(57)【要約】【課題】プリント基板とはんだとの線膨張差によりはんだに生じる破断を抑制できるプリント基板を提供すること。【解決手段】半導体チップ７をはんだ８でランドに接合されるプリント基板であって、ガラス繊維が平織されたガラスクロスに樹脂を含浸したプリプレグと、プリプレグの表面上に形成されたランドと、ランドとガラスクロスとの間に配置された、プリプレグに含浸した樹脂の線膨張率よりランドに接合されるはんだの線膨張率に近い線膨張率を有する線膨張率調整部材と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップをはんだでランドに接合されるプリント基板であって、
ガラス繊維が平織されたガラスクロスに樹脂を含浸したプリプレグと、
前記プリプレグの表面上に形成されたランドと、
前記ランドと前記ガラスクロスとの間に配置された、前記プリプレグに含浸した樹脂の線膨張率より前記ランドに接合されるはんだの線膨張率に近い線膨張率を有する線膨張率調整部材と、を有するプリント基板。
【請求項２】
前記線膨張率調整部材は、前記ランドの前記プリント基板との接着面に形成され、前記ガラスクロスの形状に対応した凸部である、請求項１記載のプリント基板
【請求項３】
前記線膨張率調整部材は、前記樹脂より線膨張率の低い線膨張率を有するフィラーが混入された前記樹脂である、請求項１記載のプリント基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント基板に関し、特にガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗やコンデンサ等の電子部品は、プリント基板にはんだで実装される。プリント基板の線膨張係数と、抵抗やコンデンサの線膨張係数とは異なるため、使用中の環境温度の変化で、はんだにひずみが生じる。ひずみが繰り返し生じると、はんだにクラックが発生して伸展し、結果としてはんだが破断してしまう。
【０００３】
はんだが破断すると、電子部品とプリント基板とは導通不良となり、プリント基板が搭載された電子機器は機能を満たさなくなる。車載用電子機器では、家電製品に比べて、耐用年数も長く、厳しい温度差の環境にさらされる。よって、よりはんだの耐久性を高めることが求められる。
【０００４】
特許文献１には、プリント基板の実装面に形成されたランドの周面部に、はんだ食いつき部を設けることが記載されている。特許文献１に記載の技術では、ランドの周面部を逆円錐状の広がりを有する形状にしてはんだ食いつき部を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９８０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、はんだに発生するひずみには２通りある。１つはプリント基板と電子部品との線膨張差から生じるものであり、もう１つはプリント基板とはんだとの線膨張差から生じるものである。
【０００７】
図７は、一般の半導体チップが接合されたプリント基板を示す図である。プリント基板１０１は表面上にランド１０２を有し、半導体チップ１００ははんだ１０３によりランド１０２に接合されている。図７（ａ）はプリント基板と電子部品との線膨張差から生じるひずみを示す図である。図７（ｂ）はプリント基板とはんだとの線膨張差から生じるひずみを示す図である。
【０００８】
プリント基板と電子部品との線膨張差により生じるひずみは、チップサイズが小さくなるほど小さくなる。図よって、チップサイズの大きい部品より、チップサイズの小さい部品の方がはんだは破断しにくくなる。つまり、プリント基板と電子部品との線膨張差から生じるひずみを抑制するには、チップサイズを小さくすればよい。
【０００９】
図８は、半導体チップの長手方向の大きさとはんだ寿命との関係を示す図である。プロット１１０は４１４５チップ、プロット１２０は３２１６チップ、プロット１３０は２１２５チップ、プロット１４０は１６０８チップ、プロット１５０は１００５チップの寿命を示す。ｔははんだ寿命の規格を示す。
【００１０】
