JP4465886B2

JP4465886B2 - 基板の接続方法および接続構造

Info

Publication number: JP4465886B2
Application number: JP2001024189A
Authority: JP
Inventors: 眞戸谷; 智宏横地
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002232133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体パターンが形成された複数の層が積層されるとともに、各層に対応して導体パターンを表面に引き出すためのビアホールが形成されてなる多層基板と、一面側に導体パターンが形成されたフレキシブル基板とを接続する基板の接続方法、および接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の一般的な接続方法を図４に示す。多層基板（多層配線基板）１０は、銅等の導体パターン２０が形成された複数（図４では４枚）の層１１〜１４を積層し互いに接着することにより作製されている。一方、フレキシブル基板（フレキシブル配線基板）４０は、熱可塑性樹脂等よりなるベースの一面側に導体パターン５０が形成されてなる。
【０００３】
そして、図４に示す様に、多層基板１０においては、その表面（第１層１１の表面）にカバーレイまたはソルダーレジスト１５が設けられ、各層１１〜１４の導体パターン２０をカバーレイまたはソルダーレジスト１５上に電気的に引き出すためのビアホール３０が形成されている。各ビアホール３０は、各層１１〜１４毎にドリルやレーザを用いて穴を空けたり、各層１１〜１４を積層した後レーザを用いて穴を空ける等により、形成される。
【０００４】
一方、フレキシブル基板４０の導体パターン５０には、カバーレイまたはソルダーレジスト１５まで引き出された各ビアホール３０に対応してハンダ等の接続材料よりなるバンプ７０が形成されている。そして、各バンプ７０を各ビアホール３０に挿入した状態で、フレキシブル基板４０と多層基板１０とを、加熱しながら加圧する。
【０００５】
それによって、バンプ７０が溶融してビアホール３０内に充填され、この充填された接続材料によりフレキシブル基板４０および多層基板１０の各導体パターン２０、５０が電気的に接合される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記した従来の接続方法においては、各ビアホール３０の径が均一であり、各ビアホール３０に対応したフレキシブル基板４０の各バンプ７０の大きさが均一であるため、図５に示す様な問題が発生する。
【０００７】
まず、ビアホール３０の径が細いと、図５（ａ）に示す様に、多層基板１０の表面に比較的近い層の導体パターンに対応するビアホール３０にて、接続材料７５の量が過剰となり、ビアホール３０からはみ出した接続材料同士がつながり、隣接するビアホール３０同士でブリッジ９００が発生する。
【０００８】
一方、ビアホール３０の径が太いと、図５（ｂ）に示す様に、多層基板１０の表面から比較的遠い層の導体パターンに対応するビアホール３０にて、接続材料７５の量が不足し、オープン９０１が発生する。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、導体パターンが形成された複数の層が積層されるとともに各層の導体パターン引き出し用のビアホールが形成されてなる多層基板と、一面側に導体パターンが形成されたフレキシブル基板とを接続するにあたって、各ビアホールにおける導体パターン同士の接合性を確保することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、以下のような知見に基づいて本発明を創出するに至った。
【００１１】
すなわち、ビアホールは、多層基板の表面に近い層の導体パターン用のものほど深さが浅く、遠い層の導体パターン用のものほど深さが深くなる。そのため、従来のように、各ビアホールの径が均一であると、上記近い層用のビアホールは比較的体積が小さく、上記遠い層用のビアホールは比較的体積が大きいものとなる。そして、フレキシブル基板の各バンプの大きさは均一であるため、上記した問題が発生する。
【００１２】
このような知見に着目してなされた請求項１に記載の発明では、導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１〜１４）を積層するとともに、各々の層に対応して導体パターンを表面（１０ａ）に引き出すためのビアホール（３１〜３４）を形成してなる多層基板（１０）と、一面側に導体パターン（５０）が形成されたフレキシブル基板（４０）とを接続する基板の接続方法であって、
