JP7540240B2 - Electronics - Google Patents
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Description
この明細書における開示は、電子装置に関する。 The disclosure in this specification relates to electronic devices.
特許文献1は、リフトオフ現象の発生を低減させることが可能な多層プリント配線板、回路モジュールおよび電子機器を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
先行技術文献の構成では、スルーホールランド部と基板との密着面積を多くすることでリフトオフ現象の発生を低減させている。また、所望の性能のはんだを得る目的で、組成の異なる様々なはんだが開発されている。ここで、剥離が引き起こされる状況は様々であり、同じ電子装置であっても、はんだの性能によって剥離が引き起こされる場合と引き起こされない場合があり得る。このため、剥離が引き起こされやすいはんだに対しては、剥離を防止するための特別な対策を行う必要がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電子装置にはさらなる改良が求められている。 In the configuration of the prior art document, the occurrence of lift-off is reduced by increasing the contact area between the through-hole land portion and the substrate. Also, various solders with different compositions have been developed to obtain solder with desired performance. Here, there are various situations in which peeling occurs, and even in the same electronic device, peeling may or may not occur depending on the performance of the solder. For this reason, special measures must be taken to prevent peeling for solder that is prone to peeling. In the above respects, or in other respects not mentioned, further improvements in electronic devices are required.
開示される1つの目的は、多層基板に電子部品が安定して接合された電子装置を提供することにある。 One disclosed objective is to provide an electronic device in which electronic components are stably bonded to a multilayer substrate.
ここに開示された電子装置は、表層をなす絶縁基板である表層基板(20)と内層をなす絶縁基板である内層基板(30)とが互いに板厚方向に重なって設けられている多層基板(10)と、表層基板に設けられている表層ランド(21、221)と、表層基板に実装される電子部品(80)と、電子部品と表層ランドとを接合している接合はんだ(25)と、内層基板を貫通する電流経路を構成しているビアホール(50、250、350、450)とを備え、ビアホールおよびビアホールで囲まれた部位と、表層ランドとの間に、金属材料が配置されることなく表層基板が設けられており、接合はんだは、固液相線幅が13℃以上であり、ビアホールは、少なくとも一部が接合はんだと板厚方向に重なる位置に設けられている。 The electronic device disclosed herein comprises a multilayer substrate (10) in which a surface substrate (20) which is an insulating substrate forming a surface layer and an inner substrate (30) which is an insulating substrate forming an inner layer are overlapped in the plate thickness direction, surface lands (21, 221) provided on the surface substrate, electronic components (80) mounted on the surface substrate, joining solder (25) joining the electronic components and the surface lands, and via holes (50, 250, 350, 450) which form a current path passing through the inner substrate, the surface substrate being provided without any metal material being disposed between the via holes and the areas surrounded by the via holes and the surface lands, the joining solder having a solid-liquid phase width of 13° C. or more, and the via holes being provided at a position where at least a portion of the via holes overlaps with the joining solder in the plate thickness direction.
開示された電子装置によると、ビアホールは、少なくとも一部が接合はんだと板厚方向に重なる位置に設けられている。このため、多層基板表面のうち、膨張しにくい部分に接合はんだを配置することができる。したがって、接合はんだが多層基板表面に生じる段差の影響を受けにくい。よって、接合はんだによる接合を安定させやすい。以上により、多層基板に電子部品が安定して接合された電子装置を提供できる。 According to the disclosed electronic device, the via holes are provided at positions where at least a portion of the via holes overlaps with the joining solder in the board thickness direction. This allows the joining solder to be placed on the surface of the multilayer board in a portion that is less likely to expand. This means that the joining solder is less susceptible to the effects of steps that occur on the surface of the multilayer board. This makes it easier to stabilize the joining by the joining solder. As a result, it is possible to provide an electronic device in which electronic components are stably joined to the multilayer board.
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The various aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference characters in parentheses in this section are illustrative of the corresponding relationships with the embodiments described below, and are not intended to limit the technical scope. The objectives, features, and advantages disclosed in this specification will become clearer with reference to the detailed description that follows and the accompanying drawings.
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。以下において、互いに直交する3つの方向をX方向、Y方向、Z方向とする。また、Z方向を上下方向と対応させて説明する場合がある。 Several embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and/or structurally corresponding and/or associated parts may be given the same reference symbol or reference symbols differing in the hundredth or higher digit. For corresponding and/or associated parts, the descriptions of other embodiments may be referred to. In the following, the three mutually orthogonal directions are referred to as the X direction, Y direction, and Z direction. In addition, the Z direction may be described as corresponding to the up and down direction.
