JP2004311734A

JP2004311734A - Circuit board

Info

Publication number: JP2004311734A
Application number: JP2003103655A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sakai; 淳堺; Hirobumi Inoue; 博文井上; Mitsuru Furuya; 充古谷; Koichiro Nakase; 康一郎中瀬; Toru Mori; 透森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: JP4305944B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the reduction in inductance and self resonance frequency of an inductor in a circuit board provided with the inductor. <P>SOLUTION: The circuit board 100 is provided with an inductor 105 formed on an insulation body and a counter electrode (a ground electrode) 106 formed facing the inductor 105. An opening 107 from which the electrode is extracted is provided in the counter electrode 106 under the inductor 105. Thus, the generation of an eddy current in the counter electrode is controlled to prevent the reduction of inductance, and at the same time a parasitic capacity between the inductor and the counter electrode is prevented from being generated so as to prevent the reduction of self resonant frequency of the inductor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタ素子を有する多層の回路基板に関するものであり、特に、インダクタ素子に対向して配置される平面電極を有する回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインダクタを有する回路基板の例として、回路基板の配線層において配線パターンを周回させてインダクタを形成し、さらにインダクタとは異なる配線層にインダクタに対向するように接地電極を設けるものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
これらの回路基板は、基本的に図１７の斜視図によって表現される。回路基板１７００は、４つの配線層、すなわち第１配線層〜第４配線層１７０１〜１７０４を有する。第２配線層１７０２にはインダクタ１７０５が形成されている。第３配線層１７０３には接地電極１７０６が形成されている。インダクタ１７０５は層間接続用のビアホール１７０７、１７０８内に埋め込まれた導電性プラグ１７０７ａ、１７０８ａによって第１配線層に接続され、マイクロストリップラインを構成する配線１７０９によって他の素子や基板外部に接続されている。
このように構成された回路基板１７００は接地電極１７０６を設けることにより、外部からの電磁気的な影響を防ぐシールド構造を実現したり、インダクタ１７０５や配線１７０９のインピーダンスコントロールを行ったりする効果を有する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８６７２号公報
【特許文献２】
特開平５−３３５８６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された回路基板は、以下に示すような二つの問題点を有するものであった。
第１の問題点は対向電極に発生する渦電流によってインダクタンスが低下することである。図１８は、渦電流によるインダクタンスの低下の原理を示すために、インダクタ１７０５と対向電極である接地電極１７０６だけを抜き出した原理図である。
インダクタに電流１８０１が流れると、インダクタ１７０５の周囲に磁界１８０２が発生する。電流が交流の場合には、電流１８０１と磁界１８０２の向きと大きさが時間の経過に伴って変化する。このインダクタ１７０５に近接して接地電極１７０６が存在すると、この接地電極１７０６にはこの磁界の変化を打ち消そうとして渦電流１８０３が発生する。この渦電流１８０３による磁界１８０４によってインダクタの磁界１８０２が減少する。このような原理によって、平面電極をインダクタに対向して配置するとインダクタンスが減少する。
第２の問題点は、インダクタと対向電極の間に発生する寄生容量によって、インダクタ自身の自己共振周波数が低下することである。インダクタの自己共振周波数とは、素子がインダクタとして振舞う最大の周波数を表し、周波数を増加させていったときにインダクタ素子のリアクタンスが正から負に最初に変化する周波数で表される。
この自己共振周波数が対向電極によって低下する原理を、図１９を用いて説明する。図１９（ａ）はインダクタ１７０５と接地電極１７０６だけを抜き出した原理図で、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のインダクタの簡易的な等価回路モデルである。図１９（ｂ）において、Ｌ_０は素子のインダクタンス分、Ｒ_０は導体損や誘電損などの損失分、Ｃ_ｌは配線パターンを周回させることによって隣り合った配線間の寄生容量、Ｃ_ｉ、Ｃ_ｏはインダクタと対向電極の間の寄生容量である。この等価回路定数を用いて、インダクタを内側の端子から見た時の自己共振周波数ｆ_ｒｅｓは、数１のように表される。
【０００５】
【数１】

