(57)【要約】【課題】セラミック電子部品が実装されるプリント配線板において、セラミック電子部品とのはんだ接合部におけるクラックの発生を効果的に抑制する。【解決手段】コア基材の片面もしくは両面に積層材を一体に備え、積層材上にセラミック材を基材とするセラミック電子部品がはんだ付けにより実装される多層構造のプリント配線板において、コア基材をセラミック電子部品のセラミック材とほぼ同等もしくはそれ以下の低熱膨張係数を有する高弾性 の素材とし、積層材を汎用リジッド材よりも低弾性で柔軟性に富む素材とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア基材の片面もしくは両面に積層材を一体に備え、上記積層材上にセラミック材を基材とするセラミック電子部品がはんだ付けにより実装される多層構造のプリント配線板において、
上記コア基材が、上記セラミック電子部品のセラミック材とほぼ同等もしくはそれ以下の低熱膨張係数を有する高弾性の素材からなり、上記積層材が、汎用リジッド材よりも低弾性である弾性率が２０ＧＰａ以下の低弾性で柔軟性に富む素材からなることを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
上記コア基材が、低熱膨張係数かつ高弾性を有する高機能リジッド材からなり、上記積層材が、低弾性で柔軟性に富むフレキシブル基材からなることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
上記高機能リジット材の熱膨張係数が３〜１０ｐｐｍ／℃，弾性率が２５〜３５ＧＰａであることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
上記フレキシブル基材の弾性率が、０．２〜６ＧＰａであることを特徴とする請求項２または３に記載のプリント配線板。
【請求項５】
上記積層材が、少なくとも上記セラミック電子部品の実装領域に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプリント配線板。
【請求項６】
上記積層材上に実装される上記セラミック電子部品がリードレス型であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプリント配線板。
【請求項７】
上記セラミック材と上記コア基材との熱膨張係数の比が、０．４〜２．３であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプリント配線板。
【請求項８】
上記コア基材と上記積層材との弾性率の比が、４．２〜１７５であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板に関し、さらに詳しく言えば、多層構造であってセラミック電子部品との接続信頼性を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック電子部品、とりわけデジタルカメラ等に用いられるセンサー等の大型サイズのセラミック電子部品になると、その一辺が５０ｍｍを超えるものがある。ヒートサイクル試験は、接続信頼性を評価する試験として、プリント配線板に部品を実装した状態で実施されるが、特に、大型サイズのセラミック電子部品を実装したプリント配線板に対して、ヒートサイクル試験を行うとはんだ接合部にクラックが入り、最悪の場合、はんだ切断等による断線に至ることがある。
【０００３】
ヒートサイクル試験は、プリント配線板の信頼性試験に用いられる加速試験の一つで、各セットメーカーで条件は異なるが、低温と高温という環境を交互に繰り返し、これを所定のサイクル数実施する。その一例として、低温を−４０℃，高温を１２５℃に設定し、低温３０分，高温３０分を１サイクルとして、これを５００サイクル以上実施して断線が発生しないことを信頼性の判定基準としている。
【０００４】
ここで、図３により、セラミック電子部品実装用のプリント配線板の一例について説明する。このプリント配線板２００は、内層となるコア基材２１０の両面に、積層材２２０（上側積層材２２０ａ，下側積層材２２０ｂを含む）を一体的に積層してなる構造のプリント配線板である（製造方法に関しては、例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この例において、コア基材２１０の両面には、内層回路２１１が形成されており、上側積層材２２０ａ側には、セラミック電子部品１０をはんだ付けするためのランド２２１が形成されている。ランド２２１と内層回路２１１は、ビアホール２４０内にメッキされた導体を介して接続されており、一般的に上側積層材２２０ａと下側積層材２２０ｂのはんだ付けランド以外の部分は、ソルダーレジスト２３０により被覆されている。
