JP2015226311A

JP2015226311A - 配線基板

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Publication number: JP2015226311A
Application number: JP2014112250A
Authority: JP
Inventors: 久義和田; Hisayoshi Wada
Original assignee: Kyocera Circuit Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Circuit Solutions Inc
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-14
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: JP6313124B2

Abstract

【課題】特定の周波数において共振することがなく、それにより信号の透過損失が特定の周波数において大きくなることのない配線基板を提供すること。
【解決手段】中層の接地導体層５に、信号用のコネクタ接続パッド２の両側に配置された接地用のコネクタ接続パッド３ｂの一方から他方にかけた領域に対向して延在するインピーダンス整合用パターン５ｂを有するが配設されており、このインピーダンス整合用パターン５ｂとこれに対向する下層の接地導体層４との間が、帯状配線導体２を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで配列されたビア導体６ａにより接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品の性能を評価するため等に用いられる配線基板に関するものである。

電子部品の性能を評価するために用いられる配線基板は、例えば図５に上面図で示すように、絶縁基板１１の上面に信号用の帯状配線導体１２と、広面積の接地導体層１３とを備えている。絶縁基板１１上面の帯状配線導体１２は、その両側を接地導体層１３により挟まれており、いわゆるコプレナー線路を形成している。このコプレナー線路は、一端部に電子部品の電極が接続される電子部品接続部Ａを有し、他端部に測定装置の同軸コネクタが接続されるコネクタ接続部Ｂを有している。電子部品接続部Ａでは、帯状配線導体１２の一部が電子部品の信号用電極に接続するための信号用の電子部品接続パッド１２ａを形成しており、接地導体層１３の一部が電子部品の接地用電極に接続するための接地用の電子部品接続パッド１３ａを形成している。また、コネクタ接続部Ｂでは、帯状配線導体１２の一部が同軸コネクタの信号用端子に接続するための信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを形成しており、接地導体層１３の一部が同軸コネクタの接地用端子に接続するための接地用のコネクタ接続パッド１３ｂを形成している。

ところで、電子部品接続部Ａにおける帯状配線導体１２は、狭い線幅および狭いピッチで形成されている。これは、微細で狭ピッチな電子部品の電極と接続可能とするためである。他方、コネクタ接続部Ｂにおける帯状配線導体１２は、広い幅および広いピッチで形成されている。これは、電子部品の電極よりもはるかに大きくピッチの広い同軸コネクタと接続可能とするためである。そして、電子部品接続部Ａとコネクタ接続部Ｂとの間における帯状配線導体１２は、その幅およびピッチが電子部品接続部Ａからコネクタ接続部Ｂに向けて徐々に広くなっている。また、これに対応するように、電子部品接続部Ａとコネクタ接続部Ｂとの間では、帯状配線導体１２と接地導体層１３との間隔も電子部品接続部Ａからコネクタ接続部Ｂに向けて徐々に広くなっている。これにより、コプレナー線路の特性インピーダンスが所定の値に整合される。さらに、コネクタ接続部Ｂにおいては、帯状配線導体１２と接地導体層１３との間隔は、同軸コネクタの信号端子および接地端子の配置に対応するように、信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを除く部位の帯状配線導体１２と接地導体層１３との間隔よりも一段と広くなっている。

なお、この配線基板は、図６に示すように多層構造をしている。図６は、図５のＩ−Ｉ切断線における断面図である。絶縁基板１１は、上層の絶縁層１１ａと下層の絶縁層１１ｂとを積層して成る。上層の絶縁層１１ａの上面には上述した帯状配線導体１２および上層の接地導体層１３が配設されている。絶縁層１１ｂの下面には下層の接地導体層１４が配設されている。絶縁層１１ａと１１ｂとの間には中層の接地導体層１５が配設されている。これらの接地導体層１３〜１５の間は、ビア導体１６により互いに接続されている。

ここで、図７に帯状配線導体１２と接地導体層１３〜１５とビア導体１６のみを抜き出した状態を分解斜視図で示す。上層の接地導体層１３と中層の接地導体層１５とを接続するビア導体１６は、上層の接地導体層１３の縁に沿って多数個が配置されている。中層の接地導体層１５と下層の接地導体層１４との間も同様に配置された多数個のビア導体１６によって接続されている。

