(57)【要約】【課題】実装密度を高めることができると共に素子の仕様を容易に変更することが可能な配線基板を提供する。【解決手段】配線基板は、配線パターン１６，１７及び孔２０が形成されている基板本体１０と、基板本体１０の孔２０に着脱可能に装着される素子３０とを備えている。素子３０は、円柱状本体部３１と、この本体部３１の上部外周面に形成されている突起部３２とを有し、孔２０は、素子形状に併せて、円筒孔２１と、この円筒孔３１の端部と連なる切欠き孔２２とで形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターン及び孔が形成されている配線基板において、
前記孔内に、外部から取外し可能な素子が装着され、
前記素子の端子と前記配線パターンの一部とが接している、ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の配線基板において、
前記孔の形状は、深さ方向に向かうに連れて次第に断面積が小さくなる形状であり、
前記素子の外形状も、前記孔に対する装着方向の端部側に向かうに連れて断面積が小さくなる形状である、ことを特徴とする配線基板。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか一項に記載の配線基板において、
深さ方向における前記孔の少なくとも一部の形状は、該深さ方向に伸びる仮想軸に関して非回転対象性を有し、
装着方向における前記素子の少なくとも一部の形状は、前記孔の形状に併せて非回転対象性を有する、ことを特徴とする配線基板。
【請求項４】
請求項３に記載の配線基板において、
前記素子の前記非回転対象性を有する前記部分は、装着方向に対して垂直な断面形状が多角形又は楕円形である、ことを特徴とする配線基板。
【請求項５】
請求項３に記載の配線基板において、
前記素子の外形状は、該素子の前記孔に対する装着方向に長い本体部と、該装着方向に対して垂直な方向の成分を有する方向に突出し、該本体部の該装着方向の端部に形成された突出部とを有し、
前記突出部で、前記非回転対象性を有する前記部分を形成する、ことを特徴とする配線基板。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の配線基板において、
表層と内層とを有し、
前記素子の端子は、該素子の前記孔に対する装着方向の端部に形成され、
前記端子に接する前記配線パターンの一部は、前記表層上に形成され、
前記端子と前記配線パターンの一部とは、溶融接合されている、ことを特徴とする配線基板。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の配線基板において、
表層及び内層と、該表層上に搭載されたパッケージ素子と、を有し、
前記パッケージ素子は、前記孔の延長線上に位置し、
前記素子は、基板を基準にして前記パッケージ素子が搭載されている側とは反対側から、前記孔に装着されている、ことを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線パターン及び孔が形成されている配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、多くの多層プリント配線基板では、表層に各種の素子を配置し、内層として電源層やグランド層等を形成して、この素子の端子をスルーホールを介して、電源層やグランド層等と接続している。
【０００３】
また、以下の特許文献１には、多層プリント配線基板のスルーホール内に、インダクタ素子としてコイルをスルーホールと一体的に形成する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２７０８５５号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層プリント配線基板の表層に素子を配置するものでは、基板上の実装密度が低下するという問題点がある。一方、特許文献１に記載の技術では、スルーホール内にインダクタ素子を形成しているので、基板の実装密度は向上するものの、表層に素子を配置する場合と異なり、スルーホール内の素子を他の仕様の素子に交換することが実質的に不可能で、設計変更等を容易に行うことができないという問題点がる。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目し、実装密度を高めることができると共に素子の仕様を容易に変更することが可能な配線基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第一の配線基板は、
配線パターン及び孔が形成されている配線基板において、前記孔内に、外部から取外し可能な素子が装着され、前記素子の端子と前記配線パターンの一部とが接していることを特徴とするものである。
