(57)【要約】【課題】表面実装部品の接続信頼性の向上を図ることができ、しかも簡単で安価な構成で済ませる。【解決手段】多層配線基板１１の実装面（上面）に、多数個のランド１５ａを有する実装部１５を設け、ＣＳＰタイプの表面実装部品１２をはんだ接合部１３によりはんだ付けする。実装部１５とは反対面（下面）側に、実装部１５に対応した切欠凹部１６を形成する。実装部１５部分の厚みが薄肉となって剛性が下がることにより、温度サイクルに伴ってはんだ接合部１３に作用する応力を吸収することができる。多層配線基板１１を製造するにあたっては、各絶縁層１４を構成する熱可塑性樹脂製のシート状の基材を、複数枚積層した状態で、加熱しながら加圧して一体化するのであるが、その際、下面側に位置する複数枚の基材に、切欠凹部１６を構成する切欠部を予め形成しておく。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間に導体パターンを有する多層の絶縁層を備えて構成されると共に、表面に表面実装部品がはんだ接合される実装部を備える多層配線基板において、
前記実装部とは反対面側の該実装部に対応した位置に、一部の絶縁層を切欠いた切欠凹部を設けたことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
層間に導体パターンを有する多層の絶縁層を備えて構成されると共に、表面に表面実装部品がはんだ接合される実装部を備える多層配線基板を製造するための方法であって、
導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート状の基材を、複数枚積層した状態で、加熱しながら積層方向に加圧することにより全体を一体化するようになっていると共に、
前記基材のうち前記実装部とは反対面側を構成する１枚以上の基材に、該実装部に対応した位置に予め切欠部を形成しておくことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層間に導体パターンを有する多層の絶縁層を備えて構成されると共に、表面に表面実装部品がはんだ接合される実装部を備える多層配線基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば各種の小型電子機器に組込まれる実装基板においては、多層配線基板に、小型、高密度の表面実装部品、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ　）タイプや、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ　）タイプといった狭ピッチで且つ多端子の電子部品を実装する構成が採用されている。また、前記多層配線基板は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を主体とした多層の絶縁層を有すると共に、表面や層間に導体パターンを有して構成され、その表面に形成されたランドに、前記表面実装部品のはんだバンプが接合（はんだ付け）されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような実装基板にあっては、多層配線基板と電子部品との熱膨張係数の差などに起因して、温度変化によって反り変形などの変形挙動が発生する事情がある。一例をあげると、図４に誇大的に示すように、多層配線基板１の表面（上面）に、電子部品（ＩＣチップ）２がはんだ接合部（はんだバンプ）３によりはんだ接合されている場合、高温時において、（ａ）に示すように、多層配線基板１に上方に凸状となるような反り変形が生じ、低温時において、（ｂ）に示すように、多層配線基板１に下方に凸状となるような反り変形が生ずる。
【０００４】
このため、はんだ接合部３部分、特に最外周に位置するはんだ接合部３に大きな応力が作用し、いわゆる熱疲労クラックオープンが発生する虞があった。即ち、図５に拡大して示すように、クラックＣは、はんだ接合部３の多層配線基板１のランド１ａとの界面や、電子部品２のパッケージの電極２ａとの界面に発生しやすく、ひいては剥離に至るなど、接続信頼性が低下する不具合があった。
【０００５】
特に、車載環境、例えばカーナビやエンジン制御用のＥＣＵ、カーエアコン、車載通信機、カーオーディオなどに使用されるような場合には、一年を通じた温度サイクルは、例えば−３０℃〜８５℃もの広い温度範囲となり、熱衝撃ストレスが製品寿命に大きな影響を与えるものとなっている。
【０００６】
そこで、その対策として、従来では、上記したような電子部品２の下面側（多層配線基板１との隙間部分）にアンダーフィル（封止樹脂）を流し込んで硬化させることで、はんだ接合部３の歪みを抑制して製品寿命を延ばす方法や、電子部品２のインターポーザの剛性を下げることで歪みを緩和して製品寿命を延ばす方法があった。しかしながら、これらの対策では、電子部品２を実装するにあたっての余分な工程や材料が必要となってコストアップを招く、あるいは、電子部品２そのものが高価となる問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、表面実装部品の接続信頼性の向上を図ることができ、しかも簡単で安価な構成で済ませることができる多層配線基板及びその製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の多層配線基板は、表面実装部品がはんだ接合される実装部とは反対面側の該実装部に対応した位置に、一部の絶縁層を切欠いた切欠凹部を設けたところに特徴を有する（請求項１の発明）。これによれば、切欠凹部を設けたことにより、基板のうちの表面実装部品の実装部部分の厚みが他の部分よりも薄くなり、その部分だけ剛性が下がることになる。このため、多層配線基板と電子部品との熱膨張係数差に起因してはんだ接合部に作用する応力を、その剛性の低い部分の変形により吸収することができる。
