JP5583815B1 - 多層配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度と屈曲性を向上させた多層配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】多層配線基板は、樹脂基材に配線パターン及びビアが形成された複数のプリント配線基材１０〜４０を、接着層９を介して積層方向に積層してなる。多層配線基板１００は、平面的に見て所定間隔毎に配置されたマトリックス状の複数の多層配線部９０の周囲のプリント配線基材４０〜２０及び接着層９に形成され、複数の多層配線部９０間を各多層配線部９０が積層方向及びプリント配線基材４０〜２０の面方向に変位可能に繋ぐ弾性部材８２及び空間部８３からなる可動部８０を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のプリント配線基材を接着層を介して積層した多層配線基板及びその製造方法に関する。

複数のプリント配線基材を接着層を介して積層した多層構造の配線基板のうち、例えば半導体部品等の電子部品を内蔵した部品内蔵基板として、下記特許文献１に開示された多層プリント配線板を利用した電子装置が知られている。この電子装置は、プリント配線板間に電子部品を内蔵した多層構造を備え、薄膜化を進めながらも任意の層間隔を確保しつつ、ある程度の屈曲性を有する特性を備えている。

特開２００７−８０８５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の電子装置では、薄膜化を進めるほど各層の配線板の機械的強度や屈曲性に依存する折れや曲がり等の種々の問題が生じるため、薄膜化に伴う機械的強度と屈曲性の更なる改善が求められている。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、機械的強度と屈曲性を向上させた多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る多層配線基板は、樹脂基材に配線パターン及びビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して積層方向に積層してなる多層配線基板であって、マトリックス状に配置された複数の多層配線部と、前記複数の多層配線部を縦横に繋ぐ弾性部材からなる可動部とを有することを特徴とする。

本発明に係る多層配線基板によれば、複数の多層配線部を縦横に繋ぐ弾性部材からなる可動部を有するので、この可動部によって多層配線基板の屈曲性は向上する。これにより、可動部近傍のプリント配線基材の一部とその他の部分との曲げ剛性の違いにより、屈曲による歪みを可動部がほぼ担い、多層配線部に歪みは殆ど発生しない。また、可動部が例えば面方向に変位可能であるので、多層配線部が剪断方向に伸縮できると共に、伸縮後に常態に戻る特性を備える。

本発明の一実施形態においては、前記複数の多層配線部及び前記可動部で囲まれた所定領域に空間部が形成される。

本発明の他の実施形態においては、前記複数の多層配線部は、前記積層方向の内部に電子部品を内蔵する部品内蔵部である。

本発明の更に他の実施形態においては、前記弾性部材は、耐熱性ゴムである。

本発明の更に他の実施形態においては、前記弾性部材は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムからなる。

本発明の更に他の実施形態においては、前記可動部は、前記複数のプリント配線基材のうち内層として配置される一つのプリント配線基材の表裏に積層方向に対向して形成されている。

本発明に係る多層配線基板の製造方法は、樹脂基材に配線パターン及びビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して積層方向に積層してなる多層配線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前記ビア並びに前記接着層を形成すると共に、平面的に見てマトリックス状に配置される複数の多層配線部の周囲における所定箇所を厚さ方向にくり抜き加工して開口部を設けた複数の前記プリント配線基材を形成する工程と、複数の前記プリント配線基材を前記複数の多層配線部及び前記開口部が前記積層方向に重なるように位置合わせして積層する工程と、前記開口部内に弾性部材を充填して複数の前記プリント配線基材をキュアする工程と、前記複数の多層配線部及び前記弾性部材で囲まれた所定領域を前記積層方向にくり抜き加工する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る多層配線基板の製造方法によれば、上記作用効果を奏する多層配線基板を安価且つ簡単に製造することができる。

本発明の一実施形態においては、前記プリント配線基材を形成する工程では、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つの前記多層配線部に相当する箇所に電子部品を内蔵する部品用開口部を形成し、前記積層する工程では、前記部品用開口部内に前記電子部品を収容した上で積層する。

本発明によれば、機械的強度と屈曲性を向上させた多層配線基板及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の構造を模式的に示す上面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 同多層配線基板の変位態様を説明するための上面図である。 同多層配線基板の製造工程を示すフローチャートである。 同多層配線基板を製造工程毎に示す断面及び上面図である。 同多層配線基板を製造工程毎に示す断面及び上面図である。 同多層配線基板を製造工程毎に示す断面及び上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。

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多層配線基板及びその製造方法を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
まず、図１〜図３を参照して、第１の実施形態に係る多層配線基板の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の構造を模式的に示す上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は、多層配線基板の変位態様を説明するための上面図である。

