特許 6333048 多層回路基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6333048

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】多層回路基板

(51)【国際特許分類】

   H01P 3/08 20060101AFI20180521BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20180521BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20180521BHJP

   H01P 5/02 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   H01P3/08

   H05K3/46 Z

   H05K1/02 P

   H05K1/02 J

   H01P5/02 603D

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-95244(P2014-95244)

(22)【出願日】2014年5月2日

(65)【公開番号】特開2015-213241(P2015-213241A)

(43)【公開日】2015年11月26日

【審査請求日】2017年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001863

【氏名又は名称】特許業務法人アテンダ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐治 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩

【審査官】 佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０２−０３２２０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５３２１３７５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ ３／０８

Ｈ０１Ｐ ５／０２

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０５Ｋ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体層と絶縁体層とを積層してなる多層回路基板であって、
第１導体層には第１信号線及び該第１信号線と間隔をおいて配置された第１グランド導体が形成され、
第１導体層と絶縁体層を介して対向する第２導体層には第２信号線及び該第２信号線と間隔をおいて配置された第２グランド導体が形成され、
前記第１信号線は多層回路基板の厚み方向に投影した際に第２信号線と交差しており、
前記第１グランド導体と第１信号線の間隔は第１及び第２信号線の交差部においては該交差部以外における間隔よりも小さく、且つ、前記第２グランド導体と第２信号線の間隔は前記交差部においては該交差部以外における間隔よりも小さく形成され、
前記第１信号線は、第２信号線との交差部においては該交差部以外よりも線幅が狭く形成され、
前記第２信号線は、第１信号線との交差部から該交差部以外の部分に亘って線幅が同一に形成されている
ことを特徴とする多層回路基板。

【請求項2】

前記第１グランド導体と第１信号線の間隔は、第１信号線の特性インピーダンスに対する影響が、第１及び第２信号線の交差部においては第１グランド導体との距離が第２グランド導体との距離よりも支配的となり、前記交差部以外においては第２グランド導体との距離が第１グランド導体との距離よりも支配的となるように設定されており、
前記第２グランド導体と第２信号線の間隔は、第２信号線の特性インピーダンスに対する影響が、第１及び第２信号線の交差部においては第２グランド導体との距離が第１グランド導体との距離よりも支配的となり、前記交差部以外においては第１グランド導体との距離が第２グランド導体との距離よりも支配的となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の多層回路基板。

【請求項3】

前記第１信号線は、第２信号線との交差部においてはコプレーナ線路の一部を形成するとともに前記交差部以外においてはマイクロストリップ線路の一部を形成し、
前記第２信号線は、第１信号線との交差部においてはコプレーナ線路の一部を形成するとともに前記交差部以外においてはマイクロストリップ線路の一部を形成する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の多層回路基板。

【請求項4】

前記第１信号線は、第２信号線との交差部と該交差部以外とで特性インピーダンスが一定となっており、
前記第２信号線は、第１信号線との交差部と該交差部以外とで特性インピーダンスが一定となっている
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。

【請求項5】

前記多層回路基板は、１つの前記絶縁体層の一方の面に前記第１導体層を形成し、前記絶縁体層の他方の面に前記第２導体層が形成された両面基板である
ことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の多層回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁体層と導体層とを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技術に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、高周波回路を実装する多層回路基板においては高周波信号の伝送線路としてストリップ線路・マイクロストリップ線路・コプレーナ線路などの技術が用いられている。このような多層回路基板において２つの伝送線路を交差させる場合には、少なくともその交差部において、各伝送線路の中心導体に相当する信号線をそれぞれ異なる導体層に形成する。特許文献１に記載のものは、２つのマイクロストリップ線路構造を単純に重ね合わせたものであり、第１のマイクロストリップ線路に係る信号線と第２のマイクロストリップ線路に係る信号線の間に、第１のマイクロストリップ線路に係るグランド導体が配置される構造である。また、特許文献２に記載のものは、第１及び第２のマイクロストリップ線路の信号線はそれぞれ多層回路基板の表面に形成され、一方グランド導体は多層回路基板の裏面に形成されている。すなわち、第１及び第２のマイクロストリップ線路で共通のグランド導体を用いている。そして、マイクロストリップ線路の交差部においては、第１のマイクロストリップ線路の信号線を多層回路基板の内層に形成し、その両端部をスルーホールを介して表層の信号線と接続している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−３６８５０７号公報

