JP7071244B2

JP7071244B2 - 多層印刷配線板

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Publication number: JP7071244B2
Application number: JP2018159921A
Authority: JP
Inventors: 俊之金子
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: JP2020035839A

Description

本開示は、層間接続ビアを経由して差動配線を形成した多層印刷配線板に関するものである。

一般に、層間接続ビアを経由して差動配線を形成する場合、差動信号用にビアが２個必要となる。更に、グラウンド用にビアが最低１個必要となる。例えば、図１８に示すように一方の配線層Ｌ１から電源ベタパターンＥが形成された電源層Ｌ２、グラウンドベタパターンＧが形成されたグラウンド層Ｌ３を介して他方の配線層Ｌ４に至る差動信号配線を形成する場合について説明する。まず、差動信号線Ｓ１，Ｓ２用に２個の信号用ビアＶ１，Ｖ２が必要になる。また、特許文献１にも記載されるように信号用ビアＶ１，Ｖ２の両側に隣接してグラウンド用ビアＶ３，Ｖ４を配置することがよく行われる。この場合、４個のビアが必要になる。
なお、詳しくは一方の配線層Ｌ１では、差動信号線Ｓ１，Ｓ２と信号用ビアＶ１，Ｖ２とが接続する。電源層Ｌ２では、信号用ビアＶ１，Ｖ２及びグラウンド用ビアＶ３，Ｖ４は、電源ベタパターンＥとクリアランスを保って非接続で通過する。グラウンド層Ｌ３では、信号用ビアＶ１，Ｖ２はグラウンドベタパターンＧとクリアランスを保って非接続で通過し、グラウンド用ビアＶ３，Ｖ４はグラウンドベタパターンＧと接続する。他方の配線層Ｌ４では、信号用ビアＶ１，Ｖ２と差動信号線Ｓ１，Ｓ２とが接続する。

また、図１８に示した構成に対しグラウンド用ビアを１個として、２個の信号用ビアと、１個のグラウンド用ビアとからなる３個のビアにより層間接続する場合もある。

特開２００７－２５８３５８号公報

差動信号は、ポジ信号とネガ信号の２つの信号を結合させて伝送させるので、２本１組のペア配線となる。そのため、上記のように差動信号だけで２個の信号用ビアが必要となった。更に、ビア部でのリターンパスの確保、および、インピーダンス整合のために、最低１個のグラウンド用ビアが必要となった。そのため、ビアの専有面積を広く必要とした。
また、ビアの配列ピッチは、配線層での配線ピッチよりも広いため、ビア接続時にピッチを広げざるを得ず、差動信号配線同士やグラウンド導体との間隙を適度に保つことができず、伝送特性が低下するおそれがあった。

本開示の１つの態様の多層印刷配線板は、絶縁層を介して複数の配線層を形成した多層印刷配線板であって、一の配線層と他の配線層に差動信号線が形成され、前記一の配線層と前記他の配線層との間の層を貫通する１つのホールの内周面に周方向に間隙を介して隔絶された３の層間接続導体が設けられ、前記３の層間接続導体のうち１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する一方の信号線が層間接続され、他の１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する他方の信号線が層間接続され、残りの１の層間接続導体によりグラウンド導体が層間接続されている。
本開示の別の態様の多層印刷配線板は、絶縁層を介して複数の配線層を形成した多層印刷配線板であって、一の配線層と他の配線層に差動信号線が形成され、前記一の配線層と前記他の配線層との間の層を貫通する１つのホールの内周面に周方向に間隙を介して隔絶された４の層間接続導体が設けられ、前記４の層間接続導体のうち１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する一方の信号線が層間接続され、他の１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する他方の信号線が層間接続され、残りの２の層間接続導体によりグラウンド導体が層間接続され、前記４の層間接続導体は、前記ホールの周方向に一方の信号線、グラウンド導体、他方の信号線、グラウンド導体の順で割り当てられている。

本開示の多層印刷配線板によれば、差動信号線の層間接続のための層間接続ビアを１つのホールに複数の層間接続導体が設けられたものに減縮することができ、さらには共通のホールによる層間接続ビアにグラウンド導体も配線することができ、ビア形成用ホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士や信号線とグラウンド導体との間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。

