JP5341712B2

JP5341712B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP5341712B2
Application number: JP2009251471A
Authority: JP
Inventors: 芳洋中川
Original assignee: 京セラＳｌｃテクノロジー株式会社
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011096953A

Description

本発明は、配線基板に関する。

一般に現在の電子機器は、高速化、大容量伝送化が顕著になってきている。それに伴い電子機器に使用される配線基板は高周波伝送における電気的ロスの少ない形態が要求されている。そのため、高周波信号を伝送する伝送路を有する配線基板は、図４に示すように、例えば絶縁板１０１の下面に複数の絶縁層１０２，１０３が積層されて成る絶縁基板１０４の絶縁層１０２と１０３との間に高周波信号を伝播するための帯状の信号用配線導体１０５を設けるとともに、信号用配線導体１０５の上下に絶縁層１０２や絶縁層１０３を挟んで信号用配線導体１０５と対向する接地または電源用導体層１０６，１０７を設け、さらに絶縁層１０２と１０３との間に信号用配線導体１０５を取り囲むようにして接地または電源用導体層１０８を設け、信号用配線導体１０５の上下左右を接地または電源用導体層１０６，１０７，１０８により所定の間隔で取り囲むことにより信号用配線導体１０５の特性インピーダンスを所定の値としている。そして、信号用配線導体１０５の端部を、絶縁層１０３を貫通する信号用貫通導体１０９により絶縁層１０３の下面に形成された信号用外部接続パッド１１０に接続することにより、信号用配線導体１０５が信号用貫通導体１０９および信号用外部接続パッド１１０を介して絶縁基板１０４の下面に電気的に導出されることとなる。なお、実際の配線基板においては、絶縁板１０１の上面側にも絶縁層および導体層が積層されるが、説明の簡略化のため省略する。

接地または電源用導体層１０６，１０７，１０８には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、信号用外部接続パッド１１０に対応する位置に信号用外部接続パッド１１０よりも大きな円形状の開口部１０６ａ、１０７ａ、１０８ａが形成されている。開口部１０７ａは、接地または電源用導体層１０７と信号用外部接続パッド１１０との間の電気的な絶縁を保つためのものである。また、開口部１０６ａ，１０８ａは、接地または電源用導体層１０６，１０８と信号用外部接続パッド１１０との間の静電容量を低減させることにより外部接続用パッド１１０における信号の反射を抑制して高周波信号を効率よく外部に伝送可能とするためのものである。

しかしながら、このような従来の配線基板によると、信号用配線導体１０５は、開口部１０６ａ，１０７ａに対応する部分では、その上下に接地または電源用導体層１０６，１０７がないため、この部分では接地または電源用導体層１０６，１０７との容量成分が減少するので特性インピーダンスが急激に増大してしまう。その結果、例えば信号用配線導体１０５に２５ＧＨｚを超える高周波信号を伝播させると、開口部１０６ａ，１０７ａに対応する部分における特性インピーダンスの不整合に起因して信号の反射損および挿入損が増大して信号を良好に伝送することが困難となるという問題点を誘発する。

