大きくなり易く、精度良く所定の抵抗値を得ることが難しいという問題があった。
そのため、このばらついた抵抗値を合わせるために、抵抗素子を形成した後に、いわゆるトリミングによる抵抗値修正が必要であった。
このトリミングは、抵抗素子毎に行う修正であるため、多くの工数が必要になるものであり、また、プリント基板の作成工程の途中での修正が必要となって、プリント基板のコストアップとなるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、プリント基板に搭載した抵抗素子の抵抗値のばらつきを少なくし、精度良く所定の抵抗値が得られるプリント基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、所定の間隙を挟んで対向するように配置された一対の電極（４，４０）と前記間隙に充填されて前記一対の電極（４，４０）間を電気的に接続する抵抗体（３Ａ，３０Ａ）とで構成される抵抗素子（５０，５０Ａ〜５０Ｃ，５１，５３）を表面または内部に備えて成るプリント基板を、表面に銅層（１Ａ）が形成された基板（１）から製造するプリント基板の製造方法において、
前記銅層（１Ａ）の一範囲をエッチングにより除去して所定の形状の凹部（２，２０）を形成する凹部形成工程と、前記凹部（２，２０）に前記抵抗体（３Ａ，３０Ａ）を充填する充填工程と、前記充填工程の後に、前記銅層（１Ａ）を、少なくとも電極（４０Ｃ）となる所定の範囲を残して除去する除去工程とを有することを特徴としたプリント基板の製造方法であり、
請求項２に係る発明は、所定の間隙を挟んで対向するように配置された一対の電極（４，４０）と前記間隙の少なくとも一部に充填されて前記一対の電極（４，４０）間を電気的に接続する抵抗体（３Ａ，３０Ａ）とで構成される抵抗素子を内部に備えて成るプリント基板を、表面に銅層（１Ａ）が形成された基板から製造するプリント基板の製造方法において、
前記銅層の一範囲を（１Ａ）エッチングにより除去して所定の形状の凹部（２，２０）を形成する凹部形成工程と、前記凹部（２，２０）に前記抵抗体（３Ａ，３０Ａ）を充填する充填工程と、前記銅層（１Ａ）を除去する除去工程と、前記除去工程の後に、前記基板に、絶縁層（７）と導体層（６）との組を所定の組数積層して多層化する多層化工程と、前記抵抗体（３Ａ，３０Ａ）の互いに隔離した複数の部位と前記導体層（６）とを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴としたプリント基板の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図８を用いて説明する。
図１は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例における製造工程を説明する図であり、
図２は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造したプリント基板の要部を説明する平面図であり
図３は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例１の要部を説明する図であり、
図４は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例２の要部を説明する図であり、
図５は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例２の要部を説明する図であり、
図６は、試作例と比較するために従来のプリント基板の製造方法で製造した比較例を説明する図であり、
図７は、本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造したプリント基板の変形例を説明する図であり、
図８は、試作例１〜３と比較例との抵抗値の度数分布を示す図である。
【０００９】
＜製造工程＞
まず、本発明のプリント基板の製造方法の一実施例について工程順に説明する。
使用するプリント基板の基材としては、慣用されている銅張り積層板や表面に銅層を形成した基板用基材等を用いることができる。抵抗体を形成するペーストの組成等については後述する。
【００１０】
（工程１）〔図１（Ａ）参照〕
