JP2009130226A - 多層配線基板とこれを用いた電子回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールの基板内に発生する電磁波を基板の外へ出さずかつ内部での繰り返し起きる反射とこれによる定在波を減衰させる。
【解決手段】多層配線基板１は、絶縁層１ａからなる基板、表面グランド層１ｃ、裏面グランド層１ｄ、基板内層には内層配線１ｅを有し、更に基板内層には、基板端部から基板中央部に向って延在する環状の定電位導電層１ｆを有している。この定電位導電層１ｆの幅（基板端部から中央部に向う長さ）は、基板の外層寄りでは短く、内層に向って徐々に長くなっている。そして、基板の外周に沿って、グランド層１ｃ、１ｄおよび全定電位導電層１ｆを貫通する貫通導電体１ｂが所定の間隔で配置されている。多層配線基板１上には、電子部品２が搭載されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層配線基板とこれを用いた電子回路モジュールに関し、特に基板端部での信号の反射を抑制して定在波が立つことのないようにした多層配線基板とこれを用いた高速信号処理に適した電子回路モジュールに関するものである。

多層配線基板に電子部品を搭載して電子回路モジュールを構成することは広く知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この種のモジュール構造では、電子回路をより小さなスペースに収納するため、配線を微細に形成し、電子回路を構成する実装部品は、微細配線の端部に形成された、接続強度、たとえば半田付け後の強度が十分得られる所定の大きさのパッド上に搭載される。これらの微細配線は、伝送路としての所定のインピーダンスで設けることができず、配線の各所で高周波信号の反射が生じやすく、その反射信号が配線基板内に迷走することでノイズの発生や波形の乱れを生じ、これらを抑制することがすることがモジュール設計の重要な要素の一つとなっている。
この目的のために、通常、基板内に複数のグランド層を設け、各所にグランド層に接続し電気的に一体化させる貫通スルーホールを設け、これにより基板内の定在波を全体に行き渡らないよう局部的に封じ込める設計手法が採用されている。
しかしながら、この手法では、貫通スルーホールが飛び飛びに設けられるため、その間から外部へ電磁波が漏れるという問題があった。また、部品配置設計の制約が生じるばかりか、局部的に封じ込めたとしても、その局部空間内で反射を繰り返して定在波となるという問題があった。

そこで、例えばモジュール内部の搭載部品からの放射と基板の周辺からの放射を抑制するために、基板の周辺部に細長い筒状導体であるスルーホールを一定間隔で並べて１つの壁を形成し、これにより電磁波が壁の外へ出ないように遮蔽する技術が試みられている。図６は、この目的の貫通導体が設けられた多層配線基板を用いた電子回路モジュールの断面図である。図６に示されるように、電子部品２が搭載された多層配線基板１は、絶縁層１ａからなる基板の表面側には表面グランド層１ｃが、基板裏面側には裏面グランド層１ｄが形成され、その間の内層には内層配線１ｅが形成されたものである。そして、基板の周辺部には、基板を貫通して表面グランド層１ｃ、裏面グランド層１ｄに接続された貫通導電体１ｂが所定の間隔で全周に渡って形成されている。この構造の配線基板は、不要電磁波放射防止において一応の効果を奏している。また、特許文献１には、配線基板をシールドケース内に配置する構造が開示されている。
特開２００２−３５３８４２号公報 特開２００３−１３３８０１号公報

しかしながら、図６に示される、スルーホール（貫通導電体１ｂ）による遮蔽メカニズムは、内部のアグレッサー〔aggressor：ビクティム（victim）側の遷移タイミングに影響を与える側〕側のインピーダンスに対して十分に低いインピーダンスで短絡することであり、そのインピーダンスの不整合よりアグレッサー側の電気信号が全反射することで機能する。つまり、従来は、基板端最外周に細かな間隔で非常に多くのスルーホールを設け、この機能を利用して外部に対しての不要電磁波を抑制していた。実際にはスルーホールは電流の流れに対して細長い形状を有し、１つのスルーホールではインピーダンスが低くならないため、複数設けて短絡状態をつくっていた。しかしながら、全体としては複数個のスルーホールを設けることで短絡に近くても個々のスルーホールはインピーダンスが十分に低いとは言えず、それぞれの間から外部へ電磁波が漏れる。特許文献１に記載されたもののように、配線基板の外周部にシールドケースを配置する場合においては、金属で周辺が覆われており、外部への電磁波は完全に遮断されているが、これにより外部への不要放射が防げたとしても、反射により遮蔽された内部では周辺のスルーホールで繰り返し反射が起き定在波として、不要なアグレッサー電気信号のエネルギーが保存され、遮蔽された内部のビクティム（アグレッサーの動作によりその遷移タイミングが影響を受ける側）側の電気信号に悪影響を及ぼすという問題をもたらしている。

