JP4003556B2

JP4003556B2 - プリント基板の製造方法

Info

Publication number: JP4003556B2
Application number: JP2002187905A
Authority: JP
Inventors: 康孝神谷; 芳照大槻
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004031778A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板およびプリント基板の製造方法に関し、特に、複数の導体パターン層の層間接続構造および層間接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、導体パターンを形成したプリント基板上に、樹脂フィルムの片面に導体パターンを形成した所謂フレキシブルプリント基板を積層し、フレキシブルプリント基板に設けた貫通ビアホール上に半田ペースト等の層間接続材料を配置した後、これを加熱して半田ペースト等の層間接続材料をビアホール内に流入させ、前記両導体パターン間を電気的に接続する複数層の導体パターン層を有するプリント基板の製造方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、層間接続時に、フレキシブルプリント基板のビアホール内に上方より半田ペースト等の層間接続材料が流入するため、ビアホール内部の空気が抜けずにボイドとして残り、接続不良を引き起こす場合があるという問題がある。
【０００４】
本発明者らは、上記ボイド残りの原因について鋭意調査したところ、フレキシブルプリント基板を構成する樹脂フィルムに対し層間接続材料が濡れ難く、ビアホール内の樹脂フィルムが露出した部分にボイドが残りやすいことを見出した。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、層間接続時に接続のためのビアホール内に空気がボイドとして残り接続信頼性が低下することを防止することが可能なプリント基板およびプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のプリント基板の製造方法では、
絶縁基材（３３）の少なくとも片側表面に接続端子としての第１のランド（３２ａ）を有する第１の導体パターン（３２）が形成された第１の基板（３１）と、樹脂フィルム（２３）の片側表面のみに接続端子としての第２のランド（２２ａ）を有する第２の導体パターン（２２）が形成され、かつビアホール（２４）を有する第２の基板（２１）とを、第１の基板（３１）の第１の導体パターン（３２）形成面と、第２の基板（２１）の樹脂フィルム（２３）が表面をなしている面とが向かい合うように積層し、さらに第２の導体パターン（２２）を覆うようにレジスト膜である開口（３８）を有するカバーレイヤー（３６）を積層する積層工程と、
積層工程の前に、第２の基板（２１）の樹脂フィルム（２３）側からレーザで穴あけし、第２のランド（２２ａ）が底面の一部をなし残部が貫通するように、ビアホール（２４）を貫通孔として形成するビアホールの形成工程と、
第１の基板（３１）、第２の基板（２１）、およびカバーレイヤー（３６）を積層する積層工程後に、積層した基板両面から加圧しつつ加熱することにより、第１の基板（３１）および第２の基板（２１）相互の接着を行なうとともに、第２の基板（２１）およびカバーレイヤー（３６）相互の接着を行い、積層した基板両面からの加圧に伴って第２のランド（２２ａ）を第１のランド（３２ａ）方向に押圧して移動させ、第１のランド（３２ａ）と前記第２のランド（２２ａ）とを当接させる接着工程と、
接着工程の後に、第２の基板（２１）のビアホール（２４）上を含む、カバーレイヤー（３６）の開口（３８）により第２の導体パターン（２２）が露出した部位に層間接続材料（５０）を配置する配置工程と、
配置工程の後に、カバーレイヤー（３６）上の所定位置に表面実装部品（６０）をマウントする工程と、
表面実装部品（６０）をマウントする工程の後に、層間接続材料（５０）を加熱して、表面実装部品（６０）を第２の基板（２１）の第２の導体パターン（２２）に電気的に接続するとともに、層間接続材料（５０）をビアホール（２４）内に流入させ、第１の基板（３１）の第１のランド（３２ａ）と第２の基板（２１）の第２のランド（２２ａ）とを電気的に接続する電気的接続工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
これによると、層間接続材料（５０）は、ビアホール（２４）内において当接している第１のランド（３２ａ）と第２のランド（２２ａ）とを電気的に接続している。したがって、電気的接続部に濡れ性が悪い樹脂フィルム（２３）が露出していないのでボイドが残り難い。このようにして、接続不良を引き起こすこともなく、層間接続の接続信頼性が低下することを防止できる。