下層の接地導体層１４は、略全面ベタ状であり、上層の接地導体層１３から帯状配線導体１２にかけた領域を含む領域に対向して延在している。

中層の接地導体層１５には、信号用の電子部品接続パッド１２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを除く部位の帯状配線導体１２と対向する領域に、帯状配線導体１２よりも幅の広い開口部１５ａが形成されている。これにより帯状配線導体１２の信号用の電子部品接続パッド１２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを除く部位が、中層の接地導体層１５を介することなく、絶縁層１１ａ，１１ｂを挟んで下層の接地導体層１４と対向している。そして、信号用の電子部品接続パッド１２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを除く部位の帯状配線導体１２が中層の接地導体層１５を介することなく、絶縁層１１ａ，１１ｂを挟んで下層の接地導体層１４と対向することによりこの部位における帯状配線導体１２の特性インピーダンスが所定の値に整合されている。

さらに、中層の接地導体層１４は、コネクタ接続部Ｂにおける信号用のコネクタ接続パッド１２の両側に隣接する接地用のコネクタ接続パッド１３ｂの一方から他方にかけての領域の下に信号用のコネクタ接続パッド１２ｂに対向して延在するインピーダンス整合用パターン１５ｂを有している。コネクタ接続部Ｂでは、上述したように、帯状配線導体１２と上層の接地導体層１３との間隔が信号用のコネクタ接続パッド１２ｂを除く部位の帯状配線導体１２と上層の接地導体層１３との間隔よりも一段と広くなっている。そのため、信号用のコネクタ接続パッド１２ｂと接地用コネクタ接続パッド１３ｂとの間の静電容量が低下する。インピーダンス整合用パターン１５ｂは、この静電容量の低下を補うためのものである。下層の接地導体層層１４よりも信号用のコネクタ接続パッド１２ｂとの距離が近い中層の接地導体層１５にインピーダンス整合用パターン１５ｂを設けることにより、信号用のコネクタ接続パッド１２ｂとインピーダンス整合用パターン１５ｂとの間に形成される静電容量を大きくすることができる。それにより、信号用のコネクタ接続パッド１２ｂと接地用のコネクタ接続パッド１３ｂとの間の静電容量が低下した分が補われて、信号用のコネクタ接続パッド１２ｂの特性インピーダンスが所定の値に整合される。

特開２００５−２７７０２３号公報

しかしながら、上述した従来の配線基板によると、特定の周波数において共振が発生し、そのため、信号の透過損失がその共振周波数において大きくなってしまうという問題があった。本願発明者は、かかる問題点に関して鋭意研究の結果、その共振がインピーダンス整合用パターンに起因して発生していることを突き止め、本発明を案出するに至った。本発明が解決しようとする課題は、特定の周波数において共振することがなく、それにより信号の透過損失が特定の周波数において大きくなることのない配線基板を提供することを課題とする。

