JPH0353790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基板上に抵抗体とCu粉末導電塗料
を用いて印刷法により電気回路を形成するCu粉
末導電塗料抵抗体を用いた印刷回路基板の製造方
法に関するものである。

［従来の技術］ 従来のPRC基板の製造方法の大要を第１図、
第２図及び第３図を用いて説明する。

第１図ａ〜ｅは、断面図によつて示した従来の
製造方法の大まかな工程の説明図である。なお以
下の説明で表面というのは断面図の下面を示し、
裏面というのは上面を示す。

第１図ａはCu張り積層板、すなわち基板の一
方の面上に銅箔（Cu箔）を張り付けて形成され
る銅張り積層板を所定の設計仕様に従つて切断し
た断面の一部を示す。同図において１は基板、２
は基板１に張りつけたCu箔である。

従来の方法の第１工程は、基板１を洗浄、乾燥
した後に、設計図に従つて作成した写真原板に基
ずいて作つたマスクをCu箔２上に塗布されて乾
燥した感光レジンの薄層の上に密着させて配置
し、しかる後に露光する。そして、次にこれを化
学処理、即ちケミカルエツチングによつて必要な
配線パターンを残し、不用なCu箔を除去する。
次に第１図ｂに示すように所定の設計に従つてス
ルーホール３をプレスで打ち抜き、反対面（裏
面）の上に、後に抵抗を印刷する個所等必要な部
分に防湿塗料を塗布乾燥して下塗り防湿層４を作
る。この防湿層４は基板１の耐湿性が充分なとき
は省略される。以上で第１工程は完了する。第１
図ｂは第１工程が終了した状態を示している。

第２工程ではスルーホール３の端部及び壁面に
Ag塗料を塗布して乾燥して導通層を形成し、基
板１の表裏両面の導通を完了する。第１図ｃは第
２工程の終了状態を示すもので、符号５は導電塗
料による導通層を示している。なお第３図は第１
図ｃの状態の表面状態を示す斜視図であり、第１
図ｃと同一部分には同じ符号を付してある。

第３工程は、第１図ｄに示すように抵抗６を印
刷法によつて作る工程である。印刷抵抗の製法は
既に広く知られているので簡単に述べる。一般に
導電材料はカーボン粉末を用いる。カーボン粉末
としては、低抵抗を得るためには主にグラフアイ
ト又はグラフアイトにアセチレンブラツクを混合
したものを用い、中抵抗を得るためにはアセチレ
ンブラツク又はアセチレンブラツクに無定形カー
ボンブラツクを混合したものを用い、高抵抗を得
るためにはカーボンブラツク又はこれに無機質の
微粉末を混和したものを用いるのが一般である。
抵抗器としての特性を安定させるためカーボンは
一般に高温熱処理を施す。

バインダーとしては熱硬化性レジンを用いる。
熱可塑性レジンを用いることはできない。これは
熱可塑性レジンは温度の上昇によつて軟化膨張し
て、抵抗を形成した場合には、抵抗値の変化が大
きくなるからである。一般にはフエノール系、キ
シレン系、又は種類の異なるレジンを混合した混
合レジンが用いられる。まれには細かいSiO₂な
どの無機質の微粉末を混和することもある。上記
の混合物に適当な溶剤を加えて混練して、印刷に
適した抵抗塗料を作る。

抵抗体の印刷法は、主としてスクリーン印刷法
が用いられる。即ち回路設計図に従つて作られた
スクリーン膜（一般にはナイロンスクリーン）の
マスクを用いて、これを防湿層４の上に固定し、
その上からスキージーを用いて抵抗体塗料を印刷
し、その後恒温槽を用いて高温焼付を行う。焼付
温度は普通120℃〜150℃である。量産の場合には
トンネル炉を用いる。その後、抵抗値を安定させ
るため熱エージングを行うこともある。最後に抵
抗値の調整を行う。一般には、抵抗値が設計値よ
り小さいときは抵抗体の一部を削りとり、大きい
ときは端子に銀塗料を塗布して調整する。

