(57)【要約】【課題】高周波特性の優れたマトリックス樹脂を用いたバックボード用基板に、ＢＧＡ構造のコネクタが実装されたコネクタ実装プリント配線基板において、コネクタの挿抜を行っても、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離、樹脂の凝集破壊等が発生しないものを得ることである。【解決手段】第１の基板層と、前記第１の基板層の表面に設けられたパッドと、前記第１の基板層の前記パッドが設けられた表面に積層され、且つ前記パッド上にビアホールを有する第２の基板層と、前記パッドに半田ボールで接合されるボールグリッドアレイ型コネクタとからなるコネクタ実装プリント配線基板において、前記第１の基板層を高周波基板層とし、前記第２の基板層を接着基板層とし、前記パッド周縁部が前記第２の基板層で覆われるようにする。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板層と、前記第１の基板層の表面に設けられたパッドと、前記第１の基板層の前記パッドが設けられた表面に積層され、且つ前記パッド上にビアホールを有する第２の基板層と、前記パッドに半田ボールで接合されるボールグリッドアレイ型コネクタとからなるコネクタ実装プリント配線基板であって、前記第１の基板層が高周波基板層であり、前記第２の基板層が接着基板層であり、前記パッド周縁部が前記第２の基板層で覆われているコネクタ実装プリント配線基板。
【請求項２】
高周波基板層が、３．０〜３．５の比誘電率を有する積層基板であり、接着基板層が、前記高周波基板の層間強度の１．３倍以上の層間強度を有する積層基板であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ実装プリント配線基板。
【請求項３】
ビアホールの側壁に金属層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ実装プリント配線基板。
【請求項４】
ビアホールの側壁が粗面化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ実装プリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプリント配線基板に関し、特に、コネクタ実装プリント配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の高速、大容量の情報を伝送する高速伝送システムは、ＬＳＩ等が搭載され、上部コネクタが設けられたドーターボードと呼ばれる信号処理基板と、上部コネクタに相対して嵌合する下部コネクタが設けられた大型のバックボードと呼ばれる信号伝送用基板とで構成されている。
そして、高速伝送システムでは、下部コネクタとバックボードとの接続部で、信号の損失や反射を生じることのない表面実装型コネクタが用いられるようになってきている。表面実装型コネクタとしては、コネクタのインシュレータから突き出したコンタクトの端部に半田ボールが形成されたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型のコネクタが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
ＢＧＡ型コネクタのバックボードへの実装は、例えばバックボードとして用いられるプリント配線基板の表面層に形成されたパッドへ、コネクタに形成された半田ボールを、半田リフローなどの手段により接合して実装される。
【０００４】
また、ドーターボードやバックボードに用いるプリント配線基板には、高周波特性の要求から、そのマトリックス樹脂として、トリアジン樹脂やビスマレイミド・トリアジン樹脂（ＢＴ樹脂）等のトリアジン系樹脂が用いられていている（例えば特許文献２参照。）。また、マトリックス樹脂として、共役ジエン重合体などの非極性構造を含有する変性エポキシ樹脂も用いられている（例えば特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１７２６２０号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−１３４２６３号公報（第６頁）
【特許文献３】
