JP4915519B2

JP4915519B2 - 多層配線基板構造

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Publication number: JP4915519B2
Application number: JP2007068691A
Authority: JP
Inventors: 英治尾方; 和範大森; 功一並松; 一成深川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008235338A; US7575442B2; US20080227312A1

Description

この発明は、複数の層からなる多層配線基板の各層に形成された配線パターン間をビアを介して接続する多層配線基板構造に関し、特に、多層配線基板の配線パターンに高速信号を伝送する多層配線基板構造に関するものである。

近年、データ伝送量の増大に伴い、デバイスの高速化や高速信号伝送として超Ｇｂｐｓ帯域が普及しつつあり、伝送装置及びシステム内の伝送路として、プリント配線板（printed-wiring board：以下、ＰＷＢと称す）に形成された配線パターンを使用することが一般的である。また、高速信号配線の伝送品質を確保するために、デバイスやＰＷＢに対して様々な設計手法が取られている。

例えば、デバイスの設計手法としては、プリエンファシス、イコライザー、ＯＣＤ（Off Chip Driver）又はＯＤＴ（On Die Termination）の機能を内蔵したデバイスを採用することが考えられる。また、ＰＷＢの設計手法としては、高周波用基材（低誘電正接（ｔａｎδ）、低比誘電率（εｒ）、ＶＬＰ（Very Low Profile）銅箔）を採用することによる誘電損失及び抵抗損失の低減、特性インピーダンスのマッチング、ＩＶＨ（Interstitial Via Hole）やビルドアップなどでＶＩＡの分岐（ＶＩＡのうち信号伝送に不要な部分。以下、ビアスタブと称す）を削減することによる反射及び伝送損失（信号減衰量）の抑制などを図ることが考えられる。なお、以下においては、ビアのうち信号伝送に必要な部分の長さを主幹長と称し、ビアのうち信号伝送に不要な部分であるビアスタブの長さを分岐長と称する。

ここで、ビアスタブによる反射及び伝送損失について検討する。
まず、ビアスタブによる反射に関しては、ビアスタブで特性インピーダンスが不連続に発生し、反射係数及び透過係数が０ではなくなり、ビアスタブにおいて反射波が発生する。

また、ビアスタブによる伝送損失に関しては、ビットレート（動作周波数の換算）、特性インピーダンス（配線パターンの銅箔の厚さ及び配線幅、ＰＷＢの基材の比誘電率、隣接する配線パターン間の層間距離）、物性値（基材の材料による特性（誘電正接、比誘電率））、物理線長（ビアスタブの形状（主幹長、分岐長））などの種々のパラメータを変動させることにより、伝送損失（信号減衰量）が決定される。

このビットレートは、目的とする回路動作の条件を満足させるために、仕様として決定されていることが多く、ビットレートの変更は基本的に不可能である。特に、将来的に、ビットレートの設定値の仕様が上昇していく場合に、伝送損失には周波数の依存性があるため、他のパラメータにより伝送損失に対する対策を行なわなければ、要求するスペックを満足することができない。

また、特性インピーダンスは、整合回路を設計することが基本であるが、コストに直接的に関係する基板材料の物性値に依存し、各物理パラメータを調整することで実現されるので、コントロールは比較的容易である。
また、物性値は、より良好な特性を有する材料を基材に用いることとそれに伴うコストとのトレードオフの関係で決定される。

さらに、ビアスタブは、ビアを介して接続する複数の配線パターンを何層目にそれぞれ配設するかで、分岐長が変動するが、高密度配線になると設計の自由度が無くなり、ビアスタブを考慮して伝送損失が許容のスペックを満足しているかの判断が必要となってくる。特に、ビアスタブによる伝送損失は、配線経路全体においても無視できない割合を占めている。

以上のように、高速信号配線の伝送品質を確保するために、デバイスやＰＷＢに様々な設計手法が取られているのであるが、より安全なマージンを多く取れば、当然ながら対策コストは上昇する傾向にあり、費用対効果で対策技術を選定しているのが実情であった。

このため、伝送損失に関して無視できないパラメータである層間を接続するビアによる分岐長を削減する手法として、以下のような従来技術がある。図１９（ａ）は貫通ビアを説明するための断面図、図１９（ｂ）は半貫通ビアを説明するための断面図、図２０（ａ）はＩＶＨを説明するための断面図、図２０（ｂ）はビルドアップを説明するための断面図、図２１（ａ）はバックドリルを説明するためのバックドリルを行なう前の断面図、図２１（ｂ）はバックドリルを説明するためのバックドリルを行なった後の断面図である。図１９〜図２１において、多層配線基板２００の表層又は内層に形成された複数層に跨る配線パターン２０１間をビア２０２を介して接続している。また、図２１においては、ビアスタブ２０２ａが残存している。