【０００８】
また、電気的接続工程では、第１の導体パターン（３２）と第２の導体パターン（２２）との層間接続を、表面実装部品（６０）の実装電気的接続と同時に行なうことができる。
【００１５】
さらに、接着工程では、第１の基板（３１）と第２の基板（２１）とを接着するときに、第１のランド（３２ａ）と第２のランド（２２ａ）とを当接することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明のプリント基板の製造方法では、第１のランド（３２ａ）および第２のランド（２２ａ）は、それぞれ矩形状に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
これによると、ランドが円形状に形成された場合に比較して、導体パターン等の高密度化が可能である。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明のプリント基板の製造方法では、積層工程では、第２のランド（２２ａ）の少なくとも一辺（２２ｂ）は、ビアホール（２４）上に形成されており、樹脂フィルム（２３）から離設されていることを特徴としている。
【００１９】
これによると、第２のランド（２２ａ）の一辺を第１のランド（３２ａ）に当接しやすい。したがって、層間接続の接続信頼性が低下することを確実に防止できる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明のプリント基板の製造方法では、ビアホール（２４）は略長円形状に形成され、略長円形状の短手方向の長さ（Ｌ２）は第２のランド（２２ａ）の前記一辺（２２ｂ）の長さより大きいことを特徴としている。
【００２１】
これによると、高密度化に適した略長円形状のビアホール（２４）内であっても、第２のランド（２２ａ）の一辺を第１のランド（３２ａ）に当接することができる。したがって、層間接続の接続信頼性が低下することを確実に防止できる。
【００２２】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態におけるプリント基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【００２５】
図１（ａ）において、２１は樹脂フィルム２３の片面に貼着された導体箔（本例では厚さ３５μｍの銅箔）をエッチングによりパターン形成した導体パターン２２を有する片面導体パターンフィルムである。本例では、樹脂フィルム２３としてポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる厚さ７５μｍの熱可塑性樹脂フィルムを用いている。
【００２６】
また、導体パターンを形成する材料としては、銅以外に銀、アルミニウム、ニッケル、金、ニッケル金合金等を用いることもできる。樹脂フィルム２３としては、接着剤を予めコーティングした熱硬化性樹脂フィルム（ポリイミドフィルム等）を用いてもよい。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、導体パターン２２の形成が完了すると、図１（ｂ）に示すように、樹脂フィルム２３側から炭酸ガスレーザを照射してビアホール２４を形成する。ビアホール２４の形成には、炭酸ガスレーザ以外にエキシマレーザ等が使用可能である。ビアホール２４は、レーザビームの照射位置をずらしながら複数回照射することで、図２にも示すように、長円形状の貫通孔として形成されるが、導体パターン２２の接続端子としてのランド２２ａの先端部分を一部底面とするように形成される。なお、図２は、片面導体パターンフィルム２１の要部であるビアホール２４近傍の平面図である。
【００２８】
本例では、図２に示す長円形状のビアホール２４の長手方向の長さＬ１は１．０ｍｍ、短手方向の長さＬ２は０．８ｍｍとしている。また、導体パターン２２の矩形状に形成されたランド２２ａの幅、すなわちランド２２ａの図中右方側の一辺２２ｂの長さＷは０．６ｍｍとしている。
【００２９】
したがって、長円形状のビアホール２４の短手方向の長さＬ２はランド２２ａの一辺２２ｂの長さＷより大きく、ランド２２ａの図中右方側の一辺２２ｂは、ビアホール２４上に形成され、樹脂フィルム２３からは離設されている。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、ビアホール２４の形成が完了すると、次に、図１（ｃ）に示すように、ビアホール２４を形成した片面導体パターンフィルム２１を導体パターン２２が設けられた側を上側として、ビアホールを有しない片面導体パターンフィルム３１の導体パターン３２が設けられた面上に積層する。すなわち、片面導体パターンフィルム３１の導体パターン３２形成面と片面導体パターンフィルム２１の樹脂フィルム２３が表面をなしている面とが向かい合うように積層する。
