JP4752367B2

JP4752367B2 - 多層配線基板

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Publication number: JP4752367B2
Application number: JP2005206710A
Authority: JP
Inventors: 久雄星野; 佳彦南谷
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: JP2007027368A

Description

本発明は、多層配線基板に関するものである。

従来、複数の基材及び導電層を積層して形成された多層の配線構造を有する基板、すなわち、多層配線基板に各種の電子部品を取り付け、かつ、電気的に接続するに当たり、例えば、ポイントフロー（スポットフロー）式の半田付けが行われるようになっている。

そのために、前記多層配線基板は、一方の面に部品面が、他方の面に半田面が形成され、部品面と半田面との間にスルーホールが貫通させて形成され、該スルーホールに前記電子部品のリードが挿入される。そして、前記各導電層が有する配設パターンのうちの所定の配設パターンと前記リードとを電気的に接続するために、スルーホールにランドが配設される。

前記ポイントフロー式の半田付けにおいては、半田面上の半田付けをする各点（以下「半田付けポイント」という。）を含む所定の領域にわたって半田付けエリアが設定され、該半田付けエリアの各半田付けポイントに、溶融させられた半田を同時に供給するようにしている。

そのために、半田付けエリアの全体を包囲するだけの面積を有するノズルが、半田ロボットによって前進させられ、半田付けエリアとほぼ接触する位置、すなわち、半田付け位置に置かれ、ノズル内の溶融させられた半田が、各半田付けポイントに向けて吐出させられ、塗布される。

そして、前記半田面において、リードの先端側からスルーホールに向けて吐出された前記半田は、スルーホールの内周面とリードの外周面との間の隙（すき）間を、半田面側から部品面側に向けて流れ、部品面側からスルーホール外に出る。その結果、半田は、スルーホール内を満たし、半田面及び部品面に円錐（すい）形の半田フィレットが形成される。

しかしながら、前記従来のポイントフロー式の半田付けにおいては、通常のフロー式の半田付けと比較すると、半田の熱容量が小さいので、前記導電層に熱が奪われてしまうことがある。例えば、電子部品としてのコネクタを多層配線基板に取り付けるに当たり、前記コネクタのリードと配設パターンとがスルーホール内で接続されることになるが、所定の配設パターンの熱容量が大きい場合に、前記配設パターンに半田の熱量の多くが伝達されると、半田面側から部品面側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができなくなり、半田上り不良が発生しやすい。

この種の半田上り不良が発生すると、振動等が加わることによって断線が発生することがあるので、手作業で半田付けを修正するようにしている。ところが、手作業で半田付けを修正する場合、フロー式の半田付けより高温（通常は３００〔℃〕以上）で行う必要があるので、長時間（例えば、５秒以上）修正作業を行うと、電子部品の信頼性が低下することがある。

本発明は、前記従来の多層配線基板の問題点を解決して、半田上り不良が発生するのを防止することができ、電子部品の信頼性を向上させることができる多層配線基板を提供することを目的とする。

そのために、本発明の多層配線基板においては、複数の基材と、該各基材に積層させて形成され、所定の配線パターンを有する複数の導電層と、前記基材及び前記導電層を貫通するスルーホールに配設されたランドとを有するとともに、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入され、前記リードと前記ランドとが接合材によって接続され、一方の面に前記電子部品を取り付けるための部品面が、他方の面に半田付けを行うための半田面が形成されるようになっている。

そして、前記配線パターンのうちの熱容量の大きい配線パターンが、熱容量の小さい配線パターンより半田面側で前記ランドと接続される。
また、前記半田面で前記ランドと接続される配線パターンは電力供給用の太い配線で形成される。

本発明によれば、多層配線基板においては、複数の基材と、該各基材に積層させて形成され、所定の配線パターンを有する複数の導電層と、前記基材及び前記導電層を貫通するスルーホールに配設されたランドとを有するとともに、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入され、前記リードと前記ランドとが接合材によって接続され、一方の面に前記電子部品を取り付けるための部品面が、他方の面に半田付けを行うための半田面が形成されるようになっている。

この場合、配線パターンのうちの熱容量の大きい配線パターンが、熱容量の小さい配線パターンより半田面側で前記ランドと接続されるので、電子部品を多層配線基板に半田付けする際に、半田の熱量の多くが熱容量の大きい配設パターンに伝達されることはない。したがって、半田面側から部品面側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができ、半田上り不良が発生するのを防止することができる。

