JP2013197491A

JP2013197491A - 配線基板

Info

Publication number: JP2013197491A
Application number: JP2012065671A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Maeda; 泰宏前田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】接続線の電気抵抗が低く、かつフィルタ回路における減衰特性が良好な配線基板を提供すること。
【解決手段】誘電体層２が積層されてなる絶縁基板１と、絶縁基板１の内部に設けられたフィルタ回路４と、絶縁基板１に設けられた配線導体３と、フィルタ回路４と配線導体３を電気的に接続する接続線５と、フィルタ回路４および接続線５を挟んで対向するように設けられた一対の接地導体層６とを備えており、接続線５は、互いに並列に接続された複数の並列接続線５ａ〜５ｃからなり、並列接続線５ａ〜５ｃは、誘電体層２の複数の層間に、平面透視で互いに重なるように設けられている配線基板９である。接続線５の断面積を大きくして電気抵抗を抑えることができる。接続線５と接地導体層６との対向面積を小さく抑えて不要なキャパシタンスの発生を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部回路と電気的に接続される配線導体と、フィルタ回路と、配線導体とフィルタ回路とを電気的に接続している接続線とを有する配線基板に関する。

半導体素子やアンテナ素子、容量素子等の電子素子が電気的に接続される配線基板として、セラミック焼結体等からなる複数の誘電体層が積層されてなる絶縁基板と、絶縁基板に設けられた配線導体とを含むものが多用されている。

絶縁基板は、一般に平板状である。この絶縁基板に、外部回路基板または電子素子等の外部電気回路と電気的に接続される配線導体が設けられている。配線導体は、少なくとも一部が絶縁基板の主面（上面および下面の少なくとも一方）に露出している。配線導体のうち絶縁基板の主面に露出した部分が外部接続用の端子として機能し、電子素子または外部回路基板と電気的に接続される。

外部回路基板は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area network）等の電子機器に使用される回路基板である。配線基板の配線導体を介して、電子素子と外部回路基板とが電気的に接続され、互いに電気信号が送受される。この電気信号に対するフィルタリングのため、フィルタ回路が絶縁基板に設けられる場合がある。

配線導体とフィルタ回路との電気的な接続は、例えば誘電体層の一つの層間に設けられた接続線を介して行なわれている。絶縁基板には、主に電磁シールドのため、接続線およびフィルタ回路等を上下から挟むように一対の接地導体層が設けられている。

特開2009−182377号公報

上記従来技術の配線基板においては、接続線が有する電気抵抗のため、フィルタ回路を通過した通過帯域の信号のロス（損失）を小さく抑えることが難しいという問題点があった。

このような問題点に対しては、接続線の幅を広くすることによって、電気信号が流れる方向に直交する方向における接続線の断面積を大きくして、接続線の電気抵抗を小さくするという手段が考えられる。しかしながら、接続線の幅を広くすると、接続線と上下の接地導体層との間で余計なキャパシタンスが生じる。このようなキャパシタンスが生じると、フィルタ回路の減衰特性が低くなる可能性がある。

本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、接続線の電気抵抗が低く、かつフィルタ回路における減衰特性が良好な配線基板を提供することにある。

本発明の一つの態様による配線基板は、複数の誘電体層が積層されてなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部に設けられたフィルタ回路と、前記絶縁基板に設けられており、外部電
気回路と電気的に接続される部分を有する配線導体と、前記フィルタ回路と前記配線導体を電気的に接続する接続線と、前記絶縁基板に、前記フィルタ回路および前記接続線を挟んで対向するように設けられた一対の接地導体層とを含んでいる。また、前記接続線は、互いに並列に接続された複数の並列接続線からなり、該複数の並列接続線は、前記複数の誘電体層の複数の層間に、平面透視で互いに重なるように設けられている。

本発明の一つの態様の配線基板によれば、接続線が、互いに並列に接続された複数の並列接続線からなることから、電流が流れる方向に直交する方向における接続線の断面積、つまり複数の並列接続線の断面積の合計を従来の接続線の断面積よりも大きくすることができる。そのため、接続線の抵抗を従来よりも小さく抑えることが容易である。また、複数の並列接続線は、平面透視で互いに重なるように設けられているため、接続線と接地導体層とが対向し合う面積を、例えば従来の接続線と同じ程度に、小さく抑えることができる。そのため、接続線と接地導体層との間に余計なキャパシタンスが生じることが効果的に抑制される。したがって、接続線の電気抵抗が低く、かつフィルタ回路における減衰特性が良好な配線基板を提供することができる。

