JP2006179821A - プリント回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】１枚のＰＣＢ（プリント回線基板）内で所望する信号毎に信号伝送特性を最適化可能で、かつ、ＰＣＢの大型化を抑制することのできるプリント回路基板を提供する。
【解決手段】１つのＰＣＢ内において、信号毎に伝送特性が最適化された配線パターンの伝送路が形成されたフレキシブル基板を用いて、実装された複数の部品間を異方性伝導フィルム接着による多点接続を行い設計の容易さ及び基板の小型化を図る、異なる伝送特性の配線を有するプリント回路基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つの基板内において、異なる特性の伝送路が形成されたフレキシブルケーブルが異方性伝導フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）で多点接続されたプリント回路基板（ＰＣＢ：Printed-Circuit Board）に関する。

一般に、電子機器内には、種々の部品を多数実装して、これらの間を電気的に接続する配線が形成された硬質樹脂からなるプリント回路基板（ＰＣＢ）が搭載されている。ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートパソコン）においてもマザーボード等のＰＣＢを含め種々の搭載されている。これらの回路基板は、樹脂シートに配線を設けたフレキシブル回路基板（以下、ＦＰＣ）等により電気的に接続されている。

また、特許文献１に開示されるように両面に配線（回路）パターンが形成されている１枚の矩形形状のＰＣＢに、２つの長方形のＦＰＣが長手方向が直交するように、それぞれの一端がＰＣＢに固定される。これらのＦＰＣは、両面の長手方向にそれぞれ複数本の回路パターンが形成され、他端側に設けられる重ね領域において電気的接続を行う部分の回路パターンの一部が露出している。これらのＦＰＣを折り返して互いの重ね領域を重ね合わせて異方性導電接着剤で接着させて、それぞれの回路パターンの露出している部分を電気的に接続させている。
この特許文献１によれば、スルーホールやジャンパー線無しに両面の回路パターンの所定回路間を電気的に接続することができる。
特開平７−１６２１２０号公報

近年の情報処理や演算速度の高速化に伴い、１枚のＰＣＢ内で、タイミング等をずらして複数の信号に共有される信号線に対して、異なるインピーダンスを持つ配線が形成される場合がある。特に、ＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ２．０等による情報処理のために通常の伝送路とは異なる専用的な高速伝送路が設けられている。

また、このような高速伝送路において、例えばグラフィック信号を扱うのであれば、少なくとも１６レーン即ち、６４本の信号線を形成する必要がある。また、ＵＳＢにおいては、複数のコネクタが設けられているため、これらのコネクタまでの配線を形成することとなる。特に、ＰＣＢ上には、種々の部品が実装されているため、これらの配線は部品間を抜ける経路や基板外周側に配置される傾向がある。従って、高速伝送路を設けて性能を高めるに従い、ＰＣＢおける配線が占める面積が大きくなり、ＰＣＢが大型化されてしまう。またこれを防止するために、ＰＣＢやＦＰＣは多層配線化が図られている。しかし、扱う信号により層間の信号のやりとりを行うためのスルーホールの通過回数が制限されるものもある。例えば、ＰＣＩExpressバスでは、スルーホールの通過を１回のみが望ましいとされている。

前述した特許文献１による技術を実現することは、ＦＰＣの他端どうしを空中で位置合わせして固定する作業が含まれているため、容易な製造工程ではない。つまり、２つのＦＰＣを作成し、それぞれの一端を重ねた際に直角に交差して重なるように１枚のＰＣＢにそれぞれに固定した後、他端同士を直角に交差させるように接着を行うこととなる。つまり、まず２つのＦＰＣの各一端を固定する際に、後の工程で他端同士が直角に交差するように正確に固定しなければならない。例え一方のＦＰＣが僅かでも斜めであった場合には、直角に交わらず、他端を重ねた際に接点同士が対向せず、電気的な接続が出来ない。但し、ＦＰＣは柔軟性があるため、無理に直角にさせて接着させることもできるが、反発力を押さえ込んだ状態であるため、経年変化等により接着した部分に剥がれ等による電気的な断線が懸念される。

さらに特許文献１において、配線数が多くなり高密度化される（配線間のピッチが狭くなる）ほど高精度の位置合わせが求められることとなり、浮いたもの同士を正確に接続することは容易な作業とはいえない。また、前述したように高速伝送路となる配線は、インピーダンス等に基づきその線幅が決められるため、位置合わせ作業が行い易いように安易に線幅を広く形成することはできない。