その結果、振動等が加わることによって断線が発生することがなくなるので、手作業で半田付けを修正する必要がなくなる。また、仮に、手作業で半田付けを修正する必要が生じても、長時間修正作業を行う必要がなくなるので、電子部品の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における多層配線基板の要部を示す断面図、図２は本発明の実施の形態におけるコネクタの取付状態を示す断面図、図３は本発明の実施の形態におけるランド部と第１の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図、図４は本発明の実施の形態におけるランド部と第２の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図、図５は本発明の実施の形態におけるランド部と第３の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図、図６は本発明の実施の形態におけるランド部と第４の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図である。

図において、１１は多層配線基板であり、該多層配線基板１１の一方の面に、コネクタ２１等の部品面Ｓａが、他方の面に、半田付けを行うための半田面Ｓｂが形成される。前記多層配線基板１１は、複数の、本実施の形態においては、３個のベース材としての第１〜第３の基材Ｂｉ（ｉ＝１〜３）、該第１〜第３の基材Ｂｉの両面に所定の厚さで積層して形成された第１〜第４の導電層εｊ（ｊ＝１〜４）、及び第１、第４の導電層ε１、ε４を被覆する図示されない被覆層を備える。

前記各第１〜第３の基材Ｂｉは、樹脂、セラミックス、紙フェノール等の絶縁性の高い材料（以下「絶縁体」という。）、本実施の形態においては、ガラスエポシキ樹脂によって所定の厚さで形成され、前記第１〜第４の導電層εｊは、銅、タングステン等の導電性の高い材料（以下「導電体」という。）によって、めっきにより形成され、所定の配線パターンを有する。また、前記被覆層は絶縁体、本実施の形態においては、ソルダレジストによって形成される。

なお、前記部品面Ｓａに、前記コネクタ２１のほか、図示されない集積回路チップ、半導体パッケージ、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイル等の電子部品が取り付けられる。また、前記半田面Ｓｂにも所定の電子部品が取り付けられる。

そして、スルーホール１５が部品面Ｓａから半田面Ｓｂに向けて貫通させて形成され、前記スルーホール１５にコネクタ２１の複数のリードｔｕｋ（ｋ＝１、２、…）、ｔｄｍ（ｍ＝１、２、…）が挿入される。

また、該リードｔｕｋ、ｔｄｍと前記各第１〜第４の導電層εｊの配設パターンのうちの所定の配設パターンとの間を、互いに電気的に接続するために、スルーホール１５に、円柱状のランド１６が配設される。該ランド１６は、銅、タングステン等の導電性の高い材料によって、めっきにより形成され、部品面Ｓａから半田面Ｓｂに向けて延びる筒状部１７、及び第１〜第３の基材Ｂｉの両面に、各第１〜第４の導電層εｊと対応させて、かつ、筒状部１７から径方向外方に向けて突出させて形成されたフランジ部としての、かつ、環状の、第１〜第４のランド部Ｌｊ（ｊ＝１〜４）を備え、該各第１〜第４のランド部Ｌｊのうちの所定のランド部と対応する配設パターンとが電気的に接続される。

そして、前記半田面Ｓｂにおいて、溶融させられた接合材としての半田がリードｔｕｋ、ｔｄｍの先端側からスルーホール１５に向けて吐出されると、半田は、スルーホール１５の内周面とリードｔｕｋ、ｔｄｍの外周面との間の隙間を、半田面Ｓｂ側から部品面Ｓａ側に向けて流れ、部品面Ｓａ側からスルーホール１５外に出る。その結果、半田は、スルーホール１５内を満たし、半田面Ｓｂ及び部品面Ｓａに円錐形の半田フィレットｆ１、ｆ２が形成される。

ところで、ポイントフロー式の半田付けにおいては、通常のフロー式の半田付けと比較すると、半田の熱容量が小さいので、前記第１〜第４の導電層εｊの配設パターンに熱が奪われてしまうことがある。すなわち、第１〜第４の導電層εｊの配設パターンのうちの所定の配設パターンの熱容量が大きい場合に、前記配設パターンに半田の熱量の多くが伝達されると、半田面Ｓｂ側から部品面Ｓａ側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができなくなり、半田上り不良が発生しやすい。

そこで、本実施の形態においては、面積が大きく、熱容量が大きい配設パターンほど半田面Ｓｂ側に、面積が小さく、熱容量が小さい配設パターンほど部品面Ｓａ側に配設するようにしている。すなわち、各配設パターンのうちの熱容量の大きい配設パターンが、熱容量の小さい配設パターンより半田面Ｓｂ側で前記ランド１６と接続される。また、熱容量の小さい配設パターンが、熱容量の大きい配設パターンより部品面Ｓａ側で前記ランド１６と接続される。部品面Ｓａ側において、配設パターンとランド１６とが接続されないようにすることができる。

