JP5879090B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板に関するものである。

下記特許文献１には、電子部品としてＢＧＡ（Ball grid array）パッケージを実装するプリント配線板が開示されている。近年、プリント配線板は、このような小型の電子部品が高密度で実装される傾向にあり、動作時には、これらの発熱による影響で高温状態となる。プリント配線板が、動作時の膨張と非動作時の復元(収縮)とを繰り返すと、実装しているＢＧＡパッケージ等に対して熱ストレスが大きくかかる。

上記従来技術では、上記熱ストレスに伴う配線板の弾性変形（膨張変形）に対して、電極パッドから引き出された配線パターンの配置を工夫することで、配線部の接触不良や断線（はんだクラック）等の不具合を回避している。具体的には、配線パターンを、部品実装面上の中心部位と各辺の中間部位とを結ぶ線を境に区分した領域毎に、部品実装面上の中心部から角部に到る方向に対して交差する方向に配線することにより、配線部にかかる熱応力を低減している。

特開２００９−２２４７１２号公報

しかしながら、上記従来技術では、ＢＧＡパッケージ等の電子部品を実装する配線パターンの配線方向が決まってしまうため、配線パターンの配線レイアウトに自由度がないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、はんだクラック等の配線不良を防止しつつ、配線パターンの配線のレイアウトに自由度を持たせることができるプリント配線板の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、マトリクス状に配列された複数の電極パッドと、上記電極パッドから引き出された配線パターンと、を有するプリント配線板であって、上記複数の電極パッドが配列された部品実装領域の外側であって、該部品実装領域の角部の少なくとも一つに対応する位置において熱応力を緩和する孔部を備え、上記孔部の中心と上記部品実装領域の中心とを結んだ直線の線状領域内に位置する上記電極パッドの上記配線パターンは、該電極パッドに対して該孔部側に向かう方向以外の方向に引き出されているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記線状領域は、上記孔部の中心と上記部品実装領域の中心とを結んだ直線を含む所定幅を有するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記所定幅は、上記孔部の直径に応じて設定されているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記線状領域内に位置する上記電極パッドのうち少なくとも上記孔部と隣り合う上記電極パッドの上記配線パターンは、上記直線と直交する直交方向に引き出されているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記線状領域内に位置する上記電極パッドのうち上記孔部と隣り合う第１電極パッド以外の第２電極パッドのうち少なくとも一つの上記配線パターンは、上記直線に沿う直線方向に引き出されているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記孔部は、電気的に接地されたスルーホールであるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記孔部は、複数設けられており、上記部品実装領域の対角線上に配置されているという構成を採用する。

本発明においては、複数の電極パッドが配列された部品実装領域の外側であって、該部品実装領域の角部の少なくとも一つに対応する位置において熱応力を緩和する孔部を備えている。配線板の熱膨張によるはんだクラックは、部品実装領域の角部から中心部に向かって入り易い。このため、部品実装領域の外側の角部に孔部を設けることにより、配線板の熱膨張による影響を、部品実装領域の手前側で効率よく吸収することができる。
また、本発明においては、孔部の中心と部品実装領域の中心とを結んだ直線の線状領域内に位置する電極パッドの配線パターンは、該電極パッドに対して該孔部側に向かう方向以外の方向に引き出されている。はんだボールは、電極パッドにおいて球形状を成し、配線パターンに沿って小尾が形成される。この小尾は、クラックの起点となり易いため、孔部側に向かって形成されないようにする。また、このように配線パターンの配置を規定する領域を、クラックが入り易い線状領域に限ることで、配線パターンの配線レイアウトに自由度を持たせることができる。
このように、本発明によれば、はんだクラック等の配線不良を防止しつつ、配線パターンの配線レイアウトに自由度を持たせることができる。

本発明の第１実施形態におけるプリント配線板の平面図である。 本発明の第２実施形態におけるプリント配線板の平面図である。 本発明の第３実施形態におけるプリント配線板の平面図である。 本発明の第４実施形態におけるプリント配線板の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るプリント配線板の実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるプリント配線板１の平面図である。
図１に示すように、プリント配線板１は、その表面に電子部品（本実施形態ではＢＧＡパッケージ２）が実装される基板である。なお、本実施形態のプリント配線板１に実装される電子部品としては、ＢＧＡ（Ball grid array）パッケージに限らず、ＬＧＡ（Land grid array）パッケージ等であってもよい。

プリント配線板１は、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状の部材であり、その表面に電極パッド３や配線パターン４等が形成されている。このプリント配線板１は、不図示の外部筐体（例えば、アルミダイキャスト等）内に収容されて、その縁部が、該外部筐体に対してネジ止め等で固定されている。

電極パッド３は、ＢＧＡパッケージ２をリフローはんだ付けする際に、パッケージ底面のボール電極（はんだボール）が配置される場所である。電極パッド３は、ＢＧＡパッケージ２の電極の数に応じて複数設けられている。電極パッド３は、図示するように、マトリクス状に配列されている。なお、複数の電極パッド３が配列された平面視矩形状の領域が、部品実装領域５である。

