JP2937978B2 - 多層配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線基板に関
し、特にコンデンサ部品を介して放射ノイズを軽減する
多層配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源層およびグランド層を備えた
複数の層構造を持つ多層配線基板が知られている。

【０００３】図６は、従来の多層配線基板の一部破断し
た斜視図である。図７は、図６の多層配線基板において
生ずる帰路電流の分布図である。

【０００４】図６に示すように、多層配線基板１は、配
線層２ａと配線層２ｂの間に、上下両側を層間絶縁体３
に挟まれたグランド層４と電源層５を有している。配線
層２ａには、実装された二個のＩＣ６ａ、６ｂの配線パ
ターン７ａが設けられ、各配線パターン７ａは、グラン
ド層４および電源層５を貫通する各スルーホール８ａを
介して、配線層２ｂに設けられた配線パターン７ｂに接
続されている。

【０００５】この多層配線基板１には、グランド層４お
よび電源層５に接続しない上記スルーホール８ａの他、
グランド層４にのみ接続するスルーホール８ｂ、電源層
５にのみ接続するスルーホール８ｃが設けられている。
また、配線層２ａ上には、両スルーホール８ｂ、８ｃと
配線パターン７ｃで接続されたコンデンサ９が設置され
ている。

【０００６】上記配線方法は、多層配線基板において実
際に数多く用いられており、このような場合、例えばＩ
Ｃ６ａからＩＣ６ｂに電流が流れると、配線層２ａ上の
配線パターン７ａの帰路電流はグランド層４を通り、配
線層２ｂ上の配線パターン７ｂの帰路電流は電源層５を
通る。この帰路電流の流れの分布は次式から求められ
る。

【０００７】

【数１】

【０００８】この式１により、例えば、配線層２ａとグ
ランド層４の間の層間絶縁体３の厚さを０．３ｍｍとす
ると、帰路電流の流れは図７に示すように分布し、帰路
電流Ｉｘは、各配線パターン７ａ、７ｂの真下を中心に
ほぼ±２〜３ｍｍの範囲ｘに集中して流れることが分か
る。

【０００９】ところで、グランド層４および電源層５
は、スルーホール８ａの形成部分で両配線パターン７
ａ、７ｂに接続されていないことから、帰路電流の流れ
が両層４，５間で連続せず、同一層上で配線されている
場合に比べ放射ノイズが増大してしまう。この放射ノイ
ズ増大への対策として、スルーホール８ａの近くのグラ
ンド層４と電源層５の間にコンデンサを介在させ両層
４、５を交流的に接続することにより、帰路電流の流れ
を連続させて放射ノイズを抑える方法がある。この場
合、帰路電流Ｉｘの流れる範囲ｘ内にコンデンサを配置
しないと上記効果を十分に得ることができない。

【００１０】放射ノイズを抑えるために、スルーホール
８ａの近傍にコンデンサを配置する場合、例えばコンデ
ンサ９を設置した場合と同様に、コンデンサを配置する
ための実装面積が必要となるが、実際の多層配線基板１
において、グランド層４と電源層５に接続しないスルー
ホール８ａの全てに同様にコンデンサを配置すること
は、大幅な実装面積および部品の増加をもたらすことか
ら困難である。また、近年、多層配線基板１にあっては
高密度実装化が進んだため、コンデンサを配置できたと
しても帰路電流の流れる範囲内にその配置場所を確保で
きるとは限らない。

【００１１】そこで、基板を構成する層内にコンデンサ
の機能を備えた配線基板がいくつか提案されている。

【００１２】例えば、特開昭５８−１５８９９６号公報
に開示された多層印刷配線板は、同一層内に絶縁体層
と誘電体層を並設すると共に表裏面に導体層を設け、特
開昭５９−８９００３号公報に開示された厚膜多層回
路およびその製造方法は、絶縁体層内の一部に誘電体部
分とこの誘電体を挟む電極を設け、特開平２−９８９９
６号公報に開示された多層基板は、基板層（ポリイミ
ド層）の一部に誘電体薄膜とこの誘電体薄膜を複数層に
挟む導電性薄膜を設けている。

【００１３】また、特開平３−２０９７９５号公報に開
示された多層プリント基板は、内層プリント基板の一
部に導体層とこの導体層間に設けられた誘電体として作
用するセラミックとが設けられ、特開平７−１４２８７
１号公報に開示されたプリント基板は、層間絶縁材の
ガラスエポキシを挟む電源層に接続されたパターンおよ
びグランド層に接続されたパターンを設けている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多層
配線基板においては、スルーホールの周囲を囲む絶縁体
を介すことによりスルーホールから離れて誘電体が配置
され、厚膜多層回路およびその製造方法においては、
誘電体をスルーホールの周囲に配置せず、多層基板に
おいては、誘電体薄膜と導電性薄膜が隣接する両スルー
ホールを内部に取り込んで配置され、多層プリント基
板においては、導体層とセラミックが隣接する両スルー
ホールの間に配置され、プリント基板は、ガラスエポ
キシと両パターンが隣接する両スルーホールの間に配置
されている。