第１に、多層配線基板２００の表面２００ａ及び背面２００ｂ間でビア２０２の主幹長となるような層間接続とする貫通ビア（図１９（ａ））や、貫通ビアを設けた多層配線基板に他の多層配線基板を貼り合わせることによる半貫通ビア（図１９（ｂ））とする従来技術がある。

第２に、絶縁層と導体層の形成をレジストと薄膜を利用しフォトリソグラフィの手法で１層づつ形成し、層間接続も１層ごとに形成するビアで行なうことで、設計の自由度を向上させたＩＶＨ（図２０（ａ））やビルドアップ（図２０（ｂ））とする従来技術がある。

第３に、ビアスタブ２０２ａに相当する多層配線基板の部分をドリルで穴２０３を開けること（以下、バックドリルと称す）で、ビアスタブ２０２ａを除去する従来技術（図２１）がある。

第４に、従来の多層配線基板が、２本のスルーホールを併設し、この間を接続するパターンのリターン電流経路となる電源・グランドパターンの一部を除去する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１４０３６５号公報

しかしながら、従来の貫通ビアは、ビアの全長を主幹長として使用する必要があり、多層配線基板の表面上の配線パターンと背面上の配線パターンとを接続しなければならないという設計面での制約があるという問題点があった。

また、従来の半貫通ビアは、多層配線基板にビアを形成した後に他の多層配線基板を貼り合わせる必要があり、従来のＩＶＨ及びビルドアップは、絶縁層と導体層を１層づつ形成し、ビアも１層ごとに形成する必要があり、製造工程が増加し、積層後一括してドリルによる全層貫通のビアを形成する通常の多層配線基板と比較して、製造コストが高価になるというコスト面での制約があるという問題点があった。

また、従来のバックドリルによるビアスタブを除去する技術は、不要なビアスタブを削るという工法上、ビアスタブを完全に除去することが困難であり、伝送特性の要求及び条件が厳しくなると、特性面及び品質面からバックドリルを行なうことは適切ではない。特に、ＢＷＢ（Back Wiring Board）向けとして、ＰＣＢに搭載される微細なＢＧＡ（Ball Grid Array）用のビアスタブを機械的に削ることは困難であるという問題点があった。

さらに、従来の多層配線基板は、異なる層上に形成された配線パターン間を接続する１つの組み合わせに対して２本のスルーホールを配設する必要があるために、スルーホールによる実装面積の増大を招き、スルーホールを配設した領域分だけ、配線パターンを形成することができる領域が狭くなるという設計面での制約があるという問題点があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ビアスタブが発生することがなく、配線設計に自由度のある多層配線基板構造を提供することを目的とする。

この発明に係る多層配線基板構造においては、多層配線基板の任意の一層に形成する第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを形成する層と異なる層に形成する第２の配線パターンと、前記多層配線基板の表面及び背面間を貫通する貫通孔と、前記貫通孔に内接する側面に導体部を有し、前記貫通孔に嵌合する嵌合接続子と、を備え、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンが、前記貫通孔の内側面に露出し、前記嵌合接続子の導体部が、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンとを最短長で接続するように
前記嵌合接続子の内部に配設され、前記嵌合接続子が、前記導体部の両端部を、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンの各露出部に接続するものである。

本発明は、多層配線基板の任意の一層に形成する第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを形成する層と異なる層に形成する第２の配線パターンと、前記多層配線基板の表面及び背面間を貫通する貫通孔と、前記貫通孔に内接する側面に導体部を有し、前記貫通孔に嵌合する嵌合接続子と、を備え、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンが、前記貫通孔の内側面に露出し、前記嵌合接続子の導体部が、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンとを最短長で接続するように前記嵌合接続子の内部に配設され、前記嵌合接続子が、前記導体部の両端部を、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンの各露出部に接続することにより、ビアスタブを発生させずに、第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続できると共に、高密度配線を達成するための配線設計の自由度を多層配線基板に持たせることができる。

（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の多層配線基板の一例を示す部分拡大平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す多層配線基板の矢視Ａ−Ａ線の断面図、図２（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に嵌合接続子の平面図、図３は図１に示す多層配線基板と図２に示す嵌合接続子との嵌合部分の部分拡大断面図、図４（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。

図１〜図４において、多層配線基板１００は、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、ガラスポリイミド基板、フッ素基板、ガラスＰＰＯ（polyphenylene oxide：ポリフェニレンオキサイド）基板、金属基板又はセラミック基板などを使用することができるが、この第１の実施形態においては、ガラス繊維を布状に編んだガラス織布にエポキシ樹脂を滲みこませたガラスエポキシ基板を使用している。

多層配線基板１００は、配線パターン１０が、表面１００ａ、背面１００ｂ又は内層１００ｃ上に配設された複数の層からなる。以下、複数の配線パターン１０のうち、多層配線基板１００の任意の一層に形成された第１の配線パターン１１と、第１の配線パターン１１を形成する層と異なる層（例えば、図１（ｂ）においては、表層）に形成された第２の配線パターン１２との接続を例に挙げて説明する。

