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JP5195422B2 - 配線基板、実装基板及び電子装置 - Google Patents

配線基板、実装基板及び電子装置 Download PDF

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Description

本発明は、配線基板、実装基板及び電子装置に関し、特に、局所的に高弾性率領域を有する配線基板、実装基板及び電子装置に関する。
近年、携帯電話に代表される携帯機器が活況を呈しており、その高機能化、高性能化とともに機器のデザイン性が重要視されてきている。また、使い勝手や見栄えを向上させる目的で、筐体形状に曲面が多用されつつある。しかしながら、従来、携帯機器に実装される電子部品は、平坦な配線基板上に搭載されて構成されていることから、多様な曲面で構成された筐体内に効率よく配置することが困難であった。また、デザイン性を優先すると、機器サイズが大きくなる等の課題があることから、必然的にデザイン面で妥協せざるを得ないことが多々発生している。そこで、筐体内の部品配置効率に優れて、かつ、筐体の曲面に合わせた曲面を有する配線基板の実用化が強く望まれている。
ところで、小型化が要求される携帯機器においては、配線基板上に電子部品(例えば、半導体パッケージ、半導体チップ)が実装された実装基板(例えば、半導体装置)が実装されている。このような実装基板の底面には、例えば、特許文献1に記載されているようなBGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)、あるいはWL−CSP(Wafer Level Chip Size Package)と呼ばれるパッド(ボールバンプ124、接続端子)が格子状に配置されている(図12参照)。このような実装基板は、狭占有エリアで、より多くの端子が配置できるという理由から広く使われている。
電子部品の配線基板への実装方法としては、メタルマスクを使用して、配線基板のパッド上にクリームはんだを印刷し、電子部品を搭載した後、リフローによりはんだを溶融させて機械的、電気的な接続を得る方法が採用されている。
特許第3395164号公報(図1) 特開2004−266074号(図1) 特開2002−151853号(図7) 特開2005−303172号(図5)
上掲各文献の開示事項は引用をもって本書に組み込み記載されるものとする。
しかしながら、電子部品を搭載した平面基板を曲面化させる場合には、電子部品のサイズ、あるいは曲面の曲率に応じて、はんだ接続不良が発生するという課題がある。また、平面状の配線基板への搭載を前提とした電子部品を、曲面で構成された配線基板上に実装した場合にも、電子部品のサイズ、あるいは曲面の曲率に応じて、はんだ接続不良が発生するという課題は同様である。
例えば、図13に示したような配線基板203の凹曲面上へ電子部品201を搭載した実装構造においては、平面を維持しようとする電子部品201と、曲面を形成しようとする配線基板203により、それらを接続するはんだ接合部(はんだボール202、パッド204の接合部)に応力が発生する。このような応力(内部応力)がはんだ接合部に加えられ、さらに外的要因による応力が加えられると、はんだ接続不良に至ることがある。
このように、従来の電子部品を曲面基板へ実装する場合においては、電子部品のはんだ接合部に応力が発生するために、十分な接合信頼性を得ることはできなかった。
ところで、配線基板の変形により、それに実装された電子部品のはんだボールに対し、応力が加えられる事象は、曲面基板のみならず、可撓性を有するフレキシブル基板においても問題視されてきた。
かかる問題に対し、以下のような技術が提案されている。図14に示す特許文献2記載の技術では、電子部品310の端子電極(パッド)309直下、あるいは、搭載部近傍に、剛性の高い絶縁性変形阻害部(ビア)312を形成することにより、局所的に配線基板301の剛性を上げ、部品搭載面外の基板変形の影響を抑制し、接合部(表面導体層306と導電性接合材料311の接合部)を保護する実装構造が提案されている。また、図15に示す特許文献3記載の技術では、多層配線基板401の表面に弾性率の高い補強層402を形成し、選択的にエッチングした実装構造が提案されている。
ところが、特許文献2記載の技術(図14参照)では、配線基板301の内部導体層302、303の自由度(配線自由度)にかなりの制約を要するだけでなく、絶縁性変形阻害部312の数(ビア数)の増大によりかなりのコスト上昇が見込まれる。同様に、特許文献3記載の技術(図15参照)では、工程数増大に伴う基板製造コストの上昇が見込まれる。さらに、いずれの場合にも、高弾性率領域を形成することで、電子部品のはんだ接合部の保護は可能であるが、その代わりに、高弾性率領域と低弾性率領域の界面近傍に応力が集中することとなり、これら二つの領域に渡って配線パターンが形成された箇所では、断線に至るおそれがある。
