JP2020107676A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【解決手段】配線基板は、絶縁基板と、絶縁基板の表面に存在し、電子部品が半田を介して実装される実装領域と、実装領域に位置する第１パッド１１ａと、実装領域に位置し、平面視した場合に第１パッドよりも大きな面積を有する第２パッド１１ｂと、第１パッドの表面に存在する第１半田被着面と、第２パッドの表面に存在し、第１半田被着面と実質的に同一の高さの第２半田被着面とを含む。第１半田被着面は、平面視した場合に第１パッドの表面と実質的に同一の大きさおよび形状を有する。第２半田被着面は、平面視した場合に第１半田被着面と実質的に同一の形状および大きさを有しており、１つの第２パッドの表面に互いに間隔を空けて複数位置している。【効果】接続不良が生じにくく電気的信頼性に優れた電子部品実装構造体が得られる。【選択図】図２

Description

本発明は、配線基板に関する。

半導体素子やコンデンサなどの電子部品が実装される配線基板において、このような電子部品と接続するためのパッドとしては、信号用、電源用、接地用などが存在する。配線基板に形成されるパッドは、例えばこれらの用途に応じて、特許文献１に記載のように１つの配線基板内においても種々の大きさで存在する。

特開平６−２０４２８８号公報

本開示に係る配線基板は、絶縁基板と；絶縁基板の表面に存在し、電子部品が半田を介して実装される実装領域と；実装領域に位置する第１パッドと；実装領域に位置し、平面視した場合に第１パッドよりも大きな面積を有する第２パッドと；第１パッドの表面に存在する第１半田被着面と；第２パッドの表面に存在し、第１半田被着面と実質的に同一の高さの第２半田被着面とを含む。第１半田被着面は、平面視した場合に第１パッドの表面と実質的に同一の大きさおよび形状を有する。第２半田被着面は、平面視した場合に第１半田被着面と実質的に同一の形状および大きさを有しており、１つの第２パッドの表面に互いに間隔を空けて複数位置している。

本開示に係る電子部品実装構造体は、本開示に係る配線基板に、電極を有する電子部品が半田を介して実装されている。

本開示の一実施形態に係る配線基板を示す説明図であり、図１（Ａ）は配線基板と電子部品とを接続する前を示し、図１（Ｂ）は配線基板と電子部品とを接続した状態（電子部品実装構造体）を示す。 図１に示す領域Ｘの構造の一実施形態を説明した拡大説明図である。 図１に示す配線基板において、第２パッド上に備えられた電子部品接続ポストの配置例を説明した説明図である。 本開示の一実施形態に係る配線基板に、電極に配線基板接続ポストが備えられた電子部品を搭載した際の図１に示す領域Ｘの構造を説明した拡大説明図である。 図１に示す領域Ｘの構造の他の実施形態を示す拡大説明図である。 図１に示す領域Ｘの構造のさらに他の実施形態を示す拡大説明図である。

配線基板に備えられた電子部品接続パッドは、全て同じ大きさを有しているとは限らない。例えば、信号配線に接続されるパッドは、電源配線に接続されるパッドと比べて、平面視した際の面積が小さく形成されることがある。そのため、電子部品接続パッドの上にはんだバンプを形成すると、パッドの大きさによってはんだの量が異なる。その結果、小さい面積を有するパッドに形成されるはんだバンプの高さは低くなり、大きな面積を有するパッドに形成されるはんだバンプの高さは高くなる。このような異なる高さを有するはんだバンプに、半導体素子やコンデンサなどの電子部品を実装すると、接続不良などが生じやすく電気的信頼性が低下する。

本開示の配線基板は、上記のように、第１パッドの表面に存在する第１半田被着面と；第１パッドよりも大きな面積を有する第２パッドの表面に存在し、第１半田被着面と実質的に同じ高さの第２半田被着面とを含む。第２半田被着面は、第１半田被着面と実質的に同一の形状および大きさを有しており、１つの第２パッドの表面に互いに間隔を空けて複数位置している。したがって、各電子部品接続ポストの表面に被着するはんだが略同量となり、はんだバンプの高さを略均一にすることができる。その結果、半導体素子やコンデンサなどの電子部品を実装しても接続不良などが生じにくく、電気的信頼性を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１〜３に基づいて説明する。図１（Ａ）に示すように、一実施形態に係る配線基板１は、表面に電子部品２が搭載される実装領域Ａを有している。一実施形態に係る配線基板１は、図１（Ａ）には具体的に図示していないが、例えば絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有している。