貫通孔２０は、従来のスルーホールと同様に、ドリル又はレーザを用いて多層配線基板１００に対して穴あけ加工を行なうことで、多層配線基板１００の表面１００ａ及び背面１００ｂ間を貫通する略円柱形状に形成される。この貫通孔２０の内側面２０ａには、配線パターン１０の一部が露出しており、第１の配線パターン１１は露出部１１ａが露出し、第２の配線パターン１２は露出部１２ａが露出している。

なお、この第１の実施形態においては、貫通孔２０の形状を略円柱形状としているが、他の形状に穴あけ加工が可能であれば、この形状に限られるものではなく、例えば、四角柱などの略角柱形状であってもよい。特に、貫通孔２０の形状を略角柱形状とすれば、貫通孔２０に対して後述する嵌合接続子３０の周方向における位置決めを容易にすることができるのであるが、ドリルによる穴あけ加工は困難である（角が形成できない）ために、ドリル加工と比較して使用する加工装置が高価であるレーザ加工を行なう必要がある。このため、比較的加工が容易であり、製造コストを抑えることができる略円柱形状の貫通孔２０とすることが好ましい。

嵌合接続子３０は、貫通孔２０に嵌合する形状であり、この第１の実施形態においては、貫通孔２０と一致するような略円柱形状である。この嵌合接続子３０は、エポキシ樹脂などの絶縁材料を基材とした絶縁体部３１と、嵌合接続子３０の側面３０ａとなる絶縁体部３１の表面に半田ペーストを塗布した導体部３２とからなる。なお、嵌合接続子３０の絶縁体部３１の材質は、多層配線基板１００と同一の材質を選択することにより、同一環境下において、多層配線基板１００と同一の物性（膨張率など）の変化を生じさせることができるので好ましい。

嵌合接続子３０の導体部３２は、多層配線基板１００の積層方向における第１の配線パターン１１及び第２の配線パターン１２間の間隔（以下、積層方向間隔ｄと称す）と同一の幅を有するように、嵌合接続子３０の側面３０ａに周設している。なお、この第１の実施形態においては、第２の配線パターン１２が、多層配線基板１００の表面１００ａである表層に配設されているために、嵌合接続子３０の一方の端面３０ｂの周縁を、導体部３２の第１の端部３２ａとし、第１の端部３２ａから積層方向間隔ｄをなす位置を導体部３２の第２の端部３２ｂとして、嵌合接続子３０の側面３０ａに導体部３２を周設している。

これにより、嵌合接続子３０の端面３０ｂを、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂと同一平面上となるように、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を嵌合させることで、嵌合接続子３０の導体部３２は、第２の端部３２ｂが第１の配線パターン１１の露出部１１ａと当接し、第１の端部３２ａが第２の配線パターン１２の露出部１２ａと当接し、ビアスタブが発生することなく、第１の配線パターン１１と第２の配線パターン１２とを接続することができる。すなわち、貫通孔２０に露出した第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａと、嵌合接続子３０の導体部３２との、嵌合接続子３０の長さ方向及び周方向における位置決めは、嵌合接続子３０の端面３０ｂを、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂと同一平面上とすることで、一意に行なうことができる。

なお、嵌合接続子３０は、多層配線基板１００の貫通孔２０に挿入し、位置決めした後に、リフローにより、多層配線基板１００の貫通孔２０に対して嵌合接続子３０を半田付けして固着する。

また、多層配線基板１００は、高速信号伝送路としての配線パターン１０が配設されたＰＷＢを対象にした場合に、伝送品質をそれほど重要視しない信号を伝送する配線パターン１０の層間接続に対しては、既存の層間接続用のメッキスルーホールで接続すると共に、高速信号の伝送品質を重要視する信号を伝送する配線パターン１０の層間接続に対しては、この第１の実施形態に係る嵌合接続子３０により、スタブレスの層間接続を実現するように、メッキスルーホールと嵌合接続子３０を併用してもよい。

なお、この第１の実施形態においては、嵌合接続子３０の長さを多層配線基板１００の厚さ（貫通孔２０の深さ）と一致させているが、嵌合接続子３０の導体部３２が、積層方向間隔ｄと同一の幅を確保できるような嵌合接続子３０の長さであれば、多層配線基板１００の厚さと一致させる必要はない。

また、この第１の実施形態においては、嵌合接続子３０は、側面３０ａとなる絶縁体部３１の表面に半田ペーストを塗布して導体部３２としているが、積層方向間隔ｄと同一の長さを有する略円柱形状の導体を導体部３２として配設させてもよい。

以上のように、この第１の実施形態では、多層配線基板１００の任意の一層に形成された第１の配線パターン１１と、第１の配線パターン１１を形成する層と異なる層に形成された第２の配線パターン１１とを、多層配線基板１００の表面１００ａ及び背面１００ｂ間を貫通する貫通孔２０に、嵌合接続子３０を嵌合させ、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａが、嵌合接続子３０の導体部の第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂとそれぞれ接続することにより、ビアスタブが発生することがなく、第１の配線パターン１１及び第２の配線パターン１２を伝送する信号の反射及び伝送損失（信号減衰量）を抑制することができる。

