JP2006114777A

JP2006114777A - プリント配線基板及びこの基板を搭載する情報処理装置

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Publication number: JP2006114777A
Application number: JP2004302000A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Miyagawa; 重徳宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: US7659481B2; US20060082001A1; JP4625674B2

Abstract

【課題】従来のＢＧＡパッケージを実装するプリント配線基板は、鉛フリーの材料が採用されるに従い、パッドに対して剥がれ易く電気的断線などが発生しやすい環境となり、１点の変形中心に向かうように全てのパッドにおける引き出し線を形成するプリント配線基板は手間が掛かり、コスト的にも見合わない問題がある。
【解決手段】本発明のＢＧＡパッケージを実装するプリント配線基板は、引き出し線４がパッド３とスルーホール２をパッド径と略同じ線幅で且つ、直線に設けられることで外力による剥がれに対して高い接合強度を有している。また、パッド３をスルーホール２よりも外側に略４５度の角度を持たせて設けることにより、熱応力が働く方向に略沿わせることができるため、外力（反り）による剥がれ等に対しても高い耐久性を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＧＡ(Ball Grid Array)パッケージ等が装着されるプリント配線基板及びこの基板を搭載する情報処理装置に関する。

一般に、携帯用ノートブック型パーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）に実装するプリント配線基板において、携帯に伴う外部からの衝撃や熱によるストレス（衝撃や熱による反り）等が電極部分に加わり、電極（パッド）剥離や断線が発生するため、従来から種々の補強や対策が行われている。

例えば、図８に示すようなＢＧＡ(Ball Grid Array)パッケージが装着されるプリント配線基板が知られている。このプリント配線基板は、ＢＧＡパッケージの最外周パッドへの配線がＢＧＡパッケージの辺と直角に引出し線４１を引出している。また、その内側のパッドの引出し線は通常のパターン幅でランダムな方向へ引き廻され、最外周パッドのパッド間を通り抜けるように表面配線層で引き出されている。

またＢＧＡパッケージがプリント配線基板から引き剥がされる方向に外力が加わった場合、四隅のパッドに集中しており、四隅から剥がれが始まる傾向がある。この対策として、例えば、特許文献１に開示されるように、基板四隅に設けられるパッドの数個を増やしたり、パッドの形状をパッケージの外側へ向かう方向に広がる形状や角がない円形形状の補強パッドとし、パッドの耐剥離強度を上げて対応している。

さらに、近年の集積度の増加に伴い、ＢＧＡパッケージの形状（寸法）が大きくなる反面、ボールピッチが狭く、半田ボール（バンプ）径が小さくなったタイプのパッケージが実用化されている。また、より軽薄短小化するノートＰＣを実現するためには、プリント配線基板も薄く、高密度実装が可能な仕様の要望が高まっている。そのため、従来に比べて、プリント配線基板が反ったり振動しやすくなり、且つ実装されたＢＧＡパッケージへ、より応力が加わるようになってきている。

これに対して特許文献２には、電極パッドを大型化することなく、基板全体で高い接合強度が得られるように、基板内に定めた１つの変形中心から放射方向に沿って各電極の引き出し線が引き出されて設けられる技術が記載されている。この技術は、放射方向に引き出し線を設けることにより、放射方向の発生する熱応力に対して接合強度を持たせた構造である。
特開２００１−０６８５９４特開２０００−２６１１１０

前述した特許文献１においては、基板四隅又は周囲を補強している構成である。使用されているバンプ（半田ボール）の材料として、環境保護のために、鉛フリーの材料が採用されるに従い、半田ボールの粘性が少なくなり、外部からの衝撃で基板四隅や周囲部分だけでなく、内部のパッドに対して剥がれやクラックによる電気的断線などが発生しやすい環境となっている。

