JP2010161402A - Multilayer printed circuit board, and multilayer printed circuit board device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品が実装される多層プリント配線基板、及び前記電子部品が実装された多層プリント配線基板装置に関するものである。 The present invention relates to a multilayer printed wiring board on which electronic components are mounted, and a multilayer printed wiring board device on which the electronic components are mounted.
一般に、多層プリント配線基板は、電源プレーン（電源層）、グランドプレーン（グランド層）および信号プレーン（信号層）が絶縁基材からなる絶縁層を介して積層されている。電源プレーンおよび／またはグランドプレーンは、ベタパターンとされる場合がある（例えば、特許文献１〜１２参照）。 In general, in a multilayer printed wiring board, a power plane (power layer), a ground plane (ground layer), and a signal plane (signal layer) are laminated via an insulating layer made of an insulating base material. The power plane and / or ground plane may be a solid pattern (see, for example, Patent Documents 1 to 12).
かかる多層プリント配線基板は、一般に、製造装置を用いて同一仕様のものが大量生産されている。
しかしながら、多層プリント配線基板を同一仕様で生産しても、個体差が生じるものである。特に、多層プリント配線基板の各導体層間（例えば、電源プレーンとグランドプレーン間）および表面の絶縁層の厚さ、いわゆる層間厚にバラツキが生じると、多層プリント配線基板の実効比誘電率にバラツキが生じる。
Such multilayer printed wiring boards are generally mass-produced with the same specifications using a manufacturing apparatus.
However, even if a multilayer printed wiring board is produced with the same specifications, individual differences occur. In particular, if the thickness of each conductor layer (for example, between the power plane and the ground plane) of the multilayer printed wiring board and the thickness of the insulating layer on the surface, so-called interlayer thickness, varies, the effective relative dielectric constant of the multilayer printed wiring board varies. Arise.
この実効比誘電率にバラツキが生じると、プレーン共振周波数にズレが生じるので、一般にはプレーン共振周波数のズレを見込んだ過大なノイズ対策を、当該多層プリント配線基板を用いた全ての製品に実施しなければならず、製品コストが増加するという問題がある。 If the effective relative dielectric constant varies, the plane resonance frequency will be shifted. Therefore, in general, all products using the multilayer printed wiring board are implemented with anti-noise measures that allow for the plane resonance frequency shift. There is a problem that the product cost increases.
ここで、実効比誘電率（「実効的誘電率」、「実効誘電率」と同義）とは、実効的な比誘電率のことであり、絶縁層全ての寄与をうけた誘電率のことをいう。実効比誘電率は、多層プリント配線基板の絶縁層が厚くなれば絶縁基材の誘電率に近づき、絶縁層が薄くなれば空気の誘電率に近づく。 Here, the effective relative dielectric constant (synonymous with “effective dielectric constant” and “effective dielectric constant”) is an effective relative dielectric constant, and is a dielectric constant that has received the contribution of all insulating layers. Say. The effective relative dielectric constant approaches the dielectric constant of the insulating base material when the insulating layer of the multilayer printed wiring board is thick, and approaches the dielectric constant of air when the insulating layer is thin.
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、多層プリント配線基板の電源プレーンとグランドプレーン間の絶縁層の厚さにバラツキが生ずることによる、プレーン共振周波数のバラツキを抑制した多層プリント配線基板を提供すると共に、かかる多層プリント配線基板を用いることで、良質な多層プリント配線基板装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and multilayer printed wiring that suppresses variations in the plane resonance frequency due to variations in the thickness of the insulating layer between the power plane and the ground plane of the multilayer printed wiring board. An object of the present invention is to provide a high-quality multilayer printed wiring board device by providing a substrate and using such a multilayer printed wiring board.
（第１発明）
第１発明は、電源に接続される電源プレーンと、電源プレーンに対向し、グランドに接続されるグランドプレーンと、をそれぞれ少なくとも一層有する多層プリント配線基板に関するものである。そして、多層プリント配線基板の電源プレーンのみに、規則性を有する形状の貫通穴が複数形成されたことを特徴とする。
(First invention)
The first invention relates to a multilayer printed wiring board having at least one power plane connected to a power source and at least one ground plane facing the power plane and connected to the ground. A plurality of through holes having a regular shape are formed only on the power supply plane of the multilayer printed wiring board.
