JP2001111184A

JP2001111184A - 多層基板およびそれを用いた電子部品およびそれを用いた電子装置

Info

Publication number: JP2001111184A
Application number: JP28990299A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Tsuru; 輝久鶴; Kunihiro Watanabe; 邦広渡辺; Mitsuyoshi Nishide; 充良西出; Harufumi Bandai; 治文萬代
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ対策部品を内蔵できる多層基板と、そ
れを用いて小型化の可能な電子部品を提供することを目
的とする。【解決手段】周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．
０００７以下の低損失誘電体材料からなる低損失層１
２、１４で、周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．０
０１以上の高損失誘電体材料からなる高損失層１３を挟
んで基体１１を構成し、低損失回路を低損失層１２、１
４に形成し、ノイズ成分を抑制するためのノイズ抑制回
路を高損失層１３に形成し、基体１１の上部には半導体
素子や大容量のコンデンサなどの個別素子４を搭載す
る。【効果】個別素子の中の半導体素子で高調波ノイズの
発生した信号を高損失層１３に形成されたノイズ抑制回
路に通過させることによって、高調波ノイズを取り除く
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層基板およびそ
れを用いた電子部品およびそれを用いた電子装置、特に
移動体通信機器や高周波デジタル信号を使用する機器の
高調波ノイズの発生しやすい回路に用いられる多層基板
およびそれを用いた電子部品およびそれを用いた電子装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信機器や高周波デジタル
信号を使用する機器の普及に伴って、回路を１つの多層
基板に集積して小型化を図った電子部品が増加してい
る。

【０００３】図８に、このような従来の電子部品を示
す。図８において、電子部品１は、多層基板からなる基
体２の内部に回路配線や、インダクタンス素子や容量素
子などの受動素子（図示せず）を形成し、基体２の端面
に入出力端子３を形成し、さらに、基体２の上部に半導
体素子や大容量のコンデンサなどの基体内部に形成しに
くい個別素子４を搭載して構成されている。

【０００４】このように、電子部品１においては、回路
配線や一部の受動素子を多層基板からなる基体の内部に
形成することによって、小型化を実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、移動体通信
機器のような高周波信号を扱う機器においては、アンプ
やミキサ等において不必要な高調波ノイズが発生しやす
い。また、高周波デジタル信号を使用する機器において
も同様に高調波ノイズが発生しやすい。

【０００６】従来の電子部品においては、これらの高調
波ノイズを抑制するために、ノイズフィルタやＢＬＭコ
イルなどのノイズ対策部品を別途必要とするため、電子
部品の形状が大きくなってしまうという問題があった。
また、このようなノイズ対策部品を取り付けても必ずし
も十分にノイズを抑制できないために、設計変更が必要
になるなどして、ノイズ対策に多くの設計時間を必要と
するという問題もあった。

【０００７】そこで、本発明においては、ノイズ対策部
品を内蔵できる多層基板と、それを用いて小型化の可能
な電子部品およびそれを用いた電子装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の多層基板においては、周波数１ＭＨｚにお
ける誘電正接が０．０００７以下の低損失誘電体材料か
らなる低損失層と、周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が
０．００１以上の高損失誘電体材料からなる高損失層と
を、それぞれ１つ以上有することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の多層基板においては、低損
失が要求される低損失回路を前記低損失層に形成し、ノ
イズ成分を抑制するためのノイズ抑制回路を前記高損失
層に形成したことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の多層基板においては、前記
低損失回路と前記ノイズ抑制回路が互いに接続されてい
ることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の多層基板においては、前記
ノイズ抑制回路が、前記高損失誘電体材料を挟んで形成
された複数のグランド層と、該複数のグランド層の間に
形成された１つ以上の線路層からなることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の電子部品においては、上記
の多層基板を用いたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の電子部品においては、前記
多層基板の内層あるいは外部に、前記ノイズ抑制回路に
接続された機能回路部を有し、前記ノイズ抑制回路の入
出力インピーダンスを、前記機能回路部のインピーダン
スに整合させたことを特徴とする。

【００１４】そして、本発明の電子装置においては、上
記の電子部品を用いたことを特徴とする。

【００１５】このように構成することにより、本発明の
多層基板を用いた電子部品およびそれを用いた電子装置
においては、不要輻射の少ないノイズ抑制回路を内蔵し
て、小型化を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の多層基板を用い
た電子部品の一実施例を示す。図１において、図８と同
一もしくは同等の部分には同じ記号を付す。

