JP2007266481A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル基板に設けられた配線と補強基板中の配線との接続信頼性を向上させる。
【解決手段】フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４とが接着層１０５ｂを介して積層された多層基板において、フレキシブル配線基板１００は、絶縁フィルム１０１と、絶縁フィルム１０１の一方の面に設けられた金属層からなるめっきランド１０３ａと、を含む。また、補強用金属体１０４の一方の面に、表面めっき１０３ｃが設けられている。フレキシブル配線基板１００から接着層１０５ｂにわたって、フレキシブル配線基板１００および接着層１０５ｂを貫通するビア１０６が設けられ、めっきランド１０３ａを層状に被覆する半田層１０９ｂが、ビア１０６に埋設されるとともに、めっきランド１０３ａおよび表面めっき１０３ｃに接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、多層基板に関し、特に、フレキシブル基板と導体基板とが積層された基板に関する。

近年、携帯電話機等の電子機器の小型化・軽量化・多機能化に伴い、これらの電子機器を構成する回路基板としてマイクロストリップライン構造を有するフレキシブル配線基板が広く使用されている。フレキシブル配線基板はフレキシビリティを求められる一方、部品実装箇所の強度・平坦度も求められ、その補強材料として一般的にガラスエポキシ樹脂やSUS（ステンレス材）を用いる。

フレキシブル配線基板と補強用金属体との積層構造体としては、従来、フレキシブル配線基板と補強用金属体とが導通接触していない単なる積層の構造、および積層構造に導通接触をもたせた構造の二種類が挙げられる。

フレキシブル配線基板と補強用金属体とを導通させた構造として、従来、特許文献１および特許文献２に記載のものがある。

このうち、特許文献１には、フレキシブルプリント基板にスルーホールを設け、このスルーホールを介してフレキシブルプリント基板の配線パターンとメタルコア配線基板のリード端子とを半田によって接続することが記載されている。

また、特許文献２には、表面に配線パターンが形成された補強用基板と、表面に配線パターンが形成されたフレキシブル基板との積層体において、フレキシブル基板のスルーホールに半田を充填し、両基板の配線パターンを導通させることが記載されている。
特開昭６２−０２２４９７号公報 特開平７−２４９８７２号公報

ところが、上述した特許文献１および特許文献２に記載の技術においてもなお、フレキシブル基板に設けられた配線パターンと補強用基板中の導電材料との接続信頼性の点で改善の余地があった。

本発明によれば、
絶縁材料により構成されたフィルムと、
該フィルムの一方の面に設けられ、金属層により構成された第一配線パターンと、
を含むフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に積層される補強基板と、
前記フレキシブル基板と前記補強基板との間に設けられて、前記フレキシブル基板と前記補強基板とを接着する絶縁性の接着層と、
前記第一配線パターンを層状に被覆する半田層と、
を含み、
前記フレキシブル基板から前記接着層にわたって、前記フレキシブル基板と前記接着層とを貫通する貫通孔が設けられ、
前記半田層が、前記貫通孔に埋設されるとともに、前記第一配線パターンおよび前記補強基板における導電部材に接続された多層基板が提供される。

本発明によれば、半田層が第一配線パターンを層状に被覆するとともに、フレキシブル基板と接着層とを貫通する貫通孔に半田層が埋め込まれている。このため、フレキシブル基板に設けられた第一配線パターンと補強基板における導電部材との接続信頼性を向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、フレキシブル基板に設けられた配線と補強基板における導電部材との接続信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、本実施形態における小型電子機器の構成を示す斜視図である。
図１に示した小型電子機器は、給電ポイント１１をもつ主基板１２と、周辺回路基板として機能するフレキシブル配線基板１００とを有する。フレキシブル配線基板１００は、補強用金属体１０４との積層体となっている。

主基板１２とフレキシブル配線基板１００とは、通常、主基板１２上のコネクタ１４とフレキシブル配線基板１００上のコネクタ１５を嵌合させて、接続される。また、給電ポイント１１は、主基板１２の側に設けられており、フレキシブル配線基板１００が給電ポイント１１と別構成の基板であるため、コネクタ１４以外のポイントであるピンコネクタ１３を用いてグランド強化を図ることもできる。こうすれば、フレキシブル配線基板１００が給電ポイント１１を有しない場合にも、電気的にグランドが弱い等、ノイズの影響を受けたり、ノイズの原因となることへの対策として効果的である。この対策のため、フレキシブル配線基板１００の裏面１６、すなわち主基板１２と上下重なる面は、フレキシブル配線基板１００のグランドと導通接触可能な構成とすることが好ましい。

