JP4214640B2

JP4214640B2 - 多層プリント配線板

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Publication number: JP4214640B2
Application number: JP31273099A
Authority: JP
Inventors: 敏彦小池; 芳邦谷口; 忠良池野; 康夫久世
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001135937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を高密度実装するために３個以上の配線板を積層した多層プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器（特に携帯用電子機器）の小型化、薄型化に伴って、半導体デバイス、抵抗、コンデンサ等の電子部品のプリント配線板への実装密度が非常に高くなってきている。
【０００３】
従来の表面実装技術（ＳＭＴ）では、電子部品の小型化や電子部品間のギャップ縮小によって実装密度を上げてきた。例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）を例に取ると、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）であったＬＳＩをＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）若しくはＣＳＰ（チップサイズパッケージ）にしたり、或いはベアチップ実装する等していた。これにより、同程度の性能、機能等を有するＬＳＩ等の実装面積を縮小し、同じ回路規模を持つプリント配線板の小型化が図られていた。
【０００４】
ところが、これらは同一平面上の実装面積を問題とした二次元実装であるため、実装面積はあくまでもプリント配線板の表面の面積のみであった。そのため、更なる小型化を図るには、プリント配線板上に他のプリント配線板を積層する三次元実装に移行する必要がある。
【０００５】
このような三次元実装を可能とした多層プリント配線板としては、例えば、図１０Ａ〜Ｆに示すようなものが知られている。この図１０Ａ〜Ｆは、ＬＳＩを収納した多層プリント配線板１を製造する工程を示すものである。多層プリント配線板１は、四角形をなす３枚の配線板からなる下部配線板２と、四角形の枠体からなる中部配線板３と、四角形の上部配線板４と、電子部品であるＬＳＩ５等を備えている。
【０００６】
図１０Ａに示すように、下部配線板２は、３枚の配線板を上下に重ね合わせることにより一体に形成されている。各配線板には所定形状の配線パターンがそれぞれ設けられており、それらの配線パターンは各配線板を貫通するスルーホール６ａによって電気的に接続されている。下部配線板２の最上層の配線板の上面には、ＬＳＩ５が実装される配線パターン７が設けられている。この下部配線板２の上面に、図１０Ｂに示すように、中部配線板３が積層されている。
【０００７】
中部配線板３は、配線パターン７の中央部を露出させる開口部８を有し、この開口部８内に、図１０Ｃに示すように、配線パターン７の所定位置に装着されたＬＳＩ５が挿入されている。この中部配線板３には多数の層間スルーホール６ｂが設けられており、また、開口部８には、図１０Ｄに示すように、封止樹脂９が埋め込まれている。この中部配線板３の上面に、図１０Ｅに示すように、上部配線板４が積層されている。
【０００８】
上部配線板４には、所定形状の配線パターン１０が設けられている。この配線パターン１０の所定位置には、図１０Ｆに示すように、ＬＳＩ５ａや抵抗５ｂその他の電子部品が表面実装されている。この上部配線板４には多数の層間スルーホール６ｃが設けられており、これらの層間スルーホール６ｃが中部配線板３の層間スルーホール６ｂを介して下部配線板２の層間スルーホール６ａと電気的に接続されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の多層プリント配線板１においては、中部配線板３に開口部８を設けてこの開口部８内に下部配線板２の上面に実装されたＬＳＩ５を収納し、この開口部８を樹脂９で埋め込んだ後、開口部８を閉鎖するように上部配線板４を取り付ける構成となっていた。そのため、開口部８内に充填される樹脂９の量が多いと、余分な樹脂９が下部配線板２と中部配線板３との間や中部配線板３と上部配線板４との間に入り込み、層間スルーホール６ａと層間スルーホール６ｂとの間又は層間スルーホール６ｂと層間スルーホール６ｃとの間を引き剥がし、接触不良を引き起こすおそれがあるという課題があった。
【００１０】