【０００９】
この結果、表面実装部品の接続信頼性の向上を図ることができて製品寿命を長くすることができ、しかも切欠凹部を設けるという簡単で安価な構成で済ませることができるものである。尚、はんだ接合部の歪みを吸収する観点からは、実装部における基板の厚みは、より薄い方が望ましいが、あまりに薄くし過ぎると、今度は部品の自重による自重反りが発生し、はんだ接合部のいわゆる初期的オープンに至る虞が生ずる。従って、実装部の基板の厚み（言い換えれば切欠凹部の深さ）は、基板の弾性率（材質）、表面実装部品の重量、実装面積等を考慮して、初期的なオープンが起こらない範囲で極力薄くするように設定することが望ましい。
【００１０】
ところで、上記した多層配線基板を製造する方法としては、多層の絶縁層の積層後に、実装部とは反対面側に切欠凹部をくり抜き形成する（いわゆるザグリ）ことも可能であるが、導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート状の基材を、複数枚積層した状態で、加熱しながら積層方向に加圧することにより全体を一体化するようにした製造方法にあっては、基材のうち実装部とは反対面側を構成する１枚以上の基材に、該実装部に対応した位置に予め切欠部を形成しておくことにより、切欠凹部を有した多層配線基板を製造することが可能となる（請求項２の発明）。これによれば、多層配線基板の形成と同時に切欠凹部も形成されるようになり、切欠凹部の形成をより簡単に済ませることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図３を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る多層配線基板１１の表面の実装面（図で上面）に、例えばＣＳＰタイプの表面実装部品１２を実装した様子を模式的に示している。前記表面実装部品１２は、矩形状のパッケージ１２ａの下面に多数個の電極（図示せず）をアレイ状に有し、それら各電極に、はんだバンプ（実装によりはんだ接合部１３となる）を設けて構成されている。
【００１２】
これに対し、前記多層配線基板１１は、樹脂材料からなる多数の絶縁層１４を積層して構成されており、図示はしないが、それら絶縁層１４間には、例えば銅箔からなる導体パターンが形成されていると共に、要所には層間の導体パターンを電気的に接続する層間接続部が設けられている。このとき、多層配線基板１１の実装面（上面）に導体パターンが設けられるのであるが、図２（ａ）にも示すように、その実装面の中央部が、前記表面実装部品１２が実装される矩形状の実装部１５とされ、その実装部１５に位置して、前記表面実装部品１２のはんだバンプに対応した多数個のランド１５ａが形成されている。
【００１３】
そして、この多層配線基板１１の前記実装部１５とは反対面側つまり図で下面側には、該実装部１５に対応した位置（真下の位置）に、矩形状の切欠凹部１６が形成されている。この場合、切欠凹部１６は、一部の絶縁層１４図では下面側３層分の絶縁層１４を四角く切欠いた（くり抜いた）形態に形成されている。これにて、実装部１５は他の部分と比べて薄肉状とされるのである。尚、実際には、絶縁層１４の層数は十数層〜数十層にもなるが、ここでは便宜上６層で図示している。
【００１４】
ここで、上記した多層配線基板１１の製造方法について、図２及び図３も参照して簡単に述べる。まず、図２（ａ）に示すように、各絶縁層１４を構成する結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート（フィルム）状の基材１７が製作される。この基材１７は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂３５〜６５重量％と、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂３５〜６５重量％とを含んだ材質からなり、多層配線基板１１の大きさに対応した矩形状をなし、厚みが２５〜７５ミクロンのフィルム状とされている。この樹脂材料は、図３に示すように、例えば２００℃付近では軟質となるが、それより低い温度でも高い温度でも硬質となる（さらに高い温度（約４００℃）では溶解する）性状を呈し、また、高温から温度低下する際には、２００℃付近でも硬質を保つものとなっている。
【００１５】
このとき、基材１７のうち下面側の絶縁層１４を構成する複数枚（図では３枚）の基材１７には、多層配線基板１１の切欠凹部１６となる矩形状の切欠部（開口部）１７ａが予め形成されている。また、詳しく図示はしないが、この基材１７の表面には、銅箔が貼付けられており、エッチングにて導体パターンが形成される。このとき、最表面の絶縁層１４を構成する基材１７については、実装部１５のランド１５ａが形成されることになる。さらに、図示はしないが、基材１７のうちの要所には、層間接続部を構成するためのビアホールが形成されると共にそのビアホール内に導電ペーストが充填される。
【００１６】
次に、これら基材１７が、図２（ａ）に示すように積層され、真空加圧プレス機により、２００〜３５０℃に加熱されながら、０．１〜１０Ｍｐａの圧力で加圧される。この場合、上記材質の基材１７は、図３に示すような温度に対する弾性率変化を生ずるので、この熱プレスの工程により、各基材１７が熱により一旦軟化した状態で加圧されることによって相互に融着し、その後結晶化（硬化）して一体化するようになり、多層の絶縁層１４が形成されるのである。
【００１７】