層間接続ビアの形成過程の一例を示す平面図である。実施形態１の多層印刷配線板の層構成を示す平面図である。 (a)は実施形態２の層間接続ビアの構成を示す平面図であり、(b)は実施形態３の層間接続ビアの構成を示す平面図であり、(c)は実施形態４の層間接続ビアの構成を示す平面図である。比較例の構造を示した斜視図である。比較例のビア形状を示す平面図である。比較例の信号配線層Ｌ１の平面図である。比較例の電源層Ｌ２の平面図である。比較例のグラウンド層Ｌ３の平面図である。比較例の信号配線層Ｌ４の平面図である。実施例の構造を示した斜視図である。実施例のビア形状を示す平面図である。実施例の信号配線層Ｌ１の平面図である。実施例の電源層Ｌ２の平面図である。実施例のグラウンド層Ｌ３の平面図(a)及びその部分拡大図(b)である。実施例の信号配線層Ｌ４の平面図である。比較例と実施例とで共通の断面図である。比較例と実施例と差動インピーダンスの変動を比較したグラフである。従来例の多層印刷配線板の層構成を示す平面図である。

本開示の実施形態の多層印刷配線板について図面を参照して説明する。

〔層間接続ビアの形成〕
まず、一例の層間接続ビアの形成過程につき開示する。
図１(a)に示すように多層印刷配線板１にホール１１を形成し、ホール１１の一周に導体１２を形成する。なお、導体１２は、ホール１１の内周面全体に形成された層間接続導体と、層間接続導体から配線層に延出した接続ランドとからなる。
図１(b)に示すように導体１２を半分に分割して２の導体１３、１４とし、さらに２の導体１３、１４のそれぞれを図１(c)に示すように半分に分割して４の層間接続導体２１，２２，２３，２４とし、複合型の層間接続ビアＶ１１を構成する。導体を分割することは、レジストマスクパターンを用いた選択的エッチング等により行うことができるが、製造方法は問わない。また、ホール１１の内周面に形成された導体を周方向に分断するという過程も必須でなく、互いに周方向に離間して区分された領域にそれぞれ導体を設けてもよい。
以上は１ホールにつき４の層間接続導体を設ける例で説明したが所望の導体数で複合型の層間接続ビアを形成して以下の実施形態に適用する

〔実施形態１〕
実施形態１に係る多層印刷配線板１Ａにつき説明する。図２に示すように多層印刷配線板１Ａは絶縁層を介して、差動信号線Ｓ１,Ｓ２が形成された配線層Ｌ１と、電源ベタパターンＥが形成された電源層Ｌ２と、グラウンドベタパターンＧが形成されたグラウンド層Ｌ３と、差動信号線Ｓ１，Ｓ２が形成された配線層Ｌ４と、を以上の順序で積層した構造を備える。

多層印刷配線板１Ａには、配線層Ｌ１と配線層Ｌ４との間の層を貫通して１つのホール１１が形成されている。ホール１１の内周面に周方向に間隙を介して隔絶された４の層間接続導体２１，２２，２３，２４が設けられ、４の層間接続導体２１，２２，２３，２４による複合型の層間接続ビアＶ１１が形成されている。各層間接続導体２１，２２，２３，２４は、ホール１１の内周面において配線層Ｌ１から配線層Ｌ４まで延在する。

４の層間接続導体２１，２２，２３，２４のうち２の層間接続導体２１，２３が差動信号線の層間接続用とされ、他の２の層間接続導体２２，２４がグラウンド導体の層間接続用とされる。
詳しくは、一方の配線層Ｌ１では、差動信号線Ｓ１，Ｓ２と層間接続導体２１，２３とが接続する。電源層Ｌ２では、層間接続導体２１，２３及び層間接続導体２２，２４は、電源ベタパターンＥとクリアランスを保って非接続で通過する。グラウンド層Ｌ３では層間接続導体２１．２３はグラウンドベタパターンＧとクリアランスを保って非接続で通過し、層間接続導体２２，２４はグラウンドベタパターンＧと接続する。他方の配線層Ｌ４では、層間接続導体２１．２３と差動信号線Ｓ１，Ｓ２とが接続する。

