(57)【要約】【課題】確実に層間接続を達成でき、かつ信頼性が高く多層フレキシブル配線板の接続方法を提供すること。【解決手段】支持基材の片側に配線パターンを有し、かつ反対面に突出した銅と金属又は銅と合金からなる導体２層ポストを有する片面外層配線板と、絶縁材を支持基材とする片面配線板の少なくとも片面に該導体２層ポストと接続するためのパッドを有する内層配線板で、該パッド上に開口部を有する表面被覆材で構成され、かつ開口部に金属または合金の被覆をその厚みが５μｍ以上になるように施した内層配線板とを、該導体２層ポストと該パッドの間にフラックス機能付き接着剤層を介在させ、該金属または該合金の融点以上の温度で該フラックス機能付き接着剤層のフラックス機能を活性化させ、且つ加圧して該導体２層ポストを該パッド上の金属または合金内に進入させて、金属結合を形成する多層フレキシブル配線板の接続方法。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材としてポリイミドフィルムまたは基材入り樹脂からなる支持基材の片側に配線パターンを有し、かつ該支持基材の該配線パターンとは反対面に突出した銅と金属又は銅と合金からなる導体２層ポストを有する片面外層配線板と、絶縁材としてポリイミドフィルムまたは基材入り樹脂を支持基材とする片面配線板の少なくとも片面に該導体２層ポストと接続するためのパッドを有する配線パターンで構成された内層配線板で、該パッド上に開口部を有する表面被覆材で構成され、かつ開口部に金属または合金の被覆をその厚みが５μｍ以上になるように施した内層配線板とを、該導体２層ポストと該パッドの間にフラックス機能付き接着剤層を介在させ、該金属または該合金の融点以上の温度で該フラックス機能付き接着剤層のフラックス機能を活性化させ、且つ加圧して該導体２層ポストを該パッド上の金属または合金内に進入させて、金属結合を形成することを特徴とする多層フレキシブル配線板の接続方法。
【請求項２】
金属が金、銀、ニッケル、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも１種類からなる請求項１記載の多層フレキシブルプリント配線板の接続方法。
【請求項３】
合金が、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも２種類からなる請求項１又は２記載の多層フレキシブルプリント配線板の接続方法。
【請求項４】
前記内層配線板上に、前記片面外層配線板を位置あわせした後、前記フラックス機能付き接着剤により仮接着する工程を繰り返した後、接合プレスをすることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法。
【請求項５】
前記内層配線板上に前記片面外層配線板を、各層間で位置あわせ後接合プレスを行う工程を繰り返すことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法。
【請求項６】
前記内層配線板と前記片面外層配線板を全層位置あわせのみを行った後、接合プレスを行うことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の部品として用いられる多層フレキシブル配線板の接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高密度化に伴い、これに用いられるプリント配線板の多層化が進んでおり、フレキシブル配線板も多層構造のものが多用されている。このプリント配線板はフレキシブル配線板とリジッド配線板との複合基板であるリジッドフレックス配線板の場合もあり、用途が拡大している。
【０００３】
従来の多層フレキシブル配線板やリジッドフレックス配線板の製造方法は、多層リジッド配線板の製造方法と類似している。即ち、パターニングされた銅箔と絶縁層を交互に複数積み重ねた積層板に、層間接続用の貫通孔をあけ、該貫通孔に層間接続用メッキを施した後、最外層の回路等の加工を行う方法が主流であった。しかし、更なる搭載部品の小型化・高密度化が進み、全層を通して同一の個所に各層の接続ランド及び貫通穴をあける従来の方法では、高密度配線が難しく、部品の搭載に問題が生じるようになってきている。
【０００４】
このような背景により、近年多層リジッド配線板では、新しい積層技術としてビルドアップ法が採用されている。ビルドアップ法とは、樹脂のみで構成される絶縁層と導体とを積み重ねながら、単層間で層間接続をする方法である。層間接続方法としては、従来のドリル加工に代わって、レーザー法、プラズマ法やフォト法など、多岐にわたり、小径のビアホールを自由に配置することで高密度化を達成するものである。
【０００５】
従来、層間接続を形成する場合は、貫通孔又はビアホールに銅メッキを施す。しかし、層間接続を樹脂のみで形成する絶縁層の素材は、熱により厚みが変化し銅メッキでは耐えられなくなり、接続が断裂して、信頼性が低下する場合がある。又貫通孔或いはビアホールを形成する際に発生する、ビア壁面に付着したスミアが障害となり、層間接続のメッキが不十分となり、信頼性が低下する。
