JP7017995B2 - 配線基板 - Google Patents

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Description

本開示は、配線基板に関するものである。
近年、スーパーコンピューター等に代表される高速で演算処理を行う高機能な電子機器の開発が進められている。このような電子機器は、半導体集積回路素子が実装された複数の配線基板を有している。電子機器には、複数の配線基板が搭載されるため、配線基板は小型化が要求されている。それぞれの配線基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基体と、各絶縁層の表面に位置する電源用導体および接地用導体を含む配線導体と、絶縁基体の最上面に位置する半導体集積回路素子接続用の端子と、絶縁基体の最下面に位置する外部基板接続用の端子と、を有している。
特開2003-188305号公報
ところで、上記の半導体集積回路素子は、高速で演算処理を行うために多くの電力を必要とする。このような半導体集積回路素子を実装する配線基板は、優れた電力供給特性が求められる。電力供給特性を向上させるためには、例えば、電力供給経路である電源用導体および接地用導体を配線基板内に多く設けることが考えられる。しかし、このためには電力供給経路を設ける多くの領域が必要になるため、配線基板の小型化が困難になる虞がある。
本開示の配線基板は、半導体集積回路素子を搭載する搭載領域を含む第1表面、および外部基板に接続する第2表面を有しており、複数の絶縁層が積層された絶縁基体と、第1表面において、搭載領域の周囲の片側領域に位置する第1面状導体、および第1面状導体から搭載領域に櫛歯状態で突出し、半導体集積回路素子の複数の電源用電極がそれぞれ接続される複数の第1線状導体を有する電源用導体と、第1表面において、搭載領域の周囲の片側領域と反対側領域に位置する第2面状導体、および第2面状導体から第1線状導体と交互に隣接するように搭載領域に櫛歯状態で突出し、半導体集積回路素子の複数の接地用電極がそれぞれ接続される複数の第2線状導体を有する接地用導体と、第2表面において、平面透視で第1面状導体と重なる第1領域に位置しているとともに、第1面状導体と第1領域との間において複数の絶縁層をそれぞれ貫通する第1貫通導体を介して第1面状導体と電気的に接続している複数の電源用端子と、第2表面において、平面透視で第2面状導体と重なる第2領域に位置しているとともに、第2面状導体と第2領域との間において複数の絶縁層をそれぞれ貫通する第2貫通導体を介して第2面状導体と電気的に接続している複数の接地用端子と、を有していることを特徴とするものである。
本開示の配線基板によれば、小型で優れた電力供給特性を備えることができる。
図1は、本開示に係る配線基板を説明するための概略断面図である。 図2は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面(上面)図である。 図3は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面(下面)図である。 図4は、本開示に係る配線基板の別の実施形態を説明するための概略平面(下面)図である。
図1~図3を基に、本開示の配線基板1の実施形態例を説明する。図1は、配線基板1の概略断面図を示している。図2は、絶縁基体2の概略上面図を示している。図3は、絶縁基体2の概略下面図を示している。
本実施形態の配線基板1は、絶縁基体2と、配線導体3と、ソルダーレジスト4とを備えている。配線基板1は、例えば、平面視において四角形状を有している。配線基板1の厚さは、例えば0.3~1.5mmに設定されている。
絶縁基体2は、半導体集積回路素子Sを搭載する搭載領域5aを含む第1表面5、および外部基板に接続する第2表面6を有している。さらに第1表面5は、搭載領域5aの周囲に位置する片側領域5b、および反対側領域5cを有している。
搭載領域5aは、例えば正方形状を有している。搭載領域5aの形状は、半導体集積回路素子Sの形状に合わせて長方形状であっても構わない。