以上のように層間接続ビアＶ１１の層間接続導体２１，２２，２３，２４は、その数が４で、４等分とされている。４等分の構造は、ホール１１の９０度ごとの半径線上に間隙を設けたものである。４の層間接続導体のうち１の層間接続導体２１により差動信号線を構成する一方の信号線Ｓ１が層間接続され、他の１の層間接続導体２３により差動信号線を構成する他方の信号線Ｓ２が層間接続され、残りの２の層間接続導体２２，２４によりグラウンド導体が層間接続されている。
また、４の層間接続導体２１，２２，２３，２４は、ホール１１の周方向に一方の信号線（２１）、グラウンド導体（２２）、他方の信号線（２３）、グラウンド導体（２４）の順で割り当てられている。
層間接続ビアＶ１１において、各信号線Ｓ１，Ｓ２（２１，２３）は、二つのグラウンド用の層間接続導体２２，２４とホール１１の周方向に隣接し、信号線Ｓ１，Ｓ２（２１，２３）同士は、ホール１１を介して対向した構造とされている。

以上の構造の多層印刷配線板１Ａによれば、１つのホール１１に形成された複合型の層間接続ビアＶ１１により、差動信号線を構成する２つの信号線と２つのグラウンド配線の計４配線を層間接続することができる。そのため、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士や信号線とグラウンド導体との間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る多層印刷配線板１Ｂにつき説明する。上記実施形態１にあっては、１ホールに設けられる層間接続導体の数を４としたが、これに対し実施形態２に係る多層印刷配線板１Ｂは、１ホールに設けられる層間接続導体の数を２とした層間接続ビアＶ１２を適用したものである。
図３(a)に示すように層間接続ビアＶ１２の層間接続導体３１，３２は、その数が２で、２等分とされている。２等分の構造は、ホール１１の１８０度ごとの半径線上に間隙を設けたものである。２の層間接続導体３１，３２のうち１の層間接続導体３１により差動信号線を構成する一方の信号線Ｓ１が層間接続され、他の１の層間接続導体３２により差動信号線を構成する他方の信号線Ｓ２が層間接続されている。
他のホールに設けられた他の層間接続ビアＶ１３の層間接続導体３３によりグラウンド導体が層間接続されている。グラウンド用の層間接続導体３３を、差動信号用の２の層間接続導体３１，３２と等距離に配置した構造である。
また、層間接続ビアＶ１２において、信号線Ｓ１，Ｓ２（３１，３２）同士はホール１１の周方向に互いに両側で隣接し、ホール１１を介して対向した構造とされている。
なお、１ホール１導体型の２つのグラウンド用の層間接続ビアを設け、一方を層間接続導体３１に近接配置し、他方を層間接続導体３２に近接配置した計３つの層間接続ビアからなる構造を実施してもよい。

以上の構造の多層印刷配線板１Ｂによっても、１つのホール１１に形成された複合型の層間接続ビアＶ１２により、差動信号線を構成する２つの信号線を層間接続することができる。そのため、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士の間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。
上記実施形態１に比較すると、差動信号及びグラウンドのために使用するビア形成用のホール数は多くなるものの、２の層間接続導体３１，３２の間にグラウンド用の層間接続導体が介在せず、信号線Ｓ１，Ｓ２同士はホール１１の周方向に互いに隣接するので、配線層での配線ピッチを保ったビアへの接続がしやすくなる。

〔実施形態３〕
実施形態３に係る多層印刷配線板１Ｃにつき説明する。上記実施形態１にあっては、１ホールに設けられる層間接続導体の数を４としたが、これに対し実施形態３に係る多層印刷配線板１Ｃは、１ホールに設けられる層間接続導体の数を３とした層間接続ビアＶ１４を適用したものである。
図３(b)に示すように層間接続ビアＶ１４の層間接続導体４１，４２，４３は、その数が３で、３等分とされている。３等分の構造は、ホール１１の１２０度ごとの半径線上に間隙を設けたものである。
３の層間接続導体４１，４２，４３のうち１の層間接続導体４１により差動信号線を構成する一方の信号線Ｓ１が層間接続され、他の１の層間接続導体４３により差動信号線を構成する他方の信号線Ｓ２が層間接続され、残りの１の層間接続導体４２によりグラウンド導体が層間接続されている構造である。
また、層間接続ビアＶ１４において、信号線Ｓ１，Ｓ２（４１，４３）同士はホール１１の周方向に互いに片側が隣接し、他方側はグラウンド用の層間接続導体４２に隣接する構造とされている。

