JP7352490B2

JP7352490B2 - 配線基板

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Publication number: JP7352490B2
Application number: JP2020032164A
Authority: JP
Inventors: 隆文大吉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021136351A

Description

本発明は、配線基板に関する。

配線基板には、一般的に、各パッドの周囲にクリアランスが設けられている（例えば、特許文献１）。このようなクリアランスは、パッド間の絶縁性を確保するために設けられている。

特開２００７－１４１９７５号公報

従来の配線基板では、電子部品およびリッドを搭載して高温環境下や低温環境下で使用すると、電子部品の搭載面と反対側の面において、熱伸縮により電子部品の角部と対向する位置に応力が集中しやすくクラックの起点となりやすい。そのため、従来の配線基板では、クラックがこの起点から配線基板の厚み方向に延びて配線を断線するという問題がある。

本発明の課題は、クラックの発生が低減された配線基板を提供することである。

本開示に係る配線基板は、上面と下面を有するコア用絶縁層と、コア用絶縁層の上面に位置する第１ビルドアップ層と、コア用絶縁層の下面に位置する第２ビルドアップ層と、第１ビルドアップ層上に位置しており平面視で多角形状の実装領域と、第２ビルドアップ層の表面に位置する複数の開口を有する導体層と、複数の開口内の各々に導体層と隙間を介して位置する複数のパッドとを備える。複数の開口が、平面透視で実装領域の角部と重なって位置する第１開口と、第１開口と隣接して位置する第２開口と、第２開口よりも第１開口から離れて位置する第３開口とを含む。複数のパッドが、第１開口内に導体層と第１隙間を介して位置する第１パッドと、第２開口内に導体層と第２隙間を介して位置する第２パッドと、第３開口内に導体層と第３隙間を介して位置する第３パッドとを含む。少なくとも第１隙間が、第３隙間よりも大きい。

本開示に係る電子部品実装構造体は、上記の配線基板、配線基板に実装された電子部品、および電子部品を被覆するリッドを含む。

本開示に係る配線基板は、上述のように、複数の開口が、平面透視で実装領域の角部と重なって位置する第１開口と、第１開口と隣接して位置する第２開口と、第２開口よりも第１開口から離れて位置する第３開口とを含み、少なくとも第１隙間が、第３隙間よりも大きい。言い換えれば、平面視において、第１開口の輪郭と第１パッドの輪郭との間の面積が、第３開口の輪郭と第３パッドの輪郭との間の面積よりも大きい。すなわち、実装領域の角部と重なって位置する第１開口における第１隙間を大きくすることによって、優れた曲げ性および伸縮性を有する樹脂領域を広く設けることができる。したがって、本開示に係る配線基板によれば、応力が緩和されてクラックの発生が低減されている。

本開示の一実施形態に係る電子部品実装構造体の要部を示す説明図である。（Ａ）は本開示の一実施形態に係る電子部品実装構造体に含まれる配線基板の一実施形態を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す矢印Ａ方向から見た説明図である。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１および２に基づいて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る電子部品実装構造体の要部を示す説明図である。一実施形態に係る電子部品実装構造体１は、配線基板２と、配線基板２に実装された電子部品３と、電子部品３を被覆するリッド４とを含む。

本開示の一実施形態に係る配線基板２は、図２（Ａ）に示すように、上面と下面を有するコア用絶縁層２１と、コア用絶縁層２１の上面に位置する第１ビルドアップ層２２ａと、コア用絶縁層２１の下面に位置する第２ビルドアップ層２２ｂとを備える。

コア用絶縁層２１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。コア用絶縁層２１の厚みは特に限定されず、例えば２００μｍ以上１８００μｍ以下である。

コア用絶縁層２１には、補強材が含まれていてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、コア用絶縁層２１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。

コア用絶縁層２１には、コア用絶縁層２１の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体２３ａが位置している。スルーホール導体２３ａは、コア用絶縁層２１の上下面を貫通するスルーホール内に位置している。スルーホール導体２３ａは、例えば、銅めっきなどの金属めっき導体で形成されている。スルーホール導体２３ａは、コア用絶縁層２１の両面に形成された導体層２３に接続されている。スルーホール導体２３ａは、スルーホールの内壁面のみに形成されていてもよく、スルーホール内に充填されていてもよい。また、コア用絶縁層２１は、内部にスルーホール導体２３ａと接続された回路を有していても構わない。

