JP2014175591A

JP2014175591A - 複合配線板

Info

Publication number: JP2014175591A
Application number: JP2013049087A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Ishihara; 輝幸石原; Michimasa Takahashi; 通昌高橋
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】電子部品実装のためのリフローにおいてプリント配線板に反りを生じさせない複合配線板を提供する。
【解決手段】多数個取り用プリント配線板１１０の外周に取り付けられた金属板２４Ｖ、２４Ｈの面方向の熱膨張係数が、プリント配線板の熱膨張係数よりも大きいので、リフローの際にプリント配線板が金属板の熱膨張により外縁方向に引っ張られ、該プリント配線板に反りが生じ難い。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフロー行う配線板をフレームにより固定した複合配線板に関する。

配線板への電子部品実装、その他の加工処理を施す際に、作業効率を考慮し、一般に配線板単体では無く、同一の配線板を複数個一枚の配線板収容キットの中に収容して行われる。特許文献１には、複数のピース配線板と、該ピース配線板を収容する収容穴を有するフレームとから成る多ピース配線板収容キットが開示されている。

特開２０１１−２３６５７号公報

しかしながら、配線板への電子部品実装、半田のリフロー温度において、配線板の構成材料のＴg（ガラス転位点）を越えるため、実装される部品の重量と基板の残留応力によって、配線板に反りが生じるという課題がある。

本発明の目的は、電子部品実装のためのリフローにおいてプリント配線板に反りを生じさせない複合配線板を提供することにある。

本願発明の複合配線板は、配線板から成るピース部と、
前記ピース部を囲む複数のスリットを備え、該スリット間に設けられた切断用の支持片を介して前記ピース部の外縁を固定するフレーム部と、を有し、
前記フレーム部は、前記ピース部と同材料からなる第１の部分と、前記ピース部よりも熱膨張係数が高い材料から成る第２の部分とから成ることを技術的特徴とする。

本願発明の複合配線板では、ピース部の外周を固定するフレーム部の第２の部分の面方向の熱膨張係数が、ピース部の熱膨張係数よりも大きいので、リフローの際にピース部がフレーム部の第２の部分の熱膨張により外縁方向に引っ張られ、該ピース部に反りが生じ難い。

多数個取り用プリント配線板の平面図。図２（Ａ）は個片に切り出されたプリント配線板の平面図、図２（Ｂ）は斜視図、図２（Ｃ）はプリント配線板の切り出された多数個取り用プリント配線板の平面図。多数個取り用プリント配線板への金属板の取り付けを示す平面図。図３中の多数個取り用プリント配線板の断面図。プリント配線板の断面図。プリント配線板の断面図。第１実施形態の改変例に係る多数個取り用プリント配線板の平面図。第２実施形態の多数個取り用プリント配線板の平面図。

[第１実施形態]
図５は、第１実施形態の係るプリント配線板の電子部品実装前の断面図である。プリント配線板１０は、中央に配置されるコア絶縁層５０Ｍの第１面Ｆ側に、層間絶縁層５０Ａ、５０Ｃ、５０Ｅ、５０Ｇ、５０Ｉが積層され、第２面Ｓ側に層間絶縁層５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆ、５０Ｈ、５０Ｊが積層されている。コア絶縁層５０Ｍの第１面Ｆの導体回路５８Ｍａと第２面Ｓの導体回路５８Ｍｂとはビア導体６０Ｍを介して接続されている。コア絶縁層５０Ｍには心材が配置され、層間絶縁層５０Ａ、５０Ｃ、５０Ｅ、５０Ｇ、５０Ｉ、層間絶縁層５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆ、５０Ｈ、５０Ｊにも同様に心材が配置されている。

コア絶縁層５０Ｍの第１面Ｆ側に積層される層間絶縁層５０Ａには、該層間絶縁層５０Ａ上の導体回路５８Ａを、コア絶縁層５０Ｍの導体回路５８Ｍａへ接続させるためのビア導体６０Ａが形成されている。該層間絶縁層５０Ａ上に積層される層間絶縁層５０Ｃには、該層間絶縁層５０Ｃ上の導体回路５８Ｃを、層間絶縁層５０Ａ上の導体回路５８Ａへ接続させるためのビア導体６０Ｃが形成されている。該層間絶縁層５０Ｃ上に積層される層間絶縁層５０Ｅには、該層間絶縁層５０Ｅ上の導体回路５８Ｅを、層間絶縁層５０Ｃ上の導体回路５８Ｃへ接続させるビア導体６０Ｅが形成されている。該層間絶縁層５０Ｅ上に積層される層間絶縁層５０Ｇには、該層間絶縁層５０Ｇ上の導体回路５８Ｇを、層間絶縁層５０Ｅ上の導体回路５８Ｅへ接続させるためのビア導体６０Ｇが形成されている。該層間絶縁層５０Ｇ上に積層される層間絶縁層５０Ｉには、該層間絶縁層５０Ｉ上の導体回路５８Ｉを、層間絶縁層５０Ｇ上の導体回路５８Ｇへ接続させるためのビア導体６０Ｉが形成されている。最上の層間絶縁層５０Ｉ上には、ソルダーレジスト層６２Ｆが形成され、ソルダーレジスト層の開口６４Ｆから露出される導体回路５８Ｉがパッド６６Ｆを構成する。

