WO2009090878A1

WO2009090878A1 - 多層プリント配線板およびそれを用いた実装体

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Publication number: WO2009090878A1
Application number: PCT/JP2009/000137
Authority: WO
Inventors: Tadashi Nakamura; Fumio Echigo; Masaaki Katsumata
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-07-23
Also published as: TW200938013A; US20100276187A1; CN101911852A; CN101911852B; JP2009170753A; US8395056B2

Abstract

表層に配線が形成された複数のプリント配線板（２１ａ、２１ｂ）と、複数のプリント配線板（２１ａ、２１ｂ）の間を接続する、無機フィラーと熱硬化性樹脂と内部応力を緩和する緩和材とを有する緩和接続層（１５）とから構成され、ハンダリフローなどによる加熱冷却による内部応力発生を、内層に設けた緩和接続層（１５）により吸収することによって、反り量の少ない多層プリント配線板（１１）が得られる。

Description

多層プリント配線板およびそれを用いた実装体

　本発明は、パソコン、移動体通信用電話機、ビデオカメラなどの各種電子機器に広く用いられる多層プリント配線板およびそれを用いた実装体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、多機能化などが求められている。

　その一例として、近年の携帯電話では、２００万画素以上の高精細度の写真撮影機能が求められている。

　例えば特許文献１では、多層回路基板を用いた部品内蔵型モジュールおよびカメラモジュールが提案されている。このような、部品内蔵型モジュールやカメラモジュールは、他の回路基板であるマザ－ボードなどに搭載されて使用される。しかし、こうした部品内蔵モジュールやカメラモジュールは高価であるため、安価な回路基板を用いることが求められる。

　図１１は、従来の多層回路基板を用いて作成した、特許文献１で提案されているカメラモジュールを、多層プリント配線板の上に実装した実装体を示す断面図である。図１１は、多層プリント配線板Ｐ１の上に、カメラモジュール用の多層プリント配線板Ｐ２を搭載したカメラモジュール実装体を示す断面図である。多層プリント配線板Ｐ１は、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂との積層体からなる、例えば、携帯電話のマザ－ボードである。多層プリント配線板Ｐ２は、例えば、数ミリ角のカメラモジュール用の多層プリント配線板である。多層プリント配線板Ｐ２は、部品内臓モジュール用であってもかまわない。

　図１１において、大型の多層プリント配線板Ｐ１や、小型の多層プリント配線板Ｐ２を構成する多層プリント配線板は、複数層の配線１が、絶縁層２を介して積層されている。配線１は、層間接続となるビア３によって接続されている。大型の多層プリント配線板Ｐ１と小型の多層プリント配線板Ｐ２は、はんだボール（図示せず）を介して接続されている。

　カメラモジュールとなる多層プリント配線板Ｐ２の表面には、ホルダ４に囲まれるようにしてＣＣＤなどの撮像素子５が固定される。撮像素子５と、多層プリント配線板Ｐ２の配線１との間は、ワイヤー２ａなどで接続する。ホルダ４の上には、光軸７を有するレンズ６が固定されている。外部からの光７ａは、矢印に示すように、レンズ６を介して、撮像素子５の上に所定の画像を投影する。ホルダ４は、オートフォーカスが実現できる構成を有している。

　しかしながら、このようなカメラモジュール実装体や部品内蔵型モジュール実装体などの多層プリント配線板を用いた実装体は、その製造過程において、例えば、ハンダリフローなどの加熱冷却や実際の使用環境の温度変化により、多層プリント配線板Ｐ１、Ｐ２に反りを発生する。図１２は、多層プリント配線板Ｐ１、Ｐ２に反りが発生した場合の課題について説明する断面図である。図１２に示すように多層プリント配線板Ｐ１、Ｐ２は、多層プリント配線板Ｐ１、Ｐ２に使用している材質や熱膨張係数の差によって、反り８が発生しやすい。この反り８は、平面性が低いことを意味しており、うねりや歪みなども含む。こうした反り８によって、図１２に示すように、大型の多層プリント配線板Ｐ１と小型の多層プリント配線板Ｐ２との接続部分、例えば、はんだボールを用いたＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）接続部分に剥離９ａが発生する。また、小型の多層プリント配線板Ｐ２とホルダ４との間に隙間９ｂが発生する。小型の多層プリント配線板Ｐ２とホルダ４の間に隙間９ｂや剥離が発生した場合、レンズ６などの光学系に影響を与える。その結果、光軸７ｂに示すように、レンズ６の光軸７がずれてしまい、レンズ６におけるピント（あるいはフォーカスや焦点）がずれることになる。

　なお、カメラモジュールの替りに部品内蔵型モジュールを用いた場合であっても、同様に反り８や剥離９が発生し、配線の接続不良などが生じる。

　このように、従来の多層プリント配線板とこれを用いたカメラモジュールなどの実装体は、多層プリント配線板自体の反りや捩れなどによって、光軸などがずれたり接続不良が生じるという課題を有していた。
特開２００７－１６５４６０号公報

　本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、従来の多層プリント配線板の反りに起因する光学的なずれ、あるいは配線の接続不良の発生を防止することが可能な多層プリント配線板およびそれを用いた実装体を提供するものである。

　本発明は、表層に配線が形成された複数のプリント配線板と、複数のプリント配線板の間を接続する、無機フィラーと熱硬化性樹脂と内部応力を緩和する緩和材とを有する緩和接続層とからなる構成を備える。

