JP5787605B2 - 多層基板 - Google Patents

Description

本発明は、多層基板に関する。

信号の高速伝送に用いることができる多層基板において、所望の層の導体に電気的に接続される導通孔（例えばビア（ＶＩＡ）と称する）を備えたものが知られている。一般に導通孔は、内面に金属被膜を有し、基板の表面に開口する貫通穴として形成される。特に信号の高速伝送用途では、所望層の導体と当該導体に接続される導通孔との間のインピーダンスの不整合に起因した伝送損失を、可及的に抑制することが望まれている。

特許文献１は、多層基板の孔に挿入されてインピーダンス不整合を低減する構成要素を開示する。この構成要素は、導電性グランドコアと、導電性グランドコアを包囲する誘電体層と、誘電体層を包囲する信号導体層とを備えている。構成要素のインピーダンスは、誘電体層の材料及び導電性グランドコアと信号導体層との間の距離を選択することにより調整できる。インピーダンスが適宜に調整された構成要素を用いて、任意の層の導体同士を接続することにより、インピーダンスの不整合を低減できるようになっている。

特開２００６−１９１０１８号公報

基板の表面に開口する導通孔を有する多層基板では、信号の高速伝送に際し、所望層の導体と導通孔とのインピーダンス不整合に起因して生じる導通孔からの電磁放射が、伝送損失の一因となる場合がある。よって、多層基板における導通孔からの基板外部に向けた電磁放射を抑制することが望まれている。

本発明はその一態様として、基板表面に形成される接地層と、基板内部に形成される信号層と、信号層に電気的に接続されるとともに、接地層に非接触に隣接する位置で基板表面に開口する導通孔とを具備する多層基板において、導通孔を遮蔽して基板表面に設置され、信号層及び導通孔から絶縁された状態で接地層に電気的に接続される遮蔽部材を具備し、遮蔽部材は、接地層に固定される金属板を具備し、金属板と導通孔の基板表面における開口端との間に、信号層と導通孔とのインピーダンス不整合を解消する寸法の空気層が形成される、多層基板を提供する。

本発明はまた、基板表面に形成される接地層と、基板内部に形成される信号層と、信号層に電気的に接続されるとともに、接地層に非接触に隣接する位置で基板表面に開口する導通孔とを具備する多層基板において、導通孔を遮蔽して基板表面に設置され、信号層及び導通孔から絶縁された状態で接地層に電気的に接続される遮蔽部材を具備し、遮蔽部材は、導通孔を被覆して基板表面に固着される絶縁性接着剤と、絶縁性接着剤の外面に配置されて接地層に固着される導電性接着剤とを具備し、絶縁性接着剤が、信号層と導通孔とのインピーダンス不整合を解消する量を有する、多層基板を提供する。

上記した多層基板は、基板表面の反対側の基板裏面に形成される第２の接地層を具備し、導通孔が、第２の接地層に非接触に隣接する位置で基板裏面に開口する構成とすることもできる。この構成では、導通孔を遮蔽して基板裏面に設置され、信号層及び導通孔から絶縁された状態で第２の接地層に電気的に接続される第２の遮蔽部材を具備することができる。

本発明の一態様による多層基板は、導通孔を遮蔽して基板表面に設置されるとともに接地層に電気的に接続される遮蔽部材を備えているから、遮蔽部材が接地層と同様にシールド機能を発揮して、導通孔から基板外部に向かう電磁放射を抑制するように作用する。その結果、導通孔から基板外部に向かう電磁放射に起因する信号の伝送損失を、未然に防止することができる。

本発明の第１の実施形態による多層基板を示す図で、（ａ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図、及び（ｂ）平面図である。 変形例による多層基板を示す図で、（ａ）線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図、及び（ｂ）平面図である。 本発明の第２の実施形態による多層基板を示す図で、（ａ）線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図、及び（ｂ）平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本発明の第１の実施形態による多層基板１０を示す。図示の多層基板１０は、信号の高速伝送に用いることができる多層（４層）プリント基板の構成を有する。

