JP4538069B2 - プリント配線板 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント配線板に係る技術に関する。
多くのプリント配線板は、互いに熱膨張係数が異なる複数の部材から構成されている。そのため、プリント配線板は、リフロー時に内部応力が発生し、反りが生じることがある。
特許文献1は、補強板の熱による反りを抑えた補強板付きフレキシブルプリント配線板を開示している。この補強板は、当該補強板のガラス繊維の長さを15mm以下に切断するように、所定間隔で均等に筒状の穴が設けられている。
特開2006−278747号公報
ところで、プリント配線板は、反りの抑制が要望されている。
本発明の目的は、反りの抑制が図られたプリント配線板、およびプリント配線板を備えた電子機器を得ることにある。
本発明の一つの形態に係るプリント配線板は、絶縁層と、上記絶縁層に積層され、信号ラインとなる第1の導体パターンと、上記絶縁層に積層され、電源層またはグランド層になる本体部と、信号ラインとなる配線とを有し、上記本体部と上記配線との間に位置したクリアランスが設けられた第2の導体パターンとを具備する。上記第2の導体パターンは、複数の第1のスリットと、上記第1のスリットと交差する方向に延びた複数の第2のスリットとが設けられ、これら第1のスリットおよび第2のスリットは、上記配線が存在する領域と上記配線が存在しない領域とで互いに一様に設けられるとともに、上記配線に隣り合う上記第1スリットおよび上記第2スリットは、上記配線を避けるように短い長さで上記クリアランスに繋がっており、上記第1のスリットおよび上記第2のスリットは、互いに離間して、交互に設けられた
本発明によれば、プリント配線板の反りを抑制することができる。
以下に本発明の実施の形態を、ポータブルコンピュータに適用した図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1ないし図4は、本発明の第1の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ1、およびプリント配線板2を開示している。図1に示すように、ポータブルコンピュータ1は、機器本体であるメインユニット3と、表示ユニット4とを備えている。
メインユニット3は、筐体5を有している。筐体5は、上壁5a、周壁5b、および下壁5cを有した扁平な箱状に形成されている。上壁5aは、キーボード6を支持している。
図1に示すように、表示ユニット4は、表示筐体7と、この表示筐体7に収容された表示パネル8とを備えている。表示パネル8は、表示画面8aを有している。表示画面8aは、表示筐体7の前面の開口部7aを通じて表示筐体7の外部に露出している。
表示ユニット4は、例えば一対のヒンジ部9a,9bを介して、筐体5の後端部に支持されている。表示ユニット4は、筐体5の上壁5aを上方から覆うように倒される閉じ位置と、上壁5aに対して立て起こされる開き位置との間で回動可能である。
筐体5は、回路基板(プリント回路板)を収容している。この回路基板は、図2に示されたプリント配線板2と、このプリント配線板2に実装された種々の電子部品(図示しない)とから成る。
プリント配線板2は、補強板付きのフレキシブルプリント配線板である。図2に示すように、プリント配線板2は、絶縁層10、第1の導体パターン11、第2の導体パターン12、カバーレイ13を有している。このプリント配線板2には、ボンディングシート14、および補強板15が取り付けられている。
絶縁層10は、プリント配線板2の基材であり、可撓性および絶縁性を有する絶縁フィルムである。絶縁層10は、例えばポリイミド材やポリエステル材などのプラスチックフィルムで形成されている。
第1の導体パターン11(第1の導体層)は、絶縁層10に積層されている。第1の導体パターン11は、信号ラインとなる配線(信号配線)である。より正確に言えば、第1の導体パターン11は、プリント配線板2のひとつの層(第1のレイヤー)に位置する配線の集合体である。第1の導体パターン11は、例えば銅箔で形成されている。第1の導体パターン11は、上述のように信号配線であり、導体面積は比較的小さい。