　このような構成より、材質や熱膨張係数の差に起因する反りやうねりを防止できる。また、このような多層プリント配線板を用いた実装体の高精度化、低コスト化、軽量化を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１における多層プリント配線板を用いた実装体の断面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における多層プリント配線板の製造方法の一例を説明する工程断面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１における多層プリント配線板の製造方法の一例を説明する工程断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における多層プリント配線板の緩和接続層の溶融粘度曲線を示す図である。図４Ａは、図１に示す多層プリント配線板を示す断面図である。図４Ｂは、図４Ａの部分拡大断面図である。図４Ｃは、図１に示す多層プリント配線板の他の例を示す断面図である。図５Ａは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図５Ｂは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図５Ｃは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図６Ａは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図６Ｂは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図６Ｃは、実施の形態１の多層プリント配線板において反り発生を抑えるメカニズムについて説明する断面図である。図７Ａは、本発明の実施の形態２における多層プリント配線板を用いた実装体であるＰＯＰの製造方法を説明する断面図である。図７Ｂは、本発明の実施の形態２における多層プリント配線板を用いた実装体であるＰＯＰの製造方法を説明する断面図である。図８Ａは、本発明の実施の形態２におけるＰＯＰの製造工程を説明するための断面図である。図８Ｂは、本発明の実施の形態２におけるＰＯＰの製造工程を説明するための断面図である。図９Ａは、ＰＯＰにおける反りの影響について説明する断面図である。図９Ｂは、ＰＯＰにおける反りの影響について説明する断面図である。図１０Ａは、本発明の実施の形態３における多層プリント配線板を用いた実装体である光学モジュールを説明する断面図である。図１０Ｂは、本発明の実施の形態３における多層プリント配線板を用いた実装体である光学モジュールを説明する断面図である。図１１は、従来の多層プリント配線板を用いた実装体を示す断面図である。図１２は、従来の多層プリント配線板に反りが発生した場合の課題について説明する断面図である。

符号の説明

　１１　　多層プリント配線板
　１２，１２ａ，１２ｂ　　配線
　１３　　ビア
　１４　　絶縁層
　１５　　緩和接続層
　１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ　　実装体
　１７　　ホルダ
　１８　　撮像素子
　１９　　レンズ
　２０　　光軸
　２１ａ，２１ｂ　　プリント配線板
　２２　　ワイヤー
　２３　　接着層
　２４　　反り
　２４ａ，２４ｂ，２４ｃ　　内部応力
　２５　半導体素子
　２６，２６ａ，２６ｂ　　ハンダボール
　２７　　断線

　（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１における多層プリント配線板を用いた実装体の断面図である。

　図１において、多層プリント配線板１１は、表層に配線１２が形成された複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂと、プリント配線板２１ａ、２１ｂの間を接続する、無機フィラーおよび熱硬化性樹脂および内部応力を緩和する緩和材とからなる緩和接続層１５から構成される。

　プリント配線板２１ａは、絶縁層１４の表裏面の表層に銅箔パターンにより形成された配線１２を有する。絶縁層１４は、例えば、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維を硬化させて構成される。プリント配線板２１ａは、上面の表層には、従来と同様に、ホルダ１７とホルダ１７に囲まれた撮像素子１８とが設けられている。ホルダ１７の上部には光軸２０を有するレンズ１９が保持されている。ホルダ１７はレンズ１７のオートフォーカス機能（図示せず）を備えている。撮像素子１８に形成された配線１２とプリント配線板２１ａに形成された配線１２とは、金線やアルミニウム線などのワイヤー２２でボンダーによって接続されている。表裏面の表層に形成された配線１２は、多層プリント配線板１１を貫通するビア１３により電気的に接続されている。

　プリント配線板２１ｂは、それぞれの表裏面に配線１２が形成された複数のプリント配線板が、それぞれの間に絶縁層１４を介在させた積層体から構成されている。すなわち、プリント配線板２１ｂ自身も多層プリント配線板である。プリント配線板２１ｂの内部の配線１２や表裏面の表層に形成された配線１２は、絶縁層１４に形成されたビア１３により縦方向に電気的に層間接続されている。

　緩和接続層１５は、詳細を後述するように、多層プリント配線板１１の部品実装時（例えば、ハンダリフロー時）に発生する加熱および冷却時に生じる内部応力を緩和する緩和材が、無機フィラーおよび熱硬化性樹脂の中に含まれている。プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層の配線１２は緩和接続層１５側に埋設している。緩和接続層１５の厚みは３０～３００μｍである。多層プリント配線板１１は、その内層に緩和接続層１５を有することによって、表面に反りが発生しにくくなる。

　多層プリント配線板１１の上面にレンズ１９やホルダ１７などが搭載されてカメラモジュールの実装体１６が構成される。カメラモジュールは、例えば、携帯電話における２００万画素以上の高精細度モジュールである。すなわち、本実施の形態では、ホルダ１７、撮像素子１８、レンズ１９など、プリント配線板２１ａ上に実装される部材が実装部材である。

