JP2011035120A

JP2011035120A - 配線基板

Info

Publication number: JP2011035120A
Application number: JP2009179057A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; 芳洋中川
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP5409171B2

Abstract

【課題】
信号の伝送損失を少なくして信号を良好に伝送させることが可能な配線基板を提供すること。
【解決手段】
複数の絶縁層２が積層されて成る絶縁基板１と、絶縁基板１の下面に形成された外部接続パッド５と、複数の絶縁層２を貫通し、上面側から外部接続パッド５の近傍に垂直に導出する信号用の貫通導体６と、信号用の貫通導体６の下端と外部接続パッド５とを接続する接続導体７と、複数の絶縁層２間に配置され、信号用の貫通導体６に対応する位置に貫通導体６が中央を貫通する第１の開口部３ａ、および外部接続パッド５に対向する位置に外部接続パッド５と同等以上の大きさの第２の開口部３ｂを有する複数の接地用または電源用の導体層３と、第１の開口部３ａ周辺の絶縁層２に接地用または電源用の導体層３同士を接続するように信号用の貫通導体６から等距離に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体８とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、配線基板に関する。

一般に現在の電子機器は、高速化、大容量伝送化が顕著になってきている。それに伴い電子機器に使用される配線基板は高周波伝送における電気的ロスの少ない形態が要求されている。そのため、特に高周波信号を伝送する伝送路を有する配線基板においては、図１１、図１２に示すように、複数の絶縁層１２が積層されて成る絶縁基板１１の表面および各絶縁層１２間に複数の接地用または電源用の導体層１３を設けている。そして絶縁基板１１の下面に外部の電気回路基板に接続される信号用の外部接続パッド１５を設けるとともに、絶縁基板１１の上面側から信号用の外部接続パッド１５の中央部に接続する信号用の貫通導体１６を設けて成る。なお、信号用の貫通導体１６の上端には信号用の配線導体１４が接続されている。また、接地用または電源用の導体層１３のうち、同じ電位に接続されるもの同士は絶縁層１２を貫通する接地用または電源用の貫通導体１８により電気的に接続されている。

このような配線基板においては、信号用の貫通導体１６に接続された外部接続パッド１５における急激な特性インピーダンスの低下をなくすことにより外部接続パッド１５における信号の反射を抑制して高周波信号を効率良く外部に伝送可能とするために、接地用または電源用の導体層１３における外部接続パッド１５と対向する領域に外部接続パッド１５と同等以上の大きさを有する開口部１３ａを設け、それにより信号用の貫通導体１６に接続された外部接続パッド１５と接地用または電源用の導体層１３との間に形成される静電容量を低減させるようにしている。

しかしながら、このように接地用または電源用の導体層１３における外部接続パッド１５と対向する領域に外部接続パッド１５と同等以上の大きさを有する開口部１３ａを設けた場合、信号用の貫通導体１６と接地用または電源用の導体層１３および接地用または電源用の貫通導体１８との間の静電容量が小さくなり、信号用の貫通導体１６における特性インピーダンスが逆に大きくなってしまう。その結果、例えば信号用の貫通導体１６を伝送する信号の周波数が１０ＧＨｚを超えるような高周波信号では、その信号を良好に伝送することが困難となってしまう。

そこで、図１３、図１４に示すように、信号用の貫通導体１６を外部接続パッド１５の外周部に接続するようになした配線基板が提案されている。信号用の貫通導体１６を外部接続パッド１５の外周部に接続するようにした場合、信号用の貫通導体１６が接地用または電源用の導体層１３に近接することになるので、例えば接地用または電源用の導体層１３における信号用の貫通導体１６に近接した位置に複数の接地用または電源用の貫通導体１８を配置することにより信号用の貫通導体１６と接地用または電源用の導体層１３および接地用または電源用の貫通導体１８との間の静電容量の低下を防止することができるので、信号用の貫通導体１４のインピーダンスをある程度適正とすることができる。

しかしながら、このように信号用の貫通導体１６を外部接続パッド１５の外周部に接続するようになした配線基板においても、信号用の貫通導体１６の周りを接地用または電源用の導体層１３および接地用または電源用の貫通導体１８が信号用の貫通導体１６に対して均等な位置で取り囲んでいないこと等から、信号用の貫通導体１６およびこれに対応する導体層１３および貫通導体１８を伝送する信号に伝送位置に偏りが生じ、その結果、信号用の貫通導体１６を伝送する信号の周波数が３０ＧＨｚを超えるような超高周波信号では、その伝送損失が増加して信号を良好に伝送させることが困難となってしまう。

