(57)【要約】【課題】ＩＣパッケージとプリント基板を接続するはんだの接続信頼性を向上させることができる回路基板を提供することを目的とする。【解決手段】ＩＣパッケージ１とプリント基板４０の絶縁材料及びプリント基板４０に内蔵された銅箔からなる内層配線層５０に関して、内層配線層５０の線膨張係数は、ＩＣパッケージ１及びプリント基板４０の絶縁材料の線膨張係数よりも大きい。そのためプリント基板４０とＩＣパッケージ１の線膨張係数差により、プリント基板４０とＩＣパッケージ１とを接続するはんだ９０に繰り返し応力がかかる。従って、ＩＣパッケージ１の実装位置の直下に対応する領域の内層配線層５０の一部を除去することにより、ＩＣパッケージ１の実装位置におけるプリント基板４０との線膨張係数差を小さくすることができ、はんだ９０に作用する応力をより小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔をほぼ基板全面にわたって内蔵したプリント基板に、ＩＣチップを搭載したＩＣパッケージが実装された回路基板であって、
前記ＩＣパッケージは、その外表面に形成された複数の接続電極を有し、当該複数の接続電極が、前記プリント基板表面に設けられた複数のランドにはんだを介してそれぞれ接続され、
前記ＩＣパッケージ直下の範囲における前記金属箔の一部を除去したことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記ＩＣパッケージ直下の範囲における前記金属箔がストライプ形状となるように、前記金属箔の一部を除去したことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記ＩＣパッケージ直下の範囲における前記金属箔が、縦方向の前記ストライプ形状に対して横方向にストライプ形状が直交する碁盤目状となるように、前記金属箔の一部を除去したことを特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項４】
前記ＩＣパッケージ直下の範囲における前記金属箔が、１本の縦方向の前記ストライプ形状に対して両側に接続される横方向のストライプが異なる位置で交差するあみだ状となるように、前記金属箔の一部を除去したことを特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項５】
前記複数の接続電極は、それらによって取り囲まれる形状が矩形状を呈するように前記ＩＣパッケージに形成されており、前記ＩＣパッケージは、前記矩形状の隣接する２辺における長辺が、前記ストライプ形状の伸びる方向と直交するように、前記プリント基板に実装されることを特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項６】
前記プリント基板は、樹脂基材と金属箔が交互に積層された多層基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の回路基板。
【請求項７】
前記ＩＣパッケージは低線膨張係数を持つセラミックによって形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の回路基板。
【請求項８】
前記ＩＣチップは所定の物理量を検出するセンサチップであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣパッケージがはんだにより接続される、金属箔を内蔵した回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面実装型パッケージと配線基板を接合するはんだ部分には、パッケージ本体と配線基板との熱膨張係数差に伴う熱応力が作用する。斯様な熱応力に起因したはんだ部分の熱疲労破壊に対処するために、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１において、熱膨張差による応力を吸収するために、パッケージと配線基板の間にフレキシブルシートとパターン化された銅箔からなる応力緩和用接続媒体を設けている。パッケージと配線基板にそれぞれ設けられる電極が応力緩和用接続媒体を介して電気的に接続されることにより、応力がかかったときにフレキシブルシートが変形する。
【０００４】
特許文献２において、はんだ厚を大きく確保するために、パッケージ本体の実装面に疑似電極を設けて、この疑似電極とランドをはんだにより接合する。これにより、接合部分のはんだは疑似電極及びランドから外部へ逃げることができないため、溶解状態のはんだが表面張力に応じてパッケージ本体を押し上げようとする。この上向きの力を利用してパッケージ本体及び配線基板間の空間を保持している。
【特許文献１】特開平８−２３６８９８