また、この第１の実施形態では、嵌合接続子３０の導体部３２は、積層方向間隔ｄと同一の幅を有して、嵌合接続子３０の側面に周設することにより、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を挿入する場合に、嵌合接続子３０の周方向の回転による角度を考慮する必要がなく、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａと嵌合接続子３０の導体部３２の第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂとを、容易にそれぞれ接続することができる。

また、この第１の実施形態では、嵌合接続子３０の端面３０ｂを、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂと同一平面上にすることにより、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を挿入する場合に、嵌合接続子３０の長さ方向の位置決めができ、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａと嵌合接続子３０の導体部３２の第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂとを、容易にそれぞれ接続することができる。

なお、この第１の実施形態においては、嵌合接続子３０の両端面３０ｂの直径を、多層配線基板１００の表面１００ａ及び背面１００ｂにおける貫通孔２０の直径と一致させているために、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０をスムーズに挿入できない場合が考えられる。

そこで、図４に示すように、嵌合接続子３０は、可撓性のある絶縁体を基材とし、嵌合接続子３０の側面３０ａに長さ方向に延在するＶ字溝３３を配設することにより、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を挿入する際に、嵌合接続子３０の外形を圧縮した状態で挿入することで、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を比較的スムーズに挿入することができる。

また、嵌合接続子３０は、Ｖ字溝３３を配設させ、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を圧入できる程度に、嵌合接続子３０の両端面３０ｂの直径を、多層配線基板１００の表面１００ａ及び背面１００ｂにおける貫通孔２０の直径と比較して大きくすることで、多層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を挿入した場合に、嵌合接続子３０が圧縮状態から開放され膨張することで、層配線基板１００の貫通孔２０に嵌合接続子３０を係止することができる。

（本発明の第２の実施形態）
図５（ａ）はこの発明を実施するための第２の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す嵌合接続子の平面図、図６（ａ）はこの発明を実施するための第２の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す嵌合接続子の平面図、図７（ａ）は図６に示す嵌合接続子を多層配線基板に対して位置決めするための接続長制御用治具の一例を示す側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す嵌合接続子の平面図、図８は図７に示す接続長制御用治具の使用方法を説明するための説明図である。図５〜図８において、図１〜図４と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。

以下、この第２の実施形態においては、図１に示す多層配線基板１００の貫通孔２０に、嵌合接続子３０を嵌合させる場合について説明する。
嵌合接続子３０は、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、背面１００ｂ）に対して突出するように、多層配線基板１００の背面１００ｂにおける貫通孔２０の直径より大きい直径とする底面をなす円柱形状の突起部３４を有する。なお、突起部３４は、この形状に限られるものではなく、一方の端面３０ｂを含む一端を、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂにおける貫通孔２０の中心から貫通孔２０の周縁を越える長さを備えた構成であればよい。

また、嵌合接続子３０は、突起部３４から導体部３２の第１の端部３２ａまでの長さが、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、背面１００ｂ）から第２の配線パターン１２の露出部１２ａまでの貫通孔２０の深さと一致し、突起部３４から導体部３２の第２の端部３２ｂまでの長さが、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、背面１００ｂ）から第１の配線パターン１１の露出部１１ａまでの貫通孔２０の深さと一致するように、対応する位置に導体部３２を配設する。

なお、この第２の実施形態における多層配線基板構造においては、嵌合接続子３０の形状を変更するところのみが第１の実施形態と異なるところであり、後述する嵌合接続子３０による作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

この第２の実施形態においては、嵌合接続子３０を、多層配線基板１００の貫通孔２０に挿入する（ここでは、多層配線基板１００の背面１００ｂ側から挿入する）場合に、嵌合接続子３０の突起部３４が、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、背面１００ｂ）に当接することにより、多層配線基板１００の貫通孔２０に対して嵌合接続子３０の過剰な挿入量となること（第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａと嵌合接続子３０の導体部３２の第２の端部３２ｂ及び第１の端部３２ａとの位置ずれ）を防止し、嵌合接続子３０の長さ方向の位置決めを確実に行なうことができる。

なお、この第２の実施形態においては、嵌合接続子３０自体を使用して、嵌合接続子３０の長さ方向の位置決めを行なっているが、図７に示すような接続長制御用治具３１０を使用してもよい。

この場合には、嵌合接続子３０は、図６に示すように、側面３０ａに凹部又は凸部（ここでは、嵌合接続子３０の側面３０ｂを周回する凹部３５）を有する。また、接続長制御用治具３１０は、底面３１０ａが平面であり、底面３１０ａに対して垂直に嵌合接続子３０を係止することができると共に、嵌合接続子３０の凹部又は凸部（ここでは、凹部３５）と嵌合する凸部又は凹部（ここでは、凸部３１０ｂ）を備えた係止部３１０ｃを有している。