第2の導体パターン12(第2の導体層)は、絶縁層10に積層されている。第2の導体パターン12は、第1の導体パターン11とは異なる階層に積層されている。すなわち、第2の導体パターン12は、プリント配線板2の他のひとつの層(第2のレイヤー)に位置する。第2の導体パターン12は、例えば絶縁層10に対して第1の導体パターン11とは反対側に積層されている。
第2の導体パターン12は、上記第2のレイヤーにおいて面状に広がった導体層である。第2の導体パターン12は、いわゆるベタ層であり、比較的大きな導体面積を有する。第2の導体パターン12は、電源またはグラウンドとなり、例えばノイズをシールドするシールド層として機能する。
第2の導体パターン12は、第1の導体パターン11よりも大きな導体面積を有する。第2の導体パターン12は、例えばプリント配線板2の内部に設けられた内層導体である。ただし第2の導体パターン12は、プリント配線板2の表層(表面)に位置してもよい。第2の導体パターン12の厚さは、例えば20μm〜30μmである。第2の導体パターン12は、例えば銅箔で形成されている。なお第1および第2の導体パターン11,12は、銅箔以外の材料、例えば種々の金属箔によって形成されてもよい。
カバーレイ13は、例えば第1の導体パターン11に対して積層され、第1の導体パターン11を被覆している。カバーレイ13は、第1の導体パターン11を保護する絶縁フィルムである。
補強板15は、プリント配線板2に取り付けられ、例えば電子部品を実装するために必要な硬さをプリント配線板2に与えている。補強板15は、例えばFR−4などのガラスクロス樹脂材で形成されている。補強板15とプリント配線板2との間には、ボンディングシート14が介在している。図3に示すように、プリント配線板2、ボンディングシート14、および補強板15を重ねて熱圧着することで、補強板15がプリント配線板2に貼りあわされている。
次に、本実施形態に係る第2の導体パターン12について詳しく説明する。
図4に示すように、第2の導体パターン12は、面状に広がる導体層21(内層導体)と、この導体層21に設けられた複数のスリット(ギャップ)22を有する。複数のスリット22は、それぞれ一方向に延びた、I形のスリットである。
この複数のスリット22は、複数の第1のスリット22aと、複数の第2のスリット22bとを含んでいる。第1のスリット22aは、本発明でいう「スリット」である。第2のスリット22bは、本発明でいう「他のスリット」である。第1および第2のスリット22a,22bは、それぞれ、平面視で細長い形状をしたギャップである。第1および第2のスリット22a,22bは、導体層21を貫通している。
第1のスリット22aは、図4中の横方向(X方向)に延びている。第2のスリット22bは、第1のスリット22aと交差する方向(例えば直交する方向)に延びている。第2のスリット22bは、例えば図4中の縦方向(Y方向)に延びている。すなわち第1および第2のスリット22a,22bは、互いに異なる方向に延びている。なお、第1および第2のスリット22a,22bは、互いに直交する方向に延びている必要は無く、例えば互いの間の角度が45°やその他の角度であってもよい。
なお、第1および第2のスリット22a,22bの位置や形状、大きさなどは、第1の導体パターン11に影響されない。すなわち第1および第2のスリット22a,22bは、第1の導体パターンの形状などを考慮することなく、任意に設けられている。第1および第2のスリット22a,22bは、例えば第2の導体パターン12の全域に亘って一様に設けられている。
第1および第2のスリット22a,22bの大きさの一例は、長さLが10mm以上であり、幅Wが0.2mm以下である。なお、幅Wは、例えばスリット形成最小限界値に設定される。
第1および第2のスリット22a,22bは、絶縁層10の熱膨張/収縮に追従して第2の導体パターン12が伸縮することを許容する。詳しく述べると、第1のスリット22aは、第2の導体パターン12の図4中縦方向(Y方向)の伸縮を許容する。第2のスリット22bは、第2の導体パターン12の図4中横方向(X方向)の伸縮を許容する。
