JP5471087B2 - 多層配線基板及び多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は多層配線基板及び多層配線基板の製造方法に関し、特にスルーホールを用いた多層配線基板及び多層配線基板の製造方法に関する。

近年、電子部品の小型化、薄型化の要求に伴い、複数の層から形成されるプリント配線基板の需要が高まっている。プリント配線基板を用いることにより、配線パターンを高密度化することができるため、装置の小型化、薄型化を実現できる。また、プリント配線基板の層間を接続するために、スルーホールを用いた技術が開示されている。

特許文献１には、プリント配線基板に設けられたスルーホールを用いて、高精度な抵抗値精度を実現するための技術が開示されている。具体的には、特許文献１に記載されているプリント配線基板は、カーボンペーストを用いて充填されたスルーホールを有する。カーボンペーストは、抵抗素子としての役割を有する。そして、カーボンペーストをトリミング加工し、抵抗値を調整することができる。

特許文献２には、プリント配線基板を貫通する貫通孔ではなく、プリント配線基板の内部に設けられている内層までの孔を形成し、層間接続を行うＢＶＨ（Blind via hole）に関する技術が開示されている。具体的には、特許文献２に記載されているプリント配線基板は、メッキを用いて充填されたＢＶＨを有する。当該ＢＶＨは、メッキを充填する充填メッキ構造を有する。これにより、プリント配線基板の中間層に位置する信号層と表面の端子との信号伝送を可能としている。

特許文献３には、銅張積層板に貫通孔を形成し、貫通孔に導電ペーストを充填する技術が開示されている。具体的には、特許文献３に記載されている銅張積層板は、貫通孔を有している。さらに、その貫通孔に充填されている導電ペーストの先端及び後端は、銅張積層板よりも突出している。これより、銅張積層板を張り合わせた時に、より良い電気接続性を得ることができる。

特許文献４には、多層配線基板内に形成された異なる２層の配線層が、バイアホール（スルーホール）に充填された抵抗体ペーストを介して電気的に接続される技術が開示されている。

特許文献５には、プリント配線基板に形成されたスルーホールに抵抗材料を充填した後に、スルーホールの両端に回路を形成する技術について開示している。

特開２００８−１３０７４８号公報 特開２００７−１４２３９９号公報 特開２００２−３５３６１９号公報 特開２０００−３４０９５６号公報 実開平１−１０８９６７号公報

多層配線基板にスルーホールを設けて信号伝送を行う場合、次のような問題がある。問題点について、図１２〜１４を用いて説明する。図１２は、信号層１０１を内部に含む、多層配線基板を示している。多層配線基板の表面に、ＬＳＩチップ１０２及び１０３が搭載されている。また、ＬＳＩチップ１０２及び１０３の近傍にスルーホール１０４及び１０５が設けられている。さらに、スルーホール１０４とスルーホール１０５との間に信号経路となる信号層１０１を有する。

ここで、１０６及び１０７の部分は、信号伝送の経路とならない不要な部分（以下、「スタブ」）であり、その端部は開放状態である。このため、信号層を経由して伝送された信号が、スルーホールで分岐し、その分岐された信号が、端部で全反射する。この全反射した信号が、信号層を経由して伝送された信号の信号波形に悪影響を与える。つまり、全反射した信号が、ノイズとしてＬＳＩチップ１０２及び１０３に入力される。スルーホールのスタブ長が長くなるほど、ＬＳＩチップ１０２及び１０３が取得する信号波形への悪影響の度合いは大きくなる。

図１３のように、スタブを除去するために、スルーホール径より大きな径を有するドリルで機械的にスルーホールを除去することが考えられる。しかし、スタブのみを除去するようドリルを制御することは困難であり、特に、図１４に示すように、厚さｄのスタブを除去するように制御することは困難である。このように、ドリルを用いて機械的にスルーホールを除去しようとしても、スタブ長は短縮されるが、スタブを完全に除去することは困難である。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、スタブを有するために発生する反射信号の影響を受けずに信号を受信することができる多層配線基板及び多層配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる多層配線基板は、内部に形成された信号層と、当該信号層とは異なるグランド層と、を含む積層板と、前記積層板を貫通し、表面が導体により被覆されたスルーホールと、前記スルーホールの開放端と前記グランド層とを接続する抵抗素子と、前記積層板の第１の表面に形成され、前記信号層と前記スルーホールとを介して信号を受信する受信器と、を備えるものである。

