WO2004093508A1 - フレックスリジッド配線板 - Google Patents

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WO2004093508A1
WO2004093508A1 PCT/JP2004/005460 JP2004005460W WO2004093508A1 WO 2004093508 A1 WO2004093508 A1 WO 2004093508A1 JP 2004005460 W JP2004005460 W JP 2004005460W WO 2004093508 A1 WO2004093508 A1 WO 2004093508A1
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WO
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rigid
substrate
flex
board
flexible
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/005460
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English (en)
French (fr)
Inventor
Katsuo Kawaguchi
Hirofumi Futamura
Original Assignee
Ibiden Co., Ltd.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention proposes a wiring board composed of a flexible board and a rigid board, and in particular, a flex-rigid wiring board having a feature in a connection structure in which a flexible board and a rigid board are integrated in a rigid portion. is there.
  • flex-rigid multilayer wiring boards have been used in portable electronic devices such as foldable mobile phones.
  • Such a wiring board connects the rigid portions 500 and 520 having no flexibility and the flexible portion 510 with flexibility via the flexible board 544 as shown in FIG.
  • a flexible substrate 544 and rigid substrate 500, 520 are electrically connected to each other through a conductive layer of a through hole 502, for example, as disclosed in — Disclosed in 90756.
  • the flex-rigid multilayer wiring board according to the prior art is manufactured by a process as shown in FIG.
  • Conductive patterns 511 are formed on both sides of the flexible substrate 544, and the conductive patterns are protected by a coverlay 512.
  • the rigid substrate 540 and the flexible substrate 544 are overlapped and pressed from above and below as shown in FIG. This is the substrate on which the film was formed.
  • the plating solution affects the portion of the flexible substrate 544 during the plating process. It's not like that.
  • a flexible board made of a polyimide resin film is thermo-compressed between rigid boards made of a glass epoxy resin or a glass polyimide resin via a prepreg or an adhesive sheet. After that, it is manufactured through many processes such as drilling, through-hole plating, resist coating, and etching.
  • the conventional flex-rigid multilayer wiring board basically has a structure in which a rigid board is laminated on both sides (front and back) of a flexible board, and electric is passed through through holes provided so as to penetrate these boards. It is configured to connect dynamically.
  • a signal is transmitted from one rigid substrate to the flexible substrate via the plated conductor layer on the inner surface of the through hole, but the signal does not pass through the conductor layer on the inner surface of the through hole facing the other rigid substrate.
  • LC reactance and capacitance
  • the flex-rigid wiring board is housed in a portable electronic device. In order to prevent a failure from occurring easily even if the device housing the wiring board is dropped, more resistance to falling on the wiring board itself is required.
  • the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art, and to be effective in reducing inductance in a high frequency range, and in reducing noise due to signal delay or reflected waves, and to improve connection reliability and other reliability.
  • An object of the present invention is to provide a flex-rigid wiring board that is excellent, has a high degree of freedom in wiring connection structure, and can be manufactured with a high yield.
  • connection electrode pad is also formed on the flexible substrate at a position facing the connection electrode pads on the rigid substrate, and these substrates are insulated with an insulating adhesive.
  • the above-described conventional structure can be achieved by a structure in which the connection electrode pads are electrically and physically connected via a massive conductor provided so as to penetrate the insulating adhesive layer. They found that they could solve the technical problems at once, and completed the present invention.
  • a rigid substrate composed of a hard substrate having a conductor layer including a connection electrode pad and a flexible substrate composed of a flexible base having a conductor layer including a connection electrode pad are laminated.
  • a flex-rigid wiring board that is integrated and electrically connected
  • An insulating adhesive is interposed at least between the overlapping portions of the rigid substrate and the flexible substrate, and the electrode pads for connection between the rigid substrate and the flexible substrate are penetrated by the insulating adhesive.
  • a flex-rigid wiring board characterized by being electrically connected via a lump-shaped conductor provided in such a manner as to make the connection.
  • the terms “flexible substrate” and “rigid substrate” include both a single layer and a multilayer.
  • the insulating adhesive includes an anisotropic conductive material, such as an anisotropic conductive material, in which conductive particles are dispersed in a resin so that conduction is caused by pressurization. It goes without saying.
  • the flex-rigid wiring board has a configuration in which a plurality of rigid boards are stacked in a multilayer shape on one flexible board.
  • the bulk conductive material is a rigid substrate or a flexible substrate. It is preferable that the projection is provided on any one of the connection electrode pads. The reason is that it is easy to penetrate the insulating adhesive layer, and it becomes easy to polymerize and integrate the rigid substrate and the flexible substrate.
  • connection electrode pad is formed on one or both surfaces of the rigid substrate and the flexible substrate.
  • connection electrode pads are formed on both surfaces of the flexible substrate, conductive paths (via holes) for electrically connecting the connection electrode pads may be formed.
  • the rigid substrate is electrically connected at a plurality of positions of the flexible substrate, and the rigid substrate including the conductor layer and the resin insulating layer may be formed in a single layer or a multi-layer.
  • the rigid substrate including the conductor layer and the resin insulating layer may be formed in a single layer or a multi-layer.
  • Each of the individually formed rigid boards is superimposed and integrated on one or both sides of the flexible board via a massive conductor.
  • the connection electrode pad of the rigid substrate may be formed over the entire surface of the rigid substrate, or may be formed in a limited area.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an overlap between a rigid board and a flexible board which constitute a flex-rigid wiring board according to the present invention.
  • the bonding area between the rigid substrate and the flexible substrate that is, the area B of the portion where the rigid substrate and the flexible substrate overlap each other is within a range of 40% or less of the surface area A of the rigid substrate.
  • the polymerization range is not less than 5% of the surface area of the rigid substrate and not more than 40%. It is more preferable that the connection electrode pads are connected to each other via ⁇ conductors in such a polymerization range, and the rigid substrate and the flexible substrate are integrated by an insulating adhesive. Is preferred.
  • the reason for this is that if the polymerization range is less than 5%, sufficient adhesive strength between the rigid substrate and the flexible substrate cannot be obtained with the insulating adhesive and the lump conductor, and the bow I tension test, etc. This is because, when the strength test is performed, troubles such as causing a problem in the connection between the ⁇ ° heads are likely to occur because the strength is reduced. On the other hand, if the polymerization range exceeds 40%, the effect of the difference between the thermal expansion coefficient of a relatively large flexible substrate and the thermal expansion coefficient of a relatively small rigid substrate becomes large, and disconnection is likely to occur due to cooling / heating cycles. Because.
  • the polymerization range 5% or more and 40% or less, it is possible to sufficiently maintain the adhesion between the rigid substrate and the flexible substrate and to suppress disconnection due to a thermal cycle.
  • the electrical connection can be improved.
  • the polymerization range is a range of 10% or more and 25% or less of the surface area of the rigid substrate ⁇ In such a polymerization range, a rigid substrate or a flexible substrate is formed. Since the influence of the difference in the thermal expansion coefficient of the materials to be used can be reduced, other variations can be offset, and the electrical connectivity and reliability can be improved.
  • the position of the interlayer connection portion of the rigid board and the position of the interlayer connection portion of the flexible substrate are made to coincide with each other, and a superstructure structure is formed in which these interlayer connection portions are overlapped and made conductive. Is desirable. The reason for this is that the so-called stack structure can reduce the wiring length, making it suitable for mounting electronic components that require high power.
  • the strength near the stack structure is increased, so that the stress caused by the thermal cycle is buffered, and the electrical connection is improved.
  • connection electrode pads formed on the rigid substrate and the flexible substrate The area of the connection electrode pad that has a smaller area in contact with the demon conductor is S. Where s is the contact area between the connection electrode pad and the massive conductor, and the area ratio is s / s. Is preferably set to 0. ⁇ ⁇ ⁇ / ⁇ ⁇ .9.
  • the bulk conductor is preferably a bulk conductor having a convex curved shape such as a sphere or a hemisphere, a column shape such as a prism or a cylinder, a cone shape such as a pyramid or a cone, or a pin shape.
  • the conductive material forming the conductor include metals such as copper, gold, silver, and tin, alloys thereof, and various solders.
  • the convex conductor, the columnar or the cone-shaped massive conductor is formed by plating, a printing method, a transfer method, an embedding method (implant), an electrodeposition method, or the like.
  • a conical bump such as a cone obtained by molding a metal base by a printing method and then curing the metal base is preferable.
  • connection reliability can be improved.
  • the massive conductor when the massive conductor is a conical bump such as the cone, the insulating adhesive layer formed between the rigid substrate and the flexible substrate may be made of a prepreg. preferable. This is because the conical bump easily penetrates. Further, the massive conductor may be a bump formed by copper plating, and such a massive conductor is connected to a contact electrode pad provided on a flexible substrate via a solder layer. Preferably, it is formed. This is because of excellent electrical connectivity.
  • the massive conductor may be a bump formed by Sn-Ag plating. This is because Sn-Ag is a lead-free solder, has excellent malleability, and is effective in relieving stress generated during thermal cycling.
  • connection between the rigid substrate and the flexible substrate may be performed by fitting the pin-shaped massive conductor into a through-hole-shaped connection electrode pad provided on the rigid substrate and the flexible substrate.
  • the connection via such a pin-shaped bulk conductor can separate the rigid substrate from the flexible substrate as necessary, and ensure resistance to stress generated in a direction parallel to the substrate surface.
  • a solder bump is formed on the connection electrode pad of either the rigid board or the flexible board by a transfer method, and the rigid board and the flexible board are electrically connected by the solder bump. Is preferred.
  • the reason is that the shape of the solder bumps formed by the transfer method is more reliably transferred than the bumps formed by the print method, so there is no resin residue and the connection stability is improved. This is because it can be planned.
  • the drop impact resistance can be prevented by the insulating adhesive, and (d) The drop impact resistance can be prevented by the insulating adhesive, and
  • 1 (a) and 1 (b) are schematic diagrams schematically showing an overlap between a rigid substrate and a flexible substrate constituting a flex-rigid wiring board according to the present invention.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (d) are views showing a part of a process for manufacturing a flex-rigid wiring board according to Example 1 of the present invention.
  • 3 (a) to 3 (f) are views showing a part of a process of manufacturing the flex-rigid wiring board according to the first embodiment.
  • 4 (a) and 4 (b) are views each showing a part of a process of manufacturing the flex-rigid wiring board according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the flex-rigid wiring board according to the first embodiment of the present invention.
  • 6 (a) to 6 (e) are views showing a part of a step of manufacturing a flex-rigid wiring board according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are views showing a part of a process of manufacturing the flex-rigid wiring board according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to a fifth embodiment of the present invention.
  • 11 (a) to 11 (c) are views showing a part of a process for manufacturing a flex-rigid wiring board according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13A to 13C show a flex-rigid wiring board according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to Comparative Example 1.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a flex-rigid wiring board according to Comparative Example 3.
  • FIG. 16 is a diagram showing the frequency dependence of the inductance in the high frequency region.
  • FIG. 17 (a) is a voltage waveform diagram showing signal delay at 100 MHz
  • FIG. 17 (b) is a voltage waveform diagram showing signal delay at 5 GHz.
  • FIG. 18 is a voltage waveform diagram showing waveform disturbance due to reflected noise.
  • the waveform of the through-hole connection structure according to the prior art is different from the waveform of the connection structure according to the present invention due to the influence of reflected noise.
  • Indicates that ringing is occurring in the under.
  • FIG. 19 is a diagram showing the correlation between the contact area ratio between the ⁇ demon conductor and the connection electrode pad and the thermal cycle test in Example 8.
  • FIG. 20 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a conventional flex-rigid wiring board.
  • FIG. 21 is a view showing a manufacturing process of a conventional flex-rigid wiring board.
  • a characteristic configuration of the flex-rigid wiring board according to the present invention is that an insulative adhesive is applied to at least a portion where the rigid board and the flexible board each having the conductor layer including the connection electrode node overlap each other. It is electrically and physically integrated via the bulk conductor provided so as to penetrate the insulating adhesive, by interposing and polymerizing and integrating the connection electrode pads between the rigid substrate and the flexible substrate. It is integrated by connecting to
  • the “bulk conductor” employed as a characteristic configuration in the present invention includes a convex curved surface shape such as a sphere or a hemisphere, a columnar shape such as a prism or a cylinder, a cone shape such as a pyramid or a cone, or a pin shape.
  • This is a concept that includes a bulk conductor or an aggregate of conductive particles consisting of: a connection electrode pad provided on a rigid substrate and a connection electrode pad provided on a flexible substrate with sufficient connection strength; and Any means that can be electrically connected may be used.
  • the flexible substrate used in the present invention has a moderate flexibility Any material can be used, and for example, a plastic substrate, a metal substrate, a film substrate, or the like can be used.
  • a glass epoxy substrate a glass polyimide substrate, an aluminum substrate, an iron substrate, a polyimide film substrate, a polyethylene film substrate, an LCP substrate (liquid crystal polymer), or the like can be used.
  • a polyimide film having a conductor circuit provided on one or both sides is preferable.
  • the thickness of the flexible substrate is preferably about 10 to 1, and The reason for this is that if the thickness is less than 1 O ⁇ m, the electrical insulation is reduced, and if it exceeds 1 O Aim, the flexibility is reduced.
  • the flexible substrate has a conductor circuit including connection electrode pads formed on one or both surfaces thereof, and the conductor circuit is formed by plating on the surface of the insulating film, or is a metal circuit attached to the surface of the insulating film.
  • the connection electrode pad is formed by etching a foil, and is formed as a part of a conductor circuit.
  • connection electrode pad may be a via land of a type that penetrates through the substrate and makes an electrical connection to the other conductor circuit, and a flexible substrate and a rigid substrate described later through such a via hole. Electrical connection with the device.
  • connection electrode pads formed on the flexible substrate are, for example, circular with a diameter of about 50 to 500 Atm, and 100 to 70 ⁇ m. It is preferable to provide a plurality of such arrangements at the same pitch.
  • connection reliability is uneasy when the distance is less than 500 m, and when the distance exceeds 500 m, the pad area is increased, which is disadvantageous for high-density mounting.
  • the rigid substrate that constitutes the present invention is a non-flexible substrate, as opposed to a flexible substrate, and is rigid and does not easily deform regardless of its form, number of layers, forming method, and the like. Substrate.
  • glass is used as an insulating resin base material for forming the substrate.
  • Hard base material selected from cloth epoxy resin base material, glass cloth bismaleimide triazine resin base material, glass cloth polyphenylene ether resin base material, aramide non-woven fabric-epoxy resin base material, aramide non-woven fabric-polyimide resin base material
  • a glass cloth epoxy resin base material is more preferable.
  • the thickness of the insulating resin substrate is about 20 to 60 Om. The reason for this is that if the thickness is less than 20 m, the strength decreases and handling becomes difficult, and the reliability of the electrical insulation decreases. If the thickness exceeds 60 mm, fine via formation and conductivity This is because filling the substance becomes difficult and the substrate itself becomes thicker.
