JP2001230509A - 複合直径バイアの構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最小のキャパシタンスを有し、プリント回路
基板にコネクタの強固な機械的取付けをもたらすピン接
続機構を提供する。 【解決手段】 本発明の接続機構は、回路基板に接続を
もたらす構造であって、複数の直径を有するバイアと、
第１の内径を有するバイアの第１の断面と、第１の断面
の下にあり、第１の内径よりも小さな第２の内径を有す
るバイアの第２の断面とを含み、バイアの実質的に全て
の表面領域がめっきされ、それによってバイアのめっき
面が形成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に電気コネク
タに関し、より詳細には回路基板上のバイアに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、いかなる形態の接合部に電気接
点を確立する場合でも、２つ又はそれ以上の電気接点の
間のインピーダンス整合が良好であることが望ましい。
例えば、接続箇所自体に不連続性をもたらすことなく、
５０オームの伝送線が別の５０オームの伝送線に接続さ
れることが好ましい。電気接続にインピーダンスの不連
続性があると、共振状態を作り出すエネルギー反射が発
生し、それにより接続を介して送られる信号の能力、特
性が制限されることがある。

【０００３】回路基板上で電気接続を行う場合、一般
に、ピンが基板内の電気接点と結合される。一般に、回
路基板に取り付けられているチップ上のピンやコネク
タ、その他の素子は、差し込まれたピンと回路基板上の
適切な電気接点との間の電気的連続性をもたらす孔に嵌
め込まれる。バイアは、差し込まれたピンと回路基板内
の所望の接点との間に、そのような電気接続を実現する
１つの機構である。後で考察するように、一般にバイア
は、接続箇所におけるインピーダンスを低下させる望ま
しくないキャパシタンスによる、関連した電気的不連続
性を有する。従来技術において、バイアの望ましくない
キャパシタンスの問題を緩和するいくつかの手法が採用
され、それらの手法については後で考察する。本明細書
において、ＰＣＢはプリント回路基板のことを指す。

【０００４】図１は、ＰＣＢバイア上に取り付けられて
いる圧入スルーホールコネクタピンの断面を示す。コネ
クタピン１０１は、バイア１０２から突き出ている。コ
ネクタピン１０１のコンプライアント部分、すなわち撓
み部分１０３は、めっき孔の部分１０４に対して強く押
されて、一般に締りばめをもたらす。

【０００５】図１には、コネクタピン１０１の両側に、
複数の信号層が水平の線の形で示される。信号層１０６
は、バイアをＰＣＢアセンブリ内の他の構成要素に接続
する。コネクタピン１０１の撓み部１０３の挿入部分
が、一般に挿入中に領域１０４ときつい摩擦接触するた
め、バイア１０２にはかなり大きい下向きの力が加わ
る。挿入力によってバイア１０２が損傷するのを防ぐた
めに、各層においてバイア１０２にアンカパッド１０５
がめっきされる。アンカパッド１０５は、バイア１０２
とＰＣＢの導電層の間に形成されるキャパシタンスの一
因になる。

【０００６】図１の手法により、ピン１０１をバイア１
０２にしっかりと取り付けることができるが、バイア１
０２には、電気的不連続性の原因となる実質的なキャパ
シタンスも生じる。実際に、各アンカパッドのまわりに
は放射状のキャパシタが生成される。この問題を考慮し
て、図１の構成のキャパシタンスを減少させる試みにお
いて他の手法が追求された。

【０００７】図２は、ＰＣＢバイア内に取り付けられて
いるスルーホールはんだ付けコネクタピンの断面を示
す。この場合、コネクタピン２０１がバイア２０２から
突き出している。はんだ接合は、バイア２０２の長さ全
体に延び、バイア２０２の上と下にはんだフィレット２
０４が生成される。信号層２０５が、バイア２０２をＰ
ＣＢアセンブリ内の選択された他の構成要素に接続す
る。図２の構成では、図１に関して説明した圧入の応用
例で使用されたようなアンカパッドは不要であるが、バ
イア２０２の直径は、バイア２０２と周囲の導電板２０
３の間に大きいキャパシタを形成するのに十分な大きさ
である。この設計では、アンカパッドによって生じるキ
ャパシタンスは回避できるが、バイア２０２の直径が大
きく導電板２０３が近くにあるため、実質的な望ましく
ないキャパシタンスが生成される。

【０００８】大きいスルーホールバイア（回路基板を完
全に貫通するバイア）と関連したキャパシタンスを小さ
くするために利用される１つの技術は、Ｊリード（J-le
ad）、ガルウィングリード（gull-wing lead）、ボール
グリッドアレイ（ＢＧＡ）、ランドグリッドアレイ（Ｌ
ＧＡ）及びはんだカラム取付け（solder column attach
ment）を含む通常の表面実装方法のうちの１つを含むよ
うに構成要素を再設計している。表面実装の利点には、
バイアの直径及びそれと関連するキャパシタンスを低減
できることと、すべての構成要素を１つの基板に１回の
工程ではんだ付けできることがある。上記の手法に関連
する欠点は、再設計コストと工具のコストが増大するこ
とである。さらに、いくつかのパッドパターンは、標準
的な表面実装技術（ＳＭＴ）のフォーマットに簡単に変
換できない。一般にＳＭＴ取り付け接合部は、スルーホ
ール接合部よりもせん断力に弱く、このせん断力は、９
０度コネクタ設計のようないくつかの設計では本質的な
問題となる。表面実装取付け方法を包含する１つの設計
を、図３と関連して考察する。

