JP2006121046A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサ機能を具備する回路基板を提供する。
【解決手段】 絶縁基材１の表面１ａに形成されたコンデンサ構造体を有していて、そのコンデンサ構造体３が、絶縁基材１の表面１ａに間隔Ｇを置いて互いに平行に形成されている一対の線状導体層３Ａ，３Ａと、間隔Ｇの溝部に充填されている誘電体材料３Ｃとから成る回路基板。
【選択図】 図２

Description

本発明は、それ自体がコンデンサ構造体を具備している新規構造の回路基板に関する。

電気・電子機器の多機能化、小型化、軽量化、薄型化の急速な進展に伴い、それら機器に組み込まれる回路基板に対しても、部品実装の高密度化、基板の多層構造化などが強く要請されている。
この要請に応えるべく、例えば回路基板の構造それ自体に実装部品の機能を内蔵させることにより、基板表面に実装する部品点数を減らし、実装面の省スペース化を企る努力がなされている。

例えば、回路基板へコンデンサ機能を内蔵させることに関しては、次のような先行技術が知られている（特許文献１を参照）。
この先行技術が開示する回路基板は、ある平面寸法とある厚みを有する絶縁基材の内部に、絶縁基材と同じ平面寸法を有する２層の導電層が、ある間隔を置いて絶縁基材の厚み方向に互いに平行配置され、そして両導電層の間に誘電体材料の層が介挿された構造を備えている。

したがって、この回路基板の場合、絶縁基材の内部に平行配置されてそれぞれは電極として機能する２層の導電層と、それら導電層の間に挟まれている誘電体材料の層によって、絶縁基材の面積と同じ面積を有する平行平板型のコンデンサ構造体が絶縁基材に内蔵されていることになる。
特表平５−５００１３６号公報

しかしながら、上記した先行技術のコンデンサ構造体には次のような問題がある。
まず、内蔵されているコンデンサ構造体の電気容量を高めることが困難であるという問題である。
上記構造において、電気容量を高めようとした場合、上下２つの導電層の面積がいずれも一定であるとすれば、導電層間の間隔を狭くすればするほど、コンデンサ構造体の電気容量を高くすることができる。

しかしながら、導電層間の間隔を小さくすることは、導電層の間に位置する誘電体材料層の厚みを均一に薄くすることと同義であるが、この誘電体材料層を薄くすることは実際問題として困難であるため、その厚みを均一に薄くすることには限界が生じてくる。
このような構造を形成しようとした場合、当業者間の通常知識からすれば、下側の導電層の表面に例えば誘電体材料の塗料を例えばスピンコートした後、その塗布層の上に上側の導電層を配置することになる。

しかしながら、上記した塗料の塗布作業において、一般に塗布層の厚みが薄くなればなるほど、その塗布作業は困難になる。そのため、均一な厚みの塗布層を成膜しようとすると、塗布層の厚みをある程度厚くしなければならないからである。
第２の問題は、誘電体材料層の場合、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂のような複合材を通例とする絶縁基材に比べてその強度特性は極度に劣るという問題である。すなわち、この強度特性が劣る誘電体材料層が絶縁基材の全面に亘って内在しているので、当該絶縁基材の強度特性も低下して、回路基板としての使用時における信頼性に難が生ずる。

第３の問題は、誘電体材料層が絶縁基材と同じ平面寸法で形成されているという問題である。
すなわち、実際問題としては、回路基板の表面に実装されているある実装部品にのみコンデンサを接続したい場合があるが、その場合には、その実装部品の近傍に部分的にコンデンサ構造体を形成すれば充分である。

しかしながら、上記した回路基板では、そのような場合であっても絶縁基材の内部に絶縁基材の全面に亘ってコンデンサ構造体を形成せざるを得ない。すなわち、形成したコンデンサ構造体は一部しか有効利用されず、残りは全て無駄な構造体になってしまうのである。
本発明は、先行技術における上記した問題を解決し、絶縁基材の強度特性に悪影響を与えることなく、静電容量を理論的には無限に高くすることができ、かつ回路基板の任意の表面箇所に形成することができるコンデンサ構造体を具備する回路基板の提供を目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明においては、絶縁基材の表面に、コンデンサ構造体が一体的に形成されていることを特徴とし、同時に、前記絶縁基材の表面には、導体回路も同時に形成されている回路基板が提供される。
具体的には、前記絶縁基材の表面に所定の間隔を置いて平行配置されている一対の線状導体層と、各線状導体層の対向面と前記絶縁基材の表面とで形成される溝部の中に充填されている誘電体材料とから成るコンデンサ構造体を具備する回路基板が提供される。

