JP2005277023A - プリント回路基板、およびプリント配線基板とコネクタとの接着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント回路基板の特性・性能の向上と信頼性の向上とを図る。
【解決手段】プリント配線基板１０は、積層方向下面に第１の接地面２ｂを有する第１の誘導体層５ａの一部と、積層方向上面に第２の接地面２ｃを有する第２の誘導体層５ｂとが、少なくとも１組、この順序で積層され、第１の誘導体層５ａの積層方向上面を露出して延びる表層線路１ａと、第１の誘導体層５ａの積層方向上面を第２の誘導体層５ｂに覆われて延びる内層線路１ｂとを有する信号配線１を有している。第２の接地面２ｃは、内層線路１ｂを第２の接地２ｃに積層方向に投影して得られる内層線路投影部を中心に設けられ、表層線路１ａと内層線路１ｂとの境界部８から、境界部８から離れる方向に幅が縮小する切欠部２ｄを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波デバイスの実装基板、評価用基板をはじめとする、マイクロ波や数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝送するプリント回路基板に関し、特に、多層プリント配線基板のモード変換部分の構造、および多層プリント配線基板とコネクタとの接着方法に関する。

近年、コプレーナ線路等を用いたプリント配線基板が多く用いられており、マイクロ波などの信号を扱う場合、プリント配線基板と外部回路との接続には一般に同軸コネクタが用いられている。同軸コネクタには、大きく分けてプリント配線基板表面に搭載しスルーホールなどを介して信号配線と接続する垂直型と、中心導体がプリント基板に水平に接続するコプレーナ型とがある。この垂直型のうち、特にスルーホールを用いるタイプは、中心導体がプリント配線基板に設けられた開口を貫通した状態で、中心導体とプリント配線基板とを半田付けすることが可能であり、同軸コネクタとプリント配線基板とをより強固に接合することができるため、接合強度の観点からは有利である。しかし、中心導体が内層の信号配線に対して垂直になるため、スタブ構造（分岐構造）が発生し、インピーダンス不整合となりやすい。そこで、インピーダンス整合を重視する場合には、表面実装型が用いられることが多い。

表面実装型の同軸コネクタを用いたプリント配線基板の一例を図１２に示す。（ａ）はプリント配線基板の平面図を、（ｂ）は横断面図を各々示す。プリント配線基板１１０は誘電体層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの間に信号配線１０１やコプレーナ接地面１０２ａ、裏面接地面１０２ｂ、表層接地面１０２ｃが設けられた多層プリント配線基板である。信号配線１０１は、誘電体層１０５ａの上部を露出して延びる表層信号配線１０１ａと、誘電体層１０５ｂに覆われて延びる内層信号配線１０１ｂとに区分される。表層信号配線１０１ａはコプレーナ接地面１０２ａとともにコプレーナ線路を形成し、内層信号配線１０１ｂはストリップ線路を形成する。表層信号配線１０１ａが誘電体層１０５ａの上部を露出して延びる理由は、同軸コネクタ１０７との接続のためであり、表面実装型コネクタを採用する場合、通常このようなコプレーナ線路が発生することになる。同軸コネクタ１０７の中心導体１０７ａは信号配線１０１ａの表面部に接続し、半田付け等で固定される。また、接地導体１０７ｂはコプレーナ接地面１０２ａと接続し、接触部が同様に半田付け等で固定される。誘電体層１０５ｃの裏面にも裏面接地面１０２ｂが設けられ、スルーホール１０４で電気的に導通されている。

このようなコプレーナ線路では、スルーホール１０４の持つ寄生インダクタンス成分のため、インピーダンス不整合が生じやすい。このため、例えばコプレーナ線路と内層線路との境界面に表層接地面とコプレーナ接地面とを接続する半円柱の金属電極を形成して、寄生インダクタンス成分を除去する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１４４５０９号公報（図１、図２、図３）

このような表面実装型の同軸コネクタを用いたプリント配線基板には以下のような問題があった。

第１の問題点は、表層信号配線１０１ａから内層信号配線１０１ｂへのモード変換、すなわち、コプレーナ線路からストリップ線路へのモード変換において、インピーダンス不整合が発生することである。その理由は、高周波信号では、従来は無視することのできた、多層プリント配線基板の製造誤差に起因する局所的なインピーダンス不整合が、信号の伝達特性に大きく影響するためである。特に、汎用の多層プリント配線基板では、エッチング工程に起因するプリント配線のパタン幅の誤差や、伸縮による配線パタンの位置ずれ、積層プレス工程に起因する層間厚の製造誤差がセラミック基板と比較して大きい。その結果、同等の設計をプリント配線基板に適用すると、表層部と内層部の特性インピーダンスの誤差が拡大し、それにより、高速信号や高周波帯域では、インピーダンス不整合が顕在化し、信号の伝達特性の劣化を生じるという問題が生じる。

