(57)【要約】【課題】各種電気機器に使用される電気回路基板において、ＢＧＡパッケージなどのＬＳＩでは放熱を行うための裏面放熱パッドを別途設けることが困難である。【解決手段】第１の基板１の裏面ランドパターン６と第２の基板２の表面グランドパターン５を半田などの手段により結合させる。これにより発熱するＬＳＩチップ３から発生した熱は第１の基板１の放熱用スルーホール７を介して裏面ランドパターン６に伝達される。さらに熱は第２の基板２の表面ランドパターン１５に伝わり、放熱用スルーホール１７を介して裏面ランドパターン１６から大気中に放熱される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスルーホールを介して表面ランドパターンと裏面ランドパターンが熱的および電気的に結合した第１の基板と、第２のスルーホールを介して表面ランドパターンと裏面ランドパターンが熱的および電気的に結合した第２の基板とを備え、前記第２の基板の裏面ランドパターンは前記第１の基板の裏面ランドパターンよりも大きな面積を有するとともに、前記第１の基板の裏面ランドパターンと前記第２の基板の表面ランドパターンは半田により接合していることを特徴とする電気回路基板。
【請求項２】
融点が１３０℃から１５０℃である半田を用いて第１の基板と第２の基板を接合することを特徴とする請求項１記載の電気回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、国際特許分類Ｈ０５Ｋ３／４６に属する電気回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩは多機能化および集積度の向上により、信号端子数が多いＢＧＡパッケージ等を用いた構成が主流となっており、狭い端子ピッチによる基板面積の小型化が進んでいる。しかし、その一方で、ＬＳＩの発熱により、ＬＳＩ自体の誤動作、リードと基板上ランドの剥離、セット筐体の温度上昇等、それに纏わる品質問題が見過ごせない状況となっている。
【０００３】
これらの問題に対する従来の解決手段の一例として、基板上の放熱パッドを用いたＬＳＩ放熱方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２は、前記特許文献１に記載された従来の多層印刷配線板における放熱方法の構造を示す断面図である。
【０００５】
図２において、放熱手段を有する多層印刷配線板は、ＬＳＩチップ２１から発生し、チップ下部に放熱された熱を吸収するために、表面信号層２８に熱伝導パッド２２が設けられており、該表面信号層２８は、放熱用スルーホール２３を介し、基板に内層されたアース層２４および裏面信号層２９に設けられた放熱パッド２６と接続された構造を成す。
【０００６】
また、熱伝導の経路としては、熱伝導パッド２２で吸収された熱は、放熱用スルーホール２３を介して接続されたアース層２４により基板内部で横方向へ拡がり、さらに基板裏面の放熱パッド２６を通して大気中に放熱される仕組みとなっている。ここで放熱用スルーホール２３はアース層２４と熱的に一体化され、電源層２５とは絶縁されている。
【０００７】
電気信号は、信号用スルーホール２７によって伝達される。
【０００８】
ＬＳＩを基板へ実装する際に用いられる半田は、鉛フリーが現在では主流であり、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ等があるが、前者の融点は２２０℃、後者は２００℃程度である。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２５００３０８号公報（第３頁、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成では、放熱効果を上げるためには配線基板中に多数の放熱用スルーホールを設け、それに接続された放熱パッドの面積を大きくする必要があった。しかし、１チップで多機能を実現するシステムＬＳＩでは端子数も多く、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージのような場合、ＬＳＩチップ下部に放熱パッドを別途設けることは困難である。
【００１１】
また、放熱効果の面において、放熱パッドが基板内部のアース層と熱的に接続されているために、アース層から再び熱放射が発生し、基板側からＬＳＩを加熱することになるため、結果的にＬＳＩ温度の低下効率を劣化させることになっていた。
【００１２】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、基板のコストアップを最小限に抑えつつ、ＬＳＩおよびセット全体の品質を向上させうる高い放熱効果を具備した電気回路基板を実装面からも安定した品質で提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、本発明の電気回路基板では、スルーホールを介して表面ランドパターンと裏面ランドパターンが熱的および電気的に結合した第１の基板と、スルーホールを介して表面ランドパターンと裏面ランドパターンが熱的および電気的に結合した第２の基板とを備え、第２の基板の裏面ランドパターンは第１の基板の裏面ランドパターンよりも大きな面積を有するとともに、第１の基板の裏面ランドパターンと第２の基板の表面ランドパターンは半田等の手段により接合していることを特徴とし、第１の基板の熱を、面積の大きな第２の基板の裏面ランドパターンより放熱を行うものである。
【００１４】
本構成によって、ＢＧＡパッケージのような裏面放熱パッドを別途設けることが困難である場合においても、熱伝導処理を効率的に行い、さらに効率の高い放熱を行うことができる。これによりＬＳＩの温度上昇を抑制し、高い品質を保持した電気回路基板を実現できる。
【００１５】
また、２枚の基板を接合させる実装工法においては半田の融点が接近していないものを用いることによって半田付けの品質および部品品質を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電気回路基板の断面図である。
