JP2001196749A - 配線基板およびそれを用いた電子回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品を搭載する高機能・大消費電力モジ
ュールの形成において、特に電源用外部接続端子数の増
大に伴うマザーボードとの接続困難性の増加に対処でき
るモジュール用の配線基板と、これを用いた電子回路装
置を提供する。 【解決手段】 モジュ−ル用配線基板に関し、信号用外
部接続電極と、全てもしくは大半の電力を供給する電源
用外部接続電極とを配線基板上での形成位置を分離し、
前記信号用外部接続電極ではマザーボードから信号を授
受するように構成する一方、前記電源用外部接続電極は
マザーボードを介することなく外部電源から電力を供給
できるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を搭載す
るモジュール用の配線基板の構成に係り、更に具体的に
は、モジュールを形成する配線基板上の電子部品に電力
を、モジュールが搭載されるマザーボードを介して供給
せずに、直接配線基板の電源電極から供給するためのモ
ジュール用配線基板と、またこれを用いた電子回路装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、複数の大規模半導体集積回路
（ＬＳＩ）等の電子部品を配線基板に搭載して形成する
ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）やメモ
リボード・ＣＰＵボードなどのサブユニットである回路
基板モジュール（モジュールと総称する）において、配
線基板の裏面や周囲の辺の一辺の近傍部位など所定のエ
リア内の位置に多数の略同一形状をした外部接続電極端
子を配置し、これらは信号の入出力用電極端子や、電力
を受け入れるための電源用電極端子（ＶＧ端子）として
割り当てられる。このような電極端子配置方法は、各電
極を半田によって接続する法やコネクタを介しての接続
法などにより、同一プロセスで一括して装着用配線基板
である２次配線基板（マザーボードと称する）などの接
続端子に取り付けることができるというメリットがある
ため、従来より一般的に実施されている。

【０００３】しかし、ＬＳＩ自体の高集積化や、またモ
ジュールの高機能化に伴って、外部接続用の信号電極端
子数とモジュールの消費電力がますます増大し、特に、
電力供給のためのモジュール用配線基板における配線と
電源電極端子の構成に関して、上記の外部電極端子配列
の方法でモジュールをマザーボードに接続することが困
難になりつつある。こういう状況の顕著な例として、高
集積ＬＳＩを数多くかつ高密度に搭載する、例えばハイ
エンドの電子機器、特に大型コンピュータなどの分野の
モジュールを挙げることができる。

【０００４】半導体素子の高集積化に伴う外部接続電極
端子（Ｉ／Ｏ端子）数の増加の程度はレンツの経験則と
して知られている。例えば半導体素子が一世代の交代が
行われて設計ルールが７０％に縮小しゲート数が２倍に
なるとすると、Ｉ／Ｏ端子数は３５％程度増加する。一
方、この時の消費電力を単純な電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）のスケーリング則で見積もると、駆動電圧は
３０％低下しゲート当りの消費電力は１／２に減少する
が、集積度は２倍になり、またゲート遅延が３０％減少
し駆動周波数が４０％ほど高くなることから、結局、単
位面積当りの消費電力は４０％程大きくなる。また、駆
動電圧の低下により電流が増大し、この時の電流は２倍
となる。

【０００５】このように半導体素子の電極端子数と消費
電力が同時に増加する傾向は、半導体素子を搭載するモ
ジュール配線基板についても同様である。モジュール配
線基板の電極端子数の増加に応じて基板配線を微細化す
る一方、供給可能な電流値は配線断面積に比例するた
め、所要電流が２倍になると必要とされる電源配線の総
配線断面積が２倍になるという状況が生じる。消費電力
の小さい電子機器では所要電流の絶対値が小さいため一
対（電源側と接地側）の電源電極端子でモジュールの電
力を賄うことができる。しかし、例えば大型コンピュー
タ用のモジュールでは、基板の配線が微細化する一方
で、電源用配線の所要総配線断面積が増加すること、つ
まりそれを電源用配線数とそれぞれの電極端子数を増や
して補おうとした結果、すでに回路基板モジュール外部
接続電極端子のうち、電源電極端子（ＶＧ端子）の割合
が３０〜４０％に達する状況となっており、今後さらに
この割合が増加するとみられている。この結果、それら
のモジュールの全体の端子数が急激に増大し、モジュー
ルとマザーボードとの接続が大規模化・微細化し、ます
ます製造上の困難性を増してくる。またマザーボードか
らの供給電源系の配線も増加するためマザーボード自体
のコストアップが避けられなくなってきている。

