JP4844294B2

JP4844294B2 - 複合配線基板

Info

Publication number: JP4844294B2
Application number: JP2006233604A
Authority: JP
Inventors: 元紀庄田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008060226A

Description

本発明は、セラミック基板とフレキシブル基板とを接着剤シートを介して貼り合わせて一体化し両基板に形成された配線導体を電気的に接続してなる複合基板に関するものである。

図７に示すように、従来の複合基板は、片面に配線導体４２を有する硬質プリント配線板４１と両面に配線導体４５を有するフレキシブル基板４６とを接着剤シート４７を介して貼り合わせている。接着剤シート４７に形成された導電性ビア４３と接着剤シート４７の表面上あるいは導電性ビア４３上に形成されたバンプ４４を介して硬質プリント配線基板４１の配線導体４２とフレキシブル基板４６の配線導体４５を電気的に接続している。

硬質プリント配線板４１はガラスエポキシ等の樹脂材料やセラミックス等を使用し、表面に銅箔から成る配線導体４２が形成されている。フレキシブル基板４６はポリイミドやポリアミド系フィルム等を使用し、その両面に厚さ１５〜１８μｍの銅箔から成る配線導体４５が形成されている。この硬質プリント配線板４１とフレキシブル基板４６を貼り合わせるための接着剤シート４７は厚さ４０μｍのエポキシ変性ポリイミドやエポキシ系、アクリル系、ポイミド系の材料を使用している。

この接着剤シート４７内に導電性ビア４３が形成されている。導電性ビア４３は接着剤シート４７と同様の樹脂成分と銅、銀、金、半田等の導電性粉末の混合物から成る導電性接着剤を充填することで形成されている。この導電性ビア４３により、硬質プリント配線板４１の配線導体４２とフレキシブル基板４６上の貼り合わせ面側にある配線導体４５とを電気的に接続している。また、接着剤シート４７の表面に導電性ビア４３と同様の導電性接着剤から成るバンプ４４が形成されており、貼り合わせた際に配線導体４５の外側面の導体と導電性ビア４３を電気的に接続している（例えば、特許文献１。）。
特開２００２−９４４０号公報

しかしながら、従来の構成では、次に示す問題が生じる。この複合基板では、硬質プリント配線板４１のような硬質基板とフレキシブル基板４６とを貼り合わせる際、加える熱により接着剤シート４７が膨張及び軟化し、さらに貼り合わせ時にかかる圧力により導電性ビア４３の周辺の接着剤シート４７が導電性ビア４３表面と配線導体４２との間に流れ出しが発生し、貼り合わせ直後の初期導通不良が発生する。

また、複合基板を構成する硬質プリント配線板４１である硬質基板と、フレキシブル基板４６、及び接着剤シート４７の熱膨張率は各々異なる。このため、温度変化が起こると、硬質プリント配線板４１のような硬質基板とフレキシブル基板４６及び接着剤シート４７との間の熱膨張率の差による基板の反りの応力により、配線導体４２と導電性ビア４３に隙間が発生し、接続不良による導通不良が生じるという課題を有していた。

本発明は従来の課題を解決するもので、貼り合わせ時の接着剤シート４７の流れ出しによる初期導通不良と、貼り合わせ後の複合基板における、基板の熱膨張率の差によって発生する応力による接続不良が発生しにくい信頼性の高い複合基板を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の複合基板は、少なくとも一方の面に配線導体とビア受けランドを有するセラミック基板と、一方の面に配線導体を有し、その反対の面にビアランドを持ち、前記セラミック基板の少なくとも一方の面に備えられた前記配線導体と前記ビアランドを接続するためのフレキシブル基板と、貫通穴を有し、かつフィラーを有する接着剤シートと、前記貫通穴により前記セラミック基板に形成された前記ビア受けランドと、前記フレキシブル基板に形成された前記ビアランドとを接触させることによって電気的に接続し、前記セラミック基板の前記ビア受けランドを有する面と前記フレキシブル基板の前記ビアランドを有する面とを前記接着剤シートにて接合して構成されたことを特徴としたものである。

本発明の複合基板は、セラミック基板とフレキシブル基板とを熱と圧力で貼り合わせる際の接着剤シートの流れ出しを抑制し、初期導通不良を防止し、かつ貼り合わせ後の温度変化により生じるセラミック基板とフレキシブル基板との接続不良による導通不良を防止することができる。さらに、接着剤シートのスルーホールに導電性接着剤を充填して成る導電性ビアや、接着剤シートの表面上あるいは導電性ビア上に導電性接着剤から成るバンプを形成する必要が無く、より簡単に信頼性の高い複合基板を得ることができる。