コア用絶縁層２１の上面に位置する第１ビルドアップ層２２ａは、導体層２３とビルドアップ用絶縁層２２とが交互に積層された構造を有している。第１ビルドアップ層２２ａの最外層には、電子部品３を実装するための実装領域Ｘが含まれる。実装領域Ｘは、平面視した場合に四角形状などの多角形状を有している。実装領域Ｘに実装される電子部品３としては、例えば、半導体集積回路素子、オプトエレクトロニクス素子などが挙げられる。平面透視で実装領域Ｘの角部と、電子部品３の角部とは、互いに重なるように実装される。

導体層２３は、例えば銅箔や銅めっきから成る導体で形成されている。導体層２３の厚みは特に限定されず、例えば３μｍ以上２５μｍ以下である。導体層２３には、電源用導体層、接地用導体層および信号用導体層が含まれる。

導体層２３は、ビルドアップ用絶縁層２２を介して対向するように位置している。一実施形態に係る配線基板２において、ビルドアップ用絶縁層２２は二層形成されている。ビルドアップ用絶縁層２２は、コア用絶縁層２１と同様、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。ビルドアップ用絶縁層２２は、それぞれ同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。ビルドアップ用絶縁層２２とコア用絶縁層２１とは、同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。

さらに、ビルドアップ用絶縁層２２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。ビルドアップ用絶縁層２２の厚みは特に限定されず、例えば５μｍ以上５０μｍ以下である。ビルドアップ用絶縁層２２は、それぞれ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。

ビルドアップ用絶縁層２２には、層間を電気的に接続するためのビアホール導体２３ｂが形成されている。ビアホール導体２３ｂは、ビルドアップ用絶縁層２２の上下面を貫通するビアホール内に形成されている。ビアホール導体２３ｂは、例えば、銅めっきなどの金属めっき導体で形成されている。ビアホール導体２３ｂは、ビルドアップ用絶縁層２２の両面に位置する導体層２３に接続されている。ビアホール導体２３ｂは、ビアホール内に充填されていてもよく、ビアホールの内壁面のみに形成されていてもよい。

コア用絶縁層２１の下面に位置する第２ビルドアップ層２２ｂも、第１ビルドアップ層２２ａと同様に、導体層２３とビルドアップ用絶縁層２２とが交互に積層された構造を有している。第２ビルドアップ層２２ｂに含まれる導体層２３およびビルドアップ用絶縁層２２については、例えば、上述の第１ビルドアップ層２２ａに含まれる導体層２３およびビルドアップ用絶縁層２２で説明した通りであり、詳細な説明は省略する。

第２ビルドアップ層２２ｂの表面には、複数の開口２４を有する導体層２３が位置している。図２（Ｂ）に示すように、この複数の開口２４内の各々には、導体層２３と隙間をあけて複数のパッド２５が位置している。この隙間が、いわゆる「クリアランス」である。図２（Ｂ）については、第２ビルドアップ層２２ｂの表面に形成されているソルダーレジスト層２６は省略している。

一実施形態に係る配線基板２において、複数の開口２４には、平面透視で実装領域Ｘの角部と重なって位置する第１開口２４１と、第１開口２４１と隣接して位置する第２開口２４２と、第２開口２４２よりも第１開口２４１から離れて位置する第３開口２４３とが含まれる。第１開口２４１内には、導体層２３と第１隙間２４１Ｓを介して第１パッド２５１が位置している。第２開口２４２内には、導体層２３と第２隙間２４２Ｓを介して第２パッド２５２が位置している。第３開口２４３内には、導体層２３と第３隙間２４３Ｓを介して第３パッド２５３が位置している。

第１パッド２５１、第２パッド２５２および第３パッド２５３の形状は限定されない。平面透視した場合、これらのパッド２５は、図２（Ｂ）に示すように、通常、円形状を有している。第１パッド２５１、第２パッド２５２および第３パッド２５３の形状は、全て同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。

