JP2001284750A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、確実に且つ短時間で半田接合がで
き、しかも、基板に欠陥が発生することのない回路基板
を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、積層回路基板１内に発熱抵抗
体膜７を形成するとともに、該発熱抵抗体膜７を形成し
た領域の基板１表面に、半田接合される電極パッド４を
形成して成る回路基板において、前記発熱抵抗体膜７
は、スリット状、ミアンダ状または網目状のパターンと
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品やフレキ
シブルケーブルなど半田接合される回路基板の構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小形軽量化が追及され、回路
基板に電子部品やフレキシブルケーブルなどの接合にお
いて、高密度実装のために半田リフロー法が多用されて
いる。

【０００３】通常の電子部品は半田リフローに耐える部
材選択や、加工方法の検討が行われているが、全てが半
田リフローに耐えるわけではない。

【０００４】半田リフローに適さず、後付けで実装する
必要のある部材としては、たとえば、高い温度に長時間
さらされると電気特性が変化する電子部品を接合する場
合などがある。

【０００５】また、回路基板の入出力構造において、半
田フラックスによる汚染を嫌うコネクターなどの接点部
材やフレキシブルケーブルなどのように形状が安定せず
リフロー炉を通すのに適さないものがある。

【０００６】これらの電子部品や各種部材を、後付けで
半田接合する方法としては、以前は手付け半田が主流で
あったが、自動組立を行うためにＹＡＧレーザーの照射
や高周波加熱などにより、接合部分をスポット的に加熱
して半田接合する方法が使われている。

【０００７】また、フレキシブルケーブルの接続では、
半田をプリコートした回路基板の電極パッドにフレキシ
ブルケーブルをのせて、上からヒーターブロックなどの
加熱手段を押しつけて溶融接続する方法がとられてい
る。この際、形状の安定しないケーブルを保持し、他の
すでにリフロー半田実装した電子部品を動かさないよう
にして、フレキシブルケーブルの半田接合部分のみを短
時間で加熱することが重要である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の接合部分をスポ
ット的に加熱する手段としてＹＡＧレーザー照射や高周
波加熱があるものの、高価な設備を必要とし、さらに、
接合処理速度が遅く、量産性が劣る。

【０００９】量産性を考慮した場合、前述のヒーターブ
ロックを押しつける方式が一般的である。いま、フレキ
シブルケーブルをセラミック積層基板の電極パッドに押
しつけて接続を取る場合、確実な半田接合を行うために
は、３００〜３５０℃に加熱したヒータブロックで１０
〜２０ｓｅｃの押しつけ時間が必要である。この時間
は、量産性に大きな障害となってしまう。

【００１０】半田溶融時間が長くなる影響因子として
は、フレキシブルケーブルの構成部材であるポリイミド
樹脂層による熱抵抗と、セラミック回路基板の伝熱によ
り、フレキシブルケーブルの半田接合部分以外の非加熱
部に熱が逃げて、加熱部の充分に温度が上がらないこと
が多い。

【００１１】短時間で処理するに、ヒーターブロックの
温度を高めてもよいが、３５０℃以上に高めるとフレキ
シブルケーブルやその他の電子部品を損傷するため、押
しつけ時間を上記のように１０〜２０ｓｅｃに伸ばして
半田の溶融を待つ必要がある。

【００１２】この時間を短縮するために、回路基板をホ
ットプレートに載せたり、遠赤外線の照射などで、８０
℃程度に予備加熱しておき前記ヒータブロックを押しつ
けることにより時間の短縮を図ることも行われている。

【００１３】この方法は半田付け時間の短縮には有効な
ものであるが、予備加熱のための工程、設備が必要であ
り、自動組立に適したものではない。

【００１４】コンパクトな設備で加熱方法を提供するも
のとして、回路基板の内部に、発熱抵抗体膜に組み込
み、その発熱抵抗体膜の発熱で半田実装を行うという提
案がある（特開平７−１６２１０６号公報）。

【００１５】これは本来ＬＳＩなどの大型部品を実装す
るために提案されたものだが、これを問題の予備加熱に
使うことが考えられる。

【００１６】このような技術を応用して、ガラスセラミ
ックなどからなる積層回路基板の内層に、タングステン
の薄片を挟み、一体焼結して発熱抵抗体とすることが考
えられる。このような回路基板に通電して、部品等の半
田実装などを行おうとすると、積層回路基板の絶縁体層
間で剥離したり、絶縁体層にクラックが発生することが
おおい。

