JP4123998B2 - 電子回路装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板に実装した電子回路装置およびその製造方法に関し、特に回路基板の基板材料が高分子樹脂シートを用いた電子回路装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表されるように電子機器の小型、軽量、薄型化の進展に伴い、電子機器に内蔵する電子回路装置の小型、軽量、薄型化に対する要求が増大してきている。そこで、大規模半導体集積回路（以下、ＬＳＩという）等の電子部品を高密度にかつ薄型に実装する技術が、従来から色々と提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図５は、この従来の電子回路装置の製造方法を示す主要工程の断面図である。回路基板４１の電極（図示せず）と対応するＬＳＩ４２の端子とをはんだバンプ４３を介して接続させた電子回路装置である。製造方法は図５（Ａ）に示すように、まず回路基板４１の電極（図示せず）にはんだバンプ４３を複数形成する。つぎに、図５（Ｂ）に示すように、円筒孔４４を備えた熱可塑性ポリイミド樹脂からなる接着シート４５をＬＳＩ４２に接着する。なお、このとき円筒孔４４とＬＳＩ４２の表面に設けられている接続端子（図示せず）とがそれぞれ対応するように接着シート４５が接着される。つぎに、図５（Ｃ）に示すように、円筒孔４４にはんだバンプ４３を嵌入した状態で、回路基板４１とＬＳＩ４２とを圧しながらはんだバンプ４３の溶融温度以上に加熱し、はんだバンプ４３を加熱溶融してＬＳＩ４２の接続端子（図示せず）と回路基板４１の電極（図示せず）とを接続すると同時に、加熱によって軟化した接着シート４５で回路基板４１とＬＳＩ４２とを接着させて電子回路装置を得ていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４０６０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の技術では、電気的な接続材料として融点が２００℃以上のはんだを用いているため、耐熱温度が低く、汎用性のある安価な高分子樹脂シートを回路基板材料として用いることができなかった。したがって、従来は、ガラス繊維を混合したエポキシ樹脂やセラミック板等耐熱温度の高い高価な回路基板材料を用いなければならず、電子回路装置が高価になる問題があった。
【０００６】
また、接着シートを加熱してＬＳＩと回路基板とを接着させる際、軟化した接着シートに空気が混入したり、あるいは熱溶融したはんだが広がる等して隣接するはんだバンプ間の電気抵抗が低くなる現象が発生しやすいため、信頼性の高い電子回路装置を歩留まりよく製造することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の問題点を解決して、高分子樹脂シートを回路基板に用いて、この基板上にＬＳＩ等の電子部品を実装して小型、軽量、薄型化と低価格化を実現した電子回路装置と、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による電子回路装置は、一方の面に接続端子を有する電子部品と回路基板とが貫通孔を有する接着シートを介して接着され、かつ電子部品の接続端子と回路基板に設けられた電極パッドとが貫通孔内の導電性接着剤によって接続されている構成からなる。この構成により、高分子樹脂からなり可撓性を有するシート状の基板を用いてＬＳＩ等の電子部品を実装しても、良好な信頼性を有する電子回路装置を実現できる。
【０００９】
また、本発明の電子回路装置は、接続端子と電極パッドとの少なくとも一方が貫通孔方向に突出している構成を有する。この構成により、回路基板の電極パッドが形成されている領域部に凹凸があっても、導通抵抗のばらつきが小さな電子回路装置を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の電子回路装置は、回路基板の基板材料が高分子樹脂シートである構成を有する。この構成により、ＬＳＩ等の電子部品を実装したフレキシブルな電子回路装置を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の電子回路装置は、高分子樹脂シートが、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネートおよびポリイミドの群から選択されたいずれかである構成からなる。この構成により、安価な回路基板材料を用いることができ、良好な信頼性を有し、かつ安価な電子回路装置を実現できる。
【００１２】
