(57)【要約】【課題】スルーホールのスタブの影響を軽減し、コストおよび製造期間を軽減することができる多層プリント配線板の提供。【解決手段】基板10に、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14を有し、このスルーホール14は、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Ａと、前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Ａより径小な小径部14Ｂとを有する。【選択図】図１
2018182012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、少なくとも１つの信号配線層と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板の内部に形成された前記信号配線層とを導通するスルーホールを有し、このスルーホールは、前記基板の表面から前記信号配線層までの信号伝送に寄与する大径部と、前記信号伝送に寄与しない前記大径部より径小な小径部とを有することを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項２】
前記スルーホールと前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランスが、前記スルーホールの前記小径部の位置において前記大径部の位置におけるクリアランス以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
【請求項３】
基板に、少なくとも１つの信号配線層と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記基板の表面側には、前記電子部品が実装される基板の表面と、前記基板の内部に形成された前記信号配線層とを導通するスルーホールが設けられ、前記基板の裏面側には、前記スルーホールと連通し、このスルーホールより径小なノンスルーホールが設けられていることを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項４】
前記スルーホールと前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランスが、前記ノンスルーホールの位置において前記スルーホールの位置におけるクリアランス以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の多層プリント配線板。
【請求項５】
前記スルーホールは複数近接して配置され、差動信号を伝送する差動対を含むように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
【請求項６】
基板に、少なくとも１つの信号配線層と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板の製造方法であって、前記電子部品が実装される基板の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板の内部に形成された前記信号配線層とを導通し、且つ、前記基板の表面から前記信号配線層までの信号伝送に寄与する大径部と前記信号伝送に寄与しない前記大径部より径小な小径部とを有するスルーホールを形成した後、この小径部を切削加工により除去することで、前記大径部より径小なノンスルーホールを形成することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高速信号を伝送するスルーホールのスタブによる特性劣化を低減することができる多層プリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、データ通信の高速・大容量化により、デジタル信号の高速化が進み、プリント配線板においても高速信号を伝送するための特性確保が重要な課題となっている。サーバー、ルーターなどの通信装置では２５Ｇｂｐｓから、さらに次世代は５６Ｇｂｐｓ伝送規格の策定が進んでいる。特に、多層プリント基板に設けたスルーホールに高速信号を伝送する際、スルーホールの信号伝送に寄与しない分岐（スタブ）に起因する特性劣化が問題となっている。
【０００３】
図３に図示した従来例１のように、スルーホール14を有する多層プリント配線板においては、高速信号をコネクタ16のプレスフィットピン17からスルーホール14を介して信号配線層11に伝送する際、信号伝送に寄与しない分岐したスタブ19部分で容量性によるインピーダンス不整合が生じたり、そのスタブ長に起因する周波数で信号伝搬特性が著しく劣化したりすることが知られている。
【０００４】
このような問題に対して、例えば、特許文献１では対策として、接続に寄与しないスタブをドリル切削加工により除去するバックドリル加工を施している。具体的には、図４に図示した従来例２のように、スルーホール14形成後、部品実装面15の裏面からバックドリル加工領域20を切削することでスタブ19部分を除去している。なお、図３，４中、符号10は基板、12はグランド層または電源層、13は絶縁体である。
【０００５】
この際、ドリルによる切削深さが深過ぎると信号配線層との導通がなくなってしまうため、スタブを除去する信号配線層までの加工深さを緻密に制御する必要があるが、機械精度と基板厚のばらつきに高度な精度が必要とされ、２５Ｇｂｐｓを超える用途では精度確保が困難になりつつある。また、加工対象のスルーホールが増加するとデータ作成や加工時間が増加し、コストが上昇するという課題もある。加えて、バックドリル加工は削除するスルーホール径よりも大径ドリルを用いて加工を行う都合上、バックドリル用クリアランス21を確保するために、スルーホールのバックドリル加工による削除対象部分と周囲の導体との間隙をあらかじめ広く設定しておくなどの設計対応が必要となる場合もあり、周囲の配線収容性を悪化させるという問題もある。
