JP2009088365A - 多層プリント配線基板の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＡパッケージを半田付けするためのパッドの間に、ＶＩＡを最適位置に配置することができる多層プリント配線基板の設計方法を提供する。
【解決手段】多層プリント配線基板１０上に例えばインチ系のグリッド１１が設定され、このグリッド１１を用いてインチ系のＩＣ２１等が配置される。一方、メートル系のＢＧＡパッケージ２４を接続するための複数のパッド１３は、グリッド１１を無視して配置される。このグリッド１１を無視して配置されたパッド１３の領域内に、この多層プリント配線基板１０の層間接続を行うためのＶＩＡ１４を配置する場合、配置すべきＶＩＡ１４を囲む４個のパッド１３ａ〜１３ｄの中心Ｃａ〜Ｃｄを結ぶ四辺形の対角線の交点Ｄを中心として、このＶＩＡ１４を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層プリント配線基板の設計方法、特にＢＧＡ(Ball Grid Array)パッケージを半田付けするためのパッドの間にＶＩＡ（層間接続用のスルーホール）を配置する方法に関するものである。

プリント配線基板に電子部品を配置して、その電子部品のリード間を配線パターンで接続するプリント配線基板の配置配線設計では、設計の効率アップや基板の製造容易性の確保のために、一般的にオングリッド方式が用いられている。

オングリッド方式とは、プリント配線基板全体に等間隔に碁盤の目のような格子状の座標（グリッド）を設定し、その格子の交叉点に各電子部品のリード位置を合わせると共に、各電子部品のリード間の配線を格子の線上に配置するレイアウト方法である。

一般的に、電子部品は、接続用の端子の間隔（リードピッチ）がインチ系となっており、グリッドの間隔を０．２５４ｍｍや０．５０８ｍｍのインチ系に設定することにより、プリント配線基板上にすべての電子部品を整然と配置することができる。

なお、オングリッド方式に対し、グリッドを用いずに自由に配置配線を行うオフグリッド方式がある。しかし、オフグリッド方式では隣接する他の配線パターンとのクリアランスを考慮しつつ結線処理を行う必要があるため、処理に時間が掛かるという欠点がある。

下記特許文献１には、先ず全配線をグリッド上の載せるオングリッド方式で配線処理を行い、グリッド上で配線できない未結線ペアが発生した場合に、オフグリッド方式を併用してその未結線ペアの配線を行う配線設計方法が記載されている。

特開平５−２５０４４１号公報

従来、プリント配線基板に搭載される電子部品は、リードピッチがインチ系の２．５４ｍｍや１．２７ｍｍのものが殆どであった。しかし、昨今では、高密度実装を目的として、様々なリードピッチの部品が出てきており、１．０ｍｍや０．５ｍｍのメートル系のリードピッチを有する電子部品も多数存在している。

そのため、インチ系リードピッチの電子部品と、メートル系リードピッチの電子部品が１つのプリント配線基板上に混在して実装されるケースが非常に多くなり、電子部品のリードを接続するためのパッドやスルーホールを、すべてグリッド上に位置するということは稀である。但し、このことはプリント配線基板を設計する上で特に問題となるような事象ではなく、大半の電子部品では、パッドやスルーホールの中心がグリッド上に位置していなくても支障はない。

しかし、電子部品がＢＧＡパッケージの場合は、以下に述べる問題が発生する。
図２は、従来の多層プリント配線基板の問題点を説明する図である。

この図２に示すように、多層プリント配線基板１の表面にインチ系のグリッド２を設定し、これにメートル系のリードピッチを有するＢＧＡパッケージを配置した場合、このＢＧＡパッケージを接続するための複数のパッド３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，…の内、例えば、パッド３ａの中心をグリッド２に合わせることができる。このとき、他のバッド３ｂ，３ｃ，３ｄ，…の中心は、グリッド２からずれた位置に配置されることになる。この状態でも、パッド３ｂ，３ｃ，３ｄ，…等を接続する配線パターン４の配置には、特段の問題は生じない。

ところが、ＢＧＡパッケージの配置箇所で、この多層プリント配線基板１の層間接続を行うためのスルーホール（ＶＩＡ）を配置する必要がある場合、オングリッド方式では、配置すべきＶＩＡ５の中心は、このＶＩＡ５を囲む４個のパッド３ａ〜３ｄの内側のグリッド２の内のいずれか１つの位置に割り当てられる。この場合、パッド３ａ〜３ｄの間隔はグリッド２の間隔とは異なっているため、ＶＩＡ５は各パッド３ａ〜３ｄから等距離には配置されず、何れかのパッド３ａ〜３ｄに接近することになる。例えばパッド３ａとＶＩＡ５が接近していても、その距離が予め決められた最小間隙値以上であれば設計上は問題がないことになる。

