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JP3857042B2 - 基板構造 - Google Patents

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  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温度環境下に載置可能とした基板構造に関する。例えば、車両におけるトランスミッションのハウジング内に載置することを可能とした基板構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図を用いて本発明の従来技術について説明する。
【０００３】
図３は、従来における基板構造を表わす図である。
【０００４】
図３に表わすように、従来から一般的に用いられている基板構造１００は、多層に形成されたガラスエポキシ材等からなる基板１１０の表面に、回路を形成するパターン１４０をエッチング法等で形成し、そのパターン１４０に応じて実装部品１２０を、ハンダ１５０を介して実装していくものである。この実装部品１２０の実装方法としては、パターン１４０上の、実装部品１２０を実装したい部分にハンダペーストを塗布し、その上に実装部品１２０を搭載した後、基板１１０をリフロー炉等の高温度雰囲気下におくことによってハンダペーストを硬化させ、実装する方法などがある。
【０００５】
また、実装部品１２０を基板１１０の両面に実装する際には、基板１１０の上面から下面に貫通するスルーホール１３０を基板１１０に設け、スルーホール１３０の内部表面に銅を電気めっきによって付着させることによって導電部１６０を形成し、基板１１０の上面と下面とに設けられたパターン１４０を導通させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような基板構造はあくまで通常の環境下に載置することを前提に形成されているものであり、例えば、周囲温度を−３０℃〜８０℃間で３０００サイクルさせた場合であったり、周囲温度１０５℃の環境下に１０００時間おいた場合であっても、正常に機能するように形成されている。
【０００７】
よって、このような設定環境の範囲を外れてしまう環境、例えば、車両におけるトランスミッションのハウジング内（周囲温度が１２０℃程度）のような周囲温度が設定環境を超えてしまう環境下に載置すると、以下のような問題点が生じてしまう。
【０００８】
従来の基板構造では、基板表面のパターン配置が複雑であることから、結露等で回路がショートしてしまう可能性があり、これを防ぐためにパターンやハンダを覆うようにレジスト膜が設けられている。しかしながら、このようなレジスト膜は上記のような高温度環境下に耐えることができないため、断裂が生じてしまう。そして、レジスト膜に断裂が生じてしまうと、そのレジスト膜が覆っていたパターンやハンダにも断裂が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、ガラスエポキシ材で形成した基板の熱による線膨張係数は、水平方向（基板の長手方向）が１４ｐｐｍ、垂直方向（基板の厚み方向）が５０ｐｐｍもあるため、基板表面にベアチップを搭載した場合には、水平方向の熱応力によってベアチップの電極と基板との接続部分で断裂が発生してしまい、また、基板にスルーホールを設けた場合には、垂直方向の熱応力によってスルーホール内部表面の導電部に断裂が生じてしまうという問題がある。
【００１０】
また、ガラスエポキシ材自体の高温耐性が１２０〜１３０℃であるため、１２０℃以上の高温度環境下では基板自体が軟化してしまうという問題点がある。
【００１１】
そして、このような高温度環境下でも耐えられる基板構造として、従来では、基板をガラスエポキシ材ではなく、熱による高温耐性に優れ、線膨張係数の低いセラミック材によって形成する方法が考えられている。この方法では、基板自体の線膨張係数が低く、また、基板の表面に形成するパターンも焼成工法によって形成することが可能であるため、上記のガラスエポキシ材の場合に発生した問題点が生じず、高温度環境下にも載置することが可能となる。
【００１２】
しかしながら、このセラミック材を用いた基板構造は、通常のガラスエポキシ材を用いた基板構造に比べ、格段にコストが高くなってしまう問題点がある。
【００１３】
本願発明は、以上のような問題点を解決すべく成されたものであり、高温度環境下に載置することが可能な基板構造を、低いコストで提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
車両のトランスミッションを制御するためにトランスミッションのハウジング内に設けられ、表面に部品が実装される多層からなる基板の構造であって、
前記基板は多層のアラミド材で構成されるものであり、
前記部品の電極に対応するように前記基板に設けられた部品パッドと、
該基板内部の層に設けられた回路パターンと、