本発明の第２の態様にかかる多層配線基板の製造方法は、内部に形成された信号層と、当該信号層とは異なるグランド層と、を含む積層板を貫通するスルーホールを形成するステップと、前記スルーホールの表面を導体により被覆するステップと、前記スルーホールの開放端と前記グランド層とを抵抗素子により接続するステップと、を備えるものである。

本発明により、スタブを有するために発生する反射信号の影響を受けずに信号を受信することができる多層配線基板及び多層配線基板の製造方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる多層配線基板の構成図である。 実施の形態１にかかる多層配線基板の構成図である。 実施の形態１にかかる多層配線基板のスルーホール近傍の構成図である。 実施の形態１にかかる多層配線基板のキャビティを含むスルーホール近傍の構成図である。 実施の形態１にかかるキャビティを特定方向からとらえた構成図である。 実施の形態１にかかる抵抗ペーストの充填方法を示す図である。 実施の形態１にかかる抵抗ペーストをキャビティに充填した図である。 実施の形態１にかかる多層配線基板の構成図である。 実施の形態１にかかる信号の流れを示す図である。 実施の形態２にかかる多層配線基板の構成図である。 実施の形態２にかかる信号の流れを示す図である。 課題の説明にかかる多層配線基板の構成図である。 課題の説明にかかる多層配線基板の一部をドリルで掘り進めた状態を示す図である。 課題の説明にかかる多層配線基板の一部を拡大した図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる多層配線基板について説明する。多層配線基板は、積層板１と、信号層２と、グランド層３ａ及び３ｂと、スルーホール４と、スルーホール５と、導体６と、抵抗素子７と、受信器８と、を備えている。

信号層２は、積層板１の内部（中間層）に配置される。グランド層３ａ及び３ｂは、多層配線基板の表面、裏面又は積層板１の内部に配置される。また、グランド層３ａ及び３ｂは、表面もしくは裏面と、積層板１の内部とに配置されてもよい。図１においては、グランド層３ａは、表面に配置され、グランド層３ｂは、裏面に配置されている。

スルーホール４及び５は、多層配線基板の表面から裏面まで貫通している貫通孔を形成している。スルーホール４及び５の内面には信号層２が、露出している。スルーホール４及び５は、当該露出されている信号層２を覆うように、導体６により被覆されている。導体６は、スルーホール４及び５の内面のみならず、表面及び裏面のスルーホール４及び５の近傍にも形成されている。また、導体６と、グランド層３ａ及び３ｂとは、接していない。

抵抗素子７は、導体６とグランド層３ｂとの間に接続されている。また、抵抗素子７は、受信器８が接続されている面と対向する面の導体６とグランド層３ｂとの間に接続されている。例えば、受信器８が表面に接続されている場合、抵抗素子７は、裏面に接続される。さらに、抵抗素子７は、スルーホール４に被覆されている導体６と接続されることが望ましい。スルーホール４は、受信器８の近傍に配置されているスルーホールである。図１においては、受信器８の近傍に存在するスルーホール４に被覆されている導体６に抵抗素子７が接続されている。抵抗素子７は、ペースト状の形状を有する抵抗ペースト、リード線を有する抵抗器、又はリード線を有しない抵抗器（チップ抵抗）であってもよい。

受信器８は、導体６を介して積層板１と接続されている。導体６は、スルーホール４の表面を被覆し、積層板１の表面にも一部形成されている。受信器８と、導体６との接続は、例えばＢＧＡ（Ball Grid Array）方式であって、半田を用いた小さいボール状の電極９ａを使用してもよい。また、ボール状の電極以外にも、平面電極パッドを用いてもよく（ＬＧＡ（Land Grid Array））、受信器８と、積層板１との接続形態は、特定の方法に限定されるものではない。

