(57)【要約】【課題】温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制し得る電子装置を提供する。【解決手段】表層側の第１導体層３１には、ＢＧＡ型の半導体装置１３がはんだ２２を介して接続される複数のランド４０が形成され、第２導体層３２および第３導体層３３の少なくともいずれか１層は、ランド領域５１を投影した領域が、導体未配置領域として、導体パターンを配置せずに樹脂で構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層側の第１導体層（３１）と第２導体層（３２）、第３導体層（３３）および他の導体層（３４〜３６）とがそれぞれ樹脂層（２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂ）を介して順に積層して構成される多層基板（２０，２０ａ〜２０ｉ）に、ＢＧＡ型の半導体装置（１３）を実装してなる電子装置（１０）において、
前記第１導体層には、前記半導体装置がはんだ（２２）を介して接続される複数のランド（４０）が形成され、前記複数のランドのうち外周側に配置される最外周ランド（４１）により囲まれる領域をランド領域（５１，５２）とするとき、前記第２導体層および前記第３導体層の少なくともいずれか１層は、前記ランド領域を投影した領域（３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ）が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第２導体層は、前記ランド領域を投影した領域（３２ａ，３２ｂ）が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記第３導体層は、前記ランド領域を投影した領域（３３ａ，３３ｂ）が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第２導体層および前記第３導体層の双方は、前記ランド領域を投影した領域が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記ランド領域は、前記最外周ランドが配列される配列領域（５０）の内縁により囲まれる領域（５１）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記ランド領域は、前記最外周ランドが配列される配列領域（５０）の外縁により囲まれる領域（５２）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記ランド領域を投影した領域には、前記第１導体層の導体パターンに接続されるビア（６１，６２，６１ａ）が貫通することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体層および樹脂層が交互に積層される多層基板にＢＧＡ型の半導体装置が実装される電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型の半導体装置を実装するリフロー工程では、プリント基板に熱ストレスが作用しやすく、このプリント基板を構成する導体層および樹脂層の熱膨張係数の違いにより、プリント基板にひずみが発生しやすい。このようにひずみが発生した状態でプリント基板を筐体等に組付けると、ひずみが強制的に変形されて、半導体装置のはんだ接合部に応力がかかり、はんだ寿命を劣化させてしまう場合がある。
【０００３】
この問題を解決する構成として、下記特許文献１に開示されるＢＧＡ型半導体装置が知られている。このＢＧＡ型半導体装置は、そのプリント基板側の中心部がプリント基板のレジストに接着剤で接着されており、その接着後に実施されるリフロー工程にて、ランドと端子とがはんだ接続される。これにより、リフロー工程においてプリント基板のひずみを抑制し、はんだ接合部に与える応力を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような構成では、接着剤とプリント基板との接着によりひずみを低減しているため、接着剤自身の製造ばらつきが生じた場合、接着面積や接着力がばらつき、安定した効果を期待することが難しいという問題がある。特に、半導体装置とプリント基板との双方に接着剤が接着しているため、高温と低温が繰り返される環境下では、接着剤が温度変化により熱膨張収縮する可能性があり、半導体装置とプリント基板との相対的な位置関係が変化すると、はんだ接合部に応力が作用してしまい、はんだ寿命を劣化させるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制し得る電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、表層側の第１導体層（３１）と第２導体層（３２）、第３導体層（３３）および他の導体層（３４〜３６）とがそれぞれ樹脂層（２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂ）を介して順に積層して構成される多層基板（２０，２０ａ〜２０ｉ）に、ＢＧＡ型の半導体装置（１３）を実装してなる電子装置（１０）において、前記第１導体層には、前記半導体装置がはんだ（２２）を介して接続される複数のランド（４０）が形成され、前記複数のランドのうち外周側に配置される最外周ランド（４１）により囲まれる領域をランド領域（５１，５２）とするとき、前記第２導体層および前記第３導体層の少なくともいずれか１層は、前記ランド領域を投影した領域（３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ）が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、表層側の第１導体層には、半導体装置がはんだを介して接続される複数のランドが形成され、第２導体層および第３導体層の少なくともいずれか１層は、上記ランド領域を投影した領域が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成される。
【０００９】
導体パターンを配置せずに樹脂で構成される領域は、樹脂の熱膨張係数が導体パターンの熱膨張係数よりも小さいことから、導体パターンが配置される領域と比較して、温度変化に起因する熱膨張収縮が生じにくくなる。このため、ランド領域の直下（内層側）に熱膨張収縮しにくい領域が形成されることとなり、この領域の近くに位置するランド領域も熱膨張収縮が生じにくくなるので、ランド領域と半導体装置との相対的な位置変化を抑制することができる。したがって、リフロー時や製品出荷後の使用環境において、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２のランド領域を説明するための説明図である。