特開２００３−２７３５２５公報

本発明の課題は、信号用の貫通導体および該貫通導体に接続された外部接続パッドを伝送する信号が３０ＧＨｚを超える超高周波であったとしても、信号の伝送損失を少なくして信号を良好に伝送させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、該絶縁基板の下面に形成された外部接続パッドと、複数の前記絶縁層を貫通し、上面側から前記外部接続パッドの近傍に垂直に導出する信号用の貫通導体と、該信号用の貫通導体の下端と前記外部接続パッドとを接続する接続導体と、複数の前記絶縁層間に配置され、前記信号用の貫通導体に対応する位置に該信号用の貫通導体が中央を貫通する第１の開口部、および前記外部接続パッドに対向する位置に該外部接続パッドと同等以上の大きさの第２の開口部を有する複数の接地用または電源用の導体層と、前記第１の開口部周辺の前記絶縁層に前記接地用または電源用の導体層同士を接続するように前記信号用の貫通導体から等距離に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体とを具備して成ることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、絶縁層間に配置された接地用または電源用の導体層に信号用の貫通導体がその中央を貫通する第１の開口部を設け、該第１の開口部周辺の前記絶縁層に前記接地用または電源用の導体層同士を接続するように接地用または電源用の複数の貫通導体を信号用の貫通導体に対して等距離に配置したことから、前記第１の開口部を介して前記信号用の貫通導体を取り囲む接地用または電源用の導体層および前記第１の開口部周辺の前記絶縁層に前記信号用の貫通導体に対して等距離に設けられた複数の接地用または電源用の貫通導体とにより、信号用の貫通導体に対して擬似同軸構造が得られて信号用の貫通導体における特性インピーダンスが極めて良好に整合させることが可能であると同時に接地用または電源用の導体層における外部接続パッドに対向する位置に該外部接続パッドと同等以上の大きさの第２の開口部が形成されていることから、外部接続パッドと接地用または電源用の導体層との間に形成される静電容量が低減されて外部接続パッドにおける特性インピーダンスを整合させることができる。したがって、信号用の貫通導体および該貫通導体に接続された外部接続パッドを伝送する信号が３０ＧＨｚを超える超高周波であったとしても、信号の伝送損失を少なくして信号を良好に伝送させることができる。

図１は、本発明の配線基板における実施形態の一例を示す要部概略上面図である。図２は、図１に示す配線基板の要部概略断面図である。図３は、本発明の配線基板における実施形態の他の例を示す要部概略上面図である。図４は、図３に示す配線基板の要部概略断面図である。図５は、本発明によるシミュレーションモデルを示す斜視図である。図６は、図５に示すモデルを示す部分断面斜視図である。図７は、比較のためのシミュレーションモデルを示す斜視図である。図８は、図７に示すモデルを示す部分断面斜視図である。図９は、図５，６に示すモデルをシミュレーション結果のグラフである。図１０は、図７，８に示すモデルをシミュレーションした結果のグラフである。図１１は、従来の配線基板の一例を示す要部概略上面図である。図１２は、図１１に示す配線基板の要部概略断面図である。図１３は、従来の配線基板の別の例を示す要部概略上面図である。図１４は、図１３に示す配線基板の要部概略断面図である

次に、本発明の配線基板の実施形態の一例を添付の図面を基に説明する。本例の配線基板は、図１、図２に示すように、複数の絶縁層２を積層して成る絶縁基板１の表面および各絶縁層２間に複数の接地用または電源用の導体層３を設けている。絶縁層２は、例えばガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させて成る繊維強化絶縁樹脂材料や熱硬化性樹脂に酸化珪素等の無機絶縁フィラーを分散させてなるフィラー含有絶縁樹脂材料から成る。また、導体層３は、銅箔や銅めっき層から成る導電材料を各絶縁層２に所定パターンに被着させることにより形成されている。なお、図１、図２においては、本例の配線基板の要部のみを模式的に示している。

絶縁基板１の上面には本例の配線基板に搭載される電子部品の信号電極に接続される信号用の配線導体４が形成されているとともに、絶縁基板１の下面には、外部の電気回路基板に接続される信号用の外部接続パッド５が形成されており、信号用の配線導体４と外部接続パッド５とは、各絶縁層３を貫通する信号用の貫通導体６および絶縁基板１の下面に設けた信号用の接続導体７により電気的に接続されている。これらの配線導体４および外部接続パッド５ならびに貫通導体６および接続導体７は、接地用または電源用の導体層３と同様に銅箔や銅めっき層から成る導電材料を各絶縁層２に所定パターンに被着させることにより形成されている。