以上説明したように、図１の多層配線基板を用いることにより、信号層２を介して伝送された信号を受信器８が受信する際に、反射信号のために生じる影響を除去することができるため、受信器８の信号の受信品質向上を図ることができる。具体的には、信号層２を介して伝送された信号は、スルーホール４において、受信器８方向と、抵抗素子７方向とに分岐される。抵抗素子７が存在しない場合、抵抗素子７方向に分岐された信号は、スルーホールの端部で全反射し、受信器８方向の信号に対して影響を与えることになり、いわゆるノイズを生じる。ここで、受信器８が接続されているスルーホールの端部と反対側の端部に抵抗素子７を接続し、さらに抵抗素子７にグランド層３ｂを接続することにより、信号を終端させ、信号の反射を防ぐことができる。

次に、図２〜図７を用いて、本発明の実施の形態１にかかる多層配線基板の製造方法について説明する。図２は、信号層２、グランド層３ａ及び３ｂを積層板１の内部に含む構成例を示している。信号層２は、積層板１の内部に含まれるグランド層３ａ及び３ｂの間に配置されている。グランド層３ａ及び３ｂの間に挟まれるように信号層２を配置するストリップライン構造を構成することにより、信号層２は、クロストークノイズの発生を防止することができる。信号層２は、スルーホール４及び５を形成するために設けられた貫通孔の表面に露出される。ここで、導体６で貫通孔の表面を被覆することにより、信号層２は、導体６と接続される。信号層２が導体６と接続されることにより、信号層２を介して伝送された信号は、スルーホール４及び５を介して、表面もしくは裏面に配置するＬＳＩ等に信号を伝送することができ、さらに、他の信号層が積層板１の内部に配置されている場合、信号層２を介して伝送された信号を、他の信号層に伝送することもできる。

グランド層３ａ及び３ｂは、スルーホール４及び５を形成するために設けられた貫通孔の表面には露出されていない。

次に、図３に示すように、スルーホール４の裏面からドリル１０を用いて掘り進むことにより、スルーホールのスタブの一部を除去する。ドリル１０は、スルーホール４の径よりも大きな径を有する必要がある。また、ドリル１０を用いて、スルーホール４の内部方向に掘り進む。ドリル１０は、裏面に最も近いグランド層３ｂを露出させるまで掘り進められる。

図４は、ドリル１０を用いてスルーホール４の一部のスタブを除去した後の積層板１の形状である。ドリル１０により掘り進められた裏面に、キャビティが形成される。キャビティは、スルーホール４の径よりも大きな径の形状を有する。また、キャビティの底面には、グランド層３ｂが露出している。また、キャビティの底面には、スルーホール４に被覆されている導体６も露出している。ここで、キャビティの形成方法として、ドリル１０を用いて、スルーホール４の裏面にキャビティを形成する方法を説明したが、レーザ等を用いて積層板１の裏面を削り、キャビティを形成してもよい。

図４においては、スルーホール４を挟んで左右の積層板１のグランド層３ｂがキャビティの底面に露出されているように図示しているが、どちらか一方のグランド層３ｂのみを露出させることでもよい。

図５は、キャビティを図４の矢印方向から見た図である。図５には、導体６と、グランド層３ｂとが同心円上に配置されていることが示されている。グランド層３ｂは、導体６に直接接続されず、導体６とグランド層３ｂとの間に内層クリアランス１１が形成されている。

次に、図６を用いて、キャビティへ抵抗ペースト１２を充填する方法について説明する。抵抗ペースト１２は、キャビティ位置に対応した印刷用のステンシルマスク１３とスキージ１４を用いてキャビティに充填される。具体的には、抵抗ペースト１２を、印刷用ステンシルマスク１３上に置き、スキージ１４を、印刷用ステンシルマスク１３上で往復させることにより、抵抗ペースト１２をキャビティに充填する。抵抗ペースト１２は、例えば、低温熱硬化型のポリマー厚膜抵抗体ペーストが用いられる。キャビティに充填された抵抗ペースト１２は、一定時間熱処理することで硬化され、キャビティに固定される。

ここで、抵抗ペーストは、インクを射出することによりプリントを行うインクジェット方式を用いて基板に供給されてもよい。

図７は、抵抗ペースト１２がキャビティに充填されている様子を示している。抵抗ペースト１２は、導体６及びグランド層３ｂに接続されている。グランド層３ｂは、キャビティの底面に露出している。これにより、導体６とグランド層３ｂは、抵抗ペースト１２を介して接続される。また、抵抗ペースト１２は、スルーホール４を形成する貫通孔をすべて満たす必要はなく、裏面のキャビティに露出されているスルーホールを塞ぐ程度に満たされればよい。もちろん、スルーホール４をすべて満たしてもよい。

