CN1094717C - 印刷电路板的安装体 - Google Patents

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Abstract

提供一种适合于电子零件的高密度安装，同时能实现薄型化和轻量化的印刷电路板及其安装体。在印刷电路板1的一部分上形成的凹部10，零件4、4’被收容在该凹部。零件的高度控制在印刷电路板的表面以下。在凹部10的底面上设有导电焊接区3，用焊球11或用导电性粘接剂，将设在零件下面的接线端子4a和导电焊接区3导电性地连接起来。凹部10是将构成多层印刷电路板1的多个导体层和绝缘层的一部分局部地削除形成的。

Description

印刷电路板的安装体
本发明涉及安装构成电子电路的零件用的印刷电路板的安装体。
随着携带用电子机器的小型化或薄型化，半导体器件、电阻、电容器等电子零件在印刷电路板上的安装密度变得非常高。作为这种可高密度地安装电子零件的印刷电路板，有多层印刷电路板。例如，可预先将形成了导体电路图形的多个印刷电路板重叠后，利用通路孔将各印刷电路板上的电路图形互相连接来，制成多层印刷电路板。
特开昭60-57999号公报中公开的多层电路板是使重叠的印刷电路板的内层图形的一部分呈阶梯状地露出，并备有连接露出来的导电图形的导电焊接区。只在外层备有导电焊接区的通常的多层电路板上需要多个连接外部图形和内层图形的通路孔，但该文献中公开的多层电路板由于在内层的露出部分上也设有导电焊接区，所以能减少必要的通路孔数。可是，在内层的露出部分上设置的导电焊接区如何与电子零件连接，以及这样的多层电路板如何制造，在上述文献中并没有公开。
另外，在特开平5-41039号公报中公开的多层印刷电路板上通过锪孔加工设有凹部，将半导体器件配置在该凹部。而且，将半导体器件配置在该凹部后，用压焊丝连接半导体器件和各层的导电焊接区，再用树脂密封。这样，将半导体器件大致收容在印刷电路板的厚度范围内。该方法以用压焊丝连接为前提，没有公开所采用的表面安装技术(SMT)。
图16表示用现有的表面安装技术将集成电路等零件32安装在印刷电路板31上的状态的断面图。通过将零件32的引线插脚32a焊接在在印刷电路板31的表面上设置的导电焊接区33上，零件32被导电性地连接在印刷电路板31上而被固定在一起。
另外，在图17中示出了扬声器等零件34安装在印刷电路板31上的例子。用粘接带35将零件34固定在印刷电路板31的表面上，从零件34伸出的引线34a被焊接在在印刷电路板31的表面上设置的导电焊接区33上。
在采用表面安装技术的印刷电路板的安装体中，安装面积随着高密度化而显著地减少，但安装体的厚度却没怎么减小。特别是在安装组合半导体(IC、LSI等)、扬声器、传声器之类较大的零件时，从电路板表面算起的高度变得很大。
因此，在薄型化的要求严的携带用电子机器等中，使用现有的多层印刷电路板的安装体不能充分适应薄型化的要求。如果安装体的厚度大，有碍于携带用电子机器的薄型化，另外，也限制了电子机器的设计。而且，减轻安装体的重量也是一大课题。
本发明的目的是提供一种能解决上述课题的即能达到薄型化和轻量化的多层印刷电路板及其安装体。
本发明的印刷电路板的安装体的第1种结构的特征在于：在安装构成电子电路的零件用的印刷电路板上设有开口部，零件配置在上述开口部，上述零件与上述印刷电路板导电性地连接，上述零件的厚度大致被收在上述印刷电路板的厚度之内。采用这种结构能减小安装体的厚度。另外，通过横跨零件和印刷电路板而将第2零件安装在开口部收容的零件上，能获得减小印刷电路板的面积等效果。将在后文说明这种结构的其它优选实施例。