また、接続長制御用治具３１０は、係止部３１０ｃの凸部３１０ｂから底面３１０ａまでの長さが、嵌合接続子３０の凹部３５から導体部３２の第２の端部３２ｂ（又は第１の端部３２ａ）までの長さから、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、表面１００ａ）から第１の配線パターン１１の露出部１１ａ（又は第２の配線パターン１２の露出部１２ａ）までの貫通孔２０の深さを減算した値と一致するように、構成されている。

なお、図７に示す接続長制御用治具３１０は、特定の配線パターン１０（図８においては、表層及び内層上にある配線パターン１０）間を接続する嵌合接続子３０に使用する専用品として説明しているが、汎用性を持たせるために、接続長制御用治具３１０の底面３１０ａから所定の間隔毎に底面３１０ａと平行な面で分割し、分割部分を自由に挿抜できる構成としてもよい。これにより、接続長制御用治具３１０は、係止部３１０ｃの凸部３１０ｂから底面３１０ａまでの長さを任意に変更することができ、様々な層に形成された配線パターン１０に対応して、嵌合接続子３０を位置決めすることができる。

また、この第２の実施形態においては、接続長制御用治具３１０の外形を、直方体で示しているが、この形状に限られるものではなく、少なくとも、底面３１０ａが平面であり、底面３１０ａに対して垂直かつ所定の長さで嵌合接続子３０を係止することができる構成であればよい。

（本発明の第３の実施形態）
図９（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の多層配線基板の一例を示す部分拡大平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す多層配線基板の矢視Ｂ−Ｂ線の断面図、図１０（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に嵌合接続子の平面図、図１１は図９に示す多層配線基板と図１０に示す嵌合接続子との嵌合部分の部分拡大断面図、図１２（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す嵌合接続子の平面図、図１３（ａ）は図１２に示す嵌合接続子を多層配線基板に対して位置決めするための回転制御用治具の一例を示す側面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す嵌合接続子の平面図、図１４は図１３に示す回転制御用治具の使用方法を説明するための説明図、図１５（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子のさらに他の例を示す側面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。図９〜図１５において、図１〜図８と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。

嵌合接続子３０の導体部３２は、第１の配線パターン１１と第２の配線パターン１２とを最短長で接続するように、第１の配線パターン１１及び第２の配線パターン１２との接触不良を生じさせない面積（好ましくは、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａとほぼ同一の形状）を有する第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂを側面３０ａに半田ペーストをスポットで塗布してそれぞれ配設し、第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂ間を直線で結ぶ直線部３２ｃを内部３０ｃに配設している。また、嵌合接続子３０は、周方向の回転角を確認するためのアライメントマーク３６（例えば、図１０（ｂ）においては、直線状の溝）を端面３０ｂに配設している。

なお、この第３の実施形態における多層配線基板構造においては、嵌合接続子３０の導体部３２の配置を変更するところのみが第１の実施形態及び第２の実施形態と異なるところであり、後述する嵌合接続子３０の導体部３２による作用効果以外は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

この第３の実施形態においては、嵌合接続子３０の導体部３２は、第１の配線パターン１１と第２の配線パターン１２とを最短長で接続する、第１の端部３２ａ、第２の端部３２ｂ及び直線部３２ｃのみから構成することで、場合によってはビアスタブとみなすことができる、第１の実施形態及び第２の実施形態における円筒状又は円柱状の導体部３２と比較して、さらに厳密にビアスタブを削除することができる。

ただし、第１の実施形態及び第２の実施形態における円筒状又は円柱状の導体部３２であれば考慮する必要がなかった、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａと、嵌合接続子３０の導体部３２の第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂとを、それぞれ当接させるための、嵌合接続子３０の周方向における位置決めを、この第２の実施形態においては、考慮する必要がある。

そこで、この第３の実施形態においては、嵌合接続子３０を周方向に回転させ、アライメントマーク３６が指し示す位置（方向）を目安として、第１の配線パターン１１の露出部１１ａ及び第２の配線パターン１２の露出部１２ａに対する、嵌合接続子３０の導体部３２の第１の端部３２ａ及び第２の端部３２ｂを、同一平面上において当接させることができる。

また、嵌合接続子３０の長さ方向における位置決めについては、第１の実施形態と同様に、嵌合接続子３０の端面３０ｂを多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂと同一平面上にすることによる位置決め方法や、第２の実施形態における突起部３４又は接続長制御用治具３１０による位置決め方法を用いることが考えられる。

なお、この第３の実施形態においては、嵌合接続子３０のアライメントマーク３６が指し示す位置（方向）を識別することにより、嵌合接続子３０の周方向における位置決めを行なっているが、図１３に示すような回転制御用治具３２０を使用してもよい。