【００１７】図１において、電子部品１０は、例えば移
動体通信機用の高周波モジュールで、多層基板からなる
基体１１の内部に回路配線や、インダクタンス素子や容
量素子などの受動素子やノイズ抑制回路（図示せず）を
形成し、基体１１の端面に入出力端子３を形成し、さら
に、基体１１の上部に半導体素子や大容量のコンデンサ
などの基体内部に形成しにくい個別素子４を搭載して構
成されている。

【００１８】そして、基体１１は、周波数１ＭＨｚにお
ける誘電正接が０．００１以上の高損失誘電体材料から
なる高損失層１３を、周波数１ＭＨｚにおける誘電正接
が０．０００７以下の低損失誘電体材料からなる低損失
層１２および１４で挟んで構成されている多層基板であ
る。そして、高損失層１３や低損失層１２、１４は、さ
らに多層構造になっている。このうち、低損失層１２や
１４の内部には、低損失が要求される低損失回路、例え
ば高周波信号が通過する伝送線路やカップリングコンデ
ンサなどが形成されている。一方、高損失層１３には、
高周波ノイズなどのノイズ成分を抑制するためのノイズ
抑制回路が形成されている。

【００１９】ここで、図２に、図１に示した電子部品の
高損失層１３の具体的な構成例を示し、これを用いてノ
イズ抑制回路について説明する。

【００２０】図２において、高損失層１３は、周波数１
ＭＨｚにおける誘電正接が０．００１以上の高損失誘電
体材料から構成されており、その内部に２つのグランド
層１５および１７が設けられ、さらにその間に１つの線
路層１６が設けられている。このうち、２つのグランド
層１５および１７は、それぞれほぼ全面に渡ってグラン
ド電極（図示せず）が形成されている。また、線路層１
６にはミアンダ状の線路１６ａが形成されている。その
結果、線路１６ａと２つのグランド電極とでトリプレー
ト構造のストリップ線路を構成していることになる。そ
して、線路１６ａの両端はビアホール１８および１９を
介して低損失層（図示せず）に形成された低損失回路に
接続されている。

【００２１】ここで、図３に、線路１６ａを主線路とす
るストリップ線路の等価回路を示す。図３に示すよう
に、ストリップ線路は、線路の単位長さあたりのインダ
クタンス成分と抵抗成分である、直列に接続されたイン
ダクタＬ１および抵抗Ｒ１と、線路の単位長さあたりの
コンダクタンス成分と容量成分である、直列に接続され
た抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ１が、ラダー状に接続さ
れてなる分布定数線路となる。

【００２２】図２に戻り、このように構成された線路１
６ａを主線路とするストリップ線路においては、線路１
６ａとグランド電極との間の誘電体の誘電正接が、低損
失誘電体材料の誘電損失に比べて大きいために、ストリ
ップ線路を通過する信号の誘電体損失が大きくなる。そ
して、この誘電体損失による減衰量αｄは、 αｄ＝（２７．３／λｇ）×ｔａｎδ［ｄＢ／ｍ］但し λｇ＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）となる。ここで、λｇは誘電体材料中での信号の波長
を、λは真空中での信号の波長を、εｒは誘電体材料の
比誘電率を、ｔａｎδは誘電体材料の誘電正接を表して
いる。また、λ、λｇは信号の周波数に反比例し、ｔａ
ｎδとεｒも周波数依存性を持つ場合がある。この式よ
り、高損失層１３に形成されたストリップ線路において
は、信号の周波数が高いほど誘電体損失によって誘電体
内部で消費されるエネルギーによる減衰量が多くなり、
減衰域において透過が少なく、しかも反射の少ないロー
パスフィルタ特性を示すノイズ抑制回路となることが分
かる。また、２つのグランド層の間にノイズ抑制回路を
形成することによって、ノイズ抑制回路自身からの輻射
を抑え、より効率のよいノイズ抑制効果を得ることがで
きる。

【００２３】図１に戻って、このように構成されたノイ
ズ抑制回路を含む高損失層を備えた基体１１を有する電
子部品１０においては、基体１１上に搭載された個別素
子４の中の半導体素子で高調波ノイズの発生した信号を
高損失層１３に形成されたノイズ抑制回路に通過させる
ことによって、高調波ノイズを取り除くことができる。

