JP2014007197A - 部品実装基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リフロー工程やアンダーフィル工程が不要で電子部品や基板への温度負荷を小さくし、実装部分の接続安定性を向上させて基板の接続信頼性を高める。
【解決手段】部品実装基板１は、基板の表層に形成された接着層４１と、接着層４１上に形成された、電子部品１１０，１２０の実装箇所が開口された部品実装部４２，４３を有するフィルム材４０と、接着層４１における基板の配線１２ａ，１２ｂ上のビア開口４５に充填形成された導電性ペーストビア４４と、導電性ペーストビア４４に電極１１１，１２１が接続されるようにフィルム材４０の部品実装部４２，４３内の接着層４１上に実装された電子部品１１０，１２０とを備え、電子部品１１０，１２０の電極１１１，１２１と導電性ペーストビア４４とが直接接続されている。
【選択図】図１
【解決手段】部品実装基板１は、基板の表層に形成された接着層４１と、接着層４１上に形成された、電子部品１１０，１２０の実装箇所が開口された部品実装部４２，４３を有するフィルム材４０と、接着層４１における基板の配線１２ａ，１２ｂ上のビア開口４５に充填形成された導電性ペーストビア４４と、導電性ペーストビア４４に電極１１１，１２１が接続されるようにフィルム材４０の部品実装部４２，４３内の接着層４１上に実装された電子部品１１０，１２０とを備え、電子部品１１０，１２０の電極１１１，１２１と導電性ペーストビア４４とが直接接続されている。
【選択図】図１
Description
この発明は、電子部品が表面実装された部品実装基板及びその製造方法並びに部品実装基板実装体に関する。
一般的に、電子部品の基板への実装には半田材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。近年は環境面に考慮して、鉛（Ｐｂ）フリータイプの半田が主流となっているが、通常、半田は接続信頼性は高いが、融点が２００℃以上と高いこと、再加熱時に再溶融することなどを考慮して使用する必要がある。
しかしながら、現状の半田使用に際しては、部品実装に関して半田接続時やリフロー時、アンダーフィル時などの温度変化が大きく、電子部品や基板への温度負荷が大きいという問題がある。特に、アンダーフィル後の樹脂中にボイド等の不良があると、２次実装のリフロー時に再溶融した半田が流れ込み、実装部分の破損に繋がるおそれがあるという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、リフロー工程やアンダーフィル工程が不要で電子部品や基板への温度負荷を小さくし、実装部分の接続安定性を向上させて基板の接続信頼性を高めることができる部品実装基板及びその製造方法並びに部品実装基板実装体を提供することを目的とする。
本発明に係る部品実装基板は、樹脂基材に配線パッドを含む配線パターン及びビアが形成されたプリント配線板を複数積層すると共に電子部品を表面実装してなる部品実装基板であって、基板の表層に形成され前記配線パッドの上にビア開口が形成された接着層と、前記接着層における前記ビア開口に形成された導電性ペーストビアと、前記導電性ペーストビアに電極が直接接続される前記接着層上に実装された電子部品とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る部品実装基板によれば、電子部品が、基板の表層に形成された接着層上に、接着層における基板の配線パッド上のビア開口に充填形成された導電性ペーストビアに電極が接続されるように実装されるので、半田材料が不要でリフロー及びアンダーフィル工程がなくても電子部品を確実に実装することができる。これにより、実装部分の接続安定性を向上させ、基板の接続信頼性を高めることができる。
本発明に係る部品実装基板実装体は、上記部品実装基板を実装基板の実装面上に実装したものである。