第1実施形態
図1において、電子装置1は、多層基板10と電子部品80とを備えている。多層基板10は、複数の絶縁基板を重ねて構成されている。多層基板10は、絶縁基板の表面や隣り合う絶縁基板同士の間に層を形成している。絶縁基板の表面の層は、多層基板10における表層であり、絶縁基板同士の間の層は、多層基板10における内層である。まとめると、多層基板10は、2つの表層と複数の内層とを備えている基板である。絶縁基板の板厚方向をZ方向とした場合、X方向とY方向とは、板厚方向に交差する方向である交差方向である。
First embodiment In Fig. 1, an
多層基板10の表面には、表層ランド21が設けられている。表層ランド21は、正方形状である。表層ランド21は、銅などの金属材料で構成され、電流経路を構成している。表層ランド21は、互いに離間して2つ設けられている。2つの表層ランド21の並び方向は、X方向に沿う方向である。表層ランド21の形状、数および配置は、上述の例に限られない。表層ランド21は、他の配線部分に接続している。
電子部品80は、本体部81と接続部82とを備えている。本体部81は、電子部品80としての機能を発揮するための部分である。接続部82は、本体部81に通電するための部分である。接続部82は、例えば銅などの金属めっきで構成されている。接続部82は、本体部81の両端に設けられている。ただし、接続部82として機能する接続端子を3本以上備える構成としてもよい。
The
電子部品80としては、チップ抵抗やチップコンデンサやチップダイオードなどを採用可能である。ここで、電子装置1が備える電子部品80の数は、1つに限られず、複数の電子部品80を採用可能である。複数の電子部品80としては、同一の機能を発揮する部品を採用してもよく、異なる機能を発揮する部品を採用してもよい。
As the
電子装置1は、接合はんだ25を備えている。接合はんだ25は、表層ランド21上に設けられている。接合はんだ25は、表層ランド21上を濡れ広がったことで、略正方形状をなしている。接合はんだ25は、表層ランド21と電子部品80の接続部82とを接合している。
The
接合はんだ25は、表層ランド21と電子部品80との間の電流経路を構成する通電部材である。また、接合はんだ25は、多層基板10と電子部品80とを機械的に接着する接着部材である。電子部品80は、接合はんだ25によって適切に接合されることで実装されている。
The
接合はんだ25は、ペースト状のリフローはんだである。接合はんだ25のリフロー処理については、後に詳述する。接合はんだ25は、様々なはんだの中でも固液相線幅が大きいはんだである。固液相線幅とは、はんだ全体が固相となる温度を示す固相線と、はんだ全体が液相となる温度を示す液相線との間の温度幅のことである。言い換えると、固液相線幅とは、固相のはんだと液相のはんだとが共存する温度幅のことである。固相のはんだと液相のはんだとが共存している二相共存状態は、半溶融状態とも呼ばれる。固液相線幅は、はんだの組成に応じて固有の値を示す。
The joining
接合はんだ25の固相線の温度は、例えば200℃であり、液相線の温度は、例えば225℃である。この場合、接合はんだ25の固液相線幅は、25℃である。一般的なはんだにおいては、固液相線幅は、2℃から10℃程度である。このため、接合はんだ25の固液相線幅は、通常のはんだよりも大きい。
The solidus temperature of the joining
一般的に、固液相線幅が小さいはんだほどはんだ全体が素早く凝固するため、安定して接合しやすい。しかしながら、はんだに必要な条件を得る目的ではんだの組成を調整した結果として、固液相線幅が大きくなってしまう場合がある。はんだに必要な条件の一例としては、良好な熱衝撃性能を得ることが挙げられる。はんだに必要な条件の一例としては、所望の融点を得ることが挙げられる。はんだに必要な条件の一例としては、鉛などの特定の材料を含まないことが挙げられる。はんだに必要な条件の一例としては、安価であることが挙げられる。はんだは、用途に応じた様々な条件を踏まえて組成が調整されることとなる。 In general, the smaller the solidus-liquidus line width of a solder, the quicker the entire solder solidifies, and the easier it is to join stably. However, as a result of adjusting the composition of the solder to obtain the conditions required for solder, the solidus-liquidus line width may become larger. One example of the conditions required for solder is to obtain good thermal shock performance. One example of the conditions required for solder is to obtain a desired melting point. One example of the conditions required for solder is to be free of specific materials such as lead. One example of the conditions required for solder is to be inexpensive. The composition of solder is adjusted based on various conditions according to the application.