片側領域5bおよび反対側領域5cは、搭載領域5aの一対の対辺から絶縁基体2の外周縁にかけて位置する直線状の境界を隔てて位置している。片側領域5bは、例えば、後で詳しく説明する電源用導体3Pの配置領域を確保する機能を有している。反対側領域5cは、例えば、後で詳しく説明する接地用導体3Gの配置領域を確保する機能を有している。
絶縁基体2は、本実施形態においては、1層のコア用絶縁層2aおよびコア用絶縁層2aの上面と下面とに1層ずつ位置するビルドアップ用絶縁層2bを有している。
コア用絶縁層2aは、例えば、配線基板1の剛性を確保して配線基板1の平坦性を保持する等の機能を有している。コア用絶縁層2aは、ガラスクロス、およびエポキシ樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の絶縁材料を含んでいる。
コア用絶縁層2aは、その上面から下面にかけて貫通する複数のスルーホール7を有している。互いに隣接するスルーホール7同士は、所定の隣接間隔をあけて位置している。スルーホール7の直径は、例えば100~300μmに設定されている。スルーホール7の隣接間隔は、例えば150~350μmに設定されている。
このようなコア用絶縁層2aは、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平板にてプレス加工することで平坦に形成される。
スルーホール7は、例えばブラスト加工やドリル加工により形成される。スルーホール7内には、配線導体3の一部により構成されているスルーホール導体8が位置している。スルーホール導体8は、コア用絶縁層2aの上面および下面に位置する配線導体3同士を電気的につないでいる。
ビルドアップ用絶縁層2bは、コア用絶縁層2aの上面および下面にそれぞれ1層ずつ位置している。ビルドアップ用絶縁層2bは、例えば、後で詳しく説明する配線導体3の
配置領域を確保する機能を有している。ビルドアップ用絶縁層2bは、絶縁粒子、およびエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁材料を含んでいる。
ビルドアップ用絶縁層2bは、コア用絶縁層2aの上面または下面に位置する配線導体3を底部とする複数のビアホール9を有している。ビアホール9内には、配線導体3の一部により構成されているビアホール導体10が位置している。ビアホール導体10は、ビルドアップ用絶縁層2bを挟んで上側および下側に位置している配線導体3同士を電気的につないでいる。
ビアホール9の直径は、例えば30~100μmに設定されている。ビアホール9は、例えばレーザー加工により形成される。
このようなビルドアップ用絶縁層2bは、例えばシリカが分散したエポキシ樹脂を含む樹脂フィルムを、真空下でコア用絶縁層2aの表面に貼着して熱硬化することで形成される。ビルドアップ用絶縁層2bは、上記機能を有しているため、コア用絶縁層2aよりも薄い。
配線導体3は、コア用絶縁層2aの上下面、ビルドアップ用絶縁層2bの上面または下面、スルーホール7内、およびビアホール9内に位置している。配線導体3は、電源用導体3P、接地用導体3G、信号用導体3Sを含んでいる。電源用導体3P、接地用導体3Gおよび信号用導体3Sは、互いに短絡しないようにそれぞれ所定の間隔をあけて位置している。
電源用導体3Pは、例えば配線基板1の上面に実装される半導体集積回路素子Sに対して外部電源からの電力を供給する機能を有している。電源用導体3Pは、半導体集積回路素子Sに素早くかつ外部電源からの損失を抑制して電力を供給するために、半導体集積回路素子Sの直下を含む近傍に広い面積を占有する状態で位置することが必要である。つまり、電源用導体3Pは、外部電源と半導体集積回路素子Sとの間を短い距離で、広い経路で結ぶことで電力の供給特性を向上させることが可能になる。
本例においては、電源用導体3Pは、第1面状導体3PFおよび第1線状導体3PLを有している。
第1面状導体3PFは、半導体集積回路素子Sに最も近い絶縁層2bの第1表面5において、搭載領域5a周囲の片側領域5bに位置している。
つまり、第1面状導体3PFは、半導体集積回路素子Sまでの距離が短い片側領域5bにおいて、面状の広い経路を有している。本実施形態においては、第1面状導体3PFは、搭載領域5bの周囲のおよそ半分の領域を占有している。
