JP3941662B2 - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、層間に導体パターンを有する多層の絶縁層からなる2以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に有する多層配線基板を製造するための多層配線基板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば各種の小型電子機器に組込まれる実装基板にあっては、例えば2枚の多層配線基板に夫々部品を実装し、それら基板をフレキシブル配線により接続したものを、そのフレキシブル配線部分にて折曲げた形態として組込むといったことが行われる。この場合、フレキシブル配線部分を別体に構成すると、基板との接続作業に手間がかかる等の不都合がある。そこで、特開昭60-136299号公報には、多層配線基板(多層回路)にフレキシブル配線部(可撓性導電板)を一体に形成する方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された技術は、導体配線を備えたPEEK樹脂等の基材に、テンパー処理を施すことにより、融点を高温側に変動させ、未処理のプリプレッグフィルムをサンドイッチして熱圧着させるものであるが、このような製造方法では、テンパー処理に150時間もの時間が必要となり、生産性に劣るものとなっていた。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、2以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に製造することができ、しかも生産性に優れる多層配線基板の製造方法を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
例えばポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂といった結晶転移型の熱可塑性樹脂は、例えば200℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる(さらに高い温度(約400℃)では溶解する)性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、200℃付近でも硬質を保つものとなっている(図5参照)。このため、このような熱可塑性樹脂製のフィルム状の基材を積層し、一括して約200℃で熱プレスすることにより、多層配線基板を容易に製造することができるのである。
【0006】
そして、そのような結晶転移型の熱可塑性樹脂製の基材を積層し熱プレスして製造される多層配線基板は、厚みが薄い(積層枚数が少ない)場合には、柔軟性あるフレキシブル基板となり、厚みが厚い(積層枚数が多い)場合には、硬質なリジッド基板となる。本発明者らは、このような結晶転移型の熱可塑性樹脂製フィルムを用いた多層配線基板に着目し、本発明を成し遂げたのである。
【0007】
即ち、本発明の多層配線基板の製造方法は、2以上の基板本体部と、それら基板本体部間を接続するフレキシブル配線部とを一体的に製造する方法にあって、導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により各基板本体部の一部の層とそれらを繋げるフレキシブル配線部とを一体に構成する複数枚の連結基材を製作し、同様のフィルムから、積層により個々の基板本体部の残りの層を夫々構成する複数枚の単独基材を製作し、それら連結基材及び単独基材を多層配線基板の最終形態に応じた形態に積層し、一括して熱プレスすると共に、前記熱プレスの工程では、前記多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧する金型が用いられ、前記フレキシブル配線部部分は、該金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようになっているところに特徴を有する(請求項1の発明)。
【0008】
これによれば、連結基材及び単独基材を積層し、一括して熱プレスすることにより、複数枚が積層された連結基材のうち基板本体部に対応した部分と複数枚が積層された単独基材とから、各基板本体部が形成され、複数枚が積層された連結基材のうち基板本体部間を繋ぐ部分から、フレキシブル配線部が形成され、もって、2以上の基板本体部をフレキシブル配線部で接続した多層配線基板を一体的に製造することができる。この場合、テンパー処理などの時間のかかる特別な処理が不要となり、生産性に優れたものとなる。
【0009】
ところで、上記熱プレスの工程では、厚みの厚い基板本体部と、厚みの薄いフレキシブル配線部とを同時に加圧する必要がある。そこで、多層配線基板を加圧する金型を、多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧するものとし、フレキシブル配線部部分については、金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようにすることにより、単純な構造の金型を汎用として使用することができ、安価に済ませることができる。
【0010】
このとき、前記導体パターンは銅箔などから構成されるが、前記圧縮ガスとして、窒素ガスや希ガスといった不活性ガスを採用すれば(請求項2の発明)、加熱時に導体パターンが酸化されることを防止することができ、より効果的となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施例について、図1ないし図5を参照しながら説明する。まず、図2は、本実施例に係る多層配線基板1の構成を模式的に示しており、この多層配線基板1は、図で左右に位置する矩形板状をなす2つの基板本体部2,3と、それら基板本体部2,3間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部4とを一体的に有して構成される。
【0012】