第２図はこのようにして作られた印刷抵抗体の
斜視図を示す。第２図において、第１図ｄに示し
た部材と同一の部分には同じ符号を示してある。

第４工程では、第１図ｅに示すように、抵抗体
６、導通層５などを湿度、機械的損傷等から保護
するために、レジンを主体とする防湿塗料による
保護層７を印刷法によつて形成し、高温乾燥す
る。

なお、回路設計の場合、第４図に示すように、
高密度抵抗設定などの場合、抵抗端子をそのまま
スルーホールすることなく、相当離れた場所でス
ルーホールし、その間をAg塗料による印刷配線
８によつて連結することが多い。７はスルーホー
ルの無い場合の銀端子を示す。なお第４図におい
て、第２図に示した部材と同一部分には同じ符号
を付してある。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の製造法の欠点について述べる。

(イ) 電気回路を構成するCu箔２の製造が面倒で
ある上、スルーホール３内に形成さる通電層５
を形成するためのAg塗料とCu箔２とは、なじ
みが悪いため、通電層５とCu箔２との間に剥
離が生じるおそれがある。

(ロ) 特に抵抗焼付、塗膜乾燥等、繰り返し熱処理
を行うので基板の「そり」を避けることはでき
ない。「そり」は後の工程で基板をスムースに
流すことを困難にする。最悪の場合には、製造
した基板を廃棄処分しなければならないことも
起こつてくる。「そり」の原因は、Cu層のある
表面と、無い表面の熱膨張率が異なることによ
る。

(ハ) Cu箔の厚さが最小にしても10μｍは必要であ
るため、回路を構成するケミカルエツチングの
工程の際サイド・エツチングを生ずるので、微
細パターンを作ることが困難である。

(ニ) スルーホール３内にAg塗料により形成され
る通電層５及び印刷配線８により、抵抗体を高
密度化する場合、密度制限をうける。その理由
はAgのマイグレーシヨン（Migration；移行）
によるもので、従来の基板の製法の場合避け得
られない重大な欠点であつた。

よつてこの現象について簡単に説明する。第５
図において、１は絶縁基板、１５は基板１に密着
しているAg電極、１６は直流電源とする。いま、
表面湿度が大になつたとすると、次のような化学
反応が生ずる。

(a) Ag電極の表面が酸化されているとき。

Ag₂O＋H₂O2Ag（OH） 2Ag⁺＋２（OH）^- (1) (b) Ag電極の表面が酸化されていないとき。

2Ag＋H₂OAg₂O＋H₂↑ (2) Ag₂O＋H₂O2Ag（OH） 2Ag⁺＋２（OH）^- (3) それ故故電源１６によつて電気エネルギーが
与えられると、反応は→方向に進む。そうする
と生じた銀イオンAg⁺は（−）側電極に引かれ
て移動し、（＋）電荷を失うとAgとして表面に
沈着して１７で示すような樹脂状の外観を呈す
る。この現象のAgマイグレーシヨンと称する。
樹脂状沈着は、電源電圧が大、湿度が大になる
ほど顕著になり、ついに両電極を短絡するに至
る。