図２に示すように、第１の実施形態に係る多層配線基板１００は、接着層９を介して熱圧着により一括積層された第１プリント配線基材１０、第２プリント配線基材２０、第３プリント配線基材３０及び第４プリント配線基材４０を有する。ここでは、第４プリント配線基材４０は、最表層に設けられたカバーレイとして機能する。接着層９は、例えばエポキシ系やアクリル系の熱硬化性又は熱可塑性接着剤等からなる。

多層配線基板１００は、第３プリント配線基材３０の第３樹脂基材３１に形成された部品用開口部３９内に、第２及び第４プリント配線基材２０，４０に挟まれた状態で内蔵されたＩＣチップ６０を有する。従って、多層配線基板１００は、ここでは部品内蔵基板として機能し、ＩＣチップ６０は、図１に示すような矩形領域９０内において内蔵されている。

第１〜第４プリント配線基材１０〜４０は、それぞれ第１樹脂基材１１、第２樹脂基材２１、第３樹脂基材３１及び第４樹脂基材４１を備える。また、第１〜第３プリント配線基材１０〜３０は、第１〜第３樹脂基材１１〜３１の表面に形成された信号用配線（配線パターン）１２，２２，３２を備える。第４プリント配線基材４０は、接着層９を備える。

なお、信号用配線１２，２２は第１及び第２樹脂基材１１，２１の一方の面に形成され、信号用配線３２は第３樹脂基材３１の両面に形成されている。このように、第１及び第２プリント配線基材１０，２０は片面銅張積層板（片面ＣＣＬ）に基づき形成され、第３プリント配線基材３０は両面銅張積層板（両面ＣＣＬ）に基づき形成されている。

第１〜第４樹脂基材１１〜４１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。ここで、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）等からなる樹脂フィルムや、熱硬化性のエポキシ樹脂からなる樹脂フィルム等を用いることができる。信号用配線１２〜３２は、銅箔等の導電材をパターン形成してなる。以上のような第１〜第４樹脂基材１１〜４１及び信号用配線１２〜３２により、部品内蔵基板としての多層配線基板１００を薄型化することができる。

また、第１及び第２プリント配線基材１０，２０は、それぞれ第１及び第２樹脂基材１１，２１に形成されたビアホール内に充填形成された信号用ビア１４，２４を有する。信号用ビア１４は信号用配線１２，２２間を電気的に接続し、信号用ビア２４は信号用配線２２，３２間を電気的に接続する。

また、信号用ビア２４は、ＩＣチップ６０に電気的に接続される。なお、第３プリント配線基材３０は、第３樹脂基材３１のビアホール内にめっきにより形成され、第３樹脂基材３１の両面に形成された信号用配線３２を互いに電気的に接続する信号用ビア３４を有する。

信号用ビア１４，２４は、ビアホール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み、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、特に銅や銀等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。なお、導電性ペーストは、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、導電性ペーストは、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、導電性ペーストは、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。なお、導電性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等を用いることができる。

そして、第１の実施形態における多層配線基板１００は、図１及び図２に示すように、最表層から最下層に向かって、第４〜第２プリント配線基材４０〜２０及び第１樹脂基材１１の上面までの接着層９をくり抜いた開口部８１内に充填形成された弾性部材８２を有する可動部８０を備える。

図１に示すように、可動部８０は、多層配線基板１００を平面的に見て所定間隔毎に配置されたマトリックス状の複数の多層配線部９０の周囲の第４〜第２プリント配線基材４０〜２０及び接着層９に形成されている。複数の多層配線部９０は、少なくとも２×２以上のマトリックス状に配置される。可動部８０は、複数の多層配線部９０間を各多層配線部９０が積層方向及び第４〜第２プリント配線基材４０〜２０の面方向に変位可能に繋ぐブリッジ状の弾性部材８２及び空間部８３からなる。

弾性部材８２は、例えば耐熱性ゴム（シリコーンゴムやフッ素ゴム）からなる。弾性部材８２は、弾性率が１〜１００ＭＰａ程度に設定されている。空間部８３は、多層配線部９０及び弾性部材８２で囲まれた所定領域に形成される。空間部８３は、上記開口部８１と同様に、第４〜第１プリント配線基材４０〜１０を全てくり抜くと共に、必要に応じて弾性部材８２及び第１プリント配線基材１０の一部をくり抜いて形成されている。

このように構成された可動部８０を備えることにより、多層配線基板１００は、図３に示すように変位可能な構造を備える。すなわち、多層配線基板１００は、図中ｘ，ｙ方向には第１樹脂基材１１の材料特性により殆ど変位しないが、図中ｘ，ｙに沿った剪断方向、曲げ方向及びねじり方向には変位する。また、対角線方向には擬似的に伸縮する構造となる。

