(57)【要約】【課題】狭ピッチＢＧＡ部品は電極間隔が狭く、基板のパターン幅を大きくとることができないにもかかわらず、部品の消費電流は増大傾向にある。大電流を供給するため,多くの銅箔層を並列使用してパターンを形成する必要があり、コストの増大は無論だが、技術的にも多層化には限界があった。しかしＢＧＡパッケージの端子数はますます増大の傾向にあり,微細幅パターンで必要な電流を供給できる手段が必要とされている。【解決手段】基板のパターンの幅で、１〜複数層に渡って深さが深いレーザー溝２００を形成し,溝に導電性ペースト１を充填することで,ＢＧＡ部品１０の電源電流の供給に必要なパターン断面積を確保できるようにする。複数層の層ごとに深くなるほど厚い１０〜３０μｍの銅箔を挿入し、レーザーのエネルギー量,パルス幅,ショット数を最適に制御して任意の深さの溝が形成できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた基板、
前記基板内に設けられ、
前記基板の前記銅箔のない側の表面から前記銅箔に達する深さまで掘り込まれた溝、
前記溝の内部に充填された導電性ペースト、
前記導電性ペーストの前記溝に接していない表面に施こされた銅めっき層とを有する大電流線を備えたことを特徴とする部品実装用基板。
【請求項２】
板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた第１の基板、
板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた第２の基板、
前記第２の基板の前記銅箔が貼り付けられていない側に、前記第１の基板の前記銅箔の面が重なるように積層して構成した多層基板、
前記多層基板内に設けられ、
前記第１の基板の前記銅箔のない側の面から深さ方向に前記第２の基板の銅箔に達する深さまで掘り込まれた溝、
前記溝の内部に充填された導電性ペースト、
前記導電性ペーストの前記溝に接していない表面に施こされた銅めっき層とを有する大電流線を備えたことを特徴とする部品実装用基板。
【請求項３】
板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた基板、
複数の前記基板を、互いに、同方向に積層して構成した多層基板、
前記多層基板内に設けられ、
前記積層された複数の基板の内のいずれかの基板の前記銅箔のない側の面から深さ方向に、他の前記基板の銅箔に達する深さまで掘り込まれた溝、
前記溝の内部に充填された導電性ペースト、
前記導電性ペーストの前記溝に接していない表面に施こされた銅めっき層とを有する大電流線を備えたことを特徴とする部品実装用基板。
【請求項４】
前記溝の幅は５０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の部品実装用基板。
【請求項５】
前記導電性ペーストはＣｕペーストであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項２に記載の部品実装用基板。
【請求項６】
前記導電性ペーストはＡｇペーストであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の部品実装用基板。
【請求項７】
前記溝の深さは、１本の溝の長さ方向のある部分では前記第１の基板の銅箔に達し、この１本の溝の他の部分では前記第２の基板の銅箔に達する深さであることを特徴とする請求項２に記載の部品実装用基板。
【請求項８】
前記銅箔の厚みは積層された深さが深いほど厚いものであることを特徴とする請求項２または３に記載の部品実装用基板。
【請求項９】
前記大電流線は前記基板に装着されたボール・グリッド・アレイの電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の部品実装用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板のパターンの電流容量以上の大電流を必要とし、なおかつ配線が高密度で細くなる電子部品、例えばＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）部品などに、大電流を供給することが可能な部品実装用基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＦＰＧＡ、ＣＰＵ等の電子部品はその端子数（接続電極の数）が大変多く、また小型化の要請から、一般には電極間隔がきわめて狭ピッチであり、これを取り付ける基板のパターンの幅もきわめて細いものとなる。また、動作速度が高速化されるにつれ、電子部品が要する電源の消費電流は増加傾向にある。このような細い基板のパターンの電流容量以上の電流を以下の説明の都合上、大電流と呼ぶ。大電流で高密度配線を必要とするＬＳＩなどの電子部品を、以下総称してＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）パッケージ部品、又は単にＢＧＡと呼ぶ。このようなＢＧＡパッケージ部品は一般にはプリント配線基板（以下基板という）に装着されて使用されるが、狭ピッチであるがゆえに基板のプリントパターンの幅は大変狭くせざるを得ず、結果として１本のパターンでは電流容量が不足となる。そのため、充分な電流を供給するためには、複数の銅箔層を並列に使用（多層化）してパターンを形成するなどの手法が採用されている。