特開平６−１０７９０９号公報（第４−５頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高速伝送システムでは、ドーターボードの交換のため、上部コネクタと下部コネクタとは挿抜を行う。すなわち、ＢＧＡ構造の下部コネクタとバックボードとの接合部は、コネクタの挿抜による応力に耐える必要がある。
しかし、バックボード用基板には、マトリックス樹脂として、前記のような高周波特性に優れた樹脂が用いられており、この樹脂は凝集力や接着力が弱いので、コネクタの挿抜を繰り返すと、バックボードに用いられている基板において、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離、樹脂の凝集破壊等が発生するとの問題があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高周波特性の優れたマトリックス樹脂を用いたバックボード用基板に、ＢＧＡ構造のコネクタが実装されたコネクタ実装プリント配線基板であって、コネクタの挿抜を行っても、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離、樹脂の凝集破壊等が発生しないものを得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコネクタ実装プリント配線基板は、第１の基板層と、前記第１の基板層の表面に設けられたパッドと、前記第１の基板層の前記パッドが設けられた表面に積層され、且つ前記パッド上にビアホールを有する第２の基板層と、前記パッドに半田ボールで接合されるボールグリッドアレイ型コネクタとからなるコネクタ実装プリント配線基板であって、前記第１の基板層が高周波基板層であり、前記第２の基板層が接着基板層であり、前記パッド周縁部が前記第２の基板層で覆われているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるコネクタ実装基板を用いた高速伝送システムの構成を説明する図である。
図１における高速伝送システムは、信号処理ＬＳＩを搭載したドーターボード１と、信号伝送線路であるバックボード２とで構成されている。また、バックボード２は、ＢＧＡ型コネクタ３が実装されたコネクタ実装基板で構成されており、このコネクタ３を介して、ドーターボード１がバックボード２に接続される。
【００１０】
図２は、この発明の実施の形態１におけるコネクタ実装基板の、構造（ａ）と基板とコネクタとの接続部（ｂ）を示す断面模式図である。
図２に示すように、バックボード用基板２ａは、少なくとも、第１の基板層としての、信号伝送路が設けられ、高周波特性の優れた樹脂を用いた基板層（高周波基板層とする）４と、高周波基板層４の表面に設けられたパッド６と、第２の基板層としての、高周波基板層４のパッド６が設けられた表面に積層され、パッド６の周縁部を覆う、接着性の優れた樹脂を用いた基板層（接着基板層とする）５とで構成される。パッド６上の接着基板層５には孔の底部がパッド６面内に収まるビアホール７が開けられている。
このバックボード用基板２ａのパッド６と、ＢＧＡ型コネクタ３に設けられた半田ボール８とが接合しており、ＢＧＡ型コネクタ３がバックボード用基板２ａに実装されたコネクタ実装基板１０となっている。ＢＧＡ型コネクタ３のコンタクトピン９は半田ボール８とつながっている。
【００１１】
図３は、本実施の形態におけるコネクタ実装基板の製造工程を説明する図である。
まず、少なくとも表面にパッド６が設けられた高周波特性に優れた樹脂と強化材のクロスとの複合材料からなる高周波基板層４を調製する（ａ）。パッド６の表面は金メッキまたは溶融半田による表面処理がなされている。
次に、接着性に優れた樹脂を強化材のクロスに含浸したプリプレグを、高周波基板層４のパッド６が設けられた面に積層し、所定の加熱加圧条件で成形して、接着基板層５を形成する（ｂ）。
次に、接着基板層５のパッド６の上にある部分に、炭酸ガスレーザにより、パッド６に到達するビアホール７を開け、ビアホール７に残存する樹脂をデスミア処理で除去し、バックボード用基板２ａとする（ｃ）。このバックボード用基板２ａでは、ビアホール７の底部の寸法をパッド６より小さくし、パッド６の周縁部の内側が接着基板層５で覆われた状態とする。
