JP4893175B2

JP4893175B2 - 回路板

Info

Publication number: JP4893175B2
Application number: JP2006244292A
Authority: JP
Inventors: 敏秋中馬; 誠稲葉
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP2008004909A

Description

本発明は、電子機器の部品として用いられる回路板に関する。

近年の電子機器の高密度化に伴い、これに用いられる回路板のファイン化が進んでおり、その素材も高密度なものが必要とされ、用途も拡大されている。また、電子機器内部の収納効率を向上するため複数の回路基板間を電気的につなぎながら細密配置して、機器の小型、軽量化を達成している。

このように複数の回路基板間を配置して、各回路基板を電気的に接続する方法として、一つには、従来から行われている、各回路基板にコネクタを実装し、両端部にコネクターに挿入可能なように端子部が形成された接続用の接続基板を、それぞれの回路基板に実装されているコネクターに両端子部を挿入することにより電気的接続を得ていた（例えば特許文献１）。

しかし、コネクターを用いて回路基板間を電気的につなぐ方法では、実装部品点数が増える、実装部品のため回路基板の小型化が困難となる、などの問題があった。

接続する他の方法として、リジッドフレックス回路板をもちいられている。リジッドフレックス回路板は、リジッド部とフレキシブルとを併せ持ち、かつ、一体化されている。しかしながら、フレキシブル部を有するリジッドフレックス回路板のフレキシブル部の形成においては、積層時に可とう部分のみを予め抜いて作製するなどの工夫が必要となり工程が複雑になる。

また、最近の携帯電話を代表とするモバイル機器においては、複数のフレキシブル部が必要となってきている。折畳みタイプの携帯電話を例にとると、ヒンジ部で複数のフレキシブル部を１回巻きにして用いた場合、フレキシブル部が同じ長さのままでは内側にくるフレキシブル部は、シワが入ったり、擦れたりするため、屈曲性を低下させる恐れがあった。そのため、リジッドフレックス回路板の製造時に、内層のフレキシブル部の長さが異なったものを準備し多層成形する方法がとられている。しかしながら、長い方のフレキシブル部にはタルミ部が発生し、このタルミ部が多層成成形時じゃまにならないよう治工具を用いて成形する必要があった。このように、複雑な工程を有するリジッドフレックス回路板の製造方法をさらに複雑化させるものとなり、ひいては歩留が低下しコストアップの要因ともなっている。（例えば特許文献２）。
特開２０００−１１３９３３号公報特開２００３−１３３７３４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複雑な工程を経ることなく、簡易な構造で複数の回路基板間を電気的に接続した回路板を提供することにある。

本発明の回路板は、離間して配置された第一および第二の導体パッドが形成された第一および第二の回路基板と、一方の面側から突出する第一および第二の導体ポストが形成された接続基板と、を備え、前記接続基板は、離間している前記第一および第二の回路基板の一部を覆って橋渡しするように設けられ、前記第一の導体ポストと第一の導体パッドとが、および、前記第二の導体ポストと第二の導体パッドとが、それぞれ対向するように配置され、前記導体ポストまたは導体パッドの少なくともいずれか一方の表面に予め形成された金属被覆層を溶融して、前記第一および第二の回路基板と前記接続基板とが電気的に接続している接合部を有していることを特徴とする。

本発明によれば、導体ポストと、導体パッドとを用いて基板間を金属接合されている。これにより、部品点数を増やすコネクターを用いる必要がなくなり、また、それぞれの回路基板と接続基板の接続ぶ周辺に加熱溶融することで電気的な接続ができ大型の設備をもちなくとも加工が可能である。

また、前記接続基板を介して互いに接続されている前記第一の回路基板と、前記第二の回路基板とは層数が異なっていてもよい。これにより、大きさ、厚さに制約されずに小型化高密度化に対応した回路板とすることができる。

また、前記導体ポスト周りは、層間接着剤で覆われるとともに、前記導体ポスト周りも覆われ、前記層間接着剤を介して、前記第一および第二の回路基板と接続基板が積層接着されている。さらに、前記層間接着剤は、フラックス機能を有する接着剤であってもよい。これにより、導体ポストと導体パッドを金属接合するときに、導体ポストや導体パッドの表面を清浄化しながら金属接合を行うことができ、より信頼性の高い接続となる。また、接合部分が層間接着剤で積層されているためより信頼性の高い回路板とすることができる。