【００２４】ここで、表１に、本願発明者が１ＭＨｚに
おける誘電正接が０．００１６のセラミック材料を用い
て、線路幅を１００μｍ、線路とグランド電極との間隔
をそれぞれ１００μｍ、線路長を４６ｍｍとしてノイズ
抑制回路を作成して実験を行った時の、ノイズ抑制回路
の周波数特性を示す。なお、表１において、反射電力、
透過電力、吸収電力は、入力された電力に対する比率を
示している。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示すように、ノイズ抑制回路におい
ては、信号の周波数が高いと吸収電力、すなわち誘電体
損失による電力消費が大きくなり、５ＧＨｚ以上の周波
数においては７０％以上の電力を吸収できることが分か
る。

【００２７】ところで、ノイズ抑制回路（線路１６ａを
主線路とするストリップ線路）の入出力インピーダンス
は、線路１６ａの幅や、線路１６ａとグランド電極との
間隔を調整することによって、接続相手である低損失回
路のインピーダンスと一致させて整合を取ることができ
る。そして、その場合には、ノイズ抑制回路の入出力イ
ンピーダンスが低損失回路のインピーダンスと一致して
いるために、一般のローパスフィルタのように減衰域に
おいてほとんどの信号が反射されるということがなく、
減衰域における高調波ノイズの反射が少なくなる。その
結果、高調波ノイズの反射による不要輻射の発生がさら
に抑えられるというメリットがある。

【００２８】上記の表１に示した実験においては、ノイ
ズ抑制回路の入出力インピーダンスが低損失回路のイン
ピーダンス（実際の実験では測定器のインピーダンスで
ある５０Ω）と整合していなかったために、例えば０．
５ＧＨｚにおいては反射電力が大きくなり、透過電力が
小さくなってしまっている。そこで、表２に、表１に示
した実験と基本的に同じ条件で、線路とグランド電極と
の間隔をそれぞれ２００μｍに変更して整合を改善して
実験した場合の、ノイズ抑制回路の周波数特性を示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示すように、この整合を改善したノ
イズ抑制回路においては、０．５ＧＨｚおよび２．０Ｇ
Ｈｚにおける反射電力が小さくなり吸収電力も小さいた
め、ローパスフィルタの通過帯域としても利用可能とな
ることが分かる。一方、１０ＧＨｚ以上では反射電力が
少なく、吸収電力が９５％以上となり、ほとんどの電力
を誘電体損失として消費できることが分かる。

【００３１】なお、上記の実施例のノイズ抑制回路にお
いては、線路層にはミアンダ状の線路を形成したが、線
路の形状はミアンダ状に限られるものではなく、直線状
やスパイラル状などの別の形状でも構わないものであ
る。

【００３２】また、上記の実施例のノイズ抑制回路にお
いては、高損失層に２つのグランド層を設け、その間に
１つの線路層を設けているが、２つのグランド層の間に
設ける線路層は２層以上でも構わないものである。

【００３３】例えば、２つのグランド層の間に第１の線
路層を設けて、スパイラル状の線路を形成した場合に
は、同じく２つのグランド層の間に第１の線路層に隣接
して第２の線路層を設け、第２の線路層には例えば直線
状の線路を形成し、スパイラル状に形成した線路の中央
側の一端と直線状の線路の一端をビアホールで接続して
立体的な回路を構成して、ノイズ抑制回路の入出力端を
基体の端部に出すようにすることもできる。この場合に
は、線路をスパイラル状に形成することによって線路の
インダクタンス成分を大きくすることができる。さらに
は、第２の線路層にもスパイラル状の線路を形成して、
２つのスパイラル状の線路を磁界結合させてインダクタ
ンス成分を更に大きくすることも可能である。

【００３４】ここでは、２つのグランド層の間に２つの
線路層を設ける場合について簡単に説明したが、２つの
グランド層の間に３つ以上の線路層を設けても構わない
ものである。

【００３５】さらに、上記の実施例や説明では、グラン
ド層を２つとして、その間に線路層を設ける場合につい
て説明したが、グランド層は３つ以上あっても構わない
ものである。その場合には２つのグランド層に挟まれた
複数の領域が存在することになるが、そのそれぞれの領
域において１つ以上の線路層を設けてノイズ抑制回路を
形成することができる。さらには、２つのグランド層に
挟まれた複数の領域の間を、グランド層の一部を除去し
てビアホールで接続することによって、複数の領域にま
たがるノイズ抑制回路を構成することもできるものであ
る。