例えば、コネクタ２１を多層配線基板１１に取り付けるに当たり、各リードｔｕｋ、ｔｄｍのうちの接地用のリードをｔｄ１としたとき、第２〜第４の導電層ε２〜ε４のうちの一つの導電層の配設パターンを、好ましくは、第３の導電層ε３又は第４の導電層ε４の配設パターンを接地用として使用し、該配線パターンをべたパターンで形成する。本実施の形態においては、第３の導電層ε３の配設パターンが接地用として使用され、前記リードｔｄ１と第３の導電層ε３の配設パターンとが接続される。

この場合、第３の導電層ε３の配設パターンは、べたパターンで形成されるので、熱容量が大きいが、半田面Ｓｂに近い位置に形成されるので、半田の熱量の多くが第３の導電層ε３の配設パターンに伝達されることはない。したがって、半田面Ｓｂ側から部品面Ｓａ側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができ、半田上り不良が発生するのを防止することができる。

また、前記第３のランド部Ｌ３を内側ランド部とし、第３の導電層ε３の配設パターンを外側ランド部としたとき、内側ランド部と外側ランド部とが、周方向における複数箇所、本実施の形態においては、４箇所に形成された架橋部ｃｎ１〜ｃｎ４を介して接続される。

そして、架橋部ｃｎ１、ｃｎ２間に扇状の溝ｄ１が、架橋部ｃｎ２、ｃｎ３間に扇状の溝ｄ２が、架橋部ｃｎ３、ｃｎ４間に扇状の溝ｄ３が、架橋部ｃｎ４、ｃｎ１間に扇状の溝ｄ４が形成され、前記第３のランド部Ｌ３、第３の導電層ε３の配設パターン、架橋部ｃｎ１〜ｃｎ４及び溝ｄ１〜ｄ４によって、サーマルランドが構成される。

該サーマルランドとは、ランドとベタパターンとを接続し、かつ、熱的に分離することによって、ランドからべたパターンに移動する熱量を少なくするためのものであり、内側ランド部と外側ランド部とのクリアランス、すなわち、溝ｄ１〜ｄ４の径方向長さが大きいほど、ランドからべたパターンに移動する熱量が少なくなり、溝ｄ１〜ｄ４の径方向長さが小さいほど、ランドからべたパターンに移動する熱量が多くなる。本実施の形態において、溝ｄ１〜ｄ４の径方向長さは０．５〔ｍｍ〕以上にされる。

したがって、半田の熱量が第３の導電層ε３の配設パターンに伝達されるのを一層抑制することができるので、半田面Ｓｂ側から部品面Ｓａ側に向けて溶融させられた半田を一層十分に供給することができ、半田上り不良が発生するのを一層防止することができる。

ところで、べたパターン以外の太い配線（例えば、パターン幅が１〔ｍｍ〕以上）で形成された配線パターンを有する導電層についても、半田面Ｓｂ側に形成するのが好ましい。次に、太い配線で形成された配線パターンを半田面Ｓｂ側に形成するようにした多層配線基板１１について説明する。

図７は本発明の実施の形態におけるランド部と第１の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図、図８は本発明の実施の形態におけるランド部と第２の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図、図９は本発明の実施の形態におけるランド部と第３の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図、図１０は本発明の実施の形態におけるランド部と第４の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図である。

この場合、図示されない電源回路と、多層配線基板１１に形成された所定の回路との間にコネクタ２１（図２）を配設し、該コネクタ２１を介して電力を供給する場合、各リードｔｕｋ、ｔｄｍのうち、所定のリードを電力供給用の太い配線で形成された配線パターンと接続する必要が生じる。そして、各第１〜第４の導電層εｊのうちの、例えば、第３、第４の導電層ε３、ε４のうちの一つの導電層の配設パターンが太い配線で形成され、本実施の形態においては、第４の導電層ε４の配設パターンが太い配線で形成され、前記所定のリードと第４の導電層ε４の配設パターンとが接続される。

この場合、第４の導電層ε４の配設パターンは、太い配線で形成されるので、熱容量が大きいが、半田面Ｓｂに近い位置に形成されるので、半田の熱量の多くが第４の導電層ε４の配設パターンに伝達されることはない。したがって、半田面Ｓｂ側から部品面Ｓａ側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができ、半田上り不良が発生するのを防止することができる。