本発明に係る部品実装基板の製造方法は、樹脂基材に配線パッドを含む配線パターン及びビアが形成されたプリント配線板を複数積層すると共に電子部品を表面実装してなる部品実装基板の製造方法であって、複数の樹脂基材に前記配線パターン及びビアの少なくとも一つを形成して複数のプリント配線板を形成する工程と、表層となる前記プリント配線板の表面に、前記配線パッドの上にビア開口が形成された接着層を形成する工程と、前記接着層における前記ビア開口に導電性ペーストを充填し、導電性ペーストビアを形成する工程と、前記導電性ペーストビアに電極が直接接続されるように前記電子部品を前記接着層上に実装する工程と、前記電子部品が実装された前記プリント配線板上に副資材を配置して複数の前記プリント配線板を２００℃以下の温度で熱圧着して一括積層する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る部品実装基板の製造方法によれば、上記部品実装基板と同様の作用効果を奏すると共に、２００℃以下の温度で熱圧着して一括積層するので、電子部品や基板への温度負荷を低減することができる。
本発明によれば、リフロー工程やアンダーフィル工程が不要で電子部品や基板への温度負荷を小さくし、実装部分の接続安定性を向上させて基板の接続信頼性を高めることができる。
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る部品実装基板及びその製造方法並びに部品実装基板実装体を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る部品実装基板を示す断面図である。図１に示すように、部品実装基板１は、第１プリント配線板１０と、第２プリント配線板２０と、第３プリント配線板３０とを備える。
また、部品実装基板１は、表層の第１プリント配線板１０上に実装された複数の電子部品１１０，１２０を備える。部品実装基板１は、第１〜第３プリント配線板１０〜３０と、電子部品１１０，１２０とを熱圧着により一括積層した構造を備えている。電子部品１１０，１２０は、第１プリント配線板１０の表面上に接着層４１を介して配置されたフィルム材４０に形成された開口からなる部品実装部４２，４３において、電極１１１，１２１が導電性ペーストビア４４と直接接続される状態で接着層４１上に実装されている。
第１、第２及び第３プリント配線板１０，２０，３０は、それぞれ第１、第２及び第３樹脂基材１１，２１，３１と、これら第１〜第３樹脂基材１１〜３１の少なくとも片面に形成された配線１２ａ，１２ｂ，２２，３２と、例えば第１及び第２樹脂基材１１，２１に形成されたビアホール２内に充填形成された導電性ペーストからなる層間接続用ビア１３，２３とを備える。これら第１〜第３プリント配線板１０〜３０は、片面ＣＣＬや両面ＣＣＬで構成することができる。
第１〜第３樹脂基材１１〜３１は、それぞれ例えば厚さ２５μｍ程度の樹脂フィルムにより構成されている。樹脂フィルムとしては、例えばポリイミド、ポリオレフィン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などを用いることができる。配線１２ａ，１２ｂ，２２，３２は、例えばパターン形成された銅箔からなる。なお、第１プリント配線板１０の配線１２ａ，１２ｂの図示部分は、電子部品１１０，１２０の電極１１１，１２１と電気的に接続される配線パッドとして機能する。
電子部品１１０は、例えばトランジスタ、集積回路（ＩＣ）、ダイオード等の半導体素子からなる。電子部品１２０は、抵抗器、コンデンサ、リレー、圧電素子等からなる。図１に示す電子部品１１０は、例えば再配線を施したＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）を示している。電子部品１１０の電極形成面１１１ｂには、パッド１１１ｃ上に形成された複数の電極（再配線電極）１１１が設けられ、その周囲には絶縁層１１１ｄが形成されている。
層間接続用ビア１３，２３及び導電性ペーストビア４４は、ビアホール２及び接着層４１の配線１２ａ，１２ｂ上に形成されたビア開口４５内にそれぞれ充填された導電性ペーストからなる。導電性ペーストは、例えばニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、鉄等から選択される少なくとも１種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫、ビスマス、インジウム、鉛等から選択される少なくとも１種類の低融点の金属粒子とを含む。そして、導電性ペーストは、これらの金属粒子に、エポキシ、アクリル、ウレタン等を主成分とするバインダ成分を混合したペーストからなる。
このように構成された導電性ペーストは、含有された低融点の金属が２００℃以下で溶融し合金を形成することができ、特に銅や銀などとは金属間化合物を形成することができる特性を備える。従って、各ビアと配線との接続部は、一括積層の熱圧着時に金属間化合物により合金化される。
