(57)【要約】【課題】  隣り合う導電部間の絶縁性を高めることができ、しかもコスト低減が可能となる複合基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１の導電部４表面に、外力により変形可能な非導電性樹脂層７を形成し、導電材料からなる接続粒子９を、非導電性樹脂層７の表面に配置し、基板１、２を互いに接近する方向に押圧することによって接続粒子９を押しつぶすとともに、非導電性樹脂を押しのけて、接続粒子９を介して導電部４、６を導電可能に接合する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板を製造する方法であって、
前記一対の基板のうち少なくとも一方の導電部表面に、外力により変形可能な非導電性樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
導電材料からなる接続粒子を、前記非導電性樹脂層の表面に配置し、前記一対の基板を互いに接近する方向に押圧することによって前記接続粒子を押しつぶすとともに、前記非導電性樹脂を押しのけて、前記接続粒子を介して前記導電部どうしを導電可能に接合する押圧工程と、を含むことを特徴とする複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記押しのけられた非導電性樹脂が、前記導電部の周囲に絶縁部を形成することを特徴とする請求項１に記載の複合基板の製造方法。
【請求項３】
前記非導電性樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記押圧工程を経た非導電性樹脂を、加熱により硬化させることを特徴とする請求項１または２に記載の複合基板の製造方法。
【請求項４】
前記接続粒子が通過可能な開口部を有する配置板を使用し、前記押圧工程において導電部間に挟み込む接続粒子を、前記開口部から落とし込むことによって非導電性樹脂層表面に配置することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の複合基板の製造方法。
【請求項５】
前記接続粒子が嵌合可能な開口部を有する配置板を使用し、前記押圧工程において導電部間に挟み込む接続粒子を、前記開口部に嵌合させた状態で非導電性樹脂層表面に配置することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の複合基板の製造方法。
【請求項６】
導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板であって、
前記一対の基板の導電部の間に、これら導電部どうしを導電可能に接合する接続粒子が挟み込まれ、
前記導電部と前記接続粒子との境界部分の一部に、非導電性樹脂が介在していることを特徴とする複合基板。
【請求項７】
前記導電部の周囲に、前記非導電性樹脂からなる絶縁部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の複合基板。
【請求項８】
導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板であって、
前記一対の基板と、これら基板の導電部の間に圧縮され導電部どうしを導電可能に接合する接続粒子と、導電部表面に形成された非導電性樹脂が押圧変形されて前記導電部の周囲に形成された絶縁部とを備えていることを特徴とする複合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を接合して得られた複合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、軽量化に伴い、複数の回路基板を互いに接合した複合基板が用いられている。複合基板としては、一対の基板を異方性導電膜を用いて接合したものがある（例えば特許文献１を参照）。
図１３は、異方性導電膜を用いた複合基板の一例を示すもので、この複合基板では、第１基板１と第２基板２とが異方性導電膜３１を介して接合されている。
第１および第２基板１、２は、基材３、５の一方の面に、それぞれ端子４、６（導電部）が形成されている。異方性導電膜３１は、導体粒子３２を樹脂材料３３に分散させたものである。この複合基板では、端子４と端子６との間に介在する導体粒子３２によって、端子４、６が電気的に接続されている。
【特許文献１】特開平５−１９１００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記複合基板は、高価な異方性導電膜３１を使用するためコストが増大するという問題がある。また、端子４、６と、これに隣接する端子４、６との間に、導体粒子３２を含む異方性導電膜３１が充填されるため、これら端子４、６間の絶縁性が不十分になりやすかった。
