JP2012094664A - 基板ユニット、ネットワーク装置および基板ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度の高い基板ユニットを得ること。
【解決手段】基板ユニット１は、複数の層２１〜２４が積層され、異なる層２１、２２に配置された配線パターン４１、４２にそれぞれ接触する凹部２１ａ、２２ａを有し、凹部２１ａ、２２ａ内に凹部２１ａ、２２ａより深さが浅く、それぞれ同じ層に達する深さの凹部５１ａ、５２ａを有するビア５１、５２が設けられたプリント配線板２と、凹部５１ａ、５２ａの側部に電気的に接続されたコネクタピン３２を有するプレスフィットコネクタ３と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は基板ユニット、ネットワーク装置および基板ユニットの製造方法に関する。

多層のプリント基板において、各層間の信号を伝送するスルーホールを設け、内部に導電性のめっきを施してビアを形成する技術が知られている。
周波数の高い信号は、伝送経路の配線長に大きく影響を受けるため、配線板上の配線長は信号に影響を及ぼさないように設計される。

めっきも配線の一部を構成しているため、信号に与える影響を小さくするには、めっきの面積を小さくするのが好ましい。
めっきの面積を小さくする１つの方法として、めっきを施したビアの不要な部分をドリルビットにて除去する方法（以下、バックドリル工法と言う）が知られている。

特表２００３−５２１１１６号公報 特開２００２−１９８４６１号公報 特開平８−８５３８号公報 特開２００１−２１７５４０号公報

バックドリル工法では、加工精度が低く、ビアにめっきバリが発生する可能性がある。
図７は、バックドリル工法により形成された基板の一例を示す図である。
基板９０は多層基板であり、配線パターン９１と配線パターン９２とが異なる層に配置されている。

この基板９０には、ドリル加工により孔部９３が形成されている。そして、孔部９３の周辺にめっきが施されビア９４が形成されている。このめっきは配線パターン９１に電気的に接続されている。ビア９４の下部は、ドリルビットにて除去されている。このドリル加工により、めっきの一部にめっきバリ９５が発生している。

また、図７には、基板９０の下部に配置された基板９６を図示している。この基板９６には、複数の端子９８を備える半導体集積回路９７が配置されている。
例えばめっきバリ９５が落下した場合、導電性を備える異物となり、落下先の端子９８間に接触した場合、端子９８間がショートし、半導体集積回路９７が故障する原因となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、加工精度の高い基板ユニット、ネットワーク装置および基板ユニットの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、開示の基板ユニットが提供される。この基板ユニットは、基板とコネクタとを有している。
基板は、複数の層が積層され、異なる層に配置された配線パターンに接触する複数の第１の凹部を有し、複数の第１の凹部内に第１の凹部より深さが浅く、それぞれ同じ層に達する深さの第２の凹部を有する導電性部材が設けられている。

コネクタは、第２の凹部の側部に電気的に接続された端子を有する。

加工精度の高い基板ユニットが得られる。

実施の形態のネットワーク装置を示す図である。 プレスフィットコネクタの一例を示す斜視図である。 実施の形態の基板ユニットの側面断面図である。 実施の形態の基板ユニットの分解斜視図である。 基板ユニットの製造方法を説明する図である。 基板ユニットの製造方法を説明する図である。 バックドリル工法により形成された基板の一例を示す図である。

以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施の形態のネットワーク装置を示す図である。
ネットワーク装置１０は、ルータであり、複数の１０／１００／１０００ＢＡＳＥ−Ｔポート１１を有している。このポート１１にＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル１２の一方を差し込み、他方をＨＵＢ１３に差し込むことにより、ＨＵＢ１３に接続することができる。

ネットワーク装置１０は、筐体１０ａと、筐体１０ａ内に配置された基板ユニット１とを有している。
基板ユニット１は、プリント配線板２を有している。プリント配線板２には、プレスフィットコネクタ３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４、およびメモリ５が搭載されている。

ＣＰＵ４は、ネットワーク装置１０全体を制御している。メモリ５は、ＣＰＵ４に実行させるプログラムの少なくとも一部が記憶されている。
なお、本実施の形態では、基板ユニット１を搭載するネットワーク装置の一例としてルータを挙げたが、基板ユニット１を搭載できる製品はルータに限らず、例えば、スイッチ、無線ＬＡＮ等、他のサーバシステムやネットワークシステム機器にも搭載することができる。