また、フレキシブル部を有する複数の接続基板を備え、それぞれのフレキシブル部が重なり合ったところを有し、前記重なり合う領域において、それぞれのフレキシブル部の長さが異なるようになっていてもよい。フレキシブル部の長さが異なる接続基板を複数接続することにより、フレキシブル部のところで螺旋巻きをした場合、内外周の周長の差によるおれ、しわの発生を防ぐことが可能となる。また、全長の違いにより、長い方の接続基板にはタルミが発生するが、リジッドフレックス回路板では、そのタルミ部が多層成形時邪魔にならないよう治工具を工夫する必要があるのに対して、そのような煩雑な工程を経ることない回路基板とすることができる。

本発明によれば、簡易な工程で、複数の回路基板間を電気的に接続した回路板を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、全ての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明による回路板の一実施例を示す平面図および断面図である。回路板５００は、離間して配置された第一および第二の導体パッド５２５、５３５が形成された第一および第二の回路基板５１１、５１２と、一方の面側から突出する第一および第二の導体ポスト５５５、５６５が形成された接続基板５１３、５１４と、を備えている。接続基板５１３、５１４は、離間している第一および第二の回路基板５１１、５１２の一部を覆って橋渡しするように設けられている。
そして、第一の導体ポスト５５５と第一の導体パッド５２５とが、および、第二の導体ポスト５６５と第二の導体パッド５３５とが、それぞれ対向するように配置され、導体ポスト５５５、５６５または導体パッド５２５、５３５の少なくともいずれか一方の表面に予め形成された金属被覆層５３７を溶融して、第一および第二の回路基板５１１、５１２と接続基板５１３、５１４とが電気的に接続している接合部を有している。

また、回路板５００は、接続基板５１３、５１４を介して互いに接続されている第一の回路基板５１１と、第二の回路基板５１２とは層数が異なっていてもよい。また、導体ポスト５５５、５６５周りは、層間接着剤５３６で覆われるとともに、導体ポスト５５５、５６５周りも覆われ、層間接着剤５３６を介して、第一および第二の回路基板５１１、５１２と接続基板５１３、５１４が積層接着されている構造としてもよい。これにより、層間接着剤のフラックス活性化機能により導体ポスト、導体パッド表面に形成されていた酸化皮膜を除去してから金属接合を行うことが可能となりより信頼性の高いフィレットを形成した回路板５００とすることができる。

また、接続基板５１３、５１４は、可撓性を有する基板、例えばフレキシブルプリント回路基板であってもよい。そして、フレキシブル部を有する複数の接続基板５１３、５１４を備え、それぞれのフレキシブル部５７０が重なり合ったところを有し、重なり合う領域において、それぞれのフレキシブル部の長さが異なるようにしてもよい。
図１（ｂ）に示すように、第一および第二の回路基板５１１、５１２をお互い離れる方向に外力を加えたとき、どちらか一方の接続基板が張った状態で、他方の接続基板が弛んでいる。この弛み部は、図１（ａ）に示すように、それぞれの接続基板５１３、５１４が重なり合っているフレキシブル部５７０になるようにする。これにより、螺旋状に接続基板５１３、５１４を巻いたとき外周となる接続基板のフレキシブル部を長くしておくことにより、螺旋状に巻いたときにも、螺旋部におれ、しわなどの発生をを防ぐことが可能となる（図５（ａ）、（ｂ）。

図７に示すように、接続基板５１３、５１４の一端は、第一の回路基板５１１の一方の面側に接続され、他端は、第二の回路基板５１２の他方の面側に接続されていてもよい。

図３に示すように、接続基板５１３、５１４は、基材３２と、基材３２の一方の面側に形成された導体回路３１と、導体回路３１を覆う被覆層３７とで構成され、導体ポスト５５５、５６５は、基材３２または被覆層３７の少なくとも一方を貫通する孔内に形成され、一端が導体回路３１に接続され、他端が基材３２または被覆層３７の面より突出している構成を有していてもよい。