このような基板配線の断線を防止するために、図16に示す特許文献4記載の技術では、補強部分508と屈曲部分509の隣接部分において、補強板507の厚みを次第に小さくすることにより、応力緩和を行う実装構造が提案されている。しかしながら、特許文献4記載の技術では、補強板507の厚み分、フレキシブル配線回路基板501が厚くなる。また、フレキシブル配線回路基板501の補強板507側の面であって補強板507を貼り付ける領域には、部品の実装ができないという問題がある。
本発明の主な課題は、電子部品を曲面基板に実装した場合でも、電子部品と曲面基板の接合部分、およびその近傍の部分における応力集中を抑制することである。
本発明の第1−1の視点においては、複数の絶縁層および配線層が交互に積層され、配線層間がビア接続され、可撓性を有する配線基板において、外部応力に対して補強された補強領域と、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすい屈曲領域と、前記補強領域と前記屈曲領域の間の領域に配されるとともに、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすく前記屈曲領域よりも屈曲しにくく、かつ、前記屈曲領域から前記補強領域に伝わる応力を緩和する応力緩和領域と、を含み、前記配線基板の前記補強領域において、前記配線基板の表面は平坦であり、前記配線基板の前記応力緩和領域において、前記配線基板が、その両面に曲率を有する面を含み、前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い結晶度から低い結晶度に連続的に変化していることを特徴とする。(構成1−1
本発明の第1−2の視点においては、複数の絶縁層および配線層が交互に積層され、配線層間がビア接続され、可撓性を有する配線基板において、外部応力に対して補強された補強領域と、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすい屈曲領域と、前記補強領域と前記屈曲領域の間の領域に配されるとともに、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすく前記屈曲領域よりも屈曲しにくく、かつ、前記屈曲領域から前記補強領域に伝わる応力を緩和する応力緩和領域と、を含み、前記配線基板の前記補強領域において、前記配線基板の表面は平坦であり、前記配線基板の前記応力緩和領域において、前記配線基板が、その両面に曲率を有する面を含み、前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い重合度から低い重合度に連続的に変化していることを特徴とする。(構成1−2)
本発明の前記配線基板において、前記応力緩和領域の弾性率は、前記補強領域の弾性率よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の弾性率よりも大きくなるように構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い弾性率から低い弾性率に連続的に変化していることが好ましい。(構成2)
本発明の前記配線基板において、前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い結晶度から低い結晶度に連続的に変化していることが好ましい。(構成3
本発明の前記配線基板において、前記補強領域の内周に配されるとともに、前記補強領域よりも屈曲しやすく、かつ、前記補強領域に囲まれることで補強された準補強領域を含み、前記屈曲領域および前記応力緩和領域は、前記補強領域の外周に配されることが好ましい。(構成5)
本発明の前記配線基板において、前記絶縁層のいずれか又は全ては、感光性絶縁材料よりなることが好ましい。(構成6)
本発明の前記配線基板において、基板の片面又は両面において前記補強領域の外周境界線で囲まれた領域以内に複数のパッド部が配設されていることが好ましい。(構成7)
本発明の第2の視点においては、実装基板において、前記配線基板と、前記補強領域の外周境界線で囲まれた領域以内に配設されたパッド部上に導電体を介して、電気的、機械的に接続された電子部品と、を含むことを特徴とする。(構成8)
本発明の前記実装基板において、前記配線基板の一部または全てが湾曲したときに、前記補強領域の曲率は、前記屈曲領域の曲率よりも小さいことが好ましい。(構成9)
本発明の第3の視点においては、電子装置において、曲面を有する筐体と、前記実装基板と、前記筐体内に配設されるとともに、前記実装基板を保持する保持部材と、を含むことを特徴とする。(構成10)
本発明の前記電子装置において、前記実装基板は、前記保持部材により保持される部位の一部または全部に前記補強領域が配され、その隣接する領域に前記応力緩和領域が配されることが好ましい。(構成11)
