JP3826676B2

JP3826676B2 - Printed wiring board connection method and connection structure

Info

Publication number: JP3826676B2
Application number: JP2000161822A
Authority: JP
Inventors: 克明小島; 敏広三宅; 弘泰岩間; 眞戸谷; 芳太郎矢崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001111209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプリント配線板の接続方法および接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板の接続方法として、異方導電性樹脂を用いた技術が知られている（特開平９−８４５３号公報）。これは、図１１に示すように、第１のプリント配線板５０における導体パターン形成面と第２のプリント配線板５１における導体パターン形成面との間に、異方導電性の熱可塑性樹脂５２を配置し、圧力と超音波によりランド５０ａ，５１ａ間を近接させ導通をとるものである。
【０００３】
しかし、この方法では、異方導電性樹脂膜（５２）をプリント配線板５０，５１の表面に印刷したり、あるいは、異方導電性樹脂フィルム（５２）をプリント配線板５０，５１の表面に載置させなければならず、工程が多くなり、コストアップとなってしまう。また、異方導電性熱可塑性樹脂５２を介在させた状態でプリント配線板５０，５１の表面同士を向かい合わせて配置する必要があることから、接着界面にボイドが残りやすく、信頼性に問題が残る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、接続信頼性の向上およびコストの低減を図ることができるプリント配線板の接続方法および接続構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、絶縁基板材料として熱可塑性樹脂を用いた第１のプリント配線板に形成した導体パターンのランドと、第２のプリント配線板に形成した導体パターンのランドが重ねて配置される。そして、接続箇所が熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱されるとともに当該部位に外部から圧力が加えられ、第１のプリント配線板のランドと第２のプリント配線板のランドが電気的に接続されるとともに、この電気接続部に第１のプリント配線板での絶縁基板材料から延びる熱可塑性樹脂の一部が供給されて該電気接続部が熱可塑性樹脂にて封止される。
【０００６】
このように、異方導電性樹脂フィルムや異方導電性樹脂膜を用いることなく、基板自身の軟化による変形性を利用し、端子接続と同時に樹脂封止を行うことができるので、コストの低減を図ることができる。
【０００７】
また、熱可塑性樹脂が軟化し空気を押し退けながら接続箇所を熱可塑性樹脂にて封止するので、ボイドができにくく接続信頼性が向上する。
ここで、請求項２に記載のように、前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかを含むものとすると、実用上好ましい。
【０００８】
また、請求項３に記載のように、前記第１のプリント配線板の絶縁基板として、ポリイミド基材に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いると、実用上好ましい。
【０００９】
また、請求項４に記載のように、第１のプリント配線板の絶縁基板と第２のプリント配線板の絶縁基板とを弾性率低下物質よりなる膜を介在させた状態で配置し、接着箇所を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱することにより、第１のプリント配線板での絶縁基板材料である熱可塑性樹脂における第２のプリント配線板の絶縁基板との界面に弾性率低下物質が分散した接着力向上層を形成した状態で第１のプリント配線板での絶縁基板を第２のプリント配線板の絶縁基板に接着させるようにすると、接着強度の向上を図ることができる。
【００１０】
ここで、請求項５に記載のように、前記弾性率低下物質として炭化水素化合物を用いることができ、さらに、請求項６に記載のように、炭化水素化合物としてアルカン類もしくはアルケン類もしくはアルキン類を用いると、実用上好ましい。
【００１１】
請求項７に記載の発明によれば、絶縁基板材料として熱可塑性樹脂を用いた第１のプリント配線板に形成した導体パターンのランドと、第２のプリント配線板に形成した導体パターンのランドとが電気的に接続されるとともに、この電気接続箇所が第１のプリント配線板での絶縁基板から延びる熱可塑性樹脂にて封止されているので、異方導電性樹脂フィルムや異方導電性樹脂膜を用いることなく、基板自身の溶融性を利用し、端子接続と同時に樹脂封止を行うことができるので、コストの低減を図ることができるとともに、熱可塑性樹脂が軟化変形して接続箇所が熱可塑性樹脂にて封止され、ボイドができにくく接続信頼性が向上する。
【００１２】
ここで、請求項８に記載のように、熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかを含むものであると、実用上好ましい。
【００１３】
また、請求項９に記載のように、前記第１のプリント配線板の絶縁基板として、ポリイミド基材に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いると、実用上好ましい。
【００１４】
また、請求項１０に記載のように、第１のプリント配線板での絶縁基板における第２のプリント配線板での絶縁基板との界面に弾性率低下物質が分散した接着力向上層を形成した状態で第１のプリント配線板での絶縁基板が第２のプリント配線板での絶縁基板に接着していると、接着強度が向上する。
【００１５】
ここで、請求項１１に記載のように、前記弾性率低下物質として炭化水素化合物を用いることができ、さらに、請求項１２に記載のように、炭化水素化合物としてアルカン類もしくはアルケン類もしくはアルキン類を用いると、実用上好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態における電子機器の一部を示す。電子機器の内部において、リジッドプリント配線板１とリジッドプリント配線板２が支持されている。リジッドプリント配線板１には各種の電子部品が実装されており、図１においてはＤＩＰパッケージのＩＣ３がピン３ａにより挿入実装されている状態を示す。同様に、リジッドプリント配線板２にも各種の電子部品４が実装されている。リジッドプリント配線板１，２の絶縁基板にはガラス布基材エポキシ樹脂が使用されている。
【００１８】
上下に水平に配置されたリジッドプリント配線板１とリジッドプリント配線板２に対しフレキシブルプリント配線板５が電気的に接続されている。つまり、図１でのリジッドプリント配線板１の右側の辺とリジッドプリント配線板２の右側の辺においてフレキシブルプリント配線板５が接続されている。このフレキシブルプリント配線板５の絶縁基板であるベースフィルムにはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）が使用されている。このポリエーテルイミド（ＰＥＩ）は半田の溶融温度以上の耐熱を有し、ガラス転移温度以上の温度において軟化する熱可塑性樹脂である。
【００１９】
図２には、リジッドプリント配線板２とフレキシブルプリント配線板５の接続箇所を拡大して示す。図２においては平面とＡ−Ａ断面を示す。
リジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０の上面には複数の導体パターン１１が形成され、基板端部にランド（角ランド）１１ａが位置している。フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２の表面には複数の導体パターン１３が形成され、基板端部にランド（角ランド）１３ａが位置している。導体パターン１１，１３は銅パターンであって、厚さは１８μｍである。そして、リジッドプリント配線板２とフレキシブルプリント配線板５の接続箇所において、導体パターン１１のランド１１ａと導体パターン１３のランド１３ａが半田１４により接合されるとともに、リジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０とフレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２が接着されている。さらに、導体パターン１１，１３のランド１１ａ，１３ａによる電気接続箇所は、フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２から延びるポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂１５にて封止されている。
【００２０】
次に、第１のプリント配線板であるフレキシブルプリント配線板５と第２のプリント配線板であるリジッドプリント配線板２の接続方法を、図３〜５を用いて説明する。
【００２１】
図３に示すように、リジッドプリント配線板２とフレキシブルプリント配線板５を用意する。フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２の厚さは２５〜１００μｍである。リジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０には導体パターン１１が形成されるとともに、フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２には導体パターン１３が形成されている。
【００２２】
そして、リジッドプリント配線板２の導体パターン１１のランド１１ａおよび、フレキシブルプリント配線板５の導体パターン１３のランド１３ａに半田ペースト２０ａ，２０ｂを塗布する（あるいは、ランド１３ａに対し半田めっきを形成したり、半田コートにより半田を形成してもよい）。本例では、半田として、錫−鉛の共晶半田を用いており、融点（溶融温度）は１８３℃である。
【００２３】
そして、図４に示すように、リジッドプリント配線板２の上にフレキシブルプリント配線板５を重ねて配置し、両導体パターン１１，１３のランド１１ａ，１３ａを半田ペースト２０ａ，２０ｂを介して接近配置する。
【００２４】
さらに、ランド部分に加熱ツールのヘッド２１を配置し、下方に押圧しつつヘッド２１の温度を上昇させる。これにより、接続箇所がポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のガラス転移温度Ｔｇである２４０℃よりも高い温度に加熱されるとともに、当該部位に外部から圧力が加えられる。より詳しくは、加熱温度は２４０〜３００℃であり、５〜１５秒間加熱および加圧を継続する。本例ではパルスヒート方式の加熱ツール（ヒーターヘッド２１）を用いている。
