(57)【要約】【課題】、半田付け時にモジュール基板の反りを極力防止する。【解決手段】本実施形態のモジュール基板は、プリント基板３の上面に半田付けされるものであって、多層プリント基板４と、前記多層プリント基板４の上面に設けられた電子部品５とを備え、半田付けする際の加熱時に、多層プリント基板４自体の重量及び電子部品５の重量に起因する基板反り方向と逆方向に多層プリント基板４が反るように、多層プリント基板４の残銅率を設定するように構成したものである。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板（２）の上面に半田付けされるモジュール基板（１）であって、
多層プリント基板（４）と、
前記多層プリント基板の上面に設けられた電子部品（５）とを備え、
前記半田付けする際の加熱時に、前記多層プリント基板自体の重量及び前記電子部品の重量に起因する基板反り方向と逆方向に前記多層プリント基板が反るように、前記多層プリント基板の残銅率が設定されたモジュール基板。
【請求項２】
前記多層プリント基板は、絶縁材層（６）と銅層（７）を交互に積層して構成され、
前記銅層は、前記多層プリント基板の上下方向の中心に関して上下対称に複数設けられており、
上下対称の２つの銅層の残銅率を、極力一致させるように構成し、
最下層の銅層の残銅率を、最上層の銅層の残銅率よりも小さくするように構成された請求項１記載のモジュール基板。
【請求項３】
前記最下層の銅層は、前記プリント基板の導体パターンに半田付けするための導体パターンだけが残るように構成された請求項２記載のモジュール基板。
【請求項４】
前記多層プリント基板の上下方向の中心よりも下側の１以上の銅層の残銅率を、上下対称となる１以上の銅層の残銅率よりも小さくするように構成された請求項１記載のモジュール基板。
【請求項５】
前記多層プリント基板は、ビルドアップ基板で構成された請求項１から４のいずれか一項記載のモジュール基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
モジュール基板は、例えば多層プリント基板で構成されており、その上面に複数の電子部品が配設されている。このモジュール基板は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等を構成するプリント基板の上面に載置されて例えば半田付けすることにより実装される。モジュール基板をプリント基板に実装する場合、半田付けを行なうため、この半田付け時の加熱によりモジュール基板に大きな反りが発生することがある。モジュール基板に大きな反りが発生すると、半田付けの接続不良が発生して、製造不良が生ずるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５２７７０号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１２８７号公報
【特許文献３】特開２０１５−１５４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、半田付け時にモジュール基板の反りを極力防止することができるモジュール基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、プリント基板３の上面に半田付けされるモジュール基板１であって、多層プリント基板４と、前記多層プリント基板４の上面に設けられた電子部品５とを備え、半田付けする際の加熱時に、多層プリント基板４自体の重量及び電子部品５の重量に起因する基板反り方向と逆方向に多層プリント基板４が反るように、多層プリント基板４の残銅率を設定するように構成したものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態を示すモジュール基板及びプリント基板の分解縦断側面図
【図２】モジュール基板及びプリント基板の縦断側面図
【図３】反ったモジュール基板及びプリント基板の縦断側面図
【図４】反対方向に反ったモジュール基板及びプリント基板の縦断側面図
【図５】多層プリント基板が自重により反ることを説明する図
【図６】多層プリント基板が電子部品の重量により反ることを説明する図
