JP2817715B2 - ボールグリッドアレイ型回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールグリッドア
レイ型回路基板に係り、特に、多層構造を有するボール
グリッドアレイ型回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のボールグリッドアレイ型回路基板
５０について、図６乃至図８に基づいて説明する。図６
は従来のボールグリッドアレイ型回路基板５０の一部切
り欠いた正面図を示し、図７は平面図を示す。

【０００３】ボールグリッドアレイ型回路基板５０は、
半導体チップ５３，ＳＭＴ部品５４等の電子部品を実装
したベース基板５２と、複数のソルダーボール５６より
主に構成されており、プリント配線基板で構成されたマ
ザーボード６０に接続される。

【０００４】ベース基板５２のマザーボード６０との対
向面側には、ボール搭載パッド５８が装備されており、
はんだ５９を介して均一にソルダーボール５６が接続さ
れている。また、ベース基板５２の反対面（図７におけ
る上面）には、半導体チップ５３、ＳＭＴ部品５４等の
電子部品が実装されており、任意の電気回路が構成され
ている。

【０００５】また、ベース基板５２は、複数の導電層を
有しており、内側となる層に電源層５５とグランド層
（図示略）とを備えている。この電源層５５と接続され
る所定のソルダーボール５６は、導電性のスルーホール
５７とボール搭載パット５８とを介して、電源層又はグ
ランド層５５に接続されている。その他のソルダーボー
ル５６も同様にスルーホール５７及びボール搭載パッド
５８を介在し任意の回路を備える層に接続される。

【０００６】マザーボード６０は、所定の位置に銅パッ
ド６１が設けられており、この銅パッド６１を介してボ
ールグリッドアレイ型回路基板５０のソルダーボール５
６が接続される。マザーボード６０上の対応するボール
グリッドアレイ型回路基板５０とマザーボード６０は、
ソルダーボール５６を介在し、電気信号や電源（又はグ
ランド）を相互に供給しており、システムとして上位階
層の電気回路を構成している。

【０００７】マザーボード６０とボールグリッドアレイ
型回路基板５０の接続動作を図８に基づいて説明する。
前述したマザーボード６０上の銅パッド６１に、あらか
じめはんだメッキやクリームはんだ印刷等によりはんだ
５９を供給しておく（図８（Ａ））。そして、マザーボ
ード６０の銅パッド６１の位置に、ボールグリッドアレ
イ型回路基板５０のソルダーボール５６を搭載し（図８
（Ｂ））、リフロー等により銅パッド６１上のはんだ５
９を溶解することにより、マザーボード６０にボールグ
リッドアレイ型回路基板５０を接続する（図８
（Ｃ））。これにより両者を電気的に接続することが可
能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、電源・グラン
ド層との接続は、電気的特性を向上するため、他の電気
信号より接続抵抗を小さくする必要がある。

【０００９】しかしながら、上記従来例は、電源・グラ
ンド層５５とボール搭載パッド５６とがφ０．１ｍｍ程
度の小径のスルーホール５７で接続されており、このた
め、両者間の接続抵抗が大きくなっていた。

【００１０】さらに上記従来例は、ボールグリッドアレ
イ型回路基板５０のソルダーボール５６がすべて均一の
大きさであるため、ボールグリッドアレイ型回路基板５
０とマザーボード６０との間の電源・グランド信号と他
の電気信号の接続抵抗が同等となっていた。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、ボールグリッドアレイ型回路基板の導電層，特
に，電源・グランド層とマザーボードとの間の接続抵抗
を低減して電気的特性を向上させることを、その目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電子部品が実装され，この電子部品と接続された複数の
導電層を内部に有するベース基板と、このベース基板の
各導電層に接続されると共に当該ベース基板のマザーボ
ードとの対向面側に配設される複数のソルダーボールと
を備え、プリント配線が付されたマザーボードに接続さ
れるボールグリッドアレイ型回路基板において、複数の
導電層の一つが電源層又はグランド層で あり、ベース基
板に，対向面側から各導電層まで導通する各ソルダーボ
ールの径にほぼ等しい導通穴をそれぞれ設けると共に、
これらの導通穴を介して各ソルダーボールを前記導電層
に直接接続し、対向面から各導電層の距離に応じて、距
離が遠い導電層については、外径の大きなソルダーボー
ルを接続するという構成を有している。

