CN101803476A - 立体印刷布线板及其制造方法以及电子部件模块 - Google Patents

Abstract

立体印刷布线板(13)由具有开口部(18)的第1印刷布线板(22)以及位于开口部(18)的下方且经由具有导电膏部(19)的粘接层固定在第1印刷布线板(22)上的第2印刷布线板(26)构成，通过将高度高的电子部件(11b)设置在该立体印刷布线板(13)的位于开口部(18)内的第2印刷布线板(26)的第2布线部(14b)上，能够使其高度与设置在第1印刷布线板(22)的第1布线部(14a)上的高度低的电子部件(11a)的高度一致，能够实现安装部件的低高度化。

Description

立体印刷布线板及其制造方法以及电子部件模块

技术领域

本发明涉及能够应对线圈、电容器、半导体、连接器、开关等高度不同的电子部件的高密度安装的立体印刷布线板及其制造方法以及使用该立体印刷布线板的电子部件模块。

背景技术

近年来，随着手机等的小型化、高功能化，希望实现线圈、电容器、半导体、连接器、开关等高度不同的电子部件的低高度安装。

但是，在进行这些各种各样的电子部件的低高度安装时，很难实现高度最高的电子部件的低高度化。使用图8A、图8B来说明低高度化的问题。

图8A、图8B都是印刷布线板的剖视图，用于说明与在印刷布线板表面上安装多个电子部件时的低高度化有关的课题。在下面的说明中，把这样使用的电子部件称为表面安装部件(SMD：Surface Mount Device)，把这种安装方法称为SMD安装。

在图8A、图8B中，电子部件1a、1b是上述的表面安装部件。电子部件1a是高度低的电子部件，电子部件1b是便宜通用但高度高的电子部件。分别通过连接部2a、2b以SMD方式将电子部件1a、1b安装在印刷布线板3上。

印刷布线板3由以下部分构成：形成在印刷布线板3的正面、背面及内部的由铜箔等构成的多层布线4；由玻璃环氧树脂等构成的绝缘层5；以及在印刷布线板3的内部将多层布线4连接起来的层间连接部6。

图8A是表示将高度不同的电子部件1a、1b安装在印刷布线板3上之前的状态的剖视图。

图8B是表示将高度不同的电子部件1a、1b安装在印刷布线板3上之后的状态的剖视图。如图8B所示，当在现有的印刷布线板3上安装高度不同的电子部件1a、1b时，由于电子部件1a、1b的高度差异而产生高低差H。

这样，在按照图8B所示进行SMD安装时，便宜通用但高度高的电子部件1b很难实现低高度化。针对此情况，也曾考虑到将便宜但高度高的电子部件1b替换为高度低的特殊的电子部件(未图示)，但在这种情况下，有可能对产品等的成本产生影响。

另一方面，在专利文献1～3中提出了一种半导体封装，该半导体封装在现有的平面式印刷布线板的一部分上形成腔部或凹部，将半导体等价格高的电子部件嵌入于其中。

但是，在多层印刷布线板的预定位置下陷形成阶梯状的腔部或凹部，在技术上比较难实现，且即使能够用于价格高的半导体部件的安装，也很难用于廉价的通用电子部件的安装。

即，在现有的印刷布线板中，如图8B说明的那样，在进行具有不同高度的电子部件1a、1b的表面安装的情况下，由于存在高度最高的电子部件而很难做到低高度化。

【专利文献1】日本特开平8-148602号公报

【专利文献2】日本特开平10-178031号公报

【专利文献3】日本特开平11-274736号公报

发明内容

本发明在对具有不同高度的电子部件进行表面安装的情况下，即使存在高度高的电子部件，也能够实现低高度化。

本发明由具有开口部的第1印刷布线板以及位于开口部的下方且经由具有导电膏部的粘接层固定在第1印刷布线板上的第2印刷布线板构成。

根据这种结构，通过将高度高的电子部件设置在第1印刷布线板上形成的开口部中，能够显著实现电子部件的低厚度化。结果，能够使用便宜且通用的电子部件，简单地实现装置的低厚度化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的立体印刷布线板的部件安装后的电子部件模块的剖视图。

