JP2017199763A - Printed wiring board and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、印刷配線板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a printed wiring board and a manufacturing method thereof.
従来、信号用ビアの周囲にシールド構造を有するグランド導体を形成することによって、同軸構造を有するビアを含む印刷配線板が報告されている。このような印刷配線板は、例えば特許文献1に記載されている。このような同軸構造を有するビアを含む印刷配線板では、同軸構造の中央に形成されたビアに配線をそのまま接続すると、配線のインピーダンスが変動するという懸念がある。 Conventionally, a printed wiring board including a via having a coaxial structure has been reported by forming a ground conductor having a shield structure around a signal via. Such a printed wiring board is described in Patent Document 1, for example. In a printed wiring board including a via having such a coaxial structure, there is a concern that the impedance of the wiring fluctuates if the wiring is directly connected to the via formed in the center of the coaxial structure.
本開示の印刷配線板は、基板と、基板の上下面を貫通するビアと、ビアの両端部に設けられたビアランドと、ビアランドを介してビアに接続された配線と、ビアを囲むように設けられたグランド導体とを備え、配線が幅広部を有しており、幅広部の最広部が、ビアランドと配線との接点から下記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置している。
d(μm)=(λ×1/4)±300μm (I)
式中、λは配線を伝送する信号の波長(μm)を示す。
A printed wiring board according to the present disclosure is provided so as to surround a substrate, vias penetrating the upper and lower surfaces of the substrate, via lands provided at both ends of the vias, wiring connected to the vias through the via lands, and the vias. And the wiring has a wide portion, and the widest portion of the wide portion is located at a distance d from the contact point between the via land and the wiring, which is obtained by the following formula (I). Yes.
d (μm) = (λ × 1/4) ± 300 μm (I)
In the equation, λ represents the wavelength (μm) of a signal transmitted through the wiring.
本開示に係る印刷配線板の製造方法は、基板の上下面を貫通するビアおよびビアの両端部にビアランドを設け、ビアを囲むようにグランド導体を設け、ビアランドを介してビアに接続された配線が幅広部を有しており、ビアランドと配線との接点から上記式(I)で求められる距離d離れた場所に、幅広部の最広部が位置するように幅広部を設ける。 A method for manufacturing a printed wiring board according to the present disclosure includes a via that penetrates the upper and lower surfaces of a substrate, via lands at both ends of the via, a ground conductor that surrounds the via, and a wiring that is connected to the via through the via land. Has a wide portion, and the wide portion is provided such that the widest portion of the wide portion is located at a distance d from the contact point between the via land and the wiring, which is a distance d obtained by the above formula (I).
本開示に係る印刷配線板の一実施形態を、図1(A)および(B)に基づいて説明する。この一実施形態の印刷配線板10は、基板11と、電源層のクリアランス部12と、基板の上下面を貫通するビア13と、ビア13の両端部に設けられたビアランド14と、グランド導体15と、ビア13に接続された配線16とを備える。印刷配線板10は、図2に示すように、ビア13およびビア13の周縁部に形成された円筒形状のグランド導体15を含む同軸ビア構造を有している。
One embodiment of a printed wiring board according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. The printed
基板11は複数の絶縁層111を含む。絶縁層111は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は2種以上を混合して用いてもよい。絶縁層111の厚みは特に限定されず、例えば30〜400μm程度である。各絶縁層111の表面には、配線層、電源層、グランド層などの導体層が形成されている。
The
絶縁性を有する素材として有機樹脂を使用する場合、有機樹脂に補強材を配合して使用するのが好ましい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は2種以上を併用してもよい。さらに、絶縁性を有する素材には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。 When an organic resin is used as a material having insulating properties, it is preferable to use the organic resin mixed with a reinforcing material. Examples of the reinforcing material include insulating fabric materials such as glass fiber, glass nonwoven fabric, aramid nonwoven fabric, aramid fiber, and polyester fiber. Two or more reinforcing materials may be used in combination. Further, the insulating material may include inorganic fillers such as silica, barium sulfate, talc, clay, glass, calcium carbonate, and titanium oxide.
