JP2019165190A - 配線板および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】配線板の熱対策に有利な技術を提供する。【解決手段】少なくとも２層のパターン化された導電層と、半導体パッケージと、を備える配線板であって、導電層は、配線板の第１の面に配された第１の導電層と、前記第１の面とは反対側の第２の面に配された第２の導電層と、を含み、半導体パッケージは、第１の導電層の上に配され、第１の導電層の厚さが、第２の導電層の厚さよりも厚く、第１の導電層の厚さと第２の導電層の厚さとが、２倍以上異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、配線板および電子機器に関する。

特許文献１には、基板の両面に銅箔パターンが形成された両面配線板が示されている。

特開平２−７６２９５号公報

特許文献１の構造において、一方の面の上に搭載された搭載部品で発生する熱は、半導体パッケージそのものに対する誤動作や寿命への影響だけでなく、半導体パッケージを搭載した配線板が組み込まれた電子機器にも影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、配線板の熱対策に有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る配線板は、少なくとも２層のパターン化された導電層と、半導体パッケージと、を備える配線板であって、導電層は、配線板の第１の面に配された第１の導電層と、前記第１の面とは反対側の第２の面に配された第２の導電層と、を含み、半導体パッケージは、第１の導電層の上に配され、第１の導電層の厚さが、第２の導電層の厚さよりも厚く、第１の導電層の厚さと第２の導電層の厚さとが、２倍以上異なることを特徴とする。

上記手段によって、配線板の熱対策に有利な技術が提供される。

本発明の実施形態に係る配線板の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係る配線板の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係る配線板の半導体パッケージの搭載例を示す図。 本発明の実施形態に係る配線板の配線板ランドと半導体パッケージのデバイスランドとの関係を示す図。 本発明の実施形態に係る配線板の半導体パッケージの搭載例を示す図。

以下、本発明に係る配線板の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載された模式図に過ぎず、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

図１（ａ）〜５を参照して、本発明の実施形態による配線板１００について説明する。図１（ａ）〜１（ｃ）は、本実施形態の配線板１００の構成例を示す図である。図１（ａ）は配線板１００の断面図、図１（ｂ）は配線板１００の斜視図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の斜視図のうち半導体パッケージ１０４が配される部分の拡大図である。

配線板１００は、基材１０３と、少なくとも２層のパターン化された導電層と、半導体パッケージ１０４と、を含む。導電層は、配線板１００の一方の面である表面（第１の面）に配された導電層１０１（第１の導電層）と、表面とは反対側の裏面（第２の面）に配された導電層１０２（第２の導電層）と、を含む。換言すると、配線板１００は、配線板１００の最も外側に配される導電層として導電層１０１および導電層１０２を備えている。本実施形態では、配線板１００は２層の導電層を備えるが、導電層１０１と導電層１０２との間に１層以上の導電層をさらに備えていてもよい。

半導体パッケージ１０４は、導電層１０１の上に配される。半導体パッケージ１０４には、モータードライバなどの半導体素子がパッケージされていてもよいし、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子がパッケージされていてもよい。

本実施形態において、図１（ａ）、１（ｂ）に示されるように、導電層１０１と導電層１０２との厚さが互いに異なる。さらに、詳しく説明すると、図１（ａ）、１（ｂ）に示される構成において、導電層１０１の厚さが、導電層１０２の厚さよりも厚い。配線板１００が３層以上の導電層を含む場合、導電層１０１が、配線板１００に配された導電層のうち最も厚い導電層であってもよい。

図１（ｃ）に示されるように、導電層１０１は、パターン化されている。パターン化された導電層１０１の一部は、導電層パターン１０１ａのように半導体パッケージ１０４の端子と接続され、半導体パッケージ１０４に対して信号や電源（電力）を供給するための配線パターンとして機能する。また、パターン化された導電層１０１の他の一部は、導電層パターン１０１ｂ（第１のパターン）のように半導体パッケージ１０４で生じる熱を放出するように配される。換言すると、導電層パターン１０１ｂは、半導体パッケージ１０４の放熱に利用される。発熱する半導体パッケージ１０４を搭載する側の表面に配された導電層１０１の膜厚を、他の導電層よりも厚くすることによって、効率的に放熱し、半導体パッケージ１０４の発熱を抑制することが可能となる。これによって、半導体パッケージ１０４そのものに対する熱による誤動作や寿命への影響だけでなく、半導体パッケージ１０４を搭載した配線板１００が組み込まれた電子機器への熱の影響を抑制できる。また、導電層１０１と導電層１０２とのうち導電層１０１だけの厚さを厚くすることによって、配線板１００全体での厚さの増加を抑制できる。これによって、配線板１００を電子機器に組み込む際に、電子機器の内部の配置を大きく変更することなく配線板１００を組み込むことができる。本明細書において、導電層１０１、１０２の厚さとは、導電層パターン１０１ａ、１０１ｂのような、導電層１０１、１０２に含まれる導電性のパターンの厚さのことを指す。例えば、導電層１０１、１０２の厚さとは、導電層１０１、１０２に含まれる導電性のパターンのうち最も厚いパターンの厚さのことであってもよい。また、導電層１０１、１０２は、導電性のパターンのほかに、絶縁性のパターン（不図示）を含んでいてもよい。

