JP5544280B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に関するものである。

従来から、ＣＰＵなどの半導体チップを搭載する配線基板が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。一般に、配線基板の表面には、いわゆるデカップリングコンデンサとして機能するチップコンデンサが多数搭載されている。このため、配線基板を補強するための部材（スティフナー）を配線基板に取り付ける場合には、チップコンデンサが配置されている箇所を避ける必要があり、省スペース化及び製造工程の簡略化が困難であった。一方、配線基板の高機能化の要望も高まっており、配線基板の拡張性の向上が求められている。なおこのような問題及び要望は、半導体チップを搭載するための配線基板に限らず、一般に、チップ部品を搭載するための配線基板全般に共通するものであった。

特開２００５−３０２９２４号公報 特開２０１０−４０６６９号公報

本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、配線基板に搭載されるチップコンデンサの数を低減又は省略することができるとともに、配線基板の拡張性を向上させることのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
主面と前記主面の裏側に位置する裏面とを有し、チップ部品を取り付けるための取付領域が前記主面に形成された多層基板と、
前記裏面側に接続された板状の補強部材と、
を備える配線基板であって、
前記補強部材は、セラミックを主体として形成され、内部にキャパシタを有しており、
前記補強部材の表面には、回路パターンが形成されている、
配線基板。
この構成によれば、配線基板上に搭載されるチップコンデンサの数を低減又は省略することができるとともに、補強部材の表面に様々な電子部品を搭載することが可能となるため、配線基板の拡張性を向上させることができる。

[適用例２]
適用例１に記載の配線基板であって、
前記回路パターン上には、外部と電気的に接続するための端子が設けられている、
この構成によれば、端子を介して、外部回路との信号通信や、外部電源からの電源供給等が可能となる。

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の配線基板であって、さらに、
前記回路パターンに電気的に接続された電子部品を備える、
配線基板。
この構成によれば、配線基板の機能を拡張することができる。

[適用例４]
適用例３に記載の配線基板であって、
前記補強部材の表面には、凹部が形成されており、
前記電子部品は、前記補強部材の前記凹部に配置される、
配線基板。
この構成によれば、電子部品の搭載性を向上させることができる。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の配線基板であって、
前記補強部材は、厚み方向に貫通してなるビア導体を有し、
前記ビア導体は、前記キャパシタと電気的に独立し、前記補強部材の前記表面の少なくとも一部を被覆してなる金属層に接続されている、
配線基板。
この構成によれば、チップ部品から生じた熱が、ビア導体を通じて金属層に達しやすくなるため、配線基板の放熱効果を高めることができる。

［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一項に記載の配線基板であって、
前記キャパシタは、第一電極層と第二電極層とがセラミック層を介して交互に積層してなる積層キャパシタである、
配線基板。
この構成によれば、補強部材の内部にキャパシタを形成することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、配線基板の製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施例としての配線基板１００の構成を示す説明図である。 配線基板１００にチップ部品としての半導体チップ１０２を取り付けた状態を示す説明図である。 補強部材１３０を多層基板１１０に取り付ける工程の一例を示す説明図である。 補強部材１３０を多層基板１１０に取り付ける工程の他の例を示す説明図である。 第２実施例における配線基板１００ｂの構成を示す説明図である。 配線基板１００ｂの回路パターン１３２に電子部品が接続された状態を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．配線基板の構成：
Ａ２．補強部材１３０の取り付け工程：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
Ａ１．配線基板の構成：
図１は、本発明の一実施例としての配線基板１００の構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、配線基板１００の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。図２は、配線基板１００にチップ部品としての半導体チップ１０２を取り付けた状態を示す説明図である。図２（Ａ）は、配線基板１００の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。

配線基板１００は、半導体チップ１０２を、コンピュータのプリント基板（図示せず）に取り付けるためのコネクタとして機能する。配線基板１００は、多層基板１１０と、４２アロイ製のスティフナー１２０と、補強部材１３０とを備えている。

多層基板１１０は、銅メッキ等で形成された配線層とエポキシ樹脂等の樹脂を主体として形成された樹脂絶縁層とが交互に積層されてなる略正方形の基板である。多層基板１１０の主面ＳＡ１には、半導体チップ１０２を取り付けるための取付領域Ｆが形成されている（図１）。この取付領域Ｆには、半導体チップ１０２の端子と電気的に接続するための第１の端子群１１２が設けられている。また、多層基板１１０の取付領域Ｆが形成された面とは反対側の面には、プリント基板の端子と電気的に接続するための第２の端子群１１４が設けられている。第１の端子群１１２と第２の端子群１１４とは、多層基板１１０内に形成された配線層を介して電気的に接続されている。本実施例では、第１の端子群１１２として、フリップチップ接続のための端子が採用されており、第２の端子群１１４として、ピンが格子状に配置されたＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプが採用されている。

スティフナー１２０は、多層基板１１０の取付領域Ｆが形成された主面ＳＡ１に熱硬化樹脂によって取り付けられており、多層基板１１０を主面ＳＡ１側から補強する。スティフナー１２０は、略正方形の形状を有しており、中央には開口部Ｍが形成されている。スティフナー１２０の開口部Ｍの内側からは、多層基板１１０に形成された取付領域Ｆが露出している。

