JPH03104191A - 多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層プリント配線板、特にスルーホールめっき
部を有する多層プリント配線板に関する．〔従来の技術
〕 一般に多層プリント配線板は，電子部品挿入を兼ねた貫
通孔を初め、信号伝達のための経由孔（バイア・ホール
）など、めっきにより孔内壁に導体層を形或させること
によって，配線板の表裏の外層導体回路間もしくはこれ
らと内層導体回路との間が電気的に接続されている。最
近では高密度実装に伴う配線板の高多層化やスルーホー
ルの小径化が顕著で，特に多層プリント配線板において
は、バライド・ホールあるいはブラインド・ホールなど
のインターステイシャル・バイア・ホール（ＩＶＨ、埋
め込み孔や盲孔の総称）等を用いることによって数々の
高密度化に対処している．しかしながら、高多層化に伴
ってプリント配線板の板厚は増加し，高密度に伴って導
体パターンやめっき厚は従来のものに比較して一層細く
、薄くなる傾向にあり、配線板のスルーホールの信頼性
はますます重要になってきている。このためスルーホー
ルの断線等の不具合を生じさせないためにも、設計段階
において十分な検討が行われ、製造時のはんだリフロー
工程や熱サイクル試験等の信頼性検証試験に耐える構造
にすることが必要である。

さらにプリント配線板として完或した後にも，周囲の温
度変化による配線板の膨張、収縮に起因する機械的応力
（熱応力）に対する長期信頼性の保証が重要となってい
る． 従来の多層プリント配線板は、たとえばプリント回路技
術便覧（社団法人日本プリント回路工業会編、日刊工業
新聞社刊、昭和６２年２月発行）Ｐ８６〜８７に記載の
ように、（１）高信頼度および小形化ができる、（２）
配線の収容量を増大することができる、（３）電源イン
ピーダンスを低く、かつ均一に設定でき、雑音レベルが
低下し、動作を安定させる、（４）内層にグランド層を
設けることで、特性インピーダンスも整合できる、など
の特長を生かすように考えられており、たとえば同便覧
中の表２・５・２　（ｐ８７）に示されているような積
層構成をしている。

第４図はこのような従来の多層プリント配線板のスルー
ホール部を示す断面図であり、図において、（１）はガ
ラス布基材エポキシ樹脂製の銅張積層板からなる多層プ
リント配線板、（２）はこの多層プリント配線板（１）
を構成するガラス布基材エポキシ樹脂積層板（以下ガラ
ス・エポキシ積層板と称する）からなる絶縁基板、（３
）はこの絶縁基板の表裏最外層に形成された外層導体回
路、（４）は多層プリント配線板（１）を貫通するよう
に設けられたスルーホール、（５）は表裏の外層導体回
路（３）を接続するようにスルーホール（４）に形成さ
れたスルーホールめっき部、（６）〜（９）は絶縁基板
（２）の内部に設けられた内層導体回路であって、（６
）は信号回路、（７）は内層電源回路、（８）はアース
回路、（９）は信号回路である．それぞれの内層導体回
路（６）〜（９）は断面に対してほぼ均等に位置し、プ
リント配線板（１）の中心線（１０）に対してほぼ対称
な構造になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の多層プリント配線板は上記のような構造であり、
設計の主眼は上述したように主として静電誘導、電磁誘
導などに起因するクロストークの低減や、特性インピー
ダンスの向上などの電気的特性の追求に注力されていた
。このため温度変化がプリント配線板に加わった場合、
絶縁基板（２）とスルーホールめっき部（５）との線膨
張係数の違いにより、スルーホールめっき部（５）に対
して、加熱時には引張応力が、冷却時には圧縮応力が生
じ、過大な熱応力が加わった場合、あるいは長期間に及
ぶ繰り返し熱応力が作用した場合の疲労現象により、ス
ルーホール部においていわゆるコーナークラックやバレ
ルクラックが発生し，断線する危険性があった。

このような熱膨張・熱収縮に対する従来の対策としては
、たとえば上記便覧ｐ２３２〜２３３に記載のようなサ
ーマルランド付内層導体回路が用いられる。しかしなが
らこの方法によっても内層部にはランドが存在するため
、後述するように内層導体回路（６）〜（９）とスルー
ホールめっき部（５）との接続部における応力集中に対
してはさほど効果が認められない。加えてこの方法は、
設計上の自由度が低いこと、工作精度が要求されること
、高密度実装には適さないこと、内層導体回路が高価で
あるなどの欠点があり、必ずしも有効な方法とは言えな
かった。従って従来、プリント配線板に熱応力が生じる
環境において，スルーホールめっき部（５）の厚さが薄
い場合には、発生する熱応力に対処できず、断線の危険
性がつきまとった．たとえば第５図はサーマルランド付
きの４層プリント配線板における熱応カを構造解析シミ
ュレーションプログラムで解析した例であるが、サーマ
ルランド（１１）付き内層導体回路（１２）を用いても
スルーホールめっき部（５）と内層導体回路（ｌ２）の
接続部に応力集中が認められ、この部分で断線が生じ易
いことがわかる。解析の正当性は実際の熱衝撃試験ある
いは熱サイクル試験においても確認されており、断線の
危険性があるめっき厚は，サーマルランド付き４層配線
板で、たとえばガラス・エポキシ積層板の厚さ１　．　
６ｍｍに対して、温度変化が１００℃の場合、２５μ一
以下である。これに対処するためには、厚いスルーホー
ルめっき部（５）を施し、スルーホールめっき部（５）
自体の機械的強度を上げることによって信頼性を確保す
る必要があった（たとえば上記の場合５０μ厘以上のめ
っき厚が必要）。