【０００６】
そこで、ビルドアップ法は、絶縁層にビアを形成してから層間接続する方法と、層間接続部を形成してから絶縁層を積層する方法とに大別される。又層間接続部は、ビアホールをメッキで形成する場合と、導電性ペーストなどで形成する場合とに分けられ、使用される絶縁材料やビア形成方法により、更に細分化される。
【０００７】
その中でも、絶縁層に層間接続用の微細ビアをレーザーで形成し、ビアホールを銅ペースト等の導電性接着剤で穴埋めし、この導電性接着剤により電気的接続を得る方法では、ビアの上にビアを形成するスタックドビアが可能なため、高密度化ができ、かつ配線設計の制限を少なくすることができる（例えば、特開平８−３１６５９８号公報参照）。しかし、この方法では、導電性物質（金属）と絶縁性物質（接着剤）の混合物で層間の電気的接続を行っているため、信頼性が十分ではない。又、微細なビアに導電性接着剤を埋め込む際の微細なビアへの接着剤の充填や導電性接着剤内の脱泡など高度な技術も必要となり、更なる微細化に対応することが困難である。又、配線パターン上に金属からなる突起物を形成し、積層により絶縁層をこの突起物が貫通し、厚み方向に隣り合った層の配線パターンと接触させ、層間接続する方法もある（例えば、特開平８−１２５３４４号公報参照）。しかし、この方法では、層間接続が物理的接触のみであり、その接触を維持する手段がなく、信頼性が低い。そこで、信頼性の改善策として、金属突起物上に絶縁樹脂の硬化温度より高い熔融温度を有する半田層を形成し、積層により未硬化の絶縁層を貫通し、更に半田層を熔融・冷却することで半田接合を形成する方法もある（例えば、特開平８−１９５５６０号公報
参照）。しかし、突起先端の半田層と導電体回路層の表面が十分に清浄化、即ち表面酸化物の除去や還元がされていないと、半田が濡れ広がることができないため、半田接合が不十分となり、この方法でも信頼性が低い。また、多層フレキシブル配線板は層間接着するために熱硬化型接着剤を使用しているが、これまでの技術では単純にポスト部分が接着剤を物理的に排除し接続パッド上まで達し接続する等の方法もある（例えば、特開平１１−５４９３４号公報参照）が、これでも完全に接続ポストとパッド間の接着剤を除去することは難しく、信頼性が低い。さらに、接続ポストを形成するための方法としてメッキを用いた場合、このポストは片面配線板の基材厚みに接続させるパッドを有するフレキシブル配線板の表面被覆材の厚みにさらに、層間の接着剤厚を加えたメッキをつけなくてはならず、このポスト形成のメッキ工程は長時間にわたる効率の悪い工程となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３１６５９８号公報
【特許文献２】
特開平８−１２５３４４号公報
【特許文献３】
特開平８−１９５５６０号公報
【特許文献４】
特開平１１−５４９３４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決させるため、確実に、かつ信頼性が高い層間接続ができる多層フレキシブル配線板の接続方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決させるための手段】
本発明は、
〔１〕　絶縁材としてポリイミドフィルムまたは基材入り樹脂からなる支持基材の片側に配線パターンを有し、かつ該支持基材の該配線パターンとは反対面に突出した銅と金属又は銅と合金からなる導体２層ポストを有する片面外層配線板と、絶縁材としてポリイミドフィルムまたは基材入り樹脂を支持基材とする片面配線板の少なくとも片面に該導体２層ポストと接続するためのパッドを有する配線パターンで構成された内層配線板で、該パッド上に開口部を有する表面被覆材で構成され、かつ開口部に金属または合金の被覆をその厚みが５μｍ以上になるように施した内層配線板とを、該導体２層ポストと該パッドの間にフラックス機能付き接着剤層を介在させ、該金属または該合金の融点以上で該フラックス機能付き接着剤層のフラックス機能を活性化させ、且つ、加圧して該導体２層ポストを該パッド上の金属または合金内に進入させて、金属結合を形成することを特徴とする多層フレキシブル配線板の接続方法、
〔２〕金属が金、銀、ニッケル、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも１種類からなる第〔１〕項記載の多層フレキシブルプリント配線板の接続方法、
〔３〕合金が、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも２種類からなる第〔１〕又は〔２〕項記載の多層フレキシブルプリント配線板の接続方法、
〔４〕前記内層配線板上に、前記片面外層配線板を位置あわせした後、前記フラックス機能付き接着剤により仮接着する工程を繰り返した後、接合プレスをすることを特徴とする第〔１〕〜〔３〕項いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法、
