特開 2022-157155 多層基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157155

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】多層基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/46 20060101AFI20221006BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20221006BHJP

   H05K 1/03 20060101ALN20221006BHJP

【ＦＩ】

H05K3/46 T

H05K1/02 N

H05K1/03 630D

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061230

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(72)【発明者】

【氏名】夏原 悠佑

(72)【発明者】

【氏名】奥長 剛

【テーマコード（参考）】

5E316

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E316AA13

5E316AA22

5E316AA38

5E316BB02

5E316BB04

5E316BB06

5E316CC09

5E316CC12

5E316CC13

5E316CC14

5E316CC32

5E316CC34

5E316CC38

5E316CC39

5E316DD02

5E316EE02

5E316HH06

5E338AA03

5E338AA16

5E338CC02

5E338CC06

5E338CD23

5E338EE11

(57)【要約】

【課題】各々の誘電率が異なる複数の誘電体層を備える多層基板において、伝送ロスを改善する。
【解決手段】多層基板は、第１基板と、第２基板とを備える。第１基板は、第１面と該第１面とは反対側の第２面とを有し、第１誘電体によって形成されている。第２基板は、第３面と該第３面とは反対側の第４面とを有し、第２誘電体によって形成されている。第１基板と第２基板とは、第２面と第３面とが直接的又は間接的に対向するように積層されている。多層基板は、第１伝送グランドと、第２伝送グランドと、伝送パターンとをさらに備える。第１伝送グランドは、第１面に積層されている。第２伝送グランドは、第４面に積層されている。伝送パターンは、第１基板と第２基板との間に配置されている。第２誘電体の誘電率は、第１誘電体の誘電率よりも高い。第２基板の厚みは、第１基板の厚みよりも厚い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、第１誘電体によって形成された第１基板と、
第３面と前記第３面とは反対側の第４面とを有し、第２誘電体によって形成された第２基板とを備え、
前記第１基板と前記第２基板とは、前記第２面と前記第３面とが直接的又は間接的に対向するように積層されており、
前記第１面に積層された第１伝送グランドと、
前記第４面に積層された第２伝送グランドと、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された伝送パターンとをさらに備え、
前記第２誘電体の誘電率は、前記第１誘電体の誘電率よりも高く、
前記第２基板の厚みは、前記第１基板の厚みよりも厚い、多層基板。

【請求項2】

前記第１誘電体の誘電率をＤｋ１とし、前記第２誘電体の誘電率をＤｋ２とし、前記第１基板の厚みをｄ１とし、前記第２基板の厚みをｄ２とした場合に、以下の式（１）に示される関係が成立する、請求項１に記載の多層基板。
Ｄｋ１×ｄ２＝Ｄｋ２×ｄ１・・・（１）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層基板に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１３－２３９５１１号公報（特許文献１）は、多層基板を開示する。この多層基板においては、誘電体層の両面の各々にグランド層が形成され、誘電体層中に配線層が形成されている。この多層基板において、誘電体層は複数の誘電体層によって構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２３９５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

多層基板が複数の誘電体層を含む場合に、複数の誘電体層の各々の誘電率が異なることがある。このような構成を採用する目的の一つは、多層基板における伝送ロスを改善することである。しかしながら、このような構成が採用されたとしても、条件次第で、多層基板における伝送ロスが十分に改善されないことを本発明者（ら）は見出した。上記特許文献１は、このような問題の解決手段を開示していない。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、各々の誘電率が異なる複数の誘電体層を備える多層基板において、伝送ロスを改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に従う多層基板は、第１基板と、第２基板とを備える。第１基板は、第１面と該第１面とは反対側の第２面とを有し、第１誘電体によって形成されている。第２基板は、第３面と該第３面とは反対側の第４面とを有し、第２誘電体によって形成されている。第１基板と第２基板とは、第２面と第３面とが直接的又は間接的に対向するように積層されている。多層基板は、第１伝送グランドと、第２伝送グランドと、伝送パターンとをさらに備える。第１伝送グランドは、第１面に積層されている。第２伝送グランドは、第４面に積層されている。伝送パターンは、第１基板と第２基板との間に配置されている。第２誘電体の誘電率は、第１誘電体の誘電率よりも高い。第２基板の厚みは、第１基板の厚みよりも厚い。

【0007】

この多層基板においては、誘電率が高い第２誘電体によって形成される第２基板の厚みが、誘電率が低い第１誘電体によって形成される第１基板の厚みよりも厚い。したがって、この多層基板によれば、第１及び第２基板の各々の厚みが同一である場合と比較して、伝送パターンから放出される電気力線が第２基板側に偏ることが抑制されるため、多層基板における伝送ロスを改善することができる。

