(57)【要約】【課題】基板に実装される実装部品と接続金属体とを接合する接合部に生じる応力を低減すること。【解決手段】基板接続構造１０は、基板１１、バスバー６１、及び、接続金属体４１を電気的に接続する構造である。基板１１は、板状の基材１２と、基材１２の両面に設けられた配線層２１，３１と、基材１２の両面に設けられたレジスト２２，３２と、を備える。基材１２は、基材１２を貫通するスルーホールＴＨを区画する区画面１５を備える。接続金属体４１は、円板状の接続部４２と、接続部４２から突出する円柱状の凸部４３と、を備える。接続金属体４１の凸部４３は、スルーホールＴＨ内に挿入されている。凸部４３の先端面４４と、バスバー６１とは金属接合材により形成された第１接合部５２によって接合されている。凸部４３の周面と、スルーホールＴＨを区画している区画面１５との間には第１接合部５２が介在していない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基材の第１面に第１レジスト及び第１配線層を備え、前記第１面の反対面となる前記基材の第２面に第２レジスト及び第２配線層を備える基板と、
前記第２配線層に接続される接続部と、前記基材を貫通しているスルーホール内に挿入される凸部と、を備える接続金属体と、
前記基板に実装される実装部品と、を電気的に接続した基板接続構造であって、
前記実装部品と前記接続金属体とは、金属接合材により形成された第１接合部で接合されており、
前記スルーホールの周囲において、前記第１配線層は前記第１レジストに覆われており、
前記接続金属体は、前記凸部の先端面のみで前記実装部品に接続され、
前記第２レジストは、前記スルーホールの周囲で、前記第２配線層のうち前記接続部と接続される配線層接続部を露出させる境界部を備え、
前記接続部と前記配線層接続部とは、金属接合材により形成された第２接合部により接合されている基板接続構造。
【請求項２】
前記接続部は、円板状であり、
前記境界部は、円環状であり、
前記配線層接続部は、円環状であり、
前記接続部の外径は、前記配線層接続部の内径より大きく、かつ、前記境界部の内径より小さく、
前記第２接合部の外径は、前記接続部の外径より大きく、かつ、前記境界部の内径より小さい請求項１に記載の基板接続構造。
【請求項３】
前記凸部の先端面は、前記実装部品と重ならない非被覆領域を備える請求項１又は請求項２に記載の基板接続構造。
【請求項４】
前記実装部品はバスバーである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の基板接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板は、板状の基材と基材の両面に設けられた配線層と、を備える。基材の両面に設けられた配線層同士を電気的に接続する場合、スルーホールが用いられる。例えば、特許文献１には、複数の基板のうちの１つにスルーホールを設けた多層基板が記載されている。スルーホールを区画している基材の区画面は、メッキによって覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４２９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、基板の放熱性を高めることなどを目的として、スルーホールに接続金属体を挿入し、接続金属体と基板に実装される実装部品とを半田などの金属接合材で接合する場合がある。この場合、スルーホールを区画している基材の区画面と、接続金属体との間にも金属接合材が介在することになる。すると、基材の線膨張係数と、接続金属体の線膨張係数との差に起因して、基材と接続金属体との間に介在する金属接合材に応力が生じることになる。
【０００５】
本発明の目的は、基板に実装される実装部品と接続金属体とを接合する接合部に生じる応力を低減できる基板接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する基板接続構造は、板状の基材の第１面に第１レジスト及び第１配線層を備え、前記第１面の反対面となる前記基材の第２面に第２レジスト及び第２配線層を備える基板と、前記第２配線層に接続される接続部と、前記基材を貫通しているスルーホール内に挿入される凸部と、を備える接続金属体と、前記基板に実装される実装部品と、を電気的に接続した基板接続構造であって、前記実装部品と前記接続金属体とは、金属接合材により形成された第１接合部で接合されており、前記スルーホールの周囲において、前記第１配線層は前記第１レジストに覆われており、前記接続金属体は、前記凸部の先端面のみで前記実装部品に接続され、前記第２レジストは、前記スルーホールの周囲で、前記第２配線層のうち前記接続部と接続される配線層接続部を露出させる境界部を備え、前記接続部と前記配線層接続部とは、金属接合材により形成された第２接合部により接合されている。
【０００７】