【００１７】これは発熱抵抗体の急激な昇温により、発
熱抵抗体とその両面の絶縁体層との間に、熱膨張の差が
発生し大きな内部応力が起因して発生する。また、発熱
抵抗体の有るところと無いところとの間で大きな熱膨張
量の差が生じるためと見られる。

【００１８】これを防止するため発熱抵抗体に供給する
印可電圧を抑え、小さな電流を流しながら、２０〜３０
ｓｅｃ程度かけて基板の予備加熱温度、たとえば１５０
℃になるようにゆっくりと昇温する必要がある。

【００１９】しかしこれでは当初の短時間でコンパクト
に予備加熱を行うという要望を満たすことができない。

【００２０】本発明は上述の課題に鑑みて、案出された
ものであり、その目的は、半田リフローを用いず、確実
に且つ短時間で半田接合ができ、しかも、基板に欠陥が
発生することのない回路基板を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板と、
該絶縁基板内に配設された発熱抵抗体膜と、前記絶縁基
板の内部及び/または表面に形成されている配線導体
と、前記絶縁基板表面で前記発熱抵抗体膜と対向する領
域に形成され、配線導体と接続している電極パッドとか
ら成る回路基板において前記発熱抵抗体膜は、スリット
状、ミアンダ状または網目状のパターンを有しているこ
とを特徴とする回路基板である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回路基板を図１、
図２を用いて詳説する。

【００２３】図１は、本発明の回路基板、例えば、ハー
ドディスクドライバの磁気ヘッドアンプ用の積層セラミ
ック回路基板(絶縁基板)に適用した場合の部分断面図を
示す。

【００２４】積層セラミック回路基板１の表面に形成し
た半田接合される電極４に半田を介してフレキシブルケ
ーブル２（以下フレキケーブル）が接合されている。

【００２５】積層セラミック回路基板１は、アルミナな
どの複数の絶縁体層６１〜６４が積層されており、各絶
縁層６１〜６４との層間にタングステン、モリブデンな
どからなる内部配線導体(内部配線パタ―ン)及び発熱抵
抗体膜７が配置されている。そして、回路基板１の表面
には、表面配線導体(表面配線パターン)、ＩＣチップ
（ＬＳＩ）などの各種電子部品５を接合するための電極
パッド、上述の状フレキケーブルと半田を介して接合さ
れる入出力電極パッドが形成されている。また、裏面
に、外部回路と接続する入出力電極パッドや、発熱抵抗
体膜７に電流を供給する電極パッドが形成されている。

【００２６】尚、半田が接合される電極バット上に、半
田層が付着されており、この半田層が付着された電極バ
ッドを、本発明では、ハンダパッド４という。

【００２７】この半田パッド４から積層セラミック回路
基板１の内部配線パターン（図示せず）を経由して基板
表面のＩＣチップ５に接続されるとともに、基板裏面の
電極パッドを経由して外部回路である装置本体の外部イ
ンターフェース回路（図示せず）に接続される。

【００２８】フレキケーブル２はポリイミドからなる絶
縁材を積層し、絶縁層に挟持されるように銅箔のパター
ンが配置されている。そして、半田パッド４との接合部
には、銅箔が露出するとともに、０．５ｍｍ程度の貫通
穴が形成されている。尚、この露出部分には金メッキが
施されている。

【００２９】積層セラミック回路基板１は０．２ミリ程
度の厚みのアルミナやガラスセラミックなどの絶縁体層
６１、６２、６３、６４が積層一体化されており、表面
と内層に合計５層の所定配線パターンが形成されてい
る。その一方端部側の表面には上記フレキケーブル２を
つなぐための半田バンプ４が複数配列されている。尚、
他方端側の表面には電子部品５を搭載するための接合用
電極パッドが形成されている。

【００３０】半田バンプ４は、焼き付け銀などの電極の
上に、ニッケルメッキと金メッキを施し、その上にクリ
ーム半田を塗布して、一旦リフロー炉に通し、電極表面
に半田をプリコートさせたものである。

【００３１】フレキケーブル２の接合部３を、積層セラ
ミック回路基板１上の半田パッド４に重ねて加熱圧着す
ると、半田パッド４の半田層が一旦溶けて、フレキケー
ブル２の接合部３に設けられた穴を通って上面に広が
り、フレキケーブル２を回路基板１に強固に固定するこ
とができる。