【0008】

上記多層基板において、第１誘電体の誘電率をＤｋ１とし、第２誘電体の誘電率をＤｋ２とし、第１基板の厚みをｄ１とし、第２基板の厚みをｄ２とした場合に、以下の式（１）に示される関係が成立してもよい。
Ｄｋ１×ｄ２＝Ｄｋ２×ｄ１・・・（１）

【0009】

式（１）に示される関係が成立することにより、第１及び第２基板の各々における電界強度が均等となる。その結果、この多層基板によれば、第１及び第２基板の各々において電解強度のバランスがとれるため、多層基板における伝送ロスを改善することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、各々の誘電率が異なる複数の誘電体層を備える多層基板において、伝送ロスを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】多層基板の平面を模式的に示す図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ断面を模式的に示す図である。

【図3】比較対象の多層基板の断面を模式的に示す図である。

【図4】多層基板において生じる電界の例を模式的に示す図である。

【図5】第１の変形例における多層基板の断面を模式的に示す図である。

【図6】第２の変形例における多層基板の断面を模式的に示す図である。

【図7】解析周波数が２０ＧＨｚである場合の結果を示す図である。

【図8】解析周波数が２５ＧＨｚである場合の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0013】

［１．多層基板の構成］
図１は、本実施の形態に従う多層基板１０の平面を模式的に示す図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を模式的に示す図である。以下では、説明の便宜のため、図１及び図２に示す方向に従って説明を行なうこととする。なお、ここで規定した方向は、あくまでも説明のためであり、本実施の形態に従う多層基板１０の向きを限定するものではない。

【0014】

図１及び図２を参照して、多層基板１０は、下から上へ積層された、第２伝送グランド３２、第２基板２２、伝送パターン４０、第１基板２１及び第１伝送グランド３１を含んでいる。

【0015】

第１基板２１は、第１面２１１（上面）と該第１面２１１とは反対側の第２面２１２（下面）とを有し、液晶ポリマー又はふっ素樹脂等の誘電体によって形成されている。第１基板２１の誘電率Ｄｋ１は、特に限定されないが、例えば、２～３とすることができる。そして、第１伝送グランド３１は、第１基板２１の第１面２１１のほぼ全面に薄膜状に形成されている。

【0016】

第２基板２２は、第３面２２１（上面）と該第３面２２１とは反対側の第４面２２２（下面）とを有し、ガラスエポキシ樹脂又はフェノール樹脂等の誘電体によって形成されている。第２基板２２の誘電率Ｄｋ２は、特に限定されないが、例えば、３～５とすることができる。但し、第２基板２２の誘電率Ｄｋ２は、第１基板２１の誘電率Ｄｋ１よりも高い。第２基板２２の誘電率Ｄｋ２が第１基板２１の誘電率Ｄｋ１よりも高い限り、第１基板２１及び第２基板２２は同一の材料で構成されていてもよいし異なる材料で構成されていてもよい。

【0017】

多層基板１０において、第１基板２１と第２基板２２とは、第１基板２１の第２面２１２と第２基板２２の第３面２２１とが直接的に対向するように積層されている。また、第２伝送グランド３２は、第２基板２２の第４面２２２のほぼ全面に薄膜状に形成されている。

【0018】

伝送パターン４０は、第１基板２１と第２基板２２との間に配置され、左右方向の中央付近で前後方向（図２紙面に垂直な方向）に線状に延びている。なお、伝送パターン４０、第１伝送グランド３１及び第２伝送グランド３２の各々は、例えば、金、銀、銅、銅合金、アルミニウム等の金属材料によって形成される。

【0019】

多層基板１０において、第２基板２２の厚みｄ２は、第１基板２１の厚みｄ１よりも厚い。すなわち、多層基板１０においては、誘電率の大きい第２基板２２の厚みが、誘電率の小さい第１基板２１の厚みよりも厚くなっている。このような構成となっている理由について次に説明する。

【0020】

［２．第１及び第２基板の各々の厚みが異なる理由］
誘電率の高い基板と誘電率の低い基板とが積層された多層基板（例えば、多層基板１０）においては、次のような利点がある。例えば、全ての基板を誘電率の低い誘電体（例えば、ガラスフッ素樹脂）により形成するよりも、安価に多層基板を形成することができる。また、例えば、全ての基板を誘電率の高い誘電体（例えば、ガラスエポキシ樹脂）により形成するよりも、伝送ロスの低い多層基板を形成することができる。

