JP5863801B2 - 高周波に使用するための多平面印刷配線板 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の多平面印刷配線板に関する。

一般に印刷回路には、電圧を阻止しかつ濾波する不連続なコンデンサが設けられる。これらの不連続な部品は単位長さ当たりインダクタンスを持つ複数の接続導線を持ち、これらの接続導線が高周波使用の分野で危険な共振動作を生じることがある。更にこれらの周波数において、高周波に適した材料から成る高価な支持基板の表面に、これらの部品のための大きい場所が必要になる。不連続な部品は更に装備されねばならず、回路はこれらの部品のＥＭＶ妨害に対して保護されねばならない。

従来技術において、高周波に使用するための多平面印刷配線板が公知である。多平面印刷配線板は、高周波に適した第１の材料から成る少なくとも１つの第１の支持基板から成り、この支持基板上に高周波回路の少なくとも一部が実現されている。しかし給電及び他の低周波回路部分のための費用を節約するために、もっと安価な第２の材料から成る少なくとも１つの第２の支持基板の使用が更に公知であるが、第２の材料は第１の材料に比べて一層大きい誘電損失を伴う。異なる支持基板から成るこのような多平面印刷配線板は、既に市販されている。

従って本発明の課題は、高周波に使用するのに適した多平面印刷配線板を提示することである。

この課題は、請求項１に記載の：
高周波に使用するための多平面印刷配線板であって、当該多平面印刷配線板は、高周波に適した第１の材料から成る少なくとも１つの第１の支持基板（ＰＣＢ１）と、当該第１の材料より大きい電気的損失を有する第２の材料から成る少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）と、前記第１の支持基板（ＰＣＢ１）上の少なくとも１つの信号導線構造（Ｓ１，Ｃ１）と、少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）の側の、接地電位に接続されている少なくとも１つの接地層（Ｍ２）と、前記支持基板（ＰＣＢ１，２，３）を貫通する電気的な貫通ボンディング（Ｖ）とを有する当該多平面印刷配線板において、
所望の静電容量に相当する大きさを成す金属被覆面（Ｃ３）が、前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）の、前記接地層（Ｍ２，Ｍ４）の反対側に形成されていて、前記金属被覆面（Ｃ３）が、貫通ボンディング（Ｖ（Ｃ１−Ｃ３））を介して前記信号導線構造（Ｃ１）に接続されていることによって、高周波電力を前記接地電位へ導出するための静電容量が、前記接地層（Ｍ２，Ｍ４）まで達する前記少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）にわたって形成されていること、及び
前記少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）上に配置されている導体条片（Ｓ３）が、ＥＭＣ障害に対して保護されているように、少なくとも１つの貫通ボンディング（Ｖ（Ｍ２−Ｍ４））が、前記金属被覆面（Ｃ３）に対して所定に離間されて、当該第１の接地層（Ｍ２）から当該第２の接地層（Ｍ４）までファラデーケージとして設けられていることによって解決される。
本発明の有利な展開は従属請求項からわかり、個々の特徴の組合わせ及び展開も考えられる。

本発明の主要な考えは、高周波電力を放電する（静電）容量を形成するために、高周波の使用のためには一般に有害な誘電損失が第２の材料において適切に利用可能である、という点にある。そのため少なくとも１つの信号導線構造が第１の支持基板に設けられ、接地電位に接続される少なくとも１つの接地層が少なくとも１つの第２の支持基板の一方の側に設けられ、支持基板を通る貫通ボンディングが設けられ、第２の支持基板の接地層とは反対の側に、所望の容量に相当する大きさを持つ金属被覆面を形成し、貫通ボンディングを介して金属被覆面を信号導線構造と接続することによって、接地層の方へ、少なくとも１つの第２の支持基板により、高周波電力を接地電位へ導出する容量が形成される。

好ましい構成では、多平面印刷配線板が少なくとも３つの支持基板から成り、第１の支持基板と第２の支持基板との間に第１の接地層が設けられ、第２の支持基板に、同様に第２の材料から成る第３の支持基板が設けられ、容量の金属被覆面が第２の支持基板と第３の支持基板との間に形成され、第３の支持基板の反対側に第２の接地層が設けられている。従って容量の金属被覆面は、所望の誘電損失を持つ支持基板により両側を包囲され、こうして金属被覆面の大きさを最適に利用し、第１の支持基板への放射を一層よく防止することができる。

別の好ましい構成では、多平面印刷配線板が、金属被覆面の周りに分布して設けられる複数の貫通ボンディングを、金属被覆面に対して所定の間隔で、それぞれ第１の接地層から第２の接地層へ持っている。これらの貫通ボンディングは、容量の範囲から第２の材料から成る支持基板の他の部分への電磁波の側方放射の防止も可能にし、それによりこれらの部分を回路の別の部分のために直ちに使用することができる。

