JP5130833B2 - 3D printed circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、パソコン、移動体通信用電話機、ビデオカメラ等の各種電子機器に広く用いられる立体プリント配線板に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional printed wiring board widely used in various electronic devices such as a personal computer, a mobile communication telephone, and a video camera.
最近、モバイル商品としてパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などが普及し、特にその小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等の要望が強く、それに対応するため半導体の実装形態も、パッケージの小型・低背化、三次元実装化が進んでいる。このような半導体パッケージの低背化、三次元実装化を容易に実現する方法の一つとして、キャビティ基板を用いる方法が知られている。 Recently, personal computers, digital cameras, mobile phones, etc. have become widespread as mobile products. Especially, there are strong demands for small size, thinness, light weight, high definition, multi-functionality, etc.・ Low profile and 3D mounting are progressing. A method using a cavity substrate is known as one method for easily realizing such a low-profile and three-dimensional mounting of a semiconductor package.
以下に従来のキャビティ基板の形態について、図9を用いて説明する。 Hereinafter, a conventional cavity substrate will be described with reference to FIG.
図9において、たとえば熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる接続層21を間にして、下側プリント配線板22と、上側プリント配線板23とを、電極の位置や窓の位置などを位置合わせしながら重ね合わせた後、加熱圧着して、電子部品埋め込み用の窪みを備える多層プリント配線板27を形成している。
In FIG. 9, for example, the lower printed
なお、この発明の出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、2が知られている。
図9のような従来の多層プリント配線板は、加熱加圧しながら積層する工程で、接続層に用いている熱硬化性樹脂が一旦低粘度化して流動するため、本来接続したい基板の形状の外部に流出するのが一般的である。このとき接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合、接続層の無機フィラーごと流出してしまうため、無機フィラーの粒子が接続層よりはみ出して、ゴミや異物となって基板面に付着したり残留したり、基板形成後も無機フィラー粒子が脱落して基板表面を汚染したりするおそれがあるという課題を有していた。 In the conventional multilayer printed wiring board as shown in FIG. 9, the thermosetting resin used for the connection layer is once reduced in viscosity and flows in the process of laminating while heating and pressurizing. It is common to leak out. At this time, if a mixture of a thermosetting resin and an inorganic filler is used for the connection layer, the inorganic filler in the connection layer will flow out, so the inorganic filler particles protrude from the connection layer and become dust or foreign matter. There is a problem that the surface may adhere to or remain on the surface, or the inorganic filler particles may drop off and contaminate the substrate surface even after the substrate is formed.
本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高めることのできる立体プリント配線板を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a three-dimensional printed wiring board capable of connecting multiple pins between substrates and increasing the wiring density in the substrate.
上記目的を達成するために、本発明は表層に配線が形成された形状の異なる複数のプリント配線板と、前記プリント配線板の間を接続する、厚みが30〜300μmの接続層とを有し、前記接続層は、熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマーが分散されてなる絶縁層からなり、前記接続層における前記無機フィラーの含有率は、70〜90重量%であり、この絶縁層の所定の位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性ペーストが充填されたビアを有する立体プリント配線板であって、前記接続層の外周端面から10〜100μmの部分に形成されたフィレット層は前記絶縁層からフローした前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板である。 In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of printed wiring boards having different shapes in which wiring is formed on a surface layer, and a connection layer having a thickness of 30 to 300 μm that connects between the printed wiring boards, The connection layer is made of an insulating layer in which an inorganic filler and an elastomer are dispersed in a thermosetting resin, and the content of the inorganic filler in the connection layer is 70 to 90% by weight, and a predetermined position of the insulating layer A three-dimensional printed wiring board having vias in which through holes are formed and filled with conductive paste in the through holes, the fillet layer formed at a portion of 10 to 100 μm from the outer peripheral end surface of the connection layer It is a three-dimensional printed wiring board characterized by being comprised only with the said thermosetting resin which flowed from the layer.
このような構成にすることにより、接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合においても基板表面に無機フィラー粒子が流出することが防止でき、無機フィラーの粒子がゴミや異物となって基板面に付着したり残留したり、基板形成後も無機フィラー粒子が脱落して基板表面を汚染したりするおそれが無くなるため、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高く、さらに凹部を有しているので、凹部に部品実装することにより薄型の実装体が形成できるプリント配線板を高歩留まりで実現することができる。 By adopting such a configuration, even when a mixture of a thermosetting resin and an inorganic filler is used for the connection layer, the inorganic filler particles can be prevented from flowing out to the substrate surface, and the inorganic filler particles are separated from dust and foreign matter. This eliminates the possibility of sticking to or remaining on the substrate surface, or causing the inorganic filler particles to fall off and contaminate the substrate surface even after the substrate is formed. Therefore, a printed wiring board capable of forming a thin mounting body can be realized with a high yield by mounting components in the recess.
