JP2007287868A - プリント配線板およびプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリント配線板の構造に関し、より詳細には搭載する表面実装部品のパッド内に充填物を充填したスルーホールを配置するプリント配線板およびプリント配線板の製造方法に関する。
【解決手順】 樹脂を基材とするプリント配線板は、内壁を導体で覆ったスルーホールと、そのプリント配線板の表面に導体で形成した搭載部品の端子を接続するパッドと有し、パッドは、パッドの領域内にスルーホールを配置し、そのスルーホールの内部を所定の充填物で充填し、充填物の前記プリント配線板の表面部分をパッドを形成する導体で覆うよう構成する。
【選択図】 図１

Description

プリント配線板の構造に関し、より詳細には搭載する表面実装部品のパッド内に充填物を充填したスルーホールを配置したプリント配線板およびプリント配線板の製造方法に関する。

携帯電話や携帯音楽プレーヤ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯電子機器では、小型化のために多層プリント配線板に表面実装部品を搭載することが一般的になっている。特に最近では電子回路が大規模化、複雑化と進展し、プリント配線板の高密度実装技術が重要なものとなっている。

プリント配線板の高密度化とともに駆動電圧の低電圧化も進行し、ノイズに対する対策も重要となってきている。ノイズ対策としてはデジタルＩＣの電源（ＶＣＣ）とグランド（ＧＭＤ）間にバイパスコンデンサを挿入することが行われるが、高密度、低電圧のプリント配線板の実装においては、今まで以上にバイパスコンデンサの配置や配線に対して配慮を払うことが求められている。

図４に、多層プリント配線板にバイパスコンデンサを搭載した従来の構造を示す。図４（ａ）において、多層プリント配線板１００は基板表面に信号層１０１、１０２、内部に内層として信号層１０３、グランド層１０４、電源層１０５の導体回路を持つ例を示している。搭載部品であるＩＣ３００は、プリント配線板１００の表面の信号層１０１の導体箔によりパッド１４０、１５０を形成し、ＩＣ３００の端子である金属ボール３１０、３２０はパッド１４０、１５０のそれぞれと半田４００により接続している。

ＩＣ３００を搭載しているプリント配線板１００の面をここでは部品面と言い、反対の面をここでは裏面と言う。裏面には、バイパスコンデンサ２００を搭載している。バイパスコンデンサ２００はチップコンデンサで、両端は半田に追われた端子部を形成し、この端子部が裏面に形成したパッド１６０と１７０とに半田により接続している。パッド１６０はグランド層１０４に、パッド１７０は電源層１０５にスルーホール１１０および１２０を介してそれぞれ接続している。また、前述したＩＣ３００のパッド１４０も電源層１０５と接続しており（即ち、金属ボール３１０はＩＣ３００の電源端子である）、バイパスコンデンサ２００はＩＣ３００に対し電源からのノイズをＩＣ３００に流入させずにグランドに流してしまう働きをする。

図４（ａ）の部品面および裏面はそれぞれソルダレジスト１８０でコートしている。このソルダレジスト１８０は、半田による接続の際にパッド以外の部分に半田が流れないようにするためのものである。

図４（ｂ）は、図４（ａ）を部品面から見たプリント配線板のパターンを示している。ＩＣ３００を接続するパッド１４０、１５０およびスルーホール１１０、１２０、１３０、パッドとスルーホールを接続する配線パターン１９０を示している。パターンとスルーホール以外はソルダレジスト１８０で覆っている。また図４（ｃ）は、同様に図４（ａ）を裏面から見たプリント配線板のパターンを示している。
図４（ａ）−（ｃ）に示すように、スルーホール１１０−１３０は搭載部品のパッド１４０−１７０とは別個に形成し、その間は配線パターン１９０で接続している。電源層とグランド層と接続するそれぞれのスルーホール１１０とスルーホール１２０は、配線の引き回しを出来るだけ少なくするため、搭載部品の電源端子およびグランド端子のパッド（ＩＣ３００の電源端子のパッド１４０、バイパスコンデンサ２００の電源端子のパッド１７０、バイパスコンデンサ２００のグランド端子のパッド１６０が該当）の近傍に形成している。スルーホールをパッド内に形成しないのは、搭載部品をパッドに半田接続するとき、半田がスルーホール内に流れ込み、接続に充分な半田量が確保できない場合があるからである。

ガラスエポキシ等の樹脂を基板とするプリント配線板のスルーホールは、内壁をめっきで覆い、その内部は図４に示すように中空としているのが一般的である。しかし、セラミック基板の場合は孔径を小さくしたいことから、めっきで層間の接続をすることは難しく、ビアホール内（セラミック基板は孔を開けたシートを積層して焼結するのでビアホールが用いられる）を導電性の材料で充填し、その導電性の充填材で層間の接続を取る場合が多い。しかし、セラミック基板以外のプリント配線板においてもスルーホール内に導電性の材料を充填させることが報告されている。この報告によれば、紙を基材とするプリント配線板は厚さ方向の熱膨張や吸湿による収縮を防ぐためにスルーホール内に銀ペーストを充填して硬化させ、スルーホールの接続信頼性を高くすることが記載されている（例えば、特許文献１）。
特開昭５４−０９７７７８号公報