本発明(請求項1−11)によれば、電子部品のはんだ接合部、および、配線基板に対する応力集中を抑制することができる。また、従来の一般的な半導体パッケージを曲面基板に実装する際に発生するはんだ接続不良を抑制し、かつ、基板配線の断線を抑制できる。また、補強板などの配線基板面上に部品を追加する必要がないため、実装基板が厚くならず、電子部品の搭載領域も制限されない。さらに、従来のように複雑な工程を追加することがないため、低コストで実現可能である。
本発明の実施形態1に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。 本発明の実施形態1に係る実装基板における基材の第1の曲面形状を模式的に示した(A)上面図、(B)X−X´間の断面図、(C)Y−Y´間の断面図である。 本発明の実施形態1に係る実装基板における基材の第2の曲面形状を模式的に示した(A)上面図、(B)X−X´間の断面図、(C)Y−Y´間の断面図である。 本発明の実施形態1に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。 本発明の実施形態2に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。 本発明の実施形態2に係る実装基板の補強領域、応力緩和領域、及び屈曲領域を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態3に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。 本発明の実施形態3に係る実装基板の補強領域、応力緩和領域、及び屈曲領域を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態4に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。 本発明の実施形態4に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。 本発明の実施形態5に係る実装基板を実装した電子装置の構成および実装基板の特性を示した図面であり、(a)は部分断面図であり、(b)はB−B´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。 従来例1に係る配線基板を備えた半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。 従来例2に係る配線基板を備えた半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。 従来例3に係る配線基板の構成を模式的に示した断面図である。 従来例4に係る配線基板の構成を模式的に示した断面図である。 従来例5に係る配線基板の構成を模式的に示した断面図である。
符号の説明
1 実装基板
10 曲面基板(配線基板)
10a 補強領域
10b 応力緩和領域
10c 屈曲領域
10d 準補強領域
11 絶縁層
12 配線層
13、13A、13B、13C 絶縁層
14 ビア
14a バンプ
15 配線層
15a パッド部
16 配線層
16a パッド部
20 電子部品
30 はんだボール
40 マスク
50 保持部材
60 筐体
110 半導体装置
112 基板
114 半導体チップ
116 バンプ
118 構造物
120 接着剤
122 アンダーフィル
124 ボールバンプ
126 凹陥部
128 隙間
201 電子部品
202 はんだボール
203 配線基板
204 パッド
205 配線
206 ビア
301 配線基板
301a コア基板
301b ビルドアップ層
302、303 内部導体層
304、305 層間絶縁膜
306 表面導体層
307 ソルダーレジスト
309 端子電極(パッド)
310 電子部品
311 導電性接合材料
312 絶縁性変形阻害部(ビア)
401 多層配線基板
402 補強層
403 接着剤層
404 屈曲部
501 フレキシブル配線回路基板
502 ベース絶縁層
503 導体層
504 カバー絶縁層
505 電子部品
506 端子
507 補強板
508 補強部分
509 屈曲部分
511 実装支持部
512 応力緩和部
513 開口部
514 バンプ
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る実装基板について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。図2は、本発明の実施形態1に係る実装基板における基材の第1の曲面形状を模式的に示した(A)上面図、(B)X−X´間の断面図、(C)Y−Y´間の断面図である。図3は、本発明の実施形態1に係る実装基板における基材の第2の曲面形状を模式的に示した(A)上面図、(B)X−X´間の断面図、(C)Y−Y´間の断面図である。
図1(a)を参照すると、実装基板1は、電子部品20が曲面基板10上に実装されたものである。