ビア13は、基板11の上下面を貫通するように形成されている。ビア13は導体で形成されており、導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。
The
ビア13の両端部には、ビアランド14が設けられている。ビアランド14は、ビア13と後述する配線16とを電気的に接続している。ビアランド14は導体で形成されており、導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。
Via
ビア13の周縁部には、グランド導体15が形成されている。グランド導体15はビア13を中心に等距離の円筒形状を有しており、ビア13とは接触しないように形成されている。グランド導体15は導体で形成されており、導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。グランド導体15は、例えば15〜70μm程度の厚みを有している。さらに、グランド導体15は後述の配線16と接触しないように、配線16が形成される部分に切欠き部を有している。
A
ビア13は、ビア13の両端部に形成されたビアランド14を介して配線16と電気的に接続されている。配線16は、ビア13から印刷配線板10の外周部に向けて延在している。配線16は、通常、導体で形成されており、導体としては、例えば銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられる。加工性およびコストの観点から銅が望ましい。配線16は、例えば、化学銅めっき(無電解銅めっき)などの化学(無電解)めっき、電解銅めっきなどの電解めっき、銅箔などの金属箔によって形成される。さらに、配線16は、銅箔などの金属箔上に銅めっきなどのめっきを施すことによって形成されてもよい。
The
配線16の太さおよび厚みは、印刷配線板10の用途や基板11の大きさに応じて適宜設定され、特に限定されない。配線16は、幅広部161を有している。この幅広部161は、幅広部161の最も幅の広い部分(最広部)が、ビアランド14と配線との接点から下記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置するように形成されている。式中のλは配線を伝送する信号の波長(μm)を示している。図1(B)において、d1で示す距離が式(I)で求められる距離dに相当する。
d(μm)=(λ×1/4)±300μm (I)
The thickness and thickness of the
d (μm) = (λ × 1/4) ± 300 μm (I)
同軸ビア構造を有する印刷配線板では、通常、同軸ビア構造の中央部に位置するビアに配線を接続すると、配線のインピーダンスは、ビアを囲むように設けられたグランド導体の近傍では低くなり、グランド導体から離れるにつれて高くなる。すなわち、同軸ビア構造を有する印刷配線板では、配線のインピーダンスは一定ではなく変動して不安定になる。 In a printed wiring board having a coaxial via structure, when a wiring is connected to a via located in the center of the coaxial via structure, the impedance of the wiring is generally reduced in the vicinity of a ground conductor provided to surround the via. The higher the distance from the conductor. That is, in a printed wiring board having a coaxial via structure, the impedance of the wiring is not constant but varies and becomes unstable.
一実施形態の印刷配線板10では、配線16が特定の位置に幅広部161を有している。この幅広部161は、幅広部161の最広部が、ビアランド14と配線16との接点から下記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置するように形成されている。その結果、配線16のインピーダンスの変動が許容可能な程度まで小さくなり、配線16全体のインピーダンスが安定化される。許容されるインピーダンスの変動とは、通常、配線のインピーダンス±1Ω程度である。
In the printed
配線16のインピーダンスの変動をより小さくするために、幅広部161の最広部が、ビアランド14と配線16との接点から下記式(I)’で求められる距離d’離れた場所に位置するように形成されていてもよい。
d’(μm)=(λ×1/4)±100μm (I)’
In order to make the fluctuation of the impedance of the
d ′ (μm) = (λ × 1/4) ± 100 μm (I) ′
配線16に形成された幅広部161は円形状を有している。円形状を有する幅広部161では、最広部は直径部分に相当する。この直径部分がビアランド14と配線16との接点から上記式(I)で求められる距離d1離れた場所に位置するように、幅広部161を形成する。幅広部161は、配線16を形成する際に一体的に形成してもよい。あるいは、配線16の幅よりも大きな直径を有する円形状のパッド(幅広部161)を、配線16に電気的に接続してもよい。
The
幅広部161における最広部の幅(大きさ)は特に限定されない。インピーダンスの変動を小さくするために、例えば配線のインピーダンスよりも26〜37%小さいインピーダンスとなるように、最広部の幅を設定すればよい。インピーダンスの変動をより小さくするために、配線のインピーダンスよりも29〜34%小さいインピーダンスとなるように、最広部の幅を設定してもよい。
The width (size) of the widest part in the
次に、本開示に係る印刷配線板の他の実施形態を、図3に基づいて説明する。上述の一実施形態の印刷配線板10と同じ部材については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図3に示す印刷配線板20は、上述の印刷配線板10と配線16に形成された幅広部の形状が異なる。印刷配線板10の配線16は円形状の幅広部161を有しているのに対し、印刷配線板20の配線16は扇状の幅広部162を有している。この場合も、幅広部162は、幅広部162の最広部が、ビアランド14と配線16との接点から上記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置するように形成されている。図3において、d2で示す距離が式(I)で求められる距離dに相当する。