次に、図１に示した小型電子機器におけるフレキシブル配線基板１００の構成を説明する。図４は、フレキシブル配線基板１００と補強用金属とが積層した多層基板の構成を示す断面図である。

図４に示した積層基板は、絶縁材料により構成されたフィルム（絶縁フィルム１０１）と、絶縁フィルム１０１の一方の面に設けられ、金属層により構成された第一配線パターン（銅箔１０２ａ）と、を含むフレキシブル基板（フレキシブル配線基板１００）と、一方の面に第二配線パターン（表面めっき１０３ｃ）が形成された補強基板（補強用金属体１０４）と、フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４との間に設けられて、フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４とを接着する絶縁性の接着層１０５ｂと、銅箔１０２ａを層状に被覆する半田層１０９ｂと、を含む。めっきランド１０３ａと半田層１０９ｂとの間に、銅箔１０２ａが介在している。

フレキシブル配線基板１００は、たとえば、絶縁性樹脂フィルムからなる絶縁基材（絶縁フィルム１０１）に銅箔配線層（銅箔１０２ａ）、ビア１０６およびランド（めっきランド１０３ａ）が形成された片面銅箔配線を有する。フレキシブル配線基板１００において、ベースとなる絶縁フィルム１０１の片面に銅箔１０２ａが設けられている。銅箔１０２ａは所定の平面パターンを有し、信号配線やグランド配線を構成している。銅箔１０２ａに接して、銅箔１０２ａを被覆するめっきランド１０３ａが層状に形成されている。隣り合うめっきランド１０３ａの間には、絶縁フィルム１０８とそれを接着する接着剤１０７とが積層されており、めっきランド１０３ａ間が絶縁されている。

補強用金属体１０４は、たとえばＳＵＳ（ステンレス材）等により構成された金属基板をはじめとする導体基板である。補強用金属体１０４には、予め所定の表面処理がされていてもよい。補強用金属体１０４の一方の面の所定の位置に、表面めっき１０３ｃが層状に形成されている。表面めっき１０３ｃは、配線層として機能し、所定の平面パターンを有する。また、接着層１０５ｂは、たとえば熱硬化性樹脂により構成することができる。

また、図４に示したように、フレキシブル配線基板１００から接着層１０５ｂにわたって、フレキシブル配線基板１００と接着層１０５ｂとを貫通する貫通孔（ビア１０６）が設けられている。ビア１０６は、接着層１０５ｂにおいて拡径しており、接着層１０５ｂにおいて、表面めっき１０３ｃの面方向に張り出した張出部を有する。また、フレキシブル配線基板１００において、ビア１０６は、めっきランド１０３ａから接着層１０５ｂに向かって狭径したテーパ形状となっている。つまり、ビア１０６は、めっきランド１０３ａから接着層１０５ｂに向かってテーパ状に縮径した後、接着層１０５ｂにおいて、拡径している。ビア１０６の内壁はスルーホールめっき１０３ｂにより被覆されている。スルーホールめっき１０３ｂは、めっきランド１０３ａと同一工程で形成されたものであってもよいし、別工程で形成されたものであってもよい。別工程とする場合、たとえば、スルーホールめっき１０３ｂは銅箔処理により形成されてもよい。

半田層１０９ｂは、ビア１０６に埋設されるとともに、銅箔１０２ａおよび補強用金属体１０４における導電部材（表面めっき１０３ｃ）に接続されている。また、補強用金属体１０４が導電性を有するため、半田層１０９ｂは、銅箔１０２ａと補強用金属体１０４とを電気的に接続している。

半田層１０９ｂは、スルーホールめっき１０３ｂ上を被覆する配線領域と、ビア１０６中に埋め込まれたプラグ領域と、を有し、これらが連続一体に形成されている。ここで、連続一体とは、連続部材として一体に形成されていることをいい、接合部分を有しないことが好ましい。プラグ領域から配線領域に半田層１０９ｂが張り出した構成となっているため、めっきランド１０３ａと半田層１０９ｂとの接合面積が大きく、接続信頼性に優れた構成となっている。