例として、図１２に示す構造の、表層信号線路１０１ａから内層信号線路１０１ｂへのモード変換回路について検討する。一般的に使用される難燃性エポキシプリント配線基板を用いる場合、表層信号線路１０１ａと裏面接地面１０２ｂとの層間厚Ｈ＝０．２ｍｍ、表層信号線路１０１ａのパタン幅Ｗａ＝０．１ｍｍ、表層信号線路１０１ａとコプレーナ接地面１０２ａとの間隙Ｓａ＝０．０５ｍｍとすると、特性インピーダンスは約５０Ωとなる。これに連続する内層信号線路１０１ｂが、信号線路１０１ａと同じ５０Ωの特性インピーダンスを得るためには、パタン幅Ｗｂ＝０．０２ｍｍ、コプレーナ接地面１０２ａとの間隙Ｓｂ＝０．０９ｍｍとする必要がある（なお、コプレーナ接地面１０２ａから連続して延び、内層信号線路１０１ｂの両脇にある接地面の、内層信号線路１０１ｂに面する周縁部は直線状とする。）。

しかし、このような構造では、表層信号線路１０１ａと内層信号線路１０１ｂの信号配線幅Ｗａ、Ｗｂに５倍の差があり、電磁界分布の形状に極端な差違が発生する。また、通常、プリント配線基板はエッチング工程に製造誤差を持つが、表層信号線路１０１ａと内層信号線路１０１ｂのそれぞれの特性インピーダンスの誤差は、製造誤差に比例するとは限らず、表層信号線路１０１ａと内層信号線路１０１ｂの接続点でのインピーダンスミスマッチが広がるおそれがある。

第２の問題点は、表面実装型の同軸コネクタは、信号配線１０１と同軸コネクタ１０７とのインピーダンス整合と、プリント配線基板１１０と同軸コネクタ１０７との接合強度の両立が困難なことであった。すなわち、表面実装型のコネクタは、中心導体１０７ａが信号配線１０１ａと、接地導体１０７ｂがコプレーナ接地面１０２ａと、各々同一平面上で半田付けによって固定されているだけであるため、同軸コネクタ１０７が中心導体１０７ａの軸方向に引っ張られたような場合、半田のせん断抵抗力以外に抵抗力が期待できず、引き剥がし強度の観点でスルーホール型に比較して大きく劣る。ねじり力を受けた場合も同様である。特に配線が錯綜するような場合、同軸コネクタが不用意に引っ張られることも多く、操作性や信頼性の観点から改善が望まれている。

また、表面実装型の同軸コネクタは、信号配線１０１と対向する裏面接地面１０２ｂとの接続にスルーホール１０４を用いるために、以上の引き剥がし強度の問題とは別に、接地面の不連続性に起因するインピーダンス不整合が生じやすかった。例えば、図１２において、表層信号配線１０１ａに対してはインピーダンス整合が取れるが、裏面接地面１０２ｂへは、コネクタ周囲のスルーホール１０４を介して接続するため、スルーホール１０４の持つ寄生インダクタンス成分により、同軸コネクタ１０７の接地導体１０７ｂと基板裏面の接地面１０２ｂとの間で、高周波的な連続性が絶たれることになる。

このため、前述のように、コプレーナ線路と内層線路との境界面に表層接地面とコプレーナ接地面とを接続する半円柱の金属電極を形成して、寄生インダクタンス成分を除去する技術も開示されている（特許文献１参照。）。しかし、このような技術を用いても引き剥がし強度の向上には限界があり、かといって、引き剥がし強度の観点から有利なスルーホール型の同軸コネクタを用いればインピーダンス不整合が発生しやすく、両者を両立させることは困難であった。

さらに、この他、第３の問題点として、プリント配線基板の高密度化が困難であるとともに、同軸ケーブルの取り回しや、付け外しの操作性に劣るという問題もあった。すなわち、帯域特性を重視した場合には、同軸コネクタは基板の辺縁部にのみ配置されるため、多数の信号線を扱う場合には、プリント配線基板の周囲から放射状に多数の同軸ケーブルが延びる形態となってしまい、高密度化のためには基板面積の拡大が必要となっていた。

以上の状況に鑑み、本発明は、特性・性能の向上と信頼性の向上を図ったプリント回路基板を提供することを目的とする。

まず、第１の目的である特性・性能の向上については、プリント回路基板の高速化と高集積化を図ることを具体的な目的とする。すなわち、従来の回路パタンでは、数ＧＨｚを越える帯域でインピーダンス不整合による性能劣化が見られたが、本発明では、その課題を解決し、広帯域化を図りつつ、信号速度の高速化を目的とする（第１の問題点の解決）。また、これと併せて、基板の内部表面にもコネクタ搭載を可能として、高密度化を図ることを目的とする（第３の問題点の解決）。

