JP4810097B2 - 3D circuit board, electrical circuit structure, and 3D circuit board manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、立体回路基板、立体回路基板を備えた電気回路構造体、及び立体回路基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional circuit board, an electric circuit structure including the three-dimensional circuit board, and a method for manufacturing the three-dimensional circuit board.
電子デバイス実装技術において、小型化及び構成部材の削減による実装構造の簡素化を狙いとして、プリント基板あるいはフレキシブル配線基板を用いず、樹脂成形体に配線を形成した立体回路基板が採用される場合が増えている。
この立体回路基板に対してICを実装するには、ワイヤボンディングあるいはフリップチップ実装が行われているが、樹脂成形された立体回路基板は熱伝導性が低く、接続部において接続に必要な温度を確保するためには基板全体の温度を高くする必要があった。
また、同時に発熱素子を実装した後にも熱伝導性が悪いため、放熱が充分に行えないという問題もあった。
これに対して、特許文献1に開示の技術が提案されている。これは立体回路基板のICを実装部分の基板厚みを薄くすることにより裏面側からの熱伝導を高めることを狙いとしている。
また、一般的なプリント基板はガラス布を含有した多層基板構造となっており、面方向の線膨張係数を小さく抑える構造がとられている。
一方、立体回路基板は樹脂成形体を基本としており、フィラー等が含有されてはいるものの、樹脂材料自身の特性に大きく依存してしまうため、線膨張係数が大きくなってしまう。
なお、特許文献2に立体回路基板にベアチップ実装した光学ヘッドに関する技術が提案されている。
In order to mount an IC on this three-dimensional circuit board, wire bonding or flip chip mounting is performed. However, the resin-molded three-dimensional circuit board has low thermal conductivity, and the temperature required for connection at the connection portion is low. In order to ensure, it was necessary to raise the temperature of the whole substrate.
In addition, there is also a problem that heat radiation cannot be performed sufficiently because the thermal conductivity is poor even after the heat generating element is mounted at the same time.
On the other hand, the technique disclosed in Patent Document 1 is proposed. This is aimed at increasing the heat conduction from the back surface side by reducing the thickness of the mounting portion of the IC of the three-dimensional circuit board.
Moreover, a general printed circuit board has a multilayer substrate structure containing glass cloth, and has a structure in which the linear expansion coefficient in the surface direction is kept small.
On the other hand, the three-dimensional circuit board is based on a resin molded body and contains a filler or the like, but greatly depends on the characteristics of the resin material itself, so that the linear expansion coefficient becomes large.
しかしながら、特許文献1に示されている構造では、裏面側に部品を実装することができなくなり、実装構造設計に対して大きな制約となってしまうという問題がある。
また、特許文献2に示されている構造においては、周囲の温度変化による立体回路基板自体の膨張収縮が起こり、受発光素子が動いてしまうことから、光軸がずれてしまうという不具合があり、光軸精度の厳しいデバイスにおいては使用温度範囲に大きな制限があるという問題がある。
さらに、フリップチップ実装部の接続信頼性においても、ICと立体回路基板との膨張差が大きいことから、その熱歪が接続部に集中してしまうため、サイズの小さなICにおいてのみ信頼性を確保できていた。つまり、熱歪が大きくなってしまう大型ICチップのフリップチップ実装における接続信頼性を確保することができないという問題もある。
そこで、本発明の目的は、立体回路基板において、基板の温度に対する膨張収縮を抑えることで熱歪に対する接続信頼性向上と基板の変形を抑制できるようにすることである。
また、本発明の別の目的は、立体回路基板において、電子素子の実装部の熱伝導性に高めることでベアチップ実装性向上と放熱性を高めることである。
However, in the structure shown in Patent Document 1, there is a problem that it becomes impossible to mount components on the back surface side, which is a great restriction on the mounting structure design.
Further, in the structure shown in
Furthermore, in terms of connection reliability of flip chip mounting parts, the difference in expansion between the IC and the three-dimensional circuit board is large, and the thermal strain is concentrated on the connection part, so that reliability is ensured only for small ICs. It was done. That is, there is a problem that connection reliability in flip chip mounting of a large IC chip that increases thermal strain cannot be secured.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve connection reliability against thermal strain and suppress deformation of a board in a three-dimensional circuit board by suppressing expansion and contraction with respect to the temperature of the board.
Another object of the present invention is to improve bare chip mountability and heat dissipation by increasing the thermal conductivity of the mounting portion of the electronic element in the three-dimensional circuit board.
