JP2008028333A - プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の反射特性を向上させ、かつ各層のグラウンドパターンの電位を安定させたプリント配線板を提供する。
【解決手段】上部外層と内層に設けたグラウンドパターン５ａ，５ｂを電気的に接続する貫通スルーホール２と、上部外層から信号パターン４まで掘り込んでなる掘り込み穴部と、掘り込み穴部から下部外層を貫通する貫通穴部とからなり、信号パターン４と下部外層パターンとを電気的に接続する掘り込みスルーホール３とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、高周波信号用のプリント配線板及びその製造方法に関するものである。

高周波信号用のプリント配線板は、高周波信号の伝送路のインピーダンス変化に起因した信号反射が抑制される構造にする必要がある。例えば、プリント配線板に形成した貫通スルーホールに高周波信号用の同軸コネクタのピンを取り付ける場合、雌方の他のコネクタに接続される端部とは反対側のピン端部が、プリント配線板の基板面から突出しないようにする。

このようなピン付きプリント配線板に関する従来の技術としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるものがある。これら文献のプリント配線板では、ピンにスルーホール径より大きいつばを形成しておき、はんだ付け時にスルーホールへの挿入方向に過剰にピンが挿入されても、スルーホール開口周縁部とつばが当接してプリント配線板の基板面から突出しないようにしている。

また、プリント配線板にスルーホールを形成する従来の技術としては、例えば特許文献３に開示されるものがある。この特許文献３では、プリント配線板の上部外層パターン、内層パターン及び下部外層パターンまでを電気的に導通するスルーホールを形成した後、切削加工にて上部外層パターンから内層パターンまでの層を削り、内層パターン及び下部外層パターンを電気的に導通させるスルーホールを形成している。

特許第３７３５０２３号公報 特許第２７９１９９５号公報 特許第３１９４０３５号公報

特許文献１や特許文献２に開示されるプリント配線板では、同軸コネクタのピンがプリント配線板の基板面から突出しないように構成することはできるが、ピンにつばを形成する必要があり、つばのない一般的なピンを利用できないという課題がある。

また、特許文献１では、内層と外層に設けられたグラウンドパターンと、これら内層及び外層のグラウンドパターンに挟まれるように形成された内層の信号パターン（ストリップ線路）とを有するプリント配線板を対象としていない。このため、上部外層パターン、下部外層パターン及び内層パターンを接続する貫通スルーホールを形成して、各層のグラウンドパターンの電位を安定化するという概念が開示されていない。

これに対し、特許文献２には、上部外層パターン、下部外層パターン及び内層パターンを接続する貫通スルーホールにピンを挿入する構造が開示されている。しかしながら、特許文献２の貫通スルーホールは、穴径の異なる貫通スルーホールを有する２枚のプリント配線板をスルーホール中心で位置合わせし、接着剤で貼り合わせて形成している。このため、当該貫通スルーホール内にはんだ等の導体を入れないと、貫通スルーホール内の接着部分において確実な導通が得られない。

また、特許文献２の第３図のように、プリント配線板の表裏に形成した導体パターン間を電気的に接続する貫通スルーホールに、同軸コネクタの芯線等、グラウンド以外の信号伝送用のピンを挿入し、はんだ付けする場合、当該貫通スルーホールに接続する信号パターンが形成された内層から外層の導体パターンまでのスルーホール内壁導体がスタブ（分岐）となってインピーダンスが変化し、高周波信号に関する反射特性が劣化するという課題もある。

同軸コネクタのピンがプリント配線板の基板面から突出しないように構成するため、特許文献３のように、プリント配線板の上部層を削り、残った下層部分に形成したスルーホールにピンを取り付けることが考えられる。

しかしながら、特許文献３では、切削加工により上部層を削り取るので、微小領域において所望の加工精度が得られず、また内層に形成した導体パターンが薄い場合、基板の反りによって導体パターンが露出しなかったり、導体パターンを削り過ぎてしまう可能性がある。

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、高周波信号の反射特性を向上させ、かつ各層のグラウンドパターンの電位を安定させたプリント配線板及び上記不具合のないプリント配線板の製造方法を得ることを目的とする。

