JP5041379B2 - 積層型回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置等の回路部品を搭載するための回路基板に係わり、特に実装面積を小型にするために複数の回路基板を積層した積層型回路基板に関する。

近年の技術の発展に伴い電気機器は、小型化のために半導体装置等の回路部品を搭載した回路基板が多く採用されている。これらの回路基板には、いろんな部品が搭載されたモジュールとして構成されることで、電気機器はより小型化される。例えば、車載の電子制御ユニット（Electronic Control Unit；以下ＥＣＵと略記する）は、従来のようにＥＣＵ単体が車のボディの一部に格納されるような構成ではなく、モーターやアクチュエーターと一体化したモジュールの構成に変わりつつある。このような構成における基板は、大電流をスイッチングする素子とマイコンとが共存しつつ、更なる高密度実装が要求される。また、例えばカメラモジュールには、撮像用レンズと撮像素子としてのＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）受光素子とが一体として搭載されることで、さらに小型化されている。

このように回路基板には回路部品のみならず、その他の構成部品が一体化されて搭載されたモジュール構成となり、より高密度実装されることで、電気機器全体が小型化される。そのために、近年は、より高密度実装に適し、実装面積が小型な回路基板、及びその製造方法が望まれている。

電気機器全体の低コスト化、小型化する先行文献として、例えば、特許文献１（再公表１９９６―１０３２６号公報）がある。特許文献１では、折り目に沿って基板材を部分的に削除し、導体パターンから形成された折り目に沿って分割された基板を折り曲げ、その基板材を接着する。折り曲げられ、接着された基板は、折り曲げられることで面積が小さくなり、かつスルホールを設けることなく、折り目を超えて基板材の両面には連続する導体パターンが形成される。この折り曲げられた導体パターンを用いて、他の基板に接続することを可能としている。

また特許文献２（特開昭５９−２２０９８９号公報）には、表面に電気回路を形成せる銅箔の裏面に間隔を介して基板を貼り付け、銅箔の表面に回路部品を実装し、銅箔を折り曲げて基板を重合わせる技術が開示されている。特許文献３（特開昭６１―２０８８９０号公報）には、表面に絶縁フィルム、導電路及び回路素子を備えた金属基板の折り曲げ部に２本のスリットを設け、導電路及び回路素子が相対向するようにスリットを折り曲げ、回路素子を金属基板で囲う混成集積回路が開示されている。これらの特許文献においては、基板を折り曲げることで実装面積を小さくできる。

再公表１９９６−１０３２６号公報 特開昭５９−２２０９８９号公報 特開昭６１−２０８８９０号公報

上記したように実装面積を小型化するためには、回路基板を折り曲げるという手法がある。しかし特許文献１は片面実装で、基板の端部を折り曲げ、対向する基板を接着するものであり、実装面積の小型化は基板端部の接続領域に限定されている。また特許文献２は銅箔の裏面に基板を貼り付けるものであり、特許文献３は金属基板で回路素子を囲うものであり一般的な技術ではなく、一般的に広い分野には適用できないという問題がある。

さらに、基板を折り曲げて小型化する技術として、フレキシブル基板を使用する方法がある。この場合、フレキシブル基板は強度が弱く、それを補強する部材が必要であり、更に反る、耐熱性が悪いなどの問題により実装できる部品が限られており、また、大電流を流す回路には適用が難しい。さらに、リジットフレキ基板のように有機基板とフレキシブル基板を重ね合わせて折り曲げ可能とする構成もあるが、工法が複雑になり高価となるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、特に実装面積が小さな積層型回路基板、及びその製造方法を提供するものである。

本発明の１つの観点によれば、基板材と導電パターンを備えた回路基板は、その基板材の一部又は全部が取り除かれた折り曲げ部を境界として分割され、分割された回路基板が対向するように折り曲げ部の導電パターンを用いて折り曲げられ、折り曲げられることで積層された前記分割された回路基板間の距離が一定になるように固定手段で固定される積層型回路基板であって、前記折り曲げ部には、前記基板材の一部又は全部が取り除かれる前の状態で、前記基板材を貫通することなく形成された切り込みが設けられていることを特徴とする積層型回路基板が得られる。

また本発明の別の観点によれば、回路基板は基板材と導電パターンを備え、折り曲げ部において前記基板材を貫通することなく前記基板材に切り込みを設け前記切り込みに沿って前記基板材の一部又は全部を取り去ることで前記回路基板を分割し、前記折り曲げ部の導電パターンを用いて、前記回路基板を折り曲げ、折り曲げられて対向するように積層されている前記分割された回路基板の間隔を一定になるように固定手段で固定することを特徴とする積層型回路基板の製造方法が得られる。