図８に示すように、チップサイズが小さいほど、はんだの平均寿命が延びる傾向にある。しかしながら、チップサイズを一定以上に小さくすると、プリント基板とはんだとの線膨張差から生じるひずみにばらつきが発生し、結果として電子部品の寿命がばらついて、規格を満たさないものが発生してしまうという問題がある。
【００１１】
車載用電子機器では、一般にガラスエポキシ樹脂基板がプリント基板に用いられる。ガラスエポキシ樹脂基板１０４は、ガラス繊維を平織したガラスクロスに樹脂を含浸させて固めたプリプレグを複数枚重ねたものである。
【００１２】
図９は、一般のガラスエポキシ樹脂基板を示す図である。図９に示すように、プリプレグの表面１０４ａは、ガラス繊維が露出する部分であるガラス繊維露出部１０５と、樹脂が露出する部分である樹脂露出部１０６とがある。
【００１３】
ガラスエポキシ樹脂基板１０４に用いられるガラスクロスの繊維の線膨張率は４〜７（ｐｐｍ）、樹脂の線膨張率は４０〜６０（ｐｐｍ）であり、ガラス繊維の間隔は約０．８（ｍｍ）である。ガラスエポキシ樹脂基板１０４の平均の線膨張率は１１〜１５（ｐｐｍ）であるが、ガラス繊維露出部１０５はガラス繊維の線膨張率に近い線膨張率となり、樹脂露出部１０６は樹脂の線膨張率に近い線膨張率になる。つまり、ガラスエポキシ樹脂基板１０４では、線膨張率は一様ではなく、４〜６０（ｐｐｍ）の線膨張率の領域が混在している。
【００１４】
図１０（ａ）はガラスエポキシ樹脂基板１０４に接合された電子部品を示す図である。チップ３００は３２１６サイズの電子部品を示し、チップ４００は１６０８サイズの電子部品を示す。上述したように、ガラスエポキシ樹脂基板の表面では線膨張率が一様ではなく、ガラス繊維が露出した部分と樹脂が露出した部分とでは線膨張率が異なる。
【００１５】
図１０（ｂ）は、ガラスエポキシ樹脂基板１０４に接合されたチップ４００の直線ＥＥに沿った断面を示す図である。電子部品のチップサイズが一定のサイズ以下、特に１６０８サイズより小さい場合には、ガラスクロスに対してチップサイズが小さすぎ、線膨張率の分布がはんだ寿命に影響する。
【００１６】
すなわち、ガラスエポキシ樹脂基板１０４の線膨張率の分布がはんだ寿命に影響を与えることにより、各電子部品の寿命のばらつきが大きくなり、製品規格を満たさない電子部品が発生してしまうという問題があった。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、プリント基板とはんだとの線膨張差によりはんだに生じる破断を抑制できるプリント基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】
【００１８】
本発明にかかるプリント基板は、半導体チップをはんだでランドに接合されるプリント基板であって、ガラス繊維が平織されたガラスクロスに樹脂を含浸したプリプレグと、プリプレグの表面上に形成されたランドと、ランドとガラスクロスとの間を埋める、プリプレグに含浸した樹脂の線膨張率よりランドに接合されるはんだの線膨張率に近い線膨張率を有する線膨張率調整部材と、を有するものである。
【００１９】
線膨張率調整部材は、ランドのプリント基板との接着面に形成され、ガラスクロスの形状に対応した凸部である。
【００２０】
線膨張率調整部材は、樹脂より線膨張率の低い線膨張率を有するフィラーが混入された樹脂で構成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかるプリント基板によれば、プリント基板とはんだとの線膨張差によりはんだに生じる破断を抑制できるプリント基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１にかかる半導体チップを接合したプリント基板を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるプリント基板の形成に用いられるプリプレグを示す図である。
【図３】実施の形態１にかかるプリプレグに接着される銅板を示す。
【図４】実施の形態１にかかるプリント基板の製造方法を示す図である。
【図５】実施の形態２にかかる半導体チップを接合したプリント基板を示す図である。
【図６】実施の形態２にかかるプリント基板の製造方法をしめす図である。