次に本実施形態に係る回路板の製造方法の一例について説明する。

本実施形態においては、図２に示すような、第一の回路基板５１１に接続基板５１０を介して第二の回路基板５１２と電気的に接続された構成で説明する。

図３に示すように、第一の回路基板５１１と第二の回路基板５１２を電気的に接続するための接続基板５１０の製造方法として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁材で構成される基材３２と、この基材３２の片面に形成された金属箔をエッチング加工して得られた導体回路３１が設けられた回路基板３０を準備する（図３（ａ））。金属箔としては、鉄、アルミ、ステンレス、銅などが挙げられる。これらの中でも銅を金属箔として用いることが、電気特性の面からも好ましい。基材３２は、可とう性、耐熱性に優れたポリイミド樹脂フィルムを用いることがより好ましい。また、金属箔と基材３２との間には、導体接続の妨げとなるスミアの発生を防ぐこと、耐熱性の向上のため、金属箔と基材３２を貼りあわせるための接着剤層は存在しない方が好ましいが、接着剤を使い貼り合わせたものでもよい。
次いで、基材３２側の面から、導体回路３１が露出するまで、基材開口部３３を形成する（図３（ｂ））。

この際、レーザー法を用いると開口部は容易に形成することができ、かつ小径のビアをあけることができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミア又はプラズマによるドライデスミアなどの方法により、基材開口部３３内に残存している樹脂を除去すると層間接続の信頼性が向上し好ましい。

この基材開口部３３内に第一および第二の導体ポスト５５５、５６５が基材３２の面から突出するまで形成する（図３（ｃ））。第一および第二の導体ポスト５５５、５６５形成後、金属被覆層５３７として半田を被覆する（図３（ｄ））方法が挙げられる。半田としては錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅等から選ばれた少なくとも２種類以上の金属で構成されるものである。例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等があるが、半田の金属組合せや組成に限定されず、最適なものを選択すればよい。第一および第二の導体ポスト５５５、５６５の高さは基材３２の表面から高さが２μｍ以上３０μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下である。また、金属被覆層５３７の厚みとしては３μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下である。

次に、被覆層３７を導体回路３１を覆うように被覆する。被覆層３７としては、導体回路３１上にソルダーレジストまたは、カバーレイフィルムで回路を被覆する。なお、導体回路３１を作成する前に、第一および第二の導体ポスト５５５、５６５を設け、その後被覆層３７を設けるようにしてもよい。

次に、基材３２の第一および第二の導体ポスト５５５、５６５が突出した面に、層間接着剤５３６（フラックス機能付き接着剤）を形成するが（図３（ｅ））、このフラックス機能付き接着剤５３６は第一および第二の導体ポスト５５５、５６５と接続される第一および第二の導体パッド５２５、５３５側に形成しても差し支えない。フラックス機能付き接着剤５３６を用いた場合、第一および第二の導体パッド５２５、５３５の酸化防止効果が得られる。このフラックス機能付き接着剤５３６は印刷法により基材３２に塗布する方法などがあるが、所定の大きさに加工して、個片の接着剤として基材３２にラミネートする方法などがある。

フラックス機能付き接着剤５３６は、はんだバンプを溶融させて層間の電気的接合時に半田表面の酸化膜および被接続面である銅箔表面の酸化膜を還元し強度の大きい良好な接合を可能にする。更に、本発明の樹脂組成物は、はんだ接合後に洗浄などにより除去する必要がなく、そのまま加熱することにより、三次元架橋した樹脂となり密着力に優れた、回路基板および多層フレキシブルプリント配線板の層間材料となる。

