JP2009224491A

JP2009224491A - 多層基板

Info

Publication number: JP2009224491A
Application number: JP2008066245A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Satake; 芳彰佐竹; Taihei Nakada; 大平中田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-10-01
Also published as: US20090231819A1

Abstract

【課題】ストリップ線路の電磁波伝搬特性の悪化なくストリップ線路の層変換及び接地導体間の距離の変換をする。
【解決手段】領域１０と領域３０との間に、延伸方向の長さが伝送信号の１／４波長相当であるストリップ線路２１を形成する領域２０を設ける。ストリップ線路２１は、ストリップ導体２２と接地導体２３，２４とからなる。ストリップ導体２２は、ストリップ導体１２を同一パターン幅で延設されたものである。接地導体２３は接地導体１３と同層であり、接地導体２４は接地導体３４と同層である。ストリップ導体２２とストリップ導体３２とは、スルーホール１６−１により電気的に接続される。これにより、ストリップ線路２１の長さに対応した伝送信号を伝搬する場合、ストリップ線路１１とストリップ線路３１とにおける線路の特性インピーダンスの差異が、ストリップ線路２１で整合されることになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、高周波信号を伝送する多層基板に関する。

従来の技術では、積層基板内のストリップ線路におけるストリップ導体の層変換、及び接地導体間の距離の変換の際には、変換の前後の線路の特性インピーダンスが同じになるように設計していた。

しかしながら、特性インピーダンスを一致させるように設計しようとしても、層変換部のビアホール等の層間接続用導体や、層変換部近傍の製造時の設計制限のため、層変換部の特性インピーダンスを所望の値に完全に一致させることは困難であった。そして、この特性インピーダンスの不一致のため、ストリップ線路には定在波が発生し、ストリップ線路の電磁波伝搬特性が悪化してしまっていた。

ところで、変換前後の線路の特性インピーダンスを一致させる方法として、変換前後の線路の特性インピーダンスを考慮して、変換前後で線路のパターン幅を変更する方法がある。しかしながら、高周波回路や小面積の回路では、パターン幅の設計について様々な問題が生じる。例えば、パターン幅が小さすぎると製造プロセスによる性能の信頼性の劣化が生じる問題、パターン幅が小さすぎると線路の伝搬損失が大きくなる問題、密集したパターニングではパターン幅が大きすぎると他の線路と接近しすぎて信号品質が劣化する問題等である。

なお、ストリップ線路同士をスルーホールで接続する際に、ストリップ線路の接地導体間に抜き部を形成してその間にスルーホールを設けることで、高周波において良好な反射特性を有する例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の層変換は、層変換後のストリップ導体が層変換前のストリップ導体からみて、層変換前の接地導体よりも離れた場所に位置するという構造から成り立っている。このことから、層変換前と層変換後で接地導体の同一の面を共有する変換は、応用の対象とならない。また、特許文献１で示される層変換部では、接地導体パターン接続用スルーホールを設ける必要があるため、その設置位置等の設計をせねばならず、設計の際の負担となる場合があった。
特開２００３−１６８９０３号公報。

以上のように、従来の多層基板では、層変換及び接地導体間の距離の変換の際にストリップ線路の電磁波伝搬特性が悪化してしまいやすかった。また、この電磁波伝搬特性の悪化を回避しようとすると、多くの設計事項を考慮する必要があった。

本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、基板設計時の負担を軽減でき、ストリップ線路の電磁波伝搬特性の悪化なくストリップ線路の層変換及び接地導体間の距離の変換をすることが可能な多層基板を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の導体層がそれぞれ誘電体層を介して積層される多層基板において、前記複数の導体層のうちの第１の中間導体層に第１のストリップ導体を形成し、前記第１の中間導体層の両側にある任意の導体層を第１及び第２の接地導体とする第１のストリップ線路が形成される第１の領域と、前記複数の導体層のうちの前記第１の中間導体層とは異なる第２の中間導体層に第２のストリップ導体を形成し、前記第２の中間導体層の両側であって前記第１の接地導体と同一層及び前記第２の接地導体とは異なる導体層をそれぞれ第３及び第４の接地導体とする第２のストリップ線路が形成される第２の領域と、前記第１の中間導体層に前記第１のストリップ導体を同一のパターン幅で伝送信号の１／４波長相当延設して接続用ストリップ導体を形成し、前記第１の接地導体と同一の導体層及び前記第４の接地導体と同一の導体層をそれぞれ第５及び第６の接地導体とする接続用ストリップ線路が形成される、前記第１及び第２の領域の間に位置する第３の領域と、前記第３の領域の接続用ストリップ導体の端部と前記第２の領域の第２のストリップ導体の端部とを接続する接続手段とを具備する。

