JP4810272B2 - プリント配線板、プリント配線板の製造方法、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板、プリント配線板の製造方法、電子機器に係り、特に、プリント配線板内に電子部品を内蔵するプリント基板、プリント配線板の製造方法、電子機器に関する。

今日、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤ等の各種映像音声機器、携帯電話等の通信機器等、様々な分野の各種電子機器において、小型軽量化・薄型化が強く求められている。

これを受けて、抵抗器やコンデンサ等の電子部品自体の小型化や、プリント基板の小型実装技術等の開発が進められてきている。

例えば、今日の電子機器では、表面実装型の電子部品を用いて表面実装プリント基板へ電子部品を実装する形態が多く採られている。一方、電子部品の実装密度をさらに向上させる技術として部品内蔵型プリント基板が注目されている。

部品内蔵型プリント基板では、チップ抵抗器やチップコンデンサ等のチップ型電子部品や半導体ＩＣを樹脂層に埋め込み、この樹脂層の上下からプリント基板をサンドイッチ状に圧接することによって、２層或いはそれ以上の多層プリント基板を形成する。チップ型電子部品をプリント基板の間の樹脂層に内蔵するため、高密度実装化が図れると共に、電子部品の配線距離が短縮できるため、高速処理等の電気的性能向上にも寄与する技術である。

例えば、特許文献１には、合成樹脂製の基板本体内に電子部品を埋設するようにすることで実装密度を向上させる技術が開示されている。
特開２０００−１５１１１２号公報（第６頁、図２）

しかしながら、上述した特許文献１は、合成樹脂シートの間を貫通できるように部品を接合するはんだを角錐状に形成しておく必要があり、製造工程が煩雑になるという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電極上に設けられた接合部材と配線板間に設けられる樹脂部の融点に関して所定の組み合わせを有した部材を用いることで、従来のプリント配線板の製造方法を大きく変更することなく比較的容易に部品内蔵のプリント配線板を得ることができるプリント配線板、プリント配線板の製造方法、及び電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプリント配線板は、第１電極を有した第１配線基板と、第２電極を有した第２配線基板と、第１融点で溶融する第１接合部材を介して前記第１電極と電気的に接続し、前記第１融点より低い第２融点で溶融する第２接合部材を介して前記第２電極と電気的に接続する電子部品と、前記第１配線基板と前記第２配線基板との間に設けられ、前記第２融点より低い温度で軟化する樹脂部と、を備えている。

また、本発明に係るプリント配線板の製造方法は、第１融点で溶融する第１接合部材を介して第１配線基板の第１電極に電気的に接続された電子部品に対して前記第１電極とは反対側から前記第１融点より低い軟化点で軟化する樹脂部を配置し、前記第１融点より低く前記軟化点より高い第２融点で溶融する第２の接合部材が設けられた第２配線基板の第２電極を前記樹脂部と対向するように配置し、前記第１配線基板と前記第２配線基板とを互いに重なる方向に加圧し、前記軟化点以上で加熱した後に前記第２融点以上で加熱する。

また、本発明に係る電子機器は、プリント配線板を内蔵した電子機器であって、前記プリント配線板は、第１電極を有した第１配線基板と、第２電極を有した第２配線基板と、第１融点で溶融する第１接合部材を介して前記第１電極と電気的に接続し、前記第１融点より低い第２融点で溶融する第２接合部材を介して前記第２電極と電気的に接続する電子部品と、前記第１配線基板と前記第２配線基板との間に設けられ、前記第２融点より低い温度で軟化する樹脂部と、を備えている。

従来のプリント配線板の製造方法を大きく変更することなく比較的容易に部品内蔵のプリント配線板を得ることができる。

以下、本発明に係るプリント配線板の製造方法を図１〜図８を用いて説明する。図１はプリント配線板の製造工程を示したフローチャートである。

図２に示すように、本発明に係るプリント配線板の製造方法は、プリント回路板準備工程（ステップＳ１０）と、樹脂シート配置工程（ステップＳ２０）と、配線基板配置工程（ステップＳ３０）と、加熱工程（ステップＳ４０）とを主たる工程としている。

次に各工程の詳細を説明する。

図２は、プリント回路板準備工程（ステップＳ１０）を示した図である。図２に示すように、プリント回路板準備工程（ステップＳ１０）は、第１の配線基板１０の少なくとも一方の面上に電子部品３０を実装したプリント回路板５０を準備する工程である。