【００２５】
この熱により半田の溶融によるランド１１ａ，１３ａ間の接続を行いながら、そのランド１１ａ，１３ａの部分に対しフレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２（樹脂）を利用して軟化変形による同時封止が行われる。
【００２６】
つまり、図５に示すように、リジッドプリント配線板２のランド１１ａとフレキシブルプリント配線板５のランド１３ａが半田付けされ、電気的に接続される。また、ヒーターヘッド２１によりＰＥＩフィルム１２の一部が変形してランド（電気接続部）１１ａ，１３ａに供給され、電気接続部がＰＥＩ樹脂１５にて封止される。
【００２７】
このように、従来方式に比べ異方導電性樹脂フィルムや異方導電性樹脂膜を用いることなく、基板自身の溶融性を利用し、端子接続と同時に樹脂封止を行うことができるので、コストの低減を図ることができる。
【００２８】
また、ＰＥＩフィルム１２のＰＥＩ樹脂が軟化して下に流れて空気を押し退けながら接続箇所をＰＥＩ樹脂１５にて封止するので、従来のように面内にフィルム等を挟み込む場合に比べボイドができにくく（ボイドが残りにくく）、信頼性が向上する。
【００２９】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）絶縁基板材料としてＰＥＩを用いたフレキシブルプリント配線板５に形成した導体パターン１３のランド１３ａと、リジッドプリント配線板２に形成した導体パターン１１のランド１１ａを、半田ペースト１２ａ，１２ｂを介在させた状態で重ねて配置し、接続箇所をＰＥＩのガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱するとともに当該部位に外部から圧力を加えて、フレキシブルプリント配線板５のランド１３ａとリジッドプリント配線板２のランド１１ａを電気的に接続するとともに、フレキシブルプリント配線板５での絶縁基板材料であるＰＥＩの一部を電気接続部に供給して電気接続部をＰＥＩ樹脂１５にて封止したので、接続信頼性の向上およびコストの低減を図ることができる。
【００３０】
なお、本例では、リジッドプリント配線板とフレキシブルプリント配線板との電気的接続において、フレキシブルプリント配線板の熱可塑性特性を利用して軟化させ、端子の半田付けと同時に端子周辺の樹脂封止を同時に行うようにしたが、第１のプリント配線板と第２のプリント配線板との間の接続において、両方または、どちらか一方に熱可塑性で溶融可能なフレキシブルプリント配線板樹脂を用いればよい。
【００３１】
また、下側のプリント配線板は、上側のプリント配線板と同様に絶縁基板材料として熱可塑性樹脂を用いたプリント配線板であってもよい。さらに、下側のプリント配線板の絶縁基板は樹脂基板以外にもセラミック基板やメタルベース基板であってもよい。
【００３２】
また、熱可塑性樹脂（フレキシブルプリント配線板のベースフィルム）は、ＰＥＩの他にもポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であったり、両方を含むものであってもよい。あるいは、熱可塑性樹脂（フレキシブルプリント配線板のベースフィルム）は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いてもよい。要は、ＰＥＩとＰＥＥＫとＰＥＮとＰＥＴの少なくともいずれかを含むものであればよい。
【００３３】
あるいは、フレキシブルプリント配線板の絶縁基板（ベースフィルム）として、図６に示すように、ポリイミド基材（ＰＩ）４０に、ＰＥＥＫとＰＥＩとＰＥＮとＰＥＴの少なくともいずれかの層４１を積層（ラミネート）した構造のものを使用してもよい。この積層時において、例えば、接着剤を用いて両者４０，４１を接着することができる。また、ポリイミド基材４０は熱膨張係数が１５〜２０ｐｐｍ程度であり、配線として利用されることが多い銅の熱膨張係数と近いため（１７〜２０ｐｐｍ）、剥がれやフレキシブルプリント配線板の反り等の発生を防止することができる。
【００３４】
また、導電性接着剤を用いて両プリント配線板でのランド（端子）を接合したり、半田メッキ膜や導電性粒子を介して接合してもよい。さらに、ランド同士を直接接触させてもよい。
【００３５】
また、図２においては角ランド１１ａ，１３ａであったが、丸ランドや異形ランドなどその形状はいずれでもよい。
さらに応用例として、図３においてランド（１３ａ）を除く導体パターン（１３）を上下から熱可塑性樹脂で挟み込むようにフレキシブルプリント配線板を構成してもよい。その場合、下側の熱可塑性樹脂がガラスエポキシ基板１０に強固に密着する。その結果、接続部位の樹脂封止とともに両基板の接続強度を向上することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３６】
本実施形態では、第１の実施形態の構成に加え、図７に示すように、ガラスエポキシ基板１０とＰＥＩフィルム１２の接着箇所において、ＰＥＩフィルム１２におけるガラスエポキシ基板１０との界面には接着力向上層３０が形成され、接着力向上層３０には炭化水素化合物が分散している。炭化水素化合物として、アルカン類であるテトラデカン（Ｃ₁₄Ｈ₃₀）を用いている。接着力向上層３０の厚さは２０〜１００μｍ程度である。この状態でＰＥＩフィルム１２がガラスエポキシ基板１０に強固に接着している。つまり、アルカンを基板間に介在させ接着させるとピール強度が向上する。
【００３７】
次に、製造方法を図８を用いて説明する。
図８（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂材料であるＰＥＩフィルム１２とガラスエポキシ基板１０を用意する。このＰＥＩフィルム１２およびガラスエポキシ基板１０にはそれぞれ導体パターンが形成されている。そして、ＰＥＩフィルム１２における接着箇所に、アルカン類であるテトラデカン（Ｃ₁₄Ｈ₃₀）よりなる膜（以下、アルカン膜という）３１を塗布する。テトラデカン（Ｃ₁₄Ｈ₃₀）の沸点は２５０℃である。
【００３８】
なお、アルカン類としては、カーボン数９から３０の間のアルカン類を使用するとよい。具体的には、ノナン（Ｃ₉Ｈ₂₀）、デカン（Ｃ₁₀Ｈ₂₂）、ウンデカン（Ｃ₁₁Ｈ₂₄）、ドデカン（Ｃ₁₂Ｈ₂₆）、トリデカン（Ｃ₁₃Ｈ₂₈）、ペンタデカン（Ｃ₁₅Ｈ₃₂）、ヘキサデカン（Ｃ₁₆Ｈ₃₄）、ヘプタデカン（Ｃ₁₇Ｈ₃₆）、オクタデカン（Ｃ₁₈Ｈ₃₈）、ナノデカン（Ｃ₁₉Ｈ₄₀）、イコサン（Ｃ₂₀Ｈ₄₂）、ヘニコサン（Ｃ₂₁Ｈ₄₆）、ドコサン（Ｃ₂₂Ｈ₄₆）、トリコサン（Ｃ₂₃Ｈ₄₈）、テトラコサン（Ｃ₂₄Ｈ₅₀）、ペンタコサン（Ｃ₂₅Ｈ₅₂）、ヘキサコサン（Ｃ₂₆Ｈ₅₄）、ペプタコサン（Ｃ₂₇Ｈ₅₆）、オクタコサン（Ｃ₂₈Ｈ₅₈）、ナノコサン（Ｃ₂₉Ｈ₆₀）、トリアコンタン（Ｃ₃₀Ｈ₆₂）である。
【００３９】
そして、図８（ｂ）に示すように、ガラスエポキシ基板１０の上にアルカン膜３１を介在させた状態でＰＥＩフィルム１２を配置する。
さらに、この状態で、前述の加熱ツールを用いて接着箇所をポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のガラス転移温度Ｔｇである２４０℃よりも高い２７０℃に加熱する。また同時に、ＰＥＩフィルム１２とガラスエポキシ基板１０との間に０．５メガパスカルの圧力を加える。この加熱および加圧は１０秒間行う。
【００４０】
この結果、図８（ｃ）に示すように、ＰＥＩフィルム１２が軟化変形するとともに、介在させたアルカン膜３１でのアルカンが沸騰して、軟化したＰＥＩフィルム１２におけるガラスエポキシ基板１０との界面にアルカンが分散した接着力向上層３０が形成され、この状態でＰＥＩフィルム１２がガラスエポキシ基板１０に強固に接着される。また、アルカンが分散した層３０は弾性率が低くなっており、ガラスエポキシ基板１０の上面との密着性がよい。
【００４１】
図９には、接着界面温度を変えていったときの接着強度の測定結果を示す。サンプルには、アルカン膜（Ｃ₁₄Ｈ₃₀）を用いたものと、用いなかったものを使用している。
【００４２】
この図９から、例えば２７０℃で接着する場合には、アルカン膜を用いることにより、１．５Ｎ／ｍｍの接着強度を得ることができることが分かる。換言すると、同じ接着強度を得る場合には、より低い温度での加熱でよいことになる。具体的には、図９において縦軸の接着強度を１．５Ｎ／ｍｍとしたい場合において、アルカン膜を用いない場合には約３００℃に加熱する必要があるが、アルカン膜を用いると約２７０℃に加熱するだけでよいことになる。
【００４３】
このように、接着界面にアルカンが分散した接着力向上層３０を用いて、ＰＥＩフィルム１２を接着させることにより、強い接着強度が得られる。その結果、接着強度が高く、絶縁信頼性が高いものとなる。また、アルカン等の炭化水素化合物は疎水性を有しているので防湿絶縁性に優れている。
【００４４】
また、低温での接着が可能となり、樹脂の過度の流れだしによるフィルム膜厚の減少を防止できる。詳しくは、図１０（ａ）で示すように、ランド１１ａ，１３ａにおいて半田ペースト２０ａ，２０ｂを塗布し、ヒーターヘッド２１を用いて加熱することにより、図１０（ｂ）で示すように、半田１４による接合が行われるが、ヒーターヘッド２１を用いて高い温度に加熱すると、樹脂流動過剰な状態となり、ランド１１ａ，１３ａでのフィルム厚さｔが薄くなり封止性が不足してしまう可能性がある。これに対し本例では、アルカンを介在させて、より低い温度で接着を行うことができるので、樹脂流動を抑制して十分なフィルム厚さｔを確保することができる。
【００４５】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）第１の実施形態の構成に加え、フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２（絶縁基板）とリジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０とをアルカン膜３１を介在させた状態で配置し、接着箇所をＰＥＩのガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱することにより、フレキシブルプリント配線板５でのＰＥＩフィルム１２の材料であるＰＥＩにおけるリジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０との界面にアルカンが分散した接着力向上層３０を形成した状態でフレキシブルプリント配線板５でのＰＥＩフィルム１２をリジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０に接着させるようにしたので、接着強度が向上する。
【００４６】