図4に示すように、第1および第2のスリット22a,22bは、例えば縦横に交互に配置され、碁盤目状に並んでいる。それぞれ複数の第1および第2のスリット22a,22bは、互いに離間して配置されている。つまり、複数の第1のスリット22aは、互いに離間して配置されている。複数の第2のスリット22bは、互いに離間して配置されている。全ての第1のスリット22aおよび第2のスリット22bは、互いに離間して配置されている。すなわち全てのスリット22は、それぞれ独立しており、別のスリット22には繋がっていない。換言すれば、各スリット22は、それぞれ導体層21により全周が取り囲まれている。
第1および第2のスリット22a,22bの間の間隔Hは、この第1および第2のスリット22a,22bの間を流れる電流の容量(必要電流容量)に応じて調整されている。
次に、プリント配線板2の作用について説明する。
補強板15は、例えば160℃の高温でプリント配線板2に熱圧着される。ここで、プリント配線板2を構成する種々の部材10,11,12、ボンディングシート14、および補強板15は、熱膨張係数が互いに異なる。熱膨張係数の一例を述べると、ポリイミド材(絶縁層10)は、27×10−6/℃、銅箔(第1および第2の導体パターン11,12)は、16.8×10−6/℃、ボンディングシート14は、30〜35×10−6/℃、ガラスクロス樹脂材(補強板15)のガラスクロスは、45×10−6/℃である。
上記各部材のなかで、補強板15の厚さが比較的厚いため、補強板15の熱膨張/収縮が支配的になる。また上記各部材のなかでは、銅箔の熱膨張係数が最も小さい。ここで、信号ラインとなる第1の導体パターン11は、導体面積が比較的小さいため影響が小さい。一方で、いわゆるベタ層である第2の導体パターン12は、導体面積が比較的大きい(残銅率が高い)ため影響が大きい。
つまり、第2の導体パターン12は、あまり熱膨張/収縮しない。そのため、リフロー時や積層冷却した後に、第2の導体パターン12が、補強板15の膨張によって引っ張られたり、補強板15の収縮によって押されたりする。
ここで本実施形態に係る第2の導体パターン12は、第1および第2のスリット22a,22bを有する。このため、補強板15が膨張するときには、第1および第2のスリット22a,22bが開くことで第2の導体パターン12が補強板15の膨張に追従して伸びる。また補強板15が収縮するときには、第1および第2のスリット22a,22bが閉じることで第2の導体パターン12が補強板15の収縮に追従して縮まる。これにより、プリント配線板2に内部応力が発生しにくく(すなわち内部応力を逃がすことができるので)、プリント配線板2の反りが抑制される。
このような構成のプリント配線板2によれば、プリント配線板2および補強板15の反りを抑制することができる。すなわち、ベタ層である第2の導体パターン12がスリット22を有していると、第2の導体パターン12が補強板15や他の部材の熱膨張/収縮に追従して伸縮することができる。これにより、プリント配線板2に内部応力が発生しにくく、プリント配線板2および補強板15に反りが生じにくい。
さらに、第2の導体パターン12は、上述したようにプリント配線板2を構成する部材10,11,12、ボンディングシート14、および補強板15のなかで、最も熱膨張係数が小さい。このような最も熱膨張係数が小さな第2の導体パターン12の追従性が向上することで、プリント配線板2および補強板15に反りが生じにくくなっている。
ここで、反りを抑制するために、補強板に筒状の穴を開けることも考えられる。しかしながら、補強板は、プリント配線板よりもずっと厚い。そのため、補強板に穴を開けると、その穴は比較的深いものになる。そして、プリント配線板(フレキシブルプリント配線板)と補強板とを圧着したときに、プリント配線板の一部が上記穴に落ち込み、プリント配線板の一部が窪んでしまう。プリント配線板の平坦性が損なわれると、部品の実装精度が低下してしまう。
また、補強板に穴を設けると、補強板の強度が小さくなるため、補強板としての機能が低下するおそれもある。さらに筒状の穴は変形しにくい(伸びにくい)ため、プリント配線板に対する補強板の追従性は高くない。
一方、第2の導体パターン12の厚さは、例えば20μm〜30μmであり、補強板15に比べて薄い。そのため第2の導体パターン12がスリット22を有しても、プリント配線板2の平坦性に対して影響を実質的に与えない。そのため、部品の実装精度が実質的に低下しない。