  • a copper foil is attached to one or both surfaces of the insulating resin base material, and the thickness thereof is about 5 to 18 ⁇ m.
  • the reason for this is that when forming an opening for forming a via in an insulating resin base material by using laser processing as described below, if the opening is thinner than 5 m, it penetrates. If the thickness is too thick, it is difficult to form a conductor circuit / ⁇ ° turn having a fine line width by etching.
  • the rigid substrate composed of the insulating resin base material and the copper foil is preferably formed by laminating a prepreg in which a glass cloth is impregnated with an epoxy resin into a B-stage, and a copper foil, followed by hot pressing. Can be used.
  • a rigid substrate is excellent in positional accuracy because the position of the via hole and the via is not shifted during handling after the copper foil is etched.
  • the conductor circuit formed on one or both sides of the rigid board is formed by pressing a copper foil having a thickness of about 5 to 18 Atm through a resin adhesive layer which is maintained in a semi-cured state. After that, those formed by performing an appropriate etching treatment are preferable.
  • the conductor circuit is formed by attaching an etching protection film on a copper foil attached to a base material surface, covering the film with a mask of a predetermined circuit pattern, performing an etching process, and forming an electrode pad (via land). What is formed including is preferable.
  • a photosensitive dry film is formed on the surface of the copper foil. After affixing the film resist, exposure and development are performed along a predetermined circuit pattern to form an etching resist, and the metal layer on the non-etching resist forming portion is etched to form a conductor circuit pattern including electrode pads.
  • At least one aqueous solution selected from aqueous solutions of sulfuric acid and hydrogen peroxide, persulfate, cupric chloride, and ferric chloride can be used.
  • the entire surface of the copper foil is etched in advance to a thickness of 1 to 10 ⁇ m, More preferably, the thickness can be reduced to about 2 to 8 yam.
  • the shape, size, and number of the connection electrode pads formed on the rigid substrate are not particularly limited, but may be, for example, a circle having a diameter of about 50 to 500 m, It is desirable to arrange a plurality of them at a pitch of about 700 / m. The reason is that if the pad diameter is less than 50 Aim, the connection reliability is uneasy, and if the pad diameter exceeds 500 A> m, it is disadvantageous for high-density mounting.
  • the pad pitch which is the pad interval
  • connection reliability such as a short circuit will be problematic.
  • the pad pitch exceeds 700 m
  • the pad area will increase, resulting in a high pad area. It is disadvantageous for density mounting.
  • via opening An opening for forming a via hole (hereinafter, referred to as “via opening”) is provided in the insulating resin base material.
  • This via opening can be formed by laser irradiation.
  • a transparent protective film for example, a PET film
  • a carbon dioxide laser is irradiated from above the PET film, and the insulating resin substrate is penetrated through the PET film.
  • An opening reaching the copper foil from the surface of the material is formed. It is desirable that the amount of via opening under such additional conditions be about 50 to 25 ⁇ . If the via opening was less than 5 O ⁇ m, the via opening itself would be difficult, and the bulk conductor would be too small, causing problems in connectivity.
  • Desmearing is performed to remove resin residue remaining on the side and bottom surfaces of the via openings formed by laser irradiation.
  • This desmear treatment is performed by oxygen plasma discharge treatment, corona discharge treatment, ultraviolet laser treatment, excimer laser treatment, or the like.
  • the via opening is filled with a conductive material to form a filled via hole.
  • the conductive material is preferably a conductive paste or metal plating formed by electrolytic plating.
  • Filling with a conductive paste is preferable from the viewpoint of simplifying the process of forming the filled via hole and reducing the manufacturing cost and improving the yield, and from the viewpoint of connection reliability, metal formed by electrolytic plating is preferred.
  • Metal plating such as copper, tin, silver, various solders, copper tin, copper silver, etc., is preferred, and electrolytic copper plating is particularly preferred. This is because the electrolytic copper plating is easy to fill in forming a filling via and is excellent in electrical characteristics. In addition, the electrolytic copper plating film has an advantage that it easily absorbs stress.
  • the conductive material is not only filled in the via opening penetrating the insulating base material and reaching the conductive circuit, but may be formed to protrude to a predetermined height outside the via opening, and the protruding height is A range of about 5 to 3 Oym is desirable.
  • the electrical connection between the rigid substrate and the flexible substrate is as follows.
  • connection forms such as (1) to (4) can be adopted, and by arbitrarily combining these connection forms, the substrate material can be used effectively, and a free wiring connection structure and can do.
  • connection electrode pad is formed on the surface of one outermost layer of the printed circuit board, and a connection electrode pad is also formed on one surface of the flexible substrate, and the electrode pads of each substrate are connected to each other via a massive conductor. Connect.
  • connection electrode pads are formed on both outermost layers of the rigid board, and each flexible board is connected to both sides of the rigid board.
  • the connection electrode pads formed on the outermost layer are arranged facing each other, and the connection electrode pads facing each other are connected via a massive conductor.
  • connection electrode pads are formed on both sides of the flexible board, and one outermost layer is connected to those connection electrode pads.
  • Different rigid boards, each having a connection electrode pad formed on the surface, are arranged so that the connection electrode pads on those boards face each other. Are connected via a massive conductor.
  • a plurality of rigid boards are electrically connected at a plurality of locations on the flexible board, and the plurality of rigid boards may have any number of conductor layers and resin insulation layers.
  • the rigid substrate and the flexible substrate are each formed with the rigid substrate and the flexible substrate with the connecting electrode pads facing each other. The connection is made via a conductor.
  • connection forms (1) to (4) in particular, the form in which the flexible board is connected on one outermost layer surface of the rigid board as described in (1) will be described. I do.
  • a plurality of connection electrode pads are formed in advance as a part of a conductive circuit, and a predetermined region on one surface of the flexible substrate, For example, in the surface area along the short side of the elongated rectangular substrate, a plurality of connection pads corresponding to the connection electrode pads provided on the rigid substrate An electrode pad is formed in advance, and the plurality of connection electrode pad pairs are electrically and physically connected to each other by a massive conductor previously disposed on the connection electrode pad on the rigid substrate side or the flexible substrate side. Connected.
  • the rigid substrate and the flexible substrate are bonded to each other by an insulating adhesive layer applied or applied to a surface region of the rigid substrate or the flexible substrate where the connection electrode pad is not formed. Is done.
  • connection electrode pad is used as a part of a conductor circuit when one or two circuit boards constituting the outermost layer of the rigid board are formed by plating or etching. Formed on the insulating resin layer of the circuit board that forms the outermost layer, or as a via land that penetrates the insulating resin layer and electrically connects to the lower conductive circuit. it can.
  • the formation region of the connection electrode pad formed on the rigid substrate does not necessarily have to be the entire region of the outermost insulating resin layer surface of the rigid substrate, and a sufficient connection strength can be obtained. Any position may be used.
  • the surface area may be a peripheral surface area along a short side or a long side of a rectangular substrate, or a surface area from the peripheral edge to the center of the substrate.
  • connection electrode nodes can be set at an arbitrary position, the design of the housing of the electronic device, the rigid board and other electronic components housed in the housing, etc. According to the layout, the wiring can be drawn out in a desired direction, and an extremely advantageous wiring connection structure can be obtained.
  • the position of the interlayer connection portion of the rigid board is matched with the position of the interlayer connection portion of the flexible substrate, and these interlayer connection portions are overlapped with each other via a massive conductor to form a stacked structure portion.
  • the wiring length can be reduced, and a flex-rigid wiring board suitable for mounting electronic components requiring high power is provided. can do.
  • the area of the connection electrode pad having the smaller area that comes into contact with the massive conductor is S. Assuming that the contact area between the connection electrode pad and the massive conductor is S, the area ratio (,,) is desirably 0. A ⁇ S / SQO.9.
  • the massive conductor for connecting the connection electrode pads provided on the rigid substrate and the flexible substrate is configured to protrude on one of the connection electrode pads of the rigid substrate and the flexible substrate. This is because when the rigid substrate and the flexible substrate are overlapped, the insulating substrate easily penetrates.
  • Examples of the massive conductor include metals such as copper, gold, silver, and tin, alloys thereof, and various solders, which are used for plating, printing, transfer, embedding, and electrodeposition.
  • the shape of bumps (posts), balls, or pins formed into smooth convex curved shapes such as spheres or hemispheres, pillars such as prisms or cylinders, or pyramids such as pyramids or cones.
  • the connection electrode pad provided on the rigid board and the connection electrode pad provided on the flexible board have a sufficient connection strength. Any means can be used as long as it can be connected and electrically connected.
  • the bumps (posts) When the bumps (posts) are formed by plating, the bumps (posts) may be formed by copper plating. Such a massive conductor is provided on a flexible substrate. It is preferable that the connection is made to the connection electrode pad via a solder layer, thereby obtaining excellent electrical connectivity.
  • the solder for forming the bumps (posts) and balls includes Sn / Pb, Sn / Sb, Sn / Ag, Sn / Ag / CuSn / Cu, Sn / Zn, and Sn / Ag / I It can be formed from at least one kind of solder selected from n / Cu. That is, it may be formed of one type selected from the metals or various solders, or may be used as a mixture of two or more types.
  • bumps containing no lead and using so-called lead-free solder are preferred in response to social demands not to pollute the natural environment.
  • solder Sn / Sb, Sn Ag, S n / A g / C u s S n / C u N Sn / Zn, solder consisting of S n / A g / I nZC u like, for example.
  • Sn-37Pb solder having a melting point of 183 ° C and Sn-35Ag-0.7Cu solder having a melting point of 217 ° C are used. More preferred.
  • bumps formed by Sn / Ag soldering are more preferable because they have excellent malleability and are effective in relieving stress generated in a thermal cycle.
  • the solder bumps preferably have a height of about 10 to 15 ⁇ m, and can be formed by plating, printing, transfer, embedding (implant), electrodeposition, or the like.
  • a printing mask metal mask having a circular opening at a position on a substrate corresponding to a connection electrode pad of a rigid substrate or a flexible substrate having a connection electrode pad. Is placed, a solder paste is printed using the mask, and heat treatment is performed to form solder bumps.
  • a rigid substrate or a flexible substrate having connection electrode pads, a solder carrier, and a holding jig for a load are placed on a horizontal jig plate having a horizontal surface.
  • the board and the solder carrier are sandwiched between the horizontal jig plate and the holding jig, and both are held in parallel.
  • the solder pattern of the solder carrier is transferred onto the connection electrode pad by a row, and then the solder carrier is removed to form a solder bump on the connection electrode pad.
  • the solder ball may be formed of, for example, a copper ball having a diameter of about 100 to 80 Octm and a solder layer having a thickness of 150> m or less covering the copper ball.
  • the electrical and physical connection between the rigid board and the flexible board is performed by pressing and heating the connecting electrode pad of the flexible board against the solder bump or the solder ball on the connecting electrode pad of the rigid board. It is preferably performed by melting and solidifying the solder.
  • examples of the resin forming the insulating adhesive layer through which the rigid substrate and the flexible substrate are bonded and fixed to each other and through which the massive conductor penetrates include, for example, polyvinyl butyral, Also use phenol resin, nitrile rubber, polyimide resin, phenoxy resin, xylene resin or a mixture of two or more of these, polycarbonate resin, polysulfone resin, polyesterimide resin, liquid crystal polymer, polyamide resin, etc. It is possible. Further, a resin (prepreg) in which a glass mat, an inorganic filler, a glass cloth, or the like is blended with the resin may be used.
  • an insulating adhesive layer is formed by hot pressing with a prepreg or the like interposed between a rigid substrate and a flexible substrate.
  • the bump formed on the connection electrode pad is preferably a bump formed by molding a metal base into a predetermined shape and then curing the same.
  • a conical shape or a pyramid shape whose tip can easily penetrate the insulating adhesive layer.
  • a hemispherical shape or a trapezoidal shape may be used.
  • the metal paste includes, for example, conductive powder such as silver, gold, copper, solder powder, and carbon powder, alloy powder or composite (mixed) metal powder thereof, and, for example, polycarbonate resin, polysulfone resin, polyester resin, and phenoxy resin.
  • Resin, melamine resin It can be composed of a conductive composition prepared by mixing a binder component such as a phenol resin and a polyimide resin.
  • the metal bump can be formed as a conductive bump having a high aspect ratio by, for example, a printing method using a relatively thick metal mask, and the height of the bump is determined by the thickness of the insulating adhesive layer. It is preferably about 1.3 times or more. For example, assuming that the thickness of the insulating adhesive layer is 50 Aim, the thickness is set to about 65 to 15 Oyum.
  • a insulating film 11 made of a polyimide-based resin having a thickness of 25 m was used as a starting material for manufacturing a flexible substrate 10 OA constituting the same.
  • a laminated film (Nippon Steel Chemical: Espanex SB) in which a copper foil 12 with a thickness of 18 Atm was laminated on both sides was used (Fig. 2 (a)).
  • the copper foil 12 laminated on both sides of the insulating film 11 is etched using an aqueous cupric chloride solution to form a pattern 13 and a connection electrode pad 16 having a diameter of 25 Oyctm.
  • a photosensitive epoxy resin (FR-5538EA, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied to the wiring pattern, dried at 80 ° C. for 3 hours, exposed to ultraviolet light, and exposed to dimethylene glycol.
  • a resin cover layer 14 having a thickness of 2 and an opening 15 having a diameter of 30 ⁇ and protecting the pattern 13 was formed by developing with the use of a resin. (Fig. 2 (b)-(me).
  • a 0.1-mm-thick double-sided copper-clad laminate (Matsushita Electric Works: R-1766, No. 1) having 12 copper foils 22 laminated on both sides of a substrate 21 made of glass epoxy resin (See Fig. 3 (a)).
  • an opening 24 for laser irradiation is formed using an aqueous cupric chloride solution, and a filling hole 26 for filling copper with a diameter of 250 m is provided using a carbon dioxide laser. (See Figures 3 (b) and (c)).
  • connection electrode pad 36 Both surfaces of the substrate filled with the copper plating 28 are etched using an aqueous solution of cupric copper salt to form a pattern 32 34 on the front surface and the back surface, respectively. A part of this was formed on the connection electrode pad 36. Furthermore, the board was added by a router (see Fig. 3 (e)).
  • a silver paste (manufactured by DU PONT, trade name: SOLAMET) is filled with a squeegee, and a conical projection is formed on the connection electrode pad 36. 40, that is, solder bumps were formed. This was further cured by heating at 150 ° C for 1 hour to produce a rigid substrate 200A (Fig. 3 See 2).
  • a prepreg 42 (manufactured by Hitachi Chemical: GIA-671) is pierced at a pressure of 10 kg / cm 2 into the conical projection 40 of the rigid board 200A manufactured in (B) above, and penetrated. (Fig. 4 (a)).