【０００８】
以上、第一の配線基板によれば、基板本体の孔に、外部から取外し可能な素子を装着したので、基板の実装密度を高めることができると共に、素子を交換することで、素子の仕様変更も行うことができる。
【０００９】
前記目的を達成するための第二の配線基板は、
前記第一の配線基板において、前記孔の形状は、深さ方向に向かうに連れて次第に断面積が小さくなる形状であり、前記素子の外形状も、前記孔に対する装着方向の端部側に向かうに連れて断面積が小さくなる形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
第二の配線基板によれば、素子の側周面に露出している素子端子の端面が傾斜面となり、基板本体の配線パターンとの接触面積を増やすことができる。さらに、装着方向における素子の位置を規制することもできる。
【００１１】
前記目的を達成するための第三の配線基板は、
前記第一及び第二のいずれかの配線基板において、深さ方向における前記孔の少なくとも一部の形状は、該深さ方向に伸びる仮想軸に関して非回転対象性を有し、装着方向における前記素子の少なくとも一部の形状は、前記孔の形状に併せて非回転対象性を有することを特徴とするものである。
【００１２】
前記目的を達成するための第四の配線基板は、
前記第三の配線基板において、前記素子の前記非回転対象性を有する前記部分は、装着方向に対して垂直な断面形状が多角形又は楕円形であることを特徴とするものである。
【００１３】
前記目的を達成するための第五の配線基板は、
前記第三の配線基板において、前記素子の外形状は、該素子の前記孔に対する装着方向に長い本体部と、該装着方向に対して垂直な方向の成分を有する方向に突出し、該本体部の該装着方向の端部に形成された突出部とを有し、前記突出部で、前記非回転対象性を有する前記部分を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
以上、第三〜第五の配線基板によれば、基板本体のいずれかの層上で、孔の縁から特定の方向にのみ配線パターンが形成されている場合であっても、孔内で素子が回転しないので、素子の端子と配線パターンとを確実に接触させることができる。特に、第四及び第五の配線基板で、一部の断面形状を多角形又は楕円形にしたものや、一部に突起部を形成したものでは、装着方向における素子の位置を規制することができる。
【００１５】
前記目的を達成するための第六の配線基板は、
前記第一から第五のいずれかの配線基板において、表層と内層とを有し、前記素子の端子は、該素子の前記孔に対する装着方向の端部に形成され、前記端子に接する前記配線パターンの一部は、前記表層上に形成され、前記端子と前記配線パターンの一部とは、溶融接合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第六の配線基板によれば、基板の外表面に露出している部分を溶融接合しているので、溶融接合している部分をカッタ等で切断することで、素子を交換することができる。しかも、素子を孔内にしっかりと固定できる上に、素子の端子と配線パターンとの接続信頼性を高めることができる。
【００１７】
前記目的を達成するための第七の配線基板は、
前記第一から第六のいずれかの配線基板において、表層及び内層と、該表層上に搭載されたパッケージ素子と、を有し、前記パッケージ素子は、前記孔の延長線上に位置し、前記素子は、基板を基準にして前記パッケージ素子が搭載されている側とは反対側から、前記孔に装着されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第七の配線基板によれば、パッケージ素子に接続される素子を、パッケージ素子の直下に配置することができ、実装密度をより高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る配線基板の各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２０】
まず、図１〜図４を用いて、本発明に係る配線基板の第一の実施形態について説明する。
【００２１】
本実施形態の配線基板は、図１及び図２に示すように、配線パターン１４，１５，１６，１７及び孔２０が形成されている基板本体１０と、基板本体１０の孔２０に差し込まれる素子３０と、を備えている。
【００２２】
基板本体１０は、２つの絶縁表層１１，１３と、２つの絶縁表層１１，１３の間に配されている絶縁内層１２と、一方の絶縁表層１１と絶縁内層１２との間に形成されているグランド層１４と、他方の絶縁表層１３と絶縁内層１２との間に形成されている電源層１５と、を有している。各絶縁表層１１，１３上には、孔２０の縁まで伸びる配線パターン１６，１７が形成されている。
【００２３】