本発明の配線基板は、
少なくとも下層の絶縁層と上層の絶縁層とを有する絶縁基板と、
前記上層の絶縁層の上面に配設されており、一端部に電子部品の信号用電極が接続される信号用の電子部品接続パッドを有するとともに他端部に測定装置に接続するためのコネクタの信号用端子が接続される信号用のコネクタ接続パッドを有する信号用の帯状配線導体と、
前記上層の絶縁層の上面に配設されており、前記帯状配線導体の両側に沿って該帯状配線導体から所定の間隔を空けて延在し、前記電子部品の接地用電極が接続される接地用の電子部品接続端子を前記信号用の電子部品接続パッドの両側に隣接して有するとともに前記コネクタの接地用端子が接続される接地用のコネクタ接続端子を前記信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接して有する上層の接地導体層と、
前記下層の絶縁層の下面に配設されており、前記上層の接地導体層から前記帯状配線導体にかけた領域を含む領域に対向して延在する下層の接地導体層と、を有し、
前記信号用のコネクタ接続パッドと前記接地用のコネクタ接続パッドとの間隔が、該信号用のコネクタ接続パッドを除く部位の前記帯状配線導体と前記上層の接地導体層との間隔よりも広く形成されて成る配線基板であって、
前記上層の絶縁層と前記下層の絶縁層との間に、前記信号用の電子部品接続パッドおよび前記信号用のコネクタ接続パッドを除く部位の前記帯状配線導体と対向する領域に該帯状配線導体よりも広い幅の開口部を有するとともに、前記信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接する前記接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方にかけた領域の下を前記信号用のコネクタ接続パッドに対向して延在するインピーダンス整合用パターンを有する中層の接地導体層が配設されており、該インピーダンス整合用パターンと前記下層の接地導体層との間が、前記帯状配線導体を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで前記接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方に向けて配列されたビア導体により接続されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、信号用の電子部品接続パッドおよび信号用のコネクタ接続パッドを有する帯状の配線導体と、接地用のコネクタ接続パッドを信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接して有する上層の接地導体層とが上面に配設された上層の絶縁層と、下層の接地導体層が下面に配設された下層の絶縁層との間に、信号用の電子部品接続パッドおよび信号用のコネクタ接続パッドを除く部位の帯状配線導体と対向する領域に帯状配線導体よりも広い幅の開口部を有するとともに、信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接する接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方にかけた領域の下を信号用のコネクタ接続パッドに対向して延在するインピーダンス整合用パターンを有する中層の接地導体層が配設されており、インピーダンス整合用パターンと下層の接地導体層との間が、帯状配線導体を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方に向けて配列されたビア導体により接続されていることから、インピーダンス整合用パターンに特定の周波数で共振が発生することを有効に防止することができる。その結果、信号の透過損失が特定の周波数において大きくなることのない配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す上面図である。図２は、図１に示す配線基板のＩ−Ｉ切断線における断面図である。図３は、図１および図２に示す配線基板の導体層のみを抜き出して示した分解斜視図である。図４は、本発明の配線基板および従来の配線基板を基に作成した解析モデルを電磁界シミュレーターを用いてシミュレーションした結果を示すグラフである。図５は、従来の配線基板を示す上面図である。図６は、図５に示す配線基板のＩ−Ｉ切断線における断面図である。図７は、図５および図６に示す配線基板の導体層のみを抜き出して示した分解斜視図である。

次に、本発明の配線基板の実施形態の一例を図１〜図３を基に説明する。

本例の配線基板は、図１に上面図で示すように、絶縁基板１の上面に信号用の帯状配線導体２と、広面積の上層の接地導体層３とを備えている。絶縁基板１上面の帯状配線導体２はその両側を接地導体層３により挟まれており、いわゆるコプレナー線路を形成している。このコプレナー線路は、一端部に電子部品の電極が接続される電子部品接続部Ａを有し、他端部に測定装置の同軸コネクタが接続されるコネクタ接続部Ｂを有している。電子部品接続部Ａでは、帯状配線導体２の一部が電子部品の信号用電極に接続するための信号用の電子部品接続パッド２ａを形成しており、接地導体層３の一部が電子部品の接地用電極に接続するための接地用の電子部品接続パッド３ａを形成している。また、コネクタ接続部Ｂでは、帯状配線導体２の一部が同軸コネクタの信号用端子に接続するための信号用のコネクタ接続パッド２ｂを形成しており、接地導体層３の一部が同軸コネクタの接地用端子に接続するための接地用のコネクタ接続パッド３ｂを形成している。

ところで、電子部品接続部Ａにおける帯状配線導体２は、例えば１００μｍ程度の狭い線幅および３００μｍ程度の狭いピッチで形成されている。これは、微細で狭ピッチな電子部品の電極と接続可能とするためである。他方、コネクタ接続部Ｂにおける帯状配線導体２は、例えば４００μｍ程度の広い幅および３．５ｍｍ程度の広いピッチで形成されている。これは、電子部品の電極よりもはるかに大きくピッチの広い同軸コネクタと接続可能とするためである。そして、電子部品接続部Ａとコネクタ接続部Ｂとの間における帯状配線導体２は、その幅およびピッチが電子部品接続部Ａからコネクタ接続部Ｂに向けて徐々に広くなっている。また、これに対応するように、電子部品接続部Ａとコネクタ接続部Ｂとの間では、帯状配線導体２と接地導体層３との間隔も電子部品接続部Ａからコネクタ接続部Ｂに向けて例えば５０μｍ〜３００ｍｍ程度の範囲で徐々に広くなっている。これにより、コプレナー線路の特性インピーダンスが所定の値に整合される。さらに、コネクタ接続部Ｂにおいては、帯状配線導体２と接地導体層３との間隔は、例えば１ｍｍ程度であり、同軸コネクタの信号端子および接地端子の配置に対応するように、信号用のコネクタ接続パッド２ｂを除く部位の帯状配線導体２と接地導体層３との間隔よりも一段と広くなっている。

