JP2004363167A - 配線板の相互接続方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】２つの配線板の電極の接合部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で２つの配線板を相互に接続することができるようにする。
【解決手段】第１の配線板１１に第２の配線板２１を接続する際、まず、第１の配線板１１の上に熱硬化性樹脂３２が配置される。第２の配線板２１は、加熱・加圧ツール４０によって保持され、第２の配線板２１の第２の電極２２が第１の配線板１１の第１の電極１２と対向するように、第１の配線板１１の上に配置される。また、第２の配線板２１は、加熱・加圧ツール４０によって、加熱されると共に加圧される。これにより、第１の電極１２と第２の電極２２とが接合されると共に、熱硬化性樹脂３２が硬化することによって配線板１１，１２が固定され且つ第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲が封止される。
【選択図】 図３
【解決手段】第１の配線板１１に第２の配線板２１を接続する際、まず、第１の配線板１１の上に熱硬化性樹脂３２が配置される。第２の配線板２１は、加熱・加圧ツール４０によって保持され、第２の配線板２１の第２の電極２２が第１の配線板１１の第１の電極１２と対向するように、第１の配線板１１の上に配置される。また、第２の配線板２１は、加熱・加圧ツール４０によって、加熱されると共に加圧される。これにより、第１の電極１２と第２の電極２２とが接合されると共に、熱硬化性樹脂３２が硬化することによって配線板１１，１２が固定され且つ第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲が封止される。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの配線板を相互に接続する配線板の相互接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器内では、それぞれ一方の面において露出する電極を有する２つの配線板が相互に接続される場合がある。なお、一般的に、配線板の電極には、錆等から電極を保護する目的と２つの配線板の電極同士の接合を良好にする目的から、金、ニッケル、錫、はんだ等によるめっきが予め施されている。電子機器では、、上記２つの配線板の接続部位の厚みや接続部位の面積を小さくすることが製品設計の幅を広げることに結びついている。以下、２つの配線板を相互に接続する従来の接続方法のうち、代表的ないくつかの接続方法について説明する。
【０００３】
第１の接続方法は、例えば特許文献１に示されるように、コネクタを用いる方法である。この第１の接続方法では、予め、一方の配線板の電極に、はんだ等を用いて、精密に成形されたコネクタを接続しておく。そして、他方の配線板の電極を上記コネクタに差し込むことにより、２つの配線板の電極同士を電気的に接続する。
【０００４】
第２の接続方法は、例えば特許文献２ないし６に示されるように、導電性粒子を介して２つの配線板の電極同士を電気的に接続する方法である。具体的には、特許文献２および３には、熱硬化性樹脂中に導電性粒子が分散された材料よりなる異方性導電フィルムを用いた接続方法が記載されている。この接続方法では、まず、２つの配線板の電極の間に異方性導電フィルムを介在させ、次に、一方の配線板から、２つの配線板の接続部分を加熱、加圧して、２つの配線板の電極同士を導電性粒子を介して電気的に接続すると共に、熱硬化性樹脂を硬化させて封止を行う。特許文献４には、絶縁材料を基材として導電性粒子を含有する接着剤を用いた接続方法が記載されている。また、特許文献５には、導電性粒子を含有する流体を用いた接続方法が記載されている。また、特許文献６には、プラスチック粒子の表面に導電性金属層と共晶はんだめっき層とを形成してなる接続粒子を介して２つの配線板を熱圧着する接続方法が記載されている。
【０００５】
第３の接続方法は、金属接合による方法である。この第３の接続方法には、２つの配線板の電極同士を超音波や熱等を用いて金属接合させる方法と、はんだを用いる方法とがある。後者では、予め、はんだペースト等を用いて一方の配線板の電極上にはんだを付け、２つの配線板の電極同士の位置合わせを行う。次に、はんだを加熱溶融させた後、固化させることによって、２つの配線板の電極同士をはんだを介して電気的に接続する。次に、電極の周囲における２つの配線板間の間隙に樹脂を配置し、これを硬化させることによって封止を行う。
【０００６】
第４の方法は、例えば特許文献７に示されるように、絶縁性接着剤を用いる方法である。この第４の方法では、まず、２つの配線板の電極間に絶縁性接着剤を介在させ、２つの配線板の電極同士の位置合わせを行う。次に、２つの配線板を加熱、加圧して、２つの配線板の電極同士を接触させる。更に、２つの配線板の加熱、加圧を継続することによって、絶縁性接着剤を硬化させて、２つの配線板の電極同士を強固に接続する。特許文献７には、絶縁性接着剤は、液状でもよいが、フィルム状の方が好ましい旨が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１４８０１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−６７６９号公報
【特許文献３】
特開平５−２９０９４１号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８３５１８号公報
【特許文献５】
特開２００１−３４５５５２号公報
【特許文献６】
特開２００２−５７４５５号公報
【特許文献７】
特開平５−２５８８３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第１の接続方法では、接続の信頼性は高いが、成形されたコネクタを用いるため、電子装置における実装の高密度化に伴う配線板の電極の狭ピッチ化や狭ギャップ化に対応することが技術的に難しい。また、第１の接続方法では、配線板を含む電子装置の低コスト化も難しくなる。また、第１の接続方法は、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくしたい場合には、その適用が難しくなる。
【０００９】
第２の接続方法のうち、異方性導電フィルムを用いる方法では、異方性導電フィルム中の導電性粒子の大きさおよび密度や、配線板を加圧する際の荷重の大きさ等によって、２つの配線板の電極同士の電気的な接続状態が変化する。例えば、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が小さ過ぎると、２つの配線板の電極間で導通不良が発生する。また、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が大きすぎると、近接した電極間で電流のリークが発生する可能性がある。そのため、第２の接続方法では、２つの配線板の電極同士の電気的な接続の信頼性が劣るという問題点がある。特許文献４または５に記載された接続方法でも同様である。特許文献６に記載された接続方法でも、接続粒子を介して２つの配線板を熱圧着する際の荷重の大きさ等によって、２つの配線板の電極同士の電気的な接続状態が変化するという問題点がある。また、第２の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくするために２つの配線板の電極間のギャップを小さくしようとすると、使用する導電性粒子を小さくしたり、導電性粒子の大きさのばらつきを小さくしたりする必要が生じる。そのため、第２の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくすることが、技術的に非常に難しくなってくる。
【００１０】
第３の接続方法のうち、２つの配線板の電極同士を金属接合させる方法では、大きな荷重が必要になるという問題点がある。また、はんだを用いる方法では、はんだペーストが流動性を有し、広がりやすいため、電極の狭ギャップ化や狭ピッチ化に対応することが困難であるという問題点がある。
【００１１】
第４の接続方法では、特にフィルム状の絶縁性接着剤を用いる場合には、加熱、加圧により、絶縁性接着剤の粘度を低下させた後、２つの配線板の電極同士を接触させ、更に、絶縁性接着剤を硬化させる。そのため、この第４の接続方法では、処理に時間がかかるという問題点がある。特許文献７には、加熱加圧時間として３０秒という値が記載されている。また、フィルム状の絶縁性接着剤を用いて２つの配線板間のギャップを小さく保つためには、フィルムの厚みのばらつきを小さくする必要が生じる。そのため、第４の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくすることが、技術的に難しいという問題点がある。また、２つの配線板間のギャップを小さくする場合には、液状の絶縁性接着剤を用いる場合であっても、液状の樹脂の特性により、以下のような不具合が発生する。すなわち、液状の樹脂の粘度が低すぎる場合には、毛細管現象によって樹脂が２つの配線板の接続部位から外部へ排出され、その結果、樹脂が接続部位に十分に充填されない場合がある。一方、液状の樹脂の粘度が高すぎる場合には、樹脂が接続部位に均一に充填されない場合がある。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、接合後の２つの配線板の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように２つの配線板を相互に接続する場合に、２つの配線板の電極の接合部分の電気的特性および信頼性が良好で、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で２つの配線板を相互に接続できるようにした配線板の相互接続方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線板の相互接続方法は、一方の面において露出する第１の電極を有する第１の配線板と、一方の面において露出する第２の電極を有する第２の配線板とを、接合後の第１および第２の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように相互に接続する方法であって