特開平５−３４３５５４公報

本発明は、絶縁基板における絶縁層間に配設された信号用配線導体を絶縁基板の下面に形成された信号用外部接続用パッドに信号用貫通導体を介して接続して成る配線基板において、信号用配線導体に２５ＧＨｚを超えるような高周波信号を良好に伝送することが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、上層の絶縁層および該上層の絶縁層の下面に積層された下層の絶縁層を含む複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記絶縁基板の下面に被着された信号用外部接続パッドと、前記上層の絶縁層の上面に被着されており、前記信号用外部接続パッドに対応する位置に該信号用外部接続パッドより大きな第１の開口部を有する上層の接地または電源用導体層と、前記下層の絶縁層の下面に被着されており、前記信号用外部接続パッドに対応する位置に該信号用外部接続パッドより大きな第２の開口部を有する下層の接地または電源用導体層と、前記上層の絶縁層と前記下層の絶縁層との間に前記上層の接地または電源用導体層および前記下層の接地または電源用導体層と対向するように配設されており、一端部が前記信号用外部接続パッドに対応する位置まで延在する帯状の信号用配線導体と、少なくとも前記下層の絶縁層を貫通して設けられており、前記信号用配線導体の前記一端部と前記信号用外部接続パッドとを接続する信号用貫通導体とを有する配線基板において、前記上層の接地または電源用導体層および前記下層の接地または電源用導体層の少なくとも一方は、前記信号用配線導体に対向して前記第１の開口部または第２の開口部の内側に前記信号用配線導体の幅よりも広い幅で延びる帯状の突起部を有す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、信号用配線導体の上層の接地または電源用導体層および下層の接地または電源用導体層の少なくとも一方が、信号用配線導体に対向して第１の開口部または第２の開口部の内側に信号用配線導体の幅よりも広い幅で延びる帯状の突起部を有することにより、信号用配線導体における第１および第２の開口部に対応する部分でも信号用配線導体と接地または電源用導体層との間に容量成分が形成されるので、信号用配線導体の特性インピーダンスが急激に増大することはなく、その結果、２５ＧＨｚを超えるような高周波信号を信号用配線導体に伝播させたとしても、信号の反射損および挿入損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく伝送することができる。

図１は、本発明の配線基板における実施形態の一例を示す要部概略断面図である。（ａ）は、図１に示す配線基板の絶縁板２、および絶縁層３，４を省略した要部概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の一部断面斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明および従来の配線基板における実施形態の一例のシミュレーション結果を示すグラフである。図４は、従来の配線基板における要部概略断面図である。（ａ）は、図４に示す配線基板の絶縁板１０１、および絶縁層１０２，１０３を省略した要部概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の一部断面斜視図である。

次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を説明する。図１に示されているように、本例の配線基板は、例えば絶縁基板１を形成する絶縁板２とその下面に積層された絶縁層３，４と、絶縁層３と４の間に配設された高周波信号を伝播させるための帯状の信号用配線導体５と、信号用配線導体５の端部に対応して絶縁基板１の下面に形成された円形の信号用外部接続パッド６と、絶縁層４を貫通して信号用配線導体５の端部と信号用外部接続パッド６とを接続する信号用貫通導体７と、信号用配線導体５に対向するように絶縁板２と絶縁層３との間に形成されているとともに信号用外部接続パッド６に対応する位置に信号用外部接続パッド６よりも大きな開口部８ａを有する接地または電源用導体層８と、信号用配線導体５に対向するように絶縁基板１の下面に形成されているとともに信号用外部接続パッド６を取り囲む開口部９ａを有する接地または電源用導体層９と、信号用配線導体５を取り囲むように絶縁層３と４との間に形成されているとともに信号用外部接続パッド６に対応する位置に信号用外部接続パッド６よりも大きな開口部１０ａを有する接地または電源用導体層１０とを具備している。なお、実際の配線基板においては、絶縁板２の上面側にも絶縁層および導体層が積層されるが、説明の簡略化のため省略する。

絶縁板２は、厚みが５０〜１０００μｍ程度であり、絶縁層３，４は、それぞれの厚みが例えば５〜５０μｍである。これらの絶縁板２および絶縁層３，４は、種々の樹脂系絶縁材料やセラミックス系絶縁材料により形成することができる。また、信号用配線導体５、信号用外部接続パッド６、接地または電源用導体層８，９，１０は、それぞれ厚みが１０〜３０μｍ程度であり、信号用貫通導体７は、直径が３０〜２００μｍ程度である。これらの信号用配線導体５、信号用外部接続パッド６、接地または電源用導体層８，９，１０および信号用貫通導体７は、金属箔や金属めっき、金属ペースト等の種々の導電性材料により形成することができる。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、信号用配線導体５は、幅が１０〜５０μｍ程度の細い帯状のパターンで絶縁３と４との間に延びている。この信号用配線導体５には例えば２５ＧＨｚを超える高周波信号が伝播される。なお、信号用配線導体５の端部には信号用貫通導体７と接続するための円形状のランド５ａが形成されている。

信号用外部接続パッド６は、直径が４００〜８００μｍの円形であり、信号用配線導体５の端部に対応する位置にその外周部が位置するようにして絶縁基板１の下面に形成されている。