なお、第1面状導体3PFは、その直下に位置している第1貫通導体であるスルーホール導体8およびビアホール導体10、さらに外部基板の電極と接続する電源用端子11(詳細は後述)を介して外部電源と電気的に接続している。
言い換えれば、第1面状導体3PFは、その直下に位置している配線導体3を介して外部電源と接続しているため、本例の配線基板1は、第1面状導体3PFの直下においても電力の供給経路を短くすることが可能である。
第1線状導体3PLは、半導体集積回路素子Sに最も近い絶縁層2bの第1表面5において、第1面状導体3PFから搭載領域5aに櫛歯状態で突出して位置している。それぞ
れの第1線状導体3PLは、半導体集積回路素子Sの複数の電源用電極と接続される。
つまり、第1線状導体3PLは、搭載領域5aにおいて、その直上で半導体集積回路素子Sの電源用電極と接続されることから、電力の供給経路を短くすることが可能であるとともに、外部電源と短経路で接続する広い経路を有する第1面状導体3PFから搭載領域5aに突出することから、電力を低抵抗で効率よく供給することが可能である。
また、第1線状導体3PLは、その直下に位置している第1貫通導体であるスルーホール導体8、およびビアホール導体10、そして外部基板の電極と接続する電源用端子11(詳細は後述)を介して外部電源と電気的に接続している。
言い換えれば、第1線状導体3PLは、その直下に位置している配線導体3を介して外部電源と接続しているため、本例の配線基板1は、第1線状導体3PLの直下においても電力の供給経路を短くすることが可能である。
第1線状導体3PLは、搭載領域5aにおいて、後述する第2線状導体3GLと交互に隣接するように位置している。このように、電源用導体3Pと接地用導体3Gとが交互に隣接するように位置していることで、配線基板1におけるループインダクタンスを抑制することが可能になり、電力供給特性を向上できる点で有利である。
第1線状導体3PLの幅は、半導体集積回路素子Sの電源用電極を接続することができるように、例えば50~100μmに設定されている。
接地用導体3Gは、電源用導体3Pとの間に電位差を設けることで、電源用導体3Pとともに半導体集積回路素子Sへの電力供給を実現させる機能を有している。このため、接地用導体3Gも電源用導体3Pと同じように、外部電源と半導体集積回路素子Sとの間を短い距離で、広い経路で結ぶことで電力の供給特性を向上させることが可能になる。この他、接地用導体3Gは、隣接する信号用導体3S同士の間に生じる浮遊容量の抑制や、信号用導体3Sから生じる放射ノイズを吸収する機能等を有している。
本例においては、接地用導体3Gは、第2面状導体3GFおよび第2線状導体3GLを有している。
第2面状導体3GFは、半導体集積回路素子Sに最も近い絶縁層2bの第1表面5において、搭載領域5a周囲の片側領域5bと反対側にある反対側領域5cに位置している。
つまり、第2面状導体3GFは、半導体集積回路素子Sまでの距離が短い反対側領域5cにおいて、面状の広い経路を確保する状態で位置している。本例においては、第2面状導体3GFは、搭載領域5aの周囲のおよそ半分の領域を占有している。
なお、第2面状導体3GFは、その直下に位置している第2貫通導体であるスルーホール導体8、およびビアホール導体10、そして外部基板の電極と接続する接地用端子12(詳細は後述)を介して外部電源と電気的に接続している。
言い換えれば、第2面状導体3GFは、その直下に位置している配線導体3を介して外部電源と接続しているため、本例の配線基板1は、第2面状導体3GFの直下においても第2面状導体3GFと外部電源との経路長を短くすることが可能である。
第2線状導体3GLは、半導体集積回路素子Sに最も近い絶縁層2bの第1表面5において、第2面状導体3GFから搭載領域5aに櫛歯状態で突出して位置している。それぞ
れの第2線状導体3GLは、半導体集積回路素子Sの複数の接地用電極と接続される。
つまり、第2線状導体3GLは、搭載領域5aにおいて、その直上で半導体集積回路素子Sの接地用電極と接続されることから、第2線状導体3GLと半導体集積回路素子Sとの経路長を短くすることが可能であるとともに、外部電源と短経路で接続する広い経路を有する第2面状導体3GFから搭載領域5aに突出することから、電力を低抵抗で効率よく供給することが可能である。