【０００９】図３は、代表的なスルーホール表面実装の
断面図である。表面実装リード３０２が、はんだフィレ
ット（solder fillet）３０３及び３０４によって小さ
な直径のバイア３０１に接続されている。最終的にバイ
ア３０１は、信号層３０５と電気的接触が確立される。
この設計の利点は、図１と図２のバイアと比較してバイ
ア３０１の直径が小さいため、バイア３０１のキャパシ
タンスが小さくなり、それによりバイア３０１の全域で
行われる電気接続の電気的不連続性が減少することであ
る。しかしながら、この設計の欠点は、一般に表面実装
のはんだ付け接続が、図１と図２に示したコネクタ−バ
イア接続よりも強度が小さいことである。さらに接続を
行なうために大きな表面積が必要とされる。

【００１０】図４は、代表的なブラインドバイア（blin
d via）表面実装接続の断面図４００を示す。「ブライ
ンド」バイアは、回路基板アセンブリを完全には貫通し
ないバイアのことを指す。小さなバイア４０１が、基板
を貫通せず、基板を介して突き出さず、したがってバイ
アの直径と長さが小さいため、バイア４０１の全域で行
われる電気接続のキャパシタンスが小さい。バイア４０
１は、４０３と４０４で、はんだフィレットを備えるは
んだ接続によってＳＭＴリード４０２と接続される。電
気的連続性は、層４０５において確立される。図４の構
成により、バイアのキャパシタンスが減少するが、一般
にブラインドバイアは、より高価な基板技術であり、多
くの用途には適していない。さらに図４の表面実装構成
は、図３の構成と同じように、スルーホールコネクタ構
成よりもせん断応力に弱い。

【００１１】バイアの影響を緩和する第２の手法は、接
続する部品のリードを切断することによって、標準的な
スルーホールリードを回路基板の境界面と同じ高さに適
合させ、次にＳＭＴを利用して部品を取り付けることで
ある。図５は、ピン切断工程前の代表的な圧入コネクタ
を示す。図６は、ピン切断工程後の同じコネクタを示
す。この取付け構成は、ピンの平らな切断端が表面実装
パッドに当接するため、一般に「突合せ接合」接続と呼
ばれる。この手法の利点は、大きなスルーホールピン及
びバイアの代わりに、小さなスルーホールバイア又はブ
ラインドバイアを使用することによって、バイアのキャ
パシタンスが小さくなり、ＰＣＢ接続パス密度が向上す
ることである。

【００１２】しかしながら、突合せ接合の手法にも欠点
がある。この手法の第１の欠点は、この種の接続によっ
て形成されるはんだ接合が、標準的なＳＭＴ法を使用し
て形成されるものよりも本質的に弱いことである。これ
は、突合せ接合がＰＣＢと接触する表面積が小さく、そ
れによってはんだフィレット領域が小さく、濡れ領域の
小さなはんだ接合が生成されるためである。「濡れ領
域」は、リフロー操作の間に溶融はんだで覆われる領域
である。一般に濡れ領域は、ピンと孔あるいはピンとパ
ッドを含む。小さな面積のはんだ接合にせん断力が加わ
ると、高い点負荷が生じ、それによってはんだ接合の応
力障害の可能性が高くなる。

【００１３】部品のリードの切断には、一般に、リード
を均一な長さに切断する機械加工工程が必要である。ピ
ンの長さのばらつきは、短いピンとＳＭＴパッドと間に
隙間を生じさせる。さらに、ピンとパッドの隙間は、は
んだ接合の強度を低下させ、極端な場合には、はんだリ
フロー工程中のはんだ接合の形成を妨げることがある。
図１０は、この問題点を示し、後で詳しく説明する。

【００１４】ピンを切断する１つの手法は、ピンアレイ
をラッピングすることであった。これは、費用のかかる
補助的な製造工程を作り出す。通常のようにめっきピン
にラッピングを施すと、ラッピング工程中にベースメタ
ル、母材が露出することがある。その場合は、そのよう
な露出領域を後でめっきするか又ははんだ浸漬しなけれ
ばならず、さらなる工程と費用が増える。

【００１５】図７は、切断され、小さなスルーホールバ
イアにはんだ付けされているコネクタピンの断面図を示
す。図１のピン及びバイアと比較すると、バイア７０２
を大幅に小さくすることができ（元のサイズの５０％あ
るいは２５％にまで）、圧入アンカパッドが必要ないこ
とが分かる。