一方、中部配線板３の開口部８を樹脂９で埋めない場合には、上部配線板４に電子部品５ａ，５ｂを表面実装する際に、半田を溶かす熱によって上部配線板４が加熱され、その熱で開口部８内に密封された空気が膨張する。また、実装後に上部配線板４の熱が下がると、開口部８内に密封された空気が収縮する。このような温度変化が上部配線板４に加えられると、上部配線板４と中部配線板３との接合部にストレスが発生する。このストレスによって接合部に剥離が生じると、同じく層間スルーホール６ａと層間スルーホール６ｂとの間又は層間スルーホール６ｂと層間スルーホール６ｃとの間が引き剥がされ、接触不良を引き起こすおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、中部配線板を複数個の配線片で構成し、この複数個の配線片を枠状に組み合わせることにより、上部配線板等に余分なストレスが加えられないようにして接触不良等の不具合の発生を防止し、上記課題を解決することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題等を解決し、上記目的を達成するために、本出願は、電子部品が装着される下部配線板と、この下部配線板上に積層されると共に電子部品が挿入される開口部を設けた中部配線板と、この中部配線板上に積層されると共に開口部を閉鎖する上部配線板と、開口部に充填された封止樹脂と、を備え、中部配線板は、複数個の配線片からなり、この複数個の配線片を枠状に組み合わせて中部配線板を構成したものである。
【００１５】
また、本出願は、中部配線板の複数個の配線片は、少なくとも１箇所において隣合う配線片間に隙間を形成するように配置したものである。
【００１６】
上述のように構成したことにより、本発明では、複数個の配線片を枠状に組み合わせて中部配線板を構成し、この中部配線板の開口部内に封止樹脂を充填することにより、中部配線板の材料取りの無駄を少なくしてコストダウンを図ることができると共に、電子部品に水分が付着するのを防止することができ、また、組立時の作業性を向上することができる。
【００１９】
本発明では、隣合う配線片の少なくとも１箇所に隙間を設けて複数個の配線片を配置し、この隙間から空気を流通させることにより、内外の温度変化によって上部配線板に無理な力が加えられるのを防止し、上部配線板の剥離や電気的接触不良の発生を防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図９は本発明の実施例を示すもので、図１〜図４は本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例の製造工程を説明する斜視図、図５は同じく分解状態の断面図、図６は同じく組立状態の断面図、図７は本発明の多層プリント配線板の第１の実施例に係る配線片を示す斜視図、図８は本発明に係る多層プリント配線板の第２の実施例を示す斜視図、図９は本発明に係る多層プリント配線板の第３の実施例を示す斜視図である。
【００２１】
図１〜図６に示すように、第１の実施例に係る多層プリント配線板１１は、下部配線板１２と中部配線板１３と上部配線板１４とを備えている。下部配線板１２は、四角形をなす３枚の配線片１２ａ，１２ｂ，１２ｃを厚み方向に重ね合わせた積層構造となっている。３枚の配線片１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、主として合成樹脂によって板状に形成したものが使用されるが、必要に応じてセラミックスその他の基板材料を使用することもできる。
【００２２】
これらの配線片１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上面又は下面或いは上下両面には、必要に応じて所定の配線パターンが設けられている。図５及び図６においては、下部配線板１２の下層の配線片１２ａの下面に設けた配線パターン１５ａと、上層の配線片１２ｃの上面に設けた配線パターン１５ｂとが図示されている。この下部配線板１２は、３枚の配線片１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積層した状態で加圧接着する等の固着手段により接合されて一体的に構成されている。更に、下部配線板１２の四辺及び中央部には、３枚の配線片１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積層方向に貫通する層間スルーホール１６ａが多数個設けられている。各層間スルーホール１６ａの内面には銅等の導電性金属がメッキ処理されて筒状に付着されており、この層間スルーホール１６ａを介して上下の配線パターン１５ａ，１５ｂが電気的に接続されている。
【００２３】
