JPH08153975A - 多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特性インピーダンスを所望の値に設定し易
く、配線層を伝播する信号の伝播速度の高速化と、電源
供給側の雑音量および接地側の雑音量の低減を図れる多
層プリント配線板を提供すること。 【構成】 多層プリント配線板１は、２つの配線層１
１、１４、接地層１２、電源供給層１３の４つの導体層
と、第１の誘電率材料で形成された２つの第１絶縁層２
１、第１の誘電率材料とは異なる誘電率材料で形成され
た第２絶縁層２２の３つの絶縁層とを有している。そし
て、配線層１１と接地層１２との間に第１絶縁層、接地
層１２と電源供給層１３との間に第２絶縁層、電源供給
層１３と配線層１４との間に第１絶縁層２１がそれぞれ
設けられて、導体層と絶縁層とが交互に積層された構造
となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器に用いられる
多層プリント配線板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器に用いられる多層プリン
ト配線板は、例えば図２の４層プリント配線板５０の例
に示すように、導体層５１と絶縁層５２とが交互に積層
された構造を有している。また、すべての絶縁層５２は
同一の材料で形成されている。なおこの４層プリント配
線板５０では、外層側の２つの導体層５１が配線層を構
成するとともに、内層側の２つの導電層５１が接地層
（電源層）と電源供給層（電源層）とをそれぞれ構成し
ている。また絶縁層５２はガラスエポキシ樹脂からなっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の多層
プリント配線板は、製造の容易性という点などから、絶
縁層を形成する材料として同一のものを用いている。し
かしながら、すべての絶縁層を同一の材料で形成してい
ることから、多層プリント配線板の特性インピーダンス
を所望の値にするのに、導体層の幅や絶縁層の厚みなど
構造自体の設計を変えなければならないため、特性イン
ピーダンスを所望の値にコントロールし難いという問題
がある。

【０００４】また電子機器の高速化、高密度化に伴い、
絶縁層としては、配線層を伝播する信号の伝播速度の高
速化という点で低誘電率の材料が望ましく、多層プリン
ト配線板上で発生する電源供給側の雑音量および接地側
の雑音量の低減という点で高誘電率のものが望ましい
が、すべての絶縁層が同一の材料からなる多層プリント
配線板では、上記高速化、雑音量の低減のいずれかが犠
牲になっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の多層プリント配
線板は、少なくとも３つの導体層と少なくとも３つの絶
縁層とを備えたものであり、この導体層と絶縁層とが交
互に積層されたものである。そして、前述した課題を解
決するために、上記少なくとも３つの絶縁層を、第１の
誘電率材料で形成された絶縁層と、この第１の誘電率材
料とは誘電率の異なる誘電率材料で形成された絶縁層と
により構成するようにしたものである。

【０００６】

【作用】本発明の多層プリント配線板は、少なくとも３
つの絶縁層が第１の誘電率材料で形成された絶縁層と、
この第１の誘体率材料とは誘電率の異なる誘電率材料で
形成された絶縁層とからなるので、用いる誘電率材料自
体を変えて誘電率を調整するだけで、多層プリント配線
板の特性インピーダンスが所定の値に設定される。

【０００７】また一般に、配線層を伝播する信号の伝播
遅延時間（配線遅延時間）は、配線層に隣接する絶縁層
の誘電率が小さくなるほど短くなることが知られている
ことから、導体層が配線層を備えておりかつ配線層に隣
接する絶縁層を従来の絶縁層材料の誘電率よりも低い誘
電率材料からなるものとすれば、配線遅延時間が短くな
る。

【０００８】さらに、一般に、多層プリント配線板上で
発生する電源供給側の雑音量または接地側の雑音量は、
電源供給層および接地層の２つの電源層を合わせたイン
ピーダンスが下がるほど小さくなることが知られてお
り、また該インピーダンスは、２つの電源層間に設けら
れた絶縁層の誘電率が高くなって層間キャパシタンスが
大きくなるほど下がることが知られている。よって、導
体層が上記２つの電源層を備えており、かつこの電源層
間の絶縁層を配線層に隣接する絶縁層の誘電率よりも高
い誘電率材料からなるものとすれば、配線層に隣接する
絶縁層と同一の誘電率材料を用いた場合に比べて、層間
キャパシタンスが大きくなって２つの電源層を合わせた
インピーダンスが低減するため、多層プリント配線板上
で発生する電源供給側の雑音量または接地側の雑音量が
小さくなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る多層プリント配線板の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の多層プ
リント配線板の一実施例を示す断面図であり、４層プリ
ント配線板の例を示したものである。この多層プリント
配線板１は、２つの配線層１１、１４、電源層の一つで
ある接地層１２、電源層の一つである電源供給層１３の
４つの導体層と、第１の誘電率材料で形成された２つの
第１絶縁層２１、この第１の誘電率材料とは誘電率の異
なる誘電率材料で形成された第２絶縁層２２の３つの絶
縁層とを有しており、導体層と絶縁層とが交互に積層さ
れた構造になっている。