【図７】一般の半導体チップが接合されたプリント基板を示す図である。
【図８】一般の半導体チップの長手方向の大きさとはんだ寿命との関係を示す図である。
【図９】一般のガラスエポキシ樹脂基板を示す図である。
【図１０】一般のガラスエポキシ樹脂基板に接合された電子部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）は、本実施の形態にかかる半導体チップ７を接合したプリント基板１を示す図である。半導体チップ７は、はんだ８でランド３に接合されている。図１（ａ）に示すように、プリント基板１には、プリント基板１の表面にガラス繊維が露出するガラス繊維露出部９と、樹脂５が露出する樹脂露出部１０とがある。
【００２４】
図１（ｂ）は、半導体チップ７を接合したプリント基板１の直線ＡＡに沿った断面を示す図である。プリプレグ２は、ガラスエポキシ樹脂で構成され、ガラス繊維が平織されたガラスクロス４とガラスクロス４に含浸された樹脂５とを有する。
【００２５】
ガラス繊維露出部９は、平織されたガラス繊維の縦糸と横糸とが重なり合っている部分である。樹脂露出部１０は、ガラス繊維の縦糸と横糸との隙間の部分であり、図１（ｂ）に示すように、樹脂露出部１０は、プリプレグ２に含まれるガラスクロス４が凹んだような形状となる。
【００２６】
ランド３は、プリプレグ２の実装面上に形成されている。ランド３は、プリプレグ２との接着面３ａに、ガラスクロス４の樹脂露出部１０に対応する形状の凸部６を有する。
【００２７】
上述したように、ガラスクロス４の線膨張率は４〜７（ｐｐｍ）であり、ガラスクロス４に含浸される樹脂の線膨張率は４０〜６０（ｐｐｍ）である。よって一般のプリプレグでは、プリプレグ２の表面でガラスクロス４が露出するガラス繊維露出部９と樹脂５が露出する樹脂露出部１０とで線膨張率のばらつきがあった。
【００２８】
本実施の形態にかかるプリント基板１では、ランド３とプリプレグ２との接着面に、ガラスクロス４の縦糸と横糸との隙間である樹脂露出部１０に対応する形状のランド３の凸部６を有する。これにより、ガラスクロス４とランド３との間が、樹脂５の線膨張率よりはんだ８に近い線膨張率のランド３の凸部６により埋められることになる。従って、プリント基板１とはんだとの線膨張率の差をより小さくして、はんだの破断を抑制することができる。
【００２９】
図２は、プリント基板１の形成に用いられるプリプレグ２を示す図である。図２（ａ）はプリプレグ２の実装面を示す図である。図１（ｂ）は図１（ａ）に示すプリプレグ２の直線ＢＢに沿った断面を示す図である。プリプレグ２は、ガラス繊維の縦糸１１とガラス繊維の横糸１２とが平織されている。距離ｌはガラス繊維の縦糸１１とガラス繊維の横糸１２との間隔を示す。距離ｌは、具体的には０．８（ｍｍ）程度である。
【００３０】
図３は、プリプレグ２に接着される銅板を示す。銅板１３は、銅製の薄板であり、プリプレグ２との接着面に、凸部６を形成したものである。図３（ｂ）は、銅板１３の直線ＣＣに沿った断面を示す図である。凸部６は樹脂５よりはんだ８に近い線膨張率を有する。
【００３１】
凸部６は銅板１３をプレスすることにより形成してもよいし、銅板１３にめっきで形成してもよい。また、凸部６は四角錐６ａが銅板１３のプリプレグ２との接着面に、四角錐６ａ同士が距離ｌの間隔となるよう、縦横に並べられた形状である。
【００３２】
プリント基板１の製造方法について説明する。まず、プリプレグ２と銅板１３とを接着する。図４（ａ）は、プリプレグ２と銅板１３とが接着された際の断面を示す図である。プリプレグ２の凹部１０と銅板１３の凸部６とがかみ合うように位置決めされて、加圧されて加熱され、接着される。
【００３３】
次に、銅板１３をエッチングして、プリプレグ２状にランド３及び配線パターン（不図示）を形成する。図４（ｂ）は、ランド３が形成されたプリプレグ２の断面を示す図である。
【００３４】
次に、プリプレグ２と一般のプリプレグ１４ａ〜ｄと配線層１５ａ〜ｃとを重ねて張り合わせ、プリント基板１を形成する。図４（ｃ）は、プリント基板１の断面を示す図である。プリント基板１は、複数のプリプレグを用いて形成されるが、プリント基板１の上下の面、すなわちプリント基板１の外側の面には、プリプレグ２を用いる。これにより、プリント基板１の部品が実装される表面では、半田の線膨張係数に近い線膨張係数になる。
