JP2009252770A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板外周に端面電極を設けた多層基板で、リフローなどの熱処理による半田面方向への基板の凸反りを抑制する多層基板を提供する。
【解決手段】複数の導電パターンを有する層を備える多層基板であって、多層基板の中間層より半田面側の層に設けられた導電パターンである導電性部材の量を削減することにより、多層基板の半田面方向への凸反りを抑制する多層基板である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多層基板の熱処理による基板反りを低減する技術に関する。

従来、多層化されたプリント配線基板（多層基板）は用途によって各層に配線パターンと配線パターン以外の導電パターンを配置している。例えば、アナログ回路の配線パターンを配置する場合には配線パターンの周辺にベタパターンと呼ばれる導電パターン（ＧＮＤ配線など）を設けている。

このような多層基板は実装時リフローなどの熱処理を行ったときに基板反りが生じることがある。そこで、従来は多層回路基板の配線パターンに使用されていない領域に導電パターンを適用し銅箔率や部品実装面積を基板表裏でバランスよく配置して基板反り量を低減している。また、導電パターンの配置設計を簡略的な計算によって最適化して基板反り量を低減している。

しかしながら、導電パターンを配置する領域が存在すれば、上記方法を適用可能であるが、既にＧＮＤ面の確保のために導電パターンを設ける領域がない多層基板に対しては適用ができないという問題がある。

特許文献１によれば、配線基板の表面の導体層は、他の導体層よりも残銅率を高くしてリフロー炉等での熱の影響を受けても接合不良の発生していない回路基板が提案されている。

特許文献２によれば、プリント回路基板の表面に、電気的には不要で、エッチングで除去せずに銅箔を残してプリント回路基板の剛性を増加させる電気的不要領域を設ける。電気的不要領域にて絶縁樹脂と銅箔の界面面積が調整されるとともにプリント回路基板の剛性が増加され、熱膨張係数の差と絶縁樹脂材料に対する力の合成のつりあいを図って、プリント回路基板の反りを抑制する提案がされている。

特許文献３によれば、モジュール基板の裏面側には、金属膜を主ランドと補助ランドとに区画する仕切りを設ける。これにより、基板をマザーボードに実装するときには、端面電極から主ランドにわたって予め取付けられた半田を主ランドから下向きに大きく突出させることができ、この突形状の半田により基板の反り等を吸収することができる。また、基板を実装した状態では、半田が主ランドとマザーボードとの間から押出されて仕切りを乗越えることにより、ランドの両方をマザーボード側に半田付けすることができ、これらを広い面積で安定的に接合する提案がされている。

しかし、特許文献１〜３では、基板外周に端面電極を設けた多層基板の基板反り方向を制御して半田付けが確実にできるような提案がされていない。
特開２００１−２８４８２５号公報 特開２００２−７６５３０号公報 特開２００４−１０４０６０号公報

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、基板外周に端面電極を設けた多層基板で、リフローなどの熱処理による半田面方向への基板の凸反りを抑制する多層基板を提供することを目的とする。

態様のひとつである複数の導電パターンを有する層を備える多層基板であって、前記多層基板の中間層より半田面側の層に設けられた導電パターンである導電性部材の量を削減することにより、前記多層基板の半田面方向への基板の凸反りを抑制する多層基板である。

また、前記多層基板の基板外周に端面電極を設ける。また、前記端面電極を設け多層基板を別の基板に熱処理により半田付けするときに、前記半田面側の層に設けられた前記導電性部材の量を削減することにより前記多層基板の半田面方向に基板を凹反りにし、前記端面電極と前記別の基板上の導電パターンを接触させる。また、前記導電性部材は銅である。

このように基板外周に端面電極を設けた多層基板を、別の基板（マザー基板）に実装する際に多層基板が凹反りし、実装基板との半田接合ができない場合に、多層基板の半田面方向に基板を凹反りさせたり、凸反りを低減させることにより半田付けができるようにする。

本発明によれば、基板外周に端面電極を設けた多層基板の基板反りを抑制することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１は、マザー基板１（プリント配線基板）に基板外周に端面電極５を設けた多層基板２（プリント配線基板）を実装する場合の工程を示している。

ステップＳ１では、マザー基板１の配線パターンの例えば配線パターン３のランドにクリーム半田４を印刷する（半田印刷ステップ）。
ステップＳ２では、既にモジュール部品６、７などを実装した多層基板２をマザー基板１に実装する。

ステップＳ３（リフロー処理）では、リフロー炉８によりマザー基板１と多層基板２の半田付けを行う。
ステップＳ４では、多層基板２に熱処理をした結果（半田付けを実施した結果）多層基板２が凹反り（破線９）し、半田未接合となる問題が発生する。

図２は、基板反りを制御するための原理図である。図２では便宜上両面基板を用いて説明をする。基本的に、多層基板２における配線パターン３（銅箔）の上下アンバランスが存在する時に、反り力が発生する。