【００１６】図７は、較正した量のはんだペーストをリ
フローし、バイア７０２の下の方に「運ぶ」ことを可能
にするＳＭＴ接合を含む設計を示す。この付加的な量の
はんだは、前の製造工程において適用される大量のはん
だペーストによって行われる。図７において、ピン７０
１はパッドにはんだ付けされ、それによりはんだフィレ
ット７０３が形成される。信号層７０４がバイア７０２
に接続され、信号接続がもたらされる。一般にはんだ
は、レベル７０５までバイア内で「運ばれる」、すなわ
ちウィッキング（wicking）される。ウィッキングは、
バイアによって形成された管内の液体はんだの毛管作用
である。一般に、ウィッキングが起こることを可能とす
る特徴には、毛管作用に適したはんだが流れる幾何学形
状と、連続的なはんだ濡れ面の提供とがある。バイア
は、バイアの中心に「ドッグボーン」として知られてい
る内側曲線を含むことがある。これは、厚い基板の極め
て小さな直径の孔にめっきすることにより引き起こされ
る。極端な場合、この孔は、めっきで閉じられることも
ある。

【００１７】図８は、切断され、小さいスルーホールバ
イアからずれた箇所にはんだ付けされたコネクタピンを
示す。ピン８０１は、パッド８０２にはんだ付けされ、
はんだフィレット８０３が形成される。信号層８０４
が、バイアを回路基板上の他の構成要素に接続する。オ
フセットパッドの構成は、はんだをバイアの下方に「運
ぶ」必要がないという利点を提供する。しかしながら大
きな欠点は、パッドがより大きな面積を取り、キャパシ
タンスが増大し、全体のコネクタ密度が小さくなること
である。

【００１８】図９は、切断され、小さなオフセットブラ
インドバイアにはんだ付けされたコネクタピンの断面図
を示す。ピン９０１は、パッド９０２にはんだ付けさ
れ、はんだフィレット９０３が形成される。パッド９０
２は、信号層９０５に接続されたブラインドバイア９０
４に接続される。

【００１９】図１０は、回路基板上のパッドにはんだ付
けされた異なる長さの３つのピンの接続領域を示す。図
１０に示される接続は、ピンの接続領域における１つの
ピンが周囲のピンよりも短いとき、標準の突合せ接続構
成において問題を示す。ピン１００１及び１００２は、
正確な長さに切断され、パッド１００３及び１００４と
適切に接触し、はんだ接合１００５及び１００６が形成
されている。ピン１００７は、隣りのピン１００１及び
１００２よりも数十μm（数ミル）短く、パッド１００
８と適切に接触しない。その結果、はんだ１００９は、
確実な接続をもたらすことなく固まる。この例は、ピン
とパッドの接触が不十分である結果生じる可能性のある
多くの不良はんだパターンのうちの１つだけを示すこと
に注意されたい。

【００２０】図１５は、従来技術においてマイクロ波無
線周波数用途に利用されるバイアを示す。マイクロ波高
周波産業において、バイアは、特に高い周波数において
通信を妨害することが確認されている。一般にこの用途
では、主にバイアの上部が対象となる。要素１５０２
は、バイアの上部近くのパッドを指すように示される。

【００２１】対象領域１５０１は、点線で囲まれて示さ
れている。一般に点線で囲まれた部分は、動作上の利点
をもたらさず、望ましくないキャパシタンスを付加す
る。従来技術において、一般に点線の内側の領域は、座
ぐり工程によって除去されている。この手法にはいくつ
かの問題がある。回路基板の位置を２回目に位置合せす
る時間のかかる工程を通常必要とする、第２の穴あけ工
程が一般に必要とされる。座ぐり工程によって穴あけさ
れた材料が回路基板に空いた孔をふさぎ、それによって
掃除工程が必要なことがある。さらに、座ぐり工程中に
銅を覆う保護材量が除去されるため、一般に座ぐり工程
の終わりに、座ぐり領域に裸の銅が露出する。銅が露出
することによって、銅が反応性を備えるため、長期信頼
性問題が生じる。

【００２２】一般に、ピンコネクタを挿入するために圧
入操作を利用すると、望ましくないキャパシタンスに関
連する長いピンが使用されることになる。一般にこの実
施形態の場合、スルーホールのはんだ付け工程は実現で
きなくなる。さらに、毛管流体が流れるために必要な濡
れ面の多くが、座ぐり工程によって除去され、座ぐり部
分の形状が、毛管作用の助けにならないため、一般にバ
イアに入れられたはんだの毛管作用は利用できなくな
る。さらに前述の座ぐり工程は、一般に基板構造を弱く
する。したがって、基板上の大きい機械的応力を回避し
なければならず、それにより利用可能な組立工程の選択
が制限される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、当技術分
野において、最小のキャパシタンスを有し、プリント回
路基板にコネクタの強固な機械的取付けをもたらすピン
接続機構が必要とされている。