図面を使用して実施例により、本発明が以下に詳細に説明される。ここで同じ又は機能的に同じ素子は、同じ符号で示されている。

多レベル印刷配線板の断面図を示す。 多レベル印刷配線板の金属被覆面の平面図を示す。 多レベル印刷配線板別の金属被覆面の平面図を示す。 多レベル印刷配線板別の金属被覆面の平面図を示す。 多レベル印刷配線板別の金属被覆面の平面図を示す。

図１は、特に好ましい構成で、３つの支持基板従って４つの金属被覆面を持つ多平面印刷配線板を示し、第１の支持基板は高周波に適した第１の材料から成り、第２及び第３の支持基板はそれに比べて大きい誘電損失を持つ安価な材料から成っている。市場には多数のこのような適当な支持基板があるので、ここでは出願の保護範囲を制限することなしに、材料の選択はただ１つの提案及び実施例として示すことができる。使用のために規定される使用信号周波数において、第３の支持基板の材料ＰＣＢ３の損失角ｔａｎδ２は、第１の支持基板ＰＣＢ１の材料の損失角ｔａｎδ１の少なくとも因数３に等しく、従ってｔａｎδ２＞３＊ｔａｎδ１が成立する。

しかし生じる誘電損失及びオーム損失は、そのつどの信号周波数、そのつどの損失角及び導電率にかなり関係する。従って損失角を絶対値として有意義に示すことは不可能である。当業者は、常に選ばれる使用のために、例えば間隔測定車のために７７ＧＨｚを選び、それぞれの材料を適当に選ぶことができる。

更に多平面印刷配線板は、第１の支持基板ＰＣＢ１に１つの信号導線構造Ｓ１，Ｃ１を持ち、接地電位に接続される少なくとも１つなるべく２つの接地層Ｍ２，Ｍ４を２つの第２の支持基板ＰＣＢ２，ＰＣＢ３のそれぞれ片側に持っている。

接地層Ｍ２及びＭ４に対向する第２又は第３の支持基板ＰＣＢ２，３の側に、従って金属被覆平面Ｌ３に、使用周波数において所望の容量に相当する大きさ及び形状を持つ金属被覆面Ｃ３が形成され、金属被覆面Ｃ３は貫通ボンディングＶ（Ｃ１−Ｃ３）を介して信号導線構造Ｃ１に接続されている。

図にスケッチ風に示されているように、金属被覆面Ｃ３から第２及び第３の支持基板ＰＣＢ２，ＰＣＢ３を通って接地層Ｍ２，Ｍ４へ、基準電位へ高周波電力を放電するための容量が形成される。その際一層安価な支持基板の一層悪く、一層大きい誘電損失が適切に利用される。

しかし一般に、第３の支持基板をなくし、第２の金属被覆平面Ｌ２にある金属被覆面が第１の支持基板と第２の支持基板との間に直接設けられ、既に第３の金属被覆平面に基準接地層が設けられているようにすることもできる。しかしこのような構成では、第１及び第２の支持基板へのＥＭＶ放射が一層大きくないり、金属被覆面の大きさが図に示す好ましい構成におけるより大きくなるであろう。

多平面印刷配線板は、金属被覆面Ｃ３への所定の間隔において、第１の接地層Ｍ２から第２の接地層Ｍ４への少なくとも１つの貫通ボンディングＶ（Ｍ２−Ｍ４）を持っている。しかし金属被覆面の周りに空間的になるべくほぼ均一に分布して配置される複数の貫通ボンディングＶ１（Ｍ２−Ｍ４），Ｖ２（Ｍ２−Ｍ４）が、金属被覆面Ｃ３に対して所定の間隔で、それぞれ第１の接地層Ｍ２から第２の接地層Ｍ４へ設けられているのが特に好ましい。これらの貫通ボンディングＶ１（Ｍ２−Ｍ４），Ｖ２（Ｍ２−Ｍ４）は、コンデンサの金属被覆面の周りにいわばファラデーケージを形成し、それにより隣接する両方の支持基板を側方ＥＭＶ結合に対して保護するので、第３の金属被覆レベル別の導体条片Ｓ３を設けることができる。

コンデンサの金属被覆面の大きさ及び形状態は容量を決定し、この容量が金属被覆面Ｃ３への接続部の単位長さ当たりのインダクタンスと共に、使用のために必要な周波数へ適切に合わせることができる共振周波数を決定する。

