JPWO2017038790A1 - 樹脂基板、部品実装樹脂基板、部品実装樹脂基板の製造方法 - Google Patents

樹脂基板、部品実装樹脂基板、部品実装樹脂基板の製造方法 Download PDF

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博史 品川
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優輝 伊藤
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Abstract

部品実装樹脂基板（１０）は、樹脂基板（２０）と部品（３０）を備える。樹脂基板（２０）は熱可塑性を有する樹脂素体（２１）を備える。部品（３０）は、樹脂基板（２０）に対して超音波接合によって実装されている。樹脂素体（２１）における部品（３０）の実装領域には、部品（３０）の実装面から凹む孔（２３）が備えられている。孔（２３）の壁面の少なくとも一部は、樹脂素体（２１）よりも硬い材料からなるメッキ層（２４）を備える。

Description

本発明は、表面に部品が実装される、可撓性を有する材料からなる樹脂基板に関する。
従来、各種の電子機器には、部品実装樹脂基板が多く採用されている。部品実装樹脂基板は、樹脂基板と電子部品とを備える。電子部品は、樹脂基板に実装されている。
例えば、特許文献１に記載の構成では、熱可塑性のフレキシブル基板の表面に、半導体ベアチップが実装されている。半導体ベアチップは、超音波接合によって、フレキシブル基板に接合している。
特許第３９０９７７２号明細書
熱可塑性のフレキシブル基板は、例えば半田リフロー等の全体加熱による接合方法が行いにくい。全体加熱による接合では、フレキシブル基板が軟化あるいは溶融して変形してしまう虞があるためである。一方、全体加熱ではなく、部分的な加熱や加圧、これに同等の熱や圧力が加わる超音波接合による場合であっても、部分的にではあるがフレキシブル基板が柔らかくなり変形し易くなる。例えば、超音波接合であれば摩擦熱によって、フレキシブル基板が部分的に柔らかくなり変形し易くなる。
また、超音波接合の場合、フレキシブル基板のフレキシブル性によって、超音波振動が分散して十分な接合強度が得られる超音波接合が行い難くなる。これによって、接合不良が生じ易くなる。特に、フレキシブル基板における電子部品が実装される領域に、部品実装樹脂基板の機能的な理由によって孔が設けられている場合、さらに超音波振動が分散しやすくなる。これにより、接合不良がさらに生じ易くなり、信頼性も低下してしまう。
したがって、本発明の目的は、熱可塑性の材料を用い、孔の空いた形状であっても、電子部品がより確実に接合される樹脂基板、および、該樹脂基板と電子部品からなる部品実装樹脂基板を提供することにある。
この発明は、加熱プレスによって部品が実装される実装領域を有する樹脂素体を備えた樹脂基板に関するものであり、次の特徴を有する。樹脂基板は、熱可塑性の樹脂素体と、孔と、メッキ層とを備える。孔は、樹脂素体の実装領域に形成され、実装面から凹む形状である。メッキ層は、孔の壁面の少なくとも一部に配置され、樹脂素体よりも硬い材料からなる。
この構成では、メッキ層によって孔の剛性が高くなっており、部品を樹脂素体に接合する際の樹脂素体の変形および孔による加熱プレス時の超音波の分散が抑制される。
また、この発明の樹脂基板は、次の構成であることが好ましい。樹脂素体は、熱可塑性を有する複数の樹脂層が積層されてなる。樹脂素体には、積層方向に直交する方向に延びる導体パターンを備える。導体パターンは、メッキ層に物理的に接続されている。
この構成では、樹脂基板の内部の導体パターンによって、接合不良となる上記の要因がさらに抑制される。
また、この発明の樹脂基板は、次の構成であってもよい。導体パターンは、積層方向における複数の位置に配置されている。積層方向の異なる位置に配置された導体パターンは、メッキ層によって電気的に接続されている。
この構成では、メッキ層によって、物理的な機能を有する孔を、層間接続導体として兼用することができる。
また、この発明の樹脂基板では、次の構成であってもよい。導体パターンは、積層方向における略同じ位置に配置されている。積層方向における略同じ位置に配置された導体パターンは、樹脂素体を平面視して部品の実装用ランド導体に重なっている。
この構成では、部品の実装用ランド導体の部分も含めて、接合時の剛性を高くすることができる。
また、この発明の樹脂基板は、次の構成であることが好ましい。樹脂素体は、厚みの異なる複数の領域を備える。厚みの大きな領域に孔が設けられ、この部分に部品が実装されている。
この構成では、樹脂基板において変形し易い部分と変形し難い部分を備えており、変形し難い部分に部品が実装されている。したがって、部品を樹脂基板に実装する際の接合不良がさらに生じ難く、且つ、樹脂基板として変形（湾曲）し易い部分も備えることができる。