なお、本例の場合も、熱可塑性樹脂材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）とポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）とポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の少なくともいずれかを含むものであると好ましい。このとき、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）にポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を混合するとピール強度が向上する。また、本例の場合も、図６に示したようにポリイミド基材４０に、ＰＥＥＫとＰＥＩとＰＥＮとＰＥＴの少なくともいずれかの層４１を積層したものを使用してもよい。
【００４７】
また、炭化水素化合物はアルカン類であったが、他にも炭素結合の側鎖を持つ物質、炭化水素の骨格中に炭素の二重結合を有するアルケン類、三重結合を有するアルキン類、官能基を持たない芳香族または環式炭化水素を用いることができる。さらに、炭化水素化合物の他にもシリコーンオイル等を用いてもよく、要は弾性率低下物質であればよい。
【００４８】
また、被接着材はガラスエポキシ基板であったが、この他にも樹脂材として熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂、樹脂材以外にも銅箔等の金属材料でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における電子機器の一部を示す斜視図。
【図２】第１の実施形態における接続部分を示す図。
【図３】製造方法を説明するための断面図。
【図４】製造方法を説明するための図。
【図５】製造方法を説明するための断面図。
【図６】別例の基板の説明図。
【図７】第２の実施形態における接着部分を示す図。
【図８】製造方法を説明するための断面図。
【図９】接着強度の測定結果を示す図。
【図１０】ランド部分での断面図。
【図１１】従来技術を説明するための断面図。
【符号の説明】
２…リジッドプリント配線板、５…フレキシブルプリント配線板、１０…ガラスエポキシ基板、１１…導体パターン、１１ａ…ランド、１２…ＰＥＩフィルム、１３…導体パターン、１３ａ…ランド、１５…ＰＥＩ樹脂、２０ａ，２０ｂ…半田ペースト、３０…接着力向上層、３１…アルカン膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a printed wiring board connection method and connection structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for connecting a printed wiring board, a technique using an anisotropic conductive resin is known (Japanese Patent Laid-Open No. 9-8453). As shown in FIG. 11, an anisotropic conductive thermoplastic resin 52 is provided between the conductor pattern forming surface of the first printed wiring board 50 and the conductor pattern forming surface of the second printed wiring board 51, as shown in FIG. The lands 50a and 51a are brought close to each other by pressure and ultrasonic waves to establish conduction.
[0003]
However, in this method, the anisotropic conductive resin film (52) is printed on the surfaces of the printed wiring boards 50 and 51, or the anisotropic conductive resin film (52) is printed on the surfaces of the printed wiring boards 50 and 51. It must be placed, which increases the number of processes and increases costs. Moreover, since it is necessary to arrange the printed wiring boards 50 and 51 so that the surfaces of the printed wiring boards 50 and 51 face each other with the anisotropic conductive thermoplastic resin 52 interposed, voids are likely to remain at the bonding interface, and there is a problem in reliability. Remain.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a printed wiring board connection method and connection structure capable of improving connection reliability and reducing costs.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the land of the conductor pattern formed on the first printed wiring board using the thermoplastic resin as the insulating substrate material and the land of the conductor pattern formed on the second printed wiring board are provided. Arranged in layers. And a connection location is heated more than the glass transition temperature of a thermoplastic resin, and the external pressure is applied to the said location, and the land of the 1st printed wiring board and the land of the 2nd printed wiring board are electrically connected together are, the electrical connections are sealed with a thermoplastic resin portion of the thermoplastic resin extending from the insulating substrate material in the first printed circuit board to the electrical connection portion is provided sheet.
[0006]
In this way, without using an anisotropic conductive resin film or anisotropic conductive resin film, it is possible to perform resin sealing simultaneously with terminal connection by utilizing the deformability due to the softening of the substrate itself, thus reducing costs. Can be achieved.
[0007]
Further, since the thermoplastic resin is softened and the connection portion is sealed with the thermoplastic resin while pushing away the air, it is difficult to form a void and the connection reliability is improved.
Here, as described in claim 2, it is practically preferable that the thermoplastic resin contains at least one of polyetherimide, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate.
[0008]
In addition, as described in claim 3, as an insulating substrate of the first printed wiring board, at least one layer of polyether ether ketone, polyether imide, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate is formed on a polyimide base material. Use of a laminate is practically preferable.
[0009]
Further, as described in claim 4, the insulating substrate of the first printed wiring board and the insulating substrate of the second printed wiring board are arranged with a film made of a material having a reduced elastic modulus interposed, Is heated to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin so that the elastic modulus lowering substance is formed at the interface between the second printed wiring board and the insulating substrate in the thermoplastic resin which is the insulating substrate material in the first printed wiring board. If the insulating substrate of the first printed wiring board is bonded to the insulating substrate of the second printed wiring board in a state where the dispersed adhesion improving layer is formed, the adhesive strength can be improved.