以下に、本発明の複合基板の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１におけるセラミック基板とフレキシブル基板と接着剤シートとを貼り合わせる前のそれぞれの側面図である。また、図２は本発明の実施例１におけるセラミック基板とフレキシブル基板とを接着剤シートを介して貼り合わせて一体化し両基板に配設された配線導体を電気的に接続してなる複合基板の側面図である。

図１に示すように、セラミック基板１の表面に配線導体１４と円形のビア受けランド１５が形成されている。配線導体１４はビア受けランド１５同士を電気的に接続している。フレキシブル基板２の片面に配線導体１１が形成されており、反対面にセラミック基板１のビア受けランド１５と接触し電気的に接続するため円形のビアランド１２が形成されている。フレキシブル基板２内に配線導体１１とビアランド１２を電気的に接続するためのスルーホールビア１３が形成されている。接着剤シート３に円形の貫通穴２１が形成されている。このため、セラミック基板１とフレキシブル基板２を接着剤シート３と介して貼り合わせた際、貫通穴２１によりセラミック基板１に形成されたビア受けランド１５とフレキシブル基板２に形成されたビアランド１２とを接触させ電気的に接続することが出来る。

セラミック基板１の表面の配線導体１４及びビア受けランド１５の厚みは１５μmであり、ビア受けランド１５の直径は５００μｍである。配線導体１４及びビア受けランド１５は銀を主とする導電材料でありスクリーン印刷により形成され、導体表面に無電解ニッケル／金メッキされているものを使用する。フレキシブル基板２の表面の配線導体１１及び反対面のビアランド１２は銅箔をエッチングして形成されており、厚みが１０μmである。ビアランド１２の直径は３００μｍである。スルーホールビア１３はパンチング、ケミカルエッチング、レーザーエッチング等にて２００μｍの貫通穴を開けており、この貫通穴表面に銅メッキにより導体が形成されている。配線導体１１、ビアランド１２、スルーホールビア１３を形成した後、それぞれの表面に金メッキされたものを使用する。接着剤シート３の厚みは２５μmであり、直径が５００μｍの円形の貫通穴２１がレーザー加工により形成されている。接着剤シート３は主にポリイミド系の絶縁性の熱硬化性樹脂であり、シリコン系のフィラーを２５％含有しているものを使用する。

次にセラミック基板１とフレキシブル基板２を接着剤シート３を介して貼り合せる具体的な方法を説明する。まず、セラミック基板１に形成されたビア受けランド１５の中心と、接着剤シート３に形成された貫通穴２１の中心と、フレキシブル基板３に形成されたビアランド１２の中心が合うように位置合わせして重ね合わせる。

位置合わせ方法は、例えば、図３に示すように位置合わせ用のガイドピン３２を備えた冶具３１を用意し、そのガイドピン３２に対応したガイド穴３３をセラミック基板１と接着剤シート３とフレキシブル基板２それぞれに同位置に形成しておく。ガイドピン３２にガイド穴３３を合わせて、セラミック基板１、接着剤シート３、フレキシブル基板２の順に重ね合わせ、熱ラミネーター等を用いて仮圧着する。仮圧着条件は温度１００℃、圧力２５０ｇ／ｃｍ２、ラミネート速度１ｍ／ｍｉｎにて行う。次に真空プレスを用いて温度２００℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２、真空度３０Ｔｏｒｒ以下にて加熱圧着する。

図４と図５は、接着剤シート３が不適切なために生じる初期導通不良を説明する側面図である。図４に示すように、接着剤シート３が厚すぎた場合や接着剤シート３内にフィラーを含有しない場合には、張り合わせの際に接着剤シート3が流れ出すため、ビアランド１２とビア受けランド１５との間に、接着剤シートの流れだし５１が生じて、初期導通不良となる。