基材１の表面の銅層１Ａにおいて、所定の範囲の銅層をエッチングにより除去し、抵抗体ペーストを充填するための凹部である充填部２を形成する。
【００１１】
（工程２）〔図１（Ｂ）参照〕
充填部２に抵抗体ペースト３を充填する。その後、ペースト３を乾燥させ硬化させて抵抗体３Ａが形成される。
一方、抵抗素子の抵抗値をより精度良く得たい場合は、ペースト３を銅層１Ａの表面から盛り上がるように充填し、硬化後に所定の厚さとなるようにはみ出した部分を研磨により除去してもよい。ペースト３により形成される抵抗体３Ａの厚さが精度良く得られ所定の抵抗値が精度よく得られる。また、この方法は、ペースト３がその種類や処理条件によって硬化収縮する場合にも有効である。
【００１２】
（工程３）〔図１（Ｃ）参照〕
銅層１Ａの不要な部分を除去し、所定形状の電極４や所定パターンの回路パターン４Ａを形成する。この形成方法としてサブトラクティブ法を用いることができる。
【００１３】
以上の（工程１）〜（工程３）により電極４と抵抗体３Ａとからなる抵抗素子５０を表面に備えたプリント基板が形成される。
【００１４】
上述したように、この実施例によれば、電極４を形成する前に、エッチングとペースト３の充填，乾燥，硬化という少ない工程とを追加するだけで、精度の良い抵抗素子５０を形成することができる。
一方、従来のように、スクリーン印刷でペーストを塗布すると、そのペーストにより形成される抵抗体の形状はペーストの性状の影響を大きく受けてしまい、精度良く形状を制御することが難しい。ここでいう性状は、例えば、粘度，表面張力，塗布時のズリ速度，湿度，固形分の濃度等である。
本実施例においては、抵抗体３Ａの形状は、（工程１）における銅層１Ａのエッチングにより形成された充填部の形状であるから、スクリーン印刷で形成される抵抗体の形状よりもはるかに高い寸法精度で抵抗体３Ａを得ることができる。
【００１５】
抵抗体３Ａを形成するペースト３は、基剤となる樹脂に導電性を有する顔料（導電性フィラー）を混合したものを使用する。
この樹脂としては、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂，ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂等が好適である。
一方、導電性フィラーとしては、カーボンブラック，鉄，アルミニウム等の金属粉が使用できる。
また、このペースト３の硬化収縮を防止する目的で顔料を添加したり、充填部２に充填する時の性状を調整する目的で界面活性剤，流動性改善剤，消泡剤等を添加してもよい。
【００１６】
充填部２にペースト３を充填する方法としては、ロールコート法，カーテンコート法等の周知の方法を用いることができる。もちろん、プリント基板自体をペースト３中にディッピングすることで充填させてもよい。
充填部２に対して、過剰のペースト３が基板１の表面上に塗布された場合、スキージで掻き取るか、ペースト３の硬化後に、上述の工程２で説明したような研磨により不要なペースト３を除去すればよい。
【００１７】
また、基板１に複数の抵抗素子５０を形成する場合は、計量機能を備えたディスペンサーを用い、エッチングによって形成された複数の充填部２のそれぞれに異なる量のペーストを充填してもよい。これにより、それぞれの抵抗素子５０の抵抗値を、ペースト３の充填量で微妙に制御することも可能である。
【００１８】
抵抗体３Ａや電極４の形状は、上述の実施例に限定されるものではない。
例えば、図２に示すように、抵抗体３Ａの形状を、一対の電極４のそれぞれを十分に取り囲むような形状にしてもよい。このような形状にすれば、電極４と抵抗体３Ａとの境界線が長く得られ、電気的接続信頼性をより高くすることができる。
【００１９】
他の例として、図７（Ａ）に示すように、櫛形状の一対の電極４０Ａ，４０Ａを、間隙を有するように組み合わせて対向配置し、その間隙に抵抗体３０Ａを設けた抵抗素子５０Ａとしてもよい。
また、図７（Ｂ）に示すように、渦巻き状の一対の電極４０Ｂ，４０Ｂを、間隙を有するように組み合わせて対向配置し、その間隙に抵抗体３０Ｂを設けた抵抗素子５０Ｂとしてもよい。
いずれの抵抗素子５０Ａ，５０Ｂも、一対の電極が対向する部分の距離を長くすることができるので、容易に低抵抗にすることができる。
【００２０】