また、上記複合基板では、端子４、６の電気的導通は導体粒子３２と端子４、６との間の接触に依存するため、はんだ接合などと比較して端子４、６間の抵抗値が高くなるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、隣り合う導電部間の絶縁性を高めることができ、かつ接続される導電部における導電性を高めることができ、しかもコスト低減が可能となる複合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の請求項１に係る複合基板の製造方法は、導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板を製造する方法であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の導電部表面に、外力により変形可能な非導電性樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、導電材料からなる接続粒子を、前記非導電性樹脂層の表面に配置し、前記一対の基板を互いに接近する方向に押圧することによって前記接続粒子を押しつぶすとともに、前記非導電性樹脂を押しのけて、前記接続粒子を介して前記導電部どうしを導電可能に接合する押圧工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る複合基板の製造方法は、請求項１において、前記押しのけられた非導電性樹脂が、前記導電部の周囲に絶縁部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項３に係る複合基板の製造方法は、請求項１または２において、前記非導電性樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記押圧工程を経た非導電性樹脂を、加熱により硬化させることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る複合基板の製造方法は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、前記接続粒子が通過可能な開口部を有する配置板を使用し、前記押圧工程において導電部間に挟み込む接続粒子を、前記開口部から落とし込むことによって非導電性樹脂層表面に配置することを特徴とする。
本発明の請求項５に係る複合基板の製造方法は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、前記接続粒子が嵌合可能な開口部を有する配置板を使用し、前記押圧工程において導電部間に挟み込む接続粒子を、前記開口部に嵌合させた状態で非導電性樹脂層表面に配置することを特徴とする。
【０００５】
本発明の請求項６に係る複合基板は、導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板であって、前記一対の基板の導電部の間に、これら導電部どうしを導電可能に接合する接続粒子が挟み込まれ、前記導電部と前記接続粒子との境界部分の一部に、前記非導電性樹脂が介在していることを特徴とする。
本発明の請求項７に係る複合基板は、請求項６において、前記導電部の周囲に、前記非導電性樹脂からなる絶縁部が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項８に係る複合基板は、導電部を有する一対の基板が互いに接合された複合基板であって、前記一対の基板と、これら基板の導電部の間に圧縮され導電部どうしを導電可能に接合する接続粒子と、導電部表面に形成された非導電性樹脂が押圧変形されて前記導電部の周囲に形成された絶縁部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の製造方法では、導電部表面に非導電性樹脂層を形成し、この非導電性樹脂層の表面に接続粒子を配置し、基板を押圧することによって接続粒子を押しつぶすとともに、非導電性樹脂を押しのけて、接続粒子を介して導電部どうしを導電可能に接合する。
押しつぶされた接続粒子によって導電部どうしが接合されるため、これらの間の導電性を高めることができる。また、押しのけられた非導電性樹脂によって、隣り合う導電部間の絶縁性を高めるとともに、基板どうしの接合強度を高めることができる。さらには、隣り合う導電部間に、非導電性樹脂を容易かつ確実に配置することができ、製造工程を簡略化し、製造コストの削減を図ることができる。
