(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の部品内蔵回路基板では、前記導体層における信号線の特性インピーダンスを規定するパラメータの1つは該信号線とグランドとして機能するコア層との距離である。したがって、信号線の特性インピーダンスは、コア層と対向している箇所と、コア層が存在しない箇所すなわちコア層の貫通孔と対向している箇所とでは大きく値が異なる。このため、回路基板の設計時においては、コア層に形成された貫通孔を回路基板の厚み方向に投影した領域に信号線が配置されないよう、すなわち貫通孔の投影領域を迂回するように設計していた。しかし、このような設計思想では、部品配置・パターン作成が限定されてしまうので、実装密度の向上が困難であるとともに設計の自由度が低いものとなるという問題があった。
【0005】
一方、このような問題を解決するために、信号線が形成された導体層とコア層との間に、いわゆるベタグランドと呼ばれる大面積のグランド導体が形成された導体層を介在させることが考えられる。しかし、この手法では、層数が増えるので部品内蔵回路基板の薄型化が困難であった。
【0006】
本発明は、このような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、高い実装密度及び薄型化を実現できる部品内蔵回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本願発明に係る部品内蔵回路基板は、導体層と絶縁体層とを積層してなる回路基板と、該回路基板内に埋設された部品とを備えた部品内蔵回路基板において、前記回路基板は、他の導体層より厚みが大きく且つグランドとして機能する導体層であるコア層を含み、前記部品はコア層に形成された貫通孔内に配置されており、前記コア層に対向する導体層であって前記貫通孔を厚み方向に投影した領域には、高周波信号を伝送する信号線が形成されており、前記部品は、前記信号線を厚み方向に投影した領域の少なくとも一部に形成されたグランドとして機能するグランド導体を備えたことを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、信号線は、コア層が存在しない箇所すなわちコア層の貫通孔と対向している箇所であっても、該貫通孔内に配置されている部品に含まれるグランド導体により、所定の特定インピーダンスを得ることができる。これにより、回路基板の設計時において、コア層に形成された貫通孔を回路基板の厚み方向に投影した領域に信号線が配置されないように制限する必要がなくなる。したがって、実装密度を向上させることができるとともに設計自由度が向上する。
【0009】
本願発明の好適な態様の一例としては
、前記部品のグランド導体を厚み方向に投影した領域における
前記信号線の線幅が、コア層と対向する領域における
前記信号線の線幅よりも大きいことを特徴とするものが挙げられる。これにより信号線の特性インピーダンスを、コア層と対向している箇所と、コア層が存在しない箇所すなわちコア層の貫通孔と対向している箇所とで近づけることができる。これにより伝送路としての周波数特性が向上する。
【0010】
本発明において内蔵部品としては種々のものを用いることができる。例えば、前記部品は、基板と、該基板の全部又は一部を覆い且つ前記グランド導体として機能する金属体とを含むことを特徴とするものが挙げられる。また例えば、前記部品は、基板を含み、該基板の表層又は内層には前記グランド導体が形成されていることを特徴とするものが挙げられる。また例えば、前記部品は、前記グランド導体として機能する導体層と絶縁体層とを積層した回路基板からなることを特徴とするものが挙げられる。また例えば、前記部品は、半導体素子を含み、該半導体素子の表面には前記グランド導体が形成されていることを特徴とするものが挙げられる。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように本発明に係る部品内蔵回路基板は、回路基板の設計時において、コア層に形成された貫通孔を回路基板の厚み方向に投影した領域に信号線が配置されないように制限する必要がなくなるので、実装密度を向上させることができるとともに設計自由度が向上する。
【発明を実施するための形態】
【0013】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る部品内蔵回路基板について図面を参照して説明する。
図1は部品内蔵回路基板の外観斜視図、
図2は
図1のX軸方向の断面図、
図3は
図1のY軸方向の断面図である。
【0014】
本実施の形態では、部品内蔵回路基板の一方の主面上に各種電子部品を実装するとともに、該主面の全面に亘って前記電子部品を被覆するように封止部材を設けることにより、回路モジュールとして親回路基板に実装して利用されるものについて説明する。また、本実施の形態では、携帯電話通信を含む各種通信機能を集約した通信モジュールに用いられる部品内蔵回路基板について説明する。
【0015】
部品内蔵回路基板100は、導体層と絶縁体層とを積層してなる多層回路基板である。部品内蔵回路基板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200と、コア層200の一方の主面(上面)側に形成された積層体層300と、コア層200の他方の主面(下面)側に形成された積層体層400とを備えている。積層体層300及び積層体層400は、コア層200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。
【0016】
積層体層300,400は、
図2及び
