JP6299355B2 - 多層基板構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の配線層が絶縁層を介して積層されてなる多層基板に半田付け用のスルーホールが形成されている多層基板構造に関するものである。

従来の多層基板構造としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の多層基板構造は、スルーホールを構成する部品取付け孔の縁部に形成された円環状銅箔領域と、この円環状銅箔領域に連接され、部品取付け孔から伝導してきた熱を４方向に放射状に導く内周側スポーク領域と、円環状銅箔領域の外側に形成された円環状の幅狭銅箔領域と、この幅狭銅箔領域に連接されると共に内周側スポーク領域に対して略４５°ずらして配置され、内周側スポーク領域を通過した熱を４方向に放射状に導く外周側スポーク領域とを有している。このような多層基板構造において、半田が充填された部品取付け孔から伝えられた熱は、円環状銅箔領域、内周側スポーク領域、幅狭銅箔領域及び外周側スポーク領域を介してベタパターンに伝えられる。

特開２００７−２５０６９７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、電子部品の端子を部品取付け孔に挿入して半田付けする際に、半田の熱が４つのスポーク領域を介してベタパターンに伝えられるため、熱の拡散が多くなり、ベタパターンに熱が逃げやすくなる。また、部品取付け孔からベタパターンまでの距離が短いと、ベタパターンに熱が更に逃げやすくなる。従って、部品取付け孔に確保される熱が不十分となり、半田上がりが悪化してしまう。その結果、多層基板構造の品質の低下につながる。

本発明の目的は、部品実装時の半田上がりを向上させることができる多層基板構造を提供することである。

本発明は、複数の配線層が絶縁層を介して積層されてなる多層基板に半田付け用のスルーホールが形成されている多層基板構造において、複数の配線層の少なくとも１つは、スルーホールの周囲に設けられた絶縁領域と、絶縁領域の外側に設けられたベタパターンと、スルーホールとベタパターンとを電気的に接続する２つの接続部とを有し、絶縁領域は、スルーホールを中心にして多層基板の一方向に延びるように形成されており、接続部は、絶縁領域の延在方向に沿って延びていることを特徴とするものである。

このような本発明の多層基板構造において、電子部品の端子をスルーホールに挿入して半田で多層基板に固定するときには、半田の熱が接続部を介してベタパターンに伝えられる。このとき、接続部の数を２つとすることにより、熱がベタパターンに伝わる経路が必要最小限となるため、熱の拡散が抑制される。このため、ベタパターンに逃げる熱が少なくなり、スルーホールとベタパターンとの間の熱容量が確保される。また、絶縁領域をスルーホールを中心にして多層基板の一方向に延びるように形成し、接続部を絶縁領域の延在方向に沿って延びるように構成することにより、その分だけ接続部が長くなるため、ベタパターンに逃げる熱が更に少なくなり、スルーホールとベタパターンとの間の熱容量が一層確保される。これにより、半田の熱がスルーホールに十分に確保されるようになるため、部品実装時の半田上がりを向上させることができる。

ベタパターンは、複数の配線層の少なくとも２つに設けられており、多層基板には、複数の配線層の少なくとも２つに設けられたベタパターン同士を電気的に接続するためのビアホールが形成されていると良い。このようにベタパターンが２つ以上の配線層に設けられている場合には、各配線層のベタパターン同士がビアホールを介して電気的に接続されるので、スルーホールとベタパターンとを電気的に接続する接続部を１つの配線層のみに設け、他の配線層には接続部を設けなくて済む。従って、ベタパターンが２つ以上の配線層に設けられている場合に、接続部の数が必要最小限に抑えられることになる。このため、上述したように、ベタパターンに逃げる熱が少なくなり、スルーホールとベタパターンとの間の熱容量が確保されるため、部品実装時の半田上がりを向上させることができる。

本発明によれば、部品実装時の半田上がりを向上させることができる。これにより、多層基板構造の半田品質を確保し、信頼性を向上させることが可能となる。

本発明に係る多層基板構造の一実施形態を示す断面図である。 図１に示した多層基板構造の内層の平面図である。 従来の多層基板構造の一例を示す断面図である。 図３に示した多層基板構造の内層の平面図である。

以下、本発明に係る多層基板構造の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図における寸法比率は、実際のものと異なる場合がある。また、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る多層基板構造の一実施形態を示す断面図である。なお、図１（ａ）と図１（ｂ）とでは、切った断面が異なっている。図２は、図１に示した多層基板構造の内層の平面図である。各図において、本実施形態の多層基板構造１は、多層プリント基板２の配線構造である。多層プリント基板２は、複数（ここでは６つ）の配線層３Ａ〜３Ｆが絶縁層４を介して積層されてなる基板である。