なお、この配線基板は、図２に示すように多層構造をしている。図２は、図１のＩ−Ｉ切断線における断面図である。絶縁基板１は、上層の絶縁層１ａと下層の絶縁層１ｂとを積層して成る。これらの絶縁層１ａ，１ｂは、例えばガラスクロス入りのアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂層から成る。絶縁層１ａ，１ｂの厚みは、例えば１００μｍ程度である。上層の絶縁層１ａの上面には帯状配線導体２および上層の接地導体層３が配設されている。絶縁層１ｂの下面には下層の接地導体層４が配設されている。絶縁層１ａと１ｂとの間には中層の接地導体層５が配設されている。これらの接地導体層３〜５の間は、ビア導体６により互いに接続されている。帯状配線導体２および接地導体層３，４，５は、例えば厚みが１０μｍ程度の銅箔から成る。ビア導体６は、銀で被覆された銅粉末および錫を含む低融点半田粉末と架橋剤としてのトリアリルイソシアヌレート等を含む金属ペーストを熱硬化させた導電材料から成る。ビア導体６の直径は、例えば１００μｍ程度である。

ここで、図３に帯状配線導体２と接地導体層３，４，５とビア導体６のみを抜き出した状態を分解斜視図で示す。上層の接地導体層３と中層の接地導体層５とを接続するビア導体６は、上層の接地導体層３の縁に沿って多数個が配置されている。中層の接地導体層５と下層の接地導体層４とを接続するビア導体６も、同様に配置された多数個のビア導体６を含んでいる。

下層の接地導体層４は、略全面ベタ状であり、上層の接地導体層３から帯状配線導体２にかけた領域を含む領域に対向して延在している。

中層の接地導体層５には、信号用の電子部品接続パッド２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド２ｂを除く部位の帯状配線導体２と対向する領域に帯状配線導体２よりも幅の広い開口部５ａが形成されている。開口部５ａの幅は、例えば信号用の電子部品接続パッド２ａ側で２００μｍ程度、信号用のコネクタ接続パッド２ｂ側で１．２ｍｍ程度である。これにより帯状配線導体２の信号用の電子部品接続パッド２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド２ｂを除く部位が、中層の接地導体層５を介することなく、絶縁層１ａおよび１ｂを挟んで下層の接地導体層４と対向している。そして、信号用の電子部品接続パッド２ａおよび信号用のコネクタ接続パッド２ｂを除く部位の帯状配線導体２が中層の接地導体層５を介することなく、絶縁層１ａおよび１ｂを挟んで下層の接地導体層４と対向することにより、この部位における帯状配線導体２の特性インピーダンスが所定の値に整合されている。

さらに、中層の接地導体層４は、コネクタ接続部Ｂにおける信号用のコネクタ接続パッド２ｂの両側に隣接する接地用のコネクタ接続パッド３ｂの一方から他方にかけての領域の下に信号用のコネクタ接続パッド２ｂに対向して延在するインピーダンス整合用パターン５ｂを有している。コネクタ接続部Ｂでは、上述したように、帯状配線導体２と上層の接地導体層３との間隔が信号用のコネクタ接続パッド２ｂを除く部位の帯状配線導体２と上層の接地導体層３との間隔よりも一段と広くなっている。そのため、信号用のコネクタ接続パッド２ｂと接地用コネクタ接続パッド３ｂとの間の静電容量が低下する。インピーダンス整合用パターン５ｂは、この静電容量の低下を補うためのものである。下層の接地導体層層４よりも信号用のコネクタ接続パッド２ｂとの距離が近い中層の接地導体層５にインピーダンス整合用パターン５ｂを設けることにより、信号用のコネクタ接続パッド２ｂとインピーダンス整合用パターン５ｂとの間に形成される静電容量を大きくすることができる。それにより、信号用のコネクタ接続パッド２ｂと接地用のコネクタ接続パッド３ｂとの間の静電容量が低下した分が補われて、信号用のコネクタ接続パッド２ｂの特性インピーダンスが所定の値に整合される。

