JP2019029396A

JP2019029396A - 電子装置

Info

Publication number: JP2019029396A
Application number: JP2017144474A
Authority: JP
Inventors: 良輔大村; Ryosuke Omura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-21
Also published as: DE102018206740A1

Abstract

【課題】高周波信号を伝送する配線の線幅に制約を受けることなく、信号伝送時の損失の低減と、電子部品の耐振動性及び耐衝撃性の向上とを両立する。
【解決手段】筐体２と、絶縁層１２を有する多層配線基板５とを備えた電子装置１は、多層配線基板の表面に設けられ、高周波用電子部品７が実装される表層導体１４，１５と、多層配線基板の内部において表層導体と電気的に接続して設けられ、高周波信号を伝送する配線を有する高周波用導体層２３と、多層配線基板の内部に設けられ、高周波用導体層よりも幅広なグランド層２４とを備える。配線の面のうちグランド層側の面の粗度は所定粗度よりも小さく、表層導体と絶縁層との界面の粗度は所定粗度よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置に関する。

例えばミリ波レーダ等の電子装置の内部に設けられる配線基板には高周波信号を処理する高周波用ＩＣが実装されている。その配線基板では、信号伝送時の損失を低減するために例えば銅箔等の金属箔からなる配線の粗度を小さくすることが必要となる。しかしながら、配線の粗度を小さくすると、アンカー効果が低減し、ピール強度が低下するので、振動や衝撃が加わった際に電子部品の荷重により配線の剥離が生じる虞がある。特許文献１には、配線の線幅が細ければ粗度を小さくしても剥離が生じず、又、グランド層と絶縁層との界面の粗度を大きくしても信号伝送時の損失への影響が殆どないことに着目した技術が開示されている。特許文献１には、配線の線幅を細くして粗度を小さくすると共にグランド層と絶縁層との界面の粗度を大きくすることで、信号伝送時の損失の低減と電子部品の耐振動性及び耐衝撃性の向上とを両立する構成が開示されている。

特開２００１−１０２６９６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、配線の線幅を例えば０．５ｍｍ以下として微細とする必要があり、配線の線幅に制約を受ける。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波信号を伝送する配線の線幅に制約を受けることなく、信号伝送時の損失の低減と電子部品の耐振動性及び耐衝撃性の向上とを適切に両立することができる電子装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、表層導体（１４，１５，５５）は、絶縁層（１２，３２，４２，５２）を有する多層配線基板（５，３１，４１，５１）の表面に設けられ、高周波用電子部品（７）が実装される。高周波用導体層（２３，４５）は、多層配線基板の内部において表層導体と電気的に接続して設けられ、高周波信号を伝送する配線を有する。グランド層（２４）は、多層配線基板の内部に設けられ、高周波用導体層よりも幅広である。配線の面のうちグランド層側の面の粗度は所定粗度よりも小さく、表層導体と絶縁層との界面の粗度は所定粗度よりも大きい。

高周波用導体層を、多層配線基板のうち高いピール強度が求められる表面に設けるのではなく、配線の剥離が生じる虞のない内部に設け、高周波信号を伝送する配線の面のうちグランド層側の面の粗度を所定粗度よりも小さくしたので、配線の線幅に制約を受けずに信号伝送時の損失を低減することができる。又、表層導体を、多層配線基板の表面に設け、表層導体と絶縁層との界面の粗度を所定粗度よりも大きくしたので、アンカー効果を増大させ、ピール強度を高めることができる。これにより、高周波信号を伝送する配線の線幅に制約を受けることなく、信号伝送時の損失の低減と電子部品の耐振動性及び耐衝撃性の向上とを適切に両立することができる。

第１の実施形態を示し、電子装置の縦断側面図多層配線基板の一部の縦断側面図粗度と信号伝送時の損失との関係を示す図第２の実施形態を示し、多層配線基板の一部の縦断側面図第３の実施形態を示し、多層配線基板の一部の縦断側面図第４の実施形態を示し、多層配線基板の一部の縦断側面図第５の実施形態を示し、多層配線基板の一部及び筐体の一部の縦断側面図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図３を参照して説明する。電子装置１は、例えばミリ波レーダ等の高周波信号を処理する電子装置である。図１に示すように、電子装置１において、筐体２は、それぞれ非金属部材から構成されている上側部材３と下側部材４とが接合されて構成されている。上側部材３と下側部材４とが接合される態様は、例えばネジ止めや接着剤による接着等のどのような態様でも良い。又、下側部材４が金属部材から構成されていても良い。