曲面基板10は、少なくとも一部に曲面を有する配線基板である。曲面基板10は、図2に示すような一方向のみに湾曲(図2の場合は、X−X´方向のみに湾曲)した曲面を有する基材と、図3に示すような2方向に湾曲(図3の場合は、X−X´及びY−Y´の双方向に湾曲)した曲面を有する基材とに大別でき、さらにそれぞれの曲面は一定曲率ばかりでなく自由曲線で構成された自由曲面を有するものでもよく、これらの何れかの曲面を一部又は全体に有していればよい。
曲面基板10は、絶縁層11と、配線層12と、絶縁層13と、ビア14と、配線層15と、配線層16と、を有する。以降、少なくとも配線基板の一部が曲面で構成された基板を曲面基板と称し、曲面の有無を問わず配線が形成された基板を配線基板と称す。
曲面基板10は、補強領域10aと、応力緩和領域10bと、屈曲領域10cと、を有する。補強領域10aは、電子部品20が搭載される領域であって、他の領域10b、10cよりも弾性率を高くして、外部応力に対して補強された領域である。補強領域10a上には、複数のパッド部15aが配置されている。屈曲領域10cは、電子部品20が搭載されていない領域であって、他の領域10a、10bよりも弾性率を低くして、外部応力に対して補強領域10aよりも屈曲しやすい領域である。応力緩和領域10bは、補強領域10aと屈曲領域10cの間の領域に配され、補強領域10aの弾性率と屈曲領域10cの弾性率の中間的な弾性率によって、屈曲領域10cから補強領域10aに伝わる応力を緩和する領域である。応力緩和領域10bの弾性率は、補強領域10a近傍から屈曲領域10c近傍にかけて、高い弾性率から低い弾性率に連続的に変化している。応力緩和領域10bにより、補強領域10aから屈曲領域10cにかけて配線層15や配線層12が配設されていても、配線層15や配線層12に断線を生じるようなことはない。各領域10a〜10cの弾性率は、主に絶縁層13の結晶化の度合、重合度の度合等によって変化させることができる。
絶縁層11は、曲面を有する絶縁材料よりなる絶縁層である。絶縁層11には、一般的な配線基板に使用されているポリイミド樹脂基材を用いることができる。ただし、絶縁層11は、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂や、ガラスクロスの代わりにアラミド不織布を使用した樹脂でもよい。さらに、絶縁層11は、曲面加工性が良好な材料としてもよく、例えば、加熱により容易に軟化変形し、かつ、その形状を確保しやすい熱可塑性樹脂、例えば、液晶ポリマー等の樹脂を用いることができる。
配線層12は、絶縁層11と絶縁層13の間に形成された導電層である。配線層12には、一般的な配線材料と同様に電気抵抗の小さいCuなどの低抵抗材料を用いることができる。
絶縁層13は、絶縁層11および配線層12上に形成された絶縁層である。絶縁層13は、所定の位置に配線層12に通ずるビア穴を有する。絶縁層13の表面(露出面)には、実装される電子部品20の端子ピッチが狭く、はんだショート等が懸念される場合、ソルダーレジストを形成してもよい。絶縁層13には、任意の励起光を照射することにより、内部構造変化(相転移)を起こす、いわゆる感光性絶縁材料を用いる。例えば、感光性絶縁材料として、結晶性材料と非結晶性材料を溶融混合した後、急冷し、フィルム化したものが挙げられる。このような感光性絶縁材料によれば、任意の励起光を照射することにより任意に結晶化させることができ、急冷することにより非結晶状態のまま固化させることができる。また、絶縁層13は、結晶制御性を高めるために、結晶核となり得る微粒子を分散させたものや、結晶化温度がリフロー温度より高いものが望ましい。また、感光性絶縁材料として、重合度の低い有機材料を用いることができる。このような感光性絶縁材料によれば、励起光が照射された部分では絶縁材料の重合が促進され、より高密度の網目状の構造を持つ高弾性率の絶縁層が形成され、励起光が照射されない部分では励起光が照射された部分から離れるほど重合度は次第に小さくなり、網目状構造の密度が次第に小さくなり連続的に弾性率が減少する。また、絶縁層13には、結晶性材料と非結晶性材料を溶融混合した感光性絶縁材料と、重合度の低い有機材料を用いた感光性絶縁材料とを組み合わせたものであってもよい。
ビア14は、配線層12と配線層15を電気的に接続する導電部である。ビア14には、はんだ、銅等の低抵抗材料を用いることができる。
配線層15は、絶縁層13上に形成された導電層である。配線層15は、補強領域10aに複数のパッド部15aを有する。パッド部15aは、はんだボール30を介して電子部品20の対応する外部端子(図示せず)と電気的かつ機械的に接続されている。パッド部15aは、補強領域10aの外周境界線で囲まれた領域以内に設けられているため、屈曲領域10cにおける曲率変形の影響をほとんど受けることはない。配線層15には、銅等の低抵抗材料を用いることができ、曲面や凹凸形状へ追従させる際の配線層15への応力を勘案すると、クラック耐性の高い電解めっき法で形成された電解Cuなどの配線材料が好適である。また、配線層15は、絶縁層13と一体となった樹脂付き銅箔(RCC)の銅箔であって、プラズマ加工若しくはレーザ加工により不要な銅箔を除去して樹脂上に残った銅箔であってもよい。配線層15は、ビア14と一体に構成されていてもよく、ビア14と別々に構成されていてもよい。
