JP2006108445A

JP2006108445A - 多層プリント配線板

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Publication number: JP2006108445A
Application number: JP2004294024A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Segawa; 泰弘瀬川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】同心状に形成した多重構造のスルーホールを受動素子の形成に利用する一方、信号のリターンパスの確保または差動信号伝送に利用した多層プリント配線板を得る。
【解決手段】複数枚の基板を積層した多層基板の表面基板および裏側基板の各々の面に形成された回路パターンを接続し、前記表側基板および裏側基板に対し内側の２枚一対の基板面に形成された回路パターンを接続するように内側スルーホール６と外側スルーホール７とを同心状に形成し、これら内側スルーホール６と外側スルーホール７との間に充填材８を充填し、これらスルーホール６，７間の間隔や面積または充填材８の種類の選択により、スルーホール６，７間に所望の容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は多層に形成された回路パターン間を導通させる同心状に配置した多重構造のスルーホールを容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分の形成に利用する一方、信号のリターンパスの確保または差動信号伝送に利用した多層プリント配線板に関するものである。

電子回路の高密度化を可能にした従来の多層プリント配線板として例えば以下のものがある。
従来例その１として、この多層プリント配線板の製造方法に関し、絶縁基板の表裏両面回路を導通するスルーホールと、該スルーホールとは絶縁層を介して同心状の内層スルーホールを生成せしめて４層以上の導体回路が積層されるように多層プリント配線板を製造し、高密度配線に即応するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来例その２として、薄膜コンデンサの形成方法等に関し、非導電性ベース基板の厚さを貫通する複数のスルーホールを形成し、グラウンド通路と電源通路を形成するため、そのスルーホールを１つの導電性物質で充填して薄膜バイパスコンデンサを製造し、これにより、高密度プリント基板の空間を有効使用した薄膜コンデンサの形成を可能にしている（例えば、特許文献２参照）。
上記の他、多層プリント配線板に関する従来技術として下記の特許文献３がある。

特開昭５６−１００４９４号公報特開平６−３１８６７２号公報特開２００３−２４３８３６号公報

従来の多層プリント配線板は以上のように構成され、従来例その１においては、同心状に配置した多重構造のスルーホールにより、４層以上の導体回路を積層した多層プリント配線板の製造を可能にし、高密度配線に即応するようにしており、また、従来例その２においては、スルーホールを１つの導電性物質で充填することにより、高密度プリント配線板の空間を有効使用した薄膜コンデンサの形成を可能にしているが、この多層プリント配線板を使用し、所要のインピーダンス特性を備えた回路を形成するためには、コンデンサ、抵抗およびインダクタンス等の多くの受動素子を回路中に別途設けが必要があり、回路の高密度化を未だ妨げているという問題があった。
また、従来においては、多重構造のスルーホールは単に回路間の導通を目的として使用され、回路の電気的特性を安定または性能向上させる目的としての使用は殆ど考慮されていなかったという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、多重構造のスルーホールを活用して容量成分（コンデンサ）のみならず抵抗成分およびインダクタンス成分等の受動素子成分を形成するようにするとともに、多重構造のスルーホールを回路の電気的特性の安定化または性能向上に使用するようにした多層プリント配線板を得ることを目的とする。

この発明に係る多層プリント配線板は、多層基板の表側および裏側各々の基板面に形成された回路パターンを接続し、前記表側および裏側の各基板に対し、内側の２枚一対の基板面に形成された回路パターンを接続し、前記内側の２枚一対の基板に対しさらに内側の２枚一対のｌ基板面に形成された回路パターンを接続するように同心状に２重または多重に形成された複数のスルーホールと、前記複数のスルーホール各々間に充填して受動素子を形成させる充填材とを備えたものである。

この発明によれば、同心状に形成した複数のスルーホールにより多層基板の回路パターンをそれぞれ接続するとともに、これら複数のスルーホール間に例えば導電性物質等の充填材を充填し、容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成するように構成したので、複数のスルーホールそれぞれの形状または充填材の種類の選択により、所望値の受動素子成分を形成でき、これにより、従来は別個に実装していた受動素子を不要にすることができる。
また、スルーホールを同心状に複数形成した多重構造および上記充填材を充填する構成により、このスルーホールを含む回路の特性インピーダンスを調整でき、使用周波数等に適合した回路を形成することができる。
また、充填材の種類の選択により、各スルーホールに接続された回路同士を結合することができ、同一目的の回路をこれらスルーホールを介し形成することができる。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による多層プリント配線板における多重構造スルーホールの説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
図１（ａ），（ｂ）において、図の上側を「表側」、下側を「裏側」とした場合、複数枚の基板を積層した多層プリント配線板（基板）は、表側の基板面に回路パターン１ａ（第１の回路パターン）を形成する表面層銅箔（以下、「表側表面層銅箔」とする）１および裏側の基板面に回路パターン２ａ（第２の回路パターン）を形成する表面層銅箔（以下、「裏側表面層銅箔」とする）２とからなる外層部分と、前記表側の基板に寄った内側の基板面に内層回路パターン３ａ（第３の回路パターン）を形成する内層銅箔（以下、「表側内層銅箔」とする）３および前記裏側の基板に寄った内側の基板面に内層回路パターン４ａ（第４の回路パターン）を形成する内層銅箔（以下、「裏側内層銅箔」とする）４とからなる内層部分とをそれぞれ図示のように絶縁体５を挟んで積層し形成している。