この場合には、嵌合接続子３０は、図１２に示すように、周回させない凹部又は凸部（ここでは、嵌合接続子３０の側面３０ｂの半周のみに存在する凹部３５ａ）を側面３０ａに有する。また、回転制御用治具３２０は、底面３２０ａが平面であり、底面３２０ａに対して垂直に嵌合接続子３０を係止することができると共に、嵌合接続子３０の凹部又は凸部（ここでは、凹部３５ａ）と嵌合する凸部又は凹部（ここでは、凸部３２０ｂ）を備えた係止部３２０ｃを有している。

また、回転制御用治具３２０は、係止部３２０ｃの凸部３２０ｂから底面３２０ａまでの長さが、嵌合接続子３０の凹部３５ａから導体部３２の第２の端部３２ｂ（又は第１の端部３２ａ）までの長さから、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂ（ここでは、表面１００ａ）から第１の配線パターン１１の露出部１１ａ（又は第２の配線パターン１２の露出部１２ａ）までの貫通孔２０の深さを減算した値と一致するように、構成されている。これにより、回転制御用治具３２０は、底面３２０ｃに対して、嵌合接続子３０が長さ方向に移動及び周方向に回転することを抑止することができ、嵌合接続子３０の導体部３２を貫通孔２０における所定の位置に配設することができる。

なお、図１３に示す回転制御用治具３２０は、特定の配線パターン１０（図１４においては、表層及び内層上にある配線パターン１０）間を接続する嵌合接続子３０に使用する専用品として説明しているが、汎用性を持たせるために、回転制御用治具３２０の底面３２０ａから所定の間隔毎に底面３２０ａと平行な面で分割し、分割部分を自由に挿抜できる構成としてもよい。これにより、回転制御用治具３２０は、係止部３２０ｃの凸部３２０ｂから底面３２０ａまでの長さを任意に変更することができ、様々な層に形成された配線パターン１０に対応して、嵌合接続子３０を位置決めすることができる。

また、この第３の実施形態においては、回転制御用治具３２０は、外形を直方体で示しているが、この形状に限られるものではなく、少なくとも、底面３２０ａが平面であり、底面３２０ａに対して垂直かつ所定の長さで嵌合接続子３０を係止することができる構成であればよい。

また、この第３の実施形態においては、高速信号伝送路においては一般的である、第１の配線パターン１１と第２の配線パターン１２とを１対１に対応させて接続する場合を説明したが、配線が分岐することがある低速信号伝送路に用いる場合には、第１の配線パターン１１又は第２の配線パターン１２に対して嵌合接続子３０を介して複数の配線パターン１０を接続してもよい。

また、この第３の実施形態においては、１つの嵌合接続子３０に対して１つの導体部３２を配設して、一対の配線パターン１０（第１の配線パターン１１、第２の配線パターン１２）間を接続する場合を説明したが、１つの嵌合接続子３０に対して複数の導体部３２を配設して、複数対の層間接続に用いてもよい。

さらに、この第３の実施形態においては、複数の嵌合接続子３０がそれぞれ独立して、対応する貫通孔２０に嵌合する構成としているが、複数の嵌合接続子３０を連結し、複数の貫通孔２０に一体として嵌合する構成としてもよい。これにより、それぞれの嵌合接続子３０が、連結された他の嵌合接続子３０によって、周方向に回転することを抑止され、嵌合接続子３０の周方向の位置決めを行なうことができる。また、連結部分が、多層配線基板１００の表面１００ａ又は背面１００ｂに当接することで、多層配線基板１００の貫通孔２０に対して嵌合接続子３０の過剰な挿入量となることを防止し、嵌合接続子３０の長さ方向の位置決めを行なうことができる。

特に、高速信号で多用される伝送形態である、差動ペア配線やバス配線などの複数の高速信号伝送路が平行に配線される場合においては、第１の配線パターン１１及び第２の配線パターン１２は、複数の配線パターン１０を並設する配線パターン群であり、この配線パターン群の各配線パターン１０にそれぞれ対応する複数の嵌合接続子３０を連結して、複数の貫通孔２０に一体として嵌合させる。例えば、図１５に示すように、２つの嵌合接続子３０において、導体部３２の直線部３２ｃが平行に配置され、連結部３７によって、２つの嵌合接続子３０を連結する構成が考えられる。

（本発明の第４の実施形態）
図１６（ａ）はこの発明を実施するための第４の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）に嵌合接続子の平面図である。図１６において、図１〜図１５と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。

嵌合接続子３０は、長さ方向に沿った複数の凹部３８ａと周方向に沿った複数の凹部３８ｂとを組み合わせた汎用配線凹部３８を側面３０ａに有し、汎用配線凹部３８の所定の位置に導体部３２を埋設する。

導体部３２は、汎用配線凹部３８のうち、層間接続に最適な区間（例えば、最短長となるルートや他の配線を考慮したルート）に、半田ペーストをスポットで塗布することや、半田ペーストを表面に付着させた導体部品を汎用配線凹部３８に嵌合することが考えられる。