しかしこの方法ではめっき工程に多大な時間を要する、
仕上りの精度が悪い（表面が粗面化する）ため歩留りが
低下する、などの理由から製造コストが高くなる欠点が
あり、製造コストを抑えようとすると、熱応力に対応で
きる限界に近い薄いめっきを施さなければならず、工程
上の困難性に加えて信頼性の観点から不安が残されてい
た。このような危険性は多層プリント配線板において特
に顕著であって、第６図に示すように、内層導体回路を
有しない両面配線板の場合はそれほどでもない。

一方、配線板全体としての熱膨張を下げる試みとしては
、たとえば特開昭５３　−　１４２６７０号に記載のよ
うに、熱膨張を抑えるための樹脂フィルムを配線板内に
介在させることによって、配線板の厚さ方向の線膨張係
数を下げる方法が考えられている．しかしながらこの方
法によれば、従来法で製造した同じ仕上り厚さのプリン
ト配線板に比べると見かけ上の熱膨張は低減され、一見
スルーホール断線に対して効果があるように見えるが、
上述したように多層プリント配線板で最も問題となる配
線板中央部における応力集中、ならびにスルーホールと
内層導体回路の接続部における応力集中に対しては特に
配慮されていないため、内層における接続部が多く、多
層配線を特長とする最近の高密度実装の傾向に対しては
有効な方法とはいえない．本発明はこのような従来の多
層プリント配線板の構造上の欠点を除去するためになさ
れたもので、耐熱応力性に優れためっきスルーホールを
有する多層プリント配線板を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多層プリント配線板は，スルーホールを有する
多層プリント配線板において、少なくとも２種類の基板
材料を少なくとも３層から或るサンドイッチ構造にし、
かつ内層部分を低線膨張係数の基板材料で構威したもの
である。

本発明の多層プリント配線板においては、基板材料の外
層部分をガラス布基材エポキシ樹脂層とし、内層部分を
ガラス布基材ポリイミド樹脂層とするのが好ましい。ま
た配線板を厚さ方向に４等分した領域のうち、最外部の
１／４領域を占めるガラス布基材エポキシ樹脂層中にす
べての内層導体回路を設けることができる。そしてガラ
ス布基材エボキシ樹脂層中の最外部、すなわち多層プリ
ント配線板の表裏最外層導体回路の次の層に位置するよ
うに内層電源回路およびアース回路を設けるのが好まし
い。

〔作　用〕

多層プリント配線板の応力集中を両面配線板並に近づけ
ることを主眼に、内層導体回路の位置を変えながら熱応
力解析を行ったところ、従来法で製造したプリント配線
板においては、第３図の曲線Ｂに示すように、内層導体
回路の位置が配線板の中心線上から外側に離れるほど発
生応力が低くなることがわかり、最も応力の低い配置は
絶縁基板を厚さ方向に４等分した領域のうち、内層導体
回路が最外部のｄ／４の領域（第３図の領域Ａ）に位置
する場合であることがわかった。また解析の結果、この
ような条件が成立する基板の厚さは４ｌＩＩＩ１以下で
あることが判明した。

すなわち本発明のように、多層プリント配線板として、
少なくとも２種類の基板材料を使用して少なくとも３層
から成るサンドインチ構造にし、内層部分を低線膨張係
数の基板材料で構成することによって応力の集中を緩和
し、内層導体回路を含むガラスエポキシ層を表裏外層部
に配置すれば、繰返し熱応力に対応できるスルーホール
めっき部を有する多層プリント配線板が得られる。

この場合、内層部分の厚さは、熱応力解析の結果から配
線板を厚さ方向に４等分した領域のうち、内部の２／４
領域であり、すべての内層導体回路は、配線板を厚さ方
向に４等分した領域のうち、最外部の１／４領域を占め
るガラスエポキシ層中に位置するように構成する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図は実施例の多層プリント配線板のスルーホール部を
示す断面図である。図において、（１）〜（ｌＯ）は第
４図ないし第６図と同一または相当部分を示す。絶縁基
板（２）はその厚さｄに対し、内層部分ｄ／２の領域に
ガラス布基材ポリイミド樹脂積層板（以下、ガラス・ポ
リイミド積層板と称す）　（１３）が配置され、その両
側のｄ／４の部分にガラス・エポキシ積層板（ｌ４）が
配置され、サンドイッチ構造となっている。

