(57)【要約】      （修正有）【課題】温度変化に伴うプリント基板とセラミック基板の伸び、および応力を緩和し、かつＢＧＡ実装構造の接合信頼性の高い回路基板装置を提供する。【解決手段】セラミック基板１とプリント基板２の間に、両者の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する金属からなる熱応力吸収部材３を接合し、はんだバンプ４を取り囲むように配置することで、はんだバンプ４によるＢＧＡ接合部に発生する熱応力を緩和し、かつ接合信頼性が高い接合構造。【選択図】図２
2011155190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、
有機材料からなるプリント基板と、
上記セラミック基板とプリント基板を接合する複数のはんだバンプと、
上記複数のはんだバンプの接合部を取り囲むように、上記セラミック基板とプリント基板の間に接合され、上記セラミック基板とプリント基板の中間の線膨張係数を有した金属からなる熱応力吸収部材と、
を備えた回路基板装置。
【請求項２】
上記熱応力吸収部材は、銅タングステンまたは銅モリブデンを含有する導電性金属からなり、
上記熱応力吸収部材は、上記セラミック基板に設けられた接地導体に接続されるとともに、上記プリント基板に設けられた接地導体に対し、はんだにより接合されたことを特徴とする請求項１記載の回路基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミック基板をプリント基板にＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）実装して構成される、回路基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のはんだバンプを用いたＢＧＡ実装により、セラミック基板をプリント基板に実装する場合、プリント基板の有機基材とセラミック基板の熱膨張率の差が大きいことから、熱衝撃が印加される際、はんだバンプの接合部に熱応力が発生し、ＢＧＡ実装部またはセラミック基板の破断により要求寿命熱サイクルを満たせないことがある。
従来、このような破断を防ぐため、ＢＧＡ実装部の補強材として、セラミック基板とプリント基板の間に絶縁樹脂（アンダーフィル）を充填していた（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２００４−１７２２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アンダーフィルを充填する場合、アンダーフィル内部にボイド（気泡）が発生することにより、セラミック基板とプリント基板の接合信頼性に問題があった。
例えば、ボイドの存在によりＢＧＡ実装部周囲の応力バランスが崩れ、反って応力集中するはんだバンプが発生する。また、熱衝撃や高温度下に晒される際、ボイドにより孤立した空気が膨張して、接合部に過大な内部応力が発生する、などの問題がある。また、はんだバンプを介してＲＦ（Radio Frequency）信号を伝送する場合は、アンダーフィルに内在するボイドによりはんだバンプ周囲の誘電率が不均一化し、ＲＦ通過特性が劣化したり、個体差を生じるという問題がある。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、温度変化に伴いプリント基板とセラミック基板のＢＧＡ実装部に加わる応力を緩和し、かつＢＧＡ実装部の接合信頼性の高い回路基板装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による回路基板装置は、セラミック基板と、有機材料からなるプリント基板と、上記セラミック基板とプリント基板を接合する複数のはんだバンプと、上記複数のはんだバンプの接合部を取り囲むように、上記セラミック基板とプリント基板の間に接合され、上記セラミック基板とプリント基板の中間の線膨張係数を有した金属からなる熱応力吸収部材とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、セラミック基板とプリント基板の間に、両者の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する熱応力吸収部材を接合することで、はんだ接合部に発生する応力を低減し、かつ接合信頼性が高いＢＧＡ実装構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係る実施の形態１による回路基板装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による回路基板装置の断面を示す図である。
【図３】実施の形態１によるＢＧＡ接合前のセラミック基板の裏面を示す図である。
【図４】実施の形態１によるＢＧＡ接合前のプリント基板の表面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による回路基板装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１による回路基板装置の図１におけるＸＸ断面図である。図３は実施の形態１によるＢＧＡ接合前のセラミック基板の裏面を示す図であり、図４は実施の形態１によるＢＧＡ接合前のプリント基板の表面を示す図である。
【００１０】
図１において、実施の形態１の回路基板装置は、セラミック基板１と、プリント基板２と、セラミック基板１とプリント基板２の間に接合された熱応力吸収部材６から構成される。セラミック基板１は、アルミナを素材とするセラミックを焼結して構成され、表層および内層に配線パターンや導体ビア（ＶＩＡ）が形成されている。プリント基板２は、ガラスやレジンを素材とした有機系のプリント配線板によって構成される。セラミック基板１は、プリント基板２の表面にＢＧＡ実装されている。
