JP5353696B2

JP5353696B2 - 複合多層配線板

Info

Publication number: JP5353696B2
Application number: JP2009516213A
Authority: JP
Inventors: 淳哉佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: US20100147566A1; JPWO2008146538A1; CN101683008A; US8404979B2; WO2008146538A1; CN101683008B

Description

本発明は、主として電気・通信分野での電子機器類に搭載される複合多層配線板の構造に関する。

従来、例えば携帯電話装置やPDA（Personal Digital Assistant）端末、ノートブック型のパーソナルコンピュータ端末、あるいはその他の多くの電子機器では、限られたスペースの中に多くの電子部品を実装したプリント配線基板が搭載されている。ところで、このような電子機器においては小型化および軽量化が進んだことで可搬性が向上し、その結果例えば運搬中に落下させる可能性が非常に高くなっている。このような落下時の衝撃力（落下衝撃力）が電子機器に印加された場合、プリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護することは、電子機器の信頼性の観点から非常に重要である。

現在、電子機器に搭載されている一枚のプリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護する構造として、プリント配線基板自身の剛性増加、プリント配線基板と電子機器端末の筐体との固定点への補強およびその固定点の数量増加など、の提案がなされている。さらに、プリント配線基板全面へ、もしくはプリント配線基板と電子機器端末筐体の固定点への緩衝材料付加、プリント配線基板上の電子部品と電子機器端末筐体との接触箇所への緩衝材料付加など、の提案もなされている。

図1は、特許文献１（特開2003-304081号公報）に開示された、従来から採用されているプリント配線基板の取り付け構造を示したものである。

これは、ハウジング1904と、ハウジング1904に固定された２つの基板支持体1901とを備えた基板取り付け治具を用意して、LSIパッケージ1908が実装されたプリント配線基板1905を取り付ける構造である。プリント配線基板1905が基板支持体1901の間にアーチ形状で挟持されて、ハウジング1904内に取り付けられている。

図2は、特許文献２（特開2002-151866号公報）に開示された、従来から採用されているプリント配線基板の取り付け構造を示したものである。

この構造では、筐体2001の各隅に配設されたタップ下穴2002を有する各ボス2006に対応したプリント配線板2003の位置に、貫通スリット孔2004が設けられる。そして、各貫通スリット孔2004を介してねじ2005を用いて各ボス2006のタップ下穴2002にねじ止めすることにより、プリント配線板2003が筐体2001に実装される。そのため、外的機械的ストレスが筐体2001に加えられたときに筐体2001が変形するが、貫通スリット孔2004のスリットの切られた方向にねじ2005とボス2006はスリットに沿ってスライドすることができる。それにより、プリント配線板2003の変形量が除去されるか、または筐体2001の変形量よりも少なくなる構造となっている。

図3は、特許文献３（特許第3698091号公報）に開示された、従来から採用されているプリント配線基板の取り付け構造を示したものである。

この構造では、機器ケース2102内に回路基板2101を保持するとき、機器ケース2102内に回路基板2101を浮かせた状態で回路基板2101の左辺部が機器ケース2102に対して固定される。そして、この回路基板2101の上下両面とこれに対向する機器ケース2102内の上下面との間に一対の緩衝材2105、2106が配置され、それにより、回路基板2101が上下から一対の緩衝材2105、2106で挟持されている。それにより、機器ケース2102に加わった衝撃が回路基板2101に伝わっても、回路基板2101の上下両面に配置された一対の緩衝材2105、2106によって回路基板2101の撓み変形を抑制することできる。その上、回路基板2101に伝わる衝撃を一対の緩衝材2105、2106によって緩和することができる。このため、機器ケース2102に加わった衝撃がそのまま回路基板2101に伝わることがなく、回路基板2101などの破損を防ぐことができる構造となっている。

以下、上記の背景技術が有する課題について述べる。

プリント配線基板上の電子部品は、通常、プリント配線基板上に形成してある電気配線にハンダ等の電気接続部材を用いて電気的機械的に接続されている。その故、プリント配線基板に落下衝撃力が印加されると、ハンダ等の電気接続部に過大な応力がかかり、ハンダ接続部の割れ、剥がれ等の欠陥が生じることがあり、それが電気的機械的信頼性を大きく低下させる要因となる。このときの、プリント配線基板の挙動は、落下衝撃力によるインパルス的な外力がプリント配線基板に印加され、このインパルス的外力によりプリント配線基板は落下衝撃力の印加方向と同じ方向に大きく湾曲（初期振幅）する。その後プリント配線基板の固有振動数で減衰振動（残留振動）した後静止する。一回の落下でハンダ接続部に欠陥が発生する場合、その要因は次のように考えられている。すなわち、プリント配線基板の初期振幅による大変形により、プリント配線基板上に形成してある電気配線とハンダ接合層（合金層）界面に大きな歪が発生して弾性応力限界を超え、ハンダ接続部が脆性破壊に至るためである。また、一回の落下では問題は発生しないが複数回の落下でハンダ接続部に欠陥が発生する場合、その要因は次のように考えられている。すなわち、プリント配線基板の残留振動による繰返し振動が、プリント配線基板上に形成してある電気配線とハンダ接合層（合金層）界面もしくはハンダ材に弾性応力限界内のある一定以上の応力を発生させる歪を繰返し発生させて、ハンダ接続部が疲労破壊に至るためである。

つまり、プリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護するためには、初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立が必要である。

