JP2013115110A - 段差構造のプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送損失及びノイズを低減し、放熱性を向上させた段差付プリント配線板。
【解決手段】段差部と表面に信号ラインを有する突出基材と、当該突出基材の片面に積層された単数または複数の多層基材とから構成される段差構造のプリント配線板であって、
信号ラインとその隣接する信号ラインとのあいだに単数または複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴が形成され、その穴が厚金属箔ないし薄金属板で構成されるグランド層と接続されている段差構造のプリント配線板。
【選択図】図１

Description

本発明は、段差構造のプリント配線板、特に高密度の多層基材を積層した段差構造のプリント配線板に関する。

段差構造のプリント配線板は、プレスフィット接合などのコネクター用途、あるいは、電子機器の薄型化や小型軽量化に伴い、ＩＣチップやＣＰＵボード等の半導体装置やチップ部品等の電子部品、抵抗体やコンデンサ等の電気部品を搭載する薄型実装基板として注目されており、さまざまな種類のものが存在する。通信機器の電子回路部品で扱う信号は、デジタル信号から数十ギガヘルツまでの高周波信号までに及ぶため、このような信号をマイクロストリップライン構造等により伝送するのが一般的であった。近年、電子回路部品等を高密度に実装する技術が要望され、段差構造のプリント配線板でも高密度のものが要望されるようになってきた。
これまでの段差構造のプリント配線板には、以下のようなものがある。

特許文献１（特表２００１−５０２１２７号公報）には、本発明の段差構造のプリント配線板に相当する基板１００および、この基板１００と連続相互接続を形成する第２基板１１２が、それぞれ図１および図２に記載されている。ここで、本発明の信号ラインに相当する信号トレース１０６からの放熱は、接地面１１０から導体ストリップ１２０の開口部１２２を経由して接地層１１８に流れる。この様な構造では、信号トレース１０６と接地面１１０との層間厚はできるだけ狭くする必要があり、層間厚が薄くなる結果、信号ラインは細く断面積は小さくなってしまう。

特許文献２（特開２００８−１７２２２４号公報）の図５には、突出エッジ部４１が形成され、このエッジ上に配置するように設計したエッジコネクタが露出した導体２１が図示されている。段落００４０には、信号層２１と、接地層の両方の組み合わせも可能である旨が記載され、信号層２１と接地層２１を交互に用いることも示唆されている。そして、図４には、スルーホール２３を介して表層回路と接続できることが図示され、図６には、横形にプレスフィット接合された構造の断面図が例示されている。しかし、信号層２１と接地層２１を交互に用いた場合には、突出エッジ部４１表面上に信号層２１を高密度に対応することができず、信号層２１を密集させた場合には、隣接する信号層２１のあいだでノイズが発生しやすくなる欠点があった。また、プレスフィット接合用途であるため、スルーホール２３の高さを短くすることもできない。

特表２００１−５０２１２７号公報 特開２００８−１７２２２４号公報

本発明は、信号ラインを強固に保って信号ラインの伝送損失およびノイズを低減し、放熱性を向上させた段差構造のプリント配線板を提供することを目的とする。

１．段差部と表面に信号ラインを有する突出基材と、当該突出基材の片面に積層された単数または複数の多層基材とから構成される段差構造のプリント配線板であって、
信号ラインとその隣接する信号ラインとのあいだに単数または複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴が形成され、
その穴が厚金属箔ないし薄金属板で構成されるグランド層と接続されていることを特徴とする段差構造のプリント配線板。
２．段差部と表面に信号ラインを有する突出基材と、当該突出基材の両面に積層された単数または複数の多層基材とから構成される段差構造のプリント配線板であって、
信号ラインとその隣接する信号ラインとのあいだに単数または複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴が形成され、
その穴が厚金属箔ないし薄金属板のグランド内層と接続されていることを特徴とする段差構造のプリント配線板。
３．突出基材に形成された穴とその反対面に形成された部品挿入穴の使用用途が異なることを特徴とする２．に記載の段差構造のプリント配線板。
４．突出基材の先端にテーパ構造が形成された端子部であることを特徴とする１．または２．に記載の段差構造のプリント配線板。
５．厚金属箔ないし薄金属板がアルミニウムまたは銅であることを特徴とする１．または２．に記載の段差構造のプリント配線板。
６．グランド層あるいは信号ラインは、１８μｍ〜２４０μｍの銅箔であることを特徴とする１．または２．に記載の段差構造のプリント配線板。
７．ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴がレーザにより形成されたものであることを特徴とする１．または２．に記載の段差構造のプリント配線板。
８．端子部がプレスフィット接合用途であることを特徴とする４．に記載の段差構造のプリント配線板。
９．端子部に実装部品が搭載される用途であることを特徴とする４．または８．に記載の段差構造のプリント配線板。