多層基板１０は、基板表面１０ａに形成される接地層１２と、基板内部に形成される信号層１４、１６と、信号層１４、１６に電気的に接続されるとともに、接地層１２に非接触に隣接する位置で基板表面１０ａに開口する導通孔１８とを備える。また多層基板１０は、基板表面１０ａの反対側の基板裏面１０ｂに形成される第２の接地層２０を備え、導通孔１８が、第２の接地層２０に非接触に隣接する位置で基板裏面１０ｂに開口する。なお、基板表面１０ａ及び基板裏面１０ｂという名称は便宜上のものであり、多層基板１０の使用形態における表裏を必ずしも意味しない。

図示構成では、信号層１４、１６は、基板表面１０ａに近い側に位置する第１の信号層１４と、第１の信号層１４とは異なる層として、基板裏面１０ｂに近い側に位置する第２の信号層１６とを含む。導通孔１８は、内面にめっき層等の金属被膜２２を有し、金属被膜２２を介して、第１及び第２の信号層１４、１６が互いに電気的に接続される。なお、第１及び第２の信号層１４、１６という名称は便宜上のものであり、多層基板１０の使用形態における優先順位を必ずしも意味しない（他の構成要素についても同様である。）。また、導通孔１８は、第１及び第２の信号層１４、１６同士を導通させるためのものであり、電子部品実装用のスルーホールの機能は有さない。

多層基板１０の基板構造は、３つの誘電体層２４、２６、２８を互いに積層して構成される。中央の誘電体層２４には、その両面２４ａ、２４ｂに、それぞれ第１及び第２の信号層１４、１６が所定パターンで形成される。誘電体層２４の一方の面（図で上面）２４ａには、第１の信号層１４を挟んで、例えば接着剤（図示せず）により誘電体層２６が固着され、誘電体層２６の外面（つまり基板表面１０ａ）に、接地層１２が所定パターンで形成される。誘電体層２４の他方の面（図で下面）２４ｂには、第２の信号層１６を挟んで、例えば接着剤（図示せず）により誘電体層２８が固着され、誘電体層２８の外面（つまり基板裏面１０ｂ）に、第２の接地層２０が所定パターンで形成される。導通孔１８は、誘電体層２４、２６、２８を連続的に貫通するとともに第１及び第２の信号層１４、１６を貫通する貫通穴の形態を有する。

多層基板１０では、上記した積層構造体における互いに異なる層として、第１及び第２の信号層１４、１６が形成されているから、信号ラインを高密度にパターン形成することができる。基板表面１０ａに形成される接地層１２及び基板裏面１０ｂに形成される接地層２０は、第１及び第２の信号層１４、１６の両外側に位置することにより、第１及び第２の信号層１４、１６に対するシールドとして機能する。このような構成を有する多層基板１０は、信号の高速伝送用途に適したものである。

図示構成では、接地層１２は、基板表面１０ａに開口する導通孔１８を包囲するパターンを有する。詳述すると、基板表面１０ａには、導通孔１８が円形に開口し、その開口端１８ａが、内面の金属被膜２２に一体に接続される環状層として基板表面１０ａに露出して形成されている。接地層１２は、導通孔１８の金属被膜２２の環状の開口端１８ａから、一様な距離だけ離れた位置に円形の内縁１２ａを有して、導通孔１８の開口端１８ａを非接触に包囲する。それにより、導通孔１８の開口端１８ａの周囲に、基板表面１０ａの環状の露出領域１０ｃが形成される。