第２の目的である信頼性の向上については、同軸コネクタの引き剥がし強度の向上と、操作性の向上を図ることを具体的な目的とする。すなわち、同軸コネクタには、接続された同軸ケーブルの荷重などから、プリント配線基板に搭載した同軸コネクタに引張り力や捻り力が加わることがあるが、信号帯域特性上有利な表面実装型同軸コネクタはこのような荷重に対する引き剥がし強度が弱かった。そこで、本発明は、表面実装型の同軸コネクタのインピーダンス整合を維持しながら、引き剥がし強度を強化することを目的とする（第２の問題点の解決）。また、プリント配線基板の内部表面に垂直に表面実装型の同軸ケーブルを取り付ける構造とし、同軸ケーブルの取り回しや、付け外しの操作性を向上させることを目的とする（第３の問題点の解決）。

本発明のプリント配線基板は、積層方向下面に第１の接地面を有する第１の誘導体層の一部と、積層方向上面に第２の接地面を有する第２の誘導体層とが、少なくとも１組、この順序で積層され、第１の誘導体層の積層方向上面を露出して延びる表層線路と、第１の誘導体層の積層方向上面を第２の誘導体層に覆われて延びる内層線路とを有する信号配線を有している。第２の接地面は、内層線路を第２の接地面に積層方向に投影して得られる内層線路投影部を中心に設けられ、表層線路と内層線路との境界部から、境界部から離れる方向に幅が縮小する切欠部を有している。

表層線路から内層線路に接続した部分では、第２の接地面は切欠部を有しているため、内層線路から見て第２の接地面は電気的に十分遠方にあり、電気的な結合が表層線路と大差のない構造とすることができる。このため、境界部での急激なインピーダンス変化を回避することが可能となり、内層線路の幅を急激に変化させずに、内層線路の幅を極端に細くするのと同等の効果を発生させることができる。その結果、エッチング誤差による特性インピーダンスの誤差が発生しても、急激な変化は生じず、インピーダンス不整合による信号反射による波形劣化の影響を抑圧することが可能となる。また、従来に較べて、より高速な信号帯域での使用も可能となる。

第１の誘導体層は、第２の誘導体層の積層されていない縁部に、第１の誘導体層を貫通し、内部の少なくとも一部に第１の誘導体層とコネクタとを接着する接着要素が充填されたスルーホールを有していてもよい。これによって、第１の誘導体層とコネクタとの接着強度を増加させることができる。

第１の誘導体層の積層方向上面に、信号配線と分離した第３の接地面をさらに有していてもよい。

また、第１の誘導体層の積層方向上面に、信号配線と分離した第３の接地面をさらに有し、第１の誘導体層は、コネクタと接合する縁部に、第１の誘導体層を貫通し、内壁に第１の接地面と第３の接地面とを電気的に接続する被覆を有し、内部の少なくとも一部に第１の誘導体層とコネクタとを接着する接着要素が充填されたスルーホールを有していてもよい。

第３の接地面は、第２の誘導体層が積層されていない第１の誘導体層上では、櫛状に互いに分離した複数の櫛状接地面として設けられ、櫛状接地面の各々がスルーホールを有する構造とすることもできる。

縁部は、互いに対向する第１、第２の辺と、コネクタとの接合部を含み、第１、第２の辺を結ぶ第３の辺とを有するように構成することも可能である。縁部は、プリント配線基板の内部に設けられた開口部の縁部であってもよい。

境界部と接する第２の誘導体層の側壁は、境界部から離れる方向に斜面になっていてもよく、斜面は、複数の段差によって形成されていてもよい。

プリント配線基板は高周波素子評価基板とすることができる。

プリント配線基板とコネクタとの接着方法は、一方の面に接地面を、他方の面に信号配線を有するプリント配線基板と、接地面と接続する接地導体と信号配線と接続する中心導体端子とを有する表面実装型の同軸コネクタとの接着方法である。本方法は、第１の誘導体層の、接地導体が接合する縁部に、第１の誘導体層を貫通するスルーホールを設ける工程と、縁部およびスルーホールに接して同軸コネクタを装着する工程と、スルーホールの内部の少なくとも一部に第１の誘導体層と接地導体とを接着する接着要素を充填する工程とを有している。

以上説明したように、本発明によれば、インピーダンス不整合を抑え、より高速な信号帯域での使用が可能となるとともに、基板の内部表面にもコネクタ搭載が可能となり、高密度化を図ることができる。この結果、特性・性能の向上が図られる。また、同軸コネクタの引き剥がし強度の向上と操作性の向上を図ることができ、信頼性が向上する。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１〜５に基づいて、本発明のプリント配線基板の第１の実施形態を説明する。

図１には、本発明のプリント配線基板の部分斜視図を示す。図中、右上方向が、プリント配線基板１０の中心方向である。プリント配線基板１０は、積層方向下面に第１の接地面（以下、裏面接地面２ｂという）を有する第１の誘導体層５ａの一部と、積層方向上面に第２の接地面（以下、表層接地面２ｃという）を有する第２の誘導体層５ｂとが、この順序で積層されている。また、第１の誘導体層５ａの積層方向上面には、信号配線１と、信号配線１から電気的に絶縁された第３の接地面（以下、コプレーナ接地面２ａという）とが設けられている。なお、積層方向は図１に白抜き矢印で示した方向であるが、説明の便宜上のものであり、製造時や使用時の上下方向とは必ずしも対応しない。