【００３１】
ここで、片面導体パターンフィルム３１には、図１（ａ）に示す工程と同様に、エッチングにより絶縁基材である樹脂フィルム３３上に導体パターン３２が形成されている。本例では、樹脂フィルム３３として、樹脂フィルム２３と同一のポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる厚さ７５μｍの熱可塑性樹脂フィルムを用いている。
【００３２】
図３は、片面導体パターンフィルム３１の要部である導体パターン３２の接続端子としてのランド３２ａ形成部の平面図である。ランド３２ａは、片面導体パターンフィルム２１、３１積層時のビアホール２４の位置に対応して、矩形状に形成されている。なお、ランド３２ａの幅は、ランド２２ａの幅よりも大きく形成されている。
【００３３】
ここで、片面導体パターンフィルム３１は本実施形態における第１の基板であり、導体パターン３２が本実施形態における第１の導体パターン、ランド３２ａが本実施形態における第１のランドである。また、片面導体パターンフィルム２１は本実施形態における第２の基板であり、導体パターン２２が本実施形態における第２の導体パターン、ランド２２ａが本実施形態における第２のランドである。
【００３４】
また、積層された片面導体パターンフィルム２１の上方側には、導体パターン２２を覆うようにレジスト膜であるカバーレイヤー３６を積層する。このカバーレイヤー３６には、導体パターン２２の後述する導電ペーストを配置する位置に対応して、導体パターン２２を露出するように開口３８が穴あけ加工されている。本例では、カバーレイヤー３６には、樹脂フィルム２３、３３と同じ材料であるポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる樹脂フィルムを用いている。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように片面導体パターンフィルム３１、片面導体パターンフィルム２１およびカバーレイヤー３６を積層したら、これらの上下両面から加熱プレス機により加熱しながら加圧する。本例では、２００〜３５０℃の温度に加熱し０．１〜１０ＭＰａの圧力で加圧した。
【００３６】
なお、加熱プレス機により加熱しながら加圧するときには、図示しない加熱プレス機の型面とカバーレイヤー３６との間に、図示しない緩衝材を配置している。緩衝材としては、ステンレス繊維からなるニット状のシート部材とこのシート部材の基板と接する側の面にポリイミドフィルムとを積層したシートを用いている。
【００３７】
これにより、図１（ｄ）に示すように、各片面導体パターンフィルム２１、３１およびカバーレイヤー３６相互が接着される。このとき、樹脂フィルム２３、３３およびカバーレイヤー３６が熱融着して一体化し、２層の導体パターン層を有するプリント基板１００が得られる。樹脂フィルム２３、３３とカバーレイヤー３６とは同じ熱可塑性樹脂材料によって形成されているので、加熱により軟化し加圧されることで確実に一体化することができる。
【００３８】
この加熱プレス時には、図示しない緩衝材がビアホール２４内に進入する。これにより、導体パターン２２のランド２２ａは下方に押圧され、図４にも示すように、前述したランド２２ａの一辺２２ｂ近傍部分は、下方に移動して導体パターン３２のランド３２ａに当接する。なお、図４は、両片面導体パターンフィルム２１、３１の積層加熱プレス時の両ランド２２ａ、３２ａの位置関係を説明するための平面図であり、カバーレイヤー３６の図示は省略している。
【００３９】
図１（ｄ）に示すように、プリント基板１００の形成が完了すると、次に、図１（ｅ）に示すように、プリント基板１００のビアホール２４上を含む導体パターン２２が露出した部位に、層間接続材料でもある導電ペースト５０を配置する。導電ペースト５０は、鉛錫合金半田金属粒子に、バインダ樹脂や有機溶剤を加え、これを混練しペースト化したものである。導電ペースト５０に混練する金属粒子としては、錫や錫銀合金等の金属粒子を用いてもよい。
【００４０】
導電ペースト５０は、メタルマスクを用いたスクリーン印刷機により、片面導体パターンフィルム２１の導体パターン２２の露出部に印刷配置される。導体パターン２２上への導電ペースト５０の配置は、本例ではスクリーン印刷機を用いたが、確実に配置ができるのであれば、ディスペンサ等を用いる他の方法も可能である。
【００４１】
図１（ｅ）に示すように、導電ペースト５０の印刷配置が完了すると、プリント基板１００上の所定位置に表面実装部品６０をマウントし、２３０℃〜２５０℃の温度に加熱する。これにより、図１（ｆ）に示すように、表面実装部品６０が半田付けされるとともに、ビアホール２４上に配置された導電ペースト５０は溶融してビアホール２４内に流入し、ランド２２ａとランド３２ａとを電気的に接続したプリント基板１０１が得られる。
