(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなる１層もしくは複数層のプリプレグ（１３）よりなる基板部（１０）と、
前記基板部（１０）の表裏両面に積層して設けられた層状の表層部（２０）と、
前記表層部（２０）の外面に設けられ、電子部品がはんだ接続される表層配線（４０）と、
前記基板部（１０）に設けられた内層配線（３０）と、
前記基板部（１０）および前記表層部（２０）よりなる積層体の積層方向に貫通して設けられ、前記表層配線（４０）および前記内層配線（３０）を電気的に接続するスルーホール（５０）とを備える貫通基板において、
前記表層部（２０）も、ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなるプリプレグよりなり、
前記表層部（２０）の外面は、前記基板部（１０）を構成する前記プリプレグ（１３）の表面よりも凹凸が小さいものであり、当該凹凸のピッチとしての当該表層部におけるヤーンの交差部とこれに隣り合う交差部との距離が０．５ｍｍ以下であり、
当該貫通基板の表面に電子部品がはんだ接合され、当該接合部における前記凹凸のピッチ方向のサイズが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする貫通基板。
【請求項２】
前記表層部（２０）を構成する前記プリプレグの前記ガラスクロス（１１）を構成するヤーン（１１ａ）は、前記基板部（１０）を構成する前記プリプレグ（１３）の前記ガラスクロス（１１）を構成するヤーン（１１ａ）に比べて、断面における前記積層体の積層方向の寸法が当該積層方向と直交する方向よりも短くなっている扁平なヤーンであることを特徴とする請求項１に記載の貫通基板。
【請求項３】
前記表層部（２０）を構成する前記プリプレグの外面と当該プリプレグの内部の前記ガラスクロス（１１）との距離（ｔ１）は、前記基板部（１０）を構成する前記プリプレグ（１３）における外面と当該プリプレグ（１３）の内部の前記ガラスクロス（１１）との距離（ｔ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の貫通基板。
【請求項４】
前記表層部（２０）を構成する前記プリプレグの前記ガラスクロス（１１）を構成するヤーンは、前記基板部（１０）を構成する前記プリプレグ（１３）の前記ガラスクロス（１１）を構成するヤーンに比べて、径寸法が小さいものであることを特徴とする請求項１に記載の貫通基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグよりなる基板の表裏両面に設けられた配線を、当該基板を厚さ方向に貫通するスルーホールにより導通させてなる貫通基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の貫通基板としては、ガラス繊維の織物であるガラスクロスに樹脂を含浸してなる複数層のプリプレグよりなる基板と、基板の表裏両面に設けられ電子部品がはんだ接続される表層配線と、基板内部に設けられた内層配線と、プリプレグの積層方向に貫通して設けられ表層配線および内層配線を電気的に接続するスルーホールとを備えるプリント基板が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなプリント基板の外面上に電子部品を搭載し、はんだ付けにより接続した場合、実使用環境下における熱ストレスによって、はんだ接続部が劣化するが、このことは製品の信頼性上、重要な問題である。
【０００４】
たとえば、上記特許文献１では、ななこ織りと呼ばれる特殊クロスを使い、クロスの打ち込み密度を上げるようにしている。それにより、プリプレグ中の樹脂量を減らし、基板の熱膨張率を小さくして、基板上のベアチップなどの電子部品の熱膨張率に近づけることで、接続信頼性の向上を図るようにしている。
【特許文献１】特開平７−６６５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来では、基板の熱膨張率を、当該基板に実装される電子部品に合わせるという考えで、基板への対策が実施されてきているが、近年では、プリプレグよりなる貫通基板においては、はんだ接続寿命のさらなる長寿命化が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明者が鋭意検討したところ、はんだ接続寿命には、基板の熱膨張率だけではなく、基板に使われているガラスクロスの凹凸も影響を及ぼしていることを、実験的に見出した。特に、はんだ接合部が微細化され、ガラスクロスの凹凸ピッチ（たとえば０．５ｍｍ以下）と同等以下のサイズの接合部である場合、その影響が顕著である。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プリプレグよりなる基板の表裏両面に設けられた配線を、当該基板を厚さ方向に貫通するスルーホールにより導通させてなる貫通基板において、ガラスクロスによる凹凸の影響を低減し、はんだ接続信頼性に優れた貫通基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、貫通基板において、表層部（２０）も、ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなるプリプレグよりなるものとし、表層部（２０）の外面を、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）の表面よりも凹凸が小さいものとし、当該凹凸のピッチとしての当該表層部におけるヤーンの交差部とこれに隣り合う交差部との距離を０．５ｍｍ以下とし、当該貫通基板の表面に電子部品がはんだ接合され、当該接合部における凹凸のピッチ方向のサイズが０．５ｍｍ以下であることを特徴としている。