【０００６】このような電子部品が搭載された配線基板
モジュールおける所要電流量の増加に伴う電力供給用の
配線の困難性増大の問題に関しては、特開昭６３−１８
２８９７号に一つの解決方法が開示されている。この方
法は、印刷配線板上に実装する電子部品の上面又は側面
のケース部より、この電子部品に電源を供給する形式の
ものとし、複数のバスバーを印刷配線板から間隔を隔て
て延在するように各パッケージ（印刷配線板に各種の電
子部品を実装してなるパッケージのこと）に取り付け、
該バスバーを電子部品の上面又は側面の電源供給部に接
続させて、外部電源を、マザーボードを経由せずに該バ
スバーを介して直接印刷配線板上の電子部品に供給する
ようにした電源供給機構である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の発明にお
いては、電子部品である例えばＬＳＩは、その上面のケ
ース部より直接このＬＳＩに電源を供給するためのタッ
プ穴等よりなる外部電源供給用接触子を備えており、そ
の接触子とバスバーを接触させて電力を供給する方法で
あって、搭載されるＬＳＩのチップが上記の方法が可能
なケースに収納されている場合に有効であり、またＬＳ
Ｉが略ライン状に配置されていることが必要となる。

【０００８】しかしながら、本発明が主としてその適用
の対象としている、高集積のＬＳＩやそれを複数用いて
高密度なＭＣＭや回路基板モジュールを実装する場合に
おいては、チップの素子形成面側に半田の突起電極を形
成し、これをＬＳＩ実装基板と向かい合わせて接合させ
る、いわゆるフリップチップ実装が主流となっている現
状においては、ＬＳＩのケース上面に接触端子を設ける
こと、すなわちこの場合はチップ背面側に接触端子を形
成することは、特別のプロセスを適用する必要があるこ
と、また必ずしもＬＳＩがライン状に配置されるとは限
らないことなど、上記の発明の方法の適用は容易ではな
い。

【０００９】このような事情から、本発明の目的は、電
力供給用の配線の困難性増大の問題に対応して、従来に
比して電力供給を柔軟で、容易かつ低コストで実現でき
るモジュール用配線基板とそれを用いた電子回路装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために提案されたものである。

【００１１】本発明の請求項１によれば、コアとなる基
板上の一方の面または両面に、絶縁層と、信号配線層ま
たは電源配線層からなる導体配線層とを交互に積層した
多層配線回路が形成された電子部品搭載用多層配線基板
において、前記電子部品搭載用多層配線基板への電子部
品搭載時における消費電力を前記電源配線層に供給す
る、少なくとも一対の電源用外部接続電極が前記多層配
線回路の表面に形成され、かつ、前記信号配線層に信号
を入出力する信号用外部接続電極が、前記電源用外部接
続電極が形成された面とは、前記コアとなる基板を隔て
て反対側の、コア面または多層配線回路の表面に形成さ
れ、かつ、前記電源用外部接続電極の個々の表面積が、
前記信号用外部接続電極の個々の表面積より大きく形成
されたことを特徴とする電子部品搭載用多層配線基板が
提供される。

【００１２】また、本発明の請求項２によれば、コアと
なる基板上の一方の面または両面に、絶縁層と、信号配
線層または電源配線層からなる導体配線層とを交互に積
層した多層配線回路が形成された電子部品搭載用多層配
線基板において、前記電子部品搭載用多層配線基板への
電子部品搭載時における消費電力を前記電源配線層に供
給する、少なくとも一対の電源用外部接続電極と、前記
信号配線層に信号を入出力する信号用外部接続電極と
が、同一の前記多層配線回路の、互いに異なる周辺部の
近傍部位表面に形成され、かつ、前記電源用外部接続電
極の個々の表面積が、前記信号用外部接続電極の個々の
表面積より大きく形成されたことを特徴とする電子部品
搭載用多層配線基板が提供される。

