(57)【要約】【課題】配線基板の下面に格別な支持部品を設けることなく、既存のリフロー炉でも配線基板の下向きへの反りを抑制できる回路装置の製造方法を提供する。【解決手段】配線基板１Ａの上面にクリームはんだ２３ａを設け、配線基板の上に回路モジュール２をクリームはんだを介して搭載し、配線基板をその幅方向両端部を支持しながらリフロー炉４０に搬入し、回路モジュール２を配線基板１Ａの上面にリフローはんだ付けする。配線基板１Ａは、複数の樹脂層を所定の配線パターンを間にして積層した樹脂多層基板であり、配線基板１Ａの厚み方向の中心面に対して、上面側の配線パターン１１ａ，１１ｂ，１２，１３の総面積は、下面側の配線パターン１１ｃ，１１ｄ，１４の総面積よりも大きく設定されている。そのため、配線パターンの熱膨張を利用して配線基板１Ａの下方への撓みを抑制できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板の第１主面にクリームはんだを設ける工程と、
前記配線基板の第１主面上に第１の回路部品を前記クリームはんだを介して搭載する工程と、
前記配線基板をその幅方向両端部を支持しながら、前記第１主面を上にしてリフロー炉に搬入し、前記第１の回路部品を前記配線基板の第１主面にリフローはんだ付けする工程と、を有する回路装置の製造方法において、
前記配線基板は、複数の樹脂層を積層してなる樹脂多層基板であって、所定の配線パターンを備えており、
前記配線基板の厚み方向の中心面に対して、前記第１主面側の配線パターンの総面積が、前記第１主面と対向する第２主面側の配線パターンの総面積よりも大きいことを特徴とする回路装置の製造方法。
【請求項２】
前記配線基板の第２主面には、第２の回路部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の回路部品は、セラミック素体の上に複数の電子部品を搭載した回路モジュールであることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置の製造方法。
【請求項４】
前記配線基板は、複数の子基板を集合してなる集合基板であり、
前記リフローはんだ付け工程の後、前記集合基板を子基板に分割する工程を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回路装置の製造方法。
【請求項５】
前記集合基板において、前記子基板の周囲にはマージン部が形成されており、前記配線基板の厚み方向の中心面に対して前記第１主面側であってかつ前記マージン部に、前記配線基板の幅方向に連続的に延びる配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回路装置の製造方法。
【請求項６】
前記配線パターンは金属箔を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回路装置の製造方法。
【請求項７】
配線基板の第１主面に第１の回路部品をはんだ付けしてなる回路装置であって、
前記配線基板は、複数の樹脂層を積層してなる樹脂多層基板であって、所定の配線パターンを備えており、
前記配線基板の厚み方向の中心面に対して、前記第１主面側の配線パターンの総面積が、前記第１主面と対向する第２主面側の配線パターンの総面積よりも大きいことを特徴とする回路装置。
【請求項８】
前記配線基板の第２主面には、第２の回路部品が実装されていることを特徴とする請求項７に記載の回路装置。
【請求項９】
前記第１の回路部品は、セラミック素体の上に複数の電子部品を搭載した回路モジュールであることを特徴とする請求項７または８に記載の回路装置。
【請求項１０】
前記配線基板は、複数の子基板を集合してなる集合基板であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の回路装置の製造方法。
【請求項１１】
前記集合基板において、前記子基板の周囲にはマージン部が形成されており、前記配線基板の厚み方向の中心面に対して前記第１主面側であってかつ前記マージン部に、前記配線基板の幅方向に連続的に延びる配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回路装置。
【請求項１２】