　実装体１６は、カメラモジュール以外に、例えば、ＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ　Ｏｎ　Ｐａｃｋａｇｅ）や光学モジュールが挙げられる。ＰＯＰは、例えば、複数の多層プリント配線板同士を接続して構成される。光学モジュールは、例えば、光ケーブルと回路部品との複合体が多層プリント配線板表面に形成されて構成される。また、光学モジュールは、多層プリント配線板表面に形成した導光路、あるいはＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザーなどを用いた光学電子モジュールで構成される。

　次に、図１に示す本実施の形態の多層プリント配線板１１の製造方法の一例について、図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ａ、図２Ｂは、本実施の形態の多層プリント配線板の製造方法を説明する断面図である。

　まず、図２Ａに示すように、表裏面に配線１２が形成されたプリント配線板２１ａと、多層の配線１２と多層の絶縁層１４からなる多層のプリント配線板２１ｂと、ビア１３で表裏面が貫通された緩和接続層１５とを用意する。プリント配線板２１ａの表裏面の所定の配線１２は、絶縁層１４内のビア１３により接続されている。プリント配線板２１ｂの内部および表層の配線１２も、絶縁層１４内のビア１３により層間接続されている。緩和接続層１５のビア１３は、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層に形成された、接続すべき配線１２に対応する位置に設けられている。

　プリント配線板２１ａ、２１ｂとしては、例えばガラス繊維をエポキシ樹脂で硬化してなるプリント配線板（ガラエポ基板とも呼ばれる）やアラミド繊維などをエポキシ樹脂で硬化してなるプリント配線板などを用いる。プリント配線板２１ａとして単層の両面プリント配線板以外に、２層以上の多層プリント配線板を用いることができる。プリント配線板２１ａ、２１ｂに形成するビア１３としては、後述する導電性ペースト以外にメッキなどによるビア（フィルドビアもしくはめっきスルーホール）を用いても良い。

　緩和接続層１５は、無機フィラーと熱硬化性樹脂と緩和材とからなる絶縁層である。緩和接続層１５に、事前にレーザーやドリルで孔を形成する。この孔に導電性ペースト（例えば、銅粉とエポキシ樹脂とからなるビアペーストなど）を充填しておくことで、図２Ａに示すようにビア１３を形成することができる。本実施の形態では、緩和接続層１５の厚みは、３０～３００μｍの範囲内に設定されている。

　次に、図２Ａに示すように、複数枚のプリント配線板２１ａ、２１ｂの間に、緩和接続層１５を挟んで、矢印に示すように加熱、加圧する。加熱、加圧により緩和接続層１５を軟化させ、プリント配線板２１ａ、２１ｂとの密着性を高める。図２Ａにおいて、プリント配線板２１ａ、２１ｂの緩和接続層１５に面した表層に形成した配線を１２ａとする。配線１２ａの厚みを、緩和接続層１５側に積極的に食い込ませて埋設することで、緩和接続層１５に形成したビア１３と配線１２ａとの間の電気的接続性を高め、電気抵抗を下げる。

　図２Ａにおいて、緩和接続層１５の表面に、例えば後述するようにＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを使うことで、ビア１３を突出させるようにする。こうすることで、加圧積層時に緩和接続層１５と、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表面に形成した配線１２との接続安定性を高める。

　図２Ｂは、図２Ａに示す工程によって得られた多層プリント配線板１１の断面図である。図２Ａに示す工程で、矢印に示すように加熱、加圧することにより、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層に形成した配線１２ａが、緩和接続層１５に形成したビア１３に埋設される。すなわち、配線１２ａの厚さ分だけ、緩和接続層１５のビア１３に埋設されている。これによって、配線１２ａと緩和接続層１５のビア１３との電気的接続性が高くなる。

　図２Ｂに示す多層プリント配線板１１の上面に、ホルダ１７、撮像素子１８、レンズ１９などを実装することで、図１に示した、携帯電話用カメラモジュールの実装体１６が得られる。

　ここで、多層プリント配線板１１の製造に用いる各種部材について説明する。本実施の形態における緩和接続層１５は、無機フィラーおよび緩和材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る。緩和材としては、エラストマーまたはゴムなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。

　緩和接続層１５の厚さは、３０～３００μｍが好ましい。３０μｍ未満ならば、配線１２の埋め込みが十分行われず、ビア１３と配線１２との接続性が悪くなる。３００μｍを超えると、ビア１３のアスペクト比を維持するためのビア１３の小型化が困難になったり、厚くなることによるビア１３と配線１２との接続性が悪くなったりする。

　緩和接続層１５は、絶縁層であるため、一般に、織布、不織布、フィルムなどの芯材が含まれる。しかし、本実施の形態では、これら織布、不織布、フィルムなどの芯材の少ないものを用いる。芯材を含んでも、５ｗｔ％以下が望ましい。これは、芯材を５ｗｔ％よりも多く含んだ場合、芯材が内部応力緩和の阻害要因となり緩和接続層１５の反り防止効果が低下する場合があるためである。また、緩和接続層１５に、織布、不織布、フィルムなどの芯材が５ｗｔ％よりも多くなると、芯材によって上下のプリント配線板２１ａ、２１ｂの表面に形成された配線１２の埋め込みが困難となるので不適切である。配線１２の埋め込みを確実にすることを考慮すると、緩和接続層１５は織布、不織布、フィルムなどの芯材を含まないことが望ましい。すなわち、緩和接続層１５は、無機フィラーと熱硬化性樹脂と緩和材とのみから構成されるのが望ましい。

