JP7480861B2 - 積層基板および積層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁層を複数積層してなる積層基板、および積層基板の製造方法に関する。

従来、導体をパターニングした絶縁層を複数重ねてなる積層基板が知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の積層基板は、表面のグランド導体のうち平面視して信号線路と重ならない箇所を除去し、絶縁層に凹みまたは穴を設けている。

国際公開第２０１５／００５０２９号

特許文献１の積層基板は、伝送線路の電気特性を低下させることなく、可撓性を高めることが可能な樹脂積層基板である。

これに対し、本発明は、伝送線路の電気特性を向上させることができる積層基板および積層基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の積層基板は、主面に導体が形成された絶縁層を複数積層してなる積層基板であって、前記導体により構成される信号線路と、前記導体により構成され、前記信号線路に平面視して重なる部分を有するシールド導体と、を備え、前記シールド導体は、開口が設けられ、前記絶縁層は、前記開口に連通し、前記開口よりも平面視して大きな空孔が形成されている。

この様に、本発明の積層基板は、シールド導体と平面視して重なる部分に空孔が形成されていることで、シールド性の低下を防止しつつ誘電率および誘電損失を低下させることができ、伝送線路の電気特性を向上させることができる。

この発明によれば、伝送線路の電気特性を向上させることができる。

積層基板１の斜視図である。 積層基板１の平面図である。 図２中にＡ－Ａで示す位置での積層基板１の側面断面図である。 積層基板１の製造方法を示すフローチャートである。 図５（Ａ）は、変形例１に係る積層基板１Ａの断面図であり、図５（Ｂ）は、変形例２に係る積層基板１Ｂの断面図である。 変形例３に係る積層基板１Ｃの平面図である。 図７（Ａ）は、変形例４に係る積層基板１Ｄの断面図であり、図７（Ｂ）は、変形例５に係る積層基板１Ｅの断面図である。 図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）は、開口の形状の変形例を示す平面図である。 図８（Ａ）中にＡ－Ａで示す位置での積層基板１Ｆの側面断面図である。 導体パターン５０Ａおよび導体パターン５０Ｂが形成されている積層基板１Ｇの平面図である。 図１１（Ａ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｈの平面図であり、図１１（Ｂ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｉの平面図であり、図１１（Ｃ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｊの平面図である。 接着層７０Ａ、接着層７０Ｂおよび接着層７０Ｃを備えた積層基板１Ｋの断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る積層基板１について説明する。図１は、積層基板１の斜視図である。図２は、積層基板１の平面図である。図３は、図２中にＡ－Ａで示す位置での積層基板１の側面断面図である。

図１に示すように、積層基板１は、一方向に長い直方体形状である。積層基板１は、不図示の実装用の端子等を備えている。

積層基板１は、上面側から順に、樹脂基材１１Ａ、樹脂基材１１Ｂ、樹脂基材１１Ｃおよび樹脂基材１１Ｄが積層されてなる。これら樹脂基材１１Ａ、樹脂基材１１Ｂ、樹脂基材１１Ｃおよび樹脂基材１１Ｄは、それぞれ本発明の絶縁層の一例である。なお、絶縁層の積層数は、本実施形態に示す積層数に限らない。

樹脂基材１１Ａ、樹脂基材１１Ｂ、樹脂基材１１Ｃ、および樹脂基材１１Ｄは、同種の熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、例えば液晶ポリマ樹脂である。液晶ポリマ樹脂以外の熱可塑性樹脂は、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ（ポニフェニレンスルファイド）、ＰＩ（ポリイミド）等があり、液晶ポリマ樹脂に代えてこれらを用いてもよい。また、本発明の絶縁層としては、熱可塑性樹脂に限らず、例えばセラミック等を用いることも可能である。

