JP3661326B2 - 印刷配線基板装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップラインが敷設された印刷配線基板に表面実装電子部品が実装された印刷配線基板装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、準マイクロ波（１〜３ＧHz）を使った移動体通信用の携帯電話サービスが始まり、その携帯機能の向上を図るため、より小型化・薄型化・軽量化するための技術開発がなされている。この手段としては、それを構成する表面実装電子部品の小型化・薄型化・軽量化の他に、表面実装電子部品を実装するための印刷配線基板の多層化と各層間の誘電体材料厚ｈの薄型化が図られている。
【０００３】
以下、従来のマイクロストリップラインが敷設された印刷配線基板装置について説明する。
【０００４】
図６（ａ）は、従来のマイクロストリップラインを用いた印刷配線基板装置の上面を示したものである。図６（ａ）において、１はマイクロストリップラインが敷設された印刷配線基板であり、２は表面実装電子部品３の入力端子４側のマイクロストリップラインである。また、６は表面実装電子部品３の出力端子５側のマイクロストリップラインである。７は、グランドパターンであり、このグランドパターン７にはスルーホール８，９，１０が設けられている。そして、このスルーホール８，９，１０は印刷配線基板１の下面全体に設けられたグランドプレーン１４に接続されている。また、図６（ａ）に示した印刷配線基板装置は２層の印刷配線基板とした場合を示している。すなわち、図６（ｂ）はマイクロストリップライン２，６が敷設された第１層を示すとともに、グランドプレーン１４が設けられた第２層１５を示している。そして、スルーホール８，９，１０で前記グランドパターン７と接地用グランドプレーン１４とが接続される。図７は代表的な表面実装電子部品３の斜視図である。図７において、４は入力端子、５は出力端子である。また、１３はグランド端子である。
【０００５】
従来は図６に示すように、表面実装電子部品３の入力端子４や出力端子５の電極の導体幅（以下、Ｔｄという）はマイクロストリップライン２，６の導体幅（以下、Ｔｓという）に比べ同等以下（すなわちＴｄ＜Ｔｓ）が一般的であり、入力端子４や出力端子５の半田付け用の電極の導体幅Ｔｄは、マイクロストリップライン２，６の導体幅Ｔｓより大きくなることはなかった。このため、表面実装電子部品３の半田付け用の電極はマイクロストリップライン２，６の導体幅Ｔｓの範囲内で接続されることになり、同じインピーダンスで設計されたマイクロストリップライン２，６と表面実装電子部品３を図６の如く接続しても何らインピーダンス上の問題はなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年携帯型機器等の薄型化を図るために多層の印刷配線基板が用いられ、その結果として、マイクロストリップラインを形成する印刷配線基板の誘電体厚ｈの薄型化がますます進んでいる。このことは必然的にマイクロストリップラインの導体幅Ｔｓを細くすることになり、Ｔｄ＞Ｔｓとなる場合が発生するようになった。この場合、従来のような構成では表面実装電子部品３とストリップラインとの間のインピーダンスの不整合が生じ信号の伝達損失が発生し、従来の表面実装電子部品３をそのまま、薄型化を図った印刷配線基板に使えないという問題が生じてきた。
【０００７】
また、図８に示す表面実装電子部品１６のように、マイクロストリップライン１７の終端に、このマイクロストリップライン１７より幅広の接続部１８を設けた状態で丁度マイクロストリップライン１７とマッチングのとれるようなものも現れている。すなわち、図８（ｂ）に示すように、接続部１８の斜線で示す部分１８ａ，１８ｂと印刷配線基板１の下面に形成されたグランドプレーン１ａとの間の静電容量１９ａ，１９ｂを打ち消すためのリアクタンスが既に表面実装電子部品１６に含まれているものも現れてきた。しかしながら、このようにしても接続部１８をこれ以上大きくしなければならない場合には同様の問題が発生する。また、性能の異なる印刷配線基板に使用する場合には、静電容量１９ａ，１９ｂが異なりインピーダンスの不整合が生じ、信号の伝達損失が発生する。