【０００６】
また、特許文献２には、バックドリルを使わずに短いスルーホールを貼り合わせることでスタブ長を短くする技術が記載されている。この技術では全体板厚で生じるスタブ長よりは影響を軽減できるものの、スタブ長は貼り合わせ基板厚以下にすることは出来ないため、スルーホール長さと使用信号配線層位置によってはスタブが残ってしまい高速伝送信号には適さないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５８３８１号公報
【特許文献２】特開２００９−１５８８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、高速信号を伝送する多層プリント配線板において、特にスルーホールのスタブの影響を軽減し、コストおよび製造期間を軽減することができる多層プリント配線板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１０】
基板10に、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14を有し、このスルーホール14は、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Ａと、前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Ａより径小な小径部14Ｂとを有することを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。
【００１１】
また、前記スルーホール14と前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランス18が、前記スルーホール14の前記小径部14Ｂの位置において前記大径部14Ａの位置におけるクリアランス18以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板に係るものである。
【００１２】
また、基板10に、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記基板10の表面側には、前記電子部品が実装される基板10の表面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14が設けられ、前記基板10の裏面側には、前記スルーホール14と連通し、このスルーホール14より径小なノンスルーホール23が設けられていることを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。
【００１３】
また、前記スルーホール14と前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランス18が、前記ノンスルーホール23の位置において前記スルーホール14の位置におけるクリアランス18以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の多層プリント配線板に係るものである。
【００１４】
また、前記スルーホール14は複数近接して配置され、差動信号を伝送する差動対を含むように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板に係るものである。
【００１５】
また、基板10に、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板の製造方法であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通し、且つ、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Ａと前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Ａより径小な小径部14Ｂとを有するスルーホール14を形成した後、この小径部14Ｂを切削加工により除去することで、前記大径部14Ａより径小なノンスルーホール23を形成することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成したから、スルーホールのスタブの影響を軽減し、コストおよび製造期間を軽減することができる多層プリント配線板となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例の概略説明端面図である。
【図２】別例の概略説明端面図である。
【図３】従来例１の概略説明端面図である。
【図４】従来例２の概略説明端面図である。
【図５】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１９】
スルーホール14の伝送特性に寄与しないスタブ部分が小径となり、寄生容量をそれだけ小さくすることができ、スタブ長による共振周波数を高周波側にシフトすることができる。従って、小径部14Ｂの径を調整することで、スタブによる共振周波数を伝送信号の周波数の高次高調波に重ならない周波数にシフトさせることが可能となり、バックドリル加工なしでもスタブ対策が可能となる。
【００２０】
また、更に良好な特性を得るためにバックドリル加工を施す場合（例えば小径部14Ｂ部分を削除してノンスルーホールとする場合）には、ドリル径を大径部14Ａより小径にすることで、ドリルによる加工深さが深すぎた場合でも、大径部14Ａが削除されることを防止することが可能となり、精密に加工深さを制御せずとも、バックドリル加工がそれだけ容易に行えることになる。