前記配線パターンは金属箔を含むことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂多層基板よりなる配線基板を用いた回路装置の製造方法および回路装置、特に配線基板の第１主面に第１の回路部品をリフローはんだ付けする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、配線基板に回路部品をはんだ付け実装する方法として、リフローはんだ付けが広く用いられている。リフローはんだ付けは、配線基板にクリームはんだ（はんだペースト）を印刷などの手法により塗布し、回路部品をその端子電極がクリームはんだと接合するように搭載し、配線基板をリフロー炉に搬入してクリームはんだを加熱・溶融させ、その後、冷却することにより、はんだを固化させてはんだ付けする方法である。【０００３】
リフロー工程では、回路部品を搭載した配線基板にできるだけ均一に熱を与え、極力少ない支持面積でリフロー炉内を通過させることが望ましい。また、配線基板の両面に回路部品を搭載する両面実装基板に対応するためには、配線基板の下面の支持面積をできるだけ小さくするのが望ましい。そのため、配線基板の幅方向両端部を支持しながらリフロー炉内を通過させるのが一般的である。【０００４】
ところが、リフロー工程において、配線基板の自重やその上に搭載された回路部品の重量により、配線基板は下向きに反る（撓む）力を受ける。特に、様々な部品の集合体とも言える大型のモジュールを実装した場合や、集合基板状態（子基板に分割する前の集合状態の配線基板）でリフローを実施した場合に、前記反り力は一層大きくなり、下向きへの反りを助長する。【０００５】
図４，図５は従来のリフロー工程の一例を示す。リフロー炉４０には一対の平行な搬送レール４１が設けられており、配線基板４２の幅方向両端部をレール４１で支持しながら、リフロー炉４０の中を通過させるようになっている。なお、レール４１以外にエンドレスコンベアなどを用いて搬送する場合もある。配線基板４２の上には複数の回路部品４３が搭載されている。配線基板４２の幅方向中央部は何ら支持されていないため、図５に示すように下向きの反り（撓み）が発生する。はんだ溶融時に配線基板４２に撓みがあると、回路部品４３の実装ずれや接合不良、回路部品４３へのストレス増加を招くという問題が発生する。さらに、リフロー炉４０から出た後も配線基板４２の撓みが解消されないので、はんだ付け後の配線基板４２の取扱いにくさや生産性の低下などを招く可能性がある。【０００６】
特許文献１では、リフロー炉での配線基板の反りの発生を防止するため、反り防止用エンドレスコンベアに対応する配線基板の下面中央部に、予め部品浮かし用スペーサを取り付けたものが提案されている。しかしながら、この場合には、配線基板の下面中央部に部品を浮かすためのスペーサを取り付ける必要上、スペーサの取付部には回路部品を搭載できず、回路搭載上の制約が生じる。しかも、リフロー炉内に配線基板の両側部を支えるエンドレスコンベアの他に、下面中央部を支えるエンドレスコンベアを設ける必要があり、コスト上昇を招く結果となる。
【特許文献１】特開平５−１２３８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の好ましい実施形態の目的は、配線基板の下面に格別な支持部品を設けることなく、既存のリフロー炉でも配線基板の下向きへの反りを抑制できる回路装置の製造方法および回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の好ましい実施形態に係る回路装置の製造方法は、配線基板の第１主面にクリームはんだを設ける工程と、前記配線基板の第１主面上に第１の回路部品を前記クリームはんだを介して搭載する工程と、前記配線基板をその幅方向両端部を支持しながら、前記第１主面を上にしてリフロー炉に搬入し、前記第１の回路部品を前記配線基板の第１主面にリフローはんだ付けする工程と、を有する回路装置の製造方法において、前記配線基板は、複数の樹脂層を積層してなる樹脂多層基板であって、所定の配線パターンを備えており、前記配線基板の厚み方向の中心面に対して、前記第１主面側の配線パターンの総面積が、前記第１主面と対向する第２主面側の配線パターンの総面積よりも大きいことを特徴とするものである。【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、配線基板として複数の樹脂層を積層してなる樹脂多層基板を使用しており、この配線基板の内部または主面に所定の配線パターンを備えている。そして、配線基板の厚み方向の中心面に対して、第１主面側の配線パターンの総面積が、第１主面と対向する第２主面側の配線パターンの総面積よりも大きい点を特徴としている。