上記に述べたように、搭載部品を接続するパッドとスルーホールとは個別に形成し、その間は配線パターンで接続することが一般的である。この理由は、搭載部品の接続時に半田がスルーホールに流れ込み接続に充分の半田量が得られない場合があるからである。

このため、高密度実装が必要なプリント配線板においては、パッドとスルーホールとを個別に形成することはプリント配線板のスペース効率の点から問題がある。また、そのために配線の引き回しが長くなることにより、配線による抵抗が多くなるとともにノイズに対しても脆弱なものとなる。特にバイパスコンデンサはＩＣの電源ピンの近くに配置され、短い距離で電源、グランドに接続することが要求される。もし、この要求を満足しないと、ＩＣの信号速度が１００Ｍｂｐ以上の中・大規模の回路では、回路が正常に機能しなくなる恐れがある。

本発明は、パッドとスルーホールを一体化することにより、配線の引き回しを最少に抑え、高密度実装に適し耐ノイズ性にも優れたプリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のプリント配線板とその製造方法は、以下のように構成される。
（１）第１の発明
第１の発明は、プリント配線板に形成したパッドに内部を充填物で充填したスルーホールを配置するものである。

このプリント配線板は樹脂を基材とするもので、内壁を導体で覆ったスルーホールと、プリント配線板の表面に導体で形成した搭載部品の端子を接続するパッドと有している。そして、そのパッドは、パッドの領域内にスルーホールを配置し、そのスルーホールの内部を所定の充填物で充填し、さらにその充填物のプリント配線板の表面の開口部分をパッドを形成する導体で覆ったものである。

パッドは表面実装部品をプリント配線板に半田接続するためのもので、例えばプリント配線板表面の導体である銅箔を円形や四角形にエッチングにより形成したものである。スルーホールはプリント配線板を表面から裏面にかけて貫通した孔で、例えばドリルにより貫通孔を形成する。そして、メッキにより内壁は銅の金属導体で覆い、その内壁の導体は内層の導体と必要に応じて接続している。

第１の発明によれば、パッド内にスルーホールがあっても、スルーホール内部が充填物で埋められ、その充填物のプリント配線板の表面部分はパッドの導体で蓋をされた状態にあり、搭載部品の半田接合においても従来のように半田がスルーホールに流れ込むことなく信頼性の高い接続が可能である。
（２）第２の発明
第２の発明は、スルーホール内部に充填する充填物が、絶縁体または導体であることを特徴とするものである。

第２の発明によれば、充填物が絶縁体であれば低コストの材料で充填が可能であり、充填物が導体であれば低い導体抵抗の導体回路の形成ができる。
（３）第３の発明
第３の発明は、第１の発明におけるプリント配線板の製造方法である。

第１の発明により、高密度実装に適した接続構造を持つプリント配線板を提供できる。また、耐ノイズ性に優れたプリント配線板を提供できる。

第２の発明により、充填物を絶縁体とすれば低コストで高密度実装に適したプリント配線板を提供でき、充填物を導体とすれば低抵抗の導体回路を持った高密度実装に適したプリント配線板を提供できる。

第３の発明により、第１の発明と同様の効果のある高密度実装で耐ノイズ性に優れたプリント配線板の製造方法を提供できる。

本発明の実施例を図１から図３を用いて説明する。

図１は、第１の発明の実施形態を説明する図であり、図４で説明した従来のプリント配線板１００を本発明の方法により置き換えた場合のプリント配線板１０００の例を示している。図１では図４で示した記号と異なるものにのみ記号を付けており、記号のないものは図４と同一である。また、図１（ａ）−（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）−（ｃ）に対応している。

図１（ａ）において、スルーホール１１００は図４（ａ）のスルーホール１１０に対応し、バイパスコンデンサ２００のパッド１６００は図４（ａ）のスルーホール１６００に対応する。スルーホール１１００はパッド１６００に内在している。また、スルーホール１２００はパッド１７００およびパッド１７１０に内在している。その構造は図１（ａ）の拡大図に示されるように、内部は充填物１２１０で充填され、その充填物１２１０のプリント配線板１０００の表面部分はパッド１７１０で蓋をされるように覆われている。従って、ＩＣ３００の端子を接続する半田４００は、スルーホール１２００の内部に流れる込むことはない。

図１（ｂ）は部品面から見た例で、パッド１６１０、１７１０、１３２０を示し、それらの背面にそれぞれのスルーホール１１００、１２００、１３００が形成されている（スルーホールを点線で示している）。図１（ｃ）は裏面から見た例で、パッド１６００とパッド１７００はその背面にスルーホール１１００と１２００とが形成されている。