数１から分かるように、インダクタと対向電極との寄生容量Ｃ_ｉが増加すると、自己共振周波数ｆ_ｒｅｓは減少する。このような原理により、平面電極をインダクタに対向させて配置すると、寄生容量が発生してインダクタの自己共振周波数が減少する。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、対向電極に渦電流や寄生容量が発生するのを抑制し、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数が低下するのを防ぐことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の回路基板は、絶縁体上に形成されたインダクタ素子とインダクタ素子に対向するように形成された電極を有する回路基板において、インダクタ素子の下方に位置する対向電極に、電極のない開口部を設けることを特徴とする。（請求項１）
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が、配線パターンを螺旋状に周回させた部分を含むことを特徴とする。
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が、螺旋状に周回させた配線パターンを異なる配線層に積層させた積層インダクタであることを特徴とする。
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が、配線パターンを蛇行させた部分を含むことを特徴とする。
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が螺旋状に周回させた配線パターンを含み、前記対向電極に設ける開口部が、前記インダクタ素子の配線パターンの周回部分に内接する円の中心から対向電極に下ろした垂線の足から、前記内接円の半径以上離れ、かつ前記内接円の半径の３倍の距離離れた部分よりも近い範囲の、一部または全部を含むことを特徴とする。（請求項５）
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が螺旋状に周回させた配線パターンを異なる配線層に積層させた積層インダクタであって、前記対向電極に設ける開口部が、積層インダクタの複数の配線層に設けた周回部分のそれぞれの内接円を基準に、複数の内接円の中心を結んだ多角形の重心から対向電極に下ろした垂線の足から、複数の内接円の半径の平均で求まる距離以上離れ、かつ前記内接円の半径の平均の３倍の距離離れた部分よりも近い範囲の、一部または全部を含むことを特徴とする。（請求項６）
また、本発明の回路基板は、前記インダクタ素子が配線パターンを蛇行させた部分を含み、前記対向電極に設ける開口部が、前記インダクタ素子の配線パターンの蛇行部分に外接する円の中心から対向電極に下ろした垂線の足から、前記外接円の半径の１．５倍の距離離れた部分よりも近い範囲の、一部または全部を含むことを特徴とする。（請求項７）
また、本発明の回路基板は、回路基板の絶縁層上に導体の配線パターンを形成することによって構成されることを特徴とする。（請求項９）
また、本発明の回路基板は、薄膜状に形成されていることを特徴とする。（請求項１０）
また、本発明の回路基板は、前記回路基板の絶縁材料が、樹脂材料・セラミック系材料・ガラス材料のいずれか一つまたは複数を含むことを特徴とする。（請求項１１）
また、本発明の回路基板は、前記対向電極が、接地電極、電源電極、コンデンサの電極、外部接続用電極のいずれかであることを特徴とする。（請求項１２）
【０００７】
（作用）
このようにインダクタと対向する平面電極に開口部を設けることによって、平面電極に発生する渦電流を抑制することができ、またインダクタと平面電極の間に発生する寄生容量を抑制することができる。したがって、本発明によれば、インダクタのインダクタンスの低下を抑制することができ、またインダクタの共振周波数の低下を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、実施例に則し図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例の、インダクタと開口付対向電極を有する回路基板の斜視図であり、図２はそのインダクタ１０５の上面図である。この回路基板は４つの配線層とその間の３つの絶縁層からなるプリント基板であり、これら４つの配線層を上から第１配線層１０１、第２配線層１０２、第３配線層１０３、第４配線層１０４とする。第２配線層にはスパイラル状にインダクタ１０５が形成され、第３配線層にはインダクタに対向する電極（以後、対向電極という）として、接地電極１０６が形成されている。接地電極１０６には半径をφとする円形の開口部１０７が設けられている。第２配線層１０２と第３配線層１０３との間隔をｄとする。第１配線層１０１には外部接続用端子１０８、１０９が形成されており、それぞれの端子はビアホール１１０、１１１に埋設された導電性プラグ１１０ａ、１１１ａを介して、図２に示すインダクタの内側端子２０１、外側端子２０２に接続されている。スパイラル状のインダクタ１０５について、内側の半径（以後、内径という）をｒ_ｉ、外側の半径（以後、外径という）をｒ_ｏ、配線幅をｗ、配線の間隔をｓ、インダクタの接続端子の直径をａとする。内側端子２０１の中心と、接地電極１０６の円形状の開口部１０７の中心は一致している。
【０００９】
各寸法の具体的な数値例として、ｄ＝０．２６ｍｍ、ｗ＝ｓ＝０．１ｍｍ、ａ＝０．６ｍｍ、ｒ_ｉ＝０．９ｍｍ、ｒ_ｏ＝１．６ｍｍとする。開口部１０７の半径φは、φ＞ｒ_ｉに設定する。特に、φ＞２ｒ_ｉにすることが望ましい。この理由を、図３を用いて説明する。図３は、開口部１０７の半径φを広げたときのインダクタ１０５の特性図である。横軸にインダクタの内径ｒ_ｉで規格化した開口部の半径φをとり、縦軸にインダクタンスをとっている。図３から分かるように、φ＞ｒ_ｉである開口部を設けたときにインダクタンスが増加し、特にφ＞２ｒ_ｉとしたときにインダクタンスが顕著に増加している。ここで、ｒ_ｏ＝１．８ｒ_ｉであるので、換言すると、開口部はインダクタンス形成部に対向する部分を含みこれより幾分広くすることが望ましいことが分かる。
このような接地電極に開口部を設けた構造とすることにより、接地電極に発生していた渦電流の発生を減少させることができ、これによって渦電流によるインダクタの磁束の減少を抑えることができ、インダクタンスを増加させることができる。同時に、開口部によってインダクタと接地電極の間に発生する寄生容量を減少させることができ、インダクタの自己共振周波数を増加させることができる。
【００１０】
次に、本実施例の回路基板の製造方法について説明する。本実施例の回路基板は一括積層法により形成される。図４（ａ）に示す、熱可塑性樹脂材料を基板素材とする片面銅張積層板４０１に、エッチングを施して外部接続用端子１０８、１０９を形成する（図４（ｂ））。次に、パターンの反対側の樹脂基板側にレーザビームを照射してビアホール１１０、１１１を形成する（図４（ｃ））。
次に、ビアホール１１０、１１１内に導電ペーストを充填して導電性プラグ１１０ａ、１１１ａを形成する。また、熱可塑性樹脂を用いた片面銅張積層板４０２、両面銅張積層板４０３にエッチングを施してスパイラル状のインダクタ１０５の形成された基板、接地電極１０６の形成された基板を作製し、これら３枚の基板を位置決めして重ねる（図４（ｄ））。そして、プレスにより加熱・加圧することにより、図４（ｅ）に示す本実施例の回路基板１００を製造する。
本実施例では一括積層法により回路基板を作製したが、製造方法はこれに限るものではない。例えば、配線を下層より順次積み重ねていくビルドアップ方式を用いてもよい。この場合に、配線パターンは、エッチング法（サブトラクティブ法）、めっき法（アディティブ法）、厚膜法（スクリーン印刷法）、薄膜法のいずれかを用いて形成することができ、また層間接続方式は、ビアホールを埋める導電性プラグや開口（ビアホール）側壁をめっき膜で覆うプレーテッドスルーホールを用いることができる。
また、本実施例では開口部を設ける対向電極の例として接地電極を用いたが、インダクタに対向する電極であれば、開口部を設けることによって同じようにインダクタンスを増加させることができる。対向電極の例としては接地電極の他に、電源電極、キャパシタの電極、外部接続用電極などが挙げられる。また回路基板材料は樹脂材料に限るものではなく、セラミックやガラス製の基板を用いることができ、またこれらの材料を組み合わせて使用することもできる。
【００１１】
（変形例１）
第１の実施例では一括積層型基板を用い、ビアホールによって層間接続をした。レーザビームによるビアホールは隣り合う配線層間だけを接続することができるのに対し、貫通スルーホールを用いて基板全層を接続する手法もある。この貫通スルーホールを用いて本発明の回路基板を実現した例を、変形例１として示す。
図５は、本変形例の回路基板を示す斜視図である。図５において、図１に示した第１の実施例と同じ構成要素には同じ参照番号が付せられている。図１と異なる点は、外部接続用端子１０８、１０９とインダクタの内側端子２０１、外側端子２０２との層間接続をプレーテッドスルーホール５０１、５０２で行っている点と、接地電極１０６に開口部５０３を設け、プレーテッドスルーホール５０２と接地電極１０６が接続しないようにしている点である。接地電極に開口部５０３を設けることにより、貫通スルーホールを用いた本変形例の回路基板は、層間をビアホールにより接続した第１の実施例と同じ機能を有することができる。
【００１２】
次に、本変形例の回路基板の製造方法を説明する。ガラスエポキシ等を基板材料とする３枚の銅張積層板を用意し、そのうち内層として用いる銅張積層板にエッチングを施して、配線、端子、電極、スパイラルインダクタ等の内層パターンを形成する。次に、プリプレグを介して３枚の基板を積層・接着し、次いで、ドリルマシン等を用いてインダクタの端子２０１、２０２を貫通し、かつ、積層基板を貫通するスルーホールを開設する。その後、無電解銅めっきでスルーホール内側の絶縁面を導通化し、続いて全面を電解銅めっき法によりめっき層を形成する。最後に不要部分の銅層をエッチング除去して、プレーテッドスルーホール５０１、５０２により層間が接続された回路基板を作製する。
本変更例では、パネルめっき法によって最外層パターンを形成したが、パターン形成法はこれに限るものではなく、パターンめっき法などの他の手法を用いてもよい。
【００１３】
（第２の実施例）
次に、図６、図７を参照して本発明の第２の実施例を説明する。第１の実施例では、銅張積層板の銅箔をエッチングしてインダクタを形成したが、本実施例では薄膜技術を用いてインダクタを形成する。
本実施例の薄膜インダクタを内蔵した回路基板の断面図を図６に示す。図６において、図１、２に示した第１の実施例と同じ構成要素には同じ参照番号が付せられている。すなわち、回路基板６００は４つの配線層とその間の３つの絶縁層からなる回路基板であり、配線層を上から第１配線層１０１、第２配線層１０２、第３配線層１０３、第４配線層１０４とする。第３配線層には開口部を有する接地電極１０６が形成される。第１配線層には外部接続用端子１０８、１０９が形成されており、それぞれの端子はビアホール１１０、１１１を埋め込む導電性プラグ１１０ａ、１１１ａを介して、インダクタの内側端子２０１、外側端子２０２に接続されている。図１に示した第１の実施例と図６に示す本実施例が異なる点は、図１の実施例においては銅張積層板の銅箔をエッチングしてインダクタを形成しているのに対し、本実施例では絶縁性キャリア６０１の上に薄膜インダクタ６０２を形成している点である。その他の各部の寸法は第１の実施例と同じである。
