JP5679579B2

JP5679579B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP5679579B2
Application number: JP2011205407A
Authority: JP
Inventors: 久義和田
Original assignee: 京セラサーキットソリューションズ株式会社
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013048197A

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６、図７に示すように、複数の絶縁層１１が積層されて成る絶縁基板１２の表面および各絶縁層１１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１２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１４を設けるとともに、絶縁基板１２の上面側から信号用の外部接続パッド１４の中央部に接続する信号用の貫通導体１５を設けて成る。なお、信号用の貫通導体１５の上端には信号用の配線導体１６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１１を貫通する接地用または電源用の貫通導体１７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１５に接続された外部接続パッド１４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１４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１４と対向する領域に、外部接続パッド１４から遠い上面側の導体層１３では外部接続パッド１４より小径の開口部１３ａを、外部接続パッド１４に近い下面側の導体層１３では外部接続パッド１４より大径の開口部１３ｂを設け、それにより信号用の貫通導体１５に接続された外部接続パッド１４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。

さらに、開口部１３ａおよび１３ｂの周囲には、複数の接地用または電源用の貫通導体１７が信号用の貫通導体１５を同心円状に取り囲むようにして配置されている。これにより、信号用の貫通導体１５を中心導体としてその周囲を接地用または電源用の貫通導体７が同心円状に取り囲む擬似同軸構造が形成される。

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１４と対向する領域に、外部接続パッド１４から遠い上面側の導体層１３では外部接続パッド１４より小径の開口部１３ａを、外部接続パッド１４に近い下面側の導体層１３では外部接続パッド１４より大径の開口部１３ｂを設けた場合、上面側の小径の開口部１３ａに対応する部分では、特性インピーダンスを所定の値にすることが容易であるものの、下面側の大径の開口部１３ｂに対応する部分では、信号用の貫通導体１５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１７との間の静電容量が小さくなり、信号用の貫通導体１５における特性インピーダンスが大きくなってしまう。その結果、例えば信号用の貫通導体１５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。

特開２０１１−３５１７１号公報特開２０１１−９１３５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、信号用の貫通導体および該信号用の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１０ＧＨｚ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、該外部接続パッドに対応する位置の複数の前記絶縁層を貫通して前記外部接続パッドに接続された信号用の貫通導体と、複数の前記絶縁層の間に配置され、前記信号用の貫通導体を取り囲む開口部を、前記外部接続パッドから遠い側の層では前記外部接続パッドよりも小径で、前記外部接続パッドに近い側の層では前記外部接続パッドよりも大径で有する複数の接地用または電源用の導体層と、前記接地用または電源用の導体層に接続されて前記開口部の周囲で前記信号用の貫通導体を同軸状に取り囲むように前記絶縁層を貫通する接地用または電源用の貫通導体とを具備している配線基板であって、前記信号用の貫通導体は、前記小径の開口部に対応する部位では該小径の開口部の中心を１本で通るとともに前記大径の開口部に対応する部位で２本以上に分岐されて前記外部接続パッドに接続されており、前記大径の開口部の内側に、分岐された前記信号用の貫通導体と対をなす接地用または電源用の貫通導体が並設されていることを特徴とする配線基板。

本発明の配線基板によれば、信号用の貫通導体は、接地用または電源用の導体層に形成された小径の開口部に対応する部位では小径の開口部の中心を１本で通るとともに大径の開口部に対応する部位で２本以上に分岐されて外部接続パッドに接続されており、さらに大径の開口部の内側に、分岐された信号用の貫通導体と対をなす接地用または電源用の貫通導体が並設されていることから、大径の開口部に対応する部位において、分岐により信号用の貫通導体のインダクタンスを小さなものとすることができるとともに、大径の開口部の内側に並設された接地用または電源用の貫通導体により信号用の貫通導体に対する接地用または電源用の貫通導体との静電容量を増加させることができる。その結果、信号用の貫通導体における特性インピーダンスを信号用の貫通導体の上端側から外部接続パッドまで大きく変化させることなく整合させることができ、それにより信号用の貫通導体における急激な特性インピーダンス変化による反射損が低減される。従って、擬似同軸構造における高周波信号の反射損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく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断面図である。図２は、図１に示す配線基板の要部上面図である。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断面図である。図４は、図３に示す配線基板の要部上面図である。図５は、本発明の配線基板における実施形態の一例および他の例をモデル化した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図６は、従来の配線基板を示す要部断面図である。図７は、図６に示す配線基板の要部上面図である。