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するもので、印刷配線基板の薄型化により、Ｔｄ＞Ｔｓが生じた場合でも表面実装電子部品とマイクロストリップラインのインピーダンスを整合させ、接続による損失をなくした印刷配線基板装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の印刷配線基板装置は、補正用インピーダンスが内蔵された表面実装電子部品が上面に装着されるとともに、その下面にはグランドプレーンが形成された印刷配線基板において、この印刷配線基板の上面に準マイクロ波の信号が伝達されるマイクロストリップラインが敷設されるとともに、このマイクロストリップラインに接続して設けられた前記表面実装電子部品との第１の接続部とを備え、前記第１の接続部の幅が、前記マイクロストリップラインの幅よりも大きくするとともに、前記マイクロストリップラインとインピーダンスマッチングが取れる幅を有した第２の接続部よりも大きい場合において、前記第１の接続部と対応する前記グランドプレーンの位置にグランドプレーンの不形成部を設けるとともに、前記第２の接続部に対応した真下にはグランドを設け、前記表面実装電子部品の静電容量を、前記マイクロストリップラインで形成された静電容量に等しくしたものである。このことにより、マイクロストリップラインと表面実装電子部品の接続点でのインピーダンスが整合するので、損失なく信号を伝達することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、補正用インピーダンスが内蔵された表面実装電子部品が上面に装着されるとともに、その下面にはグランドプレーンが形成された印刷配線基板において、この印刷配線基板の上面に準マイクロ波の信号が伝達されるマイクロストリップラインが敷設されるとともに、このマイクロストリップラインに接続して設けられた前記表面実装電子部品との第１の接続部とを備え、前記第１の接続部の幅が、前記マイクロストリップラインの幅よりも大きくするとともに、前記マイクロストリップラインとインピーダンスマッチングが取れる幅を有した第２の接続部よりも大きい場合において、前記第１の接続部と対応する前記グランドプレーンの位置にグランドプレーンの不形成部を設けるとともに、前記第２の接続部に対応した真下にはグランドを設け、前記表面実装電子部品の静電容量を、前記マイクロストリップラインで形成された静電容量に等しくした印刷配線基板装置であり、前記グランドプレーンの不形成部により、前記接続部或いは前記表面実装電子部品の接続端子と前記グランドプレーンとで形成される静電容量と、前記マイクロストリップラインの静電容量とが等しくなるので、マイクロストリップラインと表面実装電子部品の接続点でのインピーダンスの整合がとれ、損失なく信号を伝達することができる。
【００１１】
また、特別なインピーダンス素子を付加するものではないので、低価格化と薄型化・小型化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明のマイクロストリップラインは、接続部の略中央を貫通するように敷設されるとともに、このマイクロストリップラインを挟んでその対応する下面の両側にグランドプレーンの不形成部を設けた請求項１に記載の印刷配線基板装置であり、この接続部上もマイクロストリップラインの特性を有するので、この接続部を介して直接第２のマイクロストリップラインを連結することができる。また、マイクロストリップラインを挟んでその下面の両側にグランドプレーンの不形成部があるので、そのバランス特性が良くマイクロストリップラインとして好適である。
【００１３】
請求項３に記載の発明の接続部は、略四角形にするとともに、この接続部の一辺に沿ってマイクロストリップラインを敷設し、このマイクロストリップラインの一方の側面に対応した下面の位置にグランドプレーンの不形成部を設けた請求項１に記載の印刷配線基板装置であり、この接続部上も同様マイクロストリップラインの特性を有するので、この接続部を介して直接第２のマイクロストリップラインを連結することができる。また、マイクロストリップラインの片側の下面にグランドプレーンの不形成部があるのみであり、印刷配線基板の設計自由度を高くすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、接続部の一端にマイクロストリップラインを連結するとともに、前記接続部に対応した下面の位置全体をグランドプレーンの不形成部とした請求項１に記載の印刷配線基板装置であり、表面実装電子部品を実装したにもかかわらず、マイクロストリップライン上には表面実装電子部品等他の部品が載置されることはなく、結論としてマイクロストリップライン上は正確なマイクロストリップラインの特性を得ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、略四角形をした接続部の一端に、第１のマイクロストリップラインが連結されるとともに、この第１のマイクロストリップラインは前記接続部で略９０度方向を変えて、前記接続部の他端に連結された第２のマイクロストリップラインに接続された請求項１に記載の印刷配線基板装置であり、表面実装電子部品等の配線を容易にし、かつ正確なマイクロストリップラインの特性を得ることができる。