JP4465888B2

JP4465888B2 - 基板の接続方法

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Publication number: JP4465888B2
Application number: JP2001025788A
Authority: JP
Inventors: 眞戸谷; 智宏横地; 敏広三宅
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002232134A

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を積層し接着してなる多層基板と、導体パターンが形成された１枚のフレキシブル基板とを接続する基板の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の一般的な接続方法を図６及び図７に示す。まず、多層基板１０は、図６に示す様に、銅等の導体パターン２０が形成されたフレキシブルな複数（図６では４枚）の層１１を積層し、この積層体をプレス機の押さえ治具Ｋ４等により加熱・加圧し、各層１１を全域に渡って接着することにより作製される。
【０００３】
この多層基板１０と１枚のフレキシブル基板４０との接続は、図７に示す様に行われる。図７（ａ）に示す様に、多層基板１０の最表面（第１層１１ａの表面）には、ハンダの流れ防止のためのカバーレイ１５が設けられる。そして、各層１１の導体パターン２０をカバーレイ１５上に電気的に引き出すためのビアホール１６が形成されている。
【０００４】
各ビアホール１６は、各層１１毎にドリルやレーザを用いて穴を空けたり、各層１１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、この形成された穴の内部に銅等の導体が充填され、各導体パターン２０の電気的な引き出しが可能となっている。
【０００５】
一方、１枚のフレキシブル基板４０の導体パターン５０には、カバーレイ１５まで引き出された各ビアホール１６等のランド１７に対応してバンプ５５が形成されている。そして、図７（ｂ）に示す様に、各バンプ５５を各ランド１７に挿入した状態で、１枚のフレキシブル基板４０と多層基板１０とを、加熱しながら加圧することで熱圧着させる。
【０００６】
こうして、バンプ５５が溶融し溶融したバンプ５５ａがビアホール１６と接合されるとともに、両基板１０、４０同士が変形して接着されるため、両基板１０、４０が機械的に接着し且つ電気的に接合された基板間接続がなされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の接続方法では、多層基板１０の内層の導体パターン（内層配線パターン）２０を表層まで引き出すために、多層基板１０には、ビアホール１６の形成が必須であり、多層基板１０を作製するためのコストが著しく上昇してしまう。
【０００８】
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を積層し接着してなる多層基板と、導体パターンが形成された１枚のフレキシブル基板とを接続する基板の接続方法において、多層基板にビアホールを形成することなく、両基板の機械的接着と電気的接合とを同時に行えるようにすることを目的とする。
【０００９】
【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に記載の発明では、多層基板（１０）の端部（３０）を除いて各々の層（１１）同士を接着する第１の工程と、１枚のフレキシブル基板（４０）の端部に切り込みを形成する第２の工程と、１枚のフレキシブル基板における切り込みにより分割された分割端部（４１）を、多層基板における未接着の端部にて各々の前記層間に挿入する第３の工程と、１枚のフレキシブル基板の分割端部が挿入された多層基板の端部を、加熱しながら加圧し、両基板の導体パターン（２０、５０）同士を接合すると共に両基板同士を接着する第４の工程とを備えることを特徴としている。
【００１０】
それによれば、１枚のフレキシブル基板の分割端部を、多層基板における未接着の端部にて各々の層間に挿入し、この挿入部（６０）を加熱・加圧することにより、当該挿入部において分割端部の導体パターンと各層の導体パターンとの接合が可能になると共に、両基板の変形により両基板同士を接着することができる。
【００１１】
よって、本発明によれば、多層基板にビアホールを形成することなく、両基板の機械的接着と電気的接合とを同時に行えるようにすることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、多層基板（１０）の端部（３０）および１枚のフレキシブル基板（４０）の分割端部（４１）のうち少なくとも一方の導体パターン（２０、５０）上に、ハンダを形成した後、第３の工程を行うことを特徴としている。それによれば、ハンダを介して両基板の導体パターンの電気的接合を適切に行うことができる。
【００１３】
また、多層基板（１０）の端部（３０）を除いて各々の層（１１）同士を接着する第１の工程は、各々の層（１１）を積層して積層体を形成し、この積層体を加熱しながら積層体の端部を除いて積層体を積層方向に圧縮するように加圧すること（請求項３の発明）により、適切に実行することができる。
【００１４】
