JP2009060015A - Solid printed circuit board - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a three-dimensional printed wiring board widely used in various electronic devices such as a personal computer, a mobile communication telephone, and a video camera.
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。 Recently, personal computers, digital cameras, mobile phones, etc. have become widespread as mobile products. Especially, there are strong demands for small size, thinness, light weight, high definition, multi-functionality, etc.・ Low profile and 3D mounting are progressing. A method using a cavity substrate is known as one method for easily realizing such a low-profile and three-dimensional mounting of a semiconductor package.
以下に従来のキャビティ基板の形態について、図8を用いて説明する。 Hereinafter, a conventional cavity substrate will be described with reference to FIG.
図8において、熱硬化性樹脂からなる接続層21を間にして、下側プリント配線板22と、上側プリント配線板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。
In FIG. 8, the lower printed
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。
図8のような従来の多層プリント配線板は、一般的に熱硬化性樹脂からなる接続層は、上下のプリント配線板との積層時の温度上昇によりいったん溶融、硬化し、上下のプリント配線板との密着が得られたときの温度において応力がゼロとなる。その後冷却した際に、接続層と上下のプリント配線板における熱収縮の挙動が異なるので、これらの間に内部応力が加わることになり、完成後の多層プリント配線板において反りが発生するという課題を有していた。 In the conventional multilayer printed wiring board as shown in FIG. 8, the connection layer generally made of a thermosetting resin is once melted and hardened due to the temperature rise at the time of lamination with the upper and lower printed wiring boards. The stress becomes zero at the temperature at which close contact is obtained. After cooling, the behavior of thermal shrinkage between the connection layer and the upper and lower printed wiring boards is different, so internal stress is applied between them, and the problem that warpage occurs in the completed multilayer printed wiring board Had.
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a three-dimensional printed wiring board capable of connecting multiple pins between substrates and increasing the wiring density in the substrate.
上記目的を達成するために、本発明は表層に配線が形成された形状の異なる複数のプリント配線板と、前記プリント配線板の間を接続する、厚みが30〜300μmの接続層とを有し、前記接続層は、無機フィラーおよびエラストマー成分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ことを特徴とする立体プリント配線板である。 In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of printed wiring boards having different shapes in which wiring is formed on a surface layer, and a connection layer having a thickness of 30 to 300 μm that connects between the printed wiring boards, The connection layer is made of an insulating layer in which an inorganic filler and an elastomer component are dispersed in a thermosetting resin. A through hole is formed in a predetermined position of the insulating layer, and the via is filled with a conductive paste. It is a three-dimensional printed wiring board characterized by having.
このような構成にすることにより、無機フィラーの流動性は抑制され、かつ無機フィラーは樹脂よりも1/10程度低熱膨張であるため、前記絶縁層の上下のプリント配線板よりも積層時の温度上昇による寸法変動が小さい。従って上下のプリント配線板は高温時にプレス圧力により形状を規制されながら内部応力を持ったまま密着するが、常温に戻ったときには応力は解放されあたかも常温で接着したかのように反りが低減されるため、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プリント配線板を実現することができる。 By adopting such a configuration, the fluidity of the inorganic filler is suppressed, and the inorganic filler has a thermal expansion that is about 1/10 lower than that of the resin. Therefore, the temperature during lamination is higher than the printed wiring boards above and below the insulating layer. Small dimensional variation due to ascent. Therefore, the upper and lower printed wiring boards are in close contact with the internal stress while the shape is regulated by the press pressure at high temperatures, but when the temperature returns to room temperature, the stress is released and warping is reduced as if it were bonded at room temperature. Therefore, it is possible to connect multiple pins between boards, increase the wiring density in the board, and further have recesses, so that a thin printed wiring board can be realized by mounting components in the recesses. be able to.
