JP6991059B2 - 保護回路モジュール、電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、保護回路モジュール、電子装置に関する。

移動通信機器に搭載される高周波回路モジュール等の様々な回路モジュールが開発されている。２つのモジュール間に介在し、周辺回路を保護する機能を備えた保護回路モジュールもそのうちの一つである。

近年、保護回路モジュールの小型化の要求が高まり、それに伴って生じる配線間のクロストーク対策が重要となりつつある。

特許第４００５８２９号

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、配線間のクロストークを低減した保護回路モジュールを提供することを課題とする。

本保護回路モジュールは、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の一方の面に形成された一対の第１パッドに実装された第１耐サージチップ抵抗と、前記絶縁性基板の他方の面の前記第１耐サージチップ抵抗と平面視で重複する位置に配置され、前記絶縁性基板の他方の面に形成された一対の第２パッドに実装された第２耐サージチップ抵抗と、前記第１パッドの一方と接続された第１配線と、前記第２パッドの一方と接続された第２配線と、前記第１パッドの他方と前記第２パッドの他方とを同電位に接続する第３配線と、前記絶縁性基板の内層に設けられ、少なくとも前記第１パッドの一方と前記第２パッドの一方とが対向する領域に配置されたシールド配線と、を有することを要件とする。

開示の技術によれば、配線間のクロストークを低減した保護回路モジュールを提供できる。

第１の実施の形態に係る電子装置を例示する断面図である。 第１の実施の形態に係る電子装置を例示する平面図である。 第１の実施の形態に係る電子装置を例示する底面図である。 第１の実施の形態に係る電子装置の信号の流れを説明する図である。 比較例に係る電子装置の信号の流れを説明する図である。 比較例に係る電子装置の信号波形及びノイズ波形を例示する図である。 第１の実施の形態に係る電子装置の信号波形及びノイズ波形を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る電子装置を例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る電子装置を例示する断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る電子装置を例示する平面図である。図３は、第１の実施の形態に係る電子装置を例示する底面図である。なお、図１は、図２及び図３のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。又、図２及び図３ではソルダーレジスト層１０３及び１１３の図示が省略されており、内層となるシールド配線を梨地模様で示している。又、図３に示す底面図は、第１の実施の形態に係る電子装置を絶縁層１１０の他方の面１１０ｂの法線方向から視た図である。

図１～図３を参照するに、電子装置１は、保護回路モジュール１０と、メインモジュール２０と、サブモジュール３０とを有している。電子装置１は、必要に応じ、電源、コネクタ、ケーブル等の他の構成要素を有しても構わない。保護回路モジュール１０は、メインモジュール２０とサブモジュール３０との間に介在し、両者と電気的に接続されている。但し、保護回路モジュール１０は、メインモジュール２０及びサブモジュール３０と着脱自在とすることができる。

保護回路モジュール１０は、瞬間的に大電流が流れたときに周辺回路を保護する機能を備えたモジュールである。保護回路モジュール１０は、絶縁層１００と、パッド１０１と、配線１０２と、ソルダーレジスト層１０３と、耐サージチップ抵抗１０５と、シールド配線１０８と、絶縁層１１０と、パッド１１１と、配線１１２と、ソルダーレジスト層１１３と、耐サージチップ抵抗１１５と、絶縁層１２０と、配線１２１とを有している。なお、絶縁層１００と絶縁層１１０と絶縁層１２０とが積層された構造体を、便宜上、絶縁性基板Ｓ１と称する。

なお、本実施の形態では、便宜上、保護回路モジュール１０のソルダーレジスト層１０３側を上側又は一方の側、ソルダーレジスト層１１３側を下側又は他方の側とする。又、各部位のソルダーレジスト層１０３側の面を一方の面又は上面、ソルダーレジスト層１１３側の面を他方の面又は下面とする。但し、保護回路モジュール１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を絶縁層１００の一方の面１００ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を絶縁層１００の一方の面１００ａの法線方向から視た形状を指すものとする。

絶縁層１００は、例えば、ポリイミド系樹脂等の可撓性を有する絶縁性樹脂から形成されている。絶縁層１００の厚さは、例えば、１０～５０μｍ程度とすることができる。

パッド１０１及び配線１０２は、絶縁層１００の一方の面１００ａ（絶縁性基板Ｓ１の一方の面）に形成されている。パッド１０１は、２端子の電子部品を実装するための一対のパッド１０１_１及び１０１_２からなる。パッド１０１には、図示しないはんだや導電性ペースト等を用いて、耐サージチップ抵抗１０５が実装されている。パッド１０１の一方であるパッド１０１_１は、配線１０２と電気的に接続されている。パッド１０１及び配線１０２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。パッド１０１及び配線１０２の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。必要に応じ、パッド１０１及び配線１０２の表面に、金（Ａｕ）めっき等を施してもよい。