また、上記表側表面層銅箔１と裏側表面層銅箔２とは導体からなる内側スルーホール（別呼称；バイアホール、ビア）６で導通状態に接続され、さらに、上記表側内層銅箔３と裏側内層銅箔４とも導体からなる中空状の外側スルーホール７で同じように導通状態に接続されている。これら内側スルーホール６と外側スルーホール７とは同心状の位置関係にあり、２重構造のスルーホールを形成している。また、外側スルーホール７は、前記表側基板および裏側基板に対し内側の２枚の基板を一対にして各々の基板面に形成された回路パターンを接続する。
このように同心状に形成した内側スルーホール６と外側スルーホール７との間に誘電体素材または絶縁体等の充填材８を充填する。これら内側スルーホール６と外側スルーホール７とを電極（端子）とし、これら電極間に充填する充填材とにより、容量成分（コンデンサ）、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成させる。この場合、どの成分を形成するかについては充填材８の種類で設定する。

次に、上記図１の構成におけるコンデンサの形成について図２で説明する。
図２はコンデンサの原理説明図である。
図２において、コンデンサは、平行な２つの電極板Ａ，Ｂ間に電圧Ｖ（ボルト）を印加するとこれら電極板Ａ，Ｂ間に電荷Ｑが蓄えられる。この電荷Ｑ（クーロン）は、コンデンサの静電容量をＣとすれば、「Ｑ＝Ｃ×Ｖ」であり、例えば１Ｖの電圧を加えて１Ｑの電荷が蓄えられたときの静電容量Ｃは１Ｆ（ファラッド）である。
また、図２に示すコンデンサの静電容量Ｃは下記式で表せる。
Ｃ＝（８．８５４×εｓ×Ｓ）／ｔ［ｐＦ］（１）
ここで、「８．８５４」は真空中の誘電率（εｏ）、εｓは電極板Ａ，Ｂ間の媒質（誘電体）の比誘電率、Ｓは電極板Ａ，Ｂの各面積、ｔは電極板Ａ，Ｂ間の誘電体の厚さ（電極板間距離）である。

図１で説明したように、２重化した同心状の内側スルーホール６と外側スルーホール７との間（積層間）の部分に誘電体素材または絶縁体を充填することにより、コンデンサ素子（容量成分）を形成できる。この図１の構成に上記図２のコンデンサの原理を当てはめると、図１の内側スルーホール６と外側スルーホール７との間に充填する誘電体素材等の充填材８の比誘電率εｓ、内側および外側のスルーホール６，７径の表面積、２重構造の内側スルーホール６と外側スルーホール７間の差（間隔）がそれぞれ図２（式（１））のεｓ、Ｓ、ｔに対応し、これら構造上のパラメータεｓ、Ｓ、ｔでコンデンサの静電容量が決定され、これらパラメータを設定または変更することにより、静電容量を設定または変更できる。
また、内側スルーホール６と外側スルーホール７の形状や間隔は一定とした場合であっても、比誘電率εｓの異なる充填材８を充填することにより、異なる静電容量のコンデンサを形成できる。

この充填材８となる誘電体材料としては、比誘電率εｓが高いほど静電容量Ｃを大きくできる。例えば代表的な高誘電率素材としては、チタン酸バリウム、酸化タンタル、チタン酸ストロンチウム、酸化チタンなどが挙げられる。
また、図１のように２重構造のスルーホールで形成したコンデンサは単なるコンデンサでなく、構造上貫通構造になっているため、貫通コンデンサ、ＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；電磁干渉）フィルタとしての機能を持つことが可能である。これらの素子は一般的にノイズフィルタとしての機能があり、基板パターン途中の適切な位置にこのスルーホールを介することのよってノイズ低減を行うことが可能になる。