【００１３】この構成では、ボールグリッドアレイ型回
路基板をマザーボードに接続する場合には、マザーボー
ドに対してソルダーボールが所定の位置に合わせられる
と共にこのソルダーボールをはんだ等を用いて接続す
る。

【００１４】これにより、マザーボードの配線基板とベ
ース基板に実装された電子部品とが電気的に接続され、
マザーボード側からベース基板の導電層側に，或いはそ
の逆方向にソルダーボールを介して直接電流が流れ、又
は信号が伝達されるようになっている。

【００１５】 請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明と同様の構成を有すると共に、ソルダーボールにマザ
ーボードとの接続用のパッドを装備し、このパッドをソ
ルダーボールに対応する大きさとするという構成を採っ
ている。

【００１６】 かかる構成では、請求項４記載の発明と同
様の動作が行われると共に、接続用のパッドを介してソ
ルダーボールを電流が流れ，又は信号が伝達されるよう
になっている。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態について図
面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施
形態を一部切り欠いた正面図を示し、図２は平面図を示
す。

【００１８】 この第１実施形態は、プリント配線が付さ
れたマザーボード２０に接続されるボールグリッドアレ
イ型回路基板１０を示している。このボールグリッドア
レイ型回路基板１０は、電子部品が実装され，この電子
部品と接続された導電層を内部に有するベース基板１
と、このベース基板１の導電層に接続されると共に当該
ベース基板１のマザーボード２０との対向面側に配設さ
れる複数のソルダーボールとしての信号用ソルダーボー
ル６及び電源・グランド用ソルダーボール６Ａを備えて
いる。

【００１９】 各部を詳説すると、まず、ベース基板１
は、マザーボード２０と対向しない面側に（以下、上面
とする）、半導体チップ３、ＳＭＴ部品４等の電子部品
が実装されている。そして、この上面と、マザーボード
２０との対向面（以下、下面とする）とには、それぞれ
導電性材料からなる任意の回路が形成されており（図示
略）、各電子部品が所望の状態で接続されている。

【００２０】 さらに、ベース基板１の内側には、周囲を
絶縁性の素材に囲まれて導電層としての電源・グランド
層５が形成されている。この電源・グランド層５は、そ
れぞれ電源層とグランド層とが互いに絶縁部材により仕
切られて同一平面上に形成されている。そして、前述し
た各電子部品とは、スルーホール等の手法で接続されて
いる（図示略）。

【００２１】 ベース基板１の下面には、ボール搭載パッ
ド８を介して無数の信号用ソルダーボール６（図１中で
は、二つを残して図示略）がはんだ９により装備されて
おり、これら各信号用ソルダーボール６は、ベース基板
１の下面の回路又はスルーホール等を介して各電子部品
と接続されている。また、信号用ソルダーボール６は、
当該信号用ソルダーボール６に対応する大きさの導線性
且つ円形のパッド７を介して、マザーボード２０に形成
されたプリント基板上の所定の位置に、はんだ９により
接続されている。これにより、マザーボード２０からの
信号が各電子部品に伝達されるようになっている。

【００２２】 また、ベース基板１は、その下面側の表面
を切り欠かれて、電源・グランド層５まで通じる電源・
グランド用ソルダーボール６Ａにほぼ等しい径の導通穴
１ａが形成されており、これにより、マザーボード２０
側に電源・グランド層５が露出された状態となり、この
電源・グランド層５の露出部分に、はんだ９により直
接，電源・グランド用ソルダーボール６Ａが接続されて
いる。この電源・グランド用ソルダーボール６Ａは、信
号用ソルダーボール６よりもその寸法が大きく、このた
め、信号用ソルダーボール６に比べて電気抵抗が小さく
なっている。