本発明の実施形態の配線基板を示す分解斜視図である。本発明の実施形態の配線基板における電気回路を模式的に示す回路図である。図１に示す配線基板の要部を透視して示す平面図である。図１に示す配線基板の変形例における要部を透視して示す平面図である。実施例の配線基板および比較例の配線基板それぞれの減衰特性を示す線図である。実施例の配線基板および比較例の配線基板それぞれの損失を示す線図である。

本発明の配線基板を、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の配線基板を示す分解斜視図である。また、図２は、本発明の実施形態の配線基板における電気回路を模式的に示す回路図である。

図１に示す配線基板９において、複数の誘電体層２が積層されて絶縁基板１が形成されている。絶縁基板１には配線導体３およびフィルタ回路４が設けられている。誘電体層２の複数の層間には、それぞれ配線導体３とフィルタ回路４とを電気的に接続する接続線５が設けられている。この配線基板９は、例えば絶縁基板１の上面に露出した配線導体３に電子素子（図示せず）が電気的に接続される。この電子素子が配線導体３、接続線５およびフィルタ回路４を介して外部回路基板（図示せず）に電気的に接続される。

誘電体層２は、ガラスセラミック焼結体，酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体等のセラミック焼結材料から成る。実施形態の配線基板９において、この誘電体層２が積層されて絶縁基板１が形成されている。

絶縁基板１は、例えば各誘電体層１がガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とからなる原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするととも
にこれを複数枚積層し、最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中において約900〜1000℃の温度で焼成することによって製作される。

この絶縁基板１は、例えば、電子素子の一種であるセンサ素子や、半導体素子、容量素子、圧電振動子等の電子部品（図示せず）を搭載するための基体として機能する。図１に示す例において、絶縁基板１は、上面等の表面に、電子素子としての電子部品が搭載される搭載部（図示せず）を有している。電子素子としては、上記電子部品以外に、他の配線基板（図示せず）等に設けられたアンテナ（例えばアンテナ用の印刷導体）等が挙げられる。

絶縁基板１に設けられた配線導体３は、例えば絶縁基板１の上面に搭載される電子素子としての電子部品と、外部回路基板とを電気的に接続するための導電路の一部として機能する。外部回路基板には、例えば電子素子が搭載される配線基板９が実装される。外部回路基板としては、例えば、携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area network）等の電子機器に使用されるマザーボード等が挙げられる。

配線導体３は、外部回路基板や電子素子（電子部品）等の外部電気回路と電気的に接続される部分を有している。配線導体３のうち外部電気回路と電気的に接続される部分は、例えば外部電気回路と直接に接続される端子３ａとして、絶縁基板１の上面等の外表面に露出して設けられている。この端子３ａに、電子素子や外部回路基板に含まれる外部電気回路の所定部位が、例えばはんだや導電性接着剤等の導電性接続材を介して電気的に接続される。

なお、この実施の形態の例では、絶縁基板１の上面のみに端子３ａが配置されているが、絶縁基板１の下面または側面等に端子（図示せず）が形成されていてもよい。例えば、絶縁基板１の上面に、電子素子と電気的に接続される端子３ａが配置され、絶縁基板１の下面に、外部回路基板と電気的に接続される端子が配置されていてもよい。

フィルタ回路４は、例えば図２に示すような、キャパシタＣとインダクタＬとを組み合わせたＣ−Ｌフィルタ回路である。このフィルタ回路４は、複数の誘電体層２の層間に設けられている。なお、図１におけるフィルタ回路４は、破線で囲まれた部分に設けられている。図１において、フィルタ回路４は詳しい配線パターン等を省略して模式的に示している。

フィルタ回路４のキャパシタは、例えば、誘電体層２と、その誘電体層２を間に挟んで設けられた一対または複数対の接地電極層（符号なし）とにより形成されている。また、フィルタ回路４のインダクタは、複数の誘電体層２にわたって設けられたコイル状パターン（符号なし）により形成されている。

