(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載するための基板本体に貫通孔を形成し、
前記基板本体に形成された貫通孔内に、中央部がくびれた断面形状で部品材料を充填し、
通電部材を前記貫通孔内に充填して基板内蔵部品を形成し、
前記基板本体の表面に前記基板内蔵部品と他の回路部品間を通電可能に接続する通電接続部材を形成する
ことを特徴とする回路基板構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板本体に抵抗、コンデンサ等の複数の回路部品が実装される電気回路を搭載した回路基板構造の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回路基板構造の製造方法としては、例えばスクリーン印刷により、基板本体の上に孔の明いたスクリーンを置き、その上から炭素材をペースト状にしたものを塗布して、スクリーンの孔の明いたところの基板本体の表面に刷り込むことにより形成する印刷抵抗基板の製造方法がある。
また、やはりスクリーン印刷により、酸化チタンとかチタン酸バリウム等のセラミックス材料をペースト状にして塗布して刷り込むことにより形成する印刷コンデンサ基板の製造方法がある。これらの印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板等の製造方法により、部品代、実装代を含めてのトータルのコストダウンを図ろうとするものがあった。
【０００３】
また、電気回路の一部を構成するチップ部品（回路部品）そのものを基板本体に形成した貫通孔内に埋め込むことにより、回路基板構造の高さを低くして所要スペースの低減化を図ろうとするものがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の前者においては、印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量を増大しようとすると印刷面積の増大を招き、これにより電気回路を搭載する基板本体の面積の増大，大型化を招いてしまう。
また印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板は、スクリーン印刷という製造により形成されることに起因して、それらの厚さや幅の精度を向上させることができず、このために印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量の精度を向上させることができないという問題があった。
【０００５】
次に上記従来例の後者においては、電気回路の一部を構成するチップ部品を基板本体に形成した貫通孔内に埋め込んだ後に、そのチップ部品を接続ランド（通電接続部材）と電気的導通をとるためにハンダや銀ペーストを盛らなければならず、このためにハンダや銀ペーストが周囲の平面よりも高く盛り上がって周囲の平面と同一平面にならないために、基板の有効実装面積を減らして部品を埋め込むこととなっていた。
【０００６】
また貫通孔の周面とチップ部品の周面との間の隙間にハンダが流れ込んだり、或はチップ部品の陰極側より銀ペーストに含まれていた金属銀が析出成長するマイグレーションを生じることにより、チップ部品の陰極側と陽極側が電気的に導通してショート（短絡）するおそれがあった。
【０００７】
また、貫通孔にチップ部品を嵌合して埋め込む方法をとっているため、貫通孔の位置や貫通孔の径の公差に厳しい精度が要求される。例えば貫通孔の径が大き過ぎるとチップ部品が脱落し易くなり、反対に貫通孔の径が小さ過ぎるとチップ部品が貫通孔内に入らず、無理に入れようとするとチップ部品が破損する。
【０００８】
そしてさらに、このような問題を解決するために様々な措置を講じなければならず、そのために回路基板全体のコストアップを招くという問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、回路基板構造の小型化を図ることができ、抵抗値やコンデンサ容量の精度を向上させることができ、チップ部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止でき、さらに回路基板全体のコストダウンを図ることができる回路基板構造の製造方法を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による回路基板構造の製造方法は、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載するための基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔内に、中央部がくびれた断面形状で部品材料を充填し、通電部材を前記貫通孔内に充填して基板内蔵部品を形成し、前記基板本体の表面に前記基板内蔵部品と他の回路部品間を通電可能に接続する通電接続部材を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
このような回路基板構造の製造方法によれば、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載する基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔に部品材料を充填して基板内蔵部品を形成するようにしたため、前記従来の印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板のように印刷面積の増大により基板面積の増大，大型化を防止することができる。