この発明に係るプリント配線板は、一方の外層に設けたグラウンドパターンと、内層に設けたグラウンドパターンと、一方の外層と内層との間の層に設けられ、前記グラウンドパターンがそれぞれ上下層に位置する信号伝送用パターンとを備えたプリント配線板において、一方の外層から他方の外層を貫通し、前記グラウンドパターンを電気的に接続する貫通スルーホールと、一方の外層から信号伝送用パターンまで掘り込んでなる掘り込み穴部と、掘り込み穴部から他方の外層を貫通する貫通穴部とからなり、信号伝送用パターンと他方の外層に設けたパターンとを電気的に接続する掘り込みスルーホールとを備えるものである。

この発明によれば、外層と内層に設けたグラウンドパターンを電気的に接続する貫通スルーホールと、一方の外層から信号伝送用パターンまで掘り込んでなる掘り込み穴部と、掘り込み穴部から他方の外層を貫通する貫通穴部とからなり、信号伝送用パターンと他方の外層に設けたパターンとを電気的に接続する掘り込みスルーホールとを備えるので、貫通スルーホールにより各層のグラウンドパターンの電位を安定させることができるという効果がある。また、掘り込みスルーホールに同軸コネクタのピンを取り付けることで、プリント配線板からピンが突出せず、掘り込みスルーホールでは一方の外層のグラウンドパターンと掘り込み穴部とが電気的に接続せず、信号伝送用パターンと他方の外層に設けたパターンとが電気的に接続されることから、内壁導体でスタブ（分岐）が形成されることがなく、高周波信号の反射が低減されるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるプリント配線板を示す上面図であり、プリント配線板の基板１の内層にそれぞれ形成された信号パターン（信号伝送用パターン）４や内層ランド６ａを破線で記載し、これらの位置が視認できるようにしている。図１に示すように、実施の形態１によるプリント配線板では、掘り込みスルーホール３を中心とした円周上に複数の貫通スルーホール２が形成される。

また、各貫通スルーホール２は、高周波信号伝送用のストリップ線路からなる信号パターン４と同一層に形成された内層ランド６ａと電気的に接続しており、基板１の最上層に形成されたグラウンドパターン５ａとも電気的に接続している。掘り込みスルーホール３は、ピン７が挿入されてはんだ８により固定され、さらに基板１の内層に形成されたストリップ線路からなる信号パターン４と電気的に接続している。

図２は、図１中のＡ−Ａ線での断面図であり、図３は、図２中の各層における導体パターンを示す図である。図２及び図３（ａ）に示すように、基板１の最上層（表面）（一方の外層）に相当する第１層には、グラウンドパターン５ａとなる導体のベタパターンが形成されており、貫通スルーホール２及び掘り込みスルーホール３に対応する位置が開口している。

また、図２及び図３（ｂ）に示すように、第１層の直近下層である第２層には、貫通スルーホール２と電気的に接続する内層ランド６ａと、掘り込みスルーホール３と電気的に接続する信号パターン４が形成される。信号パターン４は、Ｌ字状の導体パターンからなり、Ｌ字の一方の端部で掘り込みスルーホール３と接続し、他端が信号の伝送先に接続される（図３（ｂ）参照）。なお、信号パターンは、Ｌ字状の形状でなくても良い。

第２層の直近下層である第３層には、図２及び図３（ｃ）に示すように、グラウンドパターン５ｂとなる導体のベタパターンが形成されており、貫通スルーホール２及び掘り込みスルーホール３に対応する位置が開口している。また、掘り込みスルーホール３の開口径より大径の円状にグラウンドパターン５ｂが削除されており、この基板１の露出部分に掘り込みスルーホール３と電気的に接続する内層ランド６ｂが形成される。

図２及び図３（ｄ）に示すように、基板１の最下層（裏面）に相当する第４層（以下、下部外層と適宜称す）（他方の外層）には、貫通スルーホール２と掘り込みスルーホール３のそれぞれに電気的に接続する下部外層パターンが形成されている。なお、下部外層パターンは、図２に示すように、基板１の裏面上に形成された導体層とその上に積層された銅メッキ層とからなる。