また、導体パターンが絶縁層１４間に埋込まれた形態となると共に、ビアホール内の導電ペーストが硬化して層間接続部が形成され、以て、図１及び図２（ｂ）に示すような多層配線基板１１が形成されるのである。そしてこのとき、下面側の複数の絶縁層１４を構成する基材１７に予め形成された切欠部１７ａにより、実装部１５に対応した矩形状の切欠凹部１６が形成されるようになる。
【００１８】
この後、多層配線基板１１に対する表面実装部品１２の実装が行われる。この実装は、多層配線基板１１の実装面のランド１５ａにはんだペーストを印刷により塗布し、各ランド１５ａ上に各はんだバンプが載置されるように表面実装部品１２を位置合せ状態で搭載（仮接合）し、リフロー炉を通してリフロー加熱することにより行われる。これにて、図１及び図２（ｂ）に示すように、表面実装部品１２が、はんだ接合部１３により実装部１５上にはんだ付けされるようになるのである。尚、このリフロー加熱の工程では、多層配線基板１１は、３００℃程度に加熱されるが、図３に示すように、この温度では各絶縁層１４が軟化することはなく、結晶状態が保たれる。
【００１９】
さて、上記構成においては、多層配線基板１１の実装部１５の真下部分に切欠凹部１６が設けられていることにより、実装部１５部分の厚みが他の部分よりも薄くなり、その部分だけ剛性が下がることになる。このため、多層配線基板１１と表面実装部品１２との熱膨張係数差に起因してはんだ接合部１３に作用する応力を、その薄肉部分の変形により吸収することができ、はんだ接合部１３の歪を低減することができる。
【００２０】
ちなみに、本発明者は、ＢＧＡタイプの部品を多層配線基板に実装し、−３０度〜１０５度の熱衝撃加速試験を実施したところ、その実験データから、熱疲労クラックオープン（累積故障率Ｂ１０）に至るサイクル数と、はんだ接合部の歪値との間には、以下の関係があることが判明した。
【００２１】
Ｙ＝４１．７×１０３Ｘ
ただし、Ｙ：サイクル数の伸び（サイクル）
Ｘ：はんだ接合部の歪値の低減量（％）
この結果から、はんだ接合部１３の歪値を低減することにより、製品寿命を大幅に向上させることができることが明らかとなった。
【００２２】
尚、はんだ接合部１３の歪みを吸収する観点からは、実装部１５における基板の厚みは、より薄い方が望ましいが、あまりに薄くし過ぎると、今度は部品１２の自重による自重反りが発生し、はんだ接合部１３のいわゆる初期的オープンに至る虞が生ずる。従って、実装部１５の基板の厚み（言い換えれば切欠凹部１６の深さ）は、基板１１の弾性率（材質）、表面実装部品１２の重量、実装面積等を考慮して、初期的なオープンが起こらない範囲で極力薄くするように設定することが望ましい。
【００２３】
このように本実施例の多層配線基板１１によれば、例えば車載用に用いられて大きな温度サイクルを受けても、はんだ接合部１３がその影響を受けにくくなり、クラックが発生するといったことを抑制でき、表面実装部品１２の接続信頼性の向上を図ることができて製品寿命を長くすることができる。しかも、多層配線基板１１のうち実装部１５に対応した部分に切欠凹部１６を設けるという、簡単で安価な構成で済ませることができるものである。
【００２４】
また、本実施例の多層配線基板１１の製造方法によれば、導体パターンを形成した結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート状の基材１７を、複数枚積層した状態で、熱プレスにより全体を一体化して多層配線基板１１を製造する方法にあって、基材１７のうち実装部１５とは反対面側を構成する１枚以上の基材１７に、該実装部１５に対応した位置に予め切欠部１７ａを形成しておくようにしたので、上記のような優れた多層配線基板１１を容易に製造することができると共に、多層配線基板１１の形成と同時に切欠凹部１６も形成されるようになり、切欠凹部１６の形成をより簡単に済ませることができるといった利点を得ることができる。
【００２５】
尚、上記実施例では、予め切欠部１７ａを形成した基材１７を用いて多層配線基板１１に切欠凹部１６を形成するようにしたが、多層配線基板を構成した後に切欠凹部をくり抜き形成する（いわゆるザグリ）ようにしても良い。また、上記実施例では、多層配線基板の製造方法として、結晶転移型の熱可塑性樹脂からなるシート状の基材を複数枚積層した状態で、熱プレスにより全体を一体化する方法を採用したが、ガラスエポキシ樹脂などを用いて製造された多層配線基板にあっても、切欠凹部を設ける構成とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば表面実装部品としてはＣＳＰタイプのものに限らず、ＢＧＡタイプ、ＱＦＰタイプ、ＭＣＭタイプなど各種パッケージの表面実装部品全般に本発明を適用することができ、また、多層配線基板の用途としても、車載用に限らず、広い用途に用いることができるなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、多層配線基板に表面実装部品を実装した様子を示す縦断正面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図）
【図２】多層配線基板の製造方法を説明するための斜視図
【図３】基材の温度変化と弾性率との関係を示す図
【図４】従来例を示すもので、多層配線基板の反り変形の様子を誇大的に示す図
【図５】はんだ接合部にクラックが生じた様子を示す拡大縦断面図
【符号の説明】
図面中、１１は多層配線基板、１２は表面実装部品、１３ははんだ接合部、１４は絶縁層、１５は実装部、１５ａはランド、１６は切欠凹部、１７は基材、１７ａは切欠部を示す。
【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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