一方、接着剤シート３が薄すぎた場合や接着剤シート３内のフィラー含有率が高すぎた場合にも初期導通不良が生じる。図５に示すように、セラミック基板１に形成されたビア受けランド１５の厚みとフレキシブル基板２に形成されたビアランド１２の厚みを合わせた厚みより接着剤シート３の厚みを厚くしすぎると、貼り合わせの際に接着剤シート３に熱が加わることで接着剤シート３が膨張し、貫通穴２１周辺に流れ出し５１が発生しやすい状況になる。さらにプレス時にかかる圧力で貫通穴２１周辺に接着剤シート３の流れ出し５１が発生する。流れ出し５１によりセラミック基板１のビア受けランド１５とフレキシブル基板２のビアランド１２の間で初期導通不良が発生する。

本実施例１においても接着剤シート３内にフィラーを含有することで温度上昇による粘度の低下を抑えることができる。接着剤シート３内にフィラーを含有しない場合、熱による粘度の低下度合いが大きくなり、接着剤シート３の過度の軟化により流れ出す量が増加する。これにより貼り合わせ時にセラミック基板１のビア受けランド１５とフレキシブル基板２のビアランド１２の間に接着剤シート３が入り込んだ場合初期導通不良が発生する。

逆に、セラミック基板１に形成されたビア受けランド１５の厚みとフレキシブル基板２に形成されたビアランド１２の厚みを合わせた厚みより接着剤シート３の厚みを薄くしすぎると、圧力をかけてもビア受けランド１５とビアランド１２の厚み分以上押し込むことができず、スルーホールビア１３付近の接着剤シート３に圧力がかかりにくくなる。これによりスルーホールビア１３付近の接着剤シート３とセラミック基板１及びフレキシブル基板２との密着強度が低下し、プレスの圧力を開放した際に図５に示すようにビア受けランド１５とビアランド１２の間に隙間６１が発生し初期導通不良が発生する。仮に、初期導通が図れたとしても、接着強度が低下しているため貼り合わせ後の複合基板における温度変化による接続不良が発生する。

また、接着剤シート３内のフィラー含有率を高くした場合、接着剤シート３内の接着剤成分の割合が減少してしまうことによって接着剤シート３とセラミック基板１及びフレキシブル基板２との密着強度が低下する。温度変化により基板に熱膨張及び熱収縮が発生するが、セラミック基板1の熱膨張率とフレキシブル基板２の熱膨張率は異なる。この熱膨張率の差によりそれぞれを貼り合わせて成る複合基板に反りが発生する。接着剤シート３とセラミック基板１及びフレキシブル基板２との密着強度が低い場合、反りの応力により図５に示すようにビア受けランド１５とビアランド１２の間に隙間６１が発生し導通不良が発生する。

さらに本願発明の効果を示すために、以下の実験を行った。実験に用いたセラミック基板１の組成は、Ａｌ_２Ｏ_３が９７〜６０重量パーセント、ＳｉＯ_２が２２.８〜５６.５２重量パーセント、Ｂ_２Ｏ_３が２．３２〜５．１重量パーセント、Ｎａ_２Ｏが０．６〜２．１重量パーセント、Ｋ_２Ｏが０．６〜１．５６重量パーセント、ＣａＯが２．４〜４．８重量パーセント、ＭｇＯが０．８４〜８．５３重量パーセント、ＰｂＯが７．２〜１２重量パーセントであり、導電性材料からなる直径５００μｍのビア受けランドを持っている。フレキシブル基板２の組成はＰｉであり、導電材料Ｃｕからなる直径３００μｍのビアランドを持つ。接着剤シート３の組成はポリイミド系材料からなり、貫通孔の直径は５００μｍである。接着剤シート３に混入したフィラーは、その組成がＳｉＯ_２のものを使用した。

全体の材料に占めるフィラーの重量含有率が５％の接着剤シートを用いて、その厚みを変化させ、初期不良の発生を測定した。結果を表１に示す。

表１において貼り合わせ直後の導通検査にて導通が取れていないものを×、導通が取れているものを○と表記している。この結果接着剤シート３の厚みは２０μｍから３０μｍにすることが望ましい。２０μｍ以下にするとスルーホールビア１３付近の接着剤シート３とセラミック基板１及びフレキシブル基板２との密着強度の低下による初期導通不良や貼り合わせ後の温度変化による導通不良が発生する。３０μｍ以上にすると貼り合わせ時の接着剤シート３の流れ出しによる初期導通不良が発生する。