また、半田層１０９ｂは、プラグ領域において、絶縁フィルム１０１の裏面に接するとともに絶縁フィルム１０１の外方に延出して接着層１０５ｂの面内方向に張り出した庇部を有する。庇部を有するため、表面めっき１０３ｃとの接合面積が増大し、接合信頼性に優れた構成となっている。

また、図４において、めっきランド１０３ａ中の金属と半田層１０９ｂ中の金属と合金を形成し、銅箔１０２ａと半田層１０９ｂとの間に合金層１１０を含む。合金層１１０は、半田層ｂ１０９を構成する金属元素を含む。また、めっきランド１０３ａおよびスルーホールめっき１０３ｂをたとえば金めっきとすることにより、スルーホールめっき１０３ｂを構成する金属元素と半田層１０９ｂを構成する金属元素とを含む合金を確実に形成することができる。なお、銅箔１０２ａと半田層１０９ｂとの間に存在する合金は、必ずしも層状でなくてもよい。銅箔１０２ａ上に合金層１１０を設けることにより、半田層１０９ｂと銅箔１０２ａとの接続信頼性をさらに向上させることができる。

次に、図４に示した積層基板の製造方法を説明する。この積層基板は、フレキシブル配線基板１００の絶縁基材（絶縁フィルム１０１）および銅箔配線層（めっきランド１０３ａ）にビア１０６を設け、フレキシブル配線基板１００に形成されためっきランド１０３ａ上への部品搭載時の半田をそのビア１０６に埋め込み、フレキシブル配線基板１００に積層された補強用金属体１０４とを導通接触させることにより得られる。

図２および図３は、図４に示した積層基板の製造工程を示す断面図である。以下、図２〜図４を参照してさらに詳細に説明する。

まず、フレキシブル配線基板１００、補強用金属体１０４および接着層１０５ｂを準備する。
フレキシブル配線基板１００については、図２に示したように、部品が搭載される際に、図３を参照して後述する工程で半田塗布されてはいけない絶縁フィルム１０８部分を半田マスク（不図示）によりマスキングする。なお、絶縁フィルム１０８は、銅箔１０２ａ中に埋設された接着剤１０７を介して銅箔１０２ａ上に接着されている。

そして、絶縁フィルム１０８が設けられた領域以外の領域において、フレキシブル配線基板１００のベースとなる絶縁フィルム１０１の片面のみに銅箔１０２ａを積層する。また、フレキシブル配線基板１００の所定の位置に、たとえばドリル加工にてビアを形成し、ビアの表面にスルーホールめっき１０３ｂを表面処理にて施す。ただし、スルーホールめっき１０３ｂに関しては表面処理ではなく、銅箔１０２ａと同様に銅箔処理として実施してもよい。

また、補強用金属体１０４となる金属基板の表面の所定の位置に、表面めっき処理により、表面めっき１０３ｃを形成する。

フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４とを接着する接着層１０５ｂをなす接着剤の材料は、たとえば熱硬化性樹脂とする。また、フレキシブル配線基板１００に形成したビアの位置に対応する位置において、接着層１０５ｂにビアを形成する。このとき、接着層１０５ｂに形成するビアの径をフレキシブル配線基板１００のビア径以上とする。

こうして得られたフレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４とを、接着層１０５ｂを介して積層する。このとき、フレキシブル配線基板１００に形成したビアと補強用金属体１０４に形成したビアの位置に対応させるとともに、これらのビアの位置と表面めっき１０３ｃの位置を対応させる。この状態では、フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４とは導通していない。

次に、図３に示したように、フレキシブル配線基板１００のめっきランド１０３ａ上に、印刷法等の方法でクリーム半田１０９ａを塗布する。なお、めっきランド１０３ａ上の所定の位置に半田マスク（不図示）が設けられている。このとき、めっきランド１０３ａの表面全面に、一様な厚さのクリーム半田１０９ａの層を形成する。半田マスクのビア１０６に対応する領域を開口部とすることで、めっきランド１０３ａ上にクリーム半田１０９ａの層を形成するとともに、ビア１０６の内部にクリーム半田１０９ａを埋め込むことができる。

なお、クリーム半田１０９ａの種類に特に制限はなく、フレキシブル配線基板１００に実装される部品（不図示）の種類に応じて適宜選択することができる。クリーム半田１０９ａは、たとえば、所定の半田粒子とフラックスとを含んでもよい。