これによれば、スルーホールを区画している基材の区画面と、凸部との間には接合部が介在しない。接続金属体と基材が膨張しても、スルーホールを区画する区画面と凸部との間には接合部がないため、基材の線膨張係数と接続金属体の線膨張係数との差に起因する応力が実装部品と接続金属体とを接合する接合部である第１接合部に生じにくい。したがって、スルーホールを区画する区画面と、凸部との間に接合部が介在している場合に比べて、第１接合部に生じる応力を低減することができる。
【０００８】
上記基板接続構造について、前記接続部は、円板状であり、前記境界部は、円環状であり、前記配線層接続部は、円環状であり、前記接続部の外径は、前記配線層接続部の内径より大きく、かつ、前記境界部の内径より小さく、前記第２接合部の外径は、前記接続部の外径より大きく、かつ、前記境界部の内径より小さくてもよい。
【０００９】
これによれば、第２配線層と接続金属体との接触面積を大きくすることができる。
上記基板接続構造について、前記凸部の先端面は、前記実装部品と重ならない非被覆領域を備えていてもよい。
【００１０】
これによれば、凸部の先端面と実装部品との間に介在する第１接合部を視認しやすく、接合状態の確認を行いやすい。
上記基板接続構造について、前記実装部品はバスバーであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板に実装される実装部品と接続金属体とを接合する接合部に生じる応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基板接続構造を示す端面図。
【図２】基板接続構造を拡大して示す端面図。
【図３】基板と接続金属体の斜視図。
【図４】基板接続構造を基材の第２面側から見た平面図。
【図５】比較例の基板接続構造を示す端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、基板接続構造の一実施形態について説明する。
図１、及び、図２に示すように、基板接続構造１０は、基板１１と、基板１１に実装された実装部品であるバスバー６１と、接続金属体４１と、を備える。基板接続構造１０は、基板１１、バスバー６１、及び、接続金属体４１を電気的に接続する構造である。接続金属体４１とバスバー６１とは第１接合部５２によって接合されており、接続金属体４１と基板１１とは第２接合部５１によって接合されている。
【００１４】
基板１１は、板状の基材１２と、基材１２の両面に設けられた配線層２１，３１と、基材１２の両面に設けられたレジスト２２，３２と、基材１２に設けられたランド１８，１９と、を備える。
【００１５】
基材１２は、絶縁材料製の絶縁層１３と、絶縁層１３の内部に設けられた金属製の内蔵配線層１４と、を備える。基材１２は、基材１２を貫通するスルーホールＴＨを区画する区画面１５を備える。本実施形態において、区画面１５、及び、区画面１５によって区画されるスルーホールＴＨは円形である。区画面１５は、絶縁層１３の露出した面である。区画面１５には、全周に亘ってレジスト２２，３２及び配線層２１，３１は設けられていない。即ち、区画面１５は、スルーホールＴＨ内に露出していることになる。
【００１６】
基材１２の板厚方向の一方の面を第１面１６とし、第１面１６の反対面を基材１２の第２面１７とする。スルーホールＴＨの周囲において、第１配線層２１は、第１面１６に設けられた第１レジスト２２に覆われている。スルーホールＴＨの周囲では、第１配線層２１は露出していないといえる。ランド１９は、第１面１６に配置されている。ランド１９は、スルーホールＴＨから離間している。ランド１９とスルーホールＴＨとの間には、第１レジスト２２が介在している。
【００１７】
図２、及び、図３に示すように、第２面１７に設けられた第２配線層３１は、スルーホールＴＨの周囲において、第２面１７に設けられた第２レジスト３２から露出している。詳細にいえば、第２レジスト３２は、円環状の境界部３３を備える。境界部３３内は、第２レジスト３２が設けられていない領域となる。境界部３３は、第２レジスト３２と、第２レジスト３２が設けられていない領域との境界となる。境界部３３の内径は、スルーホールＴＨの内径より大きい。境界部３３は、スルーホールＴＨと同心円状に配置されている。スルーホールＴＨの周縁と、境界部３３との間には、第２レジスト３２が設けられず、第２配線層３１が露出している。境界部３３内で露出する第２配線層３１は、接続金属体４１が接続される配線層接続部３４である。配線層接続部３４は、円環状である。
【００１８】
図３、及び、図４に示すように、接続金属体４１は、円板状の接続部４２と、接続部４２から突出する円柱状の凸部４３と、を備える。本実施形態の接続金属体４１は、銅製である。凸部４３は、接続部４２の中央から突出している。凸部４３の外径は、スルーホールＴＨの内径よりも小さい。接続部４２の外径Ｌ２は、スルーホールＴＨの内径よりも大きい。接続部４２の外径Ｌ２は、配線層接続部３４の内径Ｌ１より大きく、かつ、境界部３３の内径Ｌ４より小さい。
【００１９】