第１の配線板の第１の電極上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂を配置する工程と、
第２の電極が第１の電極と対向するように、第２の配線板を第１の配線板の一方の面の上に配置する工程と、
第１の配線板と第２の配線板との間に熱硬化性樹脂を介在させた状態で、第１の電極と第２の電極とを接触させ、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を、１５０〜４５０℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、０．５〜１０秒の範囲内の時間だけ、第１の電極および第２の電極を、それらが互いに密着するように加圧することにより、第１の電極と第２の電極とを接合すると共に、熱硬化性樹脂を硬化させて第１の電極と第２の電極との接合部分の周囲を封止する加熱・加圧工程とを備えている。
【００１４】
本発明の配線板の相互接続方法において、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒とを含有し、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られる粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内にあり、温度の上昇と共に上昇し、且つ温度変化量が３０℃以下の範囲内で１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化する挙動を示してもよい。
【００１５】
また、本発明の配線板の相互接続方法において、熱硬化性樹脂は、温度２５℃においてＥ型粘度計によって測定される粘度に関して、回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値が１．２〜１０の範囲内の値となる性質を有していてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１ないし図４は、本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法における各工程を説明するための説明図である。また、図５は接続された２つの配線板を示す斜視図である。
【００１７】
本実施の形態に係る配線板の相互接続方法では、まず、図１に示したように、実装装置の支持台３０の上に第１の配線板１１を載置する。第１の配線板１１は、一方の面１１ａにおいて露出する複数の第１の電極１２を有している。第１の電極１２は、金または錫のめっきが施されたものになっている。電極１２の厚みは、２μｍ〜３０μｍの範囲内、特には５μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが、製品設計の点から好ましい。
【００１８】
第１の配線板１１の導体部分以外を構成する材料は、有機材料でもよいし、無機材料でもよい。また、第１の配線板１１は、硬質な基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。
【００１９】
第１の配線板１１は、一方の面１１ａが上を向き、反対側の面１１ｂが支持台３０の上面に接するようにして、支持台３０の上に載置されている。支持台３０は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。次に、第１の配線板１１の面１１ａの上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂３２を、例えばシリンジ３１を用いて塗布することによって配置する。なお、支持台３０の温度は、常温（室温）よりも高いが、熱硬化性樹脂３２が硬化しない程度の温度、例えば９０〜１２０℃の温度になるように制御されている。これにより、第１の配線板１１は、支持台３０の上記の温度に近づくように加熱される。なお、支持台３０から第１の配線板１１へ熱は瞬時には伝わらず、また、後述するように本実施の形態における配線板の相互接続工程は短時間で行われる。そのため、支持台３０と第１の配線板１１の温度は通常一致しない。従って、支持台３０の温度は、第１の配線板１１上の熱硬化性樹脂３２が流動性を保てる程度の温度であれば、熱硬化性樹脂３２の硬化温度よりも多少高く設定してもよい。
【００２０】
次に、図２に示したように、加熱・加圧ツール４０によって、第１の配線板１１に接続する第２の配線板２１を保持し、この第２の配線板２１を第１の配線板１１と対向するように配置する。第２の配線板２１は、一方の面２１ａにおいて露出する複数の第２の電極２２を有している。第１の電極１２と第２の電極２２は、第１の配線板１１の面１１ａと第２の配線板２１の面２１ａとが向き合ったときに互いに対向する位置に配置されている。第２の電極２２は、金または錫のめっきが施されたものになっている。また、電極２２の厚みは、２μｍ〜３０μｍの範囲内、特には５μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが、製品設計の点から好ましい。
【００２１】
第２の配線板２１の導体部分以外を構成する材料は、有機材料でもよいし、無機材料でもよい。また、第２の配線板２１は、硬質な基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。
【００２２】
図示しないが、加熱・加圧ツール４０は、第２の配線板２１に接する面４０ａにおいて、複数の吸引口を有している。加熱・加圧ツール４０の内部には、吸引口に続く吸引路が設けられている。吸引路は、吸引ポンプに接続されるようになっている。そして、加熱・加圧ツール４０は、吸引ポンプによって吸引路内の気体を吸引することによって、面４０ａに第２の配線板２１を吸着させて第２の配線板２１を保持できるようになっている。
【００２３】
また、加熱・加圧ツール４０は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。更に、加熱・加圧ツール４０は、垂直および水平方向に移動可能で、且つ保持した第２の配線板２１に対して荷重を加えることができるようになっている。
【００２４】
第２の配線板２１は、面２１ａとは反対側の面２１ｂが加熱・加圧ツール４０の面４０ａに接するようにして加熱・加圧ツール４０によって保持されて、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第１の配線板１１の面１１ａの上に配置される。
【００２５】
なお、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第２の配線板２１を配置する方法は、上述のように加熱・加圧ツール４０を用いる方法に限らない。例えば、加熱・加圧ツール４０を用いずに、治具等を用いて、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第２の配線板２１を配置し、その後、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１に接触させてもよい。
【００２６】
次に、図３に示したように、加熱・加圧ツール４０を降下させ、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間に熱硬化性樹脂３２を介在させた状態で、第１の電極１２と第２の電極２２とを接触させる。加熱・加圧ツール４０を降下させる過程で、熱硬化性樹脂３２は広がり、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間にくまなく充填される。更に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を加熱することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２を、それらが所定の温度になるように加熱する。同時に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１に荷重を加えることによって、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧する。以下、この工程を、加熱・加圧工程と言う。
【００２７】