電子装置1は、ビアホール50を備えている。ビアホール50は、多層基板10の絶縁基板を貫通する電流経路を構成する部品である。ビアホール50は、銅などの金属材料で構成されている。ビアホール50は、Z方向に沿う方向を軸方向とする円筒形状である。ビアホール50の直径は、表層ランド21のX方向に沿う長さおよび接合はんだ25のX方向に沿う長さよりもわずかに小さい。ただし、ビアホール50の直径を表層ランド21のX方向に沿う長さおよび接合はんだ25のX方向に沿う長さよりもわずかに大きくしてもよい。少なくともビアホール50の直径は、表層ランド21のX方向に沿う長さの半分以上の大きさである。
The
ビアホール50は、少なくとも一部が多層基板10の板厚方向であるZ方向において、接合はんだ25に重なる位置に設けられている。ビアホール50は、少なくとも一部が電子部品80の接続部82に対してZ方向に重なる位置に設けられている。まとめると、ビアホール50は、接合はんだ25と接続部82との両方に対して、Z方向に重なる位置に設けられている。より詳細には、接合はんだ25において、ビアホール50の内側領域とZ方向に重なっている部分の面積は、ビアホール50の内側領域とZ方向に重なっていない部分の面積よりも大きい。また、接続部82において、ビアホール50の内側領域とZ方向に重なっている部分の面積は、ビアホール50の内側領域とZ方向に重なっていない部分の面積よりも大きい。
The via
ビアホール50は、ビアホール50全体がZ方向において、接合はんだ25に重なる位置に設けられている。ただし、ビアホール50の一部がZ方向において接合はんだ25に重ならない状態であってもよい。
The via
図2において、多層基板10は、表層基板20と内層基板30とを備えている。表層基板20と内層基板30とは、ともにエポキシ樹脂などの樹脂材料で構成された絶縁基板である。表層基板20と内層基板30とは、絶縁基板の板厚方向であるZ方向に沿う方向に互いに重なっている。表層基板20の基板厚さTsは、内層基板30の基板厚さTiよりも小さい。言い換えると、表層基板20は、内層基板30よりも薄い基板である。
In FIG. 2, the
3枚の内層基板30は、コア基板10cを構成している。ただし、コア基板10cを構成する内層基板30の枚数は、3枚に限られない。2枚の表層基板20は、ビルドアップ基板10bを構成している。ビルドアップ基板10bは、コア基板10cの外側に設けられた基板のことである。多層基板10は、コア基板10cに対してビルドアップ基板10bを形成することで構成されている。
The three
多層基板10は、電子部品80が実装されている1層目から反対側の6層目までの6つの層を備えている。多層基板10の表層は、1層目と6層目で構成されている。多層基板10の表側が1層目に対応し、多層基板10の裏側が6層目に対応している。多層基板10の内層は、2層目と3層目と4層目と5層目で構成されている。多層基板10の表側に最も近い内層が2層目に対応し、多層基板10の表側から最も遠い内層が5層目に対応している。ただし、多層基板10における層の数は、6層に限られない。多層基板10の各層には、任意の位置に任意の形状のランドを形成可能である。1層目や6層目の表層に設けられているランドは、表層ランド21である。2層目から5層目までの内層に設けられているランドは、内層ランドである。
The
多層基板10全体を貫通して表側と裏側の表層ランド21同士を接続するビアホール50は、スルーホールビアホールと呼ばれる。表層基板20を貫通して表層ランド21と内層ランドとを接続するビアホール50は、ブラインドビアホールと呼ばれる。内層基板30を貫通して内層ランド同士を接続するビアホール50は、ベリッドビアホールと呼ばれる。内層ランドを含んで接続しているブラインドビアホールとベリッドビアホールとは、インタースティシャルビアホールと呼ばれる。以下では、インタースティシャルビアホールのことを内層ビアホールと呼ぶことがある。ビアホール50は、コア基板10cを貫通し、表層基板20については貫通していない。ビアホール50は、2層目の内層ランドと5層目の内層ランドとを接続している。このため、ビアホール50は、ベリッドビアホールであり、内層ビアホールの一種である。
The via
ビアホール50のZ方向の長さLhは、表層基板20の基板厚さTsよりも大きい。ビアホール50のZ方向の長さLhは、内層基板30の基板厚さTiよりも大きい。ビアホール50のZ方向の長さLhは、多層基板10の基板厚さTaよりも小さい。ビアホール50のZ方向の長さLhは、多層基板10の基板厚さTaの半分以上である。
The Z-direction length Lh of the via
ビアホール50の内部には、埋設樹脂54が設けられている。埋設樹脂54は、円柱形状である。埋設樹脂54は、円筒形状のビアホール50の内部に隙間なく充填されている。
The embedded
接合はんだ25によるリフロー処理について、以下に説明する。リフロー処理には、準備工程と溶融工程と凝固工程とが含まれる。準備工程では、表層ランド21の上にペースト状の接合はんだ25を塗布し、その上に電子部品80を載置する。これにより、接合はんだ25は、表層ランド21と電子部品80の接続部82との両方に接触した状態となる。準備工程における接合はんだ25は、フラックスが揮発する前の状態である。
The reflow process using the joining
図3は、準備工程での電子装置1の部分断面を示している。ただし、表層ランド21上の接合はんだ25と電子部品80については、図示を省略している。準備工程の状態では、多層基板10の表面全体は、平坦な形状である。より詳細には、多層基板10表面のうちビアホール50の直上の部分とそれ以外の部分とで段差がほとんどない状態である。表層ランド21は、ビアホール50の直上の部分を含む平坦な部分に設けられている。準備工程の完了後、溶融工程に進む。
Figure 3 shows a partial cross section of the
溶融工程では、接合はんだ25の液相線の温度を上回る温度まで電子装置1を加熱する。仮に、液相線の温度が225℃であれば、225℃を上回る250℃程度まで加熱する。電子装置1を加熱することで、接合はんだ25が溶融し、表層ランド21や接続部82の表面に濡れ広がる。
In the melting process, the
また、電子装置1を加熱することで、電子装置1を構成している各部品が準備工程の状態に比べて膨張する。ここで、電子装置1は、金属材料部品と樹脂材料部品とを含んで構成されている。また、一般的に金属材料の熱膨張率は、樹脂材料の熱膨張率よりも小さい。このため、電子装置1において、金属材料が使われている部分と樹脂材料が使われている部分との間で、膨張の仕方が異なる。
In addition, by heating the
図4において、準備工程における多層基板10表面の位置を仮想線VLで表示している。多層基板10表面の全体は、仮想線VLを超えて膨出している。ただし、多層基板10表面の仮想線VLに対する膨出量は、場所によって異なる。多層基板10表面のうちビアホール50の直上に位置する部分は、熱膨張率の小さなビアホール50の影響が大きく、膨出量が小さい。一方、多層基板10表面のうちビアホール50の直上に位置しない部分は、熱膨張率の小さなビアホール50の影響が小さく、膨出量が大きい。ここで、多層基板10表面の膨出量は、ビアホール50から離れるほど大きくなる。ただし、多層基板10表面の膨出量は、ビアホール50から十分に離れた位置では、ほとんど一定である。言い換えると、ビアホール50から十分に離れた位置においては、多層基板10の表面が平坦な形状である。