次に、ＢＧＡ型コネクタ３に設けられた半田ボール８をパッド６と接触させ、リフローにより半田ボール８とパッド６とを接合し、ＢＧＡ型コネクタ３を高周波基板層４と接着基板層５とからなるバックボード用基板２ａに実装し、コネクタ実装基板１０する（ｄ）。
【００１２】
本実施の形態において、高周波基板層４に用いられる樹脂としては、比誘電率と誘電正接とが汎用のエポキシ樹脂より小さい、トリアジン樹脂やビスマレイミド・トリアジン樹脂（ＢＴ樹脂）等のトリアジン系樹脂、共役ジエン重合体や長鎖のアルキル基などの非極性構造を含有する変性エポキシ樹脂が用いられる。
高周波基板層４に用いられる強化材としては、ガラスクロスや有機繊維のクロスが挙げられ、マトリックス樹脂との接着性や得られる基板の機械特性から、特に、ガラスクロスが好ましい。
前記樹脂と強化材からなる高周波基板層４の比誘電率は３．０〜３．６の範囲であり、高周波基板層４に設けられる伝送路にて、高周波信号を高速に伝送するのに好ましい。
【００１３】
接着基板層５に用いられる樹脂としては、接着性に優れた、ビスフェノール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が用いられる。
接着基板層５に用いられる強化材としては、やはり、ガラスクロスや有機繊維のクロスが挙げられ、マトリックス樹脂との接着性や得られる基板の機械特性から、特に、ガラスクロスが好ましい。
前記樹脂と強化材とからなる接着基板層５の層間強度は、高周波基板層４の層間強度の１．３倍以上であり機械特性に優れている。
【００１４】
本実施の形態のバックボードに用いられるコネクタ実装基板１０は、高周波基板層４の比誘電率が３．０〜３．５であり、高周波を高速に伝送することが可能である。それと、高周波基板層４とＢＧＡ型コネクタ３との間に、層間強度が高周波基板層４の１．３倍以上である接着基板層５が設けられており、この接着基板層５が、ＢＧＡ型コネクタ３の半田ボール８が接合されたパッド６の周縁部の内側まで覆っているので、コネクタの挿抜時、特に引き抜く時に半田ボール８に加わる力が、パッド６を介して機械強度に優れた接着基板層５に伝達されるので高周波基板層４に加わる応力を小さくできる。このため、ドータボード着脱のためのコネクタ挿抜時に、接着力や凝集力の小さい樹脂を用いた高周波基板層４に発生する、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離および樹脂の凝集破壊が防止できる。
【００１５】
本実施の形態のコネクタ実装基板１０では、実装するコネクタとして、雄型のＢＧＡ型コネクタを用いたが、雌型のＢＧＡ型コネクタでも同様の効果が得られる。
本実施の形態のコネクタ実装基板１０は、バックボードに用いられているが、ドーターボードに用いても同様の効果が得られる。
【００１６】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２におけるコネクタ実装基板の接合部構造を説明する図である。
図４に示すように、本実施の形態では、バックボード用基板２ａのビアホール７の側壁部に半田と接合可能な金属層１１が設けられている以外、実施の形態１と同様である。この金属層１１は、例えば、無電界メッキと電解メッキとによる銅のメッキ層である。
本実施の形態では、ビアホール７の側壁部に半田と接合可能な金属層１１が設けられているので、半田ボール８はビアホール７の側壁部にも接合され、コネクタの引抜き時に半田ボール８に加わる力を接着基板層５により多く伝達でき、高周波基板層４に発生する、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離および樹脂の凝集破壊がいっそう防止できる。
【００１７】
実施の形態３．
本実施の形態では、バックボード用基板２ａのビアホール７の側壁部を粗面化処理している以外、実施の形態１と同様である。粗面化処理としては、例えば、デスミア処理の時間を長くし、ビアホール７の側壁部にガラスクロスの露出面積を増加させる。
本実施の形態では、ビアホール７の側壁部が粗面化されているので、半田ボール８をパッド６に接合する時、半田が溶融し、ビアホール７の側壁部に食い込み、コネクタの引抜き時に半田ボール８に加わる力を接着基板層５により多く伝達でき、高周波基板層４に発生する、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離および樹脂の凝集破壊がいっそう防止できる。