中部配線板１３は、図１及び図２に示すように、Ｌ字状に形成された２個の配線片１３ａ，１３ｂの組み合わせによって構成されている。２個の配線片１３ａ，１３ｂは、互いの凹側を対向させて全体として四角形の枠体を形成するように配置され、この状態で下部配線板１２の上層の配線片１２ｃの上面に載置されている。２個の配線片１３ａ，１３ｂの両端の先端部間には、それぞれ適宜な大きさの隙間１７，１７が設定されている。更に、各配線片１３ａ，１３ｂには、厚み方向に貫通する層間スルーホール１６ｂが多数個設けられている。各層間スルーホール１６ｂの内面には銅等の導電性金属がメッキ処理されて筒状に付着されており、この層間スルーホール１６ｂによって上下面間の導通が確保されている。
【００２４】
このような配線片１３ａ，１３ｂは、例えば、図７に示すように配置することにより、材料取りの無駄を少なくして効率良く製造することができ、これにより、コストダウンを図ることができる。多数の配線片１３ａ，１３ｂは、互いに平行に配置された一対のコーナー部材１９，１９によって連結支持されている。隣合う配線片１３ａ，１３ｂは、互いに山形に重ね合わせるように配置されており、両端の先端部から側方に突出したゲート部１９ａ，１９ａによって各配線片１３ａ，１３ｂが一対のコーナー部材１９，１９に連結されている。これら配線片１３ａ，１３ｂの材質としては合成樹脂が好適であるが、必要に応じてセラミックスその他の材料を適用することができる。
【００２５】
図２に示すように、２個の配線片１３ａ，１３ｂで囲まれた開口部１８内には、電子部品の一具体例を示すＬＳＩ（大規模集積回路）２０が収納されている。このＬＳＩ２０は、下部配線板１２の上層の配線片１２ｃに設けた上面配線パターン１５ｂの中央部に実装され、例えば、はんだボールを電極として電気的に接続されている。この中部配線板１３の上に上部配線板１４が載置され、例えば、加圧接着等の固着手段により接合されている。
【００２６】
上部配線板１４は、主として合成樹脂によって四角形の板状に形成したものが使用されるが、必要に応じてセラミックスその他の基板材料を使用することもできる。上部配線板１４の上面又は下面或いは上下両面には、必要に応じて所定の配線パターンが設けられている。図５及び図６においては、上部配線板１４の下面には下面配線パターン２１ａが設けられ、上面には上面配線パターン２１ｂが設けられている。更に、上部配線板１４には、厚み方向に貫通する層間スルーホール１６ｃが多数個設けられている。各層間スルーホール１６ｃの内面には銅等の導電性金属がメッキ処理されて筒状に付着されており、この層間スルーホール１６ｃを介して上下の配線パターン２１ａ，２１ｂが電気的に接続されている。
【００２７】
図６に示すように、下部配線板１２のスルーホール１６ａと中部配線板１３のスルーホール１６ｂと上部配線板１４のスルーホール１６ｃとは、何箇所かにおいて上下方向へ重なり合うように設けられており、これにより、上中下３枚の配線板１２，１３，１４を共通に貫通する貫通スルーホール１６が複数箇所に設けられている。この貫通スルーホール１６により、下部配線板１２の上下の配線パターン１５ａ，１５ｂと上部配線板１４の上下の配線パターン２１ａ，２１ｂとが電気的に接続されている。
【００２８】
また、上部配線板１４に設けた上面配線パターン２１ｂには、開口部１８内に収納されたＬＳＩ２０とは異なる他のＬＳＩ２２や、電子部品の他の実施例を示す抵抗２３、コンデンサ等が実装され、例えば、はんだボールを電極として電気的に接続されている。
【００２９】
このような構成を有する多層プリント配線板１１は、例えば、次のようにして組み立てることができる。まず、予め所定の配線パターンが設けられた３枚の配線片１２ａ〜１２ｃを積層し、下部配線板１２を形成する。この際、図５に示すように、積層された３枚の配線片１２ａ〜１２ｃには、その厚み方向に貫通する穴を設け、その穴の内面に銅メッキを施して層間スルーホール１６ａを形成する。
【００３０】
次に、図１に示すように、下部配線板１２に中部配線板１３を積層する。これは、下部配線板１２の上層の配線片１２ｃの上面に、Ｌ字状に形成された２個の配線片１３ａ，１３ｂを、互いの角部を対角線方向に配置してそれぞれの凹側を対向させる。このとき、２個の配線片１３ａ，１３ｂの先端部間には、それぞれ隙間１７を設定する。これにより、各配線片１３ａ，１３ｂに設けた層間スルーホール１６ｂが、下部配線板１２に設けた対応する層間スルーホール１６ａに一致される。この状態で、接着剤による接着或いは加圧接着等の接合手段によって各配線片１３ａ，１３ｂを下部配線板１２に固定する。
【００３１】
次に、図２に示すように、中部配線板１３によって囲まれた開口部１８内にＬＳＩ２０（必要によりその他の電子部品を含む）を収納し、開口部１８内に現れた配線パターン１５ｂの所定位置にＬＳＩ２０を実装する。その後、図３に示すように、ＬＳＩ２０が実装された開口部１８内に、例えば、エポキシ樹脂等の封止樹脂２５を充填する。これにより、ＬＳＩ２０の表面に水分が付着するのを防止し、この水分の付着によるＬＳＩ２０の特性の劣化を防止することができる。