各樹脂基材は、上面または下面に導体（例えば銅）が形成されている。例えば、樹脂基材１１Ａは、上面に導体パターン２０が形成されている。樹脂基材１１Ｂは、上面に導体パターン１３１Ａが形成されている。樹脂基材１１Ｃは、上面に導体パターン５０および導体パターン１３１Ｂが形成されている。樹脂基材１１Ｄは、下面に導体パターン３０が形成されている。各導体パターンは、積層前に形成されている。

導体パターン２０および導体パターン３０は、基準電位（グランド電位）となり、シールド導体として機能する。導体パターン５０は、信号線路として機能する。導体パターン２０は、積層基板１の上面を覆い、導体パターン３０は、積層基板１の下面を覆っている。導体パターン５０は、平面視して積層基板１の長軸方向に沿って長い矩形状に形成されている。ただし、信号線路およびシールド導体の配置態様は、本実施形態で示す構造に限らない。本発明は、少なくとも信号線路と、該信号線路に平面視して重なる部分を有するシールド導体と、を備えていていればよい。

樹脂基材１１Ａには、層間接続導体１３Ａが設けられている。導体パターン２０および導体パターン１３１Ａは、層間接続導体１３Ａにより電気的に接続されている。樹脂基材１１Ｂには、層間接続導体１３Ｂが設けられている。導体パターン１３１Ａおよび導体パターン１３１Ｂは、層間接続導体１３Ｂにより電気的に接続されている。樹脂基材１１Ｃには、層間接続導体１３Ｃが設けられ、樹脂基材１１Ｄには、層間接続導体１３Ｄが設けられている。層間接続導体１３Ｃと層間接続導体１３Ｄとは平面視して（積層方向から視て）重なり、導体パターンを介さずに直接接触している。導体パターン１３１Ｂおよび導体パターン３０は、層間接続導体１３Ｃおよび層間接続導体１３Ｄにより電気的に接続されている。

導体パターン２０および導体パターン３０は、開口１０が設けられている。開口１０は、平面視して円形状である。開口１０の直径は、導体パターン３０の幅よりも小さい。開口１０の直径が導体パターン３０の幅より小さいことで、ノイズ放射を抑制できる。開口１０は、平面視して導体パターン３０を幅方向に挟むように等ピッチで複数設けられている。図２の例では、開口１０の形成されているピッチは開口１０の直径の２倍である。ただし、開口１０の数、形状、大きさ、およびピッチ等は、本実施形態の例に限るものではない。また、全ての開口１０の形状および大きさが同じである必要もない。

樹脂基材１１Ａのうち、平面視して開口１０に重なる位置には、空孔１５が設けられている。樹脂基材１１Ｄも同様に、平面視して開口１０に重なる位置には、空孔１５が設けられている。空孔１５は、開口１０から樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｄをエッチングすることで形成する。樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｄは、等方性エッチングにより、開口１０の直下だけでなく導体パターン２０および導体パターン３０の直下も除去される。これにより、空孔１５は、開口１０に連通する。また、空孔１５の径は、開口１０の径よりも平面視して大きくなる。なお、層間接続導体１３Ａ（層間接続導体１３Ｄ）と開口１０の距離は、例えば、開口１０の直径以上離れている方が好ましい。

シールド導体である導体パターン２０および導体パターン３０の直下は、絶縁層が除去されている。絶縁層が除去されている箇所は、絶縁層のある部分に比べて、誘電率および誘電損失が低下する。一方で、絶縁層が除去されている箇所は導体パターン２０および導体パターン３０の直下であるため、シールド性は低下しない。これにより、本実施形態の積層基板１は、シールド性の低下を防止しつつ誘電率および誘電損失を低下させることができ、伝送線路としての電気特性を向上させることができる。

図４は、積層基板の製造方法を示す図である。積層基板の製造方法は、まず絶縁層である樹脂基材を用意して導体パターンを形成し、回路を形成する回路形成工程（Ｓ１１）を行う。