【0021】

しかしながら、例えば多層基板１０において、第１基板２１及び第２基板２２の各々の厚みが同一であると、このような利点が十分に得られないことを本発明者（ら）は見出した。

【0022】

図３は、比較対象の多層基板１０Ａの断面を模式的に示す図である。図３に示されるように、多層基板１０Ａは、下から上へ積層された、第２伝送グランド３２、第２基板２２Ａ、伝送パターン４０、第１基板２１Ａ及び第１伝送グランド３１を含んでいる。第２基板２２Ａの誘電率は、第１基板２１Ａの誘電率よりも高い。多層基板１０Ａにおいて、第１基板２１Ａ及び第２基板２２Ａの各々の厚みは同一である。

【0023】

第１基板２１Ａ及び第２基板２２Ａの各々の厚みが同一であるため、伝送パターン４０から放出される電気力線は、誘電率の高い第２基板２２Ａ側に集中する。すなわち、第２基板２２Ａに電界が集中する。したがって、多層基板１０Ａにおいては、誘電率の低い第１基板２１Ａが一部に採用されているにもかかわらず、第１基板２１Ａを採用することによる効果が十分に得られず、伝送ロスが十分に改善されない。

【0024】

図４は、多層基板１０において生じる電界の例を模式的に示す図である。図４に示されるように、多層基板１０においては、第２基板２２の厚みｄ２が、第１基板２１の厚みｄ１よりも厚い。より具体的には、第１基板２１及び第２基板２２の各々における電界強度が略同一となるように、以下のような関係が成り立つ。

【0025】

第１基板２１を形成する誘電体の誘電率をＤｋ１とし、第２基板２２を形成する誘電体の誘電率をＤｋ２とする。そして、第１基板２１の厚みをｄ１とし、第２基板２２の厚みをｄ２とする。この場合に、以下の式（１）に示される関係が成立する。
Ｄｋ１×ｄ２＝Ｄｋ２×ｄ１・・・（１）

【0026】

このような関係が成立することによって、第１基板２１及び第２基板２２の各々における電界強度が略同一となる。その結果、多層基板１０によれば、第１基板２１及び第２基板２２の各々の厚みが同一である場合と比較して、伝送パターン４０から放出される電気力線が第２基板２２側に偏ることが抑制されるため、多層基板１０における伝送ロスを改善することができる。

【0027】

［３．特徴］
以上のように、本実施の形態に従う多層基板１０においては、誘電率が高い誘電体によって形成される第２基板２２の厚みが、誘電率が低い誘電体によって形成される第１基板２１の厚みよりも厚い。したがって、多層基板１０によれば、第１基板２１及び第２基板２２の各々の厚みが同一である場合と比較して、伝送パターン４０から放出される電気力線が第２基板２２側に偏ることが抑制されるため、多層基板１０における伝送ロスを改善することができる。

【0028】

［４．変形例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例は、適宜組み合わせることができる。

【0029】

＜４－１＞
伝送パターン４０の形状は特には限定されず、上述したような直線状のほか、Ｌ字状、Ｔ字状など、種々の形状にすることができる。また、複数の伝送パターンを配置することもできる。例えば、差動伝送路が形成されてもよい。

【0030】

図５は、第１の変形例における多層基板１０Ｘの断面を模式的に示す図である。図５に示されるように、多層基板１０Ｘは、下から上へ積層された、第２伝送グランド３２Ｘ、第２基板２２Ｘ、伝送パターン４１Ｘ，４２Ｘ、第１基板２１Ｘ及び第１伝送グランド３１Ｘを含んでいる。第２基板２２Ｘの誘電率は、第１基板２１Ｘの誘電率よりも高い。第２基板２２Ｘの厚みは、第１基板２１Ｘの厚みよりも厚い。このような構成であってもよい。

【0031】

＜４－２＞
また、第１基板２１と第２基板２２とは、ボンディングフィルムを介して積層されていてもよい。すなわち、第１基板２１と第２基板２２とは、第２面２１２と第３面２２１とがボンディングフィルムを介して間接的に対向するように積層されていてもよい。