筐体２の内部には多層配線基板５が配置されている。多層配線基板５は、その基板面内方向の端部においてネジ６ａ，６ｂにより下側部材４の取り付け部４ａ，４ｂに対してネジ止めされて固定されている。多層配線基板５が下側部材４に固定される態様は、ネジ止め以外の態様でも良く、例えばゴム押さえで固定される態様でも良い。多層配線基板５の上面５ａには１ＧＨｚ以上の高周波信号を処理する１個の高周波用ＩＣ７（高周波用電子部品に相当する）が実装されている。多層配線基板５の下面５ｂには低周波信号を処理する４個の低周波用ＩＣ８〜１１が実装されている。高周波用ＩＣや低周波用ＩＣの個数は例示した以外の個数でも良い。

高周波用ＩＣ７及び低周波用ＩＣ８が実装されている態様について説明する。図２に示すように、多層配線基板５は、その上面５ａから下面５ｂまでの全体が絶縁層１２である。絶縁層１２は、その全体が低誘電基材１３により構成されている。低誘電基材１３は、例えば１ＧＨｚにおける誘電率が３．５以下である材料からなる基材である。

多層配線基板５の上面５ａには、例えば銅箔等の金属箔からなる表層導体１４，１５が形成されている。高周波用ＩＣ７は、はんだ１６，１７を介して表層導体１４，１５と電気的に接続され、多層配線基板５の上面５ａに実装されている。多層配線基板５の下面５ｂには、例えば銅箔等の金属箔からなる表層導体１８〜２０が形成されている。低周波用ＩＣ８は、はんだ２１，２２を介して表層導体１９，２０と電気的に接続され、多層配線基板５の下面５ｂに実装されている。尚、低周波用ＩＣ９〜１１も同様の態様で多層配線基板５の下面５ｂに実装されている。

多層配線基板５の内部には、上面５ａから下面５ｂにかけて高周波用導体層２３、グランド層２４、低周波用導体層２５〜２７が配置されている。高周波用導体層２３は、高周波用ＩＣ７が処理する高周波信号を伝送する配線として線幅が１ｍｍ以下の配線を有し、表層導体１５とビア２８を介して電気的に接続されている。高周波用導体層２３に形成されている配線は、高周波信号（無線信号に相当する）の送受信用のアンテナパターンを含む。尚、高周波用導体層２３は、表層導体１４ともビア（図示せず）を介して電気的に接続されていても良い。このような構成では、高周波用ＩＣ７が処理する高周波信号は、表層導体１５と高周波用導体層２３との間でビア２８を介して伝送され、表層導体１５において多層配線基板５の基板面内方向に伝送する高周波信号の伝送距離は１０ｍｍ以下である。グランド層２４は、線幅が１ｍｍ以上の配線を有し、高周波用導体層２３よりも幅広なサイズで構成されており、アンテナパターンのグランドとして機能する。低周波用導体層２５〜２７は、それぞれ低周波信号を伝送する配線を有し、表層導体１８〜２０とビア（図示せず）を介して電気的に接続されていても良い。

高周波用導体層２３に形成されている配線の面２３ａ，２３ｂのうちグランド層２４側の面２３ｂの粗度は、所定粗度よりも小さく形成されている。このような構成により、高周波用導体層２３の配線に流れる高周波信号の信号伝送時の損失を低減している。又、表層導体１４の面１４ａ，１４ｂのうち多層配線基板５に接している面１４ｂ及び表層導体１５の面１５ａ，１５ｂのうち多層配線基板５に接している面１５ｂ、即ち、表層導体１４，１５と絶縁層１２との界面の粗度は、所定粗度よりも大きく形成されている。このような構成により、表層導体１４，１５と絶縁層１２との界面でアンカー効果を増大させ、ピール強度を高めている。