ソルダーレジスト層１０３は、絶縁層１００の一方の面１００ａに、配線１０２を被覆するように形成されている。但し、前述のように、図２では、ソルダーレジスト層１０３の図示は省略されている。ソルダーレジスト層１０３の材料としては、例えば、感光性のエポキシ系絶縁性樹脂やアクリル系絶縁性樹脂等を用いることができる。ソルダーレジスト層１０３の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。

シールド配線１０８は、絶縁層１００の他方の面１００ｂに形成されている。シールド配線１０８は、パッド１０１_１と１１１_１よりもメインモジュール２０側にはり出して形成されている。シールド配線１０８は、メインモジュール２０及び／又はサブモジュール３０の基準電位と接続されている。ここで、基準電位とは、ＧＮＤや電源、又はそれに準じた安定した電位を指す。シールド配線１０８の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。シールド配線１０８の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。

絶縁層１１０は、例えば、ポリイミド系樹脂等の可撓性を有する絶縁性樹脂から形成されている。絶縁層１１０の厚さは、例えば、１０～５０μｍ程度とすることができる。

パッド１１１及び配線１１２は、絶縁層１１０の他方の面１１０ｂ（絶縁性基板Ｓ１の他方の面）に形成されている。パッド１１１は、２端子の電子部品を実装するための一対のパッド１１１_１及び１１１_２からなる。パッド１１１には、図示しないはんだや導電性ペースト等を用いて、耐サージチップ抵抗１１５が実装されている。パッド１１１の一方であるパッド１１１_１は、配線１１２と電気的に接続されている。パッド１１１及び配線１１２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。パッド１１１及び配線１１２の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。必要に応じ、パッド１１１及び配線１１２の表面に、金（Ａｕ）めっき等を施してもよい。

耐サージチップ抵抗１０５及び１１５の大きさは、流れる電流等の仕様や規格の有無等に基づいて決定されるが、例えば、６３３２サイズ（平面形状が６．３ｍｍ×３．２ｍｍ）を用いることができる。

ソルダーレジスト層１１３は、絶縁層１１０の他方の面１１０ｂに、配線１１２を被覆するように形成されている。但し、前述のように、図３では、ソルダーレジスト層１１３の図示は省略されている。ソルダーレジスト層１１３の材料としては、例えば、感光性のエポキシ系絶縁性樹脂やアクリル系絶縁性樹脂等を用いることができる。ソルダーレジスト層１１３の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。

絶縁層１２０は、絶縁層１００と絶縁層１１０との間に配置され、絶縁層１００の他方の面１００ｂと絶縁層１１０の一方の面１１０ａとを接着している。絶縁層１２０は、シールド配線１０８を被覆している。絶縁層１２０の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。絶縁層１２０の厚さは、例えば、２０～７０μｍ程度とすることができる。

配線１２１は、パッド１０１_２、絶縁層１００、絶縁層１２０、絶縁層１１０、及びパッド１１１_２を貫通し、パッド１０１の他方であるパッド１０１_２とパッド１１１の他方であるパッド１１１_２とを同電位に接続する貫通配線である。配線１２１の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。なお、配線１２１はパッド１０１_２とパッド１１１_２とを同電位に接続する配線の一例であり、必ずしも貫通配線である必要はない。配線１２１は、例えば、絶縁性基板Ｓ１の側面等に形成され、パッド１０１_２とパッド１１１_２とを同電位に接続してもよい。

保護回路モジュール１０において、耐サージチップ抵抗１０５と耐サージチップ抵抗１１５とは、平面視で重複する位置に実装されている。又、シールド配線１０８は、絶縁性基板Ｓ１の内層に設けられ、少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置されている。

なお、保護回路モジュール１０において、パッド１０１、配線１０２、耐サージチップ抵抗１０５、パッド１１１、配線１１２、耐サージチップ抵抗１１５、配線１２１、及びシールド配線１０８は、一組の保護回路を構成している。絶縁性基板Ｓ１に、上記の保護回路と同一構造の複数組の保護回路が設けられてもよく、図２及び図３では、絶縁性基板Ｓ１に２組の保護回路が設けられた例を示している。

なお、シールド配線１０８は複数の保護回路に跨って形成されていても良い。その場合、シールド配線１０８を共有して用いる、複数のパッド１０１、配線１０２、耐サージチップ抵抗１０５、パッド１１１、配線１１２、耐サージチップ抵抗１１５、及び配線１２１が設けられる。