【０００９】
それによれば、表層部（２０）の外面が、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）の表面よりも凹凸が小さいから、ガラスクロス（１１）による凹凸の影響を低減し、はんだ接続信頼性に優れたものにできる。
【００１０】
ここで、請求項２に記載の発明のように、表層部（２０）も、ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなるプリプレグよりなり、この表層部（２０）を構成するプリプレグのガラスクロス（１１）を構成するヤーン（１１ａ）は、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）のガラスクロス（１１）を構成するヤーン（１１ａ）に比べて、断面における積層体の積層方向の寸法が当該積層方向と直交する方向よりも短くなっている扁平なヤーンであるものにできる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、表層部（２０）も、ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなるプリプレグよりなり、この表層部（２０）を構成するプリプレグの外面と当該プリプレグの内部のガラスクロス（１１）との距離（ｔ１）は、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）における外面と当該プリプレグ（１３）の内部のガラスクロス（１１）との距離（ｔ２）よりも大きいものにできる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、表層部（２０）も、ガラスクロス（１１）に樹脂（１２）を含浸してなるプリプレグよりなり、この表層部（２０）を構成するプリプレグのガラスクロス（１１）を構成するヤーンは、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）のガラスクロス（１１）を構成するヤーンに比べて、径寸法が小さいものであるものにできる。
【００１４】
これら請求項２〜請求項４のような表層部（２０）とすることにより、表層部（２０）の外面を、基板部（１０）を構成するプリプレグ（１３）の表面よりも凹凸が小さいものにできる。
【００１５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る貫通基板１００の概略断面図である。この貫通基板１００は、大きくは基板部１０の表裏両面に表層部２０を積層してなるととともに、この積層体の内部に設けられた内層配線３０および表面に設けられた表層配線４０が、当該積層体の積層方向に貫通するスルーホール５０により電気的に接続されて構成されたものである。
【００１８】
基板部１０は、ガラス繊維の織物であるガラスクロス１１にエポキシ樹脂などの樹脂１２を含浸してなるプリプレグ１３よりなる。このプリプレグ１３は、必要な枚数積層して熱硬化することにより、優れた性能を持つ成形品が製造可能であるが、基板部１０を構成するプリプレグ１３は、１層でもよいし複数層が積層されたものでもよい。図１に示される例では、基板部１０は２層のプリプレグ１３が積層されてなる。
【００１９】
表層部２０は、基板部１０の表面（図１中の基板部１０の上面）および基板部１０の裏面（図１中の基板部１０の下面）に、それぞれ積層して設けられた層状のものである。ここでは、表層部２０も、ガラスクロス１１に樹脂１２を含浸してなるプリプレグとして構成されている。
【００２０】
内層配線３０は、基板部１０に設けられているが、本実施形態では、基板部１０を構成する２層のプリプレグ１３の表面に設けられている。また、表層配線４０は、貫通基板１００の表裏両面を構成する表層部２０の外面に設けられている。
【００２１】
この表層配線４０には、ＩＣチップやコンデンサ、抵抗などの図示しない電子部品がはんだ接続されるようになっている。これら内層配線３０および表層配線４０は、たとえばＣｕ箔などをエッチングすることで所望の配線パターンを形成している。
【００２２】
また、スルーホール５０は、基板部１０および表層部２０よりなる積層体をその積層方向に貫通して設けられている。このようにスルーホール５０は、貫通基板１００の表面から裏面まで連続して貫通したものとすることで、表層配線４０および内層配線３０を電気的に接続している。このスルーホール５０は、たとえばＣｕメッキなどにより形成されている。