【００１３】そして、本発明の請求項３によれば、配線
基板上に電子部品を搭載した少なくとも一つ以上の配線
基板モジュールが、マザーボードに搭載されてなる電子
回路装置において、前記配線基板は、請求項１または請
求項２記載の電子部品搭載用多層配線基板からなり、か
つ、前記配線基板モジュールで消費される電力が、前記
マザーボードを介することなく、前記配線基板に形成さ
れた前記電源用外部接続電極を介して供給されるように
構成されたことを特徴とする電子回路装置が提供され
る。

【００１４】すなわち、配線基板モジュールが必要とす
る電力を供給するための電源用外部接続電極の配線基板
における配置部位を、信号用外部接続電極の形成部位と
は異なる部位に形成し、信号用外部接続電極はマザーボ
ードとの接続に好適な部位に形成してマザーボードの接
続端子と接続することでマザーボード経由で信号の入出
力できるように構成する一方、電力は信号用外部接続電
極の形成位置とは別の部位で、信号用外部接続電極の表
面積とは係わり無く任意の大きさに形成された電源用外
部接続電極に、マザーボードを介さず、例えば外部電源
からのケーブルなどから直接的に供給できるように構成
できる。従ってマザーボードと配線基板モジュール間の
接続端子数は電源用外部接続電極を、例えば一対の電極
とすることなどにより、大幅に減少することができ、接
続コストの削減を行うことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕本発明の第１実
施形態である、ＰＧＡ（Ｐｉｎ ＧｒｉｄＡｒｒａｙ）
型の配線基板モジュールへの適用例を図１に示す。図１
（ａ）は、本発明による多層配線配線基板上にチップを
搭載し、モジュール化したときの模式図、図１（ｂ）は
その多層配線基板の断面模式図、図１（ｃ）は図１
（ａ）のモジュールに電源線を接続したときの模式的
図、図１（ｄ）は図１（ｃ）の構成の一部のチップを搭
載し信号用ＰＧＡ端子を接続した状況を示す断面模式図
をそれぞれ示したものである。

【００１６】図１（ｂ）で示されるように、この多層配
線基板１は、予めＰＧＡ電極１−７が埋め込み成形され
たコアとなる基板の窒化アルミニウム板（１１０×６０
ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）１−１の片面上の１００×５０
ｍｍの領域に、Ｃｕ配線（厚さ１０μｍ）とポリイミド
絶縁膜（厚さ１０μｍ）との交互積層のビルドアップ法
によるメタル６層の導体配線層からなる多層配線回路１
−２を形成して製作した。多層配線回路１−２の下面に
は複数の信号用外部接続電極１−６を形成してＰＧＡ電
極１−７に接続し、次いでそれぞれにＰＧＡ端子６を接
続（図１（ｄ）参照）して、マザーボード（図示せず）
との接続が可能とするＰＧＡ型のモジュールとしてい
る。

【００１７】ここにおいて、多層配線基板１の電源用の
配線層としては、コア板面から数えて３層目と５層目の
Ｃｕ配線が電源層（ＶＧ層）であり、それらが電源層１
−３とグランド層１−４（本実施例では、単一電圧駆動
を想定しており、電源用として前記の２層を用い、外部
接続端子も２端子となる。二電圧駆動の場合は、３層・
３端子となる。）に相当する。それぞれの層は、多層配
線基板１の上面、即ち多層配線回路１−２の表面に露出
し、かつその面積は信号用外部接続電極１−６の面積よ
り大きなものとなるように配線構成され、その露出Ｃｕ
層表面に、Ｎｉ（２μｍ）／Ａｕ（０．３μｍ）膜を形
成し電極とした。各配線の表面露出部である電源用外部
接続電極の配置位置は、図１（ａ）に示すように、多層
配線基板１上面（すなわち信号用外部接続電極が形成さ
れた面である下面とはコア基板を隔てて反対側の面）に
電源用外部接続電極２−１と電源用外部接続電極（グラ
ンド側）２−２が、一対の電源電極として形成される。
両接続電極は図１（ａ）に示されるように、多層配線基
板１の上面の、それぞれ、基板上の異なる辺の近傍に、
ストライプ状に形成されている。