また、本発明の電子回路装置は、導電性接着剤が導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤とを主成分とする導電性ペーストである構成を有する。この構成により、低温で電子部品の接続端子と回路基板の電極パッドとの間を接続できるので、安価な基板材料を用いることができる。
【００１３】
また、本発明の電子回路装置は、接着シートが熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなる構成を有する。この構成により、低温で電子部品と回路基板との間の接着を行えるので、安価な基板材料を用いることができる。
【００１４】
また、本発明の電子回路装置は、導電性接着剤の主成分が導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤であり、かつ接着シートが熱硬化性樹脂からなり、熱硬化性樹脂の硬化開始温度が導電性接着剤の熱硬化性樹脂結着剤の硬化開始温度より低い構成を有する。この構成により、電子部品と回路基板との間を接着および導通接続するための加熱において、最初に接着シートが硬化して電子部品と回路基板間が接着され、その後に貫通孔内部の導電性接着剤が硬化して接続端子と電極パッドとの間の導通と接着が行われる。これにより、接着強度が大きく、かつ導通抵抗の小さい電子回路装置を容易に得ることができる。
【００１５】
さらに、本発明の電子回路装置の製造方法は、貫通孔を有する接着シートの貫通孔を回路基板の表面に設けた電極パッドに位置合わせして接着シートを回路基板に接着するシート接着工程と、導電性接着剤を貫通孔内に付与する導電性接着剤付与工程と、電子部品の一方の表面に設けられた接続端子と回路基板に設けた電極パッドとを貫通孔内の導電性接着剤で接着し、かつ電子部品を接着シートに接着する電子部品接着工程とを有する方法からなる。この方法により、高分子樹脂からなるシート状の回路基板上へも電子部品を容易に実装できるだけでなく、低温で電子部品を実装できるので安価な基板材料を用いて低コストで、かつ信頼性の良好な電子回路装置を実現できる。
【００１６】
さらに、本発明の電子回路装置の製造方法は、接着シートが熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなる方法である。この方法により、低温で電子部品と回路基板との間の接着を行うことができるので、安価な基板材料を用いた製造方法を実現できる。
【００１７】
さらに、本発明の電子回路装置の製造方法は、導電性接着剤の主成分が導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤であり、かつ接着シートが熱硬化性樹脂からなり、この熱硬化性樹脂の硬化開始温度が導電性接着剤の熱硬化性樹脂結着剤の硬化開始温度より低い方法からなる。この方法により、最初に接着シートが硬化して電子部品と回路基板間が接着され、その後に貫通孔内部の導電性接着剤が硬化して接続端子と電極パッドとの間の導通と接着を行うようにすることができる。これにより、接着強度が大きく、かつ導通抵抗の小さく、しかも回路基板の反りが小さな電子回路装置を製造することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による電子回路装置の一構成例を模式的に示した断面図である。回路配線パターン（図示せず）を有する回路基板１１には、所定の個所に電子部品１５の接続端子１６と対応する位置に電極パッド１２が設けられている。ＬＳＩ等の電子部品１５には、一方の表面に、その表面から少なくとも突出した形状からなる接続端子１６が形成されている。接着シート１３には、接続端子１６よりもやや大きな形状の貫通孔１４が、それぞれの接続端子１６に対応する位置に設けられている。電子部品１５の接続端子１６と回路基板１１の電極パッド１２とは、貫通孔１４に充填された導電性接着剤１７により接着されるとともに電気的に接続されている。さらに、回路基板１１と電子部品１５とは、接着シート１３を介して接着されており、これにより信頼性の高い接続が可能である。
【００２０】
回路基板１１の基板材料としては、ガラス繊維入りエポキシ樹脂、セラミック板等の耐熱性基板、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネート樹脂やポリイミド樹脂等の高分子樹脂からなるフィルムシート等、通常の回路基板に用いられているものであればいずれでも適用できる。なかでも、ＰＥＴ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂やポリイミド樹脂等から作製されるフィルムシートは、汎用性プラスチックとして広く利用されているため安価であり、しかも回路基板１１の板厚を５０μｍ〜４００μｍ程度に薄くできるため電子回路装置の薄型化に有効な点で好ましい。
【００２１】