また、特許文献２に開示されるプリント配線基板において、全てのパッドにおける引き出し線を１点の変形中心に向かう方向に形成することは有用である。しかし、ＢＧＡパッケージにおける実際の配線廻りの関係と、引き出し線方向を考慮して設計しなければならない。開示されるような形態の引き出し線をＢＧＡパッケージ毎に設計することは、非常に困難であり、実現可能であっても手間が掛かり、コスト的にも見合わない。

そこで本発明は、高い接合強度を有し、設計が容易で且つ、パッドや配線に剥離が発生しにくく電気的な断線を抑制する配線パターンが設けられるプリント配線基板及びこの基板を搭載する情報処理装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、複数の電極が配置され、該電極間を電気的に接続する又は該電極から引き出される引き出し線を含む配線パターンが設けられる複数の矩形配線基板からなる積層構造のプリント配線基板であって、上記配線パターンが、上記各矩形配線基板上に設けられた複数のパッドからなる第１の電極と、上記パッドよりも基板内周側に配置され、上記各矩形配線基板間を電気的に接続する複数のスルーホールからなる第２の電極と、上記第１の電極又は上記第２の電極のいずれか大きい方の幅又は直径と略同じ線幅で該第１の電極と該第２の電極を直線的に繋ぎ、且つ上記矩形配線基板の角側を向くように一辺に対して、略４５度傾いた方向に形成される引き出し線とで構成されるプリント配線基板を提供する。

以上のように構成されたプリント配線基板は、比較的容易に設計され、引き出し線がパッド及びスルーホールの幅又は直径と略同じ線幅で直線に設けられて、且つパッドをスルーホールよりも外周側に略４５度の角度を持たせて設けることにより、高い接合強度を備え、熱応力が働く方向に略沿わせることにより、外力（反り）による剥がれに対しても高い耐久性を有している。

本発明によれば、高い接合強度を有し、設計が容易で且つ、パッドや配線に剥離が発生しにくく電気的な断線を抑制する配線パターンが設けられるプリント配線基板とこの基板を搭載する処理装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板の配線パターンを示し、図２は、その配線パターンにおけるＢＧＡパッケージを実装したプリント配線基板の断面構成を示し、図３（ａ）〜（ｃ）は、引き出し線の形状の例を示す図である。

本実施形態のプリント配線基板１は、積層配線基板に適用されるものであり、積層される各配線基板１ａ〜１ｅ間を電気的接続するためのスルーホール２と、スルーホール２に対して外周側に略４５度の角度で配置されるパッド３と、これらのスルーホール２とパッド３を直線的に且つパッド３の直径又は（電極幅）と略同じ線幅のパターンで電気的に接続する引き出し線４とで構成される。さらに、パッド３はＢＧＡパッケージ（チップ）５の電極６と、半田ボール（バンプ）７を介在させて電気的に接続される。実際には、ＢＧＡパッケージ（チップ）５の電極６の位置によってパッドの位置が決定されるため、パッド３を基準とすれば、スルーホール２はパッド３よりも内周側に配置される。

引き出し線４の形状としては、図３（ａ）に示すように円形のパッド３の直径と略同等の線幅を有するものと、図３（ｂ）に示すようにパッド３の直径よりもやや大きい線幅を有するものとがある。また、図１に示すように、円形のパッド３の直径がスルーホール２の直径よりもかなり大きい場合には、図３（ｃ）に示すように、引き出し線４の線幅は、パッド３の直径からスルーホール２の直径に狭まっていってもよい。また、パッド３の直径に近ければインピーダンスを考慮した線幅でもよい。

また、本実施形態では、第１の電極となるスルーホール２と第２の電極となるパッド３とを繋ぐ引き出し線について説明しているが、勿論、スルーホールとスルーホールを繋ぐ引き出し線であってもよいし、パッドとパッドを繋ぐ引き出し線であってもよい。

図２に示すように、各層の配線基板１ａ〜１ｅの各スルーホール２の内壁面には金属膜が被覆されており、積層されたスルーホール２を貫通するように端子８が設けられる。この端子８は電気的に接続が必要なスルーホール２の内壁面の金属膜と接触する、又は導電材料でスルーホール２と端子８の間の隙間を埋め込むことで、スルーホール２間が電気的に接続する。