この現象は化学反応なので両電極間の電位傾
度が大きいほど著しくなる。即ち両電極間の距
離をｘ、１６の電源電圧をＶとすると∂V／∂x
に依存する。

それ故第４図において抵抗の銀電極間隔又は
引出しAg配線の間隔をｘとしたときの許容最
小値をxmi、その間の電圧Ｖの値をそれぞれ x_ni＝50μｍ＝50×10^-4cm Ｖ＝20V とすると、 （∂V／∂x）_nax20／50×10^-4＝4000V／cm (4) という大きい値になるので、低湿度でもマイグ
レーシヨンは容易に起る。逆にＶ＝20Vという
のは一般使用上、多く用いられる電圧なので、
逆にマイグレーシヨンが起りにくい必要間隔
xhを求めるのに、この場合許容される電位傾
度の値を100V／cmと考えると、(4)式を参照し
て （∂V／∂x_h）20／x_h＝100V／cm (5) 故に x_h＝20／100＝0.2cm＝２mm (6) という大きい値になる。即ちAg配線の最小許
容間隔は２mmという大きい値になる。それ故
Ag塗料のようにマイグレーシヨン特性の大き
い塗料を用いては、特別の防湿加工を行わない
と高密度実装はできないことになる。実装密度
は電極間隔で定まるからである。

本発明は、前記した諸欠点を除去しもしくは著
しく改善した印刷回路基板の製造方法を提供する
ことを目的としたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解消するため、その実
施例を示す第６図に見られるように、基板１の面
上に電気回路２１及び抵抗体６またはそのいずれ
か一方が形成され、基板１を貫通するスルーホー
ル３に形成された導通層２５を介して基板１の一
方の面上に形成された電気回路２１または抵抗体
６が基板１の他方の面上に形成された電気回路２
１または抵抗体６と電気的に接続されてなる印刷
回路基板の製造方法において、抵抗体６を抵抗塗
料を用いて印刷法により形成し、電気回路２１を
熱硬化性レジンにヒドロキノン類の誘導体を添加
したものを適当な溶剤に溶解して得られた塗料
に、少量の有機脂肪酸及び微細なCu粉末を分散
してなる熱硬化性のCu粉末導電塗料を用いて印
刷法により形成し、導通層２５を上記Cu粉末導
電塗料を用いて形成した。

［発明の作用］ 本発明によれば、電気回路２１を熱硬化性レジ
ンにヒドロキノン類の誘導体を添加したものを適
当な溶剤に溶解して得られた塗料に、少量の有機
脂肪酸及び微細なCu粉末を分散してなる熱硬化
性のCu粉末導電塗料を用いて印刷法により形成
したので、ケミカルエツチングの工程を必要とせ
ず、また基板に「そり」を生じさせることなく電
気回路を形成できる。また、印刷した場合に塗料
のにじみが殆どなくまたマイグレイシヨンを生じ
させることが無いので、高密度で配線を形成する
ことができる。特に、本発明によれば、スルーホ
ールに形成される通電層２５と電気回路２１と
を、上記Cu粉末導電塗料により形成するので、
両者を同時に形成することもできる上、両者の剥
離を有効に防止することができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例について、詳細に説明す
る。本発明の基礎をなすものは、本発明の発明者
と同一の発明者及び同一の出願人に係る発明、即
ち特願昭56−60691号（以下前出願と略称する）
に開示された発明である。また本発明で用いる導
電塗料は、特願昭56−10843号（特公平１−39463
号）に示された塗料に含まれる微細なCu粉末を
用いた導電塗料である。

前出願の発明により、従来用いられていたCu
張り基板を用いる必要がなく、従つてCu張り回
路を形成するためのケミカルエツチングの工程も
その必要がなくなつたのである。その意義は極め
て大きいといえるであろう。

次に前出願発明による基板の製造方法について
簡単に述べる。

スクリーン印刷法による方法が最も多いので、
この場合について記す。

回路設計図に従つてうナイロンマスクを作る。
ナイロンマスクの作り方は印刷抵抗の普及により
既に広く公知となつているので省略する。このマ
スクをスクリーン膜として基板の表面に重ね、前
記Cu粉末導電塗料を、合成樹脂で作つたスキー
ジー（主にポリウレタン樹脂製）で一定の印圧を
加えて印刷する。印刷された基板を乾燥器に収容
して、適当な温度、時間で硬化させる。膜厚が
30μｍ前後であれば140℃〜150℃の温度、30分〜
60分の時間で充分である。量産の場合はトンネル
炉を用いる。比抵抗を考慮すると膜厚は10μｍ〜
50μｍの範囲が適当である。