接地用または電源用の導体層３には、信号用の貫通導体６に対応する位置に信号用の貫通導体６が中央を貫通する円形の第１の開口部３ａが形成されているとともに、外部接続パッド５と対向する領域に外部接続パッド５と同等以上の大きさの円形の第２の開口部３ｂが設けられており、第１の開口部３ａと第２の開口部３ｂとは互いに離間している。

さらに、第１の開口部３ａ周辺の絶縁層２に接地用または電源用の導体層３同士を接続するようにして信号用の貫通導体６から等距離に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体８が信号用の貫通導体６を取り囲むように配置されている。第１の開口部３ａおよび接地用または電源用の貫通導体８は、信号用の貫通導体６に対して擬似同軸構造により所定の特性インピーダンスを付与する位置関係で配置されており、それにより貫通導体６における特性インピーダンスが極めて良好に整合される。このように第１の開口部３ａは第２の開口部３ｂから離間しているので、信号用の貫通導体６に対して特定インピーダンスの擬似同軸構造を容易に与えることができる。

さらに、接地用または電源用の導体層３には、外部接続パッド５と対応する位置に外部接続パッド５と同等以上の大きさの第２の開口部３ｂが形成されていることから、これにより、外部接続パッド５と接地用または電源用の導体層３との間に形成される静電容量が低減されている。その結果、外部接続パッド５における特性インピーダンスが良好に整合され、外部接続パッド５における信号の反射が抑制される。

したがって本発明の配線基板によれば、信号用の貫通導体６およびこれに接続された外部接続パッド５を伝送する信号が３０ＧＨｚを超える超高周波であったとしても、信号の損失を極めて少ないものとして信号を良好に伝送させることができる。なお、本発明は上述の実施形態の一例に特定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施形態の一例では、信号用の貫通導体６と外部接続パッド５とを絶縁基板１の下面に設けた接続導体７により接続した例を示したが、例えば図３、図４に示すように、信号用の貫通導体６と外部接続パッド５とを絶縁基板１の下面近傍の絶縁層２間に設けた接続導体７により接続するようにしてもよい。この場合、接続導体７に対向する絶縁基板１１の下面に接地用または電源用の導体層３を設けることにより、接続導体７の特性インピーダンスを整合させることが容易であるとともに接続導体７の外部に対するシールドを強化することが可能である。

本発明による効果を検証するために本発明による解析モデルと比較のための解析モデルを作成し、Ａｎｓｏｆｔ社製の電磁界シミュレーターＨＦＳＳを使ってシミュレーションを行なった。

まず、本発明による解析モデルについて説明する。本発明による解析モデルは、図５、図６に示すように、絶縁層（不図示）を８層積層して成る絶縁基板１の上下面および各絶縁層の間に接地用または電源用の導体層３を９層設けた。なお、図５においては、最上層の導体層３を点線にて示している。絶縁基板１の上面には直径が１２０μｍの円形のランド４を設けるとともに、最上層の導体層３にはランド４と同じ中心をもつ直径が２６０ｍｍの開口部３ａ’を形成した。また絶縁基板１の下面には直径が６２０μｍの外部接続パッド５を設け、最上層の導体層３を除く各接地用または電源用の導体層３には外部接続パッド５と対応する領域に直径が８８０ｍｍの開口部３ｂを外部接続パッド５の中心と開口部３ｂの中心とが同一軸上に並ぶように設けた。また最上層のランド４の下面中央に接続され、最下層から２番目の絶縁層までの絶縁層を貫通する信号用の貫通導体６を、間に最上層のランド４と同じ寸法のランドを介して垂直に積み重ねるように設けるとともに、最上層および最下層から２番目までの導体層３を除く各導体層３における貫通導体６と対応する領域に直径が５２０μｍの開口部３ａを、貫通導体６の中心と開口部３ａの中心とが同一軸上に並ぶように設け、さらに開口部３ａの近傍に接地用または電源用の導体層３同士を接続するようにして信号用の貫通導体６を約５０Ωの特性インピーダンスを付与するように四方から等距離で取り囲む接地用または電源用の貫通導体８を各絶縁層に設けた。また、積み重ねられた貫通導体６の下端に接続されたランドから外部接続パッド５の端部まで幅が２８μｍの接続導体７を設けるとともに外部接続パッド５側の接続導体７の端部にランド４と同じ直径のランドを設け、このランドと外部接続パッド５とを信号用の貫通導体６’で接続した。なお、接続導体７の周囲の導体層３には接続導体７を８２μｍの幅で取り囲むギャップを設けた。