かかる構成により、電源プレーンは、グランドプレーンとの対向面積比が小さくなり、実効比誘電率も減少するため、キャパシタンス成分（容量成分）も小さくなる。このキャパシタンス成分が小さくなることにより、キャパシタンス成分のバラツキも減少し、これにともない、電源プレーンを伝わる高周波電流（高周波ノイズ）の伝播速度のバラツキが小さくなり、プレーン共振周波数のバラツキも小さくなる。 With this configuration, the power supply plane has a smaller facing area ratio with respect to the ground plane, and an effective relative permittivity also decreases, so that a capacitance component (capacitance component) also decreases. As the capacitance component is reduced, the variation in the capacitance component is also reduced, and accordingly, the variation in the propagation speed of the high-frequency current (high-frequency noise) transmitted through the power supply plane is reduced, and the variation in the plane resonance frequency is also reduced.
したがって、個々の多層プリント配線基板の、電源プレーンとグランドプレーン間の絶縁層の厚さにバラツキがあっても、個々の多層プリント配線基板のプレーン共振周波数の差を小さくすることができる。つまり、本発明はプレーン共振周波数のバラツキを抑制した多層プリント配線基板を提供することができる。 Therefore, even if the thickness of the insulating layer between the power plane and the ground plane of each multilayer printed wiring board varies, the difference in the plane resonance frequency of each multilayer printed wiring board can be reduced. That is, the present invention can provide a multilayer printed wiring board that suppresses variations in the plane resonance frequency.
（第２発明）
第２発明は、第１発明の多層プリント配線基板に、電子部品が実装された多層プリント配線基板装置に関するものである。かかる構成により、前記した第１発明の効果を奏し、従来よりも品質の良い多層プリント配線基板装置を提供できる。
(Second invention)
The second invention relates to a multilayer printed wiring board device in which electronic components are mounted on the multilayer printed wiring board of the first invention. With this configuration, it is possible to provide the multilayer printed wiring board device having the effects of the first invention described above and having higher quality than the conventional one.
本発明の多層プリント配線基板は、プレーン共振周波数のバラツキを抑制した多層プリント配線基板を提供できる。 The multilayer printed wiring board of the present invention can provide a multilayer printed wiring board in which variations in the plane resonance frequency are suppressed.
以下に、本発明の一実施例について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below.
図１は、本発明に係る多層プリント配線基板を側面から見て拡大した概略側面図であり、図２は、本発明に係る多層プリント配線基板の電源プレーンの平面図であり、図３は、図２の電源プレーンの部分Ａを拡大した部分拡大図であり、図４は、本発明に係る多層プリント配線基板のグランドプレーンの平面図である。 FIG. 1 is an enlarged schematic side view of a multilayer printed wiring board according to the present invention as viewed from the side, FIG. 2 is a plan view of a power plane of the multilayer printed wiring board according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is an enlarged view of a portion A of the power plane in FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view of the ground plane of the multilayer printed wiring board according to the present invention.
尚、すべての図面において、説明を分かりやすくするため、各々の層、導体パターン等にハッチングをかけている。また、本実施例１の多層プリント配線基板は、電子部品が実装されていないベアボードであるが、信号プレーンの内、電子部品が実装されるパッドおよび配線の図示を、説明を簡単にするため一部省略している。 In all the drawings, each layer, conductor pattern, etc. are hatched for easy understanding. In addition, the multilayer printed wiring board of the first embodiment is a bare board on which no electronic component is mounted. However, in order to simplify the description, the pad and wiring on which the electronic component is mounted in the signal plane are illustrated. The part is omitted.