補強部材１３０は、主面ＳＡ１の裏側に位置する裏面ＳＡ２側に接続された板状の部材である。補強部材１３０は、多層基板１１０を裏面ＳＡ２側から補強するために取り付けられており、半導体チップ１０２が取り付けられた際に発生しやすい多層基板１１０の反り等を抑制することができる。

本実施例では、補強部材１３０は、セラミックを主体として形成されており、内部にキャパシタ１３１を有している。キャパシタ１３１は、第一電極層１３１ａと第二電極層１３１ｂとがセラミック層を介して交互に積層された積層キャパシタとして構成されている。このキャパシタ１３１を構成する第一電極層１３１ａ及び第二電極層１３１ｂは、補強部材１３０の厚み方向に形成された柱状の導体部を介して多層基板１１０と電気的に接続されることとなり、いわゆるデカップリングコンデンサとして機能する。

さらに、補強部材１３０の表面には、回路パターン１３２が形成されている。この回路パターン１３２は、補強部材１３０の内部の配線層を介して第１の端子群１１２と接続している。このため、半導体回路や各種センサー等の電子部品を回路パターン１３２に接続すれば、半導体チップ１０２との通信が可能となり、配線基板１００の拡張性を高めることができる。各種センサーとしては、例えば、温度センサーや振動センサー等を採用することができる。

さらに、回路パターン１３２上には、外部回路と電気的に接続するための端子１３４が設けられている。このため、端子１３４を介して、外部回路との信号通信や、外部電源からの電源供給等が可能となる。なお、回路パターン１３２上に設けられる端子１３４としては、例えば、ピンやスタッド、フランジ等を採用することができる。

さらに、補強部材１３０の内部には、厚み方向に貫通する貫通孔に導体が充填されたビア導体１３８が形成されている。ビア導体１３８は、キャパシタ１３１とは電気的に独立しており、補強部材１３０の表面の少なくとも一部を被覆する金属層１３９に接続されている。このため、半導体チップ１０２から生じた熱が、ビア導体１３８を通じて金属層１３９に達しやすくなるため、配線基板１００の放熱効果を高めることができる。なお、金属層１３９は、めっき処理によって形成することができる。

なお、内部にキャパシタ１３１を有する補強部材１３０の製造方法としては、例えば、チタン酸バリウム等を含むグリーンシートと呼ばれる誘電体シートの表面に、銀やニッケル、パラジウムなどの導体を含んだペーストをスクリーン印刷法によって印刷することによって電極層を形成し、電極層が形成された誘電体シートを積み重ねて一体化した後に焼成するといった方法を採用することができる。なお、柱状の導体部の形成方法としては、電極層を形成した誘電体シートにレーザ照射やパンチングなどの周知の方法により貫通孔を形成し、貫通孔内にニッケル等の導体を含むペーストを圧入する方法を採用することができる。

また、回路パターン１３２の形成方法としては、例えば、誘電体シートの表面に銀やニッケル、パラジウムなどの導体を含んだペーストをスクリーン印刷法によって印刷するといった方法を採用することができる。

このように、第１実施例では、補強部材１３０の内部にキャパシタ１３１が設けられているので、配線基板１００に搭載されるチップコンデンサの数を低減又は省略することができる。このため、チップコンデンサを別途配置するためのスペースを省略することができるとともに、チップコンデンサと補強部材を別々に実装する場合に比べて、製造工程を簡略化することが可能となる。さらに、補強部材１３０の内部には複数の電極層を緻密に積層することができるとともに、補強部材１３０の内部の広範囲に複数のキャパシタ１３１を形成することができるので、大きな静電容量を容易に確保することも可能となる。さらに、補強部材１３０の表面には回路パターン１３２が形成されているため、補強部材１３０の表面に様々な電子部品を搭載することが可能となり、配線基板１００の拡張性を高めることができる。

Ａ２．補強部材１３０の取り付け工程：
図３は、補強部材１３０を多層基板１１０に取り付ける工程の一例を示す説明図である。この図３に示した例では、キャパシタ１３１の端子やビア導体１３８にＰＶＤ等の周知の薄膜形成方法を用いて銅のメタライズを行なった後、多層基板１１０の裏面ＳＡ２側にて露出する部品接続用の端子に対して半田印刷を行なう。次に、半田印刷を行った部品接続用の端子上に、メタライズを行ったキャパシタ１３１の端子やビア導体１３８を位置合わせしてから、熱処理を行うことで補強部材１３０と多層基板１１０とを接合する。また、キャパシタ１３１の端子やビア導体１３８は、半田や導電ペースト等によって、多層基板１１０に接合する。このようにすれば、補強部材１３０を多層基板１１０に取り付けることができる。

図４は、補強部材１３０を多層基板１１０に取り付ける工程の他の例を示す説明図である。図３に示した取り付け工程との違いは、補強部材１３０と多層基板１１０との間に樹脂材１４０を挟んで圧着し、熱処理を行なうことによって、補強部材１３０と多層基板１１０とを接合する点である。このような方法によっても、補強部材１３０を多層基板１１０に取り付けることができる。なお、樹脂材１４０のホール部１４２に導電ペースト等を充填した後に、補強部材１３０と多層基板１１０とを接合してもよい。

