JP2003204128A - プリント配線基板、電波受信用コンバータおよびアンテナ装置 - Google Patents
プリント配線基板、電波受信用コンバータおよびアンテナ装置Info
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Abstract
ことで、製品の性能を劣化させることなく、かつ別工程
によるロスをも小さく抑えながら熱処理後のプリント配
線基板の反り量を小さくする。 【解決手段】 本発明に係るプリント配線基板は、絶縁
体よりなる基板2と、基板2の表面に設けられたストリ
ップ線路1と、基板2の裏面に設けられた接地金属層3
とを備える。そして、基板2に達する開口4を接地金属
層3に設ける。本発明の電波受信用コンバータおよびア
ンテナ装置は、上記のプリント配線基板を備える。
Description
電波受信用コンバータおよびアンテナ装置に関し、特
に、リフローなどのための熱処理後の反りを低減可能な
プリント配線基板の構造および該プリント配線基板を備
えた電波受信用コンバータおよびアンテナ装置に関す
る。
ターンを形成したプリント配線基板は広く知られてい
る。このプリント配線基板の一例として高周波回路基板
がある。高周波回路基板上に形成される線路としては、
マイクロストリップ線路やコプレーナ線路がよく使われ
ている。
れた基板部分(以下「マイクロストリップ基板」と称す
る)は、部品面(伝送線路が形成される側の面)と接地
面とで構成される。
板の模式図を示す。これらの図に示すように、マイクロ
ストリップ基板は、誘電体よりなる基板2と、基板2の
表面上に形成されたストリップ線路1と、基板2の裏面
上に形成された接地パターン3とを有する。接地パター
ン3は、通常、マイクロストリップ基板の接地面全面を
覆う金属層で構成されるが、本願明細書ではこのような
全面金属層をも含めてパターンと称する。他方、コプレ
ーナ回路では、伝送線路の周囲を接地パターンで囲む構
成が一般的である。
リフロー等のための熱処理を施すと、基板2の表面と裏
面の残留金属の面積の比率(以下、「残銅率」と称す
る)の違いにより基板2に反りが発生する。この残銅率
の差が基板2の表面と裏面とで大きければ大きいほど、
基板2の反り量が大きくなる。
りは発生しにくいが、ポリテトラフルオロエチレンを用
いて作製された基板や、いわゆるフレキシブル基板等の
軟質な基板では反りが顕著に現れ、基板性能や品質に大
きな影響を与える。
リフロー前に基板のマッサージを行ったり、低温リフロ
ーを実施したり、わざわざ別工程で反り校正を行って対
応していた。
採ったとしても基板2に反りが生じ、該反りによるリフ
ロー時の部品の脱落や、部品の位置ズレが生じていた。
また、基板2を筐体に組み込む時にチップクラックなど
が生じ、品質に関する重大な問題を引き起こす可能性も
あった。さらに、基板2のマッサージ等の別工程による
ロスも非常に大きくなるという問題もあった。
た導体パターンに工夫を施すことで、製品の性能を劣化
させることなく、かつ別工程によるロスをも小さく抑え
ながら熱処理後のプリント配線基板の反り量を小さくす
ることにある。
板を組み込むことで信頼性が高く高性能な電波受信用コ
ンバータおよびアンテナ装置を提供することにある。
線基板は、1つの局面では、絶縁体よりなる基板と、基
板に設けられた第1導体パターンと、基板に設けられ第
1導体パターンと離隔した第2導体パターンとを備え
る。そして、基板に達する開口を第2導体パターンに設
ける。なお、上記「絶縁体」は誘電体をも含み、上記
「基板」はフィルム状等の可撓性基材をも含むものと定
義する。
する開口を設けることにより、第2導体パターンが形成
された側の基板表面の残銅率を調節することができる。
それにより、基板の表面と裏面の残銅率の差を調節する
ことができ、熱処理時の基板と導体パターンの熱膨張係
数の違いに起因する熱応力を緩和することができる。そ
の結果、熱処理後の基板の反り量を低減することができ
る。
ための開口であり、基板表面を露出させるものである。
このとき、基板の母材自体が露出してもよいが、基板表
面の被覆層が露出してもよい。
り、第2導体パターンは接地パターンであることが好ま
しい。すなわち、接地パターンに上記開口を設けること
が好ましい。それにより、製品の性能を劣化させること
なく基板の反り量を低減することができる。
リップ線路の線路パターンであってもよい。この場合、
開口の最大幅は管内波長以下とする。それにより、伝送
損失を抑制しながら基板の反り量を低減することができ
る。
成し、第2導体パターンを基板の裏面上に形成してもよ