導電層パターン１０１ｂは、図１（ｃ）に示されるように、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の外縁よりも内側に配されてもよい。導電層パターン１０１ｂは、直接、半導体パッケージ１０４と接触していてもよい。また、導電層パターン１０１ｂは、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の外縁よりも内側に配された熱伝導部材１０５を介して半導体パッケージ１０４と接触していてもよい。ここで、熱伝導部材１０５は、例えば、サーマルグリースやグラファイトシートなど熱伝導率の高い材料を用いた部材でありうる。また例えば、導電層パターン１０１ｂと半導体パッケージ１０４との間に電気的な接続が必要な場合、熱伝導部材１０５に半田などの金属や導電性接着剤などが用いられてもよい。

配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、導電層パターン１０１ｂは、半導体パッケージ１０４の中央に配されていてもよい。ここで、半導体パッケージ１０４の中央とは、例えば、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の幾何学的重心から半導体パッケージ１０４の外縁までの距離の８０％の点を結んだ領域であってもよい。また、半導体パッケージ１０４の中央とは、配線板１００の表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の面積が１００Ｒ^２［ｍｍ^２］であった場合、半導体パッケージ１０４の外縁からＲ［ｍｍ］内側の点を結んだ線の内側の領域であってもよい。また、導電層パターン１０１ｂは、上述のように、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４と重なる領域のみに配されるだけでなく、一部が、半導体パッケージ１０４の外縁よりも外側に配されてもよい。

また、導電層パターン１０１ｂが、接地されていてもよい。この場合、導電層パターン１０１ｂと半導体パッケージ１０４の接地用の端子との間が、電気的に接続されていてもよい。また、導電層パターン１０１ｂが、半導体パッケージ１０４に信号または電源を供給するための導電層パターン１０１ａと電気的に接続されなくてもよい。

導電層１０１の厚さは、例えば７４μｍなど、６０μｍ以上であってもよい。また、導電層１０１の厚さは、８０μｍ以上であってもよいし、さらに１００μｍ以上であってもよい。また、導電層１０１の厚さと導電層１０２の厚さとが２倍以上異なっていてもよい。例えば、導電層１０１が７４μｍで、導電層１０２が３７μｍであってもよい。また例えば、導電層１０１が１００μｍで、導電層１０２が３７μｍであってもよい。

また、パターン化された導電層１０１に含まれる導電性のパターンの厚さは、それぞれ同じ厚さを有しうる。つまり、導電層パターン１０１ａと、導電層パターン１０１ａと並んで配される導電層パターン１０１ｂとは、互いに同じ厚さを有しうる。同様にパターン化された導電層１０２に含まれる導電性のパターンの厚さは、それぞれ同じ厚さを有しうる。これは、基材１０３の上に配された導電層１０１、１０２を構成するための導電材料に対してエッチングなどを行い、導電層１０１、１０２のパターン化が行われることによって実現できる。このため、半導体パッケージ１０４に信号や電源を供給するための導電層パターン１０１ａの厚さが厚くなり、導電層パターン１０１ａのインピーダンスが低減でき、配線抵抗が小さくなることによって、配線板１００が組み込まれた電子機器の特性が向上しうる。

また、導電層１０１の厚さを厚くすることによって、配線板１００全体の厚さが厚くなってしまうため、基材１０３の厚さを薄くしてもよい。例えば、互いに隣接する導電層の間に配される基材１０３の厚さを、０．８ｍｍなど、１．０ｍｍ未満にしてもよい。基材１０３の厚さを薄くすることによっても、導電層１０１、１０２のインピーダンスが低減できる。結果として、上述の導電層１０１の厚膜化と同様に、配線板１００が組み込まれた電子機器の特性が向上しうる。

図１（ａ）〜１（ｃ）に示す構成では、半導体パッケージ１０４が配される側の導電層１０１を導電層１０２よりも厚くしたが、これに限られるわけではない。図２（ａ）〜２（ｃ）に示されるように、導電層１０１と導電層１０２との厚さが互いに異なり、導電層１０２の厚さが、導電層１０１の厚さよりも厚くてもよい。