[0010]
Here, as described in claim 5, a hydrocarbon compound can be used as the elastic modulus lowering substance, and as described in claim 6, as the hydrocarbon compound, alkanes, alkenes or alkynes. Is practically preferable.
[0011]
According to invention of Claim 7, the land of the conductor pattern formed in the 1st printed wiring board using the thermoplastic resin as an insulating board material, and the land of the conductor pattern formed in the 2nd printed wiring board, Are electrically connected, and this electrical connection location is sealed with a thermoplastic resin extending from the insulating substrate in the first printed wiring board, so that an anisotropic conductive resin film or anisotropic conductive resin Without using a film, it is possible to perform resin sealing simultaneously with terminal connection using the meltability of the substrate itself, so that costs can be reduced and the thermoplastic resin is softened and deformed so that the connection location is Sealed with a thermoplastic resin, it is difficult to form voids and connection reliability is improved.
[0012]
Here, as described in claim 8, it is practically preferable that the thermoplastic resin contains at least one of polyetherimide, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate.
[0013]
Further, as described in claim 9, as an insulating substrate of the first printed wiring board, at least one layer of polyether ether ketone, polyether imide, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate is formed on a polyimide base material. Use of a laminate is practically preferable.
[0014]
In addition, as described in claim 10, an adhesion improving layer in which an elastic modulus reducing material is dispersed is formed at an interface between the insulating substrate of the first printed wiring board and the insulating substrate of the second printed wiring board. If the insulating substrate on the first printed wiring board is bonded to the insulating substrate on the second printed wiring board in the state, the adhesive strength is improved.
[0015]
Here, as described in claim 11, a hydrocarbon compound can be used as the elastic modulus lowering substance, and as described in claim 12, as the hydrocarbon compound, alkanes, alkenes or alkynes. Is practically preferable.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a part of an electronic apparatus according to this embodiment. A rigid printed wiring board 1 and a rigid printed wiring board 2 are supported inside the electronic device. Various electronic components are mounted on the rigid printed wiring board 1, and FIG. 1 shows a state in which the IC 3 of the DIP package is inserted and mounted by the pins 3a. Similarly, various electronic components 4 are also mounted on the rigid printed wiring board 2. Glass cloth base epoxy resin is used for the insulating substrates of the rigid printed wiring boards 1 and 2.
[0018]
A flexible printed wiring board 5 is electrically connected to the rigid printed wiring board 1 and the rigid printed wiring board 2 that are horizontally arranged vertically. That is, the flexible printed wiring board 5 is connected to the right side of the rigid printed wiring board 1 and the right side of the rigid printed wiring board 2 in FIG. Polyetherimide (PEI) is used for the base film which is an insulating substrate of the flexible printed wiring board 5. This polyetherimide (PEI) is a thermoplastic resin that has a heat resistance equal to or higher than the melting temperature of the solder and softens at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature.
[0019]
In FIG. 2, the connection location of the rigid printed wiring board 2 and the flexible printed wiring board 5 is enlarged and shown. In FIG. 2, a plane and an AA cross section are shown.
A plurality of conductor patterns 11 are formed on the upper surface of the glass epoxy substrate 10 of the rigid printed wiring board 2, and lands (corner lands) 11 a are located at the ends of the substrate. A plurality of conductor patterns 13 are formed on the surface of the PEI film 12 of the flexible printed wiring board 5, and lands (corner lands) 13a are located at the end of the substrate. The conductor patterns 11 and 13 are copper patterns and have a thickness of 18 μm. The land 11a of the conductor pattern 11 and the land 13a of the conductor pattern 13 are joined by the solder 14 at the connection portion of the rigid printed wiring board 2 and the flexible printed wiring board 5, and the glass epoxy board 10 of the rigid printed wiring board 2 is joined. The PEI film 12 of the flexible printed wiring board 5 is adhered. Furthermore, the electrical connection locations of the conductor patterns 11 and 13 by the lands 11 a and 13 a are sealed with a polyetherimide (PEI) resin 15 extending from the PEI film 12 of the flexible printed wiring board 5.