第2の導体パターン12が、互いに異なる方向に延びた第1および第2のスリット22a,22bを有していると、一方向のみでなく、複数の方向(例えば縦と横の方向)にプリント配線板2が伸縮することができる。これにより、プリント配線板2に内部応力がさらに発生しにくく、プリント配線板2に反りがさらに生じにくくなっている。
第1および第2のスリット22a,22bが、交互に配置されていると、複数の方向に対する追従性を第2の導体パターンの全域で確保しやすくなる。
(第1の実施形態の第1の変形例)
次に、図5ないし図7を参照して、第1の実施形態の第1の変形例について説明する。
図5に示すように、第2の導体パターン12は、その一部に信号ラインとなる配線31(以下、信号配線31)を含む。すなわち第2の導体パターン12は、電源またはグラウンドとなる本体部32と、信号配線31とを含んでいる。この信号配線31は、例えば内層信号配線である。第2の導体パターン12の本体部32と信号配線31との間には、所定のクリアランス33(絶縁クリアランス)が設けられている。
全ての第1のスリット22aおよび第2のスリット22bは、互いに離間して配置されている。すなわち全てのスリット22は、それぞれ独立しており、別のスリット22には繋がっていない。換言すれば、各スリット22は、それぞれ導体層21により全周が取り囲まれている。
第1および第2のスリット22a,22bは、信号配線31に隣り合う領域、および信号配線31から離れた領域において、同じ配列様式(すなわち、同じ並び方、同じ間隔)で配置されている。そして、信号配線31に隣り合う第1および第2のスリット22a,22bは、信号配線31を避けるように長さが短く形成されている。
換言すれば、第1および第2のスリット22a,22bが一様に設けられたパターンに対して、信号配線31およびクリアランス33が上書きされることで、本変形例に係る第2の導体パターン12が形成されている。
このような構成のプリント配線板2によれば、配線レイアウトの設計が容易になる。すなわち、信号配線31を含む第2の導体パターン12を設計する場合において、第1および第2のスリット22a,22bの配置を信号配線31の有無を気にせずに行うことができる。詳しく述べると、第1および第2のスリット22a,22bが信号配線31を避けるように長さが短く形成されていても、第2の導体パターン12に大きな影響を与えることがない。そのため、先に第1および第2のスリット22a,22bを配置した後、PCB−CADなどが持つ機能(内層編集機能)で信号配線31とクリアランス33を上書きすることで、特殊編集を必要とすることなく、第2の導体パターン12の設計を行うことができる。
なお、スリットの形状は、第1および第2のスリット22a,22bが互いに繋がったL字形(図7参照)でもよい。ただし、図7に示すように、L字形や十字形のスリットの場合、第1および第2のスリット22a,22bとクリアランス33とで囲まれた部分は、孤立導体35となる。孤立導体35は、第2の導体パターン12の大部分から電気的に切断されている。このような孤立導体35は、電源またはグラウンドとして機能しないので、プリント配線板2の電気的特性が低下する。また、孤立導体35がアンテナとして機能してノイズの原因になる。従って、孤立導体35はできるだけ少ない方が好ましい。
ここで、図6に示すように、第1および第2のスリット22a,22bが互いに離間して配置されている、すなわち異なる方向に延びた複数のスリットが互いに離間して配置されていると、孤立導体35が出来にくい。このようなプリント配線板2は、電気的特性が良好であり、ノイズも少ない。
(第1の実施形態の第2の変形例)
次に、図8を参照して、第1の実施形態の第1の変形例について説明する。
図8に示すように、プリント配線板2は、インピーダンス配線41を有する。インピーダンス配線41は、第1の導体パターン11の一部である。第2の導体パターン12は、グラウンドである。インピーダンス配線41とは、第2の導体パターン12(参照層)を参照する信号(例えば高速信号)が流れる配線である。