【０００３】
高密度の多層化基板では層間の接続のためのいわゆるスルーホール（ビアホールとも言う）を安定的に得る技術には困難があった。困難となる原因は、孔をあけるためのレーザ照射が薄い導電層や、導電膜を突き破るなどの問題が生じる可能性が高くなるためである。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、適切な厚みの導電層（銅箔など）をレーザ光を遮断したい層に挿入しておくことで基板に照射されるレーザー光を導電層で止める（実際にはその層を突き抜ける時間が長くなることで適切なタイミングで照射を中止することが容易にできるようになる）方法などが開発されている。
また、特許文献２にはインクジェット法により、基板の回路パターンを描画形成し、この回路パターンを複数層積層することにより多層化する方法が開示されている。しかし、この方法で形成された配線の構造では、配線に使用される導電性ペーストの厚みを充分に厚くすることが難しいため、１つの層が供給可能な電流は小さく、層数を多くしなければならない。しかし、経済性や歩留まりの観点から、層数は無制限に増やせるわけではない。ＢＧＡパッケージの端子ピッチの狭ピッチ化、端子数増大化の傾向はますます加速されているが、このような理由で、以上に説明したような従来の多層化基板の構造では、ＢＧＡの電源供給用のパターンを容易に構成することが難しくなって来ている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５-００５４９９
【特許文献２】特開２００４−３４９３６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＰＧＡ、ＣＰＵ等、電極ピッチが狭ピッチのＢＧＡパッケージ部品の電極に大電流を供給（又は出力）する必要がある場合、パターン幅を大きくとることができないため、多層の基板の複数の導電層を並列に使用してパターンを形成する必要があるが、層数をむやみに増やすことには限界があり、ＢＧＡパッケージの端子ピッチの狭ピッチ化、端子数増大化が進むとともに、大電流供給可能な多層の基板の製作が難しくなっているという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解消し、従来ほど多層化しなくても十分な電流の供給が可能な部品実装用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の部品実装用基板は、板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた基板、
前記基板内に設けられ、
前記基板の前記銅箔のない側の表面から前記銅箔に達する深さまで掘り込まれた溝、
前記溝の内部に充填された導電性ペースト、
前記導電性ペーストの表面に施こされた銅めっき層とを有する大電流線を備えたものである。
【０００８】
また、板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた第１の基板、
板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた第２の基板、
前記第２の基板の前記銅箔が貼り付けられていない側に、前記第１の基板の前記銅箔の面が重なるように積層して構成した多層基板、
前記多層基板内に設けられ、
前記第１の基板の前記銅箔のない側の面から深さ方向に前記第２の基板の銅箔に達する深さまで掘り込まれた溝、
前記溝の内部に充填された導電性ペースト、
前記導電性ペーストの前記溝に接していない表面に施こされた銅めっき層とを有する大電流線を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、１つの層のパターンの単位幅あたりの電流容量をきわめて大きくすることができる。その結果、従来必要とした層数よりも少ない層数で大電流を供給することができる。あるいは、従来必要としたパターン幅よりも狭い幅で大電流を供給することができる。
その結果、ＢＧＡ部品の端子間のようにきわめて狭いパターン幅しか確保できない箇所でも、基板の厚み方向にパターンを拡大してＢＧＡ部品等への電源供給を行なうために必要な断面積を確保することが可能となり、必要層数を低減して経済性の向上を図ることができる、パターン幅をより狭くしてより端子密度の高い部品を取り付けることができる、より大電流の部品を取り付けることができるなどの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