各寸法の具体的な数値として、インダクタの配線幅ｗ＝２５μｍ、配線間隔ｓ＝２５μｍ、絶縁性キャリアの膜厚２５μｍとする。インダクタを薄膜プロセスを用いて形成することにより、通常の回路基板の導体パターン形成プロセスを用いてインダクタを形成した場合よりも、配線幅・配線間隔等を細かくすることができる。これにより設計の自由度が上がり、またインダクタ自体を小型化することができる。
【００１４】
次に、本実施例の回路基板の製造方法について説明する。薄膜インダクタ６０２は、ポリイミド樹脂等のフレキシブルフィルムからなる絶縁性キャリア６０１の上に、スパッタ法及びめっき法により膜厚が約１０μｍのＣｕ膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によってパターンニングして形成する。
この薄膜インダクタ６０２を内蔵した回路基板の製造方法を、図７を用いて説明する。図７（ａ）に示すように、予め接地電極１０６をエッチング法によってパターンニングしてあるガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁樹脂基板７０２を用意し、その上に、上記の方法で形成した薄膜インダクタ６０２を有する絶縁性キャリアを位置合わせし、積層する。さらにその上下にプリプレグ７０１ａ、７０３ａを配置する。
次に、この積層体を加熱しながら圧着して一体化して、図７（ｂ）に示すように、上下面に絶縁樹脂層７０１、７０３を有する積層体を形成する。
次に、図７（ｃ）に示すように、絶縁樹脂層７０１のインダクタの端子上にレーザビームを照射してビアホール１１０、１１１を開ける。
次に、図７（ｄ）に示すように、ビアホール１１０、１１１の内壁面と絶縁樹脂７０１の表面にめっき法によってＣｕから成る導電層を形成し、導電ペーストで穴埋めし、さらに絶縁樹脂層７０１表面の不要な導体をエッチングによって取り除くことによって、導電性プラグ１１０ａ、１１１ａと外部接続用端子１０８、１０９を形成する。以上により、図６に示した、薄膜インダクタを内蔵した回路基板６００を完成させる。
本実施例のようにインダクタとして薄膜インダクタを内蔵した回路基板の場合にも、隣接する接地電極に開口部を設けることによって、第１の実施例と同じ原理によってインダクタのインダクタンスと自己共振周波数を増加させることができる。
【００１５】
（第３の実施例）
第１の実施例、第２の実施例では、接地電極の開口部の形状は円形であった。
しかし、開口部の形状はこれに限るものではない。本実施例では、インダクタのインダクタンスと自己共振周波数を増加するための開口部として、円形以外の形状を示す。
図８は、本実施例のインダクタを含む回路基板のうち、インダクタが形成された配線層と、対向電極が形成された配線層だけを示した斜視図である。８０１はインダクタ、８０２は対向電極であり、８０３は対向電極８０２にリング状に形成されたドーナツ状開口部である。φ_ｉはドーナツ状開口部８０３の内側の半径（以後、開口の内径という）、φ_ｏはドーナツ状開口部の外側の半径（以後、開口の外径という）である。ドーナツ状開口部の中心は、インダクタ８０１の中心から平面電極に下ろした垂線の足の位置にある。インダクタ８０１の寸法は図２に示した第１の実施例と同じであり、インダクタの内径ｒ_ｉは０．９ｍｍである。ドーナツ状開口部の大きさは、開口の内径φ_ｉがｒ_ｉと等しく０．９ｍｍ、開口の外径φ_ｏがｒ_ｉの３倍である２．７ｍｍである。
すなわち、ドーナツ状開口部は、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足の位置を中心とし、開口の内径がインダクタの内径と等しく（φ_ｉ＝ｒ_ｉ）、開口の外径がインダクタの内径の３倍となっている（φ_ｏ＝３ｒ_ｉ）。この理由は、このドーナツ状開口部の存在する部分に電極があるときに渦電流と寄生容量が顕著に発生するからであり、逆にこの部分に開口を設けることによって渦電流と寄生容量が顕著に減少し、インダクタンスと自己共振周波数が顕著に増加するからである。
【００１６】
これを裏付けるインダクタの特性図を、図９に示す。図９は、対向電極にドーナツ状開口部を設けたときのインダクタのインダクタンスをシミュレーションによって求めたものである。グラフの横軸はドーナツ状開口の内径φ_ｉをインダクタの内径ｒ_ｉで規格化したものであり、グラフの縦軸はインダクタンスである。ドーナツ状開口の外径は、開口の内径にインダクタの内径ｒ_ｉを加えたものに等しい（φ_ｏ＝φ_ｉ＋ｒ_ｉ）。図９から分かるように、ｒ_ｉ≦φ_ｉ≦２ｒ_ｉ（２ｒ_ｉ≦φ_ｏ≦３ｒ_ｉ）のときにインダクタンスが顕著に増加している。すなわち、対向電極において、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足を中心とし、インダクタの内側の半径ｒ_ｉを用いて半径φがｒ_ｉ≦φ≦３ｒ_ｉで表される範囲に開口部を設けることによって、インダクタンスを増加させることができる。また、図９から分かるように、φ_ｉ＝１（φ_ｉ＝ｒ_ｉ＝１．８ｍｍ、φ_ｏ＝２ｒ_ｉ＝３．６ｍｍ、）付近でインダクタンスは最大となっている。このことから、開口部は、インダクタの周回部に対向する部分を含み、それより幾分広い領域をカバーするようにすることが最も望ましいことが分かる。
図８に示した例では、ドーナツ状開口部の中央部の導電性パターンは対向電極８０２本体から分離されていたが、両導電性パターンを同電位にするために、ドーナツ状開口部内外の導電性パターンを細いパターンにより接続するようにしてもよい。
【００１７】
対向電極に設ける開口部は、この実施例のドーナツ状開口部で示されるｒ_ｉ≦φ≦３ｒ_ｉの範囲の一部または全部を含むことにより、インダクタンスを増加させることができる。従って、開口部はこの範囲の一部を含んでいれば、形状は円形やドーナツ状に限定されるものではない。
この他の開口部の形状の例を図１０に示す。図１０（ａ）〜（ｄ）は、開口部を有する対向電極の上面図である。１００１は、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足を中心とし、インダクタの内側の半径ｒ_ｉを半径とする架空の円を表す。１００２は、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足を中心とし、インダクタの内側の半径の３倍（３ｒ_ｉ）を半径とする架空の円を表す。平面電極に設ける開口部は、円１００１と円１００２で挟まれる領域の少なくとも一部を含んでいればインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
図１０（ａ）は、多角形の開口部の一例として四角形状の開口部を設けた対向電極１００３の上面図である。対向電極１００３は円１００１と円１００２で挟まれる領域の一部に開口を有するので、この開口部によってインダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
図１０（ｂ）に示す対向電極１００４は、四角形の開口部を有する。図１０（ａ）の対向電極１００３の開口部とは異なり、対向電極１００４の開口部は円１００１の中心に対して対称な図形になっていない。しかし、この様な非対称な開口部であっても、円１００１と円１００２に挟まれる領域の一部に開口部が位置することによって対向電極に現れる渦電流や寄生容量を減少させることができ、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
図１０（ｃ）に示す対向電極１００５は、複数の扇形の開口部を有する。これらの開口部はお互いに連続していないが、対向電極１００３は円１００１と円１００２で挟まれる領域の一部に開口を有するので、この開口部によってインダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
図１０（ｄ）に示す対向電極１００６は、互いに交差する複数の帯状の開口を有する。
この開口部が円１００１と円１００２で挟まれる領域に占める割合（以後、開口率という）は、対向電極１００３、１００４、１００５の開口部の開口率よりも小さい。このように開口率が小さい場合には、開口部の形状によってインダクタの特性が変化する。図１０（ｄ）は帯状の開口を４本有するが、このようなインダクタの中心から径方向に細い開口がある場合には渦電流を減少させる効果は大きく、インダクタンスの減少を抑制できる。しかし、帯状開口の本数が少ない場合には開口率が低いため寄生容量を減少させる効果は小さく、自己共振周波数の減少を抑える効果は小さい。
特に、Ｃの減少分よりもＬの増加分の方が多い場合には、数１から分かるように自己共振周波数は減少する。
【００１８】
このように、開口部の形状によっては、必ずしも渦電流と寄生容量の両方を減少させるとは限らない。すなわち、開口部の形状が、渦電流のみを減少させて寄生容量はわずかしか減少させないような形状の場合には、インダクタンスは増加するが自己共振周波数は減少する。逆に、開口部の形状が、渦電流はほとんど変化しないが寄生容量を大きく減少させるような形状の場合には、インダクタンスは殆ど変化しないが自己共振周波数は増加する。しかし、いずれの場合であっても、円１００１と１００２に挟まれる領域の一部に開口部が位置することによって、渦電流や寄生容量のいずれかを減少させることができるので、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数のいずれかを増加させることができる。
以上の例のように、インダクタの対向電極において、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足から、インダクタの内側の半径以上離れ、かつインダクタの内側の半径の３倍以内の範囲に開口部を設けることによって、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。対向電極における上記の範囲の開口率が大きいほどインダクタンスや自己共振周波数の増加分は大きくなるので、この範囲を全て含む開口部を設けることが最も望ましい。しかし、対向電極に設けた開口部の開口率が小さい場合であっても、その開口部によって渦電流や寄生容量を減少させる効果があるので、どのような形状の開口部であってもインダクタンスや自己共振周波数のいずれかを増加させる効果をもつ。
【００１９】
（第４の実施例）
第１の実施例、第２の実施例ではインダクタの形状は図２に示したように、配線パターンを円状に周回させて形成した円形インダクタを用いた。しかし、インダクタの形状はこれに限るものではない。本実施例では、円形インダクタ以外のインダクタ素子を有する回路基板の例を示す。
図１１はインダクタとして角型インダクタを用いた回路基板の斜視図であり、図１２はその角型インダクタ１１０１の上面図である。図１１において、図１に示した第１の実施例の回路基板と同じ構成要素には同じ参照番号が付せられている。本実施例の動作は第１の実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。