い。この場合、基板の表面上に接地パターンとなる第3
導体パターンを設け、該第3導体パターンに上記開口を
設ける。この場合にも、基板の表面と裏面の残銅率の差
を調節することができ、基板の反り量を低減することが
できる。
線路パターンであってもよい。この場合にも、開口の最
大幅を管内波長以下とする。それにより、マイクロスト
リップ線路の場合と同様に、基板の反り量を低減するこ
とができる。
面では、絶縁体よりなる第1基板と、第1基板上に導体
パターンを介して積層され第1基板とは異なる材質の絶
縁体よりなる第2基板とを備える。そして、導体パター
ンに貫通孔を設ける。
設けた場合にも、基板間の中間導体層に貫通孔を設けて
いるので、各基板の表面と裏面の残銅率の差を調節する
ことができ、熱処理後の基板の反り量を低減することが
できる。それに加え、各基板と導体パターンとの接触面
積をも低減することができるので、異なる材質の基板間
の熱膨張率の差に起因する膨張、収縮による応力をも吸
収することができる。このことも、基板の反り量低減に
寄与し得る。
のための貫通孔であり、第1および第2基板を表面に達
する。なお、該貫通孔は、第1および第2基板で止ま
り、これらを貫通する必要はない。
し、第2基板は第2伝送線路を有し、導体パターンは接
地パターンであることが好ましい。
してもよい。この場合には、伝送損失を抑制しながら基
板の反り量を低減することができる。
他の局面では、スルーホールを有し絶縁体よりなる基板
と、スルーホールの周囲に位置する基板の表面に設けら
れた導体パターンとを備える。そして、導体パターンと
スルーホールとの間に基板に達する開口を設ける。
される。リフロー等の熱処理時には、この導体部に熱が
蓄えられやすく、この熱が基板に形成された導体パター
ンに伝達されることにより、基板の反りを生じさせる要
因となる。そこで、上記のように導体パターンとスルー
ホールとの間に開口を設けることにより、リフロー等の
熱処理時にスルーホール内の導体部に蓄えられる熱が導
体パターンに伝達される経路の面積を小さくすることが
できる。それにより、熱処理時にスルーホールから導体
パターンへの熱拡散を抑制することができ、かかる熱拡
散に起因する基板の反りを抑制することができる。
に設けられることが好ましい。それにより、スルーホー
ルを導体パターンから独立させることができ、スルーホ
ールから導体パターンへの熱の伝達を効果的に抑制する
ことができる。
けてもよい。該開口は、導体パターンをパターニングし
て設けてもよいが、スルーホールを取り囲むように設け
た開口上に橋架するように単数あるいは複数の導体パタ
ーンを形成して見かけ上スルーホールの周囲に複数の開
口が存在するようにしてもよい。
上記開口を設けた場合にも、スルーホールから導体パタ
ーンへの熱の伝達経路の面積を小さくすることができる
ので、スルーホールからの熱拡散に起因する基板の反り
を抑制することができる。また、スルーホール内の導体
部を導体パターンを介して接地することができる。した
がって、スルーホール内の導体部を接地する必要がある
場合に有用である。
プリント配線基板を備える。また、本発明のアンテナ装
置は、当該電波受信用コンバータと、受信電波を反射し
て電波受信用コンバータに導く反射用パラボラ部とを備
える。
発明の実施の形態について説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1のプリ
ント配線基板におけるマイクロストリップ線路部分の断
面模式図であり、図2は、図1に示すプリント配線基板
の裏面図である。
線基板は、誘電体(絶縁体)からなる基板(基材)2
と、該基板2の表面上に形成され伝送線路であるストリ
ップ線路(第1導体パターン)1と、基板2の裏面全面
を覆うように形成された接地金属層(接地パターン)3
とを備える。
ラフルオロエチレンを用いて作製される。ストリップ線
路1と接地金属層3は、たとえば銅で構成される。腐食
防止のため、銅表面に金メッキやハンダメッキ、有機樹
脂などをコーティングしてもよい。
けている。図1および図2に示す例では、開口4は、基
板2の裏面全面にわたってほぼ均等に形成され、基板2
の表面あるいは基板2の表面上に形成された被覆層に達
している。したがって、開口4の底部において、基板2
の表面あるいは基板2の表面上に形成された被覆層が露
出している。この開口4は、たとえばエッチングにより
形成可能である。
面に伝送線路を形成し、もう片方の接地面に接地金属層
を形成するので、それぞれの面での金属面比率(残銅
率)が極端に異なるケースが多い。そのため、熱膨張係
数の異なる金属層と誘電体(基板2)との間で大きな応