上記説明においては主にコンデンサの形成について説明したが、内側スルーホール６と外側スルーホール７の間に充填する充填材８の種類を選択することにより、抵抗成分またはインダクタンス成分を形成することが可能である。
以上説明のように、多重構造スルーホールに容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分を形成することはコンデンサ、抵抗およびインダクタンス等の受動素子を基板内に組込んだことと等しく、この結果、従来は別個に実装していた実装部品の削減が可能となり、基板の高密度化が可能となる。
また、図１の構成を拡張してスルーホール構造を３重（層）以上にし、充填材８の種類などの前記構造上のパラメータ（εｓ、Ｓ、ｔ）を適宜設定することにより、異なる静電容量Ｃのコンデンサや抵抗素材等の組み合わせを構成できる。例えば、コンデンサと抵抗との直列成分を持つ多重構造スルーホールの形成が可能である。

次に、２重構造スルーホールの特性インピーダンスの制御について説明する。
図３はドライバとレシーバ間の信号伝送の説明図である。
図３において、ドライバ１１より出力された信号を伝送線路１２および伝送線路１３を経てレシーバ１４へ伝送するとし、伝送線路１２の特性インピーダンスをＺ１、伝送線路１３の特性インピーダンスをＺ２（≠Ｚ１）とした場合、ドライバ１１の出力インピーダンスまたはレシーバ１４の入力インピーダンスと異なる特性インピーダンスの伝送線路１２，１３を経由すると、インピーダンスの不整合によりドライバ１１の近端（Ａ）、伝送線路１２，１３の接続点（Ｂ）およびレシーバ１４の近端（Ｃ）において図示のように反射が起こり多重反射として波形が乱れる。例えば矩形波伝送の場合、ドライバ１１の入力端ではオーバーシュートやリンギングの発生した波形となる場合がある。このインピーダンスの不整合はスルーホール自体についても例外ではなく、従来のスルーホールは特性インピーダンスの制御が困難なために、スルーホールを経由すると反射が生じていた。
これに対し、図１の構成の２重構造スルーホールは特性インピーダンスの制御が可能となる。

図４は同軸線路の断面図である。図４において外部導体１５の内径をＤ、内部導体１６の外形をｄ、外部導体１５と内部導体１６間の媒質（充填材）１７の比誘電率をεｓ、この同軸線路の特性インピーダンスをＺｏとした場合、特性インピーダンスＺｏは下記式で表せる。
Ｚｏ＝（１３８／εｓ^１／２）｛ｌｏｇ_１０（Ｄ／ｄ）｝（２）
上記Ｚｏの計算式に図１の２重構造スルーホールを当てはめると、εｓは内側スルーホール６と外側スルーホール７との間に充填する充填材８の比誘電率であり、Ｄは外側スルーホール７の内径であり、ｄは内側スルーホール６の外形であり、従って、２重構造スルーホールの特性インピーダンスは充填材８の比誘電率εｓと、内外部の導体径Ｄ，ｄの比率から決定されることがわかり、スルーホール形成時のスルーホール径と充填素材を調整することにより、２重構造スルーホールの特性インピーダンスを制御することが可能となる。
上記のように２重構造スルーホールの特性インピーダンスを制御することにより、前記図３で説明した、異なる特性インピーダンスに起因する反射を防ぐことが可能となり、インピーダンスマッチングによる高速回路を実現できる。

次に、図１の構造を有する多層プリント配線板の製造方法（工程）について図５乃至図８で説明する。
図５乃至図８は図１の構造を有する多層プリント配線板の製造工程説明用の横断面図［（１）〜（１４）］または平面図［（４ａ），（１１ａ）］であり、図５乃至図８で一連の製造工程を示し、図５より開始し図８で終了する。
図５において、図５（１）は未加工の両面銅張り積層板２１を示し、基板絶縁材２１ａの表面および裏面それぞれに銅箔２１ｂ，２１ｃを有している。
図５（２）は前記（１）の両面銅張り積層板２１に1つ目のスルーホールを形成するための穴２２をあける「穴あけ」の工程を示す。
図５（３）は前記（２）の工程処理後に、残存している表面および裏面それぞれの銅箔２１ｂ，２１ｃを接続し導通させるための「導通メッキ」２３の処理を施す工程を示す。この導通メッキ２３の処理により1つ目のスルーホールが形成される。

この図５（３）と図１との関係については、銅箔２１ｂ部分に導通メッキ２３の処理を施した状態のものが図１の表側内層銅箔３に該当し、銅箔２１ｃ部分に導通メッキ２３の処理を施した状態のものが図１の裏側内層銅箔４に該当し、銅箔２１ｂと銅箔２１ｃとを接続している導通メッキ２３部分が図１の外側スルーホール７に該当する。また、図１の表側内層銅箔３と裏側内層銅箔４との間の絶縁体５は図５の基板絶縁材２１ａである。
図５（４）は前記（３）の工程処理後に、穴２２の部分に誘電体素材または絶縁体等の充填材２４を充填する工程を示す。この充填材２４は図１の充填材８を意味する。
この図５（４）の円筒部分についての平面図を図５（４ａ）に示す。この図５（４ａ）は導通メッキ２３が施されたスルーホールに充填材２４が充填された状態を示している。
以下、図６へ移る。

