JP2018182012A - Multilayer printed wiring board and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に高速信号を伝送するスルーホールのスタブによる特性劣化を低減することができる多層プリント配線板に関するものである。 In particular, the present invention relates to a multilayer printed wiring board capable of reducing characteristic deterioration due to stubs of through holes for transmitting high speed signals.
近年、データ通信の高速・大容量化により、デジタル信号の高速化が進み、プリント配線板においても高速信号を伝送するための特性確保が重要な課題となっている。サーバー、ルーターなどの通信装置では25Gbpsから、さらに次世代は56Gbps伝送規格の策定が進んでいる。特に、多層プリント基板に設けたスルーホールに高速信号を伝送する際、スルーホールの信号伝送に寄与しない分岐(スタブ)に起因する特性劣化が問題となっている。 In recent years, with the increase in speed and capacity of data communication, speeding up of digital signals has progressed, and securing of characteristics for transmitting high-speed signals also in printed wiring boards has become an important issue. From 25 Gbps for communication devices such as servers and routers, and for the next generation, 56 Gbps transmission standards are being formulated. In particular, when transmitting a high-speed signal to a through hole provided in a multilayer printed circuit board, there is a problem of characteristic deterioration due to a branch (stub) that does not contribute to the signal transmission of the through hole.
図3に図示した従来例1のように、スルーホール14を有する多層プリント配線板においては、高速信号をコネクタ16のプレスフィットピン17からスルーホール14を介して信号配線層11に伝送する際、信号伝送に寄与しない分岐したスタブ19部分で容量性によるインピーダンス不整合が生じたり、そのスタブ長に起因する周波数で信号伝搬特性が著しく劣化したりすることが知られている。
In the multilayer printed wiring board having the through
このような問題に対して、例えば、特許文献1では対策として、接続に寄与しないスタブをドリル切削加工により除去するバックドリル加工を施している。具体的には、図4に図示した従来例2のように、スルーホール14形成後、部品実装面15の裏面からバックドリル加工領域20を切削することでスタブ19部分を除去している。なお、図3,4中、符号10は基板、12はグランド層または電源層、13は絶縁体である。
In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 1, back drilling is performed in which stubs that do not contribute to connection are removed by drill cutting. Specifically, as in the conventional example 2 illustrated in FIG. 4, after the
この際、ドリルによる切削深さが深過ぎると信号配線層との導通がなくなってしまうため、スタブを除去する信号配線層までの加工深さを緻密に制御する必要があるが、機械精度と基板厚のばらつきに高度な精度が必要とされ、25Gbpsを超える用途では精度確保が困難になりつつある。また、加工対象のスルーホールが増加するとデータ作成や加工時間が増加し、コストが上昇するという課題もある。加えて、バックドリル加工は削除するスルーホール径よりも大径ドリルを用いて加工を行う都合上、バックドリル用クリアランス21を確保するために、スルーホールのバックドリル加工による削除対象部分と周囲の導体との間隙をあらかじめ広く設定しておくなどの設計対応が必要となる場合もあり、周囲の配線収容性を悪化させるという問題もある。
At this time, if the cutting depth by the drill is too deep, the continuity with the signal wiring layer will be lost, so it is necessary to precisely control the processing depth up to the signal wiring layer where the stubs are removed. Variations in thickness require a high degree of accuracy, making it difficult to ensure accuracy in applications exceeding 25 Gbps. In addition, when the number of through holes to be processed increases, data creation and processing time increase, and there is a problem that the cost increases. In addition, in order to secure the
また、特許文献2には、バックドリルを使わずに短いスルーホールを貼り合わせることでスタブ長を短くする技術が記載されている。この技術では全体板厚で生じるスタブ長よりは影響を軽減できるものの、スタブ長は貼り合わせ基板厚以下にすることは出来ないため、スルーホール長さと使用信号配線層位置によってはスタブが残ってしまい高速伝送信号には適さないという問題がある。 Further, Patent Document 2 describes a technique for shortening a stub length by bonding short through holes without using a back drill. Although this technique can reduce the effect more than the stub length that occurs with the overall thickness, the stub length can not be made less than the bonded substrate thickness, so stubs may remain depending on the through hole length and the signal wiring layer position used. There is a problem that it is not suitable for high speed transmission signals.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、高速信号を伝送する多層プリント配線板において、特にスルーホールのスタブの影響を軽減し、コストおよび製造期間を軽減することができる多層プリント配線板を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a multilayer printed wiring board for transmitting high-speed signals, in particular, a multilayer print which can reduce the influence of stubs of through holes and reduce cost and manufacturing period. A wiring board is provided.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The subject matter of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
