JP5228626B2 - 立体プリント配線板とその製造方法 - Google Patents

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とその製造方法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、キャビティ基板を用いる方法が知られている。

以下に従来のキャビティ基板の形態について、図１３を用いて説明する。

図１３において、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あ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。

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２００４−２５３７７４号公報

図１３のような従来の多層プリント配線板は、接続層に一般的にプリプレグを用いることになるが、プリプレグでは織布、不織布、フィルムなどの芯材を含んでいるために、特に導電性ペーストからなるビアの形状保持には有効であるが、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であった。

また、接続層にボンディングシートを用いた場合、配線パターンの埋め込みは容易であるが、接続層に充填された導電ペーストが流れるという課題を有していた。

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、表層に配線が形成され互いに形状が異なりキャビティとなる凹部が形成された上側基板と下側基板とから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接続層とを有し、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性材料であり、前記接続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、前記接続層および前記上側基板の前記キャビティ側壁面が絶縁性被膜で被覆されたビアを有する立体プリント配線板であり、このような構成にすることにより、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パッケージ形態または実装体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パッケージ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、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が形成されることになる。接続層３は、厚みが３０〜３００μｍであることが望ましい。厚みが３０μｍならば配線の埋め込み性が悪くなり、３００μｍを超えるとビアのアスペクト比を維持するためビアの小径化が困難になったり、接続信頼性が損なわれることがある。

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。

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、無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁性材料であり、この接続層３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。

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ことがある。

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。

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２、３、４を用いて詳細に説明する。

まず、図２（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２（Ｂ）に示すように、接続層３を上側基板１の形状に切断し、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２（Ｃ）に示すように、貫通孔９内に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２（Ｄ）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と先に接着させるために下面のＰＥＴフィルムを剥離しているが、先に上側のＰＥＴフィルムを剥離してもよい。

次に、図３（Ａ）に示すように、接続層３を下側基板２の所望の位置に位置あわせしながら重ね合わせて配置し、図３（Ｂ）に示すように、接続層３を下側基板２に形成された配線１０上に仮止めする。この仮止め時に配線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が圧縮されるので、配線１０との接続性が向上する。その後、図３（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。

なお、本発明において、接続層３を配置する前に下側基板２の表面に予めソルダレジストを形成することが好ましく、さらにソルダレジスト形成後に下側基板２に形成された表層の配線において少なくとも接続層と接触する領域を粗化するとより好ましい。

次に図４（Ａ）に示すように、上側基板１を接続層３上の所望の位置に位置あわせしながら重ね合わせて配置し、図４（Ｂ）に示すように、加熱加圧させながら積層させ、立体プリント配線板１５を完成させる。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。

なお、本発明において、接続層３を配置する前に下側基板２とともに上側基板１の表面に予めソルダレジストを形成することが好ましく、さらにソルダレジスト形成後に上側基板１に形成された表層の配線において少なくとも接続層と接触する領域を粗化するとより好ましい。

また本実施の形態においては、下側基板２と接続層３を重ね合わせた後上側基板１を重ね合わせたが、上側基板１と接続層３を先に重ね合わせ、その後下側基板２を重ね合わせて積層してもかまわない。

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。

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、上側基板１、下側基板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５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、上側基板１、下側基板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はかることができる。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ことがある。

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６５ｐｐｍ／℃以下もしくは上側基板１あるいは下側基板２の熱膨張係数よりも低いということが望ましい。

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ことがある。

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、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ることがある。

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。

接続層３の最低溶融粘度は、図６の溶融粘度曲線に示すように、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓが望ましい。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。

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。

また、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、樹脂フローを抑制するためのエラストマーを含有していることが望ましい。

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、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。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。

なお、本実施の形態において、図１のように上側基板１の形状を下側基板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７に示すように外枠が同一形状で上側基板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。

（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８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である。本実施の形態の立体プリント配線板は、実施の形態１の立体プリント配線板と同一の構成である。実施の形態２の特徴は、接続層３が、熱可塑性樹脂を含む絶縁性材料であり、この接続層３内に導電性ペーストが充填されたビアを有している。接続層３は、厚みが３０〜３００μｍであることが望ましい。

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、実施の形態１と同様、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。

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９、１０を用いて詳細に説明する。

まず、本実施の形態における接続層３は、常温で粘着性を有しないため、カバーフィルム１３を貼り付けるための仮止め手段として、厚み１〜１０μｍの熱硬化性樹脂からなる糊層１２を形成する。なお、厚みが１μｍ未満の場合、ＰＥＴとの貼り合わせ面に密着ムラを生じ易く、また、１０μｍの場合、プレス中に導電性ペーストが流されてビア接続性が損なわれるおそれがある。糊状の層１２を形成後、接続層３の両面にカバーフィルム１３を貼り付ける。この状態を図９（Ａ）に示す。なお、糊層１２は、実施の形態１に記載の接続層すなわち無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる絶縁性材料に貼り付けてもよい。