〔５〕前記内層配線板上に前記片面外層配線板を、各層間で位置あわせ後接合プレスを行う工程を繰り返すことを特徴とする第〔１〕〜〔３〕項いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法、
〔６〕前記内層配線板上に、前記片面外層配線板を全層位置あわせのみを行った後、接合プレスを行うことを特徴とする第〔１〕〜〔３〕項いずれかに記載の多層フレキシブル配線板の接続方法、
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下は、図面に基づき本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。
【００１２】
図１〜図３は、本発明の実施形態である多層フレキシブル配線板の接続方法の例を説明する図であり、図３（ｂ）は、多層部３２０とフレキシブル部３３０を併せ持つ、本発明で得られる多層フレキシブル配線板３１０の接続構造を示す断面図である。
本発明の多層フレキシブル配線板の接続方法として、先ず、ステップＡ（図１）として、導体２層ポスト１０７を有する片面外層配線板を１２０形成する。続いて、ステップＢ（図２）としてパッド２０５を有する内層配線板２２０を形成する。最後に、ステップＣ（図３）として、内層配線板２２０のパッド２０８と片面外層配線板１２０の導体２層ポスト１０７をフラックス機能付き接着剤層１１１の機能により金属結合を形成し、電気的接続を形成する。以上、３ステップに分けることができる。
【００１３】
ステップＡの導体２層バンプ１０７を有する片面外層配線板１２０を形成する方法として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁材からなる支持基材１０２の片面に銅箔１０１が付いた片面積層板１１０を準備する　（図１（ａ））。この際、支持基材と銅箔との間には、導体接続の妨げとなるスミアの発生を防ぐため、銅箔と支持基材を貼り合わせるための接着剤層は存在しない方が好ましいが、接着剤を使い貼りあわせたものでもよい。この支持基材１１０の片面にある銅箔１０１をエッチングにより配線パターン１０３を形成し（図１（ｂ））、配線パターンに表面被覆１０４を施す（図１（ｃ））。この表面被覆１０４は絶縁樹脂に接着剤を塗布したオーバーレイフィルムを貼付または、インクを直接支持基材に印刷する方法などがある。この表面被覆１０４にはメッキなどの表面処理用に表面被覆開口部１０５を設けてもよい。次いで、支持基材１０２側の面から、配線パターン１０３が露出するまで、支持基材開口部１０６を形成する　（図１（ｄ））。
【００１４】
この際、レーザー法を用いると開口部を容易に形成することができ、かつ小径もあけることができる。更に、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミア又はプラズマによるドライデスミアなどの方法により、支持基材開口部１０６内に残存している樹脂を除去すると層間接続の信頼性が向上し好ましい。この支持基材開口部１０６内に導体２層ポスト１０７が支持基材１０２の面から突出するまで形成する（図１（ｆ））。導体２層ポスト１０７の形成方法としては、ペースト又はメッキ法などで、銅ポスト１０８を形成後（図１（ｅ））、金属又は合金にて被覆する。金属としては、金、銀、ニッケル、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも１種類からなり、単層又は２層以上であってもよい。合金としては錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅から選ばれた少なくとも２種類以上の金属で構成される半田である。例えば錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等があるが、半田の金属組合せや組成に限定されず、最適なものを選択すればよい。厚みは０．０５μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上である。この時同時に表面被覆開口部１０５の表面にも前記同様の半田又は金属や合金により表面処理１０９してもよい。次に、支持基材１０２の導体２層ポスト１０７が突出した面にフラックス機能付き接着剤層１１１を形成する（図１（ｇ））。このフラックス機能付き接着剤層はポストと接続するためのパッドを有する内層配線板２２０に形成しても差し支えはない。このフラックス機能付き接着剤層は印刷法により支持基材１０２にフラックス機能付き接着剤を塗布する方法などがあるが、シート状になった接着剤を支持基材１０２にラミネートする方法が簡便である。そして、必要に応じて、多層部のサイズに応じて切断し、個片にしてもよい。
また、この導体２層バンプ１０７の製法としては片面積層板１１０に先に支持基材開口部１０６を形成し、導体２層ポスト１０７を形成後、配線パターン１０３を形成し、配線パターンに表面被覆１０４を施してもよい。
【００１５】