[0020]
Next, a method for connecting the flexible printed wiring board 5 as the first printed wiring board and the rigid printed wiring board 2 as the second printed wiring board will be described with reference to FIGS.
[0021]
As shown in FIG. 3, a rigid printed wiring board 2 and a flexible printed wiring board 5 are prepared. The thickness of the PEI film 12 of the flexible printed wiring board 5 is 25 to 100 μm. A conductive pattern 11 is formed on the glass epoxy substrate 10 of the rigid printed wiring board 2, and a conductive pattern 13 is formed on the PEI film 12 of the flexible printed wiring board 5.
[0022]
And solder paste 20a, 20b is apply | coated to the land 11a of the conductor pattern 11 of the rigid printed wiring board 2, and the land 13a of the conductive pattern 13 of the flexible printed wiring board 5 (or solder plating is formed with respect to the land 13a. Solder may be formed by solder coating). In this example, tin-lead eutectic solder is used as the solder, and the melting point (melting temperature) is 183 ° C.
[0023]
Then, as shown in FIG. 4, the flexible printed wiring board 5 is placed on the rigid printed wiring board 2, and the lands 11a and 13a of the two conductor patterns 11 and 13 are placed close to each other via the solder pastes 20a and 20b. To do.
[0024]
Further, the head 21 of the heating tool is disposed in the land portion, and the temperature of the head 21 is raised while pressing downward. Thereby, while a connection location is heated to the temperature higher than 240 degreeC which is the glass transition temperature Tg of polyetherimide (PEI), a pressure is applied to the said location from the outside. More specifically, the heating temperature is 240 to 300 ° C., and heating and pressurization are continued for 5 to 15 seconds. In this example, a pulse heating heating tool (heater head 21) is used.
[0025]
While the lands 11a and 13a are connected by melting of the heat by this heat, the lands 11a and 13a are simultaneously sealed by softening deformation using the PEI film 12 (resin) of the flexible printed wiring board 5. Done.
[0026]
That is, as shown in FIG. 5, the land 11a of the rigid printed wiring board 2 and the land 13a of the flexible printed wiring board 5 are soldered and electrically connected. Further, a part of the PEI film 12 is deformed by the heater head 21 and supplied to the lands (electric connection portions) 11 a and 13 a, and the electric connection portions are sealed with the PEI resin 15.
[0027]
In this way, resin sealing can be performed simultaneously with terminal connection by using the meltability of the substrate itself without using an anisotropic conductive resin film or an anisotropic conductive resin film as compared with the conventional method. Can be reduced.
[0028]
In addition, since the PEI resin of the PEI film 12 softens and flows downward and pushes air away, the connection location is sealed with the PEI resin 15 so that a void can be formed as compared with the conventional case where the film is sandwiched in the surface. Less likely to leave voids and improves reliability.
[0029]
Thus, the present embodiment has the following features.
(A) Solder paste 12a, 12b is interposed between the land 13a of the conductor pattern 13 formed on the flexible printed wiring board 5 using PEI as the insulating substrate material and the land 11a of the conductor pattern 11 formed on the rigid printed wiring board 2. In such a state, the connection portion is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature Tg of the PEI, and pressure is applied to the portion from the outside, so that the land 13a of the flexible printed wiring board 5 and the land 11a of the rigid printed wiring board 2 are applied. Are electrically connected, and a part of PEI which is an insulating substrate material in the flexible printed wiring board 5 is supplied to the electrical connection portion and the electrical connection portion is sealed with the PEI resin 15, so that connection reliability is improved. Improvement and cost reduction can be achieved.
[0030]
In this example, the electrical connection between the rigid printed wiring board and the flexible printed wiring board is softened using the thermoplastic properties of the flexible printed wiring board, and the resin sealing around the terminals is performed simultaneously with the soldering of the terminals. Although it is performed simultaneously, in the connection between the first printed wiring board and the second printed wiring board, a flexible printed wiring board resin that is thermoplastic and can be melted may be used for both or one of them.
[0031]