電極パッド３からは、配線パターン４が引き出されている。配線パターン４は、電極パッド３と電気的に接続される導電層である。配線パターン４は、プリント配線板１の内層パターンと導電接続する不図示のスルーホール等と電極パッド３との間を、電気的に接続する構成となっている。なお、図１においては、部品実装領域５の角部６に位置する電極パッド３の配線パターン４のみを図示し、他の電極パッド３の配線パターン４については図示を省略している。

プリント配線板１は、複数の電極パッド３が配列された部品実装領域５の外側であって、該部品実装領域５の角部６の少なくとも一つに対応する位置において熱応力を緩和する孔部７を備えている。孔部７は、プリント配線板１の厚み方向に形成された穴である。本実施形態の孔部７は、内壁部に導電層７ａが形成されたスルーホールである。なお、孔部７としては、内壁部に導電層７ａが形成されない単なる貫通孔であってもよい。

本実施形態の孔部７は、部品実装領域５の角部６のそれぞれに対応して４つ設けられている。これら複数の孔部７は、同径、同構成で、部品実装領域５の対角線上に配置されている。具体的には、複数の孔部７のうち、孔部７Ａと孔部７Ｃとが組となって部品実装領域５の対角線上に配置され、孔部７Ｂと孔部７Ｄとが組となって部品実装領域５の対角線上に配置されている。

図示するように、孔部７（例えば孔部７Ａ）の中心と部品実装領域５の中心とを結んだ直線Ｌを含む所定幅の線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３の配線パターン４は、該電極パッド３に対して孔部７側に向かう方向以外の方向に引き出されている。ここで、線状領域Ｘの幅（所定幅）は、孔部７の直径に応じて設定されている。また、孔部７の直径の設定については、電極パッド３の直径に対し同径若しくは電極パッド３の直径の２倍以下の直径の範囲であることが望ましい。本実施形態では、線状領域Ｘの幅は、孔部７の直径と略同一の長さに設定されている。また、ここで、孔部７の中心とは、その円の径の中心を意味し、部品実装領域５とは、その対角線の交点を意味する。

具体的に、この線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３のうち少なくとも孔部７と隣り合う電極パッド３の配線パターン４は、直線Ｌと直交する直交方向に引き出されている。図１に示す符号Ｌ１は、直線Ｌと直交する直交線を示す。詳しくは、孔部７Ａと隣り合う電極パッド３の配線パターン４は、直交線Ｌ１に沿って引き出されており、該電極パッド３に対して孔部７Ａ側（厳密には、直交線Ｌ１を挟んで孔部７Ａ側の領域）に向かう方向以外の方向に引き出されている。なお、他の孔部７Ｂ，７Ｃ，７Ｃと隣り合う電極パッド３の配線パターン４も同様に引き出されている。

続いて、上記構成のプリント配線板１の作用について説明する。
プリント配線板１は、不図示の外部筐体に対してネジ止め等で拘束されており、動作時の温度上昇による熱膨張の影響が、図１に示す白抜き矢印の方向、すなわち内向きに作用する。そうすると、部品実装領域５の角部６において、ＢＧＡパッケージ２とのはんだクラックが生じ易く、また、部品実装領域５の角部６からその中心部に向かってはんだクラックが伸展し易くなる傾向にある。

本実施形態のプリント配線板１は、複数の電極パッド３が配列された部品実装領域５の外側であって、該部品実装領域５の角部６の全てに対応する位置において、熱応力を緩和する孔部７を備えている。このように、部品実装領域５の外側の角部６に孔部７を設けることにより、配線板の熱膨張による影響を、部品実装領域５の手前側で効率よく吸収することができる。このため、部品実装領域５の角部６において、配線板の歪み、熱応力が緩和され、はんだクラック等の配線不良が防止される。

また、本実施形態においては、孔部７の中心と部品実装領域５の中心とを結んだ直線Ｌを含む所定幅の線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３の配線パターン４は、該電極パッド３に対して孔部７側に向かう方向以外の方向に引き出されている。はんだボールは、電極パッド３において球形状を成し、配線パターン４に沿って小尾が形成される。この小尾は、クラックの起点となり易いため、孔部７側に向かって形成されないようにする。また、このように配線パターン４の配置を規定する領域を、クラックが入り易い線状領域Ｘに限ることで、配線パターン４の配線のレイアウトに自由度を持たせることができる。

ここで、線状領域Ｘの幅は、孔部７の直径に応じて設定されている。この構成によれば、配線板の熱膨張による影響の方向に対して、孔部７の背面側に位置し、はんだクラックが伸展し易い位置に配置された電極パッド３の配線パターン４のみを工夫することによって、他の電極パッド３の配線パターン４については、配線のレイアウトに自由度を持たせることができる。

