(57)【要約】  回路基板１は、絶縁性基板１０と、絶縁性基板１０上に形成された電気回路パターン２０と、を備えており、電気回路パターン２０は、実装パッド部３０と、実装パッド部３０から延在する配線部４０と、を有しており、実装パッド部３０は、配線部４０の主面４１に対して傾斜し又は実質的に直交している第１の非平行面３２ａを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された電気回路パターンと、を備えた回路基板であって、
前記電気回路パターンは、実装パッド部と、前記実装パッド部から延在する配線部と、を有しており、
前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交している第１の非平行面を有することを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の回路基板であって、
前記実装パッド部は、前記第１の非平行面で囲まれた凹部を有することを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１記載の回路基板であって、
前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して傾斜している前記第１の非平行面で囲まれた凸部を有することを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項２又は３記載の回路基板であって、
前記電気回路パターンは、前記実装パッド部の表面に形成された金メッキ層を有することを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項４記載の回路基板であって、
前記金メッキ層は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交している第２の非平行面を有することを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の回路基板であって、
半田ボールを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、
前記半田ボールと前記実装パッド部との界面の端部は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交していることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
請求項４又は５記載の回路基板であって、
バンプを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、
前記バンプは、金からなることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半田ボールを有するＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等の電子部品が表面実装される回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を実装するための半田接続用のランド部が形成された回路基板が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２０６７７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、近年の電子部品の小型化に伴って、ランド部の狭ピッチ化及び小型化が進んでおり、ランド部と半田の接続面積が小さくなる傾向にある。【０００５】
上記の回路基板では、ランド部が平坦であるため、回路基板と電子部品に収縮差が生じると、ランド部と電子部品とを接続する半田接続部に応力が集中してクラックが生じる場合がある。【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、半田接続部の信頼性向上を図ることが可能な回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された電気回路パターンと、を備えた回路基板であって、前記電気回路パターンは、実装パッド部と、前記実装パッド部から延在する配線部と、を有しており、前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交している第１の非平行面を有することを特徴とする回路基板である。【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の回路基板であって、前記実装パッド部は、前記第１の非平行面で囲まれた凹部を有することを特徴とする回路基板である。【０００９】
請求項３の発明は、請求項１記載の回路基板であって、前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して傾斜している前記第１の非平行面で囲まれた凸部を有することを特徴とする回路基板である。【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の回路基板であって、前記電気回路パターンは、前記実装パッド部の表面に形成された金メッキ層を有することを特徴とする回路基板である。【００１１】
請求項５の発明は、請求項４記載の回路基板であって、前記金メッキ層は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交している第２の非平行面を有することを特徴とする回路基板である。【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の回路基板であって、半田ボールを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、前記半田ボールと前記実装パッド部との界面の端部は、前記配線部の主面に対して傾斜し又は実質的に直交していることを特徴とする回路基板である。【００１３】