加熱・加圧工程では、第１の電極１２と第２の電極２２の少なくとも一方を、１５０〜４５０℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、０．５〜１０秒の範囲内の時間だけ、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧する。
【００２８】
なお、加熱・加圧工程における第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度の制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、予め実験によって、加熱・加圧ツール４０の温度と、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度との関係を求めておく。第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度は、例えば、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間の位置において熱硬化性樹脂３２中に挿入された温度センサによって検出する。実際の加熱・加圧工程では、上記のようにして求められた温度の関係に基づいて、加熱・加圧ツール４０の温度を制御することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度を制御する。
【００２９】
本実施の形態では、上記加熱・加圧工程において、第１の電極１２と第２の電極２２とが接合されると共に、熱硬化性樹脂３２が硬化することによって配線板１１，１２が固定され且つ第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲が封止される。なお、熱硬化性樹脂３２のうち、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間からはみ出した部分がフィレットを形成してもよい。
【００３０】
次に、図４に示したように、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１から離し、第２の配線板２１に対する加熱および加圧を停止する。以後、第１の配線板１１および第２の配線板２１は冷却されて、図５に示したように第１の配線板１１と第２の配線板２１との相互接続が完了する。
【００３１】
なお、本実施の形態において、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属は、種類が同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、本実施の形態は、２つの配線板１１，２１間のギャップを小さくしながら、２つの配線板１１，２１の電極同士の接合を可能とすることを特徴としている。その観点から、本実施の形態では、第１の配線板１１と第２の配線板２１との接続により接合された後の第１の電極１２の厚みと第２の電極２２の厚みの合計は４０μｍ以下とすることが必要である。接合後の第１の電極１２の厚みと第２の電極２２の厚みの合計の好ましい範囲は、５μｍ〜４０μｍである。
【００３２】
また、本実施の形態において用いられる熱硬化性樹脂３２は、常温（室温）では、一定の粘度を有する液状であることが好ましい。特に、本実施の形態では、加熱・加圧工程前に、第１の配線板１１は、温度が９０〜１２０℃に制御された支持台３０の上に載置され、熱硬化性樹脂３２は第１の配線板１１の面１１ａの上に配置される。この状態において、熱硬化性樹脂３２は、粘度が１５Ｐａ・ｓ以下、特に０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内となる液状であることが好ましい。また、熱硬化性樹脂３２は、加熱・加圧工程において、所定の温度範囲内で温度の上昇と共に粘度が上昇するものが好ましい。上記所定の温度範囲は、７０〜１５０℃であることが好ましく、９０〜１３０℃であることがより好ましい。
【００３３】
ここで、本実施の形態で使用される熱硬化性樹脂３２の、レオメーターによる測定によって得られる粘度−温度特性について詳述する。上述したように、熱硬化性樹脂３２は、加熱・加圧工程前において液状であることが好ましい。そのためには、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において、１５Ｐａ・ｓ以下、特に０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内となる挙動を示すことが好ましい。また、同測定によって得られる粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、７０〜１５０℃、特に好ましくは８０〜１４０℃、最も好ましくは９０〜１３０℃の範囲内で、温度上昇と共に上昇し、且つ温度変化量が３０℃以下の範囲内で１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化する挙動を示すことが好ましい。熱硬化性樹脂３２の粘度が１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化するのに要する温度変化量が３０℃を超えると、短時間での配線板１１，２１の相互接続が困難になるおそれがある。従って、上記温度変化量は、０．１〜３０℃の範囲内であることが好ましく、１０〜２５℃の範囲内であることが最も好ましい。
【００３４】
また、熱硬化性樹脂３２としては、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂またはアクリル系熱硬化性樹脂を含むものを用いることができる。これらのうち、エポキシ系熱硬化性樹脂は信頼性の点で優れているため、熱硬化性樹脂３２としては、特にエポキシ系熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【００３５】
熱硬化性樹脂３２に使用されるエポキシ樹脂としては、常温で液状であるものを用いるのが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、カルボン酸グリシジルエステル型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの１つ以上を含むものを用いることができる。
【００３６】
また、熱硬化性樹脂３２に使用されるエポキシ樹脂は、更に、特定の温度以上で急速にエポキシ樹脂硬化触媒として機能するようになる性質を有する潜在性硬化触媒を含むことが好ましい。上記特定の温度とは、前述の熱硬化性樹脂３２の粘度が上昇すると共に硬化反応が完結する温度範囲（例えば、７０〜１５０℃や、１００〜１３０℃）内の温度である。潜在性硬化触媒には、マイクロカプセル型やアミンアダクト型等がある。これらのうち、配線板１１，２１の接続性能や安定性の点から、潜在性硬化触媒としてはマイクロカプセル型を用いるのが好ましい。
【００３７】
また、熱硬化性樹脂３２は、温度２５℃においてＥ型粘度計によって測定される粘度に関して、回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値（以下、チキソ比と言う。）が、１．２〜１０の範囲内の値となる性質を有しているのが好ましい。熱硬化性樹脂３２のチキソ比が１．２未満の場合には、毛細管現象により、熱硬化性樹脂３２が配線板１１，１２の接続部分から外部へ排出されてしまう。また、熱硬化性樹脂３２のチキソ比が１０を超える場合には、熱硬化性樹脂３２を安定して塗布することが難しくなる。配線板１１，１２に使用される基板の種類にもよるが、熱硬化性樹脂３２のチキソ比は１．５〜７の範囲内の値であることがより好ましく、１．８〜６の範囲内の値であることが最も好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属の種類が同じ場合と異なる場合のいずれの場合においても、第１の電極１２と第２の電極２２との接合は密接に行われる。従って、本実施の形態によれば、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の電気的特性が良好になる。
【００３９】
また、本実施の形態では、加熱・加圧工程において、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、熱硬化性樹脂３２による第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とが、一括して、ほぼ同時に行われる。従って、本実施の形態によれば、第１の電極１２と第２の電極２２とが接触してから封止が完了するまで、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の変位が抑えられるため、この接合部分の信頼性が高い。
【００４０】
