JPH0276293A - 配線基板および計算機用実装モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線基板および実装モジュールに係り、特に
高密度に配線を収容することが必要な電子計算機等の大
型論理装置に好適な配線基板および実装モジュールに関
するものである。

〔従来の技術〕

電子計算機等では動作速度の高速化を図るため、高集積
で多ピンの集積回路チップを高密度に実装する必要があ
る。従って、集積回路チップを搭載すべき基板も、小型
で単位面積あたりの配線収容量が大きく、かつ基板上の
２点をできるだけ短い距離で結線可能な配線パターンを
有することが望ましい。

従来、上述の基板としては、合成樹脂の積層板、合成樹
脂フィルムあるいはセラミック板等の絶縁板の上に配線
を形成し、これらを複数枚積層した後、スルーホール等
により各層間の電気的接続を行なう、いわゆるプリント
配線基板技術が用いられてきた。第１１図は、現在、通
常に使用されているプリント配線基板の配線パターンを
示したものである。絶縁板４に、周囲にランド３を設け
たスルーホール１を格子状に配置し、格子間に２本の直
線形状の配線２を通している。また、絶縁板の両面に配
線パターンを形成する場合は、配線６に示すように、絶
縁板４の表面の配ＡｌＡ２と裏面の配線６が互いに直交
するようにし、クロストーク等の電気的なノイズを低減
している。これらの２種類の配線をスルーホールを用い
て相互に結線することにより、基板上の離れた２点を電
気的に接続することが可能となる。

また、基板上の離れた２点をより短い長さで結線するた
め、特開昭５８−５６５００号に示すような提案が行な
われている。第１２図は、上記提案の一実施例を示すも
ので、スルーホール間を走る配線２を、第１１図に比べ
斜め方向に傾けていることにより、基板上で結線すべき
２点がＸ軸あるいはＹ軸に平行な直線上に存在しない場
合、配線距離の短縮に効果がある。

さらに、格子状に配置されたスルーホール４個で囲まれ
た１格子間隔×１格子間隔の面積を有する領域において
、有効な配線本数の増加を図るため、実開昭６２−１９
０３６９号に示す提案が行なわれている。第１３図は、
上記提案の一実施例を示すもので、領域内を走る配線２
を円弧状に形成しているため、通常は、１本の配線のみ
により占有されてしまう上記領域に２本の配線を通すこ
とが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

単位面積あたりの配線収容量を増加するためには、スル
ーホールの配置間隔（以下、格子ピッチ）を短縮する、
あるいは配線パターンを形成した絶縁板の積層枚数を増
加する等の案が考えられる。

このためには、格子間を通る配線を細くする、配線と配
線の間隔を低減する、配線とランドとの間隔を低減する
、スルーホール径やランド径を小さくする、スルーホー
ル形成時の位置ずれ余裕を低減するなど様々な方法が考
えられるが、これらはいずれもプリント基板の製造装置
の能力により改善の上限が決まる値であり、ある時点で
の技術的限界以上に改善することはできない。

次に、配線方式上の課題として、第１１図に示す従来例
１では、基板上の離れた２点を結ぶ配線の長さＬは、２
魚のｆ′Ｍ標値を（ＸＩ、Ｙｌ）。

（Ｘ２．Ｙ２）とおくと、 Ｌ＝　ｌ　　Ｘｌ−Ｘ２　１　　＋　ｌ　　Ｙｌ−Ｙ２
　　Ｉで規定され、これ以上短縮することができない。

これに対して、第１２図に示す従来例２においては、斜
め方向の配線パターンの採用により、基板上の離れた２
点を結ぶ配線の長さを短縮することが可能であるが、単
位面積あたりの配線収容量については、特に述べられて
いない。

また、第１３図に示す従来例３においては、円弧状の配
線パターンの採用により、１格子間隔×１格子間隔の領
域内に通すことが可能な配線の本数は多くなるが、配線
長の短縮については、特に述べられていない。

本発明の目的は、同一の製造技術レベル、すなわち、同
一の格子ピッチ、同一の絶縁板の積層枚数、同一の配線
パターン幅を有する配線基板において、従来例のもつ配
線長の短縮効果を損なうことなく、従来に比べ単位面積
あたりの配線収容量が大きい、斜め配線パターン形状を
有する配線基板およびそれを用いた計算機用実装モジュ
ールを提供することにある。