第１の誘導体層５ａは、同軸コネクタを接続するためプリント配線基板１０の中心に向かって一部が切欠かれ、コネクタ取付け部６が形成されている。コネクタ取付け部６は、互いに対向する第１、第２の辺と、同軸コネクタとの接合部を含み、第１、第２の辺を結ぶ第３の辺とを有している。コネクタ取付け部６の隅部および周縁部には第１の誘導体層５ａを貫通するスルーホール４が複数個設けられている。また、第２の誘導体層５ｂはコネクタ取付け部６から見て第１の誘導体層５ａの奥に周縁部があり、コネクタ取付け部６を中心に、第１の誘導体層５ａと第２の誘導体層５ｂとは段差状の形状をなしている。

信号配線１は、第１の誘導体層５ａの積層方向上面を、この段差部を貫通して延びている。すなわち、信号配線１は、第１の誘導体層５ａの積層方向上面を露出して延びる表層線路（以下、表層信号配線１ａという）と、第１の誘導体層５ａの積層方向上面を第２の誘導体層５ｂに覆われて延びる内層線路（以下、内層信号配線１ｂという）とを有している。コプレーナ接地面２ａは、信号配線１の両側を、信号配線１から電気的に絶縁されて、信号配線１と平行して延びている。裏面接地面２ｂは、第１の誘導体層５ａの積層方向下面の全面に広がっている。表層接地面２ｃは、第２の誘導体層５ｂの積層方向上面の全面に広がっているが、第１の誘導体層５ａと第２の誘導体層５ｂとの境界部８から、境界部８から離れる方向に幅が縮小する切欠部２ｄを有している。

第１の誘導体層５ａと第２の誘導体層５ｂは、エポキシ樹脂などの誘電体であり、信号配線１、コプレーナ接地面２ａ、裏面接地面２ｂ、および表層接地面２ｃはこれらの誘導体層５ａ、５ｂによって相互に絶縁されている。

スルーホール４は、本明細書においては、円筒断面の一部が切り欠かれた軸方向断面形状を有する孔を意味し、具体的には、コネクタ取付け部６の周縁部にそって第１の誘導体層５ａを貫通し、内部がコネクタ取付け部６に開口した、円筒形の孔の一部を意味する。スルーホール４は切削加工により形成される。円筒の内面には、コプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとを電気的に接続する銅箔からなる被覆４ａが設けられ、コプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとの電気的な導通を十分に確保している。また、被覆４ａの内側には空間が形成され、その少なくとも一部には、後述するように、同軸コネクタを接続する際に、半田等の接着要素が充填される。

次に、切欠部２ｄ、信号配線１の形状を、図２、３を用いてさらに詳細に説明する。図２は、第２の誘導体層を信号配線の中心軸を中心に片面を切り取って表示した、図１の部分拡大斜視図であり、スルーホールの記載は省略している。また、図３は、プリント配線基板の切欠部を中心とした平面図である。なお、図中、Ａ〜Ｄについては後述するので、ここでは述べない。

切欠部２ｄは、内層信号配線１ｂを表層接地面２ｃに積層方向に投影して得られる内層線路投影部１ｄを中心に、境界部８から、境界部８から離れる方向にＶ字型に徐々に幅が狭幅化（縮小）する形状をなしている。図３において、内層信号配線１ｂは、内層線路投影部１ｄと完全に重なって表示されていない。切欠部２ｄは、コプレーナ接地面２ａの境界部が境界部８を通過する点８ａ、８ｂを結ぶ線を底辺とし、内層線路投影部１ｄの中心軸１ｅにそってほぼ対称な、略２等辺三角形の形状を有している。

内層信号配線１ｂは、境界部８から第２の誘導体層５ｂに覆われる内層部に入ると、表層信号配線１ａの幅に対して徐々に狭幅化して延びている。その形状は図３における内層線路投影部１ｄと同じであり、境界部８から切欠部２ｄのＶ字の頂点２ｅの直下に向かって徐々に細くなり、ストリップ線路へと変換される。なお、この間の区間は、コプレーナ線路からストリップ線路へのモード変換回路を構成する。

なお、コプレーナ接地面２ａは、境界部８から第２の誘導体層５ｂに覆われる内層部に入ってから、しばらくは中心軸１ｅにそって直線状に延びるが、さらに進んだ位置で中心軸１ｅから離れるように斜め形状となる。

信号配線１は、表層部でその両側のコプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとの間で、ある一定の（例えば５０Ω）特性インピーダンスを持つ。内層信号配線１ｂは、信号の伝搬方向に沿って、全ての位置での特性インピーダンスが均一（例えば５０Ω）となっており、インピーダンス整合が図られている。

