JP2009218553A - プレスシートおよびこれを用いた立体プリント配線板の製造方法 - Google Patents

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パッケージ形態を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも片面に凹凸形状を有するプリント配線板を製造するための熱プレス用プレスシート１２であって、熱プレス工程及びその前後において可逆変形可能であり、かつ耐熱性を有する弾性変形層１４を少なくとも備えたことを特徴とするプレスシート１２である。これにより熱プレス工程に繰り返し使用することができるので、効率よくプリント配線板を生産することができる。
【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製造用のプレスシートおよびこれを用いた立体プリント配線板の製造方法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、キャビティすなわち凹部を有する立体プリント配線板を用いる方法が知られている。

以下従来の立体プリント配線板を形成する方法について、図６を用いて説明する。

図６（Ａ）において、接続層２１を間にして、下側基板２２と、上側基板２３とを、電極の位置や窓の位置などを位置あわせしながら重ね合わせる。その後、これらを積層するために、離型性を有する解放膜２４と熱によって流動可能な層２５すなわち熱可塑性樹脂からなるシート２６を配置し、加熱圧着する。加熱圧着すると、図６（Ｂ）に示すように、接続層２１が凹部２８内に流入する前にシート２６における流動可能な層２５が凹部２８内に流動して凹部を充填するので、接続層２１が流動することなく上側基板２３、接続層２１、下側基板２２を積層する。その後シート２６を剥離することにより、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が知られている。
特開昭６３−９０１５８号公報

従来の熱可塑性樹脂からなるシート２６を用いて積層した場合、基板の凹部２８の体積に応じて熱可塑性樹脂の量を変更する必要があり、熱可塑性樹脂の量が凹部２８の形状に合致しない場合熱可塑性樹脂が凹部２８内に充填しきれず、接続層２１が凹部２８内に流動しやすくなるという課題を有していた。

また、従来の熱可塑性樹脂シート２６では、積層時に凹部２８そのものの形状に変形し積層終了後もこの形状を維持したままであるので、繰り返し使用することができず、また凹部２８の深さが深いときに剥離しにくくなり、熱可塑性シート２６の一部が完全に剥離できずに凹部２８内に残留することもあった。

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製造するためのプレスシートおよびそれを用いた立体プリント配線板の製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は少なくとも片面に凹凸形状を有するプリント配線板を製造するための熱プレス用プレスシートであって、熱プレス工程及びその前後において可逆変形可能であり、かつ耐熱性を有する弾性変形層を少なくとも備えたことを特徴とするプレスシートとこれを用いた立体プリント配線板の製造方法である。

このようなシートを用いてプリント配線板を製造することにより、プレスシートを繰り返し使用することができるとともに、凹部の形状や深さによってプレスシートに含まれる樹脂の量を調整することがないので、効率よくプリント配線板を生産することができる。また、積層工程後にプレスシートを基板上に残留することなく剥離することができる。

以上のように本発明のプレスシートを用いることで、立体構造を有するプリント配線板を生産す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、三次元実装等の実装形態を容易に実現することができるプリント配線板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。本実施の形態のプレスシートについて、図１を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明のプレスシート１２は、熱プレス工程中及び、その前後においても可逆変形可能でありかつ耐熱性を有する弾性変形層１４を備えており、この弾性変形層１４の両面に離型層１５が形成されている。なお、離型層１５は熱プレス工程後により効率よくプレスシート１２を剥離させるために形成されているものであり、必ずしも形成されなければならないものではない。

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〜図４を用いて詳細に説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、上側基板１と下側基板２とを接続するための接続層３の両面にＰＥＴフィルム８を貼り付ける。接続層３は、厚みが３０〜３００μｍであることが望ましい。厚みが３０μｍ未満ならば配線の埋め込み性が悪くなり、３００μｍを超えるとビアのアスペクト比を維持するためビアの小径化が困難になったり、接続信頼性が損なわれることがある。好ましくは５０μｍ以上１００μｍ未満で、この範囲で有れば配線の埋込性とビアの小径化の両立が可能である。

次に図２（Ｂ）に示すように、凹部４を形成するための所望の形状に接続層３を切断し、図２（Ｃ）に示すように、両面のＰＥＴフィルム８を貼り替える。次に図２（Ｄ）に示すように、上側基板１と下側基板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（Ｅ）に示すように、貫通孔９内に導電性ペースト６を充填し、ビア７を形成する。次に図２（Ｆ）に示すように、接続層３を上側基板１または下側基板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、平板状の下側基板２と先に接着させる内容で説明したが、接続層３と概同形状に切断された上側基板１と先に接着させてもよい。

次に、図３（Ａ）に示すように、貫通孔９に導電性ペースト６が充填された接続層３を下側基板２の所望の位置に位置合わせしながら載置し、図３（Ｂ）に示すように、仮止めする。そしてこの仮止め時に配線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が圧縮されるので、配線１０との接続性が向上する。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。

次に、図４（Ａ）に示すように、上側基板１を接続層３上に配置し、さらに図１に示した基板を積層するためのプレスシート１２を載置して、熱プレスにより加熱加圧させながら積層する。本発明に用いられるプレスシート１２は、図４（Ａ）に示すように、熱プレス工程及びその前後において可逆変形可能で有りかつ耐熱性を有する弾性変形層１４とを備えている。なお、両面に離型層１５が形成されていてもよい。

積層時において、凹部４内にプレスシート１２を隙間なく充填させる必要があるため、本発明におけるプレスシート１２を形成する弾性変形層１４は、例えばシリコン樹脂などの材料が用いられ、機能的には積層する基板の表面積以上に伸張するものすなわちプレス加圧力によって積層する対象の基板の凹部４の内部体積を充填するものを用いる。これにより基板の凹部の形状や深さに関係なく、凹部内に弾性変形層を隙間なく充填させることができる。よって接続層３の樹脂が凹部内へはみ出すことを防止することができる。また、弾性変形層１４は、変形することにより積層する対象の基板表面全面を覆うことができるため均等な荷重で加圧することが可能となる。