図２Ａは、基板反りがない多層基板の状態を示している。ここで、図２Ａに示す基材２２（例えば、絶縁樹脂材料として紙基材やガラス基材、ガラス不織布基材といった補強用の基材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂を含浸させたもの）の上下の表面には導電性部材である銅箔２１（配線パターン、導電パターン）を設けた構成である。導電性部材は銅箔に限定するものではない。

図２Ａに示した曲げモーメント（矢印）が互いにキャンセルしあうように銅箔２１を配置することにより基板反りがない多層基板２になる。
図２Ｂに示した多層基板２は、上表面の銅箔２１を削減したため、曲げモーメント（矢印）が互いにキャンセルしないものである。このように銅箔２１がない領域を作ることで曲げモーメントを制御して多層基板２の反りを調整することができる。従来は、上下アンバランスを解消するために、空き領域に導電パターン（銅箔）を追加している。

図３は、多層基板２が６層基板である場合の図である。多層基板２は第１層〜第６層に配線パターン、導電パターン（導電性部材）が配設されている。
図４は、図３に示した６層の多層基板２の下面（第６層）の配線パターンと導電パターンを示した図である。

例えば、多層基板２の下側（マザー基板側）の配線層（第６層）のＧＮＤ部４１（銅箔：ベタパターン）には銅箔が配置されている。図４Ａの範囲４２（実線）を拡大した図である図４Ｂに示すように円状に銅箔４３を抜いて基材部分４４（導電性部材）を作製する。

本例では、第６層の銅箔４３に円状の基材部分４４が独立して設けられ、円状の基材２２が互いに間隔を保って配設されている。
また、本例では最下層において実施しているが特に限定するものではなく、上層、下層、配線パターン、導電パターンなどの導電性部材の量を考慮して効果的な層を選定する。

円状の基材部分４４の大きさおよび形状は、上層、下層、配線パターン、導電パターンなどの銅箔量を考慮して調整する。
なお、円状の基材部分４４の形状は、円形状にはこだわらず多角形状でも良いし、様々な形状の基材部分４４を混在させてもよい。

また、基材部分４４間の距離は全て一定である必要はない。
上記のように銅箔を抜くことにより次のような効果が得られる。
図５Ａは、多層基板２をマザー基板１に実装する際に、多層基板２が半田面方向に凸反り（図５Ａ側面方向から見た場合凹反り）してマザー基板１と半田接合ができない場合を示している。図５Ｂは、多層基板２が半田面方向に凹反り（図５Ｂ側面方向から見た場合凸反り）時のマザー基板１と半田接合を示している。図５Ｂの場合、多層基板２が反った場合でも基板外周の端面電極５はマザー基板１の配線パターンに半田接合ができる。

つまり、基材部分４４を設けることにより多層基板２を凸反りさせれば、多層基板２が端面電極基板であるため、安定した半田付けが期待できる。
また、多層基板２に半田面方向に凸反り（図５Ａ側面方向から見た場合凹反り）がある場合に、多層基板２の反りと反対の方向に反るように導電パターンを設けても半田面方向の凸反りを低減させることができる。

また、ＧＮＤ面をなるべく広い領域で確保したい製品においても、既存のＧＮＤ面に適用することにより、反り低減効果を得ることができる。
また、導電パターンを追加する領域が無い多層基板に対しても、適用が可能である。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

マザー基板に基板外周に端面電極を設けた多層基板を実装する場合の工程を示す図である。 Ａは基板反りがない多層基板の状態を示す図である。Ｂは基板反りを発生させた多層基板の状態を示す図である。 基板外周に端面電極を設けた６層多層基板を示す図である。 Ａは図３に示した６層の多層基板の第６層の配線パターンと導電パターンを示した図である。Ｂは銅箔を抜いた構造を示した図である。 Ａは多層基板をマザー基板に実装する際に、多層基板が凹反りしてマザー基板と半田接合ができない場合を示す図である。Ｂは多層基板が凸反り時のマザー基板と半田接合を示す図である。

符号の説明

１ マザー基板、
２ 多層基板、
３ 配線パターン、
４ 半田、
５ 端面電極、
６、７ モジュール部品、
２１ 銅箔、
２２ 基材、
４１ ＧＮＤ部、
４３ 銅箔、
４４ 基材部分、

Claims (4)

1. 複数の導電パターンを有する層を備える多層基板であって、
   前記多層基板の中間層より半田面側の層に設けられた導電パターンである導電性部材の量を削減することにより、前記多層基板の半田面方向への凸反りを抑制することを特徴とする多層基板。
2. 前記多層基板の基板外周に端面電極を設けることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
3. 前記端面電極を設け多層基板を別の基板に熱処理により半田付けするときに、
   前記半田面側の層に設けられた前記導電性部材の量を削減することにより前記多層基板の半田面方向に凹反りにし、前記端面電極と前記別の基板上の導電パターンを接触させることを特徴とする請求項２に記載の多層基板。
4. 前記導電性部材は銅であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層基板。