基板10に、少なくとも1つの信号配線層11と、少なくとも1つのグランド層または電源層と、少なくとも1つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14を有し、このスルーホール14は、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Aと、前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Aより径小な小径部14Bとを有することを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。
A multilayer printed wiring board in which at least one
また、前記スルーホール14と前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランス18が、前記スルーホール14の前記小径部14Bの位置において前記大径部14Aの位置におけるクリアランス18以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の多層プリント配線板に係るものである。
Further, the
また、基板10に、少なくとも1つの信号配線層11と、少なくとも1つのグランド層または電源層と、少なくとも1つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記基板10の表面側には、前記電子部品が実装される基板10の表面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14が設けられ、前記基板10の裏面側には、前記スルーホール14と連通し、このスルーホール14より径小なノンスルーホール23が設けられていることを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。
A multilayer printed wiring board in which at least one
また、前記スルーホール14と前記グランド層または電源層とが導通しないために設けたクリアランス18が、前記ノンスルーホール23の位置において前記スルーホール14の位置におけるクリアランス18以上の寸法に設定されていることを特徴とする請求項3に記載の多層プリント配線板に係るものである。
Further, the
また、前記スルーホール14は複数近接して配置され、差動信号を伝送する差動対を含むように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層プリント配線板に係るものである。
5. The multilayer according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of the through
また、基板10に、少なくとも1つの信号配線層11と、少なくとも1つのグランド層または電源層と、少なくとも1つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板の製造方法であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通し、且つ、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Aと前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Aより径小な小径部14Bとを有するスルーホール14を形成した後、この小径部14Bを切削加工により除去することで、前記大径部14Aより径小なノンスルーホール23を形成することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法に係るものである。
A method of manufacturing a multilayer printed wiring board in which at least one
本発明は上述のように構成したから、スルーホールのスタブの影響を軽減し、コストおよび製造期間を軽減することができる多層プリント配線板となる。 Since this invention was comprised as mentioned above, it becomes a multilayer printed wiring board which can reduce the influence of the stub of a through hole, and can reduce a cost and a manufacture period.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 The preferred embodiments of the present invention will be briefly described by showing the operation of the present invention based on the drawings.
スルーホール14の伝送特性に寄与しないスタブ部分が小径となり、寄生容量をそれだけ小さくすることができ、スタブ長による共振周波数を高周波側にシフトすることができる。従って、小径部14Bの径を調整することで、スタブによる共振周波数を伝送信号の周波数の高次高調波に重ならない周波数にシフトさせることが可能となり、バックドリル加工なしでもスタブ対策が可能となる。
The stub portion which does not contribute to the transmission characteristics of the
また、更に良好な特性を得るためにバックドリル加工を施す場合(例えば小径部14B部分を削除してノンスルーホールとする場合)には、ドリル径を大径部14Aより小径にすることで、ドリルによる加工深さが深すぎた場合でも、大径部14Aが削除されることを防止することが可能となり、精密に加工深さを制御せずとも、バックドリル加工がそれだけ容易に行えることになる。
In addition, in the case where back drilling is to be performed to obtain better characteristics (for example, in the case where the small diameter portion 14B is removed to form a non-through hole), the drill diameter is made smaller than the
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
本実施例は、基板10に、少なくとも1つの信号配線層11と、少なくとも1つのグランド層または電源層12と、少なくとも1つの電子部品とが設けられた多層プリント配線板であって、前記電子部品が実装される基板10の表面と、この表面の反対側の裏面と、前記基板10の内部に形成された前記信号配線層11とを導通するスルーホール14を有し、このスルーホール14は、前記基板10の表面から前記信号配線層11までの信号伝送に寄与する大径部14Aと、前記信号伝送に寄与しない前記大径部14Aより径小な小径部14Bとを有するものである。
The present embodiment is a multilayer printed wiring board in which at least one
具体的には、本実施例は図1に図示したように、少なくとも1つの信号配線層11と、少なくとも1つのグランド層または電源層12が、絶縁体13を介して積層されているプリント配線基板10である。図1では、基板10の電子部品の実装面15にコネクタ16が実装され、プレスフィットピン17を挿入しコネクタ16と信号配線層11に高速信号を伝搬するためにスルーホール14が設けられている。また、スルーホール14は複数近接して配置され、差動信号を伝送する差動対を含むように構成されている。
Specifically, as illustrated in FIG. 1, the printed wiring board according to the present embodiment has at least one
