(57)【要約】【課題】低コスト化を図ることができると共に、接続部の低背化ならびに接続部の実装密度を上げることが可能な回路基板の接合構造を提供すること。【解決手段】搭載された電子部品２ａ，２ｂに対する信号の授受を可能にする複数のパッドからなる第一接合部３を形成した第一基板１と、前記各パッドに金属結合されて電気的な導通を実現する複数のバンプからなる第二接合部６を形成した第二基板５とが備えられる。前記第一接合部３と第二接合部６との間には、導体回路で接続され、一面にパッドが他面にバンプが形成された内装配線基板が必要に応じて介在されて多層化される。そして、多層基板部は各絶縁基材の厚さ方向に形成されたビアホールを介して層間の導体回路を選択的に接続した構成にされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に電子部品が搭載され、当該電子部品に対する信号の授受を可能にする導体回路を介して第一接合部が形成された第一基板と、前記第一基板の第一接合部に接合して電気的な接続を達成する第二接合部が形成され、当該第二接合部に導通する導体回路を配設した第二基板との接合構造であって、
前記第一接合部もしくは第二接合部のいずれか一方には、前記導体回路に接続された複数のバンプが配列されると共に、前記第一接合部もしくは第二接合部のいずれか他方には、前記バンプに対応する位置において導体回路に接続された複数のパッドが配列され、
前記バンプもしくはパッドの少なくともいずれか一方の表面に予め形成された半田または金属を熱圧着により溶融させることで、前記第一基板と第二基板とを金属結合させたことを特徴とする回路基板の接合構造。
【請求項２】
前記第一接合部と第二接合部の少なくとも一方には、フラックス機能を備えた接着剤層が予め形成されていることを特徴とする請求項１に記載された回路基板の接合構造。
【請求項３】
前記第一基板の第一接合部と、前記第二基板の第二接合部とが、導体回路を形成した内装配線基板を介在して接合されることで多層基板部を構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された回路基板の接合構造。
【請求項４】
前記内装配線基板の一面には前記第一接合部もしくは第二接合部に配列された前記バンプに対して金属結合するパッドが形成され、前記内装配線基板の他面には前記第一接合部もしくは第二接合部に配列された前記パッドに対して金属結合するバンプが形成され、前記内装配線板におけるバンプとパッド間が、当該内装配線基板に形成された前記導体回路を介して接続されていることを特徴とする請求項３に記載された回路基板の接合構造。
【請求項５】
前記バンプは、前記基板を構成する絶縁基材を貫通するビアホール内に収容された導体ポストにより構成され、当該導体ポストの一端が前記絶縁基材の一面に形成された前記導体回路に電気的に接続され、前記導体ポストの他端が前記絶縁基材の他方の面よりも突出して形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載された回路基板の接合構造。
【請求項６】
前記各絶縁基材ごとの導体ポストが、前記多層基板部の面方向において、異なった位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載された回路基板の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板相互をコネクタを介さずに電気的に接続して信号の授受を達成する回路基板の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化ならびに軽量、薄型化に伴い電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んでいる。また、昨今における携帯電話機等に代表されるモバイル機器においては、表示画面の大型化とその保護や携帯性の向上のために折り畳める構造のものが主流になっている。このために前記折り畳み構造部分をフレキシブル回路基板で中継することで、リジッド回路基板等に実装された電子部品を、電気的に接続する構成が多用されている。
【０００３】
前記したような回路基板における電気的な接続構成を採用する場合においては、一般に接続用のコネクタが用いられており、これに用いられる基板対基板接続用のコネクタにおいても、各コンタクトの狭ピッチ化、高密度実装化のニーズが高まっており、特に機器の薄型化に貢献すべくソケットとプラグの嵌合長を短縮（低背化）させる工夫もなされている。
【０００４】
さらに、前記した高密度実装化に応えるべく、前記ソケットおよびプラグにおける嵌合面とは逆の面にリード端子を形成し、前記ソケットおよびプラグをそれぞれ回路基板に対して直接的に半田接続を行ことができるようにしたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプとよばれるコネクタ（例えば特許文献１参照）も提供されている。
【特許文献１】特開２００４−２４７１２１号公報
【０００５】