また、上記第１の工程は、各々の層（１１）を積層して積層体を形成するとともに、積層体の端部にて各々の層間に当該層とは接着しない材料よりなるスペーサ部材（７０）を挿入した状態で、積層体を加熱しながら積層方向に圧縮するように加圧すること（請求項４の発明）により、適切に実行することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明のように、第４の工程において、多層基板（１０）の端部（３０）において１枚のフレキシブル基板（４０）の分割端部（４１）が挿入されない部位に、１枚のフレキシブル基板と同一の材料よりなるフィルム（８０）を挿入することにより、両基板同士の接着部の厚さを均一にすれば、当該接着部の接着強度を安定なものとできる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１の接続方法により形成されたものであり、その効果は、請求項１の発明と同様である。
【００１７】
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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１〜図３に、本発明の第１実施形態に係る基板の接続方法を順に示す。図１は、本接続方法における多層基板１０の作製工程を示す概略断面図、図２は、本接続方法における１枚のフレキシブル基板４０の多層基板１０への挿入工程を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は概略断面図、図３は、１枚のフレキシブル基板４０と多層基板１０との接着工程を示す斜視図である。以下、本接続方法について工程順に説明していく。
【００１９】
図１に示す様に、多層基板１０は、導体パターン２０が形成された複数（図１では４枚）の熱可塑性樹脂よりなる層１１を積層し接着してなるものである。
【００２０】
この多層基板１０の各層１１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。
【００２１】
また、各層１１に形成された内部配線層としての導体パターン２０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（図２（ａ）中の太線パターン参照）。
【００２２】
この多層基板１０の作製は、多層基板１０の端部３０を除いて各々の層１１同士を接着することにより行われる（第１の工程）。具体的には、熱プレスを利用した熱圧着法にて作製するが、図１に示す様に、プレス機の押さえ治具Ｋ１として、多層基板１０の端部３０には当たらず圧力がかからないように凸形状をなすものを用いる。
【００２３】
そして、図１に示す様に、導体パターン２０が形成された各層１１を積層して積層体を形成し、上記押さえ治具Ｋ１によって積層体を挟み付け、積層体を加熱しながら積層体の端部を除いて積層体を積層方向に圧縮するように加圧する。これにより、端部３０を除いて各々の層１１同士が接着された多層基板１０が作製される。
【００２４】
この加熱・加圧において、本例では、層１１を構成するＰＥＥＫ−ＰＥＩのガラス転移温度（１５０℃〜２３０℃）以上の温度となるように、例えば加熱温度２４０℃〜３４０℃にて５秒〜１５秒程度加熱および加圧を継続する。これにより、各層１１を構成するＰＥＥＫ−ＰＥＩが軟化変形し、上記端部（未接着部）３０を除いて接着する。この端部３０の幅は例えば数ｍｍ程度とすることができる。
【００２５】
また、一面側に導体パターン５０が形成された１枚のフレキシブル基板４０を用意する（図２参照）。このフレキシブル基板４０は熱可塑性樹脂よりなり、また、フレキシブル基板４０の導体パターン５０は、上記多層基板１０の導体パターン２０と同様の材質、形成方法を採用することができる。本例では、１枚のフレキシブル基板４０を構成する熱可塑性樹脂として上記ＰＥＥＫ−ＰＥＩ、その導体パターン５０として銅を採用している。
【００２６】
そして、この１枚のフレキシブル基板４０に対しては、図２（ａ）の破線に示す様に、カッター等の刃具等を用いて、１枚のフレキシブル基板４０の端部に切り込みを形成する（第２の工程）。この切り込みにより分割されたフレキシブル基板４０における分割端部４１は、各々が導体パターン５０を有し、互いに独立して動かせるようになっている。
【００２７】
このようにして第１及び第２の工程を終え、多層基板１０と、分割端部４１を有する１枚のフレキシブル基板４０とが形成される。ここで、好ましい形態としては、多層基板１０の端部３０および１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１のうち少なくとも一方の導体パターン２０、５０上に、メッキ法やコーティング法（塗布法）等によりハンダを形成する。
【００２８】
本例では、多層基板１０の端部３０の導体パターン２０および１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１の導体パターン５０の両方に、ハンダ（図示せず）を形成する。このハンダとしては、具体的には、Ｓｎ−Ｐｂハンダ、Ａｇ−Ｓｎハンダ、Ｓｎハンダ等を用いることができるが、本例では、Ｓｎ−Ｐｂハンダ（溶融温度１８３℃）を用いる。
【００２９】
なお、このハンダの形成時期は、次に行う第３工程の前であれば、特に限定はしないが、例えば、多層基板１０の端部３０の導体パターン２０に形成する場合、各層１１の積層前（単層の状態）にメッキ法やコーティング法にて行ったり、積層後にコーティング法にて行う。また、１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１の導体パターン５０に形成する場合、切り込みを行う前（第２工程の前）にメッキ法やコーティング法にて行うことができる。