請求項1に記載の発明は、樹脂成形体の表面上に導体配線が形成され、前記樹脂成形体の表面上には電子素子が実装される立体回路基板であって、前記樹脂成形体の少なくとも前記電子素子の実装部の下部又は側部に設けられ、前記樹脂成形体より線膨張係数が小さい材料又は前記樹脂成形体より熱伝導率が高い材料で構成されるインサート部材を備え、前記インサート部材の凹凸形状が形成されている表面に前記樹脂成形体が形成されることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、樹脂成形体の表面上に導体配線が形成され、前記樹脂成形体の表面上には電子素子が実装される立体回路基板であって、前記樹脂成形体の少なくとも前記電子素子の実装部の下部又は側部に設けられ、前記樹脂成形体より線膨張係数が小さい材料又は前記樹脂成形体より熱伝導率が高い材料で構成されるインサート部材を備え、前記インサート部材は着磁性を有し、前記インサート部材の表面に前記樹脂成形体が形成されることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記インサート部材は無機材料であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発明において、前記インサート部材の一部が露出していることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記インサート部材の前記露出部分には、当該部材の位置決めの基準が形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a three-dimensional circuit board in which a conductor wiring is formed on a surface of a resin molded body, and an electronic element is mounted on the surface of the resin molded body, and at least of the resin molded body The insert member is provided at a lower part or a side part of the mounting portion of the electronic element, and includes an insert member made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the resin molded body or a material having a higher thermal conductivity than the resin molded body. The resin molded body is formed on the surface on which the uneven shape is formed .
The invention according to
The invention described in
The invention according to
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂成形体の表面上であって、前記電子素子が実装される実装部分を凹形状にしたことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂成形体が熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の立体回路基板上に電子素子がフリップチップ実装されている電気回路構造体であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項6に記載の立体回路基板の前記凹形状内に前記電子素子がダイボンディングされ、前記電子素子がワイヤボンディングにより前記導体配線と接続されている電気回路構造体であることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記インサート部材が前記凹形状部にて露出している電気回路構造体であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項8〜10のいずれか一項に記載の発明において、前記電子素子として発光素子及び受光素子の少なくとも一方が実装されている電気回路構造体であることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項5に記載の立体回路基板のインサート部材露出部に可動できる機能性デバイスが実装され、立体回路基板上の配線と接続されている電気回路構造体であることを特徴とする。
The invention of claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5 and a surface of the resin molded body, and a mounting portion in which the electronic element is mounted in a concave shape It is characterized by that.
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6 , wherein the resin molded body is a thermosetting resin.
The invention according to claim 8 is an electric circuit structure in which an electronic element is flip-chip mounted on the three-dimensional circuit board according to any one of claims 1 to 7 .
The invention according to claim 9 is an electric circuit structure in which the electronic element is die-bonded in the concave shape of the three-dimensional circuit board according to claim 6 , and the electronic element is connected to the conductor wiring by wire bonding. It is a body.
A tenth aspect of the present invention is the electric circuit structure according to the ninth aspect, wherein the insert member is exposed at the concave portion.
That of the invention according to
The invention described in
請求項13に記載の発明は、樹脂成形体に導体配線が形成され、前記樹脂成形体の表面上に電子素子が実装される立体回路基板を製造する立体回路基板の製造方法において、内表面の一部に疎水領域が形成され、当該疎水領域外に親水パターンが形成された成形用型に触媒コロイド溶液を供給する第1工程と、前記触媒コロイド溶液の溶媒を揮発させて触媒下地配線を形成する第2工程と、表面に樹脂を形成するインサート部材を成形用型内に位置決めする第3工程と、前記成形用型内に前記樹脂成形体となる流動性の樹脂を供給して硬化することにより前記触媒下地配線を前記部材表面に転写する第4工程と、無電解めっきで前記触媒下地配線上に前記導体配線を形成する第5工程と、を備え、前記インサート部材は、前記樹脂より線膨張係数が小さい材料又は熱伝導率が高い材料により構成されていることを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の発明において、前記触媒コロイド溶液が100nm以下の粒径を持つ金属ナノ粒子を含むコロイド溶液であることを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項13又は14に記載の発明において、前記第1工程は金属ナノ粒子コロイド溶液を前記触媒コロイド溶液とし、前記第4工程は流動性の樹脂を流動性のあるプラスチックとしていることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a three-dimensional circuit board in which a conductor wiring is formed on a resin molded body and an electronic element is mounted on the surface of the resin molded body. A first step of supplying a catalyst colloid solution to a molding die in which a hydrophobic region is formed in part and a hydrophilic pattern is formed outside the hydrophobic region, and a catalyst base wiring is formed by volatilizing the solvent of the catalyst colloid solution A second step of performing, a third step of positioning an insert member for forming a resin on the surface in the molding die, and supplying a fluid resin to be the resin molding into the molding die to be cured. A fourth step of transferring the catalyst base wiring to the surface of the member and a fifth step of forming the conductor wiring on the catalyst base wiring by electroless plating. expansion Wherein the number is less material or the thermal conductivity is formed by a high material.
The invention of claim 14 is the invention according to claim 13, wherein the catalyst colloidal solution is a colloidal solution containing metal nanoparticles having a particle size of 100 nm.
The invention according to claim 15 is the invention according to claim 13 or 14 , wherein the first step uses the metal nanoparticle colloid solution as the catalyst colloid solution, and the fourth step uses a fluid resin as a fluid. It is characterized by a certain plastic.