  • connection area S of the connecting electrode pads 1 6 massive conductor 44 and the flexible substrate 1 00 A is 3. 92 X 1 0_ 2 mm 2
  • connection pads area So is 4. 9 X 1 because it is 0- 2 mm 2, Si / So became 0.8.
  • both sides of an insulating film 11 made of a polyimide-based resin having a thickness of 25 ym are used as a starting material.
  • a laminated film (Nippon Steel Chemical Co., Ltd .: Esbanex SB) on which a copper foil 12 having a thickness of 18 yum was laminated was used.
  • the copper foil 12 laminated on both sides of the insulating film 11 is etched using an aqueous cupric chloride solution to form a pattern 13 and dissolved in dimethyl glycol dimethyl ether on the pattern.
  • 60% by weight of cresol novolac epoxy resin (Nippon Kayaku) is applied and dried at 80 ° C for 3 hours to form an uncured epoxy resin layer 50 (adhesive layer)
  • a substrate was used.
  • a copper foil 22 having a thickness of 12 / ⁇ m is laminated, and a 0.1-mm-thick single-sided copper-clad laminate (FIG. 6 (a)) is formed.
  • Carbon dioxide A copper-filled opening 26 with a diameter of 150 m was formed using a mortar (Fig. 6 (b)).
  • the flexible substrate 1008 prepared in (A) and the rigid substrate 200B prepared in (8) are laminated, and heated and pressed at 180 ° C and 40 kg / cm 2 (FIG. 7 (b) ), And further, the temperature is raised to 200 ° C to melt the solder, so that the flex-rig is connected and integrated through a massive conductor 40 composed of a projection 29 made of copper plating and a solder layer. to obtain a de-wiring board 300 B (FIG. 7 (c)) 0
  • the protrusion 29 penetrates the uncured epoxy resin layer 50 of the flexible substrate 100B and makes a right angle contact with the rigid substrate 200B. 3 1 is melted and an electrical connection is achieved.
  • a thick film is formed on both surfaces of an insulating film 11 made of a polyimide resin having a thickness of 25 Atm.
  • a laminated film (Esvanex SB, manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) on which a copper foil 12 with a thickness of 18 zm was laminated was used.
  • the opening 26 was filled with copper plating 28 by applying a Pd catalyst to the inside of the opening 26, performing electroless copper plating, and then performing electrolytic copper plating treatment.
  • the composition of the electroless copper plating and the electrolytic copper plating is the same as in Example 1.
  • a surface of a copper ball 60 (manufactured by Mitsubishi Materials) having a diameter of 0.1 mm is subjected to electrolytic soldering treatment with a thickness of 60 m to form a solder ball 64 having a solder layer 62 formed on the surface (see FIG. 8).
  • the conditions for electrolytic soldering are the same as in Example 2.
  • the flexible substrate prepared in (A) and the rigid substrate prepared in (B) were laminated via solder balls 64, and were hot-pressed at 180 ° C. and 40 kg / cm 2 , .
  • the temperature was raised to C, and the solder was melted to obtain a flex-rigid wiring board 300C connected by the massive conductor 66 as shown in FIG.
  • the solder balls 64 penetrate the uncured epoxy resin layer 50 of the flexible substrate and come into contact with the rigid substrate. Connection is made.
  • the copper ball 60 since the copper ball 60 itself does not melt, it has a spacer function, and the distance between the layers can be kept constant.
  • the insulating film 11 having the copper foil 12 laminated on both sides is etched using an aqueous cupric chloride solution to form a pattern 13, and a photosensitive epoxy resin ( Hitachi Chemical Co., Ltd .: FR-5 5 3 8EA), dried at 80 ° C for 3 hours, exposed to ultraviolet light, and developed using dimethylene glycol ethyl ether.
  • a resin cover layer 14 having a thickness of 25 Aim was formed to protect the pattern 13 with an opening 15 having a diameter of 30 O yum.
  • a solder paste manufactured by Heraus Co., Ltd.
  • a copper T-pin 68 is placed thereon. 8 was manufactured.
  • a substrate 21 made of glass epoxy resin drill a hole in a 0.1-mm-thick single-sided copper-clad laminate on which a 12-m copper foil 22 is laminated.
  • Through-holes 69 were formed by electrolytic copper plating and electrolytic copper plating.
  • a conductor pattern 70 was formed by etching using an aqueous solution of cupric copper salt.
  • a rigid substrate having through holes 69 was manufactured by cutting with a router.
  • An epoxy resin solution was applied to a polyethylene terephthalate film, and dried at 80 ° C. for 1 hour to obtain an adhesive film.
  • Solder paste is printed and filled in the through holes 69 of the rigid board manufactured in (B), and the adhesive manufactured in (C) is attached to the T-pin 68 of the flexible board manufactured in (A).
  • film is a through, laminating Rijidzu de and flexible substrates, 1 8 0 ° C, 4 0 kg Z cm 2 with hot-pressing, further 2 0 0 ° flex showing a reflow in the row without ,, 9 at C
  • a rigid wiring board 300D was manufactured.
  • Example 2 it is the same as Example 2, except that the flexible board 100 E is sandwiched between two upper and lower rigid boards 200 E, 200 E as a layer connection part of the flexible board 100 E.
  • a flex-rigid substrate 300 E having a so-called stack structure 73 was manufactured so that the via hole 72 of the substrate and the via hole 71 as an interlayer connection portion of the rigid substrate 200 E were arranged uniaxially. See Figure 10).
  • a laminated film made of a polyimide resin having a thickness of 25 m was used as a starting material for manufacturing a flexible substrate 100 F constituting the same.
  • a laminated film (Esvanex S ⁇ made by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) with 18 ym thick copper foil 12 laminated on both sides of Fig. 1 was used (Fig. 2 (a)).
  • Electrode pads 16 are formed, a photosensitive epoxy resin (FR-55538EA, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied on this pattern, dried at 80 ° C for 3 hours, and exposed to ultraviolet light. Developing process using dimethyleneglycol ether ether, having an opening 15 with a diameter of 30 Oxm, and protecting the pattern with a resin layer of thickness 25 ⁇ 1 4 was formed. (Fig. 2)-(d)).
  • FR-55538EA manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
  • solder foil was attached to the polyethylene terephthalate film 80, and then etched with a 1N sulfuric acid aqueous solution to form a film sheet having a circular pattern solder layer 82 at a predetermined position.
  • a film sheet having a solder layer 82 is laminated on the substrate processed by the router in (3) (see FIG. 11A), and reflowed at 200 ° C. to form a solder bump 84 4 (See Fig. 11 (b)).
  • the flexible board 100F manufactured in the above (A) and the rigid board 200F manufactured in the above (B) are laminated via an adhesive film 86 (see FIG. 11C), and 180 Heat-pressing was performed at 40 kg / cm 2 at 40 ° C., and reflow treatment was performed at 200 ° C. to produce a flex-rigid wiring board 300F as shown in FIG. (Example 7)
  • a flexible substrate was manufactured in the same manner as in the steps (1) and (2) of (A) of Example 6.
  • This clad material is placed on a 0.1 mm thick copper-clad laminate in which 18 atm copper foil 22 is laminated on both sides of a substrate 21 made of glass epoxy resin, At 89 OkgZcm 2 , the clad material was punched out with 89, and the punched copper-solder boss 91 was embedded in the copper-clad laminate 20 (Fig. 13 (a) to (c)), A 200-g board was manufactured.
  • the copper-solder boss 91 has a solder portion 92 projecting 84 Mm (120 mm-36 ⁇ ) from the copper clad laminate 20, and the projection 92 functions as a bump.
  • the flexible substrate manufactured in the above ( ⁇ ⁇ ) and the rigid substrate 200 G manufactured in the above ( ⁇ ) were laminated via the adhesive film 86 in the same manner as in Example 6, and the temperature was adjusted to 180 ° C and 40 ° C. Heat-pressing was performed at kg / cm 2 , and a single riff opening process was performed at 200 ° C. to produce a flex-rigid wiring board.
  • Example 2 Same as Example 1, except that the overlapping range of the rigid substrate 200A and the flexible substrate 100A is 3%, 5%, 10%, 15% of the surface area of the rigid substrate 200A. , 20%, 25%, 30%, 40%, 45%, 50%, 60%, 80%, 100%, multiple flex-rigid multilayer prints with different polymerization ranges A wiring board was manufactured.
  • an inner layer circuit 610 and a conductor circuit 612 corresponding to a flexible portion are formed on a flexible substrate by a subtractive method, and then a punching is performed on the conductor circuit.
  • the processed coverlay film was aligned and temporarily bonded, and then hot-pressed with a multi-stage press to produce an inner-layer circuit board and a flexible substrate 600 serving as a flexible portion.
  • Another inner layer circuit 614 is formed on one side of the glass epoxy double-sided copper-clad board by the subtractive method, and then the outer layer is processed to form one conductor layer of the multilayer rigid part.
  • a rigid substrate 620 for forming a substrate was produced.
  • This comparative example is the same as Example 2, except that the uncured epoxy resin layer (adhesive layer) was not formed, and the connection was made only by the adhesive force of the solder.
  • a copper circuit laminated on both sides of the insulating film 700 was etched using a cupric chloride aqueous solution to form a conductor circuit 714.
  • Photosensitive polyimide resin manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
  • Epoxy resin fine powder manufactured by Toray
  • the viscosity was adjusted to 500 O cp with a homodisper disperser while adding a rolidone solvent, and then kneaded with three rolls to obtain an adhesive solution for a photosensitive resin insulating layer.
  • the adhesive solution for the photosensitive insulating layer is coated with a spinner ( (100 rpm), left in a horizontal state for 60 minutes at room temperature, and dried at 80 ° C for 10 minutes to form a photosensitive resin insulating layer 7 16 having a thickness of 6. .
  • a photoresist mask was formed at a portion where the via hole was to be formed and at the flex portion, and exposed to an ultra-high pressure mercury lamp for 30 seconds. This was developed with a mixed solvent of N-methylpyrrolidone-methanol (3: 1) for 1 minute to form a via hole for connecting the conductor. Thereafter, the photosensitive resin insulating layer was completely cured by exposing it to a super-high pressure mercury lamp for 5 minutes, and further performing heat treatment at 200 ° C. for 30 minutes.
  • a substrate obtained by chromic acid (C r 0 3) 8 0 0 ⁇ oxidant comprising an aqueous solution by immersing for 2 minutes at 60 ° C the resin insulation ⁇ 716 , Neutralization solution (Manufactured by Play Inc.) and washed with water.
  • Radiation (manufactured by Shipley Co., Ltd.) is applied to the substrate having a roughened surface of the resin insulating layer 716 to activate the surface, and then a liquid photoresist is applied to the substrate to form an additive free layer.
  • the substrate was immersed in an electrolytic copper plating solution for 10 hours to form a via hole 720 made of an electroless copper plating film having a thickness of 25 Aim.
  • Test method JIS5012 (weather-proof) Cycle condition: — 65 to 10 1 25 ° C
  • the flex-rigid wiring board of Example 8 was repeatedly subjected to a test in which it was left at 150 ° C. for 15 minutes and then left at 125 ° C. for 15 minutes to perform the test between the flexible substrate and the rigid substrate.
  • Figure 19 shows the number of tests required until electrical continuity at the connection was lost.
  • one end on the rigid board side is fixed to a panel balance, and one end on the flexible board side is pulled to evaluate the adhesion between the flexible board and the rigid board.
  • a tensile test was performed. At this time, the scale of the panel at the time when the flexible substrate began to shift from the rigid substrate was measured as strength, and such measurements were performed three times, and the average value (Kgf) of those strengths was obtained. .
  • Table 2 shows the measurement results for different flex-rigid wiring boards in which the overlapping range of the rigid board and the flexible board was changed stepwise.
  • the pulse between the connection electrode pads can be obtained.
  • the change in the voltage waveform was measured.
  • connection electrode pad having a smaller area in contact with the massive conductor in Example 8, since the massive conductor has a conical shape, The area of the connection pad area on the flexible board side is S. And, the contact touch area when S, the area ratio is 0. 4 ⁇ S 1 / S. In the range of ⁇ 0.9, it was found that there were conditions with high resistance to the heat cycle.
  • the area ratio S 0 is less than 0.4, the contact area is too small, and peeling occurs at the contact interface between the massive conductor and the connection pad. If the area ratio S 0 exceeds 0.9, the mass of the massive conductor in the adhesive layer is reduced. It is speculated that the ratio becomes too large, the stress due to thermal expansion / cooling shrinkage increases, and peeling may occur at the contact interface between the massive conductor and the connecting rod or head.
  • the overlapping area between the rigid board and the flexible board is within the range of 5 to 40% of the surface area of the rigid board, it shall satisfy the set criteria in both the thermal cycle test and the tensile strength test. Met. Therefore, electrical connectivity and communication It has been found that reliability can be improved.
  • the overlapping area between the rigid board and the flexible board is in the range of 5 to 40% of the surface area of the rigid board, disconnection may occur even if the cooling / heating cycle exceeds 200 times. It was found that the electrical continuity could be maintained.
  • the polymerization range is in the range of 10 to 25%, electrical conduction can be ensured even if the cooling and heating cycle is repeated 250 times, and such a polymerization range is optimal. It was confirmed that the range was appropriate.
  • the high frequency band is higher than when the connection is made via the through holes or via holes. It was found that the inductance at the point became lower.
  • the noise component in the high frequency band is smaller than when the connection is performed via the through-hole or the via hole.
  • Figure 18 shows the effect of interference due to reflected waves. It has been found that the connection using a massive conductor as in the present invention causes less distortion of the waveform due to the interference of the reflected wave than the connection using a through-hole or a via-hole. Industrial applicability
  • the flex-rigid wiring board according to the present invention only realizes a reduction in inductance in a high frequency band, a reduction in signal delay time, a reduction in noise generation due to a signal reflected wave, a reduction in drop impact, and the like. Instead, it has excellent connection reliability and a free wiring connection structure, and can be advantageously manufactured in terms of manufacturing cost and yield.