本発明によれば、折り曲げ部において回路基板が対向するように折り曲げられ、折り曲げられて対向する回路基板の間隔が一定になるように固定される。複数の回路基板が対向して、積層されることから、１枚の回路基板の設置面積に複数枚の回路基板を配置することができ、基板実装面積を小型化することができる。

実施例１における積層型回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 実施例１における積層型回路基板の折り曲げ部を説明する断面図である。 実施例２における積層型回路基板の断面図である。 実施例３における積層型回路基板の折り曲げ部を説明する断面図である。 実施例３における積層型回路基板の断面図である。

（第１の実施例）
本発明の第１の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施例における積層型回路基板の製造方法を工程順に示す断面図である。図２に積層型回路基板の折り曲げ部の詳細を示す断面図を示す。図１に示す回路基板の基板材１は、例えばＦＲ−４等の絶縁性の有機基板材からなるリジット基板材である。しかし本発明は、特に基板の材質に限定されるものではなく、いろんな基板材からなる基板に対して適用できるものである。

図１（Ａ）に示す回路基板は、基板材１の両面には回路部品２が搭載され、銅箔パターン３により接続され、電気回路を形成している。回路基板の中央部を境界として、基板の左右側にそれぞれ、回路部品が配置されている。左右に分割する回路は製品に応じて様々な構成が考えられるが、例えばアナログ回路とデジタル回路のように回路ブロックとして、切り離しやすい回路単位で分けるものとする。

次に図１（Ｂ）に示すように、銅箔パターン３を残して中央部の基板材１を取り去る。基板材が取り去られた領域が折り曲げ部４となる。この折り曲げ部４は、基板材１が取り去られており銅箔パターン３のみから形成されている。このように折り曲げ部４を境界として、左右の回路基板に分割される。さらに分割された左右の回路基板は折り曲げ部４を介して、左右の基板が対向するように折り曲げられることになる。本発明では、基板材が削り取られることで、左右の回路基板は銅箔パターン３で接続されているが、左右の回路部品が搭載された領域を、それぞれ分割された回路基板と表すことにする。従って、当初の１枚の回路基板は折り曲げ部４を境界として、左右２つの小さな回路基板に分割され、左右の分割された回路基板が、それぞれ新たに１つの回路基板となる。

図１（Ｃ）に示すように、折り曲げ部４の銅箔パターン３を折り曲げ、分割された回路基板の基板面同士が図面の上下方向に向かい合うように対向させる。以下の説明においては、図１（Ｃ）に示すように基板面を対向させるように配置することを、回路基板を対向させる、又は回路基板を積層すると表す。さらに図１（Ｄ）に示すように、相対向する基板を一定間隔になるように上下の基板を、ネジ５を用いて固定する。更にむき出しの銅箔パターン３を保護するためにシリコン系樹脂６で銅箔パターン３を覆う。このようにして分割した回路基板のそれぞれが対向するように積層した積層型回路基板が得られる。図においては、折り曲げ部を最初の回路基板の中央部に設けているため、約半分の面積を有する２枚の回路基板に分割される。そのため実装面積が半分に小さくなる。しかしながら、分割する回路基板の面積比は特に限定されるものではなく、任意の面積比に設定することができる。

また、図１（Ｄ）では、ネジ５を用いて固定したが、ネジ５による固定する方法は一例であり、特に固定方法は限定されることなく、基板を固定する筐体との関係により、どのような方法で固定しても構わない。また、固定したときに相対向する上下の基板の回路部品同士が接触しないように、適正な距離を保つことを考慮して、折り曲げ部４としての取り去る基板の幅を決める。

さらに図２を参照して、折り曲げ部について説明する。図２に折り曲げ部４を説明する回路基板断面図を示す。基板材１の両面には銅箔パターン３がパターン接着用樹脂７を介して配線されている。基板材１を取り去る折り曲げ部４の基板材１と銅箔パターン３の間には、このパターン接着用樹脂７をあらかじめ塗布しないようにしておく。さらに、基板材１を取り去る個所には切り込み８が形成されている。この切り込み８に沿って、基板材を取り去る。その際に取り去られる基板材と銅箔パターンとの間にはパターン接着用樹脂が無いため、銅箔パターンを残して基板材を簡単に取り去ることが可能となる。また、実施例では両面基板を例にしているが、多層基板であっても構わない。その際には構成の都合により残す銅箔パターンは表層の銅箔パターンでなくても、内層の銅箔パターンを残す構造にすることも可能である。