信号用貫通導体７は、信号用配線導体５の端部と信号用外部接続パッド６の外周部とを電気的に接続しており、それにより信号用配線導体５が信号用貫通導体７および信号用外部接続パッド６を介して絶縁基板１の下面に電気的に導出される。

信号用配線導体５の上層に位置する接地または電源用導体層８は、絶縁層３を挟んで信号用配線導体５と対向するとともに信号用外部接続パッド６に対応する位置に、信号用外部接続パッド６よりも直径が１００〜３００μｍ程度大きな円形状の開口部８ａを有するようにして絶縁板２と絶縁層３との間に所謂ベタ状のパターンで形成されている。開口部８ａは、接地または電源用導体層８と信号用外部接続パッド６との間に不要な容量成分が形成されるのを防止するためのものであり、この開口部８ａを設けることにより信号用外部接続パッド６における信号の反射を低減することが可能となる。

また、信号用導体層５の下層に位置する接地または電源用導体層９は、絶縁層４を挟んで信号用配線導体５と対向するとともに信号用外部接続パッド６に対応する位置に、信号用外部接続パッド６よりも直径が１００〜３００μｍ程度大きな円形状の開口部９ａを有するようにして絶縁基板１の下面に所謂ベタ状のパターンで形成されている。開口部９ａは、信号用外部接続パッド６と接地または電源用導体層９との電気的な絶縁を良好に保つためのものである。なお、信号用配線導体５と上下の接地または電源用導体層８，９とで所謂ストリップライン構造が形成されて信号用配線導体５が上下から電磁的にシールドされるとともに特性インピーダンスが所定の値に調整される。

信号用配線導体５と同じ層に位置する接地または電源用導体層１０は、信号用配線導体５の両側を１０〜５０μｍの所定の幅で囲むとともに信号用外部接続パッド６に対応する位置に、信号用外部接続パッド６よりも直径が１００〜３００μｍ程度大きな円形状の開口部１０ａを有するようにして絶縁層３と４との間に所謂ベタ状のパターンで形成されている。開口部１０ａは、接地または電源用導体層１０と信号用外部接続パッド６との間に不要な容量成分が形成されるのを防止するためのものであり、この開口部１０ａを設けることにより信号用外部接続パッド６における信号の反射を低減することが可能となる。この接地または電源用導体層１０と信号用配線導体５とで所謂コプレナーライン構造が形成されて、それによっても信号用配線導体５が左右から電磁的にシールドされるとともに特性インピーダンスが所定の値に調整される。

そして、本例の配線基板においては、信号用配線導体５の上下層の接地または電源用導体層８，９のそれぞれに、信号用配線導体５に対向して開口部８ａまたは９ａの内側に延びる帯状の突起部８ｂ，９ｂが形成されている。これらの突起部８ｂ，９ｂは、信号用配線導体５と絶縁層３または４を挟んで対向することにより、信号用配線導体５の開口部８ａ，９ａ内に延びる部分における特性インピーダンスが急激に増大するのを防止するためのものであり、突起部８ｂ，９ｂと信号用配線導体５との間に容量成分が形成されることにより、信号用配線導体５の開口部８ａ，９ａ内に延びる部分における特性インピーダンスの急激な増大が防止される。したがって、本例の配線基板によれば、２５ＧＨｚを超えるような高周波信号を信号用配線導体５に伝播させたとしても、信号の反射損および挿入損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく伝送することができる。

なお、上層の接地または電源用導体層８の突起部８ｂは、その幅が信号用配線導体５の幅よりも１０μｍ程度広い２０〜６０μｍの範囲であることが好ましく、開口部８ａ内には信号用貫通導体７の端部よりも１００〜２００μｍ手前の位置まで延在していることがこのましい。他方、下層の接地または電源用導体層９の突起部９ｂは、その幅が信号用配線導体５の幅よりも１０μｍ程度広い２０〜６０μｍの範囲であることが好ましく、開口９ａ内には、信号用外部接続パッド６に２０〜５０μｍ程度まで近づく位置まで延在していることが好ましい。