【００２４】さらに、当技術分野において、キャパシタ
ンスが最小で加工物、ワークピースの処理が最小であ
る、機械的に強固な接続をもたらす機構が必要とされて
いる。

【００２５】さらに、当技術分野において、キャパシタ
ンスが最小であり、機械的に強固な接続をもたらし、さ
らに毛管作用を利用するスルーホールはんだ付けを可能
にする機構が必要とされている。

【００２６】さらに、キャパシタンスが最小であり、機
械的に強固な接続をもたらし、また製造が完了した後で
裸の銅やその他の導電体材料が露出するのを防ぎ、それ
によって導電体材料の長期耐久性がもたらされる機構が
必要とされている。

【００２７】

【課題解決するための手段】以上の目的及び他の目的、
特徴及び技術的利点は、長さ方向に沿って直径が変化
し、コネクタの取付け位置においてコネクタピンを受け
入れるのに十分な幅を有し、バイアの長さに沿ってほと
んどの部分で、プリント回路基板内のバイアとそのまわ
りの材料との間のキャパシタンスを小さくするのに十分
な幅を有するバイアを提供するシステム及び方法によっ
て達成される。それによって本発明の手法は、バイアと
コネクタとの接続を確実にし、バイアにおける電気的不
連続性を減少させるために好ましい。

【００２８】好ましい実施形態において、様々なタイプ
の既存のピンを雑に、粗くせん断したような比較的単純
な形状のピンを、バイアの直径がピンの取り付けに適し
た直径のバイアにはんだで固定することができる。単純
な形状のピンを使用可能であることによって、既存の圧
入設計を使用したせん断ピンが使用できるので好まし
い。好ましくは、ピンは、ピンの確実強固な位置決めが
できるバイア内に所定の距離挿入される。コネクタピン
の挿入位置におけるバイアの直径は、コネクタピンを比
較的無理なく挿入できるように設定することができる。

【００２９】好ましい実施形態において、はんだをバイ
アに事前に充填し、次にコネクタピンを挿入し、はんだ
リフロー工程を利用して最終的にピンを適所に固定する
ことができる。この手法によって、プリント回路基板の
ピン挿入位置とは反対側からはんだを吸い上げる毛管作
用が不要になる。それによって本発明の機構は、電気機
械的に強固な接続をもたらすので好ましい。

【００３０】好ましい実施形態において、バイアを１つ
の作業位置に留めたまま、２以上の直径を有するバイア
を形成することができる。この手法により、別々の機械
加工工程のために、バイアを別々に位置決め又は位置合
せしなければならない時間がかかりかつ高価な工程が回
避される。好ましくは、加工物は、穴あけ装置と位置合
わせされる。その後で、同じ穴あけ装置を利用して、異
なる直径と異なる深さを有する回路基板の断面を連続的
に穴あけして、直径が途中から変化するバイア、すなわ
ち複合直径バイアをもたらすことが好ましい。異なる直
径と異なる深さの断面を穴あけする場合、一般に穴あけ
工程は任意の順序で行うことができる。

【００３１】本発明の好ましい実施形態の利点は、機械
的に強固でかつ電気的な不連続性が最小である電気接続
をもたらすことである。

【００３２】本発明の好ましい実施形態のさらなる利点
は、はんだを回路基板のコネクタピンと同じ側から挿入
することができ、それによって毛管作用を利用してはん
だを引き込む必要がないことである。

【００３３】本発明の好ましい実施形態のさらなる利点
は、加工物の位置合せ工程が１回だけしか必要とされな
い、１台の装置で可変直径、すなわち途中から直径の変
化するバイアを製造可能であることである。

【００３４】本発明の好ましい実施形態のさらなる利点
は、ピンコネクタに必要な挿入力を最小にし、それによ
って回路基板アセンブリ上の過度の圧迫が回避されるこ
とである。

【００３５】以上、以下の本発明の詳細な説明をより良
く理解することができるように、本発明の特徴及び技術
的利点をある程度広く説明した。以下に、本発明の特許
請求の範囲の主題を構成する本発明の他の特徴及び利点
を説明する。当業者は、開示した概念及び特定の実施形
態が、本発明と同じ目的を実行する他の構造を改良又は
設計するための基礎として容易に利用することができる
ことを理解されたい。また当業者は、そのような等価な
構造が、併記の特許請求の範囲で説明するような本発明
の精神及び範囲から逸脱しないことを理解されたい。

【００３６】次に、本発明とその利点をより完全に理解
するために、添付図面と関連して行われる以下の説明を
参照する。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１１は、本発明の好ましい実施
形態による異なる直径部分を有するバイアを示す。ピン
１１０１が、パッド１１０２に取り付けられ、はんだ接
合１１０３が形成される。パッド１１０２の湾曲部１１
０４は、「カップ」又は「井戸」を形成し、付加的なは
んだ接合領域を提供する。さらに他の恩恵は、この「井
戸」を追加のはんだペーストで満たし、スルーホールバ
イアと関連したはんだの「ウィッキング」がある場合で
も良好なはんだ付け性を達成できることである。