【００４２】
導電ペースト５０がビアホール２４内に流入するとき、導電ペースト５０は、ビアホール２４の側壁を構成している樹脂フィルム部との濡れ性が良好でないが、ランド２２ａとランド３２ａとが当接しているので、両ランド２２ａ、３２ａ間を容易に電気的接続し、この部位にボイドが残り接続不良を引き起こすことはない。
【００４３】
なお、上述の製造工程において、図１（ｃ）に示す工程が本実施形態における積層工程であり、図１（ｄ）に示す工程が本実施形態における接着工程、図１（ｅ）に示す工程が本実施形態における層間接続材料の配置工程、図１（ｆ）に示す工程が本実施形態における電気的接続工程である。
【００４４】
上述のプリント基板およびその製造方法によれば、ビアホール２４内のランド２２ａ、３２ａ間の電気的接続部に、導電ペースト５０の濡れ性が悪い樹脂フィルム２３が露出していないのでボイドが残り難い。このようにして、接続不良を引き起こすこともなく、層間接続の接続信頼性が低下することを防止できる。
【００４５】
また、積層工程では、ランド２２ａの一辺２２ｂは、ビアホール２４上に形成されており、樹脂フィルム２３から離設されている。すなわち、ランド２２ａはビアホール２４上に張り出すように形成されている。これにより、接着工程では、ランド２２ａの一辺２２ｂ近傍をランド３２ａに当接しやすい。
【００４６】
また、高密度化に適した長円形状のビアホール２４の短手方向の長さＬ２はランド２２ａの一辺２２ｂの長さＷより大きく、ランド３２ａの幅は、ランド２２ａの幅（ランド２２ａの一辺２２ｂの長さＷ）よりも大きく形成されている。したがって、積層工程において、ビアホール２４の短手方向に位置ずれが発生したとしても、ランド２２ａとランド３２ａとを当接しやすい。さらに、導電ペースト５０による電気的接続時にもランド２２ａの一辺２２ｂに隣接する辺を接続に利用しやすく、確実な電気的接続が可能である。
【００４７】
また、ランド２２ａ、３２ａは矩形状に形成されているので、ランドが円形状に形成されている場合に比較して、配線の高密度化が可能である。
【００４８】
また、導体パターン２２と導体パターン３２との層間接続を、表面実装部品６０の実装半田付けと同時に行なうことができる。
【００４９】
さらに、１回の加熱プレスにより片面導体パターンフィルム２１、３１およびカバーレイヤー３６相互の接着を一括して行なうことができる。また、このときに、ランド２２ａとランド３２ａとの当接を同時に行なうことができる。従って、加工工程が複雑でなく、加工時間を短縮することができ、製造コストを低減することが可能となる。
【００５０】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、樹脂フィルム２３、３３およびカバーレイヤー３６としてポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる樹脂フィルムを用いたが、これに限らず、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂にフィラを充填したフィルムであってもよいし、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を単独で使用することも可能である。
【００５１】
さらに樹脂フィルムやカバーレイヤーとして、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や熱可塑性ポリイミド、または所謂液晶ポリマー等を用いてもよい。あるいは、ポリイミドフィルムにＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマーの少なくともいずれかの熱可塑性樹脂からなる層を積層した構造のものを使用してもよい。
【００５２】
また、接着剤を予めコーティングした熱硬化性樹脂フィルムを用いてもよい。例えば、エポキシ樹脂接着剤をコーティングしたポリイミドフィルムを採用してもよい。加熱プレスにより接着が可能であり、後工程である半田付け工程等で必要な耐熱性を有する樹脂フィルムであれば好適に用いることができる。
【００５３】
なお、ポリイミドフィルムに熱可塑性樹脂層や接着剤層を積層したものを用いた場合には、ポリイミドの熱膨張係数が１５〜２０ｐｐｍ程度で、配線として利用されることが多い銅の熱膨張係数（１７〜２０ｐｐｍ）と近いため、剥がれや基板の反り等の発生を防止することができる。
【００５４】
また、上記一実施形態では、レジスト膜としてカバーレイヤー３６を設けたが、これに限定されるものではない。例えば、接着工程後のプリント基板の表面に液状レジストをパターン形成硬化するものであってもよい。
【００５５】
