JP2006066506A - 複合基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 端子部の電気的抵抗を抑えることができ、しかもコスト低減が可能となる複合基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 基材３に導電部４が形成された第１の基板１と、基材５に導電部６が形成された第２基板２とを備え、基板１、２の導電部４、６どうしが端子部９で接合された複合基板１０。端子部９は、導電部４、６の間に金属からなる接続粒子１１が挟み込まれ、かつ接続粒子１１と導電部４、６との界面１２の縦断面形状が環状となるように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の基板を接合して得られた複合基板およびその製造方法に関する。

電子機器の小型化、軽量化に伴い、複数の回路基板を互いに接合した複合基板が用いられている。
複合基板としては、基板どうしを機構部品（コネクタ）を介して接合したものがある。
また、基板どうしの接合に異方性導電膜を用いたものも用いられている（例えば特許文献１を参照）。
図７は、異方性導電膜を用いた複合基板の一例を示すもので、この複合基板４０では、第１基板１と第２基板２とが異方性導電膜４１を介して接合されている。
第１基板１は、基材３の一方の面に導電部４が形成されている。第２基板２は、基材５の一方の面に導電部６が形成されている。
第１および第２基板１、２は、導電部４の一部である端子７と、導電部６の一部である端子８とが向かい合うように配置されている。
異方性導電膜４１は、導体粒子４２を熱硬化性樹脂などの樹脂材料４３に分散させたものである。
複合基板４０では、端子７と端子８との間に介在する導体粒子４２によって、端子７、８が電気的に接続されている。
特開平５−１９１００８号公報

コネクタを用いた複合基板は、コネクタに大きなスペースが必要となるため、薄型化が難しい。また、端子間の距離が小さい場合にはコネクタの使用は難しい。また、接続部分で電気的な抵抗が大きくなる問題もある。
異方性導電膜４１を用いた複合基板４０は、薄型化は可能であるものの、高価な異方性導電膜４１を使用するためコストが増大するという問題がある。また、接続部分で電気的な抵抗が大きくなる問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、端子部の電気的抵抗の増加を抑えることができ、しかもコスト低減が可能となる複合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の複合基板は、基材に導電部が形成された第１の基板と、基材に導電部が形成された第２の基板とを備え、これら基板の導電部どうしが端子部で接合された複合基板であって、該端子部が、前記導電部の間に金属からなる接続粒子が挟み込まれ、かつ該接続粒子と前記導電部との界面の縦断面形状が環状となるように形成されていることを特徴とする。

本発明の複合基板の製造方法は、基材に導電部が形成された第１の基板と、基材に導電部が形成された第２の基板とが接合された複合基板を製造する方法であって、前記第１および第２の基板の導電部のうち一方の上に、金属からなる接続粒子を配置する接続粒子配置工程と、前記導電部の間に接続粒子を挟み込んだ状態で、第１および第２の基板を互いに接近する方向に押圧することによって、前記導電部を接続粒子に沿って変形させ、接続粒子と導電部との界面の縦断面形状が環状となる端子部を形成する端子部形成工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明は、次に示す効果を奏する。
本発明の製造方法では、導電部間に接続粒子を挟み込んだ状態で基板を押圧し、導電部を接続粒子に沿って変形させ、接続粒子と導電部との界面が断面環状となる端子部を得るので、端子と接続粒子との間の電気的抵抗を低減するとともに、これらの間の接合強度を高めることができる。
従って、導電部間の電気的抵抗を低減するとともに、接合強度を高めることができる。
導電部と接続粒子との間の電気的抵抗および接合強度が改善される理由については、次の推測が可能である。
導電部および接続粒子の表面には、空気中の酸素の影響により酸化被膜が形成されることがある。
端子部を形成する際には、導電部に、接続粒子の形状に即した凹部が形成される。この際、導電部および接続粒子に大きな力が加えられ、導電部および接続粒子が変形し、酸化被膜が破壊される。
このため、導電部と接続粒子は、酸化被膜が介在することなく、金属結合などにより直接接合されることになる。
よって、これらの間の電気的抵抗の増加が抑えられるとともに、接合強度が高められると考えられる。
また、第１および第２基板を、安価な接続粒子を介して接合するので、高価なコネクタや異方性導電膜を使用する場合に比べ、低コスト化が可能となる。

本発明の複合基板では、導電部間に接続粒子が挟み込まれ、界面が断面環状となった端子部を有するので、導電部と接続粒子の間の電気的抵抗を低減することができる。
また、導電部と接続粒子とを強固に接合できるため、導電部間の接合強度を高めることができる。
さらには、第１および第２基板が、安価な接続粒子を介して接合されているので、低コスト化が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の複合基板の第１の例を詳細に説明する。
図１は上記複合基板の概略構成を示す図である。図２はこの複合基板の端子部の縦断面を示す図である。図３および図４は、図１に示す複合基板の製造工程を示す工程図である。
図１に示すように、この複合基板１０は、第１基板１と第２基板２とを備えている。
第１基板１は、基材３の一方の面に導電部４が形成されている。第２基板２は、基材５の一方の面に導電部６が形成されている。
導電部４の一部である端子７と、導電部６の一部である端子８とは、端子部９で接合されている。