　本実施の形態において、緩和接続層１５に用いる無機フィラーは、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。緩和接続層１５における無機フィラーの粒径は０．１～１５μｍが好ましい。無機フィラーの粒径は、導電ペーストの粉体が流動しないようにするために導電ペーストの粒径よりも小さいものが好ましい。導電ペーストの粒径は、下記のように、通常の大きさである１～２０μｍが用いられる。したがって、無機フィラーの粒径は０．１～１５μｍが実用的である。また、緩和接続層１５における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。これは、無機フィラーの含有量が７０％未満ならば、緩和接続層１５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うからである。９０％を超えると、緩和接続層１５の樹脂量が少なくなり過ぎ、配線の埋め込み性や密着性が損なわれるためである。

　本実施の形態における緩和材としてのエラストマーは、アクリル系エラストマー、熱可塑性エラストマーのいずれかからなる。具体的には、たとえば、ポリブタジエン、また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。エラストマーの含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．２～５．０重量％が好ましい。これは、エラストマーの含有量が０．２重量％未満ならば樹脂の流れが大きくなり、５０重量％を超えると弾性が増すことによりビア１３の信頼性が悪くなるからである。

　本実施の形態において、緩和接続層１５を構成する熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマーまたはゴムが分散されていることにより、エラストマーが無機フィラー表面に偏析するため、無機フィラーの流動性をさらに抑制することができる。

　本実施の形態の緩和接続層１５に形成するビア１３に充填する導電性ペーストの導電材料は、銅、銀、金、パラジウム、ビスマス、錫およびこれらの合金の内の少なくともひとつから構成され、粒径は１～２０μｍであることが好ましい。導電性ペーストの粒径は、一般に、１～８μｍであるが、粒径分布のばらつきにより最大２０μｍの場合もある。したがって、通常、入手できる導電性ペーストの粒径である１～２０μｍのものを用いるのが好ましい。

　緩和接続層１５に、上記の導電性ペーストを充填するには、例えば、まず、緩和接続層１５の両面にＰＥＴフィルムを貼り付け、ＰＥＴフィルムから緩和接続層１５に亘る貫通孔を形成する。次に、貫通孔内に導電性ペーストを充填し、ビア１３を形成する。これにより、ＰＥＴフィルムを表面に有する、ビア１３が形成された緩和接続層１５が得られる。

　ところで、ＰＥＴフィルムを有する緩和接続層１５をプリント配線版２１ａ、２１ｂに貼り付けるには次のように行う。まず、緩和接続層１５の片側のＰＥＴフィルムを剥離し、一枚目のプリント配線版２１ｂに密着させる。その後、残りのＰＥＴフィルムを剥離し、もう一枚のプリント配線板２１ａを貼り付ける。これは、緩和接続層１５の両面のＰＥＴフィルムを同時に剥離すると、未硬化状態の緩和接続層１５は破砕しやすいため、取り扱いが困難となるためである。そのため、いずれか一方の面のＰＥＴフィルムだけを剥離し、積層する。こうして、図２Ｂに示すように、多層プリント配線板１１を作成する。

　図２Ａ、図２Ｂに示したように、緩和接続層１５のビア１３である導電性ペーストを、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層に形成された配線１２上に加熱加圧させながら積層する。この積層時に配線１２は緩和接続層１５に埋め込まれる。こうすることにより導電性ペーストがさらに圧縮されるので、配線１２との接続性が大幅に向上する。

　緩和接続層１５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、緩和接続層１５の上下に設けるプリント配線板２１ａ、２１ｂのガラス転移点と比較して１０℃以上高いことが望ましい。緩和接続層１５のガラス転移点が、１８５℃未満、またはプリント配線板２１ａ、２１ｂのガラス転移点と差が１０℃未満ならば、例えばリフローのような高温を要するような工程で基板のそりやうねりが複雑な形状になったり不可逆になったりすることがある。

　図３は、本実施の形態の緩和接続層１５の溶融粘度曲線を示す図である。曲線ａは上記した条件の緩和接続層１５の最上限値を示している。曲線ｂは上記した条件の緩和接続層１５の最下限値を示している。曲線ｃは上記した条件の緩和接続層１５の上限値を示している。曲線ｄは上記した条件の緩和接続層１５の下限値を示している。すなわち、緩和接続層１５の最低溶融粘度は、図３の矢印で示すように、１０００～１０００００Ｐａ・ｓが適切である。最低溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ未満の場合、樹脂流れが大きくなり、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。

　緩和接続層１５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。

　緩和接続層１５に用いられる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１つの熱硬化性樹脂を利用することができる。

　緩和接続層１５は、多層プリント配線板１１の最外層に形成することは無い。これは最外層に形成した場合、複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂ間の内部応力緩和効果が得られないためである。多層プリント配線板１１は、積層済みの複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂ同士を接着する層として用いることで、製品の歩留まりを大幅に向上でき、コストダウンできる。

　本実施の形態の緩和接続層１５の熱膨張係数は、少なくとも６５ｐｐｍ／℃以下、好ましくはプリント配線板２１ａ、２１ｂの熱膨張係数より小さいことが望ましい。緩和接続層１５の熱膨張係数がプリント配線板２１ａ、２１ｂの熱膨張係数より大きい場合、あるいは６５ｐｐｍ／℃より大きい場合は、加熱冷却時に発生する内部応力を吸収しきれない場合がある。

