特許 7515919 水ガラスを絶縁材料とするプリント配線板及びその関連の構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】水ガラスを絶縁材料とするプリント配線板及びその関連の構造体

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/03 20060101AFI20240708BHJP

   H05K 3/10 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

H05K1/03 610B

H05K3/10 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023047216

(22)【出願日】2023-03-23

【審査請求日】2023-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】322014392

【氏名又は名称】株式会社Ｍ３

(72)【発明者】

【氏名】神谷 江美

(72)【発明者】

【氏名】町田 哲男

【審査官】齊藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第４８２４８０７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８４８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－５２５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５８０７７６６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／００―３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気伝導を持つ配線パターンの下面を除く周囲を水ガラスの硬化塗膜で覆い、該水ガラスの硬化塗膜の下面と前記配線パターンの下面を同一面上に設けたことを特徴とするプリント配線板。

【請求項2】

請求項１のプリント配線板の周囲に液体の流出防止ガイドを有するもの。

【請求項3】

請求項１のプリント配線板の上面に保護シートを有するもの。

【請求項4】

請求項１のプリント配線板の上面と下面に保護シートを有するもの。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配線パターンを有するリジッド領域、フレキシブル領域の多層プリント配線板に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、プリント配線板の多層化や、配線パターンの微細化が進む中で、プリント配線板の製造方法が複雑になり、セラミックスを利用したプリント配線板や、有機材料を利用したプリント配線板がサーバーなどに利用されている。

【0003】

これらは、通常利用では便利なものであるが、多層化、微細化に伴い配線パターンの特性インピーダンスの不整合という課題や、CO₂排出を考慮した製造対応をするのが困難であるという課題などがあり、更には、SDGsへの配慮が不十分になっているという課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許7029033

【文献】特開2007-324439

【文献】特開2006-63489

【文献】特開2020-105683

【文献】特開2020-150016

【文献】特開2021-82759

【文献】特開2023-823

【文献】特開2023-8061

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献1では、プリント配線板のガラスクロスについて記載しているが、ガラスクロス自体が比誘電率などの特性を持ち、ガラスクロス間の材質も比誘電率などの特性を持っている。そのため、配線パターンの微細化が進むと、ガラスクロスの影響や、ガラスクロス間の材料などの影響により、配線パターンの特性インピーダンスが変化してしまうことがある。また、特許文献２では、プリント配線板の強度向上のためにセラミックスが使われているが、セラミックスの製造工程では、高温にて焼成する工程が必要であり、製造工程のCO₂排出の削減が困難な場合も見受けられる。

【0006】

上記課題等の特性インピーダンスの不整合を解決するために、特許文献1等に提案されているように、ガラスクロスをできるだけ微細にするなどの対応も考えられている。また、上記課題のプリント配線板の強度向上のために、特許文献２等に提案されているようにセラミックスの利用が考えられている。

【0007】

しかしながら、ガラスクロスを微細化しても、隣接する配線パターンの微細化が進んでしまうと、ガラスクロスの比誘電率などの特性や、ガラスクロス間の材質の比誘電率などの特性の差分が、配線パターンの特性インピーダンスの不均一性に影響を与えてしまうことがある。

【0008】

また、セラミックスを使うことで、プリント配線板の強度の向上が図れるが、セラミックスの製造工程上では、焼成ということが必要となり、プリント配線板の製造工程のCO₂排出の削減が困難な状況もありうる。

【0009】

本発明の目的は、特性インピーダンスの不整合や、製造工程でのCO₂排出を改善するにために、水ガラスを絶縁材料とするプリント配線板を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、プリント配線板の絶縁層の材料として、ケイ酸ナトリウムを主成分とする水ガラスを利用する。保護シート等に生成した配線パターンに液体状の水ガラスを塗布あるいは付加し、硬化させることによりプリント配線板の配線層間の絶縁層を形成する。その後に保護シートを剥離処理することで、水ガラスの硬化塗膜を絶縁層としたプリント配線板が生成される。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、プリント配線板の絶縁層の材料として、水ガラスを利用する。
保護シート等に生成した配線パターンに液体状の水ガラスを塗布あるいは付加し、硬化させることによりプリント配線板の配線層間の絶縁層を形成する。その後に保護シートを剥離処理することで、水ガラスの硬化塗膜を絶縁層としたプリント配線板が生成される。

【0012】

ここで、水ガラスの硬化塗膜は、ガラスクロスなどが含有されていないため、水ガラスの硬化塗膜の比誘電率などの特性は、均一となっている。そのため、ガラスクロスなどを含有している絶縁層材料などと比較すると、配線パターンの特性インピーダンスへの影響を小さくすることができる。

【0013】

また、セラミックスなどの製造工程では、高温にて焼成する工程が必要であり、製造工程のCO₂排出の削減が困難であるが、水ガラスを硬化する際には、基本的には高温環境を必要としないため、セラミックスなどの製造と比較すると、CO₂排出を削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１の保護シート１の上の銅箔にエッチングを施しパターン２を形成したものである。