【００１０】すなわち、配線層１１と接地層１２との間
には第１絶縁層２１、接地層１２と電源供給層１３との
間には第２絶縁層２２、電源供給層１３と配線層１４と
の間には第１絶縁層２１がそれぞれ設けられている。さ
らに、接地層１２と電源供給層１３との間に設けられた
第２絶縁層２２は、配線層１１と接地層１２との間、お
よび配線層１４と電源供給層１３との間にそれぞれ設け
られた第１絶縁層２１よりも誘電率の高い誘電率材料で
形成されている。

【００１１】第１の誘電率材料としては、ポリイミド樹
脂、フッ素系樹脂などのような、従来一般的に用いられ
ているエポキシ樹脂の誘電率に比較して低い誘電率材料
が用いられる。この実施例では、第１の誘電率材料をポ
リイミド樹脂として第１絶縁層２１が形成されており、
ポリイミド樹脂より誘電率の高い例えばセラミックスで
第２絶縁層２２が形成されている。

【００１２】このように構成された多層プリント配線板
１では、３つの絶縁層が、第１の誘電体材料からなる２
つの第１絶縁層２１と、第１の誘電体材料の誘電率とは
異なる誘電率材料で形成された第２絶縁層２２とからな
るので、導体層の幅や絶縁層の厚みなどの構造自体の設
計を変更しなくても、用いる誘電率材料を変えて誘電率
を調整するだけで、多層プリント配線板１の特性インピ
ーダンスを所望の値に設定できる。

【００１３】また、配線層１１、１４を伝播する信号の
伝播遅延時間（配線遅延時間）は、配線層１１と接地層
１２との間および電源供給層１３と配線層１４との間に
設けられた第１絶縁層２１の比誘電率によって決まり、
これらは（１）式に示す関係にある。

【数１】Ｔpd＝√（εre）／Ｃo …（１） ただし、Ｔpd；単位長当たりの配線遅延時間 Ｃo ；真空中の光速（２．９９８×１０⁸ 〔ｍ／ｓ〕） εre；第１絶縁層２１の実効比誘電率

【００１４】なお、（１）式で比誘電率として実効比誘
電率εreを用いるのは、図１に示す多層プリント配線板
１がいわゆるマイクロストリップライン構造であり、空
気の影響を受けることが考えられるためである。比誘電
率εｒと実効比誘電率εreとは、（２）式に示す関係に
あることが知られている。

【数２】 εre＝（εｒ＋１）／２＋（εｒ−１）／２×（１＋１０×Ｗ／Ｈ）^-1/2 …（２） ただし、Ｗ；配線層１１、１４の幅 Ｈ；第１絶縁層２１の厚み

【００１５】（１）式からわかるように、第１絶縁層２
１の実効比誘電率εreが小さくなればなるほど、配線層
１１、１４の配線遅延時間が短くなる。例えば第１絶縁
層２１がポリイミド樹脂（εｒ＝３．５程度）からなる
多層プリント配線板１と、図２に示した絶縁層がエポキ
シ樹脂（εｒ＝５程度）からなる従来例とを比較した場
合、配線層１１、１４の幅Ｗと第１絶縁層２１の厚みと
が従来例（例；Ｗ＝１８０μｍ，Ｈ＝１３０μｍ）と変
わらないとして（１）式および（２）式を用いて演算す
ると、この実施例の配線層１１、１４の配線遅延時間が
従来例に比べて約１４％低減する結果が得られる。

【００１６】このように、多層プリント配線板１では、
従来の絶縁材料として一般に用いられているエポキシ樹
脂の誘電率に比較して低誘電率のポリイミド樹脂で第１
絶縁層２１が形成されているので、従来の多層プリント
配線板に比べて配線層１１、１４の配線遅延時間を短く
できる。したがって、従来例より配線１１、１４を伝播
する信号の伝播速度が高速化した多層プリント配線板１
が得られる。

