JP5358928B2

JP5358928B2 - 立体プリント配線板

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Publication number: JP5358928B2
Application number: JP2007295426A
Authority: JP
Inventors: 禎志中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: JP2009123867A

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１３を用いて説明する。

図１３において、接続層２１を間にして、下側基板２２と、上側基板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

一般のプリント配線板は、基材とその基材上に配線を形成する銅箔との密着性を取るために形成されている銅箔表面の粗化形状が基材表面に転写され、１〜１５μｍの表面粗さが形成されている。

図１３のような窪みすなわち凹部を備えた多層プリント配線板２７の場合、上側基板２３と接続層２１と下側基板２２とを積層する際に一般に弾力性を有する離型シートを用いるが、積層後に離型シートを剥離する際に離型シートの一部が基材の表面粗さにより完全に剥離しきれずに基材上に残留するという課題を有していた。また、この表面粗さにより上側基板２３や接続層の粉末や異物等が基材上に残留することもあった。

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、本発明は上側基板と、下側基板と、これらの基板の間を接続する厚みが３０〜３００μｍの接続層とからなり、前記上側基板と前記下側基板とは互いに異なる形状を有し、前記接続層は、無機フィラー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する立体プリント配線板であって、前記上側基板と前記下側基板とを積層することにより形成される凹部の上面の領域にソルダレジストが形成され、前記接続層は芯材を含まない構成で、前記接続層は、前記上側基板あるいは下側基板のいずれかの表面に形成された配線であって隣接する２箇所のビア間を接続する配線も埋め込まれ、前記ソルダレジストの厚みは、前記接続層の厚みより薄く、前記接続層から前記凹部側にフローする前記熱硬化性樹脂が、前記ソルダレジストに接することでストップされ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、ソルダレジスト表面が粗化形状でないので、積層工程後に離型シートを基板上に残留することなく剥離することができる。これによ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立体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と断面図である。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基板１と、下側基板２と、厚みが３０〜３００μｍの接続層３で構成され、上側基板１と下側基板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。

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。

本発明の立体プリント配線板について、図２を用いてさらに詳細に説明する。

図２は、本発明の立体プリント配線板の一例を示す断面図である。本発明では、図２に示すように、前記上側基板１と前記下側基板２とを積層することにより形成される凹部４の上面の領域にソルダレジスト１４が形成されている。これにより、ソルダレジスト１４は粗化形状でないので、上側基板１と下側基板２と接続層３とを積層して立体プリント配線板を形成する積層工程に用いる離型シートを、凹部４内に残留させることなく剥離することができる。

また、接着層３の面積が上側基板１よりも小さく形成されることにより、熱プレス工程において生じる接着層３のフロー樹脂１５のたまり場を設けることができ、ソルダレジスト１４が熱プレス工程において生じる接続層３のフロー樹脂１５に対するストッパーとしての機能を有することができるので、下側基板２の表面に形成された配線パターンがフロー樹脂１５で汚染されることを確実に防止することができる。図２において、ソルダレジスト１４は、凹部４の内側の領域に形成されているが、凹部４の外側すなわち接続層３が最終的に形成される領域からはみ出すように形成されていてもよい。

なお、図２におけるソルダレジスト１４は、凹部４の上面の配線１０が形成されていない領域を少なくとも被覆するように形成されているが、本発明においてソルダレジスト１４は、配線１０が形成されている領域を含めて上面の全域に形成されていても良い。また、上側基板１と接続層３と下側基板２の積層が完了した後、上側基板１の壁面を被覆するようにさらに別にソルダレジストが形成されていてもよい。

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３〜５を用いて詳細に説明する。

まず、図３（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３（Ｂ）に示すように、接続層３を上側基板１より小さくかつ相似な形状に切断し、上側基板１と下側基板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３（Ｃ）に示すように、貫通孔９内に導電性ペースト６を充填し、ビア７を形成する。次に図３（Ｄ）に示すように、接続層３を上側基板１または下側基板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、下側基板２と先に接着させるために下面のＰＥＴフィルムを剥離しているが、上側基板１と先に接着させる場合先に上側のＰＥＴフィルムを剥離してもよい。このとき、両面のＰＥＴフィルム８を同時に剥離すると、未硬化状態の接着層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４（Ａ）に示すように、あらかじめ凹部４において所望の領域にソルダレジスト１４が形成された下側基板２に接続層３を配置し、さらに図４（Ｂ）に示すように、基板を積層するための離型シート（図示せず）を用いて、熱プレスにより導電性ペースト６を下側基板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４（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。ここで図４において、ソルダレジスト１４が凹部４の上面に形成されていることにより、接続層３のフロー樹脂１５に対するストッパー機能をより効果的にすることができる。