先に述べたとおり、落下衝撃力が電子機器に印加された場合、プリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護することは、電子機器の信頼性の観点から非常に重要である。そのため、電子機器に搭載されている一枚のプリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護する構造として、プリント配線基板自身の剛性増加、プリント配線基板と電子機器端末筐体の固定点への補強および固定点の数量増加、などの提案がなされている。さらに、プリント配線基板全面へ、もしくはプリント配線基板と電子機器端末筐体の固定点への緩衝材料付加、プリント配線基板上の電子部品と電子機器端末筐体との接触箇所への緩衝材料付加など、の提案もなされている。

上記のように、プリント配線基板自身の剛性増加、プリント配線基板と電子機器端末筐体の固定点への補強および固定点の数量増加等の対策を施した場合、振動系のバネ定数が増加することにより初期振幅は低減できる。しかしながら、この場合プリント配線基板の固有振動数が高くなり、且つ、振動系の減衰率は変化しないから、残留振動の波数は逆に多くなってしまう。

また、プリント配線基板全面へ、もしくはプリント配線基板と電子機器端末筐体の固定点への緩衝材料付加等の対策を施した場合、緩衝材によって振動系の固有振動数は低くなり、且つ、減衰率も高くなることから残留振動の波数低減および早期減衰は達成される。しかし、この場合バネ定数は変化しないから初期振幅の十分な低減は不可能である。

つまり、何れの施策においても、初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立は不可能である。

特許文献１（特開2003-304081号公報）に開示された構造の場合、プリント配線基板をアーチ形状にして前記ハウジングに取り付けている。この構造は、プリント配線基板自身の剛性を増加させているのと同じである。それ故、先に述べたように、振動系のバネ定数が増加することにより初期振幅は低減できるが、プリント配線基板の固有振動数が高くなり、且つ、振動系の減衰率は変化しないから残留振動の波数は逆に多くなってしまう。

特許文献２（特開2002-151866号公報）に開示された構造の場合、筐体変形に伴って筐体に内蔵されているプリント配線基板も変形するような、ほぼ静荷重に近いゆっくりとした変形であれば、電気的機械的信頼性維持の効果を発揮すると見られる。しかし、落下衝撃力のようなインパルス的な外力が筐体に印加された場合は、プリント配線基板は、貫通スリット孔のスリットの切られた方向にスリットに沿ってスライドすることができない。その結果、ただ単にプリント配線基板を筐体にネジ止めしているのと何ら変わりがなくなってしまう。

特許文献３（特許第3698091号公報）に開示された構造の場合、機器ケース内の上下面との間に配置された一対の緩衝材で回路基板の上下両面を挟んで保持する構造であるから、緩衝材によって振動系の固有振動数は低くなり、且つ、減衰率も高くなる。したがって、残留振動の波数低減および早期減衰は可能である。しかし、十分な減衰率を得るためには緩衝材に低ヤング率材料を選択せざるを得ない。その場合振動系のバネ定数は変化しないから初期振幅の十分な低減は不可能である。さらに、機器ケース内の上下面との間に配置された一対の緩衝材で回路基板の上下両面を挟んで保持する構造であるから、回路基板と筐体の間のスペースを緩衝材で占有してしまう。そのため、高機能化および多機能化に伴う回路規模の増大に対応できず、且つ、小型化および軽量化も不可能であった。

以上述べたとおり、従来から採用されているプリント配線基板の取り付け構造は、何れの構成においても初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立は不可能である。それ故、プリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護し、電子機器の信頼性を確保することは不可能で、且つ、小型化および軽量化も不可能であった。

本発明の目的は、上記のような背景技術が有する課題を解決できる複合多層配線板を提供することにある。

その目的の一例は、プリント配線基板上の電子部品を落下衝撃力から保護し、電子機器の電気的機械的信頼性を大きく向上させ、且つ、小型化、軽量化、高機能化および多機能化を可能にすることである。

詳しく言うと、落下衝撃力等のインパルス的な外力がプリント配線基板に印加されても、初期振幅低減と残留振動の波数低減および早期減衰の両立により、プリント配線基板と電子部品との電気接続部にかかる過大な応力による割れ、剥がれ等の欠陥を防止することである。また、プリント配線基板固定箇所への特別な拘束や表層面への緩衝材貼付等の余分な部材やスペースを必要としないで、落下衝撃力から電子部品を保護することである。

本発明の目的を達成するために本発明の一つの態様は、複数のプリント配線基板と、複数の前記プリント配線基板間にそれぞれ挟み込まれた複数の中間層とを有する複合多層配線板において、前記複数の中間層のうち、少なくとも、複数の前記プリント配線基板と前記中間層で構成された複合多層配線板の中立面から最も遠い位置にある前記中間層は、ダイラタンシー特性を有している樹脂材料からなることを特徴とする。

特許文献1による従来例の説明図である。特許文献2による従来例の説明図である。特許文献3による従来例の説明図である。本発明に用いられる中間層樹脂の、速度勾配Dとせん断応力Sの相関を示す特性図である。基材間に中間層を付加してなる複合三層板構造の模式図である。基材片面上に樹脂層を配置してなる複合二層板構造の模式図である。基材両面上に樹脂層を配置してなる複合三層板構造の模式図である。一自由度減衰系の動的な自由振動モデル図である。本発明による第一の実施例の説明図である。比較例1の場合の撓み振動波形図である。比較例2の場合の撓み振動波形図である。比較例3の場合の撓み振動波形図である。第一の実施例の場合の撓み振動波形図である。本発明による第二の実施例の説明図である。本発明による第三の実施例の説明図である。本発明による第四の実施例の説明図である。本発明による第五の実施例の説明図である。本発明による第六の実施例の説明図である。本発明による第七の実施例の説明図である。本発明による第八の実施例の説明図である。本発明による第九の実施例の説明図である。