フラックス機能付き接着剤５３６は、カルボキシル基およびフェノール性ヒドロキシル基を有する化合物であってもよい。

フラックス機能付き接着剤５３６に用いられるカルボキシル基およびフェノール性ヒドロキシル基を有する化合物は、分子中にカルボキシル基とフェノール性ヒドロキシル基が少なくともそれぞれが１つ以上存在するもので液状、固体は問わない。限定されるものでは無いが、フラックス機能付き接着剤５３６で用いることが出来る化合物として以下のものが挙げられる。例えば、サリチル酸、シキミ酸、バニリン酸、フェノールフタリン、センダ−クロムＡＬ、１，２−ジカルボキシ−ｃｉｓ−４，５−ジヒドロキシシクロヘキサ−２，６−ジエン等の１種または２種以上の組合せで使用可能である。中でもシキミ酸、フェノールフタリン、１，２−ジカルボキシ−ｃｉｓ−４，５−ジヒドロキシシクロヘキサ−２，６−ジエン等、フェノール性ヒドロキシル基が２個以上あるものがベース樹脂であるエポキシ樹脂との反応に三次元的に取り込まれるため好ましい。また、その含有量は配合成分の内、樹脂固形分の５〜２５重量％が好ましい。この範囲内にあると、銅箔表面の酸化膜を還元し強度の大きい良好な接合がえられ、フィルム性能としてのハンドリング性に優れる。

フラックス機能付き接着剤５３６に用いられるエポキシ樹脂は特に限定されるものでは無いが、例えば、ビスフェノールＡ系、ビスフェノールＦ系、フェノールノボラック系、クレゾールノボラック系、ビフェニル骨格やナフタレン骨格、ジシクロペンタジエン骨格を持つアルキルフェノール系、などのエポキシ樹脂が１種または２種以上で用いられる。中でも低吸水が特徴であるジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂が好ましい。

フラックス機能付き接着剤５３６に用いられる硬化剤はノボラック型フェノール樹脂であり、好ましくは含有する２核体が１０％以下で且つフリーフェノールが０．１％以下である。これによりはんだ溶融による接合プロセスにおける高温時でも発泡を抑えられる。

フラックス機能付き接着剤５３６に用いられるフェノキシ樹脂は数平均分子量が５０００〜１５０００で流動性を抑制し層間厚みを均一にする効果が有る。骨格はビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、ビフェニル骨格タイプなど特に限定はなされないで使用できるが、好ましくは飽和吸水率が１％以下であると接合時やはんだ実装時の高温下においても発泡やデラミなどの発生を抑える効果が大きくなる。

フラックス機能付き接着剤５３６には、必要に応じて着色剤、無機充填材、各種のカップリング剤、溶媒などを添加してもよい。

フラックス機能付き接着剤５３６は、上記樹脂組成物を離型可能な基材に塗工してなる接着剤である。

前記離型可能な基材としては、例えば銅または銅系合金、アルミまたはアルミ系合金等で構成される金属箔、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等で構成される樹脂フィルム等が挙げられる。

前述の樹脂組成物を前記離型可能な基材に塗工する際には、通常ワニスの形態で行われる。これにより、塗工性を向上することができる。

ワニスを調製するのに用いられる溶媒は、樹脂組成物に対して良好な溶解性を示すことが望ましいが、悪影響を及ばさない範囲で貧溶媒を使用しても構わない。良溶媒としては、ＤＭＦ、ＭＥＫ、シクロヘキサノン等が挙げられる。

また、ワニスを調製する場合、樹脂組成物の固形分は、特に限定されないが２０〜９０重量％が好ましく、特に３０〜７０重量％が好ましい。

また、前述のワニスを、前記離型可能な基材に塗工し８０〜２００℃で乾燥することによりフラックス機能付き接着剤５３６を得ることが出来る。

塗工、乾燥後の樹脂厚さは、はんだバンプの高さの±２０％以内にあわせるのが好ましい。

次いで、フラックス機能付き接着剤５３６を形成させた後、所望の形状に加工して接続基板５１０を得る（図３（ｅ））。

次に、第一の回路基板５１１と第二の回路基板５１２に第一および第二の導体ポスト５５５、５６５を有する接続基板５１０を積層する（図４（ｂ））。
第一の回路基板５１１と第二の回路基板５１２については、第一および第二の導体ポスト５５５、５６５を受ける第一および第二の導体パッド５２５、５３５を有すること以外は特に制約なく、片面回路基板、両面回路基板、多層回路基板などいずれを用いてもよい。また、第一の回路基板５１１と第二の回路基板５１２との層数が同じでもよいし異なっていてもよい。層数が異なっていた方が、より本発明の工程の煩雑さの改良の効果を奏する。