（＊題を解決するための手段〕 上記目的は、配線基板の配線層の少なくとも１層に、Ｘ
Ｙ直交格子上の隣接する２個のスルーホールを結ぶＸ方
向およびＹ方向の全ての線分上に、等しい本数の配線を
配置することが可能な領域を設け、上記の配線可能領域
において、任意のスルーホールを共有するＸ方向および
Ｙ方向の２本の線分上に配置された配線を円弧形状の配
線パターンを用いて相互に結線し、かつ隣接する円弧形
状の配線パターンを相互に結線することにより、基板全
体としては、おおむねＸあるいはＹ方向に対して４５度
方向の斜め配線を形成することにより達成できる。

さらに、絶縁板の両面に配線を形成する場合、絶縁板の
第１の面から見て、スルーホールを中心として円周角０
度から９０度の範囲および円周角１８０度から２７０度
の範囲に相当する２組の領域を上記の絶縁板の第１の面
の配線パターンに適用し、円周角９０度から１８０度お
よび２７０度から３６０度の範囲に相当する２組の領域
を上記の絶縁板の第２の面の配線パターンに適用するこ
とにより、さらに配線収容量を増加し、かつ電気的なノ
イズを抑えることができる。

〔作用〕

まず、配線長短縮作用について示す。第５図は、従来例
２の配線長短縮効果が最も顕著に現われる、基板上の２
点を結ぶ線分が第５図のＸ軸に対して角度ｊａｎ−”　
０　、５をなす場合を示したものである。

図中の実線、破線、−点鎖線は、それぞれ従来例１、従
来例２、本発明の配線経路を示している。

ただし、経路中継用のスルーホールは省略してあり、ま
た、従来例２および本発明の配線は、ｊａｎ−”０．５
　および４５度方向に対して直線で近似している。ここ
で、基板上の２点を図中の原点および点Ａにとると、そ
れぞれの配線長は、ｘａ＝２ｙａより 従来例１　：　ｘａ＋ｙａ＝３７ａ 従来例２　：　ｘａ＋（ｖ’５−２）ｙａ＝ｖ’５ｙａ
本発明　：　（ｘ　ａ−ｙ　ａ）＋ｖ７″２　ｙ　ａ　
＝　（１＋ｖ’　２　）ｙａ従って、従来例１に対して
本発明の改善度は約１．２倍、従来例２に対して本発明
の改善度は約０．９倍（約１．１倍の悪化）となる。

また、第６図は、本発明の配線長短縮効果が最も顕著に
現われる、基板上の２点を結ぶ線分が第６図のＸ軸に対
して角度４５度をなす場合を示したものである。第６図
に対して、第５図と同様に配線長を求めると、ｘ　ａ　
＝　ｙ　ａより従来例１　：　ｘａ＋ｙａ＝２ｙａ 本発明：Ｊ７（ｘ　ａ　２＋　ｙ　ａ　”）　＝ｓｌ”
ｉ　ｙ　ａ従って、従来例１に対して本発明の改善度は
約１．４倍、従来例２に対して本発明の改善度は約１．
１倍となる。

次に、４５度の配線方向を仮定した場合の直線あるいは
折れ線配線と円弧状配線の配線長比較を行なう。第７図
は、格子ピッチｐがランド３の径ｒに比べて十分大きく
４５度方向に直線配線２ｂが形成可能な場合を示したも
のである。ランドから配線を離さなければならない最小
の距Ｉｌｌ！ｓを満足するためには、この例では、直線
配線は１本しか配置することができない。ここで、点Ａ
から点Ｂまで配線を行なう場合、その長さは格子ピッチ
ｐの約１．４１倍となる。これに対して円弧形状の斜め
配線２ａでは、配線長は格子ピッチｐの約１．５７倍と
なり、直線配線２ｂに比べて約１．１倍の悪化となるに
すぎない。

また、第８図は、第７図に比べてランド径ｒが大きく、
直線配線が不可能な場合を示したものである。この例で
は、直線配線の替わりに配線内に２力所以上の頂点を有
する折れ線配線２ｃを用いている。点Ａから点Ｂまで配
線を行なう場合の折れ線配線２ｃの長さは、格子ピッチ
ｐの約１．５３倍となる。また、円弧状配線２ａの長さ
は、図７と同様に格子ピッチｐの約１．５７倍である。