　複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂは、スルーホール配線板や全層ＩＶＨ（インナービアホール）構造のＡＬＩＶＨ（エニーレイヤーインナービアホール）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２１と緩和接続層１５を交互に複数層積層してもよい。

　本実施の形態では、複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂ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。しかし、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のいずれかで構成される織布と熱硬化性樹脂との複合材を用いて絶縁材料を構成してもよい。また、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、およびガラス繊維のいずれかで構成される不織布と熱硬化性樹脂との複合材を用いて絶縁材料を構成してもよい。さらに、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構成してもよい。

　図１は、以上のように製造されたカメラモジュールを構成する実装体１６である。図１において、多層プリント配線板１１は、緩和接続層１５を内層として設けているため、その表面の反り発生を抑制する。その結果、図１に示すように、多層プリント配線板１１を用いて作成した実装体１６は、ハンダリフローなどの加熱、冷却時に発生する内部応力によって反ることがない。そのため、この実装体１６を、例えば、携帯電話のマザ－ボードなどの他のプリント配線板の上に、例えば、ハンダリフローにより半田付けした場合でも、ホルダ１７と多層プリント配線板１１との間で、図１２で示したような、熱膨張係数による反り８や隙間９ｂが発生しない。同様に実装体１６とこの実装体１６を実装する他のプリント配線板との間にも、図１２で示したような反り８や剥離９ａが発生しない。

　このように内層に緩和接続層１５を設けた多層プリント配線板１１を用いることで、ハンダリフロー時などに発生しやすい反りの発生を抑制する。

　図４Ａは、図１に示す本実施の形態の多層プリント配線板１１の断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＰ部分の拡大断面図である。

　図４Ａは、２層のプリント配線板２１ａと、４層のプリント配線板２１ｂとを、これらの間に緩和接続層１５を挟んで、一体化した多層プリント配線板１１である。図４Ｂに示すように、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層に形成した配線１２ａは、共に緩和接続層１５に埋設している。このように、プリント配線板２１ａ、２１ｂの表層に形成した配線１２ａを緩和接続層１５に埋設することで、配線１２ａの厚み分だけ、緩和接続層１５に形成したビア１３を圧縮でき、ビア１３部分の信頼性を高めると共にその電気抵抗を小さくできる。

　図４Ｃは、４層のプリント配線板２１ａ、２１ｂ同士を、これらの間に緩和接続層１５を挟んで積層して一体化した多層プリント配線板１１である。このように、別々に用意した良品の４層のプリント配線板２１ａ、２１ｂ同士を、間に緩和接続層を挟んで張り合わせ、８層の多層プリント配線板１１を作成することで、一度に８層のプリント配線板１１を作成するのに比べ製品歩留まりを高めることができる。

　なお、図１および図４Ａ～図４Ｃにおいて、緩和接続層１５は、ビア１３が形成された構成について説明したが、ビア１３は必ずしも形成されている必要はない。すなわち、ビア１３は形成されていなくても良く、複数のプリント配線板が緩和接続層で積層されていれば、同様の効果を奏する。

　このように、本実施の形態は、多層または単層の複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂを緩和接続層１５で挟んで一体化することにより、加熱冷却時のプリント配線板２１ａ、２１ｂ反りの発生を防止することができる。

　図５Ａ～図５Ｃおよび図６Ａ～図６Ｃを用いて、本実施の形態の多層プリント配線板１１において、反り発生を抑えるメカニズムについて説明する。図５Ａ～図５Ｃは、単なる接着層を用いた場合に、多層プリント配線板１１に反りが発生のメカニズムを説明する断面図である。

　図５Ａにおいて、表層に配線１２が形成された複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂの間を、従来と同様の接着層２３を用いて、一体化して接続することにより、多層プリント配線板１１を得る。接着層２３は、例えば、市販のガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させてなるプリプレグなどが用いられている。

　図５Ｂは、図５Ａで示した従来の接着層２３を用いて、表層の配線１２を埋設するように一体化してなる多層プリント配線板１１の断面図である。図５Ｂの矢印に示すように、多層プリント配線板１１の加熱時に内部応力（あるいは、加熱時でのプリント配線板２１ａ、２１ｂの伸び）２４ａ、２４ｂが発生する。内部応力２４ａ、２４ｂの矢印の長さは発生する内部応力の大きさ（あるいは加熱時の基板の伸び量）を示す。図５Ｂにおいて、内部応力２４ａの方が、内部応力２４ｂより大きい（内部応力２４ａ＞内部応力２４ｂ）。こうした現象は、例えば、プリント配線板２１ａの熱膨張係数が、プリント配線板２１ｂの熱膨張係数より大きい場合に発生する。プリント配線版２１ａが、内部応力２４ａに示すように大きく伸びる結果、接着層２３もそれに追随して伸びる。

　図５Ｃは、図５Ｂとは反対に、冷却時の内部応力の発生（あるいはプリント配線板２１の収縮）を示す。内部応力２４ｃに示すように、熱膨張係数の大きな方のプリント配線板（たとえば、プリント配線板２１ａ）の方が、大きく縮む。その結果、図５Ｃに示すように下に、凸（あるいは上に凹）の反り２４が発生する。これは図５Ｂに示した加熱時に、従来の接続層２３が熱硬化するためである。