ところで、前記した特許文献１に開示されたＣＳＰタイプのコネクタであっても、接続される基板間の寸法の短縮（低背化）には限度があり、ソケットとプラグとの間の嵌合距離が短縮されれば、それに応じて両者間の電気的な接続の信頼性が低下するという問題を抱えることになる。また、前記したコネクタにおいてはソケットとプラグの相互に備えられた多数のコンタクト間の物理的な接触により電気接続を行う構造のために接続部の実装密度、すなわち接続部の省スペース化にも限界が生ずる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、前記した従来の回路基板における接続構造の問題点に着目してなされたものであり、前記したように機械的に嵌合することで電気的なコンタクトを達成するコネクタを排除することで、低コスト化を図ることができると共に、接続部の低背化ならびに接続部の実装密度を上げることが可能な回路基板の接合構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる回路基板の接合構造は、少なくとも一面に電子部品が搭載され、当該電子部品に対する信号の授受を可能にする導体回路を介して第一接合部が形成された第一基板と、前記第一基板の第一接合部に接合して電気的な接続を達成する第二接合部が形成され、当該第二接合部に導通する導体回路を配設した第二基板との接合構造であって、前記第一接合部もしくは第二接合部のいずれか一方には、前記導体回路に接続された複数のバンプが配列されると共に、前記第一接合部もしくは第二接合部のいずれか他方には、前記バンプに対応する位置において導体回路に接続された複数のパッドが配列され、前記バンプもしくはパッドの少なくともいずれか一方の表面に予め形成された半田または金属を熱圧着により溶融させることで、前記第一基板と第二基板とを金属結合させた点に特徴を有する。
【０００８】
この場合、前記第一接合部と第二接合部の少なくとも一方には、フラックス機能を備えた接着剤層が予め形成されていることが望ましい。
【０００９】
また、この発明にかかる接合構造のより好ましい形態においては、前記第一基板の第一接合部と、前記第二基板の第二接合部とが、導体回路を形成した内装配線基板を介在して接合されることで多層基板部が構成される。
【００１０】
この場合、好ましくは前記内装配線基板の一面には前記第一接合部もしくは第二接合部に配列された前記バンプに対して金属結合するパッドが形成され、前記内装配線基板の他面には前記第一接合部もしくは第二接合部に配列された前記パッドに対して金属結合するバンプが形成され、前記内装配線板におけるバンプとパッド間が、当該内装配線基板に形成された前記導体回路を介して接続された構成にされる。
【００１１】
そして、前記第一基板もしくは第二基板における前記各バンプ、および前記内装配線基板に形成される各バンプは、前記基板を構成する絶縁基材を貫通するビアホール内に収容された導体ポストにより構成され、当該導体ポストの一端が前記絶縁基材の一面に形成された前記導体回路に電気的に接続され、前記導体ポストの他端が前記絶縁基材の他方の面よりも突出して形成されていることが望ましい。
【００１２】
この場合、好ましくは、前記各絶縁基材ごとの導体ポストが、前記多層基板部の面方向において、異なった位置に配置された構成にされる。
【発明の効果】
【００１３】
前記した回路基板の接合構造によれば、バンプもしくはパッドの少なくともいずれか一方の表面に予めが形成された半田または金属を溶融させることで、第一基板と第二基板とを金属結合させるので、第一基板と第二基板間における電気的な接続を確実に達成することができる。すなわち、第一基板と第二基板との間において、機械的に嵌合することで電気的なコンタクトとる従来のコネクタを排除することができ、これにより低コスト化を図ることができると共に、第一基板と第二基板との間における接続部の低背化を実現させることができる。
【００１４】
また、好ましい実施の形態においては、第一基板と第二基板とを内装配線基板を介在して接合させることで多層基板部を構成し、この多層基板部における各絶縁基材の厚さ方向に形成されたビアホール内に収容された導体ポストを介して層間の導体回路を選択的に接続した構成にされるので、結果として前記した第一基板と第二基板との間における電気的な接合部における実装密度を上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および図２は、この発明にかかる回路基板の接続構造における基本構成を説明するものであり、図１は第一基板および第二基板をそれぞれ上面から視た状態で、また図２は両者を斜め上方から視た斜視図で示している。
【００１６】
図１および図２に示す実施の形態においては、第一基板１の一面には電子部品２ａ，２ｂが搭載されており、第一基板１にはこれらの電子部品２ａ，２ｂに対する信号の授受を可能にする複数のパッド４を配列した第一接合部３が形成されている。なお、図示例においては前記複数のパッド４は、第一接合部３においてマトリクス状に配列されており、基板１に配設された後述する導体回路（配線パターン）を介して電子部品２ａ，２ｂの各端子と各パッド４とが接続されている。
【００１７】
一方、符号５は第二基板を示しており、この第二基板５には多数のバンプ７が配列された第二接合部６が形成されている。なお、後で説明する実施の形態においては、前記第二接合部６は前記第一基板１の第一接合部３に接合されることで、リジット基板部５Ａを形成する。そして前記第二基板５には、リジット基板部５Ａよりフレキシブル基板が延出されて信号伝達部５Ｂが形成されている。
【００１８】