コア絶縁層５０Ｍの第２面Ｓ側に積層される層間絶縁層５０Ｂには、該層間絶縁層５０Ｂ上の導体回路５８Ｂを、コア絶縁層５０Ｍの導体回路５８Ｍｂへ接続させるためのビア導体６０Ｂが形成されている。該層間絶縁層５０Ｂ上に積層される層間絶縁層５０Ｄには、該層間絶縁層５０Ｄ上の導体回路５８Ｄを、層間絶縁層５０Ｂ上の導体回路５８Ｂへ接続させるためのビア導体６０Ｄが形成されている。該層間絶縁層５０Ｄ上に積層される層間絶縁層５０Ｆには、該層間絶縁層５０Ｆ上の導体回路５８Ｆを、層間絶縁層５０Ｄ上の導体回路５８Ｄへ接続させるビア導体６０Ｆが形成されている。該層間絶縁層５０Ｆ上に積層される層間絶縁層５０Ｈには、該層間絶縁層５０Ｈ上の導体回路５８Ｈを、層間絶縁層５０Ｆ上の導体回路５８Ｆへ接続させるためのビア導体６０Ｈが形成されている。該層間絶縁層５０Ｈ上に積層される層間絶縁層５０Ｊには、該層間絶縁層５０Ｊ上の導体回路５８Ｊを、層間絶縁層５０Ｈ上の導体回路５８Ｈへ接続させるためのビア導体６０Ｊが形成されている。最下の層間絶縁層５０Ｊ上には、ソルダーレジスト層６２Ｓが形成され、ソルダーレジスト層の開口６４Ｓから露出される導体回路５８Ｊがパッド６６Ｓを構成する。層間絶縁層５０Ｉ、５０Ｇ、５０Ｅ、５０Ｃ、５０Ａ、５０Ｍ、５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆ、５０Ｈ、５０Ｊを貫通するスルーホール５２が形成されている。

図６は、電子部品が実装されたプリント配線板の断面図である。
プリント配線板の第１面Ｆ側に、パッド６６Ｆに設けられた半田６８を介して電子部品１１が実装されている。第２面側に、パッド６６Ｓに設けられた半田６８を介して電子部品１１が実装されている。

図１は、プリント配線板１０が４個製造された多数個取り用プリント配線板１１０の平面図であり、図２（Ａ）は、図２（Ｃ）に示すプリント配線板を支持するフレーム部２０から個片に切り出されたプリント配線板１０の平面図であり、図２（Ｂ）は斜視図である。図５は、図２（Ｂ）中のＸ１−Ｘ１断面に対応する。プリント配線板１０は、略矩形形状に形成され左側に左長手方向側壁１４ＶＬ、右側に右長手方向側壁１４ＶＲ、上側に上短手方向側壁１４ＨＨ、下側に下短手方向側壁１４ＨＬが形成され、更に、左長手方向側壁１４ＶＬから左側方へ延在する左延在部１４Ｌと、右長手方向側壁１４ＶＲから右側方へ延在する右延在部１４Ｒとが形成されている。

図１に示されるように、多数個取り用プリント配線板１１０で、プリント配線板１０の形状に沿ってスリット１６が形成され、スリットとスリットとの間にプリント配線板を支持する支持片１２が形成されている。即ち、各プリント配線板は、支持片１２を介して多数個取り用プリント配線板外周側のフレーム部２０に固定されている。フレーム部２０には、プリント配線板検査用の検査用パッド３２が形成されている。該プリント配線板とフレーム部は同時に形成され、同一の樹脂材料から成る。フレーム部２０には、該樹脂材料よりも熱膨張係数の大きなアルミニウム等の可塑性金属から成る矩形の金属板２４Ｈ、２４Ｖ、２４Ｍが配置されている。即ち、フレーム部２０に設けられた貫通孔２２に金属板２４Ｈ、２４Ｖ、２４Ｍが填め入れられている。水平方向に配置される金属板２４Ｈは、フレーム部２０の長手方向の外周に沿って配置され、垂直方向に配置される金属板２４Ｖは、フレーム部２０の短手方向の外周に沿って配置され、中間の金属板２４Ｍは、プリント配線板とプリント配線板との間に配置される。更に、プリント配線板の左延在部１４Ｌとプリント配線板の右延在部１４Ｒとの間の距離が短くなっている部位に、補強金属板２４ＭＭが配置されている。貫通孔２２に填められる金属板等の材料片は、半田リフロー温度において、フレーム部２０及びプリント配線板の構成材料よりも剛性が高い方が好ましい。

