JP4943247B2 - マイクロストリップライン構造およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板に形成されるマイクロストリップライン構造およびその製造方法に係わり、特に精度良く特性インピーダンスを制御することができるマイクロストリップライン構造およびその製造方法に関する。

高周波信号を伝送するには、その線路の特性インピーダンスを制御する必要があり、その手段としてマイクロストリップライン構造がある。その一般的な構造は、絶縁層の一方の面にグラウンド層あるいは電源層としての導電層を形成し、他方に信号ラインを形成した構造であり、信号ラインの幅、絶縁層の厚みにより線路の特性インピーダンスを制御する。

通常、１〜３GHz程度の高周波信号を伝送する線路に求められる特性インピーダンスの制御範囲は設定値に対して±１０％以内であるが、今後、さらに信号の高周波化が進むことで、より精度の良い制御が求められる。今後の信号伝送の規格の中には、特性インピーダンスの制御範囲が±３〜±５％のものがある。このように、今後、基板の製造に当っては、精度良く線路の特性インピーダンスを制御することが求められる。

通常、配線と絶縁層との密着性を上げるために、配線の底部にはアンカー層が設けられる。ただし、サブトラクティブ法、セミアディティブ法などのエッチングにより配線を形成する工法では、このアンカー層の部分が均一に除去され難いため、配線の幅にばらつきが発生する。

マイクロストリップライン構造では、電源層またはグラウンド層に対向する信号ラインの幅が特性インピーダンスに影響を与える。そのため、電源層またはグラウンド層に対向する面にアンカー層を有する信号配線を持つ構造では、特性インピーダンスを精度良く制御することが難しい。

また、このアンカー層は、高周波領域の信号を伝送するのに大きな問題となる。非特許文献1によると、信号が高周波になると、表皮効果によって電流が信号ラインの表皮部分にしか流れない状態になる。

例えば、銅配線で１GHzの信号を伝送する場合、電流は表層から深さ２μmまでの間の部分に流れる。信号ラインとグラウンド層とが対向して形成されるマイクロストリップライン構造では、電流がアンカー層に集中して大きな導体損失を引き起こす。

このような不具合を回避する手段として、特許文献1（P6、図１）のような構造が知られている。これは、絶縁層とアンカー層を持たない金属配線との間に、両者の接着強度を補うため、極性ポリマーと絶縁層との共重合物からなる層を介在させるものである。しかし、この手法は、手間と時間、それに伴うコストがかかるため、特許文献２（P4、図１）に示す構造が知られている。

図６は、特許文献２（P4、図１）に示されている構造を示す断面図である。これは、マイクロストリップライン構造であり、グラウンド層または電源層としての導電層２を形成した基板２０と信号ライン３を形成した基板１０とを、絶縁層1を介してアンカー層の非形成面同士が対向するように積層したものである。

この場合、導電層２と対向する信号ライン３の面が、線幅のばらつきが小さいアンカー層非形成面になる。このため、構造的にみれば特性インピーダンスを精度良く制御するには好都合であるし、さらに表皮効果による導体損失を低減させることができる。
２００３年９月３０日、日刊工業新聞社発行、「わかりやすい高周波技術入門」P30 特開平９−２１９５８６号公報 特開２００６−６６５６３号公報

しかしながら、上記形成方法で実際に特性インピーダンスを制御することは困難である。すなわち、絶縁層１を介して積層する際に、絶縁層１の樹脂が流れ出し、グラウンド層または電源層としての導電層２と信号ライン３との間の樹脂が変形する。このため、マイクロストリップライン構造では、信号ライン３の幅と、導電層２と信号ライン３との間の樹脂厚みとで特性インピーダンスを制御するのであるが、これが難しくなる。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、グラウンド層または電源層が信号ラインのアンカー層非形成面と対向して配置されているマイクロストリップライン構造においても、特性インピーダンスを精度よく制御ができる構造を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願では、次の各発明を提供する。

第１の発明によれば、
第１の基板上に形成されたグラウンド層または電源層としての導電層、および第２の基板上に形成された信号ラインが前記導電層または信号ラインに形成されたアンカー層により前記基板にそれぞれ固定されてなり、前記導電層と前記信号ラインとが前記第1および第2の基板相互間に配される絶縁層を介して対向配置されたマイクロストリップライン構造において、
前記信号ラインおよび前記導電層が前記基板内に埋め込まれた
ことを特徴とする。

第２の発明によれば、
信号ラインが埋め込まれた第１の基板、および導電層が埋め込まれた第２の基板を用意し、
前記第１および第２の基板を前記信号ラインと前記導電層とが前記第1および第2の基板相互間に配される絶縁層を介して対向するように積層する、
ことを特徴とする。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。

本発明では、信号ラインとグラウンド層または電源層としての導電層との距離が絶縁樹脂の厚みにより決定されるため、フレキシブルプリント配線板においても精度良く特性インピーダンスをコントロールすることができる。

以下、図１ないし図５を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係るマイクロストリップライン構造の概略断面を示したものである。このマイクロストリップラインは、グラウンド層または電源層としての導電層２を絶縁樹脂層６の上に形成したのち絶縁樹脂層６に埋め込んだものと、信号ライン３を絶縁樹脂層５の上に形成したのち絶縁樹脂層５に埋め込んだものとを、接着層４を用いて絶縁層１を介して対向するように積層して構成されている。

