(57)【要約】【課題】導体パターンのＱ値の低下を可及的に抑えつつ、クロストークを大幅に抑制することができる高周波回路基板を提供することを目的とする。【解決手段】基材１０に形成された導電パターン２を備える高周波用の回路基板１は、磁性材料で形成されており、導電パターン２の外周を被覆する第１の磁性層３と、この第１の磁性層３よりも高透磁率の磁性材料で形成されており、第１の磁性層３を挟み込む一対の第２の磁性層４１，４２とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に形成された導電パターンを備える高周波回路基板であって、
磁性材料で形成されており、前記導電パターンの外周を被覆する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層よりも高透磁率の磁性材料で形成されており、前記第１の磁性層を挟み込む一対の第２の磁性層とを、
備えることを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
前記第１の磁性層が、絶縁材料中に、磁性微粒子が分散しているものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記導電パターンが、前記基材の表面と同一面の位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記導電パターンが、信号線路、及び／又は受動素子になっ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高周波回路基板。
【請求項５】
前記信号線路が、コプレーナ線路又はマイクロストリップ線路であり、前記受動素子が、インダクタンス素子であることを特徴とする請求項４に記載の高周波回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号線路や受動素子などになる導電パターン（導体パターン）が基材に形成された高周波用の回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波用の電子回路や集積回路の高密度化に伴い、回路の小型化・低背化が要求されている。高周波回路には受動部品を多数使用する必要があり、信号線路を含めて高密度化する必要がある。
【０００３】
しかしながら、高周波回路を高密度化すると、回路基板に形成された平面スパイラル構造を有するインダクタなどのインダクタンス素子や、信号線路からのクロストークが顕著になり、Ｓ／Ｎ比の劣化が問題視されている。
【０００４】
クロストークを抑制するため、インダクタンス素子や信号線路を磁性材料で覆う方法が提案されている。例えば、特許文献１には、信号線路の外表面を覆う磁性体を有するクロストーク回路基板が記載されている。
【０００５】
このような回路基板では、磁性材料が有する高い透磁率によって、高周波信号（電流）が伝搬する際に生じる磁束を磁性材料に集中させ、外部に磁束を漏洩し難くし、電磁誘導によるクロストークを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたクロストーク回路基板では、信号線路のクロストークをある程度抑制できるものであるが、クロストークをより一層抑制するものが求められている。また近年では二次元的な集積ではなく、多層構造を有する回路が用いられ、三次元的にクロストークを抑制しなければならないという、大きな課題がある。さらに、磁性材料を設けることで、磁性材料内で生じる渦電流損によりＱ値が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、Ｑ値の低下を可及的に抑えつつ、クロストークを大幅に抑制することができる高周波回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された高周波回路基板は、基材に形成された導電パターンを備える高周波回路基板であって、磁性材料で形成されており、前記導電パターンの外周を被覆する第１の磁性層と、前記第１の磁性層よりも高透磁率の磁性材料で形成されており、前記第１の磁性層を挟み込む一対の第２の磁性層とを、備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の高周波回路基板は、請求項１に記載のものであり、前記第１の磁性層が、絶縁材料中に、磁性微粒子が分散しているものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の高周波回路基板は、請求項１又