〔多層プリント配線基板〕
図１に示すように、多層プリント配線基板１は、紙面上方から、ソルダーレジスト９、第１の信号プレーン７、第１の絶縁層５、グランドプレーン３、第２の絶縁層４、電源プレーン２、第３の絶縁層６、信号プレーン８およびソルダーレジスト９の多層構造のプリント配線基板である。また、多層プリント配線基板１の大きさは、横（Ｘ軸方向寸法）２００ｍｍ×縦（Ｙ軸方向寸法）９０ｍｍ×厚さ（Ｚ軸方向寸法）１．６ｍｍである。
[Multilayer printed wiring board]
As shown in FIG. 1, the multilayer printed wiring board 1 includes a solder resist 9, a first signal plane 7, a first insulating layer 5, a ground plane 3, a second insulating layer 4, and a power plane 2 from above in the drawing. A printed wiring board having a multilayer structure of the third insulating layer 6, the signal plane 8 and the solder resist 9. Further, the size of the multilayer printed wiring board 1 is 200 mm in width (dimension in the X-axis direction) × 90 mm in length (dimension in the Y-axis direction) × 1.6 mm in thickness (dimension in the Z-axis direction).
（ソルダーレジスト）
ソルダーレジストとは、多層プリント配線基板の表面および裏面を覆い、半田による被覆や部品実装の際、信号プレーンに形成された配線パターンの表面に不必要な半田が付着することを防ぐ保護コーティング材である。さらに、永久保護マスクとして、配線パターンを湿度やほこり等から保護すると同時に、電気的トラブルから配線パターンを守る絶縁体機能があり、耐薬品性、耐熱性に優れ、半田付けをする際の高熱や金めっきにも耐えられる保護皮膜である。
(Solder resist)
Solder resist is a protective coating material that covers the front and back surfaces of a multilayer printed wiring board, and prevents unnecessary solder from adhering to the surface of the wiring pattern formed on the signal plane during solder coating or component mounting. is there. Furthermore, as a permanent protection mask, it has an insulator function that protects the wiring pattern from electrical troubles as well as protecting the wiring pattern from humidity and dust, and has excellent chemical resistance and heat resistance. It is a protective film that can withstand gold plating.
ソルダーレジストの形成方法は一般的に活性エネルギー線をマスクパターンを介して照射することによりパターンを形成するフォトリソグラフィー法が用いられている。マスクパターンを使用することにより、半田の不必要な部分を選択することができる。尚、図１に示したソルダーレジスト９は、厚さを２２μｍとした。 As a method for forming a solder resist, a photolithography method is generally used in which a pattern is formed by irradiating an active energy ray through a mask pattern. By using the mask pattern, unnecessary portions of solder can be selected. The solder resist 9 shown in FIG. 1 has a thickness of 22 μm.
（信号プレーン）
信号プレーンとは、入出力信号が流れる配線パターン等が銅箔等の金属箔で形成された層のことである。図１の第１の信号プレーン７および第２の信号プレーン８は、厚さを１８μｍとした。
(Signal plane)
The signal plane is a layer in which a wiring pattern or the like through which an input / output signal flows is formed of a metal foil such as a copper foil. The first signal plane 7 and the second signal plane 8 in FIG. 1 have a thickness of 18 μm.
（絶縁層）
図１の第１の絶縁層５、第２の絶縁層４および第３の絶縁層６は、ガラスエポキシ材料を主成分とした絶縁基材からなる。第２の絶縁層４は厚さを１．０ｍｍとし、第１の絶縁層５および第３の絶縁層６の厚さを０．２ｍｍとした。
(Insulating layer)
The first insulating layer 5, the second insulating layer 4 and the third insulating layer 6 in FIG. 1 are made of an insulating base material mainly composed of a glass epoxy material. The thickness of the second insulating layer 4 was 1.0 mm, and the thickness of the first insulating layer 5 and the third insulating layer 6 was 0.2 mm.
（電源プレーン）
図２に示すように、電源プレーン２は、銅箔等の金属箔からなる厚さ３５μｍのベタパターンに、規則性を有する形状の貫通穴１０が形成されたものである。本実施例１においては、図３に示すように、規則性を有する形状として、１１ｍｍ×６ｍｍの矩形形状を採用した。かかる矩形の貫通穴１０は、紙面左右方向（Ｘ軸方向）が５ｍｍ間隔、紙面上下方向（Ｙ軸方向）が７ｍｍ間隔で、複数形成されている。
(Power plane)
As shown in FIG. 2, the power supply plane 2 is formed by forming through holes 10 having a regular shape in a solid pattern having a thickness of 35 μm made of a metal foil such as a copper foil. In Example 1, as shown in FIG. 3, a rectangular shape of 11 mm × 6 mm was adopted as the regular shape. A plurality of such rectangular through holes 10 are formed at intervals of 5 mm in the horizontal direction (X-axis direction) on the paper surface and at intervals of 7 mm in the vertical direction (Y-axis direction) on the paper surface.