しかし、ＢＧＡパッケージでは、パッケージ側のパッドと基板側のパッド３ａ等との間を半田ボールを使用して実装するようになっている。このため、実装時の状況によっては、半田ボールがつぶれてパッドの外にはみ出すことがある。従って、図２に示すようにＶＩＡ５とパッド３ａがあまり接近していると、実装後に半田によってＶＩＡ５とパッド３ａの間が短絡するおそれがあるという問題があった。

一方、特許文献１には、一部の配線にグリッドを無視して行うオフグリッド方式を使用する配線設計方法が示されているが、この場合は、隣接する配線の間の間隔を、予め決められた間隔以上となるように配置するもので、具体的にどこに配置すべきかが決められてはおらず、自由度が高すぎて最適な位置に配置することが困難になるという問題がある。

本発明は、ＢＧＡパッケージを半田付けするためのパッドの間に、ＶＩＡを最適位置に配置することができる多層プリント配線基板の設計方法を提供するものである。

本発明は、多層プリント配線基板上にＢＧＡパッケージを接続するための複数のパッドが格子状に配置された領域内に、該多層プリント配線基板の層間接続を行うためのスルーホールを配置する多層プリント配線基板の設計方法において、配置すべきスルーホールを囲む４個のパッドの中心を結ぶ四辺形の対角線の交点を中心として該スルーホールを配置することを特徴としている。

本発明では、ＢＧＡパッケージを接続するための複数のパッドの間に、多層プリント配線基板の層間接続を行うためのスルーホールを配置する場合に、配置すべきスルーホールを囲む４個のパッドの中心を結ぶ四辺形の対角線の交点を中心としてそのスルーホールを配置している。これにより、スルーホールがその周囲の４個のパッドから等距離になるように配置され、これらのパッドを使用してＢＧＡパッケージを多層プリント配線基板に搭載するときに、半田によってスルーホールとパッドの間が短絡するおそれが激減するという効果がある。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例を示す多層プリント配線基板の説明図であり、同図（ａ）は多層プリント配線基板の概念図、及び同図（ｂ）は、同図（ａ）中の一部の拡大図である。以下、この図１を参照して、本発明の多層プリント配線基板の設計方法を説明する。

この多層プリント配線基板１０は、図１（ａ）に示すように、第１単位系（例えば、インチ系）のリードピッチを有するＩＣ（集積回路）２１，２２やキャパシタ２３等の電子部品と、第２単位系（例えば、メートル系）のリードピッチを有するＢＧＡパッケージ２４等の電子部品を混載して実装するものである。

（処理１） 先ず、プリント配線基板１０の表面全体に、リードピッチがインチ系の電子部品（ＩＣ２１，２２やキャパシタ２３等）のリード位置を合わせるためのインチ系のグリッド１１を設定する。即ち、グリッド１１の間隔は０．２５４ｍｍや０．５０８ｍｍで、等間隔に設定される。

（処理２） 次に、プリント配線基板１０上に設定されたグリッド１１の交叉点に合わせて、ＩＣ２１，２２やキャパシタ２３等のリードを接続するための複数のパッド１２やスルーホールを配置する。

（処理３） 引き続いて、メートル系のリードピッチを有する電子部品（例えば、ＢＧＡパッケージ２４等）のリードを接続するための複数のパッド１３をプリント配線基板１０上に配置する。この場合、電子部品のリードピッチとグリッド１１のピッチが異なっているので、すべてのリード位置をグリッド１１に合わせることはできない。従って、メートル系の電子部品のリードを接続するためのパッド１３は、グリッド１１を無視して配置する。

（処理４） その後、パッド１２，１３等の間の配線パターンの配置を行うが、その際、多層プリント配線基板１０の層間接続を行うためのスルーホール（ＶＩＡ）１４を配置する必要がある。先ず、ＶＩＡ１４を設ける場所が、ＢＧＡパッケージ２４等のメートル系のリードピッチを有する電子部品が配置された箇所以外である場合は、このＶＩＡ１４の中心をグリッド１１に合わせて配置する。

（処理５） 更に、ＶＩＡ１４を設ける場所が、ＢＧＡパッケージ２４等のメートル系のリードピッチを有する電子部品が配置された箇所の場合は、その配置すべきＶＩＡ１４を囲んで配置されたＢＧＡパッケージ２４等のリードを接続するための４個のパッド１３の中心を結ぶ四辺形の対角線の交点に合わせて配置する。