【特許文献２】特開平１０−１７３３２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１、２に示されるような場合においても、基板とパッケージの線膨張係数差が大きいほど、基板とパッケージを接合するはんだ部分に大きな応力が作用する。特許文献１において、応力緩和用接続媒体を設けた場合でも線膨張係数差によりはんだ部分に大きな応力が作用したときには、はんだに対して損傷を与える。同様に特許文献２においてはんだ厚を大きくした場合でも、大きな応力が作用したときに、はんだに対して損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、ＩＣパッケージとプリント基板を接続するはんだの接続信頼性を向上させることができる回路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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の回路基板は、金属箔をほぼ基板全面にわたって内蔵したプリント基板に、ＩＣチップを搭載したＩＣパッケージが実装された回路基板であって、ＩＣパッケージは、その外表面に形成された複数の接続電極を有し、当該複数の接続電極が、プリント基板表面に設けられた複数のランドにはんだを介してそれぞれ接続され、ＩＣパッケージ直下の範囲における金属箔の一部を除去したことを特徴とする。
【０００８】
一般的にパッケージ，プリント基板の絶縁材料及び金属箔に関して、金属箔の線膨張係数は、パッケージ及びプリント基板の絶縁材料の線膨張係数よりも大きい。請求項１の回路基板は、上述の構造を採用したことにより、線膨張係数の大きい金属箔の面積が小さくなる。これにより基板の線膨張係数が小さくなるため基板とパッケージの線膨張係数差を低減させることができる。特にＩＣパッケージ直下の範囲における金属箔を除去することによりはんだ部分に対する応力をより緩和することができる。
【０００９】
請求項２に記載のように、ＩＣパッケージ直下の範囲における金属箔がストライプ形状となるように、金属箔の一部を除去しても良い。これは、金属箔が接地電極や電源電極として利用される場合に、除去される部分において接続部分を有するように分割してくりぬくことにより、電位が変異しやすくなるのを抑制できるためである。
【００１０】
請求項３に記載のように、ＩＣパッケージ直下の範囲における金属箔が、縦方向のストライプ形状に対して横方向にストライプ形状が直交する碁盤目状となるように、金属箔の一部を除去しても良い。これは、金属箔が接地電極や電源電極として利用される場合に、金属箔の一部を除去することにより電位が変異しやすくなるのを抑制するためである。また金属箔の除去部分を少なくすることにより高周波ノイズが作用したときにも、その高周波ノイズを素早く吸収することができる。
【００１１】
請求項４に記載のように、ＩＣパッケージ直下の範囲における金属箔が、１本の縦方向のストライプ形状に対して両側に接続される横方向のストライプが異なる位置で交差するあみだ状となるように、金属箔の一部を除去しても良い。これにより、縦方向のストライプ形状に交差する方向において、金属箔の伸縮が１本の長いストライプ上で連鎖しないようにすることができる。換言すれば、横方向のストライプを短く区切ることで、横方向のストライプによる伸縮を分散することができる。
【００１２】
請求項５に記載のように、複数の接続電極は、それらによって取り囲まれる形状が矩形状を呈するようにＩＣパッケージに形成されており、ＩＣパッケージは、矩形状の隣接する２辺における長辺が、ストライプ形状の伸びる方向と直交するように、プリント基板に実装されていても良い。金属箔において、ストライプ形状の伸びる方向における伸縮量は、ストライプの伸びる方向と直交する方向における伸縮量よりも大きくなる傾向がある。そのため上述のように配置することにより、はんだ部分に大きな応力をかかりにくくすることができる。
【００１３】
請求項１〜５いずれかに記載の回路基板は、請求項６に記載のように樹脂基材と金属箔が交互に積層された多層基板であっても良い。この場合、積層されたすべての金属箔において、金属箔の一部を除去することが好ましい。
【００１４】
請求項１〜６いずれかに記載の回路基板は、請求項７に記載のようにＩＣパッケージが低線膨張係数を持つセラミックによって形成されていても良い。
【００１５】
尚、請求項１〜７いずれかに記載の回路基板は、請求項８に記載のようにＩＣチップは所定の物理量を検出するセンサチップに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）は本実施形態におけるＩＣパッケージ１を搭載した回路基板１００を説明するための図であり、（ａ）は回路基板１００の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は回路基板１００のＩＣパッケージ１の搭載部分を上から見た図である。