【００２３】
このような貫通基板１００は、たとえば次のような一般的な方法により製造される。基板部１０および表層部２０を構成する各プリプレグ１３の表面に各配線３０、４０となるＣｕ箔を設ける。そして、内層配線３０については、エッチングなどにより配線のパターンを形成する。
【００２４】
そして、各プリプレグ１３を積層し、その後、表層部２０の外面に位置するＣｕ箔をエッチングなどによりパターニングして表層配線４０を形成する。次に、当該積層体に対してスルーホール５０を構成する穴をドリルなどで空け、その穴にＣｕメッキを施すことによりスルーホール５０を形成する。こうして、貫通基板１００ができあがる。
【００２５】
ここで、図２は、本貫通基板１００における表層部２０を構成するプリプレグのガラスクロス１１の概略平面図であり、図３は、表層部２０を構成するプリプレグのガラスクロス１１のヤーン１１ａの概略断面図であり、図４は、基板部１０を構成するプリプレグ１３のガラスクロス１１の概略平面図である。また、図３においては、基板部１０を構成するプリプレグ１３のガラスクロス１１のヤーン１１ａの断面形状を、合わせて破線で示してある。
【００２６】
ここで、ヤーンとはモノフィラメントが一定本数束ねられたものであり、ガラスクロス１１は、図２や図４に示されるように、横糸としてのヤーン１１ａと縦糸としてのヤーン１１ａとが網目状に織られて構成されている。
【００２７】
ここで、ガラスクロス１１には、図１に示されるように凹凸が存在するが、この凹凸は、縦横のヤーン１１ａが交差することにより生じる。一般には、図４に示されるように、ガラスクロス１１の凹凸のピッチＰとは、ヤーン１１ａの交差部とこれに隣り合う交差部との距離に相当するが、このピッチＰは、たとえば０．５ｍｍ以下である。
【００２８】
これら図２〜図４に示されるように、本実施形態では、表層部２０を構成するプリプレグのガラスクロス１１を構成するヤーン１１ａは、基板部１０を構成するプリプレグ１３のガラスクロス１１を構成するヤーン１１ａに比べて、断面における積層体の積層方向の寸法が当該積層方向と直交する方向よりも短くなっている扁平なヤーンである。
【００２９】
具体的には、図３に示されるように、表層部２０を構成するプリプレグのガラスクロス１１を構成するヤーン１１ａは、基板部１０を構成するプリプレグ１３のガラスクロス１１を構成するヤーン１１ａに比べて、上記積層方向と直交する方向（つまり、ガラスクロス１１の平面方向）に平たくなっている。そして、このように扁平なヤーン１１ａにより編み込まれた表層部２０のガラスクロス１１は、基板部１０のガラスクロス１１よりも、凹凸が小さく抑えられたものとなっている。
【００３０】
そのため、本実施形態の貫通基板１００においては、表層部２０の外面は、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいものとなっている。つまり、従来の貫通基板では、基板部のガラスクロスの凹凸がそのまま表層部２０の外面すなわち表層配線に継承されていたが、本実施形態では、表層配線４０の凹凸の度合は、基板部２０のガラスクロス１１の凹凸よりも小さくなっている。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、表層部２０の外面が、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいから、ガラスクロス１１による凹凸の影響を低減し、表層配線４０に電子部品をはんだ接続したときに、そのはんだ接続信頼性が従来よりも優れたものになる。
【００３２】
次に、本実施形態の貫通基板１００について、比較例と比べながら、具体的な効果を示す。この比較例は、１種類のプリプレグよりなる従来の貫通基板に相当するもので、具体的には、上記図４のような基板部１０を構成するガラスクロス１１よりなるプリプレグ１３によって、全体が構成されているものである。
【００３３】
図５は、本実施形態の貫通基板１００と比較例の貫通基板とについて、基板の平均的な熱膨張係数αを実測した結果を示す図である。ここで、熱膨張係数αとは、貫通基板はガラス成分と樹脂成分の混合体であるが、それらを平均化した基板全体の熱膨張係数のことである。
【００３４】
この熱膨張係数の測定は、−３０℃と１１０℃とを各３０分くり返す熱サイクル試験によって行った。その結果、本実施形態の貫通基板１００は、比較例よりも若干、熱膨張係数が小さいものであったが、大きな差は無かった。
【００３５】
図６は、本実施形態と比較例との各貫通基板について電子部品をはんだ接続し、これらについて冷熱サイクルによるクラック率を調査した結果を示す図である。ここで、はんだ付け電子部品として、１２８ピンのＱＦＮ（クワッド−フラット−ノンリード−パッケージ）を用いた。
【００３６】
そして、このＱＦＮを、本実施形態の貫通基板１００における表層配線４０と比較例の貫通基板における表層配線とに、それぞれＰｂフリーはんだで実装し、それについて、上記同様の熱サイクル試験（−３０℃と１１０℃との各３０分のサイクル）を行った。クラック率は、はんだが破断した率であり、不良品規格をはんだ接続部が１００％破断した時としている。