配線層16は、絶縁層11の配線層12側の反対面に形成された導電層である。配線層16には、一般的な配線材料と同様に電気抵抗の小さいCuなどの低抵抗材料を用いることができる。
電子部品20は、格子状に配列された外部端子(図示せず)上にはんだボール30を介してパッド部15aと電気的かつ機械的に接続されている。電子部品20は、図1では、一般的な半導体パッケージを例としているが、モールド封止等でパッケージングされた半導体パッケージに限るものではなく、パッケージングされていない半導体チップや、外部端子としてガルウイングリードを備えたQFP(Quad Flat Package)、コネクタ、チップ部品、異方性導電フィルム(ACF; Anisotropic Conductive Film)などのように、これまで一般的な平面状の基板に実装されている全ての電子部品に適用することが可能である。
以上のような構成によれば、はんだボール30が格子状に配列された一般的な電子部品20を実装する場合においても、電子部品20のはんだ接続部に発生する応力を抑制することができ、且つ、曲面基板10の電子部品20の搭載部分の近傍においても応力集中を抑制することができる。然るに、平面基板へ実装する際と同等のはんだ接続信頼性を確保できる。
次に、本発明の実施形態1に係る実装基板の製造方法について図面を用いて説明する。図4は、本発明の実施形態1に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
まず、絶縁層11の表面に配線層12と配線層16を形成する(ステップA1;図4(a)参照)。また、絶縁層13の表面に配線層15を形成する。ここで、配線層12、16のパターニング方法として、(A)絶縁層11上に形成されたCu箔やCuメッキの余剰部をエッチングすることによって配線パターンを形成するサブトラクティブ法、(B)配線層12、16形成箇所以外を絶縁材料でマスクした後、配線をめっきで形成するアディティブ法、セミアディティブ法等がある。配線層15も同様な方法によりパターニングすることができる。また、絶縁層11にはポリイミド樹脂基材を用いることができ、絶縁層13には感光性絶縁材料を用いることができる。
次に、絶縁層11の配線層12上の所定の位置に次工程でビア(図4(c)の14)となるバンプ14aを形成する(ステップA2;図4(b)参照)。ここで、バンプ14aは、絶縁層13を絶縁層11に貼り合せたときに、絶縁層13を突き刺して配線層15に到達するのに十分な高さでピン状に形成される。バンプ14aをピン状にする方法としては、例えば、配線層15の表面に溶融した接合用材料(例えば、はんだ)を付着させ、ピン状の治具を接合用材料表面に接触させた後、治具を引き上げることによって形成することができる。
次に、絶縁層11と絶縁層13の位置合わせを行って貼り合せた後、ビア14となるバンプ14aを加圧プレスすることで、絶縁層13上の配線層15と、絶縁層11上の配線層12とを、ビア14を介して互いに電気的に接続する(ステップA3;図4(c)参照)。なお、加圧プレスの際、バンプ(図4(b)の14a)が溶融するように所定の温度(例えば、200℃)に設定してリフロー処理が行われる。これにより、配線基板10ができる。
次に、配線基板10に補強領域10a、応力緩和領域10b、及び屈曲領域10cを形成する(ステップA4;図4(d)参照)。この工程では、配線基板10の絶縁層13の所定の領域の相転移を行う。例えば、配線基板10を絶縁層13の相転移温度以下の温度に保持し、マスク40を用いて、任意の領域のみに相転移させるための励起光を照射する。励起光が照射されることにより、相転移に必要な活性化エネルギーを得ることができ、絶縁層13の相転移が促進される。励起光に等方性の光を用いた場合、マスク開口端から離れるほど励起光は次第に弱まる。励起光(活性化エネルギー)の強さに従い、結晶化が促進されるため、絶縁層13の結晶度は、マスク開口部では、結晶度は大きく、マスク開口端から離れるほど次第に小さくなる。
ここで、非結晶性の樹脂に対し結晶相を含む樹脂の弾性率は、結晶相の大きさ、密度に依存して変わる傾向にある。従って、マスク開口部に対応する結晶度の高い領域では弾性率は高い補強領域10aが形成され、マスク開口端から離れるにしたがい結晶度が小さくなる領域では弾性率が小さくなる応力緩和領域10bが形成され、マスク開口部から離れて結晶度に変化のない領域では弾性率が小さい屈曲領域10cが形成される。然るに、弾性率の高い補強領域10aの周囲に、絶縁層の面方向に沿って連続的に弾性率を減少させた構造を得ることができる。また、絶縁層13に重合度の低い有機材料を用いた感光性絶縁材料を用いて励起光を照射した場合にも、同様な弾性特性の補強領域10a、応力緩和領域10b、および屈曲領域10cを形成することができ、絶縁層13に結晶性材料と非結晶性材料を溶融混合した感光性絶縁材料と、重合度の低い有機材料を用いた感光性絶縁材料とを組み合わせたものを用いて励起光を照射した場合にも、同様な弾性特性の補強領域10a、応力緩和領域10b、および屈曲領域10cを形成することができる。