（グランドプレーン）
図４に示すように、グランドプレーン３は、銅箔等の金属箔からなる厚さ３５μｍのベタパターンとした。
(Ground plane)
As shown in FIG. 4, the ground plane 3 was a solid pattern made of a metal foil such as a copper foil and having a thickness of 35 μm.
〔作用〕
前記した構成により、電源プレーン２（図２）は、電源プレーン２に対向するグランドプレーン３（図４）に対する対向面積比が小さくなる。このため、電源プレーン２とグランドプレーン３間の実効比誘電率が減少し、キャパシタンス成分も小さくなる。このキャパシタンス成分が小さくなることにより、キャパシタンス成分のバラツキも減少し、これにともない、電源プレーン２を伝わる信号の伝播速度のバラツキが小さくなり、プレーン共振周波数のバラツキも小さくなる。
[Action]
With the configuration described above, the facing area ratio of the power plane 2 (FIG. 2) to the ground plane 3 (FIG. 4) facing the power plane 2 is reduced. For this reason, the effective relative dielectric constant between the power supply plane 2 and the ground plane 3 decreases, and the capacitance component also decreases. As the capacitance component is reduced, the variation in the capacitance component is reduced, and accordingly, the variation in the propagation speed of the signal transmitted through the power supply plane 2 is reduced, and the variation in the plane resonance frequency is also reduced.
〔評価〕
次に、多層プリント配線基板１（以下、「試験基板１」と称す場合がある。）のプレーン共振周波数を評価した結果について説明する。
他に、比較対象として、以下の５種類の多層プリント配線基板を準備した。
（１）試験基板２
試験基板１の第２の絶縁層４の厚さ（層間厚寸法Ｂ）のみを１．１９ｍｍとしたものであり、その他の仕様は試験基板１と同一である。
（２）試験基板３
試験基板１の第２の絶縁層４の厚さ（層間厚寸法Ｂ）のみを０．８１ｍｍとしたものであり、その他の仕様は試験基板１と同一である。
（３）試験基板４
試験基板１の電源プレーン２をベタパターンにしたものであり（図７）、その他の仕様は試験基板１と同一である。
（４）試験基板５
試験基板１の第２の絶縁層４の厚さ（層間厚寸法Ｂ）を１．１９ｍｍとし、かつ、電源プレーン２をベタパターンにしたものであり（図７）、その他の仕様は試験基板１と同一である。
（５）試験基板６
試験基板１の第２の絶縁層４の厚さ（層間厚寸法Ｂ）を０．８１ｍｍとし、電源プレーン２をベタパターンにしたものであり（図７）、その他の仕様は試験基板１と同一である。
[Evaluation]
Next, the results of evaluating the plane resonance frequency of the multilayer printed wiring board 1 (hereinafter sometimes referred to as “test board 1”) will be described.
In addition, the following five types of multilayer printed wiring boards were prepared for comparison.
(1) Test board 2
Only the thickness (interlayer thickness dimension B) of the second insulating layer 4 of the test substrate 1 is 1.19 mm, and other specifications are the same as those of the test substrate 1.
(2) Test board 3
Only the thickness (interlayer thickness dimension B) of the second insulating layer 4 of the test substrate 1 is set to 0.81 mm, and other specifications are the same as those of the test substrate 1.
(3) Test board 4
The power plane 2 of the test board 1 is a solid pattern (FIG. 7), and other specifications are the same as the test board 1.
(4) Test board 5
The thickness (interlayer thickness dimension B) of the second insulating layer 4 of the test substrate 1 is 1.19 mm, and the power plane 2 is a solid pattern (FIG. 7). Other specifications are the test substrate 1 Is the same.