前記各基板本体部2,3は、樹脂材料からなる多数の絶縁層5を積層して構成されており、その表面及び各絶縁層5間には、例えば銅箔からなる導体パターン6が形成されていると共に、要所には層間の導体パターン6を電気的に接続する層間接続部7が設けられている。尚、実際には、絶縁層5の層数は、十数層〜数十層にもなるが、ここでは便宜上8層で図示している。
【0013】
そして、前記フレキシブル配線部4は、樹脂材料からなる複数の絶縁層8(図では3層)を積層するとともに、それら絶縁層8間に前記基板本体部2,3間の電気的接続を行う導体パターン(配線)9を備えてなり、前記基板本体部2,3よりも十分に薄くそれら基板本体部2,3の下部同士間をつなぐように細幅で延びている。このとき、各絶縁層8は、両基板本体部2,3の下面側3層分の絶縁層5と一体的に連続しており、また、各導体パターン9も、両基板本体部2,3の導体パターン6と一体的に連続して設けられるようになっている。
【0014】
さて、上記構成の多層配線基板1を製造するための本実施例に係る製造方法について、図1、図3〜図5も参照して述べる。図4等に示すように、この多層配線基板1は、両基板本体部2,3の一部の層(図では下面側の3層)とそれらを繋げるフレキシブル配線部4とを一体に構成する複数枚(図では3枚)の連結基材10と、個々の基板本体部2,3の残りの層(図で上部側の5層)を夫々構成する複数枚(合計10枚)の単独基材11とから構成されるようになっており、まず、これら連結基材10及び単独基材11を製作する工程が実行される。
【0015】
このうち単独基材11は、図4や図3(e)などに示すように、絶縁層5を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるフィルム12上に、導体パターン6を形成してなり、また、要所に層間接続部7を構成するためのビアホール12aが形成されると共にそのビアホール12a内に導電ペースト13を充填して構成される。
【0016】
このとき、前記フィルム12は、例えばポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂35〜65重量%と、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂35〜65重量%とを含んだ材料からなり(商品名「PAL−CLAD」)、厚みが例えば25〜75ミクロンの、各基板本体部2,3の大きさに対応した矩形状をなしている。この樹脂材料は、図5に示すように、例えば200℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる(さらに高い温度(約400℃)では溶解する)性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、200℃付近でも硬質を保つものとなっている。
【0017】
図3は、単独基材11を製作する手順を示している。まず、(a)に示すようにフィルム12の表面(上面)に貼付けられた導電箔例えば銅箔14に対して、エッチングにより導体パターン6を形成する工程が実行される。また、導体パターン6の形成後、フィルム12の裏面(下面)には、例えばポリエチレンナフタレート(PEN)製の保護フィルム15が貼付される(b)。そして、保護フィルム15側からの例えば炭酸ガスレーザの照射により、フィルム12の要所に導体パターン6を底面とする有底のビアホール12a(便宜上、図3にのみ符号を付す)を形成する工程が実行される(c)。この場合、炭酸ガスレーザの出力及び照射時間の調整により、導体パターン6に穴が開かないようにしている。
【0018】
次いで、前記ビアホール12a内に、導電ペースト13を充填する工程が実行される(d)。この導電ペースト13は、銅、銀、スズ等の金属粒子に、バインダ樹脂や有機溶剤を加えて混練してペースト状としたものであり、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷によりビアホール12a内に印刷充填される。導電ペースト13の充填後、フィルム12から保護フィルム15が剥がされ、以て、単独基材11が構成される(e)。
【0019】
これに対し、前記連結基材10は、図4等に示すように、矩形状をなす基板本体部2の絶縁層5と、矩形状をなす基板本体部3の絶縁層5と、それらの間をつなぐ細幅のフレキシブル配線部4の絶縁層8とを一体に構成するフィルム16上に、導体パターン6及び導体パターン9を形成してなり、また、要所に層間接続部7を構成するためのビアホール(便宜上、符号省略)が形成されると共にそのビアホール内に導電ペースト13が充填される。
【0020】
このとき、前記フィルム16は、前記フィルム12と同等の材質及び厚みの結晶転移型の熱可塑性樹脂からなり、図示及び詳しい説明は省略するが、上記単独基材11と同様の手順(工程)にて製作される。この場合、フィルム16の表面(上面)に貼付けられた銅箔をエッチングすることにより、導体パターン6及び導体パターン9が同時に(一体的に)形成されるようになる。
【0021】
そして、このようにして連結基材10及び単独基材11が製作されると、図4に示すように、それら連結基材10及び単独基材11を、多層配線基板1の最終形態に応じた形態に上下に積層する工程が実行される。つまり、3枚の連結基材10が積層されると共に、その左右に各5枚の単独基材11が積層されるようになる。次いで、その積層物を一括して熱プレスする工程が実行される。
【0022】
図1は、その熱プレスの工程の様子を概略的に示しており、本実施例では、この熱プレスの工程に使用される金型21は、上型(可動型)22と下型(固定型)23とを備えるのであるが、この場合、上型22は、フレキシブル配線部4を形成するための凸部を有しておらず、キャビティ面を平坦面としている。従って、この金型21は、積層した連結基材10及び単独基材11を、平坦面により上下から挟むように加圧するものとなっている。ところが、これでは、基板本体部2,3部分は加圧できても、フレキシブル配線部4部分が加圧できなくなってしまうので、本実施例では、上型22にガス注入口22aを設け、図示しない圧縮ガス供給源から、キャビティ内に圧縮ガスこの場合不活性ガスである窒素ガスを注入するように構成している。
【0023】