前記部品パッドと該基板内部の層の回路パターン及び該基板内部の隣接する層の回路パターン同士を電気的に接続するために設けられた非貫通孔であり、内部を導電ペーストで充填されたビアホールと、が設けられ、
前記回路パターンは全て基板内部の層に形成されると共に、
前記ビアホールは、前記部品パッドと該基板内部の層の回路パターンとを電気的に接続する場合には、該部品パッドの直下に設けられていることを特徴とする基板構造。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施例について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施例に係る基板構造を表わす図である。
【００２１】
図１に表わす本発明の第１実施例に係る基板構造００は、車両におけるトランスミッションのハウジング内に載置され、このトランスミッションをコントロールするための制御基板の基板構造を表わしたものである。
【００２２】
基板１０は、アラミド材等の耐熱性の高い樹脂材などからなる板部材を多層化することによって形成したものである。この基板１０の形成方法は、アラミド材からなる板部材の表面に回路パターンを形成し、形成されたパターンを挟み込むように別の板部材を積層していくことによって形成する。そして、板部材同士の接合は、部材の接合部表面を熱によって溶解させて接合するが、この接合方法に限るものではなく、接着剤を用いるなどさまざまな方法によって接合することが可能である。
【００２３】
基板１０の表面には導電性の部品パッド４０が形成されており、表面実装部品である実装部品２０は、この部品パッド４０の上に搭載され、実装される。この実装部品２０の実装方法としては、部品パッド４０上の、実装部品２０を実装したい部分にハンダペーストを塗布し、その上に実装部品２０を搭載した後、基板１０をリフロー炉等の高温度雰囲気下におくことによってハンダペーストを溶解させたり、導電ペーストを塗布して硬化させることによって実装する方法などがある。
【００２４】
部品パッド４０の底部、すなわち基板１０の内部には、部品パッド４０と多層からなる基板１０の内部層に形成された回路パターンとを接続するためのビアホール３０が設けられている。また、ビアホール３０は、内部層における異なる層に形成された回路パターン同士を接続するためにも設けられている。そして、ビアホール３０の内部にはハンダペーストが充填され、ビアホール３０が埋められる形で導電部６０が形成されているため、垂直方向（基板の厚み方向）の熱応力に対して強い形状となっている。
【００２５】
また、ビアホール３０は、スルーホールのように基板１０の上面と下面とを貫通するものではなく、基本的に基板１０における隣接する層同士を接続するように設けられているため、垂直方向の距離（基板の厚み）がスルーホールに比べて短くなっている。よって、ビアホール３０に働く垂直方向の熱応力はスルーホールに比べ小さくなる。
【００２６】
また、ビアホール３０の内部をハンダペーストで充填する構成であるため、ビアホール３０の真上に部品パッド４０を形成することが可能となる。よって、ビアホール３０を部品パッド４０と異なる部分に形成した場合と比べ、格段に実装効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
そして、本実施例における基板構造００では、回路パターンが基板１０の内部にすべて形成され、基板１０の表面には実装部品２０を搭載するための部品パッド４０が設けられるのみであるため、基板１０の表面部に形成される部品パッド４０の配置は、結露等によって回路がショートする可能性をなくせる程度に簡略なものとすることができる。よって、部品パッド４０等を覆うレジスト膜を省くことが可能となるため、高温度環境下でのレジスト膜の断裂に伴う回路パターンの断裂を防ぐことが可能となる。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例に係る基板断面の詳細を表わす図である。
【００２９】
図２に表わした基板構造００は、層を６層設けた場合の基板１０の断面を表わしたものである。
【００３０】
基板１０に設けた層のうち、基板の上下面それぞれの表面に露出する表面層１１には、部品パッド４０のみが形成される構成であり、そして、部品パッド４０も実装部品２０をハンダ５０によって実装することによって表面に露出しない構成となっている。そして、この表面層１１に隣接する基板内部の層は、電源層１２、接地層１４であり、電源層１２は電源と接続され、接地層１４は接地されている。その他の、電源層１２と接地層１４に挟まれる層は回路層１３であり、基板１０の表面に実装された実装部品２０と、電源層１２、接地層１４を任意に接続し、回路パターンを形成するための層である。そして、基板１０の各層の間はビヤホール３０で電気的に接続されている。
【００３１】
このように、基板１０における回路層１３を電源層１２と接地層１４とで挟むことによって、外部から回路層１３に混入するノイズを電源層１２と接地層１４とで遮断することが可能となる。
【００３２】