は２に記載のものであり、前記導電パターンが、前記基材の表面と同一面の位置に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の高周波回路基板は、請求項１から３のいずれかに記載のものであり、前記導電パターンが、信号線路、及び／又は受動素子になっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の高周波回路基板は、請求項４に記載のものであり、前記信号線路が、コプレーナ線路又はマイクロストリップ線路であり、前記受動素子が、インダクタンス素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波回路基板によれば、導電パターンの外周を被覆する第１の磁性層を、高透磁率の磁性材料で形成された一対の第２の磁性層で挟み込むことで、磁束が第１及び第２の磁性層を磁路として通るため、外部に磁束が漏れ出し難くなり、クロストークを大幅に低減することができる。第１の磁性層の透磁率を第２の磁性層よりも小さくすることで、Ｑ値の低下を可及的に抑えることができる。
【００１５】
第１の磁性層が、絶縁材料中に、磁性微粒子が分散しているものである場合、磁性微粒子の材料や分散量を適宜選択することで、絶縁性を高く（導電率を低く）しつつ、任意の誘電率の磁性材料に調整することができる。
【００１６】
導電パターンが基材の表面と同一面の位置に形成されている場合、他の導電パターンと同時に形成でき、他の導電パターンと同一面で接続できるので、簡便に製造することができる。
【００１７】
導電パターンが、クロストークの発生源として問題になりやすい信号線路や受動素子である場合、クロストークの発生を効果的に抑制することができる。特に、信号線路がコプレーナ線路又はマイクロストリップ線路であり、受動素子がインダクタンス素子である場合、本発明を効果的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する高周波回路基板の基本構成を模式的に示す断面斜視図である。
【図２】本発明を適用する他の高周波回路基板の一部断面拡大図である。
【図３】本発明を適用する別な高周波回路基板（コプレーナ線路）を模式的に示す断面斜視図である。
【図４】本発明を適用する別な高周波回路基板（マイクロストリップ線路）を模式的に示す断面斜視図である。
【図５】本発明を適用する別な高周波回路基板（インダクタンス素子）を模式的に示す断面斜視図である。
【図６】シミュレーションを行った実施例、比較例１〜３の構造及び各部寸法を示す断面図である。
【図７】シミュレーション結果を示す実施例、比較例１〜３の磁界分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
本発明を適用する高周波回路基板の一実施形態である回路基板１を図１に示す。同図には、本発明のもっとも特徴的な構成部分の基本構成だけを模式的に示している。実際には、図示しないが、回路基板１には他の導電パターンが形成されていてもよい。また、回路基板１は、単層基板であってもよく、多層基板であってもよい。回路基板１は、コイル、コンデンサ、トランジスタ、ＩＣ（半導体集積回路）などの部品が実装される部品実装用の基板、センサ、コイル、フィルタ、高周波アンプモジュール、アンテナ整合モジュール、高周波減衰回路モジュールなどの各種電子部品や電子回路モジュールの基材となる基板、半導体集積回路のウェハーとなる基板などの種々の回路基板であり、回路基板の種類は限定されない。
【００２１】
回路基板１は、基材１０に、基本構成となる導電パターン２、第１の磁性層３、及び一対の第２の磁性層４１，４２を備えている。例えば導電パターン２は、高周波用の信号線路である。
【００２２】
基材１０は、絶縁性（高電気抵抗率）を有する公知の基板材料で、板状に形成されている。基材１０の材質は、使用する周波数によっても異なるが、一例として、ガラスエポキシ、アラミドエポキシ、ポリイミド、アクリル、フッ素樹脂、アルミナ（セラミック）、シリコン（ケイ素）が例示できる。
【００２３】
導電パターン２は、銅、金などの導電性のよい金属によって、平面状に、所定のパターン（形状）で形成されている。導電パターン２は、クロストークが問題になる高周波信号が通過する例えば部品間やコネクタ間を接続する信号線路や、平面コイルなどの高周波素子に対応する形状で形成されている。
【００２４】