図６（５）は前記（４）の工程処理後に、所要の回路パターンを生成するためのフィルム（ドライフィルム等）２５を両面銅張り積層板２１の表面および裏面それぞれに張り付ける工程を示す。
図６（６）は前記（５）の工程処理後に、露光およびエッチングの処理を施す工程を示す。この工程により、所要の回路パターンが両面銅張り積層板２１の表面の銅箔２１ｂおよび裏面の銅箔２１ｃに形成される。この図６（６）においては、図中の符号２６の部分がエッチング箇所を示す。
図６（７）は前記（６）の工程処理後に、ドライフィルム等のフィルム２５を剥離する工程を示す。この工程において両面銅張り積層板２１に対する回路パターンの生成が終了する。
図６（８）は前記（７）の工程処理後の両面銅張り積層板２１の表裏各面に対し、基板絶縁材２７ａに銅箔２７ｂを施した片面銅張り基板材２７および基板絶縁材２８ａに銅箔２８ｂを施した片面銅張り基板材２８を積層プレスする処理を行う工程を示す。
以下、図７へ移る。

図７（９）は前記（８）の工程処理後に、２つ目のスルーホールを形成するための穴２９をあける「穴あけ」の工程を示す。この穴２９は工程（２）の穴２２と同心の位置関係にする。
図７（１０）は前記（９）の工程処理後に、残存している表面および裏面それぞれの銅箔２７ｂ，２８ｂを接続し導通させるための「導通メッキ」３０の処理を施す工程を示す。この導通メッキ３０の処理により2つ目のスルーホールが形成される。この2つ目のスルーホールは工程（３）の１つ目のスルーホールと同心である。
この図７（１０）と図１との関係については、銅箔２７ｂ部分に導通メッキ３０の処理を施した状態のものが図１の表側表面層銅箔１に該当し、銅箔２８ｂ部分に導通メッキ３０の処理を施した状態のものが図１の裏側表面層銅箔２に該当し、銅箔２７ｂと銅箔２８ｂとを接続している導通メッキ３０部分が図１の内側スルーホール６に該当する。

また、図１の表側表面層銅箔１と表側内層銅箔３との間の絶縁体５は図６の基板絶縁材２７ａであり、裏側表面層銅箔２と裏側内層銅箔４との間の絶縁体５は図６の基板絶縁材２８ａである。
なお、図７（１０）中の図５（３）で説明した部分については省略する。
図７（１１）は前記（１０）の工程処理後に、穴２９の部分に誘電体素材または絶縁体等の充填材３１を充填する工程を示す。
この図７（１１）の円筒部分についての平面図を図７（１１ａ）に示す。この図７（１１ａ）は導通メッキ３０が施されたスルーホールに充填材３１が充填された状態を示している。なお、図７（１１ａ）中の図５（４ａ）で説明した部分については省略する。
以下、図８へ移る。

図８（１２）は前記（１１）の工程処理後に、所要の回路パターンを生成するためのフィルム（ドライフィルム等）３２を片面銅張り基板材２７および片面銅張り基板材２８それぞれに張り付ける工程を示す。
図８（１３）は前記（１２）の工程処理後に、露光およびエッチングの処理を施す工程を示す。この工程により、所要の回路パターンが片面銅張り基板材２７の銅箔２７ｂおよび片面銅張り基板材２８の銅箔２８ｂに形成される。この図８（１３）においては、図中の符号３３の部分がエッチング箇所を示す。
図８（１４）は前記（１３）の露光およびエッチング工程処理後に、ドライフィルム等のフィルム３２を剥離する工程を示す。この工程において片面銅張り基板材２７，２８に対する回路パターンの生成が終了し、全工程を終了する。この図８（１４）から充填材３１を除外したものが図１の多層プリント配線板であり、図１に示した２重構造スルーホール間に誘電体素材等を充填した多層プリント配線板が製造されることとなる。
これにより、数式１で説明した所望静電容量値のコンデンサや所望値の抵抗またはインダクタンス等の受動素子が組込まれ、また、式（２）で説明した所望の特性インピーダンスに調整された２重構造スルーホールを備えた多層プリント配線板が得られることとなる。