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）に示すように回路基板１００は、ＩＣパッケージ１とプリント基板４０から構成される。
【００１９】
ＩＣパッケージ１は、センサチップ２，信号処理チップ３などを収納するものであり、セラミックから形成されている。またＩＣパッケージ１は、ワイヤボンディング用のパッド１１ａ、開口部周辺に鉄系金属等よりなる蓋４を溶接するための金属からなる接続部材５などを備える。この接続部材５と蓋４とを溶接することによって、ＩＣパッケージ１は封止され、外部からＩＣパッケージ１内に異物が進入することを防止している。
【００２０】
本実施形態において、ＩＣパッケージ１はグリーンシート積層法（或いはグリーンテープ積層法）と呼ばれる製造プロセスによって製造される。
【００２１】
このグリーンシート積層法は、周知のように、まずアルミナ等のセラミック材料からなる複数のグリーンシート（図示せず）の所定の位置に、各層の配線パターン同士を接続するためのビアホール（図示せず）やセンサチップ２を収納するためのキャビティ等をパンチングにより穿設する。
【００２２】
次に、ビアホールを導体ペーストにより穴埋めするスルーホール印刷を行った後、該グリーンシートの所定の位置に配線パターンをスクリーン印刷等により印刷する。
【００２３】
そして下層のグリーンシートから順に１層ずつ積み重ねて、これらを一括して加熱加圧することにより、各グリーンシートを一体化するとともに、配線パターンも同時に焼成する。
【００２４】
本実施形態において、例えば配線パターンはタングステン粉末に有機バインダ等を加えて混練しペースト化したものからなる。また導体ペーストは、導電性ペーストやはんだ、メッキなどが適用可能である。
【００２５】
本実施例において、ＩＣパッケージ１は例えば３層のグリーンシートを積層して一体化することによって構成されている。その最下層を除く各層の中央部には、方形状のキャビティが形成されている。これらのキャビティによりセンサチップ２及び信号処理チップ３を収納するためのチップ搭載部が形成される。以下、各層を下層のものから順に第１層、第２層、第３層という。第２層、第３層におけるキャビティは、第３層のほうが大きなものとされており、第２層はキャビティ周辺部がチップ搭載部の内部に露出されている。そこにパッド１１ａが設けられており、該パッド１１ａはグリーンシートの所定の位置に設けられたビアホールの上面を覆うようにＩＣパッケージ１の内部まで延長して設けられている。尚、第２層のグリーンシートは信号処理チップ３の有する高さとほぼ同一の厚さを有するものを用いる。これは信号処理チップ３とのワイヤボンディングによる接続をより効率よくするためである。
【００２６】
またＩＣパッケージ１は側面から底面にかけて連続する接続電極（図示せず）が形成されている。この接続電極は、第１層のビアホール内に充填された導電ペーストと接触しており、ワイヤを介してセンサチップ２や信号処理チップ３と導通している。
【００２７】
センサチップ２は、図１（ｂ）に示すように、容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式センサチップである。センサチップ２は可動電極と固定電極とからなり、センサチップ２に印加される加速度によって可動電極が変位する。この可動電極の変位量に基づいて可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。センサチップ２は、その静電容量の変化を検出信号（容量信号）として出力する。またセンサチップ２にはアルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド１１ｂが複数形成されている。尚、センサチップ２は加速度センサに限定されるものではなく、例えば圧力センサ、ヨーレイトセンサ、赤外線センサなどであっても良い。
【００２８】
信号処理チップ３は、センサチップ２から出力される検出信号（容量信号）を電圧等の信号に変換するなどの処理を行うための処理回路である。信号処理チップ３の上面にはアルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド１１ｃが複数形成されている。
【００２９】
センサチップ２、信号処理チップ３をＩＣパッケージ１に収納する場合、信号処理チップ３はＩＣパッケージ１内のチップ搭載部に、フィルム状接着剤を介して加熱圧着することにより搭載される。そして信号処理チップ３上にフィルム状接着剤を介して加熱圧着することによりセンサチップ２が搭載される。尚、フィルム状接着剤は熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂よりなるフィルムを採用することができる。例えば、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂等が適用可能である。