图2A是表示在该立体印刷布线板上安装电子部件的安装方法的第1剖视图。

图2B是表示在该立体印刷布线板上安装电子部件的安装方法的第2剖视图。

图3A是表示本实施方式的立体印刷布线板的立体图。

图3B是沿图3A的3B-3B线的剖视图。

图4A是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的第1印刷布线板的制造方法的第1剖视图。

图4B是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的第1印刷布线板的制造方法的第2剖视图。

图5A是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的粘接片的制造方法的第1剖视图。

图5B是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的粘接片的制造方法的第2剖视图。

图5C是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的粘接片的制造方法的第3剖视图。

图5D是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的粘接片的制造方法的第4剖视图。

图5E是表示构成本实施方式的立体印刷布线板的粘接片的制造方法的第5剖视图。

图6A是表示本实施方式的立体印刷布线板的制造方法的第1剖视图。

图6B是表示本实施方式的立体印刷布线板的制造方法的第2剖视图。

图7是表示本实施方式的其他电子部件模块的剖视图。

图8A是表示现有的进行SMD安装的电子部件模块的第1剖视图。

图8B是表示现有的进行SMD安装的电子部件模块的第2剖视图。

标号说明

11a、11b电子部件；12a、12b端子部；13立体印刷布线板；14a、14b布线部；15a、15b绝缘部；16a、16b层间连接部；17粘接层；18、18a、18b开口部；19导电膏部；20保护部；22第1印刷布线板；23粘接片；24膜；25导电膏；26第2印刷布线板。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。其中，本发明的实施方式示出的一部分制造步骤是使用成型模具等来进行的。但是，为了便于说明，除必要的情况之外，未对成型模具进行图示。另外，附图只是示意图，并未用准确的尺寸来表示各个位置关系。

(实施方式)

图1是说明本发明的实施方式的立体印刷布线板的部件安装后的电子部件模块的剖视图。在图1中，电子部件11a是芯片部件或半导体等高度较低的普通电子部件。电子部件11b是电解电容器或钽质电容器等高度较高的电子部件，或者是机构系统的例如开关及连接器等高度较高的电子部件。即，电子部件11b是便宜通用但高度高的电子部件。

在图1中，端子部12a是外部电极等的焊接用的端子部，相当于电子部件11a的端子部。端子部12b同样是外部电极等的焊接用的端子部，相当于电子部件11b的端子部。立体印刷布线板13通过内部具有导电膏部19的粘接层17，将第1印刷布线部26与第2印刷布线部22粘接为一体。第1印刷布线部26由具有多个布线部(第1布线部)14a的绝缘部15a构成。在第1印刷布线部26中，多个布线部14a形成在绝缘部15a的正面、背面及内部，且规定的布线部14a通过层间连接部16a相连。第2印刷布线部22由具有多个布线部(第2布线部)14b的绝缘部15b构成。在第2印刷布线部22中，多个布线部14b形成在绝缘部15b的表面和内部，且规定的布线部14b通过层间连接部16b相连。形成在绝缘部15a的背面表层上的布线部14a通过导电膏部19与形成在绝缘部15b的表面表层上的布线部14b电气连接，其中，导电膏部19贯穿地内置在粘接层17中。

在绝缘部15a上形成有开口部18，绝缘部15b的表面的布线部14b的一部分于开口部18露出。即，开口部18的底部被由内置有导电膏部19的粘接层17固定的绝缘部15b封闭。电子部件11b通过端子部12b与形成在绝缘部15b的表层的布线部14b连接。在开口部18中填设有保护部20，该保护部20例如是通过使环氧类树脂、硅类树脂或者填充用树脂等硬化而形成的。注意，虽然在本实施方式中，是将保护部20填设在开口部18内部的整个区域中，不过，只要将其填设在开口部20的至少一部分上即可，例如只设置在底面部上或一个方向的部分(例如图1中的右侧部分)等上。由此，能够提高立体印刷布线板13的机械强度和刚性。