【００３８】好ましい実施形態において、バイアは、そ
の長さに沿って基本的な２つの直径を有する。第１の直
径は、ピン１１０１の挿入と適切な量のはんだに対応す
るのに十分な幅であり、それによって機械的に強固な接
続が実現される。ピン１１０１を受け入れる直径の例
は、ピン１１０１の寸法に依存するが、０．５０８〜
１．０１６mm（２０〜４０ミル）の範囲である。これと
同じ範囲のピンの寸法に対して、ピン取付け領域よりも
下のバイアの狭い部分の直径の例は、０．１５２〜０．
３５６mm（６〜１４ミル）である。このバイアの下部の
小さな直径は、バイアのキャパシタンスを小さくするよ
うに機能することが好ましい。バイアの上部と下部には
広い範囲の直径を使用することができ、そのような全て
の変形は、本発明の範囲に含まれることを理解された
い。

【００３９】好ましい実施形態において、回路基板の孔
は、回路基板上で一連の中ぐり工程又は穴あけ工程を実
行することによって形成され、それにより直径が異なる
複数の断面を有する孔、すなわち可変直径孔、複合直径
孔が形成される。最終的なバイアは、回路基板材料のこ
の複合断面孔、複合直径孔の内面をめっきすることによ
って形成されることが好ましい。めっき工程により、孔
に材料が追加され、それによって一般にバイアを形成す
る孔の内側寸法が変化する。したがって、バイアの各断
面に関連する「内径」と「めっき直径（plating diamet
er）」を区別することが好ましい。バイアの断面の内径
は、めっき工程前の回路基板材料の中ぐり工程又は穴あ
け工程によってできる断面の回路基板材料の直径であ
る。中ぐり工程によって形成される内径は、一般にめっ
き材料が追加された後でも変化せず保たれる。バイアの
断面のめっき直径は、その箇所で回路基板材料に付着さ
れためっき材料によって形成された直径である。バイア
の所与の断面内で、内径は、一般にめっき直径の両側の
めっき材料の厚みを合わせた分だけめっき直径よりも大
きい。

【００４０】バイアの上側部分を幅広く形成することに
より、ピン１１０１のピンコネクタの一部分を、ピン１
１０１をバイアに固定するのに有効なはんだ接合を形成
する上側部分とスペース内に挿入することができ、それ
によってピン１１０１がバイアに強固に機械的取付けさ
れることが好ましい。バイアの幅の狭い下側部分は、バ
イアの両側で行われる電気的接続に対する容量的な影響
を最小にするように機能することが好ましい。

【００４１】好ましい実施形態において、回路基板１１
０６内のバイアの幅広い部分の近くの導電体層は、直径
を大きくする穴あけ工程を妨げないように、バイアから
安全な距離に維持され、すなわち後退されることが好ま
しい。この導電体層１１０６の「後退」配置は、バイア
の幅広い部分の端を超える安全距離だけ続くことが好ま
しい。「後退」位置は、回路基板製造工程の位置決め公
差のため、この「安全距離」だけ続く。

【００４２】一般に、バイアの幅広い部分が回路基板内
に深く延びるほど、ピン１１０１の機械的取付けは強固
になる。幅広い部分の深さが深いことのもう１つの利点
は、ピンの長さのばらつき及び／又はピンコネクタの配
置の許容度を大きくすることができることである。この
問題は、図１３と関連してより詳しく考察する。

【００４３】しかしながら、バイアキャパシタンスを小
さくするという目標は、一般にバイアの幅広い部分の深
さを最小とすることによって高められる。したがって、
一般に機械的な取付けの強固さ及びピンの長さのばらつ
きの許容度の特徴を最適化することと、バイアのキャパ
シタンスを小さくする目的を最適化することとは相対す
るものである。実施例において、相対する目的を適切に
釣り合わせるために、幅広い直径部分の深さは０．２５
４〜０．５０８mm（１０〜２０ミル）であることがわか
った。０．２５４mm（１０ミル）よりも浅い深さと０．
５０８mm（２０ミル）よりも深い深さの両方の広い範囲
の深さもまた利用することができ、そのような変形はす
べて本発明の範囲内にあることを理解されたい。

【００４４】以上、バイアに関して２つの異なる直径で
ある場合を考察したが、本発明のバイアは、任意の数の
異なる直径を有することができることを理解されよう。
さらにバイアは、バイアが連続的に直径が変化するよう
な形状に形成することができる。

【００４５】図１２は、本発明の好ましい実施形態によ
る、異なる直径部分を有するブラインドバイアを示す。
ピン１２０１は、はんだ接合１２０３を形成するパッド
１２０２に取り付けられる。パッド１２０２の湾曲部１
２０４により、図１１の場合と同じように、カップ又は
井戸を形成することができ、標準のＳＭＴ突合せ接合よ
りも大きくかつ丈夫なはんだ接合が提供され、バイアの
電気接続が小さくなる。このケースでは、ブラインドバ
イアの使用が、バイアの長さを短くすることにより、バ
イアによるキャパシタンスの寄与をさらに小さくするよ
うに機能する。