Further, the lower printed wiring board may be a printed wiring board using a thermoplastic resin as an insulating substrate material in the same manner as the upper printed wiring board. Further, the insulating substrate of the lower printed wiring board may be a ceramic substrate or a metal base substrate in addition to the resin substrate.
[0032]
Further, the thermoplastic resin (base film of the flexible printed wiring board) may be polyether ether ketone (PEEK) or a material containing both in addition to PEI. Alternatively, polyethylene naphthalate (PEN) or polyethylene terephthalate (PET) may be used as the thermoplastic resin (base film of the flexible printed wiring board). In short, what is necessary is just to include at least one of PEI, PEEK, PEN, and PET.
[0033]
Alternatively, as an insulating substrate (base film) of a flexible printed wiring board, as shown in FIG. 6, at least one layer 41 of PEEK, PEI, PEN, and PET is laminated (laminated) on a polyimide base material (PI) 40. You may use the thing of the structure made. At the time of this lamination | stacking, both 40 and 41 can be adhere | attached using an adhesive agent, for example. Moreover, since the polyimide base material 40 has a thermal expansion coefficient of about 15 to 20 ppm and is close to the thermal expansion coefficient of copper that is often used as wiring (17 to 20 ppm), such as peeling and warping of a flexible printed wiring board. Occurrence can be prevented.
[0034]
Moreover, you may join the land (terminal) in both printed wiring boards using a conductive adhesive, or may join via a solder plating film or conductive particles. Further, the lands may be brought into direct contact with each other.
[0035]
Further, although the corner lands 11a and 13a are shown in FIG. 2, any shape such as a round land or a deformed land may be used.
Furthermore, as an application example, the flexible printed wiring board may be configured so that the conductor pattern (13) excluding the land (13a) in FIG. In that case, the lower thermoplastic resin adheres firmly to the glass epoxy substrate 10. As a result, the connection strength between the two substrates can be improved together with the resin sealing of the connection site.
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
[0036]
In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, as shown in FIG. 7, an adhesive force is exerted on the interface between the glass epoxy substrate 10 and the PEI film 12 at the bonding position between the glass epoxy substrate 10 and the PEI film 12. The improvement layer 30 is formed, and the hydrocarbon compound is dispersed in the adhesion improvement layer 30. Tetradecane (C ₁₄ H ₃₀ ), which is an alkane, is used as the hydrocarbon compound. The thickness of the adhesive force improving layer 30 is about 20 to 100 μm. In this state, the PEI film 12 is firmly bonded to the glass epoxy substrate 10. That is, peel strength is improved by intercalating alkanes between the substrates.
[0037]
Next, a manufacturing method is demonstrated using FIG.
As shown to Fig.8 (a), the PEI film 12 and the glass epoxy board | substrate 10 which are thermoplastic resin materials are prepared. Conductive patterns are formed on the PEI film 12 and the glass epoxy substrate 10 respectively. Then, the adhering portions of the PEI film 12, film made of tetradecane is alkanes (C ₁₄ H ₃₀₎ (hereinafter, referred alkane film) 31 is coated. Tetradecane (C ₁₄ H ₃₀ ) has a boiling point of 250 ° C.
[0038]
Note that alkanes having 9 to 30 carbon atoms may be used as the alkanes. Specifically, nonane (C ₉ H ₂₀ ), decane (C ₁₀ H ₂₂ ), undecane (C ₁₁ H ₂₄ ), dodecane (C ₁₂ H ₂₆ ), tridecane (C ₁₃ H ₂₈ ), pentadecane (C ₁₅ H _32), hexadecane (C ₁₆ H _34), heptadecane (C ₁₇ H _36), octadecane (C ₁₈ H _38), Nanodekan (C ₁₉ H _40), icosane (C ₂₀ H _42), Henikosan (C ₂₁ H ₄₆₎ , Docosane (C ₂₂ H ₄₆ ), tricosane (C ₂₃ H ₄₈ ), tetracosane (C ₂₄ H ₅₀ ), pentacosane (C ₂₅ H ₅₂ ), hexacosane (C ₂₆ H ₅₄ ), peptacosane (C ₂₇ H ₅₆ ), octacosane (C ₂₈ H ₅₈ ), nanocosane (C ₂₉ H ₆₀ ), and triacontane (C ₃₀ H ₆₂ ).
[0039]
Then, as shown in FIG. 8B, the PEI film 12 is disposed on the glass epoxy substrate 10 with the alkane film 31 interposed.
Further, in this state, the bonded portion is heated to 270 ° C., which is higher than 240 ° C. which is the glass transition temperature Tg of polyetherimide (PEI), using the heating tool described above. At the same time, a pressure of 0.5 megapascal is applied between the PEI film 12 and the glass epoxy substrate 10. This heating and pressurization is performed for 10 seconds.
[0040]
As a result, as shown in FIG. 8C, the PEI film 12 is softened and deformed, and the alkane in the intercalated alkane film 31 boils, so that the softened PEI film 12 has an interface with the glass epoxy substrate 10. The adhesion improving layer 30 in which the alkane is dispersed is formed, and the PEI film 12 is firmly bonded to the glass epoxy substrate 10 in this state. Further, the layer 30 in which the alkane is dispersed has a low elastic modulus, and has good adhesion to the upper surface of the glass epoxy substrate 10.