請求項1に記載の発明によれば、樹脂成形体の温度変化に対する膨張収縮を抑制することができ、電子素子と立体回路基板との接続部に膨張差による熱歪が及びにくく、製品の信頼性を向上させることができる。
請求項2に記載の発明によれば、電子素子の動作時の発熱を効率よく放熱することができるようになる。
請求項3に記載の発明によれば、金属、セラミックス等の無機物で樹脂成形体を形成するインサート部材を作成することができる。
請求項4に記載の発明によれば、樹脂成形体とインサート部材との密着力を向上できるとともに、樹脂成形体の膨張収縮に対する拘束力を高められる。
請求項5に記載の発明によれば、インサート部材の露出部分を加熱することにより、効率よく電子素子の接続部を加熱することができ、肉厚の立体回路基板への電子素子のベアチップ実装等において安定した接続品質を確保することができるようになる。
請求項6に記載の発明によれば、インサート部材に樹脂成形体を形成する際の部材の位置決めが容易になる。
請求項7に記載の発明によれば、立体回路基板の固定が電気磁石等により行うことができ、電子素子の実装時等のハンドリング性が向上するとともに、立体回路基板にクランプ等のための固定台を設ける必要がなくなる。
請求項8に記載の発明によれば、電子素子を実装しても、電子素子が出張らないようにすることができる。
請求項9に記載の発明によれば、立体回路基板の耐熱性が向上し、電子素子のフリップチップ実装時に金/スズの共晶接合等を行うことができるようになる。
請求項10に記載の発明によれば、立体回路基板に電子素子をフリップチップ実装することができる。
According to the first aspect of the present invention, the expansion and contraction of the resin molded body with respect to the temperature change can be suppressed, and the thermal strain due to the expansion difference is difficult to reach at the connection portion between the electronic element and the three-dimensional circuit board, and the reliability of the product. Can be improved.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to efficiently dissipate heat generated during operation of the electronic element.
According to invention of
According to invention of
According to the invention described in
According to the sixth aspect of the present invention, positioning of the member when forming the resin molding on the insert member is facilitated.
According to the seventh aspect of the present invention, the fixed circuit board can be fixed with an electromagnet or the like, the handling property when mounting an electronic element is improved, and the fixed to the molded circuit board for clamping or the like. There is no need to provide a stand.
According to invention of Claim 8, even if an electronic element is mounted, it can be prevented that an electronic element makes a business trip.
According to the ninth aspect of the present invention, the heat resistance of the three-dimensional circuit board is improved and gold / tin eutectic bonding or the like can be performed at the time of flip chip mounting of the electronic element.
According to the invention described in claim 10, the electronic element can be flip-chip mounted on the three-dimensional circuit board.
請求項11に記載の発明によれば、ダイボンディング、ワイヤボンディングにより電子素子の実装を行うことができる。
請求項12に記載の発明によれば、部材の露出部分を加熱することにより、効率よく電子素子の接続部を加熱することができ、肉厚の立体回路基板への電子素子のベアチップ実装等において、安定した接続品質を確保することができるようになる。
請求項13に記載の発明によれば、立体回路基板に発光素子や受光素子を実装することができる。
請求項14に記載の発明によれば、立体回路基板に圧電素子等の機能性デバイスを実装することができる。
請求項15に記載の発明によれば、個別の製品に対するパターニングが不要で、エッチング等の除去加工のない請求項1、2に記載の立体回路基板を製造することができる。
請求項16に記載の発明によれば、乾燥後に加熱すると金属ナノ粒子は融着し、導体配線の下地配線を形成することができる。
請求項17に記載の発明によれば、熱硬化性樹脂の樹脂成形体の表面に密着力の高い微細な配線パターンを形成することができる。
According to invention of
According to the invention described in
According to invention of Claim 13, a light emitting element and a light receiving element can be mounted in a three-dimensional circuit board.
According to invention of Claim 14, functional devices, such as a piezoelectric element, can be mounted in a three-dimensional circuit board.
According to the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to manufacture the three-dimensional circuit board according to the first and second aspects, which does not require patterning for individual products and does not require removal processing such as etching.
According to the sixteenth aspect of the present invention, when heated after drying, the metal nanoparticles are fused, and the base wiring of the conductor wiring can be formed.
According to invention of Claim 17, the fine wiring pattern with high adhesive force can be formed in the surface of the resin molding of thermosetting resin.