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。 As described above, the present invention enables multi-pin connection between substrates and increases the wiring density in the substrate, so that the mobile device is small, thin, lightweight, high-definition, multifunctional, etc. Therefore, it is possible to provide a mounting form that can easily realize a small size, a low profile, and a three-dimensional mounting corresponding to the high-functionality and multi-pin semiconductors necessary for realizing the above.
(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。
(Embodiment 1)
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および断面図である。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プリント配線板1と、下側プリント配線板2と、厚みが30〜300μmの接続層3で構成され、上側プリント配線板1と下側プリント配線板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。
FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view of a three-dimensional printed wiring board according to an embodiment of the present invention. The three-dimensional printed wiring board of the present embodiment is composed of an upper printed
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。
As shown in FIG. 1B, by mounting the mounting component 5 in the
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、無機フィラーおよびエラストマー成分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。
An enlarged sectional view of the
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。
In the present invention, the inorganic filler in the insulating layer is preferably composed of at least one of silica, alumina, and barium titanate. Moreover, it is preferable that the particle size of the inorganic filler in an insulating layer is 1-15 micrometers, and the content rate of an inorganic filler is 70-90 weight%. If the content of the inorganic filler is less than 70%, the amount of the inorganic filler that forms the
また、本発明におけるエラストマー成分は、アクリル系エラストマー、熱可塑性エラストマーのいずれかからなる。具体的には、たとえばポリブタジエンまたはブタジエン系ランダム共重合ゴムまたはハードセグメントとソフトセグメントを有する共重合体が用いられる。エラストマー成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して0.2〜5.0重量%が好ましい。 Further, the elastomer component in the present invention is composed of either an acrylic elastomer or a thermoplastic elastomer. Specifically, for example, polybutadiene or butadiene-based random copolymer rubber or a copolymer having a hard segment and a soft segment is used. The content of the elastomer component is preferably 0.2 to 5.0% by weight with respect to the total amount of the epoxy resin composition.
本発明において、接続層3を構成する熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマー成分が分散されていることにより、エラストマー成分が無機フィラー表面に偏析するため、無機フィラーの流動性をさらに抑制することができる。
In the present invention, since the inorganic filler and the elastomer component are dispersed in the thermosetting resin constituting the
本発明のプリント配線板に使用される導電性ペースト4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。
The
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2、3、4を用いて詳細に説明する。 Next, the manufacturing process of the three-dimensional printed wiring board of this Embodiment is demonstrated in detail using FIG.
まず、図2(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2(B)に示すように、接続層3を上側プリント配線板1の形状に切断し、上側プリント配線板1と下側プリント配線板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2(C)に示すように、貫通孔9内に銅または銅合金からなる導電性ペースト6を充填し、ビア7を形成する。次に図2(D)に示すように、接続層3を上側プリント配線板1または下側プリント配線板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、下側プリント配線板2と先に接着させるために下面のPETフィルム8を剥離しているが、先に上側のPETフィルム8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、未硬化状態の接続層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。
First, as shown in FIG. 2A, the PET film 8 is attached to both surfaces of the
次に、図3(A)に示すように、接続層3を下側プリント配線板2の所望の位置に配置し、図3(B)に示すように、導電性ペースト6を下側プリント配線板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3(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。
Next, as shown in FIG. 3A, the
次に、図4(A)に示すように、上側プリント配線板1を接続層3上に配置し、図4(B)に示すように、図3の工程と同様に加熱加圧させながら積層させ、立体プリント配線板15を完成させる。
Next, as shown in FIG. 4A, the upper printed
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図3(B)と同様に導電性ペースト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。
The
接続層3を構成する熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマー成分が分散されていることにより、無機フィラーの流動性は抑制され、かつ無機フィラーは樹脂よりも低熱膨張であるため、積層時において接続層3が上側および下側のプリント配線板よりも温度上昇による寸法変動が小さい。従って上側および下側プリント配線板は高温時にプレス圧力により形状を規制されながら内部応力を持ったまま密着するが、常温に戻って立体プリント配線板15が形成されたときには応力は解放され、反りが低減される。
Since the inorganic filler and the elastomer component are dispersed in the thermosetting resin constituting the
なお、一般に、窪みすなわち凹部を有する構造の場合、凹部の隅部分にゴミや基材の粉末等がたまりやすくなる。凹部を有さない平滑なプリント配線板であれば、ゴミ取り用粘着ロールでゴミや粉末等を容易に除去していたが、凹部の隅部分は粘着ロールでの除去が困難であった。 In general, in the case of a structure having a dent, that is, a recess, dust, base powder, and the like are easily collected in the corner of the recess. In the case of a smooth printed wiring board having no recess, dust and powder were easily removed with a dust-removing adhesive roll, but it was difficult to remove the corner portion of the recess with the adhesive roll.