図１２を用いて、角型インダクタの中心と内径の求め方を説明する。インダクタは配線パターンを周回させる周回部分１２０１と、周回部分１２０１から引き出される引き出し線部分１２０２と、引き出し線部分１２０２の先端に設けられた層間接続用端子１２０３、１２０４からなる。インダクタの外側の端子を別の配線層と接続せずに同じ配線層で他の素子と接続する場合には、外側の端子１２０４は省略できる。１２０５はインダクタの周回部分に内接する円である。前記対向電極に設ける開口部は、前記インダクタ素子の配線パターンの内接円１２０５の中心を角型インダクタの中心とし、円１２０５の半径を角型インダクタの内径とする。
図１２では配線パターンを四角形状に周回させた角型インダクタの例を示したが、この他の多角形状に配線パターンを周回させてインダクタとすることもできる。それらのインダクタも配線の周回部分と引き出し線部分または層間接続用端子によって構成されるが、インダクタの中心と内径は、上記の例と同様、配線の周回部分に内接する円の中心と半径とする。このようにしてインダクタの中心と内径を決定し、これを元に第３の実施例で説明したように、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足からインダクタの内径以上離れ、かつインダクタの内径の３倍以内の範囲に開口部を設けることによって、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
【００２０】
（変形例１）
インダクタの別の例として、配線パターンを周回させて積層させた、積層型インダクタを用いた回路基板の斜視図を図１３に示す。図１３に示す回路基板は７つの配線層とその間の６つの絶縁層からなり、上から順に第１の配線層１３０１、第２の配線層１３０２、第３の配線層１３０３、第４の配線層１３０４、第５の配線層１３０５、第６の配線層１３０６、第７の配線層１３０７とする。第２の配線層１３０２から第５の配線層１３０５の各層には配線パターンを周回させ、層間を導電性プラグ１３１３〜１３１５で接続してインダクタを設けている。第１の配線層に設けた外部接続用端子１３１０、１３１１とインダクタの接続端子を、導電性プラグ１３０８、１３０９で接続する。第６の配線層１３０６には開口部を有する対向電極１３１２を形成する。
このような積層型インダクタの中心と内径の求め方を説明する。説明のために直交座標系を導入し、積層方向をｚ方向とし、配線層がある平面をｘ−ｙ平面とする。まず、周回させた配線パターンを設けた各配線層において、平面型インダクタの場合と同様に周回部分に内接する円の中心と半径を求める。図１３の回路基板の場合には、第２の配線層１３０２から第５の配線層１３０５の各層において内接円が求まるので、合計４つの円の中心と半径が求まる。すなわち、第２の配線層１３０２の周回パターンの内接円の中心座標を（ｘ_２，ｙ_２）、半径をｒ_２、第３の配線層１３０３の周回パターンの内接円の中心の座標を（ｘ_３，ｙ_３）、半径をｒ_３、第４の配線層１３０４の周回パターンの内接円の中心の座標を（ｘ_４，ｙ_４）、半径をｒ_４、第５の配線層１３０５の周回パターンの内接円の中心の座標を（ｘ_５，ｙ_５）、半径をｒ_５とする。次に、各円の中心の重心を求め、これをインダクタの中心とする。本変形例の場合には、インダクタの中心のｘ，ｙ座標は（ｘ，ｙ）＝（（ｘ_２＋ｘ_３＋ｘ_４＋ｘ_５）／４，（ｙ_２＋ｙ_３＋ｙ_４＋ｙ_５）／４）となる。また、各円の半径の平均を求め、これをインダクタの内径とする。この例の場合には、インダクタの内径は（ｒ_２＋ｒ_３＋ｒ_４＋ｒ_５）／４となる。
このようにして求めたインダクタの中心と内径を基準にして対向電極に開口部を設けることにより、積層型インダクタの場合にもインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
【００２１】
（変形例２）
インダクタの別の例として、配線パターンを円形や多角形ではなく非対称に周回させたインダクタを用いた回路基板の例を示す。
図１４に、本変形例のインダクタの上面図を示す。１４０２、１４０３はインダクタの層間接続用端子、１４０１はインダクタの引き出し線部分であり、二つの引き出し線部分に挟まれた部分が、インダクタの周回部分である。１４０４は、インダクタの周回部分の内接円である。この内接円１４０４の中心をインダクタの中心とし、その半径をインダクタの内径とする。
このようにして求めたインダクタの中心と内径を基準にして対向電極に開口部を設けることによって、インダクタのインダクタンスや自己共振周波数を増加させることができる。
【００２２】
（第５の実施例）
インダクタの別の例として、ミアンダインダクタを用いた回路基板を説明する。本実施例の斜視図を図１５に示す。本変形例が図１に示した第１の実施例や図１１に示した第４の実施例と異なる点は、第２配線層１０２に形成するインダクタがミアンダインダクタ１５０１となっていることであり、その他の同じ構成要素には同じ参照番号が付せられている。本変形例の動作は第１の実施例、第４の実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図１６に示したミアンダインダクタ１５０１の上面図を用いて、ミアンダ型のインダクタの中心と内径の求め方を示す。インダクタ１５０１は配線パターンを蛇行させるミアンダ部１６０１と、その引き出し線部分１６０２と、二つの層間接続用端子１６０３からなる。本実施例のようにはインダクタを層間接続せずに、同じ配線層で他の素子と接続する場合には端子１６０３は省略できる。
図１６を用いて、対向電極に開口部を設けるべき部分を示す。１６０４はインダクタ１５０１のミアンダ部１６０１が外接する四角形であり、１６０５は四角形１６０４の外接円である。この外接円１６０４の中心をミアンダインダクタの中心とし、外接円１６０４の半径ｒ_ｏをインダクタの外径とする。対向電極の開口部は、インダクタの中心から対向電極に下ろした垂線の足を中心としインダクタの外径の１．５倍（１．５ｒ_ｏ）を半径とする円の一部または全部に設ける時、インダクタのインダクタンスと自己共振周波数が顕著に増加する。理由は、この範囲に開口部を設けることによって、インダクタと対向電極との間に発生している寄生容量が顕著に減少するからである。平面電極の上記の範囲内全てを開口部とすることが最も望ましいが、この範囲の一部に開口を設けるだけでもインダクタンスと自己共振周波数を増加させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、インダクタと対向する平面電極に開口部を設けたものであるので、平面電極に発生する渦電流を抑制することができ、またインダクタと平面電極の間に発生する寄生容量を抑制することができる。したがって、本発明によれば、インダクタのインダクタンスの低下を抑制することができ、またインダクタの自己共振周波数の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の回路基板を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施例のインダクタを示す上面図。
【図３】本発明の第１の実施例において、対向電極に設けた円形開口部の大きさを変化させたときのインダクタンスの変化を示す特性図。
【図４】本発明の第１の実施例の回路基板の製造方法を示す工程順の断面図。
【図５】本発明の第１の実施例の変形例の回路基板を示す斜視図。
【図６】本発明の第２の実施例の回路基板を示す断面図。
【図７】本発明の第２の実施例の回路基板の製造方法を示す工程順の断面図。
【図８】本発明の第３の実施例の回路基板の、インダクタが形成された配線層と対向電極が形成された配線層を拡大した斜視図。
【図９】本発明の第３の実施例において、対向電極に設けたドーナツ状開口部の大きさを変化させたときのインダクタンスの変化を示す特性図。
【図１０】本発明の第３の実施例において、ドーナツ状以外の形状の開口部を有する対向電極を示す上面図。
【図１１】本発明の第４の実施例の回路基板を示す斜視図。
【図１２】第４の実施例の回路基板のインダクタを示す上面図。
【図１３】第４の実施例の第１の変形例の回路基板を示す斜視図。
【図１４】第４の実施例の第２の変形例のインダクタを示す上面図。
【図１５】本発明の第５の実施例の回路基板を示す斜視図。
【図１６】第５の実施例の回路基板のインダクタを示す上面図。
【図１７】従来のインダクタと対向電極を有する回路基板を示す斜視図。
【図１８】従来のインダクタと対向電極を有する回路基板において、対向電極に生じる渦電流によってインダクタンスが減少する原理を示す斜視図。
【図１９】従来のインダクタと対向電極を有する回路基板の、インダクタ−対向電極間の寄生容量の発生状態を示す斜視図と、その等価回路を示す回路図。
【符号の説明】
１００・・・回路基板
１０１〜１０４・・・第１配線層〜第４配線層
１０５・・・インダクタ
１０６・・・接地電極
１０７・・・開口部
１０８、１０９・・・外部接続用端子
１１０、１１１・・・ビアホール
１１０ａ、１１１ａ・・・導電性プラグ
２０１・・・内側端子
２０２・・・外側端子
４０１、４０２・・・片面銅張積層板
４０３・・・両面銅張積層板
５０１、５０２・・・プレーテッドスルーホール
５０３・・・開口部
６００・・・回路基板
６０１・・・絶縁性キャリア
６０２・・・薄膜インダクタ
７０１、７０３・・・絶縁樹脂層
７０１ａ、７０３ａ・・・プリプレグ
７０２・・・絶縁樹脂基板
８０１・・・インダクタ
８０２・・・対向電極
８０３・・・ドーナツ状開口部
８０４・・・垂線の足
１００１、１００２・・・円
１００３、１００４、１００５、１００６・・・対向電極
１１０１・・・角型インダクタ
１２０１・・・周回部分
１２０２・・・引き出し線部分
１２０３、１２０４・・・層間接続用端子
１２０５・・・円
１３０１〜１３０７・・・第１の配線層〜第７の配線層
１３０８、１３０９、１３１３〜１３１５・・・導電性プラグ
１３１０、１３１１・・・外部接続用端子
１３１２・・・対向電極
１４０１・・・引き出し線部分
１４０２、１４０３・・・層間接続用端子
１４０４・・・内接円
１５０１・・・ミアンダインダクタ
１６０１・・・ミアンダ部分
１６０２・・・引き出し線部分
１６０３・・・層間接続用端子
１６０４・・・四角形
１６０５・・・外接円
１７００・・・回路基板
１７０１〜１７０４・・・第１配線層〜第４配線層
１７０５・・・インダクタ
１７０６・・・接地電極
１７０７、１７０８・・・ビアホール
１７０７ａ、１７０８ａ・・・導電性プラグ
１７０９・・・配線
１８０１・・・電流
１８０２、１８０４・・・磁界
１８０３・・・渦電流[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer circuit board having an inductor element, and more particularly, to a circuit board having a plane electrode arranged to face an inductor element.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional circuit board having an inductor, there is one in which an inductor is formed by circling a wiring pattern in a wiring layer of a circuit board, and a ground electrode is provided on a wiring layer different from the inductor so as to face the inductor ( For example, see

