JP4144190B2 - Ic実装用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はICを直接実装するためのIC実装用基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ICの実装用の基板として、特開昭63−220533号公報には基板の基材表面に突部を設けて該突部表面に導電金属層を形成することでバンプとし、該バンプに導電ペーストを介してICを載せて加熱することで上記バンプにICの端子部を接合するものが示されている。
【0003】
また、特表平9−511873号公報には、ポリマー樹脂からなる立体成形回路基板(MID基板)の成形時に突部を同時に成形して、突部表面に回路パターンを構成する導電性金属層を形成することでIC実装用の端子部であるバンプとすることが開示されている。
【0004】
上記のように形成されたバンプを備えるIC実装用基板は、IC側に半田バンプを設けなくともICの実装が可能であるが、バンプの高さが揃っていないと接続不良を招くことになる。一方で、基板上の突部は、金型の寸法精度や金型から成形品への転写性などの影響で、各バンプの上面高さには約数μmのばらつきが生じてしまう上に、基板の成形後の反りなどで約10μm程度のばらつきが生じてしまう。
【0005】
この時、IC実装時の加圧力を利用すれば基板の反りの矯正を行うことができ、しかもバンプそのものが弾性を有する構成となっておれば、高さの違いも吸収することができることになり、接続不良の発生を低減させることができる。特に、上記のポリマー樹脂からなる立体成形回路基板の場合、突部を基板の成形時に同時に形成することができる上に、ポリマー樹脂製の突部は弾性を有することから、この点においても都合が良い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高集積化が進むICの端子数は数十〜数百となっており、これに対応する数のバンプにICを介して同時に力を加えようとすれば、総加圧力はかなり大きな値となるためにICや基板の負担が大きくなりすぎて損傷が生じるおそれがある上に、加圧力の不十分な端子に加圧力を加えようとすれば、他の端子に適正以上の加圧力が加わることになる。そして、長期使用時に熱影響などで劣化が早まりやすく、クラックなどの損傷が生じやすくなり、電気接続信頼性に問題が生じる。
【0007】
もちろん、各バンプをきわめて弾性に富んだものとすることで総加圧力を小さくすることができると同時に、高さの違うバンプにかかる圧力の差を小さくすることができるが、このような特性を持つ材料で基材を形成することで基材が備える突部に所要の弾性を与えた場合、基材そのものに求められる特性を満足させることができなくなる。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところはIC実装を簡便に且つ高い信頼性のもとに行うことができるIC実装用基板とこのIC実装用基板の製造方法を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明にかかるIC実装用基板は、基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板において、基材と異なる材料で且つICの実装時の温度で流動性もしくは塑性変形性を示す材料で上記突部を形成するとともに、基材には一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を設けていることに特徴を有している。
【0010】
基材と突部とを異なる材料で形成するとともに、IC実装時の温度及び圧力で突部の材料が基材に設けた逃げ部に逃げることを許す構造とすることで、ICの実装時に必要な加圧力が小さくともバンプの高さのばらつきを吸収して確実な接続を行えるようにしたものである。
【0011】
上記逃げ部は基材を貫通する孔として形成することができるが、他端が基材の表面に位置する溝として形成してもよい。
【0012】
そして、孔としての逃げ部については、基材の表面側の断面積より基材の裏面側の断面積が大であることが好ましく、溝としての逃げ部は一端側よりも他端側の断面積が大であることが望ましい。
【0013】
突部を形成している材料が逃げ部全域に充填されていてもよい。逃げ部の開放端から突部形成材料が外部に漏れ出るかたちで逃げることになるために問題は無い。
【0014】
基材が無機物フィラーを配合した樹脂材料からなる場合、突部は無機物フィラーを配合していない樹脂材料からなるものを好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。
【0015】
突部を導電性材料で形成することも好ましい。
【0016】
そして、本発明に係るIC実装用基板の製造方法は、基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板の製造方法であって、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を射出成形して突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成すること、もしくは一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして上記キャビティに充填することで突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成すること、もしくは一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材に対して突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成することに特徴を有している。