（１）本発明は、複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴を形成したことによって、信号ラインが変形しにくくなり、信号ラインの伝送損失が低減される。
（２）また、信号ラインのすぐ脇に複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴を形成したことによって、外部からのノイズ影響及び信号ラインの漏れが低減される。
（３）しかも、放熱穴で発生した熱量は、熱容量の大きな厚金属箔ないし薄金属板のグランド内層に熱伝導することができ、この厚金属箔ないし薄金属板の熱量は、さらに熱容量の大きな周知の放熱部材へ放出することができる。
（４）一方、段差構造を用いることにより、層間厚を０．１ｍｍ以上確保することができて突出基材表面の信号ラインの断面積を大きくすることができ、伝送損失を低減させることができる。
（５）また、全体の積層数が１６層以上あっても、突出基材と多層基材との積層数を適宜選択して最適な構成とすることができる。
（６）また、高さの違いをプレスフィットの隙間と一致させることにより、端子部がプレスフィット接合される場合は、端子部に実装部品が搭載される場合と同じく高さ調整ができるとともに、さらに段差部分により深さ方向の位置調整もできる。

本発明の段差構造のプリント配線板の全体構造図。 本発明の端子部と信号ラインと放熱穴の配置例を示す平面図。 製造工程概略図。 段差ＰＣ板１６層構成例を示す図。 両面段差プリント配線板の製造概略（レーザ工法）を示す図。 両面段差プリント配線板の製造概略（ルータ工法）を示す図。 層厚に関するモデルを示す図。 段差ＰＣ板および従来例の概略図。

本発明の段差構造のプリント配線板（以下、「段差ＰＣ板」と称する場合もある。）は、多層配線基板の一部の層を切除して、段差部を形成したプリント配線板である。
段差部には、ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴を形成することが可能であり、グランド層を形成する厚金属箔ないし薄金属板に接続している。ノイズ低減用シールド穴は信号ラインへ及ぼす外部からのノイズや信号ラインの電気的漏れを防止することができる。放熱穴は放熱性を向上させ金属の熱伸縮が制御されるので信号ラインの変形が制御される。プリプレグ層の層厚を厚くして、プリプレグ層でカバーされる信号ラインを太くすることもできる。これらにより、信号ラインの伝送損失を低減させることができる。
この段差部は、実装部品を搭載する実装部、プレスフィット接合等の他部材との接合部になる端子部の機能をはたす。

本発明の段差構造のプリント配線板の例を図１に示す。図１に示されたプリント配線板Ａは、両面に段差部を設けた例である。左側の段差部は端子部であり、右側が実装部である。端子部にも実装品を搭載することができる。このプリント配線板Ａは、段差部を構成する多層基材の表裏面に多層基材が積層されて構成されている。段差部を構成する多層基材を突出基材１、表面側に積層される多層基材を表多層基材２、下面側に積層される多層基材を裏多層基材３とする。突出基材１を形成した後に、上下の多層基材２，３を積層し、その後、段差部を切除してこのプリント配線板Ａを形成する。これらの基材を形成する各層の構成は通常の手段を用いることができるが、突出基材１には、上下の多層基材を積層する前に、ノイズ低減用シールド穴４又は放熱穴４を加工しておく。また、後工程において段差部を切除加工し易いように前処理を施しておくことが好ましい。

突出基材１の両面に多層基材２、３が積層された本発明の段差構造のプリント配線板Ａの全体構造図が図１に示されている。図１に示した段差ＰＣ板は、左右には段差部６が形成されている。左側の段差部６はテーパ部１３が形成された端子部１２が設けられている。なお、図１には符号５１は、囲み印で表されているが、内層に形成された金属箔層の存在領域を例示するものであって、囲まれた形状の厚金属箔が存在するということではない。
この段差ＰＣ板Ａは、突出基材１の表面と裏面に、表多層基材２と裏多層基材３が積層されている。突出基材１の段差部６となる表裏面には、図２に示すように、端子部１２と信号ライン１１が設けられ、隣接する信号ライン１１ａ、１１ｂ・・・のあいだには複数個(便宜的に２個)の銅メッキされたノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４ａ、４ｂ・・・が例示されている。突出基材１の内層には、薄金属板５又は厚金属箔層５１が設けられる。段差部６と表裏の多層基材２、３との接続は、薄金属板５又は厚金属箔層５１を経由して内層配線で接続される。

