JP5251212B2

JP5251212B2 - 立体プリント配線板

Info

Publication number: JP5251212B2
Application number: JP2008091100A
Authority: JP
Inventors: 禎志中村; 和彦本城
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009246143A

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。

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、キャビティすなわち凹部を有する基板を用いる方法が知られている。

以下従来のキャビティ基板を形成する方法について、図８を用いて説明する。

図８（Ａ）において、接続層２１を間にして、下側基板２２と、上側基板２３とを、電極の位置や窓の位置などを位置あわせしながら重ね合わせる。その後、これらを積層するために、離型性を有する解放膜２４と熱によって流動可能な層２５すなわち熱可塑性樹脂からなるプレスシート２６を配置し、加熱圧着する。加熱圧着すると、図８（Ｂ）に示すように、接続層２１が凹部２８内に流入する前にプレスシート２６における流動可能な層２５が凹部２８内に流動して凹部を充填するので、接続層２１が流動することなく上側基板２３，接続層２１，下側基板２２を積層する。その後プレスシート２６を剥離することにより、多層プリント配線板２７を形成している。

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が知られている。
特開昭６３−９０１５８号公報

上記図８の製造方法で多層プリント配線板を製造した場合、熱可塑性樹脂のみからなるプレスシートを用いて積層するため、例えば図９に示すように、上側基板２３と接続層２１は下側基板２２上にほぼ平坦に形成され、凹部２８の縁を形成する上側基板２３のエッジ部２９がほぼ直角に形成されることになる。この場合、凹部２８の底のランドにはんだ印刷を行う際に、印刷マスク３０が上側基板２３のエッジ部２９に接触しやすくなるために、図１０に示すように凹部２８内に印刷マスク３０が挿入しにくくなることがあり、場合によっては挿入時および離脱時に印刷マスク３０が破損するおそれがあるなどの不具合を有していた。特にアライメントの整合が悪い場合には、挿入時におけるずれなどによって印刷マスク３０が凹部２８の縁に接触して破損したり、また凹部２８内への挿入自体が困難になるなどの不具合が発生していた。

また、エッジ部２９がほぼ直角で形成されることにより、凹部２８内のエッジ近傍に部品を実装することが困難になるという不具合が発生することもあった。

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。

上記目的を達成するために、本発明は上側基板と、下側基板と、これらの基板の間を接続する厚みが３０〜３００μｍの接続層とからなり、前記上側基板と前記下側基板とは互いに異なる形状を有し、前記接続層は、無機フィラーが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が充填されたビアを有するとともに、前記上側基板と前記下側基板とを積層することにより凹部が形成されている立体プリント配線板であって、前記凹部の壁面および前記凹部の縁から最も近傍の前記ビアのビアランドエッジまでの範囲において前記上側基板と前記接続層が曲面を有して形成され、前記凹部の縁の上側基板の端部は前記接続層に沈み込む傾斜を有し、前記導電性ペーストは、前記接続層に予め形成された貫通孔に充填されたものであり、前記上側基板と前記下側基板は共に、ガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材、またはアラミド、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、または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−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、または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のいずれかを用いた絶縁材料を有することを特徴とする立体プリント配線板である。

このような構成にすることにより、凹部の縁を形成する上側基板のエッジ部が曲面状に形成されるため、凹部の底のランドにはんだ印刷を行う際に印刷マスクが挿入しやすくなるとともに、凹部内に容易に部品を実装することができる。

これによ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が可能となり、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立体プリント配線板を実現することができる。

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。

（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。

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断面図である。本実施の形態の立体プリント配線板は、表層に配線が形成され互いに形状の異なる上側基板１と、下側基板２と、厚みが３０〜３００μｍの接続層３で構成され、上側基板１と下側基板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、この凹部４に実装部品５を実装することになる。これによって、実装体としての総厚を薄くすることが可能となる。

本発明における接続層３の拡大断面図を図１（Ｂ）に示す。本発明の接続層３は、無機フィラーがたとえば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９が形成され、この貫通孔９に導電性ペースト６が充填されたビア７を有している。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となっている。

本発明において、絶縁層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、絶縁層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％であることが好ましい。無機フィラーの含有率が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。

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。

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、キャビティとなる凹部４壁面および凹部４の縁から最も近傍のビアランドエッジまでの範囲において、上側基板１と接続層３が曲面を有して形成されている。これにより、凹部４の縁を形成する上側基板１のエッジ部が曲面状に形成されるため、積層工程後にプレスシートを基板上に残留することなく剥離することができる。なお、本発明における凹部４の縁の傾斜を形成する上側基板１の端部は接続層３に沈み込むように形成されており、厚さとしては全体的にほぼ同じ厚さに形成されている。

また、凹部４が曲面を有して形成されているため、図３に示すように、凹部４の底に形成されたランドにはんだ印刷を行う際に凹部４内に容易に印刷マスク１１を挿入することができる。また印刷マスク１１の挿入時および離脱時において、アライメントのずれなどによって凹部４の縁に接触することによる破損を防止することができる。

さらに部品の実装時において、実装部品および実装時に使用するツールが物理的に挿入しやすくなり、効率よく部品実装を行うことが可能となる。本発明において、上側基板１の曲面部の長さは、実装時に使用するツールのつかみしろの長さよりも大きく形成され、長さは具体的には１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下で形成される。

また、曲面が形成された範囲にビアが形成されていると、ビア倒れが発生するおそれがあるため、上側基板１の曲面が形成される範囲は、最長で凹部４の縁から最も近隣のビアランドエッジまでの範囲で形成される。