【００２３】 そして、この電源・グランド用ソルダーボ
ール６Ａは、当該電源・グランド用ソルダーボール６Ａ
に対応して充分な大きさの導線性且つ円形のパッド７Ａ
を介して、マザーボード２０に形成されたプリント基板
上の所定の位置に、はんだ９により接続されている。こ
れにより、マザーボード２０からベース基板１へ，又は
ベース基板１からマザーボード２０への通電が行われ
る。

【００２４】 ここで、この電源・グランド用ソルダーボ
ール６Ａは、その大きさをマザーボード２０から電源・
グランド層５までの間隔により設定しても良い。即ち、
マザーボード２０からベース基板１の下面までの間隔に
対してマザーボード２０から電源・グランド層５までの
間隔が大きいため、その分、電源・グランド用ソルダー
ボール６Ａは信号用ソルダーボール６よりも大きくする
ことができる。このとき、前述の貫通穴１ａは、電源・
グランド用ソルダーボール６Ａの大きさに合わせて電源
・グランド用ソルダーボール６Ａが内部に入り込める大
きさで形成する必要がある。これらにより、各ソルダー
ボール６，６Ａについて、マザーボード２０との接続側
となる下端部を一様に揃えることが可能となり、マザー
ボード２０との接続をより確実なものとすることができ
る。

【００２５】 ボールグリッドアレイ型回路基板２０は、
マザーボード１上に実装されると、この両者間は、電気
信号については信号用ソルダーボール６を介し、電源・
グランド信号は、電源・グランド用ソルダーボール５を
介し、電気信号や電源・グランド信号を相互に供給する
形態となっており、システムとして上位階層の電気回路
を構成している。

【００２６】 次に、ボールグリッドアレイ型回路基板１
０とマザーボード２０との接続動作について図３により
説明する。

【００２７】 まず、マザーボード２０に予め装着された
各ソルダーボール６，６Ａが接続される円形のパッド
７，７Ａに予めはんだ９を供給しておく（図３
（Ａ））。マザーボード１上の各パッド７，７Ａ上に、
ボールグリッドアレイ型回路基板１０の各ソルダーボー
ル６，６Ａを搭載し（図３（Ｂ））、リフロー等により
パッド７，７Ａ上の各はんだ９を溶解することにより、
マザーボード２０にボールグリッドアレイ型回路基板１
０を接続する（図３（Ｃ））。これにより両者を電気的
に接続することが可能となる。

【００２８】 上記第１の実施形態によれば、ベース基板
１の電源・グランド層５に直接電源・グランド用ソルダ
ーボール６Ａを接続することにより、従来のように、ス
ルーホールにより接続する場合と比較して、電源・グラ
ンド層５と電源・グランド用ソルダーボールあ６Ａ間の
接続抵抗を０とすることができ、これにより、ボールグ
リッドアレイ型回路基板の電気的特性を向上させること
が可能となる。

【００２９】 また、接続抵抗により、熱が生じる等の不
都合を排除することができ、装置の保守性を向上させる
ことが可能となる。

【００３０】 また、電源・グランド層５に接続する電源
・グランド用ソルダーボール６Ａを他の信号用ソルダー
ボール６よりも大きくすることにより、ボールグリッド
アレイ型回路基板１０とマザーボード２０との間の電源
・グランド信号を他の電気信号の接続抵抗より小さくす
ることができ、マザーボード２０にボールグリッドアレ
イ型回路基板１０を実装した場合の電気的特性を向上さ
せることが可能となる。