以上のように本発明は、多ピンの基板間接続が可能で、かつ基板内での配線密度も高めることが可能となるため、モバイル機器の小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等を実現するために必要な、半導体の高機能・多ピン化に対応した小型、低背、三次元実装化を容易に実現する実装形態を提供することが可能となる。 As described above, the present invention enables multi-pin connection between substrates and increases the wiring density in the substrate, so that the mobile device is small, thin, lightweight, high-definition, multifunctional, etc. Therefore, it is possible to provide a mounting form that can easily realize a small size, a low profile, and a three-dimensional mounting corresponding to the high-functionality and multi-pin semiconductors necessary for realizing the above.
(実施の形態1)
以下本発明の実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
図1は本発明の実施の形態における立体プリント配線板の斜視図と拡大断面図である。本実施の形態の立体プリント配線板は、たとえばガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材からなり、表層に配線が形成され互いに形状の異なる上側プリント配線板1と、下側プリント配線板2と、厚みが30〜300μmの接続層3で構成され、上側プリント配線板1と下側プリント配線板2とが異なる形状を有しているために、図1(A)に示すようにキャビティとなる凹部4が形成されることになる。
FIG. 1 is a perspective view and an enlarged cross-sectional view of a three-dimensional printed wiring board according to an embodiment of the present invention. The three-dimensional printed wiring board of the present embodiment is made of a composite material of, for example, a glass woven fabric and an epoxy resin, and the upper printed
図1(B)に示すように、この凹部4に実装部品5を実装することによって、実装体としての総厚を薄くすることが可能となる。 As shown in FIG. 1B, by mounting the mounting component 5 in the recess 4, the total thickness of the mounting body can be reduced.
本実施の形態における接続層3の拡大断面図を図1(C)に示す。接続層3は、無機フィラーがエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁層からなり、この絶縁層の所定の位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性ペースト6が充填されたビア7を有している。
An enlarged cross-sectional view of the
本発明において、接続層3における無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウムの内少なくとも一種以上のもので構成されていることが好ましい。また、接続層3における無機フィラーの粒径は1〜15μm、無機フィラーの含有率は70〜90重量%である。無機フィラーの含有量が70%未満ならば、接続層3を形成する、無機フィラー量が熱硬化性樹脂の量に対して少なく粗な状態となり、熱硬化性樹脂がプレス中に流動する際に、同時に無機フィラーも流動してしまい、90%を超えると、接続層3の樹脂量が少なくなり過ぎ、配線の埋込性や密着性が損なわれるため不適切である。
In the present invention, the inorganic filler in the
本発明のプリント配線板に使用される導電性ペースト6は、銅、銀、金、パラジウム、ビスマス、錫およびこれらの合金の内から構成され、粒径は1〜20μmであることが好ましい。
The
本発明の立体プリント配線板について、図2を用いてさらに詳細に説明する。図2は、本発明の立体プリント配線板の一例を示す断面図である。本発明では、図2に示すように、接続層3の外周端面から10〜100μmの部分は、熱硬化性樹脂のみのフィレット層12で構成されている。この構成を取ることにより接続層3の端面付近のフィレット層12は樹脂のみであり無機フィラーを含んでいないので、接続層3の無機フィラーの粒子が流出することが無くなり、立体プリント配線板上特に凹部4に無機フィラーの粒子が付着したり残留したり脱落したりすることを防止することができる。
The three-dimensional printed wiring board of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the three-dimensional printed wiring board of the present invention. In the present invention, as shown in FIG. 2, a portion of 10 to 100 μm from the outer peripheral end face of the
次に、本実施の形態の立体プリント配線板の製造プロセスについて、図3〜図5を用いて詳細に説明する。 Next, the manufacturing process of the three-dimensional printed wiring board of this Embodiment is demonstrated in detail using FIGS.
