JP5194653B2 - 立体プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、パソコン、移動体通信用電話機、ビデオカメラ等の各種電子機器に広く用いられる立体プリント配線板に関するものである。

最近、モバイル商品としてパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などが普及し、特にその小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等の要望が強く、それに対応するため半導体の実装形態も、パッケージの小型・低背化、三次元実装化が進んでいる。このような半導体パッケージの低背化、三次元実装化を容易に実現する方法の一つとして、キャビティ基板を用いる方法が知られている。

以下に従来のキャビティ基板の形態について、図８を用いて説明する。

図８において、熱硬化性樹脂からなる接続層２１を間にして、下側プリント配線板２２と、上側プリント配線板２３とを、電極の位置や窓の位置などを位置合わせしながら重ね合わせた後、加熱圧着して、電子部品埋め込み用の窪みを備える多層プリント配線板２７を形成している。

なお、この発明の出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−２５３７７４号公報

図８のような従来の多層プリント配線板は、一般的に熱硬化性樹脂からなる接続層は、上下のプリント配線板との積層時の温度上昇によりいったん溶融、硬化し、上下のプリント配線板との密着が得られたときの温度において応力がゼロとなる。その後冷却した際に、接続層と上下のプリント配線板における熱収縮の挙動が異なるので、これらの間に内部応力が加わることになり、完成後の多層プリント配線板において反りが発生するという課題を有していた。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高めることのできる立体プリント配線板を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は表層に配線が形成された形状の異なる複数のプリント配線板と、前記プリント配線板の間を接続する、厚みが３０〜３００μｍの接続層とを有し、前記接続層は、無機フィラーおよびエラストマー成分が熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁層からなり、この絶縁層の所定の位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性ペーストが充填されたビアを有し、前記接続層の壁面と、前記接続層の壁面と略同一壁面となるプリント配線板の壁面は、５〜３０μｍの厚みの絶縁性被膜で被覆され、さらに前記絶縁性被膜は、プリント配線板の表層に形成された配線の一部も被覆し、前記複数のプリント配線板は、共に樹脂基板であり、前記導電性ペーストは硬化性を有していることを特徴とする立体プリント配線板である。

このような構成にすることにより、無機フィラーの流動性は抑制され、かつ無機フィラーは樹脂よりも１／１０程度低熱膨張であるため、前記絶縁層の上下のプリント配線板よりも積層時の温度上昇による寸法変動が小さい。従って上下のプリント配線板は高温時にプレス圧力により形状を規制されながら内部応力を持ったまま密着するが、常温に戻ったときには応力は解放されあたかも常温で接着したかのように反りが低減されるため、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高めることが可能となり、さらに凹部を有しているので、凹部に部品実装することにより薄型のプリント配線板を実現することができる。

以上のように本発明は、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高めることが可能となるため、モバイル機器の小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等を実現するために必要な、半導体の高機能・多ピン化に対応した小型、低背、三次元実装化を容易に実現する実装形態を提供することが可能となる。

（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態における立体プリント配線板の斜視図および断面図である。本実施の形態の立体プリント配線板は、表層に配線が形成され互いに形状の異なる上側プリント配線板１と、下側プリント配線板２と、厚みが３０〜３００μｍの接続層３で構成され、上側プリント配線板１と下側プリント配線板２とが異なる形状を有しているために、図１（Ａ）に示すようにキャビティとなる凹部４が形成されることになる。

図１（Ｂ）に示すように、この凹部４に実装部品５を実装することによって、実装体としての総厚を薄くすることが可能となる。

本発明における接続層３の拡大断面図を図１（Ｃ）に示す。本発明の接続層３は、無機フィラーおよびエラストマー成分がたとえばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁層からなり、この絶縁層の所定の位置に貫通孔９が形成され、この貫通孔９に導電性ペースト６が充填されたビア７を有している。また、接続層３は織布、不織布、フィルムなどの芯材を含まない構成となっている。

本発明において、絶縁層における無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウムの内少なくとも一種以上のもので構成されていることが好ましい。また、絶縁層における無機フィラーの粒径は１〜１５μｍ、無機フィラーの含有率は７０〜９０重量％であることが好ましい。無機フィラーの含有量が７０％未満ならば、接続層３を形成する、無機フィラー量が熱硬化性樹脂の量に対して少なく粗な状態となり、熱硬化性樹脂がプレス中に流動する際に、同時に無機フィラーも流動してしまい、９０％を超えると、接続層３の樹脂量が少なくなり過ぎ、配線の埋込性や密着性が損なわれるため不適切である。

また、本発明におけるエラストマー成分は、アクリル系エラストマー、熱可塑性エラストマーのいずれかからなる。具体的には、たとえばポリブタジエンまたはブタジエン系ランダム共重合ゴムまたはハードセグメントとソフトセグメントを有する共重合体が用いられる。エラストマー成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．２〜５．０重量％が好ましい。

本発明において、接続層３を構成する熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマー成分が分散されていることにより、エラストマー成分が無機フィラー表面に偏析するため、無機フィラーの流動性をさらに抑制することができる。