この発明の部品実装用基板は、基板上の配線（パターン）の深さ方向寸法をきわめて大きく（深く）することにより単位幅あたりの通電断面積を大きくし、通電容量を増大させたものである。
深さ寸法を拡大させる配線は多層基板の表面、中層、下層など、その位置にかかわらず設けることができるが、実施の形態１の説明では理解を助けるため表面（第１層）に設ける場合について説明し、他の層に設ける例は実施の形態２以降で説明する。
図１は、ＢＧＡ部品１０を本発明の基板１００の上に実装した場合のＸ方向断面図であり、図２は同じくＹ方向の断面図（図１のＸ−Ｘ線の断面図）、図３は図１、図２のものの基板１００の平面（上面）図である。図３ではＢＧＡ部品１０は輪郭と電極の位置だけを示し、下部の基板１００の上面が見えているものとして図示している。１層型大電流線１は基板１００の表面層（第１層とも言う）１０１の上面から下面（下面の銅箔６のすぐ上まで）までの間に形成された溝２００の中に導電性ペーストを充填して構成されている。その幅（幅とは図３のＷである）はＢＧＡ部品の電極の配置ピッチによって制約される約５０μｍ〜２００μｍの程度、深さ（深さとは図２のｄである）は０．０６ｍｍ〜０．１ｍｍ程度なので、断面積は同じ幅の一般的なプリント基板パターンに比してきわめて（３〜５倍）大きく、２倍以上の大電流を流すことができる。
【００１１】
１層型大電流線１を形成する為の導電性ペーストとしてはＣｕペースト、Ａｇペースト等を使用する。溝２００はレーザーによって穿つのであるが、その場合にその深さを制御するため銅箔６をあらかじめ挿入してある。銅箔６の厚みは例えば１２μｍ程度である。レーザ光はそのエネルギーが所定の値以下の場合、銅箔６が障壁となって溝２００はこの銅箔６の手前（図の上側）のみに形成される。また、導電性ペーストで形成した１層型大電流線１を保護するために導電性ペーストの溝に接していない表面の上に導体めっき９（例えば銅めっき）を施すことが好ましい。
図３の平面図では、導電性ペーストによる１層型大電流線１を使用したＢＧＡ部品１０の電源端子１１ａ，１１ｂへの電源パターンの接続方法を示している。
ＢＧＡ部品１０への電源供給ラインは、基板１００内の電源供給用ベタパターン２０１から、内層に充分なベタパターンを確保することが可能な（ＢＧＡ部品から適当に離れた）箇所に設けたＶＩＡホール１３ａを経由して１層型大電流線１に接続され、更にＶＩＡホール１３を経由して通常の銅箔のパターン１２を通じ電源端子１１ａ、１１ｂに接続される。ここでベタパターンとは面状に形成された（貼り付けられた）銅箔からなるプリントパターンで１層型大電流線１と同等以上の電流容量をもつもののことを言う。
【００１２】
図１〜図３の説明では、１層型大電流線１をＢＧＡ部品１０の下部近辺のみに記載しているが、ＢＧＡ部品１の周辺に接続できる内層ベタパターンによる電源層２０１が近くにない場合は、導電性ペーストによる１層型大電流線１をＢＧＡ部品の下部に留まらず、遠方まで延長してもよい。
１層型大電流線１はこの発明に言う大電流線である。
【００１３】
実施の形態２．
実施の形態１の１層型大電流線１は、基板の表面層に１層だけ設けた例であるが、以下に説明するように多層にしたり、設ける深さを基板の表面でない位置にするなども可能である。実施の形態２では、２層以上の層に渡って設けたものを多層型大電流線と呼び、その構造について説明する。
図４は、ＢＧＡ部品１０を本発明の基板１００上に実装した場合のＸ方向断面図であり、図５は図４のような多層型大電流線を用いてＢＧＡ部品に電源線を接続した例を示す平面図である。図４には２層型大電流線２と、同じく２層型大電流線２が中間層に設けられた例（符号４）と、３層型大電流線３と３層型大電流線が中間層に設けられた例（符号５）の４つの例を示している。図６はより詳しい説明のため、図４の一部の例の構造を拡大して示した断面図であり、理解を助けるため実施の形態１の１層型大電流線１も同時に図示している。
表面層１０１、第２層１０２、第３層１０３はいずれも板状の絶縁材で構成され１面に銅箔が貼り付けられた基板である。これらは必ずしも同じ厚みである必要はないが、少なくとも１面に銅箔が貼り付けられた基板を、同じ方向に積み重ねて積層した多層構造（多層基板という）となっている。
２層型大電流線２の例として表面層１０１の上面から第２層１０２の下面（下面の銅箔７の上まで）までの間に形成された溝２５の中に導電性ペーストを充填して構成されているもの（図示符号２）と、第２層１０２の上面から第３層１０３の下面（下面の銅箔８の上まで）までの間に設けたもの（符号４）とを図示している（重なった２層の間に設けたものを説明の都合上、２層型大電流線と呼ぶ）。その幅はＢＧＡ部品１０の電極ピッチ１７と電極の大きさとによって制約される約５０μｍ〜２００μｍの程度、深さは０．０６ｍｍ〜０．１ｍｍの２倍（２層分）程度なので、断面積は同じ幅のパターンに比してきわめて大きく、（実施の形態１の１層型大電流線１のほぼ２倍）４０倍以上の大電流を流すことができる。