プリント回路板５０を得るには以下の工程を実施する。

まず、基板１１の少なくとも一方の面上に電極１２を有したプリント配線板（第１の配線基板１０）を準備する。第１の配線基板１０は、面１０ａ及び面１０ｂを有した薄板状平板である。第１の配線基板１０は、絶縁層と、この絶縁層の上に積層された配線層とで構成された銅張積層板の配線層に、所定のエッチング加工を施し、電極１２、配線パターン（不図示）を作成することで得られる。絶縁層の材質は、例えばガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）レジン、セラミックなどである。尚、第１の配線基板１０はマスキングやパンチングなどの手法により電極１２の上部をマスク設定して得られるソルダーレジストが積層されていても良い。

また、第１の配線基板１０上の電極１２の上面には、例えばメッキ法やレベラ法などにより、接合部材（第１の接合部材１３）をプリコートする。第１の接合部材１３の例としては、Ｓｎ、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｐｂ／Ｉｎ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ等を元に添加元素を加えた多元素で組成するはんだである。

尚、第１の配線基板１０は、複数の配線層やプレーン層で構成された多層のプリント配線板であっても良い。

電極１２は、面１０ａ上に設けられた導電性である配線層の一部をなし、電子部品３０と電気的接続を可能となるような所定の面積を有し、たとえば矩形や円形の形状を有している。また、電極１２の位置は、電子部品３０の電極３１が実装できるように、これに対応した位置に設けられている。

第１の配線基板１０が準備できた後、この第１の配線基板１０に電子部品３０を実装し、リフロー炉において、リフロー加熱をして電子部品３０と電極１２とを接合する。これにより電子部品３０と第１の配線基板１０とは電気的に接続される。

即ち、まず、電子部品３０を第１の接合部材１３を介して電極１２上に搭載する。ここで、はんだ等に代表される第１の接合部材１３は粘着性を有するので、搭載された電子部品３０はリフロー加熱により接合されるまでの間、電極１２上に塗布されている第１の接合部材１３によって固定される。

電子部品３０は、中央部に方形状の本体３１（例えば、コンデンサ本体や抵抗器本体）を有し、本体３１の両端に導電性金属等で形成される方形状の電極３２を備えている。電子部品３０は、例えば、チップ型コンデンサ、或いはチップ型抵抗器等のチップ型受動電子部品である。

また、第１の接合部材１３の融点（第１の融点Ｔａ）は、後述する第２の接合部材２３の融点（第２の融点Ｔｂ）よりも高いことを要する。第１の接合部材１３の高さは、例えば数十μｍ〜０．１ｍｍである。但し、内蔵する電子部品３０の高さにも依存するのでこの限りではない。

電子部品３０は、第１の配線基板１０の電極１２上に確実に搭載されるように、例えば、部品を実装するマウンタ（不図示）等の専用の実装機で電子部品３０を吸着し、第１の接合部材１３を介して電極３２と電極１２とが対応する位置に移動し、所定の力（Ｆ）で鉛直下方向に実装（マウント）することで実現する。

尚、図２において電極３２の数は２つのみであるが、電子部品３０の種類により、例えば所定の間隔で複数設けられていても良い。

次に、樹脂シート配置工程（ステップＳ２０）を説明する。図３は、樹脂シート配置工程を示した図である。樹脂シート配置工程（ステップＳ２０）は、プリント回路板準備工程（ステップＳ１０）を経て得られたプリント回路板５０に対して後述する樹脂部４０を形成する樹脂シート４０ａを配置する工程である。

但し、この樹脂シート配置工程では、樹脂シート４０ａは、電子部品３０上に搭載するのみであり、加熱処理等による接合は行わない。樹脂部４０は、例えばシリカゲルが高充填されたエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂である。シート厚は、実装される電子部品３０の大きさや最終的に仕上がった厚さにも依存するが、例えば０．１mm〜１．０mm等、後述する加熱工程（ｓ４０）の処理により第１の配線基板１０と第２の配線基板２０（図４参照）との間を充填させる程の厚さを有する。

樹脂シート４０ａの軟化又は溶融が開始する温度（軟化点Ｔｃ）は、第１の配線基板１０の第１の融点Ｔａ及び後述する第２の配線基板２０の融点（第２の融点Ｔｂ）よりも低い温度であることを要する。