なお、ステップA4の工程では、補強領域10aに局所的に高弾性率の樹脂を形成した後、低弾性率の樹脂を塗布するなどして屈曲領域10cを形成してもよい。また、屈曲領域10cを形成する前に応力緩和領域10bを形成してもよいし、屈曲領域10cを形成した後に応力緩和領域10bを形成してもよい。また、補強領域10aと屈曲領域10cを形成した後、相互拡散によって応力緩和領域10bを形成してもよい。
次に、配線基板10に電子部品20を実装する(ステップA5;図4(e)参照)。例えば、配線基板10のパッド部15a上にクリームはんだ(図示せず)を印刷し、電子部品20を搭載した後、リフローによりクリームはんだ(図示せず)を溶融させて、はんだ
ボール30を介して電子部品20と配線基板10を機械的、電気的に接続する。
最後に、配線基板10を曲面化する(ステップA6;図4(f)参照)。ここで、電子部品20がはんだボール30を介して配線基板10上のパッド部15aにリジッドに接合されているので、加熱・加圧によって配線基板10に曲げ応力を加えることにより、任意の曲率の面を形成することができる。
以上により、電子部品20直下の補強領域10aの配線基板10の弾性率が高く、電子部品20の搭載面外の屈曲領域10cの配線基板10の弾性率が低く、それらの領域の間の応力緩和領域10bの配線基板10の弾性率が連続的に変化した実装基板を得ることができる。これにより、はんだボール30、および、曲面基板10上の配線層15に応力が集中することを抑制することができる。
なお、実施形態1では、簡略化のため配線層が3層構造の場合の例を挙げているが、さらに多層の配線基板に適用してもよい。また、ステップA1〜A3の配線基板10の製造工程では、配線層が形成された絶縁層同士を貼り合せているが、これに限られるものではなく、配線層12、16が形成された絶縁層11上に絶縁層13を形成し、絶縁層13にビア14用の下穴を形成し、当該下穴にビア14を形成し、絶縁層13上に配線層15を形成してもよい。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係る実装基板について図面を用いて説明する。図5は、本発明の実施形態2に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。図6は、本発明の実施形態2に係る実装基板の補強領域、応力緩和領域、及び屈曲領域を模式的に示した平面図である。
実施形態2は、実施形態1と基本的に同様であるが、補強領域10aを形成する領域を変更している。図5(a)を参照すると、実施形態2に係る実装基板1は、高弾性率となる補強領域10aを、電子部品20直下の領域のうち電子部品20の周縁部分の直下(最外周のパッド部15aを含む領域)のみに限定している。補強領域10aの外周には低弾性率の屈曲領域10cを有し、補強領域10aと屈曲領域10cの間に弾性率が変化する応力緩和領域10bを有する。なお、図5(a)の断面図では、補強領域10aが分離しているように見えるが、電子部品20の上方から見ると環状に繋がっている(図6参照)。また、補強領域10aの内周にも、外周と同様に、見かけ上、弾性率が変化する応力緩和領域と、弾性率が低い屈曲領域を有するが(図5(b)参照)、補強領域10aによって環状に囲まれているため、実質的に補強された領域(準補強領域10d)となる。
実施形態2によれば、電子部品20の周縁部分の直下(最外周のパッド部15aの直下)に高弾性率の補強領域10aを形成することで、実施形態1と同様に、基板変形の影響を抑制することができる。
また、実施形態2のような構成では、補強領域10aを狭面積に限定することができるため、励起光に指向性のある電子ビーム等を用いることで、補強領域10a、応力緩和領域10b、及び屈曲領域10cを形成する工程(相転移工程;実施形態1のステップA4に相当)においてマスクを用いずに、直接形成することができる。電子ビーム等を用いる方法であれば、配線基板10の表面に対し、電子ビームの出力方向を傾けることにより、電子部品20がすでに搭載された配線基板10においても、最外周のパッド部15a直下の絶縁層13を励起することができる。したがって、配線基板10の試作において設計の修正等が容易に行えるため、設計期間短縮に貢献することができる。
(実施形態3)
本発明の実施形態3に係る実装基板について図面を用いて説明する。図7は、本発明の実施形態3に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。図8は、本発明の実施形態3に係る実装基板の補強領域、応力緩和領域、及び屈曲領域を模式的に示した平面図である。