また、上記一実施形態では、ビアホール２４は長円形状であったが、高密度化に対応するためであれば、略長円形状であればよい。例えば、角丸矩形状であってもよい。また、高密度化の要求がなければ、例えば、ビアホール形成が容易な円形状等であってもかまわない。
【００５６】
また、上記一実施形態において、第１の基板は片面導体パターンフィルム３１であったが、片面導体リジッド基板であってもよいし、両面基板であってもよいし、多層基板であってもよい。また、第２の基板である片面導体パターンフィルム２１とカバーレイヤー３６との間に、ビアホール２４よりも長手方向寸法が大きなビアホールを有する片面導体パターンフィルム等を積層し、プリント基板１００、１０１を多層化するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施形態のプリント基板の概略の製造工程を示す工程別断面図である。
【図２】片面導体パターンフィルム２１の要部平面図である。
【図３】片面導体パターンフィルム３１の要部平面図である。
【図４】片面導体パターフィルム２１、３１の積層加熱プレス時の位置関係を説明するための平面図である。
【符号の説明】
２１片面導体パターンフィルム（第２の基板）
２２導体パターン（第２の導体パターン）
２２ａランド（第２のランド）
２２ｂ一辺（ランド２２ａの一辺）
２３樹脂フィルム（絶縁層）
２４ビアホール
３１片面導体パターンフィルム（第１の基板）
３２導体パターン（第１の導体パターン）
３２ａランド（第１のランド）
３３樹脂フィルム（絶縁基材）
３６カバーレイヤー（レジスト膜）
５０導電ペースト（層間接続材料）
６０表面実装部品
１００、１０１プリント基板
Ｌ１ビアホール２４長手方向長さ
Ｌ２ビアホール２４短手方向長さ
Ｗ一辺２２ｂ長さ（ランド２２ａ幅）

Claims

絶縁基材（３３）の少なくとも片側表面に接続端子としての第１のランド（３２ａ）を有する第１の導体パターン（３２）が形成された第１の基板（３１）と、樹脂フィルム（２３）の片側表面のみに接続端子としての第２のランド（２２ａ）を有する第２の導体パターン（２２）が形成され、かつビアホール（２４）を有する第２の基板（２１）とを、前記第１の基板（３１）の前記第１の導体パターン（３２）形成面と、前記第２の基板（２１）の前記樹脂フィルム（２３）が表面をなしている面とが向かい合うように積層し、さらに前記第２の導体パターン（２２）を覆うようにレジスト膜である開口（３８）を有するカバーレイヤー（３６）を積層する積層工程と、
前記積層工程の前に、前記第２の基板（２１）の前記樹脂フィルム（２３）側からレーザで穴あけし、前記第２のランド（２２ａ）が底面の一部をなし残部が貫通するように、前記ビアホール（２４）を貫通孔として形成するビアホールの形成工程と、
前記第１の基板（３１）、前記第２の基板（２１）、および前記カバーレイヤー（３６）を積層する前記積層工程後に、積層した基板両面から加圧しつつ加熱することにより、前記第１の基板（３１）および前記第２の基板（２１）相互の接着を行なうとともに、前記第２の基板（２１）および前記カバーレイヤー（３６）相互の接着を行い、前記加圧に伴って前記第２のランド（２２ａ）を前記第１のランド（３２ａ）方向に押圧して移動させ、前記第１のランド（３２ａ）と前記第２のランド（２２ａ）とを当接させる接着工程と、
前記接着工程の後に、前記第２の基板（２１）の前記ビアホール（２４）上を含む、前記カバーレイヤー（３６）の開口（３８）により前記第２の導体パターン（２２）が露出した部位に層間接続材料（５０）を配置する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記カバーレイヤー（３６）上の所定位置に表面実装部品（６０）をマウントする工程と、
前記表面実装部品（６０）をマウントする工程の後に、前記層間接続材料（５０）を加熱して、前記表面実装部品（６０）を前記第２の導体パターン（２２）に電気的に接続するとともに、前記層間接続材料（５０）を前記ビアホール（２４）内に流入させ、前記第１の基板（３１）の前記第１のランド（３２ａ）と前記第２の基板（２１）の前記第２のランド（２２ａ）とを電気的に接続する電気的接続工程とを備えることを特徴とするプリント基板の製造方法。
前記第１のランド（３２ａ）および前記第２のランド（２２ａ）は、それぞれ矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の製造方法。
前記積層工程では、前記第２のランド（２２ａ）の少なくとも一辺（２２ｂ）は、前記ビアホール（２４）上に形成されており、前記樹脂フィルム（２３）から離設されていることを特徴とする請求項２に記載のプリント基板の製造方法。
前記ビアホール（２４）は略長円形状に形成され、前記略長円形状の短手方向の長さ（Ｌ２）は前記第２のランド（２２ａ）の前記一辺（２２ｂ）の長さより大きいことを特徴とする請求項３に記載のプリント基板の製造方法。