【００１８】この多層配線基板１にチップＡ（３−
１）、チップＢ（３−２）の二種類のチップを図１
（ａ）のように、チップＡを２個、チップＢを６個搭載
した。本実施形態では、チップとして論理回路ＬＳＩな
どの代りに、動作時の消費電力に相当する電流が流れる
よう、発熱抵抗体をチップＡ、チップＢの二種類形成し
て、これを搭載した。チップＡは、２０ｍｍ×２０ｍｍ
のサイズで、内部抵抗０．１１Ω、１．８Ｖ駆動で３０
Ｗの消費電力を発生し、チップＢは、１０ｍｍ×１０ｍ
ｍのサイズで、内部抵抗０．６５Ω、１．８Ｖ駆動で５
Ｗの消費電力を発生するものとなっている。各チップ３
は、２００μｍピッチで格子状に配列されたＳｎ−Ａｇ
バンプ５を有しており、このバンプ５をフェースダウン
方式で多層配線基板１のチップ接続端子１−５（図１
（ｂ））に接続した。図１（ｄ）にチップ３をバンプ５
により、多層配線基板１上にフェースダウン方式で接続
されている様子を示す。

【００１９】チップ搭載の後、図１（ｃ）に示すよう
に、２本の、先端に接続板１０を取り付けた電源線（リ
ード線）４−１、４−２を、多層配線基板１上の電源用
外部接続電極２−１と電源用外部接続電極（グランド
用）２−２にそれぞれ半田付けした。

【００２０】このように形成した多層配線基板モジュー
ル１１に定電圧電源（図示せず）から電源線４−１、４
−２によって電流を供給し、上記の二つの接続板１０間
の電位差と、おのおののチップ下バンプのＶＧ端子間の
電位差を四端子法で測定した。その結果、接続板１０間
の電位差２．０Ｖ、電流５０Ａのとき、各チップのＶＧ
端子間の電位差は１．９０〜１．９５Ｖであり、チップ
間の電位差ムラを５％以下にできることを確認した。こ
れにより、従来のＰＧＡ端子を介してすべての電力を供
給する場合においては、例えば数１００本のＶＧ電極が
要るのに対して、本方法によれば、それらが不要となっ
て一対のＶＧ電極で対応でき、多層基板モジュールとマ
ザーボードとの接続困難性が大幅に緩和される。

【００２１】〔第２実施形態〕本発明の第２実施形態で
ある、コネクタ接続型の多層配線基板モジュールへの適
用例を図２に示す。図２（ａ）は、本発明による多層配
線基板上にチップを搭載し、モジュール化して電源線を
接続したときの模式図、図２（ｂ）はその多層配線基板
の断面模式図、図２（ｃ）は図２（ａ）の構成の一部の
チップを搭載し信号用コネクタ端子を接続した状況を示
す断面模式図である。

【００２２】図２（ａ）に示すように、モジュール１２
においてチップ３を搭載した基板面の一方の辺（長手側
の辺の一つ）に信号用外部接続端子（Ｉ／Ｏ端子）を設
け、それにコネクタ７を取り付け、他方の辺（短手側の
辺）に電源用外部接続電極（一対となるＶＧ電極）を設
け電源線４−１、４−２を取り付けた。これに使用した
チップ３は第１実施形態に用いたチップＢであり、６個
搭載した（図２（ａ）および（ｃ）参照）。

