JP2008085222A - プリント配線板、プリント配線板の外装部品実装方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵部品に回路接続される外装部品を実装したプリント配線板に於いて、より薄型化、回路の簡素化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い回路配線を可能にした。
【解決手段】内蔵部品の部品実装面を有する板状の第１の基材１１と、この第１の基材１１の部品実装面に実装された回路部品２０と、上記第１の基材１１に上記回路部品２０を覆う絶縁層１２を介して積層された板状の第２の基材１３と、この第２の基材１３の外層面と上記回路部品２０との間に穿設された、電極２１ａの一部が露出する穴部１５と、上記第２の基材１３に実装されて上記穴部１５を介して上記回路部品２０に直接回路接続された外装部品３０とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子回路に介在されるチップ部品を内蔵した積層構造のプリント配線板、プリント配線板の外装部品実装方法、および電子機器に関する。

ポータブルコンピュータ、携帯端末等の小型電子機器に於いては、高密度配線を可能にした基板並びに信頼性を考慮した基板への部品実装技術が必要とされる。

電子機器に用いられるプリント配線板の一種に、電子回路に介在されるチップ部品を内蔵したプリント配線板が存在する。この種、プリント配線板技術として、例えばバイパスコンデンサ等の受動素子をコア材内に埋設する技術が存在する。
特開２００１−２７４５５５号公報

この種、プリント配線板における内蔵部品の回路接続は、内層パターン相互の間に於いて行われるのが一般的であり、配線板の面上に実装されるＩＣチップ等の外装部品に上記内蔵部品を回路接続する場合は、複数層のパターンを経由した回路配線により所期の回路接続が実現される。この際は、ＩＣチップ等の外装部品の接続対象電極に対応して、プリント配線板の外層に電極接合面を形成する電極パッドを形成し、この電極パッド上に外装部品の電極を半田接合することにより、外装部品が内蔵回路部品と回路接続された状態でプリント配線板に実装される。

このように、ＩＣチップ等の外装部品を配線板に内蔵された回路部品に回路接続する場合は、複数層のパターンを経由し、外装面に形成した電極パッド上で半田接合により実装される構成であることから、外装部品と配線板との間に所定の高さを必要とする接合部が介在し、外装部品を含めた配線板の厚型化を招くとともに、上記部品相互間を回路接続するための複数層にまたがる配線パターン、スルーホール等を必要とし、配線密度の制約をより厳しいものにしてしまうという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みなされたもので、内蔵部品に回路接続される外装部品を実装したプリント配線板に於いて、より薄型化、回路の簡素化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い回路配線を可能にした、プリント配線板、プリント配線板の外装部品実装方法および電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、部品実装面を有する板状の基材と、前記基材の前記部品実装面に実装された回路部品と、前記基材に前記回路部品を覆う絶縁層を介して積層された板状の他の部材と、前記他の部材の露出面と前記回路部品との間に穿設された穴部と、前記他の部材に実装されて前記穴部を介し前記回路部品に直接回路接続された外装部品とを具備したプリント配線板を提供する。

また、本発明は、回路部品を内蔵した配線板本体の一方の面に、前記回路部品に回路接続される外装部品を実装するプリント配線板の外装部品実装方法であって、前記配線板本体の一方の面に、前記回路部品の一部が露出する穴を穿設し、前記穴内に前記外装部品と前記回路部品との接合部を形成して、前記外装部品を前記接合部を介し前記回路部品に直接、回路接続したプリント配線板の外装部品実装方法を提供する。

さらに本発明は、電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路基板とを具備し、前記回路基板は、回路部品を内蔵した配線板本体の一方の面に前記回路部品の一部が露出する穴部を有し、該穴部に接合部を形成して前記接合部を介し前記回路部品に外装部品を直接回路接続したプリント配線板により構成されている電子機器を提供する。

本発明によれば、内蔵部品に回路接続される外装部品を実装したプリント配線板に於いて、より薄型化、回路の簡素化が図れるとともに、配線パターンの引き回しによる電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い回路配線を可能にした、プリント配線板が提供できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の構造例を図１に示す。

本発明の実施形態に係るプリント配線板は、部品実装面を有する板状の基材１１と、この基材１１の部品実装面に実装された回路部品２０と、上記基材１１に上記回路部品２０を覆う絶縁層１２を介して積層された板状の他の部材１３と、この他の部材１３の露出面（外層面）と上記回路部品２０との間に穿設された穴部１５と、上記他の部材１３に実装されて上記穴部１５を介し上記回路部品２０に直接回路接続された外装部品３０とを具備して構成される。

