JP5306551B1

JP5306551B1 - 多層回路基板

Info

Publication number: JP5306551B1
Application number: JP2013023456A
Authority: JP
Inventors: 芳樹濱田; 裕一杉山; 明博星野
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-02-08
Also published as: US9560743B2; JP2014130985A; US20140144692A1

Abstract

【課題】薄型化・高密度化に容易に対応可能で且つ高周波回路に適した多層回路基板を提供する。
【解決手段】導体層と絶縁体層とを交互に積層してなる多層回路基板１００において、前記導体層は他の何れの導体層よりも厚みが大きく且つ多層回路基板１００の内層に位置するコア層１１０を含み、絶縁体層を挟んで前記コア層１１０と対向する第１導体層１４１は高周波信号を伝送する第１信号線２１１を備え、前記コア層１１０には前記第１信号線２１１に対向する位置に第１信号線２１１に沿って貫通孔１１５が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、導体層と絶縁体層とを交互に積層してなる多層回路基板に関し、特に高周波信号の伝送に好適な構造に関する。

この種の多層回路基板の用途としては携帯電話など種々の電子機器が挙げられるが、近年電子機器の小型化・高機能化の要求に伴い多層回路基板の薄型化・高密度化が求められてきている。このような要望に応えるため、多層回路基板内にキャパシタなど各種電子部品を内蔵した部品内蔵回路基板が登場してきている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものは、電子部品の耐ノイズ性や耐折り曲げ性に観点から、他の導体層よりも厚みが大きい金属板からなる導体層をコア層として多層回路基板の内層に配置している。そして該コア層に形成した貫通孔に電子部品を配置している。またコア層の上面及び下面には導体層及び絶縁体層を形成している。

特開２００９−８１４２３号公報

しかし、特許文献１に記載の構造では、近年の多層回路基板に対する薄型化・高密度化という要望に十分に応えることは困難であった。すなわち、多層回路基板を薄型化しようとすると絶縁体層の厚みを薄くする必要があるが、特許文献１に記載の構造において単に絶縁体層を薄くするだけでは高周波信号の伝送線路の特性インピーダンスが変わってしまうという問題がある。この問題は特に絶縁体層を挟んでコア層と対向する導体層に信号線を配置する場合に顕著である。これを解決するためには、多層回路基板の層数を少なくして絶縁体層の厚みを確保することが考えられるが、この方法では回路パターンを形成可能な総面積が小さくなるので高密度化を図ることが困難になる。他の方法としては絶縁体層の誘電率を変えることも考えられるが、高コスト化につながるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄型化・高密度化に容易に対応可能で且つ高周波回路に適した多層回路基板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明は、絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる多層回路基板において、前記導体層は、他の何れの導体層よりも厚みが大きく且つ多層回路基板の内層に位置するコア層を含み、絶縁体層を挟んで前記コア層と対向する第１導体層は高周波信号を伝送する第１信号線を備え、絶縁体層を挟んで前記第１導体層と対向する第２導体層は前記第１信号線の一部又は全部に対向する領域に形成されたグランド導体を備え、前記コア層には前記第１信号線に対向する位置に第１信号線に沿って貫通孔が形成されていることを特徴とするものを提案する。

本発明によれば、絶縁体層を挟んで第１信号線と対向するコア層には該第１信号線に沿って貫通孔が形成されているので、第１信号線の特性インピーダンスに対してコア層が与える影響を小さく抑えることができる。したがって、良好な高周波特性を維持しつつ多層回路基板の薄型化・高密度化を図ることができる。また本発明によれば、第２導体層のグランド導体及び該グランド導体と第１信号線の間に介在する絶縁体層の形態により、第１信号線の特性インピーダンスを規定することができる。

本発明の好適な態様の他の一例としては、前記第１導体層は前記第１信号線の両側方であって第１信号線に対して所定の間隔をおいて形成されたグランド導体を備えたことを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、該グランド導体の形態により、第１信号線の特性インピーダンスを規定することができる。

本発明の好適な態様の他の一例としては、前記コア層には前記第１信号線に沿って複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするものが挙げられる。本発明によれば、コア層の強度を確保することができる。またこの場合、前記第１導体層とは反対側であって絶縁体層を挟んで前記コア層と対向する第２導体層は高周波信号を伝送する第２信号線を備え、該第２信号線は、第１導体層に投影すると前記第１信号線と交差し、且つ、該交差位置が隣り合う貫通孔の間に位置しているようにすると、第２信号線と第１信号線の交差部にはコア層が介在するので両信号線間の干渉を抑えることができる。