配線基板を構成する樹脂の熱膨張係数は、例えば代表的な樹脂基板材料であるＦＲ４の場合、約１３ｐｐｍ／℃であり、配線基板の内部あるいは主面に設けられる配線パターン（例えば銅箔）の熱膨張係数は約１７ｐｐｍ／℃である。つまり、配線パターンの熱膨張係数は樹脂の熱膨張係数よりかなり大きい。そのため、配線基板の第１主面を上向きにしてリフローを行うと、樹脂と金属との熱膨張係数差によって、リフロー中は配線パターンの総面積が大きい配線基板の第１主面側が第２主面側に比べて伸びが大きく、上向きに反る力が発生する。一方、配線基板はその幅方向両端部が支持されてリフロー炉に搬入されるので、その幅方向中央部が下向きに撓もうとする力を受ける。その結果、下向きの撓みを熱膨張係数差による上向きの反り力によって緩和でき、全体として配線基板の撓みを抑制することができる。【００１０】
本発明において、第１主面側の配線パターンとは、第１主面上に形成された配線パターン（回路部品を接続するための配線パターンを含む）に限らず、内部に設けられた配線パターンも含む。同様に、第２主面側の配線パターンとは、第２主面上に形成された配線パターン（回路部品を接続するための配線パターンを含む）に限らず、内部に設けられた配線パターンも含む。最も単純な場合には、配線基板の厚み方向の中心面より第２主面側には配線パターンが設けられていなくてもよい。【００１１】
配線基板の第２主面に、第２の回路部品を実装するのがよい。つまり、配線基板の表裏両面に回路部品を実装した両面実装基板に適用するのがよい。両面実装部品の場合、リフロー時に下面を支える部分に制約が多いので、本発明は効果的である。第１の回路部品と第２の回路部品とが同種または同形状の部品であってもよいが、第２の回路部品は第１の回路部品より小型または軽量の部品がよい。例えば、第１の回路部品が回路モジュールのような大型部品の場合、第２の回路部品として表面実装部品（チップ部品）のような小型部品を用いるのがよい。【００１２】
第１の回路部品は、セラミック素体の上に複数の電子部品を搭載した回路モジュールであってもよい。このような回路モジュールは、一般の表面実装部品などに比べて大型であり、重量も大きい。このような回路モジュールをその上面に搭載した配線基板をリフローする際には下向きの反り力が強く作用するため、本発明が有効である。【００１３】
配線基板が、複数の子基板を集合してなる集合基板であり、リフローはんだ付け工程の後、集合基板を子基板に分割する工程を有するものでもよい。量産性を高めるため配線基板として集合基板を用いる場合があるが、配線基板が大型となるため、その両側部を支持してリフローを実施すると、下向きの反り（撓み）が大きくなる。このような大型基板を用いた場合に本発明は有効である。【００１４】
集合基板状態の配線基板において子基板の周囲にマージン部を形成した場合、配線基板の厚み方向の中心面に対して第１主面側であってかつマージン部に、配線基板の幅方向に連続的に延びる配線パターンを形成してもよい。このように配線基板の第１主面側に幅方向に連続する配線パターンを設けた場合、リフロー時の熱による配線パターンの膨張力が配線基板に対して上向きの反り力として有効に作用するため、本発明は効果的である。なお、この連続する配線パターンは、第１主面上に形成してもよいし、配線基板の内部に設けてもよい。また、子基板に接続された配線パターンであってもよいが、子基板の配線パターンから電気的に独立したダミーパターンであってもよい。【００１５】
配線基板の表面または内部に設けられる配線パターンとして、金属箔を用いるのが望ましい。配線パターンとして銅箔などの金属箔を用いることで、一般のプリント配線板に適用される技術を用いて配線パターンを容易に形成できる。また、金属箔は比較的厚膜（例えば１８μｍ〜３２μｍ）に形成できるので、リフロー時の熱膨張力を大きくでき、配線基板の撓み抑制効果が大きい。