また、接着剤シートのフィラー含有率を変化させ、貼り合わせ後の複合基板にヒートサイクル試験を行い、導通不良の発生を実験した。接着剤シートの厚みは２５μｍのものを用いた。その他の条件は、初期不良の実験と同一である。ヒートサイクル試験は、温度を−５５℃から１２５℃まで変化させ、各々の温度下に３０分放置し、この繰り返しを１０００サイクル行った。ヒートサイクル試験に複合基板の導通部の抵抗値を測定した結果を図６に示す。図６の縦軸は、初期値と比較して変化した割合で、横軸は、フィラー含有率である。図６から明らかなように、接着剤シート３内のフィラー含有率は５パーセントから３５パーセントにすることが望ましい。５パーセント以下にすると貼り合わせ時の接着剤シート３の流れ出しによる初期導通不良が発生する。３５パーセント以上にすると、接着剤シート３とセラミック基板１及びフレキシブル基板２との密着強度の低下により、貼り合わせ後の温度変化による導通不良が発生する。

以上のように本実施例１においてはセラミック基板１とフレキシブル基板２とを接着剤シート３を介して貼り合わせて一体化し両基板に配設された配線部を電気的に接続してなる複合基板において、セラミック基板１とフレキシブル基板２とを、接着剤シート３を介して一体的に貼り合わせる際の接着剤シート３の厚みを２０μｍから３０μｍにし、接着剤シート３内のフィラー含有率を５パーセントから３５パーセントにすることですることで、プレスした時の接着剤シート３に形成された貫通穴２１に発生する接着剤シート３のはみ出し量を減少させることができ、且つ貼り合わせ後の温度変化による導通不良を防ぐことができ信頼性の高い複合基板を得ることができる。

本発明にかかる複合基板は、セラミック基板とフレキシブル基板とを熱と圧力で貼り付ける際の接着剤シートの流れ出しを抑制することができる。また、温度変化によるセラミック基板とフレキシブル基板との間の熱膨張率の差による接着剤シートへの反りの応力を緩和することができ、セラミック基板とフレキシブル基板とを接着剤シートを介して貼付けて一体化し両基板に配設された配線部を電気的に接続してなる複合基板に適用できる。

本発明の実施例１における複合基板の貼り合わせる前のそれぞれの側面図本発明の実施例１における複合基板の断面を模式的に示す図本発明の実施例１におけるガイドピンを備えた冶具を用いた位置合わせ方法を模式的に示す図本実施例１における接着剤シートの流れ出しによる初期導通不良の側面図本実施例１における基板の熱膨張の差により発生した隙間による導通不良の側面図、接着剤シートのフィラー含有率と、ヒートサイクル試験後の導通不良を示す図従来の技術における複合基板の断面を模式的に示す図

符号の説明

１セラミック基板
２フレキシブル基板
３接着剤シート
１１フレキシブル基板側配線導体
１２ビアランド
１３スルーホールビア
１４セラミック基板側配線導体
１５ビア受けランド
２１貫通穴
３１ガイドピンを備えた冶具
３２ガイドピン
３３ガイド穴
４１硬質プリント配線板
４２硬質プリント配線版側配線導体
４３導電性ビア
４４バンプ
４５フレキシブル基板両面の配線導体
４６従来技術のフレキシブル基板
４７従来技術の接着剤シート
５１接着剤シートの流れ出し
６１隙間

Claims

少なくとも一方の面に配線導体とビア受けランドを有するセラミック基板と、
一方の面に配線導体を有し、その反対の面にビアランドを持ち、前記セラミック基板の少なくとも一方の面に備えられた前記配線導体と前記ビアランドを接続するためのフレキシブル基板と、
貫通穴を有し、かつフィラーを有する接着剤シートと、
前記貫通穴により前記セラミック基板に形成された前記ビア受けランドと、前記フレキシブル基板に形成された前記ビアランドとを接触させることによって電気的に接続し、
前記セラミック基板の前記ビア受けランドを有する面と前記フレキシブル基板の前記ビアランドを有する面とを前記接着剤シートにて接合して、
構成されたことを特徴とする複合配線基板。
前記フィラー含有率は、前記接着剤シートを構成している全ての材料の５から３５重量パーセントの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。
前記フィラーは、シリコン系材料であるＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項２に記載の複合配線基板。
前記接着剤シートは、ポリイミド系材料からなることを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。
前記フレキシブル基板の前記ビアランドの中心と前記接着剤シートの前記貫通穴の中心とが一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。
前記接着剤シートの厚みは、２０から３０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。
前記セラミック基板とフレキシブル基板と前記接着剤シートとには、接合時の位置合わせ要用の複数のガイド孔を有することを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。