また、渦巻き状の図７（Ｂ）の抵抗素子５０Ｂにおいて、直流の電流を流した場合は、渦巻き状であることによる影響は無いが、交流の電流を流した場合は、抵抗の機能に加えてコイルの機能を発揮することができる。
従って、渦巻き形状の設定により、所望のレジスタンスとインダクタンスとの両方を得られるように抵抗素子を形成することも可能である。
【００２１】
一方、電極は一対に限るものではない。
図７（Ｃ）に示すように、互いに間隙を有するように配置された３つの電極４０Ｃ１〜４０Ｃ３間を連結するように抵抗体３０Ｃを形成した抵抗素子５０Ｃとしてもよい。
この場合、各電極間の抵抗値を、抵抗体３０Ｃにおける各電極間の長さ，厚さ，幅を変えることでいかようにも設定できるので、回路上接続された異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を、極めて容易に形成することができる。
【００２２】
＜評価＞
次に、本実施例により製造したプリント基板の評価について詳述する。
この評価は、本実施例の製造方法により製造した、３種類の抵抗素子をそれぞれ搭載したプリント基板の試作例１〜３と、従来の製造方法で製造した、抵抗素子を搭載したプリント基板である比較例との抵抗素子の抵抗値のばらつきを比較することで行った。
【００２３】
抵抗体３０Ａを形成するペースト３０として、以下の組成のペーストを使用した。
カーボンブラック３５重量部
エポキシ樹脂６０重量部
エチレングリコールモノエチルエーテル４０重量部
これは、基剤としてエポキシ樹脂を用い、顔料としてカーボンブラックを用い、溶媒としてエチレングリコールエーテルを用いたものである。
このペースト３０は、エポキシ樹脂とカーボンブラックとに対してエチレングリコールエーテルを少量ずつ加えながらエクストルーダにおいて混合と分散とを行い、エチレングリコールエーテルを全量加え終わった後にさらに十分撹拌を施して得ており、印刷や充填に最適な性状を有するものである。
【００２４】
次に、試作例及び比較例の作成方法について説明する。この方法で作成した試作例１〜３及び比較例の抵抗素子を図３〜図５及び図６に示す。
【００２５】
（試作例１の作成）（図３参照）
図３（Ａ）はこの試作例１のプリント基板の抵抗素子５１を示す平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＷ−Ｗ断面図である。
基材の両表面に銅層１Ａが形成された銅張り両面板１０の一方の銅層１Ａ（厚さ３５μｍ）における幅Ｄ１，長さＷ１の矩形部分をエッチングで除去し、ペースト充填部を形成した。この例では、幅Ｄ１＝１００μｍ，長さＷ１＝３００μｍとした。
この充填部に、ロールコート法で上述の組成のペースト３０を塗布し、充填部から溢れたペースト３０をスキージで除去した。その後、乾燥処理及び硬化処理を施して抵抗体３０Ａを形成した。そして、更に抵抗体３０Ａの表面を研磨し、銅層１Ａの表面と抵抗体３０Ａの表面とを同一平面とした。
その後、サブトラクティブ法によって幅ＷＤ１の電極４０を形成し抵抗素子５１を得た。この例では、幅ＷＤ１＝２００μｍとした。
【００２６】
（試作例２の作成）（図４参照）
図４（Ａ）はこの試作例２のプリント基板の抵抗素子５２を示す平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。
基材の両表面に銅層が形成された銅張り両面板１０の一方の面の銅層１Ａ（厚さＴ２）における幅Ｄ２，長さＷ２の矩形部分をエッチングで除去し、ペースト充填部を形成した。この例では、厚さＴ２＝３５μｍ，幅Ｄ２＝１００μｍ，長さＷ２＝３００μｍとした。
この充填部に、ロールコート法で上述の組成のペースト３０を塗布し、充填部から溢れたペースト３０をスキージで除去した。その後、乾燥処理及び硬化処理を施して直方体の抵抗体３０Ａを形成した。そして、更に抵抗体３０Ａの表面を研磨し、銅層１Ａの表面と抵抗体３０Ａの表面とを同一平面とした。
その後、エッチングにより銅層１Ａを全て除去し抵抗体３０Ａのみを基材上に残した。
この抵抗体３０Ａを含んだ基材表面上にエポキシ樹脂を塗布し、乾燥処理及び硬化処理を施して厚さ１００μｍの絶縁層７を形成した
次に、抵抗体３０Ａの長手方向の一方の端部側に、直径０．２ｍｍの貫通孔をドリルで穿設する一方、他方の端部側にレーザによりビア穴を形成した。その後、電解めっきを施して絶縁層７上に導体層６を形成すると共にスルーホール８とビア９とを形成してそれぞれを抵抗体３０Ａと電気的に接続し、このスルーホール８とビア９の表面のパッド８Ａとパッド９Ａとを電極として抵抗素子５２を得た。
