JP2009206324A - 多層プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら大電流が流れる主回路と微小電流が流れる制御回路とを１枚の多層プリント配線基板に高密度に混載することができる多層プリント配線基板を提供する。
【解決手段】複数の導体層と少なくとも一層以上の絶縁層とが互いに積層された多層プリント配線基板であって、前記導体層には、所定の配線パターンが設けられて、所定の電流値を超える電流が流れる前記配線パターンには、前記絶縁層を貫通するように穿たれて、複数の導体板層を電気的に接続する中空の貫通孔を複数設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は多層プリント配線基板に係り、特に微小電流を流す信号パターンと大電流を流す電力パターンとの両方の配線パターンを有する多層プリント配線基板に関する。

従来、大電流を扱うスイッチング電源装置やインバータなどの電力変換装置に用いられる多層プリント配線基板は、図３の概略構成図に示されるようにパワー半導体素子１や大容量のコンデンサ２等の主回路部品が実装されて、配線パターンに大電流が流れる主回路配線基板３と、電力変換装置の制御部を司る制御用集積回路４やバイパスコンデンサ５等が実装されて、配線パターンに微小な信号電流が流れる制御配線基板６とに分かれて構成されることが多い。
これらの配線基板３，６は、例えば４つの導体層およびこれらの各導体層を絶縁する３つの絶縁層を備えた４層基板として構成された場合、それぞれの配線基板３，６は、例えば図４，５の断面図に示すような断面構造をとる。
すなわち配線パターンに大電流が流れる主回路配線基板３は、大電流を流すため複数の導体層７の厚みがそれぞれ厚く形成される（例えば、特許文献１を参照）。一方、微小な信号電流が配線パターンに流れる制御配線基板６は、高密度な配線パターンとするために複数の導体層７の厚みをそれぞれ薄くして形成される。
特開２００７−２４２６５９号公報

しかしながら、上述したように電力変換装置において主回路配線基板３と制御配線基板６とに分けて構成した場合、多層プリント配線基板を製作する工程が倍になり、製作コストが増加することが否めない。製作コストの増加を抑えるためには多層プリント配線基板の枚数を少なくすればよいものの、特許文献１に記載されているように高密度密度が困難になるという新たな問題が生ずる。即ちこの問題は、主回路配線基板３に大電流を通ずることができるよう厚みを厚くした厚膜導体層７ａを用いていることに起因する。つまり厚膜導体層７ａをエッチングして形成される配線パターンは、図６，７に示されるように絶縁層８（基体）に対して鉛直方向に削られるのではなく、配線パターンのボトム部やトップ部に対してその中心部近傍で、その断面の幅が狭くなるような括れた状態になる。この現象は、厚膜導体層７ａが厚いほど顕著になる。このため制御配線基板のような細い配線パターンを高密度に配線することができなくなる。
一方、図８に示すように導体層の厚みが薄い薄膜導体層７ｂを用いた場合、上述したようなエッチングによる括れは少なく、各配線パターンとの間隔を狭く設定することができ、高密度の配線が可能となる。
このようなことから主回路と制御回路との両方を一つの多層プリント配線基板に実装可能なように製作すると、図６に示すように制御回路が実装される箇所の配線パターンの間隔が広くならざるおえず高密度の実装ができなくなる。このため主回路と制御回路とを混載した多層プリント配線基板は、その面積が増加し、延いては電力変換装置が大形化するという問題が生ずる。

さらに配線パターン間の間隔が広がることによって、配線パターンから空間に放射されるノイズが増加することや、逆に外来からのノイズが配線パターンに誘導されて回路が誤作動するという懸念もある。
本発明は、このような従来の問題を解決するべくなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成でありながら大電流が流れる主回路と微小電流が流れる制御回路とを１枚の基板上に高密度に混載することができる多層プリント配線基板を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明の多層配線基板は、複数の導体層と少なくとも一層以上の絶縁層とが交互に積層された多層プリント配線基板であって、前記導体層には、所定の配線パターンが設けられて、所定の電流値を超える電流が流れる前記配線パターンには、前記絶縁層を貫通するように穿たれて、複数の導体板層を電気的に接続する中空の貫通孔を複数設けたことを特徴としている。
また前記貫通孔は、その孔内に導電性の部材が充填されるものとして構成される。
好ましくは前記導電性の部材は、半田ペーストであることが望ましい。

