JP5361024B2

JP5361024B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP5361024B2
Application number: JP2009251473A
Authority: JP
Inventors: 義信澤
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: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011096954A

Description

本発明は、高周波用の配線基板に関するものである。

従来、図３（ａ），（ｂ）に示すように、高周波用の配線基板として、単層または複数層の絶縁層から成る絶縁基板１１の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路１２およびこの信号線路１２を所定の間隔で取り囲む接地導体層１３から成るコプレナー線路を設けるとともに、このコプレナー線路における信号線路１２の一端部を、絶縁基板１１を貫通する貫通導体１４に接続させて絶縁基板１１の下面側に電気的に導出させて成る配線基板がある。このような配線基板においては、貫通導体１４に接続される信号線路１２の一端は、接地導体層１３により円形状に一定の間隔で取り囲まれている。

ところが、信号線路１２に伝播される高周波信号の周波数が１０ＧＨｚを超えるような周波数帯域においては、信号線路１２を伝播してきた信号の一部が貫通導体１４との接続部において、信号線路１２の延長方向にある接地導体層１３に漏れてしまい、信号の伝送効率が悪いものとなってしまう。この信号の漏れは、信号線路１２の端部と接地導体層１３との間に形成される容量成分により引き起こされるものと考えられる。そこで、貫通導体１４に接続された信号線路１２の端部とこれを円形に取り囲む接地導体層１３との間隔を広げることにより信号線路１２の端部と接地導体層１３との間に形成される容量成分を減少させることが提案されている。

しかしながら、貫通導体１４に接続された信号線路１２の端部とこれを円形に取り囲む接地導体層１３との間隔を広げると、信号線路１２の端部と接地導体層１３との間に形成される容量成分は減少するものの、信号線路１２の端部がこれを円形状に取り囲む接地導体層１３の開口部１３ａ内に突出する長さが長いものとなり、この部分のインダクタンスが増加してしまうので信号の反射損や挿入損を大きく改善できないばかりか、場合によっては悪化させてしまうことがある。

特開２００４−２２１９４４号公報

本発明の課題は、絶縁層の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路およびこの信号線路を所定の間隔で取り囲む接地導体層から成るコプレナー線路を設けるとともに、このコプレナー線路における信号線路の一端を、絶縁層を貫通する貫通導体に接続させて絶縁層の下面側に電気的に導出させて成る配線基板において、貫通導体と接続する信号線路の端部における信号の漏れを低減し、１０ＧＨｚを超える周波数帯域の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の一番目の配線基板は、絶縁層の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路および該信号線路を所定の間隔で取り囲む接地導体層から成るコプレナー線路を設けるとともに、前記コプレナー線路における前記信号線路の端部を、前記絶縁層を貫通する貫通導体に接続させて前記絶縁層の下面側に電気的に導出させて成る配線基板において、前記信号線路と前記接地導体層との間隔が前記信号線路の両側においては前記信号線路の前記端部まで同じ間隔であるとともに、前記端部と前記接地導体層との前記間隔は、前記信号線路の両側における間隔よりも前記信号線路の延長方向における間隔が広くなっていることを特徴とするものである。
本発明の二番目の配線基板は、絶縁層の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路および該信号線路を一定の間隔で取り囲む接地導体層から成るコプレナー線路を設けるとともに、前記コプレナー線路における前記信号線路の端部を、前記絶縁層を貫通する貫通導体に接続させて前記絶縁層の下面側に電気的に導出させて成る配線基板において、前記端部と前記接地導体層との間の前記絶縁層に、前記信号線路の延長方向を横切る溝が前記延長方向側のみに形成されていることを特徴とするものである。

本発明の一番目の配線基板によれば、コプレナー線路を形成する信号線路と接地導体層との間隔が信号線路の両側においては信号線路の前記端部まで同じ間隔であるとともに、信号線路の端部とこれを取り囲む接地導体層との間隔は、信号線路の両側における間隔よりも信号線路の延長方向における間隔が広くなっていることから、信号線路の端部におけるインダクタンスの増加を伴うことなく信号線路の端部とこれを取り囲む接地導体層との間に形成される容量成分を小さいものとすることができる。したがって、貫通導体と接続する信号線路の端部における信号の漏れを低減し、１０ＧＨｚを超える周波数帯域の信号を効率よく伝送させることが可能となる。

本発明の二番目の配線基板によれば、コプレナー線路を形成する信号線路を接地導体層が一定の間隔で取り囲んでいるとともに、信号線路の端部とこれを取り囲む接地導体層との間の絶縁層に、信号線路の延長方向を横切る溝が信号線路の延長方向側のみに形成されていることから、信号線路の端部におけるインダクタンスの増加を伴うことなく信号線路の端部とこれを取り囲む接地導体層との間に形成される容量成分を小さいものとすることができる。したがって、貫通導体と接続する信号線路の端部における信号の漏れを低減し、１０ＧＨｚを超える周波数帯域の信号を効率よく伝送させることが可能となる。