以上説明したように本発明に係る多層回路基板によれば、良好な高周波特性を維持しつつ薄型化・高密度化を図ることができる。

多層回路基板の一部断面図多層回路基板の要部を説明する各層のパターン図第２貫通孔と特性インピーダンスとの関係を示すグラフ

本発明の一実施の形態に係る多層回路基板について図面を参照して説明する。本実施の形態では、高周波回路モジュールに用いられる多層回路基板であって電子部品を内蔵した部品内蔵基板について説明する。図１は多層回路基板の一部断面図である。なお本実施の形態では、説明の簡単のため、主として本発明の要旨に係る構成についてのみ説明する。

多層回路基板１００は、絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる多層基板である。多層回路基板１００は、図１に示すように、導電性が良好で且つ比較的厚い金属製の導体層であるコア層１１０と、該コア層１１０の一方の主面（上面）に形成された複数（本実施の形態では４つ）の絶縁体層１２１〜１２４及び導体層１４１〜１４４と、コア層１１０の他方の主面（下面）に形成された複数（本実施の形態では４つ）の絶縁体層１３１〜１３４及び導体層１５１〜１５４とを備えている。絶縁体層１２１〜１２４，１３１〜１３４及び導体層１４１〜１４４，１５１〜１５４はコア層１１０の両主面にビルドアップ工法にて形成されたものである。絶縁体層１２１〜１２４，１３１〜１３４は、エポキシ樹脂やポリイミドやビスマレイミドトリアジン樹脂やこれらにガラス繊維等の補強フィラーを含有させたもの等の合成樹脂（熱硬化性のみならず熱可塑性のものも使用可能）から成り、各絶縁体層１２１〜１２４，１３１〜１３４の厚さは例えば１０〜３０μｍの範囲内にある。また、各導体層１４１〜１４４，１５１〜１５４は銅や銅合金等の金属から成り、その厚さは例えば５〜２５μｍの範囲内にある。各導体層１４１〜１４４，１５１〜１５４には、後述するようにビア導体が配置される場合があり、ビア導体は銅や銅合金等の金属から成り、その直径は例えば１０〜８０μｍの範囲内にある。なお導体層１４４及び１５４は、多層回路基板１００の表層に相当する。導体層１４４は高周波回路モジュールの部品実装面に相当し、高周波回路を伝送する回路パターン，外付け部品を実装するためのランド，検査用のパッド等が形成される。導体層１５４は高周波回路モジュールを親回路基板に実装する底面に相当し、端子電極やグランド電極等が形成される。

コア層１１０には電子部品収容用の第１貫通孔１１１が形成されている。該第１貫通孔１１１には、例えば高周波回路で用いられる弾性波フィルタや積層セラミックコンデンサなどの電子部品１０が配置されている。したがってコア層１１０は、内蔵する部品の高さよりも厚みが大きく且つ曲げ強度が大きいことが好ましい。またコア層１１０には、導電性材料からなり、電気的には基準電位（グランド）が与えられる。コア層１１０は多層回路基板１００の導体層の１つである。本実施の形態では、金属板、より詳しくは銅製又は銅合金製の金属板によりコア層１１０を形成している。コア層１１０の厚みは、例えば１００〜４００μmの範囲内にある。第１貫通孔１１１内であって収容部品との隙間には樹脂などの絶縁体１１２が充填されている。またコア層１１０には、導体層１４１に形成された後述する信号線に対向する位置には該信号線に沿って複数の第２貫通孔１１５が形成されている。該第２貫通孔１１５には前記第１貫通孔１１１と同様に樹脂などの絶縁体１１２が充填されている。第２貫通孔１１５の形状や配置等については後述する。

次に、多層回路基板１００における信号線の実装構造について説明する。図２は、多層回路基板の要部を説明する各層のパターン図である。図２の（ａ）〜（ｄ）は順に、導体層１５１、多層回路基板１００のコア層１１０，導体層１４１、導体層１４２を多層回路基板１００の部品実装面側（図２の紙面上側）からみた図である。なお前述した図１は、図２（ａ）におけるＡ線矢視方向断面図である。