また、図１の薄金属板５又は厚金属箔層５１に前記穴４が銅メッキ４１等を介して接続されている。必要であれば、段差構造のプリント配線板Ａの表裏面を貫通するスルーホール７を設けることもできる。このノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４が多数個存在するため、信号ライン１１が積層時の上下の圧力に対して保護される。
特に、端子部が縦形にプレスフィット接合される場合は、図１左側段差部６に形成された端子部１２は、両側から段差が形成されて両側から薄くされているので、ソケットの片当たりが改善される。
図１端子部の信号ラインにはドリル径が０．３ｍｍ以下によって形成されたスルーホールが多数形成されている。段差ＰＣにはドリル径０．５から０．９ｍｍのスルーホール７が形成されている。これにより、プレスフィット部は本発明の段差ＰＣ板Ａは、薄金属板５又は厚金属箔層５１を経由して内層配線で接続される。
したがって、接続ルートは、プレスフィット→放熱穴に該当する径０．３ｍｍのスルーホール→薄金属板５→全厚部のスルーホール→内層銅箔配線となる。

突出基材１および表裏の多層基材２、３の表層および内部は周知の多層プリント配線板の高密度実装の手法が適用される。例えば、表層のＢＧＡやＣＳＰである実装品２０を搭載する搭載箇所２１には、ドリル径が０．７ｍｍのスルーホール７が多数設けられ、突出基材１の薄金属板５とは独立して設けられた内層銅箔（厚金属箔層５１）に接続され、放熱される。この内層銅箔（厚金属箔層５１）は、放熱性や高電流が必要な場合には、３５μｍや７０μｍの厚銅箔を用いることができ、軽量化が求められる場合にはアルミニウム箔を用いることができる。また、特性インピーダンスの制御が必要な場合には、多層基材の内部で通常の方法で設計することができ、ライン幅の設計が容易で層間厚の確保も簡単にできる（図７参照）。

本発明の段差ＰＣ板では、内層銅箔の厚みを１８〜２５０μｍを採用することができる。例えば、３５μｍや７０μｍの厚い銅箔を用いることが可能となる。例えば、３５μｍ厚、ライン巾８５μｍとした場合は、０．００３０ｍｍ^２となる。１８μｍ厚、ライン巾７０μｍとした場合は、０．００１３ｍｍ^２となり、前者は２．５倍の断面積となり、データ容量を大きくすることができる。大容量が必要となる画像処理装置用などに適した多層プリント配線板を提供することができる。また、信号ラインの太さの制約が小さくなるので、多層プリント配線板に設計自由度が向上する。銅のほかアルミニウムなどを使用することができる。
プリプレグの厚さは１００μｍ、コア厚は６０〜１００μｍ、段差の高さは任意であるが０．４ｍｍ以上も可能である。段差部の厚さはコネクターに接続するための厚さなどを勘案して決めることができる。例えば、１．５７ｍｍの厚さである。
薄金属板としては、２．５ｍｍ以内の厚さを使用することができる。

信号ラインとして用いられる銅箔の厚さが３５μｍと１８μｍの違いを、図７を用いて例示する。
図７（ａ）は、本発明に適用できる例であって、コアとプリプレグ厚さが１００μｍとすることができる。プリプレグやコア層の厚さを１００μｍとすることができたので、グランド層（Ｇｎｄ）や信号ラインとして３５μｍ厚の銅箔を用いることができこととなる。
３５μｍの銅箔によって形成されるラインは、単一５０Ω制御の場合、巾０．０８５ｍｍとなり、断面積は０．００３０ｍｍ^２となる。
これに対して、図７（ｂ）は、従来例ではコア層厚が６０μｍ程度の薄葉仕様となり、プリプレグ厚は１００μｍであるが、銅箔の厚さは１８μｍである。
単一５０Ω制御の場合、巾０．０７ｍｍとなり、断面積は０．００１３ｍｍ^２となりとなる。
したがって、３５μｍの銅箔を用いることにより、１８μｍの銅箔よりも２．５倍の断面積の信号ラインを使用できることとなり、データ容量を大きくすることができる。

段差構造を取ることにより、段差部に実装品を搭載することができる。本発明は、段差を０．１ｍｍ以上、さらに０．４ｍｍ以上も可能であるので、実装品の搭載バリエーションも大きい。また、片面あるいは両面に段差部を形成することができる。
図８に簡単な模式図を示す。（ａ）は、本発明の表裏両面に段差を形成した両面段差ＰＣ板である。両面の段差に実装品を搭載することができる。また、段差部を端子部とした場合は両当たりとすることができる。端子部を広くして実装部も備えることもできる。（ｂ）は、片面に段差部を設けた例である。（ｃ）は、従来例であり、表面から飛び出たように実装される。
本発明は、段差部に実装品を搭載することにより実装品が巾方向に飛び出すことを抑制でき、ぶつかり等のショックによる事故が軽減される。段差ＰＣ板の厚さが、端子部の厚さに制限される必要が無くなるので、設計の自由度が向上する。