ビアホールのうち多層基板の表面に近い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径が、多層基板の表面から遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、多層基板にビアホールを形成する工程と、フレキシブル基板の導体パターン上に接続部材（７０）を形成する工程と、多層基板の表面とフレキシブル基板の一面とを対向させ、これら両基板を加熱・加圧することにより、接続部材をビアホールに充填しつつ両基板を接続する工程とを備えることを特徴としている。
【００１３】
それによれば、上記近い層の導体パターン用のビアホール径が、上記遠い層の導体パターン用のビアホール径よりも大きくなるように、ビアホールを形成するため、各ビアホールの体積を適切に調整することができ、各ビアホール毎に接続材料が過剰または過小に供給されることを防止できる。
【００１４】
そのため、従来発生していた接続材料のブリッジやオープン等を防止して、各ビアホールにて両基板の導体パターンを確実に接合することができる。従って、本発明の接続方法によれば、各ビアホールにおける導体パターン同士の接合性を確保することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１〜１４）が積層されるとともに、各々の層に対応して導体パターンを表面（１０ａ）に引き出すためのビアホール（３１〜３４）が形成されてなる多層基板（１０）と、一面側に導体パターン（５０）が形成されたフレキシブル基板（４０）とを接続する基板の接続構造であって、
ビアホールは、多層基板の表面に近い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径が、多層基板の表面から遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、形成されており、多層基板における各々の層の導体パターンとフレキシブル基板の導体パターンとは、各々のビアホールに充填された導電性の充填部材（６０）によって電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明の接続構造は、請求項１に記載の接続方法によって得られるものであり、その効果は上述の内容とほぼ同様である。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板の接続構造を示す概略断面図である。また、図２は、図１中の多層基板１０単体を、その表面１０ａの斜め上方から見た斜視図である。
【００２１】
多層基板１０は、導体パターン２０が形成された複数の熱可塑性樹脂よりなる層１１〜１４が積層されるとともに、各々の層１１〜１４に対応して各導体パターン２０を多層基板１０の表面１０ａに引き出すためのビアホール３１〜３４が形成されてなる。
【００２２】
一方、フレキシブル基板４０は熱可塑性樹脂よりなり、その一面４０ａ側に導体パターン５０が形成されている。このフレキシブル基板４０および多層基板１０の各層１１〜１４を構成する熱可塑性樹脂として、本例では、ポリエーテリケトン（ＰＥＥＫ）樹脂を６５〜３５重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂を３５〜６５重量％含む熱可塑性樹脂（以下、ＰＥＥＫ−ＰＥＩという）が使用されている。このＰＥＥＫ−ＰＥＩは、ガラス転移温度以上の温度において軟化する。
【００２３】
多層基板１０の各層１１〜１４は本例では４層図示されており、表面（フレキシブル基板４０との接続面）１０ａに近い順に、第１層１１、第２層１２、第３層１３、第４層１４としている。また、第１層１１の上には、カバーレイまたはソルダーレジスト１５が形成されており、このカバーレイまたはソルダーレジスト１５は、両基板の接続時のハンダ流れを防止するためのものである。
【００２４】
各層１１〜１４に形成された内部配線層としての導体パターン２０およびフレキシブル基板４０の導体パターン５０は、銅等（本例では銅）よりなり、メッキ法や箔を貼り付ける方法等によって所定の配線パターンに形成されている。また、各ビアホール３１〜３４は、各導体パターン２０のランドから表面１０ａ（カバーレイまたはソルダーレジスト１５）に至る丸穴により構成されている。
【００２５】
ビアホール３１〜３４は、多層基板１０の表面１０ａに近い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径が、多層基板１０の表面１０ａから遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、形成されている。