図示構成では、第２の接地層２０は、基板裏面１０ｂに開口する導通孔１８を包囲するパターンを有する。詳述すると、基板裏面１０ｂには、導通孔１８が円形に開口し、その開口端１８ｂが、内面の金属被膜２２に一体に接続される環状層として基板裏面１０ｂに露出して形成されている。接地層２０は、導通孔１８の金属被膜２２の環状の開口端１８ｂから、一様な距離だけ離れた位置に円形の内縁２０ａを有して、導通孔１８の開口端１８ｂを非接触に包囲する。それにより、導通孔１８の開口端１８ｂの周囲に、基板裏面１０ｂの環状の露出領域１０ｄが形成される。

なお、上記構成は一例であり、多層基板１０の製造方法、信号層１４、１６の層数やパターン、導通孔１８の形状や寸法、誘電体層２４、２６、２８の厚み等は、特に限定されない。例えば、導通孔１８は、基板表面１０ａにのみ開口し、基板裏面１０ｂには開口しない形状とすることもできる。また、導通孔１８の開口端１８ａ、１８ｂが、基板表裏面１０ａ、１０ｂに形成される環状層を有さず、内面の金属被膜２２の厚み相当部分が開口端１８ａ、１８ｂとして直接露出する構成とすることもできる（図２）。

多層基板１０は、導通孔１８を遮蔽して基板表面１０ａに設置される遮蔽部材３０を備える。遮蔽部材３０は、信号層１４、１６及び導通孔１８から絶縁された状態で接地層１２に電気的に接続される。遮蔽部材３０は、接地層１２に固定されるドーム状の金属板３２から形成される。金属板３２は、接地層１２に当接される基端部分３２ａと、基端部分３２ａから一方向へドーム状に膨出する蓋部分３２ｂとを、互いに一体に有する。図示構成では、遮蔽部材３０を形成する金属板３２の基端部分３２ａは、環状フランジの形状を有し、接地層１２の内縁１２ａに近接した位置で、接地層１２の外面に半田（例えばリフロー半田付け）により固定される。遮蔽部材３０を接地層１２に適正に固定した状態で、金属板３２の蓋部分３２ｂは、基板表面１０ａの露出領域１０ｃ及び導通孔１８の開口端１８ａから、所定距離だけ離隔して配置され、金属板３２の蓋部分３２ｂと導通孔１８の開口端１８ａとの間に、所定寸法の空間（すなわち空気層）３４が形成される。

多層基板１０はまた、導通孔１８を遮蔽して基板裏面１０ｂに設置される第２の遮蔽部材３６を備える。第２の遮蔽部材３６は、信号層１４、１６及び導通孔１８から絶縁された状態で第２の接地層２０に電気的に接続される。第２の遮蔽部材３６は、第２の接地層２０に固定される第２のドーム状の金属板３８から形成される。第２の金属板３８は、接地層２０に当接される基端部分３８ａと、基端部分３８ａから一方向へドーム状に膨出する蓋部分３８ｂとを、互いに一体に有する。図示構成では、第２の遮蔽部材３６を形成する金属板３８の基端部分３８ａは、環状フランジの形状を有し、接地層２０の内縁２０ａに近接した位置で、接地層２０の外面に半田（例えばリフロー半田付け）により固定される。遮蔽部材３６を接地層２０に適正に固定した状態で、金属板３８の蓋部分３８ｂは、基板裏面１０ｂの露出領域１０ｄ及び導通孔１８の開口端１８ｂから、所定距離だけ離隔して配置され、金属板３８の蓋部分３８ｂと導通孔１８の開口端１８ｂとの間に、所定寸法の空間（すなわち空気層）４０が形成される。

多層基板１０においては、信号の高速伝送に際し、第１及び第２の信号層１４、１６と導通孔１８（金属被膜２２）とのインピーダンス不整合に起因して、導通孔１８の開口端１８ａ、１８ｂから基板外部に向かう電磁放射が生じる傾向がある。これに関し、多層基板１０は、導通孔１８を遮蔽して基板表面１０ａに設置されるとともに接地層１２に電気的に接続される遮蔽部材３０を備えているから、遮蔽部材３０が接地層１２と同様にシールド機能を発揮して、導通孔１８の開口端１８ａから基板外部に向かう電磁放射を抑制するように作用する。その結果、導通孔１８の開口端１８ａから基板外部に向かう電磁放射に起因する信号の伝送損失を、未然に防止することができる。このとき、遮蔽部材３０を構成する金属板３２の蓋部分３２ｂと導通孔１８の開口端１８ａとの間の空間（空気層）３４の寸法を適宜選択することにより、第１及び第２の信号層１４、１６と導通孔１８（金属被膜２２）とのインピーダンス不整合を解消することもできる。