【００１４】
また、３層型大電流線３の例として、表面層１０１の上面から第３層１０３の下面（下面の銅箔８の上まで）までの間に形成された溝２６の中に導電性ペーストを充填して構成されたもの（符号３）を示す（これに限らず連続して重なった３層の間に設けたものを説明の都合上３層型大電流線と呼ぶ）。
また、層の中間に設けた例として３層型大電流線３を中間層に設けた例５を示している。
２層以上の層に渡って設けたものを総称して多層型大電流線と呼ぶ。
多層型大電流線を形成する為の導電性ペーストの材質は実施の形態１の１層型大電流線１と同様である。導電性ペーストを埋め込むための溝はレーザにより加工するのであるが、その深さを制御するため銅箔６、７、８を用いる。銅箔６、７、８の厚みはそれぞれ例えば１２、１８、３５μｍ程度である。即ち、銅箔の厚みは積層された深さが深いほど厚いものとする。このように深くなるほど厚みを増すことにより照射するレーザのエネルギを調整して任意の深さで溝加工をとめることが容易となる。
【００１５】
図５に、多層型大電流線を使用したＢＧＡ部品１０への電源パターンの接続方法を示す。
１１ａ、１１ｂはＢＧＡ部品１０の電源端子である。ＢＧＡ部品１０への電源供給ラインは基板１００内の電源供給用ベタパターン２０１から、内層に充分なベタパターンを確保することが可能な（ＢＧＡ部品から適当に離れた）箇所に設けたＶＩＡホール１３ａを経由して３層型大電流線３に接続され、更にＶＩＡホール１３ｂを経由したのち、通常の銅箔のパターン１２ｂを通じ電源端子１１ａや１１ｂに接続される。
【００１６】
言うまでもないが、ＢＧＡ部品１０の電源端子への電源供給は、本発明の大電流線のみに限るものではなく、本発明の大電流線と通常の銅箔パターン１５による接続を併用しても良い。２層型大電流線およびそれ以上の層数の大電流線はこの発明に言う大電流線である。
【００１７】
実施の形態３．
実施の形態１で説明した１層型大電流線１と、実施の形態２で説明した多層型大電流線の製作方法について説明するため、レーザーによって加工した溝の部分を拡大したものを図６に示す。
図において、２３ｂ、２３ｄ、２３ｆは基板の絶縁樹脂層であり、それぞれの厚みは０．０６ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。２３ａ、２３ｃ、２３ｅ、２３ｇは基板の導体層であり、それぞれの厚みは１２μｍ〜７０μｍ程度である。図では各絶縁樹脂層と各導体層はそれぞれ同じ厚みであるかのように図示しているが、無論互いに異なる厚みのものであってもよい。
２６はプリント配線板の第１層から第３層の仮面まで貫通したレーザー溝であり、上部の幅ｄ１は８０μｍ〜２００μｍ程度、下部の幅ｄ２は５０〜８０μｍ程度の台形断面形状となる。
【００１８】
また、溝の上部に銅パターンがある場合は、ランド幅Ｄ１は１５０μｍ〜２３０μｍ程度であり、一般的な銅箔のパターンとほぼ同等の幅である。レーザーによって加工された溝２６は中間層であるプリント配線の第２層２３ｃ、及び第３層２３ｅを貫通し、第４層２３ｇに達している。レーザー溝２６は第２層２３ｃと第３層２３ｅの銅箔を貫通しなければならないので、第２層２３ｃ、第３層２３ｅ、第４層２３ｇの銅箔の厚みをそれぞれ１２μm、１８μm、３５μm程度とし、図の上方から１８μｍの銅箔を貫通できるが３５μｍの銅箔は貫通できない範囲の出力（または時間）でレーザーを照射する。
一例として、レーザーの出力として例えばエネルギー量１．４ｍＪ、パルス幅３ｍｓのものを用いて、ショット数３回とすれば第２層の銅箔２３ｃで止まるレーザー溝２４が得られる。また、エネルギー量２ｍＪ、パルス幅３ｍｓ、ショット数４回であれば第３層の銅箔２３ｅで止まるレーザー溝２５が得られる。また、エネルギー量３ｍＪ、パルス幅３ｍｓ、ショット数５回であれば第４層の銅箔２３ｇで止まるレーザー溝２６を形成することが可能である。このようにレーザーの出力と照射時間長さとを制御し、各層の銅箔厚みを変化させることで、レーザーによる溝の深さを制御することが可能となる。
【００１９】
なお、レーザーで溝を加工した場合、レーザーによる開口部や、第２層２３ｃ、第３層２３ｅなどの銅箔が加工溝の内壁面に露出した部分には、樹脂残り２７が発生する。この樹脂残り２７があると、加工孔内に充填した導電ペーストと銅箔との間の接続が不完全になってしまうことがある。そこでこの樹脂残り２７を除去するために、レーザーによって溝を形成した後にソフトエッチ等を実施し、接続するべき銅箔を溝内に露出させた上で導電性ペーストを充填することで導通を確保する。
【００２０】
図７は本基板を製造する場合の工程を、加工された基板の断面図の変化により示したものである。図７について（１）から（７）の順に説明する。