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例における配線基板１００ｂの構成を示す説明図である。図５（Ａ）は、配線基板１００ｂの平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。図１に示した第１実施例との違いは、補強部材１３０ｂの表面に、周縁よりも窪んだ形状の凹部１５０が形成されている点であり、他の構成は第１実施例と同じである。

図６は、配線基板１００ｂの回路パターン１３２に電子部品が接続された状態を示す説明図である。図６（Ａ）は、配線基板１００ｂの平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。この図６に示した例では、電子部品の一例として、温度センサー１８０が補強部材１３０ｂの凹部１５０に配置されている。温度センサー１８０は、配線基板１００の温度情報を、回路パターン１３２を介して半導体チップ１０２に送信する。半導体チップ１０２は、温度センサー１８０から受信した温度情報に基づいて、様々な処理を実行することができる。

このように、第２実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果を奏する上に、凹部１５０に温度センサー等の電子部品を取り付けることが可能となり、電子部品の搭載性を向上させることができる。また、電子部品を配線基板から離れた場所に搭載する場合に比べて、電子部品と半導体チップ１０２との距離を短くすることができるので、信号の伝送損失を低減することができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

変形例１：
上記実施例では、多層基板１１０及び補強部材１３０の形状は略正方形であったが、多層基板１１０及び補強部材１３０の形状は略正方形に限らず、例えば、長方形や、円形等であってもよい。

変形例２：
上記実施例では、第２の端子群１１４はＰＧＡタイプであったが、第２の端子群１１４はＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプやＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等であってもよい。

変形例３：
上記実施例では、ビア導体１３８は金属層１３９に接続されていたが、この代わりに、ビア導体１３８を回路パターン１３２に接続し、回路パターン１３２を金属層１３９の代わりに放熱板として機能させることとしてもよい。

変形例４：
上記実施例では、多層基板１１０には１つの取付領域が形成されていたが、取付領域の数は１つに限られず、複数であってもよい。同様に、スティフナー１２０に形成される開口部の数は１つに限られず、複数であってもよい。

変形例５：
上記実施例では、キャパシタ１３１は２層の電極層として構成されていたが、キャパシタ１３１は２層以上の複数層で構成されていてもよい。

変形例６：
上記実施例では、回路パターン１３２は半導体チップ１０２と通信可能に構成されていたが、回路パターン１３２は半導体チップ１０２から独立した回路として構成されていてもよい。

１００…配線基板
１００ｂ…配線基板
１０２…半導体チップ
１１０…多層基板
１１２…第１の端子群
１１４…第２の端子群
１２０…スティフナー
１３０…補強部材
１３０ｂ…補強部材
１３１…キャパシタ
１３１ａ…第一電極層
１３１ｂ…第二電極層
１３２…回路パターン
１３４…端子
１３８…ビア導体
１３９…金属層
１４０…樹脂材
１４２…ホール部
１５０…凹部
１８０…温度センサー
Ｆ…取付領域
Ｍ…開口部
ＳＡ１…主面
ＳＡ２…裏面

Claims (6)

1. 主面と前記主面の裏側に位置する裏面とを有し、チップ部品を取り付けるための取付領域が前記主面に形成された多層基板と、
   前記裏面側に接続された板状の補強部材と、
   を備える配線基板であって、
   前記補強部材は、セラミックを主体として形成され、内部にキャパシタを有しており、
   前記補強部材の表面には、回路パターンが形成されており、
   前記回路パターンに電気的に接続された電子部品を備え、
   前記補強部材の表面には、凹部が形成されており、
   前記電子部品は、前記補強部材の前記凹部に配置される、
   配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板であって、
   前記補強部材は、厚み方向に貫通してなるビア導体を有し、
   前記ビア導体は、前記キャパシタと電気的に独立し、前記補強部材の前記表面の少なくとも一部を被覆してなる金属層に接続されている、
   配線基板。
3. 主面と前記主面の裏側に位置する裏面とを有し、チップ部品を取り付けるための取付領域が前記主面に形成された多層基板と、
   前記裏面側に接続された板状の補強部材と、
   を備える配線基板であって、
   前記補強部材は、セラミックを主体として形成され、内部にキャパシタを有しており、
   前記補強部材の表面には、回路パターンが形成されており、
   前記補強部材は、厚み方向に貫通してなるビア導体を有し、
   前記ビア導体は、前記キャパシタと電気的に独立し、前記補強部材の前記表面の少なくとも一部を被覆してなる金属層に接続されている、
   配線基板。
4. 請求項３に記載の配線基板であって、
   前記回路パターンに電気的に接続された電子部品を備える
   配線基板。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の配線基板であって、
   前記回路パターン上には、外部と電気的に接続するための端子が設けられている、
   配線基板。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の配線基板であって、
   前記キャパシタは、第一電極層と第二電極層とがセラミック層を介して交互に積層してなる積層キャパシタである、
   配線基板。

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