各絶縁層１１，１２，１３は、ポリイミド樹脂等を主成分とするプリプレグで形成されている。また、グランド層１４及び電源層１５を含む配線パターンは、導電性を有する銅等で形成されている。
【００２４】
基板本体１０に形成される孔２０は、一方の絶縁表層１１から他方の絶縁表層１３へ貫通する円筒状の円筒孔２１と、この円筒孔２１の端部と連なる切欠き孔２２とで形成されている。この円筒孔２１及び切欠き孔２２で形成される孔２０は、円筒孔２１の中心軸を基準にして、切欠き孔２２の部分で非回転対称性を有している。
【００２５】
この孔２０は、ドリルとレーザビーム等で形成される。具体的には、各層を積層した後、まず、孔の位置にドリルで当てて、円筒孔２１を形成する。その後、切欠き孔２２の位置にビーム等を照射して、絶縁表層１１の一部を除去して切欠き孔を形成する。
【００２６】
素子３０は、２端子素子で、基板本体１０の円筒孔２１の内径と同じ外径の円柱本体部３１と、円柱本体部３１の上部側周面に形成されている突起部３２とを有している。この素子の形状は、円柱本体部３１の中心軸を基準にして、突起部３２で非回転対称性を有している。円筒本体部３１の両端部は、それぞれ導電材で形成されており、この導電材で形成された部分が端子３６，３７を成す。なお、素子３０のサイズは、基板本体１０の孔２０に素子３０を装着する際、圧入できるサイズであることが好ましい。
【００２７】
このような外形の素子３０の製造は、例えば、通常の円柱状の素子と同様に、素子として求められている機能を有する円柱本体部３１を形成した後、この円柱本体部３１に絶縁材で形成した突起部３２を接着剤等で接着して形成する方法や、中空円筒状の素子ケーシングに、突起部３２を形成し、この素子ケーシングの中に、素子として求められている機能を達成させるための構造を形成する方法等が考えられる。
【００２８】
以上の素子３０は、突起部３２が切欠き孔２２に嵌り込むように、基板本体１０の孔２０に装着する。この時点で、素子３０は、突起部３２が切欠き孔２２に嵌り込んでいるために、孔２０内で回転できず、且つ装着方向の移動も規制される。
【００２９】
素子３０を基板本体１０の孔２０に装着した後、素子３０の両端部に形成されている各端子３６，３７と各絶縁表層１１，１３に形成されている配線パターン１６，１７とを半田３９（図２に示す）で溶融接合する。この処理で、素子３０は、完全に基板本体１０に固定されると共に、素子３０の端子３６，３７と配線パターン１６，１７との接合信頼性も高まる。
【００３０】
以上、本実施形態では、素子３０を基板本体１０内に埋めたので、素子３０を基板本体上に配置するよりも実装密度を高めることができる。具体的には、図４に示すように、基本上面にＩＣパッケージ４０ａを配し、リード線又は配線パターン４２を介して、２端子素子とＩＣパッケージ４０ａとを電気的に接続する場合、同図（ａ）に示すように、基板上面に２端子素子を配置すると、素子の２つの端子のためにそれぞれ端子パッド４３，４４を形成しなければならないため、基本上面には、素子の設置領域、１つの素子に対する２つの端子パッド４３，４４の形成領域、さらに、ＩＣパッケージから遠ざかる方向に伸びる配線パターン４５の形成領域が必要になる。これに対して、同図（ｂ）に示すように、２端子素子を基板本体の孔に埋め込むと、素子を埋め込んだ上部空間が開く上に、基板上面には、１つの素子に対する２つの端子パッドのうちの少なくとも１つの形成領域が不要になると共に、ＩＣパッケージ４０ａから遠ざかる方向に伸びる配線パターンの形成領域も不要になり、基板上面の利用面積を極めて少なくすることができる。さらに、例えば、図５及び図６を用いて後述するように、基板本体上にＩＣパッケージ等の素子を配置した場合でも、本実施形態では、その直下に、素子をさらに配置することも可能で、すなわち、２つの素子を立体的に配置することが可能で、この点からも実装密度を高めることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、絶縁表層１１，１３上に形成した配線パターン１６，１７と素子３０の端子３６，３７とを半田接合しているが、この接合部分は、配線基板の外部に露出しているので、この素子３０を外部から取外すことができる。具体的には、半田接合部分をカッタ等の工具又はレーザビームで切断すれば、簡単に、基板本体１０から素子３０を引抜くことができる。従って、素子３０の仕様変更、例えば、素子３０がコンデンサであれば、容量が若干異なるコンデンサに取り替えることができる。
【００３２】
ところで、本実施形態では、素子３０の端部に形成した端子３６，３７が、素子中心軸を基準として３６０°全周に形成されているので、仮に、素子及び孔に回転対称性があったとしても、素子を孔に装着する際、素子の中心軸を基準にして、どのように回転させても、素子の端子と基板本体上の配線パターンとは接触する。しかし、素子中心軸を基準にして、端子が３６０°全周に形成されていない場合、素子及び孔に回転対称性がある、つまり円筒形状のときには、素子の端子位置と配線パターンの位置とを考慮しなければ、素子の端子と基板本体上の配線パターンとは接触しない。