図２は、第１の発明により省スペース化が図れた例を説明する図である。図２（ａ）は従来技術によるプリント配線板の例で、パッドとスルーホールが個別に作られ、その間は配線パターンで接続している。これに対し、図２（ｂ）に示すように、本発明ではパッド内にスルーホールを形成するため、図２（ｂ）の下図に示すようにスルーホールの部分が省スペース化される。即ち、図２（ｂ）の下図に示す点線の矩形のスペースが生み出されたことになる。

次に、本発明によるプリント配線板の製造プロセスについて図３を用いて説明する。図３の（ａ）は積層する材料を示し、銅張り積層板５００の両面からプリプレグ５１０、さらに銅箔５２０を積層する例を示している。この例では、例えばプリント配線板表面の銅箔５２０を信号層（２層）、内層である銅張り積層板５００の銅箔を電源層とグランド層に用いる。銅張り積層板５００は、電源層およびグランド層の導体パターンをエッチング等により形成してあるものとする。同図（ｂ）は、同図（ａ）に示す材料を積層して熱プレスにより接着を行う。そして同図（ｃ）は、接着されて一枚となった基板にドリルでスルーホール形成のための孔あけを行い、同図（ｄ）に示すように全体にメッキを施す。これにより、孔あけされた内壁を含めてメッキがなされる。続いて同図（ｅ）でメッキ後のスルーホール用の孔の内部に樹脂を充填する。樹脂は、例えばエポキシ樹脂である。樹脂充填後に再度メッキを施す（同図（ｆ））。これにより、孔の開口部の充填した樹脂にもメッキが施される（同図（ｆ））。メッキがかけられた後、プリント配線板の表面にエッチング等によりパッドや配線のための導体回路のパターン形成を行う（同図（ｇ））。その後、ソルダレジスト１８０を例えばシルク印刷によりコートし、プリント配線板の完成となる（同図（ｈ））。

以上で本発明のパッド内に充填物を充填したスルーホールを内在するプリント配線板を製造することができる。この例はあくまで製造の一例を示すものであり、他の方法で本発明のパッド内にスルーホールを内在するプリント配線板を製造してもよい。

また、ここではスルーホールに樹脂を充填したが、例えば銀ペースト等の導電性のペーストを充填し、硬化するようにしてもよい。こうすれば、スルーホールの抵抗値を低くすることができる。このような場合、スルーホールの内壁にメッキによる導体を不要とすることもできる。

第１の発明によるプリント配線板の構造例である。 第１の発明による省スペース化例である。 第３の発明によるプリント配線板の製造方法例である。 従来のプリント配線板の構造例である。

符号の説明

１００ プリント配線板
１０１ 信号層（表面層）
１０２ 信号層（表面層）
１０３ 信号層（内層）
１０４ グランド層（内層）
１０５ 電源層（内層）
１１０ スルーホール
１２０ スルーホール
１３０ スルーホール
１４０ パッド（ＩＣ−電源端子用）
１５０ パッド（ＩＣ−信号端子用）
１６０ パッド（バイパスコンデンサ−グランド端子用）
１７０ パッド（バイパスコンデンサ−電源端子用）
１８０ ソルダレジスト
１９０ 配線パターン
２００ バイパスコンデンサ
３００ ＩＣ
３１０ 金属ボール（ＩＣ電源端子）
３２０ 金属ボール（ＩＣ信号端子）
４００ 半田
５００ 銅張り積層板
５１０ プリプレグ
５２０ 銅箔
５３０ ドリル孔
５４０ 銅メッキ
５５０ 樹脂（絶縁体）
５６０ 銅メッキ
５７０ パッド
１０００ プリント配線板
１１００ スルーホール
１２００ スルーホール
１２１０ 充填物
１３００ スルーホール
１３１０ スルーホール用ランド
１３２０ パッド（ＩＣ−信号端子用）
１６００ パッド（バイパスコンデンサ−グランド端子用）
１６１０ スルーホール用ランド
１７００ パッド（バイパスコンデンサ−電源端子用）
１７１０ パッド（ＩＣ−電源端子用）

Claims (3)

1. 樹脂を基材とするプリント配線板であって、
   前記プリント配線板は、内壁を導体で覆ったスルーホールと、該プリント配線板の表面に導体で形成した搭載部品の端子を接続するパッドとを有し、
   前記パッドは、該パッド内に前記スルーホールを配置し、該スルーホールの内部を所定の充填物で充填し、該充填物の前記プリント配線板の開口部分を該パッドで覆った、
   ことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記充填物は、絶縁体または導体である
   ことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 樹脂を基材とするプリント配線板の製造方法であって、
   前記プリント配線板の積層した基材に貫通する孔をあけ、該孔の内壁を導体で覆ってスルーホールを形成し、
   前記スルーホールの内部を充填物で充填し、
   前記プリント配線板の表面に露出する前記スルーホールの充填物を含めて、該プリント配線板の表面に導体膜を形成し、該導体膜から該スルーホールを内在した搭載部品の端子を接続するパッドを形成する、
   ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。

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