以下、本発明を実施するための最良の形態について複数例説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態としての立体回路基板の縦断面図である。
本実施形態の立体回路基板1は、インサート部材3の表面に樹脂成形体2の層が形成されている。インサート部材3は、成形樹脂よりも線膨張係数が小さい材料、あるいは熱伝導率が高い材料で構成されており、例えば、金属、セラミックス等の無機材料が用いられる。このインサート部材3は、樹脂成形体2の少なくともIC5の実装部の下あるいはその側部に設けられている。このような立体回路基板1の樹脂成形体2表面上にはIC5がフリップチップ実装されて電子部品を構成する。
すなわち、本実施形態の立体回路基板1は、樹脂成形体2を備え、この樹脂成形体2の表面上に導体配線となる導体パターン4が形成されていて、樹脂成形体2表面上には電子素子であるIC5が実装される基板である。
ところで、一般的に成形樹脂の線膨張係数は大きく、従来のICのフリップチップ実装においては、膨張差による熱歪がICと立体回路基板1との接続部に直接加わることから、製品の信頼性が低かった。
これに対して、本実施形態の立体回路基板1は、インサート部材3を線膨張係数が小さい材料で構成することにより、樹脂成形体2の温度変化に対する膨張収縮を抑制することができ、IC5と立体回路基板1との接続部に膨張差による熱歪が及びにくく、製品の信頼性を向上させることができる。
またインサート部材3の表面には凹凸を形成しておくことが望ましく、そのように構成すると、樹脂成形体2との密着力が向上できると共に、樹脂の膨張収縮に対する拘束力を高めることができる。
また従来品は成形樹脂の熱伝導率が低く、IC5動作時の発熱を放熱することができず、放熱部材を付加するなどが必要であった。
これに対して、本実施形態の立体回路基板1は、インサート部材3を熱伝導率の高い材料で構成しているので、IC5の動作時の発熱を効率よく放熱することができるようになる。
Hereinafter, multiple examples of the best mode for carrying out the present invention will be described.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a three-dimensional circuit board as a first embodiment of the present invention.
In the molded circuit board 1 of the present embodiment, a layer of the resin molded
That is, the three-dimensional circuit board 1 of the present embodiment includes a resin molded
By the way, the linear expansion coefficient of the molding resin is generally large, and in the conventional flip-chip mounting of the IC, the thermal strain due to the expansion difference is directly applied to the connection portion between the IC and the three-dimensional circuit board 1, so that the product reliability is improved. Was low.
On the other hand, the molded circuit board 1 of this embodiment can suppress the expansion and contraction with respect to the temperature change of the resin molded
In addition, it is desirable to form irregularities on the surface of the
In addition, the conventional product has a low thermal conductivity of the molding resin, and cannot generate heat when the
On the other hand, since the three-dimensional circuit board 1 of the present embodiment is composed of the
また、インサート部材3は、前述のように金属、セラミックス等の無機物で構成され、樹脂成形体2から一部が外部に露出している(符号11の部分)。この構成によれば、インサート部材3の露出部分11を加熱することにより、効率よくIC5接続部を加熱することができ、肉厚の立体回路基板1へのIC5のベアチップ実装等において、安定した接続品質を確保することができるようになる。
また、インサート部材3には、インサート部材3の位置決めの目印、例えば、ピン穴等の位置決め基準12を機械加工等で形成している。これにより、樹脂成形時の収縮等に対する樹脂成形体2の成形形状精度を厳しく管理しなくても、立体回路基板1の位置決め(後述する)を精度良く行うことができるようになる。
また、インサート部材3を着磁性を有する無機材料により構成すると、本実施形態の立体回路基板1の固定が電気磁石等により行うことができ、IC5の実装時等のハンドリング性が向上するとともに、立体回路基板1にクランプ等のための固定台を設ける必要がなくなる。また、この場合に磁石固定部に加熱手段を設けることにより、固定と加熱を効率良く行うことができるようになる。
樹脂成形体2としてはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが考えられる。これにより、立体回路基板1の耐熱性が向上し、フリップチップ実装時に金/スズの共晶接合等を行うことができるようになる。
なお、樹脂成形体2を形成する場合の樹脂成形方法については、射出形成、押出成形、注型及び樹脂をインサート部材3表面にコートするなど、様々の方法が可能であり、これらの方法により、インサート部材3の表面を樹脂被覆して樹脂成形体2を形成し、樹脂成形体2表面に導体配線となる導体パターン4を形成して立体回路基板1を製造することができる。
Further, the
Further, the
Further, when the
It is conceivable to use a thermosetting resin such as an epoxy resin as the resin molded
In addition, about the resin molding method in the case of forming the
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態としての立体回路基板の縦断面図である。
図2において、図1と同一符号の部材などは第1の実施形態と同様の部材などであり、詳細な説明は省略する。
図2(a)(b)(c)に示す立体回路基板1が図1に示す立体回路基板1と相違する点は、図2の場合は樹脂成形体4表面のIC5が実装される部分は凹形状21をなしていることである。