本発明の段差ＰＣ板は、大容量の画像処理装置向けプリント配線板、ＩＣ試験装置、光データ伝送装置向けプリント配線板、端子付き配線板、プレストフィット搭載配線板などに適している。

次に本発明の具体的な実施例以下に説明する。
製造方法の概略について、図３に示す。ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴形成および切除箇所の前処理を施した厚金属箔ないし薄金属板のグランド内層を設けた段差部形成突出基材を準備する。この突出基材１の上下に表裏多層基材２、３を積層して原多層基板を形成し、原多層基材の表裏面からレーザあるいはルータなどを使用して、表裏多層基材の厚み分の切り込みを入れ、その後、表裏多層基材の切り込み部分をくり抜いて段差部を形成する。必要に応じて、後加工を施して、段差構造のプリント配線板（段差ＰＣ板）を完成する。段差の高さが０．４ｍｍ未満の場合はレーザ加工が適しており、０．４ｍｍ以上の段差ではルータ加工が適している。
全体の層構成、突出基材の層構成、表裏の多層基材の層構成は任意である。

図４（ａ）（ｂ）に両面に段差部を設けた１６層構成の段差ＰＣ板の例について、図４に示す。全１６層（Ｌ１〜Ｌ１６）の層数のうち、突出基材はＬ３〜Ｌ１４の層であり、Ｌ１〜Ｌ３は表多層基材層、Ｌ１５〜Ｌ１６は裏多層基材層である。各層の銅箔の厚さは、中間層が３５μｍ厚、表裏のＬ１、Ｌ２は１８μｍ厚とした。３５μｍ厚の銅箔層の一部をグランドの機能として用いる。突出基材内の各銅箔間には絶縁樹脂フィルムとプリプレグを配置し、層間厚が０．１ｍｍ以上になるようにした。この段差ＰＣ板は２０２６μｍの厚さに構成され、表裏に形成された段差の高さは２５３μｍとなる。詳細な構成は図１に図示された構成と同様である。
図４（ｃ）（ｄ）は、全１６層（Ｌ１〜Ｌ１６）の層数のうち、突出基材はＬ３〜Ｌ１４の層であり、中間に５００μｍ厚の薄金属板５を配置した。薄金属板５Ｌ１〜Ｌ３は表多層基材層、Ｌ１５〜Ｌ１６は裏多層基材層である。各層の銅箔の厚さは、表裏のＬ１、Ｌ１６および中間の薄金属板５に隣接したＬ８、Ｌ９を１８μｍ厚、他の中間層が３５μｍ厚とした。突出基材内の各銅箔には絶縁樹脂フィルムとプリプレグを配置し、層間厚が０．１ｍｍ以上になるようにした。薄金属板５の上下にプリプレグを配置してこの段差ＰＣ板は２８５２μｍの厚さに構成され、表裏に形成された段差の高さは２５３μｍとなる。

製造工程について図５を用いて説明する。
（ａ）突出基材の積層工程は通常と同様に行われる。ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴の加工と段差部の切除加工の前処理が施される。
所定の端子回路、信号ライン回路およびノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４回路等を形成したのち、突出基材１４を第一次積層し、その後、突出基材１４の表面に回路形成した。
上下の表面に信号ライン１１ａ、１１ｂを備えた突出基材１４を準備し、ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４、４、・・を形成する。ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４の内周および孔縁は銅メッキ４１が形成されている。このノイズ低減用シールド穴又は放熱穴４が設けられた領域を額縁上に囲むように帯状銅箔３２を配置する。この額縁上の領域が段差部に形成される部分となる。帯状銅箔３２の形成は、最終的にレーザによって多層基材のくりぬく予定箇所の略四角枠の銅下地パターンはそのまま残すことにより行った。この状態が図５（ａ）に示されている。
（ｂ）表多層基材２と裏多層基材３を前記突出基材１４に積層して原多層基材１０を構成する。突出基材とノーフロープリプレグ又はローフロープリプレグと表裏多層基材２、３を重ねて積層する。ノーフロープリプレグ又はローフロープリプレグは、段差部と切除される部分はやや大きめにくりぬき加工を施してプリプレグ樹脂が流れないようにして全１６層の原多層基板１０が形成される。
表裏の多層基材には、エッチングによって間隔３１ｃが設けられた二重枠状の銅箔３１ａ、３１ｂを形成しておく。この二重枠は、突出基材１４に形成された帯状銅箔３２に対応する位置関係にある。この様子は図５（ｂ）に示されている。