【0017】
一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えた基材に関しては、その射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を金型によって基材に形成したり、基材の射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部となる部分にインサート物をインサートし、成型後にインサート物を除去することで逃げ部を備えた基材を形成したり、基材の射出成形後にドリル加工やレーザー加工等の後加工にて基材に形成したりすればよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図1は本発明にかかるIC実装用基板1の概略構成を示しており、基材10の表面に複数(多数)の突部11を設けているとともに、突部11の表面を回路パターンを構成している導電金属層12で被覆して、ICの実装用端子部であるバンプ2を形成している。
【0019】
ここにおける基材10は、図では平板状のもので示しているが、立体成形回路基板(MID基板)として形成されるものを好適に用いることができる。なお、突部11は幅が100μm程度、高さが100μm程度のものであり、めっきで形成されて回路パターンを構成している導電金属層12は、5〜10μm程度厚の銅めっき12a上に5〜10μm程度厚のニッケルめっき12bを施し、さらにこの上に0.3〜0.5μm厚程度の金めっき12cを施すことで形成してある。
【0020】
ここにおいて、突部11は図からも明らかなように、基材10に一体に設けるのではなく、基材10とは異なる材料で形成したものを基材10に取り付けることで形成しているのであるが、突部11はICの実装時の温度で流動性を示す材料、あるいは塑性変形性に富んだ材料で形成しており、さらには基材10に一端が突部11の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部4を設けている。
【0021】
図1(a)に示すものでは、基材10を表裏に貫通する孔として逃げ部4を設けているが、図1(b)に示すように、一端が突部11の形成部に位置し且つ他端が基材の表面に位置する溝として形成したものであってもよい。
【0022】
このような突部11の表面に導電金属層12を設けたバンプ2にIC3を載せて加熱加圧することで実装する時、図2に示すように、突部11の形成材料は温度及び圧力で逃げ部4に逃げるものであり、このためにバンプ2はICの端子部に添う形に体積変化を伴って変形し、端子部に密着する。ICの実装時に加える加圧力が小さくてすむにもかかわらず、バンプ2の高さのばらつきが確実に吸収されるものである。
【0023】
そして、孔としての逃げ部4については、基材10の表面側の断面積より基材の裏面側の断面積が大であることが好ましく、溝としての逃げ部4にしても、一端側よりも他端側の断面積が大であることが望ましい。突部11の形成材料が逃げ部4へ逃げる時、断面積が大きい方に移動するために、少ない抵抗で円滑に移動するからである。
【0024】
なお、逃げ部4はその他端が開放されたものとなっているために、図3や図4に示すように、突部4を形成している材料が逃げ部4全域に充填されていてもよい。逃げ部4の開放端から突部11の形成材料が外部に漏れ出るかたちで逃げるために、問題は無い。
【0025】
ところで、基材10と突部11とは異なる材料で形成するわけであるが、基材10が無機物フィラーを配合した樹脂材料からなる場合、突部11は無機物フィラーを配合していない樹脂材料からなるものを好適に用いることができる。たとえば、基材10に無機物フィラーを配合したポリフタルアミド樹脂、突部11に無機物フィラーを配合していないポリフタルアミド樹脂を用いた場合、基材10の熱変形温度を270℃、突部11の熱変形温度を150℃とすることからできるために、IC実装時の温度を例えば250℃にすれば、突部11の形成材料は溶融して流動性を示すことで、圧力に応じて逃げ部4に逃げる。
【0026】
また、基材10及び突部11を熱可塑性樹脂で形成する場合、前者を後者より分子量が大となっている樹脂で形成すればよく、このほか、基材10を耐熱温度の高いエンジニアリングプラスチック(ポリアミドPA、ポリフタルアミドPPA、ポリフェニレンサルファイドPPS、液晶ポリマーLCPなど)で構成し、突部11の形成材料として融点が低いABS、ポリプロピレンPPなどを用いるようにしてもよい。
【0027】
突部11を導電性材料、たとえば導電性樹脂、はんだ混入プラスティック、粉末金属射出成形用材料などで形成してもよく、この場合、導電金属層12をめっきで形成する場合、IC実装用端子部となる突部11における導電金属層12の付着量を多くすることができる。
【0028】
次に上記のようなIC実装用基板1の製造方法について説明すると、図5に示すように射出成形によって逃げ部4を備えた基材10を形成し、次いで該基材10を突部の成形用キャビティ70を有する金型70にセットし、突部形成材料を射出成形(二色成形)して突部11を形成すればよく、この後、突部11表面に導電金属層12を形成することで基板1とする。なお、突部11の形成材料は前記条件を満たすものであれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、等、どのようなものであってもよい。紫外線硬化樹脂を用いる場合、上記金型7をガラスのような紫外線透過材料で形成しておき、成形後、金型7外から紫外線を照射して硬化させるようにしてもよい。