力が発生し、基板2の反りが発生する。
いポリテトラフルオロエチレンを使用し、基板2の両面
全面にCu層12,13を形成し、接地面(片側の面)の
Cu層13に開口部を形成して接地面の残銅率を下げ、こ
れに200度以上(たとえば200度〜230度程度)
の熱処理を施した場合の基板2の反り量のデータを示
す。
0%の場合には基板2の反りはないが、残銅率を下げて
いくにつれて基板2の反り量が大きくなるのがわかる。
特に、残銅率0〜25%付近で、基板2の反り量が最も
大きくなる。
際のプリント配線基板に本実施の形態1の思想を適用し
た場合の反りテスト結果を図6に示す。
レンを使用し、0.5mmの厚みで110×110mm
のサイズの基板2を有するプリント配線基板を採用し
た。該プリント配線基板上には、各種の配線パターンや
電子部品を搭載する。このようなプリント配線基板の接
地金属層3に開口4を設けて接地面の残銅率を調節し、
種々の残銅率の基板に対し図5の場合と同様の熱処理を
施したときの基板反り量を測定した。
最適なポイントは75%付近であるが、残銅率が約70
〜80%の場合に基板2の反り量を小さい値とすること
ができた。つまり、本発明に基づく開口4を接地金属層
3に設けることで、基板2の反り量を低減することがで
きる。
膨張係数、基板2の表面の配線パターンの引き回し状
況、基板2の硬さや厚みやサイズ等により異なるので、
実際に実験を行って最適な残銅率を個別に決定する必要
がある。
の状況により変動する。したがって任意に銅層を除去す
ると、大きな特性劣化を伴う場合がある。そこで、高周
波回路基板に対し本発明を適用する場合には、次のよう
な特有の工夫が必要となる。
状や大きさを選択する必要がある。具体的には、開口4
の最大幅をマイクロストリップ線路が設置される導波管
の管内波長λg以下とする。それにより、マイクロスト
リップ線路の特性劣化を抑制することができる。図3に
示す例では、開口4の形状を円形としているが、この場
合には開口4の直径を管内波長λg以下とする。また、
開口4の直径をλg/4以下としてもよい。
る。ここでは、円形の開口4の設計方法の一例について
説明する。
たときの開口4(円孔)の直径Rg(図3のD)は、下
記の数式(1)で表される。
の数式(2)のようになる。
を設定することにより、マイクロストリップ線路の性能
劣化を回避することができる。
明する。図3に示す様に開口4の直径Dを上記数式
(1)で求めた後、残銅率に対する開口4の配置を決め
る。たとえば、75%の残銅率の場合は、L1×L2=
2Rg√3となる。 (実施の形態2)次に、図4を用いて、本発明の実施の
形態2について説明する。図4は、本実施の形態2にお
けるプリント配線基板の部分平面図である。
成される側の基板2のマイクロストリップ線路面に接地
パターン6を設け、該接地パターン6に開口4を設けて
もよい。この場合にも、残銅率を調節することができ、
基板2の反りの低減を図ることができる。なお、開口4
の形状や設計方法は、実施の形態1と同様である。 (実施の形態3)次に、図7を用いて、本発明の実施の
形態3について説明する。図7は、本実施の形態3のプ
リント配線基板の部分断面図である。本実施の形態3
は、本発明を、積層基板を有するプリント配線基板に適
用したものである。
異質の材料からなる基板7、9と、基板7、9間に形成
された中間層8と、各基板7、9の表面にストリップ線
路(伝送線路)1とを有する。
基板9は、たとえばポリテトラフルオロエチレンを用い
て作製される。また中間層8は、銅等の金属層で構成さ
れる。
る貫通孔5を中間層8に形成している。このように貫通
孔5を設けることにより、熱処理時における異質材料の
熱膨張係数の違いによる内部応力の発生を抑え、基板2
の反りの低減に貢献できる。
される導波管の管内波長λg以下とする。それにより、
伝送線路の特性劣化を抑制することができる。また、貫
通孔5の開口形状を、円形としてもよく、この場合には
貫通孔5の開口部の直径を管内波長λg以下とする。ま
た、上記開口部の直径をλg/4以下としてもよい。
と同様の設計手法を採用することができるが、貫通孔5
の開口部の直径の計算の際には、基板7,9の誘電率ε
の大きい方を採用して直径を決める必要がある。また、
2種類以上の周波数を扱う場合は周波数の高い方を基準
に計算することが必要である。 (実施の形態4)次に、図8を用いて、本発明の実施の
形態4について説明する。図8は、本実施の形態4のプ
リント配線基板の部分断面斜視図である。
基板におけるコプレーナ線路部分に適用したものであ
る。
るプリント配線基板は、基板2の同一表面上に、線路パ