(5) Test board 6
The thickness (interlayer thickness dimension B) of the second insulating layer 4 of the test substrate 1 is 0.81 mm, the power plane 2 is a solid pattern (FIG. 7), and other specifications are the same as the test substrate 1. It is.
（評価機器）
前記した６種類の多層プリント配線基板の電源プレーンとグランドプレーン間のプレーン共振周波数を測定するため、アンリツ株式会社製の３７３９７Ｃシステム（以下、「Ｎ／Ａ計測器」と称す。）を用いた。Ｎ／Ａ計測器は、一般に電気的高周波・マイクロ波回路、デバイスの高周波特性(インピーダンスなど)を測る計測器である。尚、「Ｎ／Ａ」とは、ネットワークアナライザ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ）のことである。
(Evaluation equipment)
In order to measure the plane resonance frequency between the power plane and the ground plane of the six types of multilayer printed wiring boards described above, a 37397C system (hereinafter referred to as “N / A measuring instrument”) manufactured by Anritsu Corporation was used. The N / A measuring instrument is generally a measuring instrument that measures high-frequency characteristics (impedance, etc.) of an electrical high-frequency / microwave circuit or device. Note that “N / A” refers to a network analyzer.
（評価方法）
Ｎ／Ａ計測器のポート１は、同軸ケーブルを用いて、各々の試験基板に取り付けた同軸コネクタ（ＳＭＡコネクタ）と接続した。同軸軸ケーブルの信号線は、試験基板の同軸コネクタの信号端子と接続し、貫通ビアを介して電源プレーンに接続した。また、同軸ケーブルのフレームグランド線は、試験基板の同軸コネクタのグランド用端子と接続し、貫通ビアを介してグランドプレーンに接続した。そして、Ｎ／Ａ計測器より周波数０〜１５００Ｍｚの範囲の信号を試験基板に送り、その反射特性をＮ／Ａ計測器により測定した。
(Evaluation methods)
Port 1 of the N / A measuring instrument was connected to a coaxial connector (SMA connector) attached to each test board using a coaxial cable. The signal line of the coaxial cable was connected to the signal terminal of the coaxial connector on the test board and connected to the power plane through the through via. The frame ground line of the coaxial cable was connected to the ground terminal of the coaxial connector of the test board, and was connected to the ground plane through the through via. And the signal of the range of frequency 0-1500Mz was sent to the test board | substrate from the N / A measuring device, and the reflective characteristic was measured with the N / A measuring device.
尚、プレーン共振周波数の測定は、一般に応答特性試験とするＳパラメータのＳ１１特性と呼ばれる測定試験に準じて実施した。ここで、Ｓパラメータとは、高周波電子回路や高周波電子部品の特性を表すために使用される回路網パラメータのひとつであり、散乱行列（Ｓ行列）または散乱パラメータとも呼ばれ、回路網の通過・反射特性のことである。また、反射特性とは、プリント配線基板に入射された電力がネットワークアナライザ側へ戻ってしまう現象をいい、このレベルが大きい程、電力が多層プリント配線基板から空間に放射されないことを意味する。したがって、反射レベルは全周波数帯域に亘り大きいほうがよい。 The plane resonance frequency was measured in accordance with a measurement test called S11 characteristic of S parameter which is generally a response characteristic test. Here, the S parameter is one of circuit network parameters used to express the characteristics of the high frequency electronic circuit or the high frequency electronic component, and is also called a scattering matrix (S matrix) or a scattering parameter. It is a reflection characteristic. The reflection characteristic means a phenomenon in which the power incident on the printed wiring board returns to the network analyzer side, and the higher this level, the less the power is radiated from the multilayer printed wiring board to the space. Therefore, the reflection level should be high over the entire frequency band.