【００１５】即ち、上記各従来例においては、各スルー
ホール毎に帰路電流の流れを連続させるための最適範囲
内にコンデンサを配置することができず、グランド層と
電源層の間の電気的接続を確保して放射ノイズを抑える
ための効果的なコンデンサ機能を得ることができない。

【００１６】本発明の目的は、各スルーホール毎に帰路
電流の流れを連続させるための最適範囲内にコンデンサ
を配置して、グランド層と電源層の間の電気的接続を確
保することができる多層配線基板を提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る多層配線基板は、電源層およびグラン
ド層を備え、前記電源層および前記グランド層を貫通す
るスルーホールが開けられた多層配線基板において、前
記電源層および前記グランド層と接触せず層間を跨ぐ非
接続スルーホールの周囲で、且つ、前記電源層と前記グ
ランド層の間に、前記非接続スルーホール毎個々に層間
誘電体を設けたことを特徴としている。

【００１８】上記構成を有することにより、グランド層
と電源層に挟み込まれた個々の誘電体層が非接続スルー
ホール毎に個別のコンデンサとして機能する。これによ
り、多層配線基板の表面上にコンデンサ部品を実装しな
くても、非接続スルーホール毎の周囲に個々にコンデン
サを備えて放射ノイズを抑えることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明の実施の形態に係る多層配
線基板の一部破断した斜視図である。図１に示すよう
に、多層配線基板１０は、表面の配線層１１と裏面の配
線層１２の間に、上下両側を層間絶縁体１３に挟まれた
グランド層１４と電源層１５を有する４層に形成されて
いる。配線層１１には、実装された二個のＩＣ１６、１
７の各配線パターン１８、１９が設けられ、各配線パタ
ーン１８、１９は、グランド層１４および電源層１５を
貫通する各スルーホール（非接続スルーホール）２０，
２１を介して、配線層１２に設けられた配線パターン２
２に接続されている。各スルーホール２０，２１とグラ
ンド層１４および電源層１５との間には、クリアランス
２３が設けられ、各スルーホール２０，２１とグランド
層１４および電源層１５は接続されない。

【００２１】また、グランド層１４と電源層１５の間の
層間絶縁体１３には、各スルーホール２０，２１毎に、
各スルーホール２０，２１に隣接する所定範囲を占める
層間誘電体２４が設けられている。この層間誘電体２４
は、各スルーホール２０，２１の周囲に、クリアランス
２３を内包するようにクリアランス２３より大きな形状
（ここでは円環状）に形成される。従って、全ての層を
貫通する各スルーホール２０，２１の周辺には、グラン
ド層１４と電源層１５の間に挟み込まれた層間誘電体２
４によりコンデンサが形成されることになる。

【００２２】この層間誘電体２４を層間絶縁体１３に設
けた多層配線基板１０の製造方法の一例を、以下に説明
する。

【００２３】図２は、図１の多層配線基板の製造工程の
一例を示す断面図である。図２に示すように、先ず、上
層を構成する両面基板２５と、下層を構成する両面基板
２６と、これら両面基板２５，２６に挟まれた中間層と
なる層間絶縁体１３を構成する絶縁体２７を形成し、絶
縁体２７の層間誘電体２４を設けたい領域に必要な数の
挿入孔（図中では１個）を開け、その挿入口に所望の比
誘電率の誘電体材料２８を挿入する（（ａ）参照）。両
面基板２５には、上面の配線層２９にスルーホール用の
パッド３０が、下面にグランド層１４がそれぞれ設けら
れ、両面基板２６には、上面に電源層１５が、下面の配
線層３１にスルーホール用のパッド３０がそれぞれ設け
られる。

【００２４】以降の工程は、通常の多層配線基板の製造
工法と同様であり、次に、両面基板２５と両面基板２６
の間に、誘電体材料２８が一部に組み込まれた絶縁体２
７を挟み込んで張り合わせプレスした後（（ｂ）参
照）、両パッド３０を両端として、誘電体材料２８のほ
ぼ中央を通りこれら両面基板２５，２６と絶縁体２７を
貫通するスルーホール用の丸孔３２を開け、その後、丸
孔３２のメッキ処理を行う（（ｃ）参照）。