In FIG. 4, the position of the surface of the
溶融工程の状態では、多層基板10の表面は、部分的に段差が形成されている形状である。より詳細には、多層基板10表面のうちビアホール50の直上およびその周辺の部分は、それ以外の部分よりも凹んでいる状態である。ただし、ビアホール50の直上である円形の領域は、全体がほぼ同じ膨出量で周囲よりも凹んでいる。このため、多層基板10の表面におけるビアホール50の直上部分は、円形に平坦な形状をなしている。表層ランド21は、このビアホール50の直上部分に設けられており、溶融工程において多層基板10表面の段差がほとんど影響していない状態である。
During the melting process, the surface of the
溶融工程における膨出量の違いは、ビアホール50を構成している金属材料の熱膨張率と多層基板10を構成している樹脂材料の熱膨張率との違いに起因している。このため、ビアホール50のZ方向の長さLhが、多層基板10の基板厚さTaに近いほど、多層基板10の表面に形成される段差が大きくなる。言い換えると、ビアホール50のZ方向の端部から多層基板10表面までの距離が小さいほど、多層基板10の表面に形成される段差が大きくなる。
The difference in the amount of expansion during the melting process is due to the difference in the thermal expansion coefficient between the metal material constituting the via
また、ビアホール50の熱膨張率と多層基板10の熱膨張率の違いが大きいほど、多層基板10の表面に形成される段差が大きくなる。また、溶融工程における温度が高いほど、多層基板10の表面に形成される段差が大きくなる。溶融工程の完了後、凝固工程に進む。
The greater the difference between the thermal expansion coefficient of the via
凝固工程では、接合はんだ25の固相線の温度を下回る温度まで電子装置1を冷却する。仮に、固相線の温度が200℃であれば、200℃を下回る195℃程度まで加熱を弱めることで電子装置1を冷却する。電子装置1を冷却することで、接合はんだ25が凝固し、表層ランド21や接続部82に濡れ広がった状態で固定される。
In the solidification process, the
また、電子装置1を冷却することで、電子装置1を構成している各部品が溶融工程の状態に比べて収縮した状態となる。ただし、電子装置1を構成している各部品は、準備工程の状態に比べて膨張した状態である。このため、溶融工程の状態に比べて小さい膨出量ではあるが、多層基板10表面に部分的に段差が形成されている状態となる。
In addition, by cooling the
凝固工程においては、接合はんだ25全体が均一な温度であることが好ましいが、実際には、接合はんだ25の部位によって温度に偏りが生じ得る。例えば、接合はんだ25の表面は、接合はんだ25の内部に比べて温度が低くなりやすい。このため、凝固工程が完了するまでの間、接合はんだ25は、温度の低い一部分が固相の状態となり、温度の高い一部分が液相の状態となる半溶融状態が発生し得る。接合はんだ25の量が多いほど、温度に偏りが生じやすく、半溶融状態が発生しやすい。
During the solidification process, it is preferable that the entire
接合はんだ25には、ある程度の大きさの固液相線幅が存在する。このため、仮に接合はんだ25全体が均一な温度であったとしても、凝固工程が完了するまでの間、接合はんだ25は、半溶融状態となり得る。接合はんだ25の固液相線幅が大きいほど、半溶融状態が発生しやすい。
The joining
凝固工程が完了するまでの間、電子装置1の温度は徐々に低下することとなる。このため、凝固工程が進む間に、多層基板10表面の段差の状態が変化し得る。したがって、接合はんだ25の一部は、温度が高く膨出量が多い状態で凝固し、接合はんだ25の他の一部は、温度が低く膨出量が少ない状態で凝固することとなる。よって、凝固工程の接合はんだ25において、凝固する前の部分が凝固した後の部分に引っ張られるなどして、表層ランド21との適切な接触状態が維持されない場合がある。この場合、接合はんだ25のうち本来であれば表層ランド21に接触した状態で凝固すべき部分が、表層ランド21から離れた状態で凝固してしまうことがある。言い換えると、接合はんだ25による接合が部分的に不適切な状態となり得る。このように、接合はんだ25に接合が不適切な部分が存在すると、接合はんだ25が表層ランド21から剥離してしまう場合がある。
Until the solidification process is completed, the temperature of the
上述したような接合はんだ25の不適切な接合は、凝固の開始から完了までの間で多層基板10表面の段差の大きさが変化するほど、引き起こされやすい。言い換えると、凝固の開始から完了までの間で多層基板10表面の段差の大きさがほとんど変化しなければ、接合はんだ25の不適切な接合を抑制できる。このため、凝固の開始時点で多層基板10表面の段差が十分に小さい平坦な位置に接合はんだ25を配置することで、接合はんだ25の不適切な接合を抑制することができる。言い換えると、ビアホール50が存在することで膨出量が小さく維持されている位置に接合はんだ25を配置することで、接合はんだ25の不適切な接合を抑制することができる。
The more the magnitude of the step on the surface of the
固液相線幅が大きいほど、凝固工程で凝固完了までの温度変化が大きくなり、接合はんだ25の不適切な接合が引き起こされやすい。このため、ビアホール50を接合はんだ25と板厚方向に重なる位置にすることで接合の精度を高めることは、固液相線幅の大きな接合はんだ25を用いる電子装置1において非常に有用である。
The larger the solid-liquid phase line width, the greater the temperature change during the solidification process until solidification is complete, making it more likely that improper joining of the joining
凝固工程の完了により、リフロー処理の全工程が完了することとなる。 Once the solidification process is complete, the entire reflow process is complete.