図４には、本プリント配線基板に同軸コネクタを搭載したときの平面図および断面図を示す。同軸コネクタ７は、信号配線１と同一平面内の、信号配線１の延長線上に中心導体７ａを持つように配置される。同軸コネクタ７の接地導体７ｂの断面形状は、直径の異なる半月状の断面を結合したような形状であるが、円筒や方形でもかまわない。

同軸コネクタ７を接続するときは、同軸コネクタ７を、中心導体７ａを先端にして、中心導体７ａが表層信号配線１ａと接触し、接地導体７ｂがコネクタ取付け部６および各スルーホール４に接する位置まで、コネクタ取付け部６に挿入する。スルーホール４と接地導体７ｂは双方とも半田濡れ性を持つので、スルーホール４の一部に半田を流し込むことで、接地導体７ｂとスルーホール４とを広い面積で半田付けすることが可能となり、接地導体７ｂとコプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとが連続的に接続可能となる。また、中心導体７ａと表層信号配線１ａも半田付けで固定される。なお、接着方法としては半田付けに限定されるものではなく、鑞付け、焼結ペースト付けなども可能であり、本明細書では、これらを総称して半田付けという。

次に、本実施形態の効果を詳述する。本実施形態の第１の効果は、表層信号配線１ａから内層信号配線１ｂへのモード変換部におけるインピーダンス不整合を効果的に抑制することができることである。第２の効果は、信号特性の有利な表面実装型の同軸コネクタを用いて、インピーダンス不整合を抑制しつつ、引き剥がし強度を増加することができることである。

まず、第１の効果について説明する。図５には、図２，３に示す各位置Ａ〜Ｄでの、電界分布の概念的断面図を示す。信号配線１の表層部の位置Ａでは、電界は裏面接地を伴うコプレーナ線路としての電界分布を持っている。信号配線１が内層部に導入された境界部８近傍の位置Ｂでは、内層信号配線１ｂの上部は誘電体で覆われるが、表面接地面２ｃは十分に遠方にあり、電界分布は位置Ａと較べて大きく変化することはない。表層接地面２ｃがＶ字型に狭幅化した途中の位置Ｃでは、内層信号配線１ｂから見る表面接地面２ｃへの距離が位置Ｂと較べて縮まり、容量が増加するために、内層信号配線１ｂの幅は狭くなる。このとき、電界分布は、コプレーナ接地面２ａへの結合は弱まり、上下の表面接地面２ｃおよび裏面接地面２ｂに対する結合の度合いが強くなっている。表層接地面２ｃのＶ字型の頂点２ｅより先の位置Ｄでは、電界分布の大半が上下の表面接地面２ｃおよび裏面接地面２ｂに対して結合しており、コプレーナ接地面２ａとの結合は弱まる。その結果、信号配線１はストリップ線路に変換される。断面Ａ〜Ｄのそれぞれの断面での局所的な特性インピーダンスは、全て等しい値（例えば５０Ω）である。

このように、表層信号配線１ａから内層信号配線１ｂへのモード変換部において、インピーダンス不整合の発生を抑制し、各位置Ａ〜Ｄにおいて特性インピーダンスの急激な変化を避けることができる理由は、表層接地面２ｃの一部を除去し、立体的なフィードスルー構造としたことにある。すなわち、従来技術においては、図１２に示すように、表層信号配線１０１ａと内層信号配線１０１ｂの境界部１０８には、表層接地面１０２ｃが存在するため、高周波的な容量成分が増大しており、それを補償するために内層信号配線１０１ｂの幅を極端に細くしていた。これに対し本発明では、内層信号配線１ｂの上面を、セラミックと比較して誘電率が低いエポキシ系誘電体からなる誘電体だけで覆えば、大きな容量成分の増加は回避できるのではないかという点に着目した。この性質を利用して、表層接地面２ｃの形状を上記実施形態のように切欠部２ｄを有するように構成することで、信号配線１が表層から内層に接続した部分では、内層部の表面接地面２ｃは、内層信号配線１ｂから見て電気的に十分遠方にあり、電気的な結合は、表層信号配線１ａと大差ない構造とすることができる。そして、徐々に表層接地面２ｃの間隙を狭め、同時に内層信号配線１ｂの幅を少しずつ狭幅化し、特性インピーダンスを等しく保ちつつ、完全な内層コプレーナ構造あるいはストリップ線路構造に変換することができる。

このように、本発明では、表層接地面２ｃの構成を変えることによって、境界部８での急激なインピーダンス変化を回避することが可能となり、内層信号配線１ｂの幅を急激に変化させずに、内層信号配線１ｂの幅を極端に細くするのと同等の効果を発生させることができる。また、表層信号配線１ａと内層信号配線１ｂの境界部８での両者の信号配線幅を同程度の幅にすることが可能であり、その結果、エッチング誤差による特性インピーダンスの誤差が発生しても、急激なインピーダンス変化は生じず、インピーダンス不整合による信号反射による波形劣化の影響を抑圧することが可能となる。したがって、従来に較べて、より高速な信号帯域での使用も可能となる。