【００１３】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板本体に形成される貫通孔の径や、貫通孔内に中央部がくびれた断面形状に形成される部品材料のくびれ間の最小厚さ寸法等を管理することにより、従来の印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量よりも基板内蔵部品の電気的値の精度を向上させることができる。
【００１４】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、従来のように基板本体に形成された貫通孔に既に出来上がっている回路部品を嵌合して埋め込むのと異なり、前記貫通孔内に部品材料を充填することにより基板内蔵部品を形成するため、前記貫通孔の周面と形成された基板内蔵部品との間には隙間は全く出来得ないので、基板内蔵部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止することができると共に、前述した従来のような様々な問題を解決するための措置を講じる必要がないため、回路基板構造のコストアップを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回路基板構造の製造方法の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１ないし図１５は、本発明による回路基板構造の製造方法の第１の実施の形態について示す図である。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態の回路基板構造の製造方法により製造される回路基板構造の基本構造を示す図である。同図において符号２１は基板本体を示し、この基板本体２１は通常、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスエポキシ等の材料により形成される。基板本体２１の表裏両面には銅箔２３，２４が固着されていて、基板本体２１と銅箔２３，２４は全体としていわゆる銅張積層板２６として従来からあるものである。
【００１７】
銅張積層板２６には貫通孔２６ａが形成されており、この貫通孔２６ａ内にはカーボンをペースト状にして充填して形成した回路部品としての抵抗体（基板内蔵部品）２８が形成されている。また銅張積層板２６の銅箔２３，２４及び抵抗体２８の上下両端面の上には無電解銅メッキ３０が施されており、さらに無電解銅メッキ３０の上には電解銅メッキ３３が施されている。
【００１８】
このような回路基板構造において抵抗体２８は、銅箔２３，２４、無電解銅メッキ３０、電解銅メッキ３３を介して図示していない他の回路部品と通電（導通）可能に接続されている。従って銅箔２３，２４、無電解銅メッキ３０及び電解銅メッキ３３は、抵抗体２８と他の回路部品を通電可能に接続する通電接続部材を構成している。
【００１９】
次に、上記回路基板構造の製造方法の第１の実施の形態について説明する。
まず図２に示すように銅張積層板２６にドリル加工又はプレス加工により、基板本体２１及び銅箔２３，２４を貫いて貫通孔２６ａを明ける。次に貫通孔２６ａ内にペースト状のカーボンを詰め込むために、まず図３に示すようなスクリーン板３６を用意する。そのスクリーン板３６には銅張積層板２６の貫通孔２６ａの位置に合わせて貫通孔２６ａと同径の孔３６ａが明いている。
【００２０】
スクリーン板３６の孔３６ａが銅張積層板２６の貫通孔２６ａに合致するようスクリーン板３６を銅張積層板２６の上に載せて、印刷機（図示せず）に取付ける。図４に示すように、スキージ（へら状の道具）３８によりカーボンペースト４０を、スクリーン板３６の孔３６ａから銅張積層板２６の貫通孔２６ａ内に押し込むことにより、カーボンペースト４０を貫通孔２６ａ内に充填させる。
【００２１】
このような作業において、反対側（貫通孔２６ａの図中下側）から吸引したり、又は図５に示すようにピン４２を用いて貫通孔２６ａ内にカーボンペースト４０を押し込むことにより充填を行ってもよい。或は図４に示すように片面側からだけ押し込むのではなく、銅張積層板２６を交互に裏返して両面側から交互に押し込むことを繰り返すことにより、またその過程においてカーボンペースト４０の量を調整したりして、図６に示すようにカーボンペースト４０の上下両端面を、銅箔２３，２４の表面と揃えて平らに仕上げることができる。
さらに別の方法として、半固形（半乾燥状態）のカーボンペーストを予め図６におけるカーボンペースト４０のように形を整えてから、貫通孔２６ａ内に嵌合させて埋め込むようにしてもよい。
【００２２】
図６の状態においてカーボンペースト４０を適度に乾燥させることにより、カーボンペースト４０は回路部品としての抵抗体（基板内蔵部品）２８となる。次に図７に示すように銅張積層板２６の他の位置に、基板の表裏両面間の導通用の、通常の銅メッキスルーホールとして用いる貫通孔２６ｂを銅張積層板２６に明ける。
この後、メッキを施して両面メッキスルーホール基板を形成する。以下にその手順について説明する。
【００２３】
まず図８に示すように、抵抗体２８を内蔵する銅張積層板２６の周囲全体に無電解銅メッキ３０を施す。このように無電解銅メッキ３０を施すことにより、貫通孔２６ｂ内の導通のない基板本体２１の円周面にも銅メッキを施すことが可能となる。  その次に図９に示すように、無電解銅メッキ３０の上に無電解銅メッキ３０より厚い層の電解銅メッキ３３を施す。無電解銅メッキ３０は導通があるために電解銅メッキ３３を施すことが可能となり、無電解銅メッキ３０よりも速い速度で厚い層の電解銅メッキ３３を形成することができる。
【００２４】