Abstract

フレックスリジッド配線板は、少なくとも互いの重合部分に接続用電極パッドを含む導体層を有するリジッド基板とフレキシブル基板とが、絶縁性接着剤を介して重合一体化されており、かつリジット基板とフレキシブル基板との接続用電極パッド同士は、絶縁性接着剤を貫通して設けられる塊状導電体を介して電気的、かつ物理的に接続一体化されてなり、高周波領域でのインダクタンスの低下、信号遅延の防止およびノイズ低減を図り、接続信頼性に優れたフレックスリジッド配線板を安価かつ容易に提供する。

Description

明細書
フレックスリジッド配線板
技術分野
本発明は、 フレキシブル基板とリジッド基板とからなる配線板、 特 (こ、 リジッ ド部におけるフレキシブル基板とリジッド基板との重合一体化の接続構造に特 徴を有するフレックスリジッド配線板について提案するものである。
背景技術
近年、 折りたたみ式の携帯電話等の携帯用電子機器には、フレックスリジッド 多層配線板が使用されている。 このような配線板は、 図 2 0に示すように柔軟性 がないリジッド部 500、 520と、 柔軟性のあるフレキシブル部 510とをフレキシ ブル基板 544を介して連結するとともに、 リジッド部 500においては、積層する フレキシブル基板 544およびリジッド基板 500、 520表面のパターン層 504、 506を、 めつきスルーホール 502の導体層を介して電気的に接続するものが一般的であリ、 例えば、 特開平 5— 90756号公報に開示されている。
前記従来技術にかかるフレックスリジッド多層配線板は、図 2 1に示すような 工程により製造される。
まず、 図 2 1 (a)に示すように、 予め作製されたリジッド基板 540、 542とフレ キシブル基板 544と、 これらの *板 540、 542、 544を相互に接着するためのプリ プレダ 546、 548とを上下に重ね合わせて一体化させる。 リジッド基板 540、 542 には、 図示するように、 リジッド部 500、 520とフレキシプル部 510との境界に 沿ってあらかじめスリツト 550を形成しておく。
前記プリプレダ 546、 548は、 フレキシブル部 510に対応する部分があらかじ め切除されている。フレキシブル基板 544の両面には導体パターン 511が形成さ れ、 さらに、 その導体パターンはカバーレイ 512で保護されている。
前記リジッド基板 540およびフレキシブル基板 544は、図 2 1 (a)のように重ね 合わせて上下方向からプレスすることによって、 図 2 1 (b)に示すような重合一 ィ匕した基板とする。
次いで、 プレス後の一体化された基板に対して穴あけ、 めっき処理、 パター二 ング等を行うことにより、 図 2 1 (c)に示すような、 表面にパターン層 504、 506 を有する配線板が形成される。
なお、フレキシブル部 510のフレキシプル基板 544については、この段階では リジッ ド基板 540、 542で覆われているため、 前記めつき処理の際に、 該フレキ シブル基板 544の部分がめっき液の影響を受けないようになつている。
その後に、 フレキシブル部 510を形成するために、その部分に相当するリジッ ド基板 540、 542の一部を前記スリッ 卜 550に沿って切断除去することにより、 図 2 1 (めに示すようなフレックスリジヅド多層配 i|泉板を製造する。
従来の前記フレックスリジッ ド多層配線板は、ガラスエポキシ樹脂や、ガラス ポリイミド樹脂等からなるリジッド基板の間にポリィミド樹脂フィル厶からな るフレキシブル基板をプリプレグあるいは接着シ一卜等を介して熱圧着し、その 後、 穴あけ、 スルーホールメツキ、 レジス卜塗布、 エッチングといった多〈のェ 程を経て製造されている。
このような製造プロセスにおいては、図 2 1 (b)に示すような熱圧着工程後のェ 程が複雑になるため、工程のリードタイムが比較的長いという問題があった。 ま た、 リジッド基板の一部を除去する工程(図 2 1 (d))では、厚さ方向に対する位 置の正確さが要求されるとともに、 リジッ ド基板の一部を切削工具等によって切 り取る必要があるので、基板の表面に傷をつけることが多いという問題があった。 また、前記フレックスリジヅ ド配線板は、異種材料を組み合わせて構成されて いるので、熱圧着時の熱収縮量の相違に起因する位置ずれが起きたり、穴あけ時 のスミア発生やスルーホールメツキの付き回りが悪くなるなどの不具合が起こ るなど、さらには高い歩留まりで製造することができないという問題もあった。 また、 フレキシブル基板とリジッ ド基板とは、熱膨張係数が異なるので、 これ らの基板を貫通して形成されるスルーホールと該基板との境界部分において、ス ルーホールめつきが剥離したりクラックが発生したりすることがあり、接続信頼 性に欠けるという問題もあった。
また、従来の前記フレックスリジッド多層配線板は、基本的には、 フレキシブ ル基板の両面(表面および裏面) にリジッ ド基板を積層し、 これらを貫通するよ うに設けられたスルーホールを介して電気的接続する構成になっている。
このような接続構造では、信号は一方のリジッド基板からスルーホール内面の めっき導体層を介して、 フレキシブル基板に伝達されるが、他方のリジヅド基板 に向うスルーホール内面の導体層は信号が通らない部分 (不要部) であり、 その ような不要部の L C (リアクタンスおよび静電容量)成分に起因する信号遅延、 特に、 ギガレベルの高周波域における信号遅延が生じたり、また、 そのような不 要部において反射された信号によってノイズが発生し、信号波形に乱れが生じる という問題もあった。
また、前記従来技術の場合、 フレキシブル基板が多層リジッド基板の側面から 引き出されるという基板構造に限定されているので、自由な配線接続構造を得る ことができないという問題もあった。
さらに、 フレックスリジヅド配線板は、携帯用電子機器内に収容されている。 該配線板が収容されている機器を落下させたとしても容易に故障が発生しない ようにするため、 配線板自体にも落下してもより耐性を求められている。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱える上述した問題がなく、高周波域で のィンダクタンスの低下や、信号遅延あるいは反射波によるノィズの低減に有効 で、接続信頼性やその他の信頼性に優れると共に、配線接続構造の自由度が高く、 しかも高い歩留まりで製造できるフレックスリジッ ド配線板を提供することに める。
前記目的を実現するために、発明者らは、主としてリジッ ド部におけるフレキ シブル基板とリジヅド基板との層間接続構造に関し鋭意研究した結果、 リジッド 基板に接続用電極パッ ドを形成すると共に、フレキシブル基板上にもリジッ ド基 板の接続用電極パヅドに対向する位置に接続用電極パヅ ドを形成し、 これらの基 板を絶縁性接着剤を介して一体化し、かつ前記接続用電極パッド同士を絶縁性接 着剤層を貫通するように設けられる塊状導電体を介して電気的かつ物理的に接 続する構造とすれば、上述した従来技術の問題を一挙に解決することができるこ とをつき止め、 本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、接続用電極パッドを含む導体層を有する硬質基板からな るリジヅ卜基板と、接続用電極パヅ ドを含む導体層を有する可撓性基材からなる フレキシブル基板とを重ね合わせて一体化すると共に、電気的に接続してなるフ レックスリジッ ド配線板において、
前記リジッ ド基板およびフレキシブル基板の少なくとも互いの重合部分には、 絶縁性接着剤を介在させると共に、前記リジッ卜基板とフレキシブル基板との前 記接続用電極パッド同士を、該絶縁性接着剤を貫通するように設けられる塊状導 電体を介して電気的接続してなることを特徴とするフレックスリジッ ド配線板 である。
以下の説明において、単にフレキシブル基板およびリジヅ ド基板というときは、 単層、 多層の両方を含むものとする。 また、 本発明において、前記絶縁性接着剤 としては、異方性導電性棚旨のような、いわゆる樹脂中に導電粒子が分散されて、 加圧により導通が発生するようなものは、 含まれないことはいうまでもない。 本発明において、前記フレックスリジヅド配線板は、 一のフレキシブル基板に 対してリジッ ド基板の複数を多層状に重ね合わせた形態としたものであること が望ましい。
その理由は、リジッド基板の層数を必要に応じて増減させることで、 例えばこ の配線板を携帯電話などに組み込んだ場合に、実装部品ゃケ一シングの形状に容 易に適合させることができるようになるからである。
本発明において、前記塊状導電体は、リジッ ド基板もしくはフレキシブル基板 のいずれか一方の接続用電極パッド上に突設したものであることが望ましい。 その理由は、絶縁性接着剤層を貫通しやす〈なり、リジッド基板とフレキシブ ル基板との重合一体化が容易になるからである。
また、前記接続用電極パッ ドは、 リジッ ド基板およびフレキシブル基板の、それ それの片面または両面に形成されることが望ましい。
その理由は、フレキシブル基板に重ね合わされるリジッド基板の層数を容易に 増やすことができ、さらに両者間の電気的、かつ物理的な接続を確実に行うこと ができ、 しかも接続用電極パッドの形成精度を高めることができるからである。 また、接続用電極パッ ドをフレキシブル基板の両面に形成する場合には、それ らの接続用電極パッド間を電気的に接続する導通路(バイァホール) を形成して もよい。
本発明において、前記フレキシブル基板の複数箇所においてリジッ ド基板が電 気的接続され、導体層および樹脂絶縁層からなるリジッ ド基板は、単層または多 層に形成してもよく、このようにして個別に形成された各リジッ ド基板を、塊状 導電体を介してフレキシブル基板の片面または両面に対して重合一体化する。 前記リジッド基板の接続用電極パッドは、 リジヅ ド基板の全表面に亘つて形成 してもよいし、あるいは限定された領域に形成してもよい。
図 1は、本発明にかかるフレヅクスリジッ ド配線板を構成するリジッド基板と フレキシブル基板との重なり合いを概略的に示した図である。
本発明においては、リジッ ド基板とフレキシブル基板の接合領域、即ち、 リジッ ド基板とフレキシブル基板とが互いに重なり合う部分の面積 Bは、リジッド基板 の表面積 Aの 4 0 %以下の範囲であることが望ましい。
このような重合範囲では、リジヅ ド基板とフレキシブル基板を構成する材料の 熱膨張率の差異を起因とする問題の発生が少なくなり、冷熱サイクル等の信頼性 試験を行っても接続信頼性が向上する。
前記重合範囲が、リジッド基板の表面積の 5 %以上で、 かつ 4 0 %以下の範囲 内であることがより好ましく、そのような重合範囲で接続用電極パッド同士が ±鬼 状導電体を介して接続され、かつ絶縁性接着剤によってリジッド基板とフレキシ ブル基板とが一体化されていることが好ましい。
その理由は、重合範囲が 5 %未満だと、絶縁性接着剤および塊状導電体によつ てリジッド基板とフレキシブル基板との間の十分な密着力を得ることができず、 弓 I張り試験などの強度試験を行うと、強度が低下してしまうために \°ッ ド間の 接続に問題を引き起こすなどのトラブルが発生しやすくなるためである。一方、 重合範囲が 4 0 %を超えると、比較的に大きなフレキシブル基板の熱膨張係数と、 比較的小さなリジッド基板の熱膨張係数の差による影響が大きくなり、冷熱サイ クルによって断線が生じやすくなるからである。
すなわち、重合範囲を、 5 %以上で、 かつ 4 0 %以下とすることによって、リジ ッ ド基板とフレキシブル基板との間の密着力を十分に維持しつつ、冷熱サイクル に起因する断線を抑制して電気的接続を向上させることができる。
また、前記重合範囲が、リジッ ド基板の表面積の 1 0 %以上で、かつ 2 5 %以下 の範囲であることがさらに好まし〈、そのような重合範囲では、リジッ ド基板や フレキシブル基板を構成する材料の熱膨張係数の差による影響を小さくするこ とができるので、その他のバラッキを相殺して、電気的接続性や信頼性を向上さ せることができる。
本発明において、 リジッド基板の層間接続部の位置とフレキシブル基板の層間 接続部の位置とを一致させ、これらの層間接続部同士を重ね合わせて導通させた ス夕ック構造部が形成されることが望ましい。 その理由は、いわゆるスタック構 造とすることで、配線長を短くすることができ、大電力が必要な電子部品の実装 に適したものになるからである。
また、 スタック構造付近の強度が増して、冷熱サイクルに起因する応力が緩衝 され、 電気的接続が向上する。
前記リジッ ド基板およびフレキシブル基板に形成した接続用電極パッ ドのう ち、 ±鬼状導電体と接触する面積がより小さい方の接続用電極パッドの面積を S。 とし、 その接続用電極パッ ドと塊状導電体との接触面積を s,としたとき、 その 面積比 s /s。を 0 . Α ^ ε /ε ο ^ ο . 9にすることが好ましい。
その理由は、前記面積比 s / s 0が 0 . 4未満では、 接触面積が小さすぎてリ ジッド基板とフレキシブル基板との電気的かつ物理的な接続を十分に確保する ことができず、 一方、 ε ζε οが 0 . 9を超えると、 塊状導電体の割合が高すぎ て、塊状導電体の膨張収縮の影響により、 リジッ ド基板とフレキシブル基板との 間で断線が生じやすくなるからである。
本発明において、前記塊状導電体は、 球状や半球状等の凸曲面形状、 角柱や円 柱等の柱状、角錐や円錐等の錐状もしくはピン形状からなるバルク導体であるこ とが好ましく、その塊状導電体を形成する導電'性材料としては、銅、金、銀、 スズ 等の金属や、それらの合金、あるいは種々の半田等が挙げられる。
前記凸曲面形状、柱状あるいは錐状の塊状導電体は、めっきや、 Ε[]刷法、転写法、 埋め込み法(ィンプラン卜)、電着等の手法によって形成されることが好ましい。 前記塊状導電体としては、金属べ一ス卜を印刷法を用いて成形し、その後、硬化 させることによって得られる円錐等の錐形バンプが好適である。
その理由は、錐形のバンプであれば、リジッ ド基板とフレキシブル基板とを重 合一体化するときに、絶縁性接着剤層を貫通しやすくなり、また、錐形バンプ先端 部の圧縮変形により、 接触面積を大きくすることができるからである。
また、接触面積を大きくすることが冷熱サィクルが起因とする応力が発生した としても電気接続のための接続が確保されるのである。つまり、接続信頼性を向 上させることができるのである。