スルーホールを２重構造とする場合、図８（１４）までの工程で製造可能である。この場合、充填材３１は基本的には不要であり、充填しなくてもよい。
これに対し、スルーホールを３重構造以上の多重構造とする場合、図８（１４）の工程処理したものについて再度、図６（８）から図８（１４）の工程を繰り返せばよい。例えば、図６（８）から図８（１４）の工程を２度繰り返すことで３重構造のスルーホールを形成できることとなる。

以上のように、この実施の形態１によれば、内側スルーホール６と外側スルーホール７とを同心状に形成し、表側表面層銅箔１と裏側表面層銅箔２とを内側スルーホール６で接続し、表側内層銅箔３と裏側内層銅箔４とを外側スルーホール７で接続し、これら内側スルーホール６と外側スルーホール７との間に充填材８を充填し、これらスルーホール間に容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成させるように構成したので、内側スルーホール６と外側スルーホール７間の間隔や面積または充填材８の種類等の構造上のパラメータの選択により、所望値の受動素子成分を形成でき、これにより、従来は別個に実装していた受動素子（実装部品）を不要にすることができ、プリント配線板の高密度化および小形化が可能となる。

また、内側スルーホール６と外側スルーホール７とを同心状に配置した多重構造および充填材８を充填する構成により、これら内側スルーホール６および外側スルーホール７を含む回路の特性インピーダンスを調整でき、使用周波数等に適合し、信号反射を防止した回路を形成することができる。
また、充填材８の種類の選択により、内側スルーホール６および外側スルーホール７それぞれに接続された回路同士を結合することができ、同一目的の回路をこれらスルーホール６，７を介し形成することができる。なお、前記特許文献１等の従来における２重構造スルーホールは、スルーホール間が絶縁層のため、２重構造スルーホールのそれぞれに接続された回路は結合されることはなく、互いに目的を異にした別個の回路関係にある。

また、図１のように２重構造のスルーホールで形成したコンデンサは単なるコンデンサでなく、構造上貫通構造になっているため、ＥＭＩフィルタとしての機能を有し、基板パターン途中の適切な位置にこのスルーホールを介することのよってノイズフィルタとして作用し、ノイズを低減することができる。
また、図５乃至図８で説明したこの多層プリント配線板の製造工程において、工程（８）から工程（１４）を繰り返すことで３重構造以上のスルーホールを形成でき、充填材８の種類などの構造上のパラメータを適宜設定することにより、異なる静電容量Ｃのコンデンサや抵抗素材等の組み合わせを構成できる。例えば、コンデンサと抵抗との直列成分を持つ多重構造スルーホールの形成が可能となる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による多層プリント配線板におけるリターンパス確保の説明図であり、図１の表側表面層銅箔１（第１の回路パターン）、裏側表面層銅箔２（第２の回路パターン）、表側内層銅箔３（第３の回路パターン）および裏側内層銅箔４（第４の回路パターン）の４層の導電部分を、１層（Ｓａ：表側表面層銅箔１）、２層（Ｓｂ：表側内層銅箔３）、３層（Ｓｃ：裏側内層銅箔４）、４層（Ｓｄ：裏側表面層銅箔２）へ割り当て、層間の絶縁体５については省略して描いたものである。
実施の形態１による多層プリント配線板は、２重構造のスルーホール間に誘電体等の充填材８を充填し、容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成するようにしたものである。
これに対し、この実施の形態２による多層プリント配線板は、２重構造のスルーホールをリターンパス確保に利用したものであり、回路動作の安定化を図ったものである。

一般的動作として、ドライバ等の信号源からの信号は信号線等の信号経路を経てレシーバ等の被供給側へ送られ、このレシーバ等の被供給側よりリターンパス（通常、接地経路）を経て信号源へ戻る。この場合、リターンパスは迂回経路とならないようにする必要がある（後述）。
図９において、２重構造スルーホールの中の内側スルーホール４１は信号の層Ｓａと層Ｓｄに接続し、外側スルーホール４２はグランド（ＧＮＤ）の層Ｓｂと層Ｓｃに接続し、信号の層Ｓａ，Ｓｄとグランドの層Ｓｂ，Ｓｃとを常に隣接させたペアで配線するようにする。これにより、図示矢印の方向に流れる信号電流Ｉｓに対するリターン電流Ｉｒは常に信号電流Ｉｓとペア状態で図示矢印の方向に流れ、電流経路の分断によるリターン電流Ｉｒの迂回が回避され、適正なリターンパスが確保されることとなる。