また、各層の基板１ａ〜１ｅは、それぞれ配線基板（絶縁材）と、配線基板上に設けられた電極（パッド３）を含む配線パターン（導体）とで構成されている。また、この例では、引き出し線４上にレジスト膜９を形成して、半田ボールによる接続の際に、半田が飛散して配線パターンで短絡等が発生しないように構成されている。本実施形態では、半田ボールを接続材料としているが、鉛フリーの材料であっても同等である。

このような配線パターンは、矩形形状を成す基板の辺に対して、引き出し線４が略４５度に傾いた角度を有して配置される。図１においては、全ての引き出し線４が左肩上がりに形成されている状態を示す例であるが、勿論、これとは反対の右肩上がり略４５度になるように設けてもよいし、配線基板角側に向かう引き出し線が大半を占めれば、引き出し線廻りの都合でこれと直交する角度の引き出し線が混在してもよい。例えば、図１においては、左肩上がりの引き出し線が大半を占めれば、右肩上がりの引き出し線が多少混在してもよい。

また、最外周のパッドは、補強用パッド２１として接合面積が大きくなるように内周のものに比べて面積が大きく形成されている。特に、基板角に設けられるものは、大きなストレスが加わるため、面積を大きくすることが好ましい。また、ＢＧＡパッケージの大きさにより、全外周のパッドを大面積化する必要はなく、配線基板の角に並ぶ２，３個のパッドの面積を大きくすることでも対応することができる。補強用パッドは、設計に応じて適宜設けることができる。各層の基板１ａ〜１ｅにおける絶縁材は、パッド３と補強パッド２１との接合強度を決める。ＢＧＡパッケージ側の半田ボールのピール強度と、プリント配線基板側のパッド及び補強パッドのピール強度がほぼ等しく、なお且つプリント配線基板にかかるであろう応力方向を考慮した形状と数を満たしていればよい。

以上のように構成された配線パターンは、引き出し線４がパッド３とスルーホール２をパッド径と略同じ線幅で且つ、直線に設けられることで外力による剥がれに対して高い接合強度を有している。また、パッド３をスルーホール２よりも外側に略４５度の角度を持たせて設けることにより、熱応力が働く方向に略沿わせることができるため、外力（反り）による剥がれ等に対しても高い耐久性を有している。また、引き出し線の方向が中心を境にして２方向（配線基板上では４方向）あるため、設計が比較的容易にできる。尚、本実施形態では、プリント配線基板を多層の積層配線基板に適用した例で説明したが、必ずしも多層でなければならない必要はなく、単層（１枚）のプリント配線基板であっても同等の作用効果を得られることは勿論である。

図４は、前述した配線パターン（スルーホール２、パッド３及び引き出し線４）を基板に設けた一例を示している。
この例では、正方形の配線基板上に設ける配線パターンを４つのパターン群１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに分割して形成した構成である。具体的には、スルーホール４は、中央エリアを除き（この例では４個分エリア）、均一に間隔をあけて配線基板上に配置されている。これらのスルーホール４に対して、配線基板の４つの各角側に略４５度で向かうようにパッド３を設け、それぞれ引き出し線４で接続している。尚、基板中心を通るパッド列がある配置の場合には、その列は形成しない。

例えば、パターン群１１ａは、図４における配線基板の左上角側１２に向かいそれぞれが略４５度（辺１３に対して）の角度の配線パターンとなる。同様に、パターン群１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにおいても各角側に向かう略４５度の配線パターンが形成される。

このようなパターン群１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを形成することにより、各パターン群の間には、部位が設けられていない隙間（スペース）ができる。このスペースは、矩形形状（正方形）の配線基板の一辺（底辺）の中点から対向する辺（上辺）の中点へ基板中心を通り抜けるような直線的なエリアＡが設けられる。同様に、基板中心を抜けて両側辺の中点を結び、エリアＡと十文字に直交するエリアＢが形成される。