図3に示すように、それぞれ複数(本実施の形態では2つ)の絶縁体層311〜312,411〜412と導体層321〜322,421〜422とを備えている。絶縁体層311,411はコア層200の主面と隣接する。導体層321,421はそれぞれ、積層体層300,400の内層に相当するとともに、コア層200の主面と対向する導体層である。また導体層322,422は部品内蔵回路基板100の一方の主面に露出する表層に相当する。導体層322には、高周波信号を伝送する回路パターン、各種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。また、導体層422には、親回路基板と接続するための端子電極や、各種部品を実装するためのランド等が形成される。導体層間の接続には周知のビアホールやスルーホールが用いられる。
【0017】
コア層200には部品収容用の貫通孔201が形成されている。該貫通孔201には、後述する部品500が配置されている。したがってコア層200は、内蔵する部品500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200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。したがってコア層200を部品内蔵回路基板100の導体層の1つと解釈できる。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200を形成している。貫通孔201内であって内蔵部品500との隙間には樹脂などの絶縁体が充填されている。
【0018】
積層体層300,400の内層の導体層321,421には、高周波信号を伝送する信号線610と、グランドとして機能するグランド導体620が形成されている。グランド導体620は、ビアホールを介してコア層200及び導体層322,422のグランド導体に接続されている。
【0019】
本発明の第1の特徴的な点は、導体層321,421における信号線610の配線パターンにある。具体的には、導体層321,421であってコア層200の貫通孔201を部品内蔵回路基板100の厚み方向に投影した領域に信号線610の少なくとも一部が形成されている。本実施の形態では、
図2及び
図3に示すように、このような信号線610を、親回路基板への実装側に位置する積層体層400の内層である絶縁体層411に形成した。
【0020】
また本発明の第2の特徴的な点は、貫通孔201内に配置された部品500は、グランドとして機能するグランド導体510を備えており、且つ、該グランド導体は信号線610を厚み方向に投影した領域の少なくとも一部又は全部に形成されている。本実施の形態では、部品500として、例えばフィルタ素子やIC(Integrated Circuit)などの電子部品ではなく、回路基板500を用いた。該回路基板500としては、コンデンサやインダクタや抵抗などの各種電子部品を内蔵した部品内蔵回路基板でもいいし、配線のみが形成された印刷配線板などでもよい。また、部品内蔵回路基板の形態としても種々のものを用いることができる。例えば、低温焼成セラミック(LTCC)により形成されたもの、IPD(Integrated Passive Device)と呼ばれる技術により形成されたもの、樹脂基板に電子部品を埋め込む手法により形成されたものなどがある。
【0021】
本実施の形態のように他の導体層より厚みの大きいコア層200を有する部品内蔵回路基板100では、同体積のコア層を有さない回路基板よりも基板内部における配線可能面積が小さくなってしまう。しかし本実施の形態では、コア層200の貫通孔201に、内蔵部品として別の回路基板500を埋設することにより、配線可能面積が大きくなり、設計の自由度が高くなるという利点がある。特に、内蔵部品としての回路基板500は、部品内蔵回路基板100とは別プロセスで製造でき、しかも貫通孔201内に密閉されるので、回路基板500として高密度・高精度のものを用いることができる。これにより、全体としてより高い実装密度を得ることができる。
【0022】
前述したように本発明では、内蔵部品としての回路基板500に、グランド導体510の層が形成されていることが特徴的である。該グランド導体510は、回路基板500内のビアホール等を介して回路基板500の表面或いは側面の端子電極520に接続し、さらに部品内蔵回路基板100のビアホール等を介して、最終的に部品内蔵回路基板100においてグランド電位が与えられる箇所に接続している。本実施の形態では、グランド導体510はグランド導体620を介して電気的にコア層200と接続している。
【0023】
次に、
図4を参照して、信号線610と、貫通孔201と、内蔵部品としての回路基板500と、該回路基板500のグランド導体510との関係について説明する。
図4は信号線610が形成された絶縁体層411を部品内蔵回路基板100の底面側からみた平面図である。
図4に示すように、信号線610は、矩形の貫通孔201を横切るように形成されている。信号線610の幅は一定である。部品500は貫通孔201の内壁と所定の距離をおいて配置されている。部品500のグランド導体510は、部品500の外形よりやや小さい矩形に形成されている。
【0024】
本実施の形態に係る部品内蔵回路基板100によれば、貫通孔201を投影した領域においても、内蔵部品としての回路基板500内に形成されているグランド導体510により、信号線610は所望の特性インピーダンスを得ることが容易となる。これにより、部品内蔵回路基板100の設計時において、コア層200に形成された貫通孔201を部品内蔵回路基板100の厚み方向に投影した領域に信号線610が配置されないように制限する必要がなくなる。したがって、実装密度を向上させることができるとともに設計自由度が向上する。
【0025】
なお、