また、本実施の形態では、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間において、第１の電極１２と第２の電極２２との接触部分以外の部分には、熱硬化性樹脂３２が充分に濡れ広がる。従って、本実施の形態によれば、近接した電極間で電流のリークが発生することを防止でき、これにより、電極の狭ピッチ化に対応することが可能になる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とが、一括して、ほぼ同時に行われる。従って、本実施の形態によれば、短時間で第１の配線板１１と第２の配線板２１とを相互に接続することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、加熱・加圧工程において、支持台３０の温度を、常温（室温）よりも高いが、熱硬化性樹脂３２が硬化しない程度の温度になるように制御している。これにより、本実施の形態によれば、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度が不均一になることを抑制して、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、熱硬化性樹脂３２による第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とを良好に行うことが可能になる。
【００４３】
以下、本実施の形態に係る配線板の相互接続方法の実施例を挙げて、配線板の相互接続方法の各工程における好ましい条件について説明する。本実施例では、第１の配線板１１として、８００μｍの厚みのガラスエポキシ基板に１８μｍの厚みの銅箔が貼られた積層体において銅箔をパターニングして構成されたものを用いた。パターニングされた銅箔よりなる導体パターンの一部は第１の電極１２になっている。
【００４４】
また、本実施の形態では、第２の配線板２１として、４０μｍの厚みのポリイミド膜に１２μｍの厚みの銅箔が貼られて構成されたフィルムを加工することによって形成されたフレキシブル基板を用いた。この第２の配線板２１では、パターニングされた銅箔に金めっきを施すことによって導体パターンが形成されている。この導体パターンの一部は第２の電極２２になっている。金めっき層の厚みは０．３μｍである。
【００４５】
本実施例では、接続前に、第１の配線板１１および第２の配線板２１を、温度２３℃、湿度５０％の環境下で２４時間、静置した。
【００４６】
本実施例では、次に、図１に示したように、実装装置の支持台３０の上に第１の配線板１１を載置した。実装装置としては、松下電器産業株式会社製ＦＣＢ−２（製品名）を用いた。本実施例では、支持台３０内のヒーターによって、支持台３０の温度を、例えば９０〜１２０℃の範囲内の温度、例えば１００℃になるように調節した。本実施例では、次に、第１の配線板１１の面１１ａの上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂３２を１０ｍｇだけ塗布した。
【００４７】
ここで、本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２について、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線を図６に示す。図６において、符号５２で示す曲線は本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２の特性を表わし、符号５１で示した曲線は比較例の熱硬化性樹脂の特性を表わしている。本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２は、エポキシ系樹脂とマイクロカプセル型潜在性硬化触媒を含有するものである。図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、９０〜１５０℃の範囲内で、温度上昇と共に上昇している。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度が１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化するのに要する温度変化量は、３０℃以下の範囲内となっている。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において、０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内の粘度となっている。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲において比較例の熱硬化性樹脂の粘度よりも高くなっている。なお、本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２のＥ型粘度計によって測定される２５℃での回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値は２であった。このような性質の熱硬化性樹脂３２を用いることにより、配線板１１，２１を相互に良好に接続することが可能になる。
【００４８】
本実施例では、次に、図２に示したように、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を保持し、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第１の配線板１１の面１１ａの上に第２の配線板２１を配置した。
【００４９】
本実施例では、次に、図３に示したように、加熱・加圧工程を実行した。すなわち、加熱・加圧ツール４０を降下させ、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間に熱硬化性樹脂３２を介在させた状態で、第１の電極１２と第２の電極２２とを接触させた。更に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を加熱することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２を、それらが所定の温度になるように加熱した。更に、これと同時に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１に荷重を加えることによって、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧した。
【００５０】
本実施例では、上記加熱・加圧工程の終了後、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１から離し、第２の配線板２１に対する加熱および加圧を停止し、第１の配線板１１および第２の配線板２１を冷却して、配線板１１，２１の相互接続を完了させた。
【００５１】
以下、実験によって求められた、加熱・加圧工程における好ましい条件について説明する。まず、実験から、加熱・加圧工程における第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度が１５０〜４５０℃の範囲内であれば、第１の電極１２と第２の電極２２とを接合可能であることが分かった。なお、この場合における最適な温度は１８０〜３８０℃であった。
【００５２】
従って、実験結果から、加熱・加圧工程における第１の配線板１１、第２の配線板２１および熱硬化性樹脂３２の温度は、１５０〜４５０℃の範囲内であることが好ましく、１８０〜３８０℃の範囲内であることがより好ましいと言える。
【００５３】
また、実験から、加熱・加圧工程における所要時間は、０．５〜１０秒の範囲内であれば十分で、０．５〜３秒の範囲内であることが好ましいことが分かった。
【００５４】
また、実験から、加熱・加圧工程において第１の配線板１１および第２の配線板２１に加える圧力は、０．１×１０６〜５００×１０６Ｐａの範囲内であることが好ましく、０．２×１０６〜３００×１０６Ｐａの範囲内であることがより好ましいことが分かった。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、加熱・加圧工程では、第１の配線板１１と第２の配線板２１の少なくとも一方を所定の温度になるように加熱すればよい。従って、加熱・加圧工程では、第２の配線板２１を所定の温度に加熱する代わりに、第１の配線板１１を所定の温度に加熱してもよい。
【００５６】
また、本発明は、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属との組み合わせが、実施の形態で挙げた組み合わせ以外の場合にも適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配線板の相互接続方法によれば、接合後の２つの配線板の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように２つの配線板を相互に接続する場合に、２つの配線板の電極の接合部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で２つの配線板を相互に接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法における一工程を説明するための説明図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法によって接続された２つの配線板を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態における実施例で使用した熱硬化性樹脂についてレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…第１の配線板、１１ａ，１１ｂ…面、１２…第１の電極、２１…第２の配線板、２１ａ，２１ｂ…面、２２…第２の電極、３２…熱硬化性樹脂、４０…加熱・加圧ツール。
