CN1347278A - 印刷线路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供不易受到外来噪声的影响、阻抗的偏差小、且具有传输特性良好的高频传输线路的印刷线路板,其包括:绝缘基板20、在所述绝缘基板20上依次形成的第一导电层22、第一绝缘层23、沿所述第一导电层22的长度方向平行配置的电路图形25、以及第二绝缘层26,还包括:在第一绝缘层23和第二绝缘层26中,在电路图形25的两侧形成的使第一导电层22露出的多个沟271、27r;以及在从应该与所述第一导电层22连接的一个所述沟271的内壁连接至另一沟27r的内壁的所述第二绝缘层26上形成的第二导电层28,通过第一绝缘层23和第二绝缘层26与第一导电层22连接,获得包围所述电路图形25的构造。

Description

印刷线路板及其制造方法
技术领域
本发明涉及印刷线路板及其制造方法，特别涉及具有受外来噪声影响少、阻抗偏差小、传输特性良好的传输路径构造的印刷线路板及其制造方法。
现有技术
近年来，随着信息化时代的来临，通信终端设备等广泛普及，设备的高频化不断发展，出现了信号的RF(Radio Frequency：射频)为GHz频带的移动终端，此外，即使个人计算机的存储器子系统中也在向高速化发展，其频率达到几百MHz。与此相应，即使在印刷线路板中，也需要与高频化相应的控制阻抗的传输特性良好的印刷线路板。
首先，说明现有的印刷线路板。
图4是现有技术例的印刷线路板的剖面结构图，图5是说明现有技术例的印刷线路板的制造工序图。
如图5(a)所示，例如通过光刻法来湿法腐蚀由玻璃钢构成的绝缘基板10上形成的铜箔，获得预定形状的内层电路图形11。
接着，如图5(b)所示，对内层电路图形11的表面实施黑化处理等表面处理，进一步遮蔽内层电路图形，在树脂基板10上通过丝网印刷、幕帘涂敷法或用薄片材料来形成绝缘树脂，获得绝缘层12。绝缘层12的厚度为20μm～90μm。图中虽未示出，但根据需要，在绝缘层12的规定位置上，设置到达内层电路图形11的非贯通孔和贯通树脂基板10的通孔。
接着，如图5(c)所示，通过氧化剂来使绝缘层12的表面粗糙化，遮蔽绝缘层12，通过无电解电镀和电解电镀铜来形成铜层，获得导电层13。这里，绝缘层12的表面粗糙度在中心线平均粗糙度是Ra＝0.1～20μm，导电层13的厚度是几μm～几十μm。
接着，如图5(d)所示，通过光刻经湿法腐蚀来加工导电层13，获得规定形状的外层电路图形14。
以上，获得具有两层电路图形的印刷线路板，而且在进行多层化的情况下，可以重复进行上述的(b)～(d)的工序。
另一方面，上述的印刷线路板中的传输线路的阻抗主要由绝缘层的厚度和介电常数、传输线路的导电层的厚度和线宽、以及接地的形态决定。其中，带状线路、微带线路的阻抗受绝缘层的厚度和传输线路的线宽的影响。
图3是传输线路的示意结构图，图3(a)表示微带线路，图3(b)表示带状线路。
在图3(a)所示的微带线路中，由在GND用电路图形1上通过第一绝缘层2所形成的信号用线路图形3而构成的传输线路的阻抗Zo1由下面的式(1)表示。
Figure A0114175300041
其中，εr表示第一绝缘层2的介电常数，h1表示第一绝缘层2的厚度，w表示信号用电路图形3的宽度，t表示信号用电路3的厚度。
在图3(b)所示的带状线路中，由与GND用电路图形1之间有第一绝缘层2、与第二GND用电路图形5之间有第二绝缘层4这样配置的信号用电路图形3所构成的传输线路的阻抗Zo2由下面的式(2)表示。其中，与式(1)中的记号共用，除此以外，εr2表示第二绝缘层4的介电常数，h2表示第二绝缘层4的厚度。
但是，移动电话等便携式终端设备的RF大多在GHz带。用设备的天线接收的RF信号通过印刷线路板上的信号用电路图形(即传输线路)，在中频部下降几百MHz，最终在基带中变为几十MHz。为了获得设备的良好接收灵敏度，在从天线至中频部的印刷线路板上的传输特性是重要的。
因此，为了防止使传输特性恶化的外来噪声，设置与作为印刷线路板的传输线路的信号用电路图形并联的接地线。
图4是现有技术例的印刷线路板的剖面结构图。