このように、実施の形態１によるプリント配線板は、基板１の第１層と第３層とにそれぞれグラウンドパターン５ａ，５ｂが形成され、第２層の信号パターン４が、グラウンドパターン５ａ，５ｂにより上下層から挟まれた構造を有している。つまり、信号パターン４は、第１層（以下、上部外層と適宜称す）のグラウンドパターン５ａと内層（第２層）のグラウンドパターン５ｂとが上下層に位置するストリップ線路を形成している。

貫通スルーホール２は、上述したように、信号パターン４が電気的に接続される掘り込みスルーホール３の周囲に設けられ、上部外層のグラウンドパターン５ａと内層のグラウンドパターン５ｂとを電気的に接続している。このように構成することにより、掘り込みスルーホール３の深さ方向（ピン７の挿入方向）におけるインピーダンスを、ピン７に接続される高周波配線のインピーダンスに合わせることができる。また、貫通スルーホール２と掘り込みスルーホール３との位置関係は、貫通スルーホール２や掘り込みスルーホール３の径、貫通スルーホール２の数、基板１の比誘電率等に基づいて反射特性が最も良いものを選択する。

なお、図示は省略するが、同軸コネクタにグラウンドピンがある場合、貫通スルーホール２でグラウンドパターン５ａ，５ｂと接続してグラウンド電位を安定化させるため、貫通スルーホール２に当該同軸コネクタのグラウンドピンを取り付ける。この場合、掘り込みスルーホール３と同様に、貫通スルーホール２にグラウンドピンを挿入し、はんだ付けにより固定する。

掘り込みスルーホール３は、スルーホール内壁導体により、図３（ｄ）に示す下部外層パターンから図３（ｂ）に示す内層の信号パターン４までを導通する構造となっている。また、上述したように、掘り込みスルーホール３には、同軸コネクタのピン７を挿入し、はんだ８によりはんだ付けされる。このとき、ピン７は、上部外層から端部が突出しないように予め所定の長さにカットして用いる。

例えば、上部外層のグラウンドパターン５ａの基板１との界面から０．１ｍｍ程度下層側にピン７の端部が位置するように構成する。この場合、グラウンドパターン５ａが形成された上部外層面を電子機器のグラウンドとなる筐体ケースに接触させて、実施の形態１によるプリント配線板を実装する構成にも対応することができる。

なお、図２に示すように、掘り込みスルーホール３における第１層から第２層まで掘り込んだ部分（後述する図４（ｂ）の穴１０）の内壁には、第１層のパターンと第２層の信号パターン４とを電気的に接続する導体層がない。このため、ピン７をはんだ付けするにあたり、第１層から第２層まで掘り込んだ部分の内壁にははんだ８がぬれず、はんだがぬれすぎてピン７の端部がプリント配線板の基板面から突出するようなことがない。

このように、実施の形態１による掘り込みスルーホール３は、基板１において下部外層（第４層）のパターンから内層（第２層）の信号パターン４までを導通する構造であり、かつ、ピン７の長さをカットして雌方の他のコネクタに接続される端部とは反対側のピン端部がプリント配線板の基板面から突出しないようにはんだ付けされる。このため、ピン７及び掘り込みスルーホール３を含む高周波信号の伝送経路において、スタブ（分岐）が発生せず、信号の反射を少なくすることができる。

また、貫通スルーホール２により、信号パターン４を上下層から挟み込む上部外層のグラウンドパターン５ａと内層のグラウンドパターン５ｂとがそれぞれ電気的に接続されているため、グラウンドパターン５ａ，５ｂの電位を安定化することができる。

次に実施の形態１によるプリント配線板の製造方法について説明する。
図４は、実施の形態１によるプリント配線板の製造工程を示す図であり、図４（ａ）に示す工程から図４（ｇ）に示す工程へ製造が進む。なお、図４では、各工程での製造物を、図１中のＡ−Ａ線と同一位置で切断した断面図で表している。

先ず、図４（ａ）の工程において、内層に所定の導電パターンが形成され、表裏面に銅箔等の導体を張付けた多層の基板１に対し、上部外層となる側の表面をエッチングにより銅箔開口部９を形成する。