また、この発明は、樹脂基板と、樹脂基板に実装された部品と、を備えた部品実装樹脂基板に関するものであり、次の特徴を有する。
樹脂基板は、熱可塑性の樹脂素体、孔、およびメッキ層を備える。孔は、樹脂素体における部品の実装領域に形成されており、部品の実装面から凹む形状からなる。メッキ層は、孔の壁面の少なくとも一部に配置され、樹脂素体よりも硬い材料からなる。部品は、超音波接合部を介して樹脂基板に実装されている。
この構成では、メッキ層によって孔の剛性が高くなっており、部品を樹脂素体に接合する際の樹脂素体の変形および孔による超音波の分散が抑制される。
また、この発明は、部品実装樹脂基板の製造方法に関するものであり、次の特徴を有する。この製造方法は、熱可塑性を有する複数の樹脂層を積層して樹脂素体を形成する工程を有する。この製造方法は、樹脂素体に孔を形成する工程を有する。この製造方法は、孔の壁面の少なくとも一部に、樹脂素体よりも硬い材料によって覆われたメッキ層を形成する工程を有する。この製造方法は、樹脂素体を平面視して、孔に重なるように部品を、加熱プレスによって樹脂素体に接合する工程を有する。
この製造方法では、孔がメッキ層で補強されるため、孔空け後に加熱プレス時の超音波接合で部品を接合しても孔が変形し難く、且つ超音波が孔によって分散し難く、部品が樹脂基板に確実に実装される。
この発明によれば、熱可塑性の材料を用い、孔の空いた形状であっても、部品を樹脂基板により確実に接合することができる。
本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品実施樹脂基板の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る樹脂基板の製造過程での構造を示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る樹脂基板の製造過程での構造を示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。 本発明の他の接合態様を示す断面図である。
本発明の第１の実施形態に係る樹脂基板、部品実装樹脂基板および部品実装樹脂基板の製造方法について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の外観斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る部品実施樹脂基板の構造を示す断面図である。図４、図５は、本発明の第１の実施形態に係る樹脂基板の製造過程での構造を示す外観斜視図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板の製造方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、部品実装樹脂基板１０は、樹脂基板２０と部品３０を備える。樹脂基板２０は、樹脂素体２１と、複数の実装用ランド導体２２１、内層導体パターン２２２，２２３、樹脂素体２１に設けられた孔２３、および、メッキ層２４を備える。
樹脂素体２１は、熱可塑性を有する材料からなる。例えば、樹脂素体２１は、液晶ポリマを主材料としている。
複数の実装用ランド導体２２１は、樹脂素体２１の表面（実装面）に形成されている。複数の実装用ランド導体２２１は、矩形の導体バターンである。複数の実装用ランド導体２２１は、樹脂素体２１に実装される部品３０の端子導体３１の配置パターンに応じた配置パターンで形成されている。
樹脂素体２１には、表面から裏面に貫通する孔２３が設けられている。孔２３は、樹脂素体２１を平面視して、複数の実装用ランド導体２２１によって囲まれる領域内、すなわち、部品３０が樹脂基板２０（樹脂素体２１）に実装された状態において部品３０によって覆われる領域（本発明の「実装領域」に対応する。）内に配置されている。孔２３は、導光路、通気路、放熱路等の物理的な機能を実現するものであり、主機能としては導通を取るものではない。
孔２３の壁面には、メッキ層２４が形成されている。メッキ層２４は、熱可塑性からなる樹脂素体２１の材料よりも硬い材料からなる。例えば、メッキ層２４は、金属メッキからなる。なお、メッキ層２４は、孔２３の壁面の少なくとも一部に形成されていればよいが、孔２３の壁面の全面に形成されていることが好ましい。
部品３０は、例えば、半導体チップ等からなり、筐体の１つの面に複数の端子導体３１を備えている。端子導体３１には、半田バンプ３１０等が形成されている。
図２、図３に示すように、部品３０は、端子導体３１が半田バンプ３１０を介して実装用ランド導体２２１に接合された状態で、樹脂基板２０に実装されている。部品３０は、樹脂基板２０に対して超音波接合によって実装されている。