図8に示すように、第2の導体パターン12は、インピーダンス配線41に対向する領域に、参照領域42を有する。参照領域42は、インピーダンス配線41に参照される領域である。この参照領域に隣り合う第1および第2のスリット22a,22bは、参照領域42を避けるように長さが短く形成されている。
このようなプリント配線板2によれば、インピーダンス配線41を流れる信号が安定するとともに、プリント配線板2の配線レイアウトの設計が容易になる。すなわち、参照領域42を有する第2の導体パターン12を設計する場合において、第1および第2のスリット22a,22bの配置を信号配線31の有無を気にせずに行うことができる。詳しく述べると、第1および第2のスリット22a,22bが参照領域42を避けるように長さが短く形成されていても、第2の導体パターン12に大きな影響を与えることがない。そのため、先に第1および第2のスリット22a,22bを配置した後、PCB−CADなどが持つ機能(内層編集機能)で参照領域42を上書きすることで、特殊編集を必要とすることなく、第2の導体パターン12の設計を行うことができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ1、およびプリント配線板2について、図9を参照して説明する。なお上記第1の実施形態の構成と同一または類似の機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。下記説明する以外のプリント配線板2およびポータブルコンピュータ1の残りの構成は上記第1の実施形態と同じである。
プリント配線板2は、例えば第1の実施形態と同様に、ポータブルコンピュータ1の筐体5に収容される。図9に示すように、本実施形態に係るプリント配線板2は、リジッド基板である。プリント配線板2は、例えば、3つの絶縁層10、2つの第1の導体パターン11、および2つの第2の導体パターン12を有する。本実施形態に係る絶縁層10は、例えばガラスエポキシ樹脂材である。なお図9には、本発明の一例として例えば4層板を開示しているが、本発明に係るプリント配線板はこれに限定されるものではない。
次に、プリント配線板2の作用について説明する。
プリント配線板2を構成する各部材11,12,13は、高温で互いに熱圧着される。ここで、プリント配線板2を構成する種々の部材11,12,13は、熱膨張係数が互いに異なる。上記各部材のなかで、絶縁層10の厚さが比較的厚いため、絶縁層10の熱膨張/収縮が支配的になる。また上記各部材のなかで、第2の導体パターン12の熱膨張係数が最も小さい。そのため、リフロー時や積層冷却した後に、第2の導体パターン12が、補強板15の膨張によって引っ張られたり、補強板15の収縮によって押されたりする。
ここで本実施形態に係る第2の導体パターン12は、第1および第2のスリット22a,22bを有する。このため、絶縁層10が膨張するときには、第1および第2のスリット22a,22bが開くことで第2の導体パターン12が絶縁層10の膨張に追従して伸びる。また絶縁層10が収縮するときには、第1および第2のスリット22a,22bが閉じることで第2の導体パターン12が絶縁層10の収縮に追従して縮まる。これにより、プリント配線板2に内部応力が発生しにくく(すなわち内部応力を逃がすことができるので)、プリント配線板2の反りが抑制される。すなわち、このような構成のプリント配線板2によれば、上記第1の実施形態と同様に、プリント配線板2の反りを抑制することができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ1、およびプリント配線板2について、図10を参照して説明する。なお上記第2の実施形態の構成と同一または類似の機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。下記説明する以外のプリント配線板2およびポータブルコンピュータ1の残りの構成は上記第2の実施形態と同じである。
図10に示すように、本実施形態に係るプリント配線板2は、メタルコア51を有するリジッド基板である。メタルコア51の一例は、アルミコアまたは銅コアである。