【図７】多層プリント基板が熱膨張率の差により反ることを説明する図
【図８】多層プリント基板の縦断面を概略的に示す模式図
【図９】多層プリント基板において対向する銅層の残銅率のバランスを崩した例を示す多層プリント基板の模式図
【図１０】モジュール基板及びプリント基板の縦断面を示す模式図
【図１１】多層プリント基板の最下層の銅層の平面図
【図１２】多層プリント基板の下から２番目の銅層の平面図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。本実施形態のモジュール基板１は、図１及び図２に示すように、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）等を構成するプリント基板３の上面に載置されて半田付けされるように構成されている。尚、プリント基板３の大きさは、例えば１５０ｍｍ×１８０ｍｍ程度である。
【０００８】
また、プリント基板３の上面または下面には、図示しない種々の電子部品が実装されている。プリント基板３は、その上面から下面に貫通するビアやスルーホール等が形成された例えば貫通多層基板で構成されている。
【０００９】
また、モジュール基板１は、多層プリント基板４と、この多層プリント基板４の上面に設けられた少なくとも１個以上の電子部品５とを備えて構成されている。電子部品５としては、例えばＩＣやコンデンサ等が実装されている。尚、モジュール基板１、即ち、多層プリント基板４の大きさは、例えば６０ｍｍ×６０ｍｍ程度である。
【００１０】
ここで、プリント基板３上にモジュール基板１を半田付けする場合、半田の融点が２１０℃程度であることから、プリント基板３及びモジュール基板１を例えば２５０℃程度の高温に加熱する必要がある。モジュール基板１は、上記高温に加熱されると、両端を２点支持するため、中央部が下方へまたは上方へ膨らむように反ってしまうことが多い。尚、プリント基板３は、下面全体が多点支持されるため、上記高温に加熱されても、反ることはほとんどない。
【００１１】
モジュール基板１の中央部が上方へ膨らむように反ってしまった場合には、図３に示すように半田付けされるので、モジュール基板１の中央部で半田の接続不良が発生し、製造不良が生じてしまう。また反対に、モジュール基板１の中央部が下方へ膨らむように反ってしまった場合には、図４に示すように半田付けされるので、モジュール基板１の端部で半田の接続不良が発生し、製造不良が生じてしまう。このため、モジュール基板１が反らないように平坦にする対策が求められている。
【００１２】
次に、上記高温に加熱したときに、モジュール基板１が反る要因について考察する。まず、モジュール基板１の多層プリント基板４自体の重量で反る場合には、図５（a）、（ｂ）に示すように、多層プリント基板４の中央部が下方へ膨らむように反る。
【００１３】
また、多層プリント基板４の上面に実装されている電子部品５の重量で反る場合には、図６（a）、（ｂ）に示すように、多層プリント基板４の中央部が下方へ膨らむように反る。
【００１４】
また、モジュール基板１の多層プリント基板４は、図７（a）に示すように、絶縁材層６と銅層７を交互に積層して構成されていることから、絶縁材層６と銅層７の熱膨張率の差によって多層プリント基板４が反る。尚、銅の線熱膨張率は、１６．５〜１６．８（１０-6／Ｋ)程度であり、絶縁材の線熱膨張率は、１３〜１５（１０-6／Ｋ)程度である。この場合、図７（a）に示すように、多層プリント基板４の上下方向の中心、即ち、中心線Ｐよりも上側の銅層７の残銅率が、多層プリント基板４の上下方向の中心線Ｐよりも下側の銅層７の残銅率よりも大きいときには、上記加熱によって上側の銅層７が、下側の銅層７や他の絶縁材層６よりも長くなるように膨張する。この結果、図７（ｂ）に示すように、多層プリント基板４の中央部が上方へ膨らむように反る。
【００１５】
さて、本実施形態の多層プリント基板４は、例えば２−６−２ビルドアップ基板と称される多層プリント基板で構成されている。図８に示すように、多層プリント基板４は、コア部１０と、このコア部１０の上下面に設けられたビルドアップ部１１、１２とを備えている。コア部１０は、絶縁材層１３と銅層１４を交互に積層して構成されており、いわゆる貫通多層基板とほぼ同じ構成である。尚、絶縁材層１３と銅層１４を積層した１組の層の厚み寸法は、例えば１５０〜３００μｍ程度である。