また、設計の自由度を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、印刷配線基板厚が接続部の幅より大きい場合は、グランドプレーンの不形成部は略前記印刷配線基板厚と前記接続部の幅との差分だけ大きくした請求項２から請求項５のいずれかに記載の印刷配線基板装置であり、前記印刷配線基板厚による電気力線の影響を補正することができるので、正確なインピーダンス整合を得ることができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態における印刷配線基板装置の平面図である。図１（ａ）において、本発明の印刷配線基板装置は、マイクロストリップライン２１，２２が敷設された印刷配線基板２３と、入力端子（接続端子の一例として用いた）４と出力端子（接続端子の一例として用いた）５とグランド端子１３を有するとともに、前記印刷配線基板２３にリフローで半田付けされる表面実装電子部品３とを備えた構成となっている。ここで、入出力端子４，５の導体幅Ｔｄがマイクロストリップライン２１，２２の幅Ｔｓより大きくなっている。また、マイクロストリップライン２１の先端に設けられた接続部２１ａの幅は、入力端子４の幅と略等しくして半田付けをし易くしている。同様にマイクロストリップライン２２の先端に設けられた接続部２２ａの幅も、出力端子５の幅と略等しくして半田付けをし易くしている。２７，２８，２９はグランドパターン２４と印刷配線基板２３の下面に設けられたグランドプレーンと接続するスルーホールである。
【００１８】
図１（ｂ）は、表面実装電子部品３を２層の印刷配線基板に実装した場合の斜視図である。２３ａは１層目を示し、２３ｂは２層目を示している（以下１層目の表面を上面２３ａといい、２層目の上面を印刷配線基板２３の下面２３ｂという。）。この下面２３ｂにはグランド用の導体箔が一面に設けられグランドプレーン３２を形成している。このグランドプレーン３２には、前記接続部２１ａ，２２ａに対応する位置（接続部２１ａ，２２ａの真下）にグランドプレーン３２の不形成部２５，２６が設けられている。マイクロストリップライン２１，２２は接続部２１ａ，２２ａの略中央を他端まで貫通している。従って、グランドプレーン３２の不形成部２５，２６は、接続部２１ａ，２２ａからマイクロストリップライン２１，２２の貫通部を引いた残余の部分となる。このように、グランドプレーン３２の不形成部２５，２６を設けることにより、マイクロストリップライン２１，２２の幅Ｔｓより幅の広い接続部２１ａ，２２ａによる静電容量の増加を形成することを抑えている。このようにすることにより、接続点におけるインピーダンスは整合され、信号を損失なく伝達することができる。
【００１９】
図２（ａ）は、表面実装電子部品３０内に既に補正用のインピーダンスが内蔵されている例である。すなわち、マイクロストリップライン３１の先端に幅３２ａなるマイクロストリップライン３１の幅より、幅広の斜線部で示された接続部３２を形成して、丁度、インピーダンスマッチングがとれるようにしたものである。この場合においても、もっと広い幅３３ａを有する接続部３３を形成する場合には幅３３ａから幅３２ａを減じた幅のグランドプレーンの不形成部が必要である。図２（ｂ）は、その要部断面図である。すなわち、補正用として形成された幅３２ａに対しては、印刷配線基板３４のグランドプレーン３５上に形成された接続部３３に対応する（真下の）グランド３５ａが必要になる。このときの接続部３３とグランド３５ａの間に形成される静電容量３７ａ，３７ｂは既に補正用として表面実装電子部品３０内に組み込まれている。
【００２０】
しかしながら、接続部３３は、補正用の接続部３２より幅広であるため、その差分に相当する部分に関してはグランドプレーン３５の不形成部３６ａ，３６ｂが必要となる。このことにより、表面実装電子部品３０とマイクロストリップライン３１との静電容量は等しくなり、インピーダンスマッチングが得られることになる。また、表面実装電子部品３０を異なる性能を有する印刷配線基板に使用する場合、表面実装電子部品３０の接続部３２とグランド３５ａとで形成される静電容量３７ａ，３７ｂに該当する静電容量を、図２（ｃ）に示すように、接続部７２と斜線で示すその下面のグランドプレーンの不形成部７３とを形成することにより、表面実装電子部品３０とマイクロストリップライン７１との静電容量は等しくなり、インピーダンスマッチングが得られることになる。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ印刷配線基板の上面に形成された接続部の形状と、この印刷配線基板の下面に形成されたグランドプレーンの不形成部を斜線で表したものである。この場合、表面実装電子部品には、図２（ａ）に示すようなマイクロストリップライン３１との接続補正はないものである。