【特許文献2】特開２０１１−０５５３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年の電子機器の小型化・薄型化・高機能化の要求に伴い、多層回路基板においても更なる薄型化や配線の狭ピッチ化の要求が高まってきている。一方、高周波信号を多層回路基板中で伝送する場合、伝送線路の特性インピーダンスの不連続が問題になる。これは、不連続部分において高周波信号の反射が起こり、これにより伝送信号の損出が生じたり、波形に歪みやなまりが生じたりするためである。他方、上述のように伝送線路を多層回路基板上で交差させる場合には、伝送線路間での信号の干渉が問題になる。

【0005】

このような問題に関して特許文献１に記載にものでは、第１のマイクロストリップ線路の信号線と第２のマイクロストリップ線路の信号線の間にグランド導体が介在しているので、伝送信号のアイソレーションを確保できるもの、該グランド導体の形成層が常に必要なため薄型化に適さないという問題がある。

【0006】

一方、特許文献２に記載のものでは、伝送線路同士が交差する箇所では、使用周波数で共振する並列共振回路を配置し、共振周波数でのアイソレーションを確保している。このような構造では、伝送線路間にはグランド導体を配置する必要がないので薄型化に貢献する。しかしながら、配線によるインダクタで線路間を接続するため、共振周波数がずれた場合、逆にアイソレーションが悪くなるという問題がある。また、多層回路基板の配線や絶縁層によりインダクタやキャパシタを形成するので、製造する際のばらつきにより共振周波数にもばらつきが発生するおそれがあり、したがって一定のアイソレーションを確保するのは難しいという問題もある。さらにいえば、伝送線路間の信号周波数が異なる場合には当該構造を採用することはできないという問題もある。

【0007】

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、高周波特性が良好で且つ薄型化を容易に実現できる伝送線路の交差構造を有する多層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】

【0008】

上記目的を達成するために、本願発明は、導体層と絶縁体層とを積層してなる多層回路基板であって、第１導体層には第１信号線及び該第１信号線と間隔をおいて配置された第１グランド導体が形成され、第１導体層と絶縁体層を介して対向する第２導体層には第２信号線及び該第２信号線と間隔をおいて配置された第２グランド導体が形成され、前記第１信号線は多層回路基板の厚み方向に投影した際に第２信号線と交差しており、前記第１グランド導体と第１信号線の間隔は第１及び第２信号線の交差部においては該交差部以外における間隔よりも小さく、且つ、前記第２グランド導体と第２信号線の間隔は前記交差部においては該交差部以外における間隔よりも小さく形成され、前記第１信号線は、第２信号線との交差部においては該交差部以外よりも線幅が狭く形成され、前記第２信号線は、第１信号線との交差部から該交差部以外の部分に亘って線幅が同一に形成されていることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、第１信号線と第２信号線の交差部以外の部分においては、第１導体層に形成された第１信号線と第２導体層に形成された第２グランド導体によりマイクロストリップ線路を形成し、第２導体層に形成された第２信号線と第１導体層に形成された第１グランド導体によりマイクロストリップ線路を形成することができる。同時に、第１信号線と第２信号線の交差部においては、第１導体層に形成された第１信号線及び第１グランド導体によりコプレーナ線路を形成し、第２導体層に形成された第２信号線及び第２グランド導体によりコプレーナ線路を形成することができる。これにより伝送線路の交差構造を有する多層回路基板の薄型化が可能となる。また、コプレーナ線路は各信号線の近傍且つ同層に各グランド導体が配置されていることから、他層に形成された信号線やグランド導体との影響を受けにくい。これにより第１信号線と第２信号線のアイソレーションを容易に確保することができる。