上述した実施形態によると、ビアホール50は、少なくとも一部が接合はんだ25と板厚方向に重なる位置に設けられている。ここで、ビアホール50は、多層基板10のうち接合はんだ25が設けられている部分において、温度変化に起因した膨出量を小さくしている。このため、多層基板10表面のうち、膨張しにくい部分に接合はんだ25を配置することができる。したがって、温度変化に起因して多層基板10表面全体が膨出して段差が形成された場合であっても、接合はんだ25が多層基板10表面の段差の影響を受けにくい。よって、接合はんだ25による接合を安定させやすい。以上により、多層基板10に電子部品80が安定して接合された電子装置1を提供できる。特に、リフロー処理の凝固工程において、接合はんだ25が多層基板10表面の段差の変化の影響を受けにくい。このため、接合はんだ25の凝固開始から凝固完了までの間、接合はんだ25が表層ランド21に接触した状態を維持しやすい。
According to the above embodiment, the via
接合はんだ25の固液相線幅は、13℃以上である。このため、接合はんだ25は、固液相線幅が13℃未満のはんだに比べて、不適切な接合の結果として剥離が引き起こされやすいはんだである。したがって、剥離が引き起こされやすいはんだに対して特別な剥離対策を行うこととなる。一方、剥離が引き起こされにくいはんだに対しては特別な剥離対策を行う必要がない。よって、電子装置1の設計において、はんだの性能の1つである固液相線幅の大きさの観点から、剥離対策が必要か否かを判断できる。以上により、剥離対策を行う場合と行わない場合とを適切に判断することで、不要な剥離対策により電子装置1が大型化してしまうことを抑制できる。
The solid-liquid phase width of the joining
ビアホール50は、少なくとも一部が電子部品80と接合はんだ25の両方と板厚方向に重なる位置に設けられている。このため、接合はんだ25のうち電子部品80と板厚方向に重なる部分において、多層基板10表面の膨出の影響を低減し、接合を安定させることができる。ここで、接合はんだ25のうち電子部品80と板厚方向に重なる部分は、電子部品80に流れる電流の最短経路をなし得る部分である。言い換えると、接合はんだ25のうち電子部品80と板厚方向に重なる部分は、接合はんだ25の中でも特に安定した接合が求められる部分である。
The via
ビアホール50は、ビアホール50全体が接合はんだ25と板厚方向に重なる位置に設けられている。このため、ビアホール50の一部が接合はんだ25と板厚方向に重ならない位置に設けられている場合に比べて、接合はんだ25のより広い部分に対して多層基板10表面の膨出の影響を低減できる。したがって、接合はんだ25の広い範囲で接合を安定させやすい。
The via
一方の接合はんだ25には、板厚方向に重なる位置にビアホール50が配置されており、他方の接合はんだ25には、板厚方向に重なる位置にビアホール50が配置されていない。言い換えると、1つの電子部品80に対して、ビアホール50によって接合を安定させている部分と、ビアホール50によって接合を安定させていない部分とが存在している。このため、全ての接合部分に対してビアホール50を用いて接合を安定させる場合に比べて、ビアホール50を形成する数を少なくできる。したがって、電子装置1の製造性を高めやすい。
In one of the joining
第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ビアホール250が複数の第1ビアホール250aを備えている。また、ビアホール250は、複数の第2ビアホール250bを備えている。
Second Embodiment This embodiment is a modification of the preceding embodiment. In this embodiment, the via
図5において、表層ランド221は、X方向に沿う方向を長手方向とする四角形状、すなわち長方形状である。2つの表層ランド221は、各表層ランド221の長手方向であるX方向に沿って並んで設けられている。接合はんだ25は、表層ランド221上に濡れ広がったことで、略長方形状をなしている。
In FIG. 5, the
ビアホール250の直径は、表層ランド221の短辺の長さの半分以下である。ビアホール250は、第1ビアホール250aと第2ビアホール250bとを備えている。第1ビアホール250a同士の距離は、第1ビアホール250aから第2ビアホール250bまでの最短距離よりも小さい。また、第2ビアホール250b同士の距離は、第1ビアホール250a同士の距離よりも小さい。
The diameter of the via
第1ビアホール250aは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に2つ設けられている。2つの第1ビアホール250aは、互いにX方向に離間して並んで設けられている。第1ビアホール250aは、長方形状をなしている表層ランド221の2つの短辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。2つの第1ビアホール250aの一方は、電子部品80の接続部82とZ方向に重なる位置に設けられている。2つの第1ビアホール250aの間には、表層ランド221および接合はんだ25のX方向における中央部分が位置している。