スルーホール（４）が形或される多層プリント配線板（
１）は，たとえば厚さ１　．　６＋ａｍの絶縁基板（２
）の表裏両面に外層導体回路（導体パターン）（３）を
形或するためのたとえば厚さ３５μｍの電解銅箔を有し
ている。また内層導体回路（６）〜（９）には、たとえ
ば厚さ３５μ厘の電解銅箔を使用している。

上記の多層プリント配線板（１）は絶縁基板（２）の厚
さｄに対し、内層部分ｄ／２の領域にガラス・ポリイミ
ド積層板（ｌ３）が位置し、表裏外層部ｄ／４の領域に
、信号回路（６），　（９）を初め占有面積の大きい内
層電源回路（７）およびアース回路（８）が配置される
ガラス・エポキシ積層板（１４）が位置している。

このため熱によるガラス・エポキシ積層板（１４）の膨
張，収縮が生じても、スルーホールめっき部（５）自体
が受ける引っ張り、あるいは圧縮応力は両面プリント配
線板並に抑えることができ、サーマルランド等を用いな
くとも耐熱応力性が著しく向上した高信頼性の多層プリ
ント配線板（１）が得られる． このサンドインチ構造による多層プリント配線板（１）
の応力集中を、上述した方法と同条件で、内層導体回路
の位置を変えながら熱応力解析を行ったところ、本実施
例によって製造されたプリント配線板においては、第３
図の曲線Ｃに示すように全体的に発生応力が低く抑えら
れていることがわかった。上記本解析例によると、一見
内層部分の領域（第３図のＡ以外の領域）に内層導体回
路（６）〜（９）を配置するのが良いような印象を受け
るが、実際には領域Ａにおいて発生応力は十分低下して
いるので、ガラス・ポリイミド積層板（１３）に内層導
体回路（６）〜（９）を形成するよりも、利用実績の多
いガラス・エポキシ積層板（ｌ４）に内層導体回路（６
）〜（９）を形或するほうが工作面、コスト面から見て
も利点が多い。

一実施例として、内層導体回路（６）〜（９）の厚さ３
５μｍ、スルーホールめっき部（５）の厚さ２０μｍ、
絶縁基板（２）の仕上り厚さ１．６ｍｍの６層構成のプ
リント配線板（１）に対し、温度変化が±１００℃の繰
り返し熱サイクル試験を実施したところ，従来のプリン
ト配線板の場合は約４００サイクルでスルーホール断線
を生じたが、本発明のプリント配線板の場合は１０００
サイクル以上耐えることがわかった。

なお上記実施例ではすべての内層導体回路（６）〜（９
）を，表裏ｄ／４以内の位置に配置した例を示したが、
信号回路（６），　（９）の位置は発生応力には大きく
影響しないので、第２図に示すように占有面積の大きい
内層電源回路（７）およびアース回路（８）のみを表裏
ｄ／４以内に位置するようにし、信号回路（６），　（
９）はガラス・エボキシ積層板（ｌ４）側の表面に配置
し、プリント配線板完成時にはガラス・ポリイミド積層
板（１３）とガラス・エボキシ積層板（１４）の境界面
に位置するようにしても同様な効果を奏する。

また上記実施例では、低線膨張係数の基板材料としてガ
ラス・ポリイミドを記述したが、それ以外の低線膨張係
数材料であっても同様の効果を奏する。また上記実施例
では６層プリント配線板を例として記述したが，それ以
下の層構成あるいはそれ以上の層構成の多層プリント配
線板であっても、同様な効果を奏する。さらに本発明は
サブトラクティブ法（エッチドフォイル法）やフルアデ
ィティブ法などのプリント配線板製造方法による差はな
く、どのようなプリント配線板製造方法であっても効果
は全く同じである。

〔発明の効果〕

本発明の多層プリント配線板は、サンドインチ構造にし
て内層部分を低線膨張係数の基板材料で構威したので、
従来のものに比較して熱応力に強く，製造時のはんだリ
フロー工程や熱サイクル試験等の信頼性検証試験を初め
、長期間に及ぶ繰り返し熱応力にも耐えるものが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は別の実施例による多層プリント配
線板のスルーホール部を示す断面図、第３図は内層導体
回路の位置を変化させた場合に、プリント配線板のスル
ーホール部で発生する応力を構造解析シミュレーション
プログラムで解析した結果を示すグラフ、第４図は従来
の多層プリント配線板のスルーホール部を示す断面図、
第５図は従来の４層プリント配線板のスルーホール部で
発生する応力を構造解析シミュレーションプログラムで
解析した結果を示すグラフ、第６図は従来の両面プリン
ト配線板のスルーホール部で発生する応力を構造解析シ
ミュレーションプログラムで解析した結果を示すグラフ
である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、（１）
は多層プリント配線板、（２）は絶縁基板、（３）は外
層導体回路、（４）はスルーホール、（５）はスルーホ
ールめっき部、（６）〜（９）は内層導体回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　スルーホールを有する多層プリント配線板にお
   いて、少なくとも２種類の基板材料を少なくとも３層か
   ら成るサンドイッチ構造にし、かつ内層部分を低線膨張
   係数の基板材料で構成したことを特徴とする多層プリン
   ト配線板。