本発明において、塊状導電体が前記円錐のような錐形のバンプである場合に、 リジッド基板とフレキシブル基板との間に形成された絶縁性接着剤層は、プリプ レグからなるものであることが好ましい。 錐形バンプが貫通しやすいからであ る。 また、 前記塊状導電体は、 銅めつきにより形成したバンプであってもよく、そ のような塊状導電体は、フレキシブル基板に設けた接綠用電極パヅドに対して半 田層を介して接続形成されることが望ましい。 電気的接続性に優れるからであ る。
また、 前記塊状導電体は、 S n— A gめっきから形成されたバンプであっても よい。 S n—A gは、鉛フリーはんだであり、 また展性に優れて冷熱サイクルで 発生する応力を緩和するのに有効だからである。
本発明において、 前記リジッ ド基板とフレキシブル基板との接続は、これらに 設けたスルーホール形状の接続用電極パッ ドにピン形状の前記塊状導電体を嵌 合することによって行うこともできる。このようなピン形状の塊状導電体を介し た接続は、必要に応じてリジッド基板とフレキシブル基板とを分離させることが でき、また、 基板面に平行な方向に生じる応力に対する抗カを確保することがで さる。
本発明において、前記リジッド基板またはフレキシブル基板のいずれかの接続 用電極パヅド上に、転写法により半田バンプを形成し、 その半田バンプにてリジ ッド基板とフレキシブル基板との電気的接続を行うことが好ましい。
その理由は、転写法によって形成された半田バンプは、 印刷法によって形成さ れたバンプに比して、形状がより確実に転写されるので、樹脂残りが生ずること がなく接続安定性の向上を図ることができるからである。
本発明によれば、
(a)接続信頼性に優れた自由な配線接続構造とすることができ、
(b)高周波数帯域におけるィンダクタンスを低下させ、信号遅延時間を短縮し、信 号反射波によるノィズ発生を低減することができ、
(c)塊状導電体により接続することにより、高温、高湿度下において導電体間で発 生しやすいマイグレーションの問題および
(d)落下衝撃性の低下を絶縁性接着剤により防止でき、 しかも、 (d)落下衝撃性の低下を絶縁性接着剤により防止でき、 しかも、
(e)製造コストが安価で、 高い歩留まりで製造できる、 という効果が得られる。 図面の簡単な説明
図 1 (a) ~ (b)は、本発明にかかるフレックスリジッド配線板を構成するリジッ ド基板とフレキシブル基板との重なり合いを概略的に示した概略図である。
図 2 (a) ~ (d)は、本発明の実施例 1にかかるフレックスリジッド配線板を製造 ; する工程の一部を示す図である。
図 3 (a)〜(f)は、 同じく、 実施例 1にかかるフレックスリジッド配線板を製造 する工程の一部を示す図である。
図 4 (a)〜(b)は、 同じく、 実施例 1にかかるフレックスリジッド配線板を製造 する工程の一部を示す図である。
図 5は、本発明の実施例 1にかかるフレックスリジッド配線板を示す図であ る。
図 6 (a) ~ (e)は、本発明の実施例 2にかかるフレックスリジッド配線板を製造 するェ ϋの一部を示す図である。
図 7 (a)〜(c)は、 同じく、 実施例 2にかかるフレックスリジッド配線板を製造 する工程の一部を示す図である。
図 8は、本発明の実施例 3にかかるフレックスリジッド配線板を示図である。 図 9は、本発明の実施例 4にかかるフレックスリジッド配線板を示す図である。 図 1 0は、本発明の実施例 5にかかるフレックスリジッド配線板を示す図であ る。
図 1 1 (a) ~ (c)は、本発明の実施例 6 かかるフレックスリジッド配線板を製 造する工程の一部を示す図である。
図 1 2は、本発明の実施例 6にかかるフレックスリジッド配線板を示す図であ る。
図 1 3 (a) ~ (c)は、本発明の実施例 7にかかるフレックスリジッド配線板を製 図 1 4は、比較例 1にかかるフレックスリジッド配線板を示す図である。
図 1 5は、比較例 3にかかるフレックスリジッド配線板を示す図である。
図 1 6は、高周波領域でのィンダクタンスの周波数依存性を示す図である。 図 1 7 (a)は、 1 0 0MHz時の信号遅延を示す電圧波形図であり、 図 1 7 (b)は 5 GHz時の信号遅延を示す電圧波形図である。
図 1 8は、反射ノイズによる波形の乱れを表す電圧波形図であり、 本発明によ る接続構造の波形に対して従来技術によるスルーホール接続構造の波形は、反射 ノイズの影響で、 オーバ一 ·アンダーでリンギングが発生じていることを示す。 図 1 9は、実施例 8についての、 ±鬼状導電体と接続用電極パッ ドとの接触面積 比と冷熱サイクルテス卜の相関を示す図である。
図 2 0は、従来のフレックスリジヅド配線板の断面構造を示す概略図である。 図 2 1は、従来のフレックスリジヅド配線板の製造工程を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係るフレックスリジヅ ド配線板の特徴的な構成は、接続用電極ノ \°ヅ ド を含む導体層を有するリジッ ド基板およびフレキシプル基板の少なくとも互い の重合部分に、絶縁性接着剤を介在させ重合一体化すること、および前記リジッ 卜基板とフレキシブル基板との接続用電極パッド同士を、前記絶縁性接着剤を貫 通するように設けた前記塊状導電体を介して電気的かつ物理的に接続させるこ とによって一体化した点にある。
なお、本発明において特徴的な構成として採用されている 「塊状導電体」 は、 球状や半球状等の凸曲面形状、 角柱や円柱等の柱状、角錐や円錐等の錐状もしく はピン形状からなるバルク導体または導電性粒子の凝集体を包含する概念であ り、 リジッド基板に設けた接続用電極パッ ドとフレキシブル基板に設けた接続用 電極パッドとを十分な接続強度で接続し、かつ電気的に接続できるような手段で あればよい。
本発明において用いられるフレキシブル基板としては、適度な屈曲性を有する ものであればよく、 例えば、プラスチック基板、 金属基板、 フィルム基板などを 使用することができる。
具体的には、ガラスエポキシ基板、 ガラスポリイミド基板、アルミニウム基板、 鉄基板、 ポリイミドフイルム基板、 ポリエチレンフイルム基板、 L C P基板 (液 晶ポリマー) などを使用することができる。特に、 片面または両面に導体回路を 設けたポリイミド系フイルムを基材としたものが好適である。
前記フレキシブル基板の厚さは、 1 0〜1 程度とすることが好ましし、。 その理由は、 1 O ^ m未満の厚さでは、電気的絶縁性が低下するからであり、 1 O O Ai mを超えると、 可撓性が低下するからである。
前記フレキシブル基板は、その片面または両面に接続用電極パッドを含んだ導 体回路が形成され、 この導体回路は、絶縁フイルムの表面にめっき処理によって 形成するか、絶縁フイルムの表面に貼付された金属箔をエッチング処理して形成 され、 前記接続用電極パヅ ドは、 導体回路の一部として形成される。
かかる接続用電極パッドは、基板を貫通して他方の導体回路との電気的接続を 行なう形式のビアランドであってもよく、 このようなビアホールを介して後述す るようなフレキシブル基板とリジッ ド基板との電気的接続を図るようにしても よい。
前記フレキシブル基板に形成した接続用電極パッドは、 その形状、大きさ、 お よび個数は、 たとえば、直径が 5 0〜5 0 0 At m程度の円形とし、 1 0 0〜7 0 Ο μ. m程度のピヅチで複数配設したものが好適である。
その理由は、 5 0 m未満では接続信頼性に不安があり、 5 0 0 ; mを越える と、 パッドのため領域が増えるため、 高密度実装に不利だからである。
本発明を構成するリジッ 卜基板は、柔軟性のあるフレキシブル基板と反対に、 柔軟性のない基板であり、 その形態、 層数、 形成方法等には関係なく、硬質で容 易に変形しないような基板である。
このリジヅド基板において、基板を形成する絶縁性樹脂基材としては、ガラス 布エポキシ樹脂基材、 ガラス布ビスマレイミド卜リアジン樹脂基材、ガラス布ポ リフエ二レンエーテル樹脂基材、 ァラミド不織布—エポキシ樹脂基材、 ァラミド 不織布一ポリィミド樹脂基材から選ばれる硬質基材が用いることが好ましく、ガ ラス布エポキシ樹脂基材がより好ましい。
前記絶縁性樹脂基材の厚さは、 2 0〜6 0 O m程度とする。 その理由は、 2 0 m未満の厚さでは、強度が低下して取扱が難しくなるとともに、電気的絶縁 性に対する信頼性が低〈なり、 6 0 Ο ΙΎΙを超えると微細なビア形成および導電 性物質の充填が難しくなるとともに、 基板そのものが厚くなるためである。
かかる絶縁性樹脂基材の片面または両面には銅箔が貼付され、その厚さは、 5 〜1 8 μ ΓΤΊ程度とする。 その理由は、後述するようなレーザ加工を用いて、絶縁 性樹脂基材にビア形成用の開口を形成する際に、 5 mよりも薄すぎると貫通し てしまうからであり、逆に 1 8 ya mよりも厚すぎるとエッチングにより、微細な 線幅の導体回路/ \°ターンを形成し難いからである。
前記絶縁性樹脂基材および銅箔にて構成されるリジッ ド基板は、特に、ェポキ シ樹脂をガラスクロスに含浸させて Bステージとしたプリプレグと、銅箔とを積 層して加熱プレスすることにより得られる片面銅張積層板を用いることができ る。 このようなリジッ ド基板は、銅箔がエッチングされた後の取扱中に、配線パ 夕一ンゃビア位置がずれることがなく、 位置精度に優れている。
なお、このリジッド基板の片面または両面に形成される前記導体回路は、 厚さ が 5〜1 8 At m程度の銅箔を、半硬化状態を保持された樹脂接着剤層を介して加 熱プレスした後、適切なエツチング処理をすることによつて形成されたものが好 ましい。
そして、その導体回路は、 基材表面に貼り付けられた銅箔上に、 エッチング保 護フイルムを貼付けて、所定の回路パターンのマスクで被覆した後、エッチング 処理を行って、 電極パッド (ビアランド) を含んで形成されたものが好適である。 こうした導体回路形成工程においては、先ず、銅箔の表面に感光性ドライフィ ルムレジス卜を貼付した後、所定の回路パターンに沿って露光、現像処理してェ ッチングレジス卜を形成し、エッチングレジス卜非形成部分の金属層をエツチン グして、 電極パッドを含んだ導体回路パターンとする。
前記処理工程において、エッチング液としては、硫酸一過酸化水素、過硫酸塩、 塩化第二銅、塩化第二鉄の水溶液から選ばれる少なくとも 1種の水溶液を用いる ことができる。
また前記銅箔をエッチングして導体回路を形成する前処理として、ファインパ 夕一ンを形成しやす〈するため、 あらかじめ、銅箔の表面全面をエッチングして 厚さを 1〜1 0 ;u m、より好ましくは 2〜8 ya m程度まで薄くすることができる。 前記リジッド基板に形成される接続用電極パヅドは、 その形状、 大きさ、 およ び個数は、特に限定されないが、 たとえば、 直径が 5 0〜5 0 0 m程度の円形 とし、 1 0 0〜7 0 0 / m程度のピッチで複数配設することが望ましい。その理 由は、 パッドの直径 5 0 Ai m未満では、接続信頼性に不安があり、 パッ ドの直径 5 0 0 > mを超えると、 高密度実装に不利であるからである。
また、パッド間隔であるパッ ドのピッチが 1 0 0 m未満では、 ショートなど の接続信頼性に問題を起こしゃすいし、パヅドのピッチが 7 0 0 mを超えると パッドの面積が増えるため、 高密度実装に不利になる。
前記絶縁性樹脂基材に、ビアホール形成用の開口 (以下、 「ビア開口」 という) を設ける。このビア開口は、レーザ照射によって形成することができる。特に、絶 縁性樹脂基材の表面に透明な保護フィル厶、 たとえば PETフィル厶を貼付し、 その PETフィル厶の上方から炭酸ガスレーザ照射を行ない、 PETフィル厶を貫 通して、絶縁性樹脂基材の表面から銅箔に達する開口を形成する。 このような加 ェ条件によるビア開口怪は、 5 0〜2 5 Ο μ ιτι程度であることが望ましい。 ビア 開口怪 5 O ^ m未満では、 ビア開口自体に難しくなるし、塊状導電体が小さくな りすぎてしまい接続性に問題が生じることがあった。逆にビア開口径 2 5 O ^ m を超えるとビア形成領域が多くなるなどで高密度化に難があった。 なお、 レ一ザ照射によつて形成されたビア開口の側面および底面に残留する樹 脂残滓を除去するために、 デスミア処理を行う。 このデスミア処理は、酸素ブラ ズマ放電処理、 コロナ放電処理、紫外線レーザ処理またはエキシマレ一ザ処理等 によって ί丁う。
前記ビア開口には導電性物質が充填されて、充填ビアホールが形成されるが、 その導電性物質としては、導電性ペース卜や電解めつき処理によって形成される 金属めつきが好ましい。
前記充填ビアホールの形成工程をシンプルにして、製造コス卜を低減させ、歩 留まりを向上させる点では、導電性ペース卜の充填が好ましく、接続信頼性の点 では電解めつき処理によって形成される金属めつき、 たとえば、銅、 すず、銀、 各種はんだ、銅 Ζすず、銅 銀等の金属めつきが好ましく、 とくに、 電解銅めつ きが好適である。電解銅めつきは、充填ビアを形成する上で充填しやすいことと、 電気特性において優れるからである。 また、電解銅めつき膜は応力を緩衝しやす いという利点もある。
前記導電性物質は、絶縁性基材を貫通し導体回路に達するビア開口内に充填さ れるだけでなく、 ビア開口の外側に所定の高さまで突出形成することもでき、 そ の突出高さは 5〜3 O y m程度の範囲が望ましい。
その理由は、 5 m未満では、接続不良を招きやすく、 3 0 y mを越えると抵 抗値が高〈なると共に、加熱プレス工程において熱変形した際に、絶縁性基板の 表面に沿って拡がりすぎるので、ファインパターンが形成できなくなるからであ o
本発明において、 リジッド基板とフレキシブル基板との電気的接続は、以下の
(1)〜(4)のような種々の形態を採用することができ、 これらの接続形態を任意に 組合せることによって、基板材料を有効に使用することができると共に、 自由な 配線接続構造とすることができる。
(1) リジッ ド基板の片面にフレキシブル基板を接続する場合、 すなわち、 リジッ ド基板の片方の最外層の表面に接続用電極パッドを形成すると共に、フレキシブ ル基板の片方の表面にも接続用電極パヅドを形成し、各基板の電極パッ ド同士を 塊状導電体を介して接続させる。
(2) リジッ ド基板の両面に、 異なるフレキシブル基板をそれぞれ接続する場合、 すなわち、 リジッド基板の両方の最外層の表面に接続用電極パッドをそれぞれ形 成すると共に、各フレキシブル基板をリジッド基板の両方の最外層に形成した接 続用電極パヅドに対面して配置させ、それらの対面配置された接続用電極パッド 同士を塊状導電体を介して接続させる。