【0010】

本発明の好適な態様の一例としては、前記第１グランド導体と第１信号線の間隔は、第１信号線の特性インピーダンスに対する影響が、第１及び第２信号線の交差部においては第１グランド導体との距離が第２グランド導体との距離よりも支配的となり、前記交差部以外においては第２グランド導体との距離が第１グランド導体との距離よりも支配的となるように設定されており、前記第２グランド導体と第２信号線の間隔は、第２信号線の特性インピーダンスに対する影響が、第１及び第２信号線の交差部においては第２グランド導体との距離が第１グランド導体との距離よりも支配的となり、前記交差部以外においては第１グランド導体との距離が第２グランド導体との距離よりも支配的となるように設定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

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、伝送線路の交差構造を有していながら、高周波特性が良好で且つ薄型化を容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】多層回路基板の表面図

【図2】通過特性のシミュレーション結果

【図3】アイソレーションのシミュレーション結果

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施の形態に係る多層回路基板の交差構造について図面を参照して説明する。図１は多層回路基板の表面図である。図１において（ａ）は多層回路基板の一方の主面側からみた表面図であり、（ｂ）は多層回路基板の他方の主面側からみた表面図である。

【0014】

本実施の形態に係る多層回路基板１０は、導体層と絶縁体層を積層してなり、図１に示すように、１つの絶縁体層の両面にそれぞれ導体層１００，２００を形成した両面基板である。すなわち、多層回路基板１０の一方の主面には第１導体層１００が形成され、他方の主面には第２導体層２００が形成され、導体層１００及び２００の間には絶縁体層３００が形成されている。第１導体層１００には、図１（ａ）に示すように、高周波信号を伝送するための第１信号線１１０と、該第１信号線１１０と間隔をおいて形成された第１グランド導体１５０が形成されている。該第１グランド導体１５０は、所謂「ベタ・グランド」と呼ばれるものであり、多層回路基板１０により構成される高周波回路に必要な配線（第１信号線１１０を含む）・ランド・スルーホール・端子電極などを除く領域に全体的に形成されている。同様に、第２導体層２００には、図１（ｂ）に示すように、高周波信号を伝送するための第２信号線２１０と、該第２信号線２１０と間隔をおいて形成された第２グランド導体２５０が形成されている。該第２グランド導体２５０は、所謂「ベタ・グランド」と呼ばれるものであり、多層回路基板１０により構成される高周波回路に必要な配線（第２信号線２１０を含む）・ランド・スルーホール・端子電極などを除く領域に全体的に形成されている。第１グランド導体１５０と第２グランド導体２５０とは図示しないスルーホールにより電気的に接続している。

【0015】

本発明に係る多層回路基板１０では、第１信号線１１０は、多層回路基板１０の厚み方向に第２導体層２００に投影した場合に第２信号線２１０と交差している。そして、本発明の特徴点は、第１信号線１１０及び第２信号線２１０との交差部における第１導体層１００及び第２導体層２００の構造にある。また、本発明の特徴点は、第１信号線１１０及び第２信号線２１０との交差部における第１信号線１１０の構造にある。

【0016】

図１（ａ）に示すように、第１信号線１１０は、第２信号線２１０との交差部以外においては一定の幅Ｗ１５となっており、第２信号線２１０との交差部に近づくにつれて徐々に小さくなり、交差部及びその近傍においては前記幅Ｗ１５よりも小さい幅Ｗ１０となっている。また、交差部における第１導体層１００に形成された第１信号線１１０と第１グランド導体１５０の間隔Ｇ１０は、交差部以外における第１信号線１１０と第１グランド導体１５０の間隔Ｇ１５よりも小さくなっている。具体的には、第１グランド導体１５０は、第１信号線１１０と対向する縁が、交差部に近づくにつれ第１信号線１１０に徐々に近づいていき交差部近傍においては第１信号線１１０と間隔Ｇ１５となるよう張り出して形成されている。換言すれば、第１グランド導体１５０は、交差部近傍においては、第１信号線１１０方向に台形状に張り出して形成されている。第１グランド導体１５０の張り出しが開始する位置は、第１信号線１１０の幅が小さくなり始める位置と、第１信号線１１０の長さ方向においてほぼ一致している。