更に高周波使用のために、金属被覆面の外縁と貫通ボンディングの中心との間隔も同様に、システムの減衰特性に影響を及ぼす。即ち除去すべき寄生周波数の波長の有理数で表現可能な比が少なくともほぼ１の比に達すると、ほぼ定常波が生じ、減衰従って除去が決定的に強められる。もちろんこの作用は正確な一致の際最大であるが、実際には殆ど回避不可能な使用の場合にも十分良い効果が得られる。金属被覆面の大きさ従ってその容量のほかに、金属被覆面の外縁と貫通ボンディングの中心との間隔も、効果を決定する。まず図２ａを見ると、ここでは金属被覆面が半径Ｒを持つ完全な円として構成されている。半径Ｒは同時に面の大きさを決定する。

しかし円切片いわゆる“ラジアルチューブ”又は図２ｂにおけるように２つのこのような円切片いわゆる“バタフライチューブ”に変えると、この構成は、一方では半径即ち金属被覆面の外縁と貫通ボンディングの中心との間隔を介して、妨害周波の波長又は妨害波への最適化を行う可能性を与え、他方では円切片の角を介して、面従って容量に互いに無関係に影響を及ぼし、従ってそのつどの使用事例に関係なく両方の大きさを最適化する可能性を与える。

もちろん十分な技術的近似で、他の非円形又は長方形の切片も使用でき、これらの切片においてもちろん数学的な意味で金属被覆面の外縁と貫通ボンディングの中心との間隔が、長方形の側面の長さに常に等しくはなく、少なくともこの長方形面の十分狭い幅Ｂ従って幅＜＜長さにおいて、これは無視できる。しかしこのような長方形面は、図２ｃに示すように、円切片より場合によっては著しく容易に正確に構造化され、場合によっては金属被覆面の外縁と貫通ボンディングの中心との間隔を、一方では妨害波の波長に対して最適化し、他方ではそれとは無関係に長方形の幅の適合によって容量を決定する可能性を与える。

しかし図２ｃは、切片の長方形状変形例のほかに、機能的に同じ作用をするように図２ｄにも示されている別の展開も示す。即ち金属被覆面Ｃ３は異なる間隔Ｒ１＞Ｒ２又はＬ１＜Ｌ２を持つ２つの切片Ｓ１及びＳ２から成っている。これらの間隔の各々は別の除去すべき他の寄生周波数に対して最適化され、即ちこの切片の外縁と貫通ボンディングの中心とのそれぞれの間隔Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２を、有理数で表現可能な波長とこれらの寄生周波数ｆ１、ｆ２との比により少なくともほぼ調整することによって、このような切片により、金属被覆構造で２つの異なる寄生周波数を同時に除去することができる。異なる間隔を持つもっと多くの切片を使用すれば、更に別の寄生周波数にも反応し、例えば別の高調波を阻止することができる。

例えば円切片では、その角Ｗ１，Ｗ２により決定され、長方形ではその幅Ｂ１，Ｂ２により決定されるこれら切片の大きさは、この寄生周波数における所望の容量に相当する。

もちろん貫通ボンディングの周りの面は制限され、異なる間隔を持つ異なる切片の集合では、まだ利用可能な可変幅又は角において、限界があるが、面の適当な形成を介して最適化を行うことができる。

もちろん特定の寄生周波数に対しても、同じ間隔を持つ複数の切片、従って例えば図２ｂにおけるような蝶形状を設けることができ、即ち４つ又はそれ以上の切片を持つ形状も生じることができる。

更に具体的な材料及び金属被覆面の特性の選択を介して、容量及びとりわけ付加的にそのオーム損失も、妨害エネルギの導出又は一層良好な放出のため、従ってこのエネルギを熱に変換するために得ることができる。こうして特に薄い金属被覆面の適切な選択により、例えば銅において１５μｍ以下でも、オーム損失を高めることができる。通常の回路応用のため一般に金属被覆の表面の特に高い品質及び滑らかさが望まれるが、この損失の適切な発生のために、金属被覆の表面も適当に粗く形成し、こうして損失を更に高めることができる。

これらの方策は、適当なシミュレーションプログラムにより、そのつどの使用事例に応じて計算機で最適化することができるが、ここでは基本的な影響可能性のみが示され、本発明は個々の形状や方策に限定されていない。

このような多平面印刷配線板は、高周波応用例えば高周波なるべく１ＧＨｚ範囲より大きい高周波における増幅器の直流電圧供給フィルタに適し、特に自動車における間隔測定レーダにも適している。

このような実施例は１ＧＨｚ以上の周波数において使用されるのがよい。

Claims (9)