図2(a)の例では、この凹形状21にも導体配線となる導体パターン4を形成し、IC5をフリップチップ実装している。この凹形状21の深さをIC5の厚みよりも深くすることで、IC5を実装してもIC5が出張らないようにすることができる。
ここで、インサート部材3にも、凹形状21に合わせて凹形状を形成し、IC5が実装されていない樹脂成形体4の他の面においてインサート部材3を大きく露出させ、その機能を有効に活用することができる。
図2(b)の例では、凹形状21にIC5をダイボンディング22で固定し、立体回路基板1上の導体パターン4とワイヤボンディング23により接続している。
本実施形態では、凹形状21にまで導体パターン4を形成し、凹形状21内でワイヤボンディングする構造も含むが、導体パターン4を同一面内に形成することも可能であり、同一面内に形成する方が配線パターン形成プロセスを単純化できる。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a three-dimensional circuit board as a second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, members having the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same members as in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
2 (a), (b), and (c) are different from the three-dimensional circuit board 1 shown in FIG. 1 in that, in the case of FIG. That is, the
In the example of FIG. 2A, the
Here, the
In the example of FIG. 2B, the
In the present embodiment, the
図2(c)の例では、図2(b)の構成において、インサート部材3が凹形状21内で立体回路基板1外に露出しており、この露出部分にIC5が直接ダイボンディング22で固定されている。
このようにインサート部材3へIC5を直接ダイボンディングしているため、図2(c)の例では、IC5からの放熱性が更に向上させることができる。
なお、以上の例では電子素子としてIC5を実装する例で説明したが、発光素子や受光素子などを実装するようにしてもよい。
ここで、一般的な樹脂成形体に形成された回路基板においては、温度変化に対して基板の膨張、収縮及びねじれ等が発生し、発光素子や受光素子などを実装した場合に光軸がズレてしまうため、精度の要求されるデバイスへの適用が困難であった。
一方、本実施形態の立体回路基板1においてはインサート部材3をインサート成形することにより、立体回路基板1自体の膨張収縮等による光軸のズレを抑えることができ、使用環境下においても発光素子や受光素子等の光軸ずれのない精度の高い受発光素子を実装した電子部品を形成することができる。
なお、図3(a)に示すように、インサート部材3の露出した表面に、圧電素子41等の動作を伴う電子素子である機能性デバイスを実装するようにしてもよい。この場合に、インサート部材3は、機能デバイスの特性を充分に発揮させることのできる材料で形成することが好ましい。
In the example of FIG. 2C, in the configuration of FIG. 2B, the
Thus, since IC5 is directly die-bonded to the
In the above example, the
Here, in a circuit board formed on a general resin molded body, expansion, contraction, twisting, etc. of the substrate occur due to temperature change, and the optical axis is shifted when a light emitting element or a light receiving element is mounted. For this reason, it has been difficult to apply to devices that require accuracy.
On the other hand, in the molded circuit board 1 of the present embodiment, the
As shown in FIG. 3A, a functional device that is an electronic element accompanied by the operation of the
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態として前述したような構成の立体回路基板の製造方法について説明する。
この製造方法は、次の第1工程〜第5工程を順次実行することにより実施する。
(1)第1工程
樹脂成型体2を成形する成形用型を用意する。この成形用型は、内表面の一部に疎水領域を形成していて、これにより、その疎水領域外に親水パターンを形成している。この成形用型に触媒コロイド溶液を供給すると、親水パターンのみに触媒コロイド溶液が集まる。
(2)第2工程
その後、成形用型内を乾燥させることで、触媒コロイド溶液は揮発し、触媒が親水パターン上に残り、配線パターン4の下地配線を形成することができる。
この触媒として100nm以下の粒径を持つ金属ナノ粒子を用いれば、乾燥後に加熱すると金属ナノ粒子は融着し、配線パターン4の下地配線を形成することができる。
図5(a)の拡大縦断面図において、符号51は融着した金属ナノ粒子を示す(なお、符号52は成形用型を示す)
(3)第3工程
この触媒コロイド溶液揮発後の成形用型内に前述のインサート部材3を位置決めする。この位置決めには、前述の位置決め基準12を用いることができる。
(4)第4工程
次に、射出形成あるいは注型等のプロセスにより、成形用型内に流動性のある樹脂を供給して硬化し、離型することで、配線パターン4の触媒下地配線(樹脂成形体2となる)をインサート部材3表面に転写することができる。
(5)第5工程
その後、転写された触媒下地配線に対して無電解めっきで配線パターン4を形成する。
これにより、個別の製品に対するパターニングが不要で、エッチング等の除去加工のない立体回路基板1を製造することができる。
なお、無電解めっきの触媒として作用しない導電体を、導電性を有する状態の下地配線として形成し、樹脂成形体2となる樹脂表面に転写した後、電解めっきにより配線パターン4とすることでも、立体回路基板1を製造することができる。
本製造方法によれば、熱硬化性樹脂の樹脂成形体2表面に密着力の高い微細な配線パターン4を形成することができる。
[Third Embodiment]
A method of manufacturing the three-dimensional circuit board having the above-described configuration as the third embodiment of the present invention will be described.
This manufacturing method is carried out by sequentially executing the following first to fifth steps.