【００３１】 さらに、マザーボード２０との接続用のパ
ッド７Ａを電源・グランド用ソルダーボール６Ａに対応
する大きさとすることにより、他のパッド７を装備した
信号用ソルダーボール６と比較して、上記電源・グラン
ド用ソルダーボール６Ａの場合の方が、ソルダーボール
６Ａとマザーボード２０との間の電源・グランド信号を
他の電気信号の接続抵抗より小さくすることができ、マ
ザーボード２０にボールグリッドアレイ型回路基板１０
を実装した場合の電気的特性をより向上させることが可
能となる。

【００３２】 本発明の第２の実施形態を図４に示す。か
かる第２の実施形態については、第１の実施形態と同一
部分については同符号を使用し、重複する説明は省略す
るものとする。

【００３３】 この第２実施形態は、ベース基板１Ａの内
層に電源層５Ａとグランド層５Ｂとを個別に設けたボー
ルグリッドアレイ型回路基板１０Ａを示している。

【００３４】 電源層５Ａには、ベース基板１Ａの下面側
から当該電源層５Ａまで切り欠かれた導通穴１ｃにより
露出した部分に直接，電源用ソルダーボール６Ｃが接続
されており、グランド層５Ｂには、ベース基板１Ａの下
面側から当該グランド層５Ｂまで切り欠かれた導通穴１
ｂにより露出した部分に直接，グランド用ソルダーボー
ル６Ｂが接続されている。

【００３５】 各ソルダーボール６Ｂ，６Ｃは、それぞれ
マザーボード２０から電源層５Ａ及びグランド層５Ｂま
での距離に応じて、他の信号用ソルダーボール６よりも
その寸法が大きなものが使用されている。また、各ソル
ダーボール６Ｂ，６Ｃは、円形且つ導電性のパッド７
Ｂ，７Ｃを介して、マザーボード２０と接続されてお
り、これらパッド７Ｂ，７Ｃは、各ソルダーボール６
Ｂ，６Ｃに対応した大きさとなっている。

【００３６】 以上の構成により、この第２の実施形態
は、前述した第１の実施形態とほぼ同一の効果を得るこ
とが可能である。

【００３７】 本発明の第３の実施形態を図５に示す。か
かる第３の実施形態については、第１の実施形態と同一
部分については同符号を使用し、重複する説明は省略す
るものとする。

【００３８】 この第３の実施形態では、ボールグリッド
アレイ型回路基板１０Ｂのベース基板１の両面に電子部
品を搭載したボールグリッドアレイ型回路基板１０Ｃを
示しており、ベース基板１のソルダーボール６，６Ａが
装着される面と同一面側にも、半導体チップ３及びＳＭ
Ｔ部品４を実装している。

【００３９】 以上の構成により、この第３の実施形態
は、前述した第１の実施形態とほぼ同一の効果を得るこ
とが可能である。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例をより具体的に説明する。こ
の実施例は、前述した第１の実施形態のボールグリッド
アレイ型回路基板１０と同様の構成からなり、本実施例
も図１乃至図３に基づいて、同符号を使用して説明す
る。

【００４１】 ボールグリッドアレイ型回路基板は、ベー
ス基板１、半導体チップ３、ＳＭＴ部品４、電源・グラ
ンド用ソルダーボール６Ａ、信号用ソルダーボール６よ
り構成されている。またベース基板１のマザーボード２
０と相対する面のボール搭載バッド８上にはんだ９によ
り電源・グランド用ソルダーボール６Ａ、信号用ソルダ
ーボール６が接続され、各ソルダーボール６，６Ａが接
続された反対面に半導体チップ３、ＳＭＴ部品４が実装
されており、任意の電気回路が構成されている。

【００４２】 ボールグリッドアレイ型回路基板１０のベ
ース基板１は、一般的にはセラミック基板やガラスエポ
キシ基板等が使用され、ソルダーボール６，６Ａには共
晶はんだが使用される。また、このベース基板１は、厚
みが約１．０ｍｍ程度であり、内部に電源層又はグラン
ド層５、もしくは両層を有する多層構造となっている。