図２に示すように、端子７、８の接合面７ａ、８ａには、断面略円弧状の凹部７ｂ、８ｂが形成されている。これら凹部７ｂ、８ｂ間には、凹部７ｂ、８ｂの形状に沿う断面略楕円形の接続粒子１１が挟み込まれている。

端子７、８は、接続粒子１１の周囲で直接接合しており、端子７、８と接続粒子１１との界面１２は、縦断面（基材に対し垂直な方向の断面）が環状となっている。以下、端子７と端子８とが直接接合した部分を直接接合部分１３という。
図示例では、接続粒子１１の断面形状は略楕円形であるが、これに限らず、円形、矩形、多角形とすることもできる。
直接接合部分１３は、接続粒子１１を囲んで形成されていることが好ましい。この構成によれば、界面１２の横断面形状（基材に沿う方向の断面）も環状となる。
端子７、８と接続粒子１１とは、金属結合などにより強固に接合している。

導電部４、６および接続粒子１１には、銅、クロム、アルミニウム、チタン、チタン−タングステン合金、金が好適に用いられる。これらのうち２以上の合金を用いてもよい。なかでも特に、銅を用いるのが好ましい。
接続粒子１１には、導電部４、６と同じ材料を用いるのが好ましい。
特に、導電部４、６と接続粒子１１のいずれにも銅を用いることによって、端子部９における電気抵抗を抑えることができる。
また、接続粒子１１には、端子７、８の構成材料に比べ、融点が同じまたは低い材料を用いることもできる。例えば、端子７、８に銅を用い、接続粒子１１にＳｎ、Ｚｎ、Ａｌのうち１以上を含む材料を用いることができる。

接続粒子１１の幅は、１００μｍ以上とするのが好ましく、例えば１００〜５００μｍとすることができる。
接続粒子１１の厚さは、３０μｍ以下とするのが好ましく、例えば１０〜３０μｍとすることができる。
端子７、８の幅は、例えば１００〜５００μｍとすることができる。端子７、８の厚さは、例えば９〜３５μｍとすることができる。
接続粒子１１の幅は、端子７、８の幅とほぼ同じか、または端子７、８の幅より小さくするのが好適である。

互いに隣接する２つの端子部９の間には、絶縁部１４が設けられている。
絶縁部１４は、絶縁性の合成樹脂などからなり、例えばポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂で構成することができる。
なお、本発明では、絶縁部１４を設けない構成も可能である。

次に、図３〜図５を参照して、複合基板１０を製造する方法の一例を説明する。
第１基板１の端子７間に絶縁部１４を設ける。絶縁部１４は、端子７よりも高くなるように形成するのが好ましい。
これにより、接続粒子１１ａを確実に端子７上に載せることができる。また、絶縁部１４の材料を適宜選択することにより、端子７、８間の隙間を埋めることができ、信頼性が向上する。

第１基板１の端子７の上に、接続粒子１１ａを載せる。
接続粒子１１ａの形状は、略球状、略楕円体状、略円柱状、略多角柱状、略円錐状、略多角錐状、直方体などとすることができる。
特に、端子７、８に対し点接触する形状、例えば球状、楕円体状の接続粒子１１ａを用いると、端子７、８と接続粒子１１との間の電気抵抗を低くすることができる。
図示例では、接続粒子１１ａは球状とされ、接合前の状態では平坦な接合面７ａ、８ａに点接触するようになっている。

接続粒子１１ａの直径は、５０μｍ以上（好ましくは１００μｍ以上）とするのが好ましい。
接続粒子１１ａの直径をこの範囲とすることによって、端子７、８と接続粒子１１との間の電気抵抗を低くすることができる。
接続粒子１１ａの直径は例えば５０〜２００μｍとすることができる。

接続粒子１１ａを端子７上に載せるには、第１基板１上に接続粒子１１ａを供給し、絶縁部１４間に落とし込む方法をとることができる。また、接続粒子１１ａを把持するマウンタを用いて接続粒子１１ａを端子７上に供給してもよい。
以下、接続粒子１１ａを端子７上に配置する工程を接続粒子配置工程と呼ぶ。

図４および図５に示すように、第２基板２を、端子８が端子７に向かい合うように配置し、矢印で示すように、端子７、８間に接続粒子１１ａを挟み込んだ状態で、第２基板２を第１基板１に接近する方向に押圧する。この際、温度条件は１８０℃以上（好ましくは２４０℃以上）とするのが好ましい。
これによって、接続粒子１１ａが押圧方向に変形して断面略楕円形の接続粒子１１となるとともに、その形状に沿う凹部７ｂ、８ｂが接合面７ａ、８ａに形成される。
第２基板２は、端子８の一部が直接接合部分１３で端子７に接するまで押圧され、図１に示すように、界面１２が断面環状となる端子部９が形成される。
以下、端子部９を形成する工程を端子部形成工程という。