次に、本発明の配線基板の実施形態の一例を添付の図１，図２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１を積層して成る絶縁基板２の表面および各絶縁層１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１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１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２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２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が形成されている。配線導体４および外部接続パッド５は、銅箔や銅めっき層から成る導電材料を各絶縁層１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。

信号用の配線導体４と外部接続パッド５とは、各絶縁層１を貫通する信号用の貫通導体６により電気的に接続されている。貫通導体６は、導電性ペーストの硬化物や銅めっきから成る。

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を同心円状に取り囲むようにして、外部接続パッド５から遠い上面側の導体層３では外部接続パッド５より小径の開口部３ａが、外部接続パッド５に近い下面側の導体層３では外部接続パッド５より大径の開口部３ｂが設けられている。それにより信号用の貫通導体６に接続された外部接続パッド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を低減させるようにしている。

開口部３ａ周辺の絶縁層２には、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に対して同心円状に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体７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。また開口部３ｂ周辺の絶縁層２には、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に対して同心円状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。小径の開口部３ａに対応する部位では、接地用または電源用の貫通導体７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いる。これらの貫通導体７，８は、導電性ペーストの硬化物や銅めっきから成る。

信号用の貫通導体６は、大径の開口部３ｂに対応する部位で２つに分岐して外部接続パッド５に接続されている。このように信号用の貫通導体６を大径の開口部３ｂに対応する部位で２つに分岐して外部接続パッド５に接続することで、大径の開口部３ｂに対応する部位における信号用の貫通導体６のインダクタンスを小さなものとすることができる。大径の開口部３ｂに対応する部位のインダクタンスが小さくなることにより、この部位での信号用の貫通導体６と接地用または電源用の導体層３との間の静電容量が小さくなったとしても特性インピーダンスが大きくなることを防止することができる。

さらに、本例の配線基板においては、大径の開口部３ｂの内側に、分岐された信号用の貫通導体６と対をなす接地用または電源用の貫通導体９が並設されている。この貫通導体９は導電性ペーストの硬化物や銅めっきから成り、分岐した２本の貫通導体６に対して１本ずつ対応するように設けられている。このように、大径の開口部３ｂの内側に並設された接地用または電源用の貫通導体９により信号用の貫通導体６に対する静電容量を増加させることができる。

その結果、本例の配線基板によれば、信号用の貫通導体６における特性インピーダンスを信号用の貫通導体６の上端側から外部接続パッド５まで大きく変化させることなく整合させることができ、それにより信号用の貫通導体６における急激な特性インピーダンス変化による反射損が低減される。従って、擬似同軸構造における高周波信号の反射損および透過損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく伝送させることができる。

次に、本発明の配線基板の実施形態の別の例を添付の図３，図４を基に説明する。なおこの別の例において、上述した一例と同様の箇所には同様の符号を付し、煩雑を避けるためその詳細な説明は省略する。本例の配線基板は、図３、図４に示すように、複数の絶縁層１を積層して成る絶縁基板２の表面および各絶縁層１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。

絶縁基板２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２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が形成されている。

信号用の配線導体４と外部接続パッド５とは、各絶縁層１を貫通する信号用の貫通導体６により電気的に接続されている。

開口部３ａ周辺の絶縁層２には、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に対して同心円状に配置された複数の接地用または電源用の貫通導体７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。また開口部３ｂ周辺の絶縁層２には、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に対して同心円状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。小径の開口部３ａに対応する部位では、接地用または電源用の貫通導体７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いる。

信号用の貫通導体６は、大径の開口部３ｂに対応する部位で２つに分岐している。分岐された部分は、互いに一定間隔で外部接続パッド５に対して垂直に延びている。このように信号用の貫通導体６を大径の開口部３ｂに対応する部位で２つに分岐して外部接続パッド５に接続することで、大径の開口部３ｂに対応する部位における信号用の貫通導体６のインダクタンスを小さなものとすることができる。大径の開口部３ｂに対応する部位のインダクタンスが小さくなることにより、この部位での信号用の貫通導体６と接地用または電源用の導体層３との間の静電容量が小さくなったとしても特性インピーダンスが大きくなることを防止することができる。

