JP3941662B2

JP3941662B2 - 多層配線基板の製造方法

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Publication number: JP3941662B2
Application number: JP2002315893A
Authority: JP
Inventors: 広一森下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004152964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層間に導体パターンを有する多層の絶縁層からなる２以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に有する多層配線基板を製造するための多層配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば各種の小型電子機器に組込まれる実装基板にあっては、例えば２枚の多層配線基板に夫々部品を実装し、それら基板をフレキシブル配線により接続したものを、そのフレキシブル配線部分にて折曲げた形態として組込むといったことが行われる。この場合、フレキシブル配線部分を別体に構成すると、基板との接続作業に手間がかかる等の不都合がある。そこで、特開昭６０-１３６２９９号公報には、多層配線基板（多層回路）にフレキシブル配線部（可撓性導電板）を一体に形成する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された技術は、導体配線を備えたＰＥＥＫ樹脂等の基材に、テンパー処理を施すことにより、融点を高温側に変動させ、未処理のプリプレッグフィルムをサンドイッチして熱圧着させるものであるが、このような製造方法では、テンパー処理に１５０時間もの時間が必要となり、生産性に劣るものとなっていた。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、２以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に製造することができ、しかも生産性に優れる多層配線基板の製造方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂といった結晶転移型の熱可塑性樹脂は、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つものとなっている（図５参照）。このため、このような熱可塑性樹脂製のフィルム状の基材を積層し、一括して約２００℃で熱プレスすることにより、多層配線基板を容易に製造することができるのである。
【０００６】
そして、そのような結晶転移型の熱可塑性樹脂製の基材を積層し熱プレスして製造される多層配線基板は、厚みが薄い（積層枚数が少ない）場合には、柔軟性あるフレキシブル基板となり、厚みが厚い（積層枚数が多い）場合には、硬質なリジッド基板となる。本発明者らは、このような結晶転移型の熱可塑性樹脂製フィルムを用いた多層配線基板に着目し、本発明を成し遂げたのである。
【０００７】
即ち、本発明の多層配線基板の製造方法は、２以上の基板本体部と、それら基板本体部間を接続するフレキシブル配線部とを一体的に製造する方法にあって、導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により各基板本体部の一部の層とそれらを繋げるフレキシブル配線部とを一体に構成する複数枚の連結基材を製作し、同様のフィルムから、積層により個々の基板本体部の残りの層を夫々構成する複数枚の単独基材を製作し、それら連結基材及び単独基材を多層配線基板の最終形態に応じた形態に積層し、一括して熱プレスすると共に、前記熱プレスの工程では、前記多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧する金型が用いられ、前記フレキシブル配線部部分は、該金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようになっているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００８】
これによれば、連結基材及び単独基材を積層し、一括して熱プレスすることにより、複数枚が積層された連結基材のうち基板本体部に対応した部分と複数枚が積層された単独基材とから、各基板本体部が形成され、複数枚が積層された連結基材のうち基板本体部間を繋ぐ部分から、フレキシブル配線部が形成され、もって、２以上の基板本体部をフレキシブル配線部で接続した多層配線基板を一体的に製造することができる。この場合、テンパー処理などの時間のかかる特別な処理が不要となり、生産性に優れたものとなる。
【０００９】
ところで、上記熱プレスの工程では、厚みの厚い基板本体部と、厚みの薄いフレキシブル配線部とを同時に加圧する必要がある。そこで、多層配線基板を加圧する金型を、多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧するものとし、フレキシブル配線部部分については、金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようにすることにより、単純な構造の金型を汎用として使用することができ、安価に済ませることができる。
【００１０】
このとき、前記導体パターンは銅箔などから構成されるが、前記圧縮ガスとして、窒素ガスや希ガスといった不活性ガスを採用すれば（請求項２の発明）、加熱時に導体パターンが酸化されることを防止することができ、より効果的となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。まず、図２は、本実施例に係る多層配線基板１の構成を模式的に示しており、この多層配線基板１は、図で左右に位置する矩形板状をなす２つの基板本体部２，３と、それら基板本体部２，３間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部４とを一体的に有して構成される。
【００１２】