ところで上記無電解銅メッキは、化学メッキの一種でパラジウム金属をメッキする場所の表面に吸着させ、そのパラジウムを触媒として還元することにより、メッキする場所の表面に銅原子を析出させるメッキ法のことである。
また上記電解銅メッキは、硫酸銅水溶液等に含まれている銅イオンを電流（電子）により還元し、メッキする場所の表面に銅を析出させるメッキ法のことである。
【００２５】
次に、銅張積層板２６の表裏両面側の電解銅メッキ３３の上に、フォトレジスト用のフィルム又はレジストインキを付着させ、回路パターンとして残したい所のみに光を当てて硬化させる。その後Ｎａ2ＣＯ3等の薬品によりレジストの未硬化部分を剥離させる現像工程を行う。この結果回路パターンとして残したい所のみにエッチングレジスト４６が残る（図１０参照）。
【００２６】
それからＣｕＣｌ2等の薬品により、エッチングレジスト４６が残ってない所の銅２３，２４，３０，３３をエッチング処理により除去する（図１１参照）。次にＫＯＨ等の薬品により、残っているエッチングレジスト４６を溶かして剥離する（図１２参照）。このようにして出来上がったのが前記図１にも示した基板構造である。
【００２７】
ここで、実現可能と思われる抵抗値やコンデンサの容量を求めるための式を、次式（１），（２）に示す。
抵抗値Ｒ  ＝ペーストの抵抗率ρ×（抵抗の長さＬ÷抵抗の断面積Ｓ）．．．（１）
静電容量Ｃ＝ペーストの誘電率ε×（コンデンサの電極の面積Ｓ÷コンデンサの電極間の距離ｄ）．．．（２）
但し上記式（２）においては、ｄに対しＳが十分大きい場合に成立する。
【００２８】
次に上記式（１），（２）に基づいて、実現可能と思われる抵抗値やコンデンサの容量について求めてみる。例えば銅張積層板２６の厚さ（上記抵抗の長さＬ及びコンデンサの電極間の距離ｄに相当）が０．１〔ｍｍ〕、貫通孔２６ａの径が０．３〔ｍｍφ〕、炭素（グラファイトの場合）の抵抗率ρが１×１０-7〜１×１０5〔Ω・ｍ〕、セラミックス（酸化チタンの場合）の誘電率εが８０〜１００〔Ｆ／ｍ〕の場合は、次のようにして求められる。
【００２９】
抵抗値Ｒ ＝｛１×１０-7×０．１×１０-3｝÷｛３．１４×（０．１５×１０-3）2｝＝１．４×１０-4〔Ω〕．．．（１）
静電容量Ｃ＝８０×｛３．１４×（０．１５×１０-3）2｝÷（０．１×１０-3）＝０．０５７〔Ｆ〕．．．（２）
【００３０】
次に、上記のようにして製造された基本的な回路基板構造を用いて多層基板を作る場合について説明する。
まず図１３（ａ）に示すように、回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃの各々の隣合う間に、接着剤となるプリプレグＤ，Ｅの各々を配置する。プリプレグＤ，Ｅは基本的に基板本体２１の材質と同じで、常温において半生（半固体）状態の素材である。
【００３１】
そして、各回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ間の水平方向の位置合わせを行った後、プレスにて加圧すると共に加熱することにより、プリプレグＤ，Ｅが各々の表裏両側の回路基板構造の形状やパターンに追従して変形しながら表裏両側の回路基板構造に接着する。
【００３２】
その後プリプレグＤ，Ｅは冷却すると固まり、全体として図１３（ｂ）に示すような、実装密度や配線密度の高い多層基板が出来上がる。その後、外形加工、表面処理、シンボル印刷、他の回路部品の実装等を行うことにより、図１４に示すような製品としての多層基板が完成する。
【００３３】
図１５は、本発明による回路基板構造の製造方法の第２の実施の形態について示す図である。前記第１の実施の形態においては図６に示すように、カーボンペースト４０の上下両端面は銅箔２３，２４の表面と同一平面となるように平らに形成されていたのに対し、この第２の実施の形態においては、図１５（ａ）に示すように貫通孔２６ａ内のカーボンペースト４０は、中央部がくびれたような断面形状に形成してからカーボンペースト４０を乾燥させ、それから図１５（ｂ）に示すように銅ペースト４４を充填して上下両端面が銅箔２３，２４の表面と同一面になるように平らにしたものが抵抗体２９を形成する。
このように作られた抵抗体２９は、抵抗の長さＬがくびれ間の最短距離となり、抵抗の長さＬを図６に示す場合よりも小さくすることにより、抵抗体２９の抵抗値Ｒが小さくなる方向に調整することができる。
【００３４】
またカーボンペースト４０の代わりにセラミックスペーストを用い、図１５（ａ）におけるカーボンペースト４０のようにセラミックスペーストを形成して乾燥させた後に、図１５（ｂ）に示すように銅ペースト４４を同様に充填することにより、抵抗体２９の代わりにコンデンサを作ることができる。そしてこの場合のコンデンサの容量は、図６のカーボンペースト４０の代わりにセラミックスペーストを充填した場合よりも、コンデンサの電極間の距離ｄとしてのくびれ間の最短距離を小さくすることにより、コンデンサの容量が大きくなる方向に調節することができる。
【００３５】
なお、上記第１の実施の形態においては基板内蔵部品が抵抗体２８の場合について説明したが、一部上述したように、カーボンペースト４０の代わりにセラミックペーストを用いることにより基板内蔵部品をコンデンサにすることもできる。その他本発明は、他の原料ペーストを選ぶことにより他の基板内蔵部品に適用することもできる。
【００３６】
また上記実施の形態においては、抵抗体２８の上下両端部にメッキにより蓋をして電極としたが、メッキの代わりに銅箔、銅板等の金属片を用いて電極としてもよい。
【００３７】