【００１６】
多層プリント基板４の上面側のビルドアップ部１１は、コア部１０の最上層の絶縁材層１３の上に、例えば厚膜技術または薄膜技術により導体層である例えば銅層１５と絶縁層１６を交互に積層形成して構成されている。尚、銅層１５と絶縁層１６を積層した１組の層の厚み寸法は、例えば６０μｍ程度である。
【００１７】
下面側のビルドアップ部１２は、コア部１０の最下層の絶縁材層１３の下に、例えば厚膜技術または薄膜技術により導体層である例えば銅層１５と絶縁層１６を交互に積層形成して構成されている。尚、銅層１５と絶縁層１６を積層した１組の層の厚み寸法は、例えば６０μｍ程度である。
【００１８】
上記した構成の多層プリント基板４においては、銅層１４、１５は、多層プリント基板４の上下方向の中心線Ｐに関して上下対称に複数、即ち、偶数層設けられるように構成されている。そして、上下対称の２つの銅層１４、１５の残銅率、即ち、銅の占有堆積を、極力一致させるように構成した。
【００１９】
具体的には、多層プリント基板４の最上層の銅層１５を1層目とし、その下の銅層１５を２層目、３層目、・・・とし、更に、最下層の銅層１５をＮ層目とした場合に、対向する1層目とＮ層目、対向する２層目と（Ｎ−１）層目、対向する３層目と（Ｎ−２）層目、・・・の銅の占有堆積を極力一致させることにより、銅の占有堆積、即ち、残銅率をバランスさせる構成となっている。これにより、半田付け時の加熱による多層プリント基板４の反り、即ち、線熱膨張率に起因する反りを抑制している。
【００２０】
ここで、多層プリント基板４の残銅率のバランスを崩した一例を、図９に示す。この図９においては、多層プリント基板４の上側の２層目と３層目の銅層１５の残銅率を小さくして、残銅率のバランスを崩した。この構成の場合、多層プリント基板４を半田付けのために加熱したときに、残銅率が小さい２層目と３層目の銅層１５の線熱膨張は、他の銅層１４、１５の線熱膨張に比べて小さくなる。この結果、多層プリント基板４は、中央部が下方に膨張するように変形する、即ち、反る。
【００２１】
反対に、多層プリント基板４の下側の（Ｎ−１）層目と（Ｎ−２）層目の銅層１５の残銅率を小さくして、残銅率のバランスを崩した場合には、多層プリント基板４を半田付けのために加熱したときに、残銅率が小さい（Ｎ−１）層目と（Ｎ−２）層目の銅層１５の線熱膨張は、他の銅層１４、１５の線熱膨張に比べて小さくなる。この結果、多層プリント基板４は、中央部が上方に膨張するように変形する、即ち、反る。
【００２２】
さて、本実施形態においては、多層プリント基板４の上面に電子部品５を実装してモジュール基板１を構成しているので、図５及び図６に示すように、半田付け時の加熱により、多層プリント基板４は、自身の重量と電子部品５の重量によって中央部が下方に膨張するように反る。
【００２３】
そこで、本実施形態では、多層プリント基板４の銅層１４、１５の残銅率のバランスを崩すこと、即ち、最下層の銅層１５の残銅率を、最上層の銅層１５の残銅率よりも小さくすることにより、多層プリント基板４の中央部が上方に膨張するように反らせる。これにより、多層プリント基板４における上方及び下方への膨張力が釣り合って、半田付け時に、多層プリント基板４は反らなくなり、多層プリント基板４の平坦性が保持されるように構成することができる。
【００２４】
そして、本実施形態では、多層プリント基板４の最下層の銅層１５、即ち、１０層目の銅層１５の残銅率を小さくするに際して、図１０に示すように、モジュール基板１を半田付けする相手のプリント基板３に対して、半田付けするための導体パターンとしての銅パターン、即ち、銅電極２０だけを残すように構成した。このように銅電極２０だけを残すように構成した１０層目の銅層１５の平面図を、図１１に示す。尚、図１１に示すように、円形の銅電極２０の中心部には、レーザビア２１が形成されている。上記構成の場合、銅層１５をベタパターンで構成した場合の残銅率を１００％とすると、銅電極２０だけを残した構成の残銅率は、約８％程度となる。一方、上記１０層目の銅層１５と対向する１層目の銅層１５の残銅率は、例えば４５％程度になるように構成されている。
【００２５】