【０００６】
実装されるセラミック電子部品１０には、図４（ａ）に示すように、フラットパッケージ１１から複数本のリード端子１２が例えばガルウィング状に引き出されているリード端子型１０Ａと、図５（ａ）に示すように、フラットパッケージ１１の側面から底面にかけて複数の電極端子１３がＬ字状に形成されているリードレス型１０Ｂとがある。なお、リードレス型１０Ｂには、電極端子１３がフラットパッケージ１１の底面のみに配置されているものもある。
【０００７】
現状はリード端子型１０Ａが主流であるものの、高密度化への進展によりリードレス型１０Ｂが増えてきている。いずれにしても、リード端子１２もしくは電極端子１３は、積層材２２０（この例では上側積層材２２０ａ）上のランド２２１にはんだ付けにより接合されるが、ヒートサイクル試験において、はんだ接合部にクラックが発生しないようにするため、コア基材２１０と積層材２２０（２２０ａ，２２０ｂ）に、ともに熱膨張係数の小さな高機能リジッド材を用いる試みがなされている。
【０００８】
セラミック電子部品１０の基材であるセラミック材の熱膨張係数は４〜７ｐｐｍ／℃程度であるのに対し、汎用リジッド材の熱膨張係数は大凡１２〜１６ｐｐｍ／℃であり、熱膨張係数に大きな差がある。これに対して、高機能リジッド材の熱膨張係数は大凡３〜１０ｐｐｍ／℃と低い。
【０００９】
現在市場にある汎用リジッド材には、例えばガラス繊維の布にエポキシ樹脂を染みこませ熱硬化処理を施して板状に成形したＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ  Ｒｅｔａｒｄａｎｔ  Ｔｙｐｅ４）等がある。一般的に汎用リジッド材は、高い弾性率（大凡２０〜３０ＧＰａ）を併せ持つ剛性の強い材料である。これに対して、高機能リジッド材は、さらに高い弾性率（大凡２５〜３５ＧＰａ）を持つ極めて剛性の強い材料である。
【００１０】
一例として、セラミック電子部品１０の熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃，その一辺の長さが５０ｍｍ、ＦＲ−４（汎用リジッド材）の熱膨張係数が１４ｐｐｍ／℃で、ヒートサイクル試験の条件を低温−４０℃，高温１２５℃とした場合、熱伸縮の差は０．０６ｍｍとなる。
【００１１】
図４（ｂ）を参照して、リード端子型１０Ａの場合、上記熱伸縮の差はリード端子１２の変形により吸収され、はんだ材Ｓへの機械的なストレス集中がある程度緩和されるが、リード端子１２で吸収できる許容限度を超えると、はんだ材Ｓにクラックが発生することになる。
【００１２】
リードレス型１０Ｂの場合にはより深刻であり、図５（ｂ）に示すように、上記熱伸縮の差による機械的なストレスが直接的にはんだ材Ｓに加えられるため、クラックが発生しやすい。
【００１３】
この他、はんだ材Ｓにクラックが進行する要因として、プリント配線板２００自体がヒートサイクル試験で加えられる高低の熱により伸縮することによる反りや、配線形状等によるうねり等の発生がある。
【００１４】
このクラック発生および進行の問題は、実装されるセラミック電子部品１０のサイズが大型になるほど顕著になる。一例として、近年のデジタルカメラ等の高機能化により、それに搭載されるセラミック電子部品１０としてのセンサーも例えば一辺が５０ｍｍを超えるような大型サイズとなることから、はんだ接合部におけるクラックの発生が深刻な問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−５６３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の課題は、セラミック電子部品が実装されるプリント配線板において、セラミック電子部品とのはんだ接合部におけるクラックの発生を効果的に抑制し、その接続信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明は、コア基材の片面もしくは両面に積層材を一体に備え、上記積層材上にセラミック材を基材とするセラミック電子部品がはんだ付けにより実装される多層構造のプリント配線板において、
上記コア基材が、上記セラミック電子部品のセラミック材とほぼ同等もしくはそれ以下の低熱膨張係数を有する高弾性  （高剛性）の素材からなり、上記積層材が、汎用リジッド材よりも低弾性である弾性率が２０ＧＰａ以下の低弾性で柔軟性に富む素材からなることを特徴としている。
【００１８】
本発明の具体的な態様としては、上記コア基材が、低熱膨張係数かつ高弾性を有する高機能リジッド材（熱膨張係数３〜１０ｐｐｍ／℃，弾性率２５〜３５ＧＰａ）からなり、上記積層材が、フレキシブル基材からなる。上記フレキシブル基材の弾性率は０．２〜６ＧＰａであることが好ましい。