そこで本発明は、１つの基板内で所望する信号毎に信号伝送特性に最適化された高速伝送路を含む複数の配線ラインが形成されたフレキシブルケーブルが多点接続されるプリント回路基板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、基板と、前記基板上に実装される複数の部品と、前記複数の部品間を電気的に接続し、各種信号を伝搬する異なる伝送特性の伝送路と、接続対象となる前記部品を駆動させる前記各種信号のうちのいくつかの信号に対して、それぞれに伝送路が形成され、前記接続対象となる２つ以上の部品間を前記形成された伝送路で異方性伝道フィルム接着により電気的に接続するフレキシケーブルとを備えるプリント回路基板を提供する。

以上のような構成のプリント回路基板は、１つの基板（ＰＣＢ）内において、信号毎に伝送特性が最適化された配線パターンの伝送路が形成されたフレキシブル基板（ＦＰＣ）を用いて、実装された複数の部品間をＡＣＦ接着による多点接続を行う、異なる伝送特性の配線を有するプリント回路基板である。

本発明によれば、１つの基板内で所望する信号毎に信号伝送特性に最適化された高速伝送路を含む複数の配線ラインが形成されたフレキシブルケーブルが多点接続されるプリント回路基板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には、本発明のプリント回路基板に係る第１の実施形態の一構成例を示し説明する。また図２には、本実施形態と比較のために、従来のプリント回路基板の一構成例を示している。

このプリント回路基板（ＰＣＢ）１は、ボンディング技術等を用いて集積回路素子（ＩＣ）２，３を含む複数の部品が実装され、且つ各部品は基板に形成された配線で電気的に接続されている。尚、一般的にＰＣＢは、配線（配線層）が基板表面（表裏面）にのみ形成されたタイプや複数の配線層が階層的に形成されている多層基板など、種々の構成のものがあるが、本実施形態では説明を簡単にするために、表裏面の２面に配線層が形成されているＰＣＢを例として説明する。さらに、スルーホールにおいても表裏面の２面の配線層間を接続するものとしている。

ここで本発明を説明する前に、図２に示した従来のＰＣＢの配線構成について説明する。この配線構成例において、例えば、ＩＣ２とＩＣ３を通常の伝送路（アナログ信号伝送路又はデジタル信号伝送路）とは異なる特性の専用の伝送路で接続しようとした場合、ＰＣＢ１上には種々の部品が実装されているため、実装されていないエリアに伝送路（配線７ａ〜７ｄ）を迂回させなくてはならない。

従って、図２に示すように異なる特性の伝送路は、部品間の複数のエリアを通過するように配置されている。または、互いに伝送特性による影響がでる場合には、これらの配線間を近接や並設させて配置できないため、異なるエリアを通過するように配置される。この従来例では、配線７ａ，７ｂは、部品８の右側に配置され、配線７ｃは部品８の左側に配置され、配線７ｄはさらに左側に移動して複数配置された部品９の間を通り抜けるように分けて配置されている。このように分けて配置することは、配線数が多かった場合には、設計が非常に難しいものとなる。

これに対して、本実施形態のおける図１に示す配線構成は、ＩＣ２とＩＣ３とを電気的に接続する配線（伝送路）が形成されるフレキシブル回路基板（以下、ＦＰＣ）４を用いる。このＦＰＣ４は、ポリイミドや液晶ポリマー等の材料からなる絶縁性を有する厚さ１２〜１８μｍ程度のシート（フィルム）によるＬ字型形状に形成されている。このＬ字型形状は限定されているものではなく、適用するＰＣＢの接続位置や部品の実装状態に応じて適宜、形状を設計すればよい。

このシート上に、所望する伝送特性を持つように配置経路及び配線間隔及び配線幅が調整されて配線５ａ〜５ｄが形成される。これらの配線５ａ〜５ｄは、一般的な製造方法により形成される。例えば、蒸着又はメッキ処理等によりシート上に銅等からなる金属膜を形成し、マスクを被覆させてウエットエッチングにより所望する経路と線幅になるように配線を形成すればよい。他にも、スパッタリングやＣＶＤ等の成膜技術を用いてもよいし、エッチングにおいてもドライエッチング技術を用いてもよい。また、後述する実施形態の様にＦＰＣを折り曲げて使用する場合には、伝送路の特性を満たす下で形成される配線を直線ではなく、七曲がり状に形成してもよい。