这样，通过将高度高的电子部件11b设置在开口部18内，如虚线所示，能够实现与高度低的电子部件11a大致相同的高度。即，高度高的电子部件11b不会妨碍SMD安装的低高度化。并且，通过形成保护部20，除了能够实现高度高的电子部件11b的低高度化之外，还能够提高立体印刷布线板13的机械强度和刚性。

另外，在图1中未示出立体印刷布线板13的防焊剂部分和焊接部分等。

下面，使用图2A、图2B来说明在立体印刷布线板13上安装电子部件11a、11b的安装方法的一例。图2A、图2B分别是立体印刷布线板13的剖视图。

图2A表示向形成在立体印刷布线板13上的开口部18中安装高度高的电子部件11b的状态。如图2A的箭头21a所示，在开口部18的下部露出的绝缘部15b以及形成在绝缘部15b的表层的布线部14b上，利用焊锡等(焊锡等未作图示)安装电子部件11b的端子部12b。同样地，在开口部18之外的部分(例如形成在绝缘部15a的表面表层上的布线部14a等)上，安装高度低的电子部件11a的端子部12a。这样，如图2B所示，将高度高的电子部件11b安装成与高度低的电子部件11a大致相同的高度。

图2B表示在开口部18中形成保护部20的状态。如图2B所示，按照箭头21b所示地注入用于形成上述保护部20的材料，例如环氧类树脂、硅类树脂或者填充用树脂，然后通过加热等使其硬化。另外，根据需要进行真空填充，能够防止界面等产生气泡，所以能够提高保护部20与立体印刷布线板13的密合性及粘接强度。

这样，通过形成保护部20，除了能够实现高度高的电子部件11b的低高度化之外，还能够提高立体印刷布线板13的机械强度和刚性。

图3A、图3B分别是表示本发明的立体印刷布线板13的一个实施方式的立体图和剖视图。图3A表示在立体印刷布线板13的一部分上形成开口部18的状态。图3B是沿图3A中的3B-3B线的剖视图。另外，在图3A中省略了绝缘部15a表面的布线部14a等的图示。

如图3B所示，立体印刷布线板13在一部分上具有开口部18。具有布线部14b的绝缘部15b通过具有导电膏部19的粘接层17而固定在开口部18的底部。

下面，对本实施方式所述的立体印刷布线板13的制造方法的一例进行说明。

在本实施方式中，使用图4A～图6B，说明组合多个印刷布线板来制造图1～图3B所示的立体印刷布线板13的方法。

图4A、图4B是用于说明在第1印刷布线板22上形成开口部18的方法的第1印刷布线板22的剖视图。

如图4A所示，第1印刷布线板22包括：由多层铜箔等构成的布线部14a；将布线部14a之间连接的层间连接部16a；以及对多层布线部14a进行绝缘的绝缘部15a。另外，绝缘部15a可以使用玻璃环氧树脂等。并且，层间连接部16a相当于例如通过镀铜等形成的通孔。在这样构成的第1印刷布线板22上，按照图4B所示，使用模具或激光等形成开口部18。由此，能够得到具有开口部18的第1印刷布线板22。

图5A～图5E是用于说明制造内置有导电膏25的粘接层17的方法的、粘接片23的剖视图。

首先，如图5A所示，用膜24保护粘接层17的两个表面而形成粘接片23。通过对粘接层17的两个表面进行保护，能够防止污物附着在粘接层17上，且粘接片23的处理性也得到改善。

然后，如图5B所示，在粘接片23的规定部分处形成开口部18a。开口部18a可通过激光(例如二氧化碳激光、YAG激光)或模具形成。另外，优选开口部18a的大小为30微米以上300微米以下。在小于30微米的情况下，有时会对填充性造成影响，例如未能将导电膏25充分填充到开口部18a中等。而在超过300微米的情况下，有时会对与后面叙述的第2印刷布线板26(参照图6B)电连接的部分的细微化产生影响。

然后，如图5C所示，在粘接片23的开口部18a中填充导电膏25。另外，关于导电膏25，可使用涂刷器(squeegee)(例如橡胶制的刮刀状工具)等将其填充到开口部18中。导电膏25被填充到粘接层17的规定部分中，成为图1、图2A、图2B所示的导电膏部19。