(3) フレキシブル基板の両面に、 異なるリジッド基板をそれぞれ接続する場合、 すなわち、 フレキシブル基板の両面に接続用電極パッドを形成すると共に、 それ らの接続用電極パッドに対して、片方の最外層の表面に接続用電極パッ ドがそれ それ形成されてなる、異なるリジッ ド基板を、それらの基板の各接続用電極パッ ドがそれぞれ対面するように配置させ、対面配置された接続用電極パッ ド同士を 塊状導電体を介して接続させる。
(4) フレキシブル基板の複数箇所において、 リジヅ ド基板の複数が電気的接続さ れる形態であり、複数のリジッド基板は、 それらを構成する導体層および樹脂絶 縁層の層数が任意であるように予め形成され、それらの個別に形成されたリジッ ド基板とフレキシブル基板の接続用電極ノ \°ッ ドを対向して配置し、それらの対向 配置された接続用電極パッド同士を、 ±鬼状導電体を介して接続させる。
前記 (1)〜(4)の種々の接続形態の中で、 特に、 (1)に記載されたような、 リジッ ド基板の片方の最外層表面においてフレキシブル基板が接続される形態につい て、 説明する。
たとえば、 リジッド基板の片方の外側表面の短辺に沿った所定の表面領域には、 導体回路の一部として複数の接続用電極パッドが予め形成されるとともに、フレ キシブル基板の片面の所定領域、 たとえば、細長い矩形状の基板の短辺に沿った 表面領域にも、 リジッド基板に設けた接続用電極パッドに対応した複数の接続用 電極パヅドが予め形成され、 これらの複数の接続用電極パッド対は、 リジッド基 板側あるいはフレキシブル基板側の接続用電極パッ ド上に予め配設した塊状導 電体によって、電気的かつ物理的に接続される。
さらに、前記リジッ ド基板とフレキシブル基板とは、 リジッド基板側あるいは フレキシブル基板側の接続用電極パッ ドが形成されていない表面領域に貼付ま たは塗布形成された絶縁性接着剤層によつて接着される。
前記接続用電極パヅドは、 リジッド基板の最外層を構成する回路基板の一つあ るいは二つに対して、めっき処理またはエッチング処理によって導体回路を形成 する際に、 その導体回路の一部として形成され、あるいは最外層を構成する回路 基板の絶縁樹脂層上に単独で形成され、あるいはまた、 絶縁樹脂層を貫通して下 層の導体回路との電気的接続を行なうビアランドとして形成することもできる。 本発明において、前記リジッ ド基板に形成される接続用電極パッ ドの形成領域 は、必ずしもリジッド基板の最外層の絶縁樹脂層表面の全域である必要はなく、 十分な接続強度が得られるような任意の位置であればよい。
たとえば、矩形状の基板の短辺あるいは長辺に沿った周縁の表面領域や、基板 の周縁から中央に向う表面領域であってもよい。
このような接続用電極ノ \°ッ ドの形成領域を任意の位置とすることができるの で、電子機器筐体のデザインや、その筐体内に収容される他のリジッド基板ゃ電 子部品等のレイァゥ卜に応じて、所望の方向に配線の引き出しが可能となり、極 めて有利な配線接続構造を得ることができる。
本発明において、リジッド基板の層間接続部の位置とフレキシブル基板の層間 接続部の位置とを一致させ、これらの層間接続部同士を塊状導電体を介して重ね 合わせて導通させたスタック構造部を形成することが、より好ましい実施の形態 であり、そのようなスタック構造の採用によって、配線長の短縮化を実現して、大 電力が必要な電子部品の実装に好適なフレックスリジッ ド配線板を提供するこ とができる。 前記リジッド基板に形成した接続用電極パッドと、フレキシブル基板に形成し た接続用電極パッドのうち、塊状導電体と接触する面積がより小さい方の接続用 電極パッドの面積を S。とし、 そのような接続用電極パッドと塊状導電体との接 触面積を S,としたとき、 その面積比 ( ,ノ 。) が、 0 . A ^ S / S Q O . 9であることが望ましい。
その理由は、 面積比 (S / S Q ) が 0 . 4未満では、接触面積が小さすぎて、 フレキシブル基板とリジッ ド基板との電気的かつ物理的な接続を十分に確保す ることができないからであり、 一方、 面積比 (S / S J が 0 . 9を越えると、 フレキシブル基板とリジッ ド基板との相対的な位置ズレが大きくなり、それらの 間で断線が生じやすくなるので、優れた接続信頼性を得ることができないからで ある。
前記リジッ ド基板およびフレキシブル基板に設けた接続用電極パッド同士を 接続する塊状導電体は、 リジッド基板もしくはフレキシブル基板のいずれか一方 の接続用電極パヅド上に突設した形態であることが好ましい。リジッ ド基板とフ レキシブル基板とを重ね合わせる際に、絶縁性接着剤層を貫通しやすいからであ る。
前記塊状導電体としては、銅、金、銀、 スズ等の金属、それらの合金、あるいは 種々の半田等を用いて、 めっきや、印刷法、 転写法、埋め込み法(インプラン卜)、 電着等の手法によつて、球状や半球状等の滑らかな凸曲面形状、 角柱や円柱等の 柱状、 あるいは角錐や円錐等の錐状に形成されたバンプ (ポスト) やボール、あ るいはピン形状に形成されたものが代表的であるが、 これらに限定されるべきも のではなく、 リジッド基板に設けた接続用電極パッ ドとフレキシブル基板に設け た接続用電極パッ ドとを十分な接続強度で接続し、かつ電気的接続できる手段で あればよい。
前記バンプ (ポスト) をめつきによって形成する場合には、銅めつきにより形 成したものであってもよく、そのような塊状導電体は、フレキシブル基板に設け た接続用電極パッドに対して半田層を介して接続されることが好ましく、それに よって優れた電気的接続性が得られる。
また前記バンプ(ポスト) やボールを形成する半田としては、 Sn/Pb、 S n/Sb、 Sn/Ag、 S n/Ag/C u Sn/Cu、 Sn/Zn、 S n/A g/I n/C uから選ばれる少なくとも一種の半田から形成することができる。 すなわち、前記金属あるいは各種半田の中から選ばれる 1種類で形成してもよ いし、 2種類以上を混合して用いてもよい。
特に、 自然環境を汚染しないという社会的要請に応じて、鉛を含有しない、 い わゆる鉛フリ一半田を用いたバンプが好ましい。 そのような半田として、 たとえ ば Sn/Sb、 Sn Ag、 S n/A g/C us S n/C uN Sn/Zn、 S n /A g/I nZC uからなる半田が挙げられる。 リジヅ ド基板やフレキシブル基 板の材料を考慮して、融点が 183°Cである S n— 37 P b半田や、融点が 21 7°Cである S n— 35 Ag— 0. 7Cu半田が、 より好ましい。
さらに、 S n/A g半田めつきによって形成したバンプは、展性に優れて冷熱 サイクルで発生する応力を緩和するのに有効であるため、より好ましい。
前記半田バンプは、その高さが 10〜1 5 ΟμΓΤΐ程度であることが好ましく、 めっき、 印刷法、 転写法、 埋め込み法 (インプラント) 、電着等によって形成す ることができる。
たとえば、 印刷法による場合には、接続用電極パッ ドを有するリジッド基板ま たはフレキシブル基板の接続用電極パヅドに相当する基板上の箇所に、円形の開 口を設けた印刷マスク (メタルマスク) を載置し、 そのマスクを用いて半田べ一 ス卜を印刷し、 加熱処理することによって半田バンプを形成する。
また、転写法による場合には、 たとえば、 水平面を有する水平治具板の当該水 平面上に、接続用電極パッ ドを有するリジッ ド基板またはフレキシブル基板、半 田キヤリアおよび荷重用の押さえ治具を順次載置して、水平治具板と押さえ治具 とにより基板および半田キャリアを挟持し、 両者を平行に保持し、 その後、 リフ ローにより半田キャリアの半田パターンを接続用電極パッド上に転写し、その後、 半田キャリアを取り除くことで、 接続用電極パッド上に半田バンプを形成する。 さらに、前記半田ボールは、 たとえば、 直径が 1 0 0〜8 0 O ct m程度の銅球 と、 その銅球を被覆する厚み 1 5 0 > m以下の半田層とから形成してもよい。 前記リジヅド基板とフレキシブル基板との電気的および物理的接続は、フレキ シブル基板の接続用電極パッ ドをリジッ ド基板の接続用電極パッ ド上の半田バ ンプあるいは半田ボールに対して加圧、加熱して半田を溶融 ·固化させることに よって行なわれることが好ましい。
本発明において、 リジッ ド基板とフレキシブル基板とを相互に接着、固定し、 かつ前記塊状導電体が貫揷する絶縁性接着剤層をなす樹脂としては、 例えば、ポ リビニルプチラール樹月旨、 フエノール樹月旨、 二卜リルラバー、 ポリイミド樹脂、 フエノキシ樹脂、キシレン樹脂もしくはこれらの 2種以上の混合物、ポリカーボ ネー卜樹脂、 ポリスルホン樹脂、 ポリエ一テルイミド樹脂、液晶ポリマ一、ポリ アミド樹脂なども使用することが可能である。 また、前記樹脂にガラスマツ 卜、 無機充填剤、 ガラスクロスなどを配合したもの (プリプレグ) でもよい。
例えば、 プリプレグを用いる場合には、 リジヅ ド基板とフレキシブル基板との 間にプリプレグ等を介在させた状態で、熱プレスすることによって絶縁性接着剤 層を形成する。
前記プリプレグを用いる場合には、接続用電極パッド上に形成するバンプとし ては、金属べ一ストを所定の形状に成形した後、硬化して形成したバンプである ことが好ましく、所定の位置に精度よ〈貫通型の導体路を形成するために、 その 先端部が絶縁性接着剤層を容易に貫挿し得るような円錐型、角錐型など好ましい が、 半球状、 台形などでもよい。
前記金属ペーストは、 たとえば銀、 金、銅、 半田粉、炭素粉などの導電性粉未、 これらの合金粉末もしくは複合(混合)金属粉末と、 たとえばポリカーボネー卜 樹脂、 ポリスルホン樹脂、 ポリエステル樹脂、 フエノキシ樹脂、 メラミン樹脂、 フエノール樹脂、ポリィミド樹脂などのバインダ一成分とを混合して調製された 導電性組成物で構成することができる。
そして、前記金属バンプは、例えば、比較的厚いメタルマスクを用いた印刷法 により、ァスぺク卜比の高い導電性バンプとして形成でき、 そのバンプの高さは、 絶縁性接着剤層の厚さの 1. 3倍程度以上が好ましい。例えば、 絶縁性接着剤層 の厚さを 50 Aimとすると、 65〜1 5 Oyum程度に設定される。
(実施例 1 )
(A) フレキシブル基板の製造工程
(1) 本発明にかかるフレックスリジッド配線板を製造するに当たって、 それを構 成するフレキシブル基板 1 0 OAを作製する出発材料として、厚さ 25 mのポ リイミド系樹脂からなる絶縁性フイルム 1 1の両面に、厚さが 1 8 Atmの銅箔 1 2がラミネートされた積層フィルム (新日鉄化学製:エスパネヅクス S B) を用 いた (第 2図 (a))。
(2) 前記絶縁性フイルム 1 1の両面にラミネートされた銅箔 1 2を、 塩化第二銅 水溶液を用いてエッチングしてパターン 1 3および直径 25 Oyctmの接続用電 極パッ ド 1 6を形成し、 この配線パターン上に感光性エポキシ樹脂(日立化成 製: F R— 5538EA)を塗布して、 80°Cで 3時間乾燥させた後、 紫外線によ つて露光し、ジメチレングリコ一ルジェチルェ一テルを用いて現像処理すること によって、直径 30 Ομιηの大きさの開口 1 5を持つ、パターン 1 3を保護する 厚さ 2 の樹脂製カバ一層 1 4を形成した。 (第 2図 (b)〜(め)。
(B) リジッド基板の製造工程
(1) ガラスエポキシ樹脂からなる基板 21の両面に、 1 2 の銅箔22がラミ ネー卜された厚さ 0. 1 1 mmの両面銅張積層板(松下電工製: R— 1 766、 第 3図 (a)参照)の片面に塩化第二銅水溶液を用いて、 レーザ照射用開口 24を形 成し、さらに炭酸ガスレーザを用いて直怪 250> mの銅めつき充填用開口 26 を設けた (図 3(b)、 (c)参照)。 (2) さらに、 貫通孔 26の内壁に: Pd触媒を付与し、 以下のような組成および条 件のもとで無電解銅めつき処理を施した後、さらに電解銅めつき処理を施すこと によって、開口 26の内部を銅めつき 28で充填した (図 3(d)参照)。
(無電解銅めつき溶液)
硫酸銅 1 0 g/リ 卜ツル
HCHO 8 g/リッ トル
N aOH 5 g/リットル
□ッシェル塩 45 g/リットル
30°C
(電解銅めつき溶液)
硫酸 1 80 リットル
硫酸銅 80 g/リットル
アトテックジャパン製 商品名 カバラシド GL
1 m 1 /リットル
(めっき条件)
2 A/dm2
時間 30分
(3) 前記銅めつき 28で充填した基板の両面を塩ィ匕第二銅水溶液を用いてエッチ ングして、表面および裏面にそれぞれバタ一ン 32 34を形成すると共に 、°夕 ーン 34の一部を接続用電極パヅ ド 36に形成した。 さらに、基板をルータで加 ェした (図 3(e)参照)。
(4) 次いで、 円錐形状の開口を設けたメタルマスクを用いて、 銀ペースト (DU PONT社製:商品名 SOLAMET) をスキージを用いて充填し、 接続用電極パッ ド 36上に円錐形状の突起 40、 すなわち半田バンプを形成した。 さらに、 これ を 1 50°Cで 1時間加熱して硬化させ、 リジッド基板 200 Aを製造した(図 3 ②参照)。
(C) 積層工程
(1) 前記 (B) で製造したリジッ ド基板 200 Aの円錐形突起 40に対して、 プ リブレグ 42(日立化成製: GIA— 671 )を 1 0 k g/c m2の圧力で突き刺し て、 貫通させた (図 4(a))。
(2) つぎに、 前記 (A) で製造したフレキシブル基板 1 00 Aとリジッ ド基板 2 00 Aとを積層し、 1 80°C、40 k g/cm2で加熱プレスし (図 4(b)参照)、 図 5に示すような塊状導電体 44で接続されたフレックスリジヅ ド配線板 30 OAを得た。
なお、塊状導電体 44とフレキシブル基板 1 00 Aの接続用電極パッ ド 1 6と の接続面積 S は、 3. 92 X 1 0_2mm2であり、 接続パッド面積 Soは、 4. 9 X 1 0— 2 mm2であるから、 Si/Soは、 0. 8となった。
(実施例 2)
(A) フレキシブル基板の製造工程
(1) 本発明にかかるフレックスリジッ ド配線板を製造するに当たって、 それを構 成するフレキシブル基板を作製する出発材料として、厚さ 25y mのポリイミド 系樹月旨からなる絶縁性フイルム 1 1の両面に、厚さが 1 8yumの銅箔 1 2がラミ ネー卜された積層フイルム (新日鉄化学製:エスバネックス S B) を用いた。 (2) 前記絶縁性フイルム 1 1の両面にラミネートされた銅箔 1 2を、 塩化第二銅 水溶液を用いてエッチングしてパターン 1 3を形成し、 このパターン上にジメチ レングリコ一ルジメチルエーテルに溶解させた 60重量%のクレゾ一ルノボラ ック型エポキシ樹脂 (日本化薬製)を塗布して、 80°Cで 3時間乾燥させて未硬化 エポキシ樹脂層 50(接着剤層)を形成し、 フレキシブル基板とした。