請求項７の発明は、請求項４又は５記載の回路基板であって、バンプを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、前記バンプは、金からなることを特徴とする回路基板である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、実装パッド部が、配線部の主面に対して傾斜又は実質的に直交している第１の非平行面を有しているので、半田接続部の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における回路基板の断面図である。
【図２】図２は、図１のII部の拡大断面図である。
【図３】図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、図２のIV部の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態における回路基板の第１変形例を示す要部断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態における回路基板の第２変形例を示す要部断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態における回路基板の第３変形例を示す要部断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態における回路基板の要部断面図である。
【図９】図９は、図８のIX部の拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態における回路基板の変形例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
≪第１実施形態≫
図１は本実施形態における回路基板の断面図、図２は図１のII部の拡大断面図、図３は図２のIII−III線に沿った断面図、図４は図２のIV部の拡大断面図、図５〜図７は本実施形態における回路基板の変形例を示す要部断面図である。
【００１８】
本実施形態における回路基板１は、図１に示すように、ＩＣチップ（Integrated Circuit Chip）６０がリフロー半田付けにより表面実装される回路基板である。この回路基板１は、例えば携帯電話などの電子機器に組み込まれる。
【００１９】
ＩＣチップ６０は、半田ボール６１を有している。半田ボール６１は、半田（Solder）を球状に形成したものであり、ＩＣチップ６０の下面にマトリックス状に配列されている。
【００２０】
ここで、ＩＣチップ６０は、半田ボール６１が設けられた集積回路素子であればよい。例えば、ＩＣチップ６０を、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）等のＩＣパッケージで構成してもよい。また、ＩＣチップ６０を、半導体ウェハからダイシングしたダイ（Die）で構成してもよい。なお、本実施形態におけるＩＣチップ６０は、本発明における電子部品の一例に相当する。
【００２１】
回路基板１は、図２に示すように、絶縁性基板１０と、絶縁性基板１０上に形成された電気回路パターン２０と、絶縁層５０と、を備えている。回路基板１としては、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）を例示できる。なお、回路基板１を、リジッドなプリント回路板（ＰＣＢ： Printed Circuit Board）で構成してもよい。
【００２２】
絶縁性基板１０は、例えばポリイミド（polyimide）等の可撓性のある部材で構成されている。なお、回路基板１がリジッドなプリント回路板である場合には、絶縁性基板１０を、ガラスエポキシ樹脂等の部材で構成してもよい。
【００２３】
この絶縁性基板１０の上面には、電気回路パターン２０が形成されている。電気回路パターン２０は、実装パッド部３０と、実装パッド部３０から延在する配線部４０と、を有している。
【００２４】
実装パッド部３０は、図２及び図３に示すように、円形のパターンとなっており、例えば銅で構成されている。なお、この実装パッド部３０を、金、銀、カーボン等で構成してもよい。
【００２５】
実装パッド部３０は、フランジ面３１と、凹部３２と、を有している。フランジ面３１は、実装パッド部３０の上面の外周部分である。本実施形態では、フランジ面３１が環状となっているが、特にこれに限定されない。このフランジ面３１は、絶縁層５０（後述）で被覆されている。
【００２６】
凹部３２は、実装パッド部３０の上面において、フランジ面３１の内側で凹んでいる部分である。この凹部３２は、絶縁層５０から露出しており、半田接続部６２と接続されている。この凹部３２は、第１の非平行面３２ａと、底面３２ｂと、を有している。
【００２７】
凹部３２の第１の非平行面３２ａは、図３で模様を付した部分であり、フランジ面３１の内周から内側に向かって下降する曲面（御わん型）となっている。図４に示すように、第１の非平行面３２ａの端部における接線Ｌ１は、配線部４０の主面４１（後述）に対して角度Ａで傾斜している。
【００２８】
なお、本実施形態における第１の非平行面３２ａは、配線部４０の主面４１に対して非平行となっていれば、曲面状でなくてもよい。例えば、図５に示すように、第１の非平行面３２ｃは、直線的に傾斜していてもよい。また、図６に示すように、第１の非平行面３２ｄは、配線部４０の主面４１に対して実質的に直交していてもよい。
【００２９】
凹部３２の底面３２ｂは、凹部３２の底の部分を構成しており、配線部４０の主面４１よりも低い位置に形成されている。
【００３０】
なお、実装パッド部３０に、凹部３２に代えて、凸部３３を形成してもよい。この凸部３３は、図７に示すように、中央に向かって上昇するように配線部４０の主面４１に対して傾斜した第１の非平行面３３ａで囲まれている。
【００３１】
配線部４０は、実装パッド部３０から延在するラインであり、その主面４１は平坦となっている。この配線部４０は、例えば銅で構成されている。なお、配線部４０を、金、銀、カーボン等で構成してもよい。
【００３２】
絶縁層５０は、実装パッド部３０の凹部３２を露出させた状態で、絶縁性基板１０及び電気回路パターン２０上に積層されている。この絶縁層５０は、例えば紫外線硬化性のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂からなるソルダレジストをスクリーン印刷することで形成されている。なお、絶縁層５０を、熱硬化性のエポキシ系樹脂からなるソルダレジストをスクリーン印刷することで形成してもよい。また、絶縁層５０を、紫外線硬化性のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂からなるドライフィルムソルダレジストで構成してもよい。