保護回路モジュール１０を作製するには、例えば、ポリイミド系樹脂等からなる絶縁層１００の両面に銅箔が形成された基材を準備し、両面の銅箔をエッチングしてパッド１０１及び配線１０２並びにシールド配線１０８を形成する。そして、パッド１０１及び配線１０２を被覆するように感光性樹脂を塗布し、露光及び現像してパッド１０１を露出して配線１０２を被覆するソルダーレジスト層１０３を形成する。

同様にして、パッド１１１、配線１１２、ソルダーレジスト層１１３を有する絶縁層１１０を形成する。そして、配線１０２と配線１１２が外側を向くように、例えば半硬化状態のフィルム状の絶縁性樹脂等からなる絶縁層１２０を挟んで絶縁層１００と絶縁層１１０を配置し、絶縁層１２０を硬化させる。次に、パッド１０１_２、絶縁層１００、絶縁層１２０、絶縁層１１０、及びパッド１１１_２を貫通する貫通孔をドリル加工法やレーザ加工法で形成し、めっき等により貫通孔内に銅等を充填して配線１２１を形成する。その後、はんだや導電性ペースト等を用いて、パッド１０１に耐サージチップ抵抗１０５を、パッド１１１に耐サージチップ抵抗１１５を実装することより、保護回路モジュール１０が完成する。

図４に示すように、電子装置１において、メインモジュール２０からパッド１０１_２に第１信号Ｆが供給される。パッド１０１_２に供給された第１信号Ｆは、耐サージチップ抵抗１０５、パッド１０１_１、及び配線１０２を経由してサブモジュール３０に取得される。一方、サブモジュール３０から配線１１２に第２信号ＩＭＰＦが供給される。配線１１２に供給された第２信号ＩＭＰＦは、パッド１１１_１を経由して耐サージチップ抵抗１１５に達する。

第２信号ＩＭＰＦは所定の周波数（例えば、数１０ｋＨｚ程度）の交流信号であり、振幅が比較的大きい。これに対して、第１信号Ｆはメインモジュール２０から出力される被検出信号であり、第１信号Ｆの振幅は第２信号ＩＭＰＦの振幅よりも小さく、第１信号Ｆは微弱な信号である。

ここで、図５のような保護回路モジュール１０Ｘを備えた電子装置１Ｘ（比較例）を考える。保護回路モジュール１０Ｘは、シールド配線１０８が設けられていない点を除いて保護回路モジュール１０と同じである。電子装置１Ｘにおいて、サブモジュール３０から配線１１２に第２信号ＩＭＰＦが供給され、メインモジュール２０からパッド１０１_２に第１信号Ｆが供給されていない場合を考える。この場合、シールド配線１０８が存在しないため、パッド１１１_１とパッド１０１_１との間には容量性結合が生じている。そのため、振幅が比較的大きい第２信号ＩＭＰＦが配線１１２を経由してパッド１１１_１に達すると、クロストークが発生し、パッド１１１_１に達した第２信号ＩＭＰＦが矢印Ｌに示すようにパッド１０１_１に伝搬し、パッド１０１_１にノイズが現れる。

図６は、保護回路モジュール１０Ｘのパッド１０１_１及びパッド１１１_１で観測される波形を例示する図である。図６において、上側がパッド１１１_１に達した第２信号ＩＭＰＦの波形であり、下側がパッド１０１_１に伝搬したノイズ波形である。ＮＬは、パッド１０１_１に伝搬したノイズ波形の振幅である。

これに対して、保護回路モジュール１０を備えた電子装置１では、シールド配線１０８が少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置されている。そのため、パッド１１１_１とパッド１０１_１との間の容量性結合が切れて、パッド１１１_１とパッド１０１_１との間のクロストークを低減することができる。

図７は、保護回路モジュール１０のパッド１０１_１及びパッド１１１_１で観測される波形を例示する図であり、図６と同じレンジで波形を示している。図７において、上側がパッド１１１_１に達した第２信号ＩＭＰＦの波形であり、下側がパッド１０１_１に伝搬したノイズ波形である。図７に示すように、シールド配線１０８が少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置されていることで、パッド１０１_１に伝搬したノイズ波形の振幅ＮＬを図６の場合の１／７程度に低減することができる。

特に、耐サージチップ抵抗１０５及び１１５として比較的大型である６３３２サイズを用いた場合には、パッド１０１_１及び１１１_１のサイズも必然的に大きくなるため、両者の間に強い容量性結合が生じる。そのため、シールド配線１０８を少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置する効果が特に顕著となる。

