JP2006032769A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の占有面積を小さくでき、レイアウト設計上の自由度が高い多層基板を提供する。
【解決手段】各々が導電性の伝送線路部２１〜２５を有し且つこの伝送線路部２１〜２５の各々が互いに対向配置された複数の導体層１１〜１５と、この複数の導体層１１〜１５に設けられた複数の伝送線路部２１〜２５の内の２つの伝送線路部相互間を接続する複数の接続手段２ａ〜２ｄとを備え、複数の伝送線路部２１〜２５と複数の接続手段２ａ〜２ｄとが複数の導体層１１〜１５の外層から中心層に向かって交互に接続されることにより複数の導体層１１〜１５の積層方向にスパイラルコイルを形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパイラルコイルが形成された多層基板に関する。

従来、数百ＭＨｚ以上の高周波信号を扱う高周波回路において、基板上に形成されるインダクタ素子は、マイクロストリップライン等の分布定数線路素子が使用されている。しかしインダクタ素子として分布定数線路素子を使用すると、素子による基板の占有面積が大きくなり、これはより低い周波数帯で顕著である。

また、図６に示すように、基板１００の同一平面上に導体からなるラインパターン１０１を渦巻状に形成したスパイラルコイルが知られている。しかし、このスパイラルコイルでは、インダクタンス値を増加するために渦巻の巻数（ターン数）を増加すると基板の占有面積が大きくなる。

また、占有面積を小さくするために複数の導体層を用いて各々の導体層の同一平面上に渦巻状のラインパターンを形成し、これらを電気的に接続することによってインダクタンス値を増加させるスパイラルコイルが知られている。従来のスパイラルコイルで使用される２層基板を図７及び図８に示す。図７に示す第１層１０２ａと図８に示す第２層１０２ｂとは、互いに対向する位置に配置されている。第１層１０２ａは、渦巻パターン１１１と、この渦巻きパターン１１１と分離して設けられた渦巻パターン１１４とを有している。第２層１０２ｂは、渦巻パターン１１２と、この渦巻パターン１１２に接続された渦巻パターン１１３とを有している。渦巻パターン１１１と渦巻パターン１１２とはスルーホール１１５により接続され、渦巻パターン１１３と渦巻パターン１１４とはスルーホール１１８により接続されている。従って、渦巻パターン１１１、１１２、１１３、１１４は、スルーホール１１５，１１８によって電気的に接続され、全体で渦巻のターン数を増加させ、大きなインダクタンス値を得ている。

また、複数のフェライトシートを用い、このフェライトシート間にフェライトシート両面でコイルを形成するコイル用導体パターンを有したフェライトシート（コイル用フェライトシート）と、スルーホールを有したフェライトシート（接続用フェライトシート）を備えた積層型インダクターが知られている。この積層型インダクターは、複数のコイル用フェライトシートが接続用フェライトシートにより接続され、積層されることによって全体として大きいインダクタンス値が得られる（特許文献１）。

また、図９に示すように基板に平面状の第１層配線１１５とエアブリッジ型の第２層配線１１６とによって構成されたインダクタ素子が知られている。このインダクタ素子は複数の第１層配線１１５が基板上の仮想線１１７を交差するように配列され、この上にエアブリッジ構造の第２層配線１１６が、第１層配線と第２層配線によって全体として空間的にらせん状になるように形成され、第１層配線と第２層配線とはコンタクトホールによって電気的に接続されている（特許文献２）。
特開平２−１４３４０６号公報 特開平４−３５４１０８号公報

しかしながら、図７及び図８に示した２層の導体層を用いて構成した従来のスパイラルコイルでは、分布定数線路素子や図６に示した従来のスパイラルコイルより基板の占有面積を小さくできるが、さらなる小型化が求められている。また、１つ１つの渦巻パターン（コイル）が同一平面上で正方形等の形状に形成され、レイアウト設計上の自由度に大きな制限を与えてしまうため、基板にデッドスペースを生じさせてしまう。

また、複数のフェライトシートを用いたスパイラルコイルは、フェライトシート内において断面積方向にコイルを形成し、このコイルを少なくとも２以上直列に接続したので、小型で大きいインダクタンス値が得られるが、１枚のフェライトシート上に１つのコイルを形成するため、基板の占有面積が大きくなるという問題がある。