第１の磁性層３は、磁性材料で形成されており、導電パターン２の外周を被覆している。第１の磁性層３の磁性材料は、一例として、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えば、一般的なフェライトが例示できる。第１の磁性層３は、めっき膜で形成されていてもよい。めっき膜としては、例えば、Ｚｎフェライトめっき膜が好ましい。第１の磁性層３の磁性材料には、導電パターン２に対して絶縁性を持たせるために、高電気抵抗率を有するものを用いる。絶縁性を持たせるために、第１の磁性層３として、絶縁性材料中に、強磁性金属粒子などの磁性微粒子を分散させたものを用いてもよい。この場合、絶縁性材料として、絶縁性を有する合成樹脂を用いることが好ましい。合成樹脂としては、一例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ、ポリイミド、アクリル、フッ素樹脂が例示できる。磁性微粒子の平均粒径は、１ｎｍ〜３μｍが例示できる。
【００２５】
第１の磁性層３の層厚（膜厚）は、適宜設定すればよいが、一例として、いずれの位置でも導電パターン２から０．１〜２０μｍの層厚に形成されている。
【００２６】
第２の磁性層４１，４２は、第１の磁性層３よりも高透磁率の磁性材料で形成されており、第１の磁性層３を挟み込んでいる。磁性層４１，４２は、各々、同じ形状、層厚で形成されている。磁性層４１，４２の平面形状（基材１０の面に対向する形状）は、一例として、第１の磁性層３の平面形状と同じ形状に形成されている。第２の磁性層４１，４２の平面形状は、第１の磁性層３の平面形状より小さくても大きくてもよい。例えば、第２の磁性層４１，４２の長さ方向に直交する横幅（面方向の横幅）は、第１の磁性層３の横幅よりも短くても同じでも長くてもよい。また、第２の磁性層４１，４２の長さ（面方向の長さ）は、第１の磁性層３の長さと丁度同じ長さであってもよいが、第１の磁性層３の長さよりも多少短くても長くてもよい。第２の磁性層４１，４２の横幅や長さは、導体パターン２や第１の磁性層３の横幅や長さ、各材料の材質、電気的特性、寸法によって適宜設定すればよい。第２の磁性層４１，４２は、平面状の導電パターン２を両面から挟み込む位置関係で対向しており、第１の磁性層３に密着させて形成されている。磁性層４１は、導電パターン２に対し、基材１０の反対側に配置され、磁性層４２は、導電パターン２に対し、基材１０側に配置されている。
【００２７】
第２の磁性層４１，４２の磁性材料は、一例として、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐが好ましい。また、粒状（Granular）にしたCoFeSiO/SiO2を第２の磁性層４１，４２の磁性材料として用い、層状に形成してもよい。第２の磁性層４１，４２の透磁率は、第１の磁性層３の透磁率よりも高いほど好ましい。
【００２８】
第２の磁性層４１，４２の層厚（膜厚）は、適宜設定すればよいが、一例として、０．０５〜５μｍに形成されている。第２の磁性層４１，４２の層厚は、第１の磁性層３の層厚よりも厚くても薄くても同じであってもよいが、薄い層厚であっても充分にクロストーク抑制効果がある。
【００２９】
この回路基板１は、一例として、次のように製造される。
【００３０】
先ず、基材１０になる板材の表面上に、第２の磁性層４２を、例えば高周波（ＲＦ）スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などの方法で形成する。次に、導電パターン２よりも下に位置する第１の磁性層３（一部）を、ＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成する。続いて、第１の磁性層３（一部）の上に導電パターン２を、エッチング法、塗布法、メッキ法などにより形成する。次に、残りの部分の第１の磁性層３を、導電パターン２の表面側を覆うようにＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成し、第１の磁性層３を完成する。次に、第２の磁性層４１を、第１の磁性層３の表面に、ＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成する。最後に、板材を導電パターン２と同じ高さにするように、板材と同じ材料を板材上に塗布法などで形成し、回路基板１が完成する。
【００３１】