基材１１は、例えばシート状のプリプレグにより構成され、両面に導電パターンを形成する導電層を有している。この基材を以下第１の基材と称す。この第１の基材１１の内層側パターン形成面には、予め定められた回路部品実装位置に、部品実装用パッド１１ａ，１１ｂが形成されている。この実施形態では、上記部品実装用パッド１１ａ，１１ｂのうち、一方のパッド１１ａは回路配線を伴わない（回路接続されていない）部品実装固定用のパッド（オープンパッド）である。

回路部品２０は、直方体形状若しくは筒形状の部品本体に一対の電極２１ａ，２１ａを設けたチップ部品である。この実施形態で扱うチップ部品としては、例えばコンデンサ、抵抗素子等の受動素子を例に挙げることができるが、受動素子に限らず、特定の動作機能を有する２端子若しくは３端子以上の能動素子であってもよい。

上記回路部品２０は、一対の電極２１ａ，２１ａが上記部品実装用パッド１１ａ，１１ｂに半田Ｓａ，Ｓｂで接合されることによって第１の基材１１の回路部品実装位置に実装される。この第１の基材１１の回路部品実装位置に実装された回路部品２０は絶縁層１２に覆われる。この際、回路部品２０の下面部と第１の基材１１のパターン形成面との間に形成される間隙部分に絶縁層１２を形成する樹脂材料若しくは他の充填材料が含浸されボイドの発生を抑制している。

他の部材１３は、上記した第１の基材１１と同様に、例えばシート状のプリプレグにより構成され、両面に導電パターンを形成する導電層を有している。この他の部材を以下第２の基材と称す。この第２の基材１３は、絶縁層１２を介して第１の基材１１に積層されている。

上記第２の基材１３には、上面（外層面）と回路部品２０の電極２１ａとの間に、電極２１ａの一部が露出する穴部１５が穿設されている。

この穴部１５に、回路部品２０と外装部品３０とによる部品相互の電極を接合するための半田Ｓｃが充填されている。この半田Ｓｃにより、プリント配線板の内蔵部品となる回路部品２０の電極２１ａが外装部品３０の電極３１に半田接合され、外装部品３０が配線板に内蔵された回路部品２０に、配線パターン、スルーホール等を介さず、穴部１５を介して直接、回路接続されている。この実施形態では、回路部品２０の電極２１ａが配線パターンに接続されないオープンパッド１１ａに半田実装されていることから、外装部品３０の電極３１が回路部品２０を介して第１の基材１１に回路接続されている。

この第２の基材１３に実装されて穴部１５を介し内蔵部品（回路部品２０）に直接回路接続される外装部品３０としては、例えば、ＢＧＡ（ball grid array）、ＣＳＰ（chip size package）、ＬＧＡ（Land grid array）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）等の半導体素子を挙げることができる。上記外装部品３０はＱＦＮを例に示している。

なお、上記した第１の基材１１および第２の基材１３を積層したプリント配線板には、通常の多層プリント配線板と同様に、内外層の各配線パターン、ビアホール、スルーホール等が形成される。ここでは、第２の基材１３に形成された配線パターン１３ａと、第１の基材１１および第２の基材１３にそれぞれ形成されたビアホール１３ｖと、一つのスルーホール１７とを例示している。

図２は上記図１に示す、外装部品３０を具備するプリント配線板の製造工程を説明するための図である。

図２（ａ）に示す工程では、第１の基材１１と絶縁層１２と第２の基材１３とを積層した、回路部品２０を内蔵するプリント配線板を製造する。

図２（ｂ）に示す工程では、上記図２（ａ）の工程で製造されたプリント配線板に、外装部品３０を内蔵回路部品２０に直接回路接続（端子間接続）するための孔開け加工を行う。ここでは、例えばレーザ孔開け加工により、第２の基材１３の上面（外層面）から、配線板に内蔵された回路部品２０の電極２１ａに向けて、電極２１ａが露出する深さの孔開けを行い、穴部１５を形成する。

図２（ｃ）に示す工程では、上記図２（ｂ）の工程で穿設された穴部１５に、回路部品２０の電極２１ａと外装部品３０の電極３１とを接合するための半田Ｓｃを充填する。半田Ｓｃの充填方法としては、半田印刷、半田ディスペンス等の充填手段が適用可能である。

図２（ｄ）に示す工程では、第２の基材１３上の予め定められた部品実装位置に外装部品３０を配置して、リフロー処理により上記穴部１５に充填された半田Ｓｃを加熱溶解し、回路部品２０の電極２１ａと外装部品３０の電極３１とを半田接合する。