図5に示すように、信号線610は、少なくとも回路基板500のグランド導体510の投影領域においては、他の領域、具体的にはコア層200と対向する領域における線幅よりも、大きくしてもよい。これにより、コア層200と対向する領域における特性インピーダンスと、貫通孔201と対向する領域における特性インピーダンスの差を小さくすることができる。なお、信号線610の線幅が大きい箇所の端部は、グランド導体510の端部と厳密に一致する必要はない。すなわち、所望の回路特性的に十分な範囲内で特性インピーダンスを得られるのであれば多少のずれは容認される。具体的には、信号線610の線幅が大きい箇所の端部は、例えば
図6に示すようにグランド導体510の端部よりも内側となってもよいし、例えば
図7に示すようにグランド導体510の端部よりも外側となっていてもよい。また、信号線610の線幅が大きい箇所の端部位置についてグランド導体510の端部を基準とするのではなく、
図8に示すように回路基板500の端部を基準としてもよいし、
図9に示すように貫通孔201の端部を基準としてもよい。これらの場合であっても、信号線610の線幅が大きい箇所の端部は、厳密に回路基板500や貫通孔201の端部と一致する必要はない。すなわち、所望の回路特性的に十分な範囲内で特性インピーダンスを得られるのであれば多少のずれは容認される。
【0026】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。前記第1の実施の形態に係る部品内蔵回路基板100では、コア層200に対して一方の側の導体層421に形成された信号線610のみが、貫通孔201の投影領域を横切るように形成されていた。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板110では、
図10に示すように、コア層200に対して他方の側の導体層321に形成された信号線630も、貫通孔201の投影領域を横切るように形成されている。ここで、部品内蔵回路基板110を厚み方向に透過してみた場合、信号線610と信号線630は交差しており、且つ、少なくとも信号線610と信号線630の交差部に内蔵部品としての回路基板500のグランド導体510が介在している。
【0027】
このような部品内蔵回路基板110では、信号線610と信号線630の間に内蔵部品としての回路基板500のグランド導体510が存在しているので、信号線間の干渉、すなわちクロストークを抑えることができる。他の作用効果については第1の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態についても上記第1の実施の形態と同様の変形を適用できることは言うまでもない。
【0028】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る部品内蔵回路基板について
図11を参照して説明する。
図11は、第3の実施の形態に係る部品内蔵回路基板の断面図である。
【0029】
本実施の形態が上記各実施の形態と異なる点は、内蔵部品としての回路基板500の構成にある。他の構成については上記各実施の形態と同様である。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板120では、
図11に示すように、回路基板500のグランド導体511が該回路基板500の表層に形成されている。該グランド導体511は、周知のビアホールを介して導体層421のグランド導体620と接続している。また該グランド導体620は、前述したように、周知のビアホールを介してコア層200と接続している。
【0030】
このような部品内蔵回路基板120における作用効果は、上記各実施の形態と同様である。また、本実施の形態についても上記各実施の形態と同様の変形を適用できることは言うまでもない。
【0031】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る部品内蔵回路基板について
図12を参照して説明する。
図12は、第4の実施の形態に係る部品内蔵回路基板の断面図である。
【0032】
本実施の形態が上記各実施の形態と異なる点は、内蔵部品500の種別にある。他の構成については上記各実施の形態と同様である。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板130では
図12に示すように、内蔵部品500として、基板530と、該基板530の全部又は一部を覆い且つグランド導体として機能する金属製の蓋体であるケース540とを含むものを用いた。このような内蔵部品500の例としては、表面弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルタやバルク弾性波(BAW:Bulk Acoustic Wave)フィルタ、などのフィルタ素子、これらフィルタ素子を複数備えたデュプレクサやトリプレクサ、クワッドプレクサなどの受動部品が挙げられる。本実施の形態では内蔵部品500として、送信用フィルタ551と受信用フィルタ552とを有するデュプレクサを用いた。該デュプレクサ500の底面にはグランド電極560が形成されている。グランド電極560は、デュプレクサ500の基板530内におけるビアホールを介して前記ケース540と接続している。また、グランド電極560は、周知のビアホールを介して導体層421のグランド導体620と接続している。さらに該グランド導体620は、前述したように、周知のビアホールを介してコア層200と接続している。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板130では、導体層321のケース540に対向する領域において信号線610が形成されている。
【0033】
このような部品内蔵回路基板130における作用効果は、上記各実施の形態と同様である。また、本実施の形態についても上記各実施の形態と同様の変形を適用できることは言うまでもない。