ここで、樹脂基板２０を構成する樹脂素体２１は熱可塑性を有するので、部品３０を樹脂基板２０に超音波接合で実装する際、摩擦熱によって樹脂素体２１が軟化する。また、従来の課題にも示したような超音波振動が分散し易くなる等の接合に対する悪影響が生じ易くなる。特に、メッキがされていない孔が存在する場合は、樹脂素体２１がさらに変形しやすいため、さらに超音波振動が分散し易くなる等の接合に対する悪影響が生じ易くなる。
しかしながら、本実施形態の樹脂基板２０では、樹脂素体２１に設けられた孔２３にメッキ層２４が形成されていることによって、超音波接合による熱および振動が樹脂素体２１に加わっても、孔２３に形成されたメッキ層２４が補強となって、樹脂素体２１が変形し難い。また、孔２３による超音波振動の分散をメッキ層２４によって抑制することができる。したがって、部品３０を樹脂基板２０に実装する際の接合不良を抑制することができる。
このような構成からなる部品実装樹脂基板１０は、図６に示す工程によって、図４、図５に示す構造の過程を経て製造される。
まず、図４（Ａ）に示すように、複数の熱可塑性樹脂膜（本発明の「樹脂層」に対応する。）２０１，２０２，２０３，２０４を用意し、必要位置に導体パターンを形成する（Ｓ１０１）。例えば、熱可塑性樹脂膜２０１の表面に実装用ランド導体２２１を形成する。なお、本実施形態では、熱可塑性樹脂膜を４層用いて樹脂基板２０を形成する態様を示したが、層数は他の層数であってもよい。
次に、図４（Ｂ）に示すように、複数の熱可塑性樹脂膜２０１，２０２，２０３，２０４を積層し加熱プレスすることで、導体パターンが所定位置に形成された樹脂素体２１を形成する（Ｓ１０２）。
次に、図５（Ａ）に示すように、樹脂素体２１の表面から裏面に貫通する孔２３を形成する（Ｓ１０３）。孔２３は、例えば、樹脂素体２１へのレーザ光の照射等によって形成されている。
次に、図５（Ｂ）に示すように、孔２３の壁面の少なくとも一部に対してメッキ層２４を形成する（Ｓ１０４）。メッキ層２４は無電解メッキ、電解メッキ等の既知のメッキ方法によって形成されている。
次に、樹脂基板２０に対して部品３０を実装する。この際、部品３０は、超音波接合によって樹脂基板２０に実装される（Ｓ１０５）。
このような製造方法を用いることで、部品３０によって覆われる部分に孔２３を形成しながら、孔２３による超音波接合時の部品３０と樹脂基板２０との接合不良を抑制することができる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る樹脂基板、部品実装樹脂基板について、図を参照して説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。
本実施形態に係る部品実装樹脂基板１０Ａは、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０に対して、樹脂基板２０Ａの構成において異なる。他の構成は、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０と同じである。
樹脂基板２０Ａは、樹脂基板２０に対して、さらに、内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａを備える。内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａは、樹脂基板２０Ａ（樹脂素体２１）の厚み方向（複数の樹脂膜の積層方向）に直交する方向に延びる形状である。内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａは、樹脂基板２０Ａの厚み方向における異なる位置に配置されている。
内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａは、メッキ層２４に対して接続されている。このような構成とすることによって、内層導体パターン２２２Ａと内層導体パターン２２３Ａは、メッキ層２４によって電気的に接続される。すなわち、メッキ層２４は、層間接続導体として機能する。
このような構成であっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａの延びる方向は、メッキ層２４の延びる方向と直交している。したがって、内層導体パターン２２２Ａ，２２３Ａは、メッキ層２４が樹脂素体２１に固定される際のアンカー部材として機能する。これにより、超音波接合時の樹脂素体２１の軟化および孔２３を有することによる影響を抑制し、部品３０と樹脂基板２０Ａとの接合不良をさらに抑制することができる。
次に、本発明の第３の実施形態に係る樹脂基板および部品実装樹脂基板について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。