然后，如图5D所示，在填充了导电膏25的粘接片23上形成开口部18b。开口部18b可使用模具或激光等来形成。

然后，如图5E所示，将膜24从形成开口部18b后的粘接片23上剥离。如图5E所示，通过去除膜24，在粘接层17的表面上凸出形成了与膜24的厚度相应的导电膏25。另外，通过这种凸出，能够得到这样的效果：提高了后面叙述的第1印刷布线板22与第2印刷布线板26(参照图6)彼此的布线之间的电连接性。

另外，在图5E中，膜24从粘接层17上的剥离不需要一次性完成。例如，可以只先剥离掉粘接层17的一个表面上的膜24，将其与后述的第1印刷布线板22或第2印刷布线板26(参照图6)的表面相贴合，然后再剥离掉剩余的膜24。这样，能够提高粘接层17的处理性，粘贴时的位置精度也得到提高。

图6A、图6B是用于说明经由粘接层17将第1印刷布线板22与第2印刷布线板26相固定而制造出图3A、图3B所示的立体印刷布线板13的方法的图。

如图6A所示，第2印刷布线板26由绝缘部15b构成，该绝缘部15b在表面和内部分别具有一层布线部14b。并且，第2印刷布线板26的大小比第1印刷布线板22小，比开口部18大。并且，第2印刷布线板26的厚度比第1印刷布线板22薄。

如图6A中的箭头21c所示，利用冲压机或模具(未图示)，隔着填充了导电膏25的粘接层17，使第1印刷布线板22与第2印刷布线板26互相按压。

由此，如图6B所示，第1印刷布线板22与第2印刷布线板26隔着填充有导电膏25的粘接层17而成为一体。在图6B所示的层叠步骤中，通过对这些部件进行加热，作为粘接层17的成分的粘接剂发生软化而与第1印刷布线板22和第2印刷布线板26的表面紧密接合，然后在该状态下进行硬化。同时，贯穿粘接层17的导电膏25在将第1印刷布线板22的布线部14a与第2印刷布线板26的布线部14b之间电连接的状态下进行硬化，得到立体印刷布线板13。

由此，安装在开口部18内部的电子部件11b、形成在第1印刷布线板22的表层的布线部14a以及形成在第2印刷布线板26的表层的布线部14b，通过导电膏部19被电连接。因此，通过将高度高的电子部件11b安装在开口部18的内部的布线部14b上，第1印刷布线板26的布线部14a、第2印刷布线板22的布线部14b以及电子部件11b被电连接在一起。

另外，安装在开口部18中的电子部件11b可以为多个，而且也可以包括高度低的电子部件11a。

并且，第2印刷布线板26不限于图6A、图6B所示的状态，即，在表面和内部分别只在单侧形成一层布线部14b的状态。例如，通过与图4A所示的第1印刷布线板22同样地，将第2印刷布线板26形成为由玻璃环氧树脂和层间连接部16等构成的多层印刷布线板，能够提高布线图案的设计自由度。

而相反，第2印刷布线板26也可以如图7所示地，由仅在表面上形成有布线部14b的绝缘部15b构成。对于布线图案简单的情况、以及电子部件11b的高度很高而需要加厚第1印刷布线板26以在其内部形成多层布线部14a的情况等，可以减薄第2印刷布线板26。

此外，在第2印刷布线板26比开口部18小的情况下，有时会对电子部件11向开口部18中的安装性产生影响。在第2印刷布线板26比第1印刷布线板22大的情况下，可能对成本产生影响。通过使第2印刷布线板26比开口部18大2mm以上(优选为5mm以上)，能够提高第2印刷布线板26与第1印刷布线板22之间的电连接性。

在第1印刷布线板22与第2印刷布线板26之间的定位中，可以使用销(例如金属等的小的凸起状的销)。此外，也可以在第2印刷布线板26的一部分上预先由绝缘部15b等形成凸起(未图示)，由此进行该凸起与开口部18之间的定位。