絶縁樹脂層５，６の材料は、信号ライン３、またはグラウンド層または電源層としての導電層２を埋め込むため、熱可塑性樹脂であることが望ましい。さらに信号ライン３の周りの樹脂による誘電体損失、導体による損失を小さくするため、低誘電正接で低比誘電率の樹脂が望ましい。

具体的には、誘電正接が０．０１以下であり、比誘電率が３以下の樹脂が望ましく、液晶ポリマーフィルムが好ましく用いられる。この液晶ポリマーフィルムは、特に限定されるものではないが、例えば株式会社クラレのベクスター（商品名）や、ジャパンゴアテックス社製のＢＩＡＣ（商品名）などがある。

図２は、図１に示したマイクロストリップライン構造に用いる２つの基板１０，２０の断面構造を示している。基板１０は、接着層４を介して絶縁層１とマイクロストリップライン構造とした際に、必要な特性インピーダンスとなる上底幅を持つ信号ライン３を形成したものであり、基板２０は、グラウンド層または電源層としての導電層２を形成したものである。基板１０，２０を形成するには、例えば１８μｍ厚の銅箔と液晶ポリマーフィルムとにより構成される銅張積層板を用いる。

図３は、これら基板１０，２０を積層する前に、絶縁層５，６に配線層２，３を埋め込むための処理を示した断面図である。この埋め込みを行うには、プレス後の熱盤に液晶ポリマーフィルムが接着するのを避けるため、離形フィルム７として、基板１０，２０の外形よりも１０mm程度大きく、厚みが１２．５μmのポリイミドフィルムを用意し、基板１０，２０の上、下に配置した。

図４は、配線層２，３を絶縁層５，６に埋め込んだ状態を示した断面図である。埋め込みを行うには、プレスの熱盤の温度を、絶縁層５，６の液晶ポリマーが変形する温度である２８０℃に昇温して、離形フィルム７で基板を挟み、６Mpaの圧力を１５分間かける。

図５は、配線層２，３を絶縁層５，６に埋め込んだ基板１０，２０を積層する際に用いる要素を示した断面図である。この積層のために、絶縁層１および接着層４を用意する。この絶縁層１、接着層４も、低誘電正接、低誘電率のものが望ましく、具体的には誘電正接が０．０１以下であり、比誘電率が３以下のものが望ましい。

積層する際のプレスの熱盤の温度は、接着層４の接着力が発現し、絶縁層１，５，６が変形しない温度とする。接着剤は、積層時にその厚みが変化し、特性インピーダンスに影響を与える。そのため、接着材の厚みは、絶縁層１の１０％以下のものを用いることが望ましい。

実施例１では、絶縁層１に、絶縁層５，６と同じ液晶ポリマーフィルムの１００μm厚みのものを、接着層４には誘電正接が0.005で、比誘電率が2.7であるエポキシ系樹脂接着剤の１０μm厚みのものを用意した。

このエポキシ系接着材の硬化開始温度は130度以下であるため、基板１０，２０および絶縁樹脂１は変形することなく積層することができる。

そして、基板１０，２０の間に絶縁樹脂１と接着剤４とを挟み、熱盤の温度を１３０℃にしたプレスで１５分間、２MPaの加圧を行い積層した。積層により接着材４の変形が発生するが、その変形量は絶縁樹脂１と接着材４とを合わせた厚みに比べて小さいため、特性インピーダンスへの影響は少ない。その後、１８０℃で1時間の熱処理を行い、接着剤４を硬化させ、図１に示した積層構造を得た。

このように、基板１０，２０に配線層２，３を面位置が実質的に一致するように埋め込むことにより、グラウンド層または電源層としての導電層２と信号ライン３との間の距離を絶縁層１により正確に規定できる。この結果、マイクロストリップラインの特性インピーダンスを精度良く制御することができる。

本発明の上記請求項１および２に記載したマイクロストリップライン構造およびその製造方法の概念的断面図。 本発明の配線基板を製造する際の各工程を説明する概念的断面図。 本発明の配線基板を製造する際の各工程を説明する概念的断面図。 本発明の配線基板を製造する際の各工程を説明する概念的断面図。 本発明の配線基板を製造する際の各工程を説明する概念的断面図。 従来のマイクロストリップライン構造の概念的断面図。

符号の説明

１ 絶縁樹脂
２，３ 銅箔
４ 接着層
５，６ 絶縁樹脂
７ 離形用フィルム

Claims (4)

1. 第１の基板上に形成されたグラウンド層または電源層としての導電層、および第２の基板上に形成された信号ラインが前記導電層または信号ラインに形成されたアンカー層により前記基板にそれぞれ固定されてなり、前記導電層と前記信号ラインとが前記第1および第2の基板相互間に配される絶縁層を介して対向配置されたマイクロストリップライン構造において、
   前記信号ラインおよび前記導電層が前記基板内に埋め込まれたことを特徴とするマイクロストリップライン構造。
2. 請求項１記載のマイクロストリップライン構造において、
   前記絶縁層は、表裏両面に接着剤層を有するものであることを特徴とするマイクロストリップライン構造。
3. 信号ラインが埋め込まれた第１の基板、および導電層が埋め込まれた第２の基板を用意し、
   前記第１および第２の基板を前記信号ラインと前記導電層とが前記第1および第2の基板相互間に配される絶縁層を介して対向するように積層する、
   マイクロストリップライン構造の製造方法。
4. 請求項３記載のマイクロストリップライン構造の製造方法において、
   前記絶縁層は、表裏両面に接着剤層を有するものであり、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを積層することにより、両基板は接着されることを特徴とするマイクロストリップライン構造の製造方法。

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