また、第2線状導体3GLは、その直下に位置している第2貫通導体であるスルーホール導体8、およびビアホール導体10、そして外部基板の電極と接続する接地用端子12(詳細は後述)を介して外部電源と電気的に接続している。
第2線状導体3GLは、搭載領域5aにおいて、第1線状導体3PLと交互に隣接するように位置している。電源用導体3Pと接地用導体3Gとが交互に隣接するように位置していることで、先述のように、配線基板1におけるループインダクタンスを抑制することが可能になり、電力供給特性を向上できる点で有利である。
第2線状導体3GLの幅は、半導体集積回路素子Sの接地用電極を接続することができるように、例えば50~100μmに設定されている。第2線状導体3GLの幅は、第1線状導体3PLの幅と同じ大きさに設定されている。
信号用導体3Sは、本例において、搭載領域5aの外周部から片側領域5b、および搭載領域5aの外周部から反対側領域5cにかけてそれぞれ位置している。信号用導体3Sは、搭載領域5aの外周部において、半導体集積回路素子Sの信号用電極と接続する。また、信号用導体3Sは、片側領域5bまたは反対側領域5cにおいて、貫通導体であるスルーホール導体8、およびビアホール導体10、そして外部基板の電極と接続する信号用端子13(詳細は後述)を介して外部基板と電気的に接続している。これにより、信号用導体3Sは、半導体集積回路素子Sと外部基板との間で電気信号の伝送を行う機能を有している。
信号用導体3Sの幅は、例えば5~50μmに設定されている。
配線導体3は、絶縁基体2の第2表面6において、外部基板の電極と接続される電源用端子11、接地用端子12および信号用端子13を有している。
電源用端子11は、第2表面6において、平面透視で第1面状導体3PFと重なる領域、および第1線状導体3PLと重なる領域に位置している(これらの領域を第1領域とする)。そして、電源用端子11は、第1面状導体3PFおよび第1線状導体3PLと、それぞれスルーホール導体8およびビアホール導体10を介して電気的に接続されている。
言い換えれば、第2表面6に位置する電源用端子11は、その直上において第1面状導体3PFまたは第1線状導体3PLと配線導体3を介して短経路で接続することが可能な個所に位置している。これにより、電源用端子11と電源用導体3Pとの経路を短くすることが可能になる。
電源用端子11は、例えば円形状を有しており、直径は例えば500~700μmに設定されている。各電源用端子11は、それぞれ個別に設けられた円形状の電源用端子導体内に一個ずつ設けられている。
接地用端子12は、第2表面6において、平面透視で第2面状導体3GFと重なる領域
、および第2線状導体3GLと重なる領域に位置している(これらの領域を第2領域とする)。そして、接地用端子12は、第2面状導体3GFおよび第2線状導体3GLと、それぞれスルーホール導体8およびビアホール導体10を介して電気的に接続されている。
言い換えれば、第2表面6に位置する接地用端子12は、その直上において第2面状導体3GFまたは第2線状導体3GLと配線導体3を介して短経路で接続することが可能な個所に位置している。これにより、接地用端子12と接地用導体3Gとの経路を短くすることが可能になる。
接地用端子12は、例えば電源用端子11および信号用端子13の周囲に所定の間隔をあけて平面状態で位置している一つの接地用端子導体内に複数個が設けられており、例えば直径が500~700μmの円形状である。
信号用端子13は、第2表面6に位置しており、スルーホール導体8およびビアホール導体10を介して第1表面5に位置する信号用導体3Sと電気的に接続されている。
信号用端子13は、例えば円形状を有しており、直径は例えば500~700μmに設定されている。各信号用端子13は、それぞれ個別に設けられた円形状の信号用端子導体内に一個ずつ設けられている。
上記のような配線導体3は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等の配線形成技術を用いて、銅等の良導電性金属により形成されている。