（評価結果）
評価結果を表１、図５および図６に示す。図５は試験基板１〜３、図６は試験基板４〜６の応答特性を測定したものをグラフ化したものである。尚、図５および図６において縦軸は反射レベルを表し、単位を、「ｄＢ（デシベル）」とした。また、横軸は周波数を表し、単位を、「ＭＨｚ（メガヘルツ）」とした。縦軸の反射レベルは、便宜上、上下反転してある。
(Evaluation results)
The evaluation results are shown in Table 1, FIG. 5 and FIG. FIG. 5 is a graph showing the measured response characteristics of the test substrates 1 to 3 and FIG. 6 is the test substrate 4 to 6. 5 and 6, the vertical axis represents the reflection level, and the unit is "dB (decibel)". The horizontal axis represents frequency, and the unit is “MHz (megahertz)”. The vertical reflection level is inverted for convenience.
電源プレーンがメッシュ形状の試験基板１〜３と、電源プレーンがベタ形状の試験基板４〜６とを比較すると、試験基板１〜３のそれぞれのピーク周波数である点Ｃ、点Ｄ、点Ｅの振れ幅は、試験基板４〜６のそれぞれのピーク周波数である点Ｆ、点Ｇ、点Ｈの振れ幅より小さいことがわかる。つまり、本発明の多層プリント配線基板は、プレーン共振周波数の振れ幅のバラツキを抑制することができる。また、試験基板１〜３の周波数全域は、試験基板４〜６の周波数全域と比べ、高い周波数域にシフトしていることもわかる。 When comparing the test boards 1 to 3 whose meshes are a power plane and the test boards 4 to 6 whose power planes are a solid shape, points C, D and E, which are peak frequencies of the test boards 1 to 3, respectively. It can be seen that the swing width is smaller than the swing widths of points F, G, and H, which are the respective peak frequencies of the test substrates 4 to 6. That is, the multilayer printed wiring board of the present invention can suppress variation in the fluctuation width of the plane resonance frequency. It can also be seen that the entire frequency range of the test substrates 1 to 3 is shifted to a higher frequency range than the entire frequency range of the test substrates 4 to 6.
前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。 The above-described embodiments have been illustrated for the purpose of explanation, and the present invention is not limited thereto. The present invention can be recognized by those skilled in the art from the scope of the claims and the description. Modifications, deletions, and additions are possible as long as they are not contrary to the technical idea of the above.
例えば、絶縁基材としては、例えば、紙フェノール（ベークライト）、紙エポキシ、ガラスコンポジット、フッ素樹脂、ポリイミド、プリプレグを採用しても良い。 For example, as the insulating base material, for example, paper phenol (bakelite), paper epoxy, glass composite, fluororesin, polyimide, and prepreg may be employed.
また、実施例１において貫通穴１０は矩形形状のものを例示したが、丸形状、三角形状、または文字・記号等の形状あっても良い。また、大きさは、本発明の効果を奏する範囲であれば、互いに異なっていても良い。また、多層プリント配線基板は、電源プレーンを複数有していても良い。 In the first embodiment, the through hole 10 has a rectangular shape. However, the through hole 10 may have a round shape, a triangular shape, or a character / symbol shape. The sizes may be different from each other as long as the effects of the present invention are achieved. The multilayer printed wiring board may have a plurality of power planes.
１…多層プリント配線基板
２…電源プレーン
３…グランドプレーン
４…第２の絶縁層
５…第１の絶縁層
６…第３の絶縁層、
７…第１の信号プレーン
８…第２の信号プレーン
９…ソルダーレジスト
１０…貫通穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multilayer printed wiring board 2 ... Power supply plane 3 ... Ground plane 4 ... 2nd insulating layer 5 ... 1st insulating layer 6 ... 3rd insulating layer,
7 ... 1st signal plane 8 ... 2nd signal plane 9 ... Solder resist 10 ... Through hole
Claims (2)
該電源プレーンに対向し、グランドに接続されるグランドプレーンと、
をそれぞれ少なくとも一層有する多層プリント配線基板において、
該電源プレーンのみに、規則性を有する形状の貫通穴を複数形成したことを特徴とする多層プリント配線基板。 A power plane connected to the power source;
A ground plane facing the power plane and connected to the ground;
In multilayer printed wiring boards each having at least one layer,
A multilayer printed wiring board comprising a plurality of regular through holes formed only in the power plane.
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| JP2016014550A (en) * | 2014-07-01 | 2016-01-28 | 三菱電機株式会社 | Cable search machine, transmitter and receiver |
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