【0029】
図6に示すように、逃げ部4を備えている基材10を突部の成形用キャビティ70を有する金型7にセットし、突部形成材料を逃げ部4の開放端からディスペンスして上記キャビティ70に充填することで突部11を形成するようにしてもよい。
【0030】
また、図7に示すように、逃げ部4を備えている基材10を金型7にセットすることなく逃げ部4の開放端から突部形成材料をディスペンスして、基材1の表面側に上記突部形成材料を盛り上がらせ、この状態で紫外線照射や赤外線加熱等で硬化させて突部11を形成するようにしてもよい。
【0031】
この場合、突部11の高さを金型7で規定することができないことから、カメラなどの画像処理や非接触距離測定などを併用して突部11の高さをコントロールすることが好ましい。なお、画像処理でコントロールを行う場合、突部11の形成材料の色を基材10の色と異なる色とすることで、画像処理が容易となる。
【0032】
さらに、形成した突部11は導電金属層12の形成に先立ち、IC3と同程度の平面を持った部材を押し当てて熱もしくは超音波振動といった突部11の材料を溶融変形させることができるエネルギーを与えることで、突部11の先端面の平面度を高めておくのが好ましい。なお、突部11の平面度を高めることは、金型7を使用したものにおいても有効である。
【0033】
基材10に逃げ部4を設けることに関しては、上述のように基材10の射出成形時に金型で形成するほか、逃げ部となる部分にインサート物をインサートした状態で基材10の射出成形を行い、その後、インサート物を除去することで逃げ部4を設けてもよい。この時、逃げ部4が孔などである時には、ピンなどのインサート物の抜き取りで行えばよいが、逃げ部4が溝などの時には、溶剤やエッチングによってインサート物を除去するようにしてもよい。
【0034】
この他、射出成形後の基材10にドリル加工やレーザー加工、打ち抜き加工、超音波振動を利用した溶融加工等の後加工で逃げ部4を形成してもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板において、基材と異なる材料で且つICの実装時の温度で流動性もしくは塑性変形性を示す材料で上記突部を形成するとともに、基材には一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を設けているために、IC実装時の温度及び圧力で突部の材料が基材に設けた逃げ部に逃げることが許されているものであり、このためにICの実装時に必要な加圧力が小さくともバンプの高さのばらつきを吸収して確実な接続を行うことができ、IC実装を簡便に且つ高い信頼性のもとに行うことができるものである。
【0036】
この時の上記逃げ部は、基材を貫通する孔として形成することで、突部の材料を低抵抗で逃がすことができ、また、上記逃げ部を他端が基材の表面に位置する溝として形成する場合、貫通穴としての逃げ部を形成することが困難なもの、たとえば基板がMID基板であって、突部の背後に別のものが存在するものにおいても、突部の材料を逃げ部に逃がすことができる。
【0037】
そして、孔としての逃げ部については、基材の表面側の断面積より基材の裏面側の断面積を大とし、溝としての逃げ部は一端側よりも他端側の断面積を大とすることで、突部の材料が逃げ部に逃げる時の流動抵抗をより小さくすることができる。
【0038】
突部を形成している材料が逃げ部全域に充填されていてもよく、この場合においても逃げ部の開放端から突部形成材料が外部に漏れ出るかたちで逃げることになるために問題は無く、これに伴って、突部の形成時の突部の材料の充填量を厳密に制御する必要がないものであり、従って基材への突部の形成が容易となる。
【0039】
基材が無機物フィラーを配合した樹脂材料からなる場合、突部は無機物フィラーを配合していない樹脂材料からなるものを好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。
【0040】
突部を導電性材料で形成すれば、めっきで導電性金属層を形成する時、その層厚を大きくすることができる。
【0041】
そして、本発明に係るIC実装用基板の製造方法は、基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板の製造方法であって、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を射出成形して突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成すると、逃げ部を有した基材への突部の形成を簡便に行うことができる。
【0042】
また、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして上記キャビティに充填することで突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成しても、逃げ部を有した基材への突部の形成を簡便に行うことができる。
【0043】
また、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材に対して突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成すれば、突部の成形用キャビティを有する金型を必要とすることなく、逃げ部を有した基材に突部を設けることができる。