　なお反り２４の大きさや方向、程度などは、プリント配線板２１ａ、２１ｂの様々な要因の影響を受ける。反り２４を発生させる要因としては、プリント配線板２１ａ、２１ｂ間の僅かな違いから発生する。その違いは、材料バラツキや厚みバラツキ、更に銅箔パターンの大小が考えられる。これは銅箔からなる配線１２とガラスエポキシ樹脂などからなる絶縁層１４との熱膨張係数が異なるためである。また、配線パターン１２の粗密などによっても一枚のプリント配線板の中でも複雑な反りが発生する。更に、プリント配線板２１ａ、２１ｂの層数の違いによっても反りが発生する。例えば、２層＋４層で６層品を作る場合、図５Ｂ、図５Ｃで示した内部応力が発生しやすい。また、残銅率の違いも影響する。例えば、残銅率が大きいほど、銅箔の熱膨張係数が支配的になる。

　なお、図５Ａ～図５Ｃは、製造途中に、加熱冷却されることで反り２４が発生する場合について説明した。しかし、製造後（製品として完成した後）でも、加熱冷却されることで反り２４が発生する。発生する反り２４のメカニズムは、硬化した従来の接着層２３とプリント配線板２１ａ，２１ｂのそれぞれの熱膨張係数の差によって発生する。

　次に、図６Ａ～図６Ｃを用いて、緩和接続層１５を用いた多層プリント配線板１１における反り防止のメカニズムを説明する。

　図６Ａにおいて、表層に配線１２が形成された複数のプリント配線板２１ａ、２１ｂの間を、緩和接着層１５で一体化して接続することにより、多層プリント配線板１１を得る。

　図６Ｂは、図６Ａに示した緩和接続層１５を用いて、表層の配線１２を埋設するように一体化してなる多層プリント配線板１１の断面図である。図６Ｂにおいて、多層プリント配線板１１の、ハンダリフロー時のような加熱時に内部応力（あるいは加熱時でのプリント配線板２１ａ、２１ｂの伸び）２４ａ、２４ｂが発生する。内部応力２４ａ、２４ｂの矢印の長さは発生する内部応力の大きさ（あるいは加熱時の基板の伸び量）を示す。図６Ｂにおいて、内部応力２４ａの方が、内部応力２４ｂより大きい（内部応力２４ａ＞内部応力２４ｂ）。こうした現象は、例えば、プリント配線板２１ａの熱膨張係数が、プリント配線板２１ｂの熱膨張係数より大きい場合に発生する。しかし、本実施の形態では、プリント配線版２１ａに内部応力２４ａが発生しても、緩和接続層１５がこの内部応力を緩和する。

　図６Ｃは、多層プリント配線板１１の冷却時の内部応力の発生（あるいはプリント配線板２１の収縮）を示す。内部応力２４ｃに示すように、熱膨張係数の大きな方のプリント配線板（たとえば、プリント配線板２１ａ）の方が、大きく縮む。しかし、本実施の形態では、緩和接続層１５によって、この内部応力２４ｃを緩和する。

　なお、加熱冷却時としては、例えば図６Ｂ、図６Ｃに示した多層プリント配線板１１の加熱積層時や、完成済の多層プリント配線板１１の表面に各種電子部品（例えば、チップ部品や半導体など）のハンダリフロー時である。特に近年では、ハンダに鉛フリーハンダを用いるため、ハンダリフロー温度が高くなることにより、加熱冷却の温度範囲が広がった結果、従来に増して反りが発生しやすい。しかし、本実施の形態によれば、多層プリント配線板１１は、加熱冷却時に発生する内部応力を吸収する緩和接続層１５の働きによって、反り発生を防止できる。

　また、製造後の加熱冷却においても、緩和接続層１５の熱膨張係数はプリント配線板２１ａ、２１ｂよりも小さいため、プリント配線板２１ａ、２１ｂの熱膨張差によって発生する反りを緩和することができる。また、緩和接続層１５のＴｇ（ガラス転移点）はプリント配線板２１ａ、２１ｂよりも高いため、リフローを想定した温度域、例えば室温～２６０℃においては常にプリント配線板２１ａ、２１ｂよりも高弾性であるため、基板全体の反りを抑制する効果がある。

　（実施の形態２）
　図７Ａ、図７Ｂは本発明の実施の形態２における多層プリント配線板を用いた実装体であるＰＯＰの製造方法を説明する断面図である。

　図７Ａにおいて、多層プリント配線板１１は、緩和接続層１５の上下表面にプリント配線板２１ａ、２１ｂを積層して構成されている。プリント配線板２１ａ、２１ｂはそれぞれ単層である。それぞれのプリント配線板２１ａ、２１ｂの表裏面に形成された配線１２はビア１３により層間接続されている。実施の形態１で説明したように、多層プリント配線板１１を製造する際の加熱冷却工程において、プリント配線板２１ａ、２１ｂの熱膨張係数の差による影響が生じる。熱膨張係数の差は、先述したように、例えば、残銅率の大小、基材の熱膨張係数のバラツキ、配線１２の粗密などが原因する。しかし、本実施の形態では、実施の形態１で説明したように、緩和接続層１５がプリント配線板２１ａ、２１ｂの熱膨張係数の差による影響を吸収することができる。したがって、加熱冷却工程により生じる反りの影響のない多層プリント配線板１１が得られる。この多層プリント配線板１１の上に、半導体素子２５を、矢印に示すように位置決めし、固定する。