次に、図４（ｂ）の工程では、銅箔開口部９の部分にレーザを照射して第２層の信号パターン４となる導体パターンが露出するまで基板１の部材を除去し、穴（掘り込み穴部）１０を形成する。このように、本発明では、レーザ出力、パルス幅、ショット数等の条件を適切に設定することにより高い加工精度が得られるレーザ加工を用いるので、信号パターン４となる導体（銅箔）パターンが丁度露出する程度に穴１０を形成できる。

図４（ｃ）の工程では、例えばドリル加工により、貫通スルーホール２となる貫通穴１２、穴１０の底部分から基板１を貫通させた貫通穴（貫通穴部）１１を形成する。なお、貫通穴１１は、図４（ｂ）でレーザにより形成した穴１０の底部分の中央に、穴１０より小さい径で形成される。また、超音波洗浄や高圧水洗等により基板１を洗浄し、ドリル加工による加工カスを取り除いた後、過マンガン酸処理等により、穴壁の銅表面に付着した樹脂を取り除く。

図４（ｄ）の工程では、無電解銅めっきを施して、貫通穴１１，１２の穴壁と基板１の表裏面全面とに銅めっき層１３を形成する。なお、銅めっき層１３の厚さは、例えば０．２〜０．３μｍ程度とする。これにより、穴１０及び貫通穴１１の内壁に銅めっき層１３を有する貫通穴１４が形成される。

図４（ｅ）の工程では、図４（ｄ）で無電解銅めっきを施した穴１０の開口周縁部に対してレーザを照射し、穴１０の開口周縁部に形成された銅めっき層（導体層）１３を除去する。このようにすることで、貫通穴１４において上部外層の導体パターンと内層の導体パターンとが導通しなくなる。

また、上述したように、レーザ加工では、加工条件を適切に調整することで、銅めっき層１３を精度良く除去することができる。例えば、レーザ径を２０〜５０μｍ程度に絞ることで、穴１０の開口部周縁部の銅めっき層１３を除去するにあたり、上部外層に形成された導体パターンが除去されるのを極力抑えることができる。なお、図４（ｅ）の工程におけるレーザ加工精度は、銅めっき層１３のみを正確に除去する程の深さ方向の精度は必要でなく、下地の基板１の絶縁樹脂が若干除去されてもよい。

続いて、図４（ｆ）の工程において、図４（ｅ）の処理を施した基板１に電解めっきを施して、下地に銅めっき層１３が残っている部分のみに銅めっき層１５を形成する。この後、図４（ｇ）の工程で、基板１の表裏面の導体面における不要部分をエッチングにより除去し、所定の導体パターンを形成する。これにより、上部外層のグラウンドパターン５ａと内層のグラウンドパターン５ｂとを電気的に接続する貫通スルーホール２と、上部外層のグラウンドパターン５ａとの電気的接続が無く、下部外層パターンから内層の信号パターン４までを導通する掘り込みスルーホール３とが形成される。

以上のように、この実施の形態１によれば、基板１内層の信号パターン４及び下部外層パターンが電気的に導通する掘り込みスルーホール３と、上部外層、下部外層及び内層における導体パターンを電気的に接続する貫通スルーホール２とを設け、一端が基板１から突出しないように同軸コネクタのピン７を掘り込みスルーホール３に取り付けたので、ピン７を取り付けた掘り込みスルーホール３内の導体にスタブ（分岐）ができず、高周波信号の反射特性を向上させることができる。

また、この実施の形態１によれば、グラウンドパターン５ａ，５ｂを上部外層（第１層）及び内層（第３層）に設けて、内層（第２層）に設けたストリップ線路を形成する信号パターン４を挟み込む構造を有したプリント配線板において、外層及び内層に設けたグラウンドパターンを電気的に接続する貫通スルーホール２を設けたので、各層のグラウンドパターンの電位を安定させることができる。

さらに、レーザ加工により掘り込みスルーホール３を形成するため、切削加工による削りすぎ等が発生しない。

実施の形態２．
上記実施の形態１では内層ランド６ａ，６ｂを設ける構成を示したが、この実施の形態２は、上記実施の形態１と異なり、貫通スルーホール２又は掘り込みスルーホール３と内層の導体パターンとを電気的に接続しない場合において、内層ランド６ａ，６ｂの形成を省略した構成を示す。