【００２６】
すなわち、表面１０ａに最も近い第１層１１のビアホール（第１のビアホール）３１、第２層１２用のビアホール（第２のビアホール）３２、第３層１３用のビアホール（第３のビアホール）３３、第４層１４用のビアホール（第４のビアホール）３４の順に径が小さくなっている（図２参照）。
【００２７】
具体的に、本例では、第１のビアホール３１の径（直径）をＲ１、第２のビアホール３２の径をＲ２、第３のビアホール３３の径をＲ３、第４のビアホール３４の径をＲ４とし（図３（ａ）参照）、カバーレイまたはソルダーレジスト１５の高さ（厚さ）をＨ１、第１層１１の厚さをＨ２、第２層１２の厚さをＨ２、第３層１３の厚さをＨ４とした場合、第２から第４のビアホール３２〜３４の径Ｒ２〜Ｒ４は、次の数式１にて与えられたものにできる。
【００２８】
【数１】
Ｒ２＝｛（Ｒ１×Ｒ１×Ｈ１）／（Ｈ１＋Ｈ２）｝^1/2
Ｒ２＝｛（Ｒ１×Ｒ１×Ｈ１）／（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３）｝^1/2
Ｒ２＝｛（Ｒ１×Ｒ１×Ｈ１）／（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋Ｈ４）｝^1/2
上記数式１の関係により、各ビアホール３１〜３４の体積を略同一にすることができる。例えば、カバーレイまたはソルダーレジスト１５の厚さおよび各層１１〜１４の厚さが７５μｍと同じであり、第１のビアホール３１の径Ｒ１が２００μｍである場合、径Ｒ２は１４１μｍ、径Ｒ３は１１５μｍ、径Ｒ４は１００μｍである。
【００２９】
そして、図１に示す様に、各ビアホール３１〜３４内には、導電性を有する充填部材６０が充填されており、この充填部材６０によって多層基板１０における各導体パターン２０とフレキシブル基板４０の導体パターン５０とは、電気的に接続されている。充填部材６０としては、Ｓｎ−Ｐｂハンダ、Ａｇ−Ｓｎハンダ、Ｓｎハンダ等の加熱により流動性を生じる導電性材料を用いることができる。
【００３０】
次に、上記接続構造を得るための接続方法について、図３を参照して説明する。図３は、本接続方法を、上記図１に対応した断面にて示す説明図である。まず、図３（ａ）に示す多層基板１０は、導体パターン２０が形成された複数の層１１〜１４を積層し、加熱しながら加圧して各層を互いに接着することにより作製される。
【００３１】
ここで、ビアホール３１〜３４のうち多層基板１０の表面１０ａに近い層の導体パターン２０を引き出すためのビアホールの径が、多層基板１０の表面１０ａから遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、ビアホール３１〜３４を形成する工程を行う。
【００３２】
このビアホールの形成は、各層１１〜１４毎にドリルやレーザを用いて穴を空けたり、各層１１〜１４を積層した後レーザを用いて穴を空ける等により行うことができる。このとき、ドリルの径を変えたり、レーザの照射径や照射量等を変えたりすることにより、各ビアホール３１〜３４の径を異ならせ、所望の径とすることができる。
【００３３】
このようにビアホール３１〜３４を有する多層基板１０を形成する一方、一面４０ａ側に導体パターン５０が形成されたフレキシブル基板４０を用意し、当該導体パターン５０上にバンプ（接続部材）７０を形成する。バンプ７０は、多層基板１０の各ビアホール３１〜３４に対応して形成される。本例では、バンプ７０を、メッキ法やコーティング等により形成されたＳｎ−Ｐｂハンダ（溶融温度１８３℃）よりなるものとしている。
【００３４】
そして、図３（ａ）に示す様に、多層基板１０の表面１０ａとフレキシブル基板４０の一面４０ａとを対向させ、図３（ｂ）に示す様に、これら両基板１０、４０を加熱しながら互いに近づける方向へ加圧することにより、バンプ７０を溶融させ、この溶融したバンプ７０をビアホール３１〜３４に充填しつつ両基板１０、４０を接続する。
【００３５】
本例では、パルスヒート方式の熱圧着ツール（図示せず）を用いて、上記加熱・加圧を行うが、このときＰＥＥＫ−ＰＥＩのガラス転移温度（１５０℃〜２３０℃）以上で且つＳｎ−Ｐｂハンダよりなるバンプ７０の溶融温度（１８３℃）以上の温度となるように、圧力を加える。例えば、加熱温度は２４０℃〜３４０℃であり、５秒〜１５秒間加熱および加圧を継続する。
【００３６】
この加熱・加圧により、バンプ７０が溶融して各ビアホール３１〜３４内へ流動して充填されていき、凝固して充填部材６０となる。一方、両基板１０、４０のＰＥＥＫ−ＰＥＩが軟化変形して互いに接着する。こうして、図３（ｂ）に示す接続構造（つまり、図１に示す接続構造）が完成する。
【００３７】