一実施形態に係る配線基板２において、少なくとも第１開口２４１に存在する第１隙間２４１Ｓは、第３開口２４３に存在している第３隙間２４３Ｓよりも大きい。言い換えれば、平面視において、第１開口２４１の輪郭と第１パッド２５１の輪郭との間の面積が、第３開口２４３の輪郭と第３パッド２５３の輪郭との間の面積よりも大きい。すなわち、熱伸縮により応力が集中しやすい実装領域Ｘ（電子部品）の角部と重なって位置する第１開口２４１に、優れた曲げ性および伸縮性を有する樹脂領域を広く設けることができる。その結果、応力が緩和されてクラックの発生を低減することができる。

図２（Ｂ）に示すように、第１開口２４１は、四角形状の実装領域Ｘの対角線に沿う方向に沿って延びている。このため、第１隙間２４１Ｓは、円形状の第３開口２４３における第３隙間２４３Ｓに比べて、実装領域Ｘの対角線に沿う方向に沿って面積が大きい領域を有している。このような場合、実装領域Ｘの対角線に沿う方向に沿って応力が生じるときに、応力を緩和してクラックの発生を低減し易い点で有利である。第１パッド２５１が円形状であり、第１開口２４１が楕円形状であれば、第１隙間２４１Ｓは、実装領域Ｘの対角線に沿う方向に沿って面積が大きい領域を有することができる。第１開口２４１の形状は、楕円形状に限られず、四角形状、円形状などであってもよい。

第１隙間２４１Ｓは、平面透視した場合、実装領域Ｘと重なって位置する第１領域Ｐ１と、実装領域Ｘと重ならずに位置する第２領域Ｐ２とを有する。図２（Ｂ）では、第１領域Ｐ１と第２領域Ｐ２とは、略同じ大きさを有している。

第１領域Ｐ１と第２領域Ｐ２とは異なる大きさを有していてもよい。このような場合は、実装領域Ｘと重なっていない第２領域Ｐ２が、実装領域Ｘと重なっている第１領域Ｐ１よりも大きい方がよい。第１隙間２４１Ｓにおいて、実装領域Ｘと重ならない領域（第２領域Ｐ２）の方が、実装領域Ｘと重なる領域（第１領域Ｐ１）よりも、より応力が集中しやすいためである。このような構成によって、より応力が集中しやすい第２領域Ｐ２に、優れた曲げ性および伸縮性を有する樹脂領域を広く設けることができる。

図２（Ｂ）では、第１開口２４１に存在する第１隙間２４１Ｓだけでなく、第２開口２４２に存在する第２隙間２４２Ｓも、第３開口２４３に存在している第３隙間２４３Ｓよりも大きい。言い換えれば、平面視において、第２開口２４１の輪郭と第２パッド２５２の輪郭との間の面積が、第３開口２４３の輪郭と第３パッド２５３の輪郭との間の面積よりも大きい。第１隙間２４１Ｓに隣接する第２隙間２４２Ｓの面積も、第３隙間２４３Ｓの面積よりも大きいことによって、実装領域Ｘの角部に近い位置に存在する第２開口２４２にも、優れた曲げ性および伸縮性を有する樹脂領域を広く設けることができる。その結果、応力が緩和されてクラックの発生をより低減することができる。

第２開口２４２は、四角形状の実装領域Ｘの対角線と平行な方向に沿って延びていてもよく、四角形状の実装領域Ｘの対角線と非平行な方向に沿って存在していてもよい。より応力が緩和される点で、第２開口２４２は、四角形状の実装領域Ｘの対角線と平行な方向に沿って延びているのがよい。

第１隙間２４１Ｓおよび第２隙間２４２Ｓは、第３開口２４３に存在する第３隙間２４３Ｓよりも大きければ限定されない。例えば、第１隙間２４１Ｓおよび第２隙間２４２Ｓの最も広い部分の幅が、第３隙間２４３Ｓの幅の３～１０倍程度であるのがよい。第１隙間２４１Ｓと第２隙間２４２Ｓとは同じ大きさの幅を有していてもよく、異なる大きさの幅を有していてもよい。第１隙間２４１Ｓと第２隙間２４２Ｓとが異なる大きさの幅を有する場合、熱伸縮により応力が集中しやすい実装領域Ｘの角部と重なって位置する第１開口２４１に存在する第１隙間２４１Ｓが、第２隙間２４２Ｓよりも大きな幅を有するのがよい。