なお、この第４の実施形態における多層配線基板構造においては、嵌合接続子３０の側面に汎用配線凹部３８を有し、所定の位置に導体部３２を埋設するところのみが第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態と異なるところであり、後述する嵌合接続子３０の汎用配線凹部３８による作用効果以外は、第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様の作用効果を奏する。

この第４の実施形態においては、従来の多層配線基板のビアにおいて、物理的に複数の配線が不可能であった層間接続に、半田ペーストを用いることができ、高密度配線率の向上を図ることができる。

つぎに、ビアスタブが生じている従来技術の多層配線基板を用いた高速信号伝送路と本発明に係る多層配線基板構造を用いた高速信号伝送路とを比較して、本発明による作用効果を検証する。

検証に用いる高速信号伝送路としては、下表１に示す層構造の多層配線基板において、第１８層（導体幅１００μｍ）に配設された配線パターンと表層である第２０層（導体幅１７５μｍ）に配設された配線パターンとを、従来技術に係るビア又は本発明に係る嵌合接続子３０とを用いて接続した場合を考える。なお、ビア及び嵌合接続子３０を用いるにあたり、スルーホール及び貫通孔２０は、ランド径０．５ｍｍ、ドリル径０．２５ｍｍ及び逃げ径０．７５ｍｍとして、下表１に示す層構造の多層配線基板に貫通した場合を考える。

本発明に係る多層配線基板構造における実施例１は、主幹長が２５４μｍであり、分岐長が０μｍである。また、バックドリルによる処理を施していない従来技術の多層配線基板における比較例１は、主幹長が２５４μｍであり、分岐長が２１６６μｍである。また、バックドリルによる処理を施した従来技術の多層配線基板における比較例２は、主幹長が２５４μｍであり、分岐長が１３８μｍである。なお、この実施例における直径０．２５ｍｍの微細ビア（レーザで形成する直径０．３ｍｍ以下のビア）に対して、バックドリルによる処理を施すことは、現時点では困難であるため、バックドリルによる処理が可能であると仮定して、ビアスタブが極小に残った（例えば、第１７層の手前までバックドリルによる処理ができた）場合において、シミュレーションを実施した。

これらの実施例１、比較例１及び比較例２に対して、伝送速度が４．８Ｇｂｐｓの高速信号を伝送し、観測した信号波形を、図１７及び図１８に示す。図１７（ａ）は実施例１におけるアイダイアグラムを示す波形図、図１７（ｂ）は比較例１におけるアイダイアグラムを示す波形図、図１７（ｃ）は比較例２におけるアイダイアグラムを示す波形図、図１８（ａ）は実施例１と比較例２との信号伝送を比較するための波形図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示す拡大部分Ｃの拡大図、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）に示す拡大部分Ｄの拡大図である。

図１７に示すアイダイアグラムによって信号を評価すると、実施例１及び比較例２とは目玉の開き具合がほぼ同等であり、実施例１は比較例１と比較して目玉の開き具合が大きいことがわかる。これにより、実施例１は比較例１と比較して理想の波形に近い良好な信号であることがわかる。なお、実施例１及び比較例２とは目玉の開き具合がほぼ同等であるが、比較例２は、バックドリルによる処理が可能であると仮定したうえでのシミュレーション結果であり、比較例１を考慮すると、ビアスタブの分岐長に依存して信号伝送に影響があることがわかる。

また、図１８に示す信号波形によると、比較例２は、実施例１に対して、オーバーシュート（ＯＳ）が１．９９ｍＶ大きく、伝搬遅延時間（Ｔｄ）が８ｐｓ大きいことがわかり、極小のビアスタブであっても信号伝送に影響があることがわかる。

付記上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）多層配線基板の任意の一層に形成する第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを形成する層と異なる層に形成する第２の配線パターンと、前記多層配線基板の表面及び背面間を貫通する貫通孔と、前記貫通孔に内接する側面に導体部を有し、前記貫通孔に嵌合する嵌合接続子と、を備え、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンが、前記貫通孔の内側面に露出し、前記嵌合接続子が、前記導体部の両端部を、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンの各露出部に接続することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記２）前記嵌合接続子の導体部が、前記多層配線基板の積層方向における前記第１の配線パターン及び第２の配線パターン間の間隔と同一の幅を有して、前記嵌合接続子の側面に周設することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記３）前記嵌合接続子の導体部が、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンとを最短長で接続するように前記嵌合接続子の内部に配設することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記４）前記嵌合接続子が、長さ方向に沿った複数の凹部と周方向に沿った複数の凹部とを組み合わせた汎用配線凹部を側面に有し、当該汎用配線凹部の所定の位置に前記導体部を埋設することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記５）前記嵌合接続子の端面が、前記多層配線基板の表面又は背面と同一平面上にあることを特徴とする多層配線基板構造。