本発明に用いるフラックス機能付き接着剤は、金属表面の清浄化機能、例えば、金属表面に存在する酸化膜の除去機能や、酸化膜の還元機能を有した接着剤であり、第１の好ましい接着剤の構成としては、フェノール性水酸基を有するフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂などの樹脂と、前記樹脂の硬化剤を含むものである。硬化剤としては、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとしてエポキシ化されたエポキシ樹脂やイソシアネート化合物が挙げられる。
【００１６】
ステップＢのパッド２０５を有する内層配線板２２０を形成する方法としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁材からなる支持基材２０２と少なくとも片面に銅箔２０１がついた積層板２１０を準備する（図２（ａ））。積層板２１０は、ステップＢの加工を行うことができるよう、接着剤層は存在しない方が好ましいが存在しても構わない。この積層板２１０をエッチングにより、配線パターン２０４及び導体２層ポスト１０７を受けることができるパッド２０３を形成する（図２（ｂ））。その後、パッド２０５上に表面被覆開口部２０７を形成した表面被覆２０６（図２（ｃ））を施す。さらに、開口部分には半田メッキ又は半田ペースト、半田ボールにより表面処理２０８を実施する（図２（ｄ））。このメッキの厚みは５μｍ以上、好ましくは表面被覆２０８高さと比べ同じもしくは２μｍほど低くつけることが好ましい。表面処理は、金属又は合金で行なう。金属としては、特に限定しないが、錫が融点が低いため好ましい。表面処理の合金としては、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅から選ばれた少なくとも２種類以上の金属で構成される半田である。例えば錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等があるが、半田の金属組合せや組成に限定されず、最適なものを選択すればよい。この表面処理を厚くすることで２層ポストの高さを低くすることができ、かつ接続時に熔融した表面処理部２０８に２層ポスト１０７が進入、浸漬され接続することができるため、２層ポストを作製する工程を短縮することができ、かつ２層ポストの高さにばらつきがあっても、この表面処理２０８の厚みにより緩衝させることができ、接続信頼性が向上する。以上のステップによりコアとなる内層フレキシブル配線板２３０は、両面にパッドを有する構造をもつことができる（図２（ｅ））。また、先ほどあげたステップＡ（２層バンプ形成）を併用した片面配線板２４０を形成してもよい（（図２（ｆ））。
【００１７】
ステップＣの多層フレキシブル配線板３１０を形成する方法としては、個片の片面外層配線板１２０を内層フレキシブル配線板２３０にレイアップする（図３（ａ））。その際の位置合わせは、各層の配線パターンに予め形成されている位置決めマークを画像認識装置により読み取り位置合わせする方法、位置合わせ用のピンで位置合わせする方法を用いることができる。その後、半田接合が可能な温度に加熱して、フラックス機能付き接着剤層１１１を活性化させ、加圧することで、導体２層ポスト１０７が、フラックス機能付き接着剤層を排除し、導体２層ポスト１０７が内層フレキシブル配線板２３０のパッド部分２０５の半田２０８内に進入し、パッド部の半田が熔融接合させ、金属結合を形成する（図３（ｂ））。また、片面外層配線板１２０と内層フレキシブル配線板２３０の間に片面配線版２４０を挿入してもよい（図４（ｂ））。
【００１８】
実施例１
［片面外層配線板の作成］
厚み６０μｍのエポキシ樹脂を硬化させた絶縁材からなる支持基材１０２（住友ベークライト製　スミライトＡＰＬ−４００１）上に厚み１２μｍの銅箔１０１が付いた片面積層板１１０をエッチングし、配線パターン１０３を形成し、液状レジスト（日立化成製　ＳＲ９０００Ｗ）を印刷し、表面被膜１０４を施す。次いで、支持基材１０２側の面から、ＣＯ２レーザーにより１００μｍ径の支持基材開口部１０６を形成し、過マンガン酸カリウム水溶液によるデスミアを施す。この支持基材開口部１０６内に電解銅メッキを施し高さ１００μｍとした後、半田メッキ厚み１０μｍを施し、導体ポスト１０７を形成する。次に、支持基材１０２の導体ポスト１０７が突出した面に厚み２０μｍの熱硬化性のフラックス機能付き接着剤シート（住友ベークライト製　層間接着シート　ＲＣＦ）をラミネートし、フラックス機能付き接着剤層１１１を形成する。最後に、積層部のサイズに外形加工し、導体２層ポストを有する片面外層配線板１２０を得た。
【００１９】
［内層配線板の作成］