【００１８】
【実施例】
実施例において、本発明のコネクタと基板との接続部の構造を有する試験体基板を作製し、この試験体基板の半田ボールと基板との接合部の強度を測定することにより、本発明のコネクタ実装基板が有する効果を示す。
【００１９】
実施例１．
図５は、半田ボールと基板との接合部の強度を測定する方法を説明する図である。
非極性基を含有する変性エポキシ樹脂であるアリールエステル付加共役ジエン重合体含有エポキシ樹脂をマトリックス樹脂に用い、このマトリックス樹脂をガラスクロスに含浸したプリプレグ｛ＧＸＡ‐６７Ｎ：日立化成工業（株）社｝の１２層と厚さ１８μｍの平滑銅箔｛Ｆ０−ＷＳ：古河サーキットフォイル（株）社｝とを通常の成形条件で真空加圧プレスし、片方の表面に前記銅箔が接着された高周波基板層１０４を作製する。次に、前記銅箔をエッチングし、直径０．９ｍｍのパッド１０６を設ける。パッド表面には半田ボールとの密着性をあげるため、金メッキによる表面処理を施す。銅箔を除いた高周波基板層１０４の比誘電率は３．５である。
【００２０】
次に、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂をマトリックス樹脂に用い、このマトリックス樹脂をガラスクロスに含浸したプリプレグ｛ＧＥＡ−６７Ｎ：日立化成工業（株）社｝を、前記高周波基板層１０４のパッド１０６が設けられた面に積層し、通常の成形条件で真空加圧プレスして、厚さ０．５ｍｍのＦＲ−４の接着基板層１０５を設ける。この接着基板層１０５の層間強度は、高周波基板層１０４の層間強度の１．３倍以上である。
次に、次に炭酸ガスレーザーを用いてパッド上の接着基板層１０５に、パッド面に到達する孔を開け、この孔に残存する樹脂を、アルカリ性過マンガン酸塩溶液を用い２．５分のデスミア処理により除去し、パッド上の接着基板層にビアホール１０７を設け、試験体基板２００を得る（ａ）。
試験体基板２００の寸法は６５×４０×６ｔｍｍであり、１０×５個の合計５０個のビアホール１０７が設けられている。ビアホールの直径は底部において０．７６ｍｍであり、隣接するビアホール間の間隔は、ビアホール１０７の中心と中心との間で５ｍｍである。
【００２１】
次に、ＢＧＡ型コネクタの半田ボールに相当する直径０．７５ｍｍの半田ボール１０８を前記試験基板２００に設けられたパッド１０６に接触させ、半田ボールの所定の接合温度と接合時間で溶融し、この溶融した半田ボール中にプローブ１２０を挿入する（ｂ）。
次に、溶融した半田ボール１０８が冷却固化し固定されたプローブ１２０を０．０８３ｍｍ／分の速度で引張り、引張試験を行う（ｃ）。そして、接合部が破壊した時の強度、すなわち試験体基板２００の接合部強度Ｓは、接合部が破壊したときの荷重Ｌ（Ｎ）をビアホール底部の面積Ｂ（ｍｍ２）で割ったＬ／Ｂ（Ｎ／ｍｍ２）から求めた。また、接合部の破壊モードを観察した。
【００２２】
５０個の各ビアホールにおける半田接合部から求めた平均の接合部強度Ｓａと破壊モードとを表１に示した。本実施例ではＳａ＝２５Ｎ／ｍｍ２であり、試験体の全ての接合部において、破壊モードが半田部の凝集破壊であり、高周波基板層での破壊は認められなかった。
【００２３】
実施例２．
高周波基板層１０４に、マトリックス樹脂がビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂であるプリプレグ｛ＨＬ−９５０ＳＫ：三菱ガス化学（株）社｝を用いた以外、実施例１と同様にして、試験体基板２００を作製する。本実施例における、高周波基板層１０４の比誘電率は３．３７であり、接着基板層１０５の層間強度は高周波基板層１０４の層間強度の１．３倍以上である。
得られた試験体基板２００を用い、実施例１と同様にして、ビアホールにおける半田接合部の平均の接合部強度Ｓａと破壊モードを求め、表１に示した。
【００２４】
実施例３．
ビアホール１０７の側壁部に、銅メッキにより金属層を設けた以外、実施例１と同様にして、試験体基板２００を作製する。得られた試験体基板２００を用い、実施例１と同様にして、ビアホールにおける半田接合部の平均の接合部強度Ｓａと破壊モードを求め、表１に示した。
【００２５】
実施例４．