絶縁層は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。絶縁層の厚みは特に限定されず、例えば３μｍ以上８００μｍ以下である。それぞれの絶縁層は同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。さらに、絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。

絶縁層には、通常、層間を電気的に接続するためのビアホール導体が充填されるビアホールが形成されている。ビアホールは、例えばＣＯ₂レーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザーなどのようなレーザー加工によって形成される。必要に応じて、絶縁層のうちの１層を配線基板１の基体となるコア層として扱ってもよい。コア層には、通常、配線基板の上下面を電気的に接続するためのスルーホール導体が充填されるスルーホールが形成されている。スルーホールは、例えばドリル加工やブラスト加工によって形成される。あるいは、スルーホールもビアホールと同様、例えばＣＯ₂レーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザーなどのようなレーザー加工によって形成されてもよい。

導体層は絶縁層の表面に形成されており、例えば周知のセミアディティブ法により、無電解銅めっき層、および電解銅めっき層を絶縁層の表面に析出させることで形成される。具体的には、次の通りである。まず、絶縁層の表面に無電解銅めっき処理を施す。処理後、乾燥して、めっきレジストでパターンに応じた開口を形成する。パターンを形成しない部分は、めっきレジストでマスクする。次いで、電解銅めっき処理を施すことで、無電解銅めっきが露出している部分のみにパターンを成長させる。電解銅めっき処理後、めっきレジストを剥離し、エッチングでパターン間の無電解銅めっきを除去する。

あるいは、導体層は次の方法によっても得られる。まず、表面に導体（例えば、銅箔など）が形成された絶縁板に、エッチングレジストであるドライフィルムを公知の方法で貼付して露光および現像する。その後、エッチングを行ってドライフィルムを剥離すると、絶縁層の表面に導体層が形成される。

導体層としては、パッド１１、信号用や電源用などの配線導体１２などが挙げられる。図１（Ｂ）に示すように、配線基板１と電子部品２とは半田バンプ１３を介して接続される。具体的には、配線基板１の実装領域Ａに形成されたパッド１１と電子部品２に備えられた電極２１とが、半田バンプ１３を介して接続され、電子部品実装構造体３が得られる。

図２に示すように、配線基板１には、大きさの異なる複数のパッド１１が形成されている。配線基板１には、平面視した場合に面積の小さい第１パッド１１ａと第１パッド１１ａよりも大きな面積を有する第２パッド１１ｂが形成されている。パッド１１（第１パッド１１ａおよび第２パッド１１ｂ）の形状は限定されず、例えば平面視した場合に、円形状、矩形状などである。

一実施形態の配線基板１において第１パッド１１ａの表面には、第１半田被着面として、平面視した場合に第１パッド１１ａの表面と実質的に同一の大きさおよび形状を有する電子部品接続ポスト１１１が、実質的に同一の高さで形成されている。一方、第２パッド１１ｂの表面にも第２半田被着面として、第１パッド１１ａの表面に形成された電子部品接続ポスト１１１と実質的に同一の高さで、実質的に同一の大きさおよび形状を有する電子部品接続ポスト１１１が互いに間隔を空けて複数形成されている。

電子部品接続ポスト１１１は、銅、アルミ、スズ、ニッケルなどの導体で形成されており、例えば、めっき処理を施すことによって形成される。電子部品接続ポスト１１１の高さは、パッド１１の大きさや電子部品２の大きさなどによって適宜設定され、例えば３０μｍ以上４００μｍ以下程度である。

第２パッド１１ｂの表面に形成される電子部品接続ポスト１１１は、電子部品２に備えられた電極２１と接続できれば限定されない。例えば、第２パッド１１ｂの表面に、複数の電子部品接続ポスト１１１が規則的に配置されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。

図３（Ａ）に示すように、第２パッド１１ｂが平面視した場合に円形状であれば、電子部品接続ポスト１１１を第２パッド１１ｂと同心円状に配置すると、電子部品２を搭載した際の接続応力が均一に分散されやすくなる。一方、図３（Ｂ）に示すように、電子部品接続ポスト１１１を格子状に配置すると、配線基板１と電子部品２との隙間を封止する封止樹脂の充填性が向上する。