　その後、図７Ｂに示すように、半導体素子２５の配線１２と、プリント配線板２１ａの表層の配線１２との間を、ワイヤー２２などによって接続し、図７Ｂに示すような実装体１６を形成する。本実施の形態では、半導体素子２５、配線１２、ワイヤー２２などが実装部材である。

　実装体１６は、例えばインターポーザ（微細な半導体チップと、一般のプリント配線板との間に挿入する回路基板の一種）やＰＯＰ用のパッケージである。実装体１６は、プリント配線板２１ｂの裏面に形成されたハンダボール２６により、マザーボードなどの他のプリント配線板にハンダリフローなどにより接続される。

　携帯電話などのマザーボードを高密度実装に対応させるには、このマザーボード上でＰＯＰを作成するのが望ましい。ＰＯＰを用いることで、ハンダ実装の回数を減らせることができる。例えば、１回にできる。そのため、携帯電話などの生産性を高めることができる。しかし、ハンダ実装を行うには、ＰＯＰとなるプリント配線板（半導体を実装する側のプリント基板、あるいはマザーボードとなるプリント配線板）に、ハンダリフローなどによる反りが発生しやすい。

　例えば、図７Ｂに示すように、ハンダボール２６を用いてマザーボードなどに実装する場合、従来のＢＧＡは１ｍｍピッチ程度であり、ハンダボール２６の直径が大きかった（例えば８００ミクロン）。しかし、近年では、ＢＧＡのＩＯ数（入出力数）が増加すると共にパッケージ自体も小型化したため、限られた面積中に多数個のハンダボール２６を形成する必要がある。その結果、ハンダボール２６の直径が小さくなってしまい（例えば、５００ミクロン、あるいはそれ以下の直径）、実装される側のプリント配線板１１の僅かな反りであっても、実装性に大きな影響を与えてしまう。しかし、図７Ｂに示すように、プリント配線板２１ａ、２１ｂの間に緩和接続層１５を介在させた多層プリント配線板１１を用いることでその反りを減らせることができる。

　図８Ａ、図８Ｂは、ＰＯＰの製造工程を説明するための断面図である。図８Ａは、複数個の実装体１６ａ、１６ｂ同士を、ハンダボール２６によって積層し、実装する様子を示している。図８Ａにおいて、実装体１６ｂは、図７Ａ、図７Ｂで示した製造方法により得られた実装体である。実装体１６ａは、表裏面に配線１２を有する絶縁層１４の上面に半導体素子２５が形成された実装体である。実装体１６ｂの上面の配線１２に実装体１６ａのハンダボール２６を接続することにより、矢印で示すように、実装体１６ｂを実装体１６ａに積層し、図８Ｂで示すような実装体１６ｃであるＰＯＰを得る。このとき、実装体１６ｂのみならず、実装体１６ａにも緩和接続層１５を用いた多層プリント配線板を用いることにより、互いの実装性を高めることができ、より小径のハンダボール２６に対しても対応できる。

　図８Ｂ示した実装体１６ｃを、矢印で示すように、例えば、携帯電話のマザーボードなどの更に他の回路基板（図示せず）の上に実装する。

　図９Ａ、図９Ｂを用いてＰＯＰにおける反りの影響について説明する。図９Ａは、図８Ｂで得られた構造と同様のＰＯＰを、従来の方法で作成した実装体である。すなわち、図９Ａに示す、実装体であるＰＯＰは、単層プリント配線板２１ａが、ハンダボール２６ａにより、多層プリント配線板２１ｂの上面に積層されている。単層プリント配線板２１ａは、絶縁層１４の表面に形成された配線１２と半導体素子２５ａとがワイヤー２２により接続されて構成される。単層プリント配線板２１ａの表裏面に形成された配線１２は、単層プリント配線板２１ａを貫通するビア１３により接続されている。多層プリント配線板２１ｂは、３層からなる絶縁層１４の積層体の表面に形成された配線１２と半導体素子２５ｂとがワイヤー２２により接続されて構成される。多層プリント配線板２１ｂの表裏面に形成された配線１２および内層に形成された配線１２は、多層プリント配線板２１ｂを貫通するビア１３により層間接続されている。このように従来の方法では、多層プリント配線板２１ｂは絶縁層１４のみにより積層されている。このような、単層プリント配線板２１ａと多層プリント配線板２１ｂとで構成される実装体が、ハンダボール２６ｂによりマザーボードなどの他のプリント配線板に実装される。

　ところが、単層プリント配線板２１ａを多層プリント配線板２１ｂにハンダボール２６ａで実装するとき、あるいは単層プリント配線板２１ａと多層プリント配線板２１ｂとで構成される実装体を他のプリント配線板にハンダボール２６ｂで実装するときなどの工程で、多層プリント配線板２１ｂが加熱冷却される。このとき、多層プリント配線板２１ｂは、残銅率やパターンの有無、基板の厚みなどにより、図９Ｂに示すように、反り２４が発生しやすい。したがって、例えば、ハンダボール２６ａに断線２７が生じる。

　特に、ガラス繊維をエポキシ樹脂で硬化させてなる多層プリント配線板２１ｂの場合、１０ｍｍ角の面積辺りの反り２４が１５０μｍを越えると、実装が困難となる。更に初期不良、信頼性への影響、ハンダボール２６ａの外れ、細りなどの課題が発生する可能性がある。