(1) 1st process The mold for shaping | molding the
(2) Second Step Thereafter, by drying the inside of the molding die, the catalyst colloid solution is volatilized, the catalyst remains on the hydrophilic pattern, and the underlying wiring of the
When metal nanoparticles having a particle size of 100 nm or less are used as the catalyst, the metal nanoparticles are fused when heated after drying, and the underlying wiring of the
In the enlarged longitudinal sectional view of FIG. 5A,
(3) Third step The above-mentioned
(4) Fourth Step Next, by supplying a fluid resin into the molding die by a process such as injection molding or casting, and curing and releasing, a catalyst base wiring (of the wiring pattern 4) ( The resin molded body 2) can be transferred to the surface of the
(5) Fifth Step Thereafter, the
Thereby, the patterning with respect to an individual product is unnecessary, and the three-dimensional circuit board 1 without a removal process such as etching can be manufactured.
In addition, a conductor that does not act as a catalyst for electroless plating is formed as a base wiring in a conductive state, transferred to the resin surface to be the resin molded
According to this manufacturing method, the
以下、本発明の実施例を説明する。
[実施例1]
実施例1は第1の実施形態に対応する。
樹脂成形体4表面に導体パターン4を形成した立体回路基板1上に、IC5をはんだフリップチップ実装したサンプルを作成した。ここでは、線膨張係数が小さく熱伝導率が高いセラミックスブロックをインサート部材3として樹脂成形体2の内部にインサート成形した場合と、しない場合のIC5の接続部における熱歪信頼性を比較評価した。
立体回路基板1の形状としては30×10×6mmとなるように樹脂成形し、表面に銅パターンで導体パターン4を形成した。
ここで、インサートするセラミックスは20×10×5.4mmとした。これにより、セラミックスをインサートしたサンプルにおけるIC5のフリップチップ実装面のセラミックス上樹脂厚は、約0.3mmとなっている。
樹脂成形体4の材料としてはポリフタルアミド(PPA)を使用した。
IC5のサイズは10×3×0.5mmであり、0.2mmピッチではんだフリップチップ実装を行った。
フリップチップ実装後に温度サイクル試験(−25〜125℃)を500サイクル実施し、下記の表1の結果を得た。
表1に明らかなように、セラミックスをインサート部材3とした本実施例の立体回路基板1においては、熱歪に対して高い接続信頼性を確保できている。
[Example 1]
Example 1 corresponds to the first embodiment.
A sample in which the
Resin molding was performed so that the shape of the three-dimensional circuit board 1 was 30 × 10 × 6 mm, and the
Here, the ceramic to be inserted was 20 × 10 × 5.4 mm. Thereby, the resin thickness on ceramics of the flip chip mounting surface of IC5 in the sample in which ceramics is inserted is about 0.3 mm.
Polyphthalamide (PPA) was used as the material of the resin molded
The size of IC5 was 10 × 3 × 0.5 mm, and solder flip chip mounting was performed at a pitch of 0.2 mm.
After flip chip mounting, 500 cycles of a temperature cycle test (−25 to 125 ° C.) were performed, and the results shown in Table 1 below were obtained.
As can be seen from Table 1, in the three-dimensional circuit board 1 of this embodiment using ceramics as the
[実施例2]
実施例2は、第1及び第2の実施形態に対応する。
ここでは、電子素子である機能性デバイスの一例としてインクジェットヘッドとなる圧電素子41を立体回路基板1に実装して、特性を評価した。
圧電素子41の振動を吸収しないように、インサート部材3としてステンレスを使用した。このステンレスをインサート成形した場合(図3(a))と、しない場合(図3(b))との立体回路基板1に対するインクジェット特性を圧電素子41の振動特性として比較評価した。
立体回路基板1のサイズとしては30×10×6mmとなるように樹脂成形体4を樹脂成形し、表面に銅パターンの配線パターン4を形成し、更にワイヤボンディング23によりIC5実装等をするためのニッケル、金めっきを施した。
樹脂成形体4の材料としてはポリフタルアミド(PPA)を使用した。
立体回路基板1上に圧電素子41駆動用のIC5をワイヤボンディング23により実装した後、溝加工を施した圧電素子41を接着した。ここで、ステンレスをインサートしたサンプルには(図3(a))、ステンレス上に圧電素子41を実装し、ステンレスをインサートしていないサンプルには(図3(b))、樹脂成形体4上に圧電素子41を実装した。
この圧電素子41の端子と立体回路基板1上の配線パターン4とをワイヤボンディング23により接続し、圧電素子41の振動特性をレーザー変位系にて計測した。
結果として、ステンレスをインサート成形し、圧電素子41を実装したサンプルにおいては(図3(a))、良好な振幅特性を示したが、インサート成形せずに樹脂成形体4上に接着したサンプルにおいては(図3(b))、圧電素子41の振動が吸収されてしまい、振幅が減衰してしまうことを確認した。
ここで、IC5の実装部に凹形状21形成した立体回路基板1とすることで(図4)、圧電素子41のような機能性デバイスの特性を充分に生かしつつ、IC5の実装部分の出張りをなくすことができるので、モジュールとしての小型化が可能となる。
[Example 2]
Example 2 corresponds to the first and second embodiments.