図２（ｃ）に示すように、絶縁体層１２１を介してコア層１１０と対向する第１導体層１４１には、高周波信号の伝送路である第１信号線２１１が形成されている。本実施の形態では高周波信号を平衡伝送するため、第１導体層１４１には互いに並走する一対の第１信号線２１１が形成されている。第１信号線２１１の幅は、例えば１０〜１５０μｍの範囲内にあり、本実施の形態では３０μｍとした。第１信号線２１１の端部にはビア接続用のランド２１１ａが形成されている。また第１導体層１４１には、第１信号線２１１の両側方（第１信号線２１１の幅方向）であって該第１信号線２１１に対して所定の間隔をおいてグランド導体３１０が形成されている。グランド導体３１０はビア導体を介してコア層１１０に接続している。本実施の形態では、後述するように第１信号線２１１をマイクロストリップラインとして機能させるため、第１信号線２１１とグランド導体３１０との距離は、第１信号線２１１の特性インピーダンスに対して影響を与えない程度に離すことが好ましく、例えば１０〜３０μｍの範囲内にある。本実施の形態では、第１信号線２１１とグランド導体３１０との距離を１５μｍとした。

また図２（ｂ）に示すように、コア層１１０には前記第１信号線２１１と対向する位置において該第１信号線２１１に沿って第２貫通孔１１５が形成されている。該第２貫通孔１１５は第１信号線２１１の延在方向に沿った長孔状に形成されており、その長手方向端部は円弧状に形成されている。本実施の形態では、第２貫通孔１１５は第１信号線２１１に沿って複数形成されている。これにより第１信号線２１１が長い場合であってもコア層１１０の強度を確保できる。

また図２（ｄ）に示すように、絶縁体層１２２を介して前記第１導体層１４１と対向する第２導体層１４２には、少なくとも前記信号線２１１と対向する位置においてグランド導体３２０が形成されている。該グランド導体３２０は、第１信号線２１１との関係においてマイクロストリップラインのグランドを構成するものである。グランド導体３２０はビア導体を介して第１導体層１４１のグランド導体３１０と接続している。また第２導体層１４２には、第１信号線２１１とビア接続するためのランド２２１が形成されている。

以上のような構成により、第１信号線２１１の特性インピーダンスは、コア層１１０からの影響が極めて小さくなり、第１信号線２１１の線幅、絶縁体層１２２の厚み（すなわち第１信号線２１１とグランド導体３２０との距離）及び誘電率等により決定することができる。すなわち絶縁体層１２１の厚みの影響を小さく抑えることができるので、薄型化・高密度化を容易に実現できる。

また上記構成において、第２貫通孔１１５の幅は、第１信号線２１１に対する特性インピーダンスへの影響を抑えるに十分な程度確保することが好ましい。より具体的には、第１信号線２１１の中心線から幅方向の端部までの距離（すなわち第１信号線２１１の幅の１／２）をＤ１とし、第１信号線２１１を投影した際における該第１信号線２１１の中心線から第２貫通孔１１５の幅方向の端部までの距離をＤ２とすると、距離Ｄ２を距離Ｄ１より大きくすることが好ましい。図３に第２貫通孔１１５の幅を変化させた場合の第１信号線２１１の特性インピーダンスのグラフを示す。図３は前記距離Ｄ２を変え、有限要素法による３次元電磁界シミュレーションで解析した結果である。なお、本解析で採用した絶縁体の誘電率は、本実施形態で使用しているフィラーが含有されているエポキシ系樹脂の誘電率３．５＠１ＧＨｚを採用した。なお比較例として、特性インピーダンスという観点からは理想状態であるコア層１１０がない場合についても解析を行った。図３から明らかなように、距離Ｄ２を大きくするほど第１信号線２１１とコア層１１０との電界結合が抑えられ、結果的に理想的な特性インピーダンスに近づくことが分かった。そこで図３に示すように、第１信号線２１１を投影した際における該第１信号線２１１の中心線から第２貫通孔１１５の幅方向の端部までの距離Ｄ２は、第１信号線２１１の中心線から幅方向の端部までの距離Ｄ１より大きく、好ましくは距離Ｄ１に対して１．５倍以上であり、さらに好ましくは距離Ｄ１に対して２．２５倍以上とすると好適である。

また、複数の第２貫通孔１１５の個数や第２貫通孔１１５間の間隔は、コア層１１０の十分な強度を確保するように設定することが好ましい。したがって、これらの値は、コア層１１０の材質や厚み、第１信号線２１１の長さ・その形状（直線・曲線など）、第２貫通孔１１５の長さ・幅などに基づき決定すればよい。例えば、第２貫通孔１１５が所定の長さ以下の場合には第２貫通孔１１５は１つのみとする一方、所定の長さを超える場合には第２貫通孔１１５を複数に分割して形成するようにすればよい。より具体的な一例として本実施の形態においては、コア層１１０の厚みを３４０ｍｍとしたとき、第２貫通孔１１５が長さ９．５ｍｍを超えるような場合には第２貫通孔１１５を複数に分割して形成すると好ましい。またこの場合、隣り合う複数の第２貫通孔１１５の間隔は０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。