【００３２】
次に、図３に示すように、中部配線板１３の上に上部配線板１４を積層し、この上部配線板１４を中部配線板１３に加圧接着等の接合手段によって接合する。この場合、中部配線板１３で囲まれた開口部１８に蓋をするように上部配線板１４を組み立てると、開口部１８内に充填された封止樹脂２５の余分な部分が両サイドの隙間１７内に入り込み、その余分な封止樹脂２５が中部配線板１３と上部配線板１４との重ね合せ部分に入り込むのを抑制することができる。その結果、余分な封止樹脂が中部配線板１３との接合部に入り込んで上部配線板１４を持ち上げることによる電気的接触不良等の不具合の発生を防止することができる。
【００３３】
これに対して、中部配線板１３に隙間１７を設けない従来の多層プリント配線板においては、封止樹脂２５の充填量が多すぎても少なすぎても問題を生じるため、正確な量の封止樹脂２５を充填するのが困難であった。即ち、開口部１８内に充填される封止樹脂２５の量が多すぎると、開口部１８からはみ出した封止樹脂２５が中部配線板１３と上部配線板１４との接合部に入り込み、上部配線板１４を持ち上げて層間スルーホール１６ｃを中部配線板１３の層間スルーホール１６ｂから離反させる。これにより、貫通スルーホール１６が途中で切断され、上部配線板１４の配線パターン２１ａ，２１ｂと下部配線板１２の配線パターン１５ａ，１５ｂとの間に電気的な接触不良が生じることがあった。
【００３４】
一方、開口部１８内に充填される封止樹脂２５の量が少なすぎると、開口部１８内に空洞部分ができて空気が溜り、この空気中に含まれている水分が配線パターンに接触して腐食させることがある。また、封止樹脂２５で開口部１８を埋めない場合、例えば、上部配線板１４にＬＳＩ２２等の電子部品を実装する工程において、はんだを溶かすための熱によって開口部１８内の空気や水分が膨張し、この膨張力によって上部配線板１４に剥離を生じることもある。更に、実装後に空気や水分が冷却されると、空気等が収縮して同様のストレスが上部配線板１４に与えられ、同じく電気的な接触不良を生じることがある。従って、上述したように本願発明によれば、このような従来の問題点を解決することができる。
【００３５】
次に、上部配線板１４の上面配線パターン２１ｂに、ＬＳＩ２２、抵抗２３、コンデンサ等の電子部品を所定位置に実装し、例えば、はんだボールを電極として電気的に接続する。これにより、多層プリント配線板１１の組立作業が完了する。
【００３６】
図８は、この発明に係る多層プリント配線板の第２の実施例を示すものである。この多層プリント配線板３１は、中部配線板３３を４個の配線片３３ａ〜３３ｄで構成したものである。４個の配線片３３ａ〜３３ｄは同一のものであって、一種類４個の配線片３３ａ〜３３ｄの組み合わせによって中部配線板３３が構成されている。各配線片３３ａ〜３３ｄはＩ字状をなしており、その長手方向に沿って複数の層間スルーホール１６ｂが設けられている。４個の配線片３３ａ〜３３ｄは、全体として枡型を構成するよう隣合う配線片間において直角方向に延在するように配置されている。そして、隣合う配線片間において所定間隔の隙間１７を設け、この隙間１７によって開口部１８が外部に連通されている。
【００３７】
他の構成は、上述した第１の実施例に係る多層プリント配線板１１と同様である。このような構成を有する多層プリント配線板３１によっても、多層プリント配線板１１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図９は、この発明に係る多層プリント配線板の第３の実施例を示すものである。この多層プリント配線板４１は、中部配線板４３を二種類４個の配線片４３ａ〜４３ｄで構成したものである。二の種類は長さの長短によって分けられており、寸法の長い２個の配線片４３ａ，４３ｂと寸法の短い２個の配線片４３ｃ，４３ｄとの組み合わせによって中部配線板４３が構成されている。各配線片４３ａ〜４３ｄはＩ字状をなしており、その長手方向に沿って複数の層間スルーホール１６ｂが設けられている。
【００３９】
４個の配線片４３ａ〜４３ｄは、二の種類の配線片を交互に配置して全体として枡型を構成している。そして、隣合う配線片間において所定間隔の隙間１７を設け、この隙間１７によって開口部１８が外部に連通されている。他の構成は、上述した第１の実施例に係る多層プリント配線板１１と同様である。このような構成を有する多層プリント配線板４１によっても、多層プリント配線板１１と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