本実施例では、基板に回路部品を実装する時点では、一枚の回路基板であり、従来の表面実装と全く同じ方法で実装可能である。部品実装終了後に、基板材の切り込みに沿って、折り曲げ部の基板材を取り去り、回路基板を分割する。折り曲げ部の銅箔パターンを折り曲げ、分割した回路基板同士を上下基板として対向させるように積層する。さらに、相対向する基板を一定間隔になるように固定し、折り曲げ部の銅箔パターンをシリコン樹脂で覆う。このように分割した複数の基板同士を対向させ、上下縦方向に積層させることで、１枚の基板面積に複数の基板を設置することが可能になり、実装面積を小型化できる。

（第２の実施例）
本発明の第２の実施例について図面を参照して詳細に説明する。本実施例は、銅箔パターンの折り返しを複数回実施した実施例であり、図３に、第２の実施例における積層型回路基板の断面図を示す。

図３に示す積層型回路基板は、折り曲げ部を２つ備えている。図において、下段と中段の基板は、図２と同様に、銅箔パターン３とシリコン系樹脂６からなる第１の折り曲げ部で折り曲げられている。さらに中段と上段の基板は、銅箔パターン３−２とシリコン系樹脂６−２からなる第２の折り曲げ部で、折り曲げられている。このように図の上下縦方向に順に複数の回路基板を積層した積層型回路基板が得られる。下段と中段の基板、及び中段と上段の基板のそれぞれの構成、及びその製造方法は、第１の実施例と同様であり、その説明は省略する。

それぞれ回路部品２を搭載した下段、中段、上段の３枚の回路基板が、２つの折り曲げ部の銅箔パターンにより折り曲げられ、立体的に３次元の積層型回路基板を構成している。図３では、回路基板を２つの折り曲げ部で折り曲げることで、３枚の分割された回路基板が積層されている。このように積層することで、１枚の回路基板の設置面積に３枚の回路基板を設置することが可能となり、基板の設置表面積を約１／３に小さくすることができる。また、図３においては、対向するそれぞれの回路基板を、同じ基板面積として示しているが、同じ基板面積に限定されることはなく、任意の基板面積とすることができる。この場合には、固定する位置をそれぞれの基板面積に応じて設けるようにする。また、折り曲げ部に距離は、特に限定されることなく、固定したときに相対向する下段と中段、中段と上段の上下のそれぞれの回路基板の回路部品同士が接触しないように、それぞれの適正な距離とすることができる。

このように、銅箔パターンの折り曲げ部をＮ（Ｎは自然数）個設けた場合には、（Ｎ＋１）枚の回路基板のそれぞれが対向するように立体的に積層することができる。そのため１枚の基板面積に（Ｎ＋１）枚の基板を設置することが可能になり、実装面積をさらに小型化できる。

（第３の実施例）
本発明の第３の実施例について図面を参照して詳細に説明する。本実施例は、第１の実施例に比較して、折り曲げ部の基板材を全部取り去るのではなく、その一部を薄く残す実施例である。図４に、回路基板の折り曲げ部を説明する断面図である。図５に積層型回路基板の断面図を示す。

図４の基板材１の両面には銅箔パターン３がパターン接着用樹脂７を介して配線されている。回路基板の上面側の折り曲げ部４には、銅箔パターン３とパターン接着用樹脂７を備えている。一方基板の下面側の折り曲げ部４には、銅箔パターン３とパターン接着用樹脂７はともに設けられていない。回路基板の下側から基板材を削り取り、銅箔パターン３側に基板材１の厚みを少しだけ残すように凹部９を形成する。この凹部９が形成された薄い部分の基板材を基板材１Ａとする。この基板材１Ａの厚さは、銅箔パターンと基板材が折り曲げ可能な厚さである。本実施例においては、折り曲げ部の銅箔パターン３側に基板材を薄く残すことから、基板材１の上面側の折り曲げ部にはパターン接着用樹脂７を備えている。

次に、折り曲げ部４の銅箔パターン３と薄い基板材１Ａを折り曲げ、回路基板同士が上下に向かい合うようにする。さらに、相対向する上下の回路基板を一定間隔になるように、ネジ５を用いて固定する。更に銅箔パターン３を保護するためにシリコン系樹脂６で銅箔パターン３を覆う。ここで、銅箔パターン３は薄い基板材１Ａで補強されていることからシリコン系樹脂６で覆うことを省くこともできる。本実施例においては、折り曲げ部４は銅箔パターン３と薄い基板材１Ａから形成され、基板材１と薄い基板材１Ａとは連続している。しかし、折り曲げ部４を介して、左右の回路基板が対向するように折り曲げられることから、第１に実施例と同じく、折り曲げ部４を境界として、左右２つの回路基板に分割されたとし、左右の回路基板をそれぞれの分割された回路基板とする。すなわち、折り曲げ部４により折り曲げられ、対向するように配置された回路基板を、それぞれ１枚の回路基板とする。