以上の構造の多層印刷配線板１Ｃによっても、１つのホール１１に形成された複合型の層間接続ビアＶ１４により、差動信号線を構成する２つの信号線と１つのグラウンド配線の計３配線を層間接続することができる。そのため、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士や信号線とグラウンド導体との間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。
上記実施形態１に比較すると、グラウンド接続のために使用する層間接続導体の数が２から１となるものの、層間接続導体４１の片側と、層間接続導体４３の片側とはグラウンド用の層間接続導体４２を介さずに隣接するから、上記実施形態２と同様に配線層での配線ピッチを保ったビアへの接続がしやすくなる。
上記実施形態２に比較すると、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。

〔実施形態４〕
実施形態４に係る多層印刷配線板１Ｄにつき説明する。上記実施形態３にあっては、１ホールに設けられる層間接続導体を１２０度ごとの半径線により３等分したが、これに対し実施形態４に係る多層印刷配線板１Ｄは、Ｔ字状の線で分け、グラウンド用の層間接続導体５２を他より大きくした層間接続ビアＶ１５を適用したものである。
図３(c)に示すように層間接続ビアＶ１５の層間接続導体５１，５２，５３は、その数が３とされている。ホール１１の軸方向に見て、３の層間接続導体５１，５２，５３を構成する層間接続導体同士を隔絶する間隙が、ホール１１を渡る直線５４上と、当該直線５４上のホール１１内の点５５から片側に直線５４に対して垂直に延びる半直線５６上に設けられている。点５５とホール１１の中心が一致することで、グラウンド用の層間接続導体５２が他の層間接続導体５１，５３より大きくされているとともに、信号用の層間接続導体５１，５３同士が同じ大きさとされている。
３の層間接続導体５１，５２，５３のうち１の層間接続導体５１により差動信号線を構成する一方の信号線Ｓ１が層間接続され、他の１の層間接続導体５３により差動信号線を構成する他方の信号線Ｓ２が層間接続され、残りの１の層間接続導体５２によりグラウンド導体が層間接続されている構造である。
また、層間接続ビアＶ１５において、信号線Ｓ１，Ｓ２（５１，５３）同士はホール１１の周方向に互いに片側が隣接し、他方側はグラウンド用の層間接続導体４２に隣接する構造とされている。

以上の構造の多層印刷配線板１Ｄによっても、１つのホール１１に形成された複合型の層間接続ビアＶ１５により、差動信号線を構成する２つの信号線と１つのグラウンド配線の計３配線を層間接続することができる。そのため、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士や信号線とグラウンド導体との間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。
上記実施形態１に比較すると、グラウンド接続のために使用する層間接続導体の数が２から１となるものの、層間接続導体４１の片側と、層間接続導体４３の片側とはグラウンド用の層間接続導体４２を介さずに隣接するから、上記実施形態２と同様に配線層での配線ピッチを保ったビアへの接続がしやすくなる。
上記実施形態２に比較すると、ビア形成用のホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。
上記実施形態３に比較すると、導体を隔絶する空隙を縦横のラインのみで形成できるので精度よく製造することが容易である。グラウンド用の層間接続導体５２を大きくすることができ層間接続区間においてグラウンド導体の断面積を比較的大きく確保することができる。

〔シミュレーション〕
ここで、比較例と実施例との差動インピーダンスの比較を開示する。
比較例は、図１８に示した従来例に準じたものであり、実施例は上記実施形態１に準じたものである。対応する要素に同符号を付す。

比較例の構造を示した斜視図を図４に示す。図５には比較例のビア形状を、接続ランドの外径、ホール径、ホール内周面の導体めっき厚を含めて示す（単位はすべてｍｍ）。比較例に関し各配線層Ｌ１－Ｌ４の平面図を図６から図９に示す。
実施例の構造を示した斜視図を図１０に示す。図１１には実施例のビア形状を、接続ランドの外径、ホール径、ホール内周面の導体めっき厚、間隙寸法等を含めて示す（単位はすべてｍｍ）。実施例に関し各配線層Ｌ１－Ｌ４の平面図を図１２から図１５に示す。