さらに、ＰＣＢ１上で実装されるＩＣ２とＩＣ３の近傍には、ＩＣ２とＩＣ３の各入出力端子と電気的に接続する電極（図示せず）をそれぞれ形成する。またＦＰＣ４には、配線形成時に配線５ａ〜５ｄの両端でＰＣＢ１上に形成された入出力端子に接続する電極と合致する位置に、入出力用電極（端子部）６ａ〜６ｄ，６ａ’〜６ｄ’を形成する。

次に、ＰＣＢ１にＦＰＣ４を接着固定する。つまり、ＰＣＢ１上に形成された入出力端子に接続する電極に、ＦＰＣ４の入出力用電極（端子部）６ａ〜６ｄ，６ａ’〜６ｄ’対向するように宛がう。この時、これらの電極間に異方性伝導フィルム（ＡＣＦ）を介在させて接着を行う。このＡＣＦ接着は、公知な技術であり、金属コーティングしたプラスチック又は、金属粒子などの伝導性粒子を分布させたフィルム状の接着剤である。電極同士を接着させた場合には、この伝導性粒子が電極間を導通させるように機能する。
このようなＡＣＦ接着により、ＩＣ２とＩＣ３とがＦＰＣ４の配線を導電路として通じて、電気的に信号の送受が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、所望する信号毎に特化したパターンの信号伝送特性を最適化することができる。ＦＰＣに所望するうちのいくつかのパターンを形成することにより、ＰＣＢ上に全てのパターンの信号伝送特性を形成する必要が無くなり、設計が容易である。またＡＣＦ接着を用いて ＰＣＢとＦＰＣの各電極を直接的に接続しているため、コネクタが不要であるため、部品コストの低減と共に実装面積を小さくすることができ、ＰＣＢの小型化が図れる。また、接着固定であるため、コネクタ接続による接触抵抗やコネクタ抜けなどの問題を考慮しなくてもよい。この接着固定に際しては、ＰＣＢにＦＰＣを接着する作業であるため、空中でＦＰＣどうしを精密に接着する作業よりも容易になる。

次に本発明のプリント回路基板に係る第２の実施形態の一構成例を示し説明する。
図３に示す実施形態は、複数の部品間を１つのＦＰＣで接続する構成である。この実施形態は、やり取りを行う信号の伝送特性が異なる信号数が多い割に、１つの信号パターンおける信号線数が少ない場合などに有効である。図３に示す例では、ＰＣＢ２０上に少なくとも４つのＩＣ２１，２２，２３，２４が実装されている。
図３に示すように、１つのＦＰＣ２５に、それぞれ所望する接続先に至る配線２６ａ〜２６ｅを形成する。この例では、４つのＦＰＣ電極端２７，２８，２９，３０を設けている。またＩＣ２１，２２，２３，２４の出入力端子と接続し近傍に設けられた電極（図示せず）が設けられている。各ＦＰＣ電極端２７，２８，２９，３０は、上記出入力端子と接続する電極にＡＣＦ接着を用いてそれぞれ接続される。

以上説明したように、本実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。さらに、１つのＦＰＣにより複数の部品間を接続することができるので、ＰＣＢにおける設計がより容易になる。また、要求される特性が異なる信号グループを混在させたＰＣＢの設計が容易になる。

次に本発明のプリント回路基板に係る第３の実施形態の一構成例について説明する。
図４に示す本実施形態は、ＰＣＢの表面と裏面に実装された部品間を接続する構成である。この構成は、前述したＰＣＩExpressバスの様なスルーホールの通過回数が制限される伝送路に好適するものである。

この実施形態では、ＰＣＢ１の表裏面にそれぞれ実装された部品、例えばＵＳＢ用ＩＣ３１とＵＳＢコネクタ３２を接続する構成である。このような場合、まず、これらの部品の近傍に、ＰＣＢ１を貫通するスリット孔３３を開口する。このスリット孔３３を通り抜け、ＵＳＢ用ＩＣ３１とＵＳＢコネクタ３２を接続するＦＰＣ３４を設ける。

このＦＰＣ３４は、前述したＦＰＣ４と同様に、所望する配線が形成され、両端に電極３５ａ，３５ｂが設けられる。これらの電極３５ａ，３５ｂは、ＵＳＢ用ＩＣ３１とＵＳＢコネクタ３２の入出力端子に接続する電極３６ａ，３６ｂにＡＣＦ接着で接続される。