Here, as an example of a functional device which is an electronic element, a
Stainless steel was used as the
The resin molded
Polyphthalamide (PPA) was used as the material of the resin molded
After mounting the
The terminals of the
As a result, in the sample in which stainless steel was insert-molded and the
Here, by using the three-dimensional circuit board 1 in which the
[実施例3]
実施例3は、第3の実施形態に対応する。
(1)第1工程
成形型上にフッ素コーティング剤(フロロサーフFG−5010)をコーティングし、疎水膜を形成した。この疎水膜に対してエキシマレーザーによりパターン状に除去加工を施すことで親水パターンを形成した。
この親疎水パターンを形成した成形型上に100nm未満の銀コロイド水溶液(ファインスフィアSVW102(日本ペイント製))を供給し、エアーブローすることで、銀コロイド水溶液を親水パターン部のみに付着させた。
(2)第2工程
その後、溶媒を揮発させることにより、銀ナノ粒子を親水パターン部のみに析出させた。
(3)第3工程
成形用型内に前述のインサート部材3を位置決めした。
(4)第4工程
その後、成形用型を200℃の条件で加熱することで銀ナノ粒子は融着させた状態で、この成形用型内に熱硬化型液状エポキシ樹脂(CEL−C−7700)を供給し、200℃の温度で30分間の硬化条件で硬化させた。
硬化後、型からエポキシ樹脂を剥離することにより、銀ナノ粒子が融着して多孔質膜を形成した状態でエポキシ樹脂側にパターン上に転写することができた。図5(b)の拡大縦断面図において、符号53は銀ナノ粒子が融着した多孔質膜(樹脂成型体2)を示す。
(5)第5工程
その後、液温40℃の無電解銅めっき浴に浸漬することで、下地配線として転写された触媒に対して銅がめっき成長し、導体パターン4が形成できた。
[Example 3]
Example 3 corresponds to the third embodiment.
(1) 1st process The fluorine coating agent (Fluorosurf FG-5010) was coated on the shaping | molding die, and the hydrophobic film | membrane was formed. A hydrophilic pattern was formed by removing the hydrophobic film in a pattern with an excimer laser.
A silver colloid aqueous solution of less than 100 nm (Fine Sphere SVW102 (manufactured by Nippon Paint)) was supplied onto the mold on which the hydrophilic / hydrophobic pattern was formed and air blown to attach the silver colloid aqueous solution only to the hydrophilic pattern portion.
(2) 2nd process Then, the silver nanoparticle was deposited only in the hydrophilic pattern part by volatilizing a solvent.
(3) 3rd process The above-mentioned
(4) Fourth Step Thereafter, the mold is heated under the condition of 200 ° C., and the silver nanoparticles are fused, and a thermosetting liquid epoxy resin (CEL-C-7700) is placed in the mold. ) And cured at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes.
After curing, the epoxy resin was peeled off from the mold, so that the silver nanoparticles were fused to form a porous film and transferred onto the pattern on the epoxy resin side. In the enlarged longitudinal sectional view of FIG. 5B,
(5) Fifth Step Thereafter, by immersing in an electroless copper plating bath having a liquid temperature of 40 ° C., copper was grown on the catalyst transferred as the underlying wiring, and the
[実施例4]
本実施例も第3の実施形態に対応する。
(1)第1工程
成形用型上にフッ素コーティング剤(フロロサーフFG−5010)をコーティングし、疎水膜を形成した。この疎水膜に対してエキシマレーザーによりパターン状に除去加工を施すことで親水パターンを形成した。
この親疎水パターンを形成した成形型上に100nm未満の銀コロイド水溶液(ファインスフィアSVW102(日本ペイント製))を供給し、エアーブローすることで、銀コロイド水溶液を親水パターン部のみに付着させた。
(2)第2工程
その後、溶媒を揮発させることにより、銀ナノ粒子を親水パターン部のみに析出させた。この析出厚みを約1μmまで厚付けした。
その後、型を200℃の条件で加熱することで銀ナノ粒子は融着し、型上にて銀が融着した多孔質膜の導体パターン4を形成することができた。
(3)第3工程
成形用型内に前述のインサート部材3を位置決めした。
(4)第4工程
成形用型内に熱硬化型液状エポキシ樹脂(CEL−C−7700)を供給し、200℃の温度で30分間の硬化条件で硬化させた。
硬化後、成形用型からエポキシ樹脂を剥離することにより、銀ナノ粒子が融着して多孔質膜を形成した状態でエポキシ樹脂側に導体パターン4を転写することができた。
(5)第5工程
その後、ピロリン酸浴銅メッキにて電流密度は4A/dm2、20℃で理論厚さ10μmとなるように配線パターン4を形成した。
[Example 4]
This example also corresponds to the third embodiment.