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４〜６を用いて詳細に説明する。

まず、図４（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４（Ｂ）に示すように、凹部４を形成するための所望の形状に切断し、図４（Ｃ）に示すように、下側基板２と接着させる面のＰＥＴフィルム８を貼り替える。次に図４（Ｄ）に示すように、上側基板１と下側基板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４（Ｅ）に示すように、貫通孔９内に導電性ペースト６を充填し、ビア７を形成する。次に図４（Ｆ）に示すように、接続層３を上側基板１または下側基板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、下側基板２と先に接着させる内容で説明したが、上側基板１と先に接着させてもよい。このとき、両面のＰＥＴフィルム８を同時に剥離すると、未硬化状態の接着層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。

次に、図５（Ａ）に示すように、貫通孔９に導電性ペースト６が充填された接続層３を下側基板２の所望の位置に配置し、図５（Ｂ）に示すように、仮止めして積層する。そしてこの積層時に配線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５（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。

次に、図６（Ａ）に示すように、上側基板１を接続層３上に配置し、さらに基板を積層するためのプレスシート１２を用いて、熱プレスにより加熱加圧させながら積層する。本発明に用いられるプレスシート１２は、図６（Ａ）に示すように基板に近い側から離型層１５、熱により変形する熱可塑性樹脂層１３、離型層１５、弾性変形層１４、離型層１５の順に構成されている。積層時において、凹部４内にプレスシート１２を隙間なく充填させる必要があるため、本発明におけるプレスシート１２を形成する弾性変形層１４は、例えばシリコン樹脂などの材料が用いられている。

なお、プレスシート１２における熱可塑性樹脂１３は、接続層３の樹脂フローを抑制するためすなわち凹部４内に樹脂が流れるのを防止する必要があるため、接続層３の溶融温度よりも低い溶融温度のものを用い、基板表面形状に沿うようにカバーして、プレス時における樹脂の流れをせき止める。これを用いることにより、凹部４の形状が深いものであっても、プレスシート１２を凹部４内にほぼ隙間なく充填することができる。また、接続層３は、樹脂フローを抑制するためにさらにエラストマー成分を含有していることが好ましい。

さらにこのプレスシート１２が弾性変形層１４を有していることにより、図６（Ｂ）に示すようにこの弾性変形層１４が凹部４内へ押し込まれるとともに接続層３の凹部４の近傍の部分をさらに圧縮させることができるので、図６（Ｂ）に示すように積層後に上側基板１および接続層３の凹部４の近傍部分が曲面を形成することができる。そしてこの積層時に配線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との接続性がさらに大幅に向上する。上側基板１自体は圧縮されることなく接続層３に沈み込むように積層されるので、上側基板１の端部が曲面として形成される。このため、傾斜部分における上側基板１の厚みは、傾斜が形成されない部分とほぼ同一に形成される。

その後、積層および冷却が完了した基板からプレスシート１２を剥離して、図６（Ｃ）に示すように立体プリント配線板１６を完成させる。このとき、凹部４が曲面形状であるためにプレスシート１２を凹部４内やエッジ部分に残留させることなく剥離させることができる。ここで、プレスシート１２における熱可塑性樹脂１３は冷却時および冷却後も加熱により変形された形状のままであるが、弾性変形層１４は冷却時に加熱前の形状に戻ろうとするため、熱可塑性樹脂層１３が弾性変形層１４に引っ張られる状態になるので、凹部４の深さが深い形状であってもプレスシート１２は凹部４から剥離されやすくなる。

本発明の接続層３の熱膨張係数は、上側基板１および下側基板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。

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、または上側基板１および下側基板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そりや変形が発生しやすくなるので不適切である。

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℃以上もしくは上側基板１および下側基板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。

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。

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。

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。

なお、上側基板１および下側基板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、基板と接続層を交互に複数層積層してもよい。

また、上側基板１および下側基板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−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。

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。

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。

本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す斜視図と断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の一例を示す断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の製造工程断面図本発明の実施の形態１における立体プリント配線板の接続層の溶融粘度を示す図従来のプリント配線板の製造工程断面図従来のプリント配線板の断面図従来のプリント配線板の断面図

符号の説明

１上側基板
２下側基板
３接続層
４凹部
５実装部品
６導電性ペースト
７ビア
８ＰＥＴフィルム
９貫通孔
１０配線
１１印刷マスク
１２プレスシート
１３熱可塑性樹脂層
１４弾性変形層
１５離型層
１６立体プリント配線板

Claims

上側基板と、下側基板と、これらの基板の間を接続する厚みが３０〜３００μｍの接続層とからなり、前記上側基板と前記下側基板とは互いに異なる形状を有し、前記接続層は、無機フィラーが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が充填されたビアを有するとともに、前記上側基板と前記下側基板とを積層することにより凹部が形成されている立体プリント配線板であって、前記凹部の壁面および前記凹部の縁から最も近傍の前記ビアのビアランドエッジまでの範囲において前記上側基板と前記接続層が曲面を有して形成され、前記凹部の縁の上側基板の端部は前記接続層に沈み込む傾斜を有し、前記導電性ペーストは、前記接続層に予め形成された貫通孔に充填されたものであり、
前記上側基板と前記下側基板は共に、ガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材、
またはアラミド、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、
または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−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、
または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のいずれかを用いた絶縁材料を有することを特徴とする立体プリント配線板。
上側基板と接続層が曲面形状に形成される部分における上側基板の厚さは、曲面形状に形成されない部分と同じ厚さになっていることを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、４〜６５ｐｐｍ／℃もしくは前記複数の基板の熱膨張係数よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層のガラス転移点（ＤＭＡ法）は、１８５℃以上もしくは前記複数の基板のガラス転移点よりも１０℃以上高いことを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層は、芯材を含まない請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層の最低溶融粘度は、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓである請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層は、着色剤が含有されている請求項１に記載の立体プリント配線板。