【図４】第２実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図５】図４のランド領域を説明するための説明図である。
【図６】第３実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図７】第４実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図８】第５実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図９】第６実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第６実施形態の変形例に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第７実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図１２】第７実施形態の変形例に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【図１３】第８実施形態に係るプリント基板の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る電子装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す電子装置１０は、急な温度変化が生じやすい使用環境にて使用されており、例えば、車両に搭載されたエンジン等の車載機器を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit）として構成されている。電子装置１０は、筐体１１内にプリント基板２０や他の基板等を収容して構成されている。プリント基板２０の実装面２１には外部コネクタ１２や半導体装置１３等が実装されている。特に、半導体装置１３は、ＢＧＡ型の半導体装置として構成されており、その端子１３ａに接続されるはんだ２２を用いて、実装面２１に形成される各ランド４０にはんだ接合されている。
【００１２】
図２に示すように、プリント基板２０は、銅箔等の導体パターンを有する導体層と絶縁性の樹脂層とが交互に積層される多層基板である。具体的には、プリント基板２０は、６つの導体層３１〜３６を備えており、表層側の第１導体層３１の一部がレジスト２３ａから露出するランド４０として形成されている。また、第６導体層３６の一部もレジスト２３ｂにより保護されている。
【００１３】
図３に示すように、各ランド４０は、レジスト２３ａからそれぞれ円形状に露出し、外周側に配列されるランド（以下、最外周ランドともいう）４１と内周側に配列されるランド４２とがそれぞれ矩形環状となるように配置されている。本実施形態では、各最外周ランド４１が配列される配列領域５０の内縁により囲まれる領域、具体的には、各最外周ランド４１の内周側の接線により囲まれる領域を、ランド領域５１として、以下に説明する。
【００１４】
各導体層３１〜３６は、ガラス繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ材からなる樹脂層２４ａ〜２４ｃやこれら樹脂層２４ａ〜２４ｃよりも厚さを厚くした板状のコア材からなる樹脂層２５ａ，２５ｂにより互いに絶縁されている。そして、加圧・加熱処理により樹脂層２４ａが樹脂層２５ａに接着される際に、第２導体層３２の各導体パターン間に樹脂が充填される。また、樹脂層２４ｂと樹脂層２５ａとの接着の際に、第３導体層３３の各導体パターン間に樹脂が充填され、樹脂層２４ｂと樹脂層２５ｂとの接着の際に、第４導体層３４の各導体パターン間に樹脂が充填され、樹脂層２４ｃと樹脂層２５ｂとの接着の際に、第５導体層３５の各導体パターン間に樹脂が充填される。また、各樹脂層２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂには、各導体層の対応する導体パターン同士を電気的に接続するビア（図示略）等が形成されている。
【００１５】
特に、本実施形態では、図２に示すように、第２導体層３２は、ランド領域５１を投影した領域（以下、導体未配置領域３２ａともいう）が、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されている。
【００１６】
導体パターンを配置せずに樹脂で構成される領域は、樹脂の熱膨張係数が導体パターンの熱膨張係数よりも小さいことから、導体パターンが配置される領域と比較して、温度変化に起因する熱膨張収縮が生じにくくなる。
【００１７】
このため、本実施形態では、上述したように、ランド領域５１の直下（内層側）の第２導体層３２に熱膨張収縮しにくい導体未配置領域３２ａが形成されることとなり、この導体未配置領域３２ａの近くに位置するランド領域５１も熱膨張収縮が生じにくくなるので、ランド領域５１と半導体装置１３との相対的な位置変化を抑制することができる。したがって、リフロー時や製品出荷後の使用環境において、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。また、接着剤等の他の構成部品を使用しないので、材料や組み付けコストの低減を図ることができる。
【００１８】
特に、ランド領域５１は、各最外周ランド４１の内周側の接線により囲まれる領域として設定されている。このため、第２導体層３２のうち各ランド４０に対して近くに位置する領域が熱膨張収縮しにくい導体未配置領域３２ａとして構成されるため、この導体未配置領域３２ａを設けることによる実装領域への影響を少なくすることができる。
【００１９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電子装置について、図４および図５を用いて説明する。なお、図４は、第２実施形態に係るプリント基板２０ａの概略構成を示す断面図である。図５は、図４のランド領域５２を説明するための説明図である。
本第２実施形態では、ランド領域の設定範囲を変更した点が主に上記第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図４および図５に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ａでは、各最外周ランド４１が配列される配列領域５０の外縁により囲まれる領域、具体的には、各最外周ランド４１の外周側の接線により囲まれる領域がランド領域５２として設定され、第２導体層３２は、ランド領域５２を投影した導体未配置領域３２ｂが、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されている。
【００２１】
