JP2007221014A

JP2007221014A - 多層配線基板構造

Info

Publication number: JP2007221014A
Application number: JP2006041812A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kokayu; 義弘小粥; Koichi Koyano; 宏一古谷野; Shinichiro Toya; 伸一郎遠矢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】
多層配線基板で、一つのスルーホールに大電流が流れる場合に、電流密度が過大になるとスルーホールで温度上昇が生じる。
【解決手段】
スルーホールの周囲の補強ビアを形成し、スルーホールと補強ビアを接続する導体プレーンを形成し、スルーホールに流れる電流を補強ビアに分散させることで、スルーホールに流れる電流量を低減し、温度上昇を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層配線基板において、大電流が少数のスルーホールに集中して流れる場合に、電流の集中による発熱量の増加の問題を解決する構造に関するものである。

プリント基板を使用する装置では、年々消費電力の増加と装置の小型化が進んでいる。消費電力の増加に対応するため、より大きな電力を供給できる電源部品が登場してきているが、装置の小型化に合わせて電源部品も小型であり、電源部品とプリント基板を接続する電極端子（一例として、部品側にピンがあり、そのピンをプリント基板のスルーホールに挿入し、ピンとスルーホールとを半田で電気的かつ機械的に接続する）の数は増えることがなく、結果として１つの部品側のピンとプリント基板側のスルーホールに極めて大きな電流が流れることになる。例えば、オンボード電源と呼ばれる部品には、一つの端子から８０Ａもの大電流を出力するものもある。

図３に電源部品と多層配線基板を接続する基本的な構造を示す。この図は多層配線基板２に電子部品１を搭載した構造を断面図で示したものである。この場合には、電子部品１からの出力電流がスルーホール４だけを通って１１および１２の電源層導体に流れるため、電流密度が高いことによる発熱が増大し、周囲温度を致命的な温度にまで上昇させる要因となり得る。

この改善策として、電源部品またはプリント基板側に冷却用の部品（例えば空冷フィンなど）を取り付け放熱構造を作る方法がある。しかしながら、冷却用部品の費用と取り付けの工数が増加するという問題があり、さらにまた冷却用部品がプリント基板上に占める面積のためにプリント基板が大きくなるという問題がある。

また、小出力の電源部品を多数使用することで発熱を抑える方法もあるが、部品数が増えるために、コストと生産工程が共に増加し、プリント基板も多数個の部品を搭載するために大きくなるという問題がある。

特開平１０−２７０８５５

解決しようとする課題は、多層配線基板で、搭載部品から部品の電極端子を通してスルーホールに流れる電流が極めて大きい場合にスルーホールが発熱するという問題を生じることである。また、ここでスルーホールが発熱することを解決するためにスルーホールに接続する導体パターンを増やすと、スルーホールと搭載部品の電極端子とを半田付けするときに、一般的なウェーブソルダー装置で半田を溶融するための加熱が難しくなり、半田付けが不完全なものとなり、半田付け部の機械的な接続強度を確保できなくなることである。

本発明は、大きな電流が流れるスルーホールの周囲に、電流の流路となる補強ビアを複数個形成し、基板外層と基板内層にスルーホールと補強ビアとを電気的に接続する導体パターンを一つ、もしくは複数形成することで、電流をスルーホールのみに集中させることなく、電流を周囲の補強ビアへ分配することと、同時にスルーホールに電極端子を半田付けする工程で、スルーホールを半田の溶融に十分な温度に加熱することを可能とすることを最も主要な特徴とする。

電流が一つもしくは少数のスルーホールに集中して流れる場合、そのスルーホールと電源層との接続部で発熱が生じるが、補強ビアを追加することで、電流が分散して流れることでスルーホールと補強ビアで発熱が分散し温度上昇を抑制することができる。

補強ビアを形成するのは、対象となる多層配線基板を生産する際に他のビアホールやスルーホールを形成するのと同時に行うのでコストを増やすことはない。さらに、図１や図２のように、電子部品の直下に補強ビアを形成すれば、プリント基板が大型化することがないという利点がある。さらに、半田付けが一般的なウェーブソルダー装置での加熱のみですむため、生産工程でのコスト上昇がない。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図２は本発明の一つの実施例であり、多層配線基板２に電子部品１を搭載する構造を断面図で示している。電子部品１を多層配線基板２に挿入ピン３をスルーホール４に挿入し半田付けすることで電気的及び機械的に接続する構造である。ここで、補強ビア５が外層接続プレーン１０を介してスルーホール４に接続されており、これによって電子部品１の出力電流がスルーホール４だけでなく補強ビア５にも流れることになる。一般に電流密度が高い箇所で温度上昇が大きくなるので、電流を分散して流すことにより各箇所での電流密度は低下し温度上昇を抑制することができる。

また、部品の挿入ピン３をスルーホール４に半田付けする工程では、スルーホールを半田融点まで加熱したときにスルーホールから電源プレーン１１および電源プレーン１２へ熱が分散してスルーホールの温度が上昇しにくくなるという問題が生じやすいため、本実施例では、スルーホールを接続する電源層を、部品を搭載する層に近い層に設けており、半田を供給する層から電源層の下の層まではスルーホールを半田の融点温度まで十分に加熱することができる。

図１も本発明の一つの実施例であり、図２と同様に断面図である。実施例１よりもさらに補強ビアへ流れる電流量を増やすために、補強プレーン１３を電源層以外の導体層に形成した構造である。実施例１よりも1箇所の電流密度を低減でき、より温度上昇を抑制することができる。

また、実施例１と同様に、部品の挿入ピン３をスルーホール４に半田付けする工程で、スルーホールを半田融点まで加熱したときにスルーホールから電源層と補強プレーン１３に熱が分散してスルーホールの温度が上昇しにくくなるという問題が生じやすいため、電源層を部品を搭載する層に近い層に設け、補強プレーンの大きさを補強ビアとの接続に最低限必要な大きさに制限することで、スルーホールを半田の融点温度まで十分に加熱することができる。

多層配線基板の大きさや、一つの多層配線基板に多種の電源を有する場合において、一つのビアホールに大きな電流が集中する場合において本構造を適用できる。

スルーホールに集中する電流を分散させる構造を示す断面図（実施例２）スルーホールに集中する電流を分散させる構造を示す断面図（実施例１）本発明を適用しない構造を示す断面図

符号の説明

１電子部品
２多層配線基板
３挿入ピン
４スルーホール
５補強ビア
６電源層
７グランド層
８配線層
９絶縁体
１０外層接続プレーン
１１第１電源プレーン
１２第２電源プレーン

Claims

複数の電源層と配線層からなる多層配線基板において、搭載する電子部品の電極端子をスルーホールに挿入して電源層と接続する構造であって、前記スルーホールの周囲近傍に補強ビアホールを形成し、前記スルーホールと補強ビアホールを電源層及び外層の導体パターンにより接続することを特徴とする多層配線基板構造。
前記スルーホールを接続する電源層を、部品を搭載する層に近い層に配置することを特徴とする請求項１記載の多層配線基板構造。
前記スルーホールと補強ビアホールとを接続する導体パターンを複数の導体層に形成することを特徴とする請求項１又は２記載の多層配線基板構造。