【００３７】
図６に示されるように、比較例の貫通基板では、２０００サイクルにて１００％はんだ接続部が破断しているのに対し、本実施形態の貫通基板１００では、その倍の４０００サイクルでも破断に至っていない。
【００３８】
そこで、本実施形態の貫通基板１００および比較例の貫通基板のそれぞれに使われているプリプレグのガラスクロスを２次元モデル化し、ガラスクロスの位置によって発生する歪みが、どのように変化するのか、シュミレーションを行い、確認した。その結果を図７に示す。
【００３９】
このシュミレーションのモデルとしては、図７に示されるように、プリプレグ１３上の表層配線４０にはんだ３００を介してＱＦＮの端子２００が接続されたものとした。この場合、はんだ接続部の端部が歪みが集中する部位である歪集中部となる。そして、この歪集中部が、プリプレグ１３のガラスクロス１１の凸の上に位置する場合と、同ガラスクロス１１の凹の上に位置する場合とについて、歪みとしての相当塑性ひずみ振幅を求めた。
【００４０】
この図７に示される結果から、比較例の貫通基板では、本実施形態に比べて、ガラスクロスの位置で発生する歪みが大きく異なることがわかった。特に、比較例では、ガラスクロスの凸の上の歪みが大きく、この歪みの大きい箇所で、はんだ接続部の破壊が発生しやすくなるということが示された。
【００４１】
実際の製品としては、１箇所でもはんだ接続部の１００％破断が発生した時点で、不良となるため、総じて低い歪みとなる本実施形態の貫通基板１００の方が、歪みの大きくなる箇所を持つ従来の貫通基板よりも、はんだ接続の長寿命化には有利となる。
【００４２】
このように、本発明者がプリプレグよりなる貫通基板について検討した結果、プリプレグ中のガラスクロスの凹凸が、基板表面に位置する表層配線に電子部品をはんだ接続する場合に影響するという、従来には存在しなかった問題を見出し、本実施形態は、この問題の対策としてなされたものである。
【００４３】
特に、はんだ接合部が微細化され、上記したガラスクロスの凹凸のピッチＰと同等以下のサイズ、たとえば０．５ｍｍ以下のサイズとなった場合、その影響が顕著となる。そして、本実施形態では、貫通基板１００の表層部２０におけるガラスクロス１１の凹凸を小さくすることで、問題解決を図っている。
【００４４】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る貫通基板１０１の概略断面図である。本実施形態の貫通基板１０１は、上記第１実施形態に示される貫通基板１００において、表層部２０の構成を変形したものである。以下、第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【００４５】
上記第１実施形態では、表層部２０において基板部１０よりも扁平なヤーン１１ａを用いることにより、表層部２０の外面を、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいものとした。
【００４６】
それに対して、本実施形態においても、表層部２０はガラスクロス１１に樹脂１２を含浸してなるプリプレグよりなるが、ここで、この表層部２０を構成するプリプレグの外面と当該プリプレグの内部のガラスクロス１１との距離ｔ１は、基板部１０を構成するプリプレグ１３における外面と当該プリプレグ１３の内部のガラスクロス１１との距離ｔ２よりも大きいものとなっている。
【００４７】
なお、これら距離ｔ１、ｔ２は、ガラスクロス１１における当該外面に向かって凸となっている部分、すなわちガラスクロス１１の凸部分と当該外面との距離である。このような表層部２０としてのプリプレグのヤーンは、上記した距離ｔ１およびｔ２の関係が満足されていれば、基板部１０と同じ形状のヤーンであってもよいし、上記した扁平なヤーンであってもよい。たとえば、本実施形態の表層部２０は、基板部１０のプリプレグ１３に比べて、樹脂１２の量を多くしてやれば容易に形成される。
【００４８】
本実施形態では、上記距離ｔ１、ｔ２の関係とすることにより、表層部２０において、ガラスクロス１１を封止する樹脂１２の厚みを大きくし、外面に現れるガラスクロス１１の凹凸を低減するようにしている。それにより、本実施形態においても、表層部２０の外面が、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいものとされ、ガラスクロス１１による凹凸の影響を低減して、表層配線４０に電子部品をはんだ接続したときに、そのはんだ接続信頼性が従来よりも優れたものになる。
【００４９】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係る貫通基板１０２の概略断面図である。本実施形態の貫通基板１０２も、上記第１実施形態に示される貫通基板１００において、表層部２０の構成を変形したものである。以下、第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【００５０】