ソルダーレジスト4は、本開示において必ずしも必須の構成要素ではないが、本実施形態では、図1に示すように、最上層のビルドアップ用絶縁層2bの上面および最下層のビルドアップ用絶縁層2bの下面に位置している。ソルダーレジスト4は、例えば配線基板1に半導体集積回路素子Sを実装するときの熱から配線導体3を保護する機能を有している。上面のソルダーレジスト4は、第1線状導体3PLおよび第2線状導体3GLの一部を露出する開口4aを有している。下面のソルダーレジスト4は、電源用端子11、接地用端子12および信号用端子13を露出する開口4bを有している。
このようなソルダーレジスト4は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムをビルドアップ用絶縁層2bの上面または下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。
このように、本開示に係る配線基板1は、搭載領域5aを含む第1表面5、および外部基板に接続する第2表面6を有する絶縁基体2と、搭載領域5a周囲の片側領域5bに位置する第1面状導体3PF、および第1面状導体3PFから搭載領域5aに櫛歯状態で突出する複数の第1線状導体3PLを有する電源用導体3Pを有している。また、搭載領域5a周囲の片側領域5bと反対側にある反対側領域5cに位置する第2面状導体3GF、および第2面状導体3GFから第1線状導体3PLと交互に隣接するように搭載領域5aに櫛歯状態で突出する複数の第2線状導体3GLを有する接地用導体3Gを有している。
そして、第2表面6において、平面透視で第1面状導体3PFと重なる第1領域に位置しているとともに、第1面状導体3PFと第1領域との間において第1貫通導体を介して第1面状導体3PFと電気的に接続している複数の電源用端子11を有している。また、第2表面6において、平面透視で第2面状導体3GFと重なる第2領域に位置しているとともに、第2面状導体3GFと第2領域との間において第2貫通導体を介して第2面状導体3GFと電気的に接続している複数の接地用端子12を有している。
上記のように、第1面状導体3PFは、半導体集積回路素子Sまでの距離が短い片側領域5bにおいて、面状の広い経路を確保する状態で位置している。さらに、第1面状導体3PFは、その直下に位置している第1貫通導体および電源用端子11を介して外部電源と接続しているため、第1面状導体3PFと電源用端子11との経路を短くすることが可能である。
また、第2面状導体3GFは、半導体集積回路素子Sまでの距離が短い反対側領域5cにおいて、面状の広い経路を確保する状態で位置している。さらに、第2面状導体3GFは、その直下に位置している第2貫通導体および接地用端子12を介して外部電源と接続しているため、第2面状導体3GFと接地用端子12との経路を短くすることが可能である。
これにより、本開示の配線基板1によれば、半導体集積回路素子Sに素早く、かつ外部電源からの損失を抑制して電力を供給することが可能になる。
さらに、搭載領域5aにおいて、第1線状導体3PLおよび第2線状導体3GLが交互に隣接するように位置していることから、配線基板1におけるループインダクタンスを抑制することが可能になり、電力供給特性の向上に有利である。
なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
例えば、本例においては、第1面状導体3PFと第2面状導体3GFとの境界は、直線状である場合を示したが、境界の全て、または一部が曲線部分を含んでいても構わない。このような場合、例えば信号用導体3Sの配置の自由度を向上させることが可能になる点で有利である。
また、本例においては、図3に示すように、電源用端子11が設けられる電源用端子導体が個別の円形状を有している場合を示したが、円形状を有する複数の電源用端子11を包含する長尺形状の電源用端子導体を複数有していても構わない。
図4に、電源用端子11が、例えば長円形状を有している場合を示す。このような長円形状の端子11aは、例えば図3において互いに隣接する円形状の電源用端子11同士を銅等の良導電性金属によりつないだ状態で第2表面6に位置している。このため、長円形状の端子11aは、円形状の電源用端子11が個々に存在している状態と比較して広い導体面積を確保することが可能になる。これにより、電源用端子11(すなわち長円形状の端子11a)と、第1面状導体3PFおよび第1線状導体3PLとをつないでいる第1貫通導体を、より多く配置することが可能になる。