【００３２】積層セラミック回路基板１の下から１層目
と２層目の絶縁体層（グリーンシート）６１と６２との
層間には、つづら折り（ミアンダ形状）の発熱抵抗体膜
７が形成されており、その両端はビアホール７１を経て
下面の電極パッド７２につながっている。

【００３３】図２は組立状況を示す断面図である。ＩＣ
チップ５を搭載済みの積層セラミック回路基板１を加工
台の上に乗せ、外部の電流供給手段７３で下面の電極７
２から電流を供給し、フレキケーブル２の接合されるハ
ンダ電極４が形成された領域を予備加熱する。目標温度
を１５０℃程度とし、１〜２ｓｅｃの通電で目標温度に
なるように供給電圧を調整する。

【００３４】予備加熱された状態で、フレキシブルケー
ブル２の接合部３を積層セラミック回路基板１の各ハン
ダ電極４に乗せて、上方からヒーターブロック８の底面
を押しつける。ヒーターブロック８は表面にクロームメ
ッキを施した銅製のもので、底面はフラットである。そ
の温度は３００℃程度に設定されており、０．５〜１．
０ｓｅｃで半田の溶融を完了させることができる。そし
て、上述の予備加熱及びヒータブロック８を離して、ハ
ンダを硬化させて、積層セラミック回路基板１とフレキ
ケーブル２とのハンダ接合が達成できる。

【００３５】図３ａに発熱抵抗体膜７の詳細パターンを
示す。例えば絶縁体層６１となるセラミックグリーンシ
ートの上に、タングステンからなる導体インクをスクリ
ーン印刷によりミアンダ形状にパターン形成する。パタ
ーンは１００μｍ幅でスペースを同じく１００μｍ幅に
とってつづら折りに折り返す構造にしている。

【００３６】絶縁体層６２となるセラミックグリーンシ
ートを積層すると、発熱抵抗体膜７を挟んで下層と上層
の絶縁体層６１、６２が一体化される。この発熱抵抗体
膜７のパターンにおいて、発熱抵抗体膜７の領域にスペ
ース部７４が存在し、そのスペース部分で、絶縁体層６
１、６２となるグリーンシート同士が結合する。

【００３７】このような構成により発熱抵抗体膜７に電
流を流し急激に昇温させたとき、発熱抵抗体膜７の発熱
領域は、線状に限定されたものなので、変形応力が細か
く分散されて剥離やクラックが発生することがない。ま
た発熱抵抗体膜７の領域内で、絶縁体層６１となるグリ
ーンシートと絶縁体層６２となるグリーンシートが直接
一体化されており、発熱抵抗体膜７を挟んだ接合部より
強固な積層体ができる。

【００３８】このことにより上述の予備加熱工程で、急
激に発熱させてもその部分で剥離やクラックが発生する
ことがない。

【００３９】図３（ｂ）と図３（ｃ）には、本発明の発
熱抵抗体膜７の異なるパターンを示す。図３（ｂ）は抵
抗体膜パターン７５、７５の間に等間隔のストライプ状
の発熱抵抗体パターン７６を形成したものである。

【００４０】また、図３（ｃ）は発熱抵抗体膜パターン
内に、長円などの穴あきの発熱抵抗体パターン７７を形
成したものである。いずれも低電圧大電流で加熱するの
に適した発熱体パターンである。

【００４１】図３（ｂ）、図３（ｃ）であっても、図３
（ａ）同様、急速加熱に耐える積層セラミック回路基板
１が得られる。

【００４２】これまでは、積層セラミック回路基板１に
フレキケーブル２を半田付けする場合を説明したが、こ
れはリフロー半田で実装できない他の電子部品に対して
も適用することができる。この時はヒーターブロック８
の形は部品に応じ、半田接続部のみに加熱ができるよう
に形状を変更する必要がある。

【００４３】ＩＣチップ５やリード端子がついた電子部
品の場合は、リード端子部にヒーターブロックが当接す
るようにして同様に半田付けすることができる。

【００４４】

【実施例】図１に示すハードディスクドライバの磁気ヘ
ッドのアンプ用セラミック回路基板に適用した場合の実
施例を示す。

【００４５】回路基板の構造は１３ｍｍ×１５ｍｍの矩
形状のガラスセラミック基板である。厚みは０．７５ｍ
ｍ、絶縁体層が４層からなる。

【００４６】発熱抵抗体膜４は第１層の上面に形成し
た。約３ｍｍ×１０ｍｍの領域に、０．１ｍｍ幅の発熱
抵抗体膜パターンを３ｍｍ長さで折り返しスペース部７
４の間隔を０．１ｍｍを空けてつづら折りに形成する。
尚、発熱抵抗体膜７の両端は、夫々入力電極パッド７２
に接続されている。