樹脂シート４０ａは、電子部品３０上に確実に搭載されるように、例えば、マウンタ（不図示）等の専用の実装機で樹脂シート４０ａを吸着して電子部品３０上に移動させ、鉛直下方向に実装（マウント）することで実現する他、手動等他の方法で搭載しても良い。

次に、配線基板配置工程（ステップＳ３０）を説明する。図４は、配線基板配置工程を示した図である。図４に示すように配線基板配置工程は、樹脂シート配置工程（ステップＳ２０）において樹脂シート４０ａが配置されたプリント回路板５０上に更に第２の配線基板２０を配置する工程である。

第２の配線基板２０は、面２０ａ及び面２０ｂを有した薄板状平板である。第２の配線基板２０は、第１の配線基板１０と対応している。即ち、基板１１、電極１２、第１の接合部材１３は、それぞれ基板２１、電極２２、第２の接合部材２３と対応している。従って、第２の配線基板２０は、第１の配線基板１０と同一の手法で得られるため、その詳細の説明は省略する。

但し、通常はんだ付けで使用されるＳｎ−Ｐｂはんだや、Ｓｎ−Ａｇ系はんだよりも低融点であるＳｎ−Ｂｉ系のはんだで凝固硬化させておくことが好ましい。

電極２２は、面２０ａ上に設けられた導電性である配線層の一部をなし、電子部品３０と電気的接続を可能となるような所定の面積を有し、たとえば矩形や円形の形状を有している。また、第２の配線基板２０の電極２２は、電子部品３０の電極３２が実装されるように、これに対応した位置に設けられている。

第２の接合部材２３の融点（第２の融点Ｔｂ）は、樹脂シート４０ａの軟化点Ｔｃよりも高い温度であり、かつ第１の融点Ｔａよりも低い温度であることを要する。

次に、加熱工程（ステップＳ４０）を説明する。図５は、加熱工程を示した図である。

図５に示すように加熱工程は、配線基板配置工程（ステップＳ３０）を経て得られたものを両側（第１の配線基板１０の面１０ｂ側及び第２の配線基板２０の面２０ｂ側）から積層プレス機等の加圧機２００で加圧する。また並行してリフロー炉等を用いて所定の温度プロファイルで加熱処理する。これらの処理により電極１２と第１の接合部材１３との接合と、電極２２と第２の接合部材２３との接合を行う。また第１の配線基板１０と第２の配線基板２０との間で樹脂シート４０ａを溶融させて浸透させることで樹脂部４０が形成される。以上によりプリント配線板１を得る工程である。

図６は、加熱工程における温度プロファイルの一例を示した図である。図７は、加熱工程における加圧プロファイルの一例を示した図である。図６において、縦軸は温度、横軸は時間を表す。また、図７において、縦軸は圧力、横軸は時間を表す。

図６に示すように、加熱工程の温度プロファイルは、第１の加熱処理と第２の加熱処理の大きく２つの処理から成る。

第１の加熱処理は、リフロー炉内の温度を常温の状態から、樹脂シート４０ａの軟化点Ｔｃよりも例えば１０℃〜３０℃程度高い温度（Ｔ１）まで一気に上昇させ、Ｔ１の温度を例えば６分〜１０分（３６０ｓｅｃ〜６００ｓｅｃ）程度維持させる処理である。第１の加熱処理における加圧機２００での加圧力は、図７に示すように例えば２ＭＰａ〜４ＭＰａ程度の所定の圧力（Ｐ）で第１の配線基板１０と第２の配線基板２０とを加圧する。

第１の加熱処理を開始した時点で、樹脂シート４０ａの軟化および溶融が始まり、第１の配線基板１０と第２の配線基板２０との間で樹脂シート４０ａが浸透し始める。

この温度をＡ時間（例えば６分〜１０分程度）維持させると、浸透した樹脂シート４０ａは樹脂部４０を形成する。また、電子部品３０と、第２の配線基板２０上の電極２２に塗布された第２の接合部材２３とが接触する（図８参照）。

第２の加熱処理は、第１の加熱処理に続き、リフロー炉内の温度を第２の融点Ｔｂよりも高く、かつ第１の融点Ｔａ温度よりも低い温度（Ｔ２）まで上昇させる。Ｔ２の一例としては、第２の融点Ｔｂよりも１０℃〜３０℃高い温度である。

第２の加熱処理における加圧機２００の加圧力は、図７に示すように、第１の加熱処理時と同じ圧力（Ｐ）を継続させる。従って、Ｃ時間同じ圧力で加圧することとなる。第２の加熱処理を開始すると、電子部品３０と第２の配線基板２０との間で接触していた第２の接合部材２３が溶融し始める。