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの配線板を相互に接続する配線板の相互接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器内では、それぞれ一方の面において露出する電極を有する２つの配線板が相互に接続される場合がある。なお、一般的に、配線板の電極には、錆等から電極を保護する目的と２つの配線板の電極同士の接合を良好にする目的から、金、ニッケル、錫、はんだ等によるめっきが予め施されている。電子機器では、、上記２つの配線板の接続部位の厚みや接続部位の面積を小さくすることが製品設計の幅を広げることに結びついている。以下、２つの配線板を相互に接続する従来の接続方法のうち、代表的ないくつかの接続方法について説明する。
【０００３】
第１の接続方法は、例えば特許文献１に示されるように、コネクタを用いる方法である。この第１の接続方法では、予め、一方の配線板の電極に、はんだ等を用いて、精密に成形されたコネクタを接続しておく。そして、他方の配線板の電極を上記コネクタに差し込むことにより、２つの配線板の電極同士を電気的に接続する。
【０００４】
第２の接続方法は、例えば特許文献２ないし６に示されるように、導電性粒子を介して２つの配線板の電極同士を電気的に接続する方法である。具体的には、特許文献２および３には、熱硬化性樹脂中に導電性粒子が分散された材料よりなる異方性導電フィルムを用いた接続方法が記載されている。この接続方法では、まず、２つの配線板の電極の間に異方性導電フィルムを介在させ、次に、一方の配線板から、２つの配線板の接続部分を加熱、加圧して、２つの配線板の電極同士を導電性粒子を介して電気的に接続すると共に、熱硬化性樹脂を硬化させて封止を行う。特許文献４には、絶縁材料を基材として導電性粒子を含有する接着剤を用いた接続方法が記載されている。また、特許文献５には、導電性粒子を含有する流体を用いた接続方法が記載されている。また、特許文献６には、プラスチック粒子の表面に導電性金属層と共晶はんだめっき層とを形成してなる接続粒子を介して２つの配線板を熱圧着する接続方法が記載されている。
【０００５】
第３の接続方法は、金属接合による方法である。この第３の接続方法には、２つの配線板の電極同士を超音波や熱等を用いて金属接合させる方法と、はんだを用いる方法とがある。後者では、予め、はんだペースト等を用いて一方の配線板の電極上にはんだを付け、２つの配線板の電極同士の位置合わせを行う。次に、はんだを加熱溶融させた後、固化させることによって、２つの配線板の電極同士をはんだを介して電気的に接続する。次に、電極の周囲における２つの配線板間の間隙に樹脂を配置し、これを硬化させることによって封止を行う。
【０００６】
第４の方法は、例えば特許文献７に示されるように、絶縁性接着剤を用いる方法である。この第４の方法では、まず、２つの配線板の電極間に絶縁性接着剤を介在させ、２つの配線板の電極同士の位置合わせを行う。次に、２つの配線板を加熱、加圧して、２つの配線板の電極同士を接触させる。更に、２つの配線板の加熱、加圧を継続することによって、絶縁性接着剤を硬化させて、２つの配線板の電極同士を強固に接続する。特許文献７には、絶縁性接着剤は、液状でもよいが、フィルム状の方が好ましい旨が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１４８０１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−６７６９号公報
【特許文献３】
特開平５−２９０９４１号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８３５１８号公報
【特許文献５】
特開２００１−３４５５５２号公報
【特許文献６】
特開２００２−５７４５５号公報
【特許文献７】
特開平５−２５８８３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第１の接続方法では、接続の信頼性は高いが、成形されたコネクタを用いるため、電子装置における実装の高密度化に伴う配線板の電極の狭ピッチ化や狭ギャップ化に対応することが技術的に難しい。また、第１の接続方法では、配線板を含む電子装置の低コスト化も難しくなる。また、第１の接続方法は、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくしたい場合には、その適用が難しくなる。
【０００９】
第２の接続方法のうち、異方性導電フィルムを用いる方法では、異方性導電フィルム中の導電性粒子の大きさおよび密度や、配線板を加圧する際の荷重の大きさ等によって、２つの配線板の電極同士の電気的な接続状態が変化する。例えば、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が小さ過ぎると、２つの配線板の電極間で導通不良が発生する。また、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が大きすぎると、近接した電極間で電流のリークが発生する可能性がある。そのため、第２の接続方法では、２つの配線板の電極同士の電気的な接続の信頼性が劣るという問題点がある。特許文献４または５に記載された接続方法でも同様である。特許文献６に記載された接続方法でも、接続粒子を介して２つの配線板を熱圧着する際の荷重の大きさ等によって、２つの配線板の電極同士の電気的な接続状態が変化するという問題点がある。また、第２の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくするために２つの配線板の電極間のギャップを小さくしようとすると、使用する導電性粒子を小さくしたり、導電性粒子の大きさのばらつきを小さくしたりする必要が生じる。そのため、第２の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくすることが、技術的に非常に難しくなってくる。
【００１０】
第３の接続方法のうち、２つの配線板の電極同士を金属接合させる方法では、大きな荷重が必要になるという問題点がある。また、はんだを用いる方法では、はんだペーストが流動性を有し、広がりやすいため、電極の狭ギャップ化や狭ピッチ化に対応することが困難であるという問題点がある。
【００１１】
第４の接続方法では、特にフィルム状の絶縁性接着剤を用いる場合には、加熱、加圧により、絶縁性接着剤の粘度を低下させた後、２つの配線板の電極同士を接触させ、更に、絶縁性接着剤を硬化させる。そのため、この第４の接続方法では、処理に時間がかかるという問題点がある。特許文献７には、加熱加圧時間として３０秒という値が記載されている。また、フィルム状の絶縁性接着剤を用いて２つの配線板間のギャップを小さく保つためには、フィルムの厚みのばらつきを小さくする必要が生じる。そのため、第４の接続方法では、２つの配線板の接続部位の厚みを小さくすることが、技術的に難しいという問題点がある。また、２つの配線板間のギャップを小さくする場合には、液状の絶縁性接着剤を用いる場合であっても、液状の樹脂の特性により、以下のような不具合が発生する。すなわち、液状の樹脂の粘度が低すぎる場合には、毛細管現象によって樹脂が２つの配線板の接続部位から外部へ排出され、その結果、樹脂が接続部位に十分に充填されない場合がある。一方、液状の樹脂の粘度が高すぎる場合には、樹脂が接続部位に均一に充填されない場合がある。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、接合後の２つの配線板の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように２つの配線板を相互に接続する場合に、２つの配線板の電極の接合部分の電気的特性および信頼性が良好で、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で２つの配線板を相互に接続できるようにした配線板の相互接続方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線板の相互接続方法は、一方の面において露出する第１の電極を有する第１の配線板と、一方の面において露出する第２の電極を有する第２の配線板とを、接合後の第１および第２の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように相互に接続する方法であって
第１の配線板の第１の電極上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂を配置する工程と、
第２の電極が第１の電極と対向するように、第２の配線板を第１の配線板の一方の面の上に配置する工程と、
第１の配線板と第２の配線板との間に熱硬化性樹脂を介在させた状態で、第１の電極と第２の電極とを接触させ、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を、１５０〜４５０℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、０．５〜１０秒の範囲内の時間だけ、第１の電極および第２の電極を、それらが互いに密着するように加圧することにより、第１の電極と第２の電極とを接合すると共に、熱硬化性樹脂を硬化させて第１の電極と第２の電極との接合部分の周囲を封止する加熱・加圧工程とを備えている。