【００２２】
図３（ａ）は、略四角形をした接続部４０の一辺である側面に沿ってマイクロストリップライン４１が突入して接続されている例である。この場合、印刷配線基板の下面に形成されるグランドプレーンの不形成部４２は斜線で示すように、マイクロストリップライン４１に隣接して、もう一方の接続部４０の側面まで対応して設けられている。この場合、マイクロストリップライン４１は、その先端４１ａまでマイクロストリップラインの特性を有する。したがって、マイクロストリップライン４１の通過点に表面実装電子部品が装着される場合に用いられる。
【００２３】
図３（ｂ）は、略四角形をした接続部４３の一辺にマイクロストリップライン４４が突入して、その後ここで略９０度進行方向を変えて接続されている例である。この場合、印刷配線基板の下面に形成されるグランドプレーンの不形成部４５は斜線で示すように、マイクロストリップライン４４の一方の側面に隣接して設けられた接続部４３の他方の面まで対応して設けられている。この場合、マイクロストリップライン４４は、その先端４４ａまでマイクロストリップラインの特性を有する。したがって、図３（ａ）と同様、マイクロストリップライン４４の通過点に表面実装電子部品が装着される場合に用いられる。
【００２４】
図３（ｃ）は、略四角形をした接続部４６の一端４６ａにマイクロストリップライン４７が連結されたものである。この場合、印刷配線基板の下面に形成されるグランドプレーンの不形成部は斜線で示すように、接続部４６に対応して設けられる。この場合、マイクロストリップライン４７は、接続部４６の入口である一端４６ａまでマイクロストリップラインの特性を有する。したがって、接続部４６に装着される電子部品を介して、準マイクロ波信号が伝送される場合に用いられる。
【００２５】
図４は、印刷配線基板の上面に敷設された電子回路のパターン例である。図４において、５１はマイクロストリップラインであり、５２はこのマイクロストリップライン５１と略平行に設けられたグランドパターンである。そして、この印刷配線基板の下面にはグランドプレーンが形成されている。５３，５４，５５は表面実装電子部品であり、この表面実装電子部品５３と５４はマイクロストリップライン５１とグランドパターン５２との間に並列に接続されている。また、表面実装電子部品５５は、マイクロストリップライン５１と５６との間に装着される。ここで、５７，５８，５９，６０はマイクロストリップライン上に形成された接続部である。このように、接続部５７，５８，５９，６０は表面実装電子部品が装着し易いようにマイクロストリップライン５１，５６の幅より大きくしてある。しかしながら、マイクロストリップラインとしての特性をもつ必要はあるので、マイクロストリップライン５１，５６から突出した部分、すなわち斜線部に対応する印刷配線基板の下面のグランドプレーンにはグランドプレーンの不形成部を設けている。なお、グランドパターン５２に装着される側に対応するグランドプレーンには不形成部は不要である。
【００２６】
図５は、グランドプレーンの不形成部の大きさと、接続部の導体幅Ｔｄと、印刷基板厚との関係を示している。図５（ａ）において、６１は厚さｔ１の印刷配線基板であり、６２は、この印刷配線基板６１上に設けられた接続部である。また、６３は印刷配線基板６１の下面に形成されたグランドプレーンである。そして、６４は、前記接続部６２に対応して印刷配線基板６１の下面に設けられたグランドプレーンの不形成部である。このように印刷配線基板６１の厚さｔ１が接続部６２の幅より小さいときは、グランドプレーンの不形成部６４は接続部６２の幅と略等しくすることが望ましい。これは、印刷配線基板６１が薄いときは接続部６２から放射される電気力線はほぼ平行であることによる。
【００２７】
図５（ｂ）は、印刷配線基板の基板厚が厚い場合である。図５（ｂ）において、６５は厚さｔ２の印刷配線基板であり、６６は、この印刷配線基板６５上に設けられた接続部である。また、６７は印刷配線基板６５の下面に形成されたグランドプレーンである。そして、６８は、前記接続部６６に対応して印刷配線基板６５の下面に設けられたグランドプレーンの不形成部である。このように印刷配線基板６５の厚さｔ２が接続部６６の幅より大きいときは、グランドプレーンの不形成部６８は印刷配線基板６５の厚さｔ２と接続部６６の幅の差分だけ大きくすることが望ましい。これは、印刷配線基板６５が厚くなると接続部６６から放射される電気力線の広がりが無視できなくなるためである。