本発明のプリント配線板に使用される導電性ペースト６は、銅、銀、金、パラジウム、ビスマス、錫およびこれらの合金の内から構成され、粒径は１〜２０μｍであることが好ましい。

次に、本実施の形態の立体プリント配線板の製造プロセスについて、図２、３、４を用いて詳細に説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、接続層３の両面にＰＥＴフィルム８を貼り付ける。次に図２（Ｂ）に示すように、接続層３を上側プリント配線板１の形状に切断し、上側プリント配線板１と下側プリント配線板２の配線とを接続させる位置に貫通孔９を形成する。次に図２（Ｃ）に示すように、貫通孔９内に銅または銅合金からなる導電性ペースト６を充填し、ビア７を形成する。次に図２（Ｄ）に示すように、接続層３を上側プリント配線板１または下側プリント配線板２のいずれか一方と接着させるために、一方の面のＰＥＴフィルム８を剥離する。ここでは、下側プリント配線板２と先に接着させるために下面のＰＥＴフィルム８を剥離しているが、先に上側のＰＥＴフィルム８を剥離してもよい。このとき、両面のＰＥＴフィルム８を同時に剥離すると、未硬化状態の接続層３は破砕しやすいため、取り扱いが困難となる。よって本実施の形態では、いずれか一方の面のＰＥＴフィルム８を剥離する。

次に、図３（Ａ）に示すように、接続層３を下側プリント配線板２の所望の位置に配置し、図３（Ｂ）に示すように、導電性ペースト６を下側プリント配線板２に形成された配線１０上に加熱加圧させながら積層する。この積層時に配線１０は接続層３に埋め込まれる。こうすることにより導電性ペースト６がさらに圧縮されるので、配線１０との接続性が大幅に向上する。その後、図３（Ｃ）に示すように、先に剥離しなかった面のＰＥＴフィルム８を剥離する。

次に、図４（Ａ）に示すように、上側プリント配線板１を接続層３上に配置し、図４（Ｂ）に示すように、図３の工程と同様に加熱加圧させながら積層させ、立体プリント配線板１５を完成させる。

この積層時に配線１０は接続層３に埋め込まれる。こうすることにより図３（Ｂ）と同様に導電性ペースト６がさらに圧縮されるので、配線１０との接続性が大幅に向上する。

接続層３を構成する熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマー成分が分散されていることにより、無機フィラーの流動性は抑制され、かつ無機フィラーは樹脂よりも低熱膨張であるため、積層時において接続層３が上側および下側のプリント配線板よりも温度上昇による寸法変動が小さい。従って上側および下側プリント配線板は高温時にプレス圧力により形状を規制されながら内部応力を持ったまま密着するが、常温に戻って立体プリント配線板１５が形成されたときには応力は解放され、反りが低減される。

なお、一般に、窪みすなわち凹部を有する構造の場合、凹部の隅部分にゴミや基材の粉末等がたまりやすくなる。凹部を有さない平滑なプリント配線板であれば、ゴミ取り用粘着ロールでゴミや粉末等を容易に除去していたが、凹部の隅部分は粘着ロールでの除去が困難であった。

そこで、凹部４内へのゴミや粉末が入るのを防止するために、上側プリント配線板１、下側プリント配線板２、接続層３の凹部４への粉末の飛散、凹部４へのゴミ等の付着およびそれによる実装の不具合を防止するために、図５に示すように、５〜３０μｍの厚みのドライフィルム状の永久レジスト１１を貼り付け、上側プリント配線板１、下側プリント配線板２、接続層３の壁面を被覆することが、本発明の立体プリント配線板としてより好ましい。これにより凹部４内の特に隅の部分への粉末やゴミの付着の防止を図ることができる。永久レジスト１１の厚みが５μｍ未満の場合ピンホールが発生しやすくなるのでコーティングが不十分となり、３０μｍを超えると基板への追従性が悪くなるので不適切である。

本発明の接続層３の熱膨張係数は、上側プリント配線板１および下側プリント配線板２の熱膨張係数以下、すなわち４〜６５ｐｐｍ／℃もしくはプリント配線板の熱膨張係数よりも低いということが望ましい。

４ｐｐｍ／℃未満の場合、シリコンなどの実装部品５の熱膨張係数よりも小さくなるので不適切である。６５ｐｐｍ／℃を超える場合、または上側プリント配線板１および下側プリント配線板２の熱膨張係数よりも高い場合、接続層３が変形しやすくなり、立体プリント配線板の反りや変形が発生しやすくなるので不適切である。

また、接続層３のガラス転移点（ＤＭＡ法 Dynamic Mechanical Analysis（動的粘弾性測定法））は、１８５℃以上もしくは上側プリント配線板１および下側プリント配線板２と比較して１０℃以上高いことが望ましい。１８５℃未満または差が１０℃未満ならば、導電性ペースト６が硬化をはじめ、形状を維持できるようになる前に積層時に接続層３が溶融しやすくなり、その結果ビア流れが発生しやすくなるので不適切である。

また、接続層３は、織布、不織布、フィルムなどの芯材を含まない構成のものを用いる。芯材を含む場合、上述の通り上側および下側のプリント配線板表面に形成された配線パターンの埋め込みが困難となるので不適切である。