本発明は、複数のプリント配線基板間にそれぞれ中間層を挟み込んだ少なくとも三層の複合多層配線板で、中間層がダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなることを特徴としている。これにより、落下衝撃力によるインパルス的な外力がプリント配線基板に印加されたとき、初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰の両立が可能となる。

ここで、ダイラタンシー特性とは非線形粘弾性の一種で、静的な環境下ではそのせん断応力は小さいが、動的な環境下において、かかるせん断速度に応じて急激にせん断応力が増加する、という特性である。せん断応力をS、せん断粘度をη_S、速度勾配をDとした（式1）で表される粘性材料の性質を示した図4を参照すると、n＜1のときで、速度勾配Dの上昇に応じてせん断応力Sの増加率が急激に上昇する特性である。ここで、n=1のときは、速度勾配Dに正比例（線形特性）してせん断応力Sが増加するニュートン粘性材料、n＞1のときは、速度勾配Dの上昇に応じてせん断応力Sの増加率が減少するチキソトロピー材料をあらわす。

次に、本発明によって初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立が可能である論理的根拠について説明する。

まず、図5に示すように、本発明を、二枚の厚さの等しい同一基材間に中間層を付加した複合三層板（サンドウィッチ型）と考え、その静的な曲げ剛性B[Nm]を計算する。基材厚をH₁[m]、中間層厚をH₂[m]、基材ヤング率をE₁[Pa]、中間層ヤング率をE₂[Pa]、中間層せん断弾性率をG₂[Pa]、振動幅をL[m]、振動数方程式の解をλ_n、とすると、複合三層板の曲げ剛性B[Nm]は（式2）のようになる。ここで、せん断パラメータg及びi層の単位長さの伸び剛性K_i[N/m]は夫々（式3）（式4）のように表せる（ただし、K₂<K₁）。

（式2）（式3）より、基材厚H₁，基材ヤング率E₁及び中間層厚H₂を一定とすると、複合三層板の曲げ剛性Bは、せん断パラメータｇを変数とした双曲線関数であり、中間層せん断弾性率G₂及び振動幅Lの二乗に比例するせん断パラメータgを支配的パラメータとしていることがわかる。

ここで、中間層のせん断弾性率G₂は、中間層ヤング率E₂及びポアソン比ν₂を用いて（式5）で表せることから、複合三層板の曲げ剛性Bを変化させる支配的パラメータは中間層ヤング率E₂及びポアソン比ν₂である。

以上より、落下衝撃力印加による初期振幅（静的な変形に近似可能）は、一定以上のヤング率を持つ材料を中間層とした複合三層板構造を採れば低減可能である。ただし、高ヤング率材料は減衰率が小さいため残留振動（動的な変形）を抑制することはできない。

ここで、単一基板の片面もしくは両面に、本発明の中間層と同様の樹脂材料を配置した構造について、夫々、検討する。すなわち、図6のような基材片面上にダイラタンシー材の樹脂層を配置した複合二層板構造と、図7のような基材両面上にダイラタンシー材の樹脂層を配置した複合三層板構造を考える。

基材厚をH₁[m]、樹脂層厚をH₂[m]、基材ヤング率をE₁[Pa]、樹脂層ヤング率をE₂[Pa]とすると、図6と図7の複合板の曲げ剛性B[Nm]は、夫々、（式6）（式7）のようになる。

ただし、

（式6）（式7）（式8）（式9）（式10）より、単一基板の片面もしくは両面に、本発明の中間層と同様の樹脂層を配置した構造の複合曲げ剛性は、樹脂層のヤング率に正比例することがわかる。つまり、落下衝撃力印加による初期振幅（静的な変形に近似可能）は、単一基板片面上に高ヤング率材料の樹脂層を配置した複合二層板構造、もしくは、単一基板両面上に高ヤング率材料の樹脂層を配置した複合三層板構造を採れば低減可能である。しかし、高ヤング率材料は減衰率が小さく、しかも、前記二枚の基材間に中間層を付加した複合三層板構造と同等の複合曲げ剛性を得るためには樹脂層のヤング率を基材と同一にする必要があることから、より残留振動（動的な変形）を抑制することは困難となる。

次に、図8に示すように、本発明を簡単のために一自由度減衰系の動的な自由振動モデルで考えると、その運動方程式は（式11）となる。なお、正確には多自由度系モデルで考える必要があるが振動の基本理論は同一のため一自由度系で考えても問題はない。そして、（式11）を初期振幅をx₀ [m]、減衰率をσ、減衰固有角振動数をω_d [rad/s]、初期位相角をφ[rad]として振動振幅の時間t[s]の関数x(t)について解くと、（式12）のようになる。これは、振幅x₀e^-σtで、1秒間にe^-σだけ減衰していく振動波形であることがわかる。ここで、バネ定数をk[N/m]、質量をm[kg]、減衰係数をc[Ns/m]とすると、不減衰固有角振動数ω_n[rad/s]は（式13）、減衰率σは（式14）のように表わされる。

以上より、落下衝撃力印加による残留振動の波数低減および早期減衰のためには減衰率σの増加、固有角振動数ωの低減が有効である。つまり、振動系のバネ定数kを低減する必要がある。よって、ヤング率の小さい（すなわちバネ定数kが小さい）材料を中間層とした複合三層板とすることが、上記残留振動の波数低減および早期減衰に有効な手段となる。ただし、この場合振動系全体の複合ヤング率は大きく変化させることができないため、初期振幅の低減効果は期待できない。