【００４６】図１３は、本発明の好ましい実施形態によ
る回路基板内のバイアに、はんだで接続された３つの接
続ピンの接続領域を示す。図は、接続ピン１３０１、１
３０２及び１３０９のバイアに対する長さと相対的配置
のばらつきを許容する本発明のバイアの機能を示す。ピ
ン１３０１及び１３０２は、通常の長さであり、それぞ
れパッド１３０３及び１３０４に取り付けられ、通常の
はんだフィレット１３０５及び１３０６が形成される。
湾曲したバイア部分１３０７及び１３０８は、より強固
なはんだ接合を可能にする、はんだの「カップ」をもた
らす。ピン１３０９は、短めに切断されており、したが
ってピン１３０１及び１３０２が終端するよりも回路基
板から遠い位置で終端する。それでもなお、曲線１３１
２によって示された井戸の深さのため、ピン１３０９
は、パッド１３１０とはんだ接続し、それによりわずか
に短いがはんだフィレット１３１１と十分に接触する。

【００４７】湾曲バイア部分１３０７は、ピン１３０９
をパッド１３１０に有効にはんだ付けできるような十分
な量のはんだと余分な深さを可能にすることが好まし
い。回路基板とピン１３０９の間に形成された電気機械
的に強固なはんだ接点は、短すぎて回路基板と適切に接
触することができなかった図１０の従来技術のピン１０
０７と極めて対照的である。

【００４８】図１４Ａは、本発明の好ましい実施形態に
よる、幅の狭い直径、小径のバイアを形成する穴あけ工
程を示す。図１４Ｂは、本発明の好ましい実施形態によ
る、バイアの上部の幅広い直径部分、大径部分を形成す
る穴あけ工程を示す。幅の広い部分と狭い部分を任意の
順序で穴あけできることが理解されよう。さらに本発明
は、２つの断面だけ、すなわち２つのみの異なる直径の
孔を開けることに制限されない。

【００４９】代替的な実施形態において、穿孔、中ぐり
又はドリリング、穴あけした断面の間で、独特の直径と
深さをそれぞれ有する、３つ以上の断面、部分を穴あけ
することができる。２つの断面を穴あけする場合と同じ
ように、３つ以上の断面は、その直径又は深さの大きさ
によって指定された順序で穴あけする必要はなく、任意
の順序で穴あけすればよく、このようなすべての変形は
本発明の範囲に含まれる。

【００５０】好ましい実施形態において、改良した標準
の穴あけ工程を利用して、バイアの上部に適切な形状の
開口を形成して、コネクタをバイアに容易に取り付ける
ことができるようにする。図１４Ａは、小さなドリルビ
ット１４０２を使用する小さなバイア１４０１の通常の
穴あけ工程を示す。図１４Ｂは、大きなドリルビット１
４１２によって制御された深さのカップ１４１１を形成
する穴あけ工程を示す。広い孔の穴あけ工程は、ドリル
ビット１４１２のテーパを利用して、小さなドリルビッ
トの直径から、最も幅広い、すなわち最大直径である大
きなドリルビット１４１２の直径まで、バイアの直径を
徐々に変化させることが好ましい。次に、得られたバイ
アは、標準のめっき処理を利用してめっきされる。

【００５１】一般に、ドリリング、穴あけやその他の機
械加工工程における装置内の部品の正確な位置合わせ
は、意図した機械加工工程を完了するために必要な時間
の内で大きな部分を占める。図１４Ａと図１４Ｂに示し
た工程の場合、加工物は、この場合には回路基板である
が、１台の穴あけ装置を１回だけ位置決めする必要があ
る。その後で、部品の交換と再位置決めを必要とせず
に、異なる直径のドリルビットを使用する２回の連続す
る穴あけ工程が実施されることが好ましい。この構成
は、別個の装置での回路基板の再加工を必要とする手順
と比較して、処理時間の点で、大きな利点をもたらす。
穴あけ工程が完了した後で、孔の露出面、すなわちバイ
アをめっきすることが好ましい。バイアのカップ形状の
上部領域全体がめっきされることが好ましく、それによ
って母材、ベースメタルが露出されるのが回避され、回
路基板材料の保護と耐久性がもたらされる。以上説明し
た穴あけ工程は、バイアへのピンコネクタの取り付けに
使用されることが好ましい。しかしながらこの工程は、
ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）のような表面実装素子に
も使用することができる。