【００３０】
さらに、アルカンのような炭化水素化合物を、ハンダおよび両基板１０、４０の重ね合わせ面全体に塗布することが好ましい。これは、ハンダの塗れ性を確保するとともに、ＰＥＥＫ−ＰＥＩ同士の接着性を向上させることができるためである。
【００３１】
次に、１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１を、それぞれ、多層基板１０における未接着の端部３０にて各々の層１１の間に挿入する（第３の工程）。具体的には、図２に示す様に、層１１の間は、１層目と２層目、２層目と３層目、３層目と４層目の３箇所あるが、未接着の端部３０にて、これら各層間を広げ、１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１をそれぞれ挿入する。
【００３２】
ここで、１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１が挿入された多層基板１０の端部３０を、挿入部６０ということとする（図２（ｂ）参照）そして、次に、この挿入部６０を加熱・加圧し、両基板１０、４０の導体パターン２０、５０同士を接合すると共に両基板１０、４０同士を接着する（第４の工程）。
【００３３】
具体的には、図３に示す様に、パルスヒート方式の熱圧着ツールＫ２、Ｋ３を用いて、挿入部６０を、その外側から加熱しながら加圧する。なお、図３中の下側のツールＫ３は加圧用の押さえ台であっても良い。本例では、ＰＥＥＫ−ＰＥＩのガラス転移温度（１５０℃〜２３０℃）以上で且つＳｎ−Ｐｂハンダの溶融温度（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。
【００３４】
この加熱・加圧により、挿入部６０において、多層基板１０の導体パターン２０および１枚のフレキシブル基板４０の導体パターン５０の両方に形成された上記ハンダが溶融して両導体パターン２０、５０が電気的に接合するとともに、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、両基板１０、４０が機械的に接着し且つ電気的に接合される。
【００３５】
以上が本実施形態の接続方法であり、本接続方法によれば、上記第１〜第３の工程を経て形成された挿入部６０を、第４の工程にて加熱・加圧することにより、挿入部６０において分割端部４１の導体パターン５０と各層１１の導体パターン２０との接合が可能になると共に、両基板１０、４０の変形により両基板１０、４０同士を接着することができる。
【００３６】
そのため、本実施形態によれば、多層基板１０に従来のようなビアホールを形成することなく、低コストにて、多層基板１０と１枚のフレキシブル基板４０との機械的接着及び電気的接合を同時に行うことができる。
【００３７】
また、上記製造方法では、好ましい形態として、多層基板１０の端部３０および１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１のうち少なくとも一方の導体パターン２０、５０上に、ハンダを形成した後、第３の工程を行うようにしている。
【００３８】
それによれば、このハンダを介して両基板１０、４０の導体パターン２０、５０の電気的接合を適切に行うことができる。なお、ハンダを用いずに、両基板１０、４０の機械的接着力による両導体パターン２０、５０の接触により、両導体パターン２０、５０の電気的接合を行っても良い。
【００３９】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、上記第１実施形態にて述べた接続方法のうち第１の工程（多層基板１０の作製工程）を変形したものである。図４は、本実施形態に係る多層基板１０の作製工程を示す概略断面図である。
【００４０】
本実施形態では、多層基板１０は、一般的な形状を有するプレス機の押さえ治具Ｋ４を用いて行うことができる。すなわち、図４に示す様に、各々の層１１を積層して積層体を形成するとともに、積層体の端部にて各々の層１１間に当該層１１とは接着しない材料よりなるスペーサ部材７０を挿入した状態で、積層体を加熱しながら積層方向に圧縮するように加圧する。
【００４１】
それにより、スペーサ部材７０が挿入された部分では未接着の状態となり、加熱・加圧後にスペーサ部材７０を引き抜くことにより、端部３０を除いて各々の層１１同士が接着された多層基板１０を、適切に作製することができる。このスペーサ部材７０としては、ＰＥＥＫ−ＰＥＩと接着しないポリイミドやテフロン（デュポン社の商品名、四フッ化エチレンの重合体）等の材料よりなるものを採用できる。
【００４２】
（第３実施形態）
本第３実施形態は、上記第１実施形態にて述べた接続方法のうち第４の工程（両基板１０、４０の接着工程）を変形したものである。図５は、本実施形態に係る両基板１０、４０の接着工程を示す斜視図である。
【００４３】
本実施形態では、第４の工程において、多層基板１０の端部３０において１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１が挿入されない部位に、１枚のフレキシブル基板４０と同一の材料よりなるフィルム８０を挿入することにより、両基板１０、４０同士の接着部の厚さを均一にする。
【００４４】