ビクティム側の伝送路にはある程度の長さがあり、これがアグレッサー側の定在波の周波数に共振する場合には、より大きなノイズ源となり、モジュールの性能悪化、たとえば、送信スプリアスの発生、Ｃ／Ｎ比の悪化、受信感度の低下、増幅率不足などが生じる。
近年の高速高周波化は、モジュール内部での電磁波干渉により、信号劣化が生じやすく、具体的な評価サンプル製作、実験を繰り返し、設計検証を行う必要が生じている。一方で、実装設計効率化、開発期間の短縮により、電子回路の所定の機能単位でいち早くモジュール化することが強く要求され、十分な信号性能出しができないままモジュール化が行なわれ、結果的にモジュール性能の制限により機器の電気的な性能が制限されるという問題を発生する。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、高速な信号処理を行なう多層配線基板内で発生する電磁波が基板外へ漏洩することのないようにすると共に、基板内部で繰り返し起きる反射を抑制し定在波が立ちにくくなるようにして、アグレッサー側のビクティム側への干渉を抑制することであって、このことにより、電磁波漏洩の少ない、かつ動作安定性の高い高速動作の電子回路モジュールを提供できるようにすることである。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品が搭載される多層配線基板であって、基板の周囲には全周に渡って接地された貫通導電体が基板を貫通して形成されており、配線層が形成された各内層には、基板周辺で前記貫通導電体に接続され内側に向かって所定の距離延在している接地導電層が形成されていることを特徴とする多層配線基板、が提供される。

そして、好ましくは、前記接地導電層の基板内部方向に向かう長さは、隣接する配線層同士では異なっている。また、好ましくは、前記接地導電層の基板内部方向に向かう長さは、基板表・裏面から内層側に向かって徐々に長くなる。

本発明による多層配線基板では、基板外周部には貫通導電体から基板中央部に向かって延びる接地導電層が形成されているため、個々のスルーホールはインピーダンスが十分に低くないことを各層の接地導体層間での容量結合により高周波でのインピーダンスが下げられ、それぞれのスルーホールの間から外部へ電磁波が漏れることがない。さらに、この貫通導電体は基板の端部へ向けて、徐々に導体体積が増える構造となっているため、高周波でのインピーダンスの急激な短絡となることを緩和、すなわちインピーダンスの不連続性が緩和され、反射が抑制される。この反射抑制効果は、接地導電層の幅が外層から内層に向って徐々に長くする構成によって、層間での容量結合を徐々に大きくすることを可能とし、すなわち、高周波でのインピーダンスが、内側から基板端部へ向かって徐々に下がり短絡に近づき、その結果、基板内部に定在波が立つことが抑制され、ノイズの発生、波形の乱れを抑制することが可能になる。したがって、本発明によれば、動作安定性の高い良好な高周波特性を有する電子回路モジュールを実現することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を実施例に即して以下に詳述する。

図１は、本発明の電子回路モジュールの実施例１を示す図であって、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図である。図１に示されるように、多層配線基板１は、絶縁層１ａからなる基板を有し、基板上表面に表面グランド層１ｃと部品接続のためのパッドを、基板裏面に裏面グランド層１ｄと外部接続のための外部接続端子（図示なし）を、基板内層には内層配線１ｅを有している。そして、更に基板内層には、基板端部から基板中央部に向って延在する環状の定電位導電層１ｆが形成されている。この定電位導電層１ｆの幅（基板端部から中央部に向う長さ）は、基板の外層寄りでは短く、内層に向って徐々に長くなり、厚さ中心部では最大の長さとなっている。そして、基板の外周に沿って、グランド層１ｃ、１ｄおよび全定電位導電層１ｆを貫通する貫通導電体１ｂが所定の間隔で配置されている。多層配線基板１上には、ＬＳＩなどの電子部品２がフリップチップ法により搭載されており、ここに電子回路モジュールが構成されている。

電子回路が発生するアグレッサー側電気信号は、電子部品２に接続される配線にながれ、内層配線１ｅを励起し伝達される。一方、周辺部に形成される定電位導体層１ｆは、その配線幅が、基板の表裏面から配線基板の厚さ方向の中心へ向かうにつれて徐々に広くなっている。この定電位導体層１ｆにより、基板周辺部での層間容量が増大しインピーダンスが低くなる。これによりアグレッサー側配線を伝播する電気信号の基板端部の貫通導電体での反射が抑制されるという効果がもたらされる。