ところで、本実施形態によれば、多層基板１０の表面１０ａに近い層の導体パターン用のビアホール径が、遠い層の導体パターン用のビアホール径よりも大きくなるように、各ビアホール３１〜３４を形成するため、各ビアホール３１〜３４の体積を適切に調整することができ、各ビアホール３１〜３４毎にハンダ等の接続材料（充填部材）が過剰または過小に供給されることを防止できる。
【００３８】
そのため、従来発生していた接続材料のブリッジやオープン等を防止して、各ビアホール３１〜３４にて充填部材６０を過不足無く充填することができ、両基板１０、４０の導体パターン２０、５０を確実に接合することができる。よって、本実施形態によれば、各ビアホールにおける導体パターン同士の接合性を確保することのできる基板の接続方法および接続構造を提供することができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、導体パターン２０が形成された複数の層１１〜１４が積層されるとともに、各々の層１１〜１４に対応して導体パターン２０を表面１０ａに引き出すためのビアホール３１〜３４が形成されてなる多層基板であって、表面１０ａに近い層の導体パターン２０を引き出すためのビアホールの径が、表面１０ａから遠い層の導体パターン２０を引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、ビアホール３１〜３４が形成されていることを特徴とする多層基板１０を提供することができる。
【００４０】
つまり、本実施形態によれば、各ビアホールにおける導体パターン同士の接合性を確保することの可能な本実施形態の接続方法に用いて好適な多層基板を提供することができる。
【００４１】
（他の実施形態）
なお、多層基板としては、アルミナ等よりなる複数のグリーンシートを積層してなるセラミック多層基板でも良い。または、ガラスエポキシ等のエポキシ多層基板でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板の接続構造を示す概略断面図である。
【図２】図１中の多層基板１０単体の斜視図である。
【図３】上記実施形態に係る基板の接続方法を示す工程説明図である。
【図４】従来の基板の接続方法を示すための説明図である。
【図５】従来の基板の接続方法によるブリッジやオープンの発生を示すための概略断面図である。
【符号の説明】
１０…多層基板、１０ａ…多層基板の表面、１１〜１４…多層基板の各層、
２０…多層基板の導体パターン、３１〜３４…ビアホール、
４０…フレキシブル基板、５０…フレキシブル基板の導体パターン、
６０…充填部材、７０…バンプ（接続部材）。

Claims

導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１〜１４）を積層するとともに、各々の前記層に対応して前記導体パターンを表面（１０ａ）に引き出すためのビアホール（３１〜３４）を形成してなる多層基板（１０）と、一面側に導体パターン（５０）が形成されたフレキシブル基板（４０）とを接続する基板の接続方法であって、
前記ビアホールのうち前記多層基板の前記表面に近い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径が、前記多層基板の前記表面から遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、前記多層基板に前記ビアホールを形成する工程と、
前記フレキシブル基板の導体パターン上に接続部材（７０）を形成する工程と、
前記多層基板の表面と前記フレキシブル基板の一面とを対向させ、これら両基板を加熱・加圧することにより、前記接続部材を前記ビアホールに充填しつつ前記両基板を接続する工程とを備えることを特徴とする基板の接続方法。
導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１〜１４）が積層されるとともに、各々の前記層に対応して前記導体パターンを表面（１０ａ）に引き出すためのビアホール（３１〜３４）が形成されてなる多層基板（１０）と、一面側に導体パターン（５０）が形成されたフレキシブル基板（４０）とを接続する基板の接続構造であって、
前記ビアホールは、前記多層基板の前記表面に近い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径が、前記多層基板の前記表面から遠い層の導体パターンを引き出すためのビアホールの径よりも大きくなるように、形成されており、
前記多層基板における各々の前記層の導体パターンと前記フレキシブル基板の導体パターンとは、各々の前記ビアホールに充填された導電性の充填部材（６０）によって電気的に接続されていることを特徴とする基板の接続構造。