上記した工程により、外装部品３０を、内外層の配線パターン、スルーホール等を用いることなく、穴部１５を介して、直接、内蔵回路部品２０に回路接続したプリント配線板を製造することができる。これにより、内蔵部品に回路接続される外装部品を設けたプリント配線板において、該配線板をより薄型化できるとともに、上記外装部品の実装に伴う内外層の配線パターンを省略してパターン配線を簡素化でき、これに伴い実装回路を高密度化できる。さらに、外装部品３０を、内外層の配線パターン、スルーホール等を用いることなく、穴部１５を介して、直接、内蔵回路部品２０に回路接続した構造であることから、外装部品３０の回路配線に於いて、配線パターンの引き回しによる、電圧降下、信号漏れ等に配慮した自由度の高い回路配線が可能になる。

上記した第１実施形態では、バンプを形成していない電極構造の外装部品３０を実装対象としていたが、電極部にバンプを形成した外装部品を実装対象とした場合の本発明の第２実施形態における一部製造工程を図３に示している。

この図３に示す工程が上記図２に示す工程と特に異なるところは、図２（ｂ）に相当する図３（ａ）の工程で穴部１５を形成した後、この穴部１５に対して半田の充填は行わず、図３（ｂ）に示す外装部品３２のバンプ３３を図３（ｃ）に示すように上記穴部１５に嵌挿し、リフロー処理により加熱して、図３（ｄ）に示すようにバンプ３３を回路部品２０の電極２１ａに直接、接合することにより、外装部品３２を、配線パターン、スルーホール等を用いることなく、穴部１５を介して、直接、内蔵回路部品２０に回路接続している。なお、バンプ３３は、半田バンプ、金バンプのいずれであってもよい。

このような加工工程においても、外装部品３２を、配線パターン、スルーホール等を用いることなく、穴部１５を介して、直接、内蔵回路部品２０に回路接続したプリント配線板を製造することができる。

上記した各実施形態では、穴部１５内に電極接合部を直接形成していたが、穴部１５にメッキを施してビアホールと同様の接合形態でメッキを施した穴部１５に外装部品の電極を実装する場合の本発明の第３実施形態における一部製造工程を図４に示している。

この図４に示す工程が上記図２および図３に示す工程と特に異なるところは、図４（ａ）に示す、スルーホールやビアホール等の孔開け工程で同時に穴部１５の孔開けを行い、同図（ｂ）に示す、スルーホールやビアホール等のメッキ工程で同時に穴部１５にメッキ１６を施して、回路部品２０の電極２１ａに接合するメッキ１６を施した外部電極接合用の穴部１５を形成する。この穴部１５に、半田を充填し（図２（ｃ）参照）、若しくはバンプを嵌挿（図３（ｂ）参照）して、リフロー処理により外装部品の電極を穴部１５のメッキ１６を介し回路部品２０の電極２１ａに接合する。

このような加工工程においても、図２に示す外装部品３０、若しくは図３に示す外装部品３２を、配線パターン、スルーホール等を用いることなく、穴部１５を介して、直接、内蔵回路部品２０に回路接続したプリント配線板を製造することができる。

上記した各実施形態では回路部品２０第１の基材１１の内層面に沿い基材１１に実装した回路部品２０の実装例であったが、回路部品２０を配線板の積層方向に実装した場合の本発明の第４実施形態における構成を図５に示している。ここでは、回路部品２０の電極２１ａが第１の基材１１に形成したビアホール１３ｖに接合され、回路部品２０の電極２１ｂの一部が露出する穴部１５に、外装部品３０の電極が半田接合されて、外装部品３０が、穴部１５を介し、直接、内蔵回路部品２０に回路接続された例を示している。

上記した第１実施形態では、回路部品２０の電極２１ａの中心位置上に穴部１５を形成していたが、例えば図６（ａ）に示すように、穴部１５の開口位置を電極２１ａの先端側にずらせて、同図（ｂ）に示すように電極２１ａの先端面を含め半田Ｓｃにより半田接合することで、電極２１ａと半田Ｓｃの接合面積を拡げることができる。これにより、外装部品３０の電極３１と回路部品２０の電極２１ａとの間の電極間接合を、より強固なものにすることができるとともに、電流容量の大きな（電気抵抗の少ない）電極間接続が可能となる。

上記した第１実施形態では、第１の基材１１の内層に形成された部品実装面と、該部品実装面に実装された回路部品２０との間に、電極２１ａ，２１ａの厚み分以上の間隙が形成される部品実装構造であったが、図７に示すように、第１の基材１１の内層面に、部品実装用パッド１１ａ，１１ｂを部品実装面内に埋設し、この部品実装面内に埋設された部品実装用パッド１１ａ，１１ｂに回路部品２０の電極２１ａ，２１ａを半田接合して回路部品２０を第１の基材１１の部品実装面に実装することにより、配線板全体の厚みをより薄肉化でき、かつ部品実装面と回路部品２０との間の間隙に生ずるボイドの発生を抑制できる。