尚、図４に示したパターン群１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、その群内では引き出し線の方向が同一方向である例を示しているが、これに限定されず、群の最外周に設けられたパッド又はスルーホールでなければ、各群において図示する引き出し線の方向と直交する方向（但し、電極が外周側となる）の引き出し線が多少混在してもよい。
これらのエリアＡ，Ｂは、引き出し線のための表層配線スペースとして利用される。このように構成された場合に、本実施形態は、表層配線スペースが有ることにより、配線の引き廻しが容易になり、パターン設計に掛かる時間が短縮される。また、これらのエリアＡ，Ｂに設けられる配線は、基板中心に向かう方向又は、基板中心を通り抜けるため、基板の反りによる剥がれ等に高い耐久性を有する。

さらに現在よりＢＧＡパッケージのボールピッチが狭くなった際に、プリント配線基板のパターン設計を一様に比例縮小させると、それに応じてパッドが小さくなり、プリント配線基板から剥離しやすくなる。その対策として、本実施形態のプリント配線基板を用いて、前述した図１に示したパッド間に配線を形成せず、エリアＡ，Ｂに配線を形成することにより、パッド面積を比例縮小した場合よりも大きく維持させる。これにより、本実施形態は将来の狭ピッチ・パッケージに対しても容易に適用できる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態におけるプリント配線基板の最外周に設けられたパッドに接続される引き出し線の構成例を示す。尚、図４における構成部位において、前述した図１に示した構成部位と同等の部位には同じ参照符号を付してその説明は省略する。

この引き出し線２１は、外周部２３のパッド２２ａ，２２ｂから引出す際に、パッド２２から一旦、斜め内向きに引出した後、外周側にＵターンさせて、パッド２２の間を通り抜けて、ＢＧＡパッケージ５の外周部２３へ引出す配線構成を示している。ここで、パッド２２ａは、基板角に設けられる補強パッドである。この例では、最も角に設けられる補強パッド２２ａは、通常のパッドの略４倍程度の面積を有し、その両隣２つの補強パッド２２ａは略２倍の面積を有している。これらは設計時において、好適するパッド面積に決定される。

このように引き出し線は、基板内側に向かい引き出されて引き出し線２１がバネ的な弾性を持たせられた形状となり、反りなどにより剥離が発生した場合であっても、引っ張りや曲げによる断線を抑制することができる。

次に、第２の実施形態の変形例について説明する。
図６は第２の実施形態の変形例におけるプリント配線基板の最外周に設けられたパッドに接続される引き出し線の構成例を示す。本実施形態における引出し線３１は、蛇行させて形成することにより、加わる応力を分散するように構成される。

この構成においては、パッド３２から引出される引出し線３１とのパターン幅変化点により多くの力が働くため、パッド３２から引き出された引出し線３１の線幅は徐々に細くなるような形状にする。また、パッド３２から引出す引出し線３１は、ＢＧＡパッケージの外辺３３を直角に横切らないように、斜め方向に横切るように引き廻すことで、より応力分散性に優れた配線となり電気的な断線を軽減することができる。

尚、この変形例による線幅変化及び配線蛇行と、前述した第２の実施形態におけるパッドからの引き出し方向とを組み合わせてもよい。第２の実施形態及びその変形例において、配線基板角に設けるパッドを、他のパットに比べて面積を大きくした補強パッドとして形成してもよい。

以上のように引き出し線は、弾性を有する形状に形成され、パッドから引き出される際に線幅を徐々に狭め、さらにＢＧＡパッケージの外辺に対して斜め方向に横切るように引き廻されている。応力や反りなどにより剥離が発生した場合であっても、引き出し線は、バネ的な弾性を有し、斜め方向から応力が働くため、引っ張りや曲げによる断線を抑制することができる。また、これらの全ての組み合わせがプリント配線基板上に実施できず、１つ又は２つであっても効果を得ることはできる。