上記第１実施形態では、表層部２０は、基板部１０と同様に、ガラスクロス１１に樹脂１２を含浸してなるプリプレグよりなるものであったが、本実施形態の表層部２０は、ガラスクロスを含まずにポリイミド１４よりなる樹脂層である。この樹脂層は、一般的なフレキシブルプリント基板のベースのようなものである。
【００５１】
本実施形態では、ポリイミド１４よりなる樹脂層として表層部２０を構成し、ガラスクロスを含まないものとしているため、表層部２０の外面が、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいものとされる。
【００５２】
そして、本実施形態によっても、ガラスクロス１１による凹凸の影響を低減して、表層配線４０に電子部品をはんだ接続したときに、そのはんだ接続信頼性が従来よりも優れたものになる。また、表層部２０が耐熱性に優れたポリイミドよりなるため、貫通基板１０２の表面の耐熱性も向上する。
【００５３】
（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態に係る貫通基板１０３の概略断面図である。本実施形態の貫通基板１０３も、上記第１実施形態に示される貫通基板１００において、表層部２０の構成を変形したものであり、第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【００５４】
本実施形態においても、表層部２０はガラスクロス１１に樹脂１２を含浸してなるプリプレグよりなるが、ここでは、表層部２０を構成するプリプレグのガラスクロス１１を構成するヤーンは、基板部１０を構成するプリプレグ１３のガラスクロス１１を構成するヤーンに比べて、径寸法が小さいものである。具体的には、表層部２０および基板部１０の両ヤーンは、その断面がたとえば円形などの同一形状であり、その径は表層部２０の方が小さい。
【００５５】
本実施形態では、表層部２０を径の小さなヤーンにより構成することにより、表層部２０の外面が、基板部１０を構成するプリプレグ１３の表面よりも凹凸が小さいものとされる。そして、本実施形態によっても、ガラスクロス１１による凹凸の影響を低減して、表層配線４０に電子部品をはんだ接続したときに、そのはんだ接続信頼性が従来よりも優れたものになる。
【００５６】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、表層部２０は、基板部１０の表裏の各面に１層ずつ設けられていたが、１層に限らず当該各面に２層以上積層されたものであってもよい。また、基板部１０は、複数層のプリプレグ１３により構成されたものに限らず、１層のプリプレグにより構成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る貫通基板の概略断面図である。
【図２】図１に示される貫通基板における表層部を構成するプリプレグのガラスクロスの概略平面図である。
【図３】図２に示されるガラスクロスのヤーンの概略断面図である。
【図４】図１に示される貫通基板における基板部を構成するプリプレグのガラスクロスの概略平面図である。
【図５】第１実施形態の貫通基板と比較例の貫通基板とについて基板の平均的な熱膨張係数の実測結果を示す図である。
【図６】本実施形態と比較例との各貫通基板について電子部品をはんだ接続し、冷熱サイクルによるクラック率を調査した結果を示す図である。
【図７】ガラスクロスの位置によって発生する歪みをシュミレーションにて求めた結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る貫通基板の概略断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る貫通基板の概略断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る貫通基板の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    基板部
１１    ガラスクロス
１１ａ  ヤーン
１２    樹脂
１３    プリプレグ
２０    表層部
３０    内層配線
４０    表層配線
５０    スルーホール
ｔ１    表層部を構成するプリプレグの外面とその内部のガラスクロスとの距離
ｔ２    基板部を構成するプリプレグの外面とその内部のガラスクロスとの距離
【図１】
0005082821.tif 000002
【図２】
0005082821.tif 000003
【図３】
0005082821.tif 000004
【図４】
0005082821.tif 000005
【図５】
0005082821.tif 000006
【図６】
0005082821.tif 000007
【図７】
0005082821.tif 000008
【図８】
0005082821.tif 000009
【図９】
0005082821.tif 000010
【図１０】
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