また、糊層１２は、ラミネート性を向上させるために常温時にタック性のないものが好ましい。次に図９（Ｂ）に示すように、接続層３を上側基板１の形状に切断し、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９（Ｃ）に示すように、貫通孔９内に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９（Ｄ）に示すように、接続層３を上側基板１および下側基板２と接着させるために、両面のカバーフィルム１３を剥離する。

次に、図１０（Ａ）に示すように、接続層３を上側基板１および下側基板２の所望の位置に位置あわせしながら重ね合わせて配置し、図１０（Ｂ）に示すように、接続層３を上側基板１および下側基板２で挟み込むように重ね合わせ、加熱加圧しながら積層させ、立体プリント配線板１５を完成させる。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。なお、本実施の形態において、実施の形態１の図３〜４の積層方法を用いてもよい。

また、実施の形態１においても、接続層３にＰＥＴフィルム８を形成する前に糊層１２を形成してもよく、この場合接続層３の材料破砕を抑止する効果を得ることができる。

なお、実施の形態１と同様に、上側基板１、下側基板２、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１１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、上側基板１、下側基板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ゴミ等の付着の防止をはかることができる。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。

本実施の形態における接続層３の熱可塑性樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、熱可塑性ポリイミド等が用いられる。

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６５ｐｐｍ／℃以下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。

また、接続層３のガラス転移点（ＤＭＡ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。

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。

また、接続層３の最低溶融粘度は、実施の形態１と同様、図６の溶融粘度曲線に示すように、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓが適切である。

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、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。

また、上側基板１および下側基板２に用いる絶縁材料は、実施の形態１と同様、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。

なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様、図１２に示すように外枠が同一形状で上側基板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。

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やモジュール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及び拡大断面図 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一例を示す断面図 本発明の実施の形態１，２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 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及び拡大断面図 本発明の実施の形態２における立体プリント配線板の一例を示す斜視図及び拡大断面図 本発明の実施の形態２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２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２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２における立体プリント配線板の一例を示す斜視図及び拡大断面図 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
８ ＰＥＴフィルム
９ 貫通孔
１０ 配線
１１ 永久レジスト
１２ 糊層
１３ カバーフィルム
１５ 立体プリント配線板

Claims (9)

1. 表層に配線が形成され互いに形状が異なりキャビティとなる凹部が形成された上側基板と下側基板とから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接続層とを有し、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性材料であり、
   前記接続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、前記接続層および前記上側基板の前記キャビティ側壁面が絶縁性被膜で被覆されたビアを有する立体プリント配線板。
2. 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。
3. 絶縁性被膜は耐電防止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。
4. 接続層は、着色剤が含有されている請求項２に記載の立体プリント配線板。
5. 表層に配線が形成され互いに形状が異なりキャビティとなる凹部が形成された上側基板と下側基板とから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接続層とを有し、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性材料であり、
   前記接続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、前記接続層および前記上側基板の前記キャビティ側壁面が絶縁性被膜で被覆されたビアを有する立体プリント配線板の製造方法であって、
   表層に配線が形成された上側基板と下側基板とこれらの基板の間を接着するための樹脂を含む絶縁性材料を有する接続層を準備し、立体形状を形成するために前記上側基板と前記接続層とを所望の形状に切断する工程と、前記接続層の所定の位置に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導電性ペーストを充填する工程と、前記下側基板あるいは上側基板上に前記接続層を位置あわせしながら重ね合わせる工程と、前記接続層上に他方の基板を位置あわせしながら重ね合わせる工程と、前記下側基板と前記接続層と前記上側基板を加熱加圧しながら積層する工程と、前記接続層および前記上側基板の前記キャビティ側壁面を絶縁性被膜で被覆する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする立体プリント配線板の製造方法。
6. 表層に配線が形成された上側基板と下側基板とこれらの基板の間を接続するための樹脂を含む絶縁性材料を有する接続層を準備する前に、下側基板の表面に予めソルダレジストを形成する工程を備えた請求項５に記載の立体プリント配線板の製造方法。
7. 上側基板の表面に予めソルダレジストを形成する工程を備えた請求項６に記載の立体プリント配線板の製造方法。
8. 前記下側基板と前記接続層と前記上側基板を積層する工程の前に、あらかじめ前記下側基板に形成された表層の配線において少なくとも接続層と接触する領域を粗化する工程を備えた請求項５に記載の立体プリント配線板の製造方法。
9. 前記下側基板と前記接続層と前記上側基板を積層する工程の前に、あらかじめ前記上側基板に形成された表層の配線において少なくとも接続層と接触する領域を粗化する工程を備えた請求項５に記載の立体プリント配線板の製造方法。

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