尚、高周波用導体層２３の配線の面２３ａ，２３ｂのうち表層導体１５側の面２３ａの粗度は、どのような粗度であっても良い。又、表層導体１４の面１４ａ，１４ｂのうち多層配線基板５に接していない面１４ａ及び表層導体１５の面１５ａ，１５ｂのうち多層配線基板５に接していない面１５ａの粗度も、どのような粗度であっても良い。更に、グランド層２４の何れの面２４ａ，２４ｂの粗度も、どのような粗度であっても良い。

図３は、高周波用導体層２３の配線の線幅を１ｍｍとし、グランド層２４の配線の線幅を１ｍｍ以上としたときの表層導体１４，１５と絶縁層１２との界面の粗度と信号伝送時の損失との関係を示している。電子装置１の製品として許容される損失である許容損失を１ｄＢ／１０ｍｍ以下とすると、粗度が約０．２μｍ及び約０．３μｍであるときには許容損失を超えず、粗度が約２μｍであるときに許容損失を超えることを測定により得た。この場合、粗度は、算術平均粗さ（Ｒａ）を示し、高さ方向のパラメータを示す。即ち、高周波用導体層２３の配線の線幅を１ｍｍとし、グランド層２４の配線の線幅を１ｍｍ以上とした条件では、表層導体１４，１５と絶縁層１２との界面の粗度が約０．４μｍ以下であれば、電子装置１の製品として許容される損失に抑えることができる。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
電子装置１において、高周波用導体層２３を、多層配線基板５のうち高いピール強度が求められる表面に設けるのではなく、配線の剥離が生じる虞のない内部に設け、配線の面２３ａ，２３ｂのうちグランド層２４側の面２３ｂの粗度を所定粗度よりも小さくしたので、配線の線幅に制約を受けずに信号伝送時の損失を低減することができる。又、表層導体１４，１５を多層配線基板５の表面に設け、表層導体１４，１５と絶縁層１２との界面の粗度を所定粗度よりも大きくしたので、アンカー効果を増大させ、ピール強度を高めることができる。これにより、高周波信号を伝送する配線の線幅に制約を受けることなく、信号伝送時の損失の低減と高周波用ＩＣ７の耐振動性及び耐衝撃性の向上とを適切に両立することができる。

又、電子装置１において、高周波用導体層２３とグランド層２４との間を低誘電基材１３としたので、高周波用導体層２３の配線の下側の面２３ｂから放射されてグランド層２４に到達する高周波信号の損失を抑えることができる。又、電子装置１において、表層導体１４，１５とグランド層２４との間も低誘電基材１３としたので、高周波用導体層２３の配線の上側の面２３ａから放射されてグランド層２４に到達する高周波信号の損失も抑えることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。前述した第１の実施形態は、多層配線基板５における絶縁層１２の全体が低誘電基材１３により構成されているが、第２の実施形態は、多層配線基板における絶縁層の一部が高ピール強度基材により構成されている。

多層配線基板３１は、その上面３１ａから下面３１ｂまでの全体が絶縁層３２である。絶縁層３２は、多層配線基板３１の上面３１ａから下面３１ｂにかけて高ピール強度基材３３、第１の低誘電基材３４、第２の低誘電基材３５、高ピール強度基材３６の４層が積層されて構成されている。高ピール強度基材３３，３６は、例えば高弾性樹脂を含む基材である。高周波用導体層２３は、高ピール強度基材３３と第１の低誘電基材３４との界面において第１の低誘電基材３４側に配置されている。グランド層２４は、第１の低誘電基材３４と第２の低誘電基材３５との界面において第１の低誘電基材３４側に配置されている。低周波用導体層２５は、第２の低誘電基材３５の内部に配置されている。低周波用導体層２６，２７は、それぞれ第２の低誘電基材３５と高ピール強度基材３６との界面において第２の低誘電基材３５側に配置されている。