図２に示すように、接続金属体４１の凸部４３は、スルーホールＴＨ内に挿入されている。接続金属体４１は、凸部４３とスルーホールＴＨとが同心円状となるように配置されている。接続金属体４１の接続部４２は、金属接合材によって形成された第２接合部５１によって配線層接続部３４に接合されている。金属接合材は、金属同士の接合に用いられるろう材である。本実施形態の金属接合材としては、半田が用いられている。第２接合部５１は、接続部４２と配線層接続部３４との間に介在している。
【００２０】
図４に示すように、第２接合部５１は、円環状である。第２接合部５１の外径Ｌ３は、接続部４２の外径Ｌ２より大きく、かつ、境界部３３の内径Ｌ４より小さい。第２接合部５１の一部は接続部４２と配線層接続部３４との間から境界部３３に向けて突出している。接続部４２と配線層接続部３４との間から突出した部分は、フィレットとなっている。
【００２１】
図１に示すように、バスバー６１は、矩形状であり、平板状の銅板である。バスバー６１の幅は、スルーホールＴＨの内径よりも大きい。バスバー６１の長手方向の第１端部６２は、接続部４２からの凸部４３の突出方向に対して、凸部４３の先端面４４に重なり合うように配置されている。バスバー６１の長手方向の第２端部６３はランド１８に接続されている。
【００２２】
図２に示すように、凸部４３の先端面４４は、バスバー６１に重なり合う被覆領域４５と、バスバー６１に重なり合わない非被覆領域４６と、に分かれている。バスバー６１は、ランド１９と重なり合っている。ランド１９は、バスバー６１の接合時にバスバー６１の位置決めを行う位置決め用のランドである。
【００２３】
凸部４３の先端面４４と、バスバー６１とは金属接合材により形成された第１接合部５２によって接合されている。第１接合部５２は、基板１１に実装される実装部品であるバスバー６１と接続金属体４１とを接合する接合部である。金属接合材は、金属同士の接合に用いられるろう材である。本実施形態では、第１接合部５２を形成する金属接合材は、半田である。第１接合部５２は、凸部４３の先端面４４と、バスバー６１との間に介在している。第１接合部５２のフィレットは、非被覆領域４６に形成されている。
【００２４】
接続金属体４１は、凸部４３の先端面４４のみでバスバー６１に接続されている。即ち、本実施形態の基板接続構造１０では、スルーホールＴＨを区画する区画面１５と、凸部４３の周面との間には金属接合材が介在していない。スルーホールＴＨを区画する区画面１５と、凸部４３との間は、空間となっている。
【００２５】
基板接続構造１０は、絶縁部７１と、金属製のベースプレート７２と、を備える。接続金属体４１の接続部４２には、絶縁部７１を介してベースプレート７２が固定されている。なお、ベースプレート７２が絶縁性を有する場合は、絶縁部７１を設けなくてもよい。
【００２６】
通電により基板接続構造１０に電流が流れると、バスバー６１、各配線層２１，３１、接続金属体４１、第２接合部５１、第１接合部５２などの通電部が発熱する。この熱は、接続金属体４１を介して、ベースプレート７２に伝導する。接続金属体４１は、電流の流れる電流経路、及び、ベースプレート７２に熱を伝導させる伝熱経路となる。
【００２７】
実施形態の作用について説明する。まず、比較例の基板接続構造について説明する。なお、比較例の基板接続構造において、実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を行う。
【００２８】
図５に示すように、比較例の基板接続構造では、基材１００の区画面１５の全周に亘って金属製のランド１０１が設けられている。この場合、接続金属体４１とバスバー６１とを接合する接合部１０２は、凸部４３の先端面４４とバスバー６１との間に加えて、ランド１０１と凸部４３の周面との間に介在することになる。また、スルーホールＴＨの周囲において、第１配線層１１０は第１レジスト１１１から露出した露出部１１２を備える。スルーホールＴＨの周囲で接合部１０２によってバスバー６１と露出部１１２とは接合されている。第１レジスト１１１から露出した露出部１１２は、バスバー６１の位置決め用のランドとして機能している。
【００２９】
通電による発熱により接続金属体４１、及び、基材１００が膨張すると、接続金属体４１の線膨張係数と、基材１００の線膨張係数との差に起因して両者の膨張量に差が生じる。これにより、ランド１０１と凸部４３の周面との間に介在する接合部１０２には応力が生じることになり、発熱と冷却により膨張と収縮が繰り返されると、クラックが生じる原因となる。ランド１０１と凸部４３の周面との間に介在する接合部１０２にクラックが生じると、バスバー６１と凸部４３の先端面４４との間の接合部１０２にもクラックが拡がるおそれがある。
【００３０】
本実施形態の基板接続構造１０では、区画面１５にランドを設けていない。接続金属体４１と、バスバー６１とを接合するときには、先端面４４とバスバー６１との間に半田を配置し、基板接続構造１０を炉で加熱する。区画面１５は絶縁層１３が露出した面であり、溶融した半田は区画面１５には付着しない。したがって、溶融した半田は区画面１５と凸部４３の周面との間まで拡がらない。半田を溶融させた後、基板接続構造１０を冷却することで半田を硬化させる。これにより、第１接合部５２が形成されることになる。