なお、導電ペーストは、例えば粒子径がナノレベルの金、銀、銅、ニッケル等のフィラーが、上記のようなバインダ成分に混合されたナノペーストで構成することもできる。その他、導電ペーストは、上記ニッケル等の金属粒子が、上記のようなバインダ成分に混合されたペーストで構成することもできる。
この場合、導電ペーストは、金属粒子同士が接触することで電気的接続が行われる特性となる。導電ペーストのビアホールへの充填方法としては、例えば印刷工法、スピン塗布工法、スプレー塗布工法、ディスペンス工法、ラミネート工法、及びこれらを併用した工法などを用いることができる。なお、第１〜第３プリント配線板１０〜３０及びフィルム材４０は、接着層９及び接着層４１を介して積層されている。接着層９，４１は、例えば熱硬化性樹脂からなる。
次に、本実施形態に係る部品実装基板１の製造方法について説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、部品実装基板の製造方法による製造工程を示すフローチャートである。また、図３〜図６は、部品実装基板を製造工程毎に示す断面図である。なお、第２及び第３プリント配線板２０，３０については、第１プリント配線板１０の製造工程と同様の工程で製造することができるので、特に明記しない限りここでは説明を省略する。
図２Ａ及び図２Ｂは、部品実装基板の製造方法による製造工程を示すフローチャートである。また、図３〜図６は、部品実装基板を製造工程毎に示す断面図である。なお、第２及び第３プリント配線板２０，３０については、第１プリント配線板１０の製造工程と同様の工程で製造することができるので、特に明記しない限りここでは説明を省略する。
まず、図２Ａを参照しながら、第１プリント配線板１０の製造工程について説明する。図３（ａ）に示すように、第１樹脂基材１１の一方の面にベタ状態の銅箔等からなる導体層１２ｃが形成された片面ＣＣＬを準備する（ステップＳ１００）。次に、導体層１２ｃ上にフォトリソグラフィによりエッチングレジストを形成した後にエッチングを行って、図３（ｂ）に示すように、配線１２ａ，１２ｂ等の配線パターンを形成する（ステップＳ１０２）。
ステップＳ１００にて使用する片面ＣＣＬは、例えば厚さ１２μｍ程度の銅箔からなる導体層１２ｃに、厚さ２５μｍ程度の第１樹脂基材１１を貼り合わせた構造からなる。この片面ＣＣＬとしては、例えば公知のキャスティング法により、銅箔にポリイミドのワニスを塗布してそのワニスを硬化させて作製されたものを使用することができる。
その他、片面ＣＣＬとしては、ポリイミドフィルム上にシード層をスパッタリングにより形成し、めっきにより銅を成長させて導体層１２ｃを形成したものや、圧延或いは電解銅箔とポリイミドフィルムとを接着材により貼り合わせて作製されたものなどを用いることもできる。
なお、第１樹脂基材１１は必ずしもポリイミドからなるものである必要はなく、上記のように液晶ポリマー等のプラスチックフィルムからなるものであってもよい。また、ステップＳ１０２でのエッチングには塩化第二鉄や塩化第二銅などを主成分とするエッチャントを用いることができる。
配線パターンを形成したら、図３（ｃ）に示すように、第１樹脂基材１１の配線１２ａ，１２ｂ形成面側と反対側の面に、接着材９ａを加熱圧着により貼り付ける（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４にて貼り付けられる接着材９ａとしては、例えば厚さ２５μｍ程度のエポキシ系熱硬化性フィルムを用いることができる。加熱圧着には真空ラミネータを用い、減圧下の雰囲気中にて接着材９ａが硬化しない温度で０．３ＭＰａの圧力によりプレスしてこれらを貼り合わせることが挙げられる。
なお、接着層９や接着材９ａに用いられる層間接着材は、エポキシ系の熱硬化性樹脂のみならず、アクリル系の接着材や、熱可塑性ポリイミドなどに代表される熱可塑性接着材などが挙げられる。また、層間接着材は必ずしもフィルム状である必要はなく、ワニス状の樹脂を塗布したものであってもよい。これは、接着層４１についても同様である。
そして、図３（ｄ）に示すように、貼り付けた接着材９ａ側から、例えば配線１２ａに向かって、例えばＵＶ−ＹＡＧレーザ装置を用いてレーザ光を照射して、接着材９ａ及び第１樹脂基材１１を貫通するビアホール２を所定箇所に形成する（ステップＳ１０６）。なお、形成されたビアホール２内には、形成後に例えばプラズマデスミア処理が施される。