また、導電部表面に接続粒子を直接配置する場合には、振動や基板の傾斜により接続粒子が導電部から落下するおそれがあるが、本発明では、非導電性樹脂層の表面に接続粒子を配置するので、接続粒子の位置ずれを防ぎ、接続粒子を正確な位置で導電部に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の複合基板の製造方法の第１の例を詳細に説明する。
図１に示すように、板状の基材３の一方の面に、複数の端子４（導電部）が形成された第１基板１を用意する。
端子４の構成材料としては、銅、クロム、アルミニウム、ニッケル、チタン、チタン−タングステン合金、金のうち１または２以上を挙げることができる。なかでも特に、銅を用いるのが好ましい。端子４の幅は例えば５０μｍ以上であり、厚さは例えば９〜３５μｍである。
【０００８】
図２に示すように、端子４の表面に、非導電性樹脂層７を形成する。
非導電性樹脂層７を構成する非導電性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いてもよいし、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂を用いてもよいが、特に、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【０００９】
非導電性樹脂層７は、外力が加えられた場合にその外力に従って変形可能である。
非導電性樹脂層７は、例えば、非導電性樹脂ペーストを、スクリーン印刷等の印刷法により端子４の表面に塗布することによって形成することができる。非導電性樹脂ペーストには、柔軟性を高めるため、アルコールなどの有機溶剤を配合することができる。
以下、非導電性樹脂層７を形成する工程を樹脂層形成工程という。
なお、非導電性樹脂層は、非導電性樹脂からなるフィルムを端子の表面に貼り付けることによって形成することもできる。例えば、半硬化させたゲル状のエポキシ樹脂を用いて非導電性樹脂層を形成することができる。
非導電性樹脂層は、端子表面だけでなく、基板の全面に形成することもできる。
【００１０】
次いで、図３および図４に示すように、導電性の接続粒子９を非導電性樹脂層７の表面に配置する。
接続粒子９の構成材料としては、金属材料が好ましく、銅、クロム、アルミニウム、チタン、チタン−タングステン合金、金のうち１または２以上を挙げることができる。
また、接続粒子９には、端子４、６の構成材料に比べ、融点が同じまたは低い材料を用いることもできる。例えば、端子４、６に銅を用い、接続粒子９にスズ、亜鉛、アルミニウムのうち１以上を含む材料を用いることができる。
【００１１】
接続粒子９の形状は、特に限定されないが、略球状、略楕円体状、略円柱状、略多角柱状、略円錐状、略多角錐状、直方体などとすることができる。
特に、端子４に対し点接触する形状、例えば球状の接続粒子９を用いると、押圧工程（後述）後における端子４と接続粒子９との間の電気抵抗を低くすることができる。
接続粒子９の直径は、５０μｍ以上、例えば５０〜２００μｍとすると、押圧後の端子４、６と接続粒子９の間の電気抵抗を低くすることができる。
【００１２】
接続粒子９を非導電性樹脂層７上に載せるには、端子４に相当する位置に、接続粒子９が通過可能な開口部１０を有する配置板１１を使用し、接続粒子９を開口部１０から非導電性樹脂層７上に落とし込む方法をとることができる。
端子４に対する接続粒子９の位置は、端子４の中央であることが望ましい。配置板１１を用いることによって、接続粒子９を端子４に対し正確な位置に配置することができる。
非導電性樹脂層７は、接続粒子９の重量によって、接続粒子９に沿う凹みが生じることが好ましい。これによって、接続粒子９が端子４から転落しにくくなる。
なお、接続粒子９を把持するマウンタを用いて接続粒子９を非導電性樹脂層７上に供給することもできる。
このように、接続粒子９を端子４表面に配置する工程を接続粒子配置工程と呼ぶ。
【００１３】
図５に示すように、板状の基材５の一方の面に、端子６（導電部）が形成された第２基板２を用意する。第２基板２は、第１基板１と同様の構成とすることができる。
第２基板２を、端子６が端子４に向かい合うように配置し、接続粒子９を非導電性樹脂層７とともに端子４、６間に挟み込んだ状態で、第１および第２基板１、２を互いに接近する方向に押圧する。
押圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下が好適である。なお、１ｋｇｆは９．８０６６５Ｎに相当する。