【0034】
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態に係る部品内蔵回路基板について
図13を参照して説明する。
図13は、第5の実施の形態に係る部品内蔵回路基板の断面図である。
【0035】
本実施の形態が上記各実施の形態と異なる点は、内蔵部品500の種別にある。他の構成については上記各実施の形態と同様である。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板140では、内蔵部品500として能動部品であるIC(Integrated Circuit)を用いた。該IC500は、一方の主面(上面)にグランド層580が形成され、他方の主面(底面)には端子電極が形成されている。IC500のパッケージ形態は種々のものが採用できる。例えばBGA(Ball Grid Array)やCSP(Chip Size Package)、WL−CSP(Wafer Level ? Chip Size Package)などが挙げられる。本実施の形態では、WL−CSPを用いた。IC500は、
図13に示すように、支持基板として半導体(ベアチップ)570の表面にグランド層580が形成されている。グランド層580は、周知のビアホールを介して導体層321に形成されたグランド導体620と接続している。さらにグランド導体620は、前述したように、周知のビアホールを介してコア層200と接続している。一方、半導体570の端子は接続構造体571を介してIC500底面の端子電極572に引き出されている。本実施の形態に係る部品内蔵回路基板140では、IC500のグランド層580に対向する領域において信号線610が形成されている。
【0036】
このような部品内蔵回路基板140における作用効果は、上記各実施の形態と同様である。また、本実施の形態についても上記各実施の形態と同様の変形を適用できることは言うまでもない。
【0037】
なお、本実施の形態ではIC500のグランド層580が、該グランド層580と対向する導体層321に形成されたグランド導体620とビアホールを介して接続していた。一方、
図14に示すように、グランド層580が半導体570内のビアホールを介してIC500内のグランド導体と接続しているのであれば、IC500のグランド端子573と導体層421に形成されたグランド導体620とを周知のビアホールで接続するようにしてもよい。
【0038】
以上、本発明の第1〜第5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、コア層200に形成された貫通孔201内には1つの部品500のみを配置していたが、複数の部品500を貫通孔201内に配置するようにしてもよい。
【0039】
また、上記各実施の形態では、回路モジュールとして用いられる部品内蔵回路基板について説明したが他の用途であっても本発明を適用できる。
【実施例】
【0040】
本発明の実施例について図面を参照して説明する。ここでは、本発明の効果を検証するため下記のモデルについてシミュレーションを行った。まず比較例について説明する。比較例1に係る回路基板900は、
図15に示すように、厚み340μmのコア層910と厚み25μmの絶縁体層920とを積層してなる。絶縁体層920の上面には幅45μmの信号線930が直線上に形成されている。比較例2に係る回路基板900は、
図16に示すように、前記比較例1のコア層910に貫通孔911を形成し、該貫通孔911内にシールド導体を有さない部品950を配置したものである。
【0041】
実施例1は、
図17に示すように、前記比較例2に対して、部品950の表面であって少なくとも信号線930の投影領域にシールド導体951を形成したものである。該シールド導体951の幅は200μmとした。実施例1における信号線930の幅は各比較例と同じ45μmとした。
【0042】
実施例2及び3は、
図18に示すように、前記実施例1に対して、信号線930の幅を貫通孔911と対向する領域においては他の領域よりも太くしている。貫通孔911と対向する領域における信号線903の幅は、実施例2では100μm、実施例3では120μmとした。貫通孔911と対向しない領域における信号線903の幅は、前記実施例1と同じ45μmとした。なお、
図16〜
図18では、説明の簡単のため、絶縁体層920を透過して記載している点に注意されたい。
【0043】
このような環境において、各比較例及び各実施例について信号線930の特性インピーダンスを100MHzから6GHzの範囲でシミュレーションにより求めた。
図19にシミュレーション結果を示す。
図19から明らかなように、本発明に係る実施例1〜3の特性インピーダンスは、各比較例よりも低く且つ安定していることが分かった。特に、実施例2及び3の特性インピーダンスは、実施例1よりも更に低く且つ安定していることが分かった。このことは、所望の特性インピーダンスを得るためには、本発明に係る実施例1〜3は各比較例よりも絶縁体層920を薄くできることを意味する。したがって、本発明では、貫通孔911が形成されたコア層910を有する回路基板900において、貫通孔901と対向する領域にも信号線930を形成することが可能であるので実装密度が向上するとともに、回路基板900の厚みも小さく抑えることができることが分かった。
【解決手段】部品内蔵回路基板100は、貫通孔201が形成された導体層であるコア層200を含み、貫通光201に部品500が配置されている。コア層200に対向する導体層421であって貫通孔201を厚み方向に投影した領域には、高周波信号を伝送する信号線610が形成されており、部品500は、前記信号線610を厚み方向に投影した領域の少なくとも一部に形成されたグランドとして機能するグランド導体510を備えた。