前記各基板本体部２，３は、樹脂材料からなる多数の絶縁層５を積層して構成されており、その表面及び各絶縁層５間には、例えば銅箔からなる導体パターン６が形成されていると共に、要所には層間の導体パターン６を電気的に接続する層間接続部７が設けられている。尚、実際には、絶縁層５の層数は、十数層〜数十層にもなるが、ここでは便宜上８層で図示している。
【００１３】
そして、前記フレキシブル配線部４は、樹脂材料からなる複数の絶縁層８（図では３層）を積層するとともに、それら絶縁層８間に前記基板本体部２，３間の電気的接続を行う導体パターン（配線）９を備えてなり、前記基板本体部２，３よりも十分に薄くそれら基板本体部２，３の下部同士間をつなぐように細幅で延びている。このとき、各絶縁層８は、両基板本体部２，３の下面側３層分の絶縁層５と一体的に連続しており、また、各導体パターン９も、両基板本体部２，３の導体パターン６と一体的に連続して設けられるようになっている。
【００１４】
さて、上記構成の多層配線基板１を製造するための本実施例に係る製造方法について、図１、図３〜図５も参照して述べる。図４等に示すように、この多層配線基板１は、両基板本体部２，３の一部の層（図では下面側の３層）とそれらを繋げるフレキシブル配線部４とを一体に構成する複数枚（図では３枚）の連結基材１０と、個々の基板本体部２，３の残りの層（図で上部側の５層）を夫々構成する複数枚（合計１０枚）の単独基材１１とから構成されるようになっており、まず、これら連結基材１０及び単独基材１１を製作する工程が実行される。
【００１５】
このうち単独基材１１は、図４や図３（ｅ）などに示すように、絶縁層５を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるフィルム１２上に、導体パターン６を形成してなり、また、要所に層間接続部７を構成するためのビアホール１２ａが形成されると共にそのビアホール１２ａ内に導電ペースト１３を充填して構成される。
【００１６】
このとき、前記フィルム１２は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂３５〜６５重量％と、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂３５〜６５重量％とを含んだ材料からなり（商品名「ＰＡＬ−ＣＬＡＤ」）、厚みが例えば２５〜７５ミクロンの、各基板本体部２，３の大きさに対応した矩形状をなしている。この樹脂材料は、図５に示すように、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つものとなっている。
【００１７】
図３は、単独基材１１を製作する手順を示している。まず、（ａ）に示すようにフィルム１２の表面（上面）に貼付けられた導電箔例えば銅箔１４に対して、エッチングにより導体パターン６を形成する工程が実行される。また、導体パターン６の形成後、フィルム１２の裏面（下面）には、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製の保護フィルム１５が貼付される（ｂ）。そして、保護フィルム１５側からの例えば炭酸ガスレーザの照射により、フィルム１２の要所に導体パターン６を底面とする有底のビアホール１２ａ（便宜上、図３にのみ符号を付す）を形成する工程が実行される（ｃ）。この場合、炭酸ガスレーザの出力及び照射時間の調整により、導体パターン６に穴が開かないようにしている。
【００１８】
次いで、前記ビアホール１２ａ内に、導電ペースト１３を充填する工程が実行される（ｄ）。この導電ペースト１３は、銅、銀、スズ等の金属粒子に、バインダ樹脂や有機溶剤を加えて混練してペースト状としたものであり、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷によりビアホール１２ａ内に印刷充填される。導電ペースト１３の充填後、フィルム１２から保護フィルム１５が剥がされ、以て、単独基材１１が構成される（ｅ）。
【００１９】
これに対し、前記連結基材１０は、図４等に示すように、矩形状をなす基板本体部２の絶縁層５と、矩形状をなす基板本体部３の絶縁層５と、それらの間をつなぐ細幅のフレキシブル配線部４の絶縁層８とを一体に構成するフィルム１６上に、導体パターン６及び導体パターン９を形成してなり、また、要所に層間接続部７を構成するためのビアホール（便宜上、符号省略）が形成されると共にそのビアホール内に導電ペースト１３が充填される。
【００２０】
このとき、前記フィルム１６は、前記フィルム１２と同等の材質及び厚みの結晶転移型の熱可塑性樹脂からなり、図示及び詳しい説明は省略するが、上記単独基材１１と同様の手順（工程）にて製作される。この場合、フィルム１６の表面（上面）に貼付けられた銅箔をエッチングすることにより、導体パターン６及び導体パターン９が同時に（一体的に）形成されるようになる。
【００２１】
そして、このようにして連結基材１０及び単独基材１１が製作されると、図４に示すように、それら連結基材１０及び単独基材１１を、多層配線基板１の最終形態に応じた形態に上下に積層する工程が実行される。つまり、３枚の連結基材１０が積層されると共に、その左右に各５枚の単独基材１１が積層されるようになる。次いで、その積層物を一括して熱プレスする工程が実行される。
【００２２】
図１は、その熱プレスの工程の様子を概略的に示しており、本実施例では、この熱プレスの工程に使用される金型２１は、上型（可動型）２２と下型（固定型）２３とを備えるのであるが、この場合、上型２２は、フレキシブル配線部４を形成するための凸部を有しておらず、キャビティ面を平坦面としている。従って、この金型２１は、積層した連結基材１０及び単独基材１１を、平坦面により上下から挟むように加圧するものとなっている。ところが、これでは、基板本体部２，３部分は加圧できても、フレキシブル配線部４部分が加圧できなくなってしまうので、本実施例では、上型２２にガス注入口２２ａを設け、図示しない圧縮ガス供給源から、キャビティ内に圧縮ガスこの場合不活性ガスである窒素ガスを注入するように構成している。
【００２３】