【００５２】穴あけ工程は、逐次行われることが好まし
く、それにより加工物は、第１と第２の穴あけ工程の間
に、位置決めされた場所に留められ、加工物を第２の穴
あけ装置と正確に位置合せすることに伴う時間と労力が
排除される。一方代替的には、回路基板に複数の孔を開
けるために様々な機械を使用することができる。また穴
あけ工程の間に他の工程を行うこともできる。一般に自
動ＰＣＢ穴あけ装置は、穴あけ装置からＰＣＢパネルを
取り外すことなく、ドリルビットを変更することがで
き、したがってＰＣＢパネルを製造する工程に必要とさ
れる修正が少なく好ましい。

【００５３】好ましい実施形態において、穴あけされた
複数の断面は、図１４Ｂに示したように同心であり、そ
れによって穴あけ工程が容易になり、全方向に対称的な
幾何学形状を有する、すなわち異なる直径の孔が同心に
備わるバイアが形成される。一方、代替的な実施形態に
おいて、バイアの孔を形成するために組み合わせる断面
は、必ずしも位置合わせする必要がなく、互いにずれて
いてもよい。

【００５４】図１４Ｃは、本発明の代替的な実施形態に
より、複合直径バイアを単一工程で実現する機構を示
す。異なる直径のドリルビットを使用する一連の穴あけ
工程を行うことにより複合直径バイアを形成するのでは
なく、複数の直径を有する単一のドリルビットを使用し
て、単一の穴あけ工程で所望のバイアを形成することが
できる。複合直径ドリルビットを使用することにより、
穴あけ工程が１回しか必要とされないため、処理時間が
節約される。例えば２つのドリルビットを必要とする穴
あけ工程と比較すると、２つの直径のドリルビットを装
備する場合には、第１のビットを外して第２のビットを
取り付け、第２の穴あけ工程を行うのに必要とされる時
間が排除される。

【００５５】一般に、穴あけ工程に最適な送り速度と穴
あけ速度は、その工程で穴あけする材料とドリルビット
の直径を含むいくつかの要因によって変化する。したが
って複合直径ドリルビットを使用するとき、送り速度と
穴あけ速度は、ドリルビットの各段又は直径が穴あけし
ている材料の表面と接するときに、別々に調整されるこ
とが好ましい。このように、複合直径ドリルビットを使
用する穴あけ工程全体を通して、最適な穴あけを達成で
きることが好ましい。

【００５６】複合直径ドリルビットでＰＣＢに穴あけす
る場合、ＰＣＢ内の各直径が適切な深さに穴あけされる
ように、ドリルビットの互いの段に対するドリルビット
の各段の位置が、正確に設定され保持されることが好ま
しい。したがって複合段のドリルビットを研磨するとき
には、ビットの各段の位置が互いの段に対して維持され
るように、ビットの各段から材料を除去しなければなら
ず、そうすることによって研磨工程後に開けられた孔の
形状が、研磨工程前に開けられた孔の形状と同じにな
る。

【００５７】好ましい実施形態において、ドリルビット
１４１３は、２つの直径と２つの段を有する。ビット１
４１３の第１段１４１５は細く、一般に穴あけ工程を適
切な深さまで行うときに回路基板にスルーホールを形成
するのに十分な長さである。ビット１４１３の第１段１
４１５の直径は、キャパシタンスが最小のバイア部分を
形成するためのものである。ビット１４１３の第２段１
４１４は、第１段よりも大きな直径を有することが好ま
しい。第２段１４１４の直径は、バイアへのコネクタの
取り付けを容易にし、バイアの上部にはんだを充填しや
すくする井戸又は開口部をバイアの上部に形成するのに
適していることが好ましい。第１段１４１５から第２段
１４１４への遷移領域の傾斜又は勾配１４１６は、バイ
アの井戸又は上側部分の底部を所望の形状に形成するよ
うに選択されることが好ましい。傾斜又は勾配の範囲は
選択可能であり、そのようなすべての変形は、本発明の
範囲内であることに注意されたい。

【００５８】代替的な実施形態において、ドリルビット
１４１３の第１段１４１５の長さは、回路基板にブライ
ンドバイアを形成するように選択される。穴あけする回
路基板の厚みが既知である場合、穴あけ工程中の穴あけ
装置の垂直方向の動きと、ドリルビットの第１段の長さ
は、回路基板の上面にから測定して、異なる深さの範囲
を有するブラインドバイアを形成するように選択するこ
とができる。

【００５９】本発明とその利点を詳細に説明したが、併
記の特許請求の範囲によって画定されるような本発明の
精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、代用
及び代替を行うことができることが理解される。さらに
本出願の意図は、明細書に示されたプロセス、装置、製
品、組成物、手段、方法及び工程の特定の実施形態に制
限することではない。本発明の開示から当業者が容易に
理解するように、本発明により、本明細書で説明した対
応する実施形態と実質的に同じ機能を実行するか実質的
に同じ結果を達成する、現存するか又は今後開発される
予定のプロセス、装置、製品、組成物、手段、方法又は
工程を利用することができる。したがって、併記の特許
請求の範囲は、そのようなプロセス、装置、製品、組成
物、手段、方法又は工程を含むことを意図する。