そこで本発明では、中間層に、静的な環境下ではそのせん断応力は小さいが、動的な環境下において、かかるせん断速度に応じて急激にせん断応力が増加するダイラタンシー特性を有している樹脂材料が用いられた。このことにより、落下衝撃力印加直後の高せん断速度領域においてはせん断応力が急激に増加するため、初期振幅の低減効果を得ることができる。その上、残留振動領域においてはせん断速度が低下するためせん断応力は急激に減少（＝減衰率が上昇）し、残留振動の波数低減および早期減衰効果を得ることが可能である。

すなわち、本発明に係る複合多層配線板は、落下衝撃力等のインパルス的な外力がプリント配線基板に印加されたとき、初期振幅低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立が可能となる。

以下、本発明による複合多層配線板の実施例について、図面を参照しながら説明する。

[実施例1]
図9から図13を用いて、本発明による複合多層配線板の第一の実施例について詳細に説明する。

ここで、図9（a）は本発明の第一の実施例の分解斜視図、図9（b）は本発明の第一の実施例の組立斜視図、図9（c）は図9（b）のA-A矢視断面図である。図10は比較例1に係る落下衝撃力が印加された際のプリント配線基板中心部の撓み振動波形を示す図である。図11は比較例2に係る落下衝撃力が印加された際のプリント配線基板中心部の撓み振動波形を示す図である。図12は比較例3に係る落下衝撃力が印加された際のプリント配線基板中心部の撓み振動波形を示す図である。図13は本発明の第一の実施例に係る落下衝撃力が印加された際のプリント配線基板中心部の撓み振動波形を示す図である。

本実施例は、第一の配線基板101と、第二の配線基板102と、これらに挟み込まれた中間層103とを含む複合三層板構造からなる。特に、中間層103はダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなる。

第一の配線基板101は、FR4を主原料とする基材とCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法が50mm×50mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。

第二の配線基板102も第一の配線基板101と同様に、FR4を主原料とする基材とCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法が50mm×50mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法が50mm×50mm、厚みが0.3mmである。

ここで、ダイラタンシー特性を有する樹脂材料としては、静的な環境下では第一の配線基板101および第二の配線基板102の表面形状に倣うことができる十分に小さいヤング率のもので、動的な環境下では第一の配線基板101および第二の配線基板102のヤング率の1%以上のヤング率であることが望ましい。本実施例ではバウンシー社製の製品名「とめ蔵」（登録商標）を選択して用いている。

以上の構成において、第一の配線基板101と第二の配線基板102とで中間層103がその外形稜線が合致するように挟み込まれている。そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合を中間層103の粘着性を利用して行うことで、本実施例の複合三層板構造が得られる。

このようにして得られた本実施例に係る複合多層配線板（中間層にダイラタンシー特性を有する樹脂を用いた複合三層板構造）と、比較例１〜３に係る基板構造の夫々とを比較した。

比較方法は、落下衝撃等によりインパルス的な衝撃力が印加された際の複合多層配線板中心部の撓み振動波形を有限要素法を用いた構造解析により取得して比較した。

比較例1に係る基板構造は、中間層を持たないFR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は50mm×50mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。

比較例2に係る基板構造は、本実施例と同様の部品形状構成であるが中間層にダイラタンシー特性を有さない樹脂、ここではヤング率7.0GPaのエポキシ樹脂を用いた複合三層板構造である。

比較例3に係る基板構造は、本実施例と同様の部品形状構成であるが中間層にダイラタンシー特性を有さない樹脂、ここではヤング率25MPaのシリコーンゴムを用いた複合三層板構造である。

比較結果を図10から図13を用いて説明する。比較例1、比較例2、比較例3、本実施例の夫々の衝撃力印加による初期振幅の絶対値をA1,A2,A3,A4と定義する。残留振動振幅の絶対値が初期振幅の絶対値の5％以下まで減衰する経過時間（減衰時間）を夫々B1,B2,B3,B4と定義する。そして、そのときの波数（極大値数）を夫々C1,C2,C3,C4と定義する。すると、初期振幅はA4＝A2＜A3＜A1、減衰時間はB4＝B3＜B1＜B2、波数はC4＝C3＜C1＜C2となった。

つまり、本実施例に係る複合多層配線板は、比較例2に係る複合三層板構造と同等の初期振幅低減効果を持ち、比較例3に係る複合三層板構造と同等の残留振動の波数低減および早期減衰特性を併せ持っていることが立証された。

よって、本実施例に係る複合多層配線板は、ダイラタンシー特性の中間層により、初期振幅の低減と残留振動の波数低減および早期減衰との両立が可能である。

そのため、落下衝撃力等のインパルス的な外力がプリント配線基板101，102に印加されても、プリント配線基板101，102と図示しない電子部品との電気接続部にかかる過大な応力による割れ、剥がれ等の欠陥を防止することができる。つまり、プリント配線基板101，102上の図示しない電子部品を落下衝撃力から保護し、電子機器の電気的機械的信頼性を大きく向上させることができる。

さらに、プリント配線基板101，102の固定箇所への特別な拘束や表層面への緩衝材貼付等の余分な部材やスペースを必要としないため、小型化、軽量化、高機能化、および多機能化が可能である。

ここで、中間層103と第一の配線基板101と第二の配線基板102との夫々の界面の接合は、本実施例のように中間層103の粘着性を利用して行うのが最も望ましい。ただし、電気的機械的信頼性の向上効果を妨げない範囲であれば端部や外周部を例えばエポキシ樹脂接着材を用いて接着しても構わない。