上記第１実施形態により製造されたプリント配線板を実装した電子機器の構成を図８に示している。この図８は、上記実施形態に係るプリント配線板をポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。

図８に於いて、ポータブルコンピュータ１の本体２には、表示部筐体３がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体２には、ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部が設けられている。表示部筐体３には例えばＬＣＤ等の表示デバイス６が設けられている。

また本体２には、上記ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部および表示デバイス６を制御する制御回路を組み込んだプリント回路板（マザーボード）８が設けられている。このプリント回路板８は、上記図１に示した第１実施形態のプリント配線板を用いて実現される。

このプリント回路板８に用いたプリント配線板は、内蔵部品の部品実装面を有する板状の第１の基材１１と、この第１の基材１１の部品実装面に実装された回路部品２０と、上記第１の基材１１に上記回路部品２０を覆う絶縁層１２を介して積層された板状の第２の基材１３と、この第２の基材１３の露出面（外層面）と上記回路部品２０との間に穿設された穴部１５と、上記第２の基材１３に実装されて上記穴部１５を介し上記回路部品２０に直接回路接続された外装部品３０とを具備して構成される。上記穴部１５は、第２の基材１３の上面（外層面）と回路部品２０の電極２１ａとの間に、電極２１ａの一部が露出して形成され、この穴部１５に、回路部品２０と外装部品３０とによる部品相互の電極を接合するための半田Ｓｃが充填されている。この半田Ｓｃにより、プリント配線板の内蔵部品となる回路部品２０の電極２１ａが外装部品３０の電極３１に半田接合され、外装部品３０が配線板に内蔵された回路部品２０に、配線パターン、スルーホール等を介さず、穴部１５を介して直接、回路接続されている。上記第２の基材１３に実装されて穴部１５を介し内蔵回路部品２０に直接回路接続される外装部品３０は、下面に図引用文献接続電極を設けた、例えば、ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＬＧＡ、ＱＦＮ等の半導体素子である。

上記した構造のプリント配線板により所定の回路機能をもつプリント回路板８を構成したことにより、内蔵基板の薄型化による装置の小型化、回路の高機能化が図れる。

本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の構成を示す側断面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の第２実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の第３実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の第４実施形態に係るプリント配線板の製造工程を示す側断面図。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の他の電極接続例を示す図。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の他の内蔵部品実装例を示す図。 本発明の実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…ポータブルコンピュータ、２…本体、３…表示部筐体、４…ポインティングデバイス、５…キーボード、６…表示デバイス、８…プリント回路板（マザーボード）、１１…第１の基材、１１ｂ，１１ｂ…部品実装用パッド、１２…絶縁層（樹脂材料）、１３…第２の基材、１５…穴部、１６…メッキ、２０…回路部品、２１ａ，２１ａ…電極、３０，３２…外装部品、３１…電極、３３…バンプ。

Claims (7)

1. 部品実装面を有する板状の基材と、
   前記基材の前記部品実装面に実装された回路部品と、
   前記基材に前記回路部品を覆う絶縁層を介して積層された板状の他の部材と、
   前記他の部材の露出面と前記回路部品との間に穿設された穴部と、
   前記他の部材に実装されて前記穴部を介し前記回路部品に直接回路接続された外装部品と
   を具備したことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記回路部品は、直方体形状若しくは筒形状の部品本体に複数の電極を設けたチップ部品であり、前記穴部が前記チップ部品の一部電極に対して穿設されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記穴部に半田が充填され、前記外装部品は前記穴部に充填された半田を介して前記回路部品に直接回路接続されることを特徴とする請求項１または２記載のプリント配線板。
4. 前記外装部品は、底面に電極を有する半導体チップであり、前記電極が前記半田を介して前記回路部品に直接回路接続されることを特徴とする請求項３記載のプリント配線板。
5. 前記外装部品は、底面にバンプを有する半導体チップであり、前記バンプが前記穴部に嵌挿されて前記回路部品に直接回路接続されることを特徴とする請求項３記載のプリント配線板。
6. 回路部品を内蔵した配線板本体の一方の面に、前記回路部品に回路接続される外装部品を実装するプリント配線板の外装部品実装方法であって、
   前記配線板本体の一方の面に、前記回路部品の一部が露出する穴を穿設し、
   前記穴内に前記外装部品と前記回路部品との接合部を形成して、
   前記外装部品を前記接合部を介し前記回路部品に直接、回路接続した
   ことを特徴とするプリント配線板の外装部品実装方法。
7. 電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路基板とを具備し、
   前記回路基板は、回路部品を内蔵した配線板本体の一方の面に前記回路部品の一部が露出する穴部を有し、該穴部に接合部を形成して前記接合部を介し前記回路部品に外装部品を直接回路接続したプリント配線板により構成されていることを特徴とする電子機器。

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