如图4所示，在基板上形成的GND用电路图形11a上通过绝缘层12形成信号用电路图形14a，沿该图形并离开规定距离的位置的两侧设置GND用电路图形14b。
但是，在该构造中，由于屏蔽效果不充分，所以容易受到外部噪声等影响，成为接收灵敏度差的原因之一。
另一方面，根据趋肤效应，高频电磁场从导体的表面仅能侵入到非常有限的深度，因此，高频电流仅在金属的表面层流动。高频电流流动的表面层的表皮厚度δ由下面的式(3)表达。其中，μ表示导体的导磁率，σ表示导体的电导率，ω表示电磁场的角频率。
传输线路的信号用图形由铜层构成，信号频率为1GHz时，可知表皮深度为2μm左右，信号电流仅在电路图形的极接近表面流动。
图8表示现有技术例的印刷线路板中的信号的电流分布的示意图，图8(a)表示低频信号的情况，图8(b)表示高频信号的情况。
如图8(a)所示，在GND用电路图形11a上通过绝缘层(图中未示出)来配置信号用电路图形14a，信号电路图形14a中低频的信号电流沿图中箭头所示的方向流动(返回电流沿与此相反的方向在GND用电路图形11a中流动)，此时，信号电路图形14a内的点(●)所示的电流线均匀地分布，最大限度地使用对置的GND用电路图形11a的宽度，而流动均匀分散的电流。
与此相对，图8(b)表示例如10MHz以上的高频信号的示例，趋肤效应变得显著，电流变为在沿信号用电路图形14a的外部流动，在GND用电路图形11a中，电流变为集中在信号用电路图形14a的下部流动。此时，变为电流集中到信号用电路图形14a的下面、以及GND用电路图形的上面的倾向。
该现象在1GHz以上时特别显著，该情况下，如果信号用电路图形的构造上有偏差或缺陷，则电流成为偏向局部的状态，其结果，阻抗值成为与设定不同的值，阻抗的偏差变大，使高频传输特性不稳定。
因此，本发明用于解决上述课题，其目的在于提供一种印刷线路板及其制造方法，具有不易受到外来噪声的影响、阻抗的偏差小、且传输特性良好的高频传输线路。
发明内容
作为实现上述目的的手段，本发明的第一方面的印刷线路板包括：绝缘基板；在所述绝缘基板上依次形成的具有规定宽度和长度的第一导电层；第一绝缘层；其宽度比所述第一导电层的宽度小的沿所述第一导电层的长度方向平行配置的电路图形；以及第二绝缘层，其特征在于，在所述第一和第二绝缘层中，在所述电路图形的两侧形成使所述第一导电层露出的多个沟；以及第二导电层，形成在所述第二绝缘层上，所述第二绝缘层从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁，通过所述第一和第二绝缘层与所述第一导电层连接，获得包围所述电路图形的构造。
本发明的第二方面是印刷线路板的制造方法，其特征在于包括：依次在绝缘基板上形成具有规定的宽度和长度的第一导电层、第一绝缘层、其宽度比所述第一导电层的宽度小的沿所述第一导电层的长度方向平行配置的电路图形、以及第二绝缘层的步骤；在所述第一和第二绝缘层中，在所述电路图形的两侧形成使所述第一导电层露出的多个沟的步骤；以及在从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁的所述第二绝缘层上形成第二导电层，以使所述电路图形通过所述第一和第二绝缘层与所述第一导电层连接，获得包围所述电路图形的构造的步骤。
本发明的第三方面是印刷线路板的制造方法，其特征在于，在上述第二方面中，通过照射激光来形成所述两个沟。
附图说明
图1表示本发明的印刷线路板的实施例的剖面结构图。
图2是说明本发明的印刷线路板的实施例的制造工序图。
图3是带状线的示意结构图，图3(a)表示微带线，图3(b)表示带状线。
图4是现有技术例的印刷线路板的剖面结构图。
图5是说明现有技术例的印刷线路板的制造工序图。
图6是表示印刷线路板的特性阻抗的曲线图。
图7是表示本发明的印刷线路板的实施例的高频信号的电流分布的示意图。
图8是表示现有技术例的印刷线路板信号电流分布的示意图，图8(a)表示低频信号的情况，而图8(b)表示高频信号的情况。
具体实施方式
以下，参照附图，通过优选实施例来说明本发明的实施形态。
图1是表示本发明的印刷线路板的实施例的剖面结构图，图2是说明本发明印刷线路板的实施例的制造工序图。