【００３３】
次に、上述の回路基板１の製造方法について述べる。
【００３４】
まず、絶縁性基板１０に積層された銅箔をエッチングすることで、実装パッド部３０の円形パターンと、配線部４０と、を一括して形成する。なお、金ペースト、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペーストをスクリーン印刷することで、実装パッド部３０の円形パターンと、配線部４０と、を一括して形成してもよい。
【００３５】
次いで、紫外線硬化性のソルダレジストを塗布し、実装パッド部３０における凹部３２を形成する部分をマスキングした状態で露光し、現像を行うことで凹部３２を形成する部分からソルダレジストを除去し、絶縁層５０を形成する。
【００３６】
次いで、金属腐食性のある薬品で、実装パッド部３０をエッチングすることで、凹部３２を形成する。なお、実装パッド部３０をエッチングする深さは、凹部３２における第１の非平行面３２ａが形成されるために十分な深さであって、且つ実装パッド部３０自体の機械的強度が不十分にならない深さであり、例えば２μｍ〜１０μｍの範囲を例示できる。
【００３７】
以上に説明した回路基板１には、半田接続部６２によってＩＣチップ６０が接続される。この半田接続部６２は、ＩＣチップ６０の表面実装の際に、半田ボール６１が溶融して固化したものであり、半田が柱状となっている。なお、図２に示す破線は、溶融する前の半田ボール６１を示しており、溶融固化後の柱状の半田は、図２において実線で示している。半田接続部６２は、上端でＩＣチップ６０と接続し、下端で実装パッド部３０の凹部３２と接続している。
【００３８】
図４に示すように、半田接続部６２と実装パッド部３０との間には、半田−銅の異種金属界面８０が形成される。ここで、異種金属界面８０は、凹部３２の形状に沿った三次元曲面となっており、その端部における接線Ｌ２は、第１の非平行面３２ａの端部の接線Ｌ１と同様に、配線部４０の主面４１に対して角度Ａで傾斜している。なお、異種金属界面８０は、本発明における界面の一例に相当する。
【００３９】
次に本実施形態における作用を説明する。
【００４０】
ＩＣチップ６０を回路基板１に表面実装する際におけるリフロー半田付け工程後の冷却工程では、回路基板１とＩＣチップ６０との間に収縮差が生じる。また、近年の半田の鉛フリー化によるリフロー温度の上昇に伴って、回路基板１とＩＣチップ６０との間の収縮差がさらに顕著となっている。
【００４１】
これに対し、本実施形態では、実装パッド部３０に、配線部４０の主面４１に対して傾斜した第１の非平行面３２ａを形成したので、異種金属界面８０も傾斜している。特に異種金属界面８０の端部における接線Ｌ２は、角度Ａで傾斜しており、当該収縮差によって生じる応力の方向に対してズレている。このため、異種金属界面８０が当該応力に対して強くなり、半田接続部６２におけるクラックの発生が抑制され、半田接続部６２の信頼性が向上する。
【００４２】
また、本実施形態では、実装パッド部３０に凹部３２を形成したので、実装パッド部３０では、半田接続部６２との接触面積が広くなる。このため、当該応力が集中する異種金属界面８０の面積も広くなり、半田接続部６２が当該応力に対して強くなる。したがって、半田接続部６２におけるクラックの発生が抑制され、半田接続部６２の信頼性が向上する。
【００４３】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態について説明する。
【００４４】
図８は本実施形態における回路基板の要部断面図、図９は図８のIX部の拡大断面図、図１０は本実施形態における回路基板の変形例を示す要部断面図である。
【００４５】
本実施形態では、金メッキ層７０が設けられている点で第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。以下に、第１実施形態と相違する点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
金メッキ層７０は、図８に示すように、絶縁層５０から露出した状態で、実装パッド部３０の凹部３２の上部に積層されている。金メッキ層７０は、半田との濡れ性を向上させ、実装パッド部３０を酸化から防ぐために設けられたものである。なお、凹部３２に代えて凸部３３（図７参照）を実装パッド部３０に形成した場合には、この凸部３３上に金メッキ層を積層してもよい。
【００４７】
ここで、実装パッド部３０における凹部３２の深さは、金メッキ層７０の厚みよりも深く（例えば２μｍ〜１０μｍ）形成されており、金メッキ層７０は凹部３２を追従した形状となっている。従って、金メッキ層７０は、立体的に形成され、第１の非平行面３２ａと同様に傾斜した第２の非平行面７１を有している。
【００４８】
第２の非平行面７１は、金メッキ層７０の上面における外周部分であり、第１の非平行面３２ａの上部に位置している。図９に示すように、第２の非平行面７１の端部における接線Ｌ３は、配線部４０の主面４１に対して角度Ｂで傾斜している。
【００４９】
この金メッキ層７０は、上面で半田接続部６２と接続しており、金メッキ層７０と半田接続部６２との間には、金−半田の異種金属界面８１が形成されている。半田接続部６２における異種金属界面８１は、金メッキ層７０に沿った立体的な形状となっており、その端部における接線Ｌ４は、第２の非平行面７１に沿って、配線部４０の主面４１に対して角度Ｂで傾斜している。このため、異種金属界面８１の端部は、回路基板１とＩＣチップ６０の収縮差による応力の方向に対して非平行となり、当該応力に対して強くなっている。従って、半田接続部６２におけるクラックの発生が抑制され、半田接続部６２の信頼性が向上している。
【００５０】
また、金メッキ層７０は、下面で実装パッド部３０と接続しており、金メッキ層７０と実装パッド部３０との間には、金−銅の異種金属界面８２が形成されている。金メッキ層７０における異種金属界面８２は、凹部３２に沿った三次元曲面となっており、その端部における接線（不図示）は、第１の非平行面３２ａに沿って、配線部４０の主面４１に対して角度Ａで傾斜している。このため、金メッキ層７０における異種金属界面８２の端部は、回路基板１とＩＣチップ６０の収縮差による応力の方向に対して非平行となり、当該応力に対して強くなっている。従って、金メッキ層７０におけるクラックの発生が抑制され、ＩＣチップ６０と実装パッド部３０における接続の信頼性が向上する。