【００３５】
本実施の形態にかかるプリント基板１は、ランド３とガラスクロス４との間に、樹脂５の線膨張係数よりはんだ８の線膨張係数に近い線膨張係数の凸部６が配置されることにより、プリント基板１とはんだ８との線膨張係数の差を小さくすることができる。
【００３６】
よって、本実施の形態にかかるプリント基板１は、はんだ８の破断を抑制することができる。すなわち、本実施の形態にかかるプリント基板１は、はんだの破断による寿命のばらつきをおさえることが可能である。
【００３７】
実施の形態２
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかるプリント基板２０は、実施の形態１にかかるプリント基板１とは異なり、ランドとガラスクロスとの間を、樹脂の線膨張率よりはんだの線膨張率に近い線膨張率を有するフィラー入りの樹脂で埋めることを特徴とする。なお、以下の説明において、実施の形態と同じ構成には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３８】
図５（ａ）は、本実施の形態にかかる半導体チップ７を接合したプリント基板２０を示す図である。図５（ｂ）は、半導体チップ７を接合したプリント基板２０の断面を示す図である。プリプレグ２１の表面にはランド２４が接着され、ランド２４と半導体チップ７とははんだ８で接合されている。
【００３９】
ランド２４は、ガラスクロス４の樹脂露出部１０とを埋める、フィラー２２入りの樹脂５に接着されている。フィラー２２は、樹脂５よりも小さい線膨張係数を有する。樹脂５に樹脂５より線膨張係数の小さいフィラー２２が混入されることにより、ランド２４が接着されたプリプレグ２１の表面の線膨張率が小さくなる。
【００４０】
これにより、プリント基板２０とはんだ８との線膨張率の差を小さくすることができ、はんだ８の破断を抑制することが可能である。
【００４１】
次に、プリント基板２０の製造方法について説明する。まず、フィラー２２入りの樹脂５をガラスクロス４に含浸させてプリプレグ２１を作成する。次に、プリプレグ２１に銅製の薄板である銅板２５を接着する。図６（ａ）は、銅板２５が接着されたプリプレグ２１の直線ＤＤに沿った断面を示す図である。
【００４２】
次に、銅板２５をエッチングして、ランド２４及び配線パターン（不図示）を形成する。図６（ｂ）は、ランド２４が形成されたプリプレグ２１の断面を示す図である。最後に、ランド２４が形成されたプリプレグ２１と、他のプリプレグ１４ａ〜ｄ、配線層１５ａ〜ｃとを重ねて接着し、プリント基板２０を形成する。
【００４３】
図６（ｃ）は、プリント基板２０の断面を示す図である。実施の形態１と同様に、プリント基板２０の外側のプリプレグは、プリプレグ２１を用いる。これにより、プリント基板２０全体の線膨張率を小さくすることができる。
【００４４】
本実施の形態にかかるプリント基板２０は、ランド２４とガラスクロス４との間を、樹脂５の線膨張率より小さい線膨張率のフィラー２２を混入させた樹脂５が埋める構造である。これにより、はんだ８とプリント基板２０との線膨張率の差によるはんだ８の破断を抑制できる。従って、プリント基板２０に接着される半導体チップ７のはんだ８の破断による寿命のばらつきを小さくすることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  プリント基板
２  プリプレグ
３、２４  ランド
４  ガラスクロス
５  樹脂
６  凸部
７  半導体チップ
８  はんだ
９  ガラス繊維露出部
１０  樹脂露出部
１１  縦糸
１２  横糸
１３  銅板
１４ａ〜１４ｄ  プリプレグ
１５ａ〜１５ｃ  配線層
２０  プリント基板
２１  プリプレグ
２２  フィラー
２５  銅板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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