塗料の乾燥、焼付を終わつたものを適当な溶剤
で洗浄して完成品とする。一般には低級アルコー
ルによる洗浄がよいようである。印刷膜の厚さを
調整するには、ナイロンマスクを作るナイロンの
布地の厚さを選定すればよい。スキージの印圧を
変えても調整はできるが、量産の場合はマスクや
スキージーの摩耗を考えると、もつとも適した印
圧を定めて、いつもこれを一定としたほうがよ
い。

次に基板としては熱硬化レジンを用いた合成樹
脂基板であれば、よいわけであるが、Cu導電塗
料を焼つける温度は前記したように140℃〜150℃
であるから、少なくとも耐熱温度150℃以上のも
のであることが必要である。このような耐熱性基
板としては、フエノール系又はエポキシ系の高耐
熱性基板がよい。耐熱性に優れ、かつ低価格であ
ることによる。

なお、印刷法としては、手軽である上にマスプ
ロにも適するのでスクリーン印刷法を用いたが、
凹版印刷法も用いることができることは当然であ
る。特に正確なパターンが必要な時は凹版印刷法
が優れているようである。

前述の工程により所要の基板が得られたので、
次に該基板を用いて印刷回路基板を製造する方法
を第６図Ａ〜Ｅを参照して説明する。図において
第１図と同一の部分については同じ符号を付して
説明を省略する。第６図Ａにおいて、１は絶縁基
板、２１はCu塗料で印刷した配線（電気回路）
を示している。

第１工程は抵抗を印刷すべき部分に耐湿層４及
びスルーホール３を設けることは、前記と同様で
ある。第６図Ｂは第１工程を終了した状態を示し
ている。なお、耐湿層４は基板１の耐湿性が充分
であれば省略することもできる。

第２工程は第６図Ｃに示すようにスルーホール
３の端子及び壁面にCu導電塗料を塗布、乾燥し
て導電層２５を形成する。

第３工程は第６図Ｄに示すように抵抗体６を印
刷法によつて作る。この製法については、既に前
記したので簡単の偽省略する。

第４工程は第６図Ｅに示すように、湿度、機械
的損傷から低抗体等を保護するために保護層７を
設けることであるが、これも既に前記したので省
略する。

本発明に係る印刷回路基板の製造法における２
大特色のうち、１つは既に述べたようにCu導電
塗料を用いた基板を、従来のCu張り基板による
基板の代りに用いることである。第２の特色は第
４図に示すような高密度配線の場合に、従来の
Ag塗料を用いた場合のように、マイグレーシヨ
ンが生じないという点にある。従つて、その密度
は、印刷技術の許す限り密度を大にすることがで
きるという点にある。もつとも、特に高電圧が相
隣る導体部分に印加されるようなときは、許容さ
れる最高電位傾度で定まることになる。このよう
な理由で、本発明に係る製造方法によつて初めて
高密度実装が可能になつたと云えるであろう。

次に数値例を挙げる。マイグレーシヨンのない
場合、許容される最高電位傾度は一般に次のよう
に考えられている。

（∂V／∂x）_nax1000V／cm (7) よつて使用電圧を前記の如く20Vとすると、(7)
式により （∂V／∂x）_naxＶ／x_ni＝20／x_ni＝1000V／cm (8) よつて x_ni＝20／1000＝0.2mm (9) 即ち(6)式に比較して1/10になる。つまり実装密
度を10倍にも増すことができることになる。