実施形態3は、実施形態2と基本的に同様であるが、補強領域10aを形成する領域を変更し、配線基板10の表面および裏面のそれぞれに電子部品20を実装している。図7、8を参照すると、実施形態3に係る実装基板1では、表裏の電子部品20の搭載位置に対応して高弾性率の補強領域10aを形成する領域を変更しており、補強領域10aの外周境界線で囲まれた領域以内にパッド部15a、16aが配設された構成となっている。実施形態3によれば、実施形態1、2と同様な効果を奏する。
(実施形態4)
本発明の実施形態4に係る実装基板について図面を用いて説明する。図9は、本発明の実施形態4に係る実装基板の構成および特性を示した図面であり、(a)は断面図であり、(b)はA−A´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。
実施形態4は、実施形態3と基本的に同様であるが、配線基板10の各領域10a〜10cの弾性率を変化させる絶縁層13A〜13C(感光性絶縁材料等よりなる絶縁層)を表層だけでなく内層(中間層)にも配されるように変更している。なお、表層をポリイミド樹脂基材等よりなる絶縁層11とし、内層(中間層)にのみ絶縁層13が配される構成にしてもよい。
次に、本発明の実施形態4に係る実装基板の製造方法について図面を用いて説明する。図10は、本発明の実施形態4に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
まず、絶縁層13Aに配線層15を形成し、絶縁層13Bに配線層12を形成し、絶縁層13Cに配線層15を形成する。その後、絶縁層13B(絶縁層13A、13Cも同様)に補強領域10a、応力緩和領域10b、及び屈曲領域10cを形成する(ステップB1;図10(a)参照)。ここでは、内層の絶縁層13Bに対し弾性率の変化を行わせることはきわめて困難であるため、絶縁層13A〜13Cを貼り合せる前の状態で、各領域10a〜10cを形成する。各領域10a〜10cの形成は、実施形態1のステップA4と同様、例えば、絶縁層13A〜13Cの相転移温度以下の温度に保持し、マスク40を用いて、任意の領域のみに相転移させるための励起光を照射することで形成することができる。
次に、絶縁層13Bの配線層12上の所定の位置に次工程でビア(図10(c)の14)となるバンプ14aを形成する(ステップB2;図10(b)参照)。次に、絶縁層13A〜13Cの位置合わせを行って貼り合せた後、ビア14となるバンプ14aを加圧プレスすることで、絶縁層13A上の配線層15と、絶縁層13B上の配線層12とを、ビア14を介して互いに電気的に接続し、絶縁層13C上の配線層15と、絶縁層13B上の配線層12とを、ビア14を介して互いに電気的に接続する(ステップB3;図10(c)参照)。次に、配線基板10に電子部品20を実装する(ステップB4;図10(d)参照)。最後に、配線基板10を曲面化する(ステップB5;図10(e)参照)。
実施形態4によれば、実施形態1と同様な効果を奏する。
(実施形態5)
次に、本発明の実施形態5に係る実装基板について図面を用いて説明する。図11は、本発明の実施形態5に係る実装基板を実装した電子装置の構成および実装基板の特性を示した図面であり、(a)は部分断面図であり、(b)はB−B´間の配線基板の弾性率に係る特性図である。
実施形態5は、実施形態2と基本的に同様であるが、補強領域10aを形成する領域が電子部品20の搭載領域近傍だけではなく、配線基板10を保持する保持部材50の近傍にも設けている。なお、補強領域10aは、保持部材50の近傍の全てに存在することを要さず、保持部材50近傍の表層に配線層15がある場合(図11(a)の左側の保持部材50近傍の配線層15参照)や、可撓性のある配線基板10を筐体60に保持させる場合等、必要に応じて保持部材50の近傍に形成すればよい。保持部材50は、筐体60の内面に接着されており、配線基板10の端部を挟持する。
実施形態5によれば、電子部品20の搭載領域の表層の配線層15の断線だけではなく、配線基板10の保持部材50近傍の表層の配線層15の断線も抑制することができる。
また、可撓性のある配線基板10を筐体60に保持させる場合、保持部材50で狭持されるため、配線基板10の狭持される領域の端部に応力が集中し、配線基板10が極端に屈曲する場合がある。このような場合に、配線基板10の狭持される領域を補強領域10aとし、その隣接部を応力緩和領域10bとすることにより、応力集中を抑制することができる。
以上説明した通り、曲面で構成された筐体内の部品配置効率に優れる筐体曲面に合わせた曲面を有する配線基板の実装構造が実現できることから、デザイン性が重要視される電子機器への本構造の適用によって製品の付加価値を高めることができる。特に小型・薄型化が要求される携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯機器への適用が有用である。
本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲(クレーム)の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合せないし選択が可能である。