次に比較のための解析モデルについて説明する。比較のための解析モデルは、図７、図８に示すように、上述した本発明による解析モデルと同じ層構成であり、絶縁層（不図示）を８層積層して成る絶縁基板１１の上下面および各絶縁層の間に接地用または電源用の導体層１３を９層設けた。絶縁基板１１の上面には直径が１２０μｍの円形のランド１４を設けるとともに、最上層の導体層１３にはランド１４と同じ中心をもつ直径が２６０ｍｍの開口部１３ａ’を形成した。また絶縁基板１１の下面には直径が６２０μｍの外部接続パッド１５を設け、最上層の導体層１３を除く各接地用または電源用の導体層１３には外部接続パッド１５と対応する領域に直径が８８０ｍｍの開口部１３ｂを外部接続パッド１５の中心と開口部１３ｂの中心とが同一軸上に並ぶように設けた。また最上層のランド１４に接続する貫通導体１４’を最上層の絶縁層に設けるとともに貫通導体１４’に接続されたランドから外部接続パッド１５の端部に対応する位置まで幅が２８μｍの接続導体１８を設けるとともに外部接続パッド１５側の接続導体７の端部にランド１４と同じ直径のランドを設け、このランドと外部接続パッド１５とを各絶縁層にランド１４と同じ直径のランドを介して垂直に積み重なるように配置した信号用の貫通導体１６で接続した。なお、接続導体１８の周囲の導体層１３には接続導体１８を８２μｍの幅で取り囲むギャップを設けた。さらに開口部３ｂの近傍に接地用または電源用の導体層１３同士を接続するようにして信号用の貫通導体１６を六方から等距離で取り囲む接地用または電源用の貫通導体１８を各絶縁層に設けた。

前記本発明によるモデルと比較のためのモデルとを用いてシミュレーションした場合における信号の透過損および反射損に対する周波数特性をそれぞれ図９、図１０にグラフで示す。なお、シミュレーションにおいては、絶縁基板を構成する各絶縁層の厚みを３３μｍ、比誘電率を３．３５、誘電正接を０．０１８とし、各導体層の厚みを１５μｍ、貫通導体の上端径を５３μｍ、下端径を６５μｍ、導電率を３２００００００Ｓ／ｍとした。

図９、図１０に示すグラフにおいて、実線で示したＳ２１が信号の透過損に対する周波数特性を示しており、点線で示したＳ１１が信号の反射損に対する周波数特性を示している。図９に示す本発明によるモデルをシミュレーションした結果のグラフから分るように、本発明によるモデルでは、約５０ＧＨｚの領域まで信号の反射損が−２０ｄＢ以下であり、約４５ＧＨｚの領域まで信号の透過損が−０．５ｄＢ以上であることが分る。従って、３０ＧＨｚを超える超高周波であっても信号の損失を極めて少ないものとして信号を良好に伝送させることができる。これに対して、図１０に示す比較のためのモデルをシミュレーションした結果のグラフから分るように、比較のためのモデルでは、約１５ＧＨｚを超える領域では信号の反射損が−２０ｄＢを超え、約３０ＧＨｚの領域を超える領域では信号の透過損が−０．５ｄＢ以下となってしまうことが分る。従って、３０ＧＨｚを超える長高周波では信号の損失大きくなって信号を良好に伝送させることがでない。

１絶縁基板
２絶縁層
３接地用または電源用の導体層
５外部接続パッド
６信号用の貫通導体
７接続導体
８接地用または電源用の貫通導体

Claims

複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、該絶縁基板の下面に形成された外部接続パッドと、複数の前記絶縁層を貫通し、上面側から前記外部接続パッドの近傍に垂直に導出する信号用の貫通導体と、該信号用の貫通導体の下端と前記外部接続パッドとを接続する接続導体と、複数の前記絶縁層間に配置され、前記信号用の貫通導体に対応する位置に前記貫通導体が中央を貫通する第１の開口部、および前記外部接続パッドに対向する位置に該外部接続パッドと同等以上の大きさの第２の開口部を有する複数の接地用または電源用の導体層と、前記第１の開口部周辺の前記絶縁層に前記接地用または電源用の導体層同士を接続するように前記信号用の貫通導体から等距離に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体とを具備して成ることを特徴とする配線基板。