【００１１】
図２、３に示すように、セラミック基板１の裏面には、複数のはんだバンプ４が接合されている。はんだバンプ４は、ボール状または樽形状または繭型形状や円筒形状で形成される。はんだバンプ４は、セラミック基板１の表層および内層に設けられる配線パターンまたは導体ランドや、導体スルーホールに電気的に接続されている。
【００１２】
また、セラミック基板１の裏面には、内側が抜けた矩形の枠型形状板からなる熱応力吸収部材６が接合されている。熱応力吸収部材６は、セラミック基板１の外周縁部に沿う位置で、複数のはんだバンプ４を取り囲むように配置されている。熱応力吸収部材６は、セラミック基板１に設けられた接地導体（図示せず）を介して、セラミック基板１にはんだ付けまたはろう付けによって接合される。
【００１３】
熱応力吸収部材６は、例えば銅タングステンまたは銅モリブデンを含有する導電性金属からなり、熱膨張係数がセラミック基板１とプリント基板２の中間の値を有する材料が用いられる。セラミック基板１の熱膨張係数が５．５×１０−６[１／℃]、プリント基板２の熱膨張係数が１６×１０−６[１／℃]であるので、熱応力吸収部材６の熱膨張係数は、７×１０−６乃至８×１０−６[１／℃]の部材を用いるのが良い。熱応力吸収部材６の表層には、はんだ濡れ性を向上させるニッケルめっきや金めっきなどのめっき層が付着している。熱応力吸収部材６は、セラミック基板１のグランドに接続される。
【００１４】
また、図２、４に示すように、プリント基板２は、表面にはんだバンプ４を接合するための複数の導体ランド５が形成され、導体ランド５は導体ビアを介してプリント基板２の内層および表層の配線パターンに接続される。
【００１５】
また、プリント基板２は、表面に熱応力吸収部材６をはんだ付けするための接地導体パターン７が形成されている。接地導体パターン７は、熱応力吸収部材６と同様に、内側が抜けた矩形の枠型形状をなし、複数の導体ランド５を取り囲むように配置されている。接地導体パターン７は、プリント基板２の接地導体（グランド）に接続される。接地導体パターン７の表層には、はんだ濡れ性を向上させるニッケルめっきや金めっきなどのめっき層が付着している。
【００１６】
次に、セラミック基板１とプリント基板２の接合工程について説明する。
まず、セラミック基板１の裏面に、熱応力吸収部材６をはんだ接合またはろう付けで接合し、複数のはんだバンプ４を印刷する。
【００１７】
また、プリント基板２の表面の導体ランド５および接地導体パターン７に、熱応力吸収部材６およびはんだバンプ４のそれぞれと接合するための、はんだを印刷する。
このとき、熱応力吸収部材６とはんだバンプ４における、プリント基板２との接合面の高さの寸法差を吸収するように、接地導体パターン７に印刷するはんだ厚みを調整しておく。
【００１８】
次いで、プリント基板２のはんだ印刷後、セラミック基板１とプリント基板２をはんだリフローにより接合することで、熱応力吸収部材６およびはんだバンプ４をプリント基板２に接合する。
かくして、セラミック基板１とプリント基板２のはんだバンプ４によるＢＧＡ実装が施されることとなる。
【００１９】
なお、このはんだリフロー時に、プリント基板２に実装する他の電気部品（図示せず）についても、同様にリフローによりはんだ付けしても良い。これによって、電気部品の実装とＢＧＡ実装を同時に行うことができるので、回路基板装置の組み立て効率が良く、熱応力吸収部材６を設けることによる製造コストの増加を抑えることができる。
【００２０】
以上説明した通り、実施の形態１による回路基板装置は、ＢＧＡ実装により接合されるセラミック基板１とプリント基板２の間に熱応力吸収部材６を接合し、熱応力吸収部材６として熱膨張係数がセラミック基板１とプリント基板２の中間の値を有する金属材料を用いることで、回路基板装置の晒される環境に温度変化が生じても、プリント基板２とセラミック基板１に生じる熱歪みや伸び、熱応力を緩和することができるので、ＢＧＡ実装の接合信頼性を高めることができる。
【００２１】
また、熱応力吸収部材６は金属からなるので、熱応力や破壊に強い。さらに、熱応力吸収部材６の内側は中空のため、セラミック基板１とプリント基板２間の誘電率に影響を与えることがなく、ＲＦ通過特性が劣化したり個体差を生じることもない。このため、セラミック基板１とプリント基板２との異種材料基板間の接合において、接合信頼性の高い構造を得ることができる。
【００２２】
さらに、熱応力吸収部材６は導電性金属からなり、セラミック基板１に設けられた接地導体に接続されるとともに、プリント基板２に設けられた接地導体パターン７に対して、はんだ付けにより接合されるので、ＢＧＡ実装部の周囲を電磁遮蔽することができる。これにより、セラミック基板１とプリント基板２のはんだバンプ４接合部からの信号漏洩を抑えることができるとともに、外部からＢＧＡ実装部に混入するノイズを遮断することができる。
【００２３】
なお、接地導体パターン７は、ＢＧＡ実装部の周囲に断続的、または部分的に設けても良い。このようにすることで、熱応力吸収部材６とセラミック基板１およびプリント基板２との接合部の剛性を低下させることができるので、熱応力吸収部材６とセラミック基板１およびプリント基板２との接合部での熱応力を、緩和することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  セラミック基板、２  プリント基板、４  はんだバンプ、５  導体ランド、６  熱応力吸収部材、７  接地導体パターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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