（付記６）前記嵌合接続子が、前記多層配線基板の表面又は背面に対して突出する突起部を有し、前記嵌合接続子の突起部が、前記多層配線基板の表面又は背面に当接することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記７）前記嵌合接続子が、可撓性のある絶縁体を基材としており、長さ方向に延在するＶ字溝を側面に配設することを特徴とする多層配線基板構造。

（付記８）前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンが、複数の配線パターンを並設する配線パターン群であり、前記配線パターン群の各配線パターンにそれぞれ対応する複数の前記嵌合接続子が、連結し、複数の前記貫通孔に一体として嵌合することを特徴とする多層配線基板構造。

（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の多層配線基板の一例を示す部分拡大平面図、（ｂ）は図１（ａ）に示す多層配線基板の矢視Ａ−Ａ線の断面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、（ｂ）は図２（ａ）に嵌合接続子の平面図である。図１に示す多層配線基板と図２に示す嵌合接続子との嵌合部分の部分拡大断面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第２の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、（ｂ）は図５（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第２の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、（ｂ）は図６（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。（ａ）は図６に示す嵌合接続子を多層配線基板に対して位置決めするための接続長制御用治具の一例を示す側面図、（ｂ）は図７（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。図７に示す接続長制御用治具の使用方法を説明するための説明図である。（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の多層配線基板の一例を示す部分拡大平面図、（ｂ）は図９（ａ）に示す多層配線基板の矢視Ｂ−Ｂ線の断面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、（ｂ）は図１０（ａ）に嵌合接続子の平面図である図９に示す多層配線基板と図１０に示す嵌合接続子との嵌合部分の部分拡大断面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の他の例を示す側面図、（ｂ）は図１２（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。（ａ）は図１２に示す嵌合接続子を多層配線基板に対して位置決めするための回転制御用治具の一例を示す側面図、（ｂ）は図１３（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。図１３に示す回転制御用治具の使用方法を説明するための説明図である。（ａ）はこの発明を実施するための第３の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子のさらに他の例を示す側面図、（ｂ）は図１５（ａ）に示す嵌合接続子の平面図である。（ａ）はこの発明を実施するための第４の実施形態における多層配線基板構造の嵌合接続子の一例を示す側面図、（ｂ）は図１６（ａ）に嵌合接続子の平面図である。（ａ）は実施例１におけるアイダイアグラムを示す波形図、（ｂ）は比較例１におけるアイダイアグラムを示す波形図、（ｃ）は比較例２におけるアイダイアグラムを示す波形図である。（ａ）は実施例１と比較例２との信号伝送を比較するための波形図、（ｂ）は図１８（ａ）に示す拡大部分Ｃの拡大図、（ｃ）は図１８（ｂ）に示す拡大部分Ｄの拡大図である。（ａ）は貫通ビアを説明するための断面図、（ｂ）は半貫通ビアを説明するための断面図である。（ａ）はＩＶＨを説明するための断面図、（ｂ）はビルドアップを説明するための断面図である。（ａ）はバックドリルを説明するためのバックドリルを行なう前の断面図、（ｂ）はバックドリルを説明するためのバックドリルを行なった後の断面図である。

符号の説明

１０，２０１配線パターン
１１第１の配線パターン
１１ａ，１２ａ露出部
１２第２の配線パターン
２０貫通孔
２０ａ内側面
３０嵌合接続子
３０ａ側面
３０ｂ端面
３０ｃ内部
３１絶縁体部
３２導体部
３２ａ第１の端部
３２ｂ第２の端部
３２ｃ直線部
３３Ｖ字溝
３４突起部
３５，３５ａ凹部
３６アライメントマーク
３７連結部
３８汎用配線凹部
３８ａ，３８ｂ凹部
１００，２００多層配線基板
１００ａ，２００ａ表面
１００ｂ，２００ｂ背面
２０２ビア
２０２ａビアスタブ
２０３穴
３１０接続長制御用治具
３１０ａ，３２０ａ底面
３１０ｂ，３２０ｂ凸部
３１０ｃ，３２０ｃ係止部
３２０回転制御用治具

Claims

多層配線基板の任意の一層に形成する第１の配線パターンと、
前記第１の配線パターンを形成する層と異なる層に形成する第２の配線パターンと、
前記多層配線基板の表面及び背面間を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に内接する側面に導体部を有し、前記貫通孔に嵌合する嵌合接続子と、
を備え、
前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンが、前記貫通孔の内側面に露出し、
前記嵌合接続子の導体部が、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンとを最短長で接続するように前記嵌合接続子の内部に配設され、
前記嵌合接続子が、前記導体部の両端部を、前記第１の配線パターン及び第２の配線パターンの各露出部に接続することを特徴とする多層配線基板構造。
前記請求項１に記載の多層配線基板構造において、
前記嵌合接続子が、前記多層配線基板の表面又は背面に対して突出する突起部を有し、前記嵌合接続子の突起部が、前記多層配線基板の表面又は背面に当接することを特徴とする多層配線基板構造。