前記第二接合部６に配列された各バンプ７は、前記した第一基板１に形成された複数のパッド４の配列形態に対応して同様のパターンで配列されている。すなわち、第一接合部３に第二接合部６を対峙させた場合に、両者の各パッド４と各バンプ７が一対一で対向するように配列されている。
【００１９】
前記した構成において、図２に示すように第一基板１に形成された第一接合部３に対して、第二基板５に形成された第二接合部６を対峙させて熱圧着させることで、第一接合部３に配列された各パッド４に対して、第二接合部６に配列された各バンプ７が金属結合され、第一基板１と第二基板５との電気的な接続を達成することができる。この場合、後で説明するとおり、前記バンプ７およびパッド４の表面に予め半田または低融点の金属材料を被覆させておくことで、前記した熱圧着の作用により各パッドに対して各バンプをそれぞれ金属結合させることができる。
【００２０】
そして、前記した信号伝達部５Ｂの他端は、電子機器に応じて搭載された図示せぬ例えばディスプレイ等の電子部品に接続される。これにより、フレキシブルな信号伝達部５Ｂを介して前記した各電子部品２ａ，２ｂと前記ディスプレイ等との間で信号の授受が行なわれるように構成される。
【００２１】
図３〜図６はこの発明にかかる基板の接合構造における第１の実施の形態を示すものであり、図３は図１および図２に示した基板の接合構造において好適に採用し得る第一基板の積層構成例を断面図で示したものである。この第一基板を形成するには、図３（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材１１の少なくとも片面に銅箔１２が積層された積層板１３を準備する。この積層板１３の銅箔１２を利用して、図３（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（配線パターン）１４，１５および後述する導体２層ポストを受けることができるパッド１６（図１に示すパッド４に相当する。）を形成する。
【００２２】
その後、図３（Ｃ）に示すように各パッド１６上に表面被覆開口部１７を形成した二層からなる表面被覆１８を施す。なお、図に示す例においては表面被覆１８は二層構造にされているが、これは一層構造であってもよい。さらに、図３（Ｄ）に示すように前記開口部１７に臨む各パッド１６に対して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１９を実施することで、第一基板２０（図１、図２に示す第一基板１に相当する。）を得ることができる。
【００２３】
前記したパッド１６に対する表面処理は金属または合金で行なわれ、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が用いられる。
【００２４】
なお、図３（Ｄ）に示した第一基板２０においては、パッド１６は導体回路１４，１５を適宜介して、図１および図２に示す第一基板に搭載された電子部品２ａ，２ｂの各端子と電気的に接続され、信号の授受を可能にしている。
【００２５】
図４Ａおよび図４Ｂは、この発明にかかる基板の接合構造において好適に採用し得る第二基板の基本構成例を断面図で示したものである。この第二基板を形成するには、図４Ａ（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材２１の少なくとも片面に銅箔２２が積層された積層板２３を準備する。
【００２６】
そして、図４Ａ（Ｂ）に示すように前記絶縁基材２１の片面にある銅箔２２をエッチングにより導体回路（配線パターン）２４，２５を形成し、図４Ａ（Ｃ）に示すように導体回路に表面被覆２６を施す。この表面被覆２６を施す手段としては、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する手段、またインクを直接絶縁基材２１に印刷する方法などがある。
【００２７】
次いで、図４Ａ（Ｄ）に示すように絶縁基材２１側の面から、導体回路２４が露出するまで、ビアホール（Ｂｌｉｎｄ  Ｖｉａ）２７を形成する。この際、レーザー法を用いるとホールを容易に形成することができ、かつ小径のホールも正確に形成することができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミアまたはプラズマによるドライデスミアなどの方法により、ビアホール２７内に残存している樹脂を除去することで、後述する導体ポストの接続の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
続いて、図４Ａ（Ｅ）に示すようにペーストまたはメッキ法などで、図１に示すバンプ７として機能する導体ポスト２８を絶縁基材２１の面から突出するように形成する。この導体ポスト２８は、ビアホール２７内において、一端が前記導体回路２４に接続され、他端が絶縁基材２１の他方の面より突出した突出状端子を構成する。そして、図４Ｂ（Ｆ）に示すように金属または合金にて、導体ポスト２８を被覆することで導体２層ポスト２９を形成することができる。
【００２９】
前記導体ポスト２８を被覆する金属としては好ましくは、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。また、前記合金としては好ましくは錫、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が用いられる。