【００３０】
そして本実施形態において、ＩＣパッケージ１とセンサチップ２はパッド１１ａと１１ｂをつなぐワイヤ１０ｂによって電気的に接続され、センサチップ２と信号処理チップ３はパッド１１ｂと１１ｃをつなぐワイヤ１０ｃによって電気的に接続される。同様にＩＣパッケージ１と信号処理チップ３はパッド１１ａと１１ｃをつなぐワイヤ１０ａによって電気的に接続される。尚、これらのワイヤ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは金やアルミ等により形成される。
【００３１】
プリント基板４０は、内層配線５０、表面導体６０、ランド７０、樹脂８０等を備える。
【００３２】
本実施形態において、プリント基板４０は例えばビルドアップ工法と呼ばれる製造プロセスによって製造される。
【００３３】
このビルドアップ工法では、まずガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸成形した絶縁基材であるガラスエポキシ基板の両面に銅箔を張り合わせた絶縁基板を準備する。次に、フォトエッチング工程によりパターニングし、内層配線層５０を形成する。尚、本実施形態では、内層配線層５０が接地電極層及び電源電極層として用いられる。従って、内層配線層５０は、プリント基板４０のほぼ全面にわたる金属箔として形成され、上述したＩＣパッケージ１の実装位置の直下に対応する領域の内層配線層５０のみが、一部パターニングされて除去される。この内層配線層５０をパターニングする態様については、後に詳細に説明する。
【００３４】
さらにこの内層配線層５０が形成された基板の両面に接着層を介して、表面導体６０が形成されるべき銅箔面を外側にして第２の基板を積み上げ、これらの積層体を熱圧着して一体化することで積層板を形成する。この後、レーザー照射等によりスルーホール形成用の穴あけ、銅めっき、回路形成、ソルダーレジスト形成等の各工程を経て、表面導体６０及びランド７０、スルーホールを形成し、プリント基板４０が形成される。
【００３５】
本実施例において、金属箔として銅箔を用いたが、アルミニウム、金、銀、銅の少なくとも１種または２種の合金からなるものであれば良い。特に銅または銅を含む合金が最も望ましい。またパターニングはエッチング以外にも、印刷法などを用いて行うこともできる。
【００３６】
上記のように構成されたＩＣパッケージ１とプリント基板４０は、ＩＣパッケージ１の側面及び底面に設けられた接続電極と、プリント基板４０の表面に設けられたランド７０とがはんだ９０を介して接続される。尚、本実施形態においてＩＣパッケージ１は片面にのみ搭載されているが、両面に実装されても良い。
【００３７】
ここで、ＩＣパッケージ１とプリント基板４０の絶縁材料が異なるため、それぞれの線膨張係数に差が生じる。一般的には、ＩＣパッケージ１はセラミックにより形成されているので、その線膨張係数はおよそ７ｐｐｍである。それに対し、プリント基板４０の絶縁材料であるガラスエポキシ樹脂の線膨張係数はおよそ１０〜１５ｐｐｍである。ただしプリント基板４０は、銅箔からなる内層配線層５０を内蔵している。銅箔の線膨張係数はおよそ３０ｐｐｍと大きく、その結果、プリント基板４０全体の線膨張係数は絶縁材料のみの線膨張係数よりも大きくなる。このため、回路基板１００は温度変化が繰り返し生じる環境に置かれると、プリント基板４０とＩＣパッケージ１とを接続するはんだ９０に繰り返し応力がかかる。これにより、はんだ９０の接続信頼性が低下する懸念が生じる。さらに、応力ははんだ９０からＩＣパッケージ１にも作用する。このためＩＣパッケージ１にセンサチップ２が搭載されている場合、センサチップ２の検知部がその応力の影響を受けて、オフセット誤差を生じたり、感度が変化したりする可能性も生じる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、はんだ９０に作用する応力を極力低減するべく、ＩＣパッケージ１の実装位置の直下に対応する領域の内層配線層５０の一部を除去することとした。
【００３９】
上述したように、内層配線層５０の線膨張係数はプリント基板４０の絶縁材料の線膨張係数よりも大きい。従って、内層配線層５０の一部でも除去することで、その除去部分におけるプリント基板４０の線膨張係数を低下させることができる。
【００４０】
従って、ＩＣパッケージ１の直下の領域の内層配線層５０の一部を除去することで、ＩＣパッケージ１の実装位置におけるプリント基板４０との線膨張係数差を小さくすることができる。その結果、はんだ９０に作用する応力も小さくすることができ、上述した問題の発生を抑制することができる。
【００４１】
尚、図２〜図５は、ＩＣパッケージ１直下の金属箔の一部が除去される形状についての各種の例を説明するための金属箔の平面図である。
【００４２】