本発明の回路基板は、導体回路が形成されている絶縁基材の表面の一部に、独立した形でコンデンサ構造体が形成されているので、絶縁基材全体の強度特性に悪影響を与えることが無く、そして回路基板の他の表面の有効利用が可能となる。また、この回路基板では、一対の線状導体層と絶縁基材の表面が形成する溝部における対向面間の間隔の大小、充填する誘電体材料の種類などを適宜選択することにより、任意値の静電容量のコンデンサ機能を具備させることができる。

図１は、本発明の回路基板の１例を示す概念図である。
この回路基板は、絶縁基材１の一方の表面（図では上面）１ａに、所定の回路パターンで導体回路２が形成されている。そして、この導体回路２には、図の仮想線で示したように、各種の実装部品が実装されている。
この回路基板における最大の特徴は、導体回路２が形成されている表面１ａにコンデンサ構造体３が形成されていることである。

このコンデンサ構造体の１例を図２に示す。
コンデンサ構造体３では、絶縁基材１の表面１ａに所定の間隔Ｇを置いて互いに平行に一対の線状導体層３Ａ，３Ａが形成されている。そして、線状導体層３Ａ，３Ａにおける相互の対向面３Ｂ，３Ｂは互いに平行関係にある。したがって、この一対の線状導体層３Ａ，３Ａと絶縁基材１の表面１ａの間では、溝幅Ｇの微小な溝部が形成されている。そしてこの溝部の対向面３Ｂ，３Ｂの間には誘電体材料３Ｃが充填されている。そして、それぞれの線状導体層３Ａ，３Ａには、引き出し線３Ｄ，３Ｄが線状導体層と一体化した状態で取り付けられている。

したがって、このコンデンサ構造体３は、一対の線状導体層を電極とし、絶縁基材１の表面１ａに形成された平行平板型のコンデンサになっている。
このコンデンサ構造体３において、線状導体層３Ａ，３Ａの層高をＨ、全長をＬとすると、互いの対向面３Ｂ，３Ｂの面積（Ｓ）はＨ×Ｌになっている。
そして、線状導体層３Ａ，３Ａの対向面間の間隔をＧとし、この間隔の中に充填されている誘電体材料の比誘電率をεとすると、このコンデンサ構造体３は、次式：
Ｃ＝ε・Ｈ×Ｌ／Ｇ …(1)
で示される静電容量を有している。

したがって、このコンデンサ構造体３の場合、Ｈ，Ｌ，Ｇの値を変化させることにより、その静電容量を様々に変化させることができる。
このコンデンサ構造体３は、回路基板に導体回路を形成するときに同時に形成することができる。
例えば、片面銅張積層板の銅箔を所定パターンの導体回路に加工する際には、通常、フォトリソグラフィー技術によって当該銅箔表面にマスキングを行ったのち、エッチング処理を行って所定パターンの導体回路を形成する。

本発明のコンデンサ構造体の形成に際しては、上記したフォトリソグラフィー技術の適用時に、同時に、銅張積層板の所定箇所に、形成すべきコンデンサ構造体の平面視パターンのマスキングを行い、そしてエッチング処理を行えばよい。
エッチングの結果、絶縁基材の表面には、所定パターンの導体回路と、所定の平面視パターンを有し、かつ所定の箇所に位置する一対の線状導体層とが同時に形成される。

互いに平行配置された一対の線状導体層の間には、側面がそれぞれの対向面で、底面が絶縁基材の表面で構成された間隔Ｇを有する微小溝部が形成されている。
ついで、一対の線状導体層に挟まれた間隔Ｇの上記微小溝部に、印刷法やロールコータ法などの手段を適用して所定の誘電体材料を充填する。その結果、目的とするコンデンサ構造体が絶縁基材の表面に形成される。

以上の説明からも明らかなように、電極である一対の線状導体層３Ａ，３Ａの層高（Ｈ）は、用いた銅張積層板の銅箔の厚みと同じである。
また、一対の線状導体層の全長（Ｌ）と相互の間隔（Ｇ）の大小は、フォトリソグラフィー技術の適用時におけるマスクパターンの寸法によって決めることができる。
したがって、例えばＧ値が小さく、かつＨ×Ｌ値が大きくなるようなフォトリソグラフィー技術とエッチング処理を行うことにより、高い静電容量のコンデンサ構造体を導体回路と同時に形成することができる。