さらに、本例の配線基板においては、大径の開口部３ｂの内側に、分岐された信号用の貫通導体６と対をなす接地用または電源用の貫通導体９が並設されている。この貫通導体９は、分岐した２本の貫通導体６に対して１本ずつ対応するように設けられている。このように、大径の開口部３ｂの内側に並設された接地用または電源用の貫通導体９により信号用の貫通導体６に対する静電容量を増加させることができる。なお、大径の開口部３ｂの内側に並設された接地用または電源用の貫通導体９は、対となる信号用の貫通導体６との間隔が外部接続パッド５の側で広くなるように配置して、最も下面側の貫通導体９が外部接続パッド５上から外側に離れた位置となるようにすることが好ましい。接地用または電源用の貫通導体９をこのように配置することにより、信号用の外部接続パッド５と接地用または電源用の貫通導体９との間に形成される静電容量を小さいものとすることができる。

その結果、本例の配線基板によれば、信号用の貫通導体６における特性インピーダンスを信号用の貫通導体６の上端側から外部接続パッド５まで大きく変化させることなく整合させることができ、それにより信号用の貫通導体６における急激な特性インピーダンス変化による反射損が低減される。したがって、擬似同軸構造における高周波信号の反射損および透過損が低減され、それにより高周波信号を極めて効率よく伝送させることができる。

ここで、上述した本発明の実施形態の一例および別の例ならびに従来例をモデル化した場合のシミュレーションにおける信号の反射に対する周波数特性を図５にグラフで示す。なお、図５は信号用の貫通導体の上端から見た反射損の周波数特性グラフである。このグラフにおいて、実線で示した周波数特性が本発明の実施形態の一例によるモデルをシミュレーションした結果であり、一点鎖線で示した周波数特性が本発明の実施形態の他の例によるモデルをシミュレーションした結果である。また、破線で示した周波数特性が従来の技術によるモデルをシミュレーションした結果である。

図５から分るように、本発明によるモデルでは、何れも周波数が３０ＧＨｚまで反射損が−２０ｄＢ以下であるのに対して従来技術によるモデルでは周波数が１２ＧＨｚを超えると反射損が−２０ｄＢを超えてしまう。したがって、本発明によれば、高周波信号を極めて効率よく伝送させることができることが分る。なお、本発明の配線基板を周波数が１５ＧＨｚ以下の領域で使用する場合には、上述した実施形態の一例のように分岐された信号用の貫通導体６が階段状の経路で外部接続パッド５に接続するようにするのがよく、周波数が２０ＧＨｚ以上の領域で使用する場合には、上述した実施形態の他の例のように分岐された信号用の貫通導体６が互いに一定間隔で外部接続パッドに対して垂直な経路で接続するようにするのがよい。

以上、本発明の配線基板における実施形態の一例および他の例について説明したが、本発明の配線基板は上述した実施形態の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であれば、種々の変更は可能である。例えば上述の実施形態の一例および他の例では、信号用の貫通導体６を２本に分岐させたが、信号用の貫通導体６は３本以上に分岐させても良い。

１絶縁層
２絶縁基板
３接地用または電源用の導体層
３ａ小径の開口部
３ｂ大径の開口部
５外部接続パッド
６信号用の貫通導体
７接地用または電源用の貫通導体
８接地用または電源用の貫通導体
９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、該外部接続パッドに対応する位置の複数の前記絶縁層を貫通して前記外部接続パッドに接続された信号用の貫通導体と、複数の前記絶縁層の間に配置され、前記信号用の貫通導体を取り囲む開口部を、前記外部接続パッドから遠い側の層では前記外部接続パッドよりも小径で、前記外部接続パッドに近い側の層では前記外部接続パッドよりも大径で有する複数の接地用または電源用の導体層と、前記接地用または電源用の導体層に接続されて前記開口部の周囲で前記信号用の貫通導体を同軸状に取り囲むように前記絶縁層を貫通する接地用または電源用の貫通導体とを具備している配線基板であって、前記信号用の貫通導体は、前記小径の開口部に対応する部位では該小径の開口部の中心を１本で通るとともに前記大径の開口部に対応する部位で２本以上に分岐されて前記外部接続パッドに接続されており、前記大径の開口部の内側に、分岐された前記信号用の貫通導体と対をなす接地用または電源用の貫通導体が並設されていることを特徴とする配線基板。
２本以上に分岐された前記信号用の貫通導体は、前記外部接続パッドに対して階段状に延びて接続されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
２本以上に分岐された前記信号用の貫通導体は、前記外部接続パッドに対して垂直に延びて接続されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。