【発明の好ましい実施形態の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態によれば、樹脂多層基板よりなる配線基板の厚み方向の中心面に対して、第１主面側の配線パターンの総面積を第１主面と対向する第２主面側の配線パターンの総面積よりも大きくしたので、配線基板の下向きの撓みを樹脂と金属（配線パターン）との熱膨張係数差による上向きの反り力によって緩和でき、全体として配線基板の撓みを抑制することができる。リフロー時に配線基板の撓みを抑制できることによって、回路部品の実装ずれや接合不良を抑制でき、配線基板へのストレスを軽減できる。さらに、配線基板の撓み抑制によって、はんだ付け後の配線基板の取扱いやすさや生産性の向上などを達成できる。さらに、リフロー炉内を搬送する手段が、従前と同様に配線基板の幅方向両端部を支持するだけでよいので、コスト上昇を招くことがなく、かつ配線基板の下面中央部にも部品を配置することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる回路装置の第１実施形態の断面図である。
【図２】図１に示す回路装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態における集合基板の平面図である。
【図４】一般のリフロー工程を示す斜視図である。
【図５】従来のリフロー時における基板の撓みを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本発明にかかる回路装置の第１実施形態を示す。
この回路装置Ａは、平板状の配線基板１の上面に回路モジュール２を実装し、下面に表面実装部品３を実装したものである。配線基板１は、複数の樹脂層を所定の配線パターン１１ａ〜１１ｄを間にして積層した樹脂多層基板である。配線基板１の上面には回路モジュール２が実装される接続電極１２と、回路モジュール２と対面する部分には幅広なベタ状の電極１３とがパターン形成されている。この電極１３は接続電極１２と接続されていないダミー電極であってもよいし、接続電極１２と接続されたグランド電極などの機能を持つ電極であってもよい。配線基板１の下面には、表面実装部品３を実装するための接続電極１４がパターン形成されている。上記配線パターン１１ａ〜１１ｄ、１２、１３、１４はいずれも銅箔などの金属箔で形成されている。配線基板１の厚み方向の中心面ＣＳに対して、上側の配線パターン１１ａ，１１ｂ，１２，１３の総面積は、下側の配線パターン１１ｃ，１１ｄ，１４の総面積よりも大きく設定されている。【００１９】
回路モジュール２としては、例えば図１に示すように、セラミック基板２０の上面に複数の電子部品２１を搭載し、下面に電子部品２１と電気的に接続された複数の端子電極２２を設けたものが使用される。端子電極２２は配線基板１の上面の接続電極１２にはんだ２３によって接続されている。表面実装部品３はセラミックコンデンサのようなチップ部品であり、配線基板１の下面の接続電極１４にはんだ３１によって接続されている。【００２０】
ここで、上記回路装置Ａの製造方法、特に配線基板１に対して回路モジュール２をはんだ付けする方法を図２にしたがって説明する。【００２１】
はんだ付けに際して、図２の（ａ）に示すような集合基板１Ａを準備する。集合基板１Ａは後で配線基板１となる子基板を複数個集合したものであり、ここでは説明を簡単にするために幅方向に２個の子基板を集合した基板を用いるが、実際にはこれより多数の子基板を集合した基板を用いる。集合基板１Ａの厚み方向の中心面に対して、上側の配線パターン１１ａ，１１ｂ，１２，１３の総面積は、下側の配線パターン１１ｃ，１１ｄ，１４の総面積よりも大きく設定されている。集合基板１Ａの下面には予め表面実装部品３が実装されている。【００２２】
次に、図２の（ｂ）に示すように、集合基板１Ａの上面の接続電極１２上にクリームはんだ２３ａを印刷法などによって塗布する。【００２３】
次に、図２の（ｃ）に示すように、接続電極１２に塗布されたクリームはんだ２３ａの上に回路モジュール２を載置する。【００２４】
次に、図２の（ｄ）に示すように、回路モジュール２を載置した集合基板１Ａを、レール４１によって幅方向両端部を支持しながら、配線パターン１１ａ，１１ｂ，１２，１３が設けられている側を上にしてリフロー炉４０に搬入し、リフローはんだ付けを実施する。すなわち、集合基板１Ａをリフロー炉４０に搬入してクリームはんだ２３ａを加熱・溶融させ、その後、冷却することにより、はんだ２３を固化させて、回路モジュール２を集合基板１Ａに固定する。リフロー時の熱によって集合基板１Ａが撓みやすくなり、しかも集合基板１Ａの自重や回路モジュール２の重量によって、集合基板１Ａの中央部には下向きの撓み力Ｆ１が発生する。しかしながら、集合基板１Ａの厚み方向の中心面ＣＳに対して、上側の配線パターンの総面積が下側の配線パターンの総面積よりも大きいため、上側の配線パターンの熱膨張によって集合基板１Ａには上向きに反る方向の力Ｆ２が発生し、この力Ｆ２が集合基板１Ａの下向きの撓みを抑制する働きを持つ。その結果、集合基板１Ａはほぼ平坦状態を維持しながらリフロー炉４０内を通過できる。【００２５】