図１（ｂ）は、この処理５において、ＢＧＡパッケージ２４が配置された箇所にＶＩＡ１４を配置するときの状況を具体的に説明するものである。

先ず、配置すべきＶＩＡ１４を囲む４個のパッド１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを特定し、それらの中心位置Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄの座標を算出する。

次に、これらの中心位置Ｃａ〜Ｃｄを結んで形成される四辺形ＣａＣｂＣｃＣｄの対角線の交点Ｄの座標を算出し、この交点ＤにＶＩＡ１４の中心を配置する。これにより、ＶＩＡ１４と、その周囲に配置された４個のパッド１３ａ〜１３ｄとの間の各距離が等距離となる。

以上のように、本実施例の多層プリント配線基板１０は、グリッド１１を無視して配置されたＢＧＡパッケージ２４等の領域にＶＩＡ１４を配置する場合に、その配置すべきＶＩＡ１４を囲んで配置されたＢＧＡパッケージ２４等のリードを接続するための４個のパッド１３の中心を結ぶ四辺形の対角線の交点が、そのＶＩＡ１４の中心となるように配置している。これにより、ＶＩＡ１４が、それを囲む４個のパッド１３の中心に配置されるので、このＶＩＡ１４と周囲の４個のパッド１３との各距離が等しくなる。従って、パッド１３を使用してＢＧＡパッケージ２４等を多層プリント配線基板１１に搭載するときに、半田によってＶＩＡとパッドの間が短絡するおそれを激減させることができるという利点がある。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
（ａ） 多層プリント配線基板１０にインチ系のグリッド１１を設定しているが、メートル系のグリッドを設定しても良い。その場合、インチ系のリードピッチを有する電子部品を接続するためのパッドは、グリッドを無視して配置することになる。
（ｂ） グリッドは、インチ系またはメートル系に限定されない。即ち、グリッドと同じ単位系のリードピッチを有する電子部品のパッドは、そのグリッドに合わせて配置し、そのグリッドとは異なる単位系のリードピッチを有する電子部品のパッドは、そのグリッドを無視して配置すれば良い。そして、グリッドを無視して配置した領域内にＶＩＡを配置するときには、その配置すべきＶＩＡを囲んで配置された電子部品の４個のパッドの中心を結ぶ四辺形の対角線の交点が、そのＶＩＡの中心となるように配置すれば良い。

本発明の実施例を示す多層プリント配線基板の説明図である。 従来の多層プリント配線基板の問題点を説明する図である。

符号の説明

１０ 多層プリント配線基板
１１ グリッド
１２，１３ パッド
１４ ＶＩＡ
２１，２２ ＩＣ
２３ キャパシタ、
２４ ＢＧＡパッケージ

Claims (4)

1. 多層プリント配線基板上にＢＧＡパッケージを接続するための複数のパッドが格子状に配置された領域内に、該多層プリント配線基板の層間接続を行うためのスルーホールを配置する多層プリント配線基板の設計方法であって、
   配置すべきスルーホールを囲む４個のパッドの中心を結ぶ四辺形の対角線の交点を中心として該スルーホールを配置することを特徴とする多層プリント配線基板の設計方法。
2. 第１単位系のリードピッチを有する第１の電子部品と第２単位系のリードピッチを有する第２の電子部品を混載して実装するための多層プリント配線基板の設計方法であって、
   前記第１の電子部品のリードを接続するためのパッドを第１単位系のグリッドに合わせて配置する処理と、
   前記第２の電子部品のリードを接続するためのパッドを前記グリッドを無視して配置する処理と、
   前記第２の電子部品の配置箇所以外の場所において、前記多層プリント配線基板の層間接続を行うためのスルーホールを前記グリッドに合わせて配置する処理と、
   前記第２の電子部品の配置箇所において、前記多層プリント配線基板の層間接続を行うためのスルーホールを、その配置すべきスルーホールを囲んで配置された前記第２の電子部品のリードを接続するための４個のパッドの中心を結ぶ四辺形の対角線の交点に合わせて配置する処理とを、
   行うことを特徴とする多層プリント配線基板の設計方法。
3. 前記第２の電子部品はＢＧＡパッケージであることを特徴とする請求項２記載の多層プリント配線基板の設計方法。
4. 前記第１単位系と第２単位系は、一方がインチ系で他方がメートル系であることを特徴とする請求項２または３記載の多層プリント配線基板の設計方法。

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