そこで、凹部4内へのゴミや粉末が入るのを防止するために、上側プリント配線板1、下側プリント配線板2、接続層3の凹部4への粉末の飛散、凹部4へのゴミ等の付着およびそれによる実装の不具合を防止するために、図5に示すように、5〜30μmの厚みのドライフィルム状の永久レジスト11を貼り付け、上側プリント配線板1、下側プリント配線板2、接続層3の壁面を被覆することが、本発明の立体プリント配線板としてより好ましい。これにより凹部4内の特に隅の部分への粉末やゴミの付着の防止を図ることができる。永久レジスト11の厚みが5μm未満の場合ピンホールが発生しやすくなるのでコーティングが不十分となり、30μmを超えると基板への追従性が悪くなるので不適切である。
Therefore, in order to prevent dust and powder from entering the
本発明の接続層3の熱膨張係数は、上側プリント配線板1および下側プリント配線板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。
The thermal expansion coefficient of the
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、または上側プリント配線板1および下側プリント配線板2の熱膨張係数よりも高い場合、接続層3が変形しやすくなり、立体プリント配線板の反りや変形が発生しやすくなるので不適切である。
If it is less than 4 ppm / ° C., it is inappropriate because it is smaller than the thermal expansion coefficient of the mounting component 5 such as silicon. When it exceeds 65 ppm / ° C. or higher than the thermal expansion coefficient of the upper printed
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℃以上もしくは上側プリント配線板1および下側プリント配線板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。
Further, the glass transition point of the connection layer 3 (DMA method Dynamic Mechanical Analysis (dynamic viscoelasticity measurement method)) is 185 ° C. or higher or higher by 10 ° C. or more than the upper printed
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。
Moreover, the
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。
The minimum melt viscosity of the
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。
The
また、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離型シートを用い、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。
Further, since it is necessary to suppress the resin flow of the
なお、上側プリント配線板1および下側プリント配線板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、プリント配線板と接続層を交互に複数層積層してもよい。
The upper printed
また、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。
The insulating material used for the upper printed
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。 As the thermosetting resin, at least one thermosetting resin selected from an epoxy resin, a polybutadiene resin, a phenol resin, a polyimide resin, a polyamide resin, and a cyanate resin can be used.
なお、本実施の形態において、図1のように上側プリント配線板の形状を下側プリント配線板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プリント配線板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。
In the present embodiment, the shape of the upper printed wiring board has been described as a floating island shape having a smaller outer frame than the lower printed
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。 The three-dimensional printed wiring board according to the present invention can be formed with a thin total board thickness as a mounting body after component mounting, so that it is small, thin, lightweight, high definition, multifunctional such as a personal computer, a digital camera, a mobile phone, etc. It can be used as a package substrate for dealing with the above and the like, and can be applied to applications related to these mounting substrates as one of the methods for easily realizing a low-profile and three-dimensional mounting of a semiconductor package.
1 上側プリント配線板
2 下側プリント配線板
3 接続層
4 凹部
5 実装部品
6 導電性ペースト
7 ビア
8 PETフィルム
9 貫通孔
10 配線
11 永久レジスト
15 立体プリント配線板
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