又、シールド配線１０８は、パッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域から周囲に延在し、絶縁層１００の他方の面１００ｂのできるだけ広いエリアに形成されることが好ましい。配線１０２及び１１２が平面視でシールド配線１０８と重複する領域に配置されることで、配線１０２と配線１１２との間に生じるノイズを低減でき、又、外部から飛来するノイズの影響も低減できる。

又、パッド１０１_１とシールド配線１０８との対向する面間の距離は、パッド１１１_１とシールド配線１０８との対向する面間の距離よりも短い方が好ましい。シールド配線１０８をノイズを低減する対象となるパッド１０１_１に近づける方が、より大きなノイズ低減効果が得られるからである。

但し、設計都合等により、パッド１０１_１とシールド配線１０８との対向する面間の距離と、パッド１１１_１とシールド配線１０８との対向する面間の距離とを等しくしてもよい。

又、シールド配線１０８に加え、絶縁層１１０の一方の面１１０ａにもシールド配線１０８と同様の平面形状のシールド配線を設けてもよい。但し、保護回路モジュール１０の可撓性を重視する場合には、シールド配線１０８のみを設ける構造の方が好適である。

このように、保護回路モジュール１０では、耐サージチップ抵抗１０５と耐サージチップ抵抗１１５とを平面視で重複する位置に実装することにより小型化を実現している。又、保護回路モジュール１０では、小型化の弊害として生じるクロストークノイズの発生を、シールド配線１０８を少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置することにより低減している。これにより、メインモジュール２０から供給される被検出信号がノイズに埋もれることを防止できる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、保護回路モジュールを構成する絶縁層としてリジッドな基板を用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、第１の実施の形態の変形例１に係る電子装置を例示する断面図である。図８を参照するに、電子装置１Ａは、保護回路モジュール１０が保護回路モジュール１０Ａに置換された点が、電子装置１（図１～図３等参照）と相違する。

保護回路モジュール１０Ａにおいて、絶縁性基板Ｓ２を構成する絶縁層１４０及び１５０は、例えば、ガラスクロスにエポキシ系樹脂等の熱硬化性の絶縁性樹脂を含浸させた所謂ガラスエポキシ基板等のリジッドな材料を用いて形成されている。絶縁層１４０及び１５０の各々の厚さは、例えば、１０～５０μｍ程度とすることができる。

絶縁層１４０の一方の面１４０ａ（絶縁性基板Ｓ２の一方の面）には、保護回路モジュール１０の場合と同様に、パッド１０１、配線１０２、及びソルダーレジスト層１０３が形成されている。パッド１０１には、図示しないはんだや導電性ペースト等を用いて、耐サージチップ抵抗１０５が実装されている。

絶縁層１４０の他方の面１４０ｂ側には、ビア受けパッド１４１とシールド配線１４８とが埋設されている。パッド１０１_２とビア受けパッド１４１とは、ビア配線１４２を介して電気的に接続されている。ビア受けパッド１４１、ビア配線１４２、及びシールド配線１４８の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。ビア受けパッド１４１及びシールド配線１４８の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。

ビア受けパッド１４１及び１５１の外周縁は、パッド１０１_２及び１１１_２の外周縁よりも平面視で内側に形成されている。すなわち、ビア受けパッド１４１及び１５１は、パッド１０１_２及び１１１_２と平面視で重なり合う領域にあり、且つビア受けパッド１４１及び１５１の直径は、パッド１０１_２及び１１１_２の直径よりも小さい。

絶縁層１５０の他方の面１５０ｂ（絶縁性基板Ｓ２の他方の面）には、保護回路モジュール１０の場合と同様に、パッド１１１、配線１１２、及びソルダーレジスト層１１３が形成されている。パッド１１１には、図示しないはんだや導電性ペースト等を用いて、耐サージチップ抵抗１１５が実装されている。

絶縁層１５０の一方の面１５０ａ側には、ビア受けパッド１５１とシールド配線１５８とが埋設されている。パッド１１１_２とビア受けパッド１５１とは、ビア配線１５２を介して電気的に接続されている。ビア受けパッド１５１、ビア配線１５２、及びシールド配線１５８の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。ビア受けパッド１５１及びシールド配線１５８の厚さは、例えば、１０～３０μｍ程度とすることができる。

ビア受けパッド１４１と１５１とは平面視で重複する位置に配置され、両者は電気的に接続されている。又、シールド配線１４８とシールド配線１５８とは平面視で重複する位置に配置され、両者は電気的に接続されている。シールド配線１４８とシールド配線１５８との積層体は、絶縁性基板Ｓ２の厚さ方向の中央に配置されている。すなわち、パッド１０１_１とシールド配線１４８との対向する面間の距離と、パッド１１１_１とシールド配線１５８との対向する面間の距離は等しい。