このようしても、導体未配置領域３２ｂの近くに位置するランド領域５２に熱膨張収縮が生じにくくなるので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化が抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。
【００２２】
特に、本実施形態に係る導体未配置領域３２ｂは、上述した導体未配置領域３２ａよりも熱膨張収縮しにくい領域が増えているので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化をより抑制することができる。
【００２３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電子装置について、図６を用いて説明する。なお、図６は、第３実施形態に係るプリント基板２０ｂの概略構成を示す断面図である。
本第３実施形態では、導体未配置領域を設ける位置を変更した点が主に上記第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図６に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｂでは、各最外周ランド４１の内周側の接線により囲まれる領域がランド領域５１として設定され、第３導体層３３は、ランド領域５１を投影した導体未配置領域３３ａが、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されている。一方、第２導体層３２は、ランド領域５１を投影した領域に導体パターンが配置されており、導体未配置領域３２ａが廃止されている。
【００２５】
このようしても、導体未配置領域３３ａの近くに位置するランド領域５１に熱膨張収縮が生じにくくなるので、上記第１実施形態よりも位置変化抑制効果が多少低下するものの、ランド領域５１と半導体装置１３との相対的な位置変化が抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。
【００２６】
特に、第２導体層３２のランド領域５１を投影した領域には、導体パターンを配置できるので、第２導体層３２に導体未配置領域３２ａを構成する場合と比較して、各ランド４０に対する接続パターンを増やすことができ、配線パターンの自由度を向上させることができる。
【００２７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る電子装置について、図７を用いて説明する。なお、図７は、第４実施形態に係るプリント基板２０ｃの概略構成を示す断面図である。
本第４実施形態では、ランド領域の設定範囲を変更した点が主に上記第３実施形態と異なる。このため、第３実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図７に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｃでは、各最外周ランド４１の外周側の接線により囲まれる領域がランド領域５２として設定され、第３導体層３３は、ランド領域５２を投影した導体未配置領域３３ｂが、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されている。
【００２９】
このようしても、導体未配置領域３３ｂの近くに位置するランド領域５２に熱膨張収縮が生じにくくなるので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化が抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。
【００３０】
特に、本実施形態に係る導体未配置領域３３ｂは、上述した導体未配置領域３３ａよりも熱膨張収縮しにくい領域が増えているので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化をより抑制することができる。
【００３１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る電子装置について、図８を用いて説明する。なお、図８は、第５実施形態に係るプリント基板２０ｄの概略構成を示す断面図である。
本第５実施形態では、導体未配置領域を設ける位置を変更した点が主に上記第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図８に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｄでは、各最外周ランド４１の内周側の接線により囲まれる領域がランド領域５１として設定され、第２導体層３２および第３導体層３３の双方に、上述した導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａがそれぞれ形成されている。
【００３３】
これにより、導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａの双方がランド領域５１の熱膨張収縮を抑制するように作用するので、ランド領域５１と半導体装置１３との相対的な位置変化がさらに抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を確実に抑制することができる。
【００３４】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る電子装置について、図９を用いて説明する。なお、図９は、第６実施形態に係るプリント基板２０ｅの概略構成を示す断面図である。
本第６実施形態では、ランド領域の設定範囲を変更した点が主に上記第５実施形態と異なる。このため、第５実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図９に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｅでは、各最外周ランド４１の外周側の接線により囲まれる領域がランド領域５２として設定され、第２導体層３２および第３導体層３３は、それぞれランド領域５２を投影した導体未配置領域３２ｂおよび導体未配置領域３３ｂが、導体パターンを配置せずに樹脂で構成されている。
【００３６】
このようしても、導体未配置領域３２ｂおよび導体未配置領域３３ｂの近くに位置するランド領域５２に熱膨張収縮が生じにくくなるので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化が抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を抑制することができる。
【００３７】