その後、０．００１ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下好ましくは、０．０１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下の加圧とフラックス機能付き接着剤５３６が軟化し、かつ金属被覆層５３７の融点以上の温度においてプレスすることにより、フラックス機能付き接着剤５３６を活性化させることで、半田接合又は金属接合し、同時に半田フィレット又は金属フィレット３５を形成する（図４（ｃ））。その際、プレスする範囲は第一および第二の導体ポスト５５５、５６５の配置された部分のみでも、全体をプレスしてもかまわない。

最後に、フラックス機能付き接着剤５３６を硬化させるため、接着剤が硬化反応を開始する温度以上、金属被覆層５３７が再熔融しない温度においてオーブン又は、真空乾燥機にて加熱し、フラックス機能付き接着剤５３６を硬化させる。
そして、回路板５００を得る。

また、図７に示すように、接続基板５１０の一端は、第一の回路基板５１１の一方の面側に接続され、他端は、第二の回路基板５１２の他方の面側に接続されていてもよい。
なお、図６は、接続基板５１０の導体ポスト５５５、５６５を、同一面側だけでなく、異なる面側に形成し、このような接続基板５１０を用いて、第一の回路基板５１１と第二の回路基板５１２とを接続した他の実施例を示したものが図７である。

本発明の一実施形態に係る回路板の平面図および断面図である。本発明の一実施形態に係る回路板を説明するための平面図である。本発明の一実施形態に係る回路板の製造方法を説明するための断面図である。接続基板を用いた製造方法を説明するための断面図である。回路板を螺旋巻きにした状態を示す概略図である。本発明の接続基板の他の実施形態を示す断面図である。本発明の回路板の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

３０回路基板
３１導体回路
３２基材
３３基材開口部
３５フィレット
３７表面被覆層
５００回路板
５１０接続基板
５１１第一の回路基板
５１２第二の回路基板
５１３第一の接続基板
５１４第二の接続基板
５２３第一の基材
５２４第二の基材
５２５第一の導体パッド
５３３第一の導体回路
５３４第二の導体回路
５３５第二の導体パッド
５３６層間接着剤（フラックス機能付き接着剤）
５３７金属被覆層
５５０リジッド部
５５５第一の導体ポスト
５６５第二の導体ポスト
５７０フレキシブル部

Claims

離間して配置された第一および第二の導体パッドが形成された第一および第二の回路基板と、
一方の面側から突出する第一および第二の導体ポストが形成された可撓性を有する接続基板とを備え、
前記接続基板は、離間している前記第一および第二の回路基板の一部を覆って橋渡しするように設けられ、
前記第一の導体ポストと第一の導体パッドとが、および、前記第二の導体ポストと第二の導体パッドとが、それぞれ対向するように配置され、前記導体ポストまたは導体パッドの少なくともいずれか一方の表面に予め形成された金属被覆層を溶融して、前記第一および第二の回路基板と前記接続基板とが電気的に接続している接合部を有し、
前記導体ポスト周りは、層間接着剤で覆われるとともに、前記層間接着剤を介して、前記第一および第二の回路基板と前記接続基板が積層接着され、
フレキシブル部を有する複数の前記接続基板を備え、それぞれのフレキシブル部が重なり合ったところを有し、前記重なり合う領域において、それぞれのフレキシブル部の長さが異なることを特徴とする回路板。
前記接続基板を介して互いに接続されている前記第一の回路基板と、前記第二の回路基板とは層数が異なっている請求項１に記載の回路板。
前記層間接着剤は、フラックス機能を有する接着剤である請求項１または２に記載の回路板。
前記接続部はフィレットを形成している請求項１ないし３のいずれかに記載の回路板。
前記接続基板の一端は、前記第一の回路基板の一方の面側に接続され、他端は、前記第二の回路基板の他方の面側に接続されている請求項１ないし４のいずれかにに記載の回路板。
前記接続基板は、基材と、前記基材の一方の面側に形成された導体回路と、前記導体回路を覆う被覆層とで構成され、前記導体ポストは、前記基材または前記被覆層の少なくとも一方を貫通する孔内に形成され、一端が前記導体回路に接続され、他端が前記基材または前記被覆層の面より突出している請求項１ないし５のいずれかに記載の回路板。