本发明的印刷电路板的安装体的第2种结构的特征在于：构成电子电路的零件被收容在印刷电路板上设置的凹部，设置在上述零件的下面的接线端子通过结合层与设置在上述凹部的底面上的导电焊接区导电性连接。作为结合层的具体例，最好使用焊料球，或使用呈两段凸起状的电极及导电性粘接剂。如果采用这种结构，则能使安装体的厚度薄，同时能高密度地将多个零件安装在凹部。
另外，这种收容零件用的凹部，能通过将构成多层印刷电路板的多个导体层和绝缘层的一部分削除来形成。作为本发明的具体的制造方法包括以下工序：a)准备多个将绝缘层基体材料夹在两个导体层中间的双面导体层基体材料，而且准备一个或多个夹在两个导体层中间的绝缘层基体材料，b)在各双面导体层基体材料和绝缘层基体材料上形成导体层之间的导电性连接用的孔，同时留下一部分基体材料，形成构成零件收容用凹部的孔，c)对形成孔之后的双面导体层基体材料的导体层进行蚀刻，留下规定的电路图形，d)蚀刻后进行双面导体层基体材料的导体层之间的导电性连接，e)在使位置一致的状态下将进行了导体层之间的导电性连接的多种双面导体层基体材料和形成孔之后的一种或多种绝缘层基体材料重叠起来，以便形成导体层之间的导电性连接，且形成上述零件收容用凹部，再对该重叠体进行热压处理。
在设有零件收容用凹部的印刷电路板的安装体的情况下，也与上述的有开口部的印刷电路板的安装体一样，可将零件重叠两层进行安装等。
作为构成设有零件收容用的开口部或凹部的印刷电路板的绝缘层基体材料，最好使用通过浸渍含有树脂的被压缩的多孔质基体材料。这样更能减轻重量。另外，将导电性糊剂埋置于设在被压缩的多孔质基体材料上的导电性连接用的孔中，在进行导体层之间的导电性连接时，能获得减少电阻、稳定等效果。后文将详细说明。
本发明的印刷电路板的安装体的第3种结构的特征在于：备有在印刷电路板上形成的凹部、覆盖着上述凹部设置的振动膜、以及与上述振动膜相对形成的螺旋状导电图形，上述振动膜的振动和流过上述螺旋状导电图形的电流信号互相变换。如果采用这种结构，则能将扬声器或传声器与印刷电路板形成一个整体。即，与将扬声器或传声器作为单独的零件安装到印刷电路板上的情况相比，能大幅度地减轻重量及降低成本。这种结构也能实施各种形态，后文将详细说明。
作为将扬声器或传声器与印刷电路板形成一个整体用的另一种结构，备有在印刷电路板上形成的凹部或开口部、覆盖着上述凹部或开口部设置的振动膜、在上述振动膜上形成的螺旋状导电图形、以及与上述振动膜相对配置的永久磁铁，可以使上述振动膜的振动和流过上述螺旋状导电图形的电流信号互相变换。
图1是本发明的第1实施例的印刷电路板的安装体的断面图。
图2是图1所示印刷电路板的安装体的变形例的断面图。
图3是图1所示印刷电路板的安装体的另一变形例的断面图。
图4是图1所示印刷电路板的安装体的又一变形例的断面图。
图5是图1所示印刷电路板的安装体的又一变形例的断面图。
图6是图1所示印刷电路板的安装体的又一变形例的断面图。
图7是本发明的第2实施形态的印刷电路板的安装体的断面图。
图8是图7所示印刷电路板的安装体的变形例的断面图。
图9是图7所示印刷电路板的安装体的另一变形例的断面图。
图10是图7所示印刷电路板的安装体的又一变形例的断面图。
图11是本发明的第3实施例的印刷电路板的安装体的断面图。
图12是图11所示印刷电路板的安装体上的螺旋状导电图形的平面图。
图13是图11所示印刷电路板的安装体的变形例的断面图。
图14是图11所示印刷电路板的安装体的另一变形例的断面图。
图15是图11所示印刷电路板的安装体的又一变形例的断面图。
图16是现有的印刷电路板的安装体之一例的断面图。
图17是现有的印刷电路板的安装体的另一例的断面图。
以下参照附图，具体说明本发明的优选实施例。