パターン化された導電層１０１は、図１（ａ）〜１（ｃ）に示す構成と同様に、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の外縁よりも内側に配された導電層パターン１０１ｂを含む。導電層パターン１０１ｂは、直接、半導体パッケージ１０４と接触していてもよい。また、導電層パターン１０１ｂは、配線板１００の導電層１０１が配された表面に対する正射影において、半導体パッケージ１０４の外縁よりも内側に配された熱伝導部材１０５を介して半導体パッケージ１０４と接触していてもよい。しかしながら、導電層１０１は、導電層１０２よりも薄いため、効率的に放熱ができない可能性がある。そこで、導電層１０１と導電層１０２とを接続するスルーホール１０６が、導電層パターン１０１ｂに配される。これによって、半導体パッケージ１０４で発生した熱は、導電層パターン１０１ｂ、スルーホール１０６を介して厚い導電層１０２に伝わり、効率的に放熱される。スルーホール１０６は、図２（ａ）に示されるように導電層１０２を貫通していてもよいし、導電層１０２の途中までの深さであってもよいし、基材１０３を貫通し導電層１０２にスルーホール１０６が形成されていなくてもよい。また、スルーホール１０６の表面には、図２（ａ）に示されるように、金属などの熱を伝導するための部材１１６が配されていてもよい。この部材１１６は、例えば、それぞれパターン化された導電層１０１と導電層１０２とを電気的に接続するためのビアと同時に形成することによって実現できる。また、スルーホール１０６は、部材１１６によって埋め込まれていてもよい。

配線板１００が３層以上の導電層を含む場合、上述の導電層１０１の方が厚い場合と同様に、導電層１０２が、配線板１００に配された導電層のうち最も厚い導電層であってもよい。また、導電層１０２の厚さは、例えば７４μｍなど、６０μｍ以上であってもよい。また、導電層１０２の厚さは、８０μｍ以上であってもよいし、さらに１００μｍ以上であってもよい。導電層パターン１０１ａ、１０１ｂ、導電層１０２、基材１０３のさらなる配置や構成などは、上述の導電層１０１が導電層１０２よりも厚い場合と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。

このように、配線板１００の最も外側に配された導電層１０１、１０２のうち一方の厚さを厚くすることによって、配線板１００全体の厚さの増加を最小限にしながら、半導体パッケージ１０４の発熱の影響を抑制することができる。また、厚い導電層を配することによって、パターン化された導電層１０１、１０２のインピーダンスを低減できる効果もある。さらに、配線板１００全体の厚さの増加を抑制するために、基材１０３の厚さを薄くした場合、パターン化された導電層１０１、１０２のインピーダンスが低減できる効果もある。また、導電層１０１、１０２の抵抗と温度とは相関関係があるため、導電層１０１、１０２の温度が下がることによっても、導電層１０１、１０２のインピーダンスが低減できる。導電層１０１、１０２のうち一方の膜厚を厚くすることによって、半導体パッケージ１０４の温度が低下する。また、パターン化された導電層１０１、１０２のインピーダンスが低下する。

図３（ａ）〜３（ｃ）は、配線板１００の導電層１０１への半導体パッケージの搭載例を示す図である。図３（ａ）は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージの例を示す。熱伝導部材１０５としても機能する半田ボールを介して導電層パターン１０１ｂと半導体パッケージ１０４とが接触している。図３（ｂ）は、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏ ｌｅａｄ ｐａｃｋａｇｅ）パッケージの搭載例を示す図である。また、図３（ｃ）はＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）パッケージの搭載例を示す図である。導電層パターン１０１ｂ（配線板ランド）とＱＦＮ、ＱＦＰの半導体パッケージ１０４のデバイスランド１０７とが、互いに接触している。導電層パターン１０１ｂ（配線板ランド）とＱＦＮ、ＱＦＰの半導体パッケージ１０４のデバイスランド１０７とは、熱伝導部材（不図示）を介して接触していてもよい。ここで、デバイスランド１０７は、半導体パッケージ１０４の裏面に露出したダイパッドやヒートスプレッダであってもよい。

ここで、導電層パターン１０１ｂ（配線板ランド）と半導体パッケージ１０４のデバイスランド１０７との大きさは、図３（ｂ）、３（ｃ）に示されるように、同じ大きさであってもよい。また、図４（ａ）に示されるように、デバイスランド１０７の方が、導電層パターン１０１ｂ（配線板ランド）よりも大きくてもよい。また、図４（ｂ）に示されるように、導電層パターン１０１ｂ（配線板ランド）の方が、デバイスランド１０７よりも大きくてもよい。