配線導体３とフィルタ回路４とは接続線５を介して互いに電気的に接続されている。接続線５は、互いに並列に接続された複数の並列接続線５ａ〜５ｃからなる。これらの複数の並列接続線５ａ〜５ｃは、複数の誘電体層２の複数の層間に、平面透視で互いに重なるように設けられている。

図１および図２に示す例において、接続線５は、フィルタ回路４に対する電気信号の入力用および出力用のものがそれぞれ設けられている。つまり、それぞれが複数の並列接続線５ａ〜５ｃからなる二組の接続線５が設けられている。例えば、入力用の接続線５からフィルタ回路４に電気信号が入力され、フィルタ回路４で所定の周波数帯域の電気信号が通過する。通過帯域の電気信号が、フィルタ回路４から出力用の接続線５を通って配線導体３に伝送される。

フィルタ回路４は、例えば主に携帯電話に使用される配線基板の場合であれば、所定の通過帯域よりも低い周波数の信号を通過させるローパスフィルタである。また、例えば無線ＬＡＮに使用される配線基板であれば、所定の通過帯域の信号のみを通過させるバンドパスフィルタである。

ローパスフィルタとしては、例えば図２に示すように、フィルタ回路の入力端子と出力端子とがインダクタ素子（Ｌ）によって接続され、入出力端子およびインダクタ素子（Ｌ）と接地層との間にキャパシタ素子（Ｃ）が接続された構成が基本的なものである。なお、図２に示す例以外に、他のインダクタ素子（図示せず）やキャパシタ素子（図示せず）を並列に接続してもよい。

配線導体３およびフィルタ回路４は、それぞれ接続線５と接続される入力用および出力用の接点（符号なし）を有し、この接点において接続線５と接続されている。これらの接点は、例えば前述した図２におけるフィルタ回路の入力端子および出力端子である。入力用および出力用のそれぞれの接続線５において、複数の並列接続線５ａ〜５ｃは、例えば上記の接点またはその付近で、誘電体層２を厚み方向に貫通する貫通導体等の導体を介して互いに電気的に接続されている。図１において、貫通導体等の導体は、並列接続線５ａ〜５ｃを上下に直線状に結ぶ破線で示している。

配線導体３、フィルタ回路４および接続線５は、銅や銀、パラジウム，白金、タングステン、モリブデンマンガン、等の金属材料により形成されている。これらの金属材料は、メタライズ層やめっき層の形態で、誘電体層２の主面等の表面に被着されている。

配線導体３、フィルタ回路４および接続線５は、例えば、銅のメタライズ層からなる場合１であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペース１トを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷等の方法で印刷し、焼成することによって絶縁基板１の上面（搭載部）等に被着させることができる。また、配線導体３、フィルタ回路４および接続線５は、その露出表面に、ニッケルや金、銅等のめっき層が被着されたものであってもよい。

また、絶縁基板１の上部および下部には、配線導体３、フィルタ回路４および接続線５を間に挟むように一対の接地導体層６が設けられている。接地導体層６は、配線導体３、フィルタ回路４および接続線５を外部に対して電磁的にシールドするためのものである。接地導体層６により、外部からフィルタ回路４に電磁的なノイズが入り込むことが抑制される。また、フィルタ回路４から外部に電磁的なノイズが放射されることが抑制される。このフィルタ回路４における電磁的なシールドの効果を得るために、少なくとも、フィルタ回路４および接続線５は、上下が接地導体層６でシールドされる。

接地導体層６も、上記配線導体３と同様の金属材料を用い、同様の方法で設けることができる。図１に示す例において、接地導体層６は誘電体層２の主面のほぼ全面にわたって設けられ、配線導体３、フィルタ回路４および接続線５を電磁的にシールドしている。なお、上側の接地導体層６は、配線導体３の露出部分である端子３ａが設けられた部分において、端子３ａとの電気的な短絡を防ぐために隙間（非形成部）（符号なし）が設けられている。

接地導体層６によって、外部から絶縁基板１の内部に電磁波が入り込むことが抑制される。また、配線導体３、フィルタ回路４または接続線６から外部に電磁波が不要に放射されることが抑制される。