本実施形態に係る部品実装樹脂基板１０Ｂは、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０に対して、樹脂基板２０Ｂの構成において異なる。他の構成は、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０と同じである。
樹脂基板２０Ｂは、樹脂基板２０に対して、さらに、内層導体パターン２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４を備える。内層導体パターン２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２４は、樹脂基板２０Ｂ（樹脂素体２１）の厚み方向（複数の樹脂膜の積層方向）に直交する方向に延びる形状である。
内層導体パターン２２４は、メッキ層２４に対して物理的に接続している。内層導体パターン２２４は、樹脂基板２０Ｂ（樹脂素体２１）を平面視して、実装用ランド導体２２１に重なっている。
このような構成とすることによって、内層導体パターン２２４は、メッキ層２４が樹脂素体２１に固定される際のアンカー部材として機能する。これにより、孔２３の剛性をさらに高めることができる。また、内層導体パターン２２４が部品３０の実装領域における土台として機能するので、実装領域における樹脂素体２１の変形を抑制することができる。したがって、部品３０と樹脂基板２０Ｂとの接合不良をさらに抑制することができる。
なお、内層導体パターン２２４は、樹脂基板２０Ｂの裏面よりも表面（実装面）に近いことが好ましく、近いほど接合不良の抑制効果を得ることができる。
次に，本発明の第４の実施形態に係る樹脂基板および部品実装樹脂基板について、図を参照して説明する。図９は、本発明の第４の実施形態に係る部品実装樹脂基板の構成を示す断面図である。
本実施形態に係る部品実装樹脂基板１０Ｃは、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０に対して、樹脂基板２０Ｃの構成において異なる。他の構成は、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０と同じである。
樹脂基板２０Ｃは、部品実装部２０Ｃ１、配線部２０Ｃ２、および、外部接続端子部２０Ｃ３を備える。部品実装部２０Ｃ１は配線部２０Ｃ２を介して外部接続端子部２０Ｃ３に接続されている。部品実装部２０Ｃ１、配線部２０Ｃ２、および、外部接続端子部２０Ｃ３は一体形成されている。部品実装部２０Ｃ１の樹脂素体は、配線部２０Ｃ２の樹脂素体よりも厚い。外部接続端子部２０Ｃ３の樹脂素体は、配線部２０Ｃ２の樹脂素体よりも厚い。なお、外部接続端子部２０Ｃ３の樹脂素体は配線部２０Ｃ２の樹脂素体と同じ厚みであってもよい。
部品実装部２０Ｃ１の表面には、実装用ランド導体２２１が形成されている。部品実装部２０Ｃ１の樹脂素体には、表面から裏面に貫通する孔２３が形成されている。孔２３の壁面にはメッキ層２４が形成されている。すなわち、部品実装部２０Ｃ１は、上述の実施形態に示した樹脂基板の構造を備える。部品実装部２０Ｃ１には内層導体パターン２２２Ｃ，２２３Ｃと、配線導体パターン２２６の延びる方向の一方端側の一部が形成されている。部品３０は、実装用ランド導体２２１に端子導体３１が接合する状態で部品実装部２０Ｃ１に実装されている。
配線部２０Ｃ２には配線導体パターン２２６の延びる方向の中央部が形成されている。外部接続端子部２０Ｃ３には配線導体パターン２２６の延びる方向の他方端側の一部が形成されている。外部接続端子部２０Ｃ３の表面には、外部接続端子２２７が形成されている。外部接続端子部２０Ｃ３は、層間接続導体２２８によって配線導体パターン２２６に接続されている。
このような構成によって、部品実装部２０Ｃ１に形成された回路部や部品３０に対する引き回しの導体パターン（図示を省略している。）を、配線導体パターン２２６によって外部接続端子部２０Ｃ３まで配線し、外部接続端子部２０Ｃ３において層間接続導体２２８を介して外部接続端子２２７に接続している。
そして、このような構成とすることによって、部品３０は、厚みが大きく、変形し難い部品実装部２０Ｃ１に実装されている。したがって、部品３０が樹脂基板２０Ｃに接合する際の接合不良をさらに抑制できる。また、部品実装樹脂基板１０Ｃとしては、配線部２０Ｃ２が変形し易いので、当該配線部２０Ｃ２を湾曲させて他の部品に配置することができる。これにより、多様な配置態様を実現しながら、部品３０が剥離することを抑制し、信頼性を向上することができる。
なお、上述の説明では、半田バンプと導体パターン（電極等）とで超音波接合部を形成する態様を示したが、導体パターン同士で超音波接合部を形成する態様であっても、上述の構成を適用することができる。