すなわち、上記挿入部６０において、フレキシブル基板４０の分割端部４１が挿入されない空間に、フレキシブル基板４０と同一の材料であるＰＥＥＫ−ＰＥＩよりなるフィルム８０を挿入し配置する。次に、上記第１実施形態と同様に、熱圧着ツールＫ２、Ｋ３を用いて、挿入部６０を、その外側から加熱しながら加圧する。
【００４５】
それにより、各層１１間の全体に渡って挿入部６０の厚さが均一の状態にて、第４の工程を行うことができるため、両基板１０、４０が機械的に接着し且つ電気的に接合された後で、接着部の厚さを全体に均一なものにすることができ、当該接着部の接着強度を安定なものとできる。
【００４６】
なお、以上の各実施形態における接続方法によって形成された基板の接続構造は、導体パターン２０が形成された複数の層１１を積層し接着してなる多層基板１０と、導体パターン５０が形成された１枚のフレキシブル基板４０とが接続されてなるものであるが、構造的に以下の特徴を有する。
【００４７】
すなわち、図３に示す様に、１枚のフレキシブル基板４０は、その端部が分割された分割端部４１となっており、１枚のフレキシブル基板４０の分割端部４１のそれぞれは、多層基板１０の端部にて各々の層１１間に挿入されており、この分割端部４１の挿入部６０にて、両基板１０、４０の導体パターン２０、５０同士の接合および両基板１０、４０同士の接着がなされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板の接続方法のうち多層基板の作製工程を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る基板の接続方法のうち１枚のフレキシブル基板の多層基板への挿入工程を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る基板の接続方法のうち１枚のフレキシブル基板と多層基板との接着工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る多層基板の作製工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る１枚のフレキシブル基板と多層基板との接着工程を示す斜視図である。
【図６】従来の多層基板の作製方法を示す概略断面図である。
【図７】従来の基板の接続方法を断面的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…多層基板、１１…多層基板の層、２０…多層基板の導体パターン、
３０…多層基板の端部、４０…１枚のフレキシブル基板、
４１…１枚のフレキシブル基板の分割端部、
５０…１枚のフレキシブル基板の導体パターン、７０…スペーサ部材、
８０…フィルム。

Claims

導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１）を積層し接着してなる多層基板（１０）と、導体パターン（５０）が形成された１枚のフレキシブル基板（４０）とを接続する基板の接続方法であって、
前記多層基板の端部（３０）を除いて各々の前記層同士を接着する第１の工程と、
前記１枚のフレキシブル基板の端部に切り込みを形成する第２の工程と、
前記１枚のフレキシブル基板における前記切り込みにより分割された分割端部（４１）を、前記多層基板における未接着の端部にて各々の前記層間に挿入する第３の工程と、
前記１枚のフレキシブル基板の分割端部が挿入された前記多層基板の端部を、加熱しながら加圧し、前記両基板の導体パターン同士を接合すると共に、前記両基板同士を接着する第４の工程とを備えることを特徴とする基板の接続方法。
前記多層基板（１０）の端部（３０）および前記１枚のフレキシブル基板（４０）の分割端部（４１）のうち少なくとも一方の前記導体パターン（２０、５０）上に、ハンダを形成した後、前記第３の工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の基板の接続方法。
前記第１の工程では、各々の前記層（１１）を積層して積層体を形成し、この積層体を加熱しながら前記積層体の端部を除いて前記積層体を積層方向に圧縮するように加圧するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板の接続方法。
前記第１の工程では、各々の前記層（１１）を積層して積層体を形成するとともに、前記積層体の端部にて各々の前記層間に前記層とは接着しない材料よりなるスペーサ部材（７０）を挿入した状態で、前記積層体を加熱しながら積層方向に圧縮するように加圧することを特徴とする請求項１または２に記載の基板の接続方法。
前記第４の工程では、前記多層基板（１０）の端部（３０）において前記１枚のフレキシブル基板（４０）の分割端部（４１）が挿入されない部位に、前記１枚のフレキシブル基板と同一の材料よりなるフィルム（８０）を挿入することにより、前記両基板同士の接着部の厚さを均一にすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の基板の接続方法。
導体パターン（２０）が形成された複数の層（１１）を積層し接着してなる多層基板（１０）と、導体パターン（５０）が形成された１枚のフレキシブル基板（４０）とが接続されてなる基板の接続構造であって、
前記１枚のフレキシブル基板は、その端部が切り込みにより分割された分割端部（４１）となっており、
前記１枚のフレキシブル基板の分割端部のそれぞれは、前記多層基板の端部にて各々の前記層間に挿入されており、
この分割端部の挿入部にて、前記両基板の導体パターン同士の接合および前記両基板同士の接着がなされていることを特徴とする基板の接続構造。