まず、図3(A)に示すように、接続層3の両面にPETフィルム8を貼り付ける。次に図3(B)に示すように、接続層3を上側プリント配線板1の形状に切断し、上側プリント配線板1と下側プリント配線板2の配線とを接続させる位置に貫通孔9を形成する。次に図3(C)に示すように、貫通孔9内にたとえば銅または銅合金からなる導電性ペースト6を充填し、ビア7を形成する。次に図3(D)に示すように、接続層3を上側プリント配線板1または下側プリント配線板2のいずれか一方と接着させるために、一方の面のPETフィルム8を剥離する。ここでは、下側プリント配線板2と先に接着させるために下面のPETフィルム8を剥離しているが、先に上側のPETフィルム8を剥離してもよい。このとき、両面のPETフィルム8を同時に剥離すると、未硬化状態の接続層3は破砕しやすいため、取り扱いが困難となる。よって本実施の形態では、いずれか一方の面のPETフィルム8を剥離する。
First, as shown in FIG. 3A, the
次に、図4(A)に示すように、接続層3を下側プリント配線板2の所望の位置に配置し、図4(B)に示すように、導電性ペースト6を下側プリント配線板2に形成された配線10上に加熱加圧させながら積層する。この積層時に配線10は接続層3に埋め込まれる。こうすることにより導電性ペースト6がさらに圧縮されるので、配線10との接続性が大幅に向上する。その後、図4(C)に示すように、先に剥離しなかった面のPETフィルム8を剥離する。
Next, as shown in FIG. 4 (A), the
次に図5(A)に示すように、上側プリント配線板1を接続層3上に配置し、図5(B)に示すように、図4の工程と同様に加熱加圧させながら積層させる。この積層時に配線10は接続層3に埋め込まれる。こうすることにより図4の工程と同様導電性ペースト6がさらに圧縮されるので、配線10との接続性が大幅に向上する。このとき、加熱加圧によって接続層3がフローするが、無機フィラーが70〜90重量%と高い密度で充填されているので、接続層3では無機フィラーはフローせずに熱硬化性樹脂成分のみがフローして、熱硬化性樹脂のみによるフィレット層12が形成される。このようにして立体プリント配線板13を完成させる。
Next, as shown in FIG. 5A, the upper printed
なお、一般に、窪みすなわち凹部を有する構造の場合、凹部の隅部分に無機フィラーの粉末を主とするゴミや基材の粉末等がたまりやすくなる。凹部を有さない平滑なプリント配線板であれば、ゴミ取り用粘着ロールでゴミや粉末等を容易に除去していたが、凹部の隅部分は粘着ロールでの除去が困難であった。 In general, in the case of a structure having a depression, that is, a concave portion, dust mainly composed of inorganic filler powder, base material powder, and the like are easily collected at the corner portion of the concave portion. In the case of a smooth printed wiring board having no recess, dust and powder were easily removed with a dust-removing adhesive roll, but it was difficult to remove the corner portion of the recess with the adhesive roll.
そこで、凹部4内へのゴミや粉末が入るのを防止するために、上側プリント配線板1、下側プリント配線板2、接続層3の凹部4への粉末の飛散、凹部4へのゴミ等の付着およびそれによる実装の不具合を防止するために、図6に示すように、5〜30μmの厚みのドライフィルム状の永久レジスト11を貼り付け、上側プリント配線板1、下側プリント配線板2、接続層3の壁面を被覆することが、本発明の立体プリント配線板としてより好ましい。これにより凹部4内の特に隅の部分への粉末やゴミの付着の防止を図ることができる。永久レジスト11の厚みが5μm未満の場合ピンホールが発生しやすくなるのでコーティングが不十分となり、30μmを超えると基板への追従性が悪くなるので不適切である。
Therefore, in order to prevent dust and powder from entering the recess 4, powder scattering to the recess 4 of the upper printed
なお、本発明において、上側プリント配線板1および下側プリント配線板2の両方を樹脂でカバーしてもよい。こうすることにより、ゴミ付着の防止にさらに効果的である。
In the present invention, both the upper printed
本発明の接続層3のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、上側プリント配線板1および下側プリント配線板2の熱膨張係数以下、すなわち4〜65ppm/℃もしくはプリント配線板の熱膨張係数よりも低いということが望ましい。
The thermal expansion coefficient at a temperature below the glass transition point of the
熱膨張係数が4ppm/℃未満の場合、シリコンなどの実装部品5の熱膨張係数よりも小さくなるので不適切である。65ppm/℃を超える場合、または上側プリント配線板1および下側プリント配線板2の熱膨張係数よりも高い場合、接続層3の変形により立体プリント配線板の反りや変形が発生しやすくなるので不適切である。
When the thermal expansion coefficient is less than 4 ppm / ° C., it is inappropriate because it is smaller than the thermal expansion coefficient of the mounting component 5 such as silicon. If it exceeds 65 ppm / ° C. or higher than the thermal expansion coefficient of the upper printed
また、接続層3のガラス転移点(DMA法 Dynamic Mechanical Analysis 動的粘弾性測定法)は、185℃以上もしくは上側プリント配線板1および下側プリント配線板2と比較して10℃以上高いことが望ましい。185℃未満または差が10℃未満ならば、導電性ペースト6が硬化をはじめ、形状を維持できるようになる前に積層時に接続層3が溶融しやすくなり、その結果ビア流れが発生しやすくなるので不適切である。
Further, the glass transition point of the connection layer 3 (DMA method Dynamic Mechanical Analysis) is higher than 185 ° C. or 10 ° C. higher than the upper printed