【００１９】
なお、上記コア基材の熱膨張係数を選択する指標の一つとして、上記セラミック材と上記コア基材との熱膨張係数の比が０．４〜２．３であることが挙げられる。
【００２０】
また、上記積層材の弾性率を選択する指標の一つとして、上記コア基材と上記積層材との弾性率の比が４．２〜１７５であることが挙げられる。
【００２１】
また、上記積層材が、少なくとも上記セラミック電子部品の実装領域に配置されていればよく、このような態様も本発明に含まれる。
【００２２】
また、本発明は、上記積層材上に実装される上記セラミック電子部品がリードレス型である場合に特に好適である。なお、一般的なチップ部品が実装されてもよいことは勿論である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コア基材をセラミック電子部品のセラミック材とほぼ同等もしくはそれ以下の低熱膨張係数を有する高弾性 （高剛性）の素材（好ましくは高機能リジッド材）とし、積層材を汎用リジッド材よりも低弾性である弾性率が２０ＧＰａ以下の低弾性で柔軟性に富む素材（好ましくはフレキシブル基材）としたことにより、はんだ接合部にかけられる機械的ストレスが軽減されることから、はんだ接合部におけるクラックの発生が効果的に抑制され、セラミック電子部品との接続信頼性が高められる。
【００２４】
また、高機能リジッド材は、汎用リジッド材（例えばＦＲ−４）よりも無機フィラーの含有率が多く熱伝導率が高いため、セラミック電子部品の実装時に熱が逃げやすいが、積層材として用いるフレキシブル基材は、高機能リジッド材よりも無機フィラーの含有率が少なく熱伝導率が低いことから、実装時の熱が逃げにくくなり、実装性が向上する。
【００２５】
また、製造コストについて言えば、高機能リジッド材よりもフレキシブル基材の方が安価であるため、積層材をフレキシブル基材とする分、コア基材と積層材をともに高機能リジッド材とする場合よりもコストを下げることができる。さらには、積層材としてフレキシブル基材を使用するものの、コア基材はリジッド材であることから、プリント配線板としては剛性が高いため、部品実装工程等の変更が不要であり、既存のリジッドプリント配線板の製造設備で対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る多層構成のプリント配線板を示す断面図。
【図２】本発明を適用し得る多層構成のプリント配線板の別の例を示す断面図。
【図３】従来のセラミック電子部品実装用プリント配線板を示す断面図。
【図４】（ａ）リード端子型セラミック電子部品を示す斜視図、（ｂ）そのはんだ接合部を示す拡大断面図。
【図５】（ａ）リードレス型セラミック電子部品を示す斜視図、（ｂ）そのはんだ接合部を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
図１に示すように、この実施形態に係るプリント配線板１００は、内層となるコア基材１１０と、その両面に一体的に積層された積層材１２０（上側積層材１２０ａ，下側積層材１２０ｂを含む）とを有する多層構成である。
【００２９】
この実施形態においても、先に説明した従来例と同じく、コア基材１１０の両面には、内層回路１１１が形成されており、上側積層材１２０ａ側には、セラミック電子部品１０をはんだ付けするためのランド１２１が形成されている。
【００３０】
ランド１２１と内層回路１１１は、ビアホール１４０内にメッキされた導体を介して接続されており、通常のプリント配線板と同様に、上側積層材１２０ａと下側積層材１２０ｂのはんだ付けランド以外の部分は、ソルダーレジスト１３０により被覆されている。
【００３１】
この実施形態においては、上側積層材１２０ａのランド１２１にセラミック電子部品１０が実装されるが、下側積層材１２０ｂ側にランドを形成して、下側積層材１２０ｂ側の表層にセラミック電子部品１０を実装してもよい。
【００３２】
コア基材１１０は、このプリント配線板１００全体の剛性を担うことから、好ましくは高機能リジッド材のような、セラミック電子部品１０のセラミック材とほぼ同等もしくはそれ以下の熱膨張係数を有する高弾性（高剛性）の素材よりなる。
【００３３】
これに対して、積層材１２０（１２０ａ，１２０ｂ）には、汎用リジッド材よりも低弾性（低剛性）で柔軟性に富む素材、好ましくはポリイミド樹脂，ＴＰＩ（非晶性ポリイミド樹脂），ＬＣＰ（液晶ポリマー）、もしくは弾性率を下げるための配合を行ったエポキシ樹脂を主材料とする接着剤を含むフレキシブル基材が用いられる。
【００３４】
なお、弾性率について、高機能リジッド材の弾性率は２５〜３５ＧＰａ程度で、これに対して、フレキシブル基材の弾性率は０．２〜６ＧＰａであることが好ましい。この弾性率の測定値はＤＭＡ法（リジッド材：曲げモード、フレキシブル基材：引張モード）による。