樹脂基材は、一方の主面全体に予め金属（例えば銅箔）が貼り付けられた状態の樹脂シートから、必要とする面積を切り出すことで用意される。樹脂基材１１は、銅箔をパターニングすることで、導体パターンを形成する。パターニングの手法は、例えばフォトリソグラフィやスクリーン印刷を用いる。開口１０は、導体パターン２０および導体パターン３０を形成する際に形成する。ただし、樹脂基材の積層後あるいは熱プレス後に形成してもよい。

次に、レーザ加工等により、積層方向に樹脂基材を貫通する貫通孔を形成し、導電ペーストを充填することで層間接続導体を形成する（Ｓ１２）。導電ペーストは、スズや銅を主成分とした導電性材料からなる。

次に、各絶縁層（樹脂基材１１Ａ、樹脂基材１１Ｂ、樹脂基材１１Ｃおよび樹脂基材１１Ｄ）を積層する（Ｓ１３）。その後、加熱プレス機により熱プレス（Ｓ１４）を行うことで、積層基板１を形成する。

その後、不図示の端子等、開口１０以外に絶縁層が露出している箇所をマスキングし（Ｓ１５）、積層基板１にエッチングを行うことで、空孔１５を形成する（Ｓ１６）。

なお、開口１０および空孔１５は、積層基板１の両主面に形成する必要はない。図５（Ａ）は、変形例１に係る積層基板１Ａの断面図である。図３と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。図５（Ａ）の例は、開口１０および空孔１５は、導体パターン２０側の主面にのみ形成されている。あるいは、開口１０および空孔１５は、導体パターン３０側の主面にのみ形成してもよい。

図５（Ｂ）は、変形例２に係る積層基板１Ｂの断面図である。図３と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。変形例２に係る積層基板１Ｂの空孔１５は、複数の絶縁層をまたいで形成されている。例えば、図５（Ｂ）の例では、空孔１５は、樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｂをまたいで形成されている。この様に、空孔１５は、複数の絶縁層をまたいで形成されていてもよい。

図６は、変形例３に係る積層基板１Ｃの平面図である。図６に示す様に、開口１０は、平面視して信号線路である導体パターン５０に重なっていてもよい。この場合、導体パターン５０のうち空孔１５に平面視して重なる面積が大きくなるため、より誘電率および誘電損失を低下させることができる。一方で、空孔１５は、必ずしも導体パターン５０に平面視して重なる必要はない。導体パターン５０およびシールド導体に形成される電場は、導体パターン５０およびシールド導体の重なる位置に限らない。したがって、空孔１５は、導体パターン５０に平面視して重なっていなくても、導体パターン５０の近傍に形成されていれば誘電率および誘電損失を低下させることができ、伝送線路の電気特性を向上させることができる。

図７（Ａ）は、変形例４に係る積層基板１Ｄの断面図である。図３と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。変形例４に係る積層基板１Ｄの開口１０は、平面視して導体パターン５０と重なっている。また、空孔１５は、導体パターン５０まで達している。すなわち、開口１０と導体パターン５０は、空孔１５を介して連通している。この場合、さらに誘電率および誘電損失を低下させるができる。

図７（Ｂ）は、変形例５に係る積層基板１Ｅの断面図である。積層基板１Ｅは、積層基板１Ｄに対して、導体パターン２０側の主面がカバー層１００で覆われている。カバー層１００は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）からなる。カバー層１００により、導体パターン５０は外部に露出しない。積層基板１Ｅはカバー層１００に覆われていても、空孔１５は維持されているため、積層基板１Ｄと同様に、さらに誘電率および誘電損失を低下させるができる。

次に、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）は、開口の形状の変形例を示す平面図である。上述の様に、開口の数、形状、大きさ、およびピッチ等は、図２の平面図で示した様な例に限るものではない。本発明の開口は、図８（Ａ）に示す様に積層基板１Ｆの幅方向に沿って長い開口１０Ａであってもよいし、図８（Ｂ）に示す様に積層基板１Ｇの長辺方向に沿って長い開口１０Ｂであってもよい。また、本発明の開口は、図８（Ｃ）に示す積層基板１Ｈの様に、導体パターン２０をメッシュ状に除去した開口１０Ｃであってもよい。