この構成では、高周波用ＩＣ７で処理される高周波信号が表層導体１４，１５の基板面内方向を殆ど伝送せずに高周波用導体層２３の基板面内方向を伝送する場合に、表層導体１４，１５と高周波用導体層２３との間で誘電損失が殆ど発生しないことに着眼したことで、表層導体１４，１５と高周波用導体層２３との間に高ピール強度基材３３を適用している。尚、少なくとも高周波用ＩＣ７側の層に高ピール強度基材３３を適用すれば良く、低周波用ＩＣ８側の層に高ピール強度基材３６を適用しなくても良い。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることに加え、表層導体１４，１５の直下を高ピール強度基材３３としたので、高周波用ＩＣ７の耐振動性及び耐衝撃性をより向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図５を参照して説明する。前述した第１の実施形態は、高周波用導体層２３が１層のみで構成されているが、第３の実施形態は、高周波用導体層が２層で構成されている。

多層配線基板４１は、その上面４１ａから下面４１ｂまでの全体が絶縁層４２である。絶縁層４２は、多層配線基板４１の上面４１ａから下面４１ｂにかけて第２の低誘電基材４４、第１の低誘電基材４３、第２の低誘電基材４４の３層が積層されて構成されている。高周波用導体層２３は、上側の第２の低誘電基材４４と第１の低誘電基材４３との界面において第１の低誘電基材４３側に配置されている。グランド層２４は、第１の低誘電基材４３の内部に配置されている。高周波用導体層４５は、第１の低誘電基材４３と下側の第２の低誘電基材４４との界面において第１の低誘電基材４３側に配置されており、表層導体１４とビア４６を介して電気的に接続されている。低周波導体層２５〜２７は、それぞれ第２の低誘電基材４４の内部に配置されている。

この場合、高周波用導体層４５の配線の面４５ａ，４５ｂのうちグランド層２４側の面４５ａの粗度は、所定粗度よりも小さく形成されている。このような構成により、高周波用導体層２３の配線に流れる高周波信号の信号伝送時の損失を低減していることに加え、高周波用導体層４５の配線に流れる高周波信号の信号伝送時の損失も低減している。

以上に説明したように第３の実施形態によれば、高周波用導体層２４，４５を複数とする構成でも第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、高周波用導体層２４，４５を複数とすることで、高周波信号を伝送する配線の自由度を高めることができる。尚、高周波用導体層を３層以上としても良い。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図６を参照して説明する。前述した第１の実施形態は、高周波用導体層２３にアンテナパターンが形成されているが、第４の実施形態は、表層導体にアンテナパターンが形成されている。

多層配線基板５１は、その上面５１ａから下面５１ｂまでの全体が絶縁層５２である。絶縁層５２は、多層配線基板５１の上面５１ａから下面５１ｂにかけて第１の低誘電基材５３、第２の低誘電基材５４の２層が積層されて構成されている。高周波用導体層２３は、第１の低誘電基材５３の内部に配置されており、表層導体１５とビア２８を介して電気的に接続されていると共に、表層導体５５とビア５６を介して電気的に接続されている。表層導体５５にはアンテナパターンが形成されている。低周波導体層２５〜２７は、それぞれ第２の低誘電基材５４の内部に配置されている。

この場合、表層導体５５の面５５ａ、５５ｂのうち多層配線基板５１に接している面５５ｂ、即ち、表層導体５５と絶縁層５２との界面の粗度は、所定粗度よりも大きく形成されている。このような構成により、表層導体１４，１５と絶縁層５２との界面だけでなく、表層導体５５と絶縁層３２との界面でもアンカー効果も増大させ、ピール強度を高めている。

以上に説明したように第４の実施形態によれば、表層導体５５にアンテナパターンが形成されている構成でも第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、表層導体５５にアンテナパターンを形成したことで、多層配線基板５１の内部の高周波用導体層２３にアンテナパターンを形成する構成よりも電波の放射及び捕捉を適切に実施することができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について図７を参照して説明する。前述した第１の実施形態は、筐体２の上側部材３が非金属部材から構成されているが、第５の実施形態は、筐体の上側部材が非金属部材と金属部材とから構成されている。

筐体６１の内部には第４の実施形態で説明した多層配線基板５１が配置されている。筐体６１の上側部材６２は、表層導体５５の上方の部分、即ち、アンテナパターンからの電波の放射方向やアンテナパターンへの電波の捕捉方向に対応する部分が非金属部材６３から構成されており、それ以外の部分、即ち、高周波用ＩＣ７の上方の部分が金属部材６４から構成されている。高周波用ＩＣ７と金属部材６４との間には熱伝導ゲル６５（熱伝導部材に相当する）が配置されている。