【００１４】
本発明の配線板の相互接続方法において、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒とを含有し、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られる粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内にあり、温度の上昇と共に上昇し、且つ温度変化量が３０℃以下の範囲内で１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化する挙動を示してもよい。
【００１５】
また、本発明の配線板の相互接続方法において、熱硬化性樹脂は、温度２５℃においてＥ型粘度計によって測定される粘度に関して、回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値が１．２〜１０の範囲内の値となる性質を有していてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１ないし図４は、本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法における各工程を説明するための説明図である。また、図５は接続された２つの配線板を示す斜視図である。
【００１７】
本実施の形態に係る配線板の相互接続方法では、まず、図１に示したように、実装装置の支持台３０の上に第１の配線板１１を載置する。第１の配線板１１は、一方の面１１ａにおいて露出する複数の第１の電極１２を有している。第１の電極１２は、金または錫のめっきが施されたものになっている。電極１２の厚みは、２μｍ〜３０μｍの範囲内、特には５μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが、製品設計の点から好ましい。
【００１８】
第１の配線板１１の導体部分以外を構成する材料は、有機材料でもよいし、無機材料でもよい。また、第１の配線板１１は、硬質な基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。
【００１９】
第１の配線板１１は、一方の面１１ａが上を向き、反対側の面１１ｂが支持台３０の上面に接するようにして、支持台３０の上に載置されている。支持台３０は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。次に、第１の配線板１１の面１１ａの上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂３２を、例えばシリンジ３１を用いて塗布することによって配置する。なお、支持台３０の温度は、常温（室温）よりも高いが、熱硬化性樹脂３２が硬化しない程度の温度、例えば９０〜１２０℃の温度になるように制御されている。これにより、第１の配線板１１は、支持台３０の上記の温度に近づくように加熱される。なお、支持台３０から第１の配線板１１へ熱は瞬時には伝わらず、また、後述するように本実施の形態における配線板の相互接続工程は短時間で行われる。そのため、支持台３０と第１の配線板１１の温度は通常一致しない。従って、支持台３０の温度は、第１の配線板１１上の熱硬化性樹脂３２が流動性を保てる程度の温度であれば、熱硬化性樹脂３２の硬化温度よりも多少高く設定してもよい。
【００２０】
次に、図２に示したように、加熱・加圧ツール４０によって、第１の配線板１１に接続する第２の配線板２１を保持し、この第２の配線板２１を第１の配線板１１と対向するように配置する。第２の配線板２１は、一方の面２１ａにおいて露出する複数の第２の電極２２を有している。第１の電極１２と第２の電極２２は、第１の配線板１１の面１１ａと第２の配線板２１の面２１ａとが向き合ったときに互いに対向する位置に配置されている。第２の電極２２は、金または錫のめっきが施されたものになっている。また、電極２２の厚みは、２μｍ〜３０μｍの範囲内、特には５μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが、製品設計の点から好ましい。
【００２１】
第２の配線板２１の導体部分以外を構成する材料は、有機材料でもよいし、無機材料でもよい。また、第２の配線板２１は、硬質な基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。
【００２２】
図示しないが、加熱・加圧ツール４０は、第２の配線板２１に接する面４０ａにおいて、複数の吸引口を有している。加熱・加圧ツール４０の内部には、吸引口に続く吸引路が設けられている。吸引路は、吸引ポンプに接続されるようになっている。そして、加熱・加圧ツール４０は、吸引ポンプによって吸引路内の気体を吸引することによって、面４０ａに第２の配線板２１を吸着させて第２の配線板２１を保持できるようになっている。
【００２３】
また、加熱・加圧ツール４０は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。更に、加熱・加圧ツール４０は、垂直および水平方向に移動可能で、且つ保持した第２の配線板２１に対して荷重を加えることができるようになっている。
【００２４】
第２の配線板２１は、面２１ａとは反対側の面２１ｂが加熱・加圧ツール４０の面４０ａに接するようにして加熱・加圧ツール４０によって保持されて、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第１の配線板１１の面１１ａの上に配置される。
【００２５】
なお、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第２の配線板２１を配置する方法は、上述のように加熱・加圧ツール４０を用いる方法に限らない。例えば、加熱・加圧ツール４０を用いずに、治具等を用いて、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第２の配線板２１を配置し、その後、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１に接触させてもよい。
【００２６】
次に、図３に示したように、加熱・加圧ツール４０を降下させ、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間に熱硬化性樹脂３２を介在させた状態で、第１の電極１２と第２の電極２２とを接触させる。加熱・加圧ツール４０を降下させる過程で、熱硬化性樹脂３２は広がり、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間にくまなく充填される。更に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を加熱することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２を、それらが所定の温度になるように加熱する。同時に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１に荷重を加えることによって、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧する。以下、この工程を、加熱・加圧工程と言う。
【００２７】
加熱・加圧工程では、第１の電極１２と第２の電極２２の少なくとも一方を、１５０〜４５０℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、０．５〜１０秒の範囲内の時間だけ、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧する。
【００２８】
なお、加熱・加圧工程における第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度の制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、予め実験によって、加熱・加圧ツール４０の温度と、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度との関係を求めておく。第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度は、例えば、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間の位置において熱硬化性樹脂３２中に挿入された温度センサによって検出する。実際の加熱・加圧工程では、上記のようにして求められた温度の関係に基づいて、加熱・加圧ツール４０の温度を制御することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度を制御する。
【００２９】
本実施の形態では、上記加熱・加圧工程において、第１の電極１２と第２の電極２２とが接合されると共に、熱硬化性樹脂３２が硬化することによって配線板１１，１２が固定され且つ第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲が封止される。なお、熱硬化性樹脂３２のうち、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間からはみ出した部分がフィレットを形成してもよい。