また、接続層3は、織布、不織布、フィルムなどの芯材を含まない構成のものを用いる。芯材を含む場合、上述の通り上側および下側のプリント配線板表面に形成された配線パターンの埋め込みが困難となるので不適切である。
Moreover, the
接続層3の最低溶融粘度は、図7の溶融粘度曲線に示すように、1000〜100000Pa・sが適切である。1000Pa・s未満の場合、樹脂流れが大きくなり、凹部4内への流れ込みが発生するおそれがあり、100000Pa・sを超える場合、プリント配線板との接着不良や配線10への埋め込み不良が発生するおそれがあるので不適切である。
The minimum melt viscosity of the
また、接続層3は、着色剤を含有していてもよい。この場合、実装性、光反射性が向上する。
The
また、接続層3は、熱硬化性樹脂に無機フィラーの他にエラストマー成分が分散されていてもよい。この場合、プレス工程における無機フィラーのフロー性をさらに抑制することができるので、本発明においてさらに効果的である。
In the
本発明におけるエラストマー成分は、たとえばポリブタジエン又はブタジエン系ランダム共重合ゴムまたはハードセグメントとソフトセグメントを有する共重合体が用いられる。含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して0.5〜4.5重量%が好ましい。 As the elastomer component in the present invention, for example, polybutadiene or butadiene random copolymer rubber or a copolymer having a hard segment and a soft segment is used. The content is preferably 0.5 to 4.5% by weight based on the total amount of the epoxy resin composition.
また、接続層3の溶融温度よりも低い溶融温度の離型シートを用い、基板表面形状に沿うようにカバーしてもよい。こうすることにより、プレス時における接続層3における熱硬化性樹脂が凹部4内に流れるのをせき止めることができる。
Alternatively, a release sheet having a melting temperature lower than the melting temperature of the
なお、上側プリント配線板1および下側プリント配線板2は、スルーホール配線板や全層IVH構造のALIVH配線板など、樹脂基板であれば特に限定されるものではなく、両面基板であっても多層基板であってもよい。また、プリント配線板と接続層を交互に複数層積層してもよい。
The upper printed
また、上側プリント配線板1および下側プリント配線板2に用いる絶縁材料は、ガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材としたが、アラミド、全芳香族ポリエステルから選ばれる有機質繊維およびガラス繊維、アルミナ繊維より選ばれる無機質繊維のいずれかで構成される織布と熱硬化性樹脂の複合材からなる場合、p−アラミド、ポリイミド、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、全芳香族ポリエステル、PTFE、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミドから選ばれる有機質繊維およびガラス繊維、アルミナ繊維より選ばれる無機質繊維のいずれかで構成される不織布と熱硬化性樹脂の複合材からなる場合および、p−アラミド、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、全芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリエステルテレフタレート、ポリイミドおよびポリフェニレンサルファイドの少なくともいずれかの合成樹脂フィルムの両面に熱硬化性樹脂層を形成した複合材を用いて絶縁材料を形成してもよい。
The insulating material used for the upper printed
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびシアネート樹脂から選ばれる少なくとも一つの熱硬化性樹脂を利用することができる。 As the thermosetting resin, at least one thermosetting resin selected from an epoxy resin, a polybutadiene resin, a phenol resin, a polyimide resin, a polyamide resin, and a cyanate resin can be used.
なお、本実施の形態において、図1のように上側プリント配線板1の形状を下側プリント配線板2よりも外枠が小さい浮き島形状のもので説明したが、図8に示すように外枠が同一形状で上側プリント配線板1の任意の箇所をくりぬいて凹部4を形成していてもかまわない。
In the present embodiment, the shape of the upper printed
本発明にかかる立体プリント配線板は、部品実装後の実装体としての基板総厚を薄く形成することができるため、パソコン、デジタルカメラ、携帯電話など小型、薄型、軽量、高精細、多機能化等に対応するためのパッケージ基板として用いることができ、半導体パッケージの低背化、三次元実装化を容易に実現する方法の一つとして、これらの実装基板に関する用途に適用できる。 The three-dimensional printed wiring board according to the present invention can be formed with a thin total board thickness as a mounting body after component mounting, so that it is small, thin, lightweight, high definition, multifunctional such as a personal computer, a digital camera, a mobile phone, etc. It can be used as a package substrate for dealing with the above and the like, and can be applied to applications related to these mounting substrates as one of the methods for easily realizing a low-profile and three-dimensional mounting of a semiconductor package.
1 上側プリント配線板
2 下側プリント配線板
3 接続層
4 凹部
5 実装部品
6 導電性ペースト
7 ビア
8 PETフィルム
9 貫通孔
10 配線
11 永久レジスト
12 フィレット層
13 立体プリント配線板
DESCRIPTION OF
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