（図７（１））最初に、片面にエッチング加工して銅パターンを作成した内層コア基材３０を用意する。
(図７(２))  次に、内層コア基材３０の導電性ペーストを埋め込むべき位置に、レーザーにて溝３１を形成する。
(図７(３))  次に、レーザーにより形成した溝３１に、インクジェット塗布装置等を使用して導電性ペースト３２を充填する。
(図７(４))  導電性ペースト３２を充填した基材の導電性ペースト３２が露出した面に銅めっきを施した後、めっきパターンが必要な箇所を除きエッチングして、不要な銅めっきを除去し、銅パターンを形成する。
(図７(５))  次に、ビルドアップ工法等により絶縁樹脂を積み上げ絶縁層３４を形成する。
(図７(６))  更に１０〜２０μｍ程度の厚みを持つ銅箔３６を積上げ大電流線を構成する。また、銅箔３６及び２つの層を貫通する加工溝を加工した後、導電性ペーストを充填し、更に導電性ペーストの上にパターン３５を形成して２層型大電流線を構成する。
(図７(７))  更に必要なら、ビルドアップ工法等により更に絶縁樹脂３７を積上げ、パターン形成箇所にレーザーにて溝を形成、導電性ペーストを埋め込む。
同様の手順を繰り返し、多層基板に仕上げる。
【００２１】
以上のように、複数層に渡るパターンは、必要な層数だけ絶縁樹脂を積上げた後、レーザー加工にて深さが複数層に渡る溝を形成、導電性ペーストの充填を行なうことで得ることができる。
【００２２】
実施の形態４．
実施の形態１では大電流用のパターンの断面積を増加させるために、レーザーにより形成した溝に充填した導電性ペーストを利用する。そして溝の深さについては特に示していないがほぼ均一であるように図示し、説明した。一方、ＦＰＧＡ等のＢＧＡ部品１０で要求される電流量が例えばバンク間で異なる場合（即ち１本の配線の途中から２本以上に分岐配線するなど）、図８、図９に示すように、導電性ペーストによるパターン４０の途中でレーザ溝の深さを変化させ、大電流が必要なピン４１には大電流を供給出来る深い溝を用いて形成されたパターンを接続し、それ程、大電流を供給する必要がないピン４２にはレーザー溝の深さが浅いパターンで接続する構造をとることができる。
深さの大きい大電流線は、その分、他の信号配線などを交差して通過させる空間を遮蔽することになるが、上記のように必要な電流量により深さを代える事で、可能な限り信号配線パスを多く確保しつつ、ＢＧＡ部品へ必要な電源供給を行なうことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明では、近年増加傾向にあるＦＰＧＡやＣＰＵなどのＢＧＡ部品に対し、微細幅パターンを用いてＢＧＡ部品が必要とする電流の供給を実現するものとして説明したが、無論、これらの部品を用いる基板に限定されるものではなく、大電流を必要とする全ての部品を装着した基板に利用することが可能である。また、大電流は電源供給に限るものではなく、大電流となる出力回路などにも利用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１のプリント基板のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図２】図１のＹ−Ｙ方向断面図である。
【図３】図１の上面図である。
【図４】実施の形態２のプリント基板の断面図である。
【図５】図２の上面図である。
【図６】レーザ加工溝の断面説明図である。
【図７】実施の形態３に説明する基板製造工程を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態４に関わる平面図である。
【図９】図８の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  １層型大電流線、      ２  ２層型大電流線、        ３  ３層型大電流線、
４  内層に設けた大電流線、        ６〜８  銅箔、    ９  銅めっき、
１０  ＢＧＡ部品、      １３，１３ａ  ＶＩＡホール、
１６ 導電性ペーストによるパターン幅、
１７ ＢＧＡ部品の端子ピッチ、      １８レーザー溝上部の幅 、
２１レーザー溝下部の幅、      ２７  樹脂残り、      ３０内層コア基材、
３４、３７  積み上げる絶縁層、      ４０  溝の深さを変えた大電流パターン、      １００  多層基板、      ２００  溝、  ２０１  ベタパターン。
【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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【図８】
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【図９】
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