次に、多層プリント配線板におけるリターンパス確保の必要性について説明する。
一般的に、周波数の高い領域では信号電流に対するリターン電流は信号線に沿って流れ、この経路がリターンパスとなる。これは、インダクタンス成分が最小になるような経路を選ぶようになるためである。このリターン電流の一例について図１０で説明する。
図１０は高周波時における電流リターンパスの説明図である。
図１０において、端子５１は例えばドライバ等の高周波信号源が接続される出力端子、端子５２は例えばレシーバ等の被供給側への入力端子とし、端子５１からの高周波信号がドライバゲート５３、信号線５４および負荷５５を経て端子５２へ流れるとした場合、端子５２から端子５１へ流れる高周波のリターン電流の経路（リターンパス）は積層中のＰ１またはＰ２またはＰ３のように、信号線５４に沿った経路となる。
なお、信号周波数が低い場合には、上述のインダクタンス成分よりも抵抗値が小さいパスを選ぶため、そのリターンパスは最短パスとなる。

以上説明のリターン電流の経路（リターンパス）が適切に確保されていない場合、リターン電流は迂回した経路を流れることとなり、この結果、例えばＥＭＩノイズとして悪影響を及ぼし、また、回路の高速化を妨げる。
ところで、信号線を従来の１重のスルーホールで切り替えた場合、図１１に示すような不都合が生じる。ここで、図１１はスルーホール使用によるリターンパス分断の説明図である。
図１１において、信号の層ＳａとＳｄとを１重のスルーホール６１で接続した場合、信号電流Ｉｓは図示矢印の方向に流れるが、この信号電流Ｉｓに対するリターン電流Ｉｒの経路（リターンパス）はスルーホール６１のために分断され、前記図９で説明した信号電流Ｉｓとペア状態で流れることができなくなる。この結果、リターン電流Ｉｒは迂回した経路を流れ、前述のように例えばＥＭＩノイズとして悪影響等を及ぼすこととなる。
これに対し、前記図９の構成においてはリターンパスが確保でき、リターン経路の分断が防止され、これにより、前述のようなＥＭＩノイズとして悪影響を及ぼすことがなく、また、回路の高速化も可能となる。

以上説明のリターンパス確保においては、２重構造スルーホールの内側スルーホール４１と外側スルーホール４２との間の充填材８の有無は関係しないが、所要種類の充填材８を充填し、実施の形態１で説明した容量成分、抵抗成分またはインダクタンス成分等の受動素子成分を形成するようにしてもよい。この場合、２重構造のスルーホールはリターンパスの確保と受動素子成分形成の２機能について利用することとなる。

以上のように、この実施の形態２によれば、２重構造スルーホールの中の内側スルーホール４１と外側スルーホール４２とにより、信号の層Ｓａ，Ｓｄとグランドの層Ｓｂ，Ｓｃとを常に隣接させたペアで配線するように構成したので、信号電流Ｉｓに対するリターン電流Ｉｒは常に信号電流Ｉｓとペア状態の経路で流れ、電流経路の分断によるリターン電流Ｉｒの迂回が回避され、適正なリターンパスを確保することができる。この結果、例えばＥＭＩノイズとして悪影響を及ぼすといった問題の発生を防止し、回路動作を安定化することができる。
また、リターン電流Ｉｒの迂回の回避により、回路の高速化が可能となる。

実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３による多層プリント配線板における差動信号伝送の説明図である。なお、導電部分の１層（Ｓａ）〜４層（Ｓｄ）の意味については実施の形態２で説明した図９と同様である。
この実施の形態３による多層プリント配線板は、２重構造のスルーホールを差動信号伝送に利用したものであり、回路動作の性能向上を図ったものである。
一つの信号に対して２本の線を使用し、この一つの信号を「＋信号」と「−信号」の差動（ディファレンシャル）関係の信号形態にしてこれら２本の線で伝送する差動信号伝送方式はノイズに各段に強いという特徴がある。
図１２はこの差動信号伝送を２重構造のスルーホールで実現したものであり、２重構造スルーホールの中の内側スルーホール７１は層Ｓａと層Ｓｄに接続し、外側スルーホール７２は層Ｓｂと層Ｓｃに接続し、差動信号の「＋信号」は例えば層Ｓａ，Ｓｄで伝送し、「−信号」は層Ｓｂ，Ｓｃで伝送する。このように、２重構造の内側および外側の各スルーホールを２本（ペア）の差動信号伝送線路へ割り当て利用することにより多層プリント配線板において差動信号の伝送が可能となる。