図２は、プレスフィットコネクタの一例を示す斜視図である。
プレスフィットコネクタ３は、平坦部３１ａを有し樹脂等で形成されたコネクタ本体３１と、コネクタ本体３１の平坦部３１ａに支持され、平坦部３１ａの表面（図２中上側）および裏面（図２中下側）から平坦部３１ａに対し垂直方向に配置された複数のコネクタピン３２とを有している。

図３は、実施の形態の基板ユニットの側面断面図である。
プリント配線板２は、多層基板であり、図３では、層２１〜層２４を有している。各層２１〜２４の基板厚さは、例えば０．１〜０．１５ｍｍ程度である。また、プリント配線板２の厚さは、例えば６ｍｍ程度である。なお、図３では、層２１〜層２４以外の層の図示を省略している。

層２１〜２４には、それぞれ信号を伝送する配線パターン４１〜４５が配設されている。
プリント配線板２には、有底の凹部２１ａ、２２ａが形成されている。この凹部２１ａ、２２ａは、第１の凹部の一例である。この凹部２１ａ、２２ａ内に銅（Ｃｕ）等のめっきが施されてビア５１、５２が形成されている。ビア５１は、層２１、２２を貫通している。ビア５２は、層２１を貫通している。

ビア５１のプリント配線板２の表面から最も深い部分までの深さｈ１は、例えば、０．２〜０．４４ｍｍ程度であり、ビア５２のプリント配線板２の表面から最も深い部分までの深さｈ２は、例えば０．１〜０．２９ｍｍ程度である。

また、ビア５１、５２の最も径が大きい部位の幅Ｗ３は等しく、例えば１．０ｍｍ程度である。
ビア５１と配線パターン４３とは電気的に接続されている。また、ビア５２と配線パターン４２とは電気的に接続されている。

このビア５１、５２には、それぞれ、同じ層（本実施の形態では層２２）に達する深さの凹部５１ａ、５２ａが形成されている。本実施の形態では、凹部５１ａ、５２ａの深さは、等しく形成されている。この凹部５１ａ、５２ａは、第２の凹部の一例である。凹部５１ａ、５２ａの最も径が大きい部位の幅Ｗ４は、それぞれコネクタピン３２の幅に応じて決定され、例えば０．５５ｍｍ程度である。

また、コネクタピン３２と凹部５１ａ、５２ａの底部との間には所定の間隙が設けられている。
各層と凹部５１ａ、５２ａとの位置関係は以下の通りである。

層２１には、ビア５１に形成された凹部５１ａの側部およびビア５２に形成された凹部５２ａの側部が位置している。これら凹部５１ａ、５２ａにより形成されたビア５１、５２の空隙が、ビア・ホールを形成している。

層２２には、ビア５１に形成された凹部５１ａの側部およびビア５２に形成された凹部５２ａの側部および底部が位置している。そして、層２３には、ビア５１に形成された凹部５１ａの側部および底部が位置している。

各コネクタピン３２の一方の端部は、凹部５１ａ、５２ａに圧入されており、他方の端部は、図示しない相手側コネクタの端子に接続される。
コネクタピン３２が凹部５１ａ、５２ａに圧入されることにより、凹部５１ａ、５２ａの側部がコネクタピン３２に接触し、コネクタピン３２を支持する。これにより、図３中、左側のコネクタピン３２と、配線パターン４３とがビア５１を介して電気的に接続される。また、右側のコネクタピン３２と、配線パターン４２とがビア５２を介して電気的に接続される。

圧入により、各コネクタピン３２とビア５１、５２とがはんだを介さず電気的に接続されているため、信号を高速に伝送することができる。
この基板ユニット１では、ビア５１、５２は、プリント配線板２の下部に開放されていない。これにより、例えば、切削により凹部５１ａ、５２ａを形成する場合に生じる切りくずの残渣が、プリント配線板２の下部に落下することを防止することができる。従って、基板ユニット１を他の基板に実装したときに他の基板がショートすることを防止し、基板ユニットが実装された装置全体の信頼性を向上させることができる。