Patent Documents

1 and 2.
These circuit boards are basically represented by the perspective view of FIG. The circuit board 1700 has four wiring layers, that is, first to fourth wiring layers 1701 to 1704. An inductor 1705 is formed in the second wiring layer 1702. On the third wiring layer 1703, a ground electrode 1706 is formed. The inductor 1705 is connected to the first wiring layer by

conductive plugs

1707a and 1708a embedded in interlayer connection via

holes

1707 and 1708, and connected to other elements and the outside of the substrate by wiring 1709 forming a microstrip line. I have.
By providing the ground electrode 1706, the circuit board 1700 thus configured has an effect of realizing a shield structure for preventing electromagnetic influence from the outside and controlling impedance of the inductor 1705 and the wiring 1709.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-8672
[Patent Document 2]
JP-A-5-335866
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the circuit board configured as described above has the following two problems.
The first problem is that the inductance decreases due to the eddy current generated in the counter electrode. FIG. 18 is a principle diagram in which only an inductor 1705 and a ground electrode 1706 which is a counter electrode are extracted to show the principle of a decrease in inductance due to eddy current.
When a current 1801 flows through the inductor, a magnetic field 1802 is generated around the inductor 1705. When the current is alternating current, the directions and magnitudes of the current 1801 and the magnetic field 1802 change over time. When the ground electrode 1706 is present in the vicinity of the inductor 1705, an eddy current 1803 is generated on the ground electrode 1706 in an attempt to cancel the change in the magnetic field. The magnetic field 1802 due to the eddy current 1803 reduces the magnetic field 1802 of the inductor. According to such a principle, the inductance is reduced when the planar electrode is arranged to face the inductor.
A second problem is that the self-resonance frequency of the inductor itself is reduced by the parasitic capacitance generated between the inductor and the counter electrode. The self-resonant frequency of the inductor represents the maximum frequency at which the element behaves as an inductor, and is represented by the frequency at which the reactance of the inductor element first changes from positive to negative when the frequency is increased.
The principle that the self-resonant frequency is reduced by the counter electrode will be described with reference to FIG. FIG. 19A is a principle diagram in which only the inductor 1705 and the ground electrode 1706 are extracted, and FIG. 19B is a simplified equivalent circuit model of the inductor in FIG. 19A. In FIG. 19B, L ₀ Is the inductance of the element, R ₀ Is the loss such as conductor loss and dielectric loss, C _l Is the parasitic capacitance between adjacent wiring by rotating the wiring pattern, C _i , C _o Is a parasitic capacitance between the inductor and the counter electrode. Using this equivalent circuit constant, the self-resonant frequency f when the inductor is viewed from the inner terminal _res Is represented as in Equation 1.
[0005]
(Equation 1)

As can be seen from Equation 1, the parasitic capacitance C between the inductor and the counter electrode _i Increases, the self-resonant frequency f _res Decreases. According to such a principle, when the planar electrode is arranged so as to face the inductor, parasitic capacitance is generated and the self-resonant frequency of the inductor is reduced.
The present invention has been made to solve such problems, and suppresses the generation of eddy current and parasitic capacitance in the counter electrode, and prevents the inductance of the inductor and the self-resonance frequency from being reduced. Aim.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a circuit board according to the present invention includes a circuit board having an inductor element formed on an insulator and an electrode formed so as to face the inductor element. An electrode is provided with an opening without an electrode. (Claim 1)
Further, the circuit board of the present invention is characterized in that the inductor element includes a portion in which a wiring pattern is spirally wound.
Further, the circuit board according to the present invention is characterized in that the inductor element is a multilayer inductor in which wiring patterns spirally wound are stacked on different wiring layers.
Further, the circuit board of the present invention is characterized in that the inductor element includes a meandering wiring pattern.
Further, the circuit board of the present invention includes a wiring pattern in which the inductor element is spirally wound, and an opening provided in the counter electrode is opposed to a center of a circle inscribed in a winding part of the wiring pattern of the inductor element. It includes a part or the whole of a range separated from the foot of the perpendicular dropped on the electrode by a distance equal to or more than the radius of the inscribed circle and closer than a distance of three times the radius of the inscribed circle. . (Claim 5)
Further, the circuit board of the present invention is a multilayer inductor in which the wiring pattern spirally wound by the inductor element is laminated on different wiring layers, wherein the opening provided in the counter electrode has a plurality of wirings of the multilayer inductor. The average of the radii of the multiple inscribed circles from the perpendicular foot lowered from the center of gravity of the polygon that connects the centers of the multiple inscribed circles to the opposing electrode, based on each inscribed circle of the orbital portion provided in the layer And a part or the whole of a range closer than a part separated by a distance equal to or more than three times the average of the radius of the inscribed circle. (Claim 6)
In addition, the circuit board of the present invention includes a portion in which the inductor element has a meandering wiring pattern, and an opening provided in the counter electrode has a counter electrode extending from a center of a circle circumscribing the meandering portion of the inductor element wiring pattern. A part or the whole of a range closer to a part separated from the foot of the perpendicular line lowered by 1.5 times the radius of the circumscribed circle. (Claim 7)
Further, the circuit board of the present invention is characterized by being formed by forming a wiring pattern of a conductor on an insulating layer of the circuit board. (Claim 9)
Further, the circuit board of the present invention is formed in a thin film shape. (Claim 10)
Further, the circuit board of the present invention is characterized in that the insulating material of the circuit board includes one or more of a resin material, a ceramic material, and a glass material. (Claim 11)
The circuit board according to the present invention is characterized in that the counter electrode is any one of a ground electrode, a power electrode, a capacitor electrode, and an external connection electrode. (Claim 12)
[0007]
(Action)
By providing the opening in the plane electrode facing the inductor in this way, eddy current generated in the plane electrode can be suppressed, and parasitic capacitance generated between the inductor and the plane electrode can be suppressed. Therefore, according to the present invention, a decrease in inductance of the inductor can be suppressed, and a decrease in resonance frequency of the inductor can be suppressed.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to examples.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a circuit board having an inductor and a counter electrode with an opening according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the inductor 105. This circuit board is a printed circuit board composed of four wiring layers and three insulating layers therebetween, and these four wiring layers are formed from the top by a first wiring layer 101, a second wiring layer 102, a third wiring layer 103, and a fourth wiring layer. The wiring layer 104 is used. An inductor 105 is formed in a spiral shape in the second wiring layer, and a ground electrode 106 is formed in the third wiring layer as an electrode facing the inductor (hereinafter referred to as a counter electrode). The ground electrode 106 is provided with a circular opening 107 having a radius of φ. The distance between the second wiring layer 102 and the third wiring layer 103 is d.

External connection terminals

108 and 109 are formed in the first wiring layer 101, and each terminal is connected to an inner terminal of the inductor shown in FIG. 2 through

conductive plugs

110 a and 111 a embedded in via

holes

110 and 111. 201 and an outer terminal 202. For the spiral inductor 105, the inner radius (hereinafter, referred to as the inner diameter) is r _i , The outer radius (hereinafter referred to as the outer diameter) is r _o , The wiring width is w, the spacing between the wirings is s, and the diameter of the connection terminal of the inductor is a. The center of the inner terminal 201 coincides with the center of the circular opening 107 of the ground electrode 106.
[0009]
As specific numerical examples of each dimension, d = 0.26 mm, w = s = 0.1 mm, a = 0.6 mm, r _i = 0.9mm, r _o = 1.6 mm. The radius φ of the opening 107 is φ> r _i Set to. In particular, φ> 2r _i Is desirable. The reason will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram of the inductor 105 when the radius φ of the opening 107 is increased. The horizontal axis represents the inner diameter r of the inductor. _i Takes the radius φ of the opening standardized by, and takes the inductance on the vertical axis. As can be seen from FIG. 3, φ> r _i The inductance increases when an opening is provided, and φ> 2r _i Then, the inductance is significantly increased. Where r _o = 1.8 r _i Therefore, in other words, it is understood that it is desirable that the opening includes a portion facing the inductance forming portion and is somewhat wider than this.
With such a structure in which an opening is provided in the ground electrode, it is possible to reduce the occurrence of eddy current generated in the ground electrode, thereby suppressing a decrease in the magnetic flux of the inductor due to the eddy current. , The inductance can be increased. At the same time, the parasitic capacitance generated between the inductor and the ground electrode can be reduced by the opening, and the self-resonant frequency of the inductor can be increased.
[0010]
Next, a method of manufacturing the circuit board according to the present embodiment will be described. The circuit board of this embodiment is formed by a batch lamination method. The

external connection terminals

108 and 109 are formed by etching the single-sided copper-clad laminate 401 shown in FIG. 4A using a thermoplastic resin material as a substrate material (FIG. 4B). Next, the via