【００３０】
次に、図４Ｂ（Ｇ）に示すように絶縁基材２１の導体２層ポスト２９が突出した面にフラックス機能付き接着剤層３０を形成することで、第二基板３１（図１、図２に示す第二基板５に相当する。）を得ることができる。前記フラックス機能付き接着剤層３０は、印刷法により絶縁基材２１に塗布する方法があるが、シート状になされた接着剤を絶縁基材２１にラミネートする方法が簡便である。
【００３１】
前記した導体２層ポスト２９の形成順序としては、片面積層板２３に先にビアホール２７を形成し、導体２層ポスト２９を形成後に、導体回路２４，２５を形成し、導体回路に表面被覆２６を施してもよい。なお、図４Ａに示す導体回路２５は、導体ポスト２８が形成された導体回路２４に適宜接続されており、この導体回路２５は、図１に示す信号伝達部５Ｂに配列される信号伝送路として機能する。
【００３２】
図５は、図３に示す積層構成により形成された第一基板２０に対して、図４Ａ、図４Ｂに示す積層構成により形成された第二基板３１を熱圧着させることで、両者を接合させる様子を示したものである。すなわち、両者の接合にあたっては、接合第一基板２０の上に第二基板３１をレイアップする。その際の位置合わせは、各基板の導体回路の形成と同時に形成された位置決めマークを画像認識装置により読み取って位置合わせする方法、また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。
【００３３】
その後、半田接合が可能な温度に加熱し、フラックス機能付き接着剤層３０を活性化させて両者を加圧することで、第二基板３１側の導体２層ポスト２９がフラックス機能付き接着剤層３０を排除し、第一基板２０側のパッド１７における半田層１９内に進入して、パッド部の半田がバンプ（導体ポスト２８）に熔融接合する。これにより、図６に示すように第一基板２０側の各パッドに対して、第二基板３１側のバンプが金属結合された接合構造体を得ることができる。
【００３４】
以上説明した第１の実施の形態によると、第一基板に形成された各パッドに対して、第二基板に形成された各バンプが熱圧着により金属結合した状態で電気的な接続を達成するものであり、したがって先に説明したように、機械的に嵌合することで電気的なコンタクトを達成するコネクタを排除することができる。これにより、低コスト化を図ることができると共に、接続部の低背化を実現させることが可能となる。
【００３５】
なお、前記した基板の接合構造においては、第一基板２０側にパッド１７を形成し、第二基板３１側にバンプ（導体ポスト２８）を形成した構成にされているが、このパッドとバンプの配置構成は相互に逆の関係になされていても、同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
次に図７〜図９は、この発明にかかる第２の実施の形態を示すものであり、特に図７に示すように第一基板２０における第一接合部と、第二基板３１における第二接合部とが、内装配線基板５３を介在させて接合されることで、接合部が多層基板を構成している点に特徴を有する。なお、この例における第一基板２０および第二基板３１は、それぞれ図３、図４Ａおよび図４Ｂに基づいて説明したものと同様のものが使用される。
【００３７】
また、図７に示す例において用いられる前記内装配線基板５３は、その一面（図の上面）には前記第二基板３１に配列された各バンプに対して金属結合するパッドが形成され、内装配線基板５３の他面（図の下面）には前記第一基板２０に配列された各パッドに対して金属結合するバンプが形成されている。そして、内装配線板５３における各バンプと各パッド間は、当該内装配線基板に形成された後述する導体回路を適宜介して接続された構成にされている。
【００３８】
図９Ａおよび図９Ｂは、前記内装配線基板５３の積層構成例を断面図で示したものである。この内装配線基板５２を形成するには、図９Ａ（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材４１の少なくとも片面に銅箔４２が積層された積層板４３を準備する。
【００３９】
そして、図９Ａ（Ｂ）に示すように前記絶縁基材４１の片面にある銅箔４２をエッチングにより導体回路（配線パターン）４４およびパッド４５を形成し、その後、図９Ａ（Ｃ）に示すようにパッド４５上に表面被覆開口部４６を形成した二層からなる表面被覆層４７を施す。以上の積層プロセスはすでに説明した図３（Ａ）〜（Ｃ）とほぼ同様である。
【００４０】
続いて、図９Ａ（Ｄ）に示すように絶縁基材４１側の面から、パッド４６もしくは導体回路４４の一部が露出するまで、ビアホール（Ｂｌｉｎｄ  Ｖｉａ）４８を形成する。この際、図４Ａに基づいて説明した場合と同様にレーザー法を用いるとホールを容易に形成することができる。
【００４１】
次いで、図９Ａ（Ｅ）に示すようにバンプとして機能する導体ポスト４９を絶縁基材２１の面から突出するように形成する。この導体ポスト４８は、ビアホール４７内において、一端が前記導体回路４４またはパッド４６に接続され、他端が絶縁基材４１の他方の面より突出した突出状端子を構成する。前記導体ポスト４９の形成材料としては、すでに図４Ａ（Ｅ）に基づいて説明したものと同様のものが使用される。
【００４２】