ビアホール１０７のデスミア処理時間を５分と長くし、ビアホール１０７の側壁部を粗面化した以外、実施例１と同様にして、試験体基板２００を作製する。得られた試験体基板２００を用い、実施例１と同様にして、ビアホールにおける半田接合部の平均の接合部強度Ｓａと破壊モードを求め、表１に示した。
【００２６】
比較例１．
ビアホール１０７の底部における内径を、パッド１０６の直径と同じ０．９ｍｍとし、接着基板層１０５がパッド１０６を覆わないようにした以外、実施例１と同様にして、試験体基板２００を作製する。得られた試験体基板２００を用い、実施例１と同様にして、ビアホールにおける半田接合部の平均の接合部強度Ｓａと破壊モードを求め、表１に示した。
【００２７】
比較例２．
高周波基板層１０４に用いたプリプレグと同じプリプレグを用い接着剤層１０５を形成した以外、実施例１と同様にして、試験体基板２００を作製する。得られた試験体基板２００を用い、実施例１と同様にして、ビアホールにおける半田接合部の平均の接合部強度Ｓａと破壊モードを求め、表１に示した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１から明らかなように、実施例１〜４の試験体基板では、引張試験における破壊モードが半田ボール１０８の凝集破壊であり、接合強度Ｓａは半田ボール１０８の凝集破壊強度である２５Ｎ／ｍｍ２を示した。。
すなわち、本発明の構造であるパッド１０６が接着基板層１０５で覆われている、高速信号伝送が可能なコネクタ実装基板は、コネクタの挿抜を行っても、基板部分での破壊は発生せず、高い信頼性を有する。
【００３０】
また、比較例１、２から明らかなように、パッド１０６上に接着基板層１０５が覆っていない場合や、パッド１０６を覆う基板層が高周波基板層と同じ基板層の場合は、半田ボール接合部の強度Ｓａは、半田ボール１０８の凝集破壊強度よりかなり小さく、破壊モードは、高周波基板層での破壊であった。すなわち、比較例の構成のコネクタ実装基板では、コネクタの挿抜により、基板部分での破壊が発生する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のコネクタ実装プリント配線基板は、第１の基板層と、前記第１の基板層の表面に設けられたパッドと、前記第１の基板層の前記パッドが設けられた表面に積層され、且つ前記パッド上にビアホールを有する第２の基板層と、前記パッドに半田ボールで接合されるボールグリッドアレイ型コネクタとからなるコネクタ実装プリント配線基板であって、前記第１の基板層が高周波基板層であり、前記第２の基板層が接着基板層であり、前記パッド周縁部が前記第２の基板層で覆われているものであり、コネクタの挿抜時、特に引き抜く時に半田ボールに加わる力が、パッドを介して機械強度に優れた接着基板層に伝達されので高周波基板層に加わる応力を小さくでき、コネクタの挿抜時に接着力や凝集力の小さい樹脂を用いた高周波基板層に発生する、パッドと樹脂との界面剥離、樹脂とガラスクロスとの界面剥離および樹脂の凝集破壊が防止でき、信頼性の高いコネクタ実装プリント配線基板が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるコネクタ実装基板を用いた高速伝送システムの構成を説明する図である。
【図２】実施の形態１におけるコネクタ実装基板の構造（ａ）と基板とコネクタとの接続部の構造（ｂ）とを示す断面模式図である。
【図３】実施の形態１におけるコネクタ実装基板の製造工程を説明する図である。
【図４】実施の形態２におけるコネクタ実装基板の接合部構造を説明する図である。
【図５】半田ボールと基板との接合部の強度を測定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  ドーターボード、２  バックボード、２ａ  バックボード用基板、３  ＢＧＡ型コネクタ、４  高周波基板層、５  接着基板層、６  パッド、７  ビアホール、８  半田ボール、９  コンタクトピン、１０  コネクタ実装基板、１１  金属層、１０４  高周波基板層、１０５  接着基板層、１０６  パッド、１０７ビアホール、１０８  半田ボール、１２０  プローブ、２００  試験体基板。
【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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