図４は、実施の形態の基板ユニットの分解斜視図である。
図４では、層２１〜層２３を図示している。
図４に示すように、基板ユニット１では、層２３の凹部５２ａの下部に位置する部位が切削されずに残っている。このため、凹部５２ａの下部にも配線パターン４３を配置することができ、配線パターン４３の経路を迂回させなくてもよい。このように、ビア５１、５２の形成による配線の制限を少なくすることにより、設計の自由度が向上する。

次に、基板ユニット１の製造方法を説明する。
図５および図６は、基板ユニットの製造方法を説明する図である。
［第１の穴あけ工程］ まず、各層に配線パターン４１〜４５が配置されたプリント配線板５０を用意する。

そして、図５（ａ）に示すように、用意したプリント配線板５０の各層の配線パターンに対応する位置にドリル加工により直径１ｍｍ程度の凹部２１ａ、２２ａを形成する。この工程によりプリント配線板２が形成される。凹部２１ａ、２２ａの深さは、各層の配線パターンの位置に応じて調整する。

［めっき工程］ 次に、図５（ｂ）に示すように、無電解銅めっきと電気銅めっきプロセスを用いて、形成した凹部２１ａ、２２ａの底部および側部を銅で充填するめっきを施す。さらに、凹部２１ａ、２２ａ内を全てめっきで施したスルーホールめっき６３、６４を構成する（蓋めっき構造とする）。

［第２の穴あけ工程］ 次に、凹部５１ａ、５２ａを形成する。具体的には図６（ａ）に示すように、第１の穴あけ工程で凹部２１ａ、２２ａを形成する際に用いたドリル刃よりさらに径が細い（例えば直径０．５５ｍｍの）ドリル刃７１、７２を用いて凹部２１ａ、２２ａに充填されたスルーホールめっき６３、６４の一部を切削し、スルーホールめっき６３、６４に凹部５１ａ、５２ａを形成する。このとき、凹部５１ａ、５２ａの底部がめっき６３、６４の底部より深くならない深さ、かつ、コネクタピン３２の長さより、深くなるように凹部５１ａ、５２ａの深さを設定する。図６（ｂ）は、形成された凹部５１ａ、５２ａを示している。

このように深さを設定することにより、コネクタピンが圧入されたときにめっきの底面への接触を抑制し、コネクタピンが折れることを防止することができる。
なお、プレスフィットコネクタ３のように複数のコネクタピン３２が存在する場合、その凹部５１ａ、５２ａの位置は、ランド径の中心に位置することが求められる。

凹部５１ａ、５２ａを形成する際の位置決め方法として、例えば以下の手順を用いる。
位置合わせの基準となるパット形状をなすマークまたは、ノンスルーホール穴をプリント配線板２上に設置する。

その位置合わせ基準からプレスフィットコネクタ３の各コネクタピン３２の寸法位置を計測する。計測に関しては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等が搭載されている穴あけマシンを使用する。ＣＣＤカメラにより、寸法計測によって示された箇所には、スルーホールめっき６３、６４のランド径が存在している。そのランド形状を測定し、中心位置を算出し穴あけを行う。

［コネクタ実装工程］ 次に、図６（ｃ）に示すように、プレスフィットコネクタ３のコネクタピン３２を形成した凹部５１ａ、５２ａに圧入することにより、プレスフィットコネクタ３をプリント配線板２に固定する。この工程により、凹部５１ａ、５２ａの側部がコネクタピン３２に接触し、コネクタピン３２を支持する。これにより、配線パターンとコネクタピン３２とがスルーホールめっき６３、６４を介して電気的に接続される。

また、ＣＰＵ４およびメモリ５は、任意の工程で搭載する。
以上の工程により、基板ユニット１を製造することができる。
以上説明したように、本実施の形態の製造方法によれば、形成したスルーホールめっき６３、６４に穴開けを行うことにより凹部５１ａ、５２ａを形成するようにしたので、加工精度の高い、凹部５１ａ、５２ａを形成することができる。これにより、凹部５１ａ、５２ａのインピーダンスの整合がとれたプリント配線板２を実現することができる。