配線板１００は、リジッド配線板であってもよいし、フレキシブル配線板であってもよい。半導体パッケージ１０４が搭載された配線板１００は、カメラやディスプレイ、パソコン、プリンタ、イメージセンサなど様々な電子機器に組み付けられうる。配線板１００の放熱特性が改善されることによって、配線板１００が組み付けられた電子機器の半導体パッケージ１０４の発熱による影響が低減される。

半導体パッケージは、図１（ａ）〜４（ｂ）に示されるように、配線板１００の一方の表面に配されるだけでなく、図５に示されるように、両方の表面に配されてもよい。本実施形態に係る配線板１００は、例えばプリント基板であって、一方の表面に銅箔などの導電層１０１が、他方の表面に銅箔などの導電層１０２が設けられている。この「２層基板（両面基板）」は、電源部１０８と信号コントロール部１０９を搭載することができる。

電源部１０８および信号コントロール部１０９は、それぞれ半導体パッケージ１０４および半導体パッケージ１１４を有する。このとき、図５に示されるように、電源部１０８の半導体パッケージ１０４は、厚い導電層１０１の上に配され、信号コントロール部１０９の半導体パッケージ（別の半導体パッケージ）１１４は、配線板１００の導電層１０１とは反対の表面に設けた、導電層１０１と比較して薄い導電層１０２に設けられてもよい。これによって、より放熱を必要とする電源部１０８の半導体パッケージ１０４に対して、放熱が効果的に施される。このとき、電源部１０８に含まれる半導体パッケージ１０４は、信号コントロール部１０９に含まれる半導体パッケージ１１４よりも、より多くの熱を発生しうる。

図５に示されるように、導電層１０１のうち、電源部１０８の半導体パッケージ１０４が載った導電層パターンとは別の導電層パターンにモータードライバ部１１０などが搭載されてもよい。モータードライバ部１１０に含まれる半導体パッケージ１０４も、本実施形態に係る半導体パッケージということができる。したがって、本実施形態の導電層１０１に搭載される半導体パッケージ１０４は、電源部１０８とモータードライバ部１１０との少なくともいずれか一方に含まれる半導体パッケージでありうる。

一例をあげると、本実施形態における配線板１００において、電源部１０８は、数〜数十Ａの電流や５０Ｈｚの周波数の電圧を扱い、信号コントロール部１０９は、ミリＡレベルの電流や数ギガＨｚの電流や信号を扱ってもよい。また、電源部１０８やモータードライバ部１１０が搭載される導電層１０１の厚みではないラインアンドスペース（Ｌ/Ｓ）は、例えば１５０μｍ／１５０μｍ、信号コントロール部１０９が搭載される導電層１０２のＬ/Ｓは、１００μｍ／１００μｍであってもよい。換言すると、より薄い導電層１０２の方が、導電層１０１よりもパターンが微細化されていてもよい。

モータードライバ部１１０や電源部１０８に含まれる半導体パッケージ１０４は、例えば、ＱＦＮパッケージ、ＺＩパッケージ（ＺＩＰ）、ＳＯパッケージ（ＳＯＰ）、ＱＦパッケージ（ＱＦＰ）であってもよい。また、信号コントロール部１０９の半導体パッケージ（別の半導体パッケージ）１１４は、ＢＧＡやＬＧＡであってもよい。

導電層１０１が配される面にモータードライバ部１１０や電源部１０８を設け、導電層１０１よりも薄い導電層１０２が配される面に信号コントロール部１０９を設ける本実施形態に係る配線板１００は、様々な電子機器に搭載できる。電子機器は、例えば、ＭＲＩやＣＴやマンモグラフィー、エコー、眼底カメラ、放射線撮像装置などの医療機器や、監視カメラや暗視カメラ、車両搭載カメラなどのカメラやネットワークカメラに用いることができる。他にも、電子機器は、複写機やレーザビームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置、インクジェット方式の画像形成装置、大型、高速型の商業印刷機などに用いることができる。ここで、電源部１０８とは、電子機器が外部から電力を受ける部分であったり、電圧を変換する部分であったり、交流を直流に変換する部分でありうる。また、モータードライバ部１１０は、コンタクトイメージセンサの制御や、紙などの記憶媒体を運ぶキャリッジやフィニッシャー、ソータなどを制御するためのドライバ部分でありうる。また、信号コントロール部１０９は、撮影や読み取りなどによって取得した画像信号のＡＤ変換や、画像信号の撮影や読み取り、読み出しに伴うサンプリング信号の生成、電源部１０８および／またはモータードライバ部１１０のコントロールなど、信号をコントロールするための部分でありうる。