表層信号配線１ａと内層信号配線１ｂの信号配線幅の差を減少させることは、付随して、製造精度の緩和にもつながる。内層信号配線１ｂの上面にある第２の誘電体層５ｂおよび表層接地面２ｃを作成するには、切削加工または貼り合わせ加工を用いるが、その加工位置精度は、プリント配線基板１０全体の伸縮により若干の誤差を持つ。従来の設計では、表層信号配線幅と内層信号配線幅の差が大きいために、内層信号配線を覆う誘電体層の境界部の位置の誤差により、局所的に特性インピーダンスが大きく狂う可能性があった。それに対して、本発明では、表層信号配線１ａと内層信号配線１ｂの配線幅の差が少ないために、境界部８の位置の誤差が特性インピーダンスに与える影響を軽減できる。その結果、付随的な効果として、従来に較べて製造精度の緩和も可能となり、コスト低減も期待できる。

次に、第２の効果、すなわち、インピーダンス不整合をより解消しつつ、引き剥がし強度を増加することができる点について説明する。

まず、引き剥がし強度を増加することができる理由は、第１に、従来行われていた基板端面のメッキに代わり、内層接地面２ｂに接続して半円状のスルーホール４を作成し、この中に半田等の接着部材を流し込むことで、半田付け等による固定をより強固にできるからである。第２に、同軸コネクタ７の接地導体７ｂをプリント配線基板１０で取り囲むことによって、接地導体７ｂと裏面接地面２ｂとの接触長さが増加し、スルーホール４を多数設けることができるからである。すなわち、このような構造とすることによって、各固定箇所での接着強度が増加するとともに、固定箇所自体も大幅に増え、これらの複合的な効果によって固定強度の増加が可能となるためである。

インピーダンス不整合を解消できる理由は、スルーホール４を介して裏面接地面２ｂとコプレーナ接地面２ａとが直接接続できるために、従来のスルーホールが不要となり、寄生インダクタンス成分を除去できるからである。すなわち、従来は、基板の内層で、スルーホール（例えば図１２のスルーホール１０４）を介して、コプレーナ接地面と裏面接地面とが接続していたが、本実施形態では、コプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとが、スルーホール４の被覆４ａを介して、表層部で連続的に接続可能となるため、従来のスルーホールが不要となり、寄生インダクタンス成分を発生が抑えられるからである。

さらに、インピーダンス不整合の解消と、引き剥がし強度を増加とを両立することができる理由は、本実施形態におけるスルーホール４は、内表面にコプレーナ接地面２ａと裏面接地面２ｂとの導通用の被覆４ａを、その内側に半田等の接着要素を充填できる空間を有する、複合的な機能を有する構造であるからである。このようにして、同軸コネクタの引き剥がし強度の増加と、インピーダンス整合の両立が可能となる。

次に、本発明の他の実施形態を、図６〜１１を用いて説明する。

図６は、プリント配線基板のコネクタ取付け部を基板端ではなく、基板内部に作成した第２の実施形態を示す平面図および断面図である。また、図７は、図６に示すプリント配線基板に垂直挿入型の同軸コネクタを接続した状態を示す平面図および断面図である。

図６において、コネクタ取付け部２６は、プリント配線基板２０の内部に設けられた矩形の開口部である。開口部の１辺は表層信号配線２１ａと接続しており、コネクタ取付け部２６の隅部および周縁部には複数個のスルーホール２４が設けられている。これらの構造は第１の実施形態と同様であり、プリント配線基板２０の製造工程において、切削により製造可能である。また、表層接地面２２ｃは、第１の実施形態と同様、切欠部２２ｄを有している。

図７において、垂直挿入型の同軸コネクタ２７が上部からプリント配線基板２０に装着されている。同軸コネクタ２７は、図７（ｂ）に示すように、中心導体２７ａおよび接地導体２７ｂが９０°屈曲した構造を有しており、プリント基板２０の装着部では中心導体２７ａは、第１の実施形態と同様、コプレーナ線路の一部である表層信号配線２１ａに平行に接続されている。一方、中心導体２７ａおよび接地導体２７ｂの反対側の端部はプリント配線基板２０に対して垂直な角度を向いている。このような構造によって、コネクタ取付け部２６はプリント配線基板２０の内部に設けることができ、実装密度の向上を図ることができる。また、接地導体２７ｂの４辺が固定支持されているので、同軸コネクタ２７はプリント配線基板２０の外周部に向けて引っ張られにくく、同軸コネクタ２７の接着強度も向上する。