この熱プレスの工程では、図１に示すように、前記金型２１の内面に例えばフィルム状の離型剤２０が配置された状態で、前記積層物が金型２１（キャビティ）内にセットされ、例えば２００〜３５０℃に加熱されながら、０．１〜１０Ｍｐａの圧力で上下方向に加圧される。このとき、上記連結基材１０及び単独基材１１を構成するフィルム１２及び１６は、図５に示すような温度に対する弾性率変化を生ずるので、この熱プレスの工程により、各フィルム１２及び１６が熱により一旦軟化した状態で加圧されることによって相互に融着し、その後結晶化（硬化）して一体化するようになる。そして、フレキシブル配線部４部分（連結基材１０におけるつなぎ部分）についても、金型２１内に注入される圧縮ガスにより加圧することができる。
【００２４】
これにて、図２に示すように、複数枚の連結基材１０のうちの左右部分及び複数枚の単独基材１１とから、導体パターン６が埋込まれると共に、ビアホール内の導電ペースト１３が硬化して層間接続部７が形成された多層の絶縁層５を有する基板本体部２，３が形成され、これと同時に、複数枚の連結基材１０のうち左右部間を繋ぐ細幅部分から、導体パターン９を有した複数の絶縁層８からなるフレキシブル配線部４が形成されるのである。
【００２５】
この場合、上述したような材質からなるフィルム１２，１６を積層し、熱プレスして製造される多層配線基板は、厚みが薄い（積層枚数が少ない）場合には、柔軟性あるフレキシブル基板となり、厚みが厚い（積層枚数が多い）場合には、硬質なリジッド基板となる。従って、基板本体部２，３が硬質となるのに対し、フレキシブル配線部４は十分な柔軟性を有するものとなり、もって、２つの基板本体部２，３をフレキシブル配線部４で接続した多層配線基板１が一体的に形成されるのである。
【００２６】
尚、図示はしないが、しかる後、多層配線基板１（基板本体部２，３）に対する表面実装部品の実装が行われる。この実装は、基板本体部２，３の表面のランドにはんだペーストを印刷により塗布し、各ランド上に表面実装部品を位置合せ状態で搭載し、リフロー炉を通してリフロー加熱することにより行われる。このリフロー加熱の工程では、多層配線基板１は３００℃前後に加熱されるが、図５に示すように、この温度では、各絶縁層５，８は軟化するようなことはなく、結晶状態が保たれる。
【００２７】
このように本実施例の多層配線基板１の製造方法によれば、２つの基板本体部２，３と、それら基板本体部２，３間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部４とを一体的に製造することが可能となった。しかもこの場合、テンパー処理などの時間のかかる特別な処理が不要であって、各工程は比較的簡単なものとなり、生産性に優れたものとなるのである。
【００２８】
また、特に本実施例では、熱プレスの工程で積層した連結基材１０及び単独基材１１を加圧する金型２１を、単純な構造とすることができ、汎用として使用することができて安価に済ませることができる。さらには、圧縮ガスとして、不活性ガスである窒素ガスを採用したことにより、加熱時に銅箔製の導体パターン６，９が酸化されることを防止することができ、より効果的となるものである。
【００３２】
尚、上記実施例では、絶縁層（基材のフィルム）を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂として、ＰＥＥＫ樹脂とＰＥＩ樹脂とを混合したものを採用したが、ＰＥＥＫ樹脂単体、あるいはＰＥＩ樹脂単体、さらにはそれらにフィラーを添加したもの等を採用することも可能である。また、上記実施例では、２つの基板本体部２，３の下部をつなぐようにフレキシブル配線部４を設けるようにしたが、フレキシブル配線部が、基板本体部の上部や厚み方向中間部を接続する構成のものにも本発明を適用することができることは勿論である。
【００３３】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば本発明の製造方法によれば、３個以上の基板本体部を２個以上のフレキシブル配線部にて接続したような多層配線基板を製造することも可能であり、また、複数の基板本体部は大きさや形状の異なるものであっても良いなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、熱プレスの工程における金型内の様子を概略的に示す縦断面図
【図２】多層配線基板の構成を概略的に示す縦断正面図
【図３】単独基材を製作する手順を示す縦断面図
【図４】連結基材及び単独基材を積層する様子を示す斜視図
【図５】フィルムを構成する熱可塑性樹脂材料の温度変化と弾性率との関係を示す図
【符号の説明】
図面中、１は多層配線基板、２，３は基板本体部、４はフレキシブル配線部、５，８は絶縁層、６，９は導体パターン、１０は連結基材、１１は単独基材、１２，１６はフィルム、２１は金型を示す。

Claims

層間に導体パターンを有する多層の絶縁層からなる２以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に有する多層配線基板を製造する方法であって、
導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により前記各基板本体部の一部の層とそれらを繋げる前記フレキシブル配線部とを一体に構成する複数枚の連結基材を製作し、
導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により個々の基板本体部の残りの層を夫々構成する複数枚の単独基材を製作し、
それら連結基材及び単独基材を多層配線基板の最終形態に応じた形態に積層し、一括して熱プレスすると共に、
前記熱プレスの工程では、前記多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧する金型が用いられ、前記フレキシブル配線部部分は、該金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようになっていることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
前記圧縮ガスは、不活性ガスからなることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。