つづいて、クリーム半田１０９ａ上に所定の部品（不図示）を実装する。そして、フレキシブル配線基板１００を補強する金属基板である補強用金属体１０４が積層されたフレキシブル配線基板１００をリフローする。その後、図４に示したように、クリーム半田１０９ａが硬化して、半田層１０９ｂとなる。また、部品ランド上のめっき１０３ａとスルーホールめっき１０３ｂと積層金属体上のめっき１０３ｃの各めっき層中に含まれる金属が、半田層１０９ｂ中に含まれる金属と合金（合金層１１０）を形成する。こうして、半田層１０９ｂと銅箔１０２ａとが導通接触することができ、フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４の積層導通接触が実現される。

以上により、片面銅箔配線のフレキシブル配線基板１００の配線つまり銅箔１０２ａと補強用金属体１０４とを半田により導通接触させることができる。

なお、本実施形態において、積層基板の平面形状は、積層基板が適用される電子機器の構成に応じて適宜設計することができる。図５は、積層基板の平面形状の一例を示す斜視図である。図５においては、矩形のフレキシブル配線基板１００の中央部に絶縁フィルム１０８が設けられており、絶縁フィルム１０８上に複数のコネクタ１４が設けられている。

本実施形態によれば、片面配線のフレキシブル配線基板１００を用いるとともに、絶縁フィルム１０８および銅箔１０２ａを貫通するビア１０６を設け、フレキシブル配線基板１００に形成されためっきランド１０３ａ上への部品搭載時に層状に形成される半田をそのビア１０６に埋め込んだ構成となっている。このため、片面のみに銅箔配線が設けられたフレキシブル配線基板１００を用いた場合にも、補強用金属体１０４と銅箔１０２ａとの良好な導通接触を確保し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、積層基板を薄型化するおとができる。

ここで、本実施形態の構成の参照として、両面銅箔配線のフレキシブル配線基板に補強用金属体を積層させた構成について説明する。
図６は、両面に配線を有するフレキシブル配線基板と補強用金属体との積層導通接触方法を説明する断面図である。
図６においては、フレキシブル配線基板２００のベースとなる絶縁フィルム２０１の片面に銅箔２０２ａが形成され、その反対面に銅箔２０２ｂが形成されている。これらの銅箔は、信号配線やグランド配線を構成する。

また、銅箔２０２ａ上にめっき２０３ａが表面処理にて施されている。また、フレキシブル配線基板２００は銅箔２０２ａと銅箔２０２ｂとを接続する為にドリル加工により設けられたビア２０６を有する。ビア２０６の表面に、スルーホールめっき２０３ｂが表面処理にて施されている。

隣り合うめっき２０３ａの間には絶縁フィルム２０８とそれを接着する接着剤２０７が積層されている。そのフレキシブル配線基板２００に積層される補強用金属体２０４にはあらかじめ表面処理がされており、表面上にはめっき２０３ｃが積層される。そうしたフレキシブル配線基板２００と補強用金属体２０４とを導電性接着剤２０５ａにて接着し、導通接触を持たせている。

図６に示したように、両面に銅箔配線を形成したフレキシブル配線基板に補強用金属体を積層し、接着材料として導電性接着剤を使用した積層させた構成とすると、フレキシブル配線基板を両面銅箔配線にすることにより基板厚が厚くなる、基板コストが高くなる、リフローに耐え得る導電接着剤の使用が容易ではない、等の理由で、小型化、軽量化および低価格化の方向性に相反する懸念があるのに対し、図１〜図４を参照して前述した構成とすることにより、これらを回避することができる。

なお、本実施形態の積層基板の用途に特に限定はないが、たとえば、携帯電話機等の電子機器を構成する回路基板として用いることができる、本実施形態の積層基板を用いることにより、フレキシブル配線基板と補強用金属体との電気的な接続信頼性を向上させるとともに、部品実装箇所の強度および平坦度を向上させることができる。特に、本実施形態では、めっきランド１０３ａの表面全面を半田が略一定の厚さで層状に被覆しているため、フレキシブル配線基板１００の表面の平坦性の高い構成となっている。

また、本実施形態では、部品搭載時の半田塗布と同時にビア１０６への半田埋めが可能であり、それによって導通接触ができるため、フレキシブル配線基板１００と補強用金属体１０４を積層し、導通接触される際に生産・製造工程を増加させないようにできる。