ステップＳ１０６にて形成されるビアホール２は、その他、炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）やエキシマレーザなどで形成してもよいし、ドリル加工や化学的なエッチングなどにより形成してもよい。また、デスミア処理は、ＣＦ４及びＯ２（四フッ化メタン＋酸素）の混合ガスにより行うことができるが、Ａｒ（アルゴン）などのその他の不活性ガスを用いることもでき、いわゆるドライ処理ではなく、薬液を用いたウェットデスミア処理としてもよい。
ビアホール２を形成したら、図３（ｅ）に示すように、形成したビアホール２内に、例えばスクリーン印刷等により上述したような導電性ペーストを充填して層間接続用ビア１３を形成し（ステップＳ１０８）、接着層９が備えられた第１樹脂基材１１を有する第１プリント配線板１０を製造する。なお、第２及び第３プリント配線板２０，３０についても同様に製造でき、更に多層の場合はその他のプリント配線板を形成して準備しておけばよい。
こうして第１〜第３プリント配線板１０〜３０を作製したら、図２Ｂ及び図４（ａ）に示すように、層間接続用ビア１３，２３と配線２２，３２とを、電子部品用実装機で位置合わせして、各接着層９及び層間接続用ビア１３，２３の導電性ペーストが硬化していない状態で各プリント配線板１０〜３０を位置決めし、図４（ｂ）に示すように、積層する（ステップＳ１２０）。
次に、図５（ａ）に示すように、例えば第１プリント配線板１０の配線１２ａ，１２ｂに対応する電子部品１１０，１２０の実装箇所が予め開口された部品実装部４２，４３を有するフィルム材４０を、接着層４１を介して第１プリント配線板１０の表面に配置する（ステップＳ１２２）。
そして、図５（ｂ）に示すように、第１プリント配線基板１０上の接着層４１における配線１２ａ，１２ｂ上に、上述したようにレーザ光を照射してビア開口４５を形成し（ステップＳ１２４）、図５（ｃ）に示すように、形成したビア開口４５内にスクリーン印刷等により導電性ペーストを充填して導電性ペーストビア４４を形成する（ステップＳ１２６）。
こうして導電性ペースト４４を形成したら、図５（ｄ）に示すように、部品実装部４２，４３に電子部品１１０，１２０を配置して、電極１１１，１２１と導電性ペーストビア４４とが熱圧着時に接続されるように、各電子部品１１０，１２０をフィルム材４０の部品実装部４２，４３内の接着層４１上に実装する（ステップＳ１２８）。図示の状態では、電子部品１１０の電極１１１が導電性ペーストビア４４と接していないが、接着層４１上への実装時に接するように導電性ペーストビア４４が形成されていても良い。
その後、図６（ａ）に示すように、電子部品１１０，１２０を実装した第１プリント配線板１０上（すなわち、フィルム材４０及び電子部品１１０，１２０上）に、圧力や温度で第１プリント配線板１０の表面形状に変形可能な熱可塑性樹脂等からなる副資材５０を配置する（ステップＳ１３０）。
最後に、図６（ｂ）に示すように、例えば真空プレス機を用いて、１ｋＰａ以下の減圧雰囲気中にて図中白抜き矢印で示すように、副資材５０と共に各プリント配線板１０〜３０を、２００℃以下の温度で加熱して加圧することで、熱圧着により一括積層し（ステップＳ１３２）、副資材５０を除去して（ステップＳ１３４）、図１に示すような部品実装基板１を製造する。副資材５０は、電子部品１１０，１２０の厚さよりも十分厚く形成され、部品実装基板１との接触面には、例えばフッ素樹脂などがコーティングされた易離型処理が施されていても良い。
一括積層時には、層間の各接着層９や表層の接着層４１、各樹脂基材１１〜３１等の硬化と同時に、ビアホール２やビア開口４５に充填された層間接続用ビア１３，２３や導電性ペーストビア４４の導電性ペーストの硬化及び合金化が行われる。従って、導電性ペーストと接する配線１２ａ，１２ｂ，２２，３２や電極１１１，１２１との間には、上述したような金属間化合物の合金層が形成される。
このように構成された部品実装基板１は、電子部品１１０，１２０の電極１１１，１２１と基板との接続に導電性ペーストビア４４が用いられているので、部品実装後のリフロー工程での半田材料の再溶融が発生しない。また、接着層４１に形成したビア開口４５に導電性ペーストを充填した後に電子部品１１０，１２０を熱圧着するので、一括で部品接続用のビアとアンダーフィルを形成することができる。