電子部品２との接続性の観点から、第２パッド１１ｂの表面に形成された電子部品接続ポスト１１１は、比較的密に形成されているのがよい。例えば、平面視した場合に、第２パッド１１ｂの表面に形成された電子部品接続ポスト１１１の総面積が、第２パッド１１ｂの表面の面積の１０％以上であってもよく、８０％以上であってもよい。

一実施形態に係る配線基板１には、上述のように、第１パッド１１ａの表面および第２パッド１１ｂの表面に、実質的に同一の高さで、実質的に同一の大きさおよび形状を有する電子部品接続ポスト１１１が形成されている。そのため、電子部品接続ポスト１１１に形成される半田バンプ１３の高さを略均一にすることができ、図１（Ｂ）に示すように、電子部品２を安定して接続することができる。その結果、接続不良などが生じにくく電気的信頼性に優れた電子部品実装構造体３が得られる。

図４に示すように、電子部品２に備えられた電極２１に配線基板接続ポスト２１１が形成されていてもよい。配線基板接続ポスト２１１の表面には半田バンプ１３が形成され、配線基板１の第２パッド１１ｂと接続されている。配線基板接続ポスト２１１は、平面視した場合に、第２パッド１１ｂの表面に形成された電子部品接続ポスト１１１と対向しない位置に配置されている。電子部品実装構造体３が図４に示すような構造を有していると、例えば、製造上の限界によって第２パッド１１ｂの表面に電子部品接続ポスト１１１を高密度で形成できない場合であっても、配線基板１と電子部品２との導電経路を増加させることができる。

次に、本開示の他の実施形態に係る配線基板を、図５に基づいて説明する。図５に示される他の実施形態に係る配線基板１０では、第１パッド１０１ａ上に存在する第１半田被着面、および第２パッド１０１ｂ上に存在する第２半田被着面として、一実施形態に係る配線基板１のように電子部品接続ポストが形成されていない。配線基板１０では、第１パッド１０１ａの上面および第２パッド１０１ｂの上面自体を、第１半田被着面および第２半田被着面として扱っている。

具体的には、第１パッド１０１ａの上面には、直接半田バンプ１３が形成されている。一方、第２パッド１０１ｂの上面には、半田濡れ性が悪い物質で形成された層１０２が積層されている。この層１０２には開口部が形成されており、第２パッド１０１ｂの上面のうち、この開口部による露出部に直接半田バンプ１３が形成されている。この開口部は、平面視した場合に第１パッド１０１ａと実質的に同一の形状および大きさを有している。この層１０２の高さは、パッド１０１ｂの大きさや電子部品２の大きさなどによって適宜設定され、例えば３０μｍ以上４００μｍ以下程度である。

半田濡れ性が悪い物質としては、例えばクロムめっき、タングステンめっき、薄ソルダーレジストなどが挙げられる。このような半田濡れ性が悪い物質で層１０２が形成されると、この層１０２の開口部に半田バンプ１３を形成する際に、半田濡れ性が悪い物質がダムのように作用する。その結果、半田が開口部に留まりやすく、開口部からはみ出しにくくなる。

配線基板１０においては、上述のように、第１パッド１０１ａの上面（第１半田被着面）と第２パッド１０１ｂの上面のうち開口部による露出部（第２半田被着面）とが、平面視した場合に実質的に同一の形状および大きさを有している。そのため、第１半田被着面と第２半田被着面とに形成される半田バンプ１３の高さを略均一にすることができ、図１（Ｂ）に示すように、電子部品２を安定して接続することができる。その結果、接続不良などが生じにくく電気的信頼性に優れた電子部品実装構造体３が得られる。

次に、本開示のさらに他の実施形態に係る配線基板を、図６に基づいて説明する。図６に示されるさらに他の実施形態に係る配線基板１０’では、第１パッド１０１ａ’上に存在する第１半田被着面、および第２パッド１０１ｂ’上に存在する第２半田被着面として、一実施形態に係る配線基板１のように電子部品接続ポストが形成されていない。

配線基板１０’では、第１パッド１０１ａ’の上面自体を、第１半田被着面として扱っている。一方、第２パッド１０１ｂ’の上面には、半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３が積層され、この層１０３の上面が第２半田被着面となる。半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３は、第２パッド１０１ｂ’の上面に複数形成されており、平面視した場合に第１パッド１０１ａと実質的に同一の形状および大きさを有している。