【実施例】
【００２１】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施例は、基板10に、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層12と、少なくとも１つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14を有し、このスルーホール14は、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Ａと、前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Ａより径小な小径部14Ｂとを有するものである。
【００２３】
具体的には、本実施例は図１に図示したように、少なくとも１つの信号配線層11と、少なくとも１つのグランド層または電源層12が、絶縁体13を介して積層されているプリント配線基板10である。図１では、基板10の電子部品の実装面15にコネクタ16が実装され、プレスフィットピン17を挿入しコネクタ16と信号配線層11に高速信号を伝搬するためにスルーホール14が設けられている。また、スルーホール14は複数近接して配置され、差動信号を伝送する差動対を含むように構成されている。
【００２４】
スルーホール14は、実装面15（表面）から信号配線層11まで形成された大径部14Ａと、信号配線層11から実装面15の他方の面（裏面）まで形成された信号伝搬に寄与しない相対的に小径の小径部14Ｂとを有する。なお、小径部14Ｂの終端位置は、信号配線層11またはプレスフィットピン17の長さの何れか、実装面15から大きい方を目安に決定する（裏面から信号配線層11若しくはプレスフィットピン17のいずれか近い方に至らないように小径部14Ｂを設ける。）。大径部14Ａと小径部14Ｂとの間は、両者を接続する小径部側ほど窄まる漏斗状の接続部14Ｃに設定されている。
【００２５】
スルーホール14とグランド層または電源層12との間には、スルーホール14とグランド層または電源層12とが導通しないためのクリアランス（間隙）18が夫々設けられている。このクリアランスサイズは大径部14Ａに対する適切な寸法を適宜設定し、小径部14Ｂにも同一サイズを適用する。
【００２６】
上記構成により、小径部14Ｂとグランド層または電源層12との間隙は、大径部14Ａとグランド層または電源層12との間隙よりも大きくなるため、スタブ部の寄生容量を小さくすることでスタブ長による共振周波数を高周波にシフトすることが出来る。このため、小径部14Ｂの径を調整することでスタブによる共振周波数を伝送信号の周波数の高次高調波に重ならない周波数にシフトさせることで、バックドリル加工無しでスタブ対策が可能となる。
【００２７】
大径部14Ａの穴径は、プレスフィットピン17を挿入できる径に適宜設計され、小径部14Ｂの穴径は、プリント基板メーカーが製造可能なアスペクト比（＝板厚／穴径）の範囲内で共振周波数を計算し適宜設定する。小径部14Ｂは小径になる程、寄生容量が低減するため効果は大きくなる。
【００２８】
例えば、コネクタピッチ１．５ｍｍ、プレスフィットコネクタ実装スルーホール径φ０．７、板厚４．０ｍｍの場合、小径部14Ｂの径はφ０．１５〜０．２程度に設定できる。
【００２９】
図５は、従来例（スタブ有）と、バックドリル加工と、本実施例の構成に係る実験例における挿入損失を比較した図である。この結果より、スルーホールの信号伝搬に寄与しないスタブ部分のみを小径にすることで、スタブによる共振周波数が高周波にシフトしており、２５Ｇｂｐｓの基本周波数１２．５ＧＨｚにおいては、従来（スタブ有）に対して−５ｄＢ改善がみられ、バックドリルに近い効果が得られることが確認できる。
【００３０】
なお、上述した図１の構成において図２に図示した別例のように更にバックドリル加工を施しても良い。即ち、スタブの長さによっては寄生容量低減のみでは十分な効果が得られない恐れがあることから、上述のスルーホール14を設けた後、バックドリル加工を更に施すことで小径部14Ｂを切削除去し、小径部14Ｂ部分を電気的に接続されないノンスルーホール23とする構成としても良い。別例は、スルーホール14を加工するバックドリルの深さ制御を容易にする技術である。
【００３１】
具体的には、図１に示した小径部14Ｂ部分をバックドリル加工により削除する際、図２に図示したように、ドリル22の径を小径部14Ｂの径以上（小径部14Ｂの表面の導電部を削除できる径）、大径部14Ａの径未満とすることで、バックドリルによる裏面からの加工深さが信号配線層11に達した場合でも、信号配線層11との導通を確実に確保することが可能となり、板厚ばらつきを含めた加工深さの制御が容易となる。
【００３２】
例えば、大径部14Ａの径がφ０．７、小径部14Ｂの径がφ０．２の場合、ドリル径はφ０．５程度に設定できる。
【００３３】
従って、別例は、基板10の表面側にはスルーホール14（の大径部14Ａ）が設けられ、裏面側にはスルーホール14（大径部14Ａ）より径小なノンスルーホール23が設けられた構成となる。
【００３４】
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【符号の説明】
【００３５】
10  基板
11  信号配線層
14  スルーホール
14Ａ  大径部
14Ｂ  小径部
18  クリアランス
23  ノンスルーホール
【図１】
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【図２】
2018182012.tif 000004
【図３】
2018182012.tif 000005
【図４】
2018182012.tif 000006
【図５】
2018182012.tif 000007