【００２５】この結果、各スルーホール２０，２１の周
囲のグランド層１４と電源層１５の間に層間誘電体２４
を設けた多層配線基板１０を製造することができる（図
１参照）。なお、上述した（ａ）の工程で、複数個開け
た各挿入孔に対し比誘電率の異なる誘電体を別々に挿入
すれば、複数のスルーホール毎に別々のコンデンサ値を
持たせた多層配線基板を製造することができる。

【００２６】上記コンデンサの静電容量は次式から求め
られる。 Ｃ＝Ｋεｓ／ｈ 式２ ここで、Ｃ：静電容量［ｐＦ］、Ｋ：比例定数（０．０
８８４）、ε：比誘電率、ｓ：誘電体に対するグランド
層、電源層の面積、ｈ：誘電体の厚さ、である。

【００２７】従って、比誘電率ε、誘電体に対するグラ
ンド層、電源層の面積ｓを調整することで、静電容量を
任意の値に調整することが可能である。

【００２８】上記構成を有する多層配線基板１０に設け
られる層間誘電体２４の一例を以下に示す。

【００２９】図３は、図１のスルーホール周辺部分を上
方から見た説明図である。図３に示すように、スルーホ
ール２０の周囲のグランド層１４と電源層１５の間に設
けられた層間誘電体２４は、クリアランス２３の径より
大きい径を有し、グランド層１４の配線パターン１８の
帰路電流が流れる範囲ａの一部、および電源層１５の配
線パターン１９の帰路電流が流れる範囲ｂの一部に、そ
れぞれ重なるように配置される。

【００３０】配線層１１とグランド層１４の間および電
源層１５と配線層１２の間の各層間絶縁体１３の厚みを
０．３ｍｍ、グランド層１４と電源層１５間の層間絶縁
体１３の厚みを０．４ｍｍ、クリアランス２３の径を
１．１ｍｍとした場合、式１より求めた配線パターンの
帰路電流の分布（図７参照）に見るように、帰路電流Ｉ
ｘは配線パターンの真下を中心にほぼ±２〜３ｍｍの範
囲ｘに集中して流れることから、層間誘電体２４の径
は、帰路電流範囲の±２ｍｍに合わせて４ｍｍとする。

【００３１】誘電体の材質は、その配線パターンの放射
ノイズ帯域によって適した静電容量値になるものを用い
ればよく、例えば、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ帯域の放
射ノイズを取り除くには、１００００ｐＦのコンデンサ
を用いることが知られているので、１００００ｐＦにな
るような誘電体材料を求める。

【００３２】静電容量は、式２より、

【００３３】

【数２】

【００３４】よって、比誘電率が３９００位の誘電体材
質を用いればよい。比誘電率が１５００〜６０００の材
質としては、例えばチタン酸バリュウムがある。なお、
静電容量は、ある比誘電率の誘電体材質に対し、グラン
ド層１４、電源層１５の誘電体面積ｓを変更することに
より、任意の値に調整することができる。

【００３５】次に、本発明を６層からなる多層配線基板
に適用した場合を示す。

【００３６】図４は、本発明の他の実施の形態に係る多
層配線基板の例の一部破断した斜視図である。図４に示
すように、多層配線基板４０は、グランド層１４と電源
層１５の間に、それぞれ層間絶縁体１３に挟まれた２層
の配線層４１を有し、全体で６層構造からなる他は、上
記多層配線基板１０と同様の構成を有している。

【００３７】ここで、各層間絶縁体１３の厚みを０．２
ｍｍ、クリアランス２３の径を１．１ｍｍ、層間誘電体
の径を４ｍｍとした場合、誘電体材質は、式２より、

【００３８】

【数３】

【００３９】よって、チタン酸バリュウムを用いればよ
い。

【００４０】次に、本発明を複数のスルーホール毎に別
々のコンデンサ値を持たせた多層配線基板に適用した場
合を示す。

【００４１】図５は、本発明の更に他の実施の形態に係
る多層配線基板の例の一部破断した斜視図である。図５
に示すように、多層配線基板５０は、スルーホール２０
が配線層１２の配線パターン５１に、スルーホール２１
が配線層１２の配線パターン５２に、それぞれ個別に接
続されており、個々のスルーホール２０，２１毎に別々
の層間誘電体５３，５４が設けられている他は、上記多
層配線基板１０と同様の構成を有している。

【００４２】ここで、配線層１１とグランド層１４およ
び配線層１２と電源層１５の間の各層間絶縁体１３の厚
みを０．３ｍｍ、グランド層１４と電源層１５の間の層
間絶縁体１３の厚みを０．４ｍｍ、クリアランス２３の
径を１．１ｍｍ、層間誘電体５３，５４の径を４ｍｍと
する。