1. 高周波に使用するための多平面印刷配線板であって、当該多平面印刷配線板は、高周波に適した第１の材料から成る少なくとも１つの第１の支持基板（ＰＣＢ１）と、当該第１の材料より大きい電気的損失を有する第２の材料から成る少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）と、前記第１の支持基板（ＰＣＢ１）上の少なくとも１つの信号導線構造（Ｓ１，Ｃ１）と、少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）の側の、接地電位に接続されている少なくとも１つの接地層（Ｍ２）と、前記支持基板（ＰＣＢ１，２，３）を貫通する電気的な貫通ボンディング（Ｖ）とを有する当該多平面印刷配線板において、
   所望の静電容量に相当する大きさを成す金属被覆面（Ｃ３）が、前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）の、前記接地層（Ｍ２，Ｍ４）の反対側に形成されていて、前記金属被覆面（Ｃ３）が、貫通ボンディング（Ｖ（Ｃ１−Ｃ３））を介して前記信号導線構造（Ｃ１）に接続されていることによって、高周波電力を前記接地電位へ導出するための静電容量が、前記接地層（Ｍ２，Ｍ４）まで達する前記少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）にわたって形成されていること、及び
   前記少なくとも１つの第２の支持基板（ＰＣＢ２）上に配置されている導体条片（Ｓ３）が、ＥＭＣ障害に対して保護されているように、少なくとも１つの貫通ボンディング（Ｖ（Ｍ２−Ｍ４））が、前記金属被覆面（Ｃ３）に対して所定に離間されて、当該第１の接地層（Ｍ２）から当該第２の接地層（Ｍ４）までファラデーケージとして設けられていることを特徴とする多平面印刷配線板。
2. 第１の接地層が、前記第１の支持基板（ＰＣＢ１）と前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）との間に設けられていて、同様に第２の材料から成る第３の支持基板（ＰＣＢ３）が、前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）に配置されていて、前記静電容量の前記金属被覆面（Ｃ３）が、前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）と前記第３の支持基板（ＰＣＢ３）との間に形成されていて、第２の接地層（Ｍ４）が、前記第３の支持基板（ＰＶＢ３）の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多平面印刷配線板。
3. 前記金属被覆面（Ｃ３）の周りに分かれて配置された１つより多い貫通ボンディング（Ｖ１（Ｍ２−Ｍ４））、（Ｖ２（Ｍ２−Ｍ４））がそれぞれ、前記金属被覆面（Ｃ３）に対して所定に離間して、前記第１の接地層から前記第２の接地層まで設けられていることを特徴とする請求項２に記載の多平面印刷配線板。
4. １つの有効信号周波数が使用のために予め設定されているときに、前記第２の支持基板（ＰＣＢ２）の材料の損失角（ｔａｎδ２）が、前記第１の支持基板（ＰＣＢ１）の材料の損失角（ｔａｎδ１）の少なくとも因数３に相当する（ｔａｎδ２＞３＊ｔａｎδ１）ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板。
5. 前記静電容量は、前記金属被覆面（Ｃ３）に対する接続部の単位長さ当たりのインダクタンスと一緒に、前記高周波電力を減衰させるための、前記使用のために必要な周波数に合わせられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板。
6. 前記貫通ボンディングの中心に対する前記金属被覆面（Ｃ３）の外縁の間隔（Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２）が、除去すべき寄生周波数に対する、有理数によって表記可能な波長の比によって少なくとも近似値で得られるように、当該間隔が決定され、さらに、所望の静電容量が、少なくとも近似値で得られるように、前記金属被覆面（Ｃ３）の大きさ（Ｗ）が決定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板。
7. 前記金属被覆面（Ｃ３）は、円形でない扇形、台形又は長方形の少なくとも１つの部分（Ｓ）から構成され、前記貫通ボンディングの中心に対する当該部分の外縁の間隔（Ｒ，Ｌ）が、除去すべき寄生周波数に対する、有理数によって表記可能な波長の比によって少なくとも近似値で得られ、他方では、前記金属被覆面（Ｃ３）の面の大きさ、すなわち静電容量が、所望の静電容量に少なくともほぼ応じて決定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板。
8. 前記金属被覆面（Ｃ３）は、少なくとも２つの部分（Ｓ１，Ｓ２）から構成され、当該複数の部分のうちの少なくとも２つの部分が、前記貫通ボンディングの中心に対する前記外縁の異なる間隔（Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２）を有し、前記貫通ボンディングの中心に対する当該複数の部分の前記外縁のそれぞれの間隔（Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２）が、除去すべき複数の寄生周波数（ｆ１、ｆ２）に対する、有理数によってそれぞれ少なくとも近似値で表記可能な波長の比に適合され、当該複数の部分の大きさ（Ｗ１，Ｗ２）が、当該複数の寄生周波数で所望の静電容量に応じ前記金属被覆面（Ｃ３）に相当することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の多平面印刷配線板を、増幅器の直流電圧供給フィルタとして、自動車内の間隔測定レーダ用に、高周波帯域内で、すなわち１ＧＨｚ帯域より大きい帯域内で使用する方法。

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