このような伸縮動作に一番近いものとしては、格子状に織られた織物における伸縮動作が挙げられる。そして、多層配線基板１００は、伸縮等変位した後には、可動部８０の弾性部材８２の弾性により常態に戻される。なお、平面的に見た矩形領域９０の角部は、Ｒ１以上の面取りが施されていても良い。

通常、ＰＩやＬＣＰ等の樹脂フィルムでは、許容歪みが数％程度となっているため、可動部８０を、例えば２つの矩形領域９０間に一つの弾性部材８２をブリッジ状に設けたような構造とした場合では、上記のように常態に戻る以外の伸縮性を持たせることが構造上困難となる。

このため、本実施形態に係る多層配線基板１００では、平面的に見て各多層配線部９０間をブリッジ状の複数の弾性部材８２で格子状に繋いだような構造を有する弾性部材８２及び上記のような所定領域に形成された空間部８３からなる可動部８０を設けるようにした。

上記可動部８０により、多層配線基板１００の屈曲性は向上する。また、可動部８０近傍の第１〜第４プリント配線基材１０〜４０一部とその他の部分との曲げ剛性の違いにより、屈曲による歪みを可動部８０がほぼ担い、多層配線部９０に歪みは殆ど発生しない。これにより、多層配線基板１００は、多層配線部９０やＩＣチップ６０の近傍の機械的強度を高く保つことができる。なお、多層配線部９０にＩＣチップ６０を内蔵しない構造としても同様の作用効果を奏することができる。

次に、図４〜図７を参照して、第１の実施形態に係る多層配線基板１００の製造方法について説明する。図４は、多層配線基板の製造工程を示すフローチャートである。図５〜図７は、多層配線基板を製造工程毎に示す断面及び上面図である。まず、第１及び第２プリント配線基材１０，２０については、出発材として片面ＣＣＬを準備し（ステップＳ１００）、エッチング等により信号用配線の回路形成を行って（ステップＳ１０２）、回路形成面と反対側の面に接着剤をラミネートする（ステップＳ１０４）。第４プリント配線基材４０に関しては、回路形成をスキップして接着剤がラミネートされる。

そして、必要に応じて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の多層配線部９０の周囲における各多層配線部９０を繋ぐ所定箇所を厚さ方向にくり抜き加工して開口部８１を形成する（ステップＳ１０６）。くり抜き加工は、レーザやルータを用いて行われる。図５においては、例えば第２プリント配線基材２０となる片面ＣＣＬについて、開口部８１を形成した場合を図示している。

開口部８１を形成したものとしていないものとについて、それぞれビア開口を加工し（ステップＳ１０８）、導電性ペーストを印刷して信号用ビアを形成し（ステップＳ１１０）、所定箇所の信号用ビアにＩＣチップ６０を実装する（ステップＳ１１２）。一方、第３プリント配線基材３０については、出発材として両面ＣＣＬを準備する（ステップＳ１１４）。

そして、エッチング等により信号用配線の回路形成を行い（ステップＳ１１６）、部品用開口部３９のポケット加工を行って（ステップＳ１１８）、上記ステップＳ１０６と同様に、所定箇所を厚さ方向にくり抜き加工して開口部８１を形成する（ステップＳ１２０）。

その後、上記のように形成された第１〜第４プリント配線基材１０〜４０を、ＩＣチップ６０を位置決めすると共に開口部８１を位置合わせして積層し（ステップＳ１２２）、開口部８１内に弾性部材８２としてのゴム材料を充填して一括キュアを行う（ステップＳ１２４）。これにより、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、開口部８１内に弾性部材８２が充填された状態の多層配線基板１００の原型が形成される。

そして、上述したように、多層配線部９０及び弾性部材８２で囲まれた所定領域及び弾性部材８２の一部をキュア後にくり抜き加工することにより空間部８３を形成する（ステップＳ１２８）。このとき、第４プリント配線基材４０上にはみ出ている弾性部材８２は同時に除去される。

これにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、多層配線部９０の周囲に弾性部材８２及び空間部８３からなる可動部８０が形成された多層配線基板１００が製造される。なお、この後、レジストを形成したりランド表面処理等が行われたりする後処理が実施され（ステップＳ１３０）、本フローチャートによる処理を終了する。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。第２の実施形態に係る多層配線基板１００においては、図８に示すように、第１プリント配線基材１０を省略すると共に、表裏２種類の可動部８０を有する点で第１の実施形態と相違している。

すなわち、開口部８１は第２及び第４プリント配線基材２０，４０及び接着層９を、第３プリント配線基材３０の第３樹脂基材３１の各面に達するように貫通形成され、各開口部８１に充填された弾性部材８２及び空間部８３により可動部８０が構成されている。各可動部８０は、第３プリント配線基材３０を介して積層方向に対向して形成されている。