また、接着シート１３としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂からなる接着シート、あるいは通常よく知られている熱可塑性樹脂からなるホットメルトシート等が適用できる。なお、接着シート１３の厚さは、電子回路装置の薄型化、および回路基板１１と電子部品１５との接着強度の観点から、１００μｍ〜８００μｍが好ましい範囲である。
【００２２】
さらに、導電性接着剤１７としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）やＡｇとＰｄとの合金等の導電性物質を微細化した導電性粒子を結着剤に分散混合した導電性ペーストが好ましい。なかでも、結着剤がポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂やポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂結着剤は、回路基板１１の電極パッド１２と電子部品１５の接続端子１６とを強固に接着できる点で好ましい。
【００２３】
なお、接着シート１３と導電性接着剤１７との組み合わせは、用いる回路基板１１の基板材質および電子部品１５の形状や材質等に応じて適宜最適な組み合わせを選択して用いることができる。なかでも、熱硬化性樹脂の接着シート１３と熱硬化性樹脂結着剤を含む導電性接着剤１７との組み合わせは、ＰＥＴ樹脂やＡＢＳ樹脂等で作製される耐熱性の低い回路基板にも適用できるため、回路基板の選択自由度が広がる点で好ましい。特に、接着シート１３の熱硬化性樹脂の硬化開始温度を導電性接着剤１７として使用する導電性ペーストの熱硬化性樹脂結着剤の硬化開始温度より低くした組み合わせは、熱硬化性樹脂および熱硬化性樹脂結着剤の加熱硬化時におけるフィルムシートの反りを防止できる点で好ましい。
【００２４】
本発明に適用できる電子部品１５としては、ＬＳＩや抵抗、コンデンサまたはコイル等のチップ部品等通常の電子部品であればいずれでも適用できる。なお、図２に示すように、電子部品１５の接続端子１６または電極パッド１２のいずれか一方を貫通孔１４方向に積極的に突出させるようにバンプ２０を形成してもよい。なお、図１と同じ要素については同一符号を付している。このような構造とすれば、導電性接着剤１７との接触面積が広くなるため、接続端子１６と電極パッド１２とがより強固に接着でき、しかも接続端子１６と電極パッド１２との間の電気抵抗を低くできる。このとき、接続端子１６と電極パッド１２とを直接接触させるようにすることもできるが、その場合には接続端子１６と電極パッド１２との間の電気抵抗をさらに低くできる。
【００２５】
図２（Ａ）は、電子部品１５の接続端子１６表面にバンプ２０を形成した構成を模式的に示す断面図である。接続端子１６の表面に、例えばめっきプロセスによりＡｕからなるバンプ２０を２０μｍ〜１００μｍ程度の厚さに形成すれば、接続抵抗を大幅に低減することができる。なお、このときに形成するバンプ２０は少なくとも接着シート１３に設けられた貫通孔１４よりも大きな外形サイズとすること、およびその厚さを接着シート１３の厚さよりは小さくすることが要求されるが、その他については特に制約はない。バンプ２０の材料についても、上記したようなＡｕだけでなく、Ｃｕ、Ｎｉあるいははんだ等種々の材料を用いることができる。また、バンプ２０の形成方法についても、めっきだけでなく、蒸着やスパッタリング等の方法により形成することもできる。
【００２６】
図２（Ｂ）は、回路基板１１の電極パッド１２側にバンプ２４を設けて接続する構成を模式的に示す断面図である。図２（Ａ）の場合と同様に、回路基板１１の電極パッド１２の所定の個所にバンプ２４を設けて接続したものである。バンプの形成方法および材料等については、図２（Ａ）と同じようにすることができるので、説明は省略する。なお、このようにどちらかにバンプ２０、２４を形成すれば、導電性接着剤１７の必要量が少なくてすむ。また、貫通孔１４中へ導電性接着剤１７を塗布するときに塗布量がばらついても、接続抵抗のばらつきが生じにくい。
【００２７】
なお、本発明は電子部品１５の接続端子１６が必ずしもその表面から突出していることが必要ではなく、表面から窪んだ状態であっても同様に接続が可能である。
【００２８】
つぎに、本発明の実施の形態による回路配線板の製造方法について説明する。図３および図４は、本発明の実施の形態の電子回路装置の一製造方法を示した工程断面図である。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付している。
【００２９】
まず、図３（Ａ）に示すように、必要な配線が形成された回路基板１１を用意する。この回路基板１１にはあらかじめ抵抗やコンデンサ、あるいは半導体素子等がはんだ付け等により実装されていてもよいし、また配線のみが形成されていてもよい。この回路基板１１の所定の位置で電子部品１５を実装する領域部に電極パッド１２が設けられている。また、接着シート１３は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂からなり、回路基板１１の電極パッド１２に対応する位置に貫通孔１４が設けられている。