图1表示本发明的第1实施例的印刷电路板的安装体的断面。印刷电路板1备有开口部2，零件4被收容在该开口部2。如图所示，零件4的厚度在印刷电路板1的厚度范围内。从零件4伸出的引线插脚被焊接在印刷电路板1的表面上形成的导电焊接区3，从而被导电性地连接起来。
本实施形态的印刷电路板1具有6层导体层和5层绝缘层互相重叠、利用通孔(通路孔)进行各层之间的导电性连接的IVH(内部通孔)结构。该印刷电路板例如如下制作。
首先，将浸渍了呈未硬化状态的环氧树脂的芳香族聚酰胺纤维非纺织物的预浸树脂物夹在两片铜箔之间，对该层状结构物在温度为180℃、压力为40Kg/cm2的条件下进行1小时左右的热压处理，制成被称为心材的两面贴铜的叠层板。其次，在该贴铜叠层板上开孔。作为通孔用的孔，使用钻头加工成直径为0.2～0.4mm左右的孔。收容零件的开口部通过冲压加工或用立铣刀进行的刻模加工等形成恰好能收容零件大小的开口。
其次，以形成的孔为基准，只留下必要部分的铜箔，而将其它部分的铜箔除去，进行图形蚀刻。一般采用照象法进行高密度印刷电路板的图形蚀刻。采用该方法时，使用描绘布线图形的掩模，将布线图形晒在贴上了干膜的心材上，将不需要部分的干膜及铜箔溶解除去，获得所需要的铜箔图形。
对两面都完成了图形蚀刻的整个印刷电路板进行镀铜，通孔的内壁上也镀铜，进行导体层之间的导电性连接。也可采用除电镀以外的其它方法进行导体层之间的导电性连接。例如将导电性糊剂(将银、铜等的粉体混合在树脂等中呈半脱胶状态的糊剂)填充在导电性连接用的孔中，也能进行导体层之间的导电性连接。用导电性糊剂进行导体层之间的导电性连接时，不必进行两面贴铜的叠层板的台阶处的热压，最后一起进行热压即可。
象上述那样准备好在两面形成了规定的铜箔图形的3种心材，将这3片心材和2片绝缘层用预浸树脂物交替重叠，在温度为180℃、压力为40Kg/cm2的条件下进行1小时热压。这样，便制成了6层铜箔图形和5层绝缘层交替重叠的多层印刷电路板。多层印刷电路板的厚度为0.3～2.0mm左右。在心材之间夹着的预浸树脂物上，在与心材上设置的开口部对应的位置形成预开口部。该预浸树脂物上的开口部也采用冲压加工或用立铣刀进行的刻模加工等形成。
其次，在相邻的导体层以外的导体层之间需要导通的位置，开设作为通孔用的孔。电镀通孔内壁，进行导电性连接。然后，根据需要，在印刷电路板表面上印刷抗焊剂膜。将零件安装在这样制成的多层印刷电路板上。在表面安装方式(SMT)的情况下，将膏状钎焊料印刷涂敷在印刷电路板上的导电焊接区部位，将零件的连接端子置于其上，在此状态下用回流炉将其加热到200℃以上的温度，使焊料熔化，将零件的端子和导电焊接区连接起来。
将较大型的零件4收容在多层印刷电路板1上的开口部，安装了零件后的安装体的厚度与零件安装前的印刷电路板的厚度相比，几乎没有增加。因此，能减小内部安装该印刷电路板的安装体的电子机器的厚度。另外，由于印刷电路板的重量减少了开口部的体积这部分重量，所以对减轻重量有供献。
作为构成印刷电路板的绝缘层基体材料，由于使用通过浸渍含有树脂的被压缩的上述这样的多孔质基体材料，与使用陶瓷基体材料的情况相比，能大幅度减小印刷电路板本身的重量。另外，将导电性糊剂置于设置在被压缩的多孔质基体材料上的孔中，实现导体层间的导电性连接(通路孔连接)时，导电性糊剂中含有的粘接剂容易从多孔的壁面被吸收到多孔质基体材料中。其结果，能减小加热压缩后的通路孔部的电阻，使导电层间的导电性连接稳定。
如以下所述，有时最好使收容在印刷电路板的开口部的零件的表面和印刷电路板的表面为同一个面。这时，如果将被压缩的多孔质基体材料用于绝缘层，则加热压缩时通过调整压缩率，使印刷电路板的厚度与零件的厚度一致，能容易地使零件的表面和印刷电路板的表面为同一个面。