このように、第３、第４の導電層ε３、ε４の配設パターンを熱容量の大きい導電層として形成し、最も部品面Ｓａ側の第１の導電層ε１の配設パターンを、熱容量の小さい導電層として形成し、熱容量の大きい導電層として形成しないようにしているので、コネクタ２１を多層配線基板１１に半田付けする際に、半田の熱量の多くが熱容量の大きい第３、第４の導電層ε３、ε４の配設パターンに伝達されることはない。したがって、半田面側Ｓｂから部品面Ｓａ側に向けて溶融させられた半田を十分に供給することができ、半田上り不良が発生するのを防止することができる。

その結果、振動等が加わることによって断線が発生することがなくなるので、手作業で半田付けを修正する必要がなくなる。また、仮に、手作業で半田付けを修正する必要が生じても、長時間修正作業を行う必要がなくなるので、コネクタ２１等の各電子部品の信頼性を向上させることができる。

本実施の形態においては、第１〜第４の導電層εｊの配設パターンのうちの面積が大きく、熱容量の大きい配設パターンが、面積が小さく、熱容量の小さい配設パターンより半田面Ｓｂ側で前記ランド１６と接続されるようになっているが、第１〜第４の導電層εｊのうちの厚い導電層を、薄い導電層より半田面Ｓｂ側に配設したり、第１〜第４の導電層εｊのうちの熱伝導率の高い導電層を、熱伝導率の低い導電層より半田面Ｓｂ側に配設したりすることができる。

なお、前記熱伝導率は、第１〜第４の導電層εｊを構成する材質を異ならせることによって調整され、基準の熱伝導率を有する導電層を銅によって形成したとき、銅より熱伝導率の高い材料を添加することによって導電層の伝導率を高くしたり、銅より熱伝導率の低い材料を添加することによって導電層の伝導率を低くしたりすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における多層配線基板の要部を示す断面図である。本発明の実施の形態におけるコネクタの取付状態を示す断面図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第１の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第２の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第３の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第４の導電層の配設パターンとの関係を示す第１の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第１の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第２の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第３の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図である。本発明の実施の形態におけるランド部と第４の導電層の配設パターンとの関係を示す第２の図である。

符号の説明

１１多層配線基板
１５スルーホール
１６ランド
１７筒状部
２１コネクタ
Ｂｉ第１〜第３の基材
ｄ１〜ｄ４溝
Ｌｊ第１〜第４のランド部
Ｓａ部品面
Ｓｂ半田面
εｊ第１〜第４の導電層

Claims

複数の基材と、該各基材に積層させて形成され、所定の配線パターンを有する複数の導電層と、前記基材及び前記導電層を貫通するスルーホールに配設されたランドとを有するとともに、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入され、前記リードと前記ランドとが接合材によって接続され、一方の面に前記電子部品を取り付けるための部品面が、他方の面に半田付けを行うための半田面が形成された多層配線基板において、
前記配線パターンのうちの熱容量の大きい配線パターンが、熱容量の小さい配線パターンより半田面側で前記ランドと接続され、
前記半田面で前記ランドと接続される配線パターンは電力供給用の太い配線で形成されることを特徴とする多層配線基板。
前記配線パターンのうちの面積の大きい配線パターンが、面積の小さい配線パターンより半田面側で前記ランドと接続される請求項１に記載の多層配線基板。
前記各導電層のうちの厚い導電層が、薄い導電層より半田面側に配設される請求項１に記載の多層配線基板。
複数の基材と、該各基材に積層させて形成され、所定の配線パターンを有する複数の導電層と、前記基材及び前記導電層を貫通するスルーホールに配設されたランドとを有するとともに、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入され、前記リードと前記ランドとが接合材によって接続され、一方の面に前記電子部品を取り付けるための部品面が、他方の面に半田付けを行うための半田面が形成された多層配線基板において、
前記配線パターンのうちの熱伝導率の高い配線パターンが、熱伝導率の低い配線パターンより半田面側で前記ランドと接続され、
前記半田面で前記ランドと接続される配線パターンは電力供給用の太い配線で形成されることを特徴とする多層配線基板。
前記配線パターンの熱伝導率は、導電層を構成する材質を異ならせることによって調整される請求項４に記載の多層配線基板。
前記ランドと配線パターンとの間に、ランドから配線パターンに伝わる熱量を少なくするための溝が形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層配線基板。