【００３０】
この接着シート１３と回路基板１１とを位置合わせして、接着シート１３を回路基板１１に貼り付ける（この工程をシート接着工程という）。これを図３（Ｂ）に示す。つぎに、図３（Ｃ）に示すように、導電性接着剤１７を貫通孔１４に付与する（この工程を導電性接着剤付与工程という）。導電性接着剤１７を貫通孔１４に付与する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、描画法または転写法等種々の方法を用いることができる。なお、このときに導電性接着剤１７は、接着シート１３に設けられた貫通孔１４の高さよりも少なくとも低くなるように塗布することが望ましい。しかし、接続端子１６が電子部品１５の表面から窪んでいる場合には、同じ高さとする必要があり、接続端子１６あるいはこの接続端子１６に設ける。
【００３１】
接着シート１３を貼り合わせた回路基板１１の電極パッド１２と電子部品１５の接続端子１６とを位置合わせした状態を図４（Ａ）に示す。このようにして位置合わせした後、電子部品１５を押し付けていくと、接着シート１３は電子部品１５および回路基板１１の表面に確実に接触するので、これらが接着される。また、貫通孔１４中の導電性接着剤１７により、接続端子１６と電極パッド１２との間も機械的な接着と同時に電気的な導通が得られる（この工程を電子部品接着工程という）。この電子部品接着工程において、熱硬化性樹脂を接着シート１３として用いる場合には、電子部品１５を押し付けながら加熱してもよいし、押し付けた後に加熱しても良好な接着が可能である。
【００３２】
このようにして、電子部品１５を回路基板１１上に実装した電子回路装置を得ることができる。電子部品１５の接続端子１６と回路基板１１の電極パッド１２との間を導電性接着剤１７で接続しており、かつ電子部品１５と回路基板１１間を接着シート１３により接着しているので、回路基板１１としてシート状の基板を用いても良好な信頼性を有する接続が可能である。
【００３３】
（実施例）
以下、電子部品１５としてＬＳＩを用い、回路基板１１として高分子樹脂シート基板を用いて実装する場合について説明する。回路基板１１、電子部品１５および導電性接着剤１７としては、下記のような材料を用いた。
【００３４】
回路基板１１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、厚さは１００μｍで、両面に配線パターンが形成されている高分子樹脂シートを用いた。電子部品１５としては、ＬＳＩであり、その接続端子１６の表面には直径約０．４ｍｍの半球状のバンプ２０が形成されたものを用いた。バンプ２０の配列のピッチは約０．４ｍｍである。さらに、接着シート１３としては、熱硬化性のホットメルトシート（ヘンケルジャパン社製の「マクロメルト６３０１」）を用いた。その厚さは、０．６ｍｍで、硬化温度は８０℃である。また、導電性接着剤１７としては、Ａｇペーストを用いた。そのＡｇペーストの結着剤としては、硬化温度１１０℃の熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。
【００３５】
まず、通常のスクリーン印刷法を用いて配線回路パターンをＰＥＴフィルムに印刷して、回路基板１１を形成した。つぎに、図３で説明した方法により、回路基板１１の電極パッド１２の位置に合わせて直径０．６ｍｍの貫通孔１４を形成した接着シート１３を回路基板１１に接着した。その接着条件は、温度８０℃、加熱時間１５秒である。
【００３６】
つぎに、導電性接着剤１７を各貫通孔１４内に０．００５ｍｍ3〜０．００７ｍｍ3付与した。このときの付与方法としては、スクリーン印刷法で行った。電子部品１５の接続端子１６と回路基板１１の電極パッド１２とを位置合わせして、電子部品１５を接着シート１３に貼り付けて、温度１１０℃、加熱時間３０分で導電性接着剤１７を硬化させた。これにより電子部品１５であるＬＳＩは、接着シート１３を介して回路基板１１に強固に接着された。同時に、接続端子１６と電極パッド１２との間も機械的および電気的に接続された。
【００３７】
導電性接着剤１７としてＡｇペーストを用いた場合、電極パッド１２と接続端子１６との間の導通抵抗値を測定したところ約２０ｍΩであった。また、電子部品１５であるＬＳＩと、回路基板１１であるＰＥＴフィルムとの間の接着強度も十分であり、かつＰＥＴフィルムの反りも実用上ほとんど問題ないレベルであることが見出された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の電子回路装置は、一方の面に接続端子を有する電子部品と回路基板とが貫通孔を有する接着シートを介して接着され、かつ電子部品の接続端子と回路基板に設けられた電極パッドとが貫通孔内の導電性接着剤によって接続されている構成からなる。