このように、保護回路モジュール１０Ａを構成する絶縁層１４０及び１５０としてリジッドな基板を用いてもよい。この場合にも、耐サージチップ抵抗１０５と耐サージチップ抵抗１１５とを平面視で重複する位置に実装することにより保護回路モジュール１０Ａの小型化を実現することができる。

又、小型化の弊害として生じるクロストークノイズの発生を、シールド配線１４８とシールド配線１５８の積層体を少なくともパッド１０１_１とパッド１１１_１とが対向する領域に配置することにより低減することができる。これにより、メインモジュール２０から供給される被検出信号がノイズに埋もれることを防止できる。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、保護回路モジュール１０Ａにおいて、ビア受けパッド１４１と１５１は一体の金属からなっても良い。同様に、シールド配線１４８と１５８は、一体の金属からなっても良い。

１、１Ａ 電子装置
１０、１０Ａ 保護回路モジュール
２０ メインモジュール
３０ サブモジュール
１００、１１０、１２０、１４０、１５０ 絶縁層
１０１、１０１_１、１０１_２、１１１、１１１_１、１１１_２ パッド
１０２、１１２、１２１ 配線
１０３、１１３ ソルダーレジスト層
１０５、１１５ 耐サージチップ抵抗
１０８、１４８、１５８ シールド配線
１４１、１５１ ビア受けパッド
１４２、１５２ ビア配線
Ｓ１、Ｓ２ 絶縁性基板

Claims (10)

1. 絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の一方の面に形成された一対の第１パッドに実装された第１耐サージチップ抵抗と、
   前記絶縁性基板の他方の面の前記第１耐サージチップ抵抗と平面視で重複する位置に配置され、前記絶縁性基板の他方の面に形成された一対の第２パッドに実装された第２耐サージチップ抵抗と、
   前記第１パッドの一方と接続された第１配線と、
   前記第２パッドの一方と接続された第２配線と、
   前記第１パッドの他方と前記第２パッドの他方とを同電位に接続する第３配線と、
   前記絶縁性基板の内層に設けられ、少なくとも前記第１パッドの一方と前記第２パッドの一方とが対向する領域に配置されたシールド配線と、を有する保護回路モジュール。
2. 前記第１パッドの一方と前記シールド配線との対向する面間の距離は、前記第２パッドの一方と前記シールド配線との対向する面間の距離よりも短い請求項１に記載の保護回路モジュール。
3. 前記絶縁性基板は、前記絶縁性基板の一方の面をなす第１面に前記第１パッドが形成された第１絶縁層と、前記絶縁性基板の他方の面をなす第２面に前記第２パッドが形成された第２絶縁層と、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とを接着する第３絶縁層と、を有し、
   前記シールド配線は、前記第１絶縁層の前記第１面の反対面に形成され、前記第３絶縁層に被覆されている請求項２に記載の保護回路モジュール。
4. 前記第１配線は、第１信号を供給する配線であり、
   前記第２配線は、第２信号を供給する配線であり、
   前記第１信号の振幅は前記第２信号の振幅よりも小さい請求項１乃至３の何れか一項に記載の保護回路モジュール。
5. 前記シールド配線は、前記第１パッドの一方と前記第２パッドの一方とが対向する領域から周囲に延在し、
   前記第１配線及び前記第２配線は、平面視で前記シールド配線と重複する領域に配置されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の保護回路モジュール。
6. 前記第１パッド、前記第１耐サージチップ抵抗、前記第２パッド、前記第２耐サージチップ抵抗、前記第１配線、前記第２配線、前記第３配線、及び前記シールド配線は、一組の保護回路を構成し、
   前記絶縁性基板に、前記保護回路と同一構造の他の保護回路が設けられた請求項１乃至５の何れか一項に記載の保護回路モジュール。
7. 前記シールド配線は、複数の前記保護回路間で共有される請求項６に記載の保護回路モジュール。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の保護回路モジュールと、
   前記保護回路モジュールの前記第１パッドの他方に第１信号を供給するメインモジュールと、
   前記第１信号を前記第１耐サージチップ抵抗及び前記第１配線を経由して取得すると共に、前記第２配線に第２信号を供給するサブモジュールと、を有し、
   前記保護回路モジュールの前記シールド配線は、前記メインモジュール及び／又は前記サブモジュールの基準電位と接続されている電子装置。
9. 前記第２信号は交流信号である請求項８に記載の電子装置。
10. 前記第１信号の振幅は前記第２信号の振幅よりも小さい請求項８又は９に記載の電子装置。

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