【００４３】 また、この層と接続する必要のある任意の
電源・グランド用ソルダーボール６Ａの実装位置には、
ベース基板１の表面層を切り欠き、内部の電源層又はグ
ランド層５を露出した電源・グランド用ソルダーボール
６Ａが搭載可能な大きさを持つ切り欠き窓である導通穴
１Ａを有している。電源・グランド用ソルダーボール６
Ａは、ベース基板１の導通穴１Ａにより露出した電源層
又はグランド層５に実装され、はんだ付けされることに
より、電源層又はグランド層５に直接接続されることに
なる。このため、電源層又はグランド層５と電源・グラ
ンド用ソルダーボール６Ａ間の接続抵抗は０となる。

【００４４】 その他の信号用ソルダーボール６は、ベー
ス基板１の２０〜３０μｍの厚みのボール搭載パッド８
を介在し任意の電気信号に接続される。信号用ソルダー
ボール６の大きさは一般的には５００μｍ程度となる。
ベース基板１の表面層から、内層の電源層又はグランド
層５までの距離は一般の２００μｍ程度であるため、電
源・グランド用ソルダーボール６Ａは、ベース基板２の
実装位置の差から、信号用ソルダーボール６より２００
μｍ大きくすることが可能となる。このため電源・グラ
ンド用ソルダーボール５の大きさは、約７００μｍ程度
となる。

【００４５】 マザーボード２０は、プリント配線基板で
構成されているが、これは絶縁基材の表面に接着剤層を
介して金属箔を積層し、金属箔の不要部分をエッチング
により除去することにより任意の電気回路パターンを形
成したものである。絶縁基材としては、一般的にはガラ
スエポキシ材やポリミイド系の基材が使用され、金属箔
としては銅箔が使用されている。

【００４６】 さらに、マザーボード２０の表面には、ボ
ールグリッドアレイ型回路基板１０の電源・グランド用
ソルダーボール６Ａが接続される任意の位置に当該電源
・グランド用ソルダーボール６Ａが接続可能な大きさの
円形の銅製のパッド７Ａを有している。この銅製のパッ
ト７Ａは、大きさがφ０．５〜０．６ｍｍ程度、厚みが
２０〜３０μｍ程度であり、電気信号用の銅パターンが
接続されている。

【００４７】 上記構成からなるボールグリッドアレイ型
回路基板１０は、マザーボード２０上に実装されること
になるが、この両者間の接続は、電気信号は信号用ソル
ダーボール６を介在し、電源・グランド信号は、電源・
グランド用ソルダーボール６Ａを介在し、電気信号や電
源・グランド信号を相互に供給する形態となっており、
システムとして上位階層の電気回路を構成している。

【００４８】 マザーボード２０とボールグリッドアレイ
型回路基板１０の接続は、一般的にははんだ付けにより
行われるが、この工程を図３に示す。マザーボード２０
上の銅パッド７，７Ａに、あらかじめはんだメッキやク
リームはんだ印刷等により１００〜２００μｍ程度の厚
さのはんだ９を供給しておく（図３（Ａ））。マザーボ
ード２０の銅パッド７，７Ａの位置に、ボールグリッド
アレイ型回路基板の電源・グランド用ソルダーボール６
Ａ及び信号用ソルダーボール６を搭載し（図３
（Ｂ））、リフロー等により銅パッド１０上のはんだ９
を溶解することにより、マサーボード２０にボールグリ
ッドアレイ型回路基板１０を接続する（図３（Ｃ））。