図２は、本発明の電子回路モジュールの実施例２を示す図であって、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は断面図である。図２において、図１に示される実施例１の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する（この点については以下の実施例の場合も同様である）。本実施例においては、搭載された電子部品２はシールドケース３により覆われている。シールドケース３は、表面グランド層１ｃに電気的に接続されている。本実施例においては、全ての電子部品２が一つのシールドケース３により覆われているが、個々の電子部品ごとに別々のシールドケースを設けるようにしてもよい。

図３は、本発明の電子回路モジュールの実施例３を示す断面図である。本実施例においては、定電位導電層１ｆは、基板の一辺に沿ってのみ設けられている。この実施例では、アグレッサー側配線の信号は、定電位導電層１ｆが設けられていない側の貫通導電体１ｂにおいて反射されるが、この反射した信号が定電位導電層１ｆにより減衰されるので、定在波となりにくい。本実施例においては、定電位導電層１ｆは基板の一辺にのみ設けられていたが、隣接する２辺に設けるようにしてもよい。

図４は、本発明の電子回路モジュールの実施例４を示す断面図である。実施例１では、定電位導電層１ｆの幅（基板端部から中央部に向う長さ）は、基板の外層寄りでは短く、内層に向って徐々に長くなっていたが、本実施例では、定電位導電層１ｆの幅は、層方向に、長短が交互に入れ替わっている。この定電位導電層１ｆの幅の長短が層ごとに入れ替わる構造を、実施例３のように基板の一辺のみに設けてもよいし、隣接する二辺に設けるようにしてもよい。

図５は、本発明の多層配線基板の実施例５の内層面を示す平面図である。但し、図5においては内層配線の図示は省略されている。本実施例においては、定電位導電層１ｆの内側は凹凸を持つように加工されている。このように定電位導電層１ｆの内側を入り組んだ形状とすることにより、アグレッサー側配線の信号の反射は、一層抑制される。

以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、電子部品はフリップチップ方式で基板上に搭載されていたが、電子部品はＳＯＰ、ＳＯＪなどのリードを有するものであってもよくまたダイボンディングされワイヤボンディングされる電子部品であってもよい。そしてこれらの電子部品は、基板上に形成されたリセス部に搭載されていてもよい。また、多層配線基板は、抵抗、コンデンサなどの受動部品を内蔵するものであってもよい。また、基板裏面にはんだボールなどからなる外部接続端子が形成されていてもよい。また、定電圧導電層などの表面は、各種処理により粗化されていてもよい。この粗化は化学的な酸処理で金属表面の面積を大きくしたり、あるいは熱処理で金属表面を酸化させ（たとえば銅であれば黒化処理）たり、あるいは金属表面につきやすい炭化物をあらかじめ付けるなどの方法で行うものである。導電層の表面は高周波領域での電磁波に最も影響を受けるので、粗化された表面では電磁波の損失が大きくなる。

本発明の実施例１の電子回路モジュールを示す上面図と断面図。 本発明の実施例２の電子回路モジュールを示す上面図と断面図。 本発明の実施例３の電子回路モジュールを示す断面図。 本発明の実施例４の電子回路モジュールを示す断面図。 本発明の実施例５の多層配線基板の内層面を示す平面図。 従来例の断面図。

符号の説明

１ 多層配線基板
１ａ 絶縁層
１ｂ 貫通導電体
１ｃ 表面グランド層
１ｄ 裏面グランド層
１ｅ 内層配線
１ｆ 定電位導電層
２ 電子部品
３ シールドケース

Claims (9)

1. 電子部品が搭載される多層配線基板であって、基板の周囲には全周に渡って接地された貫通導電体が基板を貫通して形成されており、配線層が形成された各内層には、基板周辺で前記貫通導電体に接続され内側に向かって所定の距離延在している接地導電層が形成されていることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記接地導電層の基板端部から基板中央部方向に向かう長さは、隣接する配線層同士間では異なっていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記接地導電層の基板端部から基板中央部方向に向かう長さは、基板表・裏面から内層側に向かって徐々に長くなることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
4. 前記接地導電層の表面には粗化処理により凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多層配線基板。
5. 前記接地導電層の内側は凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多層配線基板。
6. 前記接地導電層は、基板の一辺に沿って、または、基板の相隣る二辺に沿って、または、全周に沿って環状に、形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多層配線基板。
7. 基板表・裏面は、部品搭載部と外部接続端子部を除き全面的にグランド層によって覆われていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の多層配線基板。
8. 請求項１から７のいずれかに記載された多層配線基板に１ないし複数の電子部品が搭載されていることを特徴とする電子回路モジュール。
9. 前記電子部品がシールドケース内に収容されていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。

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