押圧時の温度は１６０℃以上、好ましくは２４０℃以上が好適である。この温度は３００℃以下とするのが好ましい。処理時間は１０分程度が好ましい。
【００１４】
図６に示すように、押圧によって、接続粒子９が押圧方向に押しつぶされる。図示例では、端子４、６に、接続粒子９に沿う凹部１５、１６が形成されるとともに、接続粒子９が押圧方向に圧縮される。
接続粒子９は、端子４、６に対し、金属結合などにより強固かつ導電可能に接合する。
以下、端子４、６間に接続粒子９および非導電性樹脂層７を挟み込んだ状態で、基板１、２を押圧する工程を押圧工程という。
【００１５】
押圧工程では、接続粒子９の圧縮率（圧縮前の接続粒子９の寸法に対する、圧縮による接続粒子９寸法の減少量）は、３０％以上とすることによって、接続粒子９と端子４、６とを強固に接合できる。なお、接続粒子９の寸法とは押圧方向の寸法をいう。
接続粒子９の直径を非導電性樹脂層７の厚さの２．５〜６．５倍として、接続粒子９を非導電性樹脂層７と同程度の厚さまで圧縮することにより、圧縮率は６０〜８５％となる。これによって、接続粒子９と端子４、６とを強固に接合できる。圧縮率は７５〜８５％がより好ましい。
押圧後の接続粒子９の幅は、端子４、６の幅と同じかまたはそれより小さくすることができる。
【００１６】
押圧工程においては、非導電性樹脂層７は、接続粒子９および端子４、６に応じた形状となる。
すなわち、接続粒子９および端子４、６が変形し、これらの隙間が小さくなるに従って、非導電性樹脂は接続粒子９によって押しのけられ、隣り合う端子４、６間の空間である端子間空間１４に流れ込み、絶縁部１９となる。
図示例では、絶縁部１９は、接続粒子９と端子４、６の周りに、これらを囲むように形成されるため、接続粒子９と端子４、６を外気から遮断し、腐食を防止できる。
また、接続粒子９が介在しない部分である、端子４、６の周縁部１７、１８の間の非導電性樹脂によって端子４、６間の接合強度がさらに高められる。
押圧工程においては、押し出された非導電性樹脂が端子間空間１４を満たすようにすると、隣り合う端子４、６間の絶縁性を高めるとともに、基板１、２の接合強度をさらに高めることができる。
【００１７】
非導電性樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合には、前記押圧工程において、または押圧工程後において、加熱により非導電性樹脂を硬化させ、第１基板１と第２基板２との間の接合強度を高めることができる。加熱温度は、１６０℃以上とすることができる。
例えば、半硬化させたゲル状のエポキシ樹脂を用いて非導電性樹脂層を形成し、これを加熱しつつ前記押圧を行う方法をとることができる。
以上の過程を経て、第１基板１と第２基板２とが接合された複合基板が得られる。
【００１８】
なお、上記製造方法では、端子４、６のうち一方に非導電性樹脂層７を形成したが、端子４、６の両方に非導電性樹脂層７を形成してもよい。
【００１９】
上記製造方法では、端子４表面に非導電性樹脂層７を形成し、非導電性樹脂層７の表面に接続粒子９を配置し、基板１、２を押圧することによって接続粒子９を押しつぶすとともに、非導電性樹脂７を押しのけて、接続粒子９を介して端子４、６を導電可能に接合する。
このため、押しのけられた非導電性樹脂からなる絶縁部１９によって、隣り合う端子４、６間の絶縁性を高めるとともに、基板１、２の接合強度を高めることができる。
さらに、端子４、６の周囲の端子間空間１４に、非導電性樹脂を容易かつ確実に配置することができ、製造工程を簡略化し、製造コストの削減を図ることができる。
【００２０】
上記製造方法では、基板１、２を押圧し接続粒子９を押しつぶすので、端子４、６と接続粒子９との間の電気的抵抗を低減するとともに、これらの接合強度を高めることができる。
端子４、６と接続粒子９との間の導電性および接合強度を高めることができる理由については、次の推測が可能である。
端子４、６および接続粒子９の表面には、空気中の酸素の影響により酸化被膜が形成されることがある。
押圧工程においては、端子４、６、接続粒子９が変形する際に酸化被膜が壊れ、端子４、６と接続粒子９とが、酸化被膜が介在することなく、金属結合などにより直接接合されることになる。
従って、これらの間の電気的抵抗を抑えるとともに、接合強度を高めることができる。
また、基板１、２を、安価な接続粒子９を介して接合するので、高価な異方性導電膜を使用する場合に比べ、低コスト化が可能となる。
【００２１】
また、端子４表面に接続粒子９を直接配置する場合には、振動や基板１の傾斜により接続粒子が端子４から落下するおそれがあるが、上記製造方法では、非導電性樹脂層７の表面に接続粒子９を配置するので、接続粒子９の位置ずれを防ぎ、接続粒子９を正確な位置で端子４、６に接合することができる。