【００４９】 これにより両者を電気的に接続することが
可能となる。この場合、電源・グランド用ソルダーボー
ル６Ａの直径は、信号用ソルダーボール６の直径の約
１．５倍となるが、はんだ接続により円柱形状となって
いるため、両者の接続抵抗はソルダーボールの断面積に
反比例することになり電源・グランド信号の接続抵抗は
電気信号に比較し、約４０％接続抵抗を低減することが
可能となる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、ベース基板の導電層に直接ソ
ルダーボールを接続することにより、従来のように、ス
ルーホールにより接続する場合と比較して、電源層又は
グランド層とソルダーボール間の接続抵抗を０とするこ
とができ、これにより、ボールグリッドアレイ型回路基
板の電気的特性を向上させることが可能となる。また、
接続抵抗により、熱が生じる等の不都合を排除すること
ができ、装置の保守性を向上させることが可能となる。

【００５１】 上述のソルダーボールを直接接続する手法
は、特に、他の信号用のソルダーボールの場合よりも、
より電流が流れる電源層と接続されたソルダーボール及
びグランド層に接続されたソルダーボールに適用すると
より有効である。

【００５２】 また、電源層又はグランド層に接続するソ
ルダーボールを他の信号用のソルダーボールよりも大き
くすることにより、ボールグリッドアレイ型回路基板と
マザーボードとの間の電源信号又はグランド信号を他の
電気信号の接続抵抗より小さくすることができ、マザー
ボードにボールグリッドアレイ型回路基板を実装した場
合の電気的特性を向上することが可能となる。

【００５３】 また、マザーボードとの接続用のパッドを
ソルダーボールに対応する大きさとすることにより、他
のソルダーボールとを比較して、上記電源層又はグラン
ド層と接続されたソルダーボールの場合の方が、ソルダ
ーボールとマザーボードとの間の電源信号又はグランド
信号を他の電気信号の接続抵抗より小さくすることがで
き、マザーボードにボールグリッドアレイ型回路基板を
実装した場合の電気的特性をより向上することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す一部切り欠いた
正面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の平面図である。

【図３】本発明のボールグリッドアレイ型回路基板をマ
ザーボードに接続する動作を示す説明図であり、図３
（Ａ）から図３（Ｃ）の順に進行する。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す一部切り欠いた
正面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す一部切り欠いた
正面図である。

【図６】従来例を示す一部切り欠いた正面図である。

【図７】従来例の平面図である。

【図８】従来のボールグリッドアレイ型回路基板をマザ
ーボードに接続する動作を示す説明図であり、図８
（Ａ）から図８（Ｃ）の順に進行する。

【符号の説明】

１，１Ａ ベース基板 １ａ，１ｂ，１ｃ 導通穴 ３ 半導体チップ（電子部品） ４ ＳＭＴ部品（電子部品） ５ 電源・グランド層（電源層及びグランド層，即ち導
電層） ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ ソルダーボール ７ パッド（マザーボードとの接続用パッド） ９ はんだ １０，１０Ａ，１０Ｂ ボールグリッドアレイ型回路基
板 ２０ マザーボード

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品が実装され，この電子部品と接
   続された複数の導電層を内部に有するベース基板と、こ
   のベース基板の各導電層に接続されると共に当該ベース
   基板の前記マザーボードとの対向面側に配設される複数
   のソルダーボールとを備え、プリント配線が付されたマ
   ザーボードに接続されるボールグリッドアレイ型回路基
   板において、前記複数の導電層の一つが電源層又はグランド層であ
   り、 前記ベース基板に，前記対向面側から前記各導電層まで
   導通する前記各ソルダーボールの径にほぼ等しい導通穴
   をそれぞれ設けると共に、これらの導通穴を介して前記
   各ソルダーボールを前記導電層に直接接続し、前記対向面から前記各導電層の距離に応じて、距離が遠
   い導電層については、外径の大きなソルダーボールを接
   続 することを特徴とするボールグリッドアレイ型回路基
   板。
2. 【請求項２】 前記各ソルダーボールに前記マザーボー
   ドとの接続用のパッドを装備し、このパッドを前記各ソ
   ルダーボールに対応する大きさとすることを特徴とする
   請求項１記載のボールグリッドアレイ型回路基板。