图2至图6表示将零件收容在印刷电路板的开口部，且零件的厚度在印刷电路板的厚度之内的实施例的变形例。图2是将零件5安装在收容于印刷电路板1的开口部2的第1零件4上的例子。通过这样重叠安装多个零件，能获得减小安装面积的效果，如果采用本发明，这时能抑制装在印刷电路板的表面上的安装零件的高度。
图3是横跨收容于印刷电路板1的开口部2的第1零件4，安装第2零件6的例子。以往，如果不降低第1零件4的高度(而且，如果不增加第2零件6的脚长)，这样的安装是不可能的，但如果采用本发明，则第1零件4的高度高时也容易安装。
图4是从收容于印刷电路板1的开口部2的第1零件4上横跨印刷电路板1，安装第2零件7的例子。如果第1零件4的表面和印刷电路板1的表面的高度不同时，难以进行这样的安装，但用本发明就变得容易了。因此，最好使第1零件4的表面大致是平坦的，且与印刷电路板1的表面处于同一平面。
图5是将零件4收容于印刷电路板1的开口部2后，周密封构件8覆盖开口部2的例子。根据零件4的特性(弱点)，使用密封构件8，能具有电绝缘、电磁屏蔽、放热、防潮等功能。因此，例如取得零件4和外部的电绝缘，抑制不需要幅射的影响，或抑制零件4的温度上升等的效果。另外，虽然省略了图示，但也能将第2零件配置在该密封构件8上。另外，图5中虽然将密封构件8设在印刷电路板1的正反两面开口部上，但也可只设在任意一面上。
图6是将零件4收容于印刷电路板1的开口部2后，将密封树脂9填充在开口部2的例子。通过填充密封树脂，能增加零件4相对于印刷电路板1的固定强度，能使导电性连接稳定。能获得保护零件4不受潮等效果。
另外，在上述各实施例和变形例中，即使用单面或双面印刷电路板代替多层印刷电路板，也同样能实施本发明。
另外，在上述各实施例和变形例中，将使零件和印刷电路板电连接用的导电焊接区只设在印刷电路板的表面，但在使用多层印刷电路板或双面印刷电路板时，也可将导电焊接区设在背面。例如，在将引线插脚从两侧伸出的零件收容在印刷电路板的开口部的状态下，也可将零件的引线插脚连接在印刷电路板的表面及背面上的导电焊接区。
另外，在使用多层印刷电路板的上述各实施例和变形例中，不仅可用设在印刷电路板的表面上的导电焊接区，而且可用设在内层的导电焊接区进行零件和印刷电路板的电连接。例如，将开口部形成阶梯状断面，使内层的导电层局部地露出，将导电焊接区设在此处即可。如果这样做，收容在印刷电路板的开口部的零件，包括与印刷电路板的电连接部，能被完全收容在印刷电路板的厚度以内。另外，在将密封树脂填充在开口部的情况下，包括电连接部在内，能用树脂将零件完全密封。
其次，本发明的第2实施例的印刷电路板的安装体的断面示于图7。该印刷电路板1备有收容零件4的凹部10。可通过锪孔加工形成这样的凹部，但在使用多层基板的情况下，可用更有效的批量生产性好的方法形成。图7所示的多层印刷电路板上的凹部10可这样形成，即在6层导体层和5层绝缘层中，将4层导体层和4层绝缘层局部地削除，只留下2层导体层和1层绝缘层。
例如，在第1实施例中说明过的印刷电路板的制造方法中，在将形成了双面铜箔图形的3片心材和2片预浸树脂物交替地重叠，制作6面图形的多层印刷电路板时，将1片心材除去，在其它心材及预浸树脂物上预先形成能收容零件4大小的开口，就能形成凹部10。
该实施例特别适合于从印刷电路板的背面看时，零件4不露出的情况。在该实施例中，使零件4的表面不高出印刷电路板1的表面，最好呈同一平面，与第1实施例相同，能获得安装体既轻又薄的效果。另外，本实施例也能适用于在第1实施例中说明过的各种变形例(图2～图6)。就是说，将其它零件安装在已经安装在凹部的零件上，将零件安装在凹部后，设置覆盖凹部的密封构件，或将密封树脂填充在凹部等，这些情况都适用于本实施例，能获得上述的效果。