また上記実施の形態においては、実現可能と思われるコンデンサの静電容量Ｃを求める計算において、セラミックスとして酸化チタン系の材料を用いた場合について説明したが、セラミックスとしてチタン酸バリウム系の材料を用てもよく、その場合は、誘電率として１×１０3〜２×１０4〔Ｆ／ｍ〕となることにより前記式（２）から静電容量Ｃを求めることができる。
【００３８】
また、上記第１の実施の形態においてはパターン形成法として、メッキ後に単にエッチングにより削り取るだけのサブトラクティブ法を用いたが、メッキ時にメッキレジストを用いることにより細密なパターンを形成できるアディティブ法や、セミアディティブ法等、その他のパターン形成法を用いてもよい。
【００３９】
さらに、図１３及び図１４においては３枚の回路基板構造を用いて多層基板を形成する場合について説明したが、多層基板を形成するのに用いる回路基板構造の数は１，２枚でも４枚以上でもよいことは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の回路部品が実装されて形成される電気回路を搭載する基板本体に貫通孔を形成し、前記基板本体に形成された貫通孔に部品材料を充填して基板内蔵部品を形成するようにしたため、前記従来の印刷抵抗基板や印刷コンデンサ基板のように印刷面積の増大により基板面積の増大，大型化を招くことを防止することができる。
【００４１】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板本体に形成される貫通孔の径や、貫通孔内に中央部がくびれた断面形状に形成される部品材料のくびれ間の最小厚さ寸法等を管理することにより、従来の印刷抵抗基板の抵抗値や印刷コンデンサ基板の容量よりも基板内蔵部品の電気的値の精度を向上させることができる。
【００４２】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、従来のように基板本体に形成された貫通孔に既に出来上がっている回路部品を嵌合して埋め込むのと異なり、前記貫通孔内に部品材料を充填することにより基板内蔵部品を形成するため、前記貫通孔の周面と形成された基板内蔵部品との間には隙間は全く出来得ないので、基板内蔵部品の陰極側と陽極側のショート及びチップ部品の脱落や破損を防止することができると共に、前述した従来のような様々な問題を解決するための措置を講じる必要がないため、回路基板構造のコストアップを防止することができる。
【００４３】
また上記の回路基板構造の製造方法によれば、基板中に三次元的に回路部品を形成することにより実装密度を向上させることができる。また、抵抗，コンデンサ等の回路部品を内蔵しているにも拘らず基板の表面をフラットにすることができる。このため、内蔵した回路部品の電極を他の回路部品の実装ランドとして使用できるので、やはり実装密度を向上させることができる。
【００４４】
また上記実施の形態によれば、メッキにより基板内蔵部品が基板と結合されていることにより、半田付けよりも信頼性を高くすることができる。また部品代、実装代を含めて総合的に考えれば、結果的に安く目的の機能を果たす回路基板構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回路基板構造の基本的なものを示す図１２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３】回路基板構造の製造方法の一工程に用いる孔３６ａを有するスクリーン板３６の模式図である。
【図４】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図６】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図７】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１２】図１に示す回路基板構造におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】３枚の基本的な回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃを用いてＩＶＨ式多層基板を製造する方法について示す図であり、図１３（ａ）は多層基板を製造する前の回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ及びプリプレグＤ，Ｅの配置状態を示す断面図、図１３（ｂ）は多層基板を製造した後の状態を示す回路基板構造Ａ，Ｂ，Ｃ及びプリプレグＤ，Ｅの断面図である。
【図１４】完成したＩＶＨ式多層基板を示すその一部破断斜視図である
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る回路基板構造の製造方法を示す図であり、図１５（ａ）は回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図、図１５（ｂ）は同じく回路基板構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２１  基板本体
２３，２４  銅箔
２６  銅張積層板
２６ａ  貫通孔
２８，２９  抵抗体
３０  無電解銅メッキ
３３  電解銅メッキ
３６  スクリーン板
３６ａ  孔
３８  スキージ
４０  カーボンペースト
４２  ピン
４４  銅ペースト
４６  エッチングレジスト
Ａ，Ｂ，Ｃ  回路基板構造
Ｄ，Ｅ  プリプレグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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