図９は、図８（Ａ）中にＡ－Ａで示す位置での積層基板１Ｆの側面断面図である。図９に示す様に、複数の開口が近接して配置される場合、各開口に連通する空孔同士がつながる場合もある。図９の例は、複数の開口１０Ａにそれぞれ連通する複数の空孔がつながって構成された空孔１５Ａを示す。この様に、ある断面で見てシールド導体は絶縁層から浮いている場合もある。例えば、空孔１５Ａの深さよりも開口１０Ａのピッチのほうが小さい方が好ましい。この様に導体の開口率（開口１０Ａのピッチ）を抑え、空孔１５Ａを拡げることで、空孔１５Ａの部分にかかる電界を確保し、所望の効果（電気的特性の向上）を確保することができる。

図１０は、導体パターン５０Ａおよび導体パターン５０Ｂが形成されている積層基板１Ｇの平面図である。導体パターン５０Ａおよび導体パターン５０Ｂは、差動伝送線路を構成する。図１０に示す様に、開口１０および空孔１５は、差動伝送線路の対称軸を挟んで積層基板１Ｇの幅方向に並んで対称に配置されている。そのため、積層基板１Ｇは、導体パターン５０Ａおよび導体パターン５０Ｂの電気特性の対称性を維持し、伝送線路の特性を向上させることができる。

図１１（Ａ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｈの平面図であり、図１１（Ｂ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｉの平面図であり、図１１（Ｃ）は、曲げ領域９０を有する積層基板１Ｊの平面図である。

図１１（Ａ）の積層基板１Ｈは、長軸方向の中央部に曲げ領域９０を有する。曲げ領域９０には、開口１０および空孔１５が設けられていない。このため、積層基板１Ｈは、曲げ領域９０を積層方向に沿って曲げた場合に、開口１０を起点としてシールド導体が破壊されることがない。曲げ領域９０には、開口１０および空孔１５が設けられていないため、曲げ領域９０以外の領域よりも誘電率および誘電損失が大きくなっている。しかし、導体パターン５０は、曲げ領域９０における幅が短くなっているため、導体パターン５０のインピーダンスは一様になっている。

図１１（Ｂ）の積層基板１Ｉも、長軸方向の中央部に曲げ領域９０を有する。曲げ領域９０には、開口１０および空孔１５が設けられている。ただし、曲げ領域９０における開口１０および空孔１５のピッチは、他の領域のピッチよりも長くなっている。このため、曲げ領域９０における開口１０および空孔１５の開口率は、他の領域の開口１０および空孔１５の開口率よりも小さくなっている。これにより、積層基板１Ｉは、曲げ領域９０を積層方向に沿って曲げた場合に、開口１０を起点としてシールド導体が破壊される可能性を低減する。また、曲げ領域９０は、他の領域よりも開口１０および空孔１５の開口率が小さいため、曲げ領域９０以外の領域よりも誘電率および誘電損失が大きくなっている。しかし、導体パターン５０は、曲げ領域９０における幅が短くなっているため、導体パターン５０のインピーダンスは一様になっている。

図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す様に、曲げ領域９０における開口１０および空孔１５の開口率が、他の領域の開口１０および空孔１５の開口率よりも小さい場合、曲げ領域９０を積層方向に沿って曲げた場合に、開口１０を起点としたシールド導体の破壊を低減することができる。このため、特にシールド導体の弾性率が高い場合に好適である。

図１１（Ｃ）の積層基板１Ｊも、長軸方向の中央部に曲げ領域９０を有する。曲げ領域９０には、開口１０および空孔１５が設けられている。ただし、曲げ領域９０における開口１０および空孔１５の開口率は、他の領域の開口１０および空孔１５の開口率よりも大きくなっている。具体的には、図１１（Ｃ）に示す曲げ領域９０の開口１０および空孔１５の数は、他の領域の数の１．５倍になっている。また、曲げ領域９０の開口１０および空孔１５は、幅方向に３つ並んでいる。