上記構成による多層基板は、第１のストリップ線路が形成された第１の領域と、第１のストリップ導体と異層に位置する第２のストリップ導体が形成される第２の領域とを、接続用ストリップ線路が形成される第３の領域を介して接続するようにしている。接続用ストリップ線路は、第１のストリップ導体を同一のパターン幅で伝送信号の１／４波長相当延設してなる。このとき、接続用ストリップ導体の端部と第２のストリップ導体の端部とは接続手段により電気的に接続されている。このように第１及び第２の領域を第３の領域を介して接続することにより、多層基板は、第３の領域の接続用ストリップ導体において特性インピーダンスの差異が整合されることとなる。

本発明によれば、基板設計時の負担を軽減でき、ストリップ線路の電磁波伝搬特性の悪化なくストリップ線路の層変換及び接地導体間の距離の変換をすることが可能な多層基板を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る多層基板について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る多層基板の斜視図である。また、図２は、図１における多層基板の断面図を示す。図１における多層基板は、導体層がそれぞれ誘電体層１５を介して積層されてなる５層基板構造である。多層基板は、それぞれにストリップ線路が形成される領域１０，２０，３０を具備する。

領域１０には、ストリップ線路１１が形成される。ストリップ線路１１は、ストリップ導体１２と、接地導体１３，１４とを具備する。ストリップ導体１２と接地導体１３との間の距離と、ストリップ導体１２と接地導体１４との間の距離とは等しい。

領域３０には、ストリップ線路３１が形成される。ストリップ線路３１は、ストリップ導体３２と、接地導体３３，３４とを具備する。ここで、ストリップ導体３２は、ストリップ導体１２と同一のパターン幅であり、ストリップ導体１２とは異なる層に位置する。また、接地導体３３は接地導体１３と同層であり、接地導体３４は接地導体１４と異なる層である。ストリップ導体３２は、接地導体１４と同一の導体層に形成されている。ストリップ導体３２と接地導体３３との間の距離と、ストリップ導体３２と接地導体３４との間の距離とは等しい。

領域２０には、ストリップ線路２１が形成される。ストリップ線路２１は、ストリップ導体２２と、接地導体２３，２４とを具備する。ここで、ストリップ導体２２は、ストリップ導体１２と同一のパターン幅であり、ストリップ導体１２を伝送信号の１／４波長相当延設してなるものである。また、接地導体２３は接地導体１３と同層であり、接地導体２４は接地導体３４と同層である。このとき、ストリップ導体２２と接地導体２３との間の距離は、ストリップ導体２２と接地導体２４との間の距離よりも小さくなっている。

スルーホール１６−１は、領域２０と領域３０との間に配置され、多層基板の積層上下方向に垂直に設けられる。スルーホール１６−１は、ストリップ導体２２とストリップ導体３２とを電気的に接続する。

上記構成の多層基板における信号の伝送について詳細に説明する。

多層基板は、伝送信号をストリップ導体１２から、ストリップ導体２２を介して、スルーホール１６−１により接続されたストリップ導体３２に伝送する。このとき、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスとは、互いに異なっている。ストリップ線路２１は、これらの特性インピーダンスを整合させる条件を満たしている。異なる特性インピーダンスを整合させる条件とは、ストリップ線路２１の特性インピーダンスがストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスの積の平方根であり、ストリップ線路２１の長さが伝送信号の波長の（２ｎ−１）１／４（ｎは整数）であることである。本実施形態では、ストリップ導体１２を伝送信号の１／４波長相当延設してストリップ導体２２とし、接地導体２３を接地導体１３と同層及び接地導体２４を接地導体３４と同層とすることで上記条件を満たすようにしている。

以上のように、上記第１の実施形態における多層基板は、領域１０のストリップ線路１１を、領域２０のストリップ線路２１を介して、領域３０のストリップ線路３１と電気的に接続する。このとき、ストリップ線路２１は、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスを整合させる条件を満たしている。

これにより、多層基板がストリップ線路２１の長さに対応した周波数の伝送信号を伝搬する場合、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスとの差異が、ストリップ線路２１で整合されることになる。つまり、使用周波数での線路伝搬における電磁波の反射が低減されることとなる。