以上説明したように、前述した第１，２の実施形態の効果と同等の効果を得ることができる。さらに、パターン配置上、伝送経路にスルーホールの数に制限がある場合に、設計が容易になる。

次に本発明のプリント回路基板に係る第４の実施形態の一構成例について説明する。
前述した第３の実施形態では、ＰＣＢの表裏をスリット孔により繋げるように構成したが、本実施形態では、ＰＣＢの外周端部を経て表裏面を繋ぐようにＦＰＣを設けるものである。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＰＣＢ１の表裏面にそれぞれ部品、例えばＵＳＢ用ＩＣ４１とＵＳＢコネクタ４２を実装し、それらの近傍には、ＵＳＢ用ＩＣ４１とＵＳＢコネクタ４２の入出力端子に接続する電極４３ａ，４３ｂとが設けられている。

また図５（ｃ）に示すように、ＵＳＢ用ＩＣ４１とＵＳＢコネクタ４２を接続するためのＰＦＣ４４は、クランク型形状を成し、前述したＦＰＣ４と同様に所望する配線４５ａ〜４５ｄが形成され、配線の両端には電極４６ａ，４６ｂが形成される。このＰＦＣ４４は、図５（ｂ）に示すように、位置ｍで折られてＰＣＢ１の外周端に宛がわれ、電極４６ａ，４６ｂがＵＳＢ用ＩＣ４１とＵＳＢコネクタ４２の電極４３ａ，４３ｂとそれぞれＡＣＦ接着により接続される。尚、ＰＣＢ１の外周端に宛がわれる部分のＰＦＣ４４は、非接触であることが好ましい。また、本実施形態の部品の配置によりＰＦＣ４４は、クランク型形状であったが、部品の配置位置によれば、直線形状に製作しＵ字型に配置する場合もあり、適宜、配置位置に合わせて形状を設計すればよい。

以上のように本実施形態によれば、前述した第１乃至３の実施形態の効果と同等の効果を得ることができる。また伝送特性にスルーホールの数に制限がある場合、配置設計が容易になる上、さらにスリット孔を設けないため、ＰＣＢ１上における断線箇所が無くなる。

次に第５の実施形態として、本発明のプリント回路基板を内蔵する電子機器の一例であるノートパソコンについて説明する。図６は、プリント回路基板が内蔵されたノートパソコンの断面構成を示す図である。図７は、ノートパソコンにおけるプリント回路基板に係わる構成部位との接続関係を示すブロック図である。

図６に示すノートパソコンは、大別して、液晶表示パネルが組み込まれた表示部５１と、前記表示部５１が回動可能に取り付けられる装置本体５２とから構成される。装置本体５２は、上面に入力手段となるキーボード５３が配設され、側面には、外部記録媒体例えば、フロッピー（登録商標）ディスクやＣＤを装填するための入力出力ユニット５４、ＵＳＢコネクタ４２及び後述するExpressカードスロット６９等が配置されている。装置本体５２内に装着されＰＣＢ１に設けられたＦＰＣ４は、例えば、ＵＳＢ用ＩＣ５５とＵＳＢコネクタ５６に接続されている。

図７に示すように、ノートパソコンの基本構造（チップセット）の構成例としては、中央処理部（ＣＰＵ）６１や主メモリ６２及び画像処理部（ＧＰＵ）６３をそれぞれ制御するノースブリッジ６４と、キーボート用コントローラ６５や他の入出力用コントローラ６６を制御するサウスブリッジ６７とで構成される。

サウスブリッジ６７には、他の入出力機器と接続するためのＵＳＢコネクタ６８ａ，６８ｂが設けられ、またExpressカードを装着するためのExpressカードスロット６９が設けられている。これらの構成部位のうち、ノースブリッジ６４とサウスブリッジ６７の間を４ライン、ノースブリッジ６４と画像処理部６３の間を１６ライン及び、サウスブリッジ６７とExpressカードスロット６９の間を１ラインは、それぞれＰＣＩExpress仕様のバスにより接続されている。また、サウスブリッジ６７とExpressカードスロット６９の間、サウスブリッジ６７とＵＳＢコネクタ６８ａ，６８ｂの間は、それぞれＵＳＢ２．０仕様のバスにより接続されている。

本発明のプリント回路基板においては、これらの、ＰＣＩExpress仕様のバスやＵＳＢ２．０仕様のバスが混合している場合に適用して、設計や配線廻りに対して、ＦＰＣ側に所望するうちのいくつかのパターンを形成することにより、ＰＣＢ上に全てのパターンの信号伝送特性を形成する必要が無くなり、設計が容易である。特に、所望する信号毎に特化したパターンの信号伝送特性を最適化することができる。