また、図９に示したインダクタ素子は、細長い構造で、基板上で適宜屈曲させることができるので、従来の平面型のスパイラルコイルに比べて、レイアウト設計上の自由度が高いが、同一基板上にコイルを形成するので、基板の占有面積が大きくなる。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、基板の占有面積を小さくでき、レイアウト設計上の自由度が高い多層基板を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る多層基板は、各々が導電性の伝送線路部を有し且つこの伝送線路部の各々が互いに対向配置された複数の導体層と、この複数の導体層に設けられた複数の伝送線路部の内の２つの伝送線路部相互間を接続する複数の接続手段とを備え、複数の伝送線路部と複数の接続手段とが複数の導体層の外層から中心層に向かって交互に接続されることにより複数の導体層の積層方向の断面にスパイラルコイルを形成したことを特徴とする。

本発明の多層基板は、互いに対向配置された複数の伝送線路部と複数の接続手段とが複数の導体層の外層から中心層に向かって交互に接続されることにより、複数の導体層の積層方向の断面にスパイラルコイルを形成したので、基板の占有面積を小さくでき、細長い構造でレイアウト設計上の自由度が高いスパイラルコイルを有する多層基板を提供できる。

以下、本発明の実施例に係る多層基板を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る多層基板の鳥瞰図であり、図２は本発明の実施例１に係る多層基板の側面図である。

この多層基板は、５層基板であり、例えばアルミナ等のセラミック基板やガラスエポキシ等の樹脂基板を用いて構成されている。この５層基板１は、上から本発明の複数の導体層である第１層１１、第２層１２、第３層１３、第４層１４、第５層１５で構成される。各層には本発明の伝送線路部である導体からなる直線ラインパターン（以下、ラインパターンと略称する。）が形成されている。このラインパターンは、導電性の例えば銅などの金属であり、各々のラインパターンは、互いに対向配置されており、第１層１１のラインパターン２１と第５層１５のラインパターン２５とが最も長く、各々のラインパターンは、中心層にいくに従って短く形成されている。

第１層１１のラインパターン２１の一端と第５層１５のラインパターン２５の一端、第５層１５のラインパターン２５の他端と第２層１２のラインパターン２２の一端、第２層１２のラインパターン２２の他端と第４層１４のラインパターン２４の一端、及び第４層１４のラインパターン２４の他端と第３層１３のラインパターン２３の一端は、本発明の接続手段であるビアホール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄでそれぞれ電気的に接続されている。ビアホール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、導電性の銅などの金属からなる。

また、第１層１１のラインパターン２１及び第３層１３のラインパターン２３が引き出されており、一方のラインパターンが入力端子で、他方のラインパターンが出力端子になっている。従って、５層基板１のラインパターン２１〜２５とビアホール２ａ〜２ｄを用いて積層方向の断面にスパイラルコイルが形成された構造になっている。

このように構成された実施例１の多層基板によれば、複数のラインパターン２１〜２５と複数のビアホール２ａ〜２ｄとが複数の導体層１１〜１５の外層から中心層に向かって交互に接続されることにより、複数の導体層１１〜１５の積層方向の断面にスパイラルコイルを形成したので、多層基板の占有面積を正方形の一辺×ラインパターン幅程度に小さくできるとともに細長い構造であるので、レイアウト上の自由度が非常に高い。

なお、各ラインパターン同士はビアホール２ａ〜２ｄで電気的に接続されているが、例えば、ビアホール２ａ〜２ｄの代わりに、基板の端部に設けた側面配線によってラインパターン同士を接続しても良い。

また、多層基板として５層基板１の例を示したが、任意のｎ（ｎは３以上の自然数）層基板を用いて、第１層１１のラインパターン２１の一端と第ｎ層１ｎのラインパターン２ｎの一端、第ｎ層１ｎのラインパターン２ｎの他端と第２層１２のラインパターン２２の一端、第２層１２のラインパターン２２の他端と第ｎ−１層１（ｎ−１）のラインパターン２（ｎ−１）の一端、・・・、というように同様に中心層までビアホールにより接続することによってスパイラルコイルを形成しても良い。この場合は第１層１１または第ｎ層１ｎと、中心層に入力・出力端子であるラインパターンが設けられる。
なお、本出願人は、図６に示した従来のスパイラルコイルを使用した場合と本発明の実施例１に係る多層基板を使用した場合とで得られるインダクタンス値を求めたので、この結果を示す。図３に示した従来のスパイラルコイルと図４に示した本発明の多層基板との基板材料はいずれも比誘電率９．６、一層の基板厚が１００μｍのアルミナ基板を想定して計算を行なった。

図３は従来のスパイラルコイルのラインパターンの各寸法を示した平面図である。図３において各ラインパターン幅Ｓ１８は０．２ｍｍ、ラインパターン同士の間隔Ｓ１９は０．２ｍｍとし、それぞれのラインパターンの長さは、Ｓ１１が１．４ｍｍ、Ｓ１２が１．４ｍｍ、Ｓ１３が１．０ｍｍ、Ｓ１４が１．０ｍｍ、Ｓ１５が０．６ｍｍ、Ｓ１６が０．６ｍｍ、Ｓ１７が１．０ｍｍとした。この結果、図３の従来のスパイラルコイルで得られるインダクタンス値は１．９ｎＨである。