(B) リジッド基板の製造工程
( 1 ) ガラスエポキシ樹脂からなる基板 21の片面に、 1 2/αmの銅箔22が ラミネ—卜された厚さ 0. 1 1 mmの片面銅張積層板 (図 6 (a))に、炭酸ガスレ一 ザを用いて直径 1 50 mの銅めつき充填用開口 26を設けた (図 6(b))。
( 2) 前記開口 26内に Pd触媒を付与し、 無電解銅めつきを施した後、 さら に電解銅めつきを施すことによって、開口 26の内部に銅めつき 28を充填する とともに、基板表面から 3 ;amの高さで突出する突起 29を形成した(図 6(c))。 なお、無電解銅めつきおよび電気めつきの組成は実施例 1に準じる。
(3) さらに、 前記突起 29の表面に、以下のような条件下で半田めつきを施 し、 突起 29の表面を覆う半田層 3 1を形成した (図 6(d))。
(電解半田めつき溶液)
S n ( B F 4) 2 2 5 g/リットル
P b ( B F4) 2 1 2 g/リットル
(めっき条件)
0
電流密度 0. 4Α/^ ΓΠ2
( 4 ) 前記片面銅張積層板の片面に貼付した銅箔 22を、塩化第二銅水溶液を 用いてエッチング処理し、導体バタ一ン 3 2を形成した (図 6(e))。
( 5) さらにルータ加工してリジッド基板 200 Bとした (図 7(a))。
(C) 積層工程
前記 (A) で作製したフレキシブル基板 1 008と、 前記 (8) で作製したリ ジッド基板 200 Bとを積層し、 1 80°C、40 k g/cm2で加熱プレスし (図 7(b))、 さらに、 200°Cまで昇温して、半田を溶融させることによって、銅めつ きからなる突起 29と半田層とからなる塊状導電体 40を介して接続一体化さ れたフレックスリジヅド配線板 300 Bを得た (図 7(c))0
前記加熱プレスの際に、フレキシブル基板 1 00 Bの未硬化エポキシ ¾f脂層 5 0を突起 29が貫通してリジッ ド基板 200 Bに接角虫し、さらに 200°Cのリフ 口一により半田層 3 1が溶融して電気的な接続が達成される。
(実施例 3) (A) フレキシブル基板の製造工程
(1) 本発明にかかるフレックスリジッ ド配線板を製造するに当たって、 それを構 成するフレキシブル基板の出発材料として、厚さ 25 Atmのポリイミド系樹脂か らなる絶縁性フイルム 1 1の両面に、厚さが 1 8 zmの銅箔 1 2がラミネ一卜さ れた積層フィルム (新日鉄化学製:エスバネックス S B) を用いた。
(2) 前記絶緣性フイルム 1 1の両面にラミネートされた銅箔 1 2を、 塩化第二銅 水溶液を用いてエッチングしてパターン 1 3を形成し、 このパターン上にジメチ レングリコールジメチルェ一テルに溶解させた 60重量%のクレゾ一ルノボラ ック型エポキシ樹脂 (日本化薬製)を塗布して、 80°Cで 3時間乾燥させて未硬化 エポキシ樹脂層 50を形成し、 フレキシブル基板とした。
(B) リジッ ド基板の製造工程
(1) ガラスエポキシ樹脂からなる基板 21の片面に、 1 2 mの銅箔 22がラミ ネ一卜された厚さ 0. 1 1 mmの片面銅張積層板 (図 6(a)参照)に、炭酸ガスレ一 ザを用いて直径 1 50 mの銅めつき充填用開口 26を設けた。
(2) 前記開口 26内に Pd触媒を付与し、 無電解銅めつきを施した後、 さらに電 解銅めつき処理を施すことによって、開口 26の内部に銅めつき 28を充填した。 なお、無電解銅めつきおよび電解銅めつきの組成は実施例 1に準じる。
(C)半田ボールの製造
直径 0. 1 mmの銅ボール 60 (三菱マテリアル製)の表面に厚さ 60 mの 電解半田めつき処理を施し、その表面に半田層 62を形成してなる半田ボール 6 4を得た (図 8参照)。 電解半田めつきの条件は、 実施例 2に準じる。
(D) 積層工程
前記 (A) で作製したフレキシブル基板と、前記 (B) で作製したリジッ ド基 板を半田ボール 64を介して積層し、 1 80°C、40 k g/c m2で加熱プレスし、 さらに、 200。Cまで昇温して、 半田を溶融させ、 図 8に示すような塊状導電体 66で接続されたフレックスリジヅ ド配線板 300 Cを得た。 前記加熱プレスの際に、半田ボール 6 4がフレキシブル基板の未硬化エポキシ 樹脂層 5 0を貫通してリジッド基板に接触し、さらに 2 0 0 °Cのリフ口一により 半田が溶融して電気的な接続が行われる。
本実施例では、銅ボール 6 0自体は溶融しないため、 スぺ一サの機能を持ち、 層間の距離を一定に保つことができる。
(実施例 4 )
( A ) フレキシブル基板の製造工程
(1) 本発明にかかるフレックスリジッド配線板を製造するに当たって、 それを構 成するフレキシブル基板の出発材料として、厚さ 2 5 μ ιτιのポリイミド系樹脂か らなる絶縁性フィルム 1 1の両面に、厚さが 1 8 mの銅箔 1 2がラミネートさ れた積層フイルム (新曰鉄化学製:エスバネックス S B ) を用いた。
(2) 前記銅箔 1 2が両面にラミネ—卜された絶縁性フイルム 1 1を、 塩化第二銅 水溶液を用いてエッチングしてパターン 1 3を形成し、 このパターン上に感光性 エポキシ樹脂 (日立化成製: F R— 5 5 3 8EA)を塗布して、 8 0 °Cで 3時間乾燥 させた後、 紫外線によって露光し、ジメチレングリコールジェチルェ一テルを用 いた現像処理を行って、直径 3 0 O yumの大きさの開口 1 5を持つ、パターン 1 3を保護する厚さ 2 5 Aimの樹脂製カバ一層 1 4を形成した。さらに、その開口 1 5に半田べ一スト (ヘラウス株式会社製) をスクリ一ン印刷し、 さらに銅製の T—ピン 6 8を載置し、 2 0 0 °Cにリフローして T—ピン 6 8を具備するフレキ シブル基板を製造した。
( B ) スルーホールを有するリジヅ ド基板の製造工程
(1) ガラスエポキシ樹脂からなる基板 2 1の片面に、 1 2 mの銅箔 2 2がラミ ネー卜された厚さ 0 . 1 1 m mの片面銅張積層板にドリル削孔し、 さらに無電解 銅めつき処理および電解銅めつき処理を施して、 スルーホール 6 9を形成した。 次いで、塩ィ匕第二銅水溶液を用いてエッチング処理して導体パターン 7 0を形 成した。 (2) さらに、 ルータにより切断加工して、 スルーホール 6 9を有するリジヅド基 板を製造した。
(C)接着剤フィルムの製造
ポリエチレンテレフタレートフイルムにエポキシ樹脂液を塗布し、 これを 8 0 °Cで 1時間乾燥し、 接着剤フィル厶とした。
( D ) 積層工程
前記(B )で製造したリジッ ド基板のスルーホール 6 9に半田ペース卜を印刷 充填し、前記(A )で作製したフレキシブル基板の T-ピン 6 8に、前記(C )で 製造した接着剤フイルムを貫通させ、 リジヅ ド基板とフレキシブル基板を積層し、 1 8 0 °C、4 0 k g Z c m 2で加熱プレスし、さらに 2 0 0°Cでリフローを行なし、、 図 9に示すフレックスリジッド配線板 3 0 0 Dを製造した。
(実施例 5 )
基本的には実施例 2と同様であるが、フレキシブル基板 1 0 0 Eを上下 2つの リジッド基板 2 0 0 E、 2 0 0 Eで挟持し、 フレキシブル基板 1 0 0 Eの層間接 続部としてのビアホール 7 2と、 リジヅド基板 2 0 0 Eの層間接続部としてのビ ァホール 7 1とが一軸上に配列するように、いわゆるスタック構造 7 3を有する フレックスリジッド基板 3 0 0 Eを製造した (図 1 0参照)。
(実施例 6 )
(A) フレキシブル基板の製造工程
(1) 本発明にかかるフレックスリジッド配線板を製造するに当たって、 それを構 成するフレキシブル基板 1 0 0 Fを作製する出発材料として、厚さ 2 5 mのポ リイミド系樹脂からなる絶縁性フイルム 1 1の両面に、厚さが 1 8 y mの銅箔 1 2がラミネートされた積層フィル厶 (新日鉄化学製:エスバネックス S Β ) を用 いた (第 2図 (a))。
(2) 前記絶縁性フイルム 1 1の両面にラミネ一卜された銅箔 1 2を、 塩化第二銅 水溶液を用いてエッチング処理し \°ターン 1 3および直怪 2 5 0 mの接続用 電極パッド 1 6を形成し、 このパターン上に感光性エポキシ樹脂 (日立化成製: F R— 5 5 3 8 EA)を塗布して、 8 0°Cで 3時間乾燥させた後、 紫外線によって 露光し、ジメチレングリコ一ルジェチルエーテルを用いた現像処理を行って、 直 径 3 0 O xmの大きさの開口 1 5を持つ、パターンを保護する厚さ 2 5 μιηの樹 脂製カバ一層 1 4を形成した。 (第 2図ゆ)〜 (d))。
(B) リジッ ド基板の製造工程
(1) ガラスエポキシ楦 ί脂からなる基板 2 1の両面に、 1 2 / mの銅箔 2 2がラミ ネー卜された厚さ 0 . 1 1 m mの両面銅張積層板 (松下電工製: R— 1 7 6 6 ) に塩化第二銅水溶液を用いて、 レーザ照射用開口 2 4を形成し、 さらに炭酸ガス レーザを用いて直径が 2 0 0 / mの銅めつき充填用開口 2 6を設けた(図 6 (b) 参照)。
(2) 前記開口 2 6内に Pd触媒を付与し、 無電解銅めつきを施した後、 さらに電 解銅めつき処理を施することによって、開口 2 6の内部に銅めつき 2 8を充填し た (図 6 (c) 参照)。
(3) 前記銅めつき 2 8を充填した基板の両面を塩ィ匕第二銅水溶液を用いてエッチ ングして、表面および裏面にそれぞれパターン 3 2、 3 4を形成すると共に \°タ —ン 3 4の一部を接続用電極パッド 3 6に形成した。さらに、基板をルータで加 ェした。
(4) 次に、 ポリエチレンテレフタレ一卜フィルム 8 0に半田箔を貼付し、 次いで、 1 N硫酸水溶液にてエッチングして所定の場所に円形パターンの半田層 8 2を 有するフィルムシートを形成した。
(5) 前記 (3)においてルータ加工した基板に、 半田層 8 2を有するフィルムシ一 卜を積層し (図 1 1 (a)参照)、 2 0 0 °Cでリフローして半田バンプ 8 4を設けた (図 1 1 (b)参照)。
(6) ポリエチレンテレフタレ一卜フィルムにエポキシ樹脂液を塗布し、 これを 8 0 °Cで 1時間乾燥し、 接着剤フィルム 8 6とした。 (C)積層工程
前記 (A)で製造したフレキシブル基板 1 00 Fと、 前記 (B)で製造したリ ジッド基板 200 Fとを、接着剤フイルム 86を介して積層し (図 1 1 (c)参照)、 1 80°C、40 k g/cm2で加熱プレスし、さらに 200°Cでリフロー処理を行な つて、 図 1 2に示すようなフレックスリジッド配線板 300 Fを製造した。 (実施例 7)
(A) フレキシブル基板の製造工程
実施例 6の (A) の (1)〜(2)の工程と同様にしてフレキシブル基板を製造した。
(B) リジッド基板の製造工程
(1 ) インプラントの作製に当って、厚さ 0. 1 1 mmの銅箔 93に厚さ 60 mの半田層 94を積層したクラット材を用いた。
(2) このクラッ ト材を、 ガラスエポキシ樹脂からなる基板 21の両面に、 1 8 At mの銅箔 22がラミネートされた厚さ 0. 1 1 mmの銅張積層板に載置し、 ポンチ 89により、 1 0 OkgZcm2の圧力で、 クラッ卜材を打ち抜き、 この打ち 抜いた銅-半田ボス卜 91を銅張積層板 20に埋め込んで(図 1 3 (a)〜(c))、リジ ッ ド基板 200 Gを製造した。
なお、前記銅-半田ボス卜 91は、 その半田部分 92が銅張積層板 20から 84 Mm (1 20Mm-36μιτι)突出しており、 この突起部分 92がバンプとして 機能する。
(C)積層工程
前記 (Α)で製造したフレキシブル基板と、前記 (Β)で製造したリジッ ド基 板 200 Gとを、実施例 6と同様に接着剤フイルム 86を介して積層し、 1 8 0°C、40 k g/cm2で加熱プレスし、さらに 200°Cでリフ口一処理を行なつ て、 フレックスリジヅド配線板を製造した。
(実施例 8)
実施例 1とほぼ同様にして、 ±鬼状導電体と接触する面積がより小さい方の接続 用電極パッドの面積を S。とし、 その接続用電極パッドと塊状導電体との接触面 積を としたときの面積比(S1y S。) を、 0. 05から 1. 0まで段階的に変 化させて、異なる面積比 ( ,/ 。) を有する複数のフレックスリジッド配線板 を製造した。
(実施例 9)
実施例 1とぽぽ同様であるが、リジヅ ド基板 200 Aとフレキシブル基板 1 0 0 Aとの重合範囲が、リジッ ド基板 200 Aの表面積の 3%、 5%、 1 0%、 1 5%、20%、 25%、 30%、 40%、 45%、 50%、60%、 80%、 1 0 0 %と段階的に変化させて、異なる重合範囲を有する複数のフレックスリジッ ド 多層プリン卜配線板を製造した。
(比較例 1 )
(1 ) 図 1 4に示すように、 フレキシブル基板上に、 サブ卜ラクティブ法によ つて内層回路 61 0およびフレキシブル部に相当する導体回路 61 2を形成し、 次いで、 その導体回路上に、打ち抜き加工したカバーレイフイルムを位置合わせ して仮接着し、 その後、 多段プレスにて加熱プレスすることにより、 内層回路基 板およびフレキシブル部となるフレキシブル基板 600を作製した。
(2) ガラスエポキシ両面銅張基板の一方の面に、サブ卜ラクティブ法によつ て別の内層回路 614を形成し、 次いで、 外型加工することにより、 多層リジッ ド部の 1つの導体層を形成するリジヅ ド基板 620を作製した。
(3) 前言己(1 )、 (2)で作製したフレキシブル基板 600と複数のリジッド 基板 620とをプリプレグ 622を介して積層固定し、加熱プレスにて一体化し た。
次に、得られた基板に穴あけをした後、 無電解めつきを施すことにより、 内層 回路 61 0と外層回路 61 4とをめつきスルーホール 624を介して電気的に 接続し、 さらに、 リジッド部の他面の導体回路 626を形成することによって、 フレックスリジッド配線板 650とした。 (比較例 2 )
本比較例は、 実施例 2と同様であるが、 未硬化エポキシ樹脂層 (接着剤層) を 形成せず、 半田の接着力のみで接続させた。