また、多層基板１０は、導通孔１８を遮蔽して基板裏面１０ｂに設置されるとともに第２の接地層２０に電気的に接続される第２の遮蔽部材３６を備えているから、遮蔽部材３６が接地層２０と同様にシールド機能を発揮して、導通孔１８の開口端１８ｂから基板外部に向かう電磁放射を抑制するように作用する。その結果、導通孔１８の開口端１８ｂから基板外部に向かう電磁放射に起因する信号の伝送損失を、未然に防止することができる。このとき、遮蔽部材３６を構成する金属板３８の蓋部分３８ｂと導通孔１８の開口端１８ｂとの間の空間（空気層）４０の寸法を適宜選択することにより、第１及び第２の信号層１４、１６と導通孔１８（金属被膜２２）とのインピーダンス不整合を解消することもできる。

なお、信号の伝送速度によっては、第２の遮蔽部材３６を使用しない構成であっても、第１の遮蔽部材３０による電磁放射抑制作用により、ある程度の伝送損失防止効果が得られるものであるが、基板両面１０ａ、１０ｂに遮蔽部材３０、３６を設置することで、伝送損失防止効果が向上する。また、導通孔１８が基板裏面１０ｂに開口しない場合は、第２の遮蔽部材３６を使用する必要は無い。

多層基板１０では、遮蔽部材３０、３６として、ドーム状の外形を有する金属板３２、３８を用いている。この構成によれば、導通孔１８の開口端１８ａ、１８ｂや接地層１２、２０の内縁１２ａ、２０ａの寸法（径）、要求される空間（空気層）３４、４０の寸法等に合わせて、予め最適な形状及び寸法の遮蔽部材３０、３６を用意できるので、遮蔽部材３０、３６の設置作業を簡略化しつつ、遮蔽部材３０、３６による電磁放射抑制作用及び伝送損失防止効果を最適化することができる。

また、多層基板１０では、遮蔽部材３０、３６を構成する金属板３２、３８の基端部分３２ａ、３８ａを、接地層１２、２０の外面にリフロー半田付けにより固定できる。この構成によれば、多層基板１０の基板表面１０ａや基板裏面１０ｂへの電子部品の実装工程と同時に遮蔽部材３０、３６を設置できるので、遮蔽部材３０、３６の設置作業を一層簡略化できる。

なお、遮蔽部材３０、３６を構成する金属板３２、３８を接地層１２、２０に固定する手法は、半田付けに限定されない。例えば図２に変形例として示すように、金属板３２、３８の基端部分３２ａ、３８ａ、接地層１２、２０及び誘電体層２４、２６、２８に予め設けた貫通穴４２に、一対の固定ピン４４をそれぞれ金属板３２、３８側から圧入することにより、金属板３２、３８を接地層１２、２０に固定することができる。或いは、いわゆるＤＩＰ部品と同様に、金属板３２、３８の基端部分３２ａ、３８ａに予めピン状の脚部（図示せず）を形成し、この脚部を貫通穴４２に挿入して半田等により固定することにより、金属板３２、３８を接地層１２、２０に固定することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態による多層基板５０を示す。多層基板５０は、遮蔽部材の構成以外は、第１の実施形態による多層基板１０と同様の構成を有する。したがって、対応する構成要素には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