複合基板１０の製造方法は、次に示す効果を奏する。
（１）上記製造方法では、端子７、８間に接続粒子１１ａを挟み込んだ状態で基板１、２を押圧し、接合面７ａ、８ａに凹部７ｂ、８ｂを形成し、界面１２が断面環状となる端子部９を得るので、端子７、８と接続粒子１１との間の電気的抵抗を低減することができる。
従って、端子７、８間の電気的抵抗を低減することができる。
端子７、８と接続粒子１１との間の電気的抵抗を抑えることができる理由については、次の推測が可能である。
端子７、８および接続粒子１１ａの表面には、空気中の酸素の影響により酸化被膜が形成されることがある。
端子部９を形成する際には、接合面７ａ、８ａに、接続粒子１１の形状に即した凹部７ｂ、８ｂが形成される。この際、接合面７ａ、８ａと接続粒子１１との界面に、これらの間の摩擦に起因する大きな力が加えられるため、酸化被膜が破壊される。
このため、端子７、８と接続粒子１１は、酸化被膜が介在することなく、金属結合などにより直接接合されることになる。
よって、これらの間の電気的抵抗を抑えることができると考えられる。
（２）接合面７ａ、８ａに、接続粒子１１に沿う凹部７ｂ、８ｂを形成し、界面１２が断面環状となる端子部９を得るので、接合面７ａ、８ａと接続粒子１１とが強固に接合される。
従って、端子７と端子８との間の接合強度を高めることができる。
接合面７ａ、８ａと接続粒子１１とが強固に接合されるのは、これらの間に存在する酸化被膜が破壊され、接合面７ａ、８ａと接続粒子１１とが直接接合されるためであると推測できる。
（３）第１および第２基板１、２を、安価な接続粒子１１を介して接合するので、高価なコネクタや異方性導電膜を使用する場合に比べ、低コスト化が可能となる。

複合基板１０では、端子７、８間に接続粒子１１が挟み込まれ、界面１２が断面環状となった端子部９を有するので、端子７、８と接続粒子１１の間の電気的抵抗を低減することができる。
また、端子７、８と接続粒子１１とを強固に接合できるため、端子７と端子８との間の接合強度を高めることができる。
さらには、第１および第２基板１、２が、安価な接続粒子１１を介して接合されているので、低コスト化が可能となる。

上記複合基板１０では、端子７、８が直接接合部分１３において接合されているが、本発明では、端子どうしが接していなくてもよい。
すなわち、図６に示すように、端子７、８間に隙間１５がある場合も、界面１２は縦断面が環状であるとみなすことができる。隙間１５は、接続粒子１１の厚さＴ未満であることが好ましい。

本発明の複合基板には、プリント配線基板などの回路基板を適用することができる。また、半導体基板を使用することもできる。
本発明の複合基板は、例えば、２つのプリント配線基板を接合した構成とすることができる。また、プリント配線基板と半導体基板とを備えた構成としてもよいし、２つの半導体基板を接合した構成としてもよい。

本発明の複合基板の第１の例を示す概略構成図である。 図１に示す複合基板の要部を示す縦断面図である。 図１に示す複合基板を製造する方法を示す工程図である。 図１に示す複合基板を製造する方法を示す工程図である。 図１に示す複合基板を製造する方法を示す工程図である。 本発明の複合基板の他の例を示す概略構成図である。 従来の複合基板の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…第１基板、２…第２基板、３、５…基材、４、６…導電部、９…端子部、１１、１１ａ…接続粒子、１２…界面

Claims (3)

1. 基材に導電部が形成された第１の基板と、基材に導電部が形成された第２の基板とを備え、これら基板の導電部どうしが端子部で接合された複合基板であって、
   該端子部は、前記導電部の間に金属からなる接続粒子が挟み込まれ、かつ該接続粒子と前記導電部との界面の縦断面形状が環状となるように形成されていることを特徴とする複合基板。
2. 前記端子部は、導電部および接続粒子が銅からなることを特徴とする請求項１に記載の複合基板。
3. 基材に導電部が形成された第１の基板と、基材に導電部が形成された第２の基板とが接合された複合基板を製造する方法であって、
   前記第１および第２の基板の導電部のうち一方の上に、金属からなる接続粒子を配置する接続粒子配置工程と、
   前記導電部の間に接続粒子を挟み込んだ状態で、第１および第２の基板を互いに接近する方向に押圧することによって、前記導電部を接続粒子に沿って変形させ、接続粒子と導電部との界面の縦断面形状が環状となる端子部を形成する端子部形成工程と、
   を含むことを特徴とする複合基板の製造方法。

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