【００２３】図２（ｂ）に示すように、多層配線基板１
の積層構成は、基本的に第１実施形態と同じであるが、
コア基板１−１としてはＰＧＡ用電極が形成されていな
いものを用いた点と、信号用外部接続端子（Ｉ／Ｏ端
子）のための電極１−６と電源用外部接続端子のための
電極の位置や構成が異なっている。すなわちＩ／Ｏ端子
用電極１−６は多層配線回路１−２の上面において、基
板１の長手側の辺に１５０個の電極を１．２７ｍｍピッ
チで二列に形成し、ＳＭＴタイプのコネクタ７（図２
（ａ）および（ｃ）参照）と接続可能のようにした。ま
た、一対の電源電極形成に関しては、図２（ｂ）に示す
ように多層配線基板１におけるグランド（Ｇ）層１−４
及び電源（Ｖ）層１−３が上面側に直接露呈するように
ポリイミド絶縁層を剥離し、そこに電極を形成して電源
用電極の表面積を信号用電極のそれより大きいものと
し、次いで一対の各電源電極には、それぞれの先端に５
０ｍｍ幅の接続板を取り付けた電源線（リード線）４−
１、４−２を用いて、電極−接続板間を半田接続した。

【００２４】第１実施形態と同様に、このモジュール１
２に定電流電源から電流を供給し、二枚の接続板間の電
位差と、チップ下バンプのＶＧ端子間の電位差を四端子
法で測定した。その結果、接続板間の電位差２．０Ｖ、
電流１６．７Ａのとき、各チップのＶＧ端子間電位差
は、１. ８７〜１．９３Ｖであり、チップ間の電位差の
ムラを５％以内にできることを確認した。これにより、
従来必要であった多くのモジュール電源供給用の電源電
極端子を、このような構成をとることで一対のＶＧ電極
で実現することができた。

【００２５】〔第３実施形態〕本発明の第３実施形態で
ある、電子回路装置の構成例を図３に示す。図３におい
て、マザーボード１４に本発明になる多層配線基板によ
り形成された複数のモジュール１３が挿抜可能なコネク
タ７を用いて搭載される。この場合モジュール１３は第
２実施形態で形成したモジュールと同様なものを適用し
ており、モジュールの長手側の一辺に信号用外部接続用
コネクタ端子を形成し、短手側の両辺部で一対の電源用
外部接続端子を形成して、それぞれ電源４−１とグラン
ド４−２用の電源線（図においてはフレキシブルケーブ
ル線を用いた例をしめす）と接続している。マザーボー
ド１４とモジュール１３とは、コネクタ７を介して信号
の入出力を行い、各モジュール１３に必要な電力は各々
の一対の電源線（電源線４−１と電源線（グランド側）
４−２）から供給される。

【００２６】従来の一般的な方法では、マザーボード１
４から信号線に加えて電源線をコネクタ７経由してモジ
ュール１３と接続している関係から、モジュール１３の
消費電力の増大に伴い電源線用のコネクタ接続ピン数が
非常に多くなり、従ってコネクタピン数も増大して装置
構成上コストアップ要因となっている。しかし、この図
３で示した様な電子回路装置を構成することにより、コ
ネクタ部での電源ピンと電源電極は基本的に不要となっ
て大幅にピン−電極ペアは減少させることが可能とな
る。電源はマザーボードを介すること無く供給されるの
で、マザーボードにおける電源供給機能を省略し得るた
め、マザーボード側の形成上の負担が軽減できる。

【００２７】以上の実施形態では、モジュール形成用の
多層配線基板において、信号用外部接続電極と電源用外
部接続電極とは、モジュールの表裏反対側ないしは同一
面の別の辺の部位に、全く分離して形成した実施形態を
示した。モジュール設計上、供給電力系統の分離の必要
性などの理由から一部の電源用電極が信号用電極の形成
部位に混在し、第３実施形態におけるコネクタ７から一
部の電力が供給されるような場合であっても、このモジ
ュールの消費電力の大半が上記の様に信号用電極とは別
の部位に形成された電源用電極から供給されることで、
実質的に電源用電極端子の大幅な削減が図られることと
なり、従って、この場合においても本発明の趣旨に沿っ
たものであることは明らかである。