【００３９】
また、本発明の電子回路装置の製造方法は、貫通孔を有する接着シートの貫通孔を回路基板の表面に設けた電極パッドに位置合わせして接着シートを回路基板に接着するシート接着工程と、導電性接着剤を貫通孔内に付与する導電性接着剤付与工程と、電子部品の一方の表面に設けられた接続端子と回路基板に設けた電極パッドとを貫通孔内の導電性接着剤で接着し、かつ電子部品を接着シートに接着する電子部品接着工程とを有する方法からなる。
【００４０】
この製造方法およびこの製造方法により作製された電子回路装置は、可撓性を有する高分子樹脂シート基板を用いながら、ＬＳＩ等の電子部品を高信頼性よく実装できるので、高機能、かつ良好なフレキシブル性と信頼性を有する電子回路装置を安価に実現できるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による電子回路装置の一構成例を模式的に示す断面図
【図２】（Ａ）同実施の形態の電子回路装置において、電子部品の接続端子表面にバンプを形成した構成を模式的に示す断面図
（Ｂ）同実施の形態の電子回路装置において、回路基板の電極パッド側にバンプを設けて接続する構成を模式的に示す断面図
【図３】同実施の形態の電子回路装置の一製造方法を示す工程断面図
【図４】同実施の形態の電子回路装置の一製造方法を示す工程断面図
【図５】従来の電子回路装置の製造方法を示す主要工程の断面図
【符号の説明】
１１，４１ 回路基板
１２ 電極パッド
１３，４５ 接着シート
１４ 貫通孔
１５ 電子部品
１６ 接続端子
１７ 導電性接着剤
２０，２４ バンプ
４２ ＬＳＩ
４３ はんだバンプ
４４ 円筒孔

Claims (8)

  1. 一方の面に接続端子を有する電子部品と回路基板とが貫通孔を有する接着シートを介して接着され、かつ前記電子部品の前記接続端子と前記回路基板に設けられた電極パッドとが前記貫通孔内の導電性接着剤によって接続されている電子回路装置において、前記回路基板が、高分子樹脂シートであり、前記貫通穴は、前記接続端子より大きく、前記パッドに前記貫通穴に突出させるバンプがあり、前記パッドが前記貫通穴より大きいことを特徴とする電子回路装置。
  2. 前記高分子樹脂シートが、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
  3. 前記導電性接着剤が、導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤とを主成分とする導電性ペーストであることを特徴とする請求項１から請求項２までのいずれかに記載の電子回路装置。
  4. 前記接着シートが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の電子回路装置。
  5. 前記導電性接着剤の主成分が導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤であり、かつ前記接着シートが熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度が前記導電性接着剤の熱硬化性樹脂結着剤の硬化開始温度より低いことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電子回路装置。
  6. 貫通孔を有する接着シートの前記貫通孔を回路基板の表面に設けた電極パッドに位置合わせして前記接着シートを前記回路基板に接着するシート接着工程と、
    導電性接着剤を前記貫通孔内に付与する導電性接着剤付与工程と、
    電子部品の一方の表面に設けられた前記貫通穴より小さい接続端子と、前記回路基板に設けた前記貫通穴より大きな前記電極パッドにあるバンプとを前記貫通孔内の前記導電性接着剤で接着し、かつ前記電子部品を前記接着シートに接着する電子部品接着工程とを有することを特徴とする電子回路装置の製造方法。
  7. 前記接着シートが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項６に記載の電子回路装置の製造方法。
  8. 前記導電性接着剤の主成分が導電性粒子と熱硬化性樹脂結着剤であり、かつ前記接着シートが熱硬化性樹脂からなり、前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度が前記導電性接着剤の熱硬化性樹脂結着剤の硬化開始温度より低いことを特徴とする請求項７に記載の電子回路装置の製造方法。
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