また、アンダーフィルの充填形成を考慮する必要がないので、部品実装部４２，４３の開口寸法を電子部品１１０，１２０の外寸に合わせることができ、電子部品１１０，１２０とのギャップを狭くして、部品実装基板１の全体の高さを抑えることができる。更に、副資材５０により電子部品１１０，１２０を加圧するので、部品高さの違いにより生じる加圧のばらつきを緩和して機械的強度のばらつきを小さくすることができる。
また、熱圧着での加熱温度が２００℃以下であるため、電子部品１１０，１２０の特性変化や各プリント配線板１０〜３０の反り、残留応力などを従来に比べて抑えることができる。そして、ソルダーレジストの代わりに副資材５０を用いるので、製造工程が簡略化されるだけでなく、部品実装後のリフロー及びアンダーフィル工程が不要となり、従来よりも低コスト化を図ることができる。
図７は、本発明の一実施形態に係る部品実装基板実装体を示す断面図である。図７に示すように、部品実装基板実装体１Ａは、上述した部品実装基板１に、例えば第３プリント配線板３０に形成した層間接続用ビア３３を介して電気的に接続された第４プリント配線板６０を加えた上で、実装基板９０の実装面９１上に半田バンプ９２を介して実装したものである。
第４プリント配線板６０は、例えば両面ＣＣＬからなり、第４樹脂基材６１の両面の配線６２がめっきビアにより導通された構造を備えている。また、実装基板９０の実装面９１側の表面には、ソルダーレジスト６９が形成されている。半田バンプ９２は、このソルダーレジスト６９側の配線６２上に形成されている。このように構成された部品実装基板実装体１Ａにおいても、上記部品実装基板１と同様の作用効果を奏することができる。
１ 部品実装基板
１Ａ 部品実装基板実装体
２ ビアホール
９，４１ 接着層
１０ 第１プリント配線板
１１ 第１樹脂基材
１２ａ，１２ｂ 配線
１３，２３ 層間接続用ビア
２０ 第２プリント配線板
２１ 第２樹脂基材
２２ 配線
３０ 第３プリント配線板
３１ 第３樹脂基材
３２ 配線
４０ フィルム材
４２，４３ 部品実装部
４４ 導電性ペーストビア
４５ ビア開口
１１０，１２０ 電子部品
１Ａ 部品実装基板実装体
２ ビアホール
９，４１ 接着層
１０ 第１プリント配線板
１１ 第１樹脂基材
１２ａ，１２ｂ 配線
１３，２３ 層間接続用ビア
２０ 第２プリント配線板
２１ 第２樹脂基材
２２ 配線
３０ 第３プリント配線板
３１ 第３樹脂基材
３２ 配線
４０ フィルム材
４２，４３ 部品実装部
４４ 導電性ペーストビア
４５ ビア開口
１１０，１２０ 電子部品
Claims (3)
- 樹脂基材に配線パッドを含む配線パターン及びビアが形成されたプリント配線板を複数積層すると共に電子部品を表面実装してなる部品実装基板であって、
基板の表層に形成され前記配線パッドの上にビア開口が形成された接着層と、
前記接着層における前記ビア開口に形成された導電性ペーストビアと、
前記導電性ペーストビアに電極が直接接続される前記接着層上に実装された電子部品とを備えた
ことを特徴とする部品実装基板。 - 請求項１記載の部品実装基板を実装基板の実装面上に実装した部品実装基板実装体。
- 樹脂基材に配線パッドを含む配線パターン及びビアが形成されたプリント配線板を複数積層すると共に電子部品を表面実装してなる部品実装基板の製造方法であって、
複数の樹脂基材に前記配線パターン及びビアの少なくとも一つを形成して複数のプリント配線板を形成する工程と、
表層となる前記プリント配線板の表面に、前記配線パッドの上にビア開口が形成された接着層を形成する工程と、
前記接着層における前記ビア開口に導電性ペーストを充填し、導電性ペーストビアを形成する工程と、
前記導電性ペーストビアに電極が直接接続されるように前記電子部品を前記接着層上に実装する工程と、
前記電子部品が実装された前記プリント配線板上に副資材を配置して複数の前記プリント配線板を２００℃以下の温度で熱圧着して一括積層する工程とを備えた
ことを特徴とする部品実装基板の製造方法。
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| WO2018025617A1 (ja) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 株式会社村田製作所 | 変形検知センサ、電子機器、および変形検知センサの製造方法 |
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