多層基板５０は、導通孔１８を遮蔽して基板表面１０ａに設置される遮蔽部材５２を備える。遮蔽部材５２は、信号層１４、１６及び導通孔１８から絶縁された状態で接地層１２に電気的に接続される。遮蔽部材５２は、導通孔１８の開口端１８ａを被覆して基板表面１０ａの露出領域１０ｃに固着される絶縁性接着剤５４と、絶縁性接着剤５４の外面５４ａに配置されて接地層１２に固着される導電性接着剤５６とから形成される。遮蔽部材５２を接地層１２に適正に固定した状態で、導電性接着剤５６は、基板表面１０ａの露出領域１０ｃ及び導通孔１８の開口端１８ａから、絶縁性接着剤５４の量によって決まる距離だけ離隔して配置される。なお、絶縁性接着剤５４及び導電性接着剤５６は、ポッティング等の塗布工程により作製できるが、作製方法は特に限定されない。

多層基板５０はまた、導通孔１８を遮蔽して基板裏面１０ｂに設置される第２の遮蔽部材５８を備える。第２の遮蔽部材５８は、信号層１４、１６及び導通孔１８から絶縁された状態で第２の接地層２０に電気的に接続される。第２の遮蔽部材５８は、導通孔１８の開口端１８ｂを被覆して基板裏面１０ｂの露出領域１０ｄに固着される第２の絶縁性接着剤６０と、第２の絶縁性接着剤６０の外面６０ａに配置されて第２の接地層２０に固着される第２の導電性接着剤６２とから形成される。遮蔽部材５８を接地層２０に適正に固定した状態で、第２の導電性接着剤６２は、基板裏面１０ｂの露出領域１０ｄ及び導通孔１８の開口端１８ｂから、第２の絶縁性接着剤６０の量によって決まる距離だけ離隔して配置される。なお、絶縁性接着剤６０及び導電性接着剤６２は、ポッティング等の塗布工程により作製できるが、作製方法は特に限定されない。

多層基板５０は、導通孔１８を遮蔽して基板表面１０ａに設置されるとともに接地層１２に電気的に接続される遮蔽部材５２（特に導電性接着剤５６）を備えているから、遮蔽部材５２（特に導電性接着剤５６）が接地層１２と同様にシールド機能を発揮して、導通孔１８の開口端１８ａから基板外部に向かう電磁放射を抑制するように作用する。その結果、導通孔１８の開口端１８ａから基板外部に向かう電磁放射に起因する信号の伝送損失を、未然に防止することができる。このとき、遮蔽部材５２を構成する絶縁性接着剤５４の量を適宜選択することにより、第１及び第２の信号層１４、１６と導通孔１８（金属被膜２２）とのインピーダンス不整合を解消することもできる。

また、多層基板５０は、導通孔１８を遮蔽して基板裏面１０ｂに設置されるとともに第２の接地層２０に電気的に接続される第２の遮蔽部材５８（特に第２の導電性接着剤６２）を備えているから、第２の遮蔽部材５８（特に第２の導電性接着剤６２）が接地層２０と同様にシールド機能を発揮して、導通孔１８の開口端１８ｂから基板外部に向かう電磁放射を抑制するように作用する。その結果、導通孔１８の開口端１８ｂから基板外部に向かう電磁放射に起因する信号の伝送損失を、未然に防止することができる。このとき、遮蔽部材５８を構成する第２の絶縁性接着剤６０の量を適宜選択することにより、第１及び第２の信号層１４、１６と導通孔１８（金属被膜２２）とのインピーダンス不整合を解消することもできる。

なお、信号の伝送速度によっては、第２の遮蔽部材５８を使用しない構成であっても、第１の遮蔽部材５２による電磁放射抑制作用により、ある程度の伝送損失防止効果が得られるものであるが、基板両面１０ａ、１０ｂに遮蔽部材５２、５８を設置することで、伝送損失防止効果が向上する。また、導通孔１８が基板裏面１０ｂに開口しない場合は、第２の遮蔽部材５８を使用する必要は無い。