【００１７】また多層プリント配線板１上で発生する電
源供給側の雑音量（Ｖｎ）または接地側の雑音量（Ｖ
ｎ）は、接地層１２と電源供給層１３とを合わせたイン
ピーダンス（Ｚｐｏｗ）と、多層プリント配線板１に設
けられている素子のスイッチング時に流れる過渡電流
（ΔＩ）とから（３）式によって求められる。

【数３】Ｖｎ＝Ｚｐｏｗ×ΔＩ …（３）

【００１８】この（３）式からわかるように、接地層１
２と電源供給層１３とを合わせたインピーダンス（Ｚｐ
ｏｗ）が小さくなれば、多層プリント配線板１上で発生
する電源供給側の雑音量（Ｖｎ）または接地側の雑音量
（Ｖｎ）が低減する。

【００１９】一方、接地層１２と電源供給層１３とを合
わせたインピーダンス（Ｚｐｏｗ）は、接地層１２また
は電源供給層１３の導体厚や面積、接地層１２と電源供
給層１３との間に設けられた第２絶縁層２２の誘電率に
依存することが知見されている。例えば接地層１２また
は電源供給層１３の導体厚が薄くなるほど、インピーダ
ンス（Ｚｐｏｗ）は大きくなり、上記面積が広くなるほ
どインピーダンス（Ｚｐｏｗ）は小さくなる。また第２
絶縁層２２の誘電率が高いほど層間キャパシタンス
（Ｃ）が大きくなるので、インピーダンス（Ｚｐｏｗ）
は小さくなる。

【００２０】上記した多層プリント配線板１では、第２
絶縁層２２が第１絶縁層２１のポリイミド樹脂の誘電率
（εｒ＝３．５程度）よりも誘電率が高いセラミックス
（εｒ＝９程度）で形成されているので、一般に知られ
ている（４）式より層間キャパシタンス（Ｃ）を演算す
ると、第２絶縁層２２を第１絶縁層２３と同一のポリイ
ミド樹脂で形成する場合に比べて層間キャパシタンス
（Ｃ）を約１５７％大きくできるという結果が得られ
る。

【数４】Ｃ＝εｒ×ε₀ ×ｓ／ｄ …（４） ただし、ε₀ ；真空中の誘電率 ｓ ；接地層１２または電源供給層１３の面積 ｄ ；接地層１２から電源供給層１３までの間の距離

【００２１】また、第２絶縁層２２がセラミックスから
なる多層プリント配線板１と、図２に示した絶縁層がエ
ポキシ樹脂（εｒ＝５程度）からなる従来例とを比較し
た場合、接地層１２または電源供給層１３の面積ｓと接
地層１２から電源供給層１３までの間の距離ｄとが従来
例と変わらないとして（４）式を用いて演算すると、多
層プリント配線板１では従来例よりも層間キャパシタン
ス（Ｃ）を約８０％大きくできるという結果が得られ
る。

【００２２】このように、多層プリント配線板１では、
接地層１２と電源供給層１３との間の第２絶縁層２２を
第１絶縁層２１の誘電率よりも高い誘電率材料で形成す
ることにより、層間キャパシタンス（Ｃ）を大きくして
いるので、接地層１２と電源供給層１３と合わせたイン
ピーダンス（Ｚｐｏｗ）を下げることができる。よっ
て、すべての絶縁層を同一の材料で形成する従来例に比
べて多層プリント配線板１上で発生する電源供給側の雑
音量（Ｖｎ）または接地側の雑音量（Ｖｎ）が低減した
多層プリント配線板１を得ることができる。

【００２３】以上のように、多層プリント配線板１は、
３つの絶縁層が第１の誘電率材料からなる２つの第１絶
縁層２１と、第１の誘電率材料の誘電率とは異なる誘電
率材料で形成された第２絶縁層２２とからなることによ
り、絶縁層を形成する材料自体を変えることによって誘
電率を調整できるので、所望の値の特性インピーダンス
が得られ易いものとなる。

【００２４】また、従来の絶縁材料として用いられてい
るエポキシ樹脂の誘電率に比較して低誘電率のポリイミ
ド樹脂で第１絶縁層２１が形成されているので、従来の
多層プリント配線板に比べて配線層１１、１４を伝播す
る信号の伝播速度を高速化することができる。

【００２５】さらに、接地層１２と電源供給層１３との
間の第２絶縁層２２をポリイミド樹脂の誘電率よりも高
い誘電率のセラミックスで形成することにより、層間キ
ャパシタンス（Ｃ）を大きくして、接地層１２と電源供
給層１３と合わせたインピーダンス（Ｚｐｏｗ）を下げ
ているので、従来例に比べて多層プリント配線板１上で
発生する電源供給側の雑音量（Ｖｎ）または接地側の雑
音量（Ｖｎ）を低減することができる。