この熱プレスの工程では、図1に示すように、前記金型21の内面に例えばフィルム状の離型剤20が配置された状態で、前記積層物が金型21(キャビティ)内にセットされ、例えば200〜350℃に加熱されながら、0.1〜10Mpaの圧力で上下方向に加圧される。このとき、上記連結基材10及び単独基材11を構成するフィルム12及び16は、図5に示すような温度に対する弾性率変化を生ずるので、この熱プレスの工程により、各フィルム12及び16が熱により一旦軟化した状態で加圧されることによって相互に融着し、その後結晶化(硬化)して一体化するようになる。そして、フレキシブル配線部4部分(連結基材10におけるつなぎ部分)についても、金型21内に注入される圧縮ガスにより加圧することができる。
【0024】
これにて、図2に示すように、複数枚の連結基材10のうちの左右部分及び複数枚の単独基材11とから、導体パターン6が埋込まれると共に、ビアホール内の導電ペースト13が硬化して層間接続部7が形成された多層の絶縁層5を有する基板本体部2,3が形成され、これと同時に、複数枚の連結基材10のうち左右部間を繋ぐ細幅部分から、導体パターン9を有した複数の絶縁層8からなるフレキシブル配線部4が形成されるのである。
【0025】
この場合、上述したような材質からなるフィルム12,16を積層し、熱プレスして製造される多層配線基板は、厚みが薄い(積層枚数が少ない)場合には、柔軟性あるフレキシブル基板となり、厚みが厚い(積層枚数が多い)場合には、硬質なリジッド基板となる。従って、基板本体部2,3が硬質となるのに対し、フレキシブル配線部4は十分な柔軟性を有するものとなり、もって、2つの基板本体部2,3をフレキシブル配線部4で接続した多層配線基板1が一体的に形成されるのである。
【0026】
尚、図示はしないが、しかる後、多層配線基板1(基板本体部2,3)に対する表面実装部品の実装が行われる。この実装は、基板本体部2,3の表面のランドにはんだペーストを印刷により塗布し、各ランド上に表面実装部品を位置合せ状態で搭載し、リフロー炉を通してリフロー加熱することにより行われる。このリフロー加熱の工程では、多層配線基板1は300℃前後に加熱されるが、図5に示すように、この温度では、各絶縁層5,8は軟化するようなことはなく、結晶状態が保たれる。
【0027】
このように本実施例の多層配線基板1の製造方法によれば、2つの基板本体部2,3と、それら基板本体部2,3間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部4とを一体的に製造することが可能となった。しかもこの場合、テンパー処理などの時間のかかる特別な処理が不要であって、各工程は比較的簡単なものとなり、生産性に優れたものとなるのである。
【0028】
また、特に本実施例では、熱プレスの工程で積層した連結基材10及び単独基材11を加圧する金型21を、単純な構造とすることができ、汎用として使用することができて安価に済ませることができる。さらには、圧縮ガスとして、不活性ガスである窒素ガスを採用したことにより、加熱時に銅箔製の導体パターン6,9が酸化されることを防止することができ、より効果的となるものである。
【0032】
尚、上記実施例では、絶縁層(基材のフィルム)を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂として、PEEK樹脂とPEI樹脂とを混合したものを採用したが、PEEK樹脂単体、あるいはPEI樹脂単体、さらにはそれらにフィラーを添加したもの等を採用することも可能である。また、上記実施例では、2つの基板本体部2,3の下部をつなぐようにフレキシブル配線部4を設けるようにしたが、フレキシブル配線部が、基板本体部の上部や厚み方向中間部を接続する構成のものにも本発明を適用することができることは勿論である。
【0033】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば本発明の製造方法によれば、3個以上の基板本体部を2個以上のフレキシブル配線部にて接続したような多層配線基板を製造することも可能であり、また、複数の基板本体部は大きさや形状の異なるものであっても良いなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示すもので、熱プレスの工程における金型内の様子を概略的に示す縦断面図
【図2】 多層配線基板の構成を概略的に示す縦断正面図
【図3】 単独基材を製作する手順を示す縦断面図
【図4】 連結基材及び単独基材を積層する様子を示す斜視図
【図5】 フィルムを構成する熱可塑性樹脂材料の温度変化と弾性率との関係を示す図
【符号の説明】
図面中、1は多層配線基板、2,3は基板本体部、4はフレキシブル配線部、5,8は絶縁層、6,9は導体パターン、10は連結基材、11は単独基材、12,16はフィルム、21は金型を示す。
Claims (2)
- 層間に導体パターンを有する多層の絶縁層からなる2以上の基板本体部と、それら基板本体部間を電気的に接続する柔軟性あるフレキシブル配線部とを一体的に有する多層配線基板を製造する方法であって、
導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により前記各基板本体部の一部の層とそれらを繋げる前記フレキシブル配線部とを一体に構成する複数枚の連結基材を製作し、
導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂製のフィルムから、積層により個々の基板本体部の残りの層を夫々構成する複数枚の単独基材を製作し、
それら連結基材及び単独基材を多層配線基板の最終形態に応じた形態に積層し、一括して熱プレスすると共に、
前記熱プレスの工程では、前記多層配線基板を平坦面により上下から挟むように加圧する金型が用いられ、前記フレキシブル配線部部分は、該金型内に注入される圧縮ガスにより加圧されるようになっていることを特徴とする多層配線基板の製造方法。 - 前記圧縮ガスは、不活性ガスからなることを特徴とする請求項1記載の多層配線基板の製造方法。
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