以上説明したが、本発明は上記実施の例に限定されるものではなく、例えば、上記実施例においては下部配線板１２に中部配線板１３を積層した後、ＬＳＩ２０を配線パターン１５ｂに実装する例について説明したが、ＬＳＩ２０を先に実装してから中部配線板１３を下部配線板１２に積層する手順とすることもできる。更に、上記実施例では、ＬＳＩ２０をフリップチップ実装した例について説明したが、リード線やワイヤボンディングを用いて実装することができることは勿論である。更に又、上部配線板１４の下面にＬＳＩ等の電子部品を実装する構成とすることもできる。
【００４１】
また、上記実施例においては、各配線板１２〜１４の上面及び下面を層間スルーホール１６ａ〜１６ｃにより接続して上下両面間の導通を図る構成とした例について説明したが、細い針状の導電部材で上下両面間の導通を図る構成とすることもできる。例えば、中部配線板をエラストマで形成すると共に、このエラストマ内に多数の針状導電部材を垂直に埋設することによって実現することができる。更に、上記実施例では、中部配線板を２個又は４個の配線片で構成した例について説明したが、配線片は３個であってもよく、また、５個以上の配線片の組み合わせによって中部配線板１３を構成することもできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できるものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数個の配線片を枠状に組み合わせて中部配線板を構成し、この中部配線板の開口部内に封止樹脂を充填するようにしたため、中部配線板の材料取りの無駄を少なくしてコストダウンを図ることができると共に、電子部品に水分が付着するのを防止することができ、また、組立時の作業性を向上することができるという効果を得ることができる。
【００４５】
本発明によれば、隣合う配線片の少なくとも１箇所に隙間を設けて複数個の配線片を配置し、この隙間から空気を流通させる構成としたため、内外の温度変化によって上部配線板に無理な力が加えられるのを防止し、上部配線板の剥離や電気的接触不良の発生を防ぐことができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例の製造工程を説明するもので、下部配線板に中部配線板を積層した状態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例の製造工程を説明するもので、下部配線板の上面配線パターンに電子部品を実装した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例の製造工程を説明するもので、中部配線板の開口部内に樹脂を充填した後、中部配線板に上部配線板を積層した状態を示す一部を断面した斜視図である。
【図４】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例の製造工程を説明するもので、上部配線板に電子部品を実装した後の組立完了状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例を示すもので、分解した状態の断面図である。
【図６】本発明に係る多層プリント配線板の第１の実施例を示すもので、組立完了状態の断面図である。
【図７】本発明の多層プリント配線板の第１の実施例に係る配線片の製造状態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る多層プリント配線板の第２の実施例を示すもので、上部配線板を中部配線板に組み立てる状態を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る多層プリント配線板の第３の実施例を示すもので、上部配線板を中部配線板に組み立てる状態を示す斜視図である。
【図１０】従来の多層プリント配線板の製造工程を説明する説明図である。
【符号の説明】
１１，３１，４１多層プリント配線板、１２下部配線板、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ配線片、１３，３３，４３中部配線板、１３ａ，１３ｂ，３３ａ〜３３ｄ，４３ａ〜４３ｄ配線片、１５ａ，１５ｂ，２１ａ，２１ｂ配線パターン、１６，１６ａ〜１６ｃスルーホール、１７隙間、１８開口部、２０，２２ＬＳＩ（電子部品）、２５樹脂

Claims

電子部品が装着される下部配線板と、
上記下部配線板上に積層されると共に上記電子部品が挿入される開口部を設けた中部配線板と、
上記中部配線板上に積層されると共に上記開口部を閉鎖する上部配線板と、
上記開口部に充填された封止樹脂と、を備え、
上記中部配線板は、複数個の配線片からなり、この複数個の配線片を枠状に組み合わせて中部配線板を構成した
多層プリント配線板。
上記中部配線板の複数個の配線片は、少なくとも１箇所において隣合う配線片間に隙間を形成するように配置した
請求項１記載の多層プリント配線板。