【００２６】なお、多層プリント配線板１では、本発明
の多層プリント配線板における第１の誘電率材料として
ポリイミド樹脂を用い、第１の誘電率材料とは誘電率の
異なる誘電体材料としてセラミックスを用いたが、その
他に種々の組合せが可能である。例えば第１誘電率材料
としてフッ素系樹脂を用いた場合には、第１の誘電率材
料とは誘電率の異なる誘電体材料としてポリイミド樹
脂、エポキシ樹脂、セラミックスなどを用いることがで
きる。

【００２７】また、多層プリント配線板１では、３つの
絶縁層を異なる誘電率材料からなる２種類の絶縁層、す
なわち第１絶縁層２１、第２絶縁層２２で形成して特性
インピーダンスを調整した場合について述べたが、２種
類の絶縁層に限定されない。本発明の多層プリント配線
板における少なくとも３つの絶縁層を、例えば異なる誘
電率材料からなる３種類以上の絶縁層で形成することに
より、特性インピーダンスを調整することも可能であ
る。

【００２８】さらに多層プリント配線板１では、第２絶
縁層２２がセラミックスからなる場合について述べた
が、第１絶縁層２１のポリイミド樹脂の誘電率より高い
誘電率材料であればセラミックスに限定されない。ま
た、上記実施例では４つの導体層を有する多層プリント
配線板１について説明したが、本発明の多層プリント配
線板は６つ、８つ、１０の導体層を有するものにも適用
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層プリ
ント配線板では、少なくとも３つの絶縁層が、第１の誘
電率材料からなる絶縁層と、第１の誘電率材料の誘電率
とは異なる誘電率材料で形成された絶縁層とからなるこ
とにより、絶縁層を形成する材料自体を変えることによ
って誘電率を調整できるので、所望の値の特性インピー
ダンスを容易に得ることができる。

【００３０】また一般に、配線層を伝播する信号の伝播
遅延時間は、配線層に隣接する絶縁層の誘電率が小さく
なるほど短くなることが知られていることから、導体層
が配線層を備え、かつ配線層に隣接する絶縁層が従来の
絶縁層材料の誘電率よりも低い誘電率材料からなるもの
とすれば、配線層を伝播する信号の伝播遅延時間を短く
することができる。よって、従来の多層プリント配線板
に比べて配線層を伝播する信号の伝播速度を高速化する
ことができる。

【００３１】さらに、多層プリント配線板上で発生する
電源供給側の雑音量または接地側の雑音量は、電源供給
層および接地層の２つの電源層を合わせたインピーダン
スが下がるほど小さくなることが知られている。このこ
とから、導体層が上記２つの電源層を備えており、かつ
この電源層間の絶縁層が上記第１の誘電率材料よりも高
い誘電率材料からなるものとすれば、層間キャパシタン
スが大きくなって２つの電源層を合わせたインピーダン
スを低減できるので、多層プリント配線板上で発生する
電源供給側の雑音量または接地側の雑音量を低減するこ
とができる。したがって、本発明の多層プリント配線板
は、電子機器の高速化および高密度化を図るうえで非常
に有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例を示す断面図である。

【図２】従来の多層プリント配線板を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 多層プリント配線板 １１、１４ 配線層（導体層） １２ 接地層（電源層）（導体層） １３ 電源供給層（電源層）（導体層） ２１ 第１絶縁層 ２２ 第２絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 賢一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３つの導体層と少なくとも３
   つの絶縁層とを有しかつ前記導体層と前記絶縁層とが交
   互に積層されてなる多層プリント配線板において、 前記少なくとも３つの絶縁層は、第１の誘電率材料で形
   成された絶縁層と前記第１の誘電率材料とは誘電率の異
   なる誘電率材料で形成された絶縁層とからなることを特
   徴とする多層プリント配線板。
2. 【請求項２】 前記少なくとも３つの導体層は、配線層
   と、前記絶縁層のうちの１つの絶縁層を挟んで配置され
   る少なくとも２つの電源層とを備えたものであって、 前記２つの電源層間に設けられている絶縁層は、前記配
   線層と前記電源層との間に設けられている絶縁層の誘電
   率よりも高い誘電率材料で形成されていることを特徴と
   する請求項１記載の多層プリント配線板。