また誘電体材料としては、高い静電容量を実現するためには、高い比誘電率を有する材料を用いればよい。そのような材料としては、例えばチタン酸バリウム粉がエポキシ樹脂に分散しているインク材料などが好適である。
しかしながら、誘電体材料はこれに限定されるものではなく、例えば一般的にプリント配線板に使用されているエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂のような有機材料なども使用することができる。

また、線状導体層間の溝部へ誘電体材料を充填するに際しては、印刷法やロールコータ法の適用に限定することなく、当該溝部以外の箇所をマスキングした状態で、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂などを静電塗布法によって溝部の中に堆積して充填してもよい。
図３は、本発明のコンデンサ構造体の他の例を示す平面図である。
このコンデンサ構造体は、互いに櫛歯状に噛み合う一対の線状導体層３Ａ，３Ａにおける対向面３Ｂ，３Ｂ間の溝部に誘電体材料３Ｃが充填されている。このコンデンサ構造体の場合、線状導体層間の対向面の全体的な面積は大きいが、全体の平面スペースは小さくなっていて、省スペースで、かつ高静電容量であるという利点を備えている。

図４は本発明の更に別のコンデンサ構造体例を示す平面図である。
このコンデンサ構造体は、２本の線状導体層３Ａ，３Ａが互いに間隔Ｇを置いて平行配置した状態で四角い渦巻状に巻回して一対の線状導体層が形成され、そして各線状導体層間の溝部に誘電体材料３Ｃが充填された構造になっている。
このコンデンサ構造体の場合も、全体の平面スペースは小さくなり、高静電容量を実現することができる。

なお、上記したコンデンサ構造体は、必要に応じて絶縁基材の表面に複数個形成してもよい。また、本発明の回路基板は単層の回路基板であってもよく、多層構造の回路基板において、積層されている複数層の回路基板のうち、少なくとも１層の表面に形成してもよい。

銅箔の厚みが２０μｍである銅張積層板にフォトリソグラフィー技術とエッチング処理を行って、図３で示した櫛歯状パターンの線状導体層を有する回路基板を製造した。
この線状導体層は、層高２０μｍ、互いの間隔２０μｍ、対向面部分の長さは全体で２３５００μｍになっている。そして全体の平面スペースは、１mm□の中に入っている。
ついで、比誘電率が３５である誘電体インク（商品名、Ｉｎｔｅｒｒａ−ＰＩ，デュポン社製）を線状導体層のパターンに塗布して、対向面間の溝部に充填して図３で示したコンデンサ構造体にした。

このコンデンサ構造体の静電容量は約３.６pFであった。
したがって、この回路基板は、その表面に、静電容量が約３.６pFで、平面的な大きさが１mm□以下であるコンデンサを備えている。

この回路基板は、導体回路が形成されている基板表面の任意箇所に平行平板型のコンデンサ構造体が設置された構造になっている。そして、このコンデンサ構造体は、導体回路の形成時のフォトリソグラフィー技術とエッチング処理によって同時に形成されるので、寸法形状はフォトリソグラフィー技術の適用時に随意に決めることができる。
この回路基板は、その寸法形状に応じて、任意の静電容量を有することができるので、実装面の省スペース化が可能となる。

本発明の回路基板の１例Ａを示す概念図である。 本発明のコンデンサ構造体例を示す斜視図である。 コンデンサ構造体の他の例を示す平面図である。 コンデンサ構造体の別の例を示す平面図である。

符号の説明

１ 絶縁基材
１ａ 絶縁基材１の表面
２ 導体回路
３ コンデンサ構造体
３Ａ 線状導体層
３Ｂ 対向面
３Ｃ 誘電体材料
３Ｄ 引き出し線
Ｈ 層高
Ｌ 全長
Ｇ 対向面３Ｂ間の間隔

Claims (4)

1. 絶縁基材の表面に、コンデンサ構造体が一体的に形成されていることを特徴とする回路基板。
2. 前記絶縁基材の表面には、導体回路のパターンも同時に形成されている請求項１の回路基板。
3. 前記コンデンサ構造体が、前記絶縁基材の表面に所定の間隔を置いて平行配置されている一対の線状導体層と、各線状導体層の対向面と前記絶縁基材の表面とで形成される溝部の中に充填されている誘電体材料とから成る請求項１または２の回路基板。
4. 単層の回路基板、または少なくとも1つの層に請求項３のコンデンサ構造体が形成されている多層回路基板である請求項１〜３のいずれかの回路基板。

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