本实施例的另外变形例示于图8至图10。在图7中与第1实施例相同，与零件4的引线插脚导电性连接的导电焊接区3设置在印刷电路板1的表面上，但在图8至图10中，导电焊接区3设在印刷电路板1的内层的露出面上，即导电焊接区3设在凹部10的底面上。
在图8中，零件4的引线插脚被焊接在设在凹部底面上的导电焊接区3上。如第1实施例所述，该焊接可用膏状钎焊料与其它表面安装零件的焊接同时进行。
在图9及图10中，零件4不用引线插脚，而是在其下表面上备有导电性连接用的端子4a。而且，该接线端子4a通过焊球或导电性粘接剂等结合层，被导电性连接在设在印刷电路板1的凹部10的底面上的导电焊接区3上。如图9所示，这样的安装方式的优点是能将多个零件4、4’高密度地安装在凹部，适合于半导体裸心片的安装。
在图9中，零件的接线端子4a和导电焊接区3通过焊球11被导电性连接起来。将焊球置于导电焊接区3上，使零件4的端子位于焊球11上，将零件4临时固定后，使焊球熔融，零件4的接线端子和导电焊接区3被连接起来。
在图10中，零件的接线端子4a和导电焊接区3通过两段凸起状电极12及导电性粘接剂13被导电性连接起来。该连接方式称为SBB(双凸起压焊)。在图10中，两段凸起状电极12被固定在零件4的端子侧，导电性粘接剂13被涂敷在凸起状电极12和导电焊接区3之间。反之，也可将凸起状电极固定在印刷电路板的导电焊接区一侧后，将导电性粘接剂涂敷在零件的端子和凸起状电极之间。另外，将粘接树脂14填充在零件4的下面和印刷电路板1的凹部10的底面之间，能提高固定强度。
其次，本发明的第3实施例的印刷电路板的安装体的断面示于图11。在该实施例中，由在印刷电路板1上形成的凹部16、覆盖该凹部设置的磁性振动膜17、以及与磁性振动膜17相对形成的螺旋状导电图形18构成扬声器(或传声器)。
螺旋状导电图形18如图12的平面图所示，可用印刷电路板1上的铜箔形成。磁性振动膜17可将磁性涂料涂敷在聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚乙烯萘(PEN)、芳香族聚酰胺等的塑料膜、纸或非纺织物等上制成。也可将磁性粉掺入塑料膜的材料中，代替涂敷磁性涂料。通过热熔敷或用粘接剂将圆形的磁性振动膜17的周边部固定结合在印刷电路板1上的凹部16的周边部。
交流电流信号流过螺旋状导电图形18时，由它产生的交流磁通横切磁性振动膜17，所以磁性振动膜17振动。因此，实现将电信号变换成膜振动的扬声器。反之，被磁化的磁性振动膜17振动时，与螺旋状导电图形18交连的磁通变化的结果，是交流电流流过螺旋状导电图形18。就是说，实现将膜振动变换成电信号的传声器。
如图13中的变形例所示，在印刷电路板1的背面一侧也设有凹部16’，将永久磁铁19配置在此处，就不需要将磁性振动膜17磁化。就是说，能由磁性振动膜17、螺旋状导电图形18及永久磁铁19构成电磁式扬声器或传声器。就是说，永久磁铁19产生的磁场随着磁性振动膜17的振动而变化，在螺旋状图形中产生交流电流。反之，流过螺旋状图形的交流电流会使磁性振动膜17振动。永久磁铁19利用环氧类粘接剂粘接在印刷电路板1的凹部16’的底面上。
在图14所示的另一变形例中，将薄磁铁(例如橡胶磁铁等)20a固定在由塑料膜等制成的非磁性振动膜20上，具有与上述的被磁化的磁性振动膜同样的功能。因此，这时也能实现所谓可动磁铁(MM)式扬声器或传声器。