これにより、積層基板１Ｊの曲げ領域９０は、他の領域よりも曲げやすくなっている。曲げ領域９０は、他の領域よりも開口１０および空孔１５の開口率が大きいため、曲げ領域９０以外の領域よりも誘電率および誘電損失が小さくなっている。しかし、導体パターン５０は、曲げ領域９０における幅が長くなっているため、導体パターン５０のインピーダンスは一様になっている。

図１１（Ｃ）に示す様に、曲げ領域９０における開口１０および空孔１５の開口率が、他の領域の開口１０および空孔１５の開口率よりも大きい場合、曲げ領域９０を積層方向に沿って曲げやすくなる。このため、特に絶縁層の弾性率が高い場合に好適である。

図１２は、接着層７０Ａ、接着層７０Ｂ、および接着層７０Ｃを備えた積層基板１Ｋの断面図である。積層基板１Ｋは、樹脂基材１１Ａ、樹脂基材１１Ｂ、樹脂基材１１Ｃおよび樹脂基材１１Ｄが接着層を介して積層されている。接着層は、樹脂基材１１Ａ乃至樹脂基材１１Ｄよりもエッチングレートの低い材料からなり、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる。接着層７０Ａは、樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｂを接着する。接着層７０Ｂは、樹脂基材１１Ｂおよび樹脂基材１１Ｃを接着する。接着層７０Ｃは、樹脂基材１１Ｃおよび樹脂基材１１Ｄを接着する。

空孔１５は、開口１０から樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｄをエッチングすることで形成する。しかし、接着層は、樹脂基材１１Ａおよび樹脂基材１１Ｄよりもエッチングレートが低い。したがって、エッチングは、接着層７０Ａの上面および接着層７０Ｃの下面で止まる。これにより、空孔１５の深さが制御できる。

本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、層間接続導体は、空孔１５に露出しない方が好ましい。層間接続導体が空孔１５に露出しないことで、導体の酸化による電気的特性の悪化を抑制できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ…積層基板
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…開口
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…樹脂基材
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…層間接続導体
１５，１５Ａ…空孔
２０，３０，５０，５０Ａ，５０Ｂ，１３１Ａ，１３１Ｂ…導体パターン
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ…接着層
９０…曲げ領域
１００…カバー層

Claims (7)

1. 絶縁層を複数備える積層基板であって、
   前記絶縁層の少なくとも１つの主面は導体を有し、
   該積層基板は、
   前記導体により構成される信号線路と、
   前記導体により構成され、前記信号線路に平面視して重なる部分を有するシールド導体と、
   を備え、
   前記シールド導体は、開口を有し、
   少なくとも１つの前記絶縁層は、前記開口に連通し、前記開口よりも平面視して大きな空孔を有する、
   積層基板。
2. 前記空孔は、複数の前記絶縁層をまたいでいる、
   請求項１に記載の積層基板。
3. 前記空孔は、平面視して前記信号線路と重なる部分を有する、
   請求項１または請求項２に記載の積層基板。
4. 前記積層基板は曲げ領域を有し、
   前記曲げ領域と前記曲げ領域以外の領域とで、開口率が異なる、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の積層基板。
5. 前記開口と前記信号線路が前記空孔を介して連通している、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の積層基板。
6. 前記積層基板の最外層において前記開口を覆うカバー層をさらに備えた、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層基板。
7. 絶縁層を複数備える積層基板の製造方法であって、
   前記絶縁層の少なくとも１つの主面は導体を有し、
   該製造方法は、
   前記導体をパターニングしてシールド導体を含む回路を構成する回路構成工程と、
   前記絶縁層を積層して圧着する圧着工程と、
   を行い、
   前記圧着工程の後に前記シールド導体の開口から露出する少なくとも１つの前記絶縁層をエッチングすることで、前記開口に連通し、前記開口よりも平面視して大きな空孔を構成する空孔構成工程と、を行なう積層基板の製造方法。

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