また、本実施形態においては、線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３のうち少なくとも孔部７と隣り合う電極パッド３の配線パターン４は、直線Ｌと直交する直交方向に引き出されている。この構成によれば、はんだボールの接合領域（配線パターン４に沿う小尾の部位を含む）が、配線板の熱膨張による影響の方向に対して広くなるため、その影響による応力集中が緩和され、換言すると、それ自体がはんだクラックの伸展を阻害する堰として機能するため、配線不良をより確実に防止することができることとなる。

したがって、上述の本実施形態によれば、マトリクス状に配列された複数の電極パッド３と、電極パッド３から引き出された配線パターン４と、を有するプリント配線板１であって、複数の電極パッド３が配列された部品実装領域５の外側であって、該部品実装領域５の角部６の少なくとも一つに対応する位置において熱応力を緩和する孔部７を備え、孔部７の中心と部品実装領域５の中心とを結んだ直線Ｌを含む所定幅の線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３の配線パターン４は、該電極パッド３に対して該孔部７側に向かう方向以外の方向に引き出されているという構成を採用することによって、はんだクラック等の配線不良を防止しつつ、配線パターン４の配線のレイアウトに自由度を持たせることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図２は、本発明の第２実施形態におけるプリント配線板１の平面図である。なお、第２実施形態におけるプリント配線板１は、２つの孔部（孔部７Ａ，７Ｃ）を備える構成となっている。
図２に示すように、第２実施形態においては、線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３のうち孔部７と隣り合う第１電極パッド３Ａ以外の第２電極パッド３Ｂの配線パターン４が、直線Ｌに沿う直線方向に引き出されている。

部品実装領域５の内部においては、他の電極パッド３との関係でスペースを確保することが難しい。したがって、図２に示すように、配線パターン４を引き出すことにより内部の配線スペースを確保でき、これにより、配線パターン４の配線のレイアウトに自由度を持たせることができる。また、このような構成を採用することによって、はんだボール本体の球形状が、配線板の熱膨張による影響の方向に対向し、小尾がその反対側に位置することとなるため、はんだラックに対する耐性は確保される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、本発明の第３実施形態におけるプリント配線板１の平面図である。
図３に示すように、第３実施形態においては、線状領域Ｘ内に位置する電極パッド３のうち、孔部７と隣り合う第１電極パッド３Ａの配線パターン４が、直線Ｌと直交する直交方向に引き出され、当該第１電極パッド３Ａ以外の第２電極パッド３Ｂの配線パターン４が、直線Ｌに沿う直線方向に引き出されている。

この構成によれば、部品実装領域５の角部６においては、はんだクラックの伸展を阻害する作用が得られ、配線不良をより確実に防止することができ、また、部品実装領域５の内部においては、配線スペースを確保でき、配線パターン４の配線のレイアウトに自由度を持たせることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図４は、本発明の第４実施形態におけるプリント配線板１の平面図である。なお、図４においては、部品実装領域５の一部が図示されている。
図４に示すように、第４実施形態においては、スルーホールとしての孔部７が電気的に接地されている。

この構成によれば、孔部７を電気的に接地し、部品実装領域５に設けられた不図示のスルーホール等の電位をＧＮＤ電位とすることで電位を安定させ、自由度の高い配線レイアウトを確保することができる。また、部品実装領域５の角部６の電極パッド３、すなわち、孔部７と隣り合う電極パッド３においては、ＢＧＡパッケージ２のＧＮＤ電極等が配置され易い。このように、第４実施形態においては、孔部７に、熱応力を緩和する機能だけでなく、電位を安定させる機能を付加することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…プリント配線板、２…ＢＧＡパッケージ、３…電極パッド、３Ａ…第１電極パッド、３Ｂ…第２電極パッド、４…配線パターン、５…部品実装領域、６…角部、７…孔部（スルーホール）、Ｌ…直線、Ｌ１…直交線、Ｘ…線状領域

Claims (5)

1. マトリクス状に配列された複数の電極パッドと、前記電極パッドから引き出された配線パターンと、を有するプリント配線板であって、
   前記複数の電極パッドが配列された部品実装領域の外側であって、該部品実装領域の角部の少なくとも一つに対応する位置において熱応力を緩和する孔部を備え、
   前記孔部の中心と前記部品実装領域の中心とを結んだ直線の線状領域内に位置する前記電極パッドのうち少なくとも前記孔部と隣り合う第１電極パッドの前記配線パターンは、前記直線と直交する直交方向に引き出され、
   前記線状領域内に位置する前記電極パッドのうち前記第１電極パッド以外の第２電極パッドについて、少なくとも一つの前記配線パターンは、前記直線に沿う直線方向に引き出されていることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記線状領域は、前記孔部の中心と前記部品実装領域の中心とを結んだ直線を含む所定幅を有することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記所定幅は、前記孔部の直径に応じて設定されていることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
4. 前記孔部は、電気的に接地されたスルーホールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプリント配線板。
5. 前記孔部は、複数設けられており、前記部品実装領域の対角線上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプリント配線板。

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