一実施形態に係る配線基板２の両表面の一部には、ソルダーレジスト層２６が形成されている。ソルダーレジスト層２６は、例えば、アクリル変性エポキシ樹脂で形成されている。ソルダーレジスト層２６は、例えば電子部品３を実装するときの熱やマザーボードなどに接続するときの熱から、第１ビルドアップ層２２ａおよび第２ビルドアップ層２２ｂに形成された導体層２３を保護する機能を有している。

上記のような配線基板２は、例えば、次のように形成される。まず、コア用絶縁層２１を用意する。コア用絶縁層２１は、両面銅張り積層板等の絶縁板にドリル、ブラストまたはレーザー加工することでスルーホールを形成し、サブトラクティブ法によりコア用絶縁層２１表面に導体層２３およびスルーホール内にスルーホール導体２３ａを形成する。コア用絶縁層２１の上下面の導体層２３は、スルーホール導体２３ａによって導通している。

次に、コア用絶縁層２１の上下面に第１ビルドアップ層２２ａおよび第２ビルドアップ層２２ｂを形成する。第１ビルドアップ層２２ａおよび第２ビルドアップ層２２ｂは、ビルドアップ用絶縁層２２と導体層２３とを交互に積層させることによって形成される。ビルドアップ用絶縁層２２は、例えば、熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを真空下でコア用絶縁層２１の上下面に被着して熱硬化することで形成される。

次に、ビルドアップ用絶縁層２２にレーザー加工することで、導体層２３を底部とするビアホールを形成する。レーザー加工後は、炭化物などを除去するためのデスミア処理を行うことでビアホールとビアホール導体２３ｂとの密着強度が向上する。

次に、セミアディティブ法により、ビルドアップ用絶縁層２２表面に導体層２３およびビアホール内にめっき金属によりビアホール導体２３ｂを形成する。ビルドアップ用絶縁層２２表面の導体層２３とビアホール底部にある導体層２３とは、ビアホール導体２３ｂによって導通されている。このような方法により、第２ビルドアップ層２２ｂの表面に、第１開口２４１および第２開口２４２を有する導体層２３が形成される。

ビルドアップ用絶縁層２２の形成工程および導体層２３の形成工程を繰り返すことによって、ビルドアップ用絶縁層２２を所定の層数に形成することができる。これにより、コア用絶縁層２１の上面に第１ビルドアップ層２２ａが形成され、下面に第２ビルドアップ層２２ｂが形成される。

本開示の一実施形態に係る電子部品実装構造体１は、上記のように、一実施形態に係る配線基板２と、配線基板２に実装された電子部品３と、電子部品３を被覆するリッド４とを含む。図１に示すように、一実施形態に係る電子部品実装構造体１において電子部品３は、一実施形態に係る配線基板２に含まれる第１ビルドアップ層２２ａの最外層に位置する実装領域Ｘに実装されている。このとき、平面透視で実装領域Ｘの角部と電子部品３の角部とが重なるように実装されている。実装領域Ｘに実装される電子部品３としては、上記のように、半導体集積回路素子、オプトエレクトロニクス素子などが挙げられる。

実装領域Ｘに実装された電子部品３はリッド４で被覆されている。リッド４は、配線基板２の撓み（反り）を防止するために使用される。リッド４は、例えば銅やアルミなどの金属で形成されている。

一実施形態に係る電子部品実装構造体１は、上述の一実施形態に係る配線基板２を使用しているため、クラックの発生が低減される。したがって、一実施形態に係る電子部品実装構造体１は、クラックによって配線が断線されにくく、優れた電気的信頼性を有する。

本開示の配線基板および電子部品実装構造体は、上述の実施形態に限定されない。一実施形態に係る配線基板２では、第１開口２４１内に位置する第１パッド２５１が、平面透視で実装領域Ｘの角部と重なっている。しかし、本開示の配線基板では、第１開口２４１が実装領域Ｘの角部と重なっていればよい。つまり、必ずしも第１パッド２５１が角部と重なっていなくてもよく、第１隙間２４１Ｓが角部と重なっていてもよい。