尚、本実施形態では、多層プリント基板４の９層目の銅層１５は、図１２に示すように、例えばＧＮＤ用のベタパターン１５で構成されており、残銅率は約１００％程度である。尚、図１２に示すように、ＧＮＤ用のベタパターン１５には、多数のレーザビア２１が格子状に形成されている。そして、上記９層目の銅層１５と対向する２層目の銅層１５は、残銅率が約１００％程度となるように、即ち、ベタパターンで構成されている。このように、９層目の銅層１５をベタパターンで構成すると、９層目の銅層１５の残銅率を小さくするように調整する必要が生じた場合に、調整作業を行い易いという効果を得ることができる。
【００２６】
また、図１０において、プリント基板３の上面には、多層プリント基板４の銅電極２０と半田付けするための導体パターン、即ち、導体電極２２が設けられている。そして、導体電極２２の上面には、半田２３が塗布されている。
【００２７】
上記構成のモジュール基板１、即ち、多層プリント基板４は、半田付けする前の常温の状態では、中央部が下方に若干膨張した小凹状態となっている。そして、半田付けの際に加熱されて多層プリント基板４の温度が最高温度例えば２５０℃に達すると、中央部が上方に若干膨張した小凸状態となっている。この後、多層プリント基板４の温度が半田の融点の温度例えば２１０℃まで低下すると、多層プリント基板４全体が平坦状態となるように構成されている。
【００２８】
尚、半田の融点の温度において、多層プリント基板４が所定の平坦状態とならない場合には、１０層目の銅層１５の残銅率を大きくしたり、或いは、９層目の銅層１５の残銅率を小さくしたり、或いは、８層目の銅層１５の残銅率を小さくしたりするなどの調整作業を適宜実施することが好ましい。
【００２９】
上記したように構成された本実施形態においては、多層プリント基板４の上面に電子部品５を実装して構成されたモジュール基板１において、半田付けする際の加熱時に、多層プリント基板４自体の重量及び電子部品５の重量に起因する基板反り方向と逆方向に多層プリント基板４が反るように、多層プリント基板４の残銅率を設定するように構成した。この構成によれば、半田付け時にモジュール基板１の反りを極力防止することができ、モジュール基板１の平坦性を確保できることから、半田付け不良を防止することができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、絶縁材層６と銅層７を交互に積層して多層プリント基板４を構成し、銅層７を多層プリント基板４の上下方向の中心に関して上下対称に複数設け、上下対称の２つの銅層７の残銅率を極力一致させるように構成し、更に、最下層の銅層７の残銅率を、最上層の銅層７の残銅率よりも小さくするように構成した。この構成によれば、半田付け時にモジュール基板１を平坦に保持することができるから、半田付け不良を防止できる。
【００３１】
また、本実施形態では、最下層の銅層７として、プリント基板２の導体電極２２に半田付けするための導体パターン、即ち、銅電極２０だけを残すように構成した。この構成によれば、最下層の銅層７の残銅率を小さくする構成を、簡単な構成にて容易に実現することができる。また、本実施形態では、多層プリント基板４を、ビルドアップ基板で構成したので、絶縁材層１３、１６及び銅層１４、１５の積層数を多くしても、基板全体の厚み寸法が大きくなることを抑制することができる。
【００３２】
尚、上記実施形態においては、多層プリント基板４の最下層の銅層７の残銅率を最上層の銅層７の残銅率よりも小さくするように構成したが、これに限られるものではなく、多層プリント基板４の上下方向の中心よりも下側の１以上の銅層の残銅率を、上下対称となる１以上の銅層の残銅率よりも小さくするように構成しても良い。
【００３３】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００３４】
図面中、１はモジュール基板、３はプリント基板、４は多層プリント基板、５は電子部品、６は絶縁材層、７は銅層、１１、１２はビルドアップ部、１３は絶縁材層、１４は銅層、１５は銅層、１６は絶縁層、２０は銅電極である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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