特に、本実施形態に係る導体未配置領域３２ｂおよび導体未配置領域３３ｂは、上述した導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａよりも熱膨張収縮しにくい領域が増えるので、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化をより抑制することができる。
【００３８】
図１０は、第６実施形態の変形例に係るプリント基板２０ｆの概略構成を示す断面図である。
導体未配置領域は、第２導体層３２および第３導体層３３に形成されることに限らず、表層を除く他の導体層の少なくとも１層に形成されてもよい。具体的には、例えば、図１０に示す変形例のように、第４導体層３４および第５導体層３５にも形成することができる。これにより、ランド領域５２と半導体装置１３との相対的な位置変化がさらに抑制されて、温度変化に起因してはんだ接合部に作用する応力を確実に抑制することができる。
【００３９】
なお、上述した第２導体層３２および第３導体層３３に加えて表層を除く他の導体層の少なくとも１層に導体未配置領域を形成する構成は、他の実施形態にも適用することができる。
【００４０】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る電子装置について、図１１を用いて説明する。なお、図１１は、第７実施形態に係るプリント基板２０ｇの概略構成を示す断面図である。
本第７実施形態では、導体未配置領域にビアを配置する点が主に上記第５実施形態と異なる。このため、第５実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図１１に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｇでは、各導体層３１〜３６を電気的に接続する層間接続ビアとして機能する複数の貫通ビア（図１１では、一部の貫通ビア６１〜６４を図示している）が設けられている。特に、貫通ビア６１，６２は、第１導体層３１の導体パターンに接続されて、導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａを貫通するようにそれぞれ配置されている。
【００４２】
ビアは、基板の厚さ方向（図１１の上下方向）に長くなることから、実装面２１に沿う方向（図１１の左右方向）の熱膨張収縮が基板の厚さ方向よりも小さくなる。このため、貫通ビア６１，６２が導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａを貫通するように配置されても、両導体未配置領域３２ａ，３３ａによる位置変化抑制効果が大きく低下することもない。
【００４３】
特に、貫通ビア６１，６２により各ランド４０に対する接続パターンを増やすことができるので、配線パターンの自由度を向上させることができる。
【００４４】
図１２は、第７実施形態の変形例に係るプリント基板２０ｈの概略構成を示す断面図である。
なお、第１導体層３１の導体パターンに接続されて導体未配置領域３２ａおよび導体未配置領域３３ａを貫通するビアは、貫通ビアとして形成されることに限らず、図１２に示すプリント基板２０ｇのように、非貫通ビア６１ａとして他のビア６２ａ〜６７ａ等とともに形成されてもよい。
【００４５】
なお、上述した、第１導体層３１の導体パターンに接続されて導体未配置領域を貫通する貫通ビアまたは非貫通ビアは、第２導体層３２のみに導体未配置領域３２ａが構成されるプリント基板や第３導体層３３のみに導体未配置領域３３ａが構成されるプリント基板に適用することもできる。また、上記貫通ビアまたは非貫通ビアは、各最外周ランド４１の内周側の接線により囲まれる領域がランド領域５１として設定される場合の導体未配置領域３２ａ，３３ａに適用されるだけでなく、各最外周ランド４１の外周側の接線により囲まれる領域がランド領域５２として設定される場合の導体未配置領域３２ｂ，３３ｂに適用することもできる。
【００４６】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る電子装置について、図１３を用いて説明する。なお、図１３は、第８実施形態に係るプリント基板２０ｉの概略構成を示す断面図である。
本第８実施形態では、表層側の導体層の厚さを厚くする点が主に上記第５実施形態と異なる。このため、第５実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図１３に示すように、本実施形態に係るプリント基板２０ｉでは、各ランド４０を構成する表層側の第１導体層３１や第６導体層３６が内層側の導体層３２〜３５よりも厚くなるように形成されている。これにより、第１導体層３１や第６導体層３６に大電流を流すことができる導体パターンを設けることができる。
【００４８】
なお、上述した、表層側の導体層３１，３６を内層側の導体層３２〜３５よりも厚くする構成は、第２導体層３２のみに導体未配置領域３２ａが構成されるプリント基板や第３導体層３３のみに導体未配置領域３３ａが構成されるプリント基板にも適用することもできる。また、表層側の導体層３１，３６を内層側の導体層３２〜３５よりも厚くする構成は、第１導体層３１の導体パターンに接続されて導体未配置領域を貫通する貫通ビアまたは非貫通ビアが形成されるプリント基板にも適用することもできる。
【００４９】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）導体層は、６層により構成されることに限らず、４層または５層により構成されてもよいし、７層以上により構成されてもよい。このような構成でも、第２導体層３２および第３導体層３３の少なくともいずれか１層に導体未配置領域を設けることで、上記効果を奏する。
【００５０】
（２）本発明は、車両用の電子装置に適用されることに限らず、他の機能を有する電子装置に適用されてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…電子装置
１３…半導体装置
２０，２０ａ〜２０ｉ…プリント基板（多層基板）
２２…はんだ
２４ａ〜２４ｃ，２５ａ，２５ｂ…樹脂層
３１〜３６…導体層
３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ…導体未配置領域
４０…ランド  ４１…最外周ランド
５１，５２…ランド領域
６１，６２…貫通ビア  ６１ａ…非貫通ビア
【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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【図１３】
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