本发明实施例的印刷线路板如图1所示，在绝缘树脂的基板上形成的内层电路图形22上依次层叠第一绝缘层23、作为信号传输线路的信号用电路图形25和第二绝缘层26，沿内层电路图形22的延伸方向在第一和第二绝缘层上形成的沟27l、27r的两侧面和第二绝缘层26的上表面上设置导电层28，将该导电层28与内层电路图形22电连接。
首先，如图2(a)所示，例如将规定厚度的铜箔铺展在玻璃钢构成的绝缘基板20上而准备一覆铜叠层板。
接着，如图2(b)所示，通过光刻来湿法腐蚀铜箔21，形成规定形状的内层电路图形22。这里，该内层电路图形22沿垂直纸面方向延伸，形成具有与后述的信号用电路图形25长度相等以上长度的GND用电路图形。该GND用电路图形通过对该内层电路图形22的表面实施黑化处理等表面处理，在其上通过丝网印刷、幕帘涂敷法或用薄片材料来形成将构成第一绝缘层23的、例如以双酚A环氧树脂为主体的绝缘树脂层。此时的绝缘层23的厚度为20μm～90μm。如下所述，在控制该第一绝缘层23上形成的信号用电路图形的阻抗的情况下，设定适当的第一绝缘层23。
接着，如图2(c)所示，通过氧化剂来使绝缘层23的表面粗糙化，遮蔽绝缘层23，进行无电解电镀和电解电镀来形成铜层24。这里，绝缘层23的表面粗糙度在中心线平均粗糙度是Ra＝0.1～20μm，铜层24的厚度是几μm～几十μm。
接着，如图2(d)所示，通过光刻、湿式腐蚀来加工铜层24，形成规定形状的信号用电路图形25。由于信号用电路图形25将构成高频信号的传输线路的电路图形，所以与内层图形22(GND用电路图形)一样，沿垂直纸面方向延伸，在进行阻抗控制的情况下，以适当的线宽度来设定。
接着，如图2(e)所示，对信号用电路图形25的表面实施黑化处理等表面处理，在其上通过丝网印刷、幕帘涂敷法或用薄片材料来形成例如以双酚A环氧树脂为主体的绝缘树脂层，获得第二绝缘层26。第二绝缘层26的厚度范围是20μm～90μm。在控制信号用电路图形25的阻抗情况下，设定合适的第二绝缘层26的厚度。
接着，如图2(f)所示，例如用CO2气体激光沿垂直纸面方向与信号用电路图形25等距离并且与其两侧面并行地照射，在第二绝缘层26及第一绝缘层23中形成沟27r、27l。该沟27r、27l使内层电路图形22露出。
这里，通过照射周期为1～5kHz的脉冲、照射时间10～60μsec、发射数3～5的激光，来形成非贯通孔，一边反复进行该照射，一边通过连续地移动激光的位置来形成沟27r、27l。沟的上边宽度在150～260μm的范围内，沟的斜度在45～85度的范围内。作为激光，也可以使用YAG激光、准分子激光。
在通过光刻来形成这些沟27r、27l的情况下，在贴敷干膜、或通过丝网印刷形成光致抗蚀剂后，用光刻法通过干式或湿式处理来腐蚀第二绝缘层26和第一绝缘层23。
接着，如图2(g)所示，通过以高锰酸盐为主的氧化剂来使第二绝缘层26的表面和沟27r、27l的内壁粗糙化，遮蔽第二绝缘层26和沟27r、27l，进行无电解电镀和电解电镀铜来形成导电层28。这里，第二绝缘层26和沟27r、27l的内壁表面的粗糙度在中心线的平均粗糙度是Ra＝0.1～20μm，导电层28的厚度是几μm～几十μm。
这里，导电层28和内层电路图形22用沟27r、27l的底部连接，通过第一绝缘层23和第二绝缘层26变成包围信号用电路图形25的形状。
图1是表示本发明的印刷线路板的实施例的剖面结构图。
如上述那样获得的印刷线路板如图1所示，信号用电路图形25被第一绝缘层23和第二绝缘层26包围，而且使其周边相互连接，被接地的导电层28和内层电路图形22(GND用电路图形)包围。该结构非常接近同轴电缆的结构，由于能将信号用电路图形25屏蔽，所以不受外来噪声的影响，特别是在从RF至中频的信号用电路图形中采用该构造时，可获得良好的接收灵敏度。
由于本实施例的结构是接近同轴电缆的结构，在高频的电磁场模式的传输线路的(数学模型)分析中，可用同轴电缆近似，进行更精密的分析。
图7是表示本发明的印刷线路板的实施例中的高频信号的电流分布的示意图。