また、凹部内への充填をより確実にするため、本発明における弾性変形層１４の硬度は５〜３０度が好ましく、厚さについては凹部内に隙間なく充填させる必要があるため、積層する対象の基板の表面凹部の深さよりも厚く形成されている。なお、本発明の弾性変形層１４の硬度測定方法については、ＪＩＳ Ｋ ６２５３対応のデュロメータで測定している。また、伸び率は７００％以上、繰り返しの弾性変形に対し物理的な強度を確保するため引裂強度を１５Ｎ／ｍｍ以上、形状追従性を確保するために引っ張り強度を１０Ｎ／ｍｍ²以下になるような弾性変形層を用いることがより好ましい。

さらに、図４（Ｂ）に示すように、プレス加圧力によって弾性変形層１４が積層する基板の表面積以上に伸張する、すなわち凹部４の内部体積を充填するため、プレスシート１２が凹部４内へ押し込まれるとともに接続層３の凹部４の近傍の部分をさらに圧縮させることができるので、図４（Ｂ）に示すように積層後に接続層３の凹部４の近傍部分に傾斜を形成することができる。

そしてこの積層時に配線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との接続性がさらに大幅に向上する。このとき上側基板１自体は圧縮されることなく接続層３に追従するように積層されるので、接続層３の傾斜分が上側基板１の傾斜として形成される。このため、傾斜部分における上側基板１の厚みは、傾斜が形成されない部分とほぼ同一に形成される。

その後、積層および冷却が完了した基板からプレスシート１２を剥離して、図４（Ｃ）に示すように立体プリント配線板１６を完成させる。このとき、上側基板１の凹部４の近傍部分に傾斜が形成されているので、積層時にプレスシート１２の弾性変形層１４および離型層１５を上側基板１のエッジ部等で破損させることなく、かつプレスシート１２を凹部４内やエッジ部分に残留させることなく剥離させることができる。

ここで、プレスシート１２に従来の熱可塑性樹脂１３を用いた場合、冷却時および冷却後も加熱により変形された形状のままであるが、本発明の弾性変形層を用いたプレスシートならば、可逆変形が可能であるので、弾性変形層１４が加熱加圧によって変形され、凹部４内に充填されても、冷却後に加熱前の形状に戻ろうとするため、凹部４の深さが深い形状であってもプレスシート１２は凹部４から剥離されやすくなる。

さらに、本発明のプレスシート１２に用いる弾性変形層１４は、耐熱性を有しかつ冷却後に元の加熱前の形状に戻るため、図４（Ａ）に示したプレス工程に繰り返し使用することが可能となる（従来の熱可塑性樹脂を用いたプレスシートでは、冷却しても加熱したときの形状のままなので、使い捨てとなり、繰り返し使用できなかった。）。

なお、本発明における接続層３は、無機フィラー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。

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ことがある。

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。

本発明の接続層３の熱膨張係数は、上側基板１および下側基板２の熱膨張係数以下、すなわち６５ｐｐｍ／℃以下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。６５ｐｐｍ／℃を超える場合、または上側基板１および下側基板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そりや変形が発生しやすくなることがある。

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℃以上もしくは上側基板１および下側基板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、例えばリフローのような高温を要するような工程で基板のそりやうねりが複雑な形状になったり不可逆になることがある。

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。

接続層３の最低溶融粘度は、図５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。

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。

なお、上側基板１および下側基板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、基板と接続層を交互に複数層積層してもよい。

また、上側基板１および下側基板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。

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。

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におけるプレスシートの断面図 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の実施の形態１における立体プリント配線板を説明するための断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１における立体プリント配線板を説明するための断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１における立体プリント配線板を説明するための断面図 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 従来のプリント配線板の製造工程を示す断面図

符号の説明

１ 上側基板
２ 下側基板
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
１２ プレスシート
１４ シリコン樹脂層
１５ 離型層
１６ 立体プリント配線板

Claims (8)

1. 少なくとも片面に凹凸形状を有するプリント配線板を製造するための熱プレス用プレスシートであって、熱プレス工程及びその前後において可逆変形可能であり、かつ耐熱性を有する弾性変形層を少なくとも備えたことを特徴とするプレスシート。
2. 弾性変形層の両面に離型層が形成されている請求項１に記載のプレスシート。
3. 弾性変形層は、プレス加圧力によって積層する対象の基板の凹部の内部体積を充填する請求項１に記載のプレスシート。
4. 弾性変形層は、変形することにより積層する対象の基板表面全面を均等な荷重で加圧する請求項１に記載のプレスシート。
5. 弾性変形層は、熱プレス工程終了後に積層する対象の基板から剥離する際に、前記基板の表面積より小さい面積に収縮する請求項１に記載のプレスシート。
6. 弾性変形層は、硬度が５〜３０度で、かつ積層する対象の基板の表面凹部の深さよりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレスシート。
7. 弾性変形層は、繰り返し熱プレス工程に使用可能であることを特徴とする請求項１に記載のプレスシート。
8. 凹部を形成するために所望の形状に切断された上側基板と、平板状の下側基板と、前記上側基板と概同形状に形成された前記上側基板と前記下側基板を接続する接続層を準備し、前記下側基板上に前記接続層と、次に前記上側基板と、さらにその上に請求項１に記載のプレスシートを位置あわせしながら順に載置し、加熱加圧しながら積層する熱プレス工程とを少なくとも備えることを特徴とする立体プリント配線板の製造方法。

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