第１実施形態では、プリント配線板１０が多数個取り用プリント配線板１１０から切り出される際には、プリント配線板の外形に沿って支持片１２がレーザ又はダイシングで切断され、図２（Ｃ）に示されるフレーム部２０から図２（Ａ）に示されるように個片にプリント配線板が切り出される。

図４（Ｃ）は、図１に示される多数個取り用プリント配線板１１０のＤ１−Ｄ１断面図である。金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍは、厚みＴ１：７５０μｍに形成されている。多数個取り用プリント配線板１１０は厚みＴ２が７８０μｍに形成されている。即ち、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍの厚みは多数個取り用プリント配線板１１０よりも薄い。また、金属板の厚さ方向の中心面ＣＣ１と、プリント配線板１０の厚さ方向の中心面ＣＣ２とは一致している。このため、プリント配線板１０の上面（第１面）Ｆよりも金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍはｃｈ（１５mm）分凹み、プリント配線板の下面（第２面）Ｓよりも金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍはｃｌ（１５mm）分凹んでいる。アルミニウム製の金属板の主面方向の熱膨張係数は２３ppm／℃で、樹脂製のプリント配線板の主面方向の熱膨張係数は１６ppm／℃で、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍの熱膨張係数がプリント配線板の熱膨張係数よりも大きい。金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍの厚みをプリント配線板よりも薄くすることで、熱膨張係数差によりプリント配線板側に反りを生じないように調整されている。また、プリント配線板１０の上面（第１面）Ｆが金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍよりも凹み、プリント配線板の下面（第２面）Ｓ下面が金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍよりも凹むように固定することで、プリント配線板の電子部品実装の際に金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍが干渉しないように固定されている。第１実施形態では、金属板の材料としてアルミニウムを用いたが、プリント配線板の熱膨張係数よりも大きければ、銅、ステンレス等を用いることも可能である。

多数個取り用プリント配線板１１０への金属板の取り付け工程が図３及び図４に示される。
図５に断面構造が示される多数個取り用プリント配線板１１０が形成された後、貫通孔２２及びスリット１６が打ち抜き加工、ダイシング、又は、レーザダイシングで形成される（図３（Ａ））。図３（Ａ）のＡ１−Ａ１断面が図４（Ａ）に示される。

各貫通孔２２に金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭが収容される。（図３（Ｂ））。図３（Ｂ）のＢ１−Ｂ１断面が図４（Ｂ）に示される。貫通孔２２に金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭとの間にはｃ１（数μｍ）程度のクリアランスが設けられている。図３（Ｂ）のＢ１−Ｂ１断面が図４（Ｂ）に示される。塑性変形前の金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭの厚みＴ１’は７６０μｍに形成されている。

金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭへの対応部位が突出する上型と下方により挟まれ、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭが塑性変形され、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭの側壁が貫通孔２２の側壁へ突き合わされた状態で接触した状態でカシメられる（図３（Ｃ））。図３（Ｃ）のＣ１−Ｃ１断面が図４（Ｃ）に示される。

図３（Ｃ）に示す多数個取り用プリント配線板１１０の貫通孔２２に金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、２４ＭＭが固定された状態で、半田印刷が行われ、電子部品が載置され、リフロー炉で電子部品１１の実装が行われる（図１）。２００℃近いリフロー温度は、プリント配線板を構成する樹脂のＴg（ガラス転位点）を越えるため、実装される部品の重量と基板の残留応力によって、プリント配線板に反りが生じ易い。ここで、第１実施形態では、フレーム部２０に固定されたプリント配線板１０は、電子部品１１の重量による応力と共にプリント配線板１０には中心側への応力が生じるが、上述したように、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍの主面方向への熱膨張係数がプリント配線板１０の熱膨張係数よりも大きいため、プリント配線板１０よりも相対的にフレーム部２０が面方向（短手方向と平行方向Ｆｖ、長手方向と平行方向Ｆｈ）に広がり、固定されたプリント配線板１０に、上述したプリント配線板１０に中心側への応力を打ち消す外縁側への応力を加える。これにより、リフローにおいてもプリント配線板に反りを生じさせない。

第１実施形態の多数個取り用プリント配線板１１０では、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭの側壁が貫通孔２２の側壁へ突き合わされた状態でカシメらているため、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭに生じる面方向の応力を効率的にフレーム部２０へ伝えることができる。

また、プリント配線板とプリント配線板との間に中間の金属板２４Ｍが配置されるため、プリント配線板とプリント配線板との間に生じる応力を緩和することができる。

更に、補強金属板２４ＭＭが、プリント配線板とプリント配線板との間の距離が短くなっている部位に配置されているので、該補強金属板２４ＭＭによってフレーム部を補強することができる。