具体的には、プレスフィットコネクタ等の高周波信号用のコネクタは、ノイズを抑制するために、コネクタピンの長さが短く、径が小さい方が好ましい。このため、コネクタピンは、短く、小さくなる傾向にある。この傾向に伴い、コネクタピンを圧入するビア側の精度が問題となる。例えば形成する凹部の深さの、スルーホールめっき前の穴系に対する比（アスペクト比）が１０を超えた場合、その基板のスルーホールの形状をそろえること、または、スルーホールの形成自体が困難となる場合がある。例えば、プリント基板の厚さが６ｍｍ以上で、ドリルの直径が０．５ｍｍ以下のプレスフィットコネクタを実装するスルーホール形成は、アスペクト比は１２以上となる。

本実施の形態の製造方法によれば、歩留まりがよく、形状のそろった凹部５１ａ、５２ａを形成することができる。従って、プレスフィットコネクタ３の交換時に、凹部５１ａ、５２ａが傷つき、めっきバリ等が発生することを抑制することができる。

また、バックドリル工法に比べ、プリント配線板２の切削する領域が減少するため、配線領域の減少が少なく、設計の自由度の減少を抑制することができる。すなわち、スルーホールめっき６３、６４の下層にはビアが形成されないため、その下層に信号パターンを配設することができ、配線の収容性が向上する。

また、本工程とは異なり、例えば、非貫通スルーホールの凹部を、エッチング等により形成する場合は、凹部内のめっき工程後の処理液として多用されている硫酸過水等が穴底に残留物として残る場合がある。硫酸過水等が残存した場合、その硫酸過水がめっきを腐食することによりスルーホールが断線し、不良が発生する可能性がある。これに対し、本工程では凹部５１ａ、５２ａの形成にエッチングを使用しないので、スルーホールの断線を抑制することができる。

また、本製造方法によれば、バックドリル加工を行わないので、凹部５１ａ、５２ａ形成時にめっきバリの発生を抑制することができる。
以上、本発明の基板ユニット、ネットワーク装置および基板ユニットの製造方法を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。

また、本発明は、前述した各実施の形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１ 基板ユニット
２、５０ プリント配線板
２１〜２４ 層
２１ａ、２２ａ 凹部
３ プレスフィットコネクタ
３１ コネクタ本体
３１ａ 平坦部
３２ コネクタピン
４ ＣＰＵ
５ メモリ
１０ ネットワーク装置
１０ａ 筐体
１１ １０／１００／１０００ＢＡＳＥ−Ｔポート
１２ ＬＡＮケーブル
１３ ＨＵＢ
４１〜４５ 配線パターン
５１、５２ ビア
５１ａ、５２ａ 凹部
６３、６４ スルーホールめっき
７１、７２ ドリル刃

Claims (5)

1. 複数の層が積層され、異なる層に配置された配線パターンに接触する複数の第１の凹部を有し、複数の前記第１の凹部内に前記第１の凹部より深さが浅く、それぞれ同じ層に達する深さの第２の凹部を有する導電性部材が設けられた基板と、
   前記第２の凹部の側部に電気的に接続された端子を備えるコネクタと、
   を有することを特徴とする基板ユニット。
2. 前記第１の凹部は、前記配線パターンそれぞれの位置に応じて深さが異なることを特徴とする請求項１記載の基板ユニット。
3. 前記第２の凹部の底部と前記端子との間に所定の間隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板ユニット。
4. 複数の層が積層され、異なる層に配置された配線パターンに接触する複数の第１の凹部を有し、複数の前記第１の凹部内に前記第１の凹部より深さが浅く、それぞれ同じ層に達する深さの第２の凹部を有する導電性部材が設けられた基板と、前記第２の凹部の側部に電気的に接続された端子を有するコネクタと、を備える基板ユニットと、
   前記基板ユニットを収容する筐体と、
   を有することを特徴とするネットワーク装置。
5. 配線パターンが配置された層が積層された基板に対し、少なくとも１つの前記配線パターンに接触する第１の凹部を形成する工程と、
   前記第１の凹部に導電性部材を充填する工程と、
   前記導電性部材にそれぞれ同じ層に達する深さの複数の第２の凹部を形成する工程と、
   前記第２の凹部にコネクタの端子を挿入する工程と、
   を有することを特徴とする基板ユニットの製造方法。

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