(比較例 3 )
(1) 比較例 3にかかるフレックスリジッド配線板を製造するに当たつて、 それを 構成するフレキシブル基板の出発材料として、厚さ 2 5 y mのポリィミド系樹月旨 からなる絶縁性フイルム 7 0 0の両面に、厚さが 1 8 ; mの銅箔がラミネー卜さ れた積層フイルム (新日鉄化学製:エスバネックス S B ) を用いた。
(2) 前記絶縁性フイルム 7 0 0の両面にラミネー卜された銅箔を、 塩化第二銅水 溶液を用いてエッチングして導体回路 7 1 4を形成した。
(3) 感光性ポリイミド樹月旨 (日立化成工業製) 固形分 1 0 0重量部に対して、 ェ ポキシ樹脂微粉末(東レ製) を 1 2重量部の割合で配合し、 さらに N—メチルビ ロリ ドン溶剤を添力□しながらホモディスパー分散機で粘度 5 0 0 O cpに調整し、 次いで 3本ロールで混練して感光性樹脂絶縁層用の接着剤溶液を得た。
(4) 次に、 導体回路 7 1 4を形成した絶縁性フィルム 7 0 0上に、 カバ一レイフ ィル厶をラミネ一卜した後、前記感光性絶縁層用の接着剤溶液をスピナ一 ( 1 0 0 O rpm ) を用いて塗布し、 水平状態で 6 0分間室温放置した後、 8 0°Cで 1 0分間乾燥させて、 厚さ 6 の感光性樹脂絶縁層 7 1 6を形成した。
(5) 次に、 バイァホ一ルを形成する箇所およびフレックス部にフォトレジストの マスクを形成し、超高圧水銀灯で 3 0秒間露光した。 これを N—メチルピロリ ド ンーメタノール (3 : 1 ) 混合溶媒で 1分間現像処理することにより、導体間接 続用のバイァホールを形成した。その後、超高圧水銀灯で 5分間露光し、 さらに 2 0 0 °Cで 3 0分間加熱処理することにより、感光性樹脂絶縁層を完全に硬化さ せた。
(6) 前記 (5) で得た基板をクロム酸 (C r 03 ) 8 0 0≠水溶液からなる酸化 剤に 60°Cで 2分間浸漬して樹脂絶緣層 716の表面を粗化してから、中和溶液(シ プレイ社製) に浸潰し、 水洗した。
(7) 前記樹脂絶縁層 7 1 6の表面を粗化した基板に 、 'ラジウム (シプレイ社製) を付与して表面を活性化させた後、液状フォトレジス卜を塗布し、 アディティブ 用の無電解銅めつき液に 1 0時間浸潰して、厚さ 2 5 Ai mの無電解銅めつき膜か らなるバイァホール 7 2 0を形成した。
(8) 次に、 前記 (3)で作製した接着剤を塗布し、 (4)〜(7) の工程を 3回繰り返し た。
(9) 最後に、前記 (7)で塗布した液状フォトレジストを除去し、 4層のフレックス リジッ ド多層プリン卜配線板とした (図 1 5参照)。
以上説明したような実施例 1〜9および比較例 1〜3について、以下のような 試験を実施した。
( 1 ) 冷熱サイクル試験 1
実施例 1〜7、比較例 1 ~ 3について、— 6 5 °Cで 1 5分放置、ついで 1 2 5 °C で 1 5分放置する試験を 1 2 5 0回繰り返して実施し、フレキシブル基板とリジ ッ ド基板との接続部分での電気的導通の有無を確認し、以下の表 1に示した。電 気的導通が有れば〇とし、 無ければ Xとした。
【表 1】
Figure imgf000034_0001
試験方法: JIS5012 (耐候性 ¾|矣) サイクル条件:— 65〜十 1 25°C
(2) 冷熱サイクル試験 2
実施例 8のフレックスリジヅ ド配線板において、 一 65 °Cで 1 5分放置、 つい で 1 25°Cで 1 5分放置する試験を繰り返して実施し、フレキシブル基板とリジ ッ ド基板との接続部分での電気的導通がなくなるまでの試験回数を図 1 9に示 した。
(3) 冷熱サイクル試験 3
実施例 9のフレックスリジヅ ド配線板において、 — 65 °Cで 1 5分放置、 つい で 1 25°Cで 1 5分放置する試験を 2500回繰り返して実施し、フレキシブル 基板とリジッド基板との接続部分での電気的導通の有無を確認し、その結果を表 2に示した。
電気的導通が有れば〇とし、電気的導通が有るが、その抵抗変化率が 1 0%を 超えたものを とし、電気的導通が無ければ Xとした。
なお、上記冷熱サィクル試験 1〜3において、 1 500回のサイクル試験を繰 り返し行っても電気的導通が有る場合を基準とした。
(4) 引張り強度試験 JP2004/005460
実施例 9のフレックスリジッド配線板において、 リジヅド基板側の一端をパネ 秤に固定し、 フレキシブル基板側の一端を引張ることによって、フレキシブル基 板とリジッ ド基板との間の密着性を評価するための引張り試験を行った。このと き、フレキシブル基板がリジッ ド基板からズレ始めた時点でのパネの目盛りを強 度として測定し、このような測定を 3回実施して、それらの強度の平均値 (Kgf ) を求めた。
リジッ ド基板とフレキシブル基板の重合範囲を段階的に変化させた、異なるフ レックスリジッド配線板についての測定結果を表 2に示した。
なお、上記引張り強度試験において、強度の平均値が 0 . 8 Kgfである場合を基 準とした。
【表 2】
Figure imgf000035_0001
( 5 ) インダクタンス測定式験
実施例 1〜5および 7、 比較例 1および 3について、ネッ トワークアナライザ - (アジレントテクノロジ一社製 E 8 3 5 7 A ) を用いて、接続電極パッド間の ィンダクタンスの周波数変化を測定した。 ( 6 ) 波形測定試験
任意波形ジェネレータ (テク卜ロニクス社製 A W G 7 1 0 ) とデジタルサンプ リングオシロスコ一プ(テク卜ロニクス社製 1 1 8 0 1 B ) とを組合せて用いる ことで、 接続電極パッ ド間のパルス電圧波形の変化を測定した。
以上の結果から、塊状導電体のみでは、冷熱サイクルに対する耐性が低いこと が理解される。 これはフレキシブル基板の熱膨張係数が大きく、
一方リジッ ド基板の熱膨張係数が小さいことに起因していると推定される。 本発明では、絶縁性接着剤を採用することで、 フレキシブル基板とリジッ ド基 板の熱膨張係数差を緩和させることができ、 その結果、耐冷熱サイクル特性を向 上させることが可能となっていると考えられる。
さらに、 実施例 8の試験結果 (図 1 9 ) によれば、前記塊状導電体と接触する 面積がより小さい方の接続用電極パッド (実施例 8では、 塊状導電体が円錐形状 であるため、 フレキシブル基板側の接続用パヅド面積)の面積を S。とし、 その接 触面積を S,としたときに、 面積比が 0 . 4≤S 1 / S。≤0 . 9の範囲に、 特に ヒー卜サイクルに耐性の高い条件が存在することがわかった。
面積比 S 0が 0 . 4未満では、接触面積が小さすぎて、塊状導電体と接続 用パッ ドの接触界面での剥離が生じ、 0 . 9を超えると接着剤層中における塊状 導電体の割合が大きくなりすぎて、熱膨張■冷却収縮による応力が大きくなり、 塊状導電体と接続用ノ、°ッ ドの接触界面で剥離が生じるのではないかと推察され る。
また、実施例 9の試験結果によれば、リジッ ド基板とフレキシブル基板との重 合範囲が、 4 0 %以下である場合に、冷熱サイクルが 1 5 0 0回を超えても、電気 的導通を維持できることがわかった。
リジッ ド基板とフレキシブル基板との重合範囲が、リジッド基板の表面積の 5 〜4 0 %の範囲である場合に、冷熱サイクル試験においても、引張り強度試験に おいても、設定された基準を満たすものであった。そのために、電気的接続性や信 頼性をも向上させることができることがわかった。
さらに、リジヅ ド基板とフレキシブル基板との重合範囲が、リジッ ド基板の表 面積の 5〜4 0 %の範囲である場合に、冷熱サイクルが 2 0 0 0回を超えても、 断線を生じることがなく、電気的導通を維持できることがわかった。特に、重合範 囲が、 1 0 ~ 2 5 %の範囲である場合には、冷熱サイクルを 2 5 0 0回繰り返し て実施しても、電気的導通を確保でき、このような重合範囲が最適な範囲である ことが確認された。
また、 図 1 6によれば、本発明のように塊状導電体を介してフレキシブル基板 とリジッド基板が接続する場合は、スルーホールやバイァホ一ルを介して接続さ れる場合に比べて、高周波帯域におけるインダクタンスが、低くなることがわか つた。
ィンダクタンスが低下すると、信号波形が反射波による干渉を受けにくくなり、 ノイズ成分を含まなくなるからである。
つまり、本発明のように、塊状導電体を介してフレキシブル基板とリジッド基 板が接続する場合は、スルーホールやバイァホールを介して接続される場合に比 ベて、 高周波帯域におけるノィズ成分が少ない。
この理由は、 次のように説明される。 つまり、 高周波数帯域ほど、表皮効果に よって、表面ほど電流密度が高くなる。 そのため、 スルーホールやバイァホール の場合は、 導体の表側面、 裏側面の両方の表面に電流が流れるようになるが、塊 状導電体の場合は塊状導電体の表面のみしか電流が流れなくなる。 したがって、 電流量が低下して電流量に依存する磁界強度も低下する。 したがって、磁界強度 に依存するインダクタンスも低下させることができると推定される。
反射波による干渉の影響を図 1 8に示す。本発明のように塊状導電体を用いて 接続を図る方が、 スルーホールやバイァホールを用いる場合よりも、反射波の干 渉による波形のゆがみが少ないことがわかった。 産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかるフレヅクスリジヅ ド配線板は、高周波数帯域に おけるインダクタンスの低下や、信号遅延時間の短縮、信号反射波によるノイズ 発生の低減および落下衝撃性の低減等を実現するだけでなく、優れた接続信頼性 と自由な配線接続構造とを兼ね備え、製造コス卜および歩留まりの点で有利に製 造することができる。

Claims

請求の範囲
1 .接続用電極パッドを含む導体層を有する硬質基板からなるリジッ卜基板と、 接続用電極パッ ドを含む導体層を有する可撓性基材からなるフレキシブル基板 とを重ね合わせて一体化すると共に、電気的に接続してなるフレックスリジッド 配線板において、
前記リジッ ド基板およびフレキシブル基板の少なくとも互いの重合部分には、 絶縁性接着剤を介在させると共に、前記リジッ卜基板とフレキシブル基板との前 記接続用電極パッド同士を、該絶縁性接着剤を貫通するように設けられる塊状導 電体を介して電気的接続してなることを特徴とするフレックスリジッド配線板。
2 . 前記一のフレキシブル基板に対して複数のリジッ ド基板が多層状に重ね 合わせたものであることを特徴とする請求項 1に記載のフレックスリジッ ド配 線板。
3 . 前記塊状導電体は、リジヅド基板もしくはフレキシブル基板のいずれか一 方の接続用電極パッ ド上に突設したものであることを特徴とする請求項 1 また は 2に記載のフレックスリジヅ ド配線板。
4 . 前記接続用電極パヅドは、 リジッ ド基板あるいはフレキシブル基板のそ れそれの片面または両面に形成されていることを特徴とする請求項 1〜3のい ずれか 1項に記載のフレックスリジッド配線板。
5 . 前記リジッ ド基板とフレキシブル基板とが互いに対向して重なり合う部 分は、フレキシブル基板の面積がリジッド基板の面積の 4 0 %以下の範囲内であ ることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のフレックスリジッ ド 配線板。
6 . 前記リジッド基板とフレキシブル基板とが互いに対向して重なり合う部分 は、フレキシブル基板の面積がリジッド基板の面積の 5〜4 0 %の範囲内である ことを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のフレックスリジッ ド配 線板。
7. 前記リジッド基板の層間接続部の位置と前記フレキシブル基板の層間接続 部の位置とを一致させ、これらの層間接続部同士を重ね合わせて導通させたスタ ック構造部を有することを特徴とする請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載のフ レックスリジッ ド配線板。
8.前記リジッド基板に形成した接続用電極パッドと、 前記フレキシブル基板 に形成した接続用電極パッ ドのうち、前記塊状導電体と接触する面積がより小さ い方の接続用電極パッ ドの面積を S。とし、 そのような接続用電極パッドと前記 塊状導電体との接触面積を としたときに、 0 . A ^ S Z S o ^ O . 9である ことを特徴とする請求項 1〜7のいずれか 1項に記載のフレックスリジヅド配 線板。
9 . 前記塊状導電体は、 球状や半球状等の凸曲面形状、 角柱や円柱等の柱状、 角錐や円錐等の錐状もしくはピン形状からなるものであることを特徴とする請 求項 1〜 8のいずれか 1項に記載のフレックスリジヅド配線板。
1 0. 前記塊状導電体は、 金属ペース卜にて形成された円錐形バンプであるこ とを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のフレックスリジッ ド配線 板。
1 1 . 前記 ±鬼状導電体は、銅めつきもしくは S n— A g半田めつきによって 形成したバンプであることを特徴とする請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の フレックスリジッド配線板。
1 2 . 前記塊状導電体は、フレキシブル基板もしくはリジッ ド基板に設けた 接続用電極パッ ドに半田層を介して接続されていることを特徴とする請求項 9 に記載のフレックスリジッ ド配線板。
1 3 . リジッド基板とフレキシブル基板との接続を、これらに設けたスルー ホール形状の接続用電極パッ ドにピン形状の前記塊状導電体を嵌合することに よって行うことを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載のフレックス リジッ ド配線板。
1 4 . 前記リジヅド基板もしくはフレキシブル基板のいずれか一方の接続用 電極パッド上に、転写法により半田バンプを形成し、該半田バンプにて前記リジ ッ ド基板とフレキシブル基板とを電気的に接続してなる請求項 1〜8のいずれ か 1項に記載のフレックスリジッド配線板。
1 5 . 前記リジッド基板とフレキシブル基板との間に介在させる絶縁性接着 剤層は、プリプレグから形成されることを特徴とする請求項 1〜1 4のいずれか 1項に記載のフレックスリジヅ ド配線板。
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