【0017】

また、第２信号線２１０は、第１信号線１１０と同様に、交差部における第２導体層２００に形成された第２信号線２１０と第２グランド導体２５０の間隔Ｇ２０は、交差部以外における第２信号線２１０と第２グランド導体２５０の間隔Ｇ２５よりも小さくなっている。ただし第２信号線２１０は、第１信号線１１０とは異なり、少なくとも第１信号線１１０との交差部から該交差部以外の部分に亘って、換言すれば該交差部から第２信号線２１０の長さ方向の前後に亘って、線幅が同一（一定）に形成されている。一方、第２グランド導体２５０は、第１グランド導体１５０と同様に、第２信号線２１０と対向する縁が、交差部に近づくにつれ第２信号線２１０に徐々に近づいていき交差部近傍においては第２信号線２１０と間隔Ｇ２５となるよう張り出して形成されている。換言すれば、第２グランド導体２５０は、交差部近傍においては、第２信号線２１０方向に台形状に張り出して形成されている。

【0018】

ここで、第１信号線１１０は、第２信号線２１０との交差部以外では、第２導体層２００に形成された第２グランド導体２５０との関係で、マイクロストリップ線路の内部導体を構成するようになっている。すなわち、第１信号線１１０の特性インピーダンスは、交差部以外においては、第２導体層２００に形成された第２グランド導体２５０との距離すなわち絶縁体層３００の厚みが、第１導体層１００に形成された第１グランド導体１５０との間隔Ｇ１０よりも支配的となるように各部の寸法等が規定されている。一方、第１信号線１１０は、第２信号線２１０との交差部では、第１導体層１００に形成された第１グランド導体１５０との関係で、コプレーナ線路の内部導体を構成するようになっている。すなわち、第１信号線１１０の特性インピーダンスは、交差部においては、第１導体層１００に形成された第１グランド導体１５０との間隔Ｇ１５が、第２導体層２００に形成された第２グランド導体２５０との距離すなわち絶縁体層３００の厚みよりも支配的となるように各部の寸法等が規定されている。また、第１信号線１１０の特性インピーダンスは、第２信号線２１０との交差部と交差部以外に拘わらず全体に亘って一定となるように、すなわち特性インピーダンスの不連続部が生じないように各部の寸法等が規定されている。以上のような特性インピーダンスに関わる特徴点は第２信号線２１０についても同様である。

【0019】

本実施の形態に係る多層回路基板１０によれば、第１信号線１１０が形成された第１導体層１００と第２信号線２１０が形成された第２導体層２００との間には絶縁体層３００しか存在しないので薄型化を容易に図ることができる。また、各信号線１１０，２１０と各グランド導体１５０，２５０との間隔等を調整することで、特性インピーダンスの不連続の発生を容易に防止することができる。特に本実施の形態では、第１信号線１１０と第２信号線２１０との交差部において、第１信号線１１０の線幅が交差部以外よりも狭くなっているので、第１信号線１１０においては交差部と交差部以外に拘わらず特性インピーダンスを全体に亘って容易に一定とすることができる。

【0020】

また、本実施の形態にかかる多層回路基板１０によれば、交差部においては各信号線１１０，２１０の近傍且つ同層に各グランド導体１５０，２５０が配置されていることから、他層に形成された信号線やグランド導体との影響を受けにくい。これにより第１信号線１１０と第２信号線２１０のアイソレーションを容易に確保することができる。特に本実施の形態では、第１信号線１１０と第２信号線２１０との交差部において、第１信号線１１０の線幅が交差部以外よりも狭くなっているので、両信号線間のアイソレーションを更に容易に確保することができる。