多層基板５０では、遮蔽部材５２、５８として、絶縁性接着剤５４、６０と導電性接着剤５６、６２との積層体を用いている。この構成によれば、導通孔１８の開口端１８ａ、１８ｂや接地層１２、２０の内縁１２ａ、２０ａの寸法（径）が異なる多層基板５０に対し、絶縁性接着剤５４、６０の量を調整することにより最適な形状及び寸法の導電性接着剤５６、６２を適宜に作製できるので、遮蔽部材５２、５８の設置作業を簡略化しつつ、遮蔽部材５２、５８による電磁放射抑制作用及び伝送損失防止効果を最適化することができる。

１０、５０ 多層基板
１２ 接地層
１４ 第１の信号層
１６ 第２の信号層
１８ 導通孔
２０ 第２の接地層
３０、５２ 遮蔽部材
３２ 金属板
３６、５８ 第２の遮蔽部材
３８ 第２の金属板
４４ 固定ピン
５４ 絶縁性接着剤
５６ 導電性接着剤
６０ 第２の絶縁性接着剤
６２ 第２の導電性接着剤

Claims (5)

1. 基板表面に形成される接地層と、基板内部に形成される信号層と、該信号層に電気的に接続されるとともに、該接地層に非接触に隣接する位置で該基板表面に開口する導通孔とを具備する多層基板において、
   前記導通孔を遮蔽して前記基板表面に設置され、前記信号層及び前記導通孔から絶縁された状態で前記接地層に電気的に接続される遮蔽部材を具備し、
   前記遮蔽部材は、前記接地層に固定される金属板を具備し、
   前記金属板と前記導通孔の前記基板表面における開口端との間に、前記信号層と前記導通孔とのインピーダンス不整合を解消する寸法の空気層が形成される、多層基板。
2. 基板表面に形成される接地層と、基板内部に形成される信号層と、該信号層に電気的に接続されるとともに、該接地層に非接触に隣接する位置で該基板表面に開口する導通孔とを具備する多層基板において、
   前記導通孔を遮蔽して前記基板表面に設置され、前記信号層及び前記導通孔から絶縁された状態で前記接地層に電気的に接続される遮蔽部材を具備し、
   前記遮蔽部材は、前記導通孔を被覆して前記基板表面に固着される絶縁性接着剤と、該絶縁性接着剤の外面に配置されて前記接地層に固着される導電性接着剤とを具備し、
   前記絶縁性接着剤が、前記信号層と前記導通孔とのインピーダンス不整合を解消する量を有する、多層基板。
3. 前記基板表面の反対側の基板裏面に形成される第２の接地層を具備し、前記導通孔が、該第２の接地層に非接触に隣接する位置で該基板裏面に開口する、請求項１又は２に記載の多層基板。
4. 前記導通孔を遮蔽して前記基板裏面に設置され、前記信号層及び前記導通孔から絶縁された状態で前記第２の接地層に電気的に接続される第２の遮蔽部材を具備し、
   前記第２の遮蔽部材は、前記第２の接地層に固定される第２の金属板を具備し、
   前記第２の金属板と前記導通孔の前記基板裏面における開口端との間に、前記信号層と前記導通孔とのインピーダンス不整合を解消する寸法の空気層が形成される、請求項３に記載の多層基板。
5. 前記導通孔を遮蔽して前記基板裏面に設置され、前記信号層及び前記導通孔から絶縁された状態で前記第２の接地層に電気的に接続される第２の遮蔽部材を具備し、
   前記第２の遮蔽部材は、前記導通孔を被覆して前記基板裏面に固着される第２の絶縁性接着剤と、該第２の絶縁性接着剤の外面に配置されて前記第２の接地層に固着される第２の導電性接着剤とを具備し、
   前記第２の絶縁性接着剤が、前記信号層と前記導通孔とのインピーダンス不整合を解消する量を有する、請求項３に記載の多層基板。

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