【図2】図２は、配線パターン２を持つ第１の保護シート１の周囲に、液体の流出防止ガイド３を形成したものである。

【図3】図３は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第１の保護シート１に、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。

【図4】図４は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第１の保護シート１上に形成した、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜５になった状態において、液体の流出防止ガイド３と第１の保護シート１を除去したものである。

【図5】図５は、図１で形成したパターン２の第１の保護シート１と反対側の面に、第２の保護シート６を形成したものである。

【図6】図６は、図５の状態から、第１の保護シート１を剥離したものである。

【図7】図７は、図６の状態から、上下反転させた状態のものである。

【図8】図８は、配線パターン２を持つ第２の保護シート６の周囲に、液体の流出防止ガイド３を形成したものである。

【図9】図９は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第２の保護シート６に、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。

【図10】図１０は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第２の保護シート６上に形成した、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜６になった状態において、液体の流出防止ガイド３と第２の保護シート６を除去したものである。

【図11】図１１は、エッチングレジスト７を有する厚銅８である。

【図12】図１２は、図１１のエッチングレジスト７を有する厚銅８にエッチングレジスト７側からエッチングを施した状態のものである。

【図13】図１３は、図１２のエッチングレジスト７を除去したものである。

【図14】図１４は、図１３の厚銅を上下反転させ、エッチング処理をした側に第３の保護シート９を付加し、エッチング処理をしていない側に、エッチングレジスト７を付加したものである。

【図15】図１５は、図１４の厚銅において、エッチングレジスト７側からエッチング処理を施したものである。

【図16】図１６は、図１５の厚銅において、エッチングレジスト７を剥離し、液体の流出防止ガイド３を付加したものである。

【図17】図１７は、図１６の状態において、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。

【図18】図１８は、図１７の状態における、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜６になった状態において、液体の流出防止ガイド３を除去したものである。

【図19】図１９は、図１８の水ガラスの硬化塗膜６を、研磨することで、ヴィア１０の金属面を露出させたものである。

【図20】図２０は、図１９の配線パターン２とヴィア１０を有する水ガラスの硬化塗膜６において、第３の保護シート９を除去したものである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、実施形態を説明する。

【0016】

尚、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複の説明を省略する。
また、図面は理解することを目的としており、実際の寸法比率は実際のものと必ずしも一致しない。

【0017】

図１は、第１の保護シート１の上の銅箔にエッチングを施しパターン２を形成したものである。

【0018】

図２は、配線パターン２を持つ第１の保護シート１の周囲に、液体の流出防止ガイド３を形成したものである。この、液体の流出防止ガイド３を有することで、液体状の水ガラス４の塗布あるいは付加の際には、第１の保護シート１の外部への液体状の水ガラス４の流出を効果的に防ぐことが可能となる。

【0019】

図３は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第１の保護シート１に、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。この状態において、常温で液体状の水ガラス４が水ガラスの硬化塗膜５に変化する。硬化の条件を早めるために、温度などを高温に変化させた条件下での対応も可能である。

【0020】

図４は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第１の保護シート１上に形成した、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜５になった状態において、液体の流出防止ガイド３と第１の保護シート１を除去したものである。この状態において、水ガラスの硬化塗膜５の表面における配線パターン２が形成できている。

【0021】

また、この状態では、配線パターン２が、水ガラスの硬化塗膜５から剥がれる可能性もあるため、その状態を回避する実施例について次に説明する。

【0022】

図５は、図１で形成したパターン２の第１の保護シート１と反対側の面に、第２の保護シート６を形成したものである。

【0023】

図６は、図５の状態から、第１の保護シート１を剥離したものである。

【0024】

図７は、図６の状態から、上下反転させた状態のものである。

【0025】

図８は、配線パターン２を持つ第２の保護シート６の周囲に、液体の流出防止ガイド３を形成したものである。この、液体の流出防止ガイド３を有することで、液体状の水ガラス４の塗布あるいは付加の際には、第２の保護シート６の外部への液体状の水ガラス４の流出を効果的に防ぐことが可能となる。

【0026】

図９は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第２の保護シート６に、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。この状態において、常温で液体状の水ガラス４が水ガラスの硬化塗膜５に変化する。硬化の条件を早めるために、温度などを高温に変化させた条件下での対応も可能である。

【0027】

図１０は、配線パターン２を持ち、液体の流出防止ガイド３を有する第２の保護シート６上に形成した、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜６になった状態において、液体の流出防止ガイド３と第２の保護シート６を除去したものである。この状態では、図４に比べて配線パターン２の台形形状の長辺である下底が、水ガラスの硬化塗膜５の内側に存在するため、配線パターン２は、水ガラスの硬化塗膜５からは剥がれにくいという特徴を持つ。