また、上記条件より、使用周波数以外の周波数の高周波信号では、特性インピーダンスの整合は起こらない場合が多いため、電磁波の反射は増大する傾向を持つ。つまり、使用周波数以外の周波数の電磁波伝搬を抑制することが可能となる。これにより、ストリップ線路における層変換の際に、周波数フィルタの効果を付加することができる。

また、ストリップ線路１１とストリップ線路３１との間にストリップ線路２１を設けることにより、電磁波の反射の発生を抑えることができるようになるため、層変換部における厳密な特性インピーダンスの調整を行う必要がなくなる。つまり、ビアホール等の層間接続用導体の設計条件や、その近傍の設計条件に制限されず、より自由にストリップ線路の層変換を設計することが可能となる。

また、ストリップ線路２１をストリップ線路１１とストリップ線路３１との間に設けることにより、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスを一致させる必要がなくなる。これにより、全てのストリップ導体のパターン幅を同一にすることが可能となる。つまり、本発明に係る多層基板は、パターン幅に関する設計事項の問題を解消することができる。

また、ストリップ線路における接地導体の構造が変化する線路においては、この構造変化に対する整合を実現するための設計要素を新たに設ける必要性が少なくなる。このため、不整合を発生させる可能性のある要素が少ない状態で、より簡易な構造で電磁波の反射が発生しない良好な電磁波伝搬特性を得ることができる。

したがって、上記第１の実施形態に係る多層基板は、基板設計時の負担を軽減でき、ストリップ線路の電磁波伝搬特性の悪化なくストリップ線路の層変換及び接地導体間の距離の変換をすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る多層基板の斜視図を示す。図４は、図３における多層基板の断面図を示す。図３における多層基板は、図１の多層基板に加えて領域４０，５０を有しており、層変換が２回ある。このとき、領域３０におけるストリップ線路３１の長さは任意である。

領域５０には、ストリップ線路５１が形成される。ストリップ線路５１は、ストリップ導体５２と、接地導体５３，５４とを具備する。ここで、ストリップ導体５２は、ストリップ導体３２と同一のパターン幅であり、ストリップ導体３２とは異なる層に位置する。また、接地導体５４は接地導体３４と同層であり、接地導体５３は接地導体３３と異なる層である。接地導体５３は、ストリップ導体３２と同一の導体層に形成されている。ストリップ導体５２と接地導体５３との間の距離と、ストリップ導体５２と接地導体５４との間の距離とは等しい。

領域４０には、ストリップ線路４１が形成される。ストリップ線路４１は、ストリップ導体４２と、接地導体４３，４４とを具備する。ここで、ストリップ導体４２は、ストリップ導体５２と同一のパターン幅であり、ストリップ導体５２を伝送信号の１／４波長相当延設してなるものである。また、接地導体４３は接地導体３３と同層であり、接地導体４４は接地導体５４と同層である。このとき、ストリップ導体４２と接地導体４４との間の距離は、ストリップ導体４２と接地導体４３との間の距離よりも小さくなっている。

なお、伝送信号を入力するストリップ線路１１のストリップ導体１２の層と、出力するストリップ線路５１のストリップ導体５２の層とは、それぞれ異なっている。

スルーホール１６−２は、領域３０と領域４０との間に配置され、多層基板の積層上下方向に垂直に設けられる。スルーホール１６−１は、ストリップ導体３２とストリップ導体４２とを電気的に接続する。

以上のように、上記第２の実施形態における多層基板は、領域１０のストリップ線路１１を、領域２０のストリップ線路２１を介して、領域３０のストリップ線路３１と電気的に接続し、領域３０のストリップ線路３１を、領域４０のストリップ線路４１を介して、領域５０のストリップ線路５１と電気的に接続する。このとき、ストリップ線路２１は、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスを整合させる条件を満たし、ストリップ線路４１は、ストリップ線路３１の特性インピーダンスとストリップ線路５１の特性インピーダンスを整合させる条件を満たしている。

これにより、ストリップ線路２１，４１の長さに対応した高周波信号を伝送する場合、ストリップ線路１１とストリップ線路３１とにおける線路の特性インピーダンスの差異がストリップ線路２１で整合される。また、ストリップ線路３１とストリップ線路５１とにおける特性インピーダンスの差異がストリップ線路４１で整合されることになる。つまり、使用周波数での線路伝搬における電磁波の反射が低減されることとなる。