【００３１】
半田を硬化させた後には、接合状態の確認を行う。凸部４３の先端面４４は、非被覆領域４６を備えているため、先端面４４と第１接合部５２の界面、及び、バスバー６１と第１接合部５２の界面を視認しやすい。更に、第１接合部５２のフィレットは非被覆領域４６に形成されるため、接合状態の良否判定を行いやすい。
【００３２】
上記したように、本実施形態の基板接続構造１０では、区画面１５と凸部４３の周面との間に第１接合部５２が介在していない。すると、接続金属体４１の膨張量と、基材１２の膨張量に差が生じても、区画面１５と凸部４３の周面との両方に接する部分がなく、第１接合部５２には膨張量の差に起因した応力が生じにくい。比較例の基板接続構造に比べると、第１接合部５２に生じる応力が低減されているといえる。
【００３３】
また、スルーホールＴＨの周囲において、第１配線層２１は第１レジスト２２に覆われているため、第１接合部５２は、第１配線層２１とバスバー６１との間にも設けられていない。区画面１５と凸部４３の周面との間に第１接合部５２が介在していない場合であっても、スルーホールＴＨの周囲で第１配線層２１とバスバー６１とが第１接合部５２によって接合されていると、この部分に応力が生じることになる。本実施形態のように、位置決め用のランド１９をスルーホールＴＨから離間させることで、第１接合部５２に生じる応力を低減させることができる。
【００３４】
なお、本実施形態の基板接続構造１０では、区画面１５と凸部４３の周面との間に第１接合部５２が介在せず、比較例の基板接続構造に比べて、スルーホールＴＨ内での電流経路、及び、伝熱経路が小さくなっていると捉えることもできる。しかしながら、銅製である接続金属体４１は、半田に比べて導電率及び熱伝導率が高く、凸部４３の周面と区画面１５との間から半田がなくなることによる通電、放熱への影響は極僅かである。
【００３５】
実施形態の効果について説明する。
（１）凸部４３の周面と、スルーホールＴＨを区画している区画面１５との間には第１接合部５２が介在していない。接続金属体４１と、基材１２が膨張しても、接続金属体４１の線膨張係数と基材１２の線膨張係数との差に起因した応力が第１接合部５２に生じにくい。第１接合部５２にクラックなどの損傷が生じることが抑制され、基板接続構造１０の長寿命化を図ることができる。
【００３６】
（２）接続部４２は円板状であり、境界部３３は円環状であり、第２接合部５１は円環状である。円環状の配線層接続部３４の全周に亘って接続部４２を接合することができるため、配線層接続部３４の周方向の一部に接続部４２を接合する場合に比べて、第２配線層３１と接続金属体４１との接触面積を大きくすることができる。接続金属体４１と第２配線層３１との接合強度の向上や、接続金属体４１と第２配線層３１との界面での抵抗値の低減を図ることができる。
【００３７】
（３）先端面４４は、バスバー６１と重なり合わない非被覆領域４６を備える。凸部４３の先端面４４とバスバー６１との間に介在する第１接合部５２を視認しやすく、接合状態の確認を行いやすい。
【００３８】
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○実装部品としては、第１接合部５２により接続金属体４１と接続されるものであればよく、例えば、半導体素子であってもよい。
【００３９】
○凸部４３の先端面４４は、全体に亘ってバスバー６１と重なり合っていてもよい。
○接続金属体４１の接続部４２は、円板状でなくてもよく、例えば、四角板状などでもよい。また、接続部４２は、凸部４３の周方向の全体に亘って、凸部４３から突出していなくてもよく、凸部４３の周方向の一部から突出した形状であってもよい。
【００４０】
○境界部３３は、円環状でなくてもよい。この場合、接続金属体４１の接続部４２、及び、第２接合部５１の形状は境界部３３の形状に合わせて変更することが好ましい。
○第２接合部５１の外径Ｌ３は、接続部４２の外径Ｌ２より小さくてもよい。
【００４１】
○基材１２は、内蔵配線層１４を備えていないものでもよい。
○第１接合部５２を形成する金属接合材、及び、第２接合部５１を形成する金属接合材は、銀ペーストなど、半田以外のろう材であってもよい。
【００４２】
○接続金属体４１は、銅以外の金属製であってもよい。
○バスバー６１の第２端部６３は、第１配線層２１に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
ＴＨ…スルーホール、１０…基板接続構造、１１…基板、１２…基材、１５…区画面、１６…第１面、１７…第２面、２１…第１配線層、２２…第１レジスト、３１…第２配線層、３２…第２レジスト、３３…境界部、３４…配線層接続部、４１…接続金属体、４２…接続部、４３…凸部、４４…先端面、４６…非被覆領域、５１…第２接合部、５２…第１接合部、６１…バスバー（実装部品）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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