配線基板１０’のように、第２パッド１０１ｂ’の上面に、半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３が積層された構造は、例えば、第２パッド１０１ｂ’の高さが第１パッド１０１ａ’の高さよりも低い場合に有用である。すなわち、半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３の高さ（厚み）を、第１パッド１０１ａ’の高さと第２パッド１０１ｂ’の高さとの差と等しくすれば、第１半田被着面と第２半田被着面とが実質的に同一の高さとなる。あるいは、第１パッド１０１ａ’の高さと第２パッド１０１ｂ’の高さが略同一であっても、半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３の厚みが極めて薄ければ、第１半田被着面と第２半田被着面とが実質的に同一の高さと言える範囲にある。

半田濡れ性が良好な物質としては、例えば金、銀、錫、はんだなどが挙げられる。このような半田濡れ性が良好な物質で層１０３が形成されると、この層１０３の上面に半田バンプ１３を形成する際に、半田がこの層１０３の上面から垂れにくく、この層１０３の上面に留まりやすくなる。

配線基板１０’においては、上述のように、第１パッド１０１ａ’の上面（第１半田被着面）と第２パッド１０１ｂ’の上面に形成された半田濡れ性が良好な物質で形成された層１０３（第２半田被着面）とが、平面視した場合に実質的に同一の形状および大きさを有している。そのため、第１半田被着面と第２半田被着面とに形成される半田バンプ１３の高さを略均一にすることができ、図１（Ｂ）に示すように、電子部品２を安定して接続することができる。その結果、接続不良などが生じにくく電気的信頼性に優れた電子部品実装構造体３が得られる。

１、１０、１０’ 配線基板
１１、１０１、１０１’ パッド
１１ａ、１０１ａ、１０１ａ’ 第１パッド
１１ｂ、１０１ｂ、１０１ｂ’ 第２パッド
１１１ 電子部品接続ポスト
１０２ 半田濡れ性が悪い物質で形成された層
１０３ 半田濡れ性が良好な物質で形成された層
１２ 配線導体
１３ 半田バンプ
２ 電子部品
２１ 電極
２１１ 配線基板接続ポスト
３ 電子部品実装構造体

Claims (10)

1. 絶縁基板と、
   絶縁基板の表面に存在し、電子部品が半田を介して実装される実装領域と、
   実装領域に位置する第１パッドと、
   実装領域に位置し、平面視した場合に第１パッドよりも大きな面積を有する第２パッドと、
   第１パッドの表面に存在する第１半田被着面と、
   第２パッドの表面に存在し、第１半田被着面と実質的に同一の高さの第２半田被着面と、
   を含み、
   第１半田被着面は、平面視した場合に第１パッドの表面と実質的に同一の大きさおよび形状を有しており、
   第２半田被着面は、平面視した場合に第１半田被着面と実質的に同一の形状および大きさを有しており、１つの第２パッドの表面に互いに間隔を空けて複数位置している、
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記第１半田被着面および第２半田被着面が、電子部品接続ポストで形成されている請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第１パッドおよび前記第２パッドが、平面視した場合に円形状を有している請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記第２パッドの表面に位置している前記電子部品接続ポストが、格子状に配置されている請求項２または３に記載の配線基板。
5. 前記第２パッドの表面に位置している前記電子部品接続ポストが、前記第２パッドと同心円状に配置されている請求項３に記載の配線基板。
6. 平面視した場合に、前記第２パッドの表面に備えられた前記電子部品接続ポストの総面積が、前記第２パッドの表面の面積の１０％以上である請求項２〜５のいずれかに記載の配線基板。
7. 前記第２半田被着面が、前記第２パッドの表面に積層された半田濡れ性が悪い物質の層に形成された開口部であり、
   半田濡れ性が悪い物質が、クロムめっき、タングステンめっきおよび薄ソルダーレジストからなる群より選択される１種である請求項１に記載の配線基板。
8. 前記第２半田被着面が、前記第２パッドの表面に積層された半田濡れ性が良好な物質で形成された層であり、
   半田濡れ性が良好な物質が、金、銀、錫、および半田からなる群より選択される１種である請求項１に記載の配線基板。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の配線基板に、電極を有する電子部品が半田を介して実装されている電子部品実装構造体。
10. 前記電子部品の前記第２パッドと対向する領域に、平面視した場合に前記第２パッドの表面に位置している前記電子部品接続ポストと対向しない位置に、配線基板接続ポストがさらに配置されている請求項９に記載の電子部品実装構造体。

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