（ｃ）原多層基材１０の表裏多層基材２、３に形成されている二重枠３１ａ、３１ｂの中間に形成されている間隔３１ｃに対して炭酸ガスレーザ４０によってアブレーションする。レーザは帯状銅箔３２で止まり、方形に切り込まれた状態となる。レーザ加工の状態が図４（ｂ）に示されている。
（ｄ）レーザ加工によって切り込まれた表裏の多層基材２，３の枠状部分３１をくり抜いて段差部を形成する。この状態が図５（ｃ）に図示されている。図５（ｃ）において、段差部の左側を切除するなどの後加工を施して、図１に示される段差ＰＣ板を完成する。
後加工としては、端子部の形成加工、段差部分の静電スプレーによるレジスト塗布加工、実装品の搭載などがある。静電スプレーは、段差形成部の銅露出を保護するために行うが、必ずしも必要ではない。

段差部分の切除加工としてルータを用いた例を図６に示す。
（ａ）基本的には実施例１と同様であるが、ルータ加工するために前処理として、表裏の多層基材を積層するときに用いるノーフロープリプレグ又はローフロープリプレグとして段差部分として切除される部分に相当する領域をスリット加工する。また、表裏の多層基板側も積層面に段差部分領域を厚さ方向に半分程度スリット加工を施す。
（ｂ）準備したプリプレグを介在させて表裏の多層基材と突出基材を積層して、原多層基材を構成する。
（ｃ）ルータを用いて表裏の多層基材に形成されたスリット空間に切り込みを入れて、段差部分をくり抜くことにより、段差部を形成する。後加工は実施例１と同様である。
表裏の多層基材の内面側に形成されたスリット空間とこの空間に向けてルータービットを形成する状況が図６（ａ）に示されている。枠状にルータービット加工を行った後に段差部分をくり抜いた状態が図６（ｂ）である。

Ａ 段差構造のプリント配線板
１、１４ 突出基材
２ 表多層基材
３ 裏多層基材
４、４ａ、４ｂ 放熱穴
５ 薄金属板
６ 段差部
７ スルーホール
１０ 原多層基材
１１、１１ａ、１１ｂ 信号ライン
１２ 端子部
２０ 実装品
２１ 搭載箇所
３１ａ、３１ｂ 二重枠
３１ｃ 間隔
３２ 帯状銅箔
４０ 炭酸ガスレーザ
４１ 銅メッキ
５１ 厚金属箔層（内層銅箔）

Claims (9)

1. 段差部と表面に信号ラインを有する突出基材と、当該突出基材の片面に積層された単数または複数の多層基材とから構成される段差構造のプリント配線板であって、
   信号ラインとその隣接する信号ラインとのあいだに単数または複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴が形成され、
   その穴が厚金属箔ないし薄金属板で構成されるグランド層と接続されていることを特徴とする段差構造のプリント配線板。
2. 段差部と表面に信号ラインを有する突出基材と、当該突出基材の両面に積層された単数または複数の多層基材とから構成される段差構造のプリント配線板であって、
   信号ラインとその隣接する信号ラインとのあいだに単数または複数のノイズ低減用シールド穴又は放熱穴が形成され、
   その穴が厚金属箔ないし薄金属板のグランド内層と接続されていることを特徴とする段差構造のプリント配線板。
3. 突出基材に形成された穴とその反対面に形成された部品挿入穴の使用用途が異なることを特徴とする請求項２に記載の段差構造のプリント配線板。
4. 突出基材の先端にテーパ構造が形成された端子部であることを特徴とする請求項１または２に記載の段差構造のプリント配線板。
5. 厚金属箔ないし薄金属板がアルミニウムまたは銅であることを特徴とする請求項１または２に記載の段差構造のプリント配線板。
6. グランド層あるいは信号ラインは、１８μｍ〜２４０μｍの銅箔であることを特徴とする請求項１または２に記載の段差構造のプリント配線板。
7. ノイズ低減用シールド穴又は放熱穴がレーザにより形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の段差構造のプリント配線板。
8. 端子部がプレスフィット接合用途であることを特徴とする請求項４に記載の段差構造のプリント配線板。
9. 端子部に実装部品が搭載される用途であることを特徴とする請求項４または８に記載の段差構造のプリント配線板。