図２ではＩＣパッケージ１の搭載範囲における内層配線５０は、間に金属箔を除去した部分を挟んで複数本のストライプ状の金属箔が縦方向に平行に伸びるストライプ形状をしている。これは金属箔が接地電極や電源電極として利用される場合に、除去される部分において接続部分を有するように分割してくりぬくことにより、電位が変動しやすくなるのを抑制するためである。
【００４３】
このようにＩＣパッケージ１の直下の領域の内層配線層５０をストライプ状にパターニングした場合、図２に点線で示すようにＩＣパッケージ１をプリント基板４０上に実装することが好ましい。尚、プリント基板４０の上面には複数のランド７０が設けられており、そのランド７０と一部が重なるようにＩＣパッケージ１が搭載される。複数のランド７０が取り囲む領域は縦Ｘ、横Ｙの辺を持つ長方形をなしており、ランド７０は向かい合う２辺Ｘ上に複数並んで形成されている。ここで、縦Ｘの辺の長さよりも横Ｙの辺の長さの方が長くなっている。このとき、ＩＣパッケージ１の搭載範囲における内層配線５０のストライプ形状は、辺の長さが長いＹ方向とストライプ形状の伸びる方向が直交するように設けられている。
【００４４】
ここで辺の長さの長いＹ方向におけるはんだ間距離は、Ｘ方向でのはんだ間距離に比べて大きいため、Ｙ方向におけるプリント基板４０とＩＣパッケージ１との伸縮量の差は、Ｘ方向における伸縮量の差よりも大きくなる。そのため辺の長さの長いＹ方向とストライプ形状の伸びる方向が直交するように配置することにより、はんだ部分に大きな応力をかかりにくくすることができる。
【００４５】
図３においても同様にランド７０が設けられており、その上にＩＣパッケージ１が搭載されている。図３では、ＩＣパッケージ１の搭載範囲における内層配線５０は、図２に示す縦方向のストライプ形状に対して横方向にストライプ形状が直交する碁盤目状をしている。これは、金属箔が接地電極や電源電極として利用される場合に、金属箔の除去部分を極力小さくして電位が変動しやすくなるのを抑制するためである。また金属箔の除去部分をより少なくすることにより高周波ノイズが作用したときにも、その高周波ノイズを素早く吸収することができる。
【００４６】
図４及び図５においても同様にランド７０が設けられており、その上にＩＣパッケージ１が搭載されている。図４及び図５では、ＩＣパッケージ１の搭載範囲における内層配線５０は、１本の縦方向のストライプ形状に対して両側に接続される横方向のストライプが異なる位置で交差するあみだ状をしている。これにより、縦方向のストライプ形状に交差する方向において、金属箔の伸縮が１本の長いストライプ上で連鎖しないようにすることができる。換言すれば、横方向のストライプを短く区切ることで、横方向のストライプによる伸縮を分散することができる。ここで、図５に示すように不規則なあみだ状とすることにより、横方向のストライプによる伸縮をさらに分散することができる。
【００４７】
また図２と同様に縦のストライプ形状は、ランド７０において辺の長さが長いＹ方向とストライプ形状の伸びる方向が直交するように設けられている。
【００４８】
このように上述したような実施形態におけるＩＣパッケージ１を搭載した回路基板１００によると、ＩＣパッケージ１とプリント基板４０を接続するはんだ９０の接続信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態におけるＩＣパッケージ１を搭載した回路基板１００を説明するための図であり、（ａ）は回路基板１００の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は回路基板１００のＩＣパッケージ１の搭載部分を上面から見た図である。
【図２】ＩＣパッケージ１直下の金属箔がストライプ形状となるように除去された金属箔の平面図
【図３】ＩＣパッケージ１直下の金属箔が碁盤目状となるように除去された金属箔の平面図
【図４】ＩＣパッケージ１直下の金属箔があみだ状となるように除去された金属箔の平面図
【図５】ＩＣパッケージ１直下の金属箔が不規則なあみだ状となるように除去された金属箔の平面図
【符号の説明】
【００５０】
１・・・ＩＣパッケージ
２・・・センサチップ
３・・・信号処理チップ
４・・・蓋
５・・・接続部材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・ワイヤ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・パッド
４０・・・プリント基板
５０・・・内層配線
６０・・・表面導体
７０・・・ランド
８０・・・樹脂
９０・・・はんだ
１００・・・回路基板
【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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