【００２７】
（試作例３の作成）（図５参照）
図５（Ｂ）はこの試作例３のプリント基板の抵抗素子５３を示す平面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）におけるＹ−Ｙ断面図である。また、図５（Ａ）は、エッチングにより除去した部分を説明する斜視図である。
試作例３は、試作例１と同様の工程で作成し、エッチングで除去する部分の形状が異なるものである。
即ち、この試作例３で銅層１Ａ（厚さＴ３）から除去する部分は、長さＷ３，幅Ｄ３の矩形形状であって、その短辺の中央部に内側に対向して突出した一対の電極部４０Ｃ，４０Ｃを残すようにした部分（ペースト充填部２０）である。この例では、厚さＴ３＝３５μｍ，長さＷ３＝７００μｍ，幅Ｄ３＝３００μｍとした。
電極部４０Ｃは、直径ＤＭ３の円形状部４０Ｃ１と、この円形状部４０Ｃ１から外方向に延在した幅ＤＤ３の腕部４０Ｃ２とからなる部分である。この例では、直径ＤＭ３＝２００μｍ，幅ＤＤ３＝１００μｍとした。
エッチングで形成したこの充填部２０に、ロールコート法で上述の組成のペースト３０を塗布し、充填部２０から溢れたペースト３０をスキージで除去した。
その後、乾燥処理及び硬化処理を施して直方体の抵抗体３０Ａを形成した。そして、更に抵抗体３０Ａの表面を研磨し、銅層１Ａの表面と抵抗体３０Ａの表面とを同一平面とした。
その後、サブトラクティブ法により電極部４０Ｃを含んで電極４０を形成し、抵抗素子５３を得た。
【００２８】
（比較例）（図６参照）
図６（Ａ）はこの比較例のプリント基板の抵抗素子５０１を示す平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＺ−Ｚ断面図である。
比較例のプリント基板は、搭載する抵抗素子５０１を従来の方法で作成したものである。
基材の両表面に銅層が形成された銅張り両面板１０の一方の面の銅層（厚さ３５μｍ）から、試作例１と同じ厚さと形状の電極４０Ｄなるパッドを、３００μｍの間隔を設けて対向して一対形成した。
この電極の上から、スクリーン印刷によって上述の組成のペースト３０を塗布した。この塗布は、ペースト３０が幅１００μｍ，長さ５００μｍ，電極４０Ｄの間隙部分での厚さが５０μｍとなるように印刷条件を調整して行った。
その後、乾燥処理及び硬化処理を施して略直方体の抵抗体３０Ａを形成し、抵抗素子５０１を得た。
【００２９】
上述した方法により試作例１〜３及び比較例をそれぞれ１００個作成し、それぞれ抵抗値を測定した。その結果を平均値と標準偏差で整理したものを表１に示す。この表において、プリント基板として十分に使用できるものを○、さらに好ましいものを◎、使用において好ましくないものを×で表している。
【表１】

【００３０】
各試作例及び比較例については、抵抗値を同一に合わせる調整は行っていないので、平均抵抗値はそれぞれ異なる値となっている。従って、比較するための評価項目は標準偏差である。試作例１〜３と比較例との抵抗値の度数分布を図８に示す。
表１及び図８から、比較例は標準偏差の値が大きく、同一のものを作成しても抵抗値に大きなばらつきが生じていることがわかる。
これに対して、試作例１〜３は標準偏差の値が小さく、同一のものを多数作成しても抵抗値のばらつきが極めて少ないことがわかる。
【００３１】
試作例２は、試作例１及び試作例３よりも標準偏差の値が大きいが、これはスルーホールを形成するためのドリル穿設やレーザによるビア穴形成の影響があるためと推測されるが、このような機械加工を施しても比較例に対して十分に小さい偏差であるので、２次加工の影響も少ないという点でも優れていることがわかる。
【００３２】
また、試作例３は、試作例の中で特に標準偏差の値が小さく優れている。これは、抵抗素子が電極を取り囲むように抵抗体を形成した形状であることによる。
即ち、抵抗体と電極との境界部の長さを長くすることで、抵抗値のばらつきをより少なくすることができることを示しており、抵抗素子としてより好ましい形態であることがわかる。
以上のように、本実施例のプリント基板の製造方法によれば、抵抗素子の抵抗値のばらつきが少なく、精度良く所定の抵抗値が得られる。