配線層３Ａ〜３Ｆは、多層プリント基板２の半田面２ａから実装面２ｂに向けて順に積層されている。配線層３Ａ，３Ｆは、多層プリント基板２の半田面２ａ及び実装面２ｂに配置された最外層を構成している。配線層３Ｂ〜３Ｅは、多層プリント基板２の内部に配置された内層を構成している。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、配線層３Ｂ〜３Ｄをそれぞれ示している。

多層プリント基板２には、断面円形状の半田付け用のスルーホール５が設けられている。スルーホール５の内壁面には、例えば銅メッキからなる導体部５ａが形成されている。

配線層３Ａ，３Ｆには、円環状のランド７がスルーホール５を取り囲むようにそれぞれ設けられている。

配線層３Ｂは、図２（ａ）に示すように、スルーホール５の周囲に設けられた絶縁領域８と、この絶縁領域８の外側に設けられたベタパターン９と、スルーホール５の導体部５ａとベタパターン９とを電気的に接続する２本のスポーク（接続部）１０とを有している。

絶縁領域８は、スルーホール５を中心にして多層プリント基板２の一方向に延びるような略長円形状を有している。絶縁領域８は、絶縁樹脂で形成されている。ベタパターン９は、例えば銅箔で形成されている。ベタパターン９は、ここではグランド（接地）パターンとなっている。スポーク１０は、スルーホール５の導体部５ａから絶縁領域８の延在方向に沿ってベタパターン９まで延びている。スポーク１０は、例えば銅箔で形成されている。

配線層３Ｃは、図２（ｂ）に示すように、スルーホール５の周囲に設けられた円環状の絶縁領域１１と、この絶縁領域１１の外側に設けられたベタパターン１２とを有している。絶縁領域１１は、絶縁領域８と同じ絶縁材料で形成されている。ベタパターン１２は、ベタパターン９と同じ金属材料で形成されている。

配線層３Ｄは、図２（ｃ）に示すように、スルーホール５の周囲に設けられた円環状の絶縁領域１３と、この絶縁領域１３の外側に設けられたベタパターン１４とを有している。絶縁領域１３は、絶縁領域８と同じ絶縁材料で形成されている。ベタパターン１４は、ベタパターン９と同じ金属材料で形成されている。

また、多層プリント基板２には、ベタパターン９，１２，１４同士を電気的に接続するための複数（ここでは２つ）のビアホール１５が設けられている。ビアホール１５の内壁面には、例えば銅メッキからなる導体部１５ａが形成されている。なお、ビアホール１５の数としては、１つでも良い。

このような多層基板構造１において、電子部品を多層プリント基板２に実装するときは、電子部品の端子ピン６をスルーホール５に挿入した状態で、半田Ｓにより端子ピン６を多層プリント基板２に固定する。このとき、多層プリント基板２の配線層３Ｂは、半田付けの際の熱拡散を抑制するためのサーマルランドを構成している。

ここで、比較例として、従来の多層基板構造の一例を図３及び図４に示す。図３は、従来の多層基板構造の一例を示す断面図である。図４は、図３に示した多層基板構造の内層の平面図である。各図において、多層基板構造５０における多層プリント基板２の層数は、上記実施形態の多層基板構造１と同様である。

配線層３Ｂ〜３Ｄは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、スルーホール５の周囲に設けられた円環状の絶縁領域５１と、この絶縁領域５１の外側に設けられたベタパターン５２と、スルーホール５の導体部５ａとベタパターン５２とを電気的に接続する４本のスポーク５３とを有している。

このような多層基板構造５０では、各層のベタパターン５２は４本のスポーク５３によりスルーホール５と電気的に接続されているため、電子部品の端子ピン６を多層プリント基板２に半田付けする際に、半田Ｓの熱がスポーク５３を介して各層のベタパターン５２に逃げてしまう（図３中の矢印参照）。このため、スルーホール５とベタパターン５２との間の熱容量が減少し、スルーホール５内の温度を十分に確保することが困難になる。その結果、半田上がりが悪化してしまい、スルーホール５における多層プリント基板２の実装面２ｂ側の領域に半田Ｓが充填されない状態となる。

これに対し本実施形態では、スルーホール５とベタパターン９とを電気的に接続するスポーク１０を配線層３Ｂに設け、ベタパターン９とベタパターン１２，１４とをビアホール１５により電気的に接続する。これにより、電子部品の端子ピン６を多層プリント基板２に半田付けする際に、半田Ｓの熱がスポーク１０を介してベタパターン９に伝えられると共に、半田Ｓの熱がスポーク１０及びビアホール１５を介してベタパターン１２，１４に伝えられる（図１の矢印参照）。