【0044】
一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えた基材に関しては、その射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を金型によって基材に形成したり、基材の射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部となる部分にインサート物をインサートし、成型後にインサート物を除去することで逃げ部を備えた基材を形成したり、基材の射出成形後にドリル加工やレーザー加工等の後加工にて基材に形成したりすることで、簡便に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)(b)は夫々本発明の実施の形態の一例を示す破断斜視図である。
【図2】 (a)(b)は夫々同上のIC実装時の状態を示す説明図である。
【図3】同上の他例におけるIC実装時の状態を示す説明図である。
【図4】同上の別の例の破断斜視図である。
【図5】IC実装用基板の製造方法の一例を示す説明図である。
【図6】IC実装用基板の製造方法の他例を示す説明図である。
【図7】IC実装用基板の製造方法のさらに他例を示す説明図である。
【符号の説明】
2 バンプ
4 逃げ部
10 基材
11 突部
12 導電性金属層
Claims (14)
- 基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板において、基材と異なる材料で且つICの実装時の温度で流動性もしくは塑性変形性を示す材料で上記突部を形成するとともに、基材には一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を設けていることを特徴とするIC実装用基板。
- 逃げ部は基材を貫通する孔として形成されていることを特徴とする請求項1記載のIC実装用基板。
- 孔は基材の表面側の断面積より基材の裏面側の断面積が大であることを特徴とする請求項2記載のIC実装用基板。
- 逃げ部は他端が基材の表面に位置する溝として形成されていることを特徴とする請求項1記載のIC実装用基板。
- 溝は一端側よりも他端側の断面積が大であることを特徴とする請求項4記載のIC実装用基板。
- 突部を形成している材料が逃げ部全域にも充填されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載のIC実装用基板。
- 基材は無機物フィラーを配合した樹脂材料からなり、突部は無機物フィラーを配合していない樹脂材料からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載のIC実装用基板。
- 突部が導電性材料からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載のIC実装用基板。
- 基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板の製造方法であって、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を射出成形して突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成することを特徴とするIC実装用基板の製造方法。
- 基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板の製造方法であって、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材を突部の成形用キャビティを有する金型にセットし、突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして上記キャビティに充填することで突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成することを特徴とするIC実装用基板の製造方法。
- 基材の表面に設けた突部表面を回路パターンとなる導電性金属層で覆ってIC実装用端子部としてのバンプを形成したIC実装用基板の製造方法であって、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を備えている基材に対して突部形成材料を逃げ部の開放端からディスペンスして突部を形成し、この後、突部表面に導電金属層を形成することを特徴とするIC実装用基板の製造方法。
- 基材の射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部を金型によって基材に形成することを特徴とする請求項9〜11のいずれかの項に記載のIC実装用基板の製造方法。
- 基材の射出成形時に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部となる部分にインサート物をインサートし、成型後にインサート物を除去することで逃げ部を備えた基材を形成することを特徴とする請求項9〜11のいずれかの項に記載のIC実装用基板の製造方法。
- 基材の射出成形後に、一端が突部の形成部に至るとともに他端が開放された逃げ部をドリル加工やレーザー加工等の後加工にて基材に形成することを特徴とする請求項9〜11のいずれかの項に記載のIC実装用基板の製造方法。
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