また、次のように回路基板１を製造してもよい。先ず、板状の基材１０に、第２の磁性層４２、及び第１の磁性層３の入る溝を、例えばフォトリソグラフィ、ＦＩＢ、レーザーによる加工方法で形成する。次に、基材１０に形成した溝の底に、第２の磁性層４２を、例えば高周波（ＲＦ）スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などの方法で形成する。次に、基材１０の表面高さまで、第１の磁性層３の一部を、ＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成し、溝を埋めて基材１０の表面を平坦面にする。続いて、導電パターン２を、エッチング法、塗布法、メッキ法などにより形成する。次に、残りの部分の第１の磁性層３を、導電パターン２の表面側を覆うようにＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成する。最後に、第２の磁性層４１を、第１の磁性層３の表面に、ＲＦスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、塗布法などで形成し、回路基板１が完成する。
【００３２】
回路基板１の製造方法は、これらに限られない。例えば、板状の補助板上に、第２の磁性層４１、第１の磁性層３、導電パターン２、第２の磁性層４２を形成し、補助板の逆側に基材１０を形成してから、補助板を溶解などで取り外して、回路基板１を製造してもよい。
【００３３】
図２に、多層を有する回路基板（多層回路基板）１ａを模式的に表した一部断面図を示す。この回路基板１ａは、図１に示した基本形態の回路基板１を多層化し、各層に複数の導電パターン２を形成したものである。なお、絶縁層１１は、絶縁性の樹脂で形成されており、第１の磁性層３や第２の磁性層４１を覆っていて、基材１０１と基材１０２との中間層になっている。
【００３４】
同図の回路基板１ａを参照して、クロストークの抑制効果について説明する。
【００３５】
回路基板１ａの導電パターン２に高周波信号が流れると、その周囲に磁束が生じる。この磁束は、同図中に磁束ループＭ１で示すように、導電パターン２に密着して被覆している第１の磁性層３を磁路として通る。さらに、同図中に磁束ループＭ２で示すように、第１の磁性層３を通らない磁束が、第２の磁性層４１，４２を磁路として通る。このように、第１の磁性層３及び第２の磁性層４１，４２の二段構えで磁束の磁路を形成したので、外部に漏れる磁束が大幅に低減する。第２の磁性層４１，４２は、導電パターン２に対して基材１０１，１０２の積層方向に配置されているので、他層への磁束の影響を低減することができると共に、他層の導電パターン２との容量結合を低減できるため、他の層へのクロストーク抑制効果をより一層大きくすることができる。さらに、導電パターン２に密着している第１の磁性層３の透磁率を比較的小さくすることで、磁性材料内で生じる渦電流損を小さくできるので、Ｑ値の低下を可及的に小さくすることができる。したがって、回路基板１ａとすることで、Ｑ値などの電気的特性の低下を可及的に小さくしつつ、クロストークを大幅に低減することができる。第１の磁性層３及び第２の磁性層４１，４２の各々の透磁率や膜厚・横幅は、クロストークと電気的特性との関係から適宜設定すればよい。
【００３６】
導電パターン２は、その基材１０（１０１，１０２）側の位置が、基材１０の表面（図の上面）と同一面（面一）の位置に形成されている。このため、導電パターン２と、例えば部品半田付け用の導電性のランドパターン９１とが、同一面に形成される。したがって、導電パターン２とランドパターン９１などの他の導電パターンとを同時に形成することができると共に、各々を同じ面で接続できるので、簡便に製造することができる。
【００３７】
図３に、信号線路の一例であるコプレーナ線路を形成した回路基板１ｂの断面図を示す。回路基板１ｂでは、コプレーナ型の信号線路となる導電パターン２ｂが第１の磁性層３で被覆され、第１の磁性層３が第２の磁性層４１，４２で挟み込まれている。導体で形成されたグランドパターン８１，８２は、コプレーナ信号線路となるように、導電パターン２ｂに対し、所定の間隔を開けて形成されている。導電パターン２ｂが基材１０の表面と同一面に形成されているので、導電パターン２ｂとグランドパターン８１，８２とが同一面に形成される。回路基板１ｂは、多層回路基板の中の一部の層として形成されていてもよい。同図に示すようなコプレーナ線路とすることで、磁束の漏れを低減でき、クロストークを低減することができる。
【００３８】
図４に、信号線路の一例であるマイクロストリップ線路を形成した回路基板１ｃの断面図を示す。回路基板１ｃでは、マイクロストリップ線路の高周波信号線路となる導電パターン２ｃが第１の磁性層３で被覆され、第１の磁性層３が第２の磁性層４１，４２で挟み込まれている。導体で形成されたグランドパターン８３は、マイクロストリップ信号線路となるように、導電パターン２ｃに対し、基材１０の反対面に形成されている。回路基板１ｃは、多層回路基板の中の一部の層として形成されていてもよい。同図に示すようなマイクロストリップ線路とすることで、磁束の漏れを低減でき、クロストークを低減することができる。