holes

110 and 111 are formed by irradiating a laser beam to the resin substrate side opposite to the pattern (FIG. 4C).
Next, a conductive paste is filled in the via holes 110 and 111 to form

conductive plugs

110a and 111a. Further, the single-sided copper-clad laminate 402 using a thermoplastic resin and the double-sided copper-clad laminate 403 are etched to produce a substrate on which the spiral inductor 105 is formed and a substrate on which the ground electrode 106 is formed. The three substrates are positioned and stacked (FIG. 4D). Then, the circuit board 100 of the present embodiment shown in FIG.
In this embodiment, the circuit board is manufactured by the batch lamination method, but the manufacturing method is not limited to this. For example, a build-up method in which wiring is sequentially stacked from the lower layer may be used. In this case, the wiring pattern can be formed by any one of an etching method (subtractive method), a plating method (additive method), a thick film method (screen printing method), and a thin film method. For example, a conductive plug that fills a via hole or a plated through hole that covers a side wall of an opening (via hole) with a plating film can be used.
In this embodiment, the ground electrode is used as an example of the counter electrode having the opening. However, if the electrode is opposed to the inductor, the inductance can be similarly increased by providing the opening. Examples of the counter electrode include a power supply electrode, a capacitor electrode, an external connection electrode, and the like, in addition to the ground electrode. The circuit board material is not limited to a resin material, and a ceramic or glass substrate can be used, or a combination of these materials can be used.
[0011]
(Modification 1)
In the first embodiment, a layered substrate is used, and interlayer connection is made by via holes. While a via hole by a laser beam can connect only adjacent wiring layers, there is a method of connecting all layers of a substrate using a through-hole. An example in which the circuit board of the present invention is realized using the through-holes is shown as a first modification.
FIG. 5 is a perspective view showing a circuit board of the present modified example. 5, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The difference from FIG. 1 is that the interlayer connection between the

external connection terminals

108 and 109 and the inner terminal 201 and the outer terminal 202 of the inductor is made by plated through

holes

501 and 502, and that an opening 503 is formed in the ground electrode 106. Is provided so that the plated through hole 502 and the ground electrode 106 are not connected. By providing the opening 503 in the ground electrode, the circuit board of the present modified example using the through-hole can have the same function as the first embodiment in which the layers are connected by via holes.
[0012]
Next, a method of manufacturing a circuit board according to the present modification will be described. Three copper-clad laminates using glass epoxy or the like as a substrate material are prepared, and the copper-clad laminate used as an inner layer is etched to form inner layer patterns such as wiring, terminals, electrodes, and spiral inductors. Next, the three substrates are laminated and bonded via a prepreg, and then a through-hole is formed using a drill machine or the like to penetrate the

terminals

201 and 202 of the inductor and penetrate the laminated substrate. Thereafter, the insulating surface inside the through hole is made conductive by electroless copper plating, and subsequently, a plating layer is formed on the entire surface by electrolytic copper plating. Finally, the unnecessary portion of the copper layer is removed by etching, and a circuit board in which the layers are connected by the plated through

holes

501 and 502 is manufactured.
In the present modification, the outermost layer pattern is formed by the panel plating method, but the pattern forming method is not limited to this, and another method such as a pattern plating method may be used.
[0013]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the inductor is formed by etching the copper foil of the copper clad laminate, but in the present embodiment, the inductor is formed by using a thin film technique.
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a circuit board incorporating the thin-film inductor of this embodiment. 6, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. That is, the circuit board 600 is a circuit board including four wiring layers and three insulating layers therebetween, and the wiring layers are formed from the first wiring layer 101, the second wiring layer 102, the third wiring layer 103, and the fourth wiring layer. The layer 104 is formed. A ground electrode 106 having an opening is formed in the third wiring layer.

External connection terminals

108 and 109 are formed in the first wiring layer, and the respective terminals are connected to the inner terminal 201 and the outer terminal 202 of the inductor via

conductive plugs

110a and 111a that bury the via holes 110 and 111, respectively. Have been. The difference between the first embodiment shown in FIG. 1 and this embodiment shown in FIG. 6 is that the inductor is formed by etching the copper foil of the copper-clad laminate in the embodiment of FIG. This embodiment is characterized in that the thin-film inductor 602 is formed on the insulating carrier 601. The dimensions of the other parts are the same as in the first embodiment.
As specific numerical values of each dimension, the wiring width w of the inductor is 25 μm, the wiring interval s is 25 μm, and the thickness of the insulating carrier is 25 μm. By forming the inductor using a thin film process, it is possible to make the wiring width, wiring interval, and the like finer than when the inductor is formed using a normal conductor pattern forming process for a circuit board. As a result, the degree of freedom in design is increased, and the size of the inductor itself can be reduced.
[0014]
Next, a method of manufacturing the circuit board according to the present embodiment will be described. The thin film inductor 602 is formed by forming a Cu film having a thickness of about 10 μm on an insulating carrier 601 made of a flexible film such as a polyimide resin by a sputtering method and a plating method, and patterning the Cu film by a photolithography technique.
A method of manufacturing a circuit board incorporating the thin-film inductor 602 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7A, an insulating resin substrate 702 made of a glass epoxy resin or the like in which the ground electrode 106 is patterned by an etching method in advance is prepared, and the thin film inductor 602 formed by the above method is formed thereon. Are aligned and laminated. Further, prepregs 701a and 703a are arranged above and below.
Next, this laminate is pressed and integrated while being heated to form a laminate having insulating resin layers 701 and 703 on the upper and lower surfaces as shown in FIG. 7B.
Next, as shown in FIG. 7C, the via

holes

110 and 111 are opened by irradiating a laser beam onto the terminals of the inductor of the insulating resin layer 701.
Next, as shown in FIG. 7D, a conductive layer made of Cu is formed on the inner wall surfaces of the via holes 110 and 111 and the surface of the insulating resin 701 by plating, filled with a conductive paste, and further filled with the insulating resin layer 701. By removing unnecessary conductors on the surface by etching, the

conductive plugs

110a and 111a and the

external connection terminals

108 and 109 are formed. As described above, the circuit board 600 shown in FIG.
In the case of a circuit board incorporating a thin film inductor as an inductor as in the present embodiment, by providing an opening in the adjacent ground electrode, the inductance of the inductor and the self-resonance frequency are increased according to the same principle as in the first embodiment. Can be done.
[0015]
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the shape of the opening of the ground electrode was circular.
However, the shape of the opening is not limited to this. In this embodiment, a shape other than a circle is shown as an opening for increasing the inductance of the inductor and the self-resonant frequency.
FIG. 8 is a perspective view showing only a wiring layer on which an inductor is formed and a wiring layer on which a counter electrode is formed, of a circuit board including the inductor of the present embodiment. Reference numeral 801 denotes an inductor; 802, a counter electrode; and 803, a donut-shaped opening formed in the counter electrode 802 in a ring shape. φ _i Is the inner radius of the donut-shaped opening 803 (hereinafter referred to as the inner diameter of the opening), φ _o Is the outer radius of the donut-shaped opening (hereinafter referred to as the outer diameter of the opening). The center of the donut-shaped opening is located at the position of the perpendicular leg lowered from the center of the inductor 801 to the plane electrode. The dimensions of the inductor 801 are the same as those of the first embodiment shown in FIG. _i Is 0.9 mm. The size of the donut-shaped opening is determined by the inner diameter φ of the opening. _i Is r _i 0.9mm equal to the opening diameter φ _o Is r _i 2.7 mm, which is three times as large as
That is, the donut-shaped opening is centered on the position of the perpendicular foot lowered from the center of the inductor to the counter electrode, and the inner diameter of the opening is equal to the inner diameter of the inductor (φ _i = R _i ), The outer diameter of the opening is three times the inner diameter of the inductor (φ _o = 3r _i ). The reason for this is that eddy current and parasitic capacitance are remarkably generated when an electrode is present in a portion where the donut-shaped opening exists. Conversely, by providing an opening in this portion, the eddy current and parasitic capacitance are remarkable. This is because the inductance and the self-resonant frequency increase significantly.
[0016]
FIG. 9 shows a characteristic diagram of the inductor that supports this. FIG. 9 shows the inductance of the inductor when a donut-shaped opening is provided in the counter electrode by simulation. The horizontal axis of the graph is the inner diameter φ of the donut-shaped opening _i Is the inner diameter r of the inductor. _i The vertical axis of the graph is the inductance. The outside diameter of the donut-shaped opening is calculated by adding the inside diameter r of the inductor to the inside diameter of the opening. _i (Φ _o = Φ _i + R _i ). As can be seen from FIG. _i ≤φ _i ≦ 2r _i (2r _i ≤φ _o ≦ 3r _i In the case of ()), the inductance is significantly increased. That is, in the counter electrode, the radius r on the inner side of the inductor is centered on the perpendicular leg lowered from the center of the inductor to the counter electrode. _i And the radius φ is r _i ≦ φ ≦ 3r _i The inductance can be increased by providing the opening in the range represented by. Also, as can be seen from FIG. _i = 1 (φ _i = R _i = 1.8mm, φ _o = 2r _i = 3.6 mm,), the inductance is maximum. From this, it can be seen that it is most desirable that the opening includes a portion facing the circling portion of the inductor and covers a somewhat larger area.
In the example shown in FIG. 8, the conductive pattern at the center of the donut-shaped opening is separated from the main body of the counter electrode 802. However, in order to make both conductive patterns the same potential, the conductive pattern inside and outside the donut-shaped opening is formed. The character patterns may be connected by a thin pattern.
[0017]
The opening provided in the counter electrode is represented by the donut-shaped opening of this embodiment. _i ≦ φ ≦ 3r _i By including part or all of the range, the inductance can be increased. Therefore, the shape of the opening is not limited to a circle or a donut as long as the opening includes a part of the range.
FIG. 10 shows another example of the shape of the opening. FIGS. 10A to 10D are top views of a counter electrode having an opening. 1001 is a radius r on the inner side of the inductor, centered on a perpendicular foot lowered from the center of the inductor to the counter electrode. _i Represents a fictitious circle having a radius of. Reference numeral 1002 denotes a center of a perpendicular foot lowered from the center of the inductor to the counter electrode, and is three times (3r) a radius inside the inductor. _i ) Represents an imaginary circle with a radius of. If the opening provided in the plane electrode includes at least a part of a region sandwiched between the