【００３０】
次に、図４に示したように、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１から離し、第２の配線板２１に対する加熱および加圧を停止する。以後、第１の配線板１１および第２の配線板２１は冷却されて、図５に示したように第１の配線板１１と第２の配線板２１との相互接続が完了する。
【００３１】
なお、本実施の形態において、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属は、種類が同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、本実施の形態は、２つの配線板１１，２１間のギャップを小さくしながら、２つの配線板１１，２１の電極同士の接合を可能とすることを特徴としている。その観点から、本実施の形態では、第１の配線板１１と第２の配線板２１との接続により接合された後の第１の電極１２の厚みと第２の電極２２の厚みの合計は４０μｍ以下とすることが必要である。接合後の第１の電極１２の厚みと第２の電極２２の厚みの合計の好ましい範囲は、５μｍ〜４０μｍである。
【００３２】
また、本実施の形態において用いられる熱硬化性樹脂３２は、常温（室温）では、一定の粘度を有する液状であることが好ましい。特に、本実施の形態では、加熱・加圧工程前に、第１の配線板１１は、温度が９０〜１２０℃に制御された支持台３０の上に載置され、熱硬化性樹脂３２は第１の配線板１１の面１１ａの上に配置される。この状態において、熱硬化性樹脂３２は、粘度が１５Ｐａ・ｓ以下、特に０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内となる液状であることが好ましい。また、熱硬化性樹脂３２は、加熱・加圧工程において、所定の温度範囲内で温度の上昇と共に粘度が上昇するものが好ましい。上記所定の温度範囲は、７０〜１５０℃であることが好ましく、９０〜１３０℃であることがより好ましい。
【００３３】
ここで、本実施の形態で使用される熱硬化性樹脂３２の、レオメーターによる測定によって得られる粘度−温度特性について詳述する。上述したように、熱硬化性樹脂３２は、加熱・加圧工程前において液状であることが好ましい。そのためには、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において、１５Ｐａ・ｓ以下、特に０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内となる挙動を示すことが好ましい。また、同測定によって得られる粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、７０〜１５０℃、特に好ましくは８０〜１４０℃、最も好ましくは９０〜１３０℃の範囲内で、温度上昇と共に上昇し、且つ温度変化量が３０℃以下の範囲内で１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化する挙動を示すことが好ましい。熱硬化性樹脂３２の粘度が１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化するのに要する温度変化量が３０℃を超えると、短時間での配線板１１，２１の相互接続が困難になるおそれがある。従って、上記温度変化量は、０．１〜３０℃の範囲内であることが好ましく、１０〜２５℃の範囲内であることが最も好ましい。
【００３４】
また、熱硬化性樹脂３２としては、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂またはアクリル系熱硬化性樹脂を含むものを用いることができる。これらのうち、エポキシ系熱硬化性樹脂は信頼性の点で優れているため、熱硬化性樹脂３２としては、特にエポキシ系熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【００３５】
熱硬化性樹脂３２に使用されるエポキシ樹脂としては、常温で液状であるものを用いるのが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、カルボン酸グリシジルエステル型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの１つ以上を含むものを用いることができる。
【００３６】
また、熱硬化性樹脂３２に使用されるエポキシ樹脂は、更に、特定の温度以上で急速にエポキシ樹脂硬化触媒として機能するようになる性質を有する潜在性硬化触媒を含むことが好ましい。上記特定の温度とは、前述の熱硬化性樹脂３２の粘度が上昇すると共に硬化反応が完結する温度範囲（例えば、７０〜１５０℃や、１００〜１３０℃）内の温度である。潜在性硬化触媒には、マイクロカプセル型やアミンアダクト型等がある。これらのうち、配線板１１，２１の接続性能や安定性の点から、潜在性硬化触媒としてはマイクロカプセル型を用いるのが好ましい。
【００３７】
また、熱硬化性樹脂３２は、温度２５℃においてＥ型粘度計によって測定される粘度に関して、回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値（以下、チキソ比と言う。）が、１．２〜１０の範囲内の値となる性質を有しているのが好ましい。熱硬化性樹脂３２のチキソ比が１．２未満の場合には、毛細管現象により、熱硬化性樹脂３２が配線板１１，１２の接続部分から外部へ排出されてしまう。また、熱硬化性樹脂３２のチキソ比が１０を超える場合には、熱硬化性樹脂３２を安定して塗布することが難しくなる。配線板１１，１２に使用される基板の種類にもよるが、熱硬化性樹脂３２のチキソ比は１．５〜７の範囲内の値であることがより好ましく、１．８〜６の範囲内の値であることが最も好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属の種類が同じ場合と異なる場合のいずれの場合においても、第１の電極１２と第２の電極２２との接合は密接に行われる。従って、本実施の形態によれば、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の電気的特性が良好になる。
【００３９】
また、本実施の形態では、加熱・加圧工程において、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、熱硬化性樹脂３２による第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とが、一括して、ほぼ同時に行われる。従って、本実施の形態によれば、第１の電極１２と第２の電極２２とが接触してから封止が完了するまで、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の変位が抑えられるため、この接合部分の信頼性が高い。
【００４０】
また、本実施の形態では、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間において、第１の電極１２と第２の電極２２との接触部分以外の部分には、熱硬化性樹脂３２が充分に濡れ広がる。従って、本実施の形態によれば、近接した電極間で電流のリークが発生することを防止でき、これにより、電極の狭ピッチ化に対応することが可能になる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とが、一括して、ほぼ同時に行われる。従って、本実施の形態によれば、短時間で第１の配線板１１と第２の配線板２１とを相互に接続することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、加熱・加圧工程において、支持台３０の温度を、常温（室温）よりも高いが、熱硬化性樹脂３２が硬化しない程度の温度になるように制御している。これにより、本実施の形態によれば、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度が不均一になることを抑制して、第１の電極１２と第２の電極２２との接合と、熱硬化性樹脂３２による第１の電極１２と第２の電極２２との接合部分の周囲の封止とを良好に行うことが可能になる。
【００４３】
以下、本実施の形態に係る配線板の相互接続方法の実施例を挙げて、配線板の相互接続方法の各工程における好ましい条件について説明する。本実施例では、第１の配線板１１として、８００μｍの厚みのガラスエポキシ基板に１８μｍの厚みの銅箔が貼られた積層体において銅箔をパターニングして構成されたものを用いた。パターニングされた銅箔よりなる導体パターンの一部は第１の電極１２になっている。
【００４４】
また、本実施の形態では、第２の配線板２１として、４０μｍの厚みのポリイミド膜に１２μｍの厚みの銅箔が貼られて構成されたフィルムを加工することによって形成されたフレキシブル基板を用いた。この第２の配線板２１では、パターニングされた銅箔に金めっきを施すことによって導体パターンが形成されている。この導体パターンの一部は第２の電極２２になっている。金めっき層の厚みは０．３μｍである。
【００４５】
本実施例では、接続前に、第１の配線板１１および第２の配線板２１を、温度２３℃、湿度５０％の環境下で２４時間、静置した。
【００４６】