従って、円弧状配線２ａは、折れ線配線２Ｃとほとんど
同等の配線長を得ることができる。

さらに、第９図は、ランド径が最も大きく、折れ線配線
、円弧状配線とも格子間に１本しか通すことのできない
場合を示したものである。この場合、折れ線配線２ｃは
、４個以上の頂点を持たなければ、斜め４５度方向に点
Ａから点Ｂまで配線することができない。この場合、折
れ線配線２ｃの配線長は格子ピッチｐの約１．６６倍と
なるのに対して、円弧状況ｌｌ５２ａの配線長は、上述
の例と同じ格子ピッチｐの１．５７倍のままである。

従って、円弧状配線は、折れ線配線の長さの約０．９５
倍に短縮することができる。

次に、単位面積あたりの配線収容量の増加作用について
示す。ここで、隣接するスルーホール間に配線ｎ本を通
すことが可能な技術レベルを想定し、この時の格子ピッ
チをｐとおくと、本発明では、第１０図（ａ）に示すよ
うに、４個のスルーホールで囲まれたＰＸＰの面積を有
する領域において、その周囲の４辺に合計４ｎ本の配線
を配置することが可能である。ここで、右上および中心
のスルーホール ルを共有するＸ方向およびＹ方向の辺上のｎ本の配線同
志を、それぞれのスルーホールを中心とする円弧形状の
配線パターンを用いて結線することを考えると、ＰＸＰ
の面積内には、半径ｐ　／　２の円の４分の１円周長を
有する円弧２ｎ本を収容可能であり、その合計の長さは
πｎｐ／２となる。

これに対して、第１０図（ｂ）に示す従来例１では、面
積ＰＸＰの領域の周囲４辺から２ｎ本の配線を取り出す
ことが可能であり、それらを直線で結ぶと，その合計の
長さはｎｐとなる。

また、第１０図（ｃ）に示す従来例２では、面積ＰＸＰ
の領域の周囲４辺から３ｎ本の配線を取り出すことが可
能であり、それらを折れ線で結ぶと、その合計の長さは
、ｖ’　５　ｎ　ｐ　／　２となる。

従って、本発明は、従来例１に比べて単位面積あたりπ
／２倍すなわち約１．６倍の配線が、従来例２に比べて
π／ｖ’５倍すなわち約１．４　倍の長さの配線が収容
可能となる。

以上を整理すると、本発明を用いることにより、配線長
の短縮効果は、従来例と比べて最良の場合約１．４倍の
改善、最悪の場合でも約１．１倍の悪化に留めることが
できる。また、本発明と同様の配線方向である４５度方
向の直線あるいは折れ線形状の斜め配線と本発明の円弧
形状の斜め配線を比較すると、配線長は折れ線配線とほ
ぼ同等であり、直線配線と比べても最悪約１．１倍に悪
化するにすぎない。これに対して、配線長の収容能力の
改善効果は大きく、従来例に比べて、１．４から１．６
倍の配線を同一面積に収容することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例を示す平面図である。

絶縁板４上にはスルーホール１．配線２およびランド３
が設けである。また、スルーホール１はランド３と電気
的に接続しである。このスルーホール１は、複数の絶縁
板を積層して１枚の配線基板を形成する場合、他の絶縁
上の配線と電気的接続を取るためのものである。このた
めには。

接続に必要なスルーホール１と配線２を選択して電気的
に接続する必要があるが、これは第１図右下部分に示す
ように、配線２とランド３を接続する短い接続用配線５
を使用すればよい。本実施例では、１格子ピツチｐの間
に２本の円弧形状を連続的に接続した配線を設けである
。この場合、スルーホール径を０．３７Ｐ、ランド径を
０．５５　ｐ　。

ランドと配線の間隔を０．０９　ｐ、配線と配線の間隔
を０．０９　ｐ、配線の幅を０．０９　Ｐと設定した。

従って、スルーホールに近い側の配線の曲率半径は０．
４１ｐ、遠い側の配線の曲率半径は０．５９ｐとなる。

この配線２により、従来の１．４から１．６倍の配線収
容能力を得ることができるので、同一の基板サイズで同
一の配線量を得るためには、従来の１．４から１．６分
の１の枚数の絶縁板を積層し、配線基板を形成すればよ
い。従って、コストの低減を図ることができる。また、
配線基板の厚さも従来の１．４から１．６分の１となる
ので、配線基板を厚さ方向に貫通するスルーホールの長
さを短くすることができ、スルーホールにより生ずる寄
生容量を低減することが可能となる。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す平面図である６
本実施例では、）８縁板４の表面に円弧形状を連続的に
接続した配１ｉＩ２を、絶縁板の裏面に配線２と同一形
状だが、その配線方向が配置！２に対して９０度傾いた
配線６を設けている。ただし、第２図では、配線６を絶
縁板４の表面から透視した位置に破線で示しである。こ
の場合、任意のスルーホールに着目すると、絶縁板の表
面から見て、同周角０度から９０度の範囲および円周角
１８０度から２７０度の範囲に相当する円弧形状を絶縁
板の表面の配線パターン、円周角９０度から１８０度お
よび２７０度から３６０度の範囲に相当する円弧形状を
絶縁板の裏面の配線パターンとして。