【００３３】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において例えば下記のような変形例としてもよいものである。
【００３４】
例えば、プリント基板は単層のものに限らず、多層のものでもよい。多層のプリント基板の場合、抵抗素子を電極を同一層内の回路パターンに接続せずに、スルーホールやビア等によって他の層の回路パターンに接続することも可能である。
【００３５】
また、抵抗素子は、プリント基板の表面に形成されてなくてもよい。実施例２のように、抵抗素子を形成した層上にさらに絶縁層と導体層とを積層して多層化し、抵抗素子を内部に備えた多層プリント基板としてもよい。
この場合、抵抗体と接続する電極は、任意の層の導電層と接続することができるものであり、導電層を形成する工程と、抵抗体と導電層とを電気的に接続する工程とは独立していてもよく、また、同時に行われる工程としてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、搭載した抵抗素子の抵抗値のばらつきが少なく、精度良く所定の抵抗値が得られるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント基板の製造方法の実施例における製造工程を説明する図である。
【図２】本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造したプリント基板の要部を説明する平面図である。
【図３】本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例１の要部を説明する図である。
【図４】本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例２の要部を説明する図である。
【図５】本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造した試作例２の要部を説明する図である。
【図６】試作例と比較するために従来のプリント基板の製造方法で製造した比較例を説明する図である。
【図７】本発明のプリント基板の製造方法の実施例で製造したプリント基板の変形例を説明する図である。
【図８】試作例１〜３と比較例との抵抗値の度数分布を示す図である。
【符号の説明】
１基材
１Ａ銅層
２，２０充填部（凹部）
３，３０ペースト
３Ａ，３０Ａ抵抗体
４，４０電極
４Ａ回路パターン
６導電層
７絶縁層
８スルーホール
９ビア
８Ａ，９Ａパッド
４０Ｃ電極部
４０Ｃ１円形状部
４０Ｃ２腕部
５０，５０Ａ〜５０Ｃ，５１〜５３抵抗素子

Claims

所定の間隙を挟んで対向するように配置された一対の電極と前記間隙に充填されて前記一対の電極間を電気的に接続する抵抗体とで構成される抵抗素子を表面または内部に備えて成るプリント基板を、表面に銅層が形成された基板から製造するプリント基板の製造方法において、
前記銅層の一範囲をエッチングにより除去して所定の形状の凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に前記抵抗体を充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、前記銅層を、電極となる所定の範囲を少なくとも残して除去する除去工程とを有することを特徴としたプリント基板の製造方法。
所定の間隙を挟んで対向するように配置された一対の電極と前記間隙の少なくとも一部に充填されて前記一対の電極間を電気的に接続する抵抗体とで構成される抵抗素子を内部に備えて成るプリント基板を、表面に銅層が形成された基板から製造するプリント基板の製造方法において、
前記銅層の一範囲をエッチングにより除去して所定の形状の凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に前記抵抗体を充填する充填工程と、
前記銅層を除去する除去工程と、
前記除去工程の後に、前記基板に、絶縁層と導体層との組を所定の組数積層して多層化する多層化工程と、
前記抵抗体の互いに隔離した複数の部位と前記導体層とを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴としたプリント基板の製造方法。