[0041]
FIG. 9 shows the measurement results of the adhesive strength when the adhesive interface temperature is changed. Samples with and without an alkane membrane (C ₁₄ H ₃₀ ) are used.
[0042]
From FIG. 9, it can be seen that, for example, when bonding at 270 ° C., an adhesive strength of 1.5 N / mm can be obtained by using an alkane film. In other words, in order to obtain the same adhesive strength, heating at a lower temperature is sufficient. Specifically, in the case where the adhesive strength on the vertical axis in FIG. 9 is 1.5 N / mm, it is necessary to heat to about 300 ° C. when the alkane film is not used. All you need to do is heat to ° C.
[0043]
Thus, strong adhesive strength is obtained by adhering the PEI film 12 using the adhesive force improving layer 30 in which alkane is dispersed at the adhesive interface. As a result, the adhesive strength is high and the insulation reliability is high. In addition, since hydrocarbon compounds such as alkanes have hydrophobicity, they are excellent in moisture-proof insulating properties.
[0044]
Moreover, adhesion at a low temperature is possible, and a reduction in film thickness due to excessive flow of resin can be prevented. Specifically, as shown in FIG. 10A, solder pastes 20a and 20b are applied to the lands 11a and 13a and heated using the heater head 21, whereby the solder 14 as shown in FIG. However, if the heater head 21 is used to heat to a high temperature, the resin flow becomes excessive, and the film thickness t at the lands 11a and 13a becomes thin, which may result in insufficient sealing performance. is there. On the other hand, in this example, since alkane can be interposed and adhesion can be performed at a lower temperature, resin flow can be suppressed and sufficient film thickness t can be ensured.
[0045]
Thus, the present embodiment has the following features.
(A) In addition to the configuration of the first embodiment, the PEI film 12 (insulating substrate) of the flexible printed wiring board 5 and the glass epoxy substrate 10 of the rigid printed wiring board 2 are arranged with the alkane film 31 interposed therebetween. The alkane is dispersed at the interface with the glass epoxy substrate 10 of the rigid printed wiring board 2 in the PEI which is the material of the PEI film 12 in the flexible printed wiring board 5 by heating the bonding portion to the glass transition temperature Tg of the PEI or higher. Since the PEI film 12 on the flexible printed wiring board 5 is adhered to the glass epoxy substrate 10 of the rigid printed wiring board 2 in a state where the adhesion improving layer 30 is formed, the adhesive strength is improved.
[0046]
In the case of this example as well, the thermoplastic resin material preferably contains at least one of polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethylene terephthalate (PET). . At this time, when polyether imide (PEI) is mixed with polyether ether ketone (PEEK), the peel strength is improved. Also in this example, as shown in FIG. 6, a polyimide base material 40 in which at least one layer 41 of PEEK, PEI, PEN, and PET is laminated may be used.
[0047]
The hydrocarbon compounds were alkanes, but also other substances having a carbon-bonded side chain, alkenes having a carbon double bond in the hydrocarbon skeleton, alkynes having a triple bond, functional groups Aromatic or cyclic hydrocarbons having no can be used. Furthermore, in addition to the hydrocarbon compound, silicone oil or the like may be used.
[0048]
Further, the adherend was a glass epoxy substrate, but besides this, a thermoplastic or thermosetting resin as a resin material, or a metal material such as copper foil may be used in addition to the resin material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a part of an electronic apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a connection portion in the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 4 is a view for explaining a manufacturing method.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 6 is an explanatory diagram of another example of the substrate.
FIG. 7 is a view showing an adhesion portion in the second embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 9 is a view showing a measurement result of adhesive strength.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a land portion.
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Rigid printed wiring board, 5 ... Flexible printed wiring board, 10 ... Glass epoxy board, 11 ... Conductor pattern, 11a ... Land, 12 ... PEI film, 13 ... Conductor pattern, 13a ... Land, 15 ... PEI resin, 20a, 20b ... solder paste, 30 ... adhesion strength improving layer, 31 ... alkane film.