一実施形態に係る配線基板２において、第１隙間２４１Ｓの面積が第３隙間２４３Ｓの面積よりも大きい個所は、第１隙間２４１Ｓの一部に存在していればよい。また、第２隙間２４２Ｓの面積が第３隙間２４３Ｓの面積よりも大きい個所は、第２隙間２４２Ｓの一部に存在していればよい。しかし、本開示の配線基板において、第１隙間２４１Ｓの面積が第３隙間２４３Ｓの面積よりも大きい個所が、第１隙間２４１Ｓの全体に存在していてもよい。また、第２隙間２４２Ｓの面積が第３隙間２４３Ｓの面積よりも大きい個所が、第２隙間２４２Ｓの全体に存在していてもよい。

一実施形態に係る配線基板２において、実装領域Ｘは四角形状を有している。しかし、本開示の配線基板において実装領域の形状は、平面視で多角形状あれば、三角形状、五角形状、六角形状などであってもよく、形状は限定されない。

１電子部品実装構造体
２配線基板
２１コア絶縁層
２２ａ第１ビルドアップ層
２２ｂ第２ビルドアップ層
２３導体層
２４開口
２４１第１開口
２４２第２開口
２４３第３開口
２４１Ｓ第１隙間
２４２Ｓ第２隙間
２４３Ｓ第３隙間
２５パッド
２５１第１パッド
２５２第２パッド
２５３第３パッド
２６ソルダーレジスト層
３電子部品
４リッド
Ｐ１第１領域
Ｐ２第２領域
Ｘ実装領域

Claims

上面と下面を有するコア用絶縁層と、
該コア用絶縁層の前記上面に位置する第１ビルドアップ層と、
前記コア用絶縁層の前記下面に位置する第２ビルドアップ層と、
前記第１ビルドアップ層上に位置する平面視で多角形状の実装領域と、
前記第２ビルドアップ層の表面に位置する複数の開口を有する導体層と、
前記複数の開口内の各々に、前記導体層と隙間を介して位置する複数のパッドと、
を備えており、
前記複数の開口が、
平面透視で前記実装領域の角部と重なって位置する第１開口と、
該第１開口と隣接して位置する第２開口と、
該第２開口よりも前記第１開口から離れて位置する第３開口と、
を含んでおり、
前記複数のパッドが、
前記第１開口内に、前記導体層と第１隙間を介して位置する第１パッドと、
前記第２開口内に、前記導体層と第２隙間を介して位置する第２パッドと、
前記第３開口内に、前記導体層と第３隙間を介して位置する第３パッドと、
を含んでおり、
少なくとも前記第１隙間が、前記第３隙間よりも大きいことを特徴とする配線基板。
前記第２隙間が、前記第３隙間よりも大きい請求項１に記載の配線基板。
前記第１隙間が、平面透視で、前記実装領域と重なって位置する第１領域と、前記実装領域と重ならずに位置する第２領域とを有しており、
前記第２領域が、前記第１領域よりも大きい請求項１または２に記載の配線基板。
前記第１パッドが、平面透視で前記実装領域の前記角部と重なって位置している請求項１～３のいずれか１つに記載の配線基板。
前記実装領域が四角形状である請求項１～４のいずれか１つに記載の配線基板。
前記第１開口が、平面透視で前記四角形状の対角線に沿う方向に沿って延びている請求項５に記載の配線基板。
前記第２開口は、隣接して位置する前記第１開口が伸びている方向と平行な方向に沿って延びている請求項５または６に記載の配線基板。
前記第１開口および前記第２開口の少なくとも一方が、平面透視で楕円形状を有する請求項１～７のいずれか１つに記載の配線基板。
前記第１パッド、前記第２パッドおよび前記第３パッドの少なくとも１種が、平面透視で円形状である請求項１～８のいずれか１つに記載の配線基板。
請求項１～９のいずれか１つに記載の配線基板、該配線基板に実装された電子部品、および該電子部品を被覆するリッドを含む電子部品実装構造体。