本実施例では第一の配線基板101と第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、この厚さに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、中間層103に関しても同様に任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102には、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板が用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアルミナ基板、ガラスセラミック基板、アラミド基板等のリジッド基板であれば任意の材料を選択して組み合わせても本発明の効果が失われることはない。また、電気配線のないリジッド基板、例えばPAに炭素繊維を40％混入させた合成樹脂等を用いることもできる。

[実施例2]
図14を用いて、本発明による複合多層配線板の第二の実施例について詳細に説明する。

ここで、図１４（a）は本発明の第二の実施例の分解斜視図、図１４（b）は本発明の第二の実施例の組立斜視図、図１４（c）は図１４（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、第一の配線基板101および第二の配線基板102の主面の外形寸法よりも中間層103の主面の外形寸法を小さくしたことである。

第一の配線基板101および第二の配線基板102は、第一の実施例の第一の配線基板101および第二の配線基板102と同一の基板構造、寸法およびヤング率である。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は40mm×40mm、厚み0.3mmである。つまり、外形寸法が50mm×50mmである第一の配線基板101および第二の配線基板102よりも、中間層103の外形寸法が小さい。

本実施例に係る複合多層配線板は、第一の実施例よりも中間層面積が減少している。そのため、部材コストの低減、第一の配線基板101と第二の配線基板102と中間層103との形状差分のスペースに部品搭載が可能な点、および軽量化の観点で優れている。その他の効果は第一の実施例と同一である。

ここで、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、この厚さに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、中間層103に関しても同様に任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102には、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアルミナ基板、ガラスセラミック基板、アラミド基板等のリジッド基板であれば任意の材料を選択して組み合わせても本発明の効果が失われることはない。また、電気配線のないリジッド基板、例えばPAに炭素繊維を40％混入させた合成樹脂等を用いることもできる。

さらに、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102の外形寸法が50mm×50mmに設計され、中間層103の外形寸法が40mm×40mmに設計されている。しかし、適用製品にて本発明の効果が得られる範囲であれば、中間層103をさらに小型化しても差し支えない。

[実施例3]
図15を用いて、本発明による複合多層配線板の第三の実施例について詳細に説明する。

ここで、図15（a）は本発明の第三の実施例の分解斜視図、図15（b）は本発明の第三の実施例の組立斜視図、図15（c）は図15（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、第一の配線基板101と第二の配線基板102の間に挟み込まれる中間層１０３を短冊状に分割し、空間を隔てて整列配置したことである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなる短冊状のブロックをX軸方向に一定ピッチで4個整列させた短冊状ブロック群701で形成される。本実施例の短冊状のブロックは、そのX軸方向寸法が9.5mm、Z軸方向寸法が50mm、厚みが0.3mmで、整列ピッチが13.5mmである。

以上の構成において、第一の配線基板101と第二の配線基板102とで、4個の短冊状ブロックからなる短冊状ブロック群701がその中心が合致するように中間層103として挟み込まれている。そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合を中間層103の粘着性を利用して行うことで、本実施例の複合三層板構造が得られる。

本実施例に係る複合多層配線板は、第一の実施例よりも中間層面積が減少しており、特にZ軸方向の端部のみを拘束して用いる場合に、その電気的機械的信頼性向上効果を損なうことなく軽量化することができる。つまり、複合多層配線板の一方向にのみ電気的機械的信頼性の向上効果を得たい場合に有効である。また、第一の配線基板101と第二の配線基板102と中間層103の形状差分のスペースに部品搭載が可能な点も優位点として挙げられる。

ここで、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、この厚さに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、短冊状ブロック群701からなる中間層103に関しても、任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102には、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアルミナ基板やガラスセラミック基板、アラミド基板等のリジッド基板であれば任意の材料を選択して組み合わせても本発明の効果が失われることはない。また、電気配線のないリジッド基板、例えばPAに炭素繊維を40％混入させた合成樹脂等を用いることもできる。

また、本実施例では短冊状ブロック群701を、X軸方向寸法が9.5mm、Z軸方向寸法が50mmの短冊状のブロックをX軸方向にピッチ13.5mmで4個整列させて構成しているが、これに限定されるものではない。したがって、短冊状ブロックのX軸方向寸法、X軸方向ピッチ、整列数を任意に選定してもよく、一定である必要もない。

さらに、本実施例は第一の実施例を用いることを前提としているが、これに限定されるものではなく、第二の実施例へ適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施例では短冊状ブロック群701を構成する短冊状の各ブロックが全てダイラタンシー特性を有する樹脂材料を用いて形成されており、この構成が電気的機械的信頼性の向上効果を得るために最も効果的である。しかし本発明はこれに限定されるものではない。つまり、電気的機械的信頼性の向上効果を妨げない範囲であれば、短冊状ブロックの一部を例えばエポキシ樹脂等のダイラタンシー特性を有さない樹脂に置き換えても構わない。

その他の効果は第一および第二の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例4]
図16を用いて、本発明による複合多層配線板の第四の実施例について詳細に説明する。

ここで、図16（a）は本発明の第四の実施例の分解斜視図、図16（b）は本発明の第四の実施例の組立斜視図、図16（c）は図16（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、第一の配線基板101と第二の配線基板102の間に挟み込まれる中間層103をブロック状に分割し、空間を隔ててマトリックス状に整列させたことである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなる矩形ブロックをX軸とこれに直交するＹ軸方向に夫々一定ピッチで4×4個整列させたマトリックス状ブロック群801で形成されている。本実施例の矩形ブロックは、そのX軸方向寸法が9.5mm、Z軸方向寸法が9.5mm、厚みが0.3mmで、X軸方向のピッチが13.5mm、Z軸方向のピッチが13.5mmである。

