(57)【要約】【課題】層構成が変化する部分に跨がって形成された信号伝送線路における特