このように本実施形態によれば、スポーク１０を多層プリント基板２の配線層３Ｂのみに設けると共に、スポーク１０の本数を２本とすることにより、上記従来の多層基板構造５０と比べて、スポーク１０のトータル本数が大幅に少なくなる。このため、熱がベタパターン９，１２，１４に流れる経路が少なくなるため、熱の拡散が抑制される。従って、半田Ｓの熱がベタパターン９，１２，１４に逃げにくくなるため、スルーホール５とベタパターン９，１２，１４との間の熱容量が十分に確保される。

また、多層プリント基板２の配線層３Ｂにおいて、絶縁領域８を多層プリント基板２の一方向に延びるような略長円形状を有する構成とすると共に、スポーク１０をスルーホール５からベタパターン９まで絶縁領域８の延在方向に沿って延びるような構成とすることにより、上記従来の多層基板構造５０と比べて、スポーク１０の長さが大きくなる。従って、半田Ｓの熱がベタパターン９，１２，１４に更に逃げにくくなるため、スルーホール５とベタパターン９，１２，１４との間の熱容量が一層確保される。

これにより、スルーホール５内の温度が十分に確保されるため、半田上がりを向上させることができる。つまり、スルーホール５の内部全体に半田Ｓを充填させることができる。その結果、多層基板構造１の半田品質を確保し、多層基板構造１の信頼性を高めることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、多層プリント基板２の配線層３Ｂに設けられる絶縁領域８が略長円形状を有しているが、絶縁領域８の形状としては、特にそれには限られず、スルーホール５を中心にして多層プリント基板２の一方向に延びるようなものであれば、長方形状等であっても良い。

また、上記実施形態では、多層プリント基板２の配線層３Ｂのみにスポーク１０が設けられているが、特にそれには限られず、多層プリント基板２の配線層３Ｃ，３Ｄも配線層３Ｂと同様の構成としても良い。この場合には、各ベタパターン９，１２，１４同士を電気的に接続するビアホール１５は不要となる。このような構成でも、上記従来の多層基板構造５０と比べて、スポーク１０の本数が少なくなると共にスポーク１０の長さが大きくなるため、半田Ｓの熱がベタパターン９，１２，１４に逃げにくくなる。

さらに、上記実施形態では、多層プリント基板２の内層が複数層構造となっているが、特にそれには限られず、多層プリント基板２の内層を１層構造としても良い。この場合には、多層プリント基板２の内層に設けられる絶縁領域を多層プリント基板２の一方向に延びるように構成すると共に、多層プリント基板２の内層に設けられるスポークを絶縁領域の延在方向に沿って延びるように構成するのが望ましい。

また、上記実施形態では、多層プリント基板２の内層のみにベタパターン９，１２，１４が設けられているが、特にそれには限られず、ベタパターンを多層プリント基板２の最外層に設けても良い。この場合には、多層プリント基板２の最外層に、多層プリント基板２の一方向に延びる絶縁領域と、その絶縁領域の延在方向に沿って延びる２本のスポークとを設けるようにしても良い。

１…多層基板構造、２…多層プリント基板、３Ａ〜３Ｆ…配線層、４…絶縁層、５…スルーホール、６…端子ピン、８…絶縁領域、９…ベタパターン、１０…スポーク（接続部）、１１…絶縁領域、１２…ベタパターン、１３…絶縁領域、１４…ベタパターン、１５…ビアホール、Ｓ…半田。

Claims (2)

1. 複数の配線層が絶縁層を介して積層されてなる多層基板に半田付け用のスルーホールが形成されている多層基板構造において、
   前記複数の配線層の少なくとも１つは、前記スルーホールの周囲に設けられた絶縁領域と、前記絶縁領域の外側に設けられたベタパターンと、前記スルーホールと前記ベタパターンとを電気的に接続する２つの接続部とを有し、
   前記絶縁領域は、前記スルーホールを中心にして前記多層基板の一方向を長手方向として延びるように略長円形状または長方形状に形成されており、
   前記接続部は、前記絶縁領域の長手方向に沿って延びていることを特徴とする多層基板構造。
2. 前記ベタパターンは、前記複数の配線層の少なくとも２つに設けられており、
   前記多層基板には、前記複数の配線層の少なくとも２つに設けられた前記ベタパターン同士を電気的に接続するためのビアホールが形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層基板構造。

Images