Two first via
第2ビアホール250bは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に2つ設けられている。2つの第2ビアホール250bは、互いにY方向に離間して並んで設けられている。第2ビアホール250bは、長方形状をなしている表層ランド221の2つの長辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。2つの第2ビアホール250bは、電子部品80の接続部82と一部がZ方向に重なる位置に設けられている。2つの第2ビアホール250bの間には、表層ランド221および接合はんだ25のY方向における中央部分が位置している。
Two second via
接合はんだ25によるリフロー処理について、溶融工程を中心に以下に説明する。図6は、準備工程での電子装置1の部分断面を示している。ただし、表層ランド221上の接合はんだ25と電子部品80については、図示を省略している。準備工程の状態では、多層基板10の表面全体が平坦な形状である。より詳細には、多層基板10表面のうちビアホール250の直上の部分とそれ以外の部分との間で、段差がほとんどない状態である。表層ランド221は、ビアホール250の直上部分を含む平坦な部分に設けられている。準備工程の完了後、溶融工程に進む。
The reflow process using the joining
溶融工程では、接合はんだ25の液相線の温度を上回る温度まで電子装置1を加熱して接合はんだ25を溶融させる。電子装置1を加熱することで、電子装置1の各構成部品が準備工程の状態に比べて膨張する。ただし、電子装置1において、金属材料が使われている部分と樹脂材料が使われている部分との間で、膨張の仕方が異なる。
In the melting process, the
図7において、準備工程における多層基板10表面の位置を仮想線VLで表示している。多層基板10表面全体は、仮想線VLを超えて膨出している。ただし、多層基板10表面の仮想線VLに対する膨出量は、場所ごとに異なる。多層基板10表面のうち第1ビアホール250aの直上に位置する部分は、熱膨張率の小さな第1ビアホール250aの影響が大きく、膨出量が小さい。また、多層基板10表面のうち第1ビアホール250a同士の間の直上に位置する部分は、両側に位置する第1ビアホール250aの影響が大きく、膨出量が小さい。一方、多層基板10表面のうち第1ビアホール250aから十分に離れている部分は、熱膨張率の小さな第1ビアホール250aの影響が小さく、膨出量が大きい。
In FIG. 7, the position of the surface of the
溶融工程の状態では、多層基板10の表面は、部分的に段差が形成されている形状である。より詳細には、多層基板10表面のうち第1ビアホール250aの直上部分および第1ビアホール250a同士の間の直上部分の周辺は、それ以外の部分よりも凹んでいる。ただし、第1ビアホール250aの直上部分および第1ビアホール250a同士の間の直上部分は、全体がほぼ同じ膨出量で周囲よりも凹んでいる。このため、多層基板10の表面における第1ビアホール250aの直上部分および第1ビアホール250a同士の間の直上部分は、X方向を長手方向とする楕円形に平坦な形状をなしている。表層ランド221は、この第1ビアホール250aの直上部分および第1ビアホール250a同士の間の直上部分を含む位置に設けられており、溶融工程において多層基板10表面の段差がほとんど影響していない状態である。溶融工程の完了後、凝固工程に進む。
In the melting process, the surface of the
凝固工程では、接合はんだ25の固相線の温度を下回る温度まで電子装置1を冷却して、接合はんだ25を凝固させる。電子装置1を冷却することで、電子装置1の各構成部品が溶融工程の状態に比べて収縮した状態となる。ただし、電子装置1の各構成部品は、準備工程の状態に比べて膨張した状態である。このため、溶融工程の状態に比べて小さい膨出量で、多層基板10表面に部分的に段差が形成されている状態となる。
In the solidification process, the
凝固工程の接合はんだ25において、凝固する前の部分が凝固した後の部分に引っ張られるなどして、接合はんだ25による接合が部分的に不適切な状態となり得る。このような接合はんだ25の不適切な接合は、凝固の開始から完了までの間で多層基板10表面の段差の大きさが変化するほど、引き起こされやすい。このため、第1ビアホール250aが存在することで膨出量が小さく維持されている位置に接合はんだ25を配置することで、接合はんだ25の不適切な接合を抑制することができる。まとめると、X方向に並んで設けられている第1ビアホール250aによって、接合はんだ25の接合が安定する部分をX方向に沿って確保することができる。同様に、Y方向に並んで設けられている第2ビアホール250bによって、接合はんだ25の接合が安定する部分をY方向に沿って確保することができる。
In the solidification process, the portion of the joining
凝固工程の完了により、リフロー処理の全工程が完了する。 Once the solidification process is complete, the entire reflow process is complete.