本発明の多層プリント配線基板によれば、導体層の厚みを薄くして配線パターンを高密度で形成し、制御回路部の部品を高密度に実装することを可能とする一方、主回路部が実装される箇所においては、複数の導体板層を電気的に接続する中空の貫通孔を多数設けることにより配線パターンの電気抵抗値を低減させて大電流を通電可能としている。このため本発明の多層プリント配線基板は、主回路部と制御回路部とを同一の基板上に実装することができるので、スイッチング電源等の電力変換装置に適用される多層プリント配線基板の枚数を削減することが可能となり、低コスト化することが可能となる。さらに本発明の多層プリント配線基板は、複数の貫通孔に導電性の部材（例えば半田ペースト等）を充填しているので大電流が流れる主回路部における配線パターンの電気抵抗を効果的に低減することができる。したがって、本発明の多層プリント配線基板は、より効果的に配線パターンに流れる電流によって生じる損失を低減することができ、電力変換装置を高効率化することが可能となる。
また本発明の多層プリント配線基板は、配線パターンの間隔を狭く設計できるので、放射ノイズが低減されるとともに、外来ノイズが配線パターンに誘起されることによる誤動作を防止することができるという実用上極めて優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の一実施形態に係る多層プリント配線基板について、図１，２の図面を参照しながら説明する。これらの図中、図３〜８と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成は図に示す従来のものと同様であるので説明を省略する。なお、図１，２は、本発明の一実施形態を説明するための図面であって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
さて、図１，２に示す多層プリント配線基板は、制御回路を実装するに適した図５に示すような薄膜導体層７ｂを用いて構成される。本発明の多層プリント配線基板は、薄膜導体層７ｂを用いているので、前述したように高密度の実装が可能な配線パターンを構成することができる。このため複数の配線パターン間の距離を狭く設計することが可能となり、またこれらの配線パターンから放射されるノイズ（放射ノイズ）を低減することができる。逆に配線パターン間の距離が短いので、外来からのノイズを受け難くなり、それ故、回路の誤作動も防止することができる。
一方、主回路が搭載される主回路部の配線パターンには、複数の絶縁層８を貫通するように穿たれて、複数の薄膜導体層７ｂを電気的に接続する複数のバイア９が設けられる。これら複数のバイア９には、その電気抵抗を低減するため内側にメッキ処理が施されている。なお、図１は多層プリント配線基板の断面図を示したものであるが、この紙面の表側から裏側に向かう方向にも、同様に複数のバイア９が横並びに設けられている。このように本発明の多層プリント配線基板は、主回路部の配線パターンに複数のバイア９を設けているので、薄膜導体層７ｂの厚みおよび面積を実質的に基板の面方向（水平方向）に増加させたことと同じ効果が得られる。

また好ましくは、複数のバイア９内に例えば半田ペースト等の導電性の部材を充填し、主回路部および制御回路部の各部品を半田付け（リフロー）により基板上に実装する際の熱によって固着させることが望ましい。このようにすることでバイア９は、その電気抵抗値をより低減させることができ、当該箇所に大電流を通した際の抵抗損を抑えることができる。
なお、上述した実施例は、貫通孔をバイアとして説明したがプリント配線基板の表面から裏面に貫通するように穿たれて複数の導体層を電気的に接続するスルーホールであってもよい。また半田ペーストに替えて導電性を有する金属（例えば、金、銀、銅など）を貫通孔９に充填してもよい。
かくして本発明の多層プリント配線基板によれば、導体層に薄膜導体層７ｂを用いているので高密度の配線パターンを形成することのできると共に、大電流が流れる配線パターンには、絶縁層８を貫通する複数のバイア９を設け、複数の薄膜導体層７ｂとを電気的に接続しているので、配線パターンの電気抵抗値を低く抑えることができ、主回路部の大電流を通ずることができる。このため本発明の多層プリント配線基板は、制御回路部と主回路部とを同一基板上に実装することができる。

また本発明の多層プリント配線基板は、導体層の厚みが薄い薄膜導体層７ｂを用いているので制御回路部における配線パターン間の距離を狭く設計することができ、これらの配線パターンからの放射されるノイズを低減することができる一方、外来からのノイズが受け難くなり、それ故、電力変換装置の誤作動も防止することができるという実用上多大なる効果を奏する。
尚、本発明の多層プリント配線基板は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもかまわない。

本発明の一実施形態に係る多層プリント配線基板の断面を示す図。 本発明の一実施形態に係る多層プリント配線基板に主回路部および制御回路部の各部品を実装した一例を示す図。 主回路部と制御回路部とをそれぞれ別の多層プリント配線基板で構成した従来構成の一例を示す図。 大電流を通ずることができる多層プリント配線基板の断面を示す図。 制御回路等の微小電流を通じ、高密度実装に適した多層プリント配線基板の断面を示す図。 図４に示した多層プリント配線基板に配線パターンを構成するため、その表裏にエッチングを施した多層プリント配線基板の断面の一例を示す図。 図６に示した多層プリント配線基板においてエッチングされた配線パターンの一部を拡大した断面図。 図５に示した多層プリント配線基板に配線パターンを構成するため、その表裏にエッチングを施した多層プリント配線基板の断面の一例を示す図。

符号の説明

１ パワー半導体素子
２ コンデンサ
３ 主回路配線基板
４ 制御用集積回路
５ バイパスコンデンサ
６ 制御配線基板
７ 導体層
７ａ 厚膜導体層
７ｂ 薄膜導体層
８ 絶縁層
９ バイア

Claims (3)

1. 複数の導体層と少なくとも一層以上の絶縁層とが交互に積層された多層プリント配線基板であって、
   前記導体層には、所定の配線パターンが設けられて、
   所定の電流値を超える電流が流れる前記配線パターンには、前記絶縁層を貫通するように穿たれて、複数の導体板層を電気的に接続する中空の貫通孔を複数設けたことを特徴とする多層プリント配線基板。
2. 前記貫通孔は、その孔内に導電性の部材が充填されるものである請求項１に記載の多層プリント配線基板。
3. 前記導電性の部材は、半田ペーストである請求項２に記載の多層プリント配線基板。

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