また、本実施形態では、めっきランド１０３ａ上に層状に設けられた半田とビア１０６中に埋設された半田とが一体であるとともに、補強用金属体１０４側において、ビア１０６中の半田が面内方向に張り出した構成となっている。このため、フレキシブル配線基板１００側と補強用金属体１０４側の両側において、半田とめっき（めっきランド１０３ａまたは表面めっき１０３ｃ）との接合面積が大きく、接続信頼性に優れた構成となっている。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、以上においては、補強用金属体１０４としてＳＵＳ（ステンレス材）を上げたが、銅、アルミニウム、鉄等の金属や、他の導電材料を適用することもできる。また、以上においては、補強用金属体１０４上に表面めっき１０３ｃが設けられた構成を例に説明したが、表面めっき１０３ｃが設けられておらず、半田層１０９ｂが補強用金属体１０４に直接接する構成としてもよい。

また、以上においては、めっきランド１０３ａおよびスルーホールめっき１０３ｂにおけるめっき材料として、半田と合金の形成される金めっきを上げたが、半田めっきでも適用可能である。

また、以上においては、ビア１０６を形成する際の加工方法としてドリル加工を上げたが、レーザー加工等、他の加工方法も適用可能とする。

さらに、以上においては、隣合うめっきランド１０３ａの間に形成される材料として、絶縁フィルム１０８とそれを接着する接着剤１０７との積層構造を例示したが、これに代えて、レジストを所定の形状にパターニングしてもよい。

本実施形態における小型電子機器の構成を示す斜視図である。 本実施形態における積層基板の構成を説明する断面図である。 本実施形態における積層基板の積層導通接触方法を説明する断面図である。 本実施形態における積層基板の構成を示す断面図である。 本実施形態における積層基板の構成を示す斜視図である。 本実施形態における積層基板の構成を示す断面図である。

符号の説明

１１ 給電ポイント
１２ 主基板
１３ ピンコネクタ
１４ コネクタ
１５ コネクタ
１６ 裏面
１００ フレキシブル配線基板
１０１ 絶縁フィルム
１０２ａ 銅箔
１０３ａ めっきランド
１０３ｂ スルーホールめっき
１０３ｃ 表面めっき
１０４ 補強用金属体
１０５ｂ 接着層
１０６ ビア
１０７ 接着剤
１０８ 絶縁フィルム
１０９ａ クリーム半田
１０９ｂ 半田層
１１０ 合金層
２００ フレキシブル配線基板
２０１ 絶縁フィルム
２０２ａ 銅箔
２０２ｂ 銅箔
２０３ａ めっき
２０３ｂ スルーホールめっき
２０３ｃ めっき
２０４ 補強用金属体
２０５ａ 導電性接着剤
２０６ ビア
２０７ 接着剤
２０８ 絶縁フィルム

Claims (6)

1. 絶縁材料により構成されたフィルムと、
   該フィルムの一方の面に設けられ、金属層により構成された第一配線パターンと、
   を含むフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板に積層される補強基板と、
   前記フレキシブル基板と前記補強基板との間に設けられて、前記フレキシブル基板と前記補強基板とを接着する絶縁性の接着層と、
   前記第一配線パターンを層状に被覆する半田層と、
   を含み、
   前記フレキシブル基板から前記接着層にわたって、前記フレキシブル基板と前記接着層とを貫通する貫通孔が設けられ、
   前記半田層が、前記貫通孔に埋設されるとともに、前記第一配線パターンおよび前記補強基板における導電部材に接続された多層基板。
2. 請求項１に記載の多層基板において、
   前記補強基板が導体基板である多層基板。
3. 請求項１または２に記載の多層基板において、
   前記補強基板の前記フレキシブル基板との対向面に、第二配線パターンが設けられ、前記半田層が、前記第一および第二配線パターンに接続された多層基板。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の多層基板において、
   前記第一配線パターンと前記半田層との間に、前記半田層を構成する金属元素を含む合金を含む多層基板。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の多層基板において、
   前記貫通孔が、前記接着層において拡径している多層基板。
6. 請求項１乃至５いずれかに記載の多層基板において、
   前記フレキシブル基板において、前記貫通孔が、前記第一配線パターンから前記接着層に向かって狭径したテーパ形状を有する多層基板。
   

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