次に、基板１０をアラミド材で形成したことによって発生する効果について説明する。
【００３３】
基板１０に用いているアラミド材の高温耐性は１７０〜１８０℃であるため、トランスミッションのハウジング内（周囲温度が１２０℃程度）に設けても軟化することはなくなる。
【００３４】
また、基板１０をアラミド材で形成することによって、基板１０の熱による線膨張係数を、水平方向（基板の長手方向）が８ｐｐｍ程度になるため、ガラスエポキシ材で形成した基板よりも水平方向発生する熱応力が格段に低くくなる。そして、水平方向の熱応力が低くなることから、実装部品２０として、チップ外部に電極を備えるベアチップ部品２５も基板１０に実装することが可能となる。
【００３５】
また、アラミド材はガラスエポキシ材に比べ強度的に優れているため、基板１０の厚さが、例えば、ガラスエポキシ材で形成した場合に１．６ｍｍ必要であったとすると、アラミド材では０．６〜０．８ｍｍに抑えることが可能となる。
【００３６】
また、アラミド材は誘電率が低いという特性があるため、基板１０にアラミド材を用いることによって、基板１０の各層の間で発生するノイズが吸収されるという効果が発生する。
【００３７】
以上のような、本発明の第１実施例における基板構造００によれば、周囲温度を−４０℃〜１２５℃間で３０００サイクルさせた場合であったり、周囲温度１３０℃の環境下に２０００時間おいた場合であっても、正常に機能することが実験により確認されている。
【００３８】
したがって、本発明の第１実施例における基板構造００は、車両におけるトランスミッションのハウジング内（周囲温度が１２０℃程度）のような高温度環境下であっても正常に機能するといえる。
【００３９】
なお、本実施例では、基板構造００を車両におけるトランスミッションのハウジング内に載置する場合を想定して説明したが、当然、どのような高温度環境下に対しても適用が可能であるし、周囲環境が高温度環境下ではない場合であっても適用することが可能である。
【００４０】
なお、本実施例では、基板１０の材料としてアラミド材を用いていたが、材料としては、基板を載置する温度環境下での高温耐性があるものであればどのような材料を用いても良い。
【００４１】
なお、本実施例では、基板１０が６層からなる場合を説明したが、本発明はこれに限るものではない。
【００４２】
なお、本実施例では、ビアホール３０における垂直方向の熱応力に対して耐性をつけるために、ビアホール３０の内部にハンダペーストを充填し、また、ビアホール３０を隣接する層同士を接続するように設け、さらに基板１０の材料としてアラミド材を用いているが、本発明は、必ずこの全てのことを留意しなければならないものではなく、少なくとも１つのことを行なうことによって、基板を載置する温度環境下での垂直方向の熱応力に対して十分な耐性が得られるのであれば、それだけのことを留意した構成であっても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における基板構造は、基板を高温耐性のある樹脂材料等で形成すると共に、基板表面にレジスト膜を設けなくても良い構成とし、基板の垂直方向（基板の厚み方向）の熱応力を抑える構成としたことから、高温度環境下に載置することが可能な基板構造を、低いコストで提供することを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る基板構造を表わす図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る基板断面の詳細を表わす図である。
【図３】従来における基板構造を表わす図である。
【符号の説明】
００、１００・・・基板構造
１０、１１０・・・基板
１１・・・表面層
１２・・・電源層
１３・・・回路層
１４・・・接地層
２０、１２０・・・実装部品
２５・・・ベアチップ部品
３０・・・ビヤホール
４０・・・部品パッド
５０、１５０・・・ハンダ
６０、１６０・・・導電部
１３０・・・スルーホール
１４０・・・パターン

Claims (1)

  1. 車両のトランスミッションを制御するためにトランスミッションのハウジング内に設けられ、表面に部品が実装される多層からなる基板の構造であって、
    前記基板は多層のアラミド材で構成されるものであり、
    前記部品の電極に対応するように前記基板に設けられた部品パッドと、
    該基板内部の層に設けられた回路パターンと、
    前記部品パッドと該基板内部の層の回路パターン及び該基板内部の隣接する層の回路パターン同士を電気的に接続するために設けられた非貫通孔であり、内部を導電ペーストで充填されたビアホールと、が設けられ、
    前記回路パターンは全て基板内部の層に形成されると共に、
    前記ビアホールは、前記部品パッドと該基板内部の層の回路パターンとを電気的に接続する場合には、該部品パッドの直下に設けられていることを特徴とする基板構造。
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