次に、図４は本発明に係るスパイラルコイルのラインパターンとビアホールの各寸法を示した平面図である。各ラインパターンの幅は０．２ｍｍ(図１参照)、各導体層同士の間隔Ｓ１０が０．１ｍｍ、ラインパターンのビアホール接続部の外側の長さＳ０が０．０５ｍｍとし、スパイラルコイルの１辺となるラインパターンとビアホールの長さは外側からＳ１が１．８ｍｍ、Ｓ２が０．４ｍｍ、Ｓ３が１．８ｍｍ、Ｓ４が０．３ｍｍ、Ｓ５が１．４ｍｍ、Ｓ６が０．２ｍｍ、Ｓ７が１．０ｍｍ、Ｓ８が０．１ｍｍ、Ｓ９が０．６ｍｍとした。この結果、図４の本発明のスパイラルコイルで得られるインダクタンス値は２．０ｎＨである。従って、図４に示す実施例１のスパイラルコイルにおいても、図３に示す従来のスパイラルコイルのインダクタンス値と略同一程度のインダクタンス値を得ることができる。

図５は本発明の実施例２に係る多層基板の鳥瞰図である。この多層基板は実施例１と同一構成のスパイラルコイルが多層基板上に２つ形成されている。第１のスパイラルコイル４０は、ラインパターン２１〜２５とビアホール２ａ〜２ｄとで構成され、第２のスパイラルコイル５０は、ラインパターン３１〜３５とビアホール３ａ〜３ｄとで構成されている。これら２つのスパイラルコイル４０，５０の内の一方のスパイラルコイル４０の一端と他方のスパイラルコイル５０の一端とが接続されている。即ち、図５に示したように第１のスパイラルコイル４０のラインパターン２３と第２のスパイラルコイル５０のラインパターン３３とを接続したので、大きいインダクタンス値が得られる。また、第１のスパイラルコイル４０のラインパターン２１と第２のスパイラルコイル４０のラインパターン３１とのうち、一方のラインパターンが入力端子で、他方のラインパターンが出力端子になっている。

このように構成された実施例２の多層基板によれば、多層基板上に実施例１のスパイラルコイルと同一構成のスパイラルコイルを２つ形成したので、多層基板の占有面積を小さくでき、レイアウト上の自由度が非常に高く且つ大きなインダクタンス値を得ることができる。

本発明は、種々の高周波回路用のコイルとして適用可能である。

本発明の実施例１に係る多層基板の構造を示す鳥瞰図である。 本発明の実施例１に係る多層基板の構造を示す側面図である。 従来のスパイラルコイルのラインパターンの各寸法を示す平面図である。 本発明に係る多層基板の各寸法を示す側面図である。 本発明の実施例２に係る多層基板の構造を示す鳥瞰図である。 従来のスパイラルコイルの構造を示す鳥瞰図である。 従来の他のスパイラルコイルが形成された多層基板の第１層を示す平面図である。 従来の他のスパイラルコイルが形成された多層基板の第２層を示す平面図である。 特許文献１記載のインダクタ素子の構造を示す鳥瞰図である。

符号の説明

１…５層基板、２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ…ビアホール、１１，１０２ａ…第１層、１２，１０２ｂ…第２層、１３…第３層、１４…第４層、１５…第５層、２１〜２５，３１〜３５，１０１…ラインパターン、４０…第１のスパイラルコイル、５０…第２のスパイラルコイル、１００…基板、１１１〜１１４…渦巻パターン、１１５，１１８…スルーホール。

Claims (3)

1. 各々が導電性の伝送線路部を有し且つこの伝送線路部の各々が互いに対向配置された複数の導体層と、
   この複数の導体層に設けられた複数の伝送線路部の内の２つの伝送線路部相互間を接続する複数の接続手段とを備え、
   前記複数の伝送線路部と前記複数の接続手段とが前記複数の導体層の外層から中心層に向かって交互に接続されることにより前記複数の導体層の積層方向の断面にスパイラルコイルを形成したことを特徴とする多層基板。
2. 前記複数の伝送線路部は、前記外層から前記中心層にいくに従って短く形成され、前記２つの伝送線路部の一方の伝送線路部の一端と他方の伝送線路部の一端とが前記接続手段により接続されていることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
3. 前記スパイラルコイルと同一構成の別のスパイラルコイルをさらに設け、前記スパイラルコイルの一端と前記別のスパイラルコイルの一端とが接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層基板。
   

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