図１６に比較例と実施例とで共通の断面構造を示す。各構成材料の物性値は以下の通りである。
Ｃｕ：導電率＝５．８ｅ＋０７［Ｓ/ｍ］（Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層、Ｌ４層共通）
ＦＲ－４：比誘電率＝４．６、誘電正接＝０．０１６
ＳＲ：比誘電率＝４．３、誘電正接＝０．０２１
なお、ＦＲ－４はガラス布基材エポキシ樹脂であり、ＳＲはソルダーレジストである。
さらに比較例及び実施例の共通条件として、配線層Ｌ１、Ｌ４上での差動信号線Ｓ１，Ｓ２の差動インピーダンスは１００〔Ω〕、配線幅は０．１７５〔ｍｍ〕、配線間隙は０．２〔ｍｍ〕である。

図１７に差動インピーダンスの比較結果を示す。
図１７中の破線グラフは比較例に関するものであり、実線グラフは実施例に関するものである。
比較例では、６回のピークを折り返すほどに振動する。これに対し実施例では３回ほどのピークで収まっている。また、実施例では比較例に対して振幅が小さく抑えられている。
すなわち、実施例は、比較例より優れたインピーダンス変動幅（上下の変動幅）となっている。
さらに、実施例は比較例よりインピーダンス変動の回数（上下に波打つ回数）が少なく、比較例より信号の反射が少ない（波打つタイミングで、信号の反射が起きるため）。
以上により、実施例は比較例より優れた伝送特性であることが確認できた。

〔まとめ、その他〕
以上説明したように本実施形態の多層印刷配線板によれば、差動信号線Ｓ１，Ｓ２の層間接続のための層間接続ビアを１つのホール１１に複数の層間接続導体が設けられたものに減縮することができ、さらには共通のホール１１による層間接続ビアにグラウンド導体も配線することができ、ビア形成用ホール数の減縮（ビアの占有面積の減縮）を図ることができる。また、差動信号配線同士や信号線とグラウンド導体との間隙を層間接続区間においても適度に小さく保つことができ、伝送特性を向上することができる。
以上の実施形態にあっては、４層Ｌ１－Ｌ４のみを示したが、４層Ｌ１－Ｌ４の上または下、さらにはその両方に隣接する絶縁層、配線層等を有していてもよい。その場合、上記ホール１１は、隣接する層によって閉塞されていてもよい。また上記ホール１１を絶縁材料等により埋めることは可能である。

１多層印刷配線板
１Ａ多層印刷配線板
１Ｂ多層印刷配線板
１Ｃ多層印刷配線板
１Ｄ多層印刷配線板
１１ホール
２１，２２，２３，２４層間接続導体
３１，３２層間接続導体
３３層間接続導体
４１，４２，４３層間接続導体
５１，５２，５３層間接続導体
Ｅ電源ベタパターン
Ｇグラウンドベタパターン
Ｌ１信号配線層
Ｌ２電源層
Ｌ３グラウンド層
Ｌ４信号配線層
Ｓ１，Ｓ２差動信号線

Claims

絶縁層を介して複数の配線層を形成した多層印刷配線板であって、
一の配線層と他の配線層に差動信号線が形成され、
前記一の配線層と前記他の配線層との間の層を貫通する１つのホールの内周面に周方向に間隙を介して隔絶された３の層間接続導体が設けられ、
前記３の層間接続導体のうち１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する一方の信号線が層間接続され、他の１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する他方の信号線が層間接続され、残りの１の層間接続導体によりグラウンド導体が層間接続された多層印刷配線板。
前記ホールの軸方向に見て、前記３の層間接続導体を構成する層間接続導体同士を隔絶する間隙が、前記ホールを渡る直線上と、当該直線上の前記ホール内の点から片側に当該直線に対して垂直に延びる半直線上に設けられている請求項１に記載の多層印刷配線板。
絶縁層を介して複数の配線層を形成した多層印刷配線板であって、
一の配線層と他の配線層に差動信号線が形成され、
前記一の配線層と前記他の配線層との間の層を貫通する１つのホールの内周面に周方向に間隙を介して隔絶された４の層間接続導体が設けられ、
前記４の層間接続導体のうち１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する一方の信号線が層間接続され、他の１の層間接続導体により前記差動信号線を構成する他方の信号線が層間接続され、残りの２の層間接続導体によりグラウンド導体が層間接続され、
前記４の層間接続導体は、前記ホールの周方向に一方の信号線、グラウンド導体、他方の信号線、グラウンド導体の順で割り当てられている多層印刷配線板。
前記４の層間接続導体は、前記ホールの周方向に４等分されている請求項３に記載の多層印刷配線板。