【００３６】図４に、本発明の多層基板を用いた電子装
置における、高損失層の別の具体的な実施例を示す。

【００３７】図４において、高損失層２０は、周波数１
ＭＨｚにおける誘電正接が０．００１以上の高損失誘電
体材料から構成されており、その内部に２つのグランド
層２１および２３が設けられ、さらにその間にグランド
層２３に近接して１つの線路層２２が設けられている。
このうち、２つのグランド層２１および２３は、ほぼ全
面に渡ってそれぞれグランド電極（図示せず）が形成さ
れている。また、線路層２２には長方形状の電極２２ａ
が形成されている。そして、グランド２２ａはビアホー
ル２４を介して低損失層（図示せず）に形成された低損
失回路に接続されている。その結果、電極２２ａは主と
してグランド層２３に形成されたグランド電極との間で
コンデンサを形成することになる。

【００３８】ここで、図５に、電極２２ａが一方の電極
となり、グランド層２３に形成されたグランド電極が他
方の電極となるコンデンサの等価回路を示す。図５に示
すように、電極２２ａからなるコンデンサは、直列に接
続された抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２からなり、その一端
が接地されているものである。

【００３９】図４に戻り、このように構成された、一端
が電極２２ａとなり、他端が接地されたコンデンサは、
例えば高周波デジタル信号回路におけるバイパスコンデ
ンサとして用いることができる。しかも、このような高
損失層に設けられたコンデンサにおいては、誘電体損失
が大きいために、等価回路的には直列に抵抗が挿入され
たものと同じになる。そのため、高周波ノイズがバイパ
スコンデンサで反射するのを防止し、高周波ノイズを誘
電体損失として吸収して除去することができる。

【００４０】ここで、表３に、本願発明者が１ＭＨｚに
おける誘電正接が０．０００５と０．００１６の２種類
のセラミック材料を用いて作成した、静電容量が１．８
ｐＦのコンデンサの、５ＧＨｚにおける反射電極や吸収
電力を示す。なお、この場合は、図６にその等価回路を
示すように、一端を接地せず、両端を端子に接続した構
成としている。なお、図６においては、抵抗とコンデン
サには図５と同じ記号を付している。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３に示すように、誘電正接が０．０００
５の材料ではセラミック材料内での誘電体損失による吸
収電力が３％しかないのに比べて、誘電正接が０．００
１６の材料では誘電体損失による吸収電力が２１％にも
なり、高周波ノイズを吸収する能力の高いことが分か
る。

【００４３】なお、このようなコンデンサによるノイズ
抑制回路においても、線路によるノイズ抑制回路の場合
と同様に、２つのグランド層の間に２つ以上の線路層を
設けて、それらを組み合わせてコンデンサを構成しても
構わないものである。あるいは、３つ以上のグランド層
を有する構成であっても構わないものである。そして、
線路によるノイズ抑制回路とコンデンサによるノイズ抑
制回路が混在している構成であっても構わないものであ
る。

【００４４】図７に、本発明の電子装置の一実施例を示
す。図７において、電子装置３０は無線通信機器の出力
段などに用いられる周波数変換装置を示しており、入力
端子３１、本発明の電子部品３２、局部発振器３３、ミ
キサ３４、帯域通過フィルタ３５、アンプ３６、出力端
子３７で構成されている。ここで、入力端子３１は電子
部品３２を介してミキサ３４の一方の入力に接続されて
いる。また、局部発振器３３はミキサ３４の他方の入力
に接続されている。そして、ミキサ３４の出力は帯域通
過フィルタ３５とアンプ３６を順に介して出力端子３７
に接続されている。また、電子部品３２は、アンプ回路
と、その出力に接続されたノイズ抑制回路で構成されて
いる。

【００４５】このように構成された電子装置３０におい
て、入力端子３１から入力された信号は、電子部品３２
内のアンプ回路で増幅され、同じく電子部品３２内のノ
イズ抑制回路で不必要な高調波が取り除かれ、ミキサ３
４で局部発振器３３からの信号と掛け合わされて周波数
変換され、帯域通過フィルタ３５で必要な周波数だけが
取り出され、アンプ３６で増幅されて出力端子３７から
出力される。ここで、入力端子３１とミキサ３４の間に
本発明の電子部品３２を設けているために、不必要な高
調波や不要輻射がほとんど発生しない。しかも、アンプ
回路とノイズ抑制回路が一体化されているために、電子
装置全体の小型化を図ることができる。