そして、図９Ｂ（Ｆ）に示すように金属または合金にて、導体ポスト４８を被覆することで導体２層ポスト５０を形成することができる。この時、前記開口部４６に臨む各パッド４６に対して導体ポストの被覆材料を用いて、同時に表面処理５１が実行される。なお、導体ポスト４８の被覆および前記表面処理５１に用いられる材料については、すでに説明した図４Ｂ（Ｆ）における導体ポストの被覆において使用される金属もしくは合金を好適に利用することができる。
【００４３】
最後に、図９Ｂ（Ｇ）に示すように絶縁基材４１の導体２層ポスト５０が突出した面にフラックス機能付き接着剤層５２を形成することで、内装配線基板５３を得ることができる。前記フラックス機能付き接着剤層５２においても、すでに説明したとおり、印刷法により絶縁基材４１に塗布する方法があるが、シート状になされた接着剤を絶縁基材４１にラミネートする方法を簡便に用いることができる。
【００４４】
以上のようにして製造された内装配線基板５３は、図７に示すようにこれを中央にして、その上下に前記した第二基板３１および第一基板２０をレイアップする。その際の位置合わせは、各基板の導体回路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って位置合わせする方法、また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。
【００４５】
その後、半田接合が可能な温度に加熱して、第二基板３１および内装配線基板５３におけるフラックス機能付き接着剤層３０，５２を活性化させて加圧することで、第二基板３１の導体２層ポスト２９がフラックス機能付き接着剤層３０を排除し、内装配線基板５３側のパッド４５における半田層５１内に進入して、パッド部の半田がバンプ（導体ポスト２８）に熔融接合する。また、内装配線基板５３側の導体２層ポスト５０がフラックス機能付き接着剤層５２を排除し、第一基板２０側のパッド１６における半田層１９内に進入して、パッド部の半田がバンプ（導体ポスト４９）に熔融接合する。
【００４６】
これにより、図８に示すように内装配線基板５３における各パッドに対して、第二基板３１側のバンプが金属結合され、また第一基板２０における各パッドに対して、内装配線基板５３側のバンプが金属結合された接合構造体を得ることができ、また、絶縁基材の各層ごとに面方向において異なった位置にバンプが形成された構成を得ることができる。
【００４７】
図７〜図９に示した第２の実施の形態によると、絶縁基材の各層ごとに面方向において異なった位置にビアホールが形成され、このビアホール内に形成された導体ポストを介して層間の導体回路を順次接続した構成にされているので、基板接続部の低コスト化を図ることができると共に、接続部の低背化ならびに接続部の実装密度を上げることが可能となる。
【００４８】
なお、図７〜図９に示す実施の形態においては、第一と第二の基板間に１枚の内装配線基板を介在させた例を示しているが、前記内装配線基板は必要に応じてさらに多層に形成させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明にかかる回路基板の接続構成を示した平面図である。
【図２】同じく回路基板の接続構成を示した斜視図である。
【図３】第一基板の製造プロセスを示した断面図である。
【図４Ａ】第二基板の製造プロセスを示した断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く第二基板の製造プロセスを示した断面図である。
【図５】基板の接合途中の状態を示した断面図である。
【図６】接合された基板の構成を示した断面図である。
【図７】内装配線基板を加えた基板の接合途中の状態を示した断面図である。
【図８】内装配線基板を加えて接合された基板の構成を示した断面図である。
【図９Ａ】内装配線基板の製造プロセスを示した断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに続く内装配線基板の製造プロセスを示した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２０          第一基板
２ａ，２ｂ        電子部品
３                第一接合部
４                パッド
５，３１          第二基板
５Ａ              リジット基板
５Ｂ              フレキシブル基板（信号伝達部）
６                第二接合部
７                バンプ
１１，２１，４１  絶縁基材
１２，２２，４２  銅箔
１４，２４，４４  導体回路
１６，４５        パッド
１９，５１        表面被覆
２７，４８        ビアホール
２８，４９        導体ポスト（バンプ）
２９，５０        導体２層ポスト
３０，５２        フラックス機能付き接着剤層
５３              内装配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2007251072.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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