【0021】

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、上記各実施の形態においては、１つの絶縁体層の両面に導体層が形成された両面基板について説明したが、表層の導体層を含む３層以上の導体層を有する多層回路基板であっても本発明を適用できる。この場合、１つの絶縁体層を挟んで対向する導体層がそれぞれ本発明の第１導体層及び第２導体層に相当する。また、このような場合には、第１導体層及び第２導体層の何れか一方が多層回路基板の表層として形成されていてもよいし、両層が多層回路基板の内層として形成されていてもよい。

【実施例】

【0022】

本発明の実施例に係る多層回路基板について、通過特性、アイソレーションをシミュレーションで求めた。実施例は上記実施の形態の構造を有するものとする。該実施例では、第１信号線の線路長は５ｍｍ、同厚みは１３ｕｍ、交差部以外における第１信号線の幅は８５ｕｍ、交差部における第１信号線の幅は５６ｕｍ、交差部以外における第１信号線とグランド導体の間隔は１７０ｕｍ、交差部における第１信号線と第１グランド導体の間隔は２５ｕｍとした。また該実施例では、第２信号線の線路長は５ｍｍ、同幅は一定で８５ｕｍ、同厚みは１３ｕｍ、交差部以外における第２信号線と第２グランド導体の間隔は１７０ｕｍ、交差部における第２信号線と第２グランド導体の間隔は３８ｕｍとした。また該実施例では、絶縁体層の厚みは４４ｕｍとした。

【0023】

比較例１として第１及び第２の伝送線路をマイクロストリップ線路で構成した例を用意した。比較例１では、第１及び第２の信号線の線路長は５ｍｍ、同幅は８５ｕｍ、同厚みは１３ｕｍ、絶縁体層の厚みは４４ｕｍ、各信号線とグランド導体の間隔は１７０ｕｍとした。

【0024】

また比較例２として第１及び第２の伝送線路をコプレーナ線路で構成した例を用意した。比較例２では、第１及び第２の信号線の線路長は５ｍｍ、同幅は５６ｕｍ、同厚みは１３ｕｍ、絶縁体層の厚みは４４ｕｍ、各信号線とグランド導体の間隔は２５ｕｍとした。

【0025】

実施例並びに比較例１及び２において、第１信号線の一方の端部をポート１、他方の端部をポート２、第２信号線の一方の端部をポート３、他方の端部をポート４とする。そして、ポート１・ポート２間に１ＧＨｚから６ＧＨｚまでの正弦波を印加し、ポート３・ポート４間に所定の負荷（インピーダンス素子）を接続する。このような状況において、通過特性の評価値としてＳパラメータの１つであるＳ２１を求め、アイソレーションの評価値として同Ｓ４１を求める。図２及び図３にシミュレーション結果を示す。

【0026】

各図が示すように本願発明によれば、比較例１との対比においては通過特性がやや劣るものの、アイソレーションについては大きく改善できたことが分かった。一方、比較例２との対比においてはアイソレーションについては劣るものの、通過特性については大きな利点があることを確認できた。現実的な高周波回路の設計においては、比較例２のようなコプレーナ線路を用いた場合には、マイクロストリップ線路より信号線の幅が小さくなるため導体損が増加することから通過損失が大きく、且つ、一定した特性インピーダンスのためには高い加工精度が要求されるため、高密度化・狭ピッチ化・薄型化が要求される場面では現実的ではない。したがって本願発明の現実的な比較対象は比較例１となるが、前述のように、通過特性はやや劣るもののアイソレーションについては良好なので、高密度化・狭ピッチ化・薄型化が要求される場面においては非常に有効的であることが検証された。

【符号の説明】

【0027】

１０，２０…多層回路基板、１００…第１導体層、２００…第２導体層、１１０…第１信号線、２１０…第２信号線、１５０…第１グランド導体、２５０…第２グランド導体、３００…絶縁体層。

【図1】

【図2】

【図3】