【００２２】
上記製造方法によって得られた複合基板では、端子４、６と接続粒子９と境界部分のうち一部領域に、非導電性樹脂が介在することがある。
【００２３】
次に、本発明の複合基板の製造方法の第２の例を詳細に説明する。
図７および図８に示すように、第２基板２の端子６の表面に非導電性樹脂層７を形成する。
次いで、非導電性樹脂層７に相当する位置に、接続粒子９が嵌合可能な開口部２０を有する配置板２１を使用し、接続粒子９を、開口部２０に嵌合させた状態で非導電性樹脂層７に押し当てて付着させる。
図９および図１０に示すように、第１基板１を用意し、接続粒子９を端子４、６間に挟み込んだ状態で、前記押圧工程を行うことによって、複合基板を得ることができる。
この方法では、接続粒子９を、開口部２０に嵌合させた状態で非導電性樹脂層７に対し配置するので、接続粒子９を端子６に対し正確な位置に配置することができる。
【００２４】
また、図１１および図１２に示すように、接続粒子９を非導電性樹脂層７上に配置する際には、接続粒子９の外径より小さい内径の嵌合口部２２を有する配置板２３を使用することができる。図示せぬ減圧手段によって配置板２３の嵌合口部２２内の気圧を大気圧より低くして接続粒子９を嵌合口部２２に保持させた状態で、接続粒子９を非導電性樹脂層７上に配置する方法をとることができる。
【００２５】
上記製造方法では、一対の端子４、６に対し１つの接続粒子９を用いたが、複数の接続粒子９を用いることもできる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
基板１、２として、ポリイミドからなる基材３（厚さ２５μｍ）上に、銅箔（厚さ１８μｍ）が張りあわされた銅張積層板（（株）新日鐵化学製ＰＮＳ１０１８ＥＥＷ）を使用した。これをエッチング処理することにより、幅４００μｍの端子４、６を形成した。
非導電性樹脂としてエポキシ樹脂を主成分とするペースト（新日鐵化学（株）製ＮＥＸ１５１−０８９）を使用し、接続部の端子４、６の表面に非導電性樹脂層７（厚さ５０μｍ）を形成した。
無酸素銅からなる球状の接続粒子９（直径２００μｍ）を基板１の非導電性樹脂層７上に配置した。
基板２を、端子４、６が向かい合うように基板１に重ね、プレス装置を用いて、温度２８０℃、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ２で１０分間押圧することによって、基板１、２を接続した。押圧後の接続粒子９の厚さは６０μｍとなった。
【００２７】
（実施例２）
非導電性樹脂としてエポキシ樹脂を主成分とするフィルム（日立化成（株）製ＮＣＦ−Ｆ）を使用し、このフィルムを端子４、６に貼ることによって非導電性樹脂層７を形成した。基板１、２を、温度２４０℃、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ２で１０分間押圧することにより接続した。押圧後の接続粒子９の厚さは６０μｍとなった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の複合基板には、プリント配線基板などの回路基板を適用することができる。また、半導体基板を使用することもできる。
本発明の複合基板は、例えば、２つのプリント配線基板を接合した構成とすることができる。また、プリント配線基板と半導体基板とを備えた構成としてもよいし、２つの半導体基板を接合した構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の複合基板の製造方法の第１の例を説明する工程図である。
【図２】前図に続く工程図である。
【図３】前図に続く工程図である。
【図４】前図に続く工程図である。
【図５】前図に続く工程図である。
【図６】前図に続く工程図である。
【図７】本発明の複合基板の製造方法の第２の例を説明する工程図である。
【図８】前図に続く工程図である。
【図９】前図に続く工程図である。
【図１０】前図に続く工程図である。
【図１１】本発明の複合基板の製造方法の他の例を説明する工程図である。
【図１２】前図に続く工程図である。
【図１３】従来の複合基板の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…第１基板、２…第２基板、３、５…基材、４、６…端子（導電部）、７…非導電性樹脂層、９…接続粒子、１０、２０…開口部、１１、２１…配置板、１９…絶縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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