Claims

A step of arranging the land of the conductor pattern formed on the first printed wiring board using the thermoplastic resin as the insulating substrate material and the land of the conductor pattern formed on the second printed wiring board,
While heating the connection location above the glass transition temperature of the thermoplastic resin and applying external pressure to the site, the land of the first printed wiring board and the land of the second printed wiring board are electrically connected a step of sealing the electrical connection portion of a thermoplastic resin a part of the thermoplastic resin extending from the insulating substrate material in the first printed circuit board to the electrical connections provided feeding to,
A method of connecting a printed wiring board, comprising:

The printed wiring board connection method according to claim 1, wherein the thermoplastic resin includes at least one of polyetherimide, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate.

As the insulating substrate of the first printed wiring board, a polyimide base material in which at least one layer of polyetheretherketone, polyetherimide, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate is laminated is used. The connection method of the printed wiring board of Claim 1.

The insulating substrate of the first printed wiring board and the insulating substrate of the second printed wiring board are arranged in a state where a film made of a material having a reduced elastic modulus is interposed, and the bonding location is equal to or higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin. By heating, an adhesive strength improving layer in which an elastic modulus lowering substance is dispersed at the interface with the insulating substrate of the second printed wiring board in the thermoplastic resin that is an insulating substrate material in the first printed wiring board is formed. 2. The printed wiring board connection method according to claim 1, wherein the insulating substrate of the first printed wiring board is bonded to the insulating substrate of the second printed wiring board in a state where the printed wiring board is in a state of being printed.

The printed wiring board connection method according to claim 4, wherein the elastic modulus lowering substance is a hydrocarbon compound.

The printed wiring board connection method according to claim 5, wherein the hydrocarbon compound is an alkane, an alkene, or an alkyne.

The land of the conductor pattern formed on the first printed wiring board using the thermoplastic resin as the insulating substrate material is electrically connected to the land of the conductor pattern formed on the second printed wiring board. A connection structure of a printed wiring board, wherein a connection portion is sealed with a thermoplastic resin extending from an insulating substrate in the first printed wiring board.

The printed wiring board connection structure according to claim 7, wherein the thermoplastic resin includes at least one of polyetherimide, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate.

As the insulating substrate of the first printed wiring board, a polyimide base material in which at least one layer of polyetheretherketone, polyetherimide, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate is laminated is used. The printed wiring board connection structure according to claim 7.

In the state of the first printed wiring board in the state where the adhesive strength improving layer in which the elastic modulus lowering substance is dispersed is formed at the interface between the insulating board in the first printed wiring board and the insulating substrate in the second printed wiring board. 8. The printed wiring board connection structure according to claim 7, wherein the insulating board is bonded to the insulating board of the second printed wiring board.

The printed wiring board connection structure according to claim 10, wherein the elastic modulus lowering substance is a hydrocarbon compound.

12. The printed wiring board connection structure according to claim 11, wherein the hydrocarbon compound is an alkane, an alkene, or an alkyne.