circles

1001 and 1002, the inductance and the self-resonance frequency can be increased.
FIG. 10A is a top view of a counter electrode 1003 provided with a rectangular opening as an example of a polygonal opening. Since the counter electrode 1003 has an opening in a part of a region sandwiched between the

circles

1001 and 1002, the opening can increase the inductance of the inductor and the self-resonance frequency.
The counter electrode 1004 shown in FIG. 10B has a rectangular opening. Unlike the opening of the counter electrode 1003 in FIG. 10A, the opening of the counter electrode 1004 is not symmetrical with respect to the center of the circle 1001. However, even with such an asymmetric opening, the eddy current and the parasitic capacitance appearing on the counter electrode can be reduced by locating the opening in a part of the region between the

circles

1001 and 1002. The inductance of the inductor and the self-resonant frequency can be increased.
The counter electrode 1005 shown in FIG. 10C has a plurality of fan-shaped openings. Although these openings are not continuous with each other, the counter electrode 1003 has an opening in a part of a region sandwiched between the

circles

1001 and 1002, so that the inductance increases the inductance of the inductor and the self-resonance frequency. Can be.
The counter electrode 1006 illustrated in FIG. 10D has a plurality of strip-shaped openings that cross each other.
The ratio of the opening to the region between the circles 1001 and 1002 (hereinafter, referred to as the opening ratio) is smaller than the opening ratio of the openings of the

counter electrodes

1003, 1004, and 1005. When the aperture ratio is small as described above, the characteristics of the inductor change depending on the shape of the opening. Although FIG. 10D has four strip-shaped openings, when there is a narrow opening in the radial direction from the center of such an inductor, the effect of reducing the eddy current is large, and the decrease in inductance can be suppressed. However, when the number of band-shaped openings is small, the effect of reducing the parasitic capacitance is small because the aperture ratio is low, and the effect of suppressing the decrease in the self-resonant frequency is small.
In particular, when the increase in L is greater than the decrease in C, the self-resonant frequency decreases as can be seen from Equation 1.
[0018]
As described above, depending on the shape of the opening, both the eddy current and the parasitic capacitance are not always reduced. That is, when the shape of the opening is such that only the eddy current is reduced and the parasitic capacitance is reduced only slightly, the inductance increases but the self-resonant frequency decreases. Conversely, when the shape of the opening is such that the eddy current hardly changes but the parasitic capacitance is greatly reduced, the inductance hardly changes but the self-resonant frequency increases. However, in any case, since the opening is located in a part of the region between the

circles

1001 and 1002, either the eddy current or the parasitic capacitance can be reduced. Either of the self-resonant frequencies can be increased.
As in the above example, the opening of the counter electrode of the inductor is within a range of not less than three times the inner radius of the inductor and not less than the inner radius of the inductor from the perpendicular leg lowered from the center of the inductor to the counter electrode. Is provided, the inductance of the inductor and the self-resonance frequency can be increased. Since the increase in the inductance and the self-resonant frequency increases as the aperture ratio in the above range of the counter electrode increases, it is most desirable to provide an opening including the entire range. However, even when the opening ratio of the opening provided in the counter electrode is small, the opening has the effect of reducing the eddy current and the parasitic capacitance. This has the effect of increasing any of the self-resonant frequencies.
[0019]
(Fourth embodiment)
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 2, the inductor used was a circular inductor formed by circling a wiring pattern in a circular shape. However, the shape of the inductor is not limited to this. In this embodiment, an example of a circuit board having an inductor element other than a circular inductor will be described.
FIG. 11 is a perspective view of a circuit board using a square inductor as the inductor, and FIG. 12 is a top view of the square inductor 1101. 11, the same components as those of the circuit board of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Since the operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment, a detailed description will be omitted.
A method of obtaining the center and the inner diameter of the rectangular inductor will be described with reference to FIG. The inductor includes a circulating portion 1201 for circling the wiring pattern, a lead portion 1202 drawn from the circling portion 1201, and

interlayer connection terminals

1203 and 1204 provided at the end of the lead portion 1202. When the terminal outside the inductor is not connected to another wiring layer but connected to another element on the same wiring layer, the external terminal 1204 can be omitted. Reference numeral 1205 denotes a circle inscribed in the circling portion of the inductor. The opening provided in the counter electrode has the center of the inscribed circle 1205 of the wiring pattern of the inductor element as the center of the rectangular inductor, and the radius of the circle 1205 as the inner diameter of the rectangular inductor.
FIG. 12 shows an example of a rectangular inductor in which a wiring pattern is formed in a rectangular shape, but the wiring pattern may be formed in another polygonal shape to form an inductor. These inductors are also constituted by a circulating portion of the wiring and a lead wire portion or terminals for interlayer connection, but the center and the inner diameter of the inductor are the center and radius of a circle inscribed in the circulating portion of the wiring, as in the above example. . In this manner, the center and the inner diameter of the inductor are determined, and as described in the third embodiment, the distance between the center of the inductor and the foot of the perpendicular drawn from the center of the inductor to the counter electrode is equal to or more than the inner diameter of the inductor. By providing the opening in a range within three times the inner diameter, the inductance of the inductor and the self-resonant frequency can be increased.
[0020]
(Modification 1)
As another example of the inductor, FIG. 13 is a perspective view of a circuit board using a multilayer inductor in which wiring patterns are wound around and stacked. The circuit board shown in FIG. 13 includes seven wiring layers and six insulating layers therebetween, and includes, from the top, a first wiring layer 1301, a second wiring layer 1302, a third wiring layer 1303, and a fourth wiring layer. 1304, a fifth wiring layer 1305, a sixth wiring layer 1306, and a seventh wiring layer 1307. In each layer of the second wiring layer 1302 to the fifth wiring layer 1305, a wiring pattern is circulated, and the layers are connected by conductive plugs 1313 to 1315 to provide an inductor. The

external connection terminals

1310 and 1311 provided in the first wiring layer and the connection terminals of the inductor are connected by

conductive plugs

1308 and 1309. A counter electrode 1312 having an opening is formed in the sixth wiring layer 1306.
How to determine the center and inner diameter of such a multilayer inductor will be described. For the sake of explanation, an orthogonal coordinate system is introduced, the stacking direction is defined as the z direction, and the plane on which the wiring layer is located is defined as the xy plane. First, the center and radius of a circle inscribed in the circling portion are determined in each wiring layer provided with the circulating wiring pattern, as in the case of the planar inductor. In the case of the circuit board in FIG. 13, the inscribed circle is determined in each of the second wiring layer 1302 to the fifth wiring layer 1305, and thus the center and radius of a total of four circles are determined. That is, the center coordinate of the inscribed circle of the circuit pattern of the second wiring layer 1302 is (x ₂ , Y ₂ ), Radius is r ₂ , The coordinates of the center of the inscribed circle of the circuit pattern of the third wiring layer 1303 are (x ₃ , Y ₃ ), Radius r ₃ , The coordinates of the center of the inscribed circle of the circuit pattern of the fourth wiring layer 1304 are (x ₄ , Y ₄ ), Radius r ₄ , The coordinates of the center of the inscribed circle of the circuit pattern of the fifth wiring layer 1305 are (x ₅ , Y ₅ ), Radius is r ₅ And Next, the center of gravity of each circle is determined, and this is set as the center of the inductor. In the case of this modification, the x, y coordinates of the center of the inductor are (x, y) = ((x ₂ + X ₃ + X ₄ + X ₅ ) / 4, (y ₂ + Y ₃ + Y ₄ + Y ₅ ) / 4). Further, the average of the radii of the circles is obtained, and this is defined as the inner diameter of the inductor. In this case, the inner diameter of the inductor is (r ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₅ ) / 4.
By providing an opening in the counter electrode with reference to the center and the inner diameter of the inductor thus obtained, the inductance and the self-resonant frequency can be increased even in the case of a multilayer inductor.
[0021]
(Modification 2)
As another example of an inductor, an example of a circuit board using an inductor in which a wiring pattern is not circularly or polygonally circulated asymmetrically will be described.
FIG. 14 shows a top view of the inductor of this modification.