【００４７】絶縁体層６１の上に、さらに３層の絶縁体
層６２、６３、６３となるグリーンシートが重ねられ、
圧着後９００〜１０００℃で焼成して回路基板となる。
各層には配線パターンがもうけられている。特に第４層
の絶縁体層のグリーンシート上には、フレキケーブル２
の接続される半田パッド４が形成されている。半田パッ
ドの大きさは０．６ｍｍ×０．９ｍｍで、３ｍｍ×１３
ｍｍの領域に４×１０＝４０個のパッド４が形成され
て、磁気ヘッドに接続される。

【００４８】ＩＣチップ５などの電子部品は、積層セラ
ミック回路基板１０の電極パッドにリフロー半田で搭載
される。このときフレキケーブル２の実装面にもクリー
ム半田を塗布してリフロー炉を通すことにより半田のプ
リコート層が形成されている。尚、半田は融点が１８０
〜２００℃のものを用いている。

【００４９】フレキケーブル２の実装は、積層セラミッ
ク回路基板１０の下面にある昇温用の入力パッド７２に
電流を流す。このときの電圧と基板表面の温度変化を図
４に示す。抵抗値は３１オーム、約２０Ｖを印加すると
１〜２ｓｅｃで１５０℃に達する。電圧を下げて基板面
がほぼ１５０℃がキープされるようにする。

【００５０】フレキケーブルを２半田パッド４の上に重
ねて、上から約３００℃に加熱されたヒータブロック８
を押しつけると０．５ｓｅｃほどで半田付けが完了する
尚、本発明の実施例では、ハードディスクドライバの磁
気ヘッドのアンプ用セラミック回路基板を例に説明した
が、その他の回路基板にも広く利用できる。また、通
常、電子機器に用いた場合には、この発熱抵抗体膜は不
要となるように思えるが、例えば、回路基板が使用でき
る環境を、例えば周囲の温度を測定するための測温セン
サーとして用いても良い。

【００５１】

【発明の効果】本発明では、積層セラミック回路基板に
発熱抵抗体膜を内蔵させ、ヒータブロックによる半田実
装の補助手段とするが、発熱抵抗体膜がスリット状、ミ
ヤンダ状、網目状のパターンであり、発熱領域中にスペ
ース部が設けられている。

【００５２】このため、積層セラミック回路基板を構成
する絶縁体層間の密着強度を高めているので、高速昇温
が可能になり、ヒーターブロックによる実装が短時間で
達成できる。 このため組立機がコンパクトにかつ確実
に組立できるために、安価で量産性の高い装置を実現す
ることが出来る。

【００５３】これにより、基板上の他の部品を高温に曝
すことなく実装をできるので温度負荷に弱い電子部品の
実装や、リフロー半田で接続が困難なフレキシブルケー
ブルなどの部材を接続することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す一部断面の斜視図である

【図２】本発明による半田実装を示す断面図である

【図３】（ａ）〜（ｃ）は夫々本発明の発熱抵抗体膜の
パターンを示す概略図である。

【図４】本発明の発熱抵抗体膜の発熱特性を示す特性図
である。

【符号の説明】

１…回路基板 ２…フレキシブルケーブル ３…電極パッド ４…半田パッド ７…発熱抵抗体膜 ７４…スペース部 ８…ヒーターブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB05 BB24 BB31 CC12 DD17 GG01 5E338 AA00 BB75 CC01 CC10 CD17 CD24 CD25 EE32 EE51 5E346 AA12 AA14 AA15 AA34 BB01 BB16 BB20 CC25 CC36 DD09 EE24 FF24 GG06 GG08 GG10 GG28 HH31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、該絶縁基板内に配設された
   発熱抵抗体膜と、前記絶縁基板の内部及び/または表面
   に形成されている配線導体と、前記絶縁基板表面で前記
   発熱抵抗体膜と対向する領域に形成され、配線導体と接
   続している電極パッドとから成る回路基板において 前記発熱抵抗体膜は、スリット状、ミアンダ状または網
   目状のパターンを有していることを特徴とする回路基
   板。