従来のプリント配線基板では、パッドが剥離し始めると、引き出し線のパッドにつながる部分に応力が集中して、その部分が切れ、ただちに電子機器の故障となることが多かった。これに対して、本発明のプリント配線基板に形成される配線パターンは、パッドが剥離し始めても、まだそのパッドに関する電気接続は維持し、電子機器としては正常に稼動している可能性が高い。つまり、ＢＧＡパッケージに応力が加わり、パッドを引き剥がす場合、そのパッドには、プリント配線基板に対して垂直な成分のほかに、パッケージの中心方向への平行成分が大きい応力が加わることが多いため、剥がれた状態でもその接続状態を維持している。

また、パッドのパッケージ外側方向部分が通常最初にはがれ始めるので、この部分から配線を引き出す従来のプリント配線基板ではパッドのはがれがただちに引き出し線に影響を与えるのに対し、本実施例ではパッド全体がはがれるまで、引き出し線は影響を受けることがない。

本発明のプリント配線基板は、例えば、図７に示すような、装置本体４２と開閉可能に取り付けられた液晶表示部４３からなる携帯ノートブック型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）４１に搭載することができる。このノートＰＣの他にも、ポータブルデバイス（ＰＤ）、ゲーム機器、携帯電話機、撮像機器等の携帯電子機器に搭載できる。勿論、据え置き型のディスクトップ型ＰＣに搭載して小型化を図ってもよい。

尚、本発明では、配線プリント基板内の引き出し線の角度を矩形基板の一辺に対して、略４５度としているが、これは、経験的に好適する数値であるため、代表値として提案している数値である。従って、必ずしも略４５度のみに限定されているものではなく、配線プリント基板の形状や材質等に応じて効果が得られるのであれば、例えば、上記一辺に対して略３０度〜略６０度範囲の角度を引き出し線に持たせても問題はない。

本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板の配線パターンを示す図である。第１の実施形態のプリント配線基板の断面構成を示す図である。第１の実施形態のプリント配線基板上に形成される引き出し線の形状の例を示す図である。第１の実施形態のプリント配線基板上に形成される配線パターンの一例を示す図である。第２の実施形態におけるプリント配線基板の最外周に設けられたパッドに接続される引き出し線の構成例を示す図である。第２の実施形態の変形例におけるプリント配線基板の最外周に設けられたパッドに接続される引き出し線の構成例を示す図である。本発明のプリント配線基板を搭載するノートブック型パーソナルコンピュータの斜視図である。従来のＢＧＡ(Ball Grid Array)パッケージを実装するプリント配線基板の一例である。

符号の説明

１…プリント配線基板、１ａ〜１ｅ…各層の配線基板、２…スルーホール、３…パッド、４…引き出し線、５…ＢＧＡパッケージ（チップ）、６…電極、７…半田ボール（バンプ）、８…端子、９…レジスト膜。