以上に説明したように第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることに加え、表層導体５５の上方の部分を非金属部材６３としたので、電波の放射及び捕捉をより適切に実施することができる。又、高周波用ＩＣ７の上方の部分を金属部材６４とし、高周波用ＩＣ７と金属部材６４との間に熱伝導ゲル６５を配置したので、高周波用ＩＣ７の放熱を促進することができる。尚、熱伝導ゲル６５が省かれている構成でも良い。

（その他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、更には、それらに一要素のみ、それ以上、或いはそれ以下を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

ミリ波レーダに限らず、例えばマイクロ波レーダ等の高周波信号を処理するどのような電子装置に適用しても良い。

図面中、１は電子装置、２，６１は筐体、５，３１，４１，５１は多層配線基板、７は高周波用ＩＣ（高周波用電子部品）、１２，３２，４２，５２は絶縁層、１３，３４，３５，４３，４４，５３，５４は低誘電基材、１４，１５，５５は表層導体、２３，４５は高周波用導体層、２４はグランド層、３３，３６は高ピール強度基材、６３は非金属部材、６４は金属部材、６５は熱伝導ゲル（熱伝導部材）である。

Claims

筐体（２，６１）と、絶縁層（１２，３２，４２，５２）を有する多層配線基板（５，３１，４１，５１）と、を備えた電子装置であって、
前記多層配線基板の表面に設けられ、高周波用電子部品（７）が実装される表層導体（１４，１５，５５）と、
前記多層配線基板の内部において前記表層導体と電気的に接続して設けられ、高周波信号を伝送する配線を有する高周波用導体層（２３，４５）と、
前記多層配線基板の内部に設けられ、前記高周波用導体層よりも幅広なグランド層（２４）と、を備え、
前記配線の面のうち前記グランド層側の面の粗度は所定粗度よりも小さく、前記表層導体と前記絶縁層との界面の粗度は前記所定粗度よりも大きい電子装置。
前記多層配線基板は、無線信号の送受信用のアンテナパターンを有し、
前記高周波用電子部品は、１ギガヘルツ以上の高周波信号を処理する請求項１に記載した電子装置。
前記アンテナパターンは、前記表層導体により形成されている請求項２に記載した電子装置。
前記絶縁層のうち少なくとも前記高周波用導体層と前記グランド層との間は、低誘電基材（１３，３４，３５，４３，４４，５３，５４）を含む請求項１から３の何れか一項に記載した電子装置。
前記絶縁層のうち少なくとも前記表層導体と前記グランド層との間は、低誘電基材を含む請求項１から４の何れか一項に記載した電子装置。
前記低誘電基材は、１ギガヘルツにおける誘電率が３．５以下である請求項４又は５に記載した電子装置。
前記絶縁層のうち少なくとも前記表層導体の直下は、高ピール強度基材（３３）を含む請求項１から６の何れか一項に記載した電子装置。
前記筐体において少なくとも前記アンテナパターンからの電波の放射方向又は前記アンテナパターンへの電波の捕捉方向に対応する部分は、非金属部材（６３）から構成されている請求項６又は７に記載した電子装置。
前記筐体において少なくとも前記アンテナパターンからの電波の放射方向又は前記アンテナパターンへの電波の捕捉方向に対応する部分を除く部分は、金属部材（６４）から構成されている請求項６から８の何れか一項に記載した電子装置。
前記高周波用電子部品と前記金属部材との間に熱伝導部材（６５）が設けられている請求項９に記載した電子装置。
前記高周波用導体層は、線幅が１ミリメートル以下の配線を有し、
前記グランド層は、線幅が１ミリメートル以上の配線を有し、
前記配線の面のうち前記グランド層側の面の粗度が０．４マイクロメートルよりも小さく、前記表層導体と前記絶縁層との界面の粗度が０．４マイクロメートルよりも大きい請求項１から１０の何れか一項に記載した電子装置。
前記表層導体において前記多層配線基板の基板面内方向に伝送する高周波信号の伝送距離が１０ミリメートル以下である請求項１から１１の何れか一項に記載した電子装置。