このように、リフロー時の集合基板１Ａの撓みを抑制できるため、回路モジュール２の実装ずれや接合不良を抑制でき、回路モジュール２および表面実装部品３へのストレスを軽減できる。さらに、集合基板１Ａの撓み抑制によって、はんだ付け後の集合基板１Ａの取扱いやすさや生産性の向上を図ることができる。【００２６】
回路モジュール２を実装することにより、図２の（ｅ）のように表裏両面にそれぞれ回路モジュール２および表面実装部品３を実装した集合基板１Ａが得られる。この集合基板１Ａを分割線ＣＬで子基板に分割することにより、図１に示す回路装置Ａを得ることができる。【００２７】
なお、表面実装部品３を実装するための接合材ははんだに限らず、導電性接着材を用いてもよい。また、リフロー炉４０は、上述したトンネル炉が一般的であるが、バッチ炉であってもよい。【００２８】
さらに、回路モジュール２と表面実装部品３とを集合基板１Ａの表裏両面に同時にリフローはんだ付けしてもよい。同時にはんだ付けする場合、集合基板１Ａの下面側に実装される表面実装部品３は小型軽量部品であるので、リフロー途中に表面実装部品３が脱落することなく、集合基板１Ａの表裏同時にリフローはんだ付けすることが可能である。【００２９】
（第２実施形態）
図３は本発明にかかる集合基板の第２実施形態を示す。集合基板１Ｂは、複数の子基板１ｂを備えており、集合基板１Ｂの厚み方向の中心面より上側の配線パターンの総面積は下側の配線パターンの総面積よりも大きい。また、子基板１ｂの周囲には格子状にマージン部１６が設けられている。そして、集合基板１Ｂの上面であってかつ隣接する子基板１ｂの間、すなわちマージン部１６に幅方向に連続的に延びる配線パターン１５が設けられている。子基板１ｂの上には複数の電子部品（図示せず）が搭載されている。配線パターン１５は集合基板１Ｂの上面に設けられている必要はなく、少なくとも集合基板１Ｂの厚み方向の中心面より上側に位置しておればよい。配線パターン１５は何らかの機能を持つパターンであってもよいし、機能を持たないダミーパターンであってもよい。さらに、集合基板１Ｂを子基板１ｂに分割する際に配線パターン１５を切除してもよい。なお、ここで「連続的に延びる配線パターン」とは、幅方向に延びた１つの配線パターンに限らず、幅方向に延びた複数の配線パターンが連続的に配列されたものであってもよい。【００３０】
上記集合基板１Ｂをリフローはんだ付けする際、図３に示すように集合基板１Ｂの幅方向両端部をレール４１で支持しながらリフロー炉に搬入する。集合基板１Ｂには、その厚み方向の中心面に対して、上側の配線パターンの総面積が下側の配線パターンの総面積よりも大きく形成されているので、集合基板１Ｂの下向きの撓みを抑制することができる。特に、幅方向に延びる配線パターン１５はリフロー時の熱膨張によって集合基板１Ｂを上向きに反らせる働きが大きいので、下向きの撓み抑制効果が大きい。【００３１】
回路モジュール２の構造は図１に限るものではなく、任意の構造をとりうる。例えば、セラミック基板の上面に複数の電子部品を実装するとともに、下面に端子枠を接合し、その間に形成されるキャビティに半導体素子を収納し、ワイヤボンディング後、キャビティを封止樹脂で封止したものでもよい。その他、樹脂の多層基板を用いたものでもよく、構造は限定されない。配線基板１の表面に回路モジュール２を実装し、裏面に表面実装部品３を実装したが、この組み合わせに限るものではない。例えば、配線基板１の表面に表面実装部品や半導体素子などを搭載してもよいし、裏面に回路モジュールや半導体素子などを搭載してもよい。【００３２】
前記各実施形態では、配線基板（集合基板）をレールに載せてリフロー炉内を搬送する例について説明したが、レールに限るものではなく、配線基板の幅方向両端部を支持しながら搬送するものであれば、エンドレスコンベアや治具などの他の搬送手段を用いてもよいことは勿論である。
【図１】
2007052422.tif 000003
【図２】
2007052422.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007052422.tif 000006
【図５】
2007052422.tif 000007
【国際調査報告】
2007052422.tif 000008
2007052422.tif 000009
2007052422.tif 000010