在图15所示的另一变形例中，在由塑料膜等制成的非磁性振动膜21上形成螺旋状导电图形21a，通过与印刷电路板1进行导电性连接，构成所谓动圈(MC)式扬声器或传声器。利用流过与由永久磁铁19产生的磁通交连的螺旋状导电图形21a的交流电流信号，使形成螺旋状导电图形21a的振动膜21振动。反之，如果振动膜21振动，则与螺旋状导电图形21a交连的磁通变化，从而交流电流流过螺旋状导电图形21a。永久磁铁19利用环氧类粘接剂粘接在印刷电路板1的凹部16的底面上。
上述的各变形例只不过是一些例示，除此之外，还可考虑由在印刷电路板上设的凹部、覆盖该凹部的振动膜、螺旋状导电图形等构成扬声器或传声器的各种形态。通过这样使扬声器或传声器与印刷电路板形成一体，与将扬声器或传声器作为单独的零件安装在印刷电路板上的情况相比，作为安装体的总体来说，能大幅度降低成本。另外，还对安装体的轻量化、薄型化有贡献。本实施例能适用于例如携带用电话等电子机器。
如上所述，如果采用本发明，将零件收容在印刷电路板上设置的开口部或凹部，零件的厚度控制在印刷电路板的厚度以内，能实现安装体的薄型化及轻量化。另外，通过将其它零件安装在该零件上，能获得减小印刷电路板的面积、更容易进行电路图形的设计的效果。
另外，在使用多层印刷电路板形成收容零件用的凹部的制造方法中，也可用印刷法代替蚀刻法形成电路图形。另外，在实施本发明时，还可将上述的各实施例及各变形例组合实施。

Claims (11)

1.一种印刷电路板的安装体，其特征在于：构成电子电路的零件被收容在印刷电路板上设置的凹部，设在上述零件下面的接线端子通过结合层与设在上述凹部的底面上的导电焊接区电气地连接。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：收容在上述印刷电路板上的凹部的零件的高度被控制在上述印刷电路板的表面以下。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：第1零件配置在上述印刷电路板的凹部，第2零件安装在上述第1零件上。
4.根据权利要求2所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：第1零件配置在上述印刷电路板的凹部，横跨上述第1零件和上述印刷电路板安装第2零件。
5.根据权利要求2所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：设置密封构件，覆盖上述印刷电路板的凹部。
6.根据权利要求5所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：上述密封构件具有电绝缘、电磁屏蔽、放热及防潮功能中的至少一种功能。
7.根据权利要求5所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：第2零件安装在上述密封构件上。
8.根据权利要求2所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：将密封树脂填充在上述印刷电路板的凹部。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：上述零件的接线端子通过焊球导电性地连接在上述凹部底面上的导电焊接区。
10.根据权利要求1所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：上述零件的接线端子通过两段凸起状电极和导电性粘接剂导电性地连接在上述凹部底面上的导电焊接区上。
11.根据权利要求1所述的印刷电路板的安装体，其特征在于：作为构成上述印刷电路板的绝缘层基体材料，使用通过浸渍含有树脂的被压缩性的多孔质基体材料。
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