如本实施方式所述，优选使第2印刷布线板26的厚度比第1印刷布线板22的厚度薄。这是因为，在第2印刷布线板26的厚度比第1印刷布线板22的厚度厚的情况下，将高度高的电子部件11b隐藏在开口部18中没有意义。

优选开口部18的大小为2mm的方形以上30mm的方形以下。如果为2mm以下的方形，则向开口部18的内部安装电子部件11比较困难。而如果超过30mm的方形，则在第1印刷布线板22上形成开口部18可能影响成本。

关于导电膏25，优选通过如下方式来得到，即：将例如导电粉(金、银、铜的金属粉等具有导电性的粉末)以60％的体积比以上98％的体积比以下的比例分散在环氧树脂等热硬化性树脂中。在小于60％的体积比的情况下，有时导电性下降。而超过98％的体积比的分散在技术上难以实现。另外，导电膏25除了可以是用树脂粘结导电粉而成的材料之外，也可以由低熔点金属粉(例如300℃以下的焊锡或低熔点合金粉末)构成。在使用熔点高于300℃的材料的情况下，有时会对构成第1印刷布线板22、第2印刷布线板26以及粘接层17等的树脂材料产生热变形等的影响。而熔点低于200℃的材料将导致成本升高。另外，优选这些导电粉和低熔点金属粉的粒径为0.1微米以上30微米以下。在小于0.1微米的情况下，有时难以进行分散。而在超过30微米的情况下，可能影响形成在粘接层17中的导电膏部19的细微化或小径化。

另外，作为粘接层17，优选采用将氧化铝或氧化硅等无机填充物分散到热硬化性树脂中而成的片状粘接层。通过使粘接层17形成为片状，能够抑制粘接层17的厚度偏差，并能够用激光等在粘接层17上形成开口部18a，容易向开口部18a中填充导电膏25等用于层间连接的材料。另外，通过使用环氧树脂作为构成粘接层17的热硬化性树脂，能够提高立体印刷布线板13的可靠性。

并且，根据需要向热硬化性树脂中添加规定的热塑性树脂，能够抑制加热时的流动性。例如，根据加热条件和加热特性不同，有时热塑性树脂会立即软化而从粘接层17向外部流出或渗出。在这种情况下，优选以5％的重量比以上30％的重量比以下的比例，向热硬化性树脂中添加PPS(聚本硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)等热塑性树脂。这是因为，在低于5％的重量比的情况下，有时得不到良好的添加效果，而在超过30％的重量比的情况下，与热硬化性树脂的比例下降相应地，可能影响粘接力及可靠性。

粘接层17的厚度优选为30微米以上300微米以下。在粘接层17的厚度小于30微米的情况下，容易受到第1印刷布线板22、第2印刷布线板26的表面凹凸等的影响，有时得不到充分的粘接力。而在厚度大于300微米的情况下，可能无法实现立体印刷布线板13的薄层化(或低高度化)。另外，无机填充物的粒径优选为1微米以上且小于30微米。在小于1微米的情况下，有时很难将无机填充物分散在热塑性树脂中。而在粒径超过30微米的情况下，难于实现粘接层17的薄层化，会对向粘接层17照射激光等来形成开口部18a产生不良影响。

粘接层17中的无机填充物的填充率优选为30％的体积比以上80％的体积比以下。在低于30％的体积比的情况下，在粘接层17的粘接步骤中，热硬化性树脂可能会溢出或渗出到电子部件11b的安装部分等中。而在超过80％的体积比的情况下，可能影响粘接层17的粘接力。

粘接层17的热膨胀系数在低于其玻璃化温度的情况下，优选为4ppm/℃以上65ppm/℃以下。为了使热膨胀系数低于4ppm/℃，需要使用特殊的无机填充物。在热膨胀系数高于65ppm/℃的情况下，立体印刷布线板13可能会发生变形、翘曲。另外，优选粘接层17的热膨胀系数比第1印刷布线板22、第2印刷布线板26小。通过使粘接层17的热膨胀系数比第1印刷布线板22、第2印刷布线板26小，能够抑制制成的立体印刷布线板13的翘曲和起伏。