尚、前述した各実施形態では、ＦＰＣによる多点接続は、表裏の２面を持つプリント回路基板に形成された配線層を例として説明したが、勿論これに限定されるものではなく、多層配線を有するプリント回路基板に対しても適用することができる。例えば、４層の配線層を持つプリント回路基板では、裏面側から表面側に向かって、第１層、第２層、第３層、第４層と構成されているものとして、第２層と第３層に対して、本発明を適用する例について説明する。

このような構成の場合、表面側（第４層）にＦＰＣを配置するものとして、第２層の配線層と第３の配線層の接続させる配線に取り出し電極を形成する。表面側から第２層の配線層と第３の配線層が露出するように基板を削り取る。露出された第２層の電極及び第２の電極にＦＰＣに形成された配線の各電極をＡＣＦ接着により接続する。勿論、同層の配線層であっても適用でき、例えば、第２層間で接続においても第１層側に接続箇所を露出させることにより、ＦＰＣで接続することができる。このような方法により、多層配線であっても、複数の配線層に亘って、本発明による接続構成を適用することができる。

本発明のプリント回路基板に係る第１の実施形態の一構成例を示す図である。 第１の実施形態と比較のための従来のプリント回路基板の一構成例を示す図である。 本発明のプリント回路基板に係る第２実施形態の一構成例を示す図である。 本発明のプリント回路基板に係る第３の実施形態の一構成例を示す図である。 本発明のプリント回路基板に係る第４の実施形態の一構成例を示す図である。 第５の実施形態として、本発明のプリント回路基板が搭載されたノートパソコンの断面構成を示す図である。 第５の実施形態として、ノートパソコンにおけるプリント回路基板に係わる構成部位との接続関係を示すブロック図である

符号の説明

１…プリント回路基板（ＰＣＢ）、２，３…集積回路素子（ＩＣ）、４…フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）、５ａ〜５ｄ，７ａ〜７ｄ…伝送路（配線）、６ａ〜６ｄ，６ａ’〜６ｄ’…入出力用電極（端子部）、８，９…部品。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に実装される複数の部品と、
   前記複数の部品間を電気的に接続し、各種信号を伝搬する異なる伝送特性の伝送路と、
   接続対象となる前記部品を駆動させる前記各種信号のうちのいくつかの信号に対して、それぞれに伝送路が形成され、前記接続対象となる２つ以上の部品間を前記形成された伝送路で異方性伝道フィルム接着により電気的に接続するフレキシケーブルと、
   を具備することを特徴とするプリント回路基板。
2. 前記フレキシブルケーブルは複数の配線を有し、前記プリント配線基板における１面内に実装された部品間の複数の端子又は電極を多点接続することを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板。
3. 前記フレキシブルケーブルは複数の配線を有し、前記プリント配線基板における表裏面に実装された部品間の複数の端子又は電極を多点接続することを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板。
4. 前記プリント回路基板が多層配線層構造であった場合、接続対象となる配線層の接続箇所をそれぞれ露出させて、前記フレキシブルケーブルを前記異方性伝導フィルム接着により電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板。
5. 本体と、
   前記本体に内蔵される基板と、
   前記基板上に実装される複数の部品と、
   前記複数の部品間を電気的に接続し、各種信号を伝搬する異なる伝送特性の伝送路と、
   接続対象となる前記部品を駆動させる前記各種信号のうちのいくつかの信号に対して、それぞれに伝送路が形成され、前記接続対象となる２つ以上の部品間を前記形成された伝送路で異方性伝道フィルム接着により電気的に接続するフレキシケーブルと、
   を具備することを特徴とする電子機器。
6. 前記フレキシブルケーブルは複数の配線を有し、前記プリント配線基板における１面内に実装された部品間の複数の端子又は電極を多点接続することを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
7. 前記フレキシブルケーブルは複数の配線を有し、前記プリント配線基板における表裏面に実装された部品間の複数の端子又は電極を多点接続することを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
8. 前記プリント回路基板が多層配線層構造であった場合、接続対象となる配線層の接続箇所をそれぞれ露出させて、前記フレキシブルケーブルを前記異方性伝導フィルム接着により電気的に接続することを特徴とする請求項５に記載の電子機器。

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