本実施例においても、基板を折り曲げ、２つの回路基板を対向するように立体的に積層した積層型回路基板が得られる。このように、１枚の基板設置面積に２枚の基板を配置でき、基板実装面積を小型化することが可能となる。

本発明の積層型回路基板は、基板に回路部品の実装を行った後、基板の任意の位置において銅箔パターンを残した状態で基板材を取り除く。これにより２つの基板が銅箔パターンを介して接続された状態になる。その後に銅箔パターンを折り曲げ、２つの回路基板が向かい合う状態にして固定する。基板を折り曲げ、２つの基板を相対向させる。このようにして、１枚の基板の設置面積に２枚の基板を配置でき、基板実装面積を小型化することが可能となる。

本発明の方法では、一般的な材料の基板を使用しながら、上記のような構成にすることにより部品実装後にフレキシブル基板のように折り曲ることが可能となる。強度は用途に応じて使用する基板材料を変えることにより調整可能であり、銅箔パターンの幅、厚さを変えることで流す電流容量も調整できる。

本発明から得られる第１の効果は、基板の材料を問わず、基板を折りたたみ、実装面積を小型化することが可能であることである。さらに第２の効果は、銅箔パターンで折り曲げることで、２枚の基板が銅箔パターンで接続した構成であり、半田付けのような接続工程が不要であり、更にコネクタのような余分な部品も不要なので、接続の信頼性が極めて高いことである。第３の効果は、フレキシブル基板を用いた製品と異なり、基板の材料、銅箔パターンの厚さ等を自由に変更できるために小型でありながら耐熱性が高く、大電流化も可能であることである。第４の効果は、基板の部品構成は折り曲げない基板と変わらないため、フレキシブル基板を用いた構成と比較してもコストが安く出来ることである。

以上、実施例に従って本願発明を詳細に説明したが、本願発明は上記の実施形態例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細は、本願発明のスコープ内で様々な変更をすることができる。

１ 基板材
２ 回路部品
３ 銅箔パターン
４ 折り曲げ部
５ ネジ
６ シリコン系樹脂
７ パターン接着用樹脂
８ 切り込み
９ 凹部

Claims (12)

1. 基板材と導電パターンを備えた回路基板は、その基板材の一部又は全部が取り除かれた折り曲げ部を境界として分割され、分割された回路基板が対向するように折り曲げ部の導電パターンを用いて折り曲げられ、折り曲げられることで積層された前記分割された回路基板間の距離が一定になるように固定手段で固定される積層型回路基板であって、
   前記折り曲げ部には、前記基板材の一部又は全部が取り除かれる前の状態で、前記基板材を貫通することなく形成された切り込みが設けられていることを特徴とする積層型回路基板。
2. 前記折り曲げ部における導電パターンと基板材との間には、パターン接着用樹脂が塗布されていないことを特徴とする請求項１に記載の積層型回路基板。
3. 前記折り曲げ部をＮ（Ｎは自然数）個備え、（Ｎ＋１）枚の分割された回路基板がそれぞれ対向するように順に積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型回路基板。
4. 前記折り曲げ部で折り曲げられた導電パターンは、シリコン樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型回路基板。
5. 固定手段としてネジを用いて、積層された回路基板同士が、それぞれの一定間隔で対向するように固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型回路基板。
6. 前記導電パターンは、銅箔により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型回路基板。
7. 前記基板材は、絶縁性の有機基板材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型回路基板。
8. 回路基板は基板材と導電パターンを備え、折り曲げ部において前記基板材を貫通することなく前記基板材に切り込みを設け前記切り込みに沿って前記基板材の一部又は全部を取り去ることで前記回路基板を分割し、前記折り曲げ部の導電パターンを用いて、前記回路基板を折り曲げ、折り曲げられて対向するように積層されている前記分割された回路基板の間隔を一定になるように固定手段で固定することを特徴とする積層型回路基板の製造方法。
9. 前記折り曲げ部で折り曲げられた導電パターンをシリコン樹脂で覆うことを特徴とする請求項８に記載の積層型回路基板の製造方法。
10. 前記固定手段は、ネジであることを特徴とする請求項８又は９に記載の積層型回路基板の製造方法。
11. 前記導電パターンは、銅箔により形成されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の積層型回路基板の製造方法。
12. 前記基板材は、絶縁性を有する有機基板材からなることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の積層型回路基板の製造方法。

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