このような構成のプリント配線板2によれば、上記第2の実施形態と同様に、プリント配線板2の反りを抑制することができる。すなわち、第2の導体パターン12がスリット22を有すると、第2の導体パターン12がメタルコア51や他の部材の熱膨張/収縮に追従して伸縮することができる。これにより、プリント配線板2に内部応力が発生しにくく、プリント配線板2に反りが生じにくくなっている。
以上、第1ないし第3の実施形態に係るプリント配線板2およびポータブルコンピュータ1について説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構想要素を適宜組み合わせてもよい。
上記第2および第3の実施形態において、上記第1の実施形態の第1および第2の変形例に係る構造を採用できることは言うまでもない。スリット22は、第2の導体パターン12の全域に必ず設けられる必要は無く、例えば第2の導体パターン12に部分的に設けてもよい。スリット22は、例えば実装される部品の外寸法や部品の角に対応させて(すなわち最も応力がかかりやすいところに対応させて)、第2の導体パターン12に部分的に設けてもよい。
本発明の第1の実施形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。 本発明の第1の実施形態に係るプリント配線板の断面図。 補強板の熱圧着プロセスを示す図。 本発明の第1の実施形態の第2の導体パターンの断面図。 上記第1の実施形態の第2の導体パターンの第1の変形例を示す断面図。 上記第1の実施形態の第2の導体パターンの第1の変形例を示す断面図。 上記第1の実施形態の第2の導体パターンの第1の変形例を示す断面図。 上記第1の実施形態の第2の導体パターンの第2の変形例を示す断面図。 本発明の第2の実施形態に係るプリント配線板の断面図。 本発明の第3の実施形態に係るプリント配線板の断面図。
符号の説明
1…ポータブルコンピュータ(電子機器)、2…プリント配線板、5…筐体、10…絶縁層、11…第1の導体パターン、12…第2の導体パターン、14…ボンディングシート、15…補強板、22…スリット、22a…第1のスリット、22b…第2のスリット、31…信号配線、41…インピーダンス配線、42…参照領域。

Claims (4)

  1. 絶縁層と、
    上記絶縁層に積層され、信号ラインとなる第1の導体パターンと、
    上記絶縁層に積層され、電源層またはグランド層になる本体部と、信号ラインとなる配線とを有し、上記本体部と上記配線との間に位置したクリアランスが設けられた第2の導体パターンと、を具備し、
    上記第2の導体パターンは、複数の第1のスリットと、上記第1のスリットと交差する方向に延びた複数の第2のスリットとが設けられ、これら第1のスリットおよび第2のスリットは、上記配線が存在する領域と上記配線が存在しない領域とで互いに一様に設けられるとともに、上記配線に隣り合う上記第1スリットおよび上記第2スリットは、上記配線を避けるように短い長さで上記クリアランスに繋がっており、
    上記第1のスリットおよび上記第2のスリットは、互いに離間して、交互に設けられたことを特徴とするプリント配線板。
  2. 請求項1に記載のプリント配線板において、
    前記絶縁層は、前記第2の導体パターンよりも熱膨張率が大きく、
    前記第1のスリットおよび前記第2のスリットは、前記絶縁層の膨張時に開くことで、前記第2の導体パターンを前記絶縁層の膨張に追従させることを特徴とするプリント配線板。
  3. 請求項1に記載のプリント配線板において、
    前記第2の導体パターンよりも熱膨張率が大きな補強板が取り付けられ、
    前記第1のスリットおよび前記第2のスリットは、前記補強板の膨張時に開くことで、前記第2の導体パターンを前記補強板の膨張に追従させることを特徴とするプリント配線板。
  4. 請求項に記載のプリント配線板において、
    上記第1の導体パターンは、インピーダンス配線を含み、
    上記第2の導体パターンは、上記インピーダンス配線に対向する参照領域を有し、この参照領域に隣り合う上記第1のスリットおよび上記第2のスリットは、上記参照領域を避けるように長さが短く形成されたことを特徴とするプリント配線板。
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