JP2009060018A - 立体プリント配線板 - Google Patents

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Abstract

【課題】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を目的とする。
【解決手段】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3とを有し、前記接続層3は、無機フィラー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9が形成され、この貫通孔に導電性ペースト6が充填されたビア7を有する立体プリント配線板13であって、前記接続層3は、端面までほぼ連続して均一の厚みで形成され、かつ前記接続層3の外周端面から10〜100μmの部分は前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板13である。
【選択図】図1

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。
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。
以下に従来のキャビティ基板の形態について、図9を用いて説明する。
図9において、たとえば熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる接続層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。
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、2が知られている。
特開2004−253774号公報 特開2001−244368号公報
図9のような従来の多層プリント配線板は、加熱加圧しながら積層する工程で、接続層に用いている熱硬化性樹脂が一旦低粘度化して流動するため、本来接続したい基板の形状の外部に流出するのが一般的である。このとき接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合、接続層の無機フィラーごと流出し、接続層の端面まで流れてしまうことがある。無機フィラー自体は接着力がないため、接続層の端面付近に流れた場合に上下のプリント配線板と接続層との間が十分に接着せず、層間における剥離やクラックが発生しやすくなるという課題を有していた。
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。
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立体プリント配線板であって、前記接続層は、端面まで連続してほぼ均一の厚みで形成され、かつ前記接続層の外周端面から10〜100μmの部分は前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板である。
このような構成にすることにより、接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合においても基板表面に無機フィラー粒子が流出することが防止でき、接続層の端面付近において上下のプリント配線板と接続層との間が十分に接着せず、層間における剥離やクラックが発生しやすくなるというおそれが無くなるため、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く、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実装体が形成できるプリント配線板を高歩留まりで実現することができる。
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。
(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。
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、たとえばガラス織布とエポキシ樹脂の複合材からなり、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。本発明において、接続層3は30〜300μmの範囲にてほぼ均一に形成されている。
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。
本実施の形態における接続層3の拡大断面図を図1(C)に示す。接続層3は、無機フィラー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6が充填されたビア7を有している。
本発明において、接続層3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、接続層3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。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。
本発明のプリント配線板に使用される導電性ペースト6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。
本発明の立体プリント配線板について、図2を用いてさらに詳細に説明する。図2は、本発明の立体プリント配線板の一例を示す断面図である。本発明では、図2に示すように、接続層3の外周端面から10〜100μmの部分は、熱硬化性樹脂のみのフィレット層12で構成され、接続層3全体がほぼ均一の厚みで構成されている。この構成を取ることにより接続層3の端面付近のフィレット層12は樹脂のみ構成され無機フィラーを含んでいないので、接続層3と上側および下側プリント配線板との接着性を確保することができ、接続層3と上側および下側プリント配線板の間の層間剥離やクラックを防止することができる。
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3〜図5を用いて詳細に説明する。
まず、図3(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3(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3(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3(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、未硬化状態の接着層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。
次に、図4(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4(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4(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。
次に図5(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5(B)に示すように、図4の工程と同様に加熱加圧させながら積層させる。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図4の工程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。このとき、加熱加圧によって接続層3がフローするが、無機フィラーが70〜90重量%と高い密度で充填されているので、接続層3では無機フィラーはフローせずに熱硬化性樹脂成分のみがフローして、熱硬化性樹脂のみによるフィレット層12が形成される。このようにして立体プリント配線板13を完成させる。
このとき、接続層3の端面に樹脂のみにより構成されたフィレット層12がほぼ均一の厚みで形成されることにより、上側プリント配線板1、下側プリント配線板2と、接続層3との接着性を向上することができるので、各層間でのクラックや剥離が発生するのを防止することが可能となる。本発明におけるフィレット層12の幅は、10〜100μm、厚みは、接続層3と連続してほぼ均一となっている。
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。
なお、一般に、窪みすなわち凹部を有する構造の場合、凹部の隅部分に無機フィラーの粉末を主とする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。
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6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。
なお、本発明において、上側プリント配線板1および下側プリント配線板2の両方を樹脂でカバーしてもよい。こうすることにより、ゴミ付着の防止にさらに効果的である。
本発明の接続層3のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、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。
熱膨張係数が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の変形によ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。
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。
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。
接続層3の最低溶融粘度は、図7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。
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。
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ことができる。
また、接続層3は、熱硬化性樹脂に無機フィラーの他エラストマー成分が分散されていてもよい。この場合、プレス工程における無機フィラーのフロー性をさらに抑制することができるので、本発明においてさらに効果的である。
本発明におけるエラストマー成分は、たとえばポリブタジエン又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。含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して0.5〜4.5重量%が好ましい。
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。
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ール、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。
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。
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1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8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。
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。
本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の一例を示す斜視図および断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の一例を示す断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の製造工程断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の一例を示す断面図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の接続層の溶融粘度を示す図 本発明の実施の形態1における立体プリント配線板の一例を示す斜視図および断面図 従来のプリント配線板の断面図
符号の説明
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
12 フィレット層
13 立体プリント配線板

Claims (13)

  1. 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立体プリント配線板であって、前記接続層は、端面まで連続してほぼ均一の厚みで形成され、かつ前記接続層の外周端面から10〜100μmの部分は前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板。
  2. 無機フィラーの粒径は、1〜15μmである請求項1に記載の立体プリント配線板。
  3. 無機フィラーの含有率は、70〜90重量%である請求項1に記載の立体プリント配線板。
  4. 無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウム内の少なくとも一種以上からなる請求項1に記載の立体プリント配線板。
  5. 接続層のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、4〜65ppm/℃もしくはプリント配線板の熱膨張係数よりも低いことを特徴とする、請求項1に記載の立体プリント配線板。
  6. 接続層のガラス転移点(DMA法)は、185℃以上もしくはプリント配線板のガラス転移点よりも10℃以上高いことを特徴とする、請求項1に記載の立体プリント配線板。
  7. 接続層は芯材を含まない請求項1に記載の立体プリント配線板。
  8. 接続層において、熱硬化性樹脂にエラストマー成分が分散されてなる請求項1に記載の立体プリント配線板。
  9. 接続層の最低溶融粘度は、1000〜100000Pa・sである請求項1に記載の立体プリント配線板。
  10. 接続層およびプリント配線板の壁面は、5〜30μmの厚みの絶縁性被膜で被覆されていることを特徴とする、請求項1に記載の立体プリント配線板。
  11. 絶縁性被膜は耐電防止剤が含有されている請求項10に記載の立体プリント配線板。
  12. 複数のプリント配線板は、樹脂被膜で被覆されている請求項1に記載の立体プリント配線板。
  13. 接続層は、着色剤が含有されている請求項1に記載の立体プリント配線板。
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