(1) 1st process The fluorine coating agent (Fluorosurf FG-5010) was coated on the mold for forming, and a hydrophobic film was formed. A hydrophilic pattern was formed by removing the hydrophobic film in a pattern with an excimer laser.
A silver colloid aqueous solution of less than 100 nm (Fine Sphere SVW102 (manufactured by Nippon Paint)) was supplied onto the mold on which the hydrophilic / hydrophobic pattern was formed, and air blown to attach the silver colloid aqueous solution only to the hydrophilic pattern portion.
(2) 2nd process Then, the silver nanoparticle was deposited only in the hydrophilic pattern part by volatilizing a solvent. The deposition thickness was increased to about 1 μm.
Thereafter, the silver nanoparticle was fused by heating the mold at 200 ° C., and a
(3) 3rd process The above-mentioned
(4) Fourth Step A thermosetting liquid epoxy resin (CEL-C-7700) was supplied into the molding die and cured at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes.
After curing, the epoxy resin was peeled from the molding die, whereby the
(5) Fifth Step Thereafter, a
1 立体回路基板、2 樹脂成型体、3 インサート部材、4 導体配線、5 電子素子、12 目印、22 ダイボンディング、23 ワイヤボンディング、41 機能性デバイス、51 金属ナノ粒子、52 成型用型 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D circuit board, 2 resin molding, 3 insert member, 4 conductor wiring, 5 electronic element, 12 mark, 22 die bonding, 23 wire bonding, 41 functional device, 51 metal nanoparticle, 52 mold for molding
Claims (15)
前記樹脂成形体の少なくとも前記電子素子の実装部の下部又は側部に設けられ、前記樹脂成形体より線膨張係数が小さい材料又は前記樹脂成形体より熱伝導率が高い材料で構成されるインサート部材を備え、前記インサート部材の凹凸形状が形成されている表面に前記樹脂成形体が形成されることを特徴とする立体回路基板。 Conductor wiring is formed on the surface of the resin molded body, and a three-dimensional circuit board on which electronic elements are mounted on the surface of the resin molded body,
An insert member that is provided in at least a lower portion or a side portion of the mounting portion of the electronic element of the resin molded body and is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the resin molded body or a material having higher thermal conductivity than the resin molded body The molded circuit board is characterized in that the resin molded body is formed on the surface of the insert member where the irregular shape is formed .
前記樹脂成形体の少なくとも前記電子素子の実装部の下部又は側部に設けられ、前記樹脂成形体より線膨張係数が小さい材料又は前記樹脂成形体より熱伝導率が高い材料で構成されるインサート部材を備え、前記インサート部材は着磁性を有し、
前記インサート部材の表面に前記樹脂成形体が形成されることを特徴とする立体回路基板。 Conductor wiring is formed on the surface of the resin molded body, and a three-dimensional circuit board on which electronic elements are mounted on the surface of the resin molded body,
An insert member that is provided in at least a lower portion or a side portion of the mounting portion of the electronic element of the resin molded body and is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the resin molded body or a material having higher thermal conductivity than the resin molded body The insert member has magnetism,
A molded circuit board, wherein the resin molded body is formed on a surface of the insert member.
内表面の一部に疎水領域が形成され、当該疎水領域外に親水パターンが形成された成形用型に触媒コロイド溶液を供給する第1工程と、 A first step of supplying a catalyst colloid solution to a molding die in which a hydrophobic region is formed on a part of the inner surface and a hydrophilic pattern is formed outside the hydrophobic region;
前記触媒コロイド溶液の溶媒を揮発させて触媒下地配線を形成する第2工程と、 A second step of forming a catalyst base wiring by volatilizing the solvent of the catalyst colloid solution;
表面に樹脂を形成するインサート部材を成形用型内に位置決めする第3工程と、 A third step of positioning an insert member for forming a resin on the surface in the molding die;
前記成形用型内に前記樹脂成形体となる流動性の樹脂を供給して硬化することにより前記触媒下地配線を前記部材表面に転写する第4工程と、 A fourth step of transferring the catalyst base wiring to the surface of the member by supplying and curing a fluid resin to be the resin molded body in the molding die;
無電解めっきで前記触媒下地配線上に前記導体配線を形成する第5工程と、 A fifth step of forming the conductor wiring on the catalyst base wiring by electroless plating;
を備え、With
前記インサート部材は、前記樹脂より線膨張係数が小さい材料又は熱伝導率が高い材料により構成されていることを特徴とする立体回路基板の製造方法。 The method of manufacturing a three-dimensional circuit board, wherein the insert member is made of a material having a smaller linear expansion coefficient or a higher thermal conductivity than the resin.
前記第4工程は、流動性の樹脂を流動性のあるプラスチックとしていることを特徴とする請求項13又は14に記載の立体回路基板の製造方法。 The method of manufacturing a three-dimensional circuit board according to claim 13 or 14, wherein the fourth step uses a fluid resin as a fluid plastic.
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