【0028】

次に、ヴィア形成の実施例についても説明する。

【0029】

図１１は、エッチングレジスト７を有する厚銅８である。

【0030】

図１２は、図１１のエッチングレジスト７を有する厚銅８にエッチングレジスト７側からエッチングを施した状態のものである。

【0031】

図１３は、図１２のエッチングレジスト７を除去したものである。

【0032】

図１４は、図１３の厚銅を上下反転させ、エッチング処理をした側に第３の保護シート９を付加し、エッチング処理をしていない側に、エッチングレジスト７を付加したものである。

【0033】

図１５は、図１４の厚銅において、エッチングレジスト７側からエッチング処理を施したものである。エッチング液の種類や濃度、あるいはエッチング時間を調整することで、ヴィア１０を形成することが可能となる。

【0034】

図１６は、図１５の厚銅において、エッチングレジスト７を剥離し、液体の流出防止ガイド３を付加したものである。この、液体の流出防止ガイド３を有することで、液体状の水ガラス４の塗布あるいは付加の際には、第３の保護シート９の外部への液体状の水ガラス４の流出を効果的に防ぐことが可能となる。

【0035】

図１７は、図１６の状態において、液体状の水ガラス４を塗布あるいは付加したものである。この状態において、常温で液体状の水ガラス４が水ガラスの硬化塗膜５に変化する。硬化の条件を早めるために、温度などを高温に変化させた条件下での対応も可能である。

【0036】

図１８は、図１７の状態における、液体状の水ガラス４が、水ガラスの硬化塗膜６になった状態において、液体の流出防止ガイド３を除去したものである。

【0037】

図１９は、図１８の水ガラスの硬化塗膜６を研磨することで、ヴィア１０の金属面を水ガラスの硬化塗膜６の外部に露出させたものである。

【0038】

図２０は、図１９の配線パターン２とヴィア１０を有する水ガラスの硬化塗膜６において、第３の保護シート９を除去したものである。

【0039】

以上、説明したように本発明の水ガラスを絶縁材料とするプリント配線板及びその関連の構造体においては、保護シート等に生成した配線パターンに液体状の水ガラスを塗布あるいは付加し、硬化させることによりプリント配線板の配線層間の絶縁層を形成する。その後に保護シート等を剥離処理することで、水ガラスの硬化塗膜を絶縁層としたプリント配線板が生成される。

【0040】

ここにおいて、水ガラスの硬化塗膜は、ガラスクロスなどが含有されていないため、水ガラスの硬化塗膜の比誘電率などの特性は、均一となっている。そのため、ガラスクロスなどを含有している絶縁層材料などと比較すると、配線パターンの特性インピーダンスへの影響を小さくすることができる。

【0041】

また、セラミックスなどの製造工程では、高温にて焼成する工程が必要であり、製造工程のCO₂排出の削減が困難であるが、水ガラスを硬化する際には、高温環境を必要としないため、セラミックスなどの製造と比較すると、CO₂排出を削減することが可能となる。

【0042】

さらには、配線パターンを有するリジッド領域、フレキシブル領域の多層プリント配線板の製造方法と比較し、工程が簡素であるという特徴も持ち合わせている。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明の水ガラスを絶縁材料とするプリント配線板及びその関連の構造体においては、保護シート等に生成した配線パターンに液体状の水ガラスを塗布あるいは付加し、硬化させることによりプリント配線板の配線層間の絶縁層を形成する。その後に保護シートを剥離処理することで、水ガラスの硬化塗膜を絶縁層としたプリント配線板が生成される。
ここにおいて、水ガラスの硬化塗膜は、ガラスクロスなどが含有されていないため、水ガラスの硬化塗膜の比誘電率などの特性は、均一となっている。そのため、ガラスクロスなどを含有している絶縁層材料などと比較すると、配線パターンの特性インピーダンスへの影響を小さくすることができる。
また、セラミックスなどの製造工程では、高温にて焼成する工程が必要であり、製造工程のCO₂排出の削減が困難であるが、水ガラスを硬化する際には、高温環境を必要としないため、セラミックスなどの製造と比較すると、CO₂排出を削減することが可能となる。

【符号の説明】

【0044】

１・・・第１の保護シート
２・・・配線パターン
３・・・液体の流出防止ガイド
４・・・液体状の水ガラス
５・・・水ガラスの硬化塗膜
６・・・第２の保護シート
７・・・エッチングレジスト
８・・・厚銅
９・・・第３の保護シート
１０・・・ヴィア

【要約】

【課題】
本発明は、プリント配線板における多層化、微細化に伴う配線パターンの特性インピーダンスの不整合という課題や、セラミックス基板などの製造工程で発生するCO₂排出の課題や、更には、SDGsへの配慮が不十分になっているという課題などを解決することを目的としている。

【解決手段】
プリント配線板の絶縁層の材料として、ケイ酸ナトリウムを主成分とする水ガラスを利用する。保護シート等に生成した配線パターンに液体状の水ガラスを塗布あるいは付加し、硬化させることによりプリント配線板の配線層間の絶縁層を形成する。その後に保護シートを剥離処理することで、水ガラスの硬化塗膜を絶縁層としたプリント配線板が生成される。

【選択図】図２０

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】