Next, another embodiment of the printed wiring board according to the present disclosure will be described with reference to FIG. The same members as those of the printed
このように、配線に形成される幅広部の形状は特に限定されない。幅広部の最広部が、ビアランドと配線との接点から上記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置するように形成されていれば、幅広部は、例えば円形状、扇状、多角形状(三角形、四角形、五角形、六角形など)など任意の形状を有していてもよい。 Thus, the shape of the wide part formed in the wiring is not particularly limited. If the widest part of the wide part is formed so as to be located at a distance d from the contact point between the via land and the wiring as determined by the above formula (I), the wide part may be, for example, a circular shape, a fan shape, or a polygonal shape. It may have any shape such as a shape (triangle, quadrangle, pentagon, hexagon, etc.).
次に、本開示に係る印刷配線板のさらに他の実施形態を、図4(A)および(B)に基づいて説明する。上述の一実施形態の印刷配線板10と同じ部材については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図4(A)に示す印刷配線板30は、上述の印刷配線板10とグランド導体の形状が異なる。印刷配線板10のグランド導体15は円筒形状を有している。一方、印刷配線板30のグランド導体15’は、基板11の上下面を貫通するビアの形態で、ビア13’の周縁部に形成されている。なお、ビア13’は、中央部が充填されていない図としているが、充填・非充填はどちらでも良い。ビア13も同様である。
Next, still another embodiment of the printed wiring board according to the present disclosure will be described based on FIGS. 4 (A) and 4 (B). The same members as those of the printed
図4(B)に示す印刷配線板30’は、配線16に形成された幅広部164が扇状を有している以外、図4(A)に示す印刷配線板30と同様であり、詳細な説明は省略する。
The printed
図4(A)および(B)では、ビア形態のグランド導体15’は、ビア13’の周縁部に6個形成されている。しかし、グランド導体15’の数は6個に限定されるわけではなく、少なくとも2個形成されていればよい。グランド導体15’の径も特に限定されず、例えば200〜800μm程度であればよい。
In FIGS. 4A and 4B, six via-shaped
以上のように、本開示の印刷配線板は、配線が特定の位置に幅広部を有しているため、配線のインピーダンスの変動を許容可能な程度まで小さくすることができる。その結果、配線全体のインピーダンスを安定化することができる。 As described above, since the printed wiring board according to the present disclosure has a wide portion at a specific position, fluctuations in the impedance of the wiring can be reduced to an allowable level. As a result, the impedance of the entire wiring can be stabilized.
本開示の印刷配線板は、上述の実施形態に限定されない。例えば、上述の図1(A)に示す印刷配線板10は8層の導体層を含んでいる。しかし、同軸ビア構造を構成するために、基板は少なくとも2層構造を有していればよい。
The printed wiring board of this indication is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the printed
上述の図1〜3において、ビア13は円柱形状を有しており、図4においては、ビア13’は中央部が充填されていない円筒形状を有している。しかし、ビア13のようにビアを柱状で用いる場合、例えば、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱など多角柱形状であってもよい。ビア13’のようにビアを筒状で用いる場合、例えば、断面が三角形、四角形、五角形、六角形などの角筒形状であってもよい。 1 to 3 described above, the via 13 has a columnar shape, and in FIG. 4, the via 13 ′ has a cylindrical shape in which the central portion is not filled. However, when the via is used in a columnar shape like the via 13, it may be a polygonal column shape such as a triangular column, a quadrangular column, a pentagonal column, or a hexagonal column. When the via is used in a cylindrical shape like the via 13 ′, for example, the cross section may be a square cylinder shape such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, and a hexagon.