上記第１の実施形態は主に多層配線基板１００の一方向の曲げに対応することができるが、第２の実施形態は、表裏の可動部８０により、多層配線基板１００の二方向の曲げにも十分対応することが可能な構成となっており、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第３及び第４の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図であり、図１０は、本発明の第４の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。図９及び図１０に示すように、第３の実施形態及び第４の実施形態に係る多層配線基板１００は、第４プリント配線基材４０に信号用配線４２及び信号用ビア４４が形成され、多層配線部９０における信号用配線４２上に電子部品６９が半田バンプ６８を介して表面実装され、更に第１及び第４プリント配線基材１０，４０の信号用配線１２，４２側にレジスト６１が形成されている点が、第１の実施形態と相違している。

なお、第３の実施形態に係る多層配線基板１００は、図９に示すように電子部品６９がアンダーフィル６７により封止され、第４の実施形態に係る多層配線基板１００は、図１０に示すように電子部品６９がモールド樹脂６６により封止されている。このように多層配線基板１００に電子部品６９を表面実装しても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る多層配線基板の構造を示す断面図である。図１１に示すように、第５の実施形態に係る多層配線基板１００は、表裏に交互に可動部８０を有する点が、第１の実施形態と相違している。すなわち、開口部８１は、第４〜第２プリント配線基材４０〜２０及び第１樹脂基材１１の上面までの接着層９を貫通して形成される箇所と、第１〜第３プリント配線基材１０〜３０及び第４樹脂基材４１の下面までの接着層９を貫通して形成される箇所とが、表裏で交互に配置される。可動部８０は、このように配置された開口部８１内に充填された弾性部材８２及び空間部８３で構成される。このような構造により、第１の実施形態と同様の作用効果と第２の実施形態と同様の作用効果を併せて奏することが可能となる。

なお、上述した多層配線基板１００は、例えば多層配線部９０内にＩＣチップ６０としてセンサ等の電子部品を内蔵した場合、この電子部品を内蔵した多層配線部９０が弾性部材８２及び空間部８３からなる可動部８０により連続的に連結した構造となる。このため、上述したように曲げやねじりに加えて剪断方向への伸縮性に富む構造とすることができるので、例えば医療分野やその他の多方面での用途に供することが可能となる。

１０ 第１プリント配線基材
２０ 第２プリント配線基材
３０ 第３プリント配線基材
４０ 第４プリント配線基材
６０ ＩＣチップ
８０ 可動部
８２ 弾性部材
８３ 空間部
９０ 多層配線部
１００ 多層配線基板

Claims (8)

1. 樹脂基材に配線パターン及びビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して積層方向に積層してなる多層配線基板であって、
   マトリックス状に配置された複数の多層配線部と、
   前記複数の多層配線部を縦横に繋ぐ弾性部材からなる可動部とを有する
   ことを特徴とする多層配線基板。
2. 前記複数の多層配線部及び前記可動部で囲まれた所定領域に空間部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 前記複数の多層配線部は、前記積層方向の内部に電子部品を内蔵する部品内蔵部である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の多層配線基板。
4. 前記弾性部材は、耐熱性ゴムである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の多層配線基板。
5. 前記弾性部材は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムからなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の多層配線基板。
6. 前記可動部は、前記複数のプリント配線基材のうち内層として配置される一つのプリント配線基材の表裏に積層方向に対向して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の多層配線基板。
7. 樹脂基材に配線パターン及びビアが形成された複数のプリント配線基材を、接着層を介して積層方向に積層してなる多層配線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前記ビア並びに前記接着層を形成すると共に、平面的に見てマトリックス状に配置される複数の多層配線部の周囲における所定箇所を厚さ方向にくり抜き加工して開口部を設けた複数の前記プリント配線基材を形成する工程と、
   複数の前記プリント配線基材を前記複数の多層配線部及び前記開口部が前記積層方向に重なるように位置合わせして積層する工程と、
   前記開口部内に弾性部材を充填して複数の前記プリント配線基材をキュアする工程と、
   前記複数の多層配線部及び前記弾性部材で囲まれた所定領域を前記積層方向にくり抜き加工する工程とを備えた
   ことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
8. 前記プリント配線基材を形成する工程では、前記複数の樹脂基材のうちの少なくとも一つの前記多層配線部に相当する箇所に電子部品を内蔵する部品用開口部を形成し、
   前記積層する工程では、前記部品用開口部内に前記電子部品を収容した上で積層する
   ことを特徴とする請求項７記載の多層配線基板の製造方法。

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