また、使用周波数以外の周波数の高周波信号では、特性インピーダンスの整合は起こらない場合が多く、使用周波数以外の周波数の電磁波伝搬を抑制することが可能となる。これにより、ストリップ線路における層変換の際に、周波数フィルタの効果を付加することができる。

さらに、本実施形態では、多層基板は、層変換を２回行っているため、高周波信号をこの周波数フィルタに２回透過させていることになる。これにより、多層基板は、使用周波数以外の周波数の電磁波伝搬を抑制する効果をより顕著にすることが可能となる。

また、ストリップ線路１１とストリップ線路３１との間にストリップ線路２１を設け、ストリップ線路３１とストリップ線路５１との間にストリップ線路４１を設けることにより、電磁波の反射の発生を抑えることができるようになるため、層変換部における厳密な特性インピーダンスの調整を行う必要がなくなる。つまり、ビアホール等の層間接続用導体の設計条件や、その近傍の設計条件に制限されず、より自由にストリップ線路の層変換を設計することが可能となる。

また、ストリップ線路２１をストリップ線路１１とストリップ線路３１との間に設けることにより、ストリップ線路１１の特性インピーダンスとストリップ線路３１の特性インピーダンスを一致させる必要がなくなり、ストリップ線路４１をストリップ線路３１とストリップ線路５１との間に設けることにより、ストリップ線路３１の特性インピーダンスとストリップ線路５１の特性インピーダンスを一致させる必要がなくなる。これにより、全てのストリップ導体のパターン幅を同一にすることが可能となる。つまり、本発明に係る多層基板は、パターン幅に関する設計事項の問題を解消することができる。

したがって、上記第２の実施形態に係る多層基板は、基板設計時の負担を軽減でき、ストリップ線路の電磁波伝搬特性の悪化なくストリップ線路の層変換及び接地導体間の距離の変換をすることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明に係る多層基板は、上記各実施形態で記載されたものに限定されるわけではない。例えば、上記各実施形態では、５層基板構造の多層基板の例について説明しているが、５層基板構造の多層基板に制限されるわけではない。

また、上記各実施形態では、層変換を１回または、２回行う例について説明したが、変換回数に制限があるわけではない。なお、この層変換の回数を増やすことにより、使用周波数のみの電磁波を伝搬する効果を、より顕著にすることができる。

さらに、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る多層基板の斜視図。図１の多層基板の断面図。本発明の第２の実施形態に係る多層基板の斜視図。図３の多層基板の断面図。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０…領域
１１，２１，３１，４１，５１…ストリップ線路
１２，２２，３２，４２，５２…ストリップ導体
１３，１４，２３，２４，３３，３４，４３，４４，５３，５４…接地導体
１５…誘電体層
１６−１，１６−２…スルーホール

Claims

複数の導体層がそれぞれ誘電体層を介して積層される多層基板において、
前記複数の導体層のうちの第１の中間導体層に第１のストリップ導体を形成し、前記第１の中間導体層の両側にある任意の導体層を第１及び第２の接地導体とする第１のストリップ線路が形成される第１の領域と、
前記複数の導体層のうちの前記第１の中間導体層とは異なる第２の中間導体層に第２のストリップ導体を形成し、前記第２の中間導体層の両側であって前記第１の接地導体と同一層及び前記第２の接地導体とは異なる導体層をそれぞれ第３及び第４の接地導体とする第２のストリップ線路が形成される第２の領域と、
前記第１の中間導体層に前記第１のストリップ導体を同一のパターン幅で伝送信号の１／４波長相当延設して接続用ストリップ導体を形成し、前記第１の接地導体と同一の導体層及び前記第４の接地導体と同一の導体層をそれぞれ第５及び第６の接地導体とする接続用ストリップ線路が形成される、前記第１及び第２の領域の間に位置する第３の領域と、
前記第３の領域の接続用ストリップ導体の端部と前記第２の領域の第２のストリップ導体の端部とを接続する接続手段と
を具備することを特徴とする多層基板。
前記第１のストリップ導体が形成される第１の中間導体層は、前記第１及び第２の接地導体となる導体層と等距離の層とし、
前記第２のストリップ導体が形成される第２の中間導体層は、前記第３及び第４の接地導体となる導体層と等距離の層とすることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
前記第２のストリップ導体が形成される第２の中間導体層は、前記第２の接地導体となる導体層と同一の導体層であることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
前記接続手段はビアホールであることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
前記第２のストリップ導体のパターン幅は、前記第１のストリップ導体及び前記接続用ストリップ導体のパターン幅と同一であることを特徴とする請求項１記載の多層基板。