【００３５】
このプリント配線板１００に実装されるセラミック電子部品１０は、図４（ａ）に示したリード端子型１０Ａもしくは図５（ａ）に示したリードレス型１０Ｂのいずれであってもよい。
【００３６】
また、リード端子型１０Ａの場合には、そのリード端子１２が図４（ｂ）に示す態様ではんだ材Ｓによりランド１２１上にはんだ付けされ、リードレス型１０Ｂの場合には、その電極端子１３が図５（ｂ）に示す態様ではんだ材Ｓによりランド１２１上にはんだ付けされるが、共晶はんだよりも鉛フリーはんだの方がクラックが発生しやすいことが知られている。
【００３７】
先にも説明したように、セラミック電子部品１０の基材であるセラミック材の熱膨張係数は４〜７ｐｐｍ／℃程度であり、これに対して、一般的な汎用リジッド材からなるコア基材の熱膨張係数は大凡のところ１２〜１６ｐｐｍ／℃である。また、ヒートサイクル試験において繰り返し加えられる高低の熱により、プリント配線板自体に反りやうねり等が発生する。
【００３８】
これらの要因によって、ヒートサイクル試験時に、図４（ｂ），図５（ｂ）に示すはんだ材Ｓに機械的なストレスが集中的に加えられ、これが原因で、そのはんだ接合部にクラックが発生することになるが、この実施形態によれば、コア基材１１０として、セラミック電子部品１０のセラミック材とほぼ同等か、あるいはそれ以下の低熱膨張係数を有する高弾性（高剛性）の高機能リジッド材が使用され、この高機能リジッド材がプリント配線板１００自体における反りやうねり等の発生を抑制する。
【００３９】
また、セラミック電子部品１０とコア基材１１０との間に、積層材１２０として、低弾性で柔軟性に富むフレキシブル基材が介装され、このフレキシブル基材がセラミック電子部品１０とコア基材１１０との間の熱収縮差によるストレスを緩衝する、いわばクッションとして機能する。その結果、はんだ接合部におけるクラックの発生が効果的に抑制される。
【００４０】
ここで、セラミック電子部品１０のセラミック材とコア基材１１０の熱膨張係数について観察すると、セラミック材の熱膨張係数は４〜７ｐｐｍ／℃、コア基材１１０の熱膨張係数は３〜１０ｐｐｍ／℃であるから、セラミック材とコア基材との熱膨張係数の比は０．４〜２．３であることが好ましいと言える。
【００４１】
また、コア基材１１０と積層材１２０との弾性率については、コア基材１１０の弾性率は２５〜３５ＧＰａ、積層材１２０の弾性率は０．２〜６ＧＰａであるから、コア基材１１０と積層材１２０との弾性率の比は４．２〜１７５であることが好ましいと言える。
【００４２】
このようにして、本発明によれば、はんだ接合部におけるクラックの発生が効果的に抑制され、セラミック電子部品１０との接続信頼性が高められるが、積層材１２０としてのフレキシブル基材は、必ずしもコア基材１１０の全面にわたって設けられる必要はなく、少なくともセラミック電子部品１０の実装領域に設けられればよい。
【００４３】
プリント配線板１００に対するセラミック電子部品１０の実装は、好ましくはリフローはんだ法によるが、積層材１２０としてのフレキシブル基材は高機能リジッド材よりも熱伝導率が低いことから、実装時の熱が逃げにくくなり、実装性が向上する。
【００４４】
また、コア基材１１０と積層材１２０は、常法にしたがって、プリプレグや弾性率を下げるための配合を行った接着材等により一体に積層されてよい。
【００４５】
積層材１２０は、コア基材１１０の少なくとも片面に設けられるが、別の例として、図２に示すように、積層材１２０を片面２層（２枚）以上としてもよく、内層回路１１１についても、適宜その層を増やすことができる。
【００４６】
また、コア基材１１０についても、図２に示すように、多層構造（３層以上）としてもよい。さらには、ビアホール１４０には、インタースティシャルビアホール１４０ａやレーザービアホール１４０ｂ等が含まれてよく、ビア接続方法についても、既存のビア接続方法のすべてを使用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  セラミック電子部品
１０ａ  セラミック電子部品（リード端子型）
１０ｂ  セラミック電子部品（リードレス型）
１００  プリント配線板
１１０  コア基材
１１１  内層回路
１２０（１２０ａ，１２０ｂ）  積層材
１２１  ランド
１３０  ソルダーレジスト
１４０  ビアホール
Ｓ  はんだ材
【図１】
2015126181.tif 000003
【図２】
2015126181.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015126181.tif 000006
【図５】
2015126181.tif 000007