図１に示す例において、接続線５は、互いに並列に接続された３本の並列接続線５ａ〜５ｃからなる。そのため、電流が流れる方向に直交する方向における接続線５の断面積、つまり３本（複数）の並列接続線５ａ〜５ｃの断面積の合計を従来の接続線（図示せず）の断面積よりも大きくすることができる。そのため、接続線５の抵抗を従来よりも小さく抑えることが容易である。また、複数の並列接続線５ａ〜５ｃは、平面透視で互いに重なるように設けられている。そのため、接続線５と接地導体層６とが対向し合う面積を従来の接続線と同じ程度に抑えることができる。そのため、接続線５と接地導体層６との間に余計なキャパシタンスが生じることが効果的に抑制される。したがって、接続線５の電気抵抗が低く、かつフィルタ回路４における減衰特性が良好な配線基板９を提供することができる。

複数の並列接続線５ａ〜５ｃは、例えば図３に示すように、平面透視において互いにちょうど重なり合うように配置される。なお、図３は、図１に示す配線基板９の要部を透視して示す平面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

この例においては、複数の並列接続線５ａ〜５ｃは互いに同じパターンおよび寸法であり、平面透視において、絶縁基板１の互いに同じ位置に配置されている。この場合には、複数の並列接続線５ａ〜５ｃのそれぞれの幅の合計が同じであるとき、平面透視において接続線５と接地導体層６とが対向し合う面積を最小に抑えることができる。そのため、接続線５と接地導体層６との間に生じる余計なキャパシタンスを小さく抑えることができる。

接続線５は、配線導体３とフィルタ回路４とを電気的に接続する際の電気抵抗をできるだけ小さく抑えることが好ましいため、配線導体３に対する接点と、フィルタ回路４に対する接点との間を直線状に結ぶパターンであることが好ましい。すなわち、接続線５は、直線状のパターン（線分）で設けられている。

なお、接続線５は、２本の並列接続線（図示せず）からなるものでもよく、４本以上の並列接続線（図示せず）からなるものでもよい。

並列接続線５ａ〜５ｃは、接続線５における電気抵抗を小さく抑えることや、接続線５と接地導体層６との対向面積を小さく抑える（キャパシタンスを小さく抑える）上では、数が多いほどよい。しかし、並列接続線５ａ〜５ｃが多くなると、それに応じて、これらの並列接続線５ａ〜５ｃが配置される誘電体層２の層間の数、つまり誘電体層２の積層数も多くなるため、絶縁基板１の薄型化が妨げられる可能性がある。そのため、並列接続線５ａ〜５ｃは、２〜４つの層間に設けられたものであることが好ましい。

また、例えば図４に示すように、複数の並列接続線５ａ〜５ｃが３本またはそれ以上であり、３本の並列接続線５ａ〜５ｃのうち上下端に位置する並列接続線５ａ、５ｃの幅が、上下方向の中央部に位置する並列接続線５ｂの幅よりも小さいものであってもよい。この場合にも、接続線５と接地導体層６との間に余計なキャパシタンスが生じることを抑制することができる。なお、図４は、図１に示す配線基板９の変形例における要部を透視して示す平面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

また、並列接続線５ａ〜５ｃのうち接地導体層６に近いものの幅が比較的小さいため、余計なキャパシタンスの発生を抑えることがより容易である。

また、複数の並列接続線５ａ〜５ｃのうち上下端のもの５ａ、５ｃの幅が他のもの５ｂの幅よりも小さいため、配線基板９の製造工程において、上下端の並列接続線５ａ〜５ｃと、中央部の並列接続線５ｂとの位置合わせが容易である。そのため、配線基板９として
の生産性も高い。

実施例の配線基板および比較例の配線基板を作製して、配線基板としての電気特性を比較した。実施例の配線基板および比較例の配線基板ともに、以下の設定とした。すなわち、酸化ケイ素−酸化マグネシウム−酸化マグネシウム系のガラス材料および酸化アルミニウムを主原料とするガラスセラミック焼結体からなる、１辺の長さが12ｍｍの正方形板状で、厚さが100μｍの誘電体層を５層積層して絶縁基板を作製した。最上層および最下層
の誘電体層に接地導体層を設けた。上から２〜４層目の誘電体層に配線導体の主要部分およびフィルタ回路を設けた。最上層の誘電体層には、配線導体の一部を露出させて端子とした。フィルタ回路は誘電体層内に、幅75ｕｍのラインを設けてインダクタを構成し、一辺の長さが200ｕｍ以上の矩形のパターンを設けてキャパシタを構成し、ローパスフィル
タとした。