使用していることになる。このような、配線パターンを
使用することにより、絶縁板をはさんで配線２と配線６
が平行して走る部分が減少し、結果として両者の配線間
の電気的ノイズを低減することができる。

第３図は、本発明の第３の実施例を示す平面図である。

本実施例では、第１図に示す円弧形状を連続的に接続し
た配線２を、Ｘ軸に対して０度。

４５度、９０度の傾きを持つ３種の線分を用いて、折れ
線配線７で近似している。一般に、配線基板の配線パタ
ーンを形成するためのマスクを描画する装置においては
、曲線を取り扱うことができず、基準軸に対して一定の
角度を持った直線のみしか定義できないものが存在する
が、本実施例を用いることにより、そのような製造装置
においても本発明を容易に適用することが可能となる。

第４図は、本発明の第４の実施例を示す断面図である。

計算機用実装モジュール１８は、配線基板８上に半田端
子１０によって多数の集積回路チップ９を取り付は集積
回路チップの電気的相互接続を行なうとともに、集積回
路チップ９を配線基板８と封止用ハツト１４によって構
成される空間内に封入し、かつ集積回路チップ上に接触
または固着された冷却ブロック１７により冷却する手段
を与えるものである。封止は、配線基板８に封止用ハツ
ト１４の端部を半田１２により接合することにより行な
う。配線基板８の下面には基板内の配線を外部の回路カ
ードまたは回路ボードに接続するための入出力ピン１１
が設けられている。集積回路チップ９により発生した熱
は冷却ブロック１７に伝達され、冷却ブロックの内部を
循環する冷媒により冷却される。冷媒は、封止用ハツト
１４の上面に設けた冷媒送入ノズル１６ａを通して計算
機用実装モジュール１８の外部から流入し、封止用ハツ
ト１４内に設けられた冷媒流路１５、ベローズ状パイプ
１３を介して各冷却ブロックの内部を循環し、冷媒排出
ノズル１６ｂを通して計算機用実装モジュールの外部に
排出される。本構造に上述の配線基板を適用することに
より、実装モジュールの電気的な性能が向上し、結果と
して計算機の処理能力を向上させることができる。

最後に、本発明による配線パターンを形成した絶縁板は
、必要に応じて第１１図、第１２図または第１３図に示
した従来の配線パターンを有する絶縁板と混在させて使
用することが可能であり、それらのいずれの組合せにお
いても本発明の効果を妨げるものでない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、配線長を増加させることなく、同一サ
イズ、同一積層枚数の多層配線基板において、その単位
面積あたりの配線収容量を増加することができるので、
従来に比べ同一面積により多数の集積回路部品を配置す
ることが可能となる。