ターン(信号ライン)17と、接地パターン18とを備
える。そして、接地パターン18に開口4を設ける。そ
れにより、基板2の線路面における残銅率を調節するこ
とができ、熱処理後の基板2の反り量を低減することが
できる。 (実施の形態5)次に、図9と図10を用いて、本発明
の実施の形態5とその変形例について説明する。図9
は、本実施の形態5のプリント配線基板の部分平面図で
ある。本実施の形態5は、スルーホールを有するプリン
ト配線基板に本発明を適用したものである。
面とを電気的に接地させるためスルーホール10を使
う。スルーホール10の内表面はメッキ等で形成された
金属層(導体部)16で覆われているため、スルーホー
ル10の熱伝導率が周辺の誘電体よりも大きくなる。そ
のため、基板2全体の熱分布が乱れスルーホール10の
集中しているエリアの基板2に反りが発生しやすくな
る。
ターン(導体パターン)6と、スルーホール10間に開
口15を設ける。それにより、リフロー等の熱処理時に
スルーホール10内の金属層16に蓄えられる熱が接地
パターン6に伝達される経路の面積を小さくすることが
できる。それにより、熱処理時にスルーホール10から
接地パターン6への熱拡散を抑制することができ、かか
る熱拡散に起因する基板2の反りを抑制することができ
る。
0を取り囲むように開口15を設けることにより、スル
ーホール10を接地パターン6から独立させることがで
きる。つまりスルーホール10を基板面上の導体パター
ンから独立させることができる。それにより、スルーホ
ール10から基板面への熱の拡散をやわらげることがで
き、局所的な熱集中による基板2の反りを低減できる。
的に接続する必要がある場合、図10に示すように、熱
容量の小さい細幅の接続パターン11でスルーホール1
0内の金属層16と接地パターン6とを接続する。それ
により、スルーホール10から接地パターン6へ熱が伝
達される際の経路の面積を小さくすることができ、スル
ーホール10から基板面への熱伝導を小さくすることが
できる。
の金属のパターンで構成することができる。図10に示
す例では、4つの接続パターン11を設けているが、接
続パターン11の数は単数でも複数でもよい。
11は開口15上に橋架するように設けられる。その結
果、見かけ上スルーホール10の周囲に複数の開口が設
けられたような状態となっている。
よりパターニングし、スルーホール10の周囲に複数の
開口を設けることも考えられる。この場合にも、上記の
場合と同様にスルーホール10から基板面への熱伝導を
小さくすることができる。
路基板に適用した場合について説明したが、それ以外の
プリント配線基板にも本発明は適用可能である。すなわ
ち、熱処理後の基板の反りを防止するために基板表面に
形成された導体パターンを選択的に除去するものであれ
ば、本発明の範囲に属する。
は、上述のように開口等の形状や大きさによる電気的影
響が大きいので、上述の設計手法にしたがって開口等の
形状や大きさ選定する必要がある。しかし、高周波回路
基板以外に本発明を適用する場合には、高周波回路基板
の場合のような制約はない。よって、回路特性を低下さ
せない範囲で、導体パターンを選択的に除去して任意形
状の開口、貫通孔、スリット、切り欠き等を設ければよ
い。 (実施の形態6)次に、図11と図12を用いて、本発
明を適用した高周波回路基板を組み込んだ電波受信用コ
ンバータ(LNB:Low Noise Block down Converter)
およびアンテナ装置について説明する。
号)は、反射用パラボラ部21によって反射して集中さ
れ、電波受信用コンバータ20に導かれて取り込まれ
る。この反射用パラボラ部21と電波受信用コンバータ
20とからアンテナ装置が構成される。
偏波と左旋円偏波が含まれる。電波受信用コンバータ2
0では、この2つの成分を分離して、その各成分を増幅
し、10数GHz帯の電波から1GHz帯の信号に変換
する。変換された信号は、ケーブルを経由して屋内の受
信機器、たとえばサテライトレシーバ22を介してテレ
ビジョン23に送られる。
2に示すように、出力端子(F型コネクタ)25を有す
る金属製のシャーシ24と、高周波回路基板26と、シ
ャーシ24に組み付けられる金属製のフレーム27とを
備える。この電波受信用コンバータ20に組み込まれる
高周波回路基板26として、本発明のプリント配線基板
を使用する。
固定され、シャーシ24とフレーム27とにより電波受
信用コンバータ20の筐体が形成される。この筐体内
に、本発明の高周波回路基板26が組み込まれることと
なる。