以下、実施例を挙げて本開示の印刷配線板を具体的に説明するが、本開示の印刷配線板はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the printed wiring board of the present disclosure will be specifically described with examples, but the printed wiring board of the present disclosure is not limited to these examples.
(実施例1)
図1に示す印刷配線板10に基づいて、最広部の位置がビアランドと配線との接点から「(λ×1/4)−300μm」〜「(λ×1/4)+300μm」となるように幅広部の位置を変えた複数の印刷配線板を得た。ビアの直径は0.3mm、ビアランドの直径は0.6mm、円筒形状を有するグランド導体の外径は1.5mmであった。さらに、「λ×1/4」は700μmであった。
Example 1
Based on the printed
TDR(Time Domain Reflectometry)法によって得られた各印刷配線板に形成された50GHz配線のインピーダンスをシミュレーションした。配線自体のインピーダンスは約50Ωである。幅広部の直径(最広部)は、幅広部自体のインピーダンスが約34Ωとなる大きさ、すなわち配線自体のインピーダンス(約50Ω)より約32%小さくなるように調整した。 The impedance of 50 GHz wiring formed on each printed wiring board obtained by TDR (Time Domain Reflectometry) method was simulated. The impedance of the wiring itself is about 50Ω. The diameter (widest part) of the wide portion was adjusted so that the impedance of the wide portion itself was about 34Ω, that is, about 32% smaller than the impedance of the wiring itself (about 50Ω).
図5に、最広部の位置がビアランドと配線との接点から「(λ×1/4)−300μm」〜(λ×1/4)となるように幅広部の位置を変えて得られた印刷配線板の測定結果を示す。図6に、最広部の位置がビアランドとの接点から(λ×1/4)〜「(λ×1/4)+300μm」となるように幅広部の位置を変えて得られた印刷配線板の測定結果を示す。図5および6に示すように、いずれの印刷配線板においても、配線のインピーダンスの変動は小さく(±1Ω以下)、許容範囲内の変動であった。したがって、配線全体のインピーダンスが安定化されていることがわかる。 In FIG. 5, the position of the wide part was obtained by changing the position of the wide part so that the position of the widest part was “(λ × 1/4) −300 μm” to (λ × 1/4) from the contact point between the via land and the wiring. The measurement result of a printed wiring board is shown. FIG. 6 shows a printed wiring board obtained by changing the position of the wide part so that the position of the widest part is (λ × 1/4) to “(λ × 1/4) +300 μm” from the contact point with the via land. The measurement results are shown. As shown in FIGS. 5 and 6, in any printed wiring board, the fluctuation of the impedance of the wiring was small (± 1Ω or less), and the fluctuation was within the allowable range. Therefore, it can be seen that the impedance of the entire wiring is stabilized.
(実施例2)
図3に示す印刷配線板20に基づいて、配線の幅広部が扇状を有する印刷配線板を得た。幅広部は、最広部がビアランドと配線との接点から「λ×1/4」の位置となるように形成した。ビアの直径は0.3mm、ビアランドの直径は0.6mm、円筒形状を有するグランド導体の外径は1.5mmであった。さらに、「λ×1/4」は700μmであった。
(Example 2)
Based on the printed
(比較例1)
配線に幅広部を形成しなかった以外は、実施例2と同様の手順で印刷配線板を得た。
(Comparative Example 1)
A printed wiring board was obtained in the same procedure as in Example 2 except that the wide portion was not formed in the wiring.
(比較例2)
図7(A)に示すように、配線160に幅広部160’および160’’を形成し、最広部がビアランド140と配線160との接点近傍(クリアランス部120内)となるようにした以外は実施例2と同様の手順で印刷配線板を得た。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 7A,
(比較例3)
図7(B)に示すように、配線160に幅広部160’を形成し、最広部がビアランド140と配線160との接点近傍(クリアランス部120内)となるようにした以外は実施例2と同様の手順で印刷配線板を得た。
(Comparative Example 3)
As shown in FIG. 7B, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the
実施例2および比較例1〜3で得られた各印刷配線板に形成された配線のインピーダンスを、実施例1と同様の手順で測定した。配線自体のインピーダンスは約50Ωである。幅広部の最広部は、幅広部自体のインピーダンスが約34Ωとなる大きさ、すなわち配線自体のインピーダンス(約50Ω)より約32%小さくなるように調整した。測定結果を図8に示す。 The impedance of the wiring formed on each printed wiring board obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 to 3 was measured in the same procedure as in Example 1. The impedance of the wiring itself is about 50Ω. The widest portion of the wide portion was adjusted so that the impedance of the wide portion itself was about 34Ω, that is, about 32% smaller than the impedance of the wiring itself (about 50Ω). The measurement results are shown in FIG.