銅箔２０１が１８μｍ、支持基材２０２がポリイミドフィルム厚み２５μｍの２層両面板２１０（新日鐵化学製　エスパネックス　ＳＢ−１８−２５−１８ＦＲ）を、ドリルによる穴明け後、ダイレクトメッキし、電解銅メッキによりスルーホール２０３を形成し表裏の電気的導通を形成した後、エッチングにより、配線パターン２０４及び導体ポスト１０７を受けることができるパッド２０５を形成する。その後、配線パターン２０３に、厚み２５μｍのポリイミド（鐘淵化学工業製　アピカルＮＰＩ）に厚み２５μｍの熱硬化性接着剤（自社開発材料）により表面被覆２０６を形成する。次にパッド２０５を開口するためＣＯ２レーザーにて孔明けし、デスミアを行い、表面被覆開口部２０７を作製する。次いでこの開口部に表面処理２０８として厚み４５μｍの半田メッキを形成し、パッド部２０５を有する内層フレキシブル配線板２３０を形成する。
【００２０】
［多層フレキシブル配線板の接続方法による接続部の作成］
片面外層配線板１２０を内層フレキシブル配線板２３０に、位置合わせ用のピンガイド付き治具を用いてレイアップした。その後、真空式加圧ラミネーターで１３０℃、０．１ＭＰａ、１０秒で仮接着した後、油圧式プレスで２６０℃、１．０ＭＰａで７５秒間プレスし、フラックス機能付き接着剤層１１１を活性化させ、導体ポスト１０７が、内層フレキシブル配線板２３０のパッド２０５部の表面処理２０８の半田内に進入し、熔融接合し金属接合を形成し、多層フレキシブル配線板の接続部を形成した。
【００２１】
実施例２
片面外層配線板作製の際、支持基材開口部１０６の径を最小５０μｍまで変化させて、導体２層ポスト１０７を形成した以外は、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２２】
実施例３
片面外層配線板作製の際、銅ポスト１０８を形成する工程で無電解銅メッキを施した後、電解銅メッキを行い、更に半田メッキにより導体２層ポストを形成した以外は、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２３】
実施例４
内層配線板作製の際、パッド２０５上に表面被覆開口部２０７が一致するようにあらかじめ金型にて打抜き加工し穴あけをしたカバーレイにより、全面に表面被覆２０６を形成した以外、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２４】
実施例５
多層フレキシブル配線板の接続部作成のため積層する際、仮接着を０．３ＭＰａで行った以外、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２５】
比較例１
片面外層配線板１２０のフラックス機能付接着剤シート１１１をフラックス機能のない一般的な接着剤シート（デュポン製　パイララックスＬＦ１００）に変更した以外、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２６】
比較例２
内層フレキシブル配線板２３０の積層部に表面被覆を行わず、表面被覆開口部２０７がない以外、実施例１と同様の方法で得られた多層フレキシブル配線板。
【００２７】
実施例１〜５の多層フレキシブル配線板は、金属同士で層間接続部が確実に金属接合されており、温度サイクル試験では、断線不良の発生がなく、金属接合部の接合状態も良好で、絶縁抵抗試験でも絶縁抵抗が上昇しなかった。しかし、比較例１の場合、導体２層ポストとパッド間に樹脂噛みしているものもみられ、その導体２層ポストとパッドは金属接合がなされず、信頼性が低下した。また、比較例２の場合、半田がパッド及び配線間に広がり、配線を短絡させ、信頼性を低下した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の多層フレキシブル配線板の接続方法に従うと、金属表面の清浄化機能を有した層間接着剤を用いることで配線板の積層における金属接合部を信頼性高く接続することができ、また、層間接続であるので、設計自由度の高い多層フレキシブル配線板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導体２層バンプを有する片面外層配線板とその製造方法を説明するための断面図。
【図２】本発明のパッドを有する内層配線板とその製造方法を説明するための断面図。
【図３】本発明の多層フレキシブル配線板の接続方法を説明するための断面図。
【図４】本発明の他の多層フレキシブル配線板の接続方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
１０１、２０１：銅箔
１０２、２０２：支持基材
１０３、２０４：配線パターン
１０４、２０６：表面被覆
１０５、２０７：表面被覆開口部
１０６：支持基材開口部
１０７：導体２層ポスト
１０８：銅ポスト
１０９、２０８：表面処理
１１０：片面積層板
１１１：フラックス機能付き接着剤層
１２０：片面外層配線板
２０５：パッド
２１０：両面板
２２０：内層配線板
２３０：内層フレキシブル配線板
２４０：片面配線板
３１０：多層フレキシブル配線板
３２０：多層部
３３０：フレキシブル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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