Reference numerals

1402 and 1403 denote terminals for interlayer connection of the inductor, 1401 denotes a lead wire portion of the inductor, and a portion sandwiched between the two lead wire portions is a winding portion of the inductor. Reference numeral 1404 denotes an inscribed circle of the orbital portion of the inductor. The center of the inscribed circle 1404 is defined as the center of the inductor, and its radius is defined as the inner diameter of the inductor.
By providing an opening in the counter electrode with reference to the center and the inner diameter of the inductor thus obtained, the inductance and the self-resonance frequency of the inductor can be increased.
[0022]
(Fifth embodiment)
As another example of the inductor, a circuit board using a meander inductor will be described. FIG. 15 is a perspective view of this embodiment. This modification differs from the first embodiment shown in FIG. 1 and the fourth embodiment shown in FIG. 11 in that an inductor formed in the second wiring layer 102 is a meander inductor 1501. , And other identical components have the same reference numerals. The operation of this modification is the same as that of the first embodiment and the fourth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
Using the top view of the meander inductor 1501 shown in FIG. 16, a method for obtaining the center and inner diameter of the meander inductor will be described. The inductor 1501 includes a meander part 1601 for meandering a wiring pattern, a lead part 1602 thereof, and two interlayer connection terminals 1603. In the case where the inductor is not connected between layers and is connected to another element in the same wiring layer as in this embodiment, the terminal 1603 can be omitted.
FIG. 16 shows a portion where an opening is to be provided in the counter electrode. Reference numeral 1604 denotes a quadrilateral with which the meander part 1601 of the inductor 1501 circumscribes, and 1605 denotes a circumcircle of the quadrilateral 1604. The center of the circumcircle 1604 is defined as the center of the meander inductor, and the radius r _o Is the outer diameter of the inductor. The opening of the counter electrode is 1.5 times the outer diameter of the inductor (1.5r) with the center of the perpendicular leg lowered from the center of the inductor to the counter electrode. _o ) Is provided on a part or the whole of a circle having a radius, the inductance of the inductor and the self-resonant frequency are significantly increased. The reason is that providing an opening in this range significantly reduces the parasitic capacitance generated between the inductor and the counter electrode. It is most desirable that the entire area of the flat electrode be in the above-described range, but the inductance and the self-resonant frequency can be increased simply by providing the opening in a part of this range.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the opening is provided in the plane electrode facing the inductor, the eddy current generated in the plane electrode can be suppressed, and the generation of the eddy current between the inductor and the plane electrode can be suppressed. Parasitic capacitance can be suppressed. Therefore, according to the present invention, a decrease in the inductance of the inductor can be suppressed, and a decrease in the self-resonant frequency of the inductor can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a circuit board according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view showing the inductor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in inductance when the size of a circular opening provided in a counter electrode is changed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view illustrating a method of manufacturing the circuit board according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 5 is a perspective view showing a circuit board according to a modified example of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a circuit board according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view in the order of steps showing a method for manufacturing a circuit board according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged perspective view of a wiring layer on which an inductor is formed and a wiring layer on which a counter electrode is formed on a circuit board according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a change in inductance when the size of a donut-shaped opening provided in a counter electrode is changed in the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a top view showing a counter electrode having an opening having a shape other than a donut shape in the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a circuit board according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a top view showing an inductor of a circuit board according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing a circuit board according to a first modification of the fourth embodiment.
FIG. 14 is a top view showing an inductor according to a second modification of the fourth embodiment.
FIG. 15 is a perspective view showing a circuit board according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a top view showing the inductor of the circuit board according to the fifth embodiment.
FIG. 17 is a perspective view showing a conventional circuit board having an inductor and a counter electrode.
FIG. 18 is a perspective view showing a principle that inductance is reduced by eddy current generated in a counter electrode in a conventional circuit board having an inductor and a counter electrode.
FIG. 19 is a perspective view showing a state of occurrence of parasitic capacitance between an inductor and a counter electrode of a conventional circuit board having an inductor and a counter electrode, and a circuit diagram showing an equivalent circuit thereof.
[Explanation of symbols]
100 ... circuit board
101 to 104... First to fourth wiring layers
105 ・・・ Inductor
106 ... Ground electrode
107 ... opening
108, 109 ... terminals for external connection
110, 111 ... via hole
110a, 111a ... conductive plug
201 ・・・ Inner terminal
202 ・・・ Outer terminal
401, 402: Single-sided copper-clad laminate
403 ・・・ Double-sided copper clad laminate
501, 502: Plated through hole
503 ... opening
600 circuit board
601 ... insulating carrier
602 ・・・ Thin film inductor
701, 703 ... insulating resin layer
701a, 703a ... prepreg
702: insulating resin substrate
801 ・・・ Inductor
802: Counter electrode
803: Donut-shaped opening
804: perpendicular foot
1001, 1002 ... yen
1003, 1004, 1005, 1006 ... counter electrode
1101 ... Square inductor
1201 ... orbiting part
1202 ... leader line part
1203, 1204... Terminals for interlayer connection
1205 ... yen
1301 to 1307... First to seventh wiring layers
1308, 1309, 1313 to 1315 ... conductive plug
1310, 1311... Terminals for external connection
1312 ・・・ Counter electrode
1401 ... leader line part
1402, 1403: terminals for interlayer connection
1404 ・・・ Inscribed circle
1501 ... meander inductor
1601 ... Meander part
1602... Leader line portion
1603 ... Terminal for interlayer connection
1604 ... square
1605 ・・・ circumscribed circle
1700 ··· Circuit board
1701 to 1704: first to fourth wiring layers
1705 ・・・ Inductor
1706 ・・・ Ground electrode
1707, 1708: Via hole
1707a, 1708a: conductive plug
1709 ・・・ Wiring
1801 ... current
1802, 1804 ... magnetic field
1803 ・・・ Eddy current

Claims

In a circuit board having an inductor element formed on an insulator and a counter electrode formed so as to face the inductor element, the counter electrode is provided with an opening from which the counter electrode is removed. Circuit board.

The circuit board according to claim 1, wherein the inductor element includes a portion in which a wiring pattern is spirally wound.

3. The circuit board according to claim 2, wherein the inductor element is a multilayer inductor in which a portion around which a wiring pattern is spirally wound is stacked on a plurality of different wiring layers, and the wiring patterns are connected between layers. 4.

The circuit board according to claim 1, wherein the inductor element includes a portion having a meandering wiring pattern.

The opening provided in the counter electrode is separated from the center of the inscribed circle inscribed in the circumference of the wiring pattern of the inductor element by a perpendicular foot lowered to the counter electrode, by a distance equal to or greater than the radius of the inscribed circle, and 3. The circuit board according to claim 2, wherein the circuit board includes a part or the whole of a range closer than a part separated by a distance of three times the radius of the circle. 4.

The opening provided in the counter electrode is lowered from the center of gravity of a polygon connecting the centers of the plurality of inscribed circles to the counter electrode with reference to the respective inscribed circles of the circulating portions provided in the plurality of wiring layers of the laminated inductor. Includes some or all of the range away from the foot of the perpendicular by a distance equal to or greater than the average of the radii of a plurality of inscribed circles and closer than a distance of three times the average of the radii of the inscribed circles The circuit board according to claim 3, wherein:

An opening provided in the counter electrode is separated from a perpendicular leg lowered from the center of a circumscribed circle circumscribing the meandering portion of the wiring pattern of the inductor element to the counter electrode by a distance of 1.5 times the radius of the circumscribed circle. The circuit board according to claim 4, wherein the circuit board includes a part or the whole of a range closer to the part.

2. The circuit board according to claim 1, wherein the opening provided in the counter electrode includes a portion opposed to a peripheral portion of the inductor element. 3.

9. The circuit board according to claim 1, wherein the inductor element is formed by forming a conductor wiring pattern on an insulating layer of the circuit board.

9. The circuit board according to claim 1, wherein the inductor element is formed in a thin film shape.

11. The circuit board according to claim 1, wherein the insulating material of the circuit board includes one or more of a resin material, a ceramic material, and a glass material.

12. The circuit board according to claim 1, wherein the counter electrode is any one of a ground electrode, a power electrode, a capacitor electrode, and an external connection electrode.

13. The circuit board according to claim 1, wherein the counter electrode is disposed below the inductor element.