次に図５（Ａ）に示すように、上側基板１を接続層３上に配置し、図４（Ｂ）の工程と同様に、基板を積層するための離型シート（図示せず）を用いて、熱プレスにより図４の工程と同様に加熱加圧させながら積層させる。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。積層後、基板から離型シートを剥離するが、下側基板２の凹部４は底に形成されたソルダレジスト１４が粗化形状でないため、離型シートを凹部４内に残留させることなく剥離させることができる。また、加熱加圧によって接続層３からフロー樹脂１５が発生するが、ソルダレジスト１４によってフロー樹脂１５のはみ出しを防止することができるとともに、上側基板１，下側基板２，および接続層３から飛散する粉末や異物が凹部４内に残留するのを防止することができるため、凹部４内の表面の配線１０の汚染を防止することができる。

その後図５（Ｂ）に示すように立体プリント配線板１６を完成させる。

本発明の接続層３の熱膨張係数は、上側基板１および下側基板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。

熱膨張係数が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、または上側基板１および下側基板２の熱膨張係数よりも高い場合、接続層３の変形により立体プリント配線板のそ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℃以上もしくは上側基板１および下側基板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、離型シートは、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ものを用い、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。また、接続層３は、樹脂フローを抑制するためにさらにエラストマー成分を含有していることが好ましい。

なお、上側基板１および下側基板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、基板と接続層を交互に複数層積層してもよい。

なお、本実施の形態において、図１のように上側基板の形状を下側基板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基板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。

（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８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と断面図である。本実施の形態の立体プリント配線板は、実施の形態１の立体プリント配線板と同一の構成である。実施の形態２の特徴は、接続層３が、厚みが３０〜３００μｍで、熱可塑性樹脂からなる絶縁層であり、この絶縁層内に導電性ペーストが充填されたビアを有している。

本発明の立体プリント配線板について、図９を用いてさらに詳細に説明する。

図９は、本発明の立体プリント配線板の一例を示す断面図である。本発明では、図９に示すように、前記上側基板１と前記下側基板２とを積層することにより形成される凹部４の上面の領域にソルダレジスト１４が形成されている。これにより、ソルダレジスト１４は粗化形状でないので、上側基板１と下側基板２と接続層３とを積層して立体プリント配線板を形成する積層工程に用いる離型シートを凹部４内に残留させることなく剥離することができる。

また、接着層３の面積が上側基板１よりも小さく形成されることにより、熱プレス工程において生じる接着層３のフロー樹脂１５のたまり場を設けることができ、ソルダレジスト１４が熱プレス工程において生じる接続層３のフロー樹脂１５に対するストッパーとしての機能を有することができるので、下側基板２の表面に形成された配線パターンがフロー樹脂１５で汚染されることを確実に防止することができる。図９において、ソルダレジスト１４は、凹部４の内側の領域に形成されているが、凹部４の外側すなわち接続層３が最終的に形成される領域からはみ出すように形成されていてもよい。

なお、図９におけるソルダレジスト１４は、凹部４の上面の配線１０が形成されていない領域を少なくとも被覆するように形成されているが、本発明においてソルダレジスト１４は、配線１０が形成されている領域を含めて上面の全域に形成されていても良い。また、上側基板１と接続層３と下側基板２の積層が完了した後、上側基板１の壁面を被覆するようにさらに別にソルダレジストが形成されていてもよい。

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の参考例について、図１０，１１を用いて詳細に説明する。

まず、本実施の参考例における接続層３は、接着性を有しないため、カバーフィルム１３を貼り付けるための仮止め手段として、厚み１〜１０μｍの熱硬化性樹脂からなる糊層１２を形成する。なお、厚みが１μｍ未満の場合、ピンホールが発生するため、また、１０μｍを超える場合、後工程でカバーフィルム１３が剥離されなくなるおそれがあるため不適切である。糊層１２を形成後、接続層３の両面にカバーフィルム１３を貼り付ける。この状態を図１０（Ａ）に示す。なお、糊層１２は、実施の形態１に記載の接続層すなわち無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁層からなるものに貼り付けてもよい。

また、糊層１２は、ラミネート性を向上させるために常温時にタック性のないものが好ましい。次に図１０（Ｂ）に示すように、接続層３を上側基板１より小さくかつ相似な形状に切断し、上側基板１と下側基板２の配線とを接続させる位置に貫通孔９を形成する。その後図１０（Ｃ）に示すように、貫通孔９内に導電性ペースト６を充填し、ビア７を形成する。次に図１０（Ｄ）に示すように、接続層３を上側基板１および下側基板２と接着させるために、両面のカバーフィルム１３を剥離する。下側基板２は、凹部４の上面の領域にあらかじめソルダレジスト１４が形成されている。