Claims (11)

  1. 複数の絶縁層および配線層が交互に積層され、配線層間がビア接続され、可撓性を有する配線基板において、
    外部応力に対して補強された補強領域と、
    外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすい屈曲領域と、
    前記補強領域と前記屈曲領域の間の領域に配されるとともに、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすく前記屈曲領域よりも屈曲しにくく、かつ、前記屈曲領域から前記補強領域に伝わる応力を緩和する応力緩和領域と、
    を含み、
    前記配線基板の前記補強領域において、前記配線基板の表面は平坦であり、
    前記配線基板の前記応力緩和領域において、前記配線基板が、その両面に曲率を有する面を含み、
    前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い結晶度から低い結晶度に連続的に変化していることを特徴とする配線基板。
  2. 複数の絶縁層および配線層が交互に積層され、配線層間がビア接続され、可撓性を有する配線基板において、
    外部応力に対して補強された補強領域と、
    外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすい屈曲領域と、
    前記補強領域と前記屈曲領域の間の領域に配されるとともに、外部応力に対して前記補強領域よりも屈曲しやすく前記屈曲領域よりも屈曲しにくく、かつ、前記屈曲領域から前記補強領域に伝わる応力を緩和する応力緩和領域と、
    を含み、
    前記配線基板の前記補強領域において、前記配線基板の表面は平坦であり、
    前記配線基板の前記応力緩和領域において、前記配線基板が、その両面に曲率を有する面を含み、
    前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての重合度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い重合度から低い重合度に連続的に変化していることを特徴とする配線基板。
  3. 前記応力緩和領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度は、前記補強領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の前記絶縁層のいずれか又は全ての結晶度より大きく構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い結晶度から低い結晶度に連続的に変化していることを特徴とする請求項記載の配線基板。
  4. 前記応力緩和領域の弾性率は、前記補強領域の弾性率よりも小さく、かつ、前記屈曲領域の弾性率よりも大きくなるように構成され、前記補強領域近傍から前記屈曲領域近傍にかけて高い弾性率から低い弾性率に連続的に変化していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の配線基板。
  5. 前記補強領域の内周に配されるとともに、前記補強領域よりも屈曲しやすく、かつ、前記補強領域に囲まれることで補強された準補強領域を含み、
    前記屈曲領域および前記応力緩和領域は、前記補強領域の外周に配されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の配線基板。
  6. 前記絶縁層のいずれか又は全ては、感光性絶縁材料よりなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の配線基板。
  7. 基板の片面又は両面において前記補強領域の外周境界線で囲まれた領域以内に複数のパッド部が配設されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の配線基板。
  8. 請求項7記載の配線基板と、
    前記パッド部上に導電体を介して、電気的、機械的に接続された電子部品と、
    を含むことを特徴とする実装基板。
  9. 前記配線基板の一部または全てが湾曲したときに、前記補強領域の曲率は、前記屈曲領域の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項8記載の実装基板。
  10. 曲面を有する筐体と、
    請求項8又は9記載の実装基板と、
    前記筐体内に配設されるとともに、前記実装基板を保持する保持部材と、
    を含むことを特徴とする電子装置。
  11. 前記実装基板は、前記保持部材により保持される部位の一部または全部に前記補強領域が配され、その隣接する領域に前記応力緩和領域が配されることを特徴とする請求項10記載の電子装置。
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