次に、図８を用いて、図７までに生成した多層配線基板の表面と裏面とにＬＳＩを搭載した構成について説明する。多層配線基板の表面には、信号受信用の受信器８が接続される。受信器８は、例えばレシーバを示す。受信器８は、スルーホール４の表面に被覆された導体６と、表面にパターン生成されている導体６とに接続されている。また、受信器８は、例えば、半田を用いた小さいボール状の電極９ａを使用して、ＢＧＡ接続方式により接続される。

多層配線基板の裏面には、信号送信用の送信器１５が接続される。送信器１５は、例えばトランシーバを示す。送信器１５は、スルーホール５の表面に被覆された導体６と、裏面にパターン生成されている導体６とに接続されている。接続方法は、受信器８と同様、例えば、半田を用いた小さいボール状の電極９ｂを使用して、ＢＧＡ接続方式により接続される。ここで、受信器８及び送信器１５は、抵抗ペースト１２をキャビティに充填する前に接続されてもよく、さらに、キャビティ形成前に接続されてもよい。

次に、図９を用いて、図８の多層配線基板を用いた信号の流れについて説明する。送信器１５から出力された信号は、スルーホール５経路と、信号層２経路と、スルーホール４経路とを介して受信器８に入力される。また、送信器１５から出力された信号は、信号層２経路から、抵抗を介してグランドに流れ込む。図９に示される抵抗は、抵抗ペースト１２により形成され、グランドは、その一端がグランド層３ｂを介してグランドに接続されている。抵抗ペースト１２及びグランド層３ｂにより構成される経路は、並列終端を形成する。受信器８の近傍で並列終端されることより、受信器８は、良好な伝送線路の波形を得ることができる。なぜなら、受信器８は、近傍で並列終端されることにより、反射信号の影響を受けなくなるからである。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる多層配線基板を用いることにより、受信器８は、良好な伝送線路の波形を得ることができる。つまり、スルーホールに被覆されている導体６と、多層配線基板の内部のグランド層３ｂとを抵抗ペースト１２を用いて接続することにより、受信器８は、スタブの影響で生じる反射信号の影響を受けることなく、送信器１５からの信号を取得することができる。

また、スルーホールの端部にキャビティを形成し、当該キャビティ内のスルーホールに抵抗ペーストを埋め込むことで、チップ抵抗器を用いることなく終端抵抗を形成することができる。これより、多層配線基板の表面もしくは裏面にチップ抵抗器を搭載するエリアを確保する必要がない。そのため、チップ抵抗器を用いる場合と比較して、多層配線基板をより小型化することができる。

また、本発明の実施の形態１にかかる多層配線基板の製造方法は、スルーホールを形成した多層配線基板の製造完了後に、抵抗ペーストの充填を実施する。つまり、電気的に良品を確認できた多層配線基板のみに、抵抗ペーストの充填を実施することで、歩留りを向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかかる多層配線基板の構成例について図１０を用いて説明する。積層板１は、信号層２、グランド層３ａ及び３ｂとは異なる電源層１６をさらに備えている。また、積層板１は、スルーホール４と５との間に、スルーホール１７をさらに備えている。また、スルーホール１７の両端部ともに図３、図４と同様にキャビティを形成する。ここで、スルーホール１７の表面に形成されたキャビティの底面には、電源層１６が露出している。スルーホール１７の裏面に形成されたキャビティの底面には、グランド層３ｂが露出している。スルーホール１７の表面及び裏面のキャビティに抵抗ペーストを充填し、図１１に示される伝送経路を形成する。信号層２及び電源層１６と、信号層２及びグランド層３ｂとの間に抵抗を接続することにより、いわゆるテブナン終端回路を形成している。