【００３３】
具体的に、図３に示す変形例のように、素子の一方の端部に２つの端子３６ａ，３８を形成し、素子の他方の端部に１つの端子３７を形成した３端子素子３０ａでは、素子３０ａ及び孔２０が仮に円筒形状である場合、上述のように、素子３０ａの端子３６ａ，３８と基板本体１０ａ上の配線パターン１６，１６ａとが接触しないことがある。そこで、繰り返すことになるが、素子３０ａ及び孔２０の形状を非回転対称性を有するように形成し、素子３０ａが孔２０の中で回転しないようにして、素子３０ａの端子３６ａ，３８と基板本体１０ａ上の配線パターン１６，１６ａとを確実に接触させるようにしている。
【００３４】
なお、以上の実施形態で、素子としては、レジスタ素子、キャパシタ素子、インダクタ素子等の受動素子でもよいし、ダイオード素子、トランジスタ素子、オペアンプ素子、ロジック素子等の能動素子でもよい。
【００３５】
次に、素子がキャパシタ素子である例について、第二の実施形態として、図５及び図６を用いて説明する。
【００３６】
本実施形態の配線基板は、図５に示すように、配線パターン１４，１５，１６，１７ｂ及び孔２０が形成されている基板本体１０ｂと、基板本体１０ｂの孔２０に差し込まれるキャパシタ素子３０ｂと、基板本体１０ｂ上面に搭載されているＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）形ＩＣパッケージ４０と、を備えている。
【００３７】
基板本体１０ｂは、第一の実施形態と同様に、２つの絶縁表層１１，１３と、２つの絶縁表層１１，１３の間に配されている絶縁内層１２と、一方の絶縁表層１１と絶縁内層１２との間に形成されているグランド層１４と、他方の絶縁表層１３と絶縁内層１２との間に形成されている電源層１５と、を有している。なお、以下の説明の都合上、ＩＣパッケージ４０が搭載されている側を上方とする。
従って、上絶縁表層１１の下に、グランド層１４が形成され、このグランド層１４の下に、絶縁内層１２を介して電源層１５が配置されているとする。
【００３８】
上絶縁表層１１上には、孔２０の縁まで伸びる配線パターン１６が形成されている。この配線パターン１６上には、ＩＣパッケージ４０の端子と接続されている半田ボール４１が接合されている。また、下絶縁表層１３の下にも、配線パターン１７ｂが形成されている。但し、この配線パターン１７ｂは、孔２０の縁まで形成されていない。
【００３９】
キャパシタ素子３０ｂは、第一の実施形態と同様に、２端子素子で、基板本体１０ｂの円筒孔の内径と同じ外径の円柱本体部３１ｂと、円柱本体部３１ｂの側周面に形成されている突起部（図示されていない）とを有している。このキャパシタ素子３０ｂは、２つの電極３６ｂ、３７ｂと、２つの電極３６ｂ，３７ｂ間に配されている誘電体３８ｂとを有している。
【００４０】
２つの電極３６ｂ、３７ｂのうち、一方の低圧側電極３６ｂは、素子３０ｂの上端側の一部を形成し、他方の高圧側電極３７ｂは、素子３０ｂの上端側の一部及び下端側の全体を形成する。低圧側電極３６ｂは、キャパシタ素子３０ｂを孔２０に装着した際、上端面が露出し、下部側面がグランド層１４に接触するように形成されている。また、高圧側電極３７ｂは、キャパシタ素子３０ｂを孔２０に装着した際、上端面及び下端面が露出し、上端部が上絶縁表層１１上の配線パターン１６と接触し、上端側から下端側への中胴部分が電源層１５に接触するように形成されている。また、この高圧側電極３７ｂには、中胴部分の一部がグランド層１４に接触していなうのを避けるために、絶縁部３３ｂが形成されている。誘電体３８ｂは、素子３０ｂの上端側を形成する低圧側電極３６ｂの部分と、素子３０ｂの上端側を形成する高圧側電極３７ｂの部分とを分けるために、素子３０ｂの上端から下方向に伸びる鉛直部分を有している。さらに、誘導体３８ｂは、素子３０ｂの上端側を形成する低圧側電極３６ｂの部分と、素子３０ｂの下端側を形成する高圧側電極３７ｂの部分とを分けるために、誘導体３８ｂの鉛直部分の下端から水平方向に伸びる水平部分を有している。従って、誘導体３８ｂは、縦断面での形状がＬ字型を成している。
【００４１】
以上のキャパシタ素子３０ｂは、ＩＣパッケージ４０が上絶縁表層１１上に搭載された後、下側から孔２０に圧入される。このため、第一の実施形態と異なり、素子３０ｂの突起部は、素子３０ｂの下側に形成され、切欠き孔は、下絶縁表層１３に形成されている。
【００４２】
以上のように、本実施形態でも、素子３０ｂを基板本体１０ｂ内に埋めたので、素子３０ｂを基板本体１０ｂ上に配置するよりも実装密度を高めることができる。また、本実施形態では、キャパシタ素子３０ｂを孔２０に圧入しただけなので、簡単に取外すことができ、容易に仕様変更を行うこともできる。