【００１８】
図１において、放熱の流れを説明する。第１の基板１に実装されているＬＳＩチップ３より発生した熱は、ＬＳＩチップ３のグランド端子４より表面ランドパターン５へ伝わり、放熱用スルーホール７を介して裏面ランドパターン６へ伝達される。ただし、放熱用スルーホール７は内層のアース層１０および電源層１１とは絶縁されており、ＬＳＩチップ３のグランド端子４とアース層１０が直接接続されているアース用スルーホール８、あるいは電源用スルーホール９とは異なるものである。
【００１９】
次に、第１の基板１の裏面ランドパターン６に伝達された熱は、第１の基板１の裏面ランドパターン６と熱的および電気的に結合された第２の基板２の表面ランドパターン１５に伝達され、放熱用スルーホール１７を介して裏面ランドパターン１６から大部分が大気中に放熱され、一部は該ランドパターンからスルーホールを介して接続されている第２の基板表面に配設するグランドパターン１２から放熱される。
【００２０】
ここで、第２の基板２の裏面ランドパターン１６は第１の基板１の裏面ランドパターン６よりも大きな面積を有し、第２の基板２を第１の基板１に接合させることで、第１の基板１の裏面ランドパターン６の面積を拡大変換させることができ、その結果、大気中への放熱量を増やすことができる。特に、ＢＧＡパッケージのようなＬＳＩチップ３下部に放熱パッドを広く設けることが困難である場合においても、第２の基板２を接合させることにより、高い放熱効果を得ることができる。
【００２１】
かかる構成によれば、第１の基板１の表面ランドパターン５、つまり従来例の熱伝導パッドが基板内部のアース層と熱的および電気的に接続していないため、アース層からの熱放射を回避でき、基板側からＬＳＩを加熱させるようなことはなく、放熱用スルーホール１７を介して第２の基板２の裏面ランドパターン１６から放熱させることができる。また、電気的には第２の基板２の裏面ランドパターン１６自体がアースされている、あるいはＬＳＩ直下から離れた位置で第２の基板２表面のグランドパターン１２と接続されるような構造としており、後者においてもＬＳＩへの熱放射を考慮した配置としている。
【００２２】
また、多機能化されたＬＳＩを実装するには、その端子数が多くなることから多層印刷配線板が必要となり、周辺デバイスを含み全体の回路を１枚の基板で構成する場合、当然ながら多層基板による配線を必要としないデバイスまでもが多層基板に実装されることになるため総合的に基板コストは上昇する。
【００２３】
例えば、６層印刷配線板で回路全体を構成した場合の基板コストを１とした場合、ＬＳＩを実装する第１の基板を６層印刷配線板から成るモジュール的な基板で、面積が回路全体を６層印刷配線板で構成した場合の６分の１、さらに該モジュール基板を基板コストが少なくとも３分の１以下である両面印刷配線板（第２の基板）上に実装すると、全体的な基板コストは半分（＝１／６＋１／３＝１／２）となる。このような概算からも分かるように、半田等の簡単な工法で基板を接合することはコスト的にもメリットがある。
【００２４】
（実施の形態２）
２枚の基板を接合させる実装工法においては、鉛フリー半田として一般的であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ等、融点の差が小さい組み合わせを選択した場合、第１の基板１を第２の基板２へ実装する際に、第１の基板１実装時の半田付け温度を考慮して余裕のある炉内温度を確保することができないため、半田クラックや濡れ性等による実装品質問題が生じる。
【００２５】
これに対し、本発明による実装工法では、ＬＳＩチップ３を始めとする第１の基板１上の部品実装時には少なくとも融点が１９０℃以上の高温半田１３を用い、第２の基板を接合させる際には、融点が１３０℃〜１５０℃である例えばＳｎ―Ｂｉ等の低温半田１４を用いる。これにより、第２の基板２接合時の炉内温度を第１の基板１実装時の温度以下に十分抑えることができるため、第１の基板１の実装品質を確保し、且つ基板接合および第２の基板２の部品実装時の炉内温度の最適化を図ることができるようになるため、総合的に安定した実装品質を確保することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態において、第１の基板１上の部品実装には高温半田、２枚の基板の接合には低温半田を用いたが、２枚の基板を高温半田で接合した後、各基板上の回路部品を低温半田で実装しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の電気回路基板によれば、ＢＧＡパッケージのような裏面放熱パッドを別途設けることが困難である場合においても、熱伝導処理を効率的に行い、さらに効率の高い放熱を行うことができる。これによりＬＳＩの温度上昇を抑制し、高い品質を保持した電気回路基板を実現できる。また、融点の差が十分取れた通常の半田と低温半田の組み合わせを実装工法に取り入れることにより、実装および部品品質の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電気回路基板の断面図
【図２】従来の構造を示す断面図
【符号の説明】
１  第１の基板
２  第２の基板
３、２１  ＬＳＩチップ
４  グランド端子
５、１５  表面ランドパターン
６、１６  裏面ランドパターン
７、１７、２３  放熱用スルーホール
８  アース用スルーホール
９  電源用スルーホール
１０、２４  アース層
１１、２５  電源層
１２  グランドパターン
１３  高温半田
１４  低温半田
２２  熱伝導パッド
２６  放熱パッド
２７  信号用スルーホール
２８  表面信号層
２９  裏面信号層
【図１】
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【図２】
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