Claims

複数の電極が配置され、該電極間を電気的に接続する又は該電極から引き出される引き出し線を含む配線パターンが設けられる複数の矩形配線基板からなる積層構造のプリント配線基板であって、
上記配線パターンが、
上記各矩形配線基板上に設けられた複数のパッドからなる第１の電極と、
上記パッドよりも基板内周側に配置され、上記各矩形配線基板間を電気的に接続する複数のスルーホールからなる第２の電極と、
上記第１の電極又は上記第２の電極のいずれか大きい方の幅又は直径と略同じ線幅で該第１の電極と該第２の電極を直線的に繋ぎ、且つ上記矩形配線基板の角側を向くように一辺に対して、略４５度傾いた方向に形成される引き出し線と、
で構成されることを特徴とするプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記引き出し線は、上記プリント配線基板上に設けられる上記第１の電極と上記第２の電極のいずれか大きい方の幅又は直径よりも太い線幅を有することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記引き出し線は、上記プリント配線基板上に設けられる上記第１の電極と上記第２の電極のいずれか大きい方の幅又は直径から、他方の小さい方の幅又は直径に向かい、線幅を徐々に狭めていく形状であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記パッドは、半田ボールを介在させてＢＧＡパッケージを実装することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記スルーホールは、基板中央エリアを除き、均一に間隔をあけて上記矩形配線基板上に配置され、上記パッドは、上記スルーホールを内側にして上記矩形配線基板の各四隅側に略４５度で向かうように設けられ、上記引き出し線は、上記パッド及び上記スルーホールを直線的に繋ぎ、それぞれの上記配線基板の四隅側に上記矩形配線基板の一辺に対して、一様に略４５度傾いた方向に形成される第１乃至第４のパターン群に４等分割され、
上記各第１乃至第４のパターン群の上記引き出し線は、上記矩形配線基板のそれぞれの四隅に略４５度で向かう角度を有し、
上記各第１乃至第４のパターン群の境には、基板中心を通り抜け、各対向する辺の中点を結ぶ直線的な第１のエリアと、該第１のエリアと十文字に直交する第２のエリアが形成されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記第１のエリアと上記第２のエリアは、上記プリント配線基板の外部に通じる引き出し線を形成する領域であることを特徴とする請求項５に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記第１乃至第４のパターン群の上記引き出し線は、主として配線基板のそれぞれの四隅に略４５度で向かう角度を有し、さらに、上記引き出し線と直交する方向を向く引き出し線が混在することを特徴とする請求項５に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記配線パターンにおける上記ＢＧＡパッケージが実装される上記パッドの最外周に配置されたパッドに接続され、外部に電気的接続を行うための引き出し線は、
上記パッドから上記矩形配線基板の内側方向に引き出された後、Ｕ形状に外周方向に引き廻されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記配線パターンにおける上記ＢＧＡパッケージが実装される上記パッドの最外周に配置されたパッドに接続され、外部に電気的接続を行うための引き出し線は、
上記パッドから外周方向に蛇行しつつ引き廻されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記引き出し線は、上記パッドとの接続箇所の線幅から徐々に狭まりつつ、一定の所定線幅となることを特徴とする請求項８又は請求項９のいずれか１つに記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記引き出し線は、装着された上記ＢＧＡパッケージの外辺を直角に横切らないように、斜め方向に横切るように引き廻されることを特徴とする請求項９に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記ＢＧＡパッケージの四隅に装着される最外周のパッドは、他のパッドよりもパッド面積を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
上記プリント配線基板において、
上記ＢＧＡパッケージに装着される最外周のパッド列のうち、
上記ＢＧＡパッケージの四隅の電極と接続するパッド、及びこのパッドのそれぞれの両側に配置される１又は２のパッドは、他のパッドよりもパッド面積を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
積層構造のプリント配線基板に設けられた、複数のＢＧＡパッケージ外周部の補強パッドと、
上記プリント配線基板に設けられた引き出し線の多くを上記ＢＧＡパッケージ中心の方向へ引き出した引き出し線と、
上記パッドと上記補強パッドとの接合強度を決める絶縁材と、
上記引き出し線を異層の導体層へ接続するためのスルーホールと、
で構成されることを特徴とするプリント配線基板。
複数の電極が配置され、該電極間を電気的に接続する又は該電極から引き出される引き出し線を含む配線パターンが設けられる複数の矩形配線基板からなる積層構造のプリント配線基板を搭載する情報処理装置であって、
上記プリント配線基板の上記配線パターンは、
上記各矩形配線基板上に設けられた複数のパッドからなる第１の電極と、
上記パッドよりも基板内周側に配置され、上記各矩形配線基板間を電気的に接続する複数のスルーホールからなる第２の電極と、
上記第１の電極又は上記第２の電極のいずれか大きい方の幅又は直径と略同じ線幅で該第１の電極と該第２の電極を直線的に繋ぎ、且つ上記矩形配線基板の角側を向くように一辺に対して、略４５度傾いた方向に形成される引き出し線と、
で構成される情報処理装置。