【００４３】
なお、本実施形態では、キャパシタ素子３０ｂの内部構造が比較的複雑であるが、本実施形態における基板本体１０ｂのグランド層１４と電源層１５との位置を入れ替えると、キャパシタ素子の内部構造がきわめて簡単になる。
【００４４】
具体的に、図６に示す変形例のように、基本本体１０ｃの各層構成が、上から順に、上絶縁表層１１、電源層１５ｃ、絶縁内層１２、グランド層１４ｃ、下絶縁表層１３である場合、素子３０ｃの上端部全体を高圧側電極３７ｃで形成し、素子３０ｃの下端部全体を低圧側電極３６ｃで形成し、これらの電極３６ｃ，３７ｃの間に、平坦な誘電体３８ｃを形成すればよい。
【００４５】
次に、素子形状及び基板本体の孔形状の各種実施形態について、図７を用いて説明する。
【００４６】
基板本体の孔に装着する素子は、素子の端子と基本本体の配線パターンと接触を確実にするために、基本的に、孔内で回転しないことが好ましい。このため、以下で説明する素子形状及び孔形状は、いずれも非回転対称性を有する形状になっている。
【００４７】
例えば、図７（ａ）に示すように、素子３０ｄの一部３２ｄを楕円柱状に形成し、残りの部分３１ｄを円柱状に形成し、孔２０ｄも、素子３０ｄの形状に併せて、孔２０ｄの一部２２ｄを楕円柱状に形成し、残りの一部２１ｄを円柱状に形成してもよい。また、この変形例として、素子の全体を楕円柱状に形成し、孔の全体も同じく楕円柱状に形成してもよい。但し、素子の装着方向の位置規制の観点からは、楕円柱と円柱とを組み合わせた形状の方が好ましい。
【００４８】
また、図７（ｂ）に示すように、素子３０ｅの一部３２ｅを正四角柱状に形成し、残りの部分３１ｅを円柱状に形成し、孔２０ｅも、素子３０ｅの形状に併せて、孔２０ｅの一部２２ｅを正四角柱状に形成し、残りの一部２１ｅを円柱状に形成してもよい。また、この変形例として、素子の全体を四角柱状に形成し、孔の全体も同じく四角柱状に形成してもよい。
【００４９】
なお、同図（ａ）（ｂ）に示すように、楕円柱及び正四角柱は、いずれも、これらの中心軸を基準として点対象であるため、これらの中心軸を基準にして１８０°回転させた状態で、素子３０ｄ，３０ｅを孔２０ｄ，２０ｅに装着してしまう虞があるため、正しい向きを指定するマーク３３ｄ，３３ｅ等を付することが好ましい。
【００５０】
また、図７（ｃ）に示すように、素子３０ｆの全体又は一部を円錐の一部で形成してもよい。この場合、円錐の軸は、円錐の底面に対して傾かせることで、非回転対称性を確保することができる。また、この変形例として、素子の全体又は一部を角錐の一部で形成してもよい。このように、素子の全体又は一部を円錐又は角錐で形成すると、素子の端子と、配線パターンとの接触部が傾斜面となって、接触面積を増やすことができる。また、別途、突起部等を設けなくても、素子の装着方向に対する移動を規制することができる。
【００５１】
なお、以上の実施形態は、いずれも、無底孔を例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、有底孔であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態における配線基板の要部切欠き斜視図。
【図２】第一の実施形態における配線基板の断面図。
【図３】第一の実施形態の変形例における配線基板の断面図。
【図４】第一の実施形態で実装密度向上を説明するための説明図。
【図５】第二の実施形態における配線基板の断面図。
【図６】第二の実施形態の変形例における配線基板の断面図。
【図７】素子形状を示す各種実施形態における配線基板の要部切欠き斜視図。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…基板本体、１１…上絶縁表層、１２…絶縁内層、１３…下絶縁表層、１４，１４ｃ…グランド層、１５，１５ｃ…電源層、１６，１７，１７ｂ…配線パターン、２０，２０ａ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ…孔、２１…円筒孔、２２…切欠き孔、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ…素子、３１，３１ｂ…円柱本体部、３２…突起部、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７，３７ｂ，３７ｃ，３８…端子、３８ｂ，３８ｃ…誘電体、４０，４０ａ…ＩＣパッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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