玻璃化温度可通过JIS C 6481等揭示的TMA(这是使试验片从室温以10℃/分的比例升温，并用热量分析装置测定厚度方向上的热膨胀系数的方法)、DSC法(这是使试验片从室温以20℃/分的比例升温，并用示差操作热量仪测定发热量的方法)等来测定。

这样，粘接层17形成为由热硬化性树脂和无机填充物构成的片状层，通过形成粘接层17的厚度为30微米以上300微米以下的立体印刷布线板13，能够提高取决于粘接层17的第1印刷布线板22和第2印刷布线板26的粘接性。

并且，通过将FR4或FR5等可靠性高的材料用于粘接层17、第1印刷布线板22和第2印刷布线板26等，能够提高立体印刷布线板13的可靠性。

如上所述，本实施方式的立体印刷布线板13由具有开口部18的第1印刷布线板22以及经由具有导电膏部19的粘接层17固定在开口部18的下方的第2印刷布线板26构成，其中，所述导电膏部19把导电膏25作为层间连接部。由此，即使是高度高的部件，也能够通过将其安装在开口部18中来实现低高度安装，能够实现手机等电子设备的低厚度化。并且，通过在开口部18中填充保护部20，能够提高第1印刷布线板22与第2印刷布线板26之间的连接强度。而且，提高了立体印刷布线板13的机械强度和刚性。

产业上的可利用性

根据本发明，能够实现安装在电脑等的母板上的电子部件的低高度安装，非常有利于各种电子设备的小型化和薄层化。

Claims (12)

1.一种立体印刷布线板，该立体印刷布线板由具有开口部的第1印刷布线板以及位于所述开口部的下方且经由具有导电膏部的粘接层固定在所述第1印刷布线板上的第2印刷布线板构成。

2.根据权利要求1所述的立体印刷布线板，其中，所述第2印刷布线板比所述第1印刷布线板小，比所述开口部大。

3.根据权利要求1所述的立体印刷布线板，其中，所述第2印刷布线板的厚度比所述第1印刷布线板薄。

4.根据权利要求1所述的立体印刷布线板，其中，所述第1印刷布线板在表面上具有第1布线部，所述第2印刷布线板在表面上具有第2布线部，所述第1布线部与所述第2布线部经由所述粘接层的导电膏部而电连接。

5.根据权利要求1所述的立体印刷布线板，其中，所述粘接层为由热硬化性树脂和无机填充物构成的片状，且具有30微米以上300微米以下的厚度。

6.根据权利要求1所述的立体印刷布线板，其中，该立体印刷布线板具有填充所述开口部的至少一部分的保护部。

7.一种立体印刷布线板的制造方法，该制造方法具有以下步骤：

在第1印刷布线板上形成开口部；以及

经由具有导电膏的粘接层，将比所述开口部大且比所述第1印刷布线板小的第2印刷布线板固定在所述第1印刷布线板的所述开口部上。

8.根据权利要求7所述的立体印刷布线板的制造方法，其中，所述第1印刷布线板在表面上具有第1布线部，所述第2印刷布线板在表面上具有第2布线部，该制造方法还具有经由所述粘接层的导电膏将所述第1布线部与所述第2布线部电连接的步骤。

9.根据权利要求7所述的立体印刷布线板的制造方法，该制造方法还具有用保护部填充所述开口部的至少一部分的步骤。

10.一种电子部件模块，该电子部件模块由以下部分构成：

立体印刷布线板，其由具有开口部的第1印刷布线板以及位于所述开口部的下方且经由具有导电膏部的粘接层固定在所述第1印刷布线板上的第2印刷布线板构成；以及

电子部件，其安装在所述立体印刷布线板的所述开口部内的所述第2印刷布线板上。

11.根据权利要求10所述的电子部件模块，其中，所述第1印刷布线板在表面上具有第1布线部，所述第2印刷布线板在表面上具有第2布线部，所述第1布线部与所述第2布线部经由所述粘接层的导电膏部而电连接，所述电子部件与所述第2布线部电连接。

12.根据权利要求10所述的电子部件模块，其中，该电子部件模块还具有填充所述开口部的至少一部分的保护部。

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