【００４６】このように、電子装置３０においては、本
発明の電子部品を用いることによって、高調波と不要輻
射の発生を少なくし、小型化を図ることができる。

【００４７】なお、電子装置３０においては、高周波信
号を扱うアナログ回路に本発明の電子部品を用いた場合
について説明したが、高い周波数のデジタル信号を扱う
電子装置において高調波ノイズの発生する部分に本発明
の電子部品を用いたものでも構わないもので、同様の作
用効果を奏するものである。

【００４８】

【発明の効果】本発明の多層基板によれば、周波数１Ｍ
Ｈｚにおける誘電正接が０．０００７以下の低損失誘電
体材料からなる低損失層と、周波数１ＭＨｚにおける誘
電正接が０．００１以上の高損失誘電体材料からなる高
損失層とを、それぞれ１つ以上有し、さらに、低損失が
要求される低損失回路を前記低損失層に形成し、ノイズ
成分を抑制するためのノイズ抑制回路を前記高損失層に
形成し、両者を互いに接続することによって、それを用
いた電子部品においてノイズ抑制回路を内蔵することが
でき、電子部品の小型化を図ることができる。

【００４９】また、ノイズ抑制回路が、高損失誘電体材
料を挟んで形成された複数のグランド層と、複数のグラ
ンド層の間に形成された１つ以上の線路層からなること
によって、輻射を少なくすることができ、電子部品のノ
イズ抑制の効率をさらに高めることができる。

【００５０】また、本発明の電子部品によれば、多層基
板の内層あるいは外部に、ノイズ抑制回路に接続された
機能回路部を有し、ノイズ抑制回路の入出力インピーダ
ンスを機能回路部のインピーダンスに整合させることに
よって、ノイズ抑制回路の入出力端における反射を抑え
て、誘電体材料内部での誘電体損失による電力損失を増
やし、不要輻射を抑えるとともにノイズ抑制の効率を更
に高めることができる。

【００５１】そして、本発明の電子装置によれば、本発
明の電子部品を用いることによって、高調波や不要輻射
を低減し、小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層基板を用いた電子部品の一実施例
を示す斜視図である。

【図２】図１の電子部品の高損失層の例を示す一部透視
斜視図である。

【図３】図２の高損失層に形成されたストリップ線路の
等価回路を示す回路図である。

【図４】高損失層の別の例を示す一部透視斜視図であ
る。

【図５】図４の高損失層に形成されたコンデンサの等価
回路を示す回路図である。

【図６】図４の高損失層に形成されたコンデンサの測定
時の接続状態を示す回路図である。

【図７】本発明の電子部品を用いた電子装置の一実施例
を示すブロック図である。

【図８】従来の電子部品を示す斜視図である。

【符号の説明】

３…端子４…個別素子１０…電子部品１１…基体１２、１４…低損失層１３、２０…高損失層１５、１７、２１、２３…グランド層１６、２２…線路層１６ａ…線路１８、１９、２４…ビアホール２２ａ…電極３０…電子装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萬代治文京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内Ｆターム(参考） 5E321 AA17 AA32 BB21 GG05 GG11 5E338 AA03 AA18 BB75 CC06 EE13 5E346 AA13 AA23 AA33 AA41 BB04 CC16 CC21 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．
０００７以下の低損失誘電体材料からなる低損失層と、
周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．００１以上の高
損失誘電体材料からなる高損失層とを、それぞれ１つ以
上有することを特徴とする多層基板。
【請求項２】低損失が要求される低損失回路を前記低
損失層に形成し、ノイズ成分を抑制するためのノイズ抑
制回路を前記高損失層に形成したことを特徴とする、請
求項１に記載の多層基板。
【請求項３】前記低損失回路と前記ノイズ抑制回路が
互いに接続されていることを特徴とする、請求項２に記
載の多層基板。
【請求項４】前記ノイズ抑制回路が、前記高損失誘電
体材料を挟んで形成された複数のグランド層と、該複数
のグランド層の間に形成された１つ以上の線路層からな
ることを特徴とする、請求項２または３に記載の多層基
板。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の多
層基板を用いたことを特徴とする電子部品。
【請求項６】前記多層基板の内層あるいは外部に、前
記ノイズ抑制回路に接続された機能回路部を有し、前記
ノイズ抑制回路の入出力インピーダンスを、前記機能回
路部のインピーダンスに整合させたことを特徴とする、
請求項５に記載の電子部品。
【請求項７】請求項５または６に記載の電子部品を用
いたことを特徴とする電子装置。