また図２（ａ）に示すように、絶縁体層１３１を介してコア層１１０と対向する第３導体層１５１には、高周波信号の伝送路である第２信号線２３１が形成されている。第２信号線２３１は、多層回路基板１００の厚み方向に投影した際に前記第１信号線２１１と交差するように形成されている。ここで第１信号線２１１と第２信号線２３１の交差点は、複数の第２貫通孔１１５の間に配置されている。これにより第１信号線２１１と第２信号線２３１との間にはコア層１１０が介在するので両信号線間の干渉を極めて小さく抑えることができる。また第３導体層１５１には、第２信号線２１３と所定の間隔をおいてグランド導体３３０が形成されている。グランド導体３３０はビア導体を介してコア層１１０と接続している。

以上のように本実施の形態に係る多層回路基板１００によれば、コア層１１０には第１信号線２１１に対向する位置に第２貫通孔１１５が形成されているので、第１信号線２１１の特性インピーダンスに対してコア層１１０が与える影響を小さく抑えることができる。したがって、良好な高周波特性を維持しつつ多層回路基板１００の薄型化・高密度化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、一対の第１信号線２１１により平衡伝送する場合について例示したが、第１信号線２１１は１本でもよいし３本以上であってもよい。

また、上記実施の形態では、第１信号線２１１と該第１信号線２１１に対向する第２導体層１４２に形成されたグランド導体３２０によりマイクロストリップラインを構成するようにした。このため、第１信号線２１１と同層に形成されたグランド導体３１０は第１信号線２１１との距離を十分大きくとるようにした。一方本発明は、第１信号線２１１とグランド導体３１０によりコプレーナラインを構成するようにしてもよい。この場合、第１信号線２１１と該第１信号線２１１と同層に形成されたグランド導体３１０との距離は所望の特性インピーダンスが得られるように適切に設定すればよい。またこの場合、第１信号線２１１に対向する第２導体層１４２に形成されたグランド導体３２０は、必要に応じて不要としたり、第１信号線２１１に対向する領域（及びその周辺領域）にパターン抜き部を形成するようにすればよい。

また、上記実施の形態では、コア層１１０に第１貫通孔１１１を形成し、該第１貫通孔１１１にフィルタ等の電子部品を配置するようにしたが、貫通孔ではなく凹部をコア層１１０に形成し、該凹部に電子部品を配置するようにしてもよい。

なお、上記実施の形態に係る多層回路基板１００は、導体層１４４に形成したランド等に電子部品を実装することにより高周波回路モジュールとして使用されるが、さらに該多層回路基板１００の上面の全面又は一部を覆うようにケースを装着したり樹脂等で封止するようにして使用すると好適である。

１００…多層回路基板、１１０…コア層、１１１，１１５…貫通孔、１２１〜１２４，１３１〜１３４…絶縁体層、１４１〜１４４，１５１〜１５４…導体層、２１１…第１信号線、２１３…第２信号線、３１０，３２０，３３０…グランド導体

Claims

絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる多層回路基板において、
前記導体層は、他の何れの導体層よりも厚みが大きく且つ多層回路基板の内層に位置するコア層を含み、
絶縁体層を挟んで前記コア層と対向する第１導体層は高周波信号を伝送する第１信号線を備え、
絶縁体層を挟んで前記第１導体層と対向する第２導体層は前記第１信号線の一部又は全部に対向する領域に形成されたグランド導体を備え、
前記コア層には前記第１信号線に対向する位置に第１信号線に沿って貫通孔が形成されている
ことを特徴とする多層回路基板。
前記第１導体層は前記第１信号線の両側方であって第１信号線に対して所定の間隔をおいて形成されたグランド導体を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の多層回路基板。
前記第１信号線を投影した際に該第１信号線の中心線から前記貫通孔の幅方向端部までの距離は、第１信号線の中心線から該第１信号線の幅方向端部までの距離より大きい
ことを特徴とする請求項１又は２記載の多層回路基板。
前記コア層には前記第１信号線に沿って複数の貫通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の多層回路基板。
前記第１導体層とは反対側であって絶縁体層を挟んで前記コア層と対向する第３導体層は高周波信号を伝送する第２信号線を備え、
該第２信号線は、第１導体層に投影すると前記第１信号線と交差し、且つ、該交差位置が隣り合う貫通孔の間に位置している
ことを特徴とする請求項４記載の多層回路基板。
前記第１信号線は互いに並走する一対の信号線からなる
ことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の多層回路基板。
前記請求項１乃至６何れか１項記載の多層回路基板に電子部品を実装した
ことを特徴とする高周波回路モジュール。