JP5130833B2

JP5130833B2 - 立体プリント配線板

Info

Publication number: JP5130833B2
Application number: JP2007227737A
Authority: JP
Inventors: 禎志中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP2009060017A

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９を用いて説明する。

図９において、たとえば熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる接続層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合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、２が知られている。
特開２００４−２５３７７４号公報特開２００１−２４４３６８号公報

図９のような従来の多層プリント配線板は、加熱加圧しながら積層する工程で、接続層に用いている熱硬化性樹脂が一旦低粘度化して流動するため、本来接続したい基板の形状の外部に流出するのが一般的である。このとき接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合、接続層の無機フィラーごと流出してしまうため、無機フィラーの粒子が接続層よりはみ出して、ゴミや異物となって基板面に付着したり残留したり、基板形成後も無機フィラー粒子が脱落して基板表面を汚染したりするおそれがあ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た形状の異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、厚みが３０〜３００μｍの接続層とを有し、前記接続層は、熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマーが分散されてなる絶縁層からなり、前記接続層における前記無機フィラーの含有率は、７０〜９０重量％であり、この絶縁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たビアを有する立体プリント配線板であって、前記接続層の外周端面から１０〜１００μｍの部分に形成されたフィレット層は前記絶縁層からフローした前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板である。

このような構成にすることにより、接続層に熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物を用いた場合においても基板表面に無機フィラー粒子が流出することが防止でき、無機フィラーの粒子がゴミや異物となって基板面に付着したり残留したり、基板形成後も無機フィラー粒子が脱落して基板表面を汚染したりするおそれが無くなるため、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く、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実装体が形成できるプリント配線板を高歩留まりで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実装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と拡大断面図である。本実施の形態の立体プリント配線板は、たとえばガラス織布とエポキシ系樹脂の複合材からなり、表層に配線が形成され互いに形状の異なる上側プリント配線板１と、下側プリント配線板２と、厚みが３０〜３００μｍの接続層３で構成され、上側プリント配線板１と下側プリント配線板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。

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り、この絶縁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。無機フィラーの含有量が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ため不適切である。

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。

本発明の立体プリント配線板について、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の立体プリント配線板の一例を示す断面図である。本発明では、図２に示すように、接続層３の外周端面から１０〜１００μｍの部分は、熱硬化性樹脂のみのフィレット層１２で構成されている。この構成を取ることにより接続層３の端面付近のフィレット層１２は樹脂のみであり無機フィラーを含んでいないので、接続層３の無機フィラーの粒子が流出することが無くなり、立体プリント配線板上特に凹部４に無機フィラーの粒子が付着したり残留したり脱落したりすることを防止することができる。

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３〜図５を用いて詳細に説明する。

まず、図３（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３（Ｂ）に示すように、接続層３を上側プリント配線板１の形状に切断し、上側プリント配線板１と下側プリント配線板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３（Ｃ）に示すように、貫通孔９内にたとえば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３（Ｄ）に示すように、接続層３を上側プリント配線板１または下側プリント配線板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、下側プリント配線板２と先に接着させるために下面のＰＥＴフィルム８を剥離しているが、先に上側のＰＥＴフィルム８を剥離してもよい。このとき、両面のＰＥＴフィルム８を同時に剥離すると、未硬化状態の接続層３は破砕しやすいため、取り扱いが困難となる。よって本実施の形態では、いずれか一方の面のＰＥＴフィルム８を剥離する。

次に、図４（Ａ）に示すように、接続層３を下側プリント配線板２の所望の位置に配置し、図４（Ｂ）に示すように、導電性ペースト６を下側プリント配線板２に形成された配線１０上に加熱加圧させながら積層する。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。その後、図４（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。

次に図５（Ａ）に示すように、上側プリント配線板１を接続層３上に配置し、図５（Ｂ）に示すように、図４の工程と同様に加熱加圧させながら積層させる。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図４の工程と同様導電性ペースト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。このとき、加熱加圧によって接続層３がフローするが、無機フィラーが７０〜９０重量％と高い密度で充填されているので、接続層３では無機フィラーはフローせずに熱硬化性樹脂成分のみがフローして、熱硬化性樹脂のみによるフィレット層１２が形成される。このようにして立体プリント配線板１３を完成させる。