配線導体を構成する折れ線状パターン、フィルタ回路のうちキャパシタを構成する並行平板状パターン、フィルタ回路のうちインダクタを構成するコイル状パターン、フィルタ回路内でキャパシタ・インダクタをそれぞれ接続するための直線状パターン、および接続線は、いずれも銅のメタライズ層により形成した。銅のメタライズ層の厚みは、約15μｍとした。

実施例の配線基板において、接続線は、長さが2.3ｍｍ、幅が0.075ｍｍの直線状パターンの並列接続線を、２〜４層目の誘電体層に、平面透視で互いに重なり合うように設けてなるものとした。上下の並列接続線同士の電気的な接続は、誘電体層を厚み方向に貫通する貫通導体を介して行なった。貫通導体も、銅のメタライズにより設けた。配線導体およびフィルタ回路それぞれの接続線との接点は、３層目の誘電体層２に配置した。

比較例の配線基板において、接続線は、３層目の誘電体層に、長さが約2.3ｍｍ、幅が
約0.1ｍｍの直線状パターンで設けた。

この実施例および比較例で設定している通過域の周波数は、1710〜1910ＭＨｚ（1.71〜1.91ＧＨｚ）であった。また、この実施例および比較例で設定している減衰域の周波数は、3420〜3820ＭＨｚ（3.42〜3.82ＧＨｚ）および5130〜5730ＭＨｚ（5.13〜5.73ＧＨｚ）であった。通過域の周波数帯については、携帯電話のDCS(Digital Cellular System)方式で使用される周波数帯を想定したものであった。また携帯電話などの通信分野で使用されるフィルタ回路は、基本信号の整数倍の周波数で発生する高調波信号を除去する目的のものが多いため、減衰域の周波数帯については、通過域の２倍波、３倍波を想定して設定した。

上下の並列接続線同士の電気的な接続は、誘電体層を厚み方向に貫通する貫通導体を介して行なった。貫通導体も、銅のメタライズにより設けた。配線導体およびフィルタ回路それぞれの接続線との接点は、３層目の誘電体層に配置した。

図５に、実施例の配線基板および比較例の配線基板それぞれにおける減衰特性を示す。図５において、実施例の配線基板の特性を実線で示し、比較例の配線基板の特性を破線で示している。減衰特性については、比較例の配線基板では10〜20ｄＢであったのに対して、実施例の配線基板では減衰特性は25ｄＢ以上となった。
以上の結果より、複数の並列接続線で接続線を形成したことによる効果を確認することができた。つまり、実施例の配線基板は、比較例の配線基板に対して、減衰特性が良好であり、通過帯域の信号のロスがより小さく抑えられている。

１・・・・絶縁基板
２・・・・誘電体層
３・・・・配線導体
３ａ・・・端子
４・・・・フィルタ回路
５・・・・接続線
５ａ〜５ｃ・・並列接続線
６・・・・接地導体層
９・・・・配線基板

Claims

複数の誘電体層が積層されてなる絶縁基板と、
該絶縁基板の内部に設けられたフィルタ回路と、
前記絶縁基板に設けられており、外部電気回路と電気的に接続される部分を有する配線導体と、
前記フィルタ回路と前記配線導体を電気的に接続する接続線と、
前記絶縁基板に、前記フィルタ回路および前記接続線を挟んで対向するように設けられた一対の接地導体層とを備えており、
前記接続線は、互いに並列に接続された複数の並列接続線からなり、
該複数の並列接続線は、前記複数の誘電体層の複数の層間に、平面透視で互いに重なるように設けられていることを特徴とする配線基板。
前記複数の並列接続線が３本以上の並列接続線であり、３本以上の前記並列接続線のうち上端および下端に位置するものの幅が、上下方向の中央部に位置するものの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の配線基板。