次に、図１１（Ａ）に示すように、接続層３を上側基板１および下側基板２の所望の位置に配置し、図１１（Ｂ）に示すように、基板を積層するための離型シート（図示せず）を用いて、熱プレスにより導電性ペースト６を上側基板１および下側基板２に形成された配線１０上に加熱加圧させながら積層させる。以上の工程により立体プリント配線板１６を完成させる。

このとき、下側基板２の凹部４は底に形成されたソルダレジスト１４が粗化形状でないため、離型シートを凹部４内に残留させることなく剥離させることができる。また、加熱加圧によって接続層３からフロー樹脂１５が発生するが、ソルダレジスト１４によってフロー樹脂１５のはみ出しを防止することができるとともに、上側基板１，下側基板２，および接続層３から飛散する粉末や異物が凹部４内に残留するのを防止することができるため、下側基板２の表面の配線１０の汚染を防止することができる。

ここで図１１において、ソルダレジスト１４が凹部４の上面に形成されていることにより、接続層３のフロー樹脂１５に対するストッパー機能をより効果的にすることができる。

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。なお、本実施の参考例において、実施の形態１の図４〜５の積層方法を用いて立体プリント配線板１６を形成してもよい。

また、実施の形態１においても、接続層３にＰＥＴフィルム８を形成する前に糊層１２を形成してもよく、この場合接続層３の材料破砕を防止する効果を得ることができる。

本実施の形態における接続層３の熱可塑性樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、熱可塑性ポリイミド等が用いられる。

熱膨張係数が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、または上側基板１および下側基板２の熱膨張係数よりも高い場合、接続層３の変形により立体プリント配線板のそりが発生しやすくなるので不適切である。

また、接続層３の最低溶融粘度は、実施の形態１と同様、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。

なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様、図１２に示すように外枠が同一形状で上側基板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。

本発明の実施の形態１，２とも、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。

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と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１，２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と断面図本発明の実施の形態２における立体プリント配線板の一例を示す斜視図と断面図本発明の実施の形態２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参考例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参考例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２における立体プリント配線板の一例を示す斜視図と断面図従来のプリント配線板の断面図

符号の説明

１上側基板
２下側基板
３接続層
４凹部
５実装部品
６導電性ペースト
７ビア
８ＰＥＴフィルム
９貫通孔
１０配線
１２糊層
１３カバーフィルム
１４ソルダレジスト
１５フロー樹脂
１６立体プリント配線板

Claims

上側基板と、下側基板と、これらの基板の間を接続する厚みが３０〜３００μｍの接続層とからなり、前記上側基板と前記下側基板とは互いに異なる形状を有し、前記接続層は、無機フィラー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する立体プリント配線板であって、前記上側基板と前記下側基板とを積層することにより形成される凹部の上面の領域にソルダレジストが形成され、前記接続層は芯材を含まない構成で、前記接続層は前記上側基板や前記下側基板の表面に形成された配線であって２箇所のビア間を接続する配線も埋め込まれ、
前記ソルダーレジストの厚みは、前記接続層の厚みより薄く、
前記接続層から前記凹部側にフローする前記熱硬化性樹脂が、前記ソルダレジストに接することでストップされていることを特徴とする立体プリント配線板。
上側基板と、下側基板と、これらの基板の間を接続する厚みが３０〜３００μｍの接続層とからなり、前記上側基板と前記下側基板とは互いに異なる形状を有し、前記接続層は、熱可塑性樹脂からなる絶縁層であり、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する立体プリント配線板であって、前記上側基板と前記下側基板とを積層することにより形成される凹部の上面の領域にソルダレジストが形成され、前記接続層は芯材を含まない構成で、前記接続層は、前記上側基板あるいは下側基板のいずれかの表面に形成された配線であって２箇所のビア間を接続する配線も埋め込まれ、
前記ソルダレジストの厚みは、前記接続層の厚みより薄く、
前記接続層から前記凹部側にフローする前記熱硬化性樹脂が、前記ソルダレジストに接することでストップされていることを特徴とする立体プリント配線板。
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／℃もしくは前記複数の基板の熱膨張係数よりも低いことを特徴とする、請求項１または２に記載の立体プリント配線板。
接続層のガラス転移点（ＤＭＡ法）は、１８５℃以上もしくは前記複数の基板のガラス転移点よりも１０℃以上高いことを特徴とする、請求項１または２に記載の立体プリント配線板。
接続層の最低溶融粘度は、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓである請求項１または２に記載の立体プリント配線板。
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。