【００３９】
図５に、受動素子（高周波受動素子）の一例であるインダクタンス素子を形成した回路基板１ｄの断面図を示す。回路基板１ｄでは、導電パターン２ｄが複数回（図の例では４回）平面的に巻かれた形状に形成されていて、インダクタンス素子の一例である集中定数型の平面コイルになっている。なお、同図は、平面コイルを中央部から切断した断面を示している。回路基板１ｄでは、導電パターン２ｄが第１の磁性層３で被覆され、第１の磁性層３が第２の磁性層４１，４２で挟み込まれている。回路基板１ｄは、多層回路基板の中の一部の層として形成されていてもよい。同図に示すようなインダクタンス素子とすることで、磁束の漏れを低減でき、クロストークを低減することができる。
【００４０】
なお、信号線路となる導電パターン２が、他の形式の信号線路になっていてもよい。導電パターン２が、例えば５０Ωや７５Ωなどの特性インピーダンスに整合された信号線路であってもよく、特性インピーダンスに整合されていない（特性インピーダンスを規定しない）信号線路であってもよい。導体パターン２は、平衡線路であってもよく、不平衡線路であってもよい。図１に示したような導体パターン２だけで形成される信号線路であってもよい。信号線路となる導体パターン２は、交流信号（高周波信号）が通る線路であれば、どのようなものであってもよい。交流信号（高周波信号）の周波数も限定されない。
【００４１】
また、導電パターン２（２ｄ）が、分布定数型のインダクタンス素子になっていてもよい。導電パターン２で形成する受動素子が、抵抗であってもよい。抵抗になる場合、導電パターン２として、所定の電気抵抗を有するものに形成する。導電パターン２で形成される受動素子は、クロストークが問題なる素子であればどのような素子であってもよい。また、基材１０の表面に第２の磁性層４２を形成し、基材１０の表面よりも高い位置に導電パターン２を形成するようにしてもよい。
【００４２】
（磁界分布シミュレーション）
本発明の回路基板のクロストークの低減効果を確認するために、実施例として、本発明を適用する回路基板に生じる磁界分布をシミュレーションにより求めた。また、比較例１〜３として、本発明を適用外の回路基板に生じる磁界分布をシミュレーションにより求めた。
【００４３】
（回路基板の構成、寸法）
図６に、シミュレーションを行った実施例、比較例１〜３の構成及び寸法を示す。各部の符号は、図３と同様である。同図では、実施例、比較例２，３を、比較例１に示す四角枠に相当する部分の拡大図で示している。実施例、比較例１〜３は、導電パターン２が高周波信号線路となるコプレーナ信号線路である。比較例１は、通常のコプレーナ信号線路である。比較例２は、導電パターン２に第１の磁性層３だけを設けたものである。比較例３は、導電パターン２に第２の磁性層４１，４２だけを設けたものである。実施例は、導電パターン２に第１の磁性層３及び第２の磁性層４１，４２を設けたものである。
【００４４】
第１の磁性層３、第２の磁性層４１，４２の磁性材料の種類、比透磁率μγ、及び導電率ρを表１に示す。導電パターン２の伝送線路長は、１０ｍｍとした。導電パターン２の膜厚は、グランドパターン８１，８２と同じ膜厚である。基材１０の材質は、ポリイミドとした。シミュレーション周波数は、１ＧＨｚとした。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
（シミュレーション結果）
図７に、シミュレーション結果を示す。外部に生じる磁界強度は、比較例１〜３よりも、実施例が一番小さくなることを確認できた。この結果から、実施例がクロストークを最も低減できることを確認できた。比較例の中では、外部に生じる磁界強度は、比較例３が最も小さく、比較例２が次に小さく、比較例１が最も大きかった。
【符号の説明】
【００４７】
１・１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄは回路基板、２・２ｂ・２ｃ・２ｄは導電パターン、３は第１の磁性層、４１，４２は第２の磁性層、８１・８２・８３はグランドパターン、１０・１０１・１０２は基材、１１は絶縁層、９１はランドパターン、Ｍ１・Ｍ２は磁束ループである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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