【００５１】
また、図１０に示すように、半田ボール６１に代えて、Ａｕ（金）バンプ６３をＩＣチップ６０の下面に形成してもよい。この場合には、Ａｕバンプ６３と金メッキ層７０が超音波接合によって接合される。Ａｕバンプ６３と金メッキ層７０は、同種の金属で構成されているので、Ａｕバンプ６３と金メッキ層７０の界面は、強固に接合され、応力に対して強くなっている。
【００５２】
このため、回路基板１とＩＣチップ６０の収縮差による応力は、異種金属界面８２に集中する。しかし、本実施形態では、異種金属界面８２の端部が配線部４０の主面４１に対して傾斜しているので、金メッキ層７０における異種金属界面８２は、回路基板１とＩＣチップ６０の収縮差による応力に対して強くなる。従って、金メッキ層７０におけるクラックの発生が抑制され、ＩＣチップ６０と実装パッド部３０における接続の信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００５３】
１…回路基板
１０…絶縁性基板
２０…電気回路パターン
３０…実装パッド部
３１…フランジ面
３２…凹部
３２ａ,３２ｃ…第１の非平行面
３２ｂ…底面
３３…凸部
３３ａ…第１の非平行面
４０…配線部
４１…主面
５０…絶縁層
６０…ＩＣチップ
６１…半田ボール
６２…半田接続部
６３…Ａｕバンプ
７０…金メッキ層
７１…第２の非平行面
８０,８１,８２…異種金属界面
【図１】
2011043102.tif 000003
【図２】
2011043102.tif 000004
【図３】
2011043102.tif 000005
【図４】
2011043102.tif 000006
【図５】
2011043102.tif 000007
【図６】
2011043102.tif 000008
【図７】
2011043102.tif 000009
【図８】
2011043102.tif 000010
【図９】
2011043102.tif 000011
【図１０】
2011043102.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された電気回路パターンと、を備えた回路基板であって、
前記電気回路パターンは、実装パッド部と、前記実装パッド部から延在する配線部と、を有しており、
前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜している第１の非平行面で囲まれた凹部を有することを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の回路基板であって、
前記電気回路パターンは、前記実装パッド部の表面に形成された金メッキ層を有することを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項２記載の回路基板であって、
前記金メッキ層は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜している第２の非平行面を有することを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の回路基板であって、
半田ボールを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、
前記半田ボールと前記実装パッド部との界面の端部は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜していることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項２又は３記載の回路基板であって、
バンプを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、
前記バンプは、金からなることを特徴とする回路基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された電気回路パターンと、を備えた回路基板であって、前記電気回路パターンは、実装パッド部と、前記実装パッド部から延在する配線部と、を有しており、前記実装パッド部は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜している第１の非平行面で囲まれた凹部を有することを特徴とする回路基板である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の回路基板であって、前記電気回路パターンは、前記実装パッド部の表面に形成された金メッキ層を有することを特徴とする回路基板である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の回路基板であって、前記金メッキ層は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜している第２の非平行面を有することを特徴とする回路基板である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の回路基板であって、半田ボールを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、前記半田ボールと前記実装パッド部との界面の端部は、前記配線部の主面に対して曲面状に傾斜していることを特徴とする回路基板である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２又は３記載の回路基板であって、バンプを介して前記実装パッド部に接続される電子部品をさらに備えており、前記バンプは、金からなることを特徴とする回路基板である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明によれば、実装パッド部が、配線部の主面に対して曲面状に傾斜している第１の非平行面を有しているので、半田接続部の信頼性が向上する。
【国際調査報告】
2011043102.tif 000013
2011043102.tif 000014
2011043102.tif 000015