以上、本発明に係る実施形態および実施例を示したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。

１００：配線板、１０１，１０２：導電層、１０４：半導体パッケージ

Claims (19)

1. 少なくとも２層のパターン化された導電層と、半導体パッケージと、を備える配線板であって、
   前記導電層は、前記配線板の第１の面に配された第１の導電層と、前記第１の面とは反対側の第２の面に配された第２の導電層と、を含み、
   前記半導体パッケージは、前記第１の導電層の上に配され、
   前記第１の導電層の厚さが、前記第２の導電層の厚さよりも厚く、
   前記第１の導電層の厚さと前記第２の導電層の厚さとが、２倍以上異なることを特徴とする配線板。
2. 前記第１の導電層が、前記配線板に配された前記導電層のうち最も厚い導電層であることを特徴とする請求項１に記載の配線板。
3. 前記第１の導電層の厚さが、６０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線板。
4. 前記第１の面に対する正射影において、前記第１の導電層は、前記半導体パッケージの外縁よりも内側に配された第１のパターンを含み、
   前記第１のパターンが、直接または前記第１の面に対する正射影において前記半導体パッケージの外縁よりも内側に配された熱伝導部材を介して前記半導体パッケージと接触することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の配線板。
5. 少なくとも２層のパターン化された導電層と、半導体パッケージと、を備える配線板であって、
   前記導電層は、前記配線板の第１の面に配された第１の導電層と、前記第１の面とは反対側の第２の面に配された第２の導電層と、を含み、
   前記半導体パッケージは、前記第１の導電層の上に配され、
   前記第２の導電層の厚さが、前記第１の導電層の厚さよりも厚く、
   前記第１の面に対する正射影において、前記第１の導電層は、前記半導体パッケージの外縁よりも内側に配された第１のパターンを含み、
   前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続するスルーホールが、前記第１のパターンに配され、
   前記第１のパターンが、直接または前記第１の面に対する正射影において前記半導体パッケージの外縁よりも内側に配された熱伝導部材を介して前記半導体パッケージと接触することを特徴とする配線板。
6. 前記第２の導電層が、前記配線板に配された前記導電層のうち最も厚い導電層であることを特徴とする請求項５に記載の配線板。
7. 前記第２の導電層の厚さが、６０μｍ以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の配線板。
8. 前記第１の導電層の厚さと前記第２の導電層の厚さとが、２倍以上異なることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の配線板。
9. 前記第１の面に対する正射影において、前記第１のパターンが、前記半導体パッケージの中央に配されることを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項に記載の配線板。
10. 前記第１のパターンが、接地されることを特徴とする請求項４乃至９の何れか１項に記載の配線板。
11. 前記第１のパターンが、前記半導体パッケージに信号または電源を供給するためのパターンと電気的に接続されないことを特徴とする請求項４乃至１０の何れか１項に記載の配線板。
12. 前記第１の導電層に含まれるパターンの厚さが、それぞれ同じ厚さを有し、
    前記第２の導電層に含まれるパターンの厚さが、それぞれ同じ厚さを有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の配線板。
13. 前記配線板が、リジッド配線板であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の配線板。
14. 前記配線板が、フレキシブル配線板であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の配線板。
15. 前記配線板は、互いに隣接する前記導電層の間に配された基材をさらに含み、
    前記基材の厚さが、１．０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の配線板。
16. 基材と、半導体パッケージと、第１のパターンおよび配線パターンを含むパターン化された第１の導電層と、パターン化された第２の導電層と、を含む配線板であって、
    前記基材のうち第１の面に前記第１の導電層が配され、前記基材のうち前記第１の面とは反対側の第２の面に前記第２の導電層が配され、
    前記第１のパターンは、前記第２の導電層よりも厚く、
    前記第１のパターンは、前記半導体パッケージの熱を放出するように配され、
    前記配線パターンは、前記第１のパターンと並んで配され、かつ、前記第１のパターンと同じ厚さであることを特徴とする配線板。
17. 請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の配線板を備えることを特徴とする電子機器。
18. 前記配線板は、前記第２の導電層に前記半導体パッケージとは別の半導体パッケージを有し、
    前記別の半導体パッケージは、信号をコントロールするための半導体パッケージであることを特徴とする請求項１７に記載の電子機器。
19. 前記電子機器が、電子写真方式の画像形成装置、または、インクジェット方式の画像形成装置であることを特徴とする請求項１８に記載の電子機器。