その結果、外部電源と半導体集積回路素子との間の抵抗値を抑制することができ電力の供給特性を向上させることが可能になる点で有利である。
上記のような長円形状の端子11a同士の間には、接地用端子12の一部が位置している。このように、長円形状の端子11a同士の間に接地用端子12が位置していることで、配線基板1におけるループインダクタンスを抑制する効果があり、電力供給特性を向上できる点で有利である。
なお、図4においては、それぞれの長円形状の端子11aの長手方向が、互いに平行になる状態で位置している場合を示したが、これに限定されない。長円形状の端子11aと
第1面状導体3PFとをつないでいる第1貫通導体が、より多く配置できる構成となるように、それぞれの端子の長手方向を決めればよい。
また、図4においては、電源用端子11が長円形状を有している場合を示したが、電気特性や生産性の観点から、適宜、矩形形状や楕円形状に設定しても構わない。
1 配線基板
2 絶縁基体
2a、2b 絶縁層
3P 電源用導体
3PF 第1面状導体
3PL 第1線状導体
3G 接地用導体
3GF 第2面状導体
3GL 第2線状導体
5 第1表面
5a 搭載領域
5b 片側領域
5c 反対側領域
6 第2表面
11 電源用端子
12 接地用端子
S 半導体集積回路素子

Claims (5)

  1. 半導体集積回路素子を搭載する搭載領域を含む第1表面、および外部基板に接続する第2表面を有しており、複数の絶縁層が積層された絶縁基体と、
    前記第1表面において、前記搭載領域の周囲の片側領域に位置する第1面状導体、および該第1面状導体から前記搭載領域に櫛歯状態で突出し、前記半導体集積回路素子の複数の電源用電極がそれぞれ接続される複数の第1線状導体を有する電源用導体と、
    前記第1表面において、前記搭載領域の周囲の前記片側領域と反対側領域に位置する第2面状導体、および該第2面状導体から前記第1線状導体と交互に隣接するように前記搭載領域に櫛歯状態で突出し、前記半導体集積回路素子の複数の接地用電極がそれぞれ接続される複数の第2線状導体を有する接地用導体と、
    前記第2表面において、平面透視で前記第1面状導体と重なる第1領域に位置しているとともに、前記第1面状導体と前記第1領域との間において前記複数の絶縁層をそれぞれ貫通する第1貫通導体を介して前記第1面状導体と電気的に接続している複数の電源用端子と、
    前記第2表面において、平面透視で前記第2面状導体と重なる第2領域に位置しているとともに、前記第2面状導体と前記第2領域との間において前記複数の絶縁層をそれぞれ貫通する第2貫通導体を介して前記第2面状導体と電気的に接続している複数の接地用端子と、
    を有していることを特徴とする配線基板。
  2. 前記第1線状導体および前記第2線状導体は、同じ幅を有しているとともに、互いに同じ間隔をあけて位置していることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記第1面状導体と前記第2面状導体との境界は直線状であり、前記境界の延長線は、前記搭載領域を二分していることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
  4. 前記第1面状導体と前記第2面状導体との境界は曲線部分を含んでいることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
  5. 前記第2表面に、複数の前記電源用端子を包含する長尺形状の電源用端子導体を複数有しており、互いに隣接する前記電源用端子導体同士の間には、複数の前記接地用端子を包含する接地用端子導体の一部が位置していることを特徴とする請求項1乃至4に記載の配線基板。
JP2018157551A 2018-07-26 2018-08-24 配線基板 Active JP7017995B2 (ja)

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