スルーホール14は、実装面15(表面)から信号配線層11まで形成された大径部14Aと、信号配線層11から実装面15の他方の面(裏面)まで形成された信号伝搬に寄与しない相対的に小径の小径部14Bとを有する。なお、小径部14Bの終端位置は、信号配線層11またはプレスフィットピン17の長さの何れか、実装面15から大きい方を目安に決定する(裏面から信号配線層11若しくはプレスフィットピン17のいずれか近い方に至らないように小径部14Bを設ける。)。大径部14Aと小径部14Bとの間は、両者を接続する小径部側ほど窄まる漏斗状の接続部14Cに設定されている。
Through
スルーホール14とグランド層または電源層12との間には、スルーホール14とグランド層または電源層12とが導通しないためのクリアランス(間隙)18が夫々設けられている。このクリアランスサイズは大径部14Aに対する適切な寸法を適宜設定し、小径部14Bにも同一サイズを適用する。
Between the through
上記構成により、小径部14Bとグランド層または電源層12との間隙は、大径部14Aとグランド層または電源層12との間隙よりも大きくなるため、スタブ部の寄生容量を小さくすることでスタブ長による共振周波数を高周波にシフトすることが出来る。このため、小径部14Bの径を調整することでスタブによる共振周波数を伝送信号の周波数の高次高調波に重ならない周波数にシフトさせることで、バックドリル加工無しでスタブ対策が可能となる。
With the above configuration, the gap between the small diameter portion 14B and the ground layer or the
大径部14Aの穴径は、プレスフィットピン17を挿入できる径に適宜設計され、小径部14Bの穴径は、プリント基板メーカーが製造可能なアスペクト比(=板厚/穴径)の範囲内で共振周波数を計算し適宜設定する。小径部14Bは小径になる程、寄生容量が低減するため効果は大きくなる。
The hole diameter of the
例えば、コネクタピッチ1.5mm、プレスフィットコネクタ実装スルーホール径φ0.7、板厚4.0mmの場合、小径部14Bの径はφ0.15〜0.2程度に設定できる。 For example, in the case of a connector pitch of 1.5 mm, a press fit connector mounting through hole diameter φ0.7, and a plate thickness of 4.0 mm, the diameter of the small diameter portion 14B can be set to about φ0.15 to 0.2.
図5は、従来例(スタブ有)と、バックドリル加工と、本実施例の構成に係る実験例における挿入損失を比較した図である。この結果より、スルーホールの信号伝搬に寄与しないスタブ部分のみを小径にすることで、スタブによる共振周波数が高周波にシフトしており、25Gbpsの基本周波数12.5GHzにおいては、従来(スタブ有)に対して−5dB改善がみられ、バックドリルに近い効果が得られることが確認できる。 FIG. 5: is the figure which compared the insertion loss in the experiment example which concerns on the structure of a prior art example (stub existence), back drilling process, and a present Example. From this result, by making only the stub portion that does not contribute to the signal propagation of the through hole small in diameter, the resonant frequency by the stub is shifted to a high frequency, and at 25 Gbps fundamental frequency 12.5 GHz, On the other hand, an improvement of -5 dB is observed, and it can be confirmed that an effect close to back drill is obtained.
なお、上述した図1の構成において図2に図示した別例のように更にバックドリル加工を施しても良い。即ち、スタブの長さによっては寄生容量低減のみでは十分な効果が得られない恐れがあることから、上述のスルーホール14を設けた後、バックドリル加工を更に施すことで小径部14Bを切削除去し、小径部14B部分を電気的に接続されないノンスルーホール23とする構成としても良い。別例は、スルーホール14を加工するバックドリルの深さ制御を容易にする技術である。
In the configuration of FIG. 1 described above, back drilling may be further performed as shown in another example shown in FIG. That is, depending on the length of the stub, there is a possibility that a sufficient effect can not be obtained only by reducing the parasitic capacitance. Therefore, after providing the above-mentioned through
具体的には、図1に示した小径部14B部分をバックドリル加工により削除する際、図2に図示したように、ドリル22の径を小径部14Bの径以上(小径部14Bの表面の導電部を削除できる径)、大径部14Aの径未満とすることで、バックドリルによる裏面からの加工深さが信号配線層11に達した場合でも、信号配線層11との導通を確実に確保することが可能となり、板厚ばらつきを含めた加工深さの制御が容易となる。
Specifically, when the small diameter portion 14B shown in FIG. 1 is removed by back drilling, as shown in FIG. 2, the diameter of the
例えば、大径部14Aの径がφ0.7、小径部14Bの径がφ0.2の場合、ドリル径はφ0.5程度に設定できる。
For example, when the diameter of the
従って、別例は、基板10の表面側にはスルーホール14(の大径部14A)が設けられ、裏面側にはスルーホール14(大径部14A)より径小なノンスルーホール23が設けられた構成となる。
Therefore, in another example, (the
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。 The present invention is not limited to the present embodiment, and the specific configuration of each component can be designed as appropriate.
10 基板
11 信号配線層
14 スルーホール
14A 大径部
14B 小径部
18 クリアランス
23 ノンスルーホール
10 substrates
11 signal wiring layer
14 through holes
14A large diameter part
14B Small diameter part
18 clearance
23 non-through holes
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|---|---|---|---|---|
| CN117750624A (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-22 | 慧与发展有限责任合伙企业 | Power via resonance suppression |
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- 2017-04-11 JP JP2017077967A patent/JP2018182012A/en active Pending
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