そして、本例の配線基板においては、インピーダンス整合用パターン５ｂとこれに対向する下層の接地導体層４との間が、帯状配線導体２を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで接地用のコネクタ接続パッド３ｂの一方から他方に向けて配列された多数のビア導体６ａにより接続されている。例えば、帯状配線導体２を伝送される信号の周波数が３０ＧＨｚである場合、ビア導体６ａの配列ピッチは、２５０μｍ以下とすればよい。このように、本例の配線基板においては、インピーダンス整合用パターン５ｂと下層の接地導体層４との間が、帯状配線導体２を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで接地用のコネクタ接続パッド３ｂの一方から他方に向けて配列された多数のビア導体６により接続されていることから、インピーダンス整合用パターン５ｂに特定の周波数で共振が発生することを有効に防止することができる。その結果、信号の透過損失が特定の周波数において大きくなることのない配線基板を提供することができる。

本願発明者が図５〜図７に示した従来の配線基板を基に作成した解析モデルと、図１〜図３に示した本発明の配線基板を基に作成した解析モデルとで、電磁界シミュレーターを用いて信号の透過損失をシミュレーションした結果を図４に示す。図４に示すように、従来の解析モデルでは、３２．６ＧＨｚ付近で共振が発生して透過損失が大きくなっていることが分かる。これに対して、本発明の解析モデルでは、４０ＧＨｚまで共振が起こらずに透過損失が大きくなることがないことが分かる。

１・・絶縁基板
１ａ・・上層の絶縁層
１ｂ・・下層の絶縁層
２・・信号用の帯状配線導体
２ａ・・信号用の電子部品接続パッド
２ｂ・・信号用のコネクタ接続パッド
３・・上層の接地導体層
３ａ・・接地用の電子部品接続パッド
３ｂ・・接地用のコネクタ接続パッド
４・・下層の接地導体層
５・・中層の接地導体層
５ａ・・開口部
５ｂ・・インピーダンス整合用パターン

Claims

少なくとも下層の絶縁層と上層の絶縁層とを有する絶縁基板と、
前記上層の絶縁層の上面に配設されており、一端部に電子部品の信号用電極が接続される信号用の電子部品接続パッドを有するとともに他端部に測定装置に接続するためのコネクタの信号用端子が接続される信号用のコネクタ接続パッドを有する信号用の帯状配線導体と、
前記上層の絶縁層の上面に配設されており、前記帯状配線導体の両側に沿って該帯状配線導体から所定の間隔を空けて延在し、前記電子部品の接地用電極が接続される接地用の電子部品接続端子を前記信号用の電子部品接続パッドの両側に隣接して有するとともに前記コネクタの接地用端子が接続される接地用のコネクタ接続端子を前記信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接して有する上層の接地導体層と、
前記下層の絶縁層の下面に配設されており、前記上層の接地導体層から前記帯状配線導体にかけた領域を含む領域に対向して延在する下層の接地導体層と、を有し、
前記信号用のコネクタ接続パッドと前記接地用のコネクタ接続パッドとの間隔が、該信号用のコネクタ接続パッドを除く部位の前記帯状配線導体と前記上層の接地導体層との間隔よりも広く形成されて成る配線基板であって、
前記上層の絶縁層と前記下層の絶縁層との間に、前記信号用の電子部品接続パッドおよび前記信号用のコネクタ接続パッドを除く部位の前記帯状配線導体と対向する領域に該帯状配線導体よりも広い幅の開口部を有するとともに、前記信号用のコネクタ接続パッドの両側に隣接する前記接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方にかけた領域の下を前記信号用のコネクタ接続パッドに対向して延在するインピーダンス整合用パターンを有する中層の接地導体層が配設されており、該インピーダンス整合用パターンと前記下層の接地導体層との間が、前記帯状配線導体を伝送される信号の波長の４分の１以下のピッチで前記接地用のコネクタ接続パッドの一方から他方に向けて配列されたビア導体により接続されていることを特徴とする配線基板。