図８は、本発明の第３の実施形態を示すプリント配線基板の断面図である。本実施形態では、多層プリント配線基板において、異なる内層の信号配線にコネクタを接続している。プリント配線基板４０は２層のストリップ線路構造が積層されて形成されており、誘電体層を挟んで、上から第１のストリップ線路構造５１の表層接地面４２１ｃ、信号配線４１１、裏面接地面４２１ｂ、第２のストリップ線路構造５２の表層接地面４２２ｃ、信号配線４１２、裏面接地面４２２ｂが積層されている。表層接地面４２１ｃ、４２２ｃは各々、第１の実施形態と同様に、切欠部４２１ｄ、４２２ｄを有している。図示していないが、信号配線４１１、４１２の両脇には実施形態１と同様のコプレーナ接地面が各々延びている。また、第１のストリップ線路５１構造には、切削によりコネクタ取付け部４６１が、第２のストリップ線路構造５２には、切削によりコネクタ取付け部４６２が各々形成されている。これらの取付け部４６１、４６２は、あらかじめ開口を設けた上で、貼り合わせ加工で製作することもできる。コネクタ取付け部４６１には同軸コネクタ４７１が、コネクタ取付け部４６２には同軸コネクタ４７２が各々接続している。接続方法は第２の実施形態と同様である。このような構造とすることで、任意の内層部に信号配線を収容することが可能となる。本実施形態は２層のストリップ線路を例として説明したが、３層以上の場合も全く同様である。

このように、本実施形態では、信号配線を内層に収容し、表面実装型の同軸コネクタとの接続部のみを表出させることができるため、従来基板の周縁部に配置していた同軸コネクタを基板内部に配置することが可能となる。このような構成は多層プリント配線基板の任意の信号配線に適用できるため、多層化が容易となり、配線密度の向上が図れる。また、接続する同軸ケーブルを、放射状に広がる形態から、基板から垂直に一方向に配線することができるため、多数の同軸ケーブルを束ねるなど取扱が容易になる。これらの理由によって一層の実装密度の向上が図れ、同時に、操作性の向上も可能となる。

図９は、本発明の第４の実施形態を示すプリント配線基板の斜視図である。第２の誘電体層６５ｂが、境界部６８を始点とし、境界部６８から離れる方向に延びる斜面６５ｓを有している点が、本実施形態の特徴である。信号配線６１は第２の誘電体層６５ｂに覆われない表層信号配線６１ａと、第２の誘電体層６５ｂに覆われている内層信号配線６１ｂとを有し、内層信号配線６１ｂは一部が斜面６５ｓの下を延びている。斜面６５ｓを設けることによって、境界部６８における内層信号配線６１ａから内層信号配線６１ｂへの遷移部の幅を完全に連続的に変化させ、インピーダンス不整合を回避することが容易になる。

図１０は、本発明の第５の実施形態を示すプリント配線基板の斜視図である。本実施形態では、第４の実施形態において、斜面６５ｓを、複数の段差によって形成されるステップ状の段差７５ｔとしている。このように第２の誘電体層７５ｂに段差７５ｔを設けることによっても、境界部７８の信号配線７１の幅を擬似連続的に変化させ、インピーダンス不整合を回避することが可能となる。また、図９に示した第４の実施形態に比べて、基板の加工が容易である。

図１１は、本発明の第６の実施形態を示すプリント配線基板の平面図である。多層プリント配線基板の内層を、切削により表出させる工程では、基板の高い平面性が要求される。しかしながら、多層プリント配線基板は、内層配線の密度の多少により、その厚さの絶対値が変動し、平面性を確保することが困難な場合がある。そのような場合、内層配線を切削により表出させる加工で、ある一カ所から切削する場合に、加工機による切削の平面精度では、配線を形成する銅箔面を全て削り去り、同時に周囲の銅箔面を巻き込んで、より広い面積の銅箔面を剥ぎ取ってしまうことがありうる。これは特に、平面状に広がるコプレーナ接地面の表出加工を行う場合に問題となる。

そこで、本実施形態では、コプレーナ接地面８２ａの表出部分に、コネクタ取付け部８６の周縁部に向けて垂直に延びる欠損部８２ｆを設け、コプレーナ接地面８２ａに櫛状接地面８６ｇを形成している。また、櫛状接地面８６ｇとコネクタ取付け部８６の周縁部との交点にスルーホール８４を配置するように形成している。切削加工は、櫛状接地面８６ｇの毎にその深さを検出して、帯状の狭い面積で行う。このような構造および切削加工方法によって、切削工程中に、周囲の銅箔面を巻き込み、過剰に剥ぎ取る事態を回避することができる。また、櫛状接地面８６ｇの全てに、スルーホール８４を配置しているので、接地面の高周波的な特性も維持される。なお、欠損部８２ｆや櫛状接地面８６ｇは、コネクタ取付け部８６の周縁部に向けて垂直に延びる必要はなく、上記の加工方法が適用できるように適宜分離されていればよい。

以上、本発明のプリント配線基板の実施形態に説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態１ではコプレーナ線路を例として説明したが、図１においてコプレーナ接地面２ａを除く構成にすることによって、表層マイクロストリップ線路から内層ストリップ線路への変換に関しても、同様の構成を適用することが可能である。また、本発明のプリント配線基板は、実装基板だけでなく、評価用基板に適用することも可能である。