以上の構成において、第一の配線基板101と第二の配線基板102とで、4×4個の矩形ブロックからなる中間層103としてのマトリックス状ブロック群801がその中心が合致するように挟み込まれている。そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合を中間層103の粘着性を利用して行うことで、本実施例の複合三層板構造が得られる。

本実施例に係る複合多層配線板は、第一の実施例よりも中間層面積が減少しているため、部材コストの低減、第一の配線基板101と第二の配線基板102と中間層103との形状差分のスペースに部品搭載が可能な点、および軽量化の観点で優れている。

ここで、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、これに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、4×4個のマトリックス状ブロック群801からなる中間層103に関しても、任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例ではマトリックス状ブロック群801は、X軸方向寸法が9.5mm、Z軸方向寸法が9.5mmである矩形ブロックをX軸方向にピッチ13.5mm、Z軸方向にピッチ13.5mmで4×4個整列してなるが、本発明はこれに限定されるものではない。よって、ブロックのX軸方向寸法、X軸方向ピッチ、Z軸方向寸法、Z軸方向ピッチ、整列数を任意に選定してもよく、一定である必要もない。

また、本実施例ではマトリックス状ブロック群801を構成する各ブロックが全てダイラタンシー特性を有する樹脂材料を用いて形成されており、この構成が電気的機械的信頼性の向上効果を得るために最も効果的である。しかし本発明はこれに限定されるものではない。つまり、電気的機械的信頼性の向上効果を妨げない範囲であれば、ブロックの一部を例えばエポキシ樹脂等のダイラタンシー特性を有さない樹脂に置き換えても構わない。

その他の効果は第一、第二および第三の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例5]
図17を用いて、本発明による複合多層配線板の第五の実施例について詳細に説明する。

ここで、図17（a）は本発明の第五の実施例の分解斜視図、図17（b）は本発明の第五の実施例の組立斜視図、図17（c）は図17（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、第一の配線基板101と第二の配線基板102の間に挟み込まれる中間層103に、貫通穴である空間901をマトリックス状に整列配置したことである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は50mm×50mm、厚み0.3mmである。そして、中間層103に、そのX軸方向寸法が4mm、Z軸方向寸法が4mm、深さ0.3mmの矩形の空間901がX軸方向およびZ軸方向にピッチ13.5mmで3×3個マトリックス状に配されている。

以上の構成において、第一の配線基板101と第二の配線基板102とで中間層103がその中心が合致するように挟み込まれている。そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合を中間層103の粘着性を利用して行うことで、本実施例の複合三層板構造が得られる。

さらに、第一の配線基板101と第二の配線基板102のどちらか一方もしくは両方の中間層103と接する面にLSIなどの表面実装部品を搭載した際に、前記表面実装部品に対応した位置および形状で空間901を形成することが好ましい。このことにより、表面実装部品と配線基板101,102との間に断熱層として作用する空気層が介在するので、伝熱抑制効果に対しても優れたものになる。

さらに、空間901に表面実装部品を収容しつつ第一の配線基板101と第二の配線基板102とで中間層103を挟み込む際に中間層103が表面実装部品を押すことが可能な構造にすれば、発生する応力の低減効果も得られる。

ここで、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、これに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、中間層103に関しても同様に任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例では中間層103に形成してある空間901は、X軸方向寸法が4mm、Z軸方向寸法が4mm、深さ0.3mmで3×3個整列されているが、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、空間901のX軸方向寸法、X軸方向ピッチ、Z軸方向寸法、Z軸方向ピッチ、深さ、整列数を任意に選定してもよく、一定である必要もない。

その他の効果は第一、第二、第三および第四の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例6]
図18を用いて、本発明による複合多層配線板の第六の実施例について詳細に説明する。

ここで、図18（a）は本発明の第六の実施例の分解斜視図、図18（b）は本発明の第六の実施例の組立斜視図、図18（c）は図18（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、第一の配線基板101よりも第二の配線基板102および中間層１０３が小さいことである。

第一の配線基板101は、第一の実施例の第一の配線基板101と同一の基板構造、寸法およびヤング率である。

第二の配線基板102は、FR4を主原料とする基材とCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は30mm×30mm、厚み0.5mm、ヤング率19GPaである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は30mm×30mm、厚み0.3mmである。つまり、外形寸法が50mm×50mmである第一の配線基板101よりも、第二の配線基板102および中間層103の外形寸法が小さい。

本実施例に係る複合多層配線板は、第一の配線基板101に対して第二の配線基板102が小さいため、第一の実施例よりも配線基板の組合せ自由度が向上する点で優れている。

ここで、本実施例では第一の配線基板101および第二の配線基板102は厚さが同一のものであるが、これに限定されず、任意に厚さを選定することができる。また、中間層103に関しても任意に厚さを選定しても差し支えない。

また、本実施例では第一の配線基板101と第二の配線基板102とで中間層103がその中心が合致するように挟み込まれているが、本発明はこの配置に限定されるものではない。そのため、第二の配線基板102および中間層１０３の位置を第一の配線基板101の外周辺からはみ出さない範囲で任意に選定してもよい。

さらに、本実施例は第一の実施例を用いることを前提としているが、これに限定されるものではなく、第二、第三、第四および第五の実施例へ適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

その他の効果は第一、第二、第三、第四および第五の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例7]
図19を用いて、本発明による複合多層配線板の第七の実施例について詳細に説明する。