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
量を低減することができる。本願発明者が、実際にある
高周波回路基板について裏面接地面の残銅率を70〜8
0%になるように導体パターンに開口を設けて熱処理を
施したところ、熱処理後の基板の反り量を従来の5分1
から10分の1程度まで改善することが可能となった。
このように基板の反り量を低減することができるので、
基板の反りによる部品の脱落・ズレを低減することがで
き、基板の信頼性を向上することができる。また、筐体
に製品を組み込んだ後の信頼性をも向上することができ
る。さらに、本発明の開口や貫通孔はエッチングなどの
手法で容易に形成することができるので、基板のマッサ
ージ等を行う場合と比較して別工程によるロスを小さく
抑えることもできる。
テナ装置は、上記のプリント配線基板を備えるので、信
頼性が高く高性能なものとなる。
おけるマイクロストリップ線路部分の断面模式図であ
る。
る。
部分平面図である。
す図である。
銅率と基板の反り量との関係を示す図である。
部分断面図である。
部分斜視図である。
部分平面図である。
る。
テナ装置を示す概念図である。
図である。
板の斜視図である。
層、4,14,15開口、5 貫通孔、6,18 接地
パターン、8 中間層、10 スルーホール、11 接
続パターン、12,13 Cu層、16 金属層、17
線路パターン、20 電波受信用コンバータ、21
反射用パラボラ部、22 サテライトレシーバ、23
テレビジョン、24 シャーシ、25 出力端子、26
高周波回路基板、27 フレーム。
Claims (15)
- 【請求項1】 絶縁体よりなる基板と、 前記基板に設けられた第1導体パターンと、 前記基板に設けられ、前記第1導体パターンと離隔した
第2導体パターンとを備え、 前記基板に達する開口を前記第2導体パターンに設け
た、プリント配線基板。 - 【請求項2】 前記開口は、熱処理後の前記基板の反り
防止のための開口であり、 前記基板表面を露出させる、請求項1に記載のプリント
配線基板。 - 【請求項3】 前記第1導体パターンは伝送線路であ
り、 前記第2導体パターンは接地パターンである、請求項1
または請求項2に記載のプリント配線基板。 - 【請求項4】 前記第1導体パターンはマイクロストリ
ップ線路の線路パターンであり、 前記開口の最大幅は管内波長以下である、請求項3に記
載のプリント配線基板。 - 【請求項5】 前記第1導体パターンは前記基板の表面
上に形成され、前記第2導体パターンは前記基板の裏面
上に形成され、 前記基板の表面上に接地パターンとなる第3導体パター
ンを設け、該第3導体パターンに前記開口を設けた、請
求項3または請求項4に記載のプリント配線基板。 - 【請求項6】 前記第1導体パターンはコプレーナ線路
の線路パターンであり、 前記開口の最大幅は、管内波長以下である、請求項3に
記載のプリント配線基板。 - 【請求項7】 絶縁体よりなる第1基板と、 前記第1基板上に導体パターンを介して積層され、前記
第1基板とは異なる材質の絶縁体よりなる第2基板とを
備え、 前記導体パターンに貫通孔を設けた、プリント配線基
板。 - 【請求項8】 前記貫通孔は、熱処理後の前記基板の反
り防止のための貫通孔であり、 前記第1および第2基板表面に達する、請求項7に記載
のプリント配線基板。 - 【請求項9】 前記第1基板は第1伝送線路を有し、 前記第2基板は第2伝送線路を有し、 前記導体パターンは、接地パターンである、請求項7ま
たは請求項8に記載のプリント配線基板。 - 【請求項10】 前記貫通孔の最大幅は管内波長以下で
ある、請求項7から請求項9のいずれかに記載のプリン
ト配線基板。 - 【請求項11】 スルーホールを有し、絶縁体よりなる
基板と、 前記スルーホールの周囲に位置する前記基板の表面に設
けられた導体パターンとを備え、 前記導体パターンと前記スルーホールとの間に、前記基
板に達する開口を設けた、プリント配線基板。 - 【請求項12】 前記スルーホールを取り囲むように前
記開口を設けた、請求項11に記載のプリント配線基
板。 - 【請求項13】 前記スルーホールの周囲に複数の前記
開口を設けた、請求項11に記載のプリント配線基板。 - 【請求項14】 請求項1から13のいずれか1項に記
載のプリント配線基板を備えた電波受信用コンバータ。 - 【請求項15】 請求項14記載の電波受信用コンバー
タと、受信電波を反射して前記電波受信用コンバータに
導く反射用パラボラ部とを備えたアンテナ装置。
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