上述した実施形態によると、2つの第1ビアホール250aは、互いに離間して設けられている。このため、第1ビアホール250aの直上部分に加えて、第1ビアホール250a同士の間の直上部分の膨出量を小さくすることができる。したがって、接合はんだ25の接合が安定する部分を広く確保しやすい。
In the above-described embodiment, the two first via
第1ビアホール250aは、表層ランド221の2つの短辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。このため、表層ランド221のX方向に沿って延びている中央部分における接合はんだ25の接合を安定させやすい。
The first via
第2ビアホール250bは、表層ランド221の2つの長辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。このため、表層ランド221のY方向に沿って延びている中央部分における接合はんだ25の接合を安定させやすい。
The second via
ビアホール250が第1ビアホール250aと第2ビアホール250bとを備えている構成を例に説明を行ったが、ビアホール250の構成は、上述の例に限られない。例えば、ビアホール250が第1ビアホール250aと第2ビアホール250bとのどちらか一方のみを備えていてもよい。
Although the above description is given taking as an example a configuration in which the via
第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ビアホール350が複数の第1ビアホール350aを備えている。また、ビアホール350は、複数の第2ビアホール350bを備えている。
Third Embodiment This embodiment is a modification of the preceding embodiment. In this embodiment, the via
図8において、ビアホール350の直径は、表層ランド221の短辺の長さの半分以下である。ビアホール350は、第1ビアホール350aと第2ビアホール350bとを備えている。
In FIG. 8, the diameter of the via
第1ビアホール350aは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に4つ設けられている。4つの第1ビアホール350aは、Z方向から見た場合に、全体でひし形形状をなしている。より詳細には、2つの第1ビアホール350aは、長方形状をなしている表層ランド221の2つの短辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。残りの2つの第1ビアホール350aは、長方形状をなしている表層ランド221の2つの短辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている。3つの第1ビアホール350aは、少なくとも一部が電子部品80の接続部82とZ方向に重なる位置に設けられている。4つの第1ビアホール350aで構成されているひし形の中心部分は、表層ランド221および接合はんだ25の中心部分に一致している。
Four first via
第2ビアホール350bは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に4つ設けられている。4つの第2ビアホール350bは、Z方向から見た場合に、全体でX方向を長手方向とする長方形状をなしている。より詳細には、4つの第2ビアホール350bは、長方形状をなしている表層ランド221の4つの角部に設けられている。4つの第2ビアホール350bは、長方形状をなしている接合はんだ25の4つの角部とZ方向に重なる位置に設けられている。2つの第2ビアホール350bは、少なくとも一部が電子部品80の接続部82とZ方向に重なる位置に設けられている。4つの第1ビアホール350aで構成されている長方形の中心部分は、表層ランド221および接合はんだ25の中心部分に一致している。
Four second via
ひし形に並んで設けられている第1ビアホール350aによって、接合はんだ25の接合が安定する部分を略ひし形に確保することができる。同様に、長方形に並んで設けられている第2ビアホール350bによって、接合はんだ25の接合が安定する部分を略長方形に確保することができる。
The first via
上述した実施形態によると、第2ビアホール350bは、表層ランド221の角部に設けられている。このため、外部から加えられる衝撃などによって剥離が引き起こされやすい接合はんだ25の角部周辺の接合を安定させやすい。
In the embodiment described above, the second via
ビアホール350が第1ビアホール350aと第2ビアホール350bとを備えている構成を例に説明を行ったが、ビアホール350の構成は、上述の例に限られない。例えば、ビアホール350が第1ビアホール350aと第2ビアホール350bとのどちらか一方のみを備えていてもよい。
Although the above description is given taking as an example a configuration in which the via
第4実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、ビアホール450が複数の第1ビアホール450aを備えている。また、ビアホール450は、複数の第2ビアホール450bを備えている。
Fourth embodiment This embodiment is a modification of the preceding embodiment. In this embodiment, the via
図9において、第1ビアホール450aは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に3つ設けられている。3つの第1ビアホール450aは、Z方向から見た場合に、全体で三角形状をなしている。より詳細には、2つの第1ビアホール450aは、長方形状をなしている表層ランド221の一方の短辺を含む2つの角部に対応して設けられている。残りの1つの第1ビアホール450aは、表層ランド221の残りの短辺の中央部分に設けられている。2つの第1ビアホール450aは、少なくとも一部が電子部品80の接続部82とZ方向に重なる位置に設けられている。
In FIG. 9, three first via
第2ビアホール450bは、1つの接合はんだ25とZ方向に重なる位置に5つ設けられている。5つの第2ビアホール450bのうち4つの第2ビアホール450bは、長方形状をなしている表層ランド221の4つの角部に設けられている。残りの1つの第2ビアホール450bは、表層ランド221の中央部分に設けられている。言い換えると、残りの1つの第2ビアホール450bは、長方形状をなす4つの第2ビアホール450bのそれぞれから等しい距離に設けられている。3つの第2ビアホール450bは、少なくとも一部が電子部品80の接続部82とZ方向に重なる位置に設けられている。
Five second via
第2ビアホール450bの数が5つの場合を例に説明を行ったが、第2ビアホール450bの数が6つ以上であってもよい。この場合、隣り合う第2ビアホール450b同士を等間隔で規則的に配置することが好ましい。言い換えると、複数の第2ビアホール450bは、格子状をなすように並んでいることが好ましい。これによると、第2ビアホール450bが設けられている部分全体の接合を略均一に安定させることができる。ただし、所望の接合強度が得られる場合には、複数の第2ビアホール450bを不規則に配置してもよい。
Although the example has been described with five second via
ビアホール450が第1ビアホール450aと第2ビアホール450bとを備えている構成を例に説明を行ったが、ビアホール450の構成は、上述の例に限られない。例えば、ビアホール450が第1ビアホール450aと第2ビアホール450bとのどちらか一方のみを備えていてもよい。
Although the above description is given taking as an example a configuration in which the via
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