ここで、図19（a）は本発明の第七の実施例の分解斜視図、図19（b）は本発明の第七の実施例の組立斜視図、図19（c）は図19（b）のA-A矢視断面図である。

第一の実施例との違いは、一枚の第一の配線基板101に対して、第二の配線基板102およびこれに対応する中間層103の組合せが二組以上あることである。

第二の配線基板102は、FR4を主原料とする基材とCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は15mm×15mm、厚み0.5mm、ヤング率19GPaである。

中間層103は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は15mm×15mm、厚み0.3mmである。

以上の構成において、第一の配線基板101上に、第二の配線基板102がX軸方向およびZ軸方向にピッチ20mmで2×2個配列され、2×2個の第二の配線基板102と第一の配線基板101とで中間層103が挟み込れている。そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合を中間層103の粘着性を利用して行うことで、本実施例の複合三層板構造が得られる。

本実施例に係る複合多層配線板は、第一の配線基板101に対して第二の配線基板102を複数個搭載できるため、第一の実施例よりも配線基板の組合せ自由度が向上する点で優れている。

さらに、本実施例は第一の実施例を用いることを前提としているが、これに限定されるものではなく第二、第三、第四および第五の実施例へ適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

その他の効果は第一、第二、第三、第四、第五および第六の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例8]
図20を用いて、本発明による複合多層配線板の第八の実施例について詳細に説明する。

ここで、図20（a）は本発明の第八の実施例の分解斜視図、図20（b）は本発明の第八の実施例の組立斜視図、図20（c）は図20（b）のA-A矢視断面図である。

第一、第二、第三、第四、第五、第六および第七の実施例との違いは、第一から第七の実施例を任意に組み合わせた複合多層板構造であることである。本実施例では６個の配線基板101，102，1201，1202，1203，1204の夫々の間に、中間層1205，1207，1208，1210，1211の夫々が挟み込まれている。

第一、第二、第三の配線基板101，102，1201は、第一の実施例の第一および第二の配線基板101，102と同一の基板構造、寸法およびヤング率である。

第四の配線基板1202は、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は40mm×40mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。これは、第一、第二、第三の配線基板101，102，1201よりも外形寸法が小さい。

第五の配線基板1203は、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は30mm×30mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。これは、第四の配線基板1202よりも外形寸法が小さい。

第六の配線基板1204は、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板で、外形寸法は10mm×10mm、厚みが0.5mm、ヤング率が19GPaである。これは、第五の配線基板1203よりも外形寸法が小さい。

第一の中間層1205は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなる短冊状のブロックをX軸方向に一定ピッチ13.で4個整列させた短冊状ブロック群1206で形成される。このブロックは、そのX軸方向寸法（短辺寸法）が9.5mm、Z軸方向寸法（長辺寸法）が50mm、厚みが0.3mmで、X軸方向ピッチが13.5mmで整列されている。

第二の中間層1207は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は50mm×50mm、厚みが0.3mmである。

第三の中間層1208は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなる矩形ブロックをX軸およびＹ軸方向に夫々一定ピッチで4×4個整列させたマトリックス状ブロック群1209で形成される。

この矩形ブロックは、そのX軸方向寸法（短辺寸法）が7.6mm、Z軸方向寸法（長辺寸法）が7.6mm、厚みが0.3mmで、X軸方向ピッチが10.8mm、Z軸方向ピッチが10.8mmで整列されている。

第四の中間層1210は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は30mm×30mm、厚みが0.3mmである。

第五の中間層1211は、シリコーンオイルを主原料としホウ素を結合させたダイラタンシー特性を有する樹脂材料からなり、外形寸法は9mm×9mm、厚みが0.3mmである。

以上の構成において、第一の配線基板101と第二の配線基板102とで、4個の短冊状ブロックからなる短冊状ブロック群1206がその中心が合致するように第一の中間層1205として挟み込まれている。さらに、第二の配線基板102と第三の配線基板1201とで第二の中間層1207がその外形稜線が合致するように挟み込まれている。さらに、第三の配線基板1201と第四の配線基板1202とで、4×4個のマトリックス状ブロック群1209からなる第三の中間層1208がその中心が合致するように挟み込まれている。さらに、第四の配線基板1202と第五の配線基板1203とで、第四の中間層1210がその中心が合致するように挟み込まれている。さらに、第五の配線基板1203上に、第六の配線基板1204がX軸方向およびZ軸方向にピッチ12mmで2×2個配列され、2×2個の第六の配線基板1204と第五の配線基板1203とで第五の中間層1211が挟み込まれている。

そして、第一の配線基板101と第二の配線基板102との界面の接合が第一の中間層1205の粘着性を利用して実施される。第二の配線基板102と第三の配線基板1201との界面の接合は第二の中間層1207の粘着性を利用して実施される。第三の配線基板1201と第四の配線基板1202との界面の接合は第三の中間層1208の粘着性を利用して実施される。第四の配線基板1202と第五の配線基板1203との界面の接合が第四の中間層1210の粘着性を利用して実施される。第五の配線基板1203と第六の配線基板1204との界面の接合が第五の中間層1211の粘着性を利用して実施される。以上により、本実施例の複合多層板（ここでは11層）構造が得られる。