【００６０】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。

【００６１】１．回路基板に接続をもたらす構造であっ
て、複数の直径を有するバイアと、第１の内径を有する
前記バイアの第１の断面と、前記第１の断面の下にあ
り、前記第１の内径よりも小さな第２の内径を有する前
記バイアの第２の断面とを含み、前記バイアの実質的に
全ての表面領域がめっきされ、それによって前記バイア
のめっき面が形成される構造。

【００６２】２．前記第１の内径が、ピンコネクタ１１
０１の直径よりも大きく、前記第２の内径が、前記ピン
コネクタ１１０１の前記直径よりも小さい、１項に記載
の構造。

【００６３】３．前記バイアが、前記回路基板内の所定
の位置で終端し、それによってブラインドバイア１２０
０が形成される、１項に記載の構造。

【００６４】４．前記バイアの前記第１の断面と前記バ
イアの前記第２の断面の間の前記バイアのめっき面にお
ける湾曲部１２０４が、はんだ容器をもたらす、１項に
記載の構造。

【００６５】５．前記第１の断面に部分的に挿入された
ピンコネクタ１１０１と、前記ピンコネクタと前記バイ
アの第１の断面のめっき面との間のはんだ接続１１０３
と、をさらに含む、１項に記載の構造。

【００６６】６．前記バイアの前記第１の断面の深さ
が、前記第１の断面に部分的に挿入された前記ピンコネ
クタ１１０１の端部位置のばらつきを上回り、それによ
ってピンコネクタ１１０１の端部位置のばらつきが許容
される、前記バイアと前記ピンコネクタの間の有効な電
気接触が可能となる、５項に記載の構造。

【００６７】７．前記バイアへのコネクタの取付けが表
面実装接続を含む、１項に記載の構造。

【００６８】８．前記バイアが、前記回路基板を完全に
貫通し、それによってスルーホールバイアが形成され
る、１項に記載の構造。

【００６９】９．前記第１の断面と前記第２の断面が同
心である、１項に記載の構造。

【００７０】１０．前記第１の断面と前記第２の断面が
同心ではない、１項に記載の構造。

【００７１】

【発明の効果】本発明は、プリント回路基板に電気的な
接続ピン１１０１を取り付けるための、改良されたバイ
アを製造することに関する。本発明のバイアは、強固な
機械的結合と最小の容量効果を備える接続をもたらす。
このバイア１１００は、電気的な接続ピン１１０１を受
容する大きな直径部分と、バイアの長さの他の部分に沿
って、小さな直径部分をもたらし、小さな容量と小さな
電気的不連続を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＣＢバイアに取り付けられた圧入スルーホー
ルコネクタピンの断面図である。

【図２】ＰＣＢバイアに取り付けられたスルーホールは
んだ付けコネクタピンの断面図である。

【図３】代表的なスルーホール表面実装の断面図であ
る。

【図４】代表的なブラインドバイア表面実装接続の断面
図である。

【図５】ピン切断工程前の代表的な圧入コネクタの図で
ある。

【図６】ピン切断工程後の代表的な圧入コネクタの図で
ある。

【図７】切断され、小さなスルーホールバイアにはんだ
付けされたコネクタピンの断面図である。

【図８】切断され、小さなスルーホールバイアからずれ
た位置にはんだ付けされたコネクタピンの図である。

【図９】切断され、小さなオフセットブラインドバイア
にはんだ付けされたコネクタの断面図である。

【図１０】回路基板上のパッドにはんだ付けされた異な
る長さの３つのピンの接続領域の図である。

【図１１】本発明の好ましい実施形態による、異なる直
径部分を有するバイアの図である。

【図１２】本発明の好ましい実施形態による、異なる直
径部分を有するブラインドバイアの図である。

【図１３】本発明の好ましい実施形態による、回路基板
内のバイアにはんだで接続された３つの接続ピンの接続
領域の図である。

【図１４】図１４Ａは、本発明の好ましい実施形態によ
り、バイアの狭い直径部分を形成する穴あけ工程を示す
図である。図１４Ｂは、本発明の好ましい実施形態によ
り、バイアの上部の幅の広い直径部分を形成する穴あけ
工程を示す図である。図１４Ｃは、本発明の好ましい実
施形態により、単一工程で、複合直径バイアを実現する
機構を示す図である。

【図１５】従来技術においてマイクロ波無線周波数用途
に使用されているバイアを示す図である。

【符号の説明】

１１０１ ピンコネクタ １１０３ はんだ接続 １２００ ブラインドバイア １２０４ 湾曲部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板に接続をもたらす構造であって、 複数の直径を有するバイアと、 第１の内径を有する前記バイアの第１の断面と、 前記第１の断面の下にあり、前記第１の内径よりも小さ
   な第２の内径を有する前記バイアの第２の断面とを含
   み、前記バイアの実質的に全ての表面領域がめっきさ
   れ、それによって前記バイアのめっき面が形成される構
   造。