次に本実施例の効果について簡単に述べる。

(1) 化学エツチングの工程を必要としない。従つ
て公害のおそれがないので小企業でも容易に製
造することができる。

(2) 熱処理を繰り返しても「そり」を生じない。

(3) スルーホールをCu塗料を用いて行つた場合
には、抵抗器の高密度化ができる。

(4) 印刷配線回路の一部変更が容易である。

(5) 抵抗特性については、従来の製法によるもの
と変るところはない。即ち第７図は抵抗の温度
特性で曲線，′はそれぞれ本発明に係る製
品及び従来製品の特性で殆んど差はない。この
場合初抵抗値は150Ωである。曲線，′につ
いても同様で、殆んど差はない。初抵抗値は何
れも1kΩ〜50kΩの場合である。第８図は負荷
寿命特性で、周囲温度40℃、負荷１／32W、
1000時間後の抵抗変化率を示す。曲線，′
はそれぞれ本発明に係る製品及び従来製品の特
性で殆んど差はない。なお横軸は試料の初抵抗
値である。第９図は耐湿放置特性で、温度40
℃、湿度95％R.H.の恒温恒湿槽中に1000時間
放置後の抵抗変化率を示す。，′はそれぞ
れ本発明に係る製品及び従来製品の場合を示
す。殆んど差は認められない。なお横軸は試料
の初抵抗値である。

(6) 価格が格段に安価にある。

［発明の効果］ 本発明によれば、電気回路を熱硬化性レジンに
ヒドロキノン類の誘導体を添加したものを適当な
溶剤に溶解して得られた塗料に、少量の有機脂肪
酸及び微細なCu粉末を分散してなる熱硬化性の
Cu粉末導電塗料を用いて印刷法により形成した
ので、ケミカルエツチングの工程を必要とせず、
また基板に「そり」を生じさせることなく電気回
路を形成できる。また、印刷した場合に塗料のに
じみが殆どなくまたマイグレイシヨンを生じさせ
ることが無いので、高密度で配線を形成すること
ができる。特に、本発明によれば、スルーホール
に形成される通電層と電気回路とを、上記Cu粉
末導電塗料により形成するので、両者を同時に形
成することもできる上、両者の剥離を有効に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは従来の技術による印刷回路基板
の製造工程の説明図、第２図は印刷回路を示す斜
視図、第３図は印刷回路基板の表裏両面のスルー
ホール導通孔を示す斜視図、第４図は高密度化し
た印刷回路基板の一部の平面図、第５図はAgマ
イグレーシヨン発生の機構の説明用斜視図、第６
図Ａ〜Ｅは本発明に係る印刷回路基板の製造工程
の説明図、第７図は抵抗体の温度特性を示すグラ
フ、第８図は負荷寿命特性を示すグラフ、第９図
は耐湿放置特性を示すグラフ、である。 １……基板、２……Cu箔、３……スルーホー
ル、４……防湿層、５……導通層、６……抵抗
体、７……保護層、２１……Cu塗料による印刷
配線（電気回路）、２５……Cu塗料による導通
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板の面上に電気回路及び抵抗体またはその
   いずれか一方が形成され、前記基板を貫通するス
   ルーホールに形成された導通層を介して前記基板
   の一方の面上に形成された前記電気回路または抵
   抗体が前記基板の他方の面上に形成された前記電
   気回路または抵抗体と電気的に接続されてなる印
   刷回路基板の製造方法において、 前記抵抗体を抵抗塗料を用いて印刷法により形
   成し、 前記電気回路を熱硬化性レジンにヒドロキノン
   類の誘導体を添加したものを適当な溶剤に溶解し
   て得られた塗料に、少量の有機脂肪酸及び微細な
   Cu粉末を分散してなる熱硬化性のCu粉末導電塗
   料を用いて印刷法により形成し、 前記導通層を前記Cu粉末導電塗料を用いて形
   成したことを特徴とするCu粉末導電塗料を用い
   た印刷回路基板の製造方法。 ２ 第１項記載の基板として耐熱度150°以上のフ
   エノール系合成樹脂積層基板を用いることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のCu粉末導電
   塗料を用いた印刷回路基板の製造方法。 ３ 第１項記載の基板として耐熱度150°以上のエ
   ポキシ系合成樹脂積層板を用いることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載ののCu粉末導電
   塗料を用いた印刷回路基板の製造方法。