第１実施形態の多数個取り用プリント配線板１１０は、フレーム部２０に検査用パッド３２を有するため、プリント配線板の検査を行うことができる。

なお、金属板２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ、補強金属板２４ＭＭの合計面積は、フレーム部全体の面積の２０％以上であることが望ましい。合計面積が２０％未満では、プリント配線板の応力緩和を十分に行い得ない。

電子部品の実装後に、図２（Ｃ）に示すように、プリント配線板の支持片１２から矩形形状のプリント配線板１０が切り落とされ、フレーム部２０のスリット１６に支持片１２の基部を残した状態で、プリント配線板が分離される。

第１実施形態の第１改変例のプリント配線板は、図５に示される構成で、コア絶縁層５０Ｍには心材が配置され、層間絶縁層５０Ａ、５０Ｃ、５０Ｅ、５０Ｇ、５０Ｉ、層間絶縁層５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆ、５０Ｈ、５０Ｊには心材が配置されていない。このため、剛性が低くプリント配線板に反りが生じ易いが、金属板によりリフローにおいてもプリント配線板に反りを生じさせない。

[第１実施形態の第２改変例]
図７（Ａ）は、第１実施形態の第２改変例に係る複合配線板を示し、図７（Ｂ）は金属板２４ＶＡを拡大して示す。
第１実施形態の第２改変例では、多数個取り用プリント配線板１１０のフレーム部２０に固定される金属板２４ＶＡ、２４ＨＡ、２４ＭＡの角部が面取りされている。これにより、角部からの応力でフレーム部２０にクラックが生じることが防がれる。図７（Ｂ）は、第１実施形態の第２改変例の変形例に係る金属板２４Ｂを示す。変形例では、金属板の側面に全てアールが付けられ、直線上の側壁からの応力が生じないように形成されている。

[第２実施形態]
図８は、第２実施形態に係る多数個取り用プリント配線板１１０を示す。
水平方向に配置される金属板２４Ｈは、フレーム部２０の長手方向の外周に沿って、プリント配線板を挟んで対称に位置するように配置されている。垂直方向に配置される金属板２４Ｖは、フレーム部２０の短手方向の外周に沿って、対称に位置するように配置され、中間の金属板２４Ｍは、プリント配線板とプリント配線板との間に、上記垂直方向に配置される金属板２４Ｖを含めプリント配線板を挟んで対称に位置するように配置される。第２実施形態の多数個取り用プリント配線板１１０では、局所的に応力を集中させ難い利点がある。

１０プリント配線板
１２支持片
１６スリット
２０フレーム部
２２貫通孔
２４Ｖ、２４Ｈ、２４Ｍ金属板
２４ＭＭ補強金属板

Claims

配線板から成るピース部と、
前記ピース部を囲む複数のスリットを備え、該スリット間に設けられた切断用の支持片を介して前記ピース部の外縁を固定するフレーム部と、を有し、
前記フレーム部は、前記ピース部と同材料からなる第１の部分と、前記ピース部よりも熱膨張係数が高い材料から成る第２の部分とから成る複合配線板。
請求項１の複合配線板であって、
前記第２の部分は、前記第１の部分に設けられた通孔に、該第１の部分よりも熱膨張係数の高い材料片が填め込まれてなる。
請求項２の複合配線板であって、
前記第２の部分は金属板から成る。
請求項３の複合配線板であって、
前記金属板は、前記第１の部分に設けられた通孔に塑性変形され填め込まれている。
請求項３の複合配線板であって、
前記金属板は、矩形形状のフレーム部の外周に沿って配置されている。
請求項５の複合配線板であって、
更に、前記金属板は、前記ピース部と前記ピース部との間に配置されている。
請求項６の複合配線板であって、
更に、前記金属板が、前記ピース部と前記ピース部との間で、該ピース部と該ピース部との間の距離が短くなっている部位に配置されている。
請求項１の複合配線板であって、
前記第１の部分に検査用パッドを有する。
請求項１の複合配線板であって、
前記第２の部分の面積は、前記フレーム部全体の面積の２０％以上である。
請求項２の複合配線板であって、
前記第２の部分の表面は、前記第１の部分の表面よりも凹み、
前記第２の部分の裏面は、前記第１の部分の裏面よりも凹んでいる。
請求項１の複合配線板であって、
前記ピース部は、心材を備えるコア基板と、該コア基板上に積層される層間樹脂絶縁層及び導体層から成るビルドアップ層とを有し、
前記ビルドアップ層の層間樹脂絶縁層は心材を備えない。
請求項３の複合配線板であって、
前記金属板の側壁は、前記通孔の側壁と密着している。