接続層３の最低溶融粘度は、図６の溶融粘度曲線に示すように、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓが適切である。１０００Ｐａ・ｓ未満の場合、樹脂流れが大きくなり、凹部４内への流れ込みが発生するおそれがあり、１０００００Ｐａ・ｓを超える場合、プリント配線板との接着不良や配線１０への埋め込み不良が発生するおそれがあるので不適切である。

また、接続層３は、着色剤を含有していてもよい。この場合、実装性、光反射性が向上する。

また、接続層３の樹脂フローを抑制するためすなわち凹部４内に樹脂が流れるのを防止する必要があるため、接続層３の溶融温度よりも低い溶融温度の離型シートを用い、基板表面形状に沿うようにカバーして、プレス時における樹脂の流れをせき止める。

なお、上側プリント配線板１および下側プリント配線板２は、スルーホール配線板や全層ＩＶＨ構造のＡＬＩＶＨ配線板など、樹脂基板であれば特に限定されるものではなく、両面基板であっても多層基板であってもよい。また、プリント配線板と接続層を交互に複数層積層してもよい。

また、上側プリント配線板１および下側プリント配線板２に用いる絶縁材料は、ガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材としたが、アラミド、全芳香族ポリエステルから選ばれる有機質繊維およびガラス繊維、アルミナ繊維より選ばれる無機質繊維のいずれかで構成される織布と熱硬化性樹脂の複合材からなる場合、ｐ−アラミド、ポリイミド、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾ−ル、全芳香族ポリエステル、ＰＴＦＥ、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミドから選ばれる有機質繊維およびガラス繊維、アルミナ繊維より選ばれる無機質繊維のいずれかで構成される不織布と熱硬化性樹脂の複合材からなる場合および、ｐ−アラミド、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール、全芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリエステルテレフタレート、ポリイミドおよびポリフェニレンサルファイドの少なくともいずれかの合成樹脂フィルムの両面に熱硬化性樹脂層を形成した複合材を用いて絶縁材料を形成してもよい。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびシアネート樹脂から選ばれる少なくとも一つの熱硬化性樹脂を利用することができる。

なお、本実施の形態において、図１のように上側プリント配線板の形状を下側プリント配線板２よりも外枠が小さい浮き島形状のもので説明したが、図７に示すように外枠が同一形状で上側プリント配線板１の任意の箇所をくりぬいて凹部４を形成していてもかまわない。

本発明にかかる立体プリント配線板は、部品実装後の実装体としての基板総厚を薄く形成することができるため、パソコン、デジタルカメラ、携帯電話など小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等に対応するためのパッケージ基板として用いることができ、半導体パッケージの低背化、三次元実装化を容易に実現する方法の一つとして、これらの実装基板に関する用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す斜視図および断面図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す断面図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の接続層の溶融粘度を示す図 本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す斜視図および断面図 従来のプリント配線板の断面図

１ 上側プリント配線板
２ 下側プリント配線板
３ 接続層
４ 凹部
５ 実装部品
６ 導電性ペースト
７ ビア
８ ＰＥＴフィルム
９ 貫通孔
１０ 配線
１１ 永久レジスト
１５ 立体プリント配線板

Claims (11)

1. 表層に配線が形成された形状の異なる複数のプリント配線板と、前記プリント配線板の間を接続する、厚みが３０〜３００μｍの接続層とを有し、前記接続層は、無機フィラーおよびエラストマー成分が熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁層からなり、この絶縁層の所定の位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性ペーストが充填されたビアを有し、前記接続層の壁面と、前記接続層の壁面と略同一壁面となるプリント配線板の壁面は、５〜３０μｍの厚みの絶縁性被膜で被覆され、さらに前記絶縁性被膜は、プリント配線板の表層に形成された配線の一部も被覆し、
   前記複数のプリント配線板は、共に樹脂基板であり、
   前記導電性ペーストが硬化性を有していることを特徴とする立体プリント配線板。
2. 接続層における無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウムの少なくとも一つ以上からなる、請求項１に記載の立体プリント配線板。
3. 接続層における無機フィラーの含有量は７０〜９０重量％である、請求項１に記載の立体プリント配線板。
4. 接続層におけるエラストマー成分は、アクリル系エラストマー、熱可塑性エラストマーのいずれかからなり、含有量は０．２〜５．０重量％である、請求項１に記載の立体プリント配線板。
5. 接続層における熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂からなる、請求項１に記載の立体プリント配線板。
6. 接続層における無機フィラーの粒径が１〜１５μｍである、請求項１に記載の立体プリント配線板。
7. 接続層のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、４〜６５ｐｐｍ／℃もしくはプリント配線板の熱膨張係数よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
8. 接続層は芯材を含まない請求項１に記載の立体プリント配線板。
9. 接続層の最低溶融粘度は、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓである請求項１に記載の立体プリント配線板。
10. 絶縁性被膜は耐電防止剤が含有されている請求項１に記載の立体プリント配線板。
11. 接続層は、着色剤が含有されている請求項１に記載の立体プリント配線板。

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