　このような場合、図７Ａ、図７Ｂで示したような緩和接続層１５を用いた多層プリント配線板１１を用いることで、１０ｍｍ角辺りの反り量を１５０μｍ以下に抑えられる。これは緩和接続層１５が、プリント配線板１１の反りを緩和するためである。なお、緩和接続層１５の厚みや組成などを調整することで、反りの量は、ハンダボール２６の直径の３０％以下に抑えることができる。多層プリント配線板１１の反りの量をハンダボール２６の直径の３０％以下とすることで、ハンダボール２６の細りや断線２７を防止することができる。

　（実施の形態３）
　図１０Ａ、図１０Ｂは、本発明の実施の形態３における多層プリント配線板を用いた実装体である光学モジュールを説明する断面図である。図１０Ａにおいて、光学モジュールとしての実装体１６は、図２Ａ、図２Ｂで示した本発明による多層プリント配線板１１の上面に、ホルダ１７に固定したレンズ１９などの光学部品を高精度に設置あるいは実装して構成される。レンズ１９は光軸２０を有している。光学部品としてはこれ以外に、図示していない、半導体レーザーなどの発光素子や受光半導体素子などが実装される。本実施の形態では、ホルダ１７、レンズ１９、発光素子、受光半導体素子などが実装部材である。多層プリント配線板１１は、図２Ａ、図２Ｂで示したように、プリント配線板２１ａとプリント配線板２１ｂとが緩和接続層１５により積層されて接続されている。したがって、多層プリント配線板１１は、緩和接続層１５により、加熱冷却の工程により反りが発生することはほとんどない。その結果、レンズ１９などを実装した後で半導体レーザーなどをハンダ付けしても、光軸２０がずれない。したがって、光学モジュールの調整工数を減らすことができ、製品コストを下げることができる。なお、多層プリント配線板２１ｂは、表裏面や内層の配線１２がビア１３で接続されている。

　一方、図１０Ｂは、緩和接続層を用いずに絶縁層１４のみで製造した多層プリント配線板２１ｃにより形成された実装体である。図１０Ｂに示すように、緩和接続層１５を設けていないプリント配線板２１ｃでは、ハンダ付けなど加熱冷却時に反りが発生し、光軸２０にズレが発生する。その結果、光学モジュールの品質バラツキが大きくなり、調整工数が増加する。

　なお、本実施の形態以外の光学モジュールとしては、例えば、光ケーブルと回路部品との複合体、あるいは多層プリント配線板表面に作成した導光路、あるはＬＥＤや半導体レーザーなどを用いた光学電子モジュールなど挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　また、本発明は、以上説明してきたような、複数の多層プリント配線板同士を接続してなるＰＯＰや光学モジュール以外に、例えば、携帯電話における２００万画素以上の高精細度用モジュールであるカメラモジュールなどにも適用できる。すなわち、本発明の多層プリント配線板に実装できるあらゆる実装部材に適用できる。

　以上のように、本発明は、表層配線を、緩和接続層側に埋設し、前記緩和接続層は、加熱冷却時に発生する内部応力の緩和する緩和材を有することにより、プリント配線板の熱膨張に起因する反りやうねりを防止できる。したがって、反りやうねりの少ない多層プリント配線板を実現することができる。

　本発明は、反りが少ないため、ＰＯＰを初め、カメラモジュール、光学モジュールなどの高精度が要求される機器の実装体に有用である。

Claims

表層に配線が形成された複数のプリント配線板と、
複数の前記プリント配線板の間を接続する、無機フィラーと熱硬化性樹脂と内部応力を緩和する緩和材とを有する緩和接続層とから
構成される多層プリント配線板。
前記緩和接続層の厚さが３０～３００μｍである請求項１記載の多層プリント配線板。
前記緩和材は、熱可塑性樹脂である請求項１記載の多層プリント配線板。
前記緩和材は、エラストマーまたはゴムである請求項１記載の多層プリント配線板。
前記緩和材は、ポリブタジエンまた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、ソフトセグメントとを有する共重合体である請求項１記載の多層プリント配線板。
前記無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウムのうち少なくとも１つからなる請求項１に記載の多層プリント配線板。
前記無機フィラーの前記緩和接続層に対する含有量は７０～９０重量％である請求項１に記載の多層プリント配線板。
前記エラストマーは、アクリル系エラストマーまたは熱可塑性エラストマーからなり、前記緩和接続層に対する含有量は０．２～５．０重量％である請求項４に記載の多層プリント配線板。
前記無機フィラーの粒径が０．１～１５μｍである請求項１に記載の多層プリント配線板。
前記緩和接続層は、前記無機フィラーと前記熱硬化性樹脂と前記緩和材とのみから構成される請求項１に記載の多層プリント配線板。
前記緩和接続層は着色剤を含む請求項１に記載の多層プリント配線板。
表層に配線が形成された複数のプリント配線板と、複数の前記プリント配線板の間を接続する、無機フィラーと熱硬化性樹脂と内部応力を緩和する緩和材を有する緩和接続層とからなる多層プリント配線板と、
前記多層プリント配線板の表面に形成された実装部材
とから構成される多層プリント配線板を用いた実装体。