図５は、この発明の実施の形態２によるプリント配線板を示す図であり、図１中のＡ−Ａ線と同一位置で切断した断面図である。また、図６は、図５中の各層における導体パターンを示す図である。図５及び図６（ａ）に示すように、基板１の最上層（表面）に相当する第１層には、グラウンドパターン５ａとなる導体のベタパターンが形成されており、貫通スルーホール２及び掘り込みスルーホール３に対応する位置が開口している。

また、実施の形態２によるプリント配線板では、図５及び図６（ｂ）に示すように、第１層の直近下層である第２層において、上記実施の形態１と異なり貫通スルーホール２に電気的に接続する内層ランド６ａが省略されている。なお、上記実施の形態１と同様に、掘り込みスルーホール３と電気的に接続する信号パターン４が形成される。

第２層の直近下層である第３層には、図５及び図６（ｃ）に示すように、グラウンドパターン５ｂとなる導体のベタパターンが形成されており、貫通スルーホール２及び掘り込みスルーホール３に対応する位置が開口している。なお、上記実施の形態１と異なり、掘り込みスルーホール３の開口部において内層ランド６ｂの形成が省略される。

さらに、図５及び図６（ｄ）に示すように、基板１の最下層（裏面）に相当する第４層（以下、下部外層と適宜称す）には、貫通スルーホール２と掘り込みスルーホール３のそれぞれに電気的に接続する下部外層パターンが形成されている。この部分については、上記実施の形態１と同様である。

以上のように、この実施の形態２によれば、貫通スルーホール２又は掘り込みスルーホール３と内層の導体パターンとを電気的に接続しない場合、内層ランド６ａ，６ｂの形成を省略した。このように構成することでも、上記実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに内層のグラウンドパターン５ｂの面積を拡大することができ、グラウンドの強化が可能となる。

この発明の実施の形態１によるプリント配線板を示す上面図である。 図１中のＡ−Ａ線における断面図である。 図２中の各層における導体パターンを示す図である。 実施の形態１によるプリント配線板の製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態２によるプリント配線板を示す図である。 図５中の各層における導体パターンを示す図である。

符号の説明

１ 基板、２ 貫通スルーホール、３ 掘り込みスルーホール、４ 信号パターン（信号伝送用パターン）、５ａ，５ｂ グラウンドパターン、６ａ，６ｂ 内層ランド、７ ピン、８ はんだ、９ 銅箔開口部、１０ 穴（掘り込み穴部）、１１，１４ 貫通穴、１２ 貫通穴（貫通穴部）、１３，１５ 銅めっき層（導体層）。

Claims (4)

1. 一方の外層に設けたグラウンドパターンと、内層に設けたグラウンドパターンと、前記一方の外層と前記内層との間の層に設けられ、前記グラウンドパターンがそれぞれ上下層に位置する信号伝送用パターンとを備えたプリント配線板において、
   前記一方の外層から他方の外層を貫通し、前記グラウンドパターンを電気的に接続する貫通スルーホールと、
   前記一方の外層から前記信号伝送用パターンまで掘り込んでなる掘り込み穴部と、前記掘り込み穴部から前記他方の外層を貫通する貫通穴部とからなり、前記信号伝送用パターンと前記他方の外層に設けたパターンとを電気的に接続する掘り込みスルーホールとを備えたことを特徴とするプリント配線板。
2. 掘り込みスルーホールに挿入され、貫通穴部に充填されたはんだにより、掘り込み穴部側の端部が突出しないように固定されたピンを備えたことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 掘り込みスルーホールを中心とした円周上に複数の貫通スルーホールを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプリント配線板。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のプリント配線板の製造方法において、
   レーザ加工により一方の外層から信号伝送用パターンまで掘り込んで掘り込み穴部を形成するステップと、
   レーザ加工により前記一方の外層の導体パターンと前記掘り込み穴部の内壁とを電気的に接続する導体層を除去するステップとを備えたことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
   

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