次に、差動信号伝送の基本構成について図１３で説明する。図１３は差動信号伝送の原理図であり、（ａ）は基本構成図、（ｂ）は波形図例１、（ｃ）は波形図例２を示す。
差動信号伝送は前述のように、一つの信号に対して２本の線を使用し、例えばそれらの電位差がプラス（＋）であれば「Ｈ（ハイレベル）」、マイナス（−）であれば「Ｌ（ローレベル）」とする方式であり、この方式に基づき一つの信号を「＋信号」と「−信号」の差動関係の信号形態にして２本の線で伝送する。
図１３は、信号源としてのドライバ８１から信号受信するレシーバ８２へ２本の信号線８３，８４で信号伝送する構成を示し、これら２本の信号線８３，８４で「＋信号」および「−信号」を伝送する。
上記構成におけるドライバ８１の入力信号Ｓｉを矩形波とした場合、２本の信号線８３，８４（伝送メディア）上の信号およびレシーバ８２の出力信号Ｓｏは図１３（ｂ）に示す波形となり、信号線８３が信号「＋信号」のＳａを伝送し、信号線８４が信号「−信号」のＳｂを伝送する。これら差動関係にある伝送信号Ｓａおよび伝送信号Ｓｂをもとにレシーバ８２は入力信号Ｓｉと同じ波形の矩形波を出力信号Ｓｏとして再生する。

このように伝送することにより、例えば図１３（ｃ）に示すようにノイズ成分Ｎが伝送信号Ｓａ，Ｓｂに重畳した場合にも伝送される信号Ｓａ，Ｓｂが互いに差動関係にあることよりキャンセルされ、レシーバ８２の出力信号Ｓｏはノイズ成分Ｎの影響を受けないこととなる。このように、差動信号伝送方式は耐ノイズ性に優れている。
上述の耐ノイズ性に優れた差動信号伝送をプリント基板上で実現する主な方法を図１４に示す。図１４は差動伝送路の構造例の説明図であり、（ａ）はマイクロストリップ線路、（ｂ）はストリップ線路、（ｃ）はデュアルストリップ線路を示す。
差動信号伝送をプリント基板上で実現する場合、その一つの方法として、図１４（ａ）に示すマイクロストリップ構造による表面層を使用して作成する。差動信号線の特性インピーダンスは並走する２本のパターン９１，９２の幅Ｗと空間距離Ｌで制御する。この場合、接続状況が複雑であったり、ノイズ耐性面の特別の事情があれば内層を使用した図１４（ｂ）のようなストリップ構造を使用する。このような内層を使用する場合、または対の表面層（図示せず）使用する場合にはスルーホールが必要である。

上記スルーホールの構造例を図１５に示す。図１５は差動スルーホールの構造例の説明図であり、（ａ）は差動スルーホール構造の斜視図、（ｂ）は差動スルーホール構造の平面図である。
図１５（ａ），（ｂ）に示すように、多層プリント配線板の上部側回路パターンと下部側回路パターンとを２つのスルーホール１０１，１０２で接続し、「＋信号」および「−信号」の差動信号を伝送する２本の伝送線路を形成している。この場合、差動スルーホールの伝送線路としての特性インピーダンスを決める要素はスルーホールの直径ｄ、接地層の開口部の間隔（ギャップ）Ｇおよび差動スルーホールの間隔（スルーホールピッチ）Ｐの他に多くの要素が関係する。従って、図１５のようなパターン構造およびスルーホール構造の設計は容易ではない。また、２つのスルーホール１０１，１０２による基板占有面積も大きくなる。

これに対し、前記図１２の２重構造スルーホールを使用した形態においては、図１４（ｃ）のデュアルストリップ線路に代表される縦列並走形式の線路引き回しが可能である。即ち、図１２の形態においては、例えば「＋信号」を伝送する層Ｓａと「−信号」を伝送する層Ｓｂとは上下層（配線板厚み方向）の関係にあり、図１４（ｃ）と同様の縦列並走形式の伝送線路を形成している。これにより、図１２の２重構造スルーホールを使用した形態は、図１５のような２つのスルーホールを並設する形態に比し差動信号線の基板占有面積を小さくでき、また、少ない面積で層の切り替えができる。
また、図１２の形態は図１５の形態に比し、スルーホール部分のインピーダンス制御が容易であり、従って、このインピーダンス制御の設計も容易となり、設計の単純化が可能となる。
また、図１２の形態は、２重構造スルーホールによる配線長の低減と縦列並走形式のパターンレイアウトから信号品質の確保が容易となる。

以上説明の差動信号伝送においては、実施の形態２と同様に、２重構造スルーホール７１，７２間の充填材８の有無は関係しないが、所要種類の充填材８を充填し、所望の受動素子成分を形成するようにしてもよい。この場合、２重構造のスルーホールは差動信号伝送と受動素子成分形成の２機能について利用することとなる。