この状態をＢ時間（例えば６分〜１０分程度）維持させた後、例えば常温まで一気に冷却するなど、Ｔ２の温度を軟化点Ｔｃ以下に下げることによって、第２の接合部材２３の接合が完了し、また樹脂シート４０ａが浸透して形成された樹脂部４０が硬化し、絶縁材として機能することとなる。

以上述べてきたプリント回路板準備工程（ステップＳ１０）〜加熱工程（ステップＳ４０）の全ての工程を経ることで図８に示すような部品内蔵のプリント配線板１が完成する。

即ち、電極上に設けられた接合部材と配線板間に設けられる樹脂部の融点に関して所定の組み合わせを有した部材を用いることで、従来のプリント配線板の製造方法を大きく変更することなく比較的容易に部品内蔵のプリント配線板を得ることができる。

（電子機器）
本実施形態に係る電子機器（図示を省略）は、上述した部品内蔵型のプリント配線板１を少なくとも収容する電子機器であり、その具体的な種類や構造を限定するものではない。例えば、プリント配線板１を収容するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置や、ＤＶＤ記録再生装置等のＡＶ装置等である。

本実施の形態に係る電子機器においても、電極上に設けられた接合部材と配線板間に設けられる樹脂部の融点に関して所定の組み合わせを有した部材を用いることで、従来のプリント配線板の製造方法を大きく変更することなく比較的容易に部品内蔵のプリント配線板を得ることができる。

（変形例）
本発明は、上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、第２の配線基板２０を準備し、この上に樹脂シート４０ａを配置し、その上からプリント回路板５０を搭載してステップＳ４０で示した加熱工程を行っても良い。この製造過程を経ても同様にプリント配線板１が得られる。

また、複数の電極１２の内、所定の電極１２上に塗布された第１の接合部材１３を絶縁材料に変えても良い。これにより、所定の電極１２では電気的接続を断つことが可能となる。

プリント配線板の製造工程を示したフローチャート。 プリント回路板準備工程（ステップＳ１０）を示した図。 樹脂シート配置工程を示した図。 配線基板配置工程を示した図。 加熱工程を示した図。 加熱工程における温度プロファイルの一例を示した図。 加熱工程における加圧プロファイルの一例を示した図。 プリント配線板１の断面図の一例。

符号の説明

１ プリント配線板
１１ 基板
１２ 電極
１０ 第１の配線基板
１２ 第１の接合部材
２０ 第２の配線基板
２１ 基板
２２ 電極
２３ 第２の接合部材
３０ 電子部品
４０ 樹脂部
５０ プリント回路板
Ｔａ 第１の融点
Ｔｂ 第２の融点
Ｔｃ 軟化点

Claims (3)

1. 第１電極を有した第１配線基板と、
   第２電極を有した第２配線基板と、
   第１融点で溶融する第１接合部材を介して前記第１電極と電気的に接続し、前記第１融点より低い第２融点で溶融する第２接合部材を介して前記第２電極と電気的に接続する電子部品と、
   前記第１配線基板と前記第２配線基板との間に設けられ、前記第２融点より低い温度で軟化する樹脂部と、
   を備えたプリント配線板。
2. 第１融点で溶融する第１接合部材を介して第１配線基板の第１電極に電気的に接続された電子部品に対して前記第１電極とは反対側から前記第１融点より低い軟化点で軟化する樹脂部を配置し、
   前記第１融点より低く前記軟化点より高い第２融点で溶融する第２の接合部材が設けられた第２配線基板の第２電極を前記樹脂部と対向するように配置し、
   前記第１配線基板と前記第２配線基板とを互いに重なる方向に加圧し、
   前記軟化点以上で加熱した後に前記第２融点以上で加熱する、
   プリント配線板の製造方法。
3. プリント配線板を内蔵した電子機器であって、
   前記プリント配線板は、
   第１電極を有した第１配線基板と、
   第２電極を有した第２配線基板と、
   第１融点で溶融する第１接合部材を介して前記第１電極と電気的に接続し、前記第１融点より低い第２融点で溶融する第２接合部材を介して前記第２電極と電気的に接続する電子部品と、
   前記第１配線基板と前記第２配線基板との間に設けられ、前記第２融点より低い温度で軟化する樹脂部と、
   を備えた電子機器。

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