（ａ）は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す要部概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す配線基板の要部概略上面図である。（ａ）は、本発明の配線基板の実施形態の別の例を示す要部概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す配線基板の要部概略上面図である。（ａ）は、従来の配線基板の例を示す要部概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す配線基板の要部概略上面図である。

次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を図１（ａ），（ｂ）を基に説明する。本例の配線基板は、アルミナや窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミックス等のセラミック材料や、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する樹脂材料から成る単層または複数層の絶縁層から成る絶縁基板１の上面に、高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路２およびこの信号線路２を所定の間隔で取り囲む接地導体層３とから成るコプレナー線路を設けるとともに、信号線路２の一端部を、絶縁基板１を貫通する貫通導体４を接続させることにより絶縁基板１の下面に導出させてなる。
なお、信号線路２および接地導体層３は、絶縁基板１がセラミックス材料から成る場合であれば、タングステンやモリブデン、銅等の金属粉末焼結体から成り、絶縁基板１が樹脂材料から成る場合であれば、銅箔や銅めっき層から成る。

信号線路２は、絶縁基板１の上面を幅が２０〜２００μｍ、厚みが１０〜２５μｍの細い帯状で延びており、図示しない高周波半導体素子の信号電極に接続されている。接地導体層３は、絶縁基板１の上面を信号配線２を２０〜２００μｍの間隔で取り囲むように広がっており、信号線路２と同様の厚みのベタパターンとして形成されており、この信号線路２と接地導体層３とで高周波信号を伝送するためのコプレナー線路を形成している。そして、このコプレナー線路においては、信号線路２を接地導体層３が２０〜２００μｍの間隔で取り囲んでいることにより信号線路２の特性インピーダンスが例えば５０Ωに整合するように設計されている。なお、信号線路２の幅や厚み、信号線路２と接地導体層３との間の間隔等は、絶縁基板１に使用される誘電率や誘電正接や信号線路２および接地導体３に使用される材料の持つ導電率等の物性により適宜設定すればよい。

また、信号線路２の一端部は、絶縁基板１を貫通する貫通導体４に接続されており、それにより絶縁基板１の下面に電気的に導出されている。貫通導体４は、絶縁基板１がセラミックス材料から成る場合であれば、タングステンやモリブデン、銅等の金属粉末焼結体から成り、絶縁基板１が樹脂材料から成る場合であれば、銅めっき等のめっき導体または銅や錫、銀、ビスマス等を含む導電ペーストの硬化物から成る。貫通導体４の直径は３０〜３００μｍである。

貫通導体４が導出した絶縁基板１の下面には、例えば外部電気回路基板の配線導体に接続される直径が５０〜５００μｍの円形の接続パッド５が形成されているとともに、接続パッド５を所定の間隔で取り囲む接地導体層６が形成されている。これらの接続パッド５および接地導体層６は、信号線路２および接地導体層３と同様の材料から成る。なお、絶縁基板１の上面の接地導体層５と絶縁基板１下面の接地導体層２とは、絶縁基板１を貫通する図示しない複数の接地用貫通導体により互いに接続されており、それらの接地用貫通導体は貫通導体４を取り囲んで貫通導体４との間に疑似同軸線路を形成して貫通導体４における特性インピーダンスが例えば５０Ωとなるように配置されている。なお、接続パッド５の直径や接続パッド５と接地導体層６との間隔等は、絶縁基板１に使用される誘電率や誘電正接や信号線路２および接地導体３に使用される材料の持つ導電率等の物性により適宜設定すればよい。

そして本例の配線基板においては、絶縁基板１の上面においてコプレナー線路を形成する信号線路２の端部とこれを取り囲む接地導体層３との間隔は、信号線路２の両側における間隔Ｇ１よりも信号線路２の延長方向における間隔Ｇ２の方が広くなっている。具体的には、信号用線路２とこれを取り囲む接地導体層３との間隔は、信号線路２の両側においては、信号線路２の端部まで同じ広さの間隔Ｇ１であり、信号線路２の延長方向のみが間隔Ｇ１に対して１．５倍から５倍程度広い間隔Ｇ２となっている。これにより、信号線路２は、その端部まで同じ間隔Ｇ１で両側の接地導体層３と対向することになり、端部におけるインダクタンスの増加が発生することはないとともに、信号線路２の端部と信号線路２の延長方向における接地導体層３との間に形成される容量成分が減少するので、信号線路２を伝播してきた信号が信号線路２の延長方向にある接地導体層３に漏れることを抑制することができる。したがって、本例の配線基板によれば、貫通導体４と接続する信号線路２の端部における信号の漏れを低減し、１０ＧＨｚを超える周波数帯域の信号を効率よく伝送させることが可能となる。なお、信号線路２の端部とこれを取り囲む接地導体層３との間隔は、信号線路２の両側における間隔Ｇ１に対する信号線路２の延長方向における間隔Ｇ２の比率が１．５倍未満では信号の漏れを低減する効果が低いものの、２倍以上あれば十分であり、５倍を超えるとそのような広い間隔Ｇ２を設けるために余分なスペースが必要となるとともに効果の更なる増大が望めない。したがって、信号線路２の端部とこれを取り囲む接地導体層３との間隔は、信号線路２の両側における間隔Ｇ１に対する信号線路２の延長方向における間隔Ｇ２の比率が１．５〜５倍の範囲であることが好ましい。ちなみに、本発明者が、図１に示した配線基板をモデル化した本例に対応する解析モデルにおいて、Ｇ１に対するＧ２の比率を１．５倍した場合の解析モデルと、図３に示した配線基板をモデル化した従来技術に対応する解析モデルとを電磁界シミュレーターによりシミュレーションした結果によると、４０ＧＨｚにおいて反射損はほとんど同一であるものの、挿入損では０．１５ｄＢの改善が見られた。