本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板の部分斜視図である。 図１に示すプリント配線基板の部分拡大斜視図である。 図１に示すプリント配線基板の切欠部を中心とした平面図である。 図１に示すプリント配線基板に同軸コネクタを搭載したときの平面および断面図である。 図２，３に示す各位置Ａ〜Ｄでの、電界分布の概念的断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板の平面図および断面図である。 図６に示すプリント配線基板に同軸コネクタを搭載したときの平面および断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るプリント配線基板の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るプリント配線基板の斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係るプリント配線基板の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係るプリント配線基板の平面図である。 表面実装型の同軸コネクタを用いた従来のプリント配線基板の平面図と横断面図である。

符号の説明

１ａ、２１ａ、６１ａ 表層信号配線
１ｂ 内層信号配線
１ｄ 内層線路投影部
１ｅ 中心軸
２ａ、８２ａ コプレーナ接地面
２ｂ 裏面接地面
２ｃ、２２ｃ 表面接地面
２ｄ、２２ｄ 切欠部
３ モード変換部
４、２４、８４ スルーホール
４ａ 被覆
５ａ 第１の誘導体層
５ｂ、６５ｂ、７５ｂ 第２の誘導体層
６５ｓ 斜面
７５ｔ 段差
６、２６ コネクタ取付け部
７、２７ 同軸コネクタ
７ａ，２７ａ 中心導体
７ｂ、２７ｂ 外部接地導体
８、６８、７８ 境界部
８ａ、８ｂ 点
１０、２０、４０ プリント配線基板
５１ 第１のストリップ線路構造
５２ 第２のストリップ線路構造

Claims (11)

1. 積層方向下面に第１の接地面を有する第１の誘導体層の一部と、積層方向上面に第２の接地面を有する第２の誘導体層とが、少なくとも１組、この順序で積層され、該第１の誘導体層の積層方向上面を露出して延びる表層線路と、該第１の誘導体層の積層方向上面を前記第２の誘導体層に覆われて延びる内層線路とを有する信号配線を有するプリント配線基板であって、
   前記第２の接地面は、前記内層線路を前記第２の接地面に積層方向に投影して得られる内層線路投影部を中心に設けられ、該表層線路と該内層線路との境界部から、該境界部から離れる方向に幅が縮小する切欠部を有するプリント配線基板。
2. 前記第１の誘導体層は、前記第２の誘導体層の積層されていない縁部に、該第１の誘導体層を貫通し、内部の少なくとも一部に該第１の誘導体層とコネクタとを接着する接着要素が充填されたスルーホールを有する、請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記第１の誘導体層の積層方向上面に、前記信号配線と分離した第３の接地面をさらに有する、請求項１または２に記載のプリント配線基板。
4. 前記第１の誘導体層の積層方向上面に、前記信号配線と分離した第３の接地面をさらに有し、
   前記第１の誘導体層は、コネクタと接合する縁部に、該第１の誘導体層を貫通し、内壁に前記第１の接地面と前記第３の接地面とを電気的に接続する被覆を有し、内部の少なくとも一部に該第１の誘導体層とコネクタとを接着する接着要素が充填されたスルーホールを有する、請求項２に記載のプリント配線基板。
5. 前記第３の接地面は、前記第２の誘導体層が積層されていない前記第１の誘導体層上では、櫛状に互いに分離した複数の櫛状接地面として設けられ、該櫛状接地面の各々が前記スルーホールを有する、請求項４に記載のプリント配線基板。
6. 前記縁部は、互いに対向する第１、第２の辺と、前記コネクタとの接合部を含み、該第１、第２の辺を結ぶ第３の辺とを有する、請求項２、４、または５に記載のプリント配線基板。
7. 前記縁部は、前記プリント配線基板の内部に設けられた開口部の縁部である、請求項６に記載のプリント配線基板。
8. 前記境界部と接する前記第２の誘導体層の側壁は、該境界部から離れる方向に斜面になっている、請求項１から７のいずれか１項に記載のプリント配線基板。
9. 前記斜面は、複数の段差によって形成されている、請求項８に記載のプリント配線基板。
10. 前記プリント配線基板は高周波素子評価基板である、請求項１から９のいずれか１項に記載のプリント配線基板。
11. 一方の面に接地面を、他方の面に信号配線を有するプリント配線基板と、該接地面と接続する接地導体と該信号配線と接続する中心導体端子とを有する表面実装型の同軸コネクタとの接着方法であって、
    前記第１の誘導体層の、前記接地導体が接合する縁部に、該第１の誘導体層を貫通するスルーホールを設ける工程と、
    前記縁部および前記スルーホールに接して前記同軸コネクタを装着する工程と、
    前記スルーホールの内部の少なくとも一部に前記第１の誘導体層と前記接地導体とを接着する接着要素を充填する工程とを有する、プリント配線基板とコネクタとの接着方法。

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