これにより、部品の配置間隔が短縮し、部品間を伝わる
電気信号の遅れも減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す平面図、第２図
は、本発明の第２の実施例を示す平面図、第３図は、本
発明の第３の実施例を示す平面図、第４図は、本発明の
第４の実施例を示す断面図、第５図から第９図は配線長
の短縮効果を示す図、第１０図は、単位面積あたりの配
線量を示す図、第１１図から第１３図は従来例を示す平
面図である。 １・・・スルーホール、２・・・配線、３・・・ランド
、４・・・絶縁板、５・・・接続用配線５６・・・裏面
の配線、７・・・折れ線配線、８・・・配線基板、９・
・・集積回路チップ、１１・・・入出力ピン、１３・・
・ベローズ状パイプ、１４・・・封止用ハツト、１７・
・・冷却ブロック、１８・・・計算機用実装モジュール
。 第　１　又 茅　ｚ（２１１ 乙　棗釦の９Ｃ泗に 第　３　区 ７　抑糺替Ｊじ槻 第　４７ 第　５　図 第　Ｌ　図 第′７Σ □ 円２＾又勾己ヤｋ　□　　　鷹７Ｆ＝／、タフ１＝１１
１、子呆力すに、酒＝！％　　　　　−−−−−−リ／
−］Ｆ−２＝′＝　　ノ　幻　、）２茅　３　図 円５人収配様　□　　２’Ｆ　　　”Ｉ・５７Ｐ教畦棉
紅祿−−−−−−４１２，ルーｙ＝１．！５，１５７ン
に 第　９１！］ Ｐ：１５ネ、杖シ（搾ヒ　□　　　Ｔ？　　　＝　７．
ダ７７＝物東葦Ｉて祿−−−−−−＊１　を眞全−へ乙
げ第　ｔｏ　　（！１ ４市−左長 第　１１　　カ 第　）２　図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．両面あるいは片面に配線層を形成した絶縁板を１枚
   以上積層し、該絶縁板上のＸＹ直交格子の格子交点上に
   配置されかつ該絶縁板を１枚以上貫通するスルーホール
   により、該配線層間の電気的貫通を得る配線基板であり
   、かつ該配線層の少なくとも１層が斜め配線層である配
   線基板において、該斜め配線層の少なくとも１層が、隣
   接する２個のスルーホールを結ぶＸ方向およびＹ方向の
   線分上の全てに等しい本数の配線が配置可能であり、か
   つ任意のスルーホールを共有するＸ方向およびＹ方向の
   ２本の線分上の配線が相互に結線可能であり、かつ該斜
   め配線層の任意のスルーホールを共有する該結線可能な
   配線を有するＸ方向およびＹ方向の線分の集まりのうち
   少なくとも一組において、結線可能な配線の全てが実際
   に結線されていることを特徴とする配線基板。
2. ２．上記の任意のスルーホールを共有するＸ方向および
   Ｙ方向の２本の線分上の配線を相互に結線するための配
   線パターンが、上記スルーホールを中心とする円弧形状
   からなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. ３．上記の斜め配線の形状が、任意のスルーホールを中
   心とする上記の円弧を始点としてＸ方向に隣接する第２
   のスルーホールを中心とする第２の円弧に接続し、次に
   第２のスルーホールに対してＹ方向に隣接する第３のス
   ルーホールを中心とする第３の円弧に接続しており、以
   下これをＸ，Ｙ交互に繰り返した形の、斜め配線全体と
   しては、おおむねＸあるいはＹ方向に対して４５度方向
   に配線されていることを特徴とする請求項１又は２記載
   の配線基板。
4. ４．上記の斜め配線の形状が、任意のスルーホールを中
   心とする上記の円弧を始点としてＹ方向に隣接する第２
   のスルーホールを中心とする第２の円弧に接続し、次に
   第２のスルーホールに対してＸ方向に隣接する第３のス
   ルーホールを中心とする第３の円弧に接続しており、以
   下これをＹ，Ｘ交互に繰り返した形の、斜め配線全体と
   しては、おおむねＸあるいはＹ方向に対して４５度方向
   に配線されていることを特徴とする請求項１又は２記載
   の配線基板。
5. ５．上記絶縁板の両面に配線を形成する場合において、
   該絶縁板の第１の面から見て、任意のスルーホールを中
   心として円周角０度から９０度の範囲および円周角１８
   ０度から２７０度の範囲に相当する２組の円弧形状配線
   を連続的に接続させて該絶縁板の第１の面の配線を形成
   し、円周角９０度から１８０度および２７０度から３６
   ０度の範囲に相当する２組の円弧形状を連続的に接続さ
   せて該絶縁板の第２の面の配線を形成することを特徴と
   する請求項１，２，３又は４記載の配線基板。
6. ６．上記の円弧形状の配線パターンが、１本以上の直線
   形状の線分を用いた折れ線で近似的に構成されているこ
   とを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の配線
   基板。
7. ７．複数の集積回路チップあるいは集積回路パッケージ
   を搭載し該集積回路チップあるいは集積回路パッケージ
   の電気的な相互接続を行なう配線基板および外部との信
   号入出力を行なうピンまたはコネクタを有する計算機用
   実装モジュールにおいて、該配線基板の斜め配線層の少
   なくとも１層が、隣接する２個のスルーホールを結ぶＸ
   方向およびＹ方向の線分上の全てに等しい本数の配線が
   配置可能であり、かつ任意のスルーホールを共有するＸ
   方向およびＹ方向の２本の線分上の配線が相互に結線可
   能であり、かつ該斜め配線層の任意のスルーホールを共
   有する該結線可能な配線を有するＸ方向およびＹ方向の
   線分の集まりのうち少なくとも一組において、結線可能
   な配線の全てが実際に結線されていることを特徴とする
   計算機用実装モジュール。