受信器８の近傍にテブナン終端回路を形成すると、実施の形態１と同様に、受信器８は、反射信号の影響を受けることがなくなるため、良好な伝送線路の波形を得ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 積層板
２ 信号層
３ａ、３ｂ グランド層
４、５ スルーホール
６ 導体
７ 抵抗素子
８ 受信器
９ａ、９ｂ 電極
１０ ドリル
１１ 内層クリアランス
１２ 抵抗ペースト
１３ 印刷ステンシルマスク
１４ スキージ
１５ トランシーバ
１６ 電源層
１７ スルーホール

Claims (11)

1. 内部に形成された信号層と、当該信号層とは異なるグランド層と、電源層とを含む積層板と、
   前記積層板を貫通し、表面が導体により被覆されたスルーホールと、
   前記スルーホールの開放端と前記グランド層とを接続する抵抗素子と、
   前記積層板の第１の表面に形成され、前記信号層と前記スルーホールとを介して信号を受信する受信器と、を備え、
   前記信号層は、
   前記スルーホールに被覆された導体に接続され、
   前記積層板は、
   底面に前記スルーホールの一方の開放端を有する第１のキャビティ部と、前記スルーホールの他方の開放端を底面に有する第２のキャビティ部とをさらに有し、
   前記第２のキャビティ部の内部に前記電源層が露出しておりかつ前記第１及び前記第２のキャビティ部の内部に抵抗素子が形成されている、多層配線基板。
2. 前記第１のキャビティ部は、前記第１の表面と対向する第２の表面に備えられることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 前記グランド層は、前記信号層よりも前記積層板の前記第２の表面に近い、当該積層板の内部に形成されることを特徴とする請求項２記載の多層配線基板。
4. 前記グランド層は、前記第１のキャビティ部の内部に露出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線基板。
5. 前記多層配線基板の表面に形成され、信号を送信する送信器をさらに備え、
   前記スルーホールは、前記受信器と、前記送信器との間に配置され、かつ、当該受信器の近傍に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層配線基板。
6. 内部に形成された信号層と、当該信号層とは異なるグランド層と、電源層とを含む積層板を貫通するスルーホールを形成するステップと、
   前記スルーホールの表面を導体により被覆するし、前記信号層と前記導体とを接続するステップと、
   底面に前記スルーホールの一方の開放端を有する第１のキャビティ部を形成するステップと、
   前記積層板の内部に含まれる前記電源層が露出するように、前記スルーホールの他方の開放端を底面に有する第２のキャビティ部を形成するステップと、
   前記第１及び第２のキャビティ部の内部に抵抗素子を形成し、前記スルーホールの開放端と前記グランド層とを抵抗素子により接続するステップと、を備える多層配線基板の製造方法。
7. 底面に前記スルーホールの一方の開放端を有する第１のキャビティ部を形成するするステップを、前記導体により被覆するステップと、前記抵抗素子により接続するステップとの間に備え、
   前記第１のキャビティ部を形成するステップは、前記積層板の内部に形成された前記グランド層が露出するように当該第１のキャビティ部を形成することを特徴とする請求項６記載の多層配線基板の製造方法。
8. 前記抵抗素子により接続するステップは、
   前記スルーホールの一方の開放端に形成された前記第１のキャビティ部の内部にペースト状の抵抗材料を充填するステップと、
   前記充填された抵抗材料を熱処理することにより前記抵抗素子を形成するステップと、を備える請求項７記載の多層配線基板の製造方法。
9. 前記第１のキャビティ部を形成するステップの後に、
   前記スルーホールの他方の開放端を底面に有する第２のキャビティ部を形成するステップと、
   前記第２のキャビティ部の内部にペースト状の抵抗材料を充填するステップと、
   前記充填された抵抗材料を熱処理ステップと、をさらに備え、
   前記第２のキャビティ部を形成するステップは、前記積層板の内部に含まれる電源層が露出するように当該第２のキャビティ部を形成することを特徴とする請求項７又は８記載の多層配線基板の製造方法。
10. 前記第１のキャビティ部にペースト状の抵抗材料を充填するステップは、スクリーン印刷により当該第１のキャビティ部に当該抵抗材料を充填することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の多層配線基板の製造方法。
11. 前記第１のキャビティ部にペースト状の抵抗材料を充填するステップは、インクジェット印刷により当該第１のキャビティ部に当該抵抗材料を充填することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の多層配線基板の製造方法。

Images