図8に示すように、実施例2で得られた印刷配線板は、配線のインピーダンスの変動は小さく(±1Ω以下)、許容範囲内の変動であった。したがって、配線全体のインピーダンスが安定化されていることがわかる。なお、図8に記載の「λ/4」は、図5および6に記載の「λ/4」と同じものである。 As shown in FIG. 8, the printed wiring board obtained in Example 2 had a small variation in wiring impedance (± 1Ω or less), and was within an allowable range. Therefore, it can be seen that the impedance of the entire wiring is stabilized. Note that “λ / 4” described in FIG. 8 is the same as “λ / 4” described in FIGS.
一方、比較例1で得られた印刷配線板は、配線に幅広部が形成されておらず、配線のインピーダンスの変動が大きいことがわかる。さらに、比較例2および3で得られた印刷配線板は、配線に幅広部が形成されているものの、最広部がビアランド140と配線160との接点近傍、すなわち、式(I)で求められる距離dの範囲外に位置している。そのため、配線のインピーダンスの変動が大きいことがわかる。
On the other hand, the printed wiring board obtained in Comparative Example 1 does not have a wide portion formed in the wiring, and it can be seen that the fluctuation of the wiring impedance is large. Further, in the printed wiring boards obtained in Comparative Examples 2 and 3, although the wide portion is formed in the wiring, the widest portion is obtained in the vicinity of the contact point between the via
10、20、30、30’ 印刷配線板
11 基板
12 電源層のクリアランス部
13、13’ ビア
14 ビアランド
15、15’ グランド導体
16 配線
161、162、163、164 幅広部
120 クリアランス部
140 ビアランド
160 配線
160’、160’’ 幅広部
10, 20, 30, 30 'Printed
Claims (4)
基板の上下面を貫通するビアと、
ビアの両端部に設けられたビアランドと、
ビアランドを介してビアに接続された配線と、
ビアを囲むように設けられたグランド導体と、
を備え、
前記配線が幅広部を有しており、前記幅広部の最広部が、前記ビアランドと前記配線との接点から下記式(I)で求められる距離d離れた場所に位置している印刷配線板。
d(μm)=(λ×1/4)±300μm (I)
式中、λは配線を伝送する信号の波長(μm)を示す。 A substrate,
Vias that penetrate the top and bottom surfaces of the substrate;
Via land provided at both ends of the via,
Wiring connected to via via land,
A ground conductor provided to surround the via;
With
The printed wiring board in which the wiring has a wide portion, and the widest portion of the wide portion is located at a distance d determined from the contact point between the via land and the wiring by the following formula (I) .
d (μm) = (λ × 1/4) ± 300 μm (I)
In the equation, λ represents the wavelength (μm) of a signal transmitted through the wiring.
前記ビアランドを介して前記ビアに接続された配線が幅広部を有しており、前記ビアランドと前記配線との接点から下記式(I)で求められる距離d離れた場所に、前記幅広部の最広部が位置するように前記幅広部を設ける印刷配線板の製造方法。
d(μm)=(λ×1/4)±300μm (I)
式中、λは配線を伝送する信号の波長(μm)を示す。 Via piercing through the upper and lower surfaces of the substrate and via lands at both ends of the via, ground conductors are provided to surround the via,
The wiring connected to the via via the via land has a wide portion, and the widest portion of the wide portion is located at a distance d determined from the contact point between the via land and the wiring by the following formula (I). A method for manufacturing a printed wiring board, wherein the wide portion is provided so that the wide portion is positioned.
d (μm) = (λ × 1/4) ± 300 μm (I)
In the equation, λ represents the wavelength (μm) of a signal transmitted through the wiring.
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