また、図１０に示すように、異方性導電膜を用いて端子導体と実装用ランド導体とを接合してもよい。図１０は、本発明の他の接合態様を示す断面図である。
図１０に示す部品実装樹脂基板１０Ｄは、第１の実施形態に係る部品実装樹脂基板１０に対して、半田バンプ３１０が異方性導電膜３２０に変更された点で異なる。部品実装樹脂基板１０Ｄの他の構成は、部品実装樹脂基板１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
図１０に示すように、部品３０の端子導体３１と、樹脂基板２０の実装用ランド導体２２１とは、異方性導電膜３２０によって接合されている。具体的な製造方法としては、端子導体３１または実装用ランド導体２２１を覆うように異方性導電膜３２０を配置する。異方性導電膜３２０が端子導体３１と実装用ランド導体２２１とに当接するように、部品３０を樹脂基板２０に配置する。この状態で、異方性導電膜３２０に対して加熱プレスを行うことによって、端子導体３１と実装用ランド導体２２１との接合、すなわち、部品３０と樹脂基板２０との接合を実現する。
このように、異方性導電膜を用いた態様であっても、上述の各実施形態の作用効果を実現できる。なお、異方性導電膜は、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態にも適用できる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：部品実装樹脂基板
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ：樹脂基板
２１：樹脂素体
２３：孔
２４：メッキ層
３０：部品
３１：端子導体
２０１，２０２，２０３，２０４：熱可塑性樹脂膜
２０Ｃ１：部品実装部
２０Ｃ２：配線部
２０Ｃ３：外部接続端子部
２２１：実装用ランド導体
２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２４：内層導体パターン
２２６：配線導体パターン
２２７：外部接続端子
２２８：層間接続導体
３１０：半田バンプ
３２０：異方性導電膜

Claims (7)

  1. 加熱プレスによって部品が実装される実装領域を有する樹脂素体を備えた樹脂基板であって、
    熱可塑性の樹脂素体と、
    前記樹脂素体の前記実装領域に形成され、実装面から凹む孔と、
    前記孔の壁面の少なくとも一部に配置され、前記樹脂素体よりも硬い材料からなるメッキ層と、
    を備える樹脂基板。
  2. 前記樹脂素体は、熱可塑性を有する複数の樹脂層が積層されてなり、
    前記樹脂素体には、積層方向に直交する方向に延びる導体パターンを備え、
    前記導体パターンは、前記メッキ層に物理的に接続されている、
    請求項１に記載の樹脂基板。
  3. 前記導体パターンは、前記積層方向における複数の位置に配置されており、
    前記積層方向の異なる位置に配置された導体パターンは、前記メッキ層によって電気的に接続されている、
    請求項２に記載の樹脂基板。
  4. 前記導体パターンは、前記積層方向における略同じ位置に配置されており、
    該積層方向における略同じ位置に配置された導体パターンは、前記樹脂素体を平面視して前記部品の実装用ランド導体に重なっている、
    請求項２に記載の樹脂基板。
  5. 前記樹脂素体は、厚みの異なる複数の領域を備え、
    厚みの大きな領域に、前記孔が設けられ、前記部品が実装されている、
    請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の樹脂基板。
  6. 樹脂基板と、前記樹脂基板に実装された部品と、を備えた部品実装樹脂基板であって、
    前記樹脂基板は、
    熱可塑性の樹脂素体と、
    前記樹脂素体における前記部品の実装領域に形成された、前記部品の実装面から凹む孔と、
    前記孔の壁面の少なくとも一部に配置され、前記樹脂素体よりも硬い材料からなるメッキ層と、
    を備え、
    前記部品は、超音波接合部を介して前記樹脂基板に実装されている、部品実装樹脂基板。
  7. 熱可塑性を有する複数の樹脂層を積層して樹脂素体を形成する工程と、
    前記樹脂素体に孔を形成する工程と、
    前記孔の壁面の少なくとも一部に、前記樹脂基板よりも硬い材料からなるメッキ層を形成する工程と、
    前記樹脂素体を平面視して、前記孔に重なるように、加熱プレスによって部品を前記樹脂素体に接合する工程と、
    を有する、部品実装樹脂基板の製造方法。
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