【0032】

図６は、第２の変形例における多層基板１０Ｙの断面を模式的に示す図である。図６に示されるように、多層基板１０Ｙは、下から上へ積層された、第２伝送グランド３２Ｙ、第２基板２２Ｙ、伝送パターン４０Ｙ、ボンディングフィルム５０Ｙ、第１基板２１Ｙ及び第１伝送グランド３１Ｙを含んでいる。第２基板２２Ｙの誘電率は、第１基板２１Ｙの誘電率とボンディングフィルム５０Ｙの誘電率との平均値よりも高い。第２基板２２Ｙの厚みｄ２は、第１基板２１Ｙの厚みｄ１１とボンディングフィルム５０Ｙの厚みｄ１２との合計の厚みｄ１よりも厚い。このような構成であってもよい。

【0033】

なお、この場合には、例えば、以下のような関係が成り立ってもよい。

【0034】

第１基板２１Ｙを形成する誘電体の誘電率をＤｋ１Ｙとし、第２基板２２Ｙを形成する誘電体の誘電率をＤｋ２Ｙとする。ボンディングフィルム５０Ｙの誘電率をＤｋ３Ｙとする。（Ｄｋ１Ｙ＋Ｄｋ３Ｙ）／２をＤｋＡｖｅとする。そして、第１基板２１Ｙの厚みをｄ１１とし、ボンディングフィルム５０Ｙの厚みをｄ１２とし、ｄ１１＋ｄ１２をｄ１とする。第２基板２２Ｙの厚みをｄ２とする。この場合に、以下の式（２）に示される関係が成立してもよい。
ＤｋＡｖｅ×ｄ２＝Ｄｋ２×ｄ１・・・（２）

【0035】

このような関係が成立することによって、第１基板２１Ｙ側及び第２基板２２Ｙ側の各々における電界強度が略同一となる。その結果、多層基板１０Ｙによれば、伝送パターン４０Ｙから放出される電気力線が第２基板２２Ｙ側に偏ることが抑制されるため、多層基板１０Ｙにおける伝送ロスを改善することができる。

【0036】

［５．実施例等］
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。

【0037】

シミュレーションにより、以下のような多層基板の解析モデルを生成した。概要は図１及び図２に示す通りである。
（１）第１基板
・誘電率：２．７
・サイズ：横幅２４ｍｍ×奥行き１０ｍｍ
（２）第２基板
・誘電率：４．４
・サイズ：横幅２４ｍｍ×奥行き１０ｍｍ
（３）伝送パターン
・厚み：０．０１８ｍｍ
・幅：０．２ｍｍ
・長さ（奥行き）：１０ｍｍ
（４）第１及び第２伝送グランド
・厚み：０．０１８ｍｍ
（５）解析周波数：２０ＧＨｚ及び２５ＧＨｚ
このような解析モデルにおいて、第１及び第２基板の各々の厚みを変化させながら、伝送ロスを計算した。結果は、図７及び図８に示す通りである。図７は解析周波数が２０ＧＨｚである場合の結果を示す図であり、図８は解析周波数が２５ＧＨｚである場合の結果を示す図である。図７及び図８の各々において、縦軸は伝送ロス（ｄＢ／ｃｍ）を示し、横軸はＤ１／Ｄ２を示す。ここで、Ｄ１は（第２基板の誘電率）／（第２基板の厚み）であり、Ｄ２は（第１基板の誘電率）／（第１基板の厚み）である。

【0038】

図７において、Ｌ１は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．２ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示し、Ｌ２は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．２５ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示し、Ｌ３は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．３ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示す。

【0039】

図８において、Ｌ４は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．２ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示し、Ｌ５は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．２５ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示し、Ｌ６は第１基板及び第２基板の厚みの合計が０．３ｍｍである場合の伝送ロスの変化を示す。

【0040】

Ｄ１／Ｄ２が１．５６７となる位置において、第１基板の厚みと第２基板の厚みとが同一である。図７及び図８の各々において、Ｄ１／Ｄ２が１に近付くにつれて伝送ロスが小さくなることが確認された。すなわち、第１基板の厚みよりも第２基板の厚みを厚くすることで伝送ロスが小さくなることが確認された。

【符号の説明】

【0041】

１０，１０Ａ，１０Ｘ，１０Ｙ 多層基板、２１，２１Ａ，２１Ｘ，２１Ｙ 第１基板、２２，２２Ａ，２２Ｘ，２２Ｙ 第２基板、３１，３１Ｘ，３１Ｙ 第１伝送グランド、３２，３２Ｘ，３２Ｙ 第２伝送グランド、４０，４０Ｙ，４１Ｘ，４２Ｘ 伝送パターン、２１１ 第１面、２１２ 第２面、２２１ 第３面、２２２ 第４面、５０Ｙ ボンディングフィルム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】