以上のように、この実施の形態３によれば、２重構造スルーホールの中の内側スルーホール７１は層Ｓａ，Ｓｄに接続し、外側スルーホール７２は層Ｓｂ，Ｓｃに接続し、差動信号の「＋信号」は例えば層Ｓａ，Ｓｄで伝送し、「−信号」は層Ｓｂ，Ｓｃで伝送するように２重構造の内側および外側の各スルーホールを２本の差動信号伝送線路へ割り当てるように構成したので、耐ノイズ性に優れた差動信号の伝送が多層プリント配線板において可能となる。

また、内側スルーホール７１と外側スルーホール７２とからなる２重構造スルーホールの形態により、「＋信号」を伝送する層Ｓａ，Ｓｄと「−信号」を伝送する層Ｓｂ，Ｓｃとが上下層（配線板厚み方向）の関係になる縦列並走形式の伝送線路を形成するので、「＋信号」用と「−信号」用の２つのスルーホールを並設する従来の形態に比し差動信号線の基板占有面積を小さくできるとともに、少ない面積で層の切り替えができ、さらに、この２重構造スルーホールにより、配線長を低減し、縦列並走形式のパターンレイアウトにより信号品質の確保が容易となる。
また、この差動信号伝送においても、スルーホール７１，７２部分のインピーダンス制御が容易であり、これにより、インピーダンス制御の設計も容易となり、差動信号設計を単純化し効率化することができる。

この発明の実施の形態１による多層プリント配線板における多重構造スルーホールの説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。コンデンサの原理説明図である。ドライバとレシーバ間の信号伝送の説明図である。同軸線路の断面図である。この発明の実施の形態１による多層プリント配線板の製造工程説明用の横断面図（一部、平面図含む１）である。図５に続くこの発明の実施の形態１による多層プリント配線板の製造工程説明用の横断面図（一部、平面図含む１）である。図６に続くこの発明の実施の形態１による多層プリント配線板の製造工程説明用の横断面図である。この発明の実施の形態２による多層プリント配線板におけるリターンパス確保の説明図である。この発明の実施の形態２による多層プリント配線板におけるリターンパス確保の説明図である。高周波時における電流リターンパスの説明図である。スルーホール使用によるリターンパス分断の説明図である。この発明の実施の形態３による多層プリント配線板における差動信号伝送の説明図である。差動信号伝送の原理図であり、（ａ）は基本構成図、（ｂ）は波形図例１、（ｃ）は波形図例２である。差動伝送路の構造例の説明図であり、（ａ）はマイクロストリップ線路、（ｂ）はストリップ線路、（ｃ）はデュアルストリップ線路を示す図である。差動スルーホールの構造例の説明図であり、（ａ）は差動スルーホール構造の斜視図、（ｂ）は差動スルーホール構造の平面図である。

符号の説明

１表側表面層銅箔、２裏側表面層銅箔、３表側内層銅箔、４裏側内層銅箔、５絶縁体、６内側スルーホール、７外側スルーホール、８充填材、１１ドライバ、１２，１３伝送線路、１４レシーバ、１５外部導体、１６内部導体、１７媒質（充填材）、２１両面銅張り積層板、２１ａ基板絶縁材、２１ｂ，２１ｃ銅箔、２２穴、２３導通メッキ、２４充填材、２５フィルム、２７，２８片面銅張り基板材、２７ａ，２８ａ基板絶縁材、２７ｂ，２８ｂ銅箔、２９穴、３０導通メッキ、３１充填材、３２フィルム、４１内側スルーホール、４２外側スルーホール、５１，５２端子、５３ドライバゲート、５４信号線、５５負荷、６１スルーホール、７１内側スルーホール、７２外側スルーホール、８１ドライバ、８２レシーバ、８３，８４信号線、１０１，１０２スルーホール。

Claims

複数枚の基板を積層した多層基板の表側基板および裏側基板の各々の面に形成された回路パターンを接続し、前記表側基板および裏側基板に対し内側の２枚一対の基板面に形成された回路パターンを接続し、前記内側の２枚一対の基板に対しさらに内側の２枚一対の基板面に形成された回路パターンを接続するように同心状に２重または多重に形成された複数のスルーホールと、
前記複数のスルーホール各々間に充填して受動素子を形成させる充填材とを備えた多層プリント配線板。
複数枚の基板を積層した多層基板の表側基板面に形成された第１の回路パターンと裏側基板面に形成された第２の回路パターンとを接続する内側スルーホールと、
前記表側基板に対し内側の基板面に形成され、前記第１の回路パターンと信号上ペアとなる第３の回路パターンと前記裏側基板に対し内側の基板面に形成され、前記第２の回路パターンと信号上ペアとなる第４の面回路パターンとを接続し、前記内側スルーホールと同心状に形成した外側スルーホールとを備えた多層プリント配線板。