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、補正用インピーダンスが内蔵された表面実装電子部品が上面に装着されるとともに、その下面にはグランドプレーンが形成された印刷配線基板において、この印刷配線基板の上面に準マイクロ波の信号が伝達されるマイクロストリップラインが敷設されるとともに、このマイクロストリップラインに接続して設けられた前記表面実装電子部品との第１の接続部とを備え、前記第１の接続部の幅が、前記マイクロストリップラインの幅よりも大きくするとともに、前記マイクロストリップラインとインピーダンスマッチングが取れる幅を有した第２の接続部よりも大きい場合において、前記第１の接続部と対応する前記グランドプレーンの位置にグランドプレーンの不形成部を設けるとともに、前記第２の接続部に対応した真下にはグランドを設け、前記表面実装電子部品の静電容量を、前記マイクロストリップラインで形成された静電容量に等しくした印刷配線基板装置であり、前記グランドプレーンの不形成部により、前記接続部或いは前記表面実装電子部品の接続端子と前記グランドプレーンとで形成される静電容量と、前記マイクロストリップラインの静電容量とが等しくなるので、マイクロストリップラインと表面実装電子部品の接続点でのインピーダンスの整合がとれ、損失なく信号を伝達することができる。また、特別な回路素子を付加するものではないので、低価格化と薄型化・小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態による印刷配線基板装置の平面図
（ｂ）は、同、説明のための斜視図
【図２】（ａ）は、本発明の他の実施の形態による印刷配線基板装置の要部平面図
（ｂ）は、同、断面図
（ｃ）は、本発明の他の実施の形態による印刷配線基板装置の要部平面図
【図３】（ａ）は、同、接続部の第１の形態の平面図
（ｂ）は、同、接続部の第２の形態の平面図
（ｃ）は、同、接続部の第３の形態の平面図
【図４】同、印刷配線基板のパターン図の一例を示す平面図
【図５】（ａ）は、同、接続部の断面図
（ｂ）は、同、接続部の他の断面図
【図６】（ａ）は、従来の印刷配線基板装置の平面図
（ｂ）は、同、説明のための斜視図
【図７】表面実装電子部品の斜視図
【図８】（ａ）は、他の例による従来の印刷配線基板の要部平面図
（ｂ）は、同、断面図
【符号の説明】
３ 表面実装電子部品
４ 入力端子
５ 出力端子
１３ グランド端子
２１ マイクロストリップライン
２１ａ 接続部
２２ マイクロストリップライン
２２ａ 接続部
２３ 印刷配線基板
２５ グランドプレーンの不形成部
２６ グランドプレーンの不形成部
Ｔｄ 表面実装電子部品の入力端子あるいは出力端子幅
Ｔｓ マイクロストリップラインの幅

Claims (6)

1. 補正用インピーダンスが内蔵された表面実装電子部品が上面に装着されるとともに、その下面にはグランドプレーンが形成された印刷配線基板において、この印刷配線基板の上面に準マイクロ波の信号が伝達されるマイクロストリップラインが敷設されるとともに、このマイクロストリップラインに接続して設けられた前記表面実装電子部品との第１の接続部とを備え、前記第１の接続部の幅が、前記マイクロストリップラインの幅よりも大きくするとともに、前記マイクロストリップラインとインピーダンスマッチングが取れる幅を有した第２の接続部よりも大きい場合において、前記第１の接続部と対応する前記グランドプレーンの位置にグランドプレーンの不形成部を設けるとともに、前記第２の接続部に対応した真下にはグランドを設け、前記表面実装電子部品の静電容量を、前記マイクロストリップラインで形成された静電容量に等しくした印刷配線基板装置。
2. マイクロストリップラインは、接続部の略中央を貫通するように敷設されるとともに、このマイクロストリップラインを挟んでその対応する下面の両側にグランドプレーンの不形成部を設けた請求項１に記載の印刷配線基板装置。
3. 接続部は、略四角形にするとともに、この接続部の一辺に沿ってマイクロストリップラインを敷設し、このマイクロストリップラインの一方の側面に対応した下面の位置にグランドプレーンの不形成部を設けた請求項１に記載の印刷配線基板装置。
4. 接続部の一端にマイクロストリップラインを連結するとともに、前記接続部に対応した下面の位置全体をグランドプレーンの不形成部とした請求項１に記載の印刷配線基板装置。
5. 略四角形をした接続部の一端に、第１のマイクロストリップラインが連結されるとともに、この第１のマイクロストリップラインは前記接続部で略９０度方向を変えて、前記接続部の他端に連結された第２のマイクロストリップラインに接続された請求項１に記載の印刷配線基板装置。
6. 印刷配線基板厚が接続部の幅より大きい場合は、グランドプレーンの不形成部は略前記印刷配線基板厚と前記接続部の幅との差分だけ大きくした請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の印刷配線基板装置。

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