【００２８】また、信号用外部接続電極とその接続方法
に関し、第１実施形態ではＰＧＡで、第２・第３実施形
態ではコネクタを用いて行っているが、特に前者におい
ては、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＴ
ＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎ
ｇ）などの適用も可能であることはいうまでも無い。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の
配線基板とそれを用いた電子部品装置は、ますます高機
能・大消費電力化する電子装置用モジュールを形成する
のに適した配線基板とそれによって構成が可能となる電
子回路装置を提供する。

【００３０】特にハイエンドな電子装置であるコンピュ
ータの各種処理用モジュールなどにおいては、入出力電
極端子の増大とともに大きな消費電力を供給するために
電源用電極端子を増やさざるを得ない状況になってお
り、従ってこれを搭載する二次配線基板（マザーボー
ド）との接続の困難性が増し、またマザーボード側にお
いてもコストアップ要因となってきている。しかし本発
明による多層配線基板を適用することによって、信号用
電極と電源用電極との基板上での配置位置を分離し、電
源用電極にはマザーボードを介すること直接的に外部電
源から電力を供給できるように構成することで、上記の
接続の困難性を解消し、かつマザーボードのコストアッ
プを抑制することが実現できるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態を説明する図

【図２】 本発明の第２実施形態を説明する図

【図３】 本発明の第３実施形態を説明する図

【符号の説明】

１ 多層配線基板 １−１ コア基板 １−２ 多層配線回路 １−３ 電源層 １−４ グランド層 １−５ チップ接続端子 １−６ 信号用外部接続電極 １−７ ＰＧＡ電極 ２−１ 電源用外部接続電極 ２−２ 電源用外部接続電極（グランド側） ３ チップ ３−１ チップＡ ３−２ チップＢ ４−１ 電源線 ４−２ 電源線（グランド側） ５ バンプ ６ ＰＧＡ端子 ７ コネクタ １０ 接続板 １１、１２、１３ モジュール １４ マザーボード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとなる基板上の一方の面または両面
   に、絶縁層と、信号配線層または電源配線層からなる導
   体配線層とを交互に積層した多層配線回路が形成された
   電子部品搭載用多層配線基板において、 前記電子部品搭載用多層配線基板への電子部品搭載時に
   おける消費電力を前記電源配線層に供給する、少なくと
   も一対の電源用外部接続電極が前記多層配線回路の表面
   に形成され、 かつ、前記信号配線層に信号を入出力する信号用外部接
   続電極が、前記電源用外部接続電極が形成された面と
   は、前記コアとなる基板を隔てて反対側の、コア面また
   は多層配線回路の表面に形成され、 かつ、前記電源用外部接続電極の個々の表面積が、前記
   信号用外部接続電極の個々の表面積より大きく形成され
   たことを特徴とする電子部品搭載用多層配線基板。
2. 【請求項２】 コアとなる基板上の一方の面または両面
   に、絶縁層と、信号配線層または電源配線層からなる導
   体配線層とを交互に積層した多層配線回路が形成された
   電子部品搭載用多層配線基板において、 前記電子部品搭載用多層配線基板への電子部品搭載時に
   おける消費電力を前記電源配線層に供給する、少なくと
   も一対の電源用外部接続電極と、前記信号配線層に信号
   を入出力する信号用外部接続電極とが、同一の前記多層
   配線回路の、互いに異なる周辺部の近傍部位表面に形成
   され、 かつ、前記電源用外部接続電極の個々の表面積が、前記
   信号用外部接続電極の個々の表面積より大きく形成され
   たことを特徴とする電子部品搭載用多層配線基板。
3. 【請求項３】 配線基板上に電子部品を搭載した少なく
   とも一つ以上の配線基板モジュールが、マザーボードに
   搭載されてなる電子回路装置において、 前記配線基板は、請求項１または請求項２記載の電子部
   品搭載用多層配線基板からなり、 かつ、前記配線基板モジュールで消費される電力が、前
   記マザーボードを介することなく、前記配線基板に形成
   された前記電源用外部接続電極を介して供給されるよう
   に構成されたことを特徴とする電子回路装置。