ここで、本発明の実施形態の一例およびこれに対応する従来技術をモデル化した場合のシミュレーションにおける信号の反射および透過に対する周波数特性を図３（ａ），（ｂ）に、グラフで示す。なお、本発明の実施形態の一例によるモデルでは、図１に示す配線基板において、絶縁板２の厚みを４００μｍ、絶縁層３，４のそれぞれの比誘電率を３．３４、厚みを３３μｍ、信号用配線導体５の幅を２８μｍ、厚みを１５μｍ、先端部のランド５ａの直径を１２０μｍ、信号用外部接続用パッド６の直径を６２０μｍ、厚みを１５μｍ、上層の接地または電源用導体層８の厚みを２１μｍ、突起部８ｂの幅を４０μｍ、長さを２００μｍ、下層の接地または電源用導体層９の厚みを１５μｍ、突起部９ａの幅を４０μｍ、長さを５０μｍ、開口８ａ，９ａ，１０ａの直径を８２０μｍとした場合をモデル化した。また従来技術のモデルとしては、上述の本発明の実施形態の一例によるモデルにおける突起部８ｂ，９ｂを削除した場合をモデル化し、それぞれを電磁界シミュレーターによりシミュレーションした。

図３（ａ）は、信号用外部接続用パッド６からみた反射損の周波数特性のグラフを示し、図３（ｂ）は、信号用配線導体５からみた挿入損の周波数特性のグラフを示す。これらのグラフにおいて、実線で示した周波数特性が本発明の実施形態の一例によるモデルをシミュレーションした結果であり、破線で示した周波数特性が従来技術によるモデルをシミュレーションした結果である。図３（ａ），（ｂ）に示されているように、本発明の実施形態の一例によるモデルの反射損および透過損は、信号の周波数が２５ＧＨｚを超えたところから、従来技術によるモデルと比べて減っている。したがって、本発明の実施形態の一例によれば、２５ＧＨｚを超えるような高周波信号を信号用配線導体に伝播させたとしても、信号の反射損および挿入損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく伝送することができることがわかる。

以上、本発明の配線基板における実施形態の一例について説明したが、本発明の配線基板は上述した実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更は可能である。例えば上述の実施形態の一例では、信号用配線導体５の上下の接地または電源用導体層８，９の両方に突起部８ｂ，９ｂを設けたが、突起部８ｂまたは９ｂはそのどちらか一方だけを設けてもよい。

１絶縁基板
２絶縁板
３上層の絶縁層
４下層の絶縁層
５信号用配線導体
６信号用外部接続パッド
７信号用貫通導体
８上層の接地または電源用導体層
８ａ上層の接地または電源用導体層の開口部
８ｂ上層の接地または電源用導体層の突起部
９下層の接地または電源用導体層
９ａ上層の接地または電源用導体層の開口部
９ｂ上層の接地または電源用導体層の突起部

Claims

上層の絶縁層および該上層の絶縁層の下面に積層された下層の絶縁層を含む複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記絶縁基板の下面に被着された信号用外部接続パッドと、前記上層の絶縁層の上面に被着されており、前記信号用外部接続パッドに対応する位置に該信号用外部接続パッドより大きな第１の開口部を有する上層の接地または電源用導体層と、前記下層の絶縁層の下面に被着されており、前記信号用外部接続パッドに対応する位置に該信号用外部接続パッドより大きな第２の開口部を有する下層の接地または電源用導体層と、前記上層の絶縁層と前記下層の絶縁層との間に前記上層の接地または電源用導体層および前記下層の接地または電源用導体層と対向するように配設されており、一端部が前記信号用外部接続パッドに対応する位置まで延在する帯状の信号用配線導体と、少なくとも前記下層の絶縁層を貫通して設けられており、前記信号用配線導体の前記一端部と前記信号用外部接続パッドとを接続する信号用貫通導体とを有する配線基板において、前記上層の接地または電源用導体層および前記下層の接地または電源用導体層の少なくとも一方は、前記信号用配線導体に対向して前記第１の開口部または第２の開口部の内側に前記信号用配線導体の幅よりも広い幅で延びる帯状の突起部を有することを特徴とする配線基板。