在本实施例的情况下，在信号用电路图形25中流动高频信号时，由于周围被处于接地电位的在下侧配置的内层电路图形22、以及在两侧面和上侧配置的导电层28所包围，所以电流线(图7中，以圆点表示)在信号用电路图形25的表面上分布均匀，在与对应的内层电路图形22和导电层28的内层电路的信号用电路图形25相对的表面上，分布均匀的电流线。因此，即使有信号用电路图形的偏差或缺陷，也不会局部形成电流线，阻抗的偏差也小。
下面，说明传输线路的阻抗测定结果。
设定各参数，使得阻抗为30Ω，现有技术例的图3(b)所示的带状线样品和实施例的样品各制作10个，并测定阻抗。
在阻抗的测定中，使用时域反射法(以下称为TDR法)。在TDR测定中，将TDR用测定探针连接到宽频带数字示波器，由此测定各样品的特性阻抗。
TDR法是将阶跃信号或脉冲信号作为入射信号输入到要测定的传输线路，将由传输线路不停反射返回的反射信号和入射信号在时间轴上合成并显示波形，获得特性阻抗值的方法。它是利用传输线路的状态、即绝缘层的厚度、电路图形的厚度和宽度来改变反射信号的测定方法。
将阻抗测定结果示于图6。图6是表示印刷线路板的特性阻抗的曲线图。
现有技术例的信号用电路图形的阻抗的平均值是31Ω，最大值是35.5Ω，最小值是24Ω，偏差是11.5Ω。
与此相对，实施例的信号用电路图形的阻抗的平均值是29Ω，最大值是31.7Ω，最小值是26.5Ω，偏差是5.2Ω，为现有技术例偏差的一半。
由于实施例的阻抗值与现有技术例相比下降2Ω，成为与同轴电缆近似的构造，电容分量增加，所以如果换算为信号用电路图形的宽度，则意味着可以细10μm，能够使布线进一步高密度化。
如以上说明，在本发明的印刷线路板中，根据本发明第一方面，包括：在第一和第二绝缘层中，在电路图形的两侧形成使第一导电层露出的多个沟；以及在从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁的所述第二绝缘层上形成的、并通过所述第一和第二绝缘层与所述第一导电层连接，获得包围所述电路图形的构造的第二导电层，其效果是可以提供具有不易受外来噪声的影响、阻抗偏差小、传输特性良好的高频传输路径的印刷线路板。
在本发明的印刷线路板的制造方法中，根据第二和第三方面所述，通过包括在第一和第二绝缘层中，在电路图形的两侧形成使第一导电层露出的多个沟的工序，以及在从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁的所述第二绝缘层上，形成具有通过所述第一和第二绝缘层将所述电路图形与所述第一导电层连接以包围所述电路图形的构造的第二导电层的工序，其效果是可以提供具有不易受外来噪声的影响、阻抗偏差小、传输特性良好的高频传输路径的印刷线路板的制造方法。

Claims (3)

1.一种印刷线路板，包括：绝缘基板；在所述绝缘基板上依次形成的具有规定宽度和长度的第一导电层；第一绝缘层；其宽度比所述第一导电层的宽度小的沿所述第一导电层的长度方向平行配置的电路图形；以及第二绝缘层，其特征在于，
在所述第一和第二绝缘层中，在所述电路图形的两侧形成使所述第一导电层露出的多个沟；以及
第二导电层，形成在所述第二绝缘层上，所述第二绝缘层从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁，通过所述第一和第二绝缘层与所述第一导电层连接，获得包围所述电路图形的构造。
2.一种印刷线路板的制造方法，其特征在于，包括：依次在绝缘基板上形成具有规定的宽度和长度的第一导电层，第一绝缘层，其宽度比所述第一导电层的宽度小的沿所述第一导电层的长度方向平行配置的电路图形，以及第二绝缘层的步骤；
在所述第一和第二绝缘层中，在所述电路图形的两侧形成使所述第一导电层露出的多个沟的步骤；以及
在从与所述第一导电层连接的一个所述沟的内壁延续至另一所述沟的内壁的所述第二绝缘层上形成第二导电层的步骤，以使所述电路图形通过所述第一和第二绝缘层与所述第一导电层连接，以获得包围所述电路图形的构造。
3.如权利要求2所述的印刷线路板的制造方法，其特征在于，通过照射激光来形成所述多个沟。
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