本実施例では、次に、図１に示したように、実装装置の支持台３０の上に第１の配線板１１を載置した。実装装置としては、松下電器産業株式会社製ＦＣＢ−２（製品名）を用いた。本実施例では、支持台３０内のヒーターによって、支持台３０の温度を、例えば９０〜１２０℃の範囲内の温度、例えば１００℃になるように調節した。本実施例では、次に、第１の配線板１１の面１１ａの上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂３２を１０ｍｇだけ塗布した。
【００４７】
ここで、本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２について、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線を図６に示す。図６において、符号５２で示す曲線は本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２の特性を表わし、符号５１で示した曲線は比較例の熱硬化性樹脂の特性を表わしている。本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２は、エポキシ系樹脂とマイクロカプセル型潜在性硬化触媒を含有するものである。図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、９０〜１５０℃の範囲内で、温度上昇と共に上昇している。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度が１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化するのに要する温度変化量は、３０℃以下の範囲内となっている。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において、０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内の粘度となっている。また、図６に示した粘度−温度曲線において、熱硬化性樹脂３２の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲において比較例の熱硬化性樹脂の粘度よりも高くなっている。なお、本実施例で使用した熱硬化性樹脂３２のＥ型粘度計によって測定される２５℃での回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値は２であった。このような性質の熱硬化性樹脂３２を用いることにより、配線板１１，２１を相互に良好に接続することが可能になる。
【００４８】
本実施例では、次に、図２に示したように、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を保持し、第２の電極２２が第１の電極１２と対向するように第１の配線板１１の面１１ａの上に第２の配線板２１を配置した。
【００４９】
本実施例では、次に、図３に示したように、加熱・加圧工程を実行した。すなわち、加熱・加圧ツール４０を降下させ、第１の配線板１１と第２の配線板２１との間に熱硬化性樹脂３２を介在させた状態で、第１の電極１２と第２の電極２２とを接触させた。更に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１を加熱することによって、第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２を、それらが所定の温度になるように加熱した。更に、これと同時に、加熱・加圧ツール４０によって第２の配線板２１に荷重を加えることによって、第１の電極１２および第２の電極２２を、それらが互いに密着するように加圧した。
【００５０】
本実施例では、上記加熱・加圧工程の終了後、加熱・加圧ツール４０を第２の配線板２１から離し、第２の配線板２１に対する加熱および加圧を停止し、第１の配線板１１および第２の配線板２１を冷却して、配線板１１，２１の相互接続を完了させた。
【００５１】
以下、実験によって求められた、加熱・加圧工程における好ましい条件について説明する。まず、実験から、加熱・加圧工程における第１の電極１２、第２の電極２２および熱硬化性樹脂３２の温度が１５０〜４５０℃の範囲内であれば、第１の電極１２と第２の電極２２とを接合可能であることが分かった。なお、この場合における最適な温度は１８０〜３８０℃であった。
【００５２】
従って、実験結果から、加熱・加圧工程における第１の配線板１１、第２の配線板２１および熱硬化性樹脂３２の温度は、１５０〜４５０℃の範囲内であることが好ましく、１８０〜３８０℃の範囲内であることがより好ましいと言える。
【００５３】
また、実験から、加熱・加圧工程における所要時間は、０．５〜１０秒の範囲内であれば十分で、０．５〜３秒の範囲内であることが好ましいことが分かった。
【００５４】
また、実験から、加熱・加圧工程において第１の配線板１１および第２の配線板２１に加える圧力は、０．１×１０６〜５００×１０６Ｐａの範囲内であることが好ましく、０．２×１０６〜３００×１０６Ｐａの範囲内であることがより好ましいことが分かった。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、加熱・加圧工程では、第１の配線板１１と第２の配線板２１の少なくとも一方を所定の温度になるように加熱すればよい。従って、加熱・加圧工程では、第２の配線板２１を所定の温度に加熱する代わりに、第１の配線板１１を所定の温度に加熱してもよい。
【００５６】
また、本発明は、第１の電極１２の表面に現れた金属と第２の電極２２の表面に現れた金属との組み合わせが、実施の形態で挙げた組み合わせ以外の場合にも適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配線板の相互接続方法によれば、接合後の２つの配線板の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように２つの配線板を相互に接続する場合に、２つの配線板の電極の接合部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で２つの配線板を相互に接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法における一工程を説明するための説明図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る配線板の相互接続方法によって接続された２つの配線板を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態における実施例で使用した熱硬化性樹脂についてレオメーターによる測定によって得られた粘度−温度曲線を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…第１の配線板、１１ａ，１１ｂ…面、１２…第１の電極、２１…第２の配線板、２１ａ，２１ｂ…面、２２…第２の電極、３２…熱硬化性樹脂、４０…加熱・加圧ツール。
Claims (3)
- 一方の面において露出する第１の電極を有する第１の配線板と、一方の面において露出する第２の電極を有する第２の配線板とを、接合後の第１および第２の電極の厚みの合計が４０μｍ以下になるように相互に接続する方法であって
前記第１の配線板の第１の電極上に、絶縁性で液状の熱硬化性樹脂を配置する工程と、
前記第２の電極が前記第１の電極と対向するように、前記第２の配線板を前記第１の配線板の一方の面の上に配置する工程と、
前記第１の配線板と第２の配線板との間に前記熱硬化性樹脂を介在させた状態で、前記第１の電極と第２の電極とを接触させ、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を、１５０〜４５０℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、０．５〜１０秒の範囲内の時間だけ、前記第１の電極および第２の電極を、それらが互いに密着するように加圧することにより、前記第１の電極と第２の電極とを接合すると共に、前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の電極と第２の電極との接合部分の周囲を封止する加熱・加圧工程と
を備えたことを特徴とする配線板の相互接続方法。 - 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒とを含有し、昇温速度を５℃／分としたレオメーターによる測定によって得られる粘度−温度曲線において、前記熱硬化性樹脂の粘度は、５０〜１００℃の温度範囲中の少なくとも１０℃の幅の温度範囲において０．５〜１５Ｐａ・ｓの範囲内にあり、温度の上昇と共に上昇し、且つ温度変化量が３０℃以下の範囲内で１．０×１０２Ｐａ・ｓから１．０×１０５Ｐａ・ｓに変化する挙動を示すことを特徴とする請求項１記載の配線板の相互接続方法。
- 前記熱硬化性樹脂は、温度２５℃においてＥ型粘度計によって測定される粘度に関して、回転数１ｒｐｍにおける粘度を回転数１０ｒｐｍにおける粘度で除した値が１．２〜１０の範囲内の値となる性質を有していることを特徴とする請求項１または２記載の配線板の相互接続方法。
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