なお、一般に、窪みすなわち凹部を有する構造の場合、凹部の隅部分に無機フィラーの粉末を主とする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、上側プリント配線板１、下側プリント配線板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６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、上側プリント配線板１、下側プリント配線板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図ることができる。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。

なお、本発明において、上側プリント配線板１および下側プリント配線板２の両方を樹脂でカバーしてもよい。こうすることにより、ゴミ付着の防止にさらに効果的である。

本発明の接続層３のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、上側プリント配線板１および下側プリント配線板２の熱膨張係数以下、すなわち４〜６５ｐｐｍ／℃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。

熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃未満の場合、シリコンなどの実装部品５の熱膨張係数よりも小さくなるので不適切である。６５ｐｐｍ／℃を超える場合、または上側プリント配線板１および下側プリント配線板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反りや変形が発生しやすくなるので不適切である。

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℃以上もしくは上側プリント配線板１および下側プリント配線板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、導電性ペースト６が硬化をはじめ、形状を維持できるようになる前に積層時に接続層３が溶融しやすくなり、その結果ビア流れが発生しやすくなるので不適切である。

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ので不適切である。

接続層３の最低溶融粘度は、図７の溶融粘度曲線に示すように、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓが適切である。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ので不適切である。

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は、熱硬化性樹脂に無機フィラーの他にエラストマー成分が分散されていてもよい。この場合、プレス工程における無機フィラーのフロー性をさらに抑制することができるので、本発明においてさらに効果的である。

本発明におけるエラストマー成分は、たとえばポリブタジエン又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。含有量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．５〜４．５重量％が好ましい。

また、接続層３の溶融温度よりも低い溶融温度の離型シートを用い、基板表面形状に沿うようにカバーしてもよい。こうすることにより、プレス時における接続層３における熱硬化性樹脂が凹部４内に流れるのをせき止めることができる。

なお、上側プリント配線板１および下側プリント配線板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、上側プリント配線板１および下側プリント配線板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ール、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のように上側プリント配線板１の形状を下側プリント配線板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８に示すように外枠が同一形状で上側プリント配線板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および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および断面図従来のプリント配線板の断面図

１上側プリント配線板
２下側プリント配線板
３接続層
４凹部
５実装部品
６導電性ペースト
７ビア
８ＰＥＴフィルム
９貫通孔
１０配線
１１永久レジスト
１２フィレット層
１３立体プリント配線板

Claims

表層に配線が形成された形状の異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、厚みが３０〜３００μｍの接続層とを有し、前記接続層は、熱硬化性樹脂に無機フィラーとエラストマーが分散されてなる絶縁層からなり、前記接続層における前記無機フィラーの含有率は、７０〜９０重量％であり、この絶縁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たビアを有する立体プリント配線板であって、前記接続層の外周端面から１０〜１００μｍの部分に形成されたフィレット層は前記絶縁層からフローした前記熱硬化性樹脂のみで構成されていることを特徴とする立体プリント配線板。
接続層における無機フィラーの粒径は、１〜１５μｍであり、エラストマーは、ポリブタジエン又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である請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層におけるエラストマーの含有量は、０．５〜４．５重量％である請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層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うち少なくとも一種以上からなる請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層のガラス転移点以下の温度における熱膨張係数は、４〜６５ｐｐｍ／℃もしくはプリント配線板の熱膨張係数よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層のガラス転移点（ＤＭＡ法）は、１８５℃以上もしくはプリント配線板のガラス転移点よりも１０℃以上高いことを特徴とする、請求項１または２に記載の立体プリント配線板。
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。
接続層の最低溶融粘度は、１０００〜１０００００Ｐａ・ｓであることを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層およびプリント配線板の壁面は、５〜３０μｍの厚みの絶縁性被膜で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の立体プリント配線板。
絶縁性被膜は耐電防止剤が含有されている請求項９に記載の立体プリント配線板。
複数のプリント配線板は、樹脂で被覆されている請求項１に記載の立体プリント配線板。
接続層は、着色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。