Other embodiments The disclosure in this specification and drawings, etc. is not limited to the exemplified embodiments. The disclosure includes the exemplified embodiments and modifications by those skilled in the art based thereon. For example, the disclosure is not limited to the combination of parts and/or elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented by various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure includes the omission of parts and/or elements of the embodiments. The disclosure includes the substitution or combination of parts and/or elements between one embodiment and another embodiment. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. Some disclosed technical scopes are indicated by the description of the claims, and should be interpreted as including all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims.
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification and drawings, etc. is not limited by the claims. The disclosure in the specification and drawings, etc. encompasses the technical ideas described in the claims, and extends to more diverse and extensive technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure in the specification and drawings, etc., without being bound by the claims.
1 電子装置、 10 多層基板、 10b ビルドアップ基板、 10c コア基板、 20 表層基板、 21 表層ランド、 25 接合はんだ、 30 内層基板、 50 ビアホール、 80 電子部品、 81 本体部、 82 接続部、 221 表層ランド、 250 ビアホール、 250a 第1ビアホール、 250b 第2ビアホール、 350 ビアホール、 350a 第1ビアホール、 350b 第2ビアホール、 450 ビアホール、 450a 第1ビアホール、 450b 第2ビアホール 1 Electronic device, 10 Multilayer board, 10b Build-up board, 10c Core board, 20 Surface board, 21 Surface land, 25 Joint solder, 30 Inner board, 50 Via hole, 80 Electronic component, 81 Main body, 82 Connection, 221 Surface land, 250 Via hole, 250a First via hole, 250b Second via hole, 350 Via hole, 350a First via hole, 350b Second via hole, 450 Via hole, 450a First via hole, 450b Second via hole
Claims (8)
前記表層基板に設けられている表層ランド(21、221)と、
前記表層基板に実装される電子部品(80)と、
前記電子部品と前記表層ランドとを接合している接合はんだ(25)と、
前記内層基板を貫通する電流経路を構成しているビアホール(50、250、350、450)とを備え、
前記ビアホールおよび前記ビアホールで囲まれた部位と、前記表層ランドとの間に、金属材料が配置されることなく表層基板が設けられており、
前記接合はんだは、固液相線幅が13℃以上であり、
前記ビアホールは、少なくとも一部が前記接合はんだと前記板厚方向に重なる位置に設けられている電子装置。 A multilayer board (10) in which a surface layer substrate (20) which is an insulating substrate forming a surface layer and an inner layer substrate (30) which is an insulating substrate forming an inner layer are overlapped with each other in a board thickness direction;
A surface land (21, 221) provided on the surface substrate;
An electronic component (80) mounted on the surface substrate;
A joining solder (25) joining the electronic component and the surface land;
via holes (50, 250, 350, 450) forming a current path penetrating the inner layer substrate;
a surface substrate is provided without any metal material being disposed between the surface land and the via hole or a portion surrounded by the via hole,
The joining solder has a solid-liquid phase width of 13° C. or more,
The via hole is provided at a position where at least a portion of the via hole overlaps with the joining solder in the plate thickness direction.
前記ビアホールは、前記表層ランドの2つの短辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている請求項5または請求項5に記載の電子装置。 The surface land has a rectangular shape,
6. The electronic device according to claim 5 , wherein the via hole is provided on a straight line connecting central portions of two short sides of the surface land.
前記ビアホールは、前記表層ランドの2つの長辺の中央部分をつなぐ直線上に設けられている請求項5または請求項5に記載の電子装置。 The surface land has a rectangular shape,
6. The electronic device according to claim 5 , wherein the via hole is provided on a straight line connecting central portions of two long sides of the surface land.
前記ビアホールは、前記表層ランドの角部に設けられている請求項4または請求項5に記載の電子装置。 The surface land has a rectangular shape,
6. The electronic device according to claim 4 , wherein the via hole is provided at a corner of the surface land.
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