【００４３】配線パターン５１の放射ノイズ帯域が３０
〜３００ＭＨｚ、配線パターン５２の放射ノイズ帯域が
７００ＭＨｚ以上とした場合、配線パターン５１へは１
００００ｐＦ、配線パターン５２へは１００ｐＦのコン
デンサを用いれば放射ノイズを低減できることが知られ
ている。

【００４４】従って、配線パターン５１のスルーホール
２０の周囲に設ける層間誘電体５３、及び配線パターン
５２のスルーホール２１の周囲に設ける層間誘電体５４
のそれぞれの材質は、式２より、

【００４５】

【数４】

【００４６】比誘電率が３０〜８０の誘電体材質として
は、例えば酸化チタン磁器がある。よって、層間誘電体
５３にはチタン酸バリュウムを、層間誘電体５４には酸
化チタン磁器を用いればよい。

【００４７】このように、本発明によれば、各スルーホ
ール２０，２１毎のグランド層１４と電源層１５の間に
コンデンサを形成することにより、各スルーホール２
０，２１毎に帰路電流の流れを連続させるための最適範
囲内にコンデンサを配置して、グランド層１４と電源層
１５の間の電気的接続を確保することができる。

【００４８】この結果、全ての層を貫通するスルーホー
ルによりグランド層１４と電源層１５が不連続となって
発生する放射ノイズを、効果的に低減することができ、
その上、多層配線基板の表面にコンデンサ部品を装着す
るための実装面積が不要となる。実装面積が不要になる
ことで、配線パターンの集積度を高めて実装密度を更に
高めることが可能となる。また、個々のスルーホールに
対して個別の静電容量を持たせられることから、個々の
配線パターンの放射ノイズ帯域にそれぞれ適したコンデ
ンサを形成することができる。

【００４９】なお、多層配線基板の層は、４層あるいは
６層に限るものではなく、また、層間誘電体も異なった
二種類に限らず例えばスルーホール毎に異なった複数種
類を用いてもよい。また、層間誘電体の形状は、円環状
に限るものではなく、クリアランス２３より大きく形成
されていれば、例えば矩形状等何れの形状でもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
グランド層と電源層に挟み込まれた個々の誘電体層が非
接続スルーホール毎に個別のコンデンサとして機能する
ので、多層配線基板の表面上にコンデンサ部品を実装し
なくても、非接続スルーホール毎の周囲に個々にコンデ
ンサを備えて放射ノイズを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る多層配線基板の一部
破断した斜視図である。

【図２】図１の多層配線基板の製造工程の一例を示す断
面図である。

【図３】図１のスルーホール周辺部分を上方から見た説
明図である。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る多層配線基板の
例の一部破断した斜視図である。

【図５】本発明の更に他の実施の形態に係る多層配線基
板の例の一部破断した斜視図である。

【図６】従来の多層配線基板の一部破断した斜視図であ
る。

【図７】図６の多層配線基板において生ずる帰路電流の
分布図である。

【符号の説明】

１０，４０，５０ 多層配線基板 １１，１２，２９，３１，４１ 配線層 １３ 層間絶縁体 １４ グランド層 １５ 電源層 １６，１７ ＩＣ １８，１９，２２，５１，５２ 配線パターン ２０，２１ スルーホール ２３ クリアランス ２４，５３，５４ 層間誘電体 ２５，２６ 両面基板 ２７ 絶縁体 ２８ 誘電体材料 ３０ パッド ３２ 丸孔

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源層およびグランド層を備え、前記電源
   層および前記グランド層を貫通するスルーホールが開け
   られた多層配線基板において、 前記電源層および前記グランド層と接触せず層間を跨ぐ
   非接続スルーホールの周囲で、且つ、前記電源層と前記
   グランド層の間に、前記非接続スルーホール毎個々に層
   間誘電体を設けたことを特徴とする多層配線基板。
2. 【請求項２】前記各層間誘電体は、比誘電率が異なるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 【請求項３】前記各層間誘電体は、配線パターンにおけ
   る帰路電流範囲にかかり前記非接続スルーホールを囲む
   所定範囲に形成されることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の多層配線基板。
4. 【請求項４】前記各層間誘電体を挟み込む前記電源層と
   前記グランド層の面積を変更して、前記各層間誘電体、
   前記電源層および前記グランド層からなるコンデンサの
   静電容量を変更することを特徴とする請求項１から３の
   いずれかに記載の多層配線基板。