次に、本発明の配線基板における実施形態の他の例を図２（ａ，）（ｂ）を基に説明する。なお、本例の配線基板において上述した配線基板の実施形態の一例と同様の箇所には同様の符号を付し、煩雑をさけるため、その詳細な説明は省略する。本例の配線基板においても上述した実施形態の一例と同様に、単層または複数層の絶縁層から成る絶縁基板１の上面に、高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路２およびこの信号線路２を所定の間隔で取り囲む接地導体層３から成るコプレナー線路を設けるとともに、信号線路２の一端部を、絶縁基板１を貫通する貫通導体４を接続させることにより絶縁基板１の下面に導出させてなる。また、絶縁基板１の下面には接続パッド５および接地導体層６が形成されている。絶縁基板１、信号線路２、接地導体層３、貫通導体４、接続パッド５および接地導体層６は、上述した実施形態の一例と同様の材料から形成されている。

本例の配線基板においては、接地導体層３が信号線路２を取り囲む間隔は、上述の実施形態の一例におけるＧ１と同様の間隔Ｇ１で一定となっているとともに、絶縁基板１の上面においてコプレナー線路を形成する信号線路２の端部とこれを取り囲む接地導体層３との間の絶縁基板１の表面に信号線路２の延長方向を横切る溝７が形成されている。これにより、信号線路２は、その端部まで同じ間隔Ｇ１で両側の接地導体層３と対向することになり、端部におけるインダクタンスの増加が発生することはないとともに、信号線路２の端部と信号線路２の延長方向における接地導体層３との間に形成される容量成分が溝部７内の低誘電率の空気により減少するので、信号線路２を伝播してきた信号が信号線路２の延長方向にある接地導体層３に漏れることを抑制することができる。したがって、本例の配線基板によれば、貫通導体４と接続する信号線路２の端部における信号の漏れを低減し、１０ＧＨｚを超える周波数帯域の信号を効率よく伝送させることが可能となる。ちなみに、本発明者が、図２に示した配線基板をモデル化した本例に対応する解析モデルにおいて、信号線路２の端部とこれを取り囲む接地導体層３との間の絶縁層に幅がＧ１と同様の溝７を設けた場合の解析モデルと、図３に示した配線基板をモデル化した従来技術に対応する解析モデルとを電磁界シミュレーターによりシミュレーションした結果によると、４０ＧＨｚにおいて反射損はほとんど同一であるものの、挿入損では０．２５ｄＢの改善が見られた。

なお、本発明は上述の実施形態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り、例えば上述の実施形態の一例では、信号線路２および接地導体層３から成るコプレナー線路を絶縁基板１の上面に設けた場合を示したが、絶縁基板を複数の形成し、絶縁基板の内部の絶縁層上に信号配線および接地導体層から成るコプレナー線路を形成するとともにこの絶縁基板内部のコプレナー線路に対して上述の実施形態の一例におけるコプレナー線路と同様の構成を適用してもよい。また、上述の実施形態の一例にさらに上述の実施形態の他の例を適用してもよい。

１絶縁基板
２信号線路
３接地導体層
４貫通導体
７溝部

Claims

絶縁層の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路および該信号線路を所定の間隔で取り囲む接地導体層から成るコプレナー線路を設けるとともに、前記コプレナー線路における前記信号線路の端部を、前記絶縁層を貫通する貫通導体に接続させて前記絶縁層の下面側に電気的に導出させて成る配線基板において、前記信号線路と前記接地導体層との間隔が前記信号線路の両側においては前記信号線路の前記端部まで同じ間隔であるとともに、前記端部と前記接地導体層との前記間隔は、前記信号線路の両側における間隔よりも前記信号線路の延長方向における間隔が広くなっていることを特徴とする配線基板。
前記信号線路の延長方向における前記間隔が前記信号線路の両側における前記間隔の１．５〜５倍であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
絶縁層の上面に高周波信号を伝播させるための細い帯状の信号線路および該信号線路を一定の間隔で取り囲む接地導体層から成るコプレナー線路を設けるとともに、前記コプレナー線路における前記信号線路の端部を、前記絶縁層を貫通する貫通導体に接続させて前記絶縁層の下面側に電気的に導出させて成る配線基板において、前記端部と前記接地導体層との間の前記絶縁層に、前記信号線路の延長方向を横切る溝が前記延長方向側のみに形成されていることを特徴とする配線基板。