本実施例に係る複合多層配線板は、配線基板の組合せ自由度の向上と、投影面積あたりの配線効率が大きく上昇しているため、高機能化および多機能化に効果がある。

ここで、五層以上の複合多層板の場合、この複合多層板の中立面から最も遠い中間層にダイラタンシー特性を有する樹脂を用いることが電気的機械的信頼性の向上に最も効果的である。そのため、その他の中間層には前記電気的機械的信頼性の向上効果を妨げない範囲であれば、必ずしもダイラタンシー特性を有する樹脂材料を用いる必要はない。よって、例えば低コストなエポキシ樹脂やシリコーンゴム等のダイラタンシー特性を有さない樹脂に置き換えても構わない。尚、特許請求の範囲および本明細書で記載した「中立面」とは、複合多層配線板の曲げ変形を考えたときの、材料力学上の「中立面」をさす。

また、本実施例では第一、第二、第三、第四、第五、第六の配線基板101、102、1201、1202、1203、1204には、FR4を主原料とする基材にCu配線からなる電気配線が施してあるリジッドプリント配線基板が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアルミナ基板、ガラスセラミック基板、アラミド基板等のリジッド基板であれば任意の材料を選択して組み合わせても本発明の効果が失われることはない。また、電気配線のないリジッド基板、例えばPAに炭素繊維を40％混入させた合成樹脂等を用いることもできる。

さらに、本実施例では第一の中間層1205に、第三の実施例で示した短冊状ブロック群と同じ構成および材料からなる短冊状ブロック群1206が適用され、また第二の中間層1207に、第一の実施例で示した中間層と同じ構成および材料が適用されている。

あるいは、第二の中間層1207に、第一の中間層1205である短冊状ブロック群1206をY軸回りに90°回転させたもの、すなわち、そのX軸方向寸法が50mm、Z軸方向寸法が9.5mm、厚み0.3mmの短冊状のブロックをZ軸方向にピッチ13.5mmで4個整列させた短冊状ブロック群を用いることも可能である。この場合、Z軸方向の端部のみを拘束して用いる場合のみならず、X軸方向の端部のみを拘束して用いる場合、もしくは、X軸およびZ軸両方向の端部を拘束している場合のいずれにおいても、その電気的機械的信頼性の向上効果を損なうことなく軽量化することが可能となる。

また、第二の中間層1207に、第三の中間層1208のマトリックス状ブロック群1209を補完する配置およびブロックサイズで設けられたマトリックス状ブロック群を用いることにより、上記と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例は第一、第三、第四、第七の実施例を用いることを前提としているが、これに限定されず、第二、第五、第六の実施例を適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。よって、第一から第七の実施例のいずれか一つ以上の組合せであればよい。

その他の効果は第一、第二、第三、第四、第五、第六および第七の実施例と同一であるため説明は省略する。

[実施例9]
図21を用いて、本発明による複合多層配線板の第九の実施例について詳細に説明する。

ここで、図21は本発明の第九の実施例で用いたダイラタンシー特性を有する樹脂の、速度勾配Dとせん断応力Sの相関を示す特性図である。

第一の実施例との違いは、中間層のダイラタンシー特性を変更したことである。

本発明の第九の実施例は、第一の実施例で説明したものと同一の複合多層配線板において、その中間層103に図21に示すような、（式1）におけるn＜1で表されるダイラタンシー特性を有する樹脂を用いる際、ｎが第一の実施例よりもより小さい樹脂を選定することを特徴としている。つまり、nをより小さくすることにより、図21の(1)よりも(2)のように、速度勾配Dの上昇に応じてせん断応力Sの増加率がより急激に上昇する特性を有する樹脂が使用される。

本実施例によれば、落下衝撃力等のインパルス的な外力がプリント配線基板に印加されても、プリント配線基板およびこれに搭載された電子部品を落下衝撃力から保護する効果が、第一の実施例と比べより向上する。

また、本実施例は第一の実施例を用いることを前提としているが、これに限定されず、第二、第三、第四、第五、第六、第七および第八の実施例に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

その他の効果は第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七および第八の実施例と同一であるため説明は省略する。

以上本発明の実施例について詳述したが、本願発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であることは言うまでもない。

この出願は、2007年5月18日に出願された日本出願特願2007-132710を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

複数のプリント配線基板と、
複数の前記プリント配線基板間にそれぞれ挟み込まれた複数の中間層とを有し、
前記複数の中間層のうち、少なくとも、複数の前記プリント配線基板と前記中間層で構成された複合多層配線板の中立面から最も遠い位置にある前記中間層は、ダイラタンシー特性を有している樹脂材料からなることを特徴とする複合多層配線板。
前記複数の中間層の全てが、ダイラタンシー特性を有している樹脂材料からなる、請求項１に記載の複合多層配線板。
前記中間層に穴状の空間が形成されている、請求項１または２に記載の複合多層配線板。
前記空間はマトリックス状に整列配置されている、請求項３に記載の複合多層配線板。
前記中間層が、短冊状のブロックをその短辺方向に並列に整列させた短冊状ブロック群で構成された、請求項１から３の何れかに記載の複合多層配線板。
前記短冊状のブロックは、その長辺が別の前記中間層を構成する前記短冊状のブロックの長辺と直交するように配されている、請求項５に記載の複合多層配線板。
前記中間層が、短長辺ともに前記プリント配線基板の主面の外形寸法の半分以下である矩形ブロックをマトリックス状に整列させたマトリックス状ブロック群で構成された、請求項１から３の何れかに記載の複合多層配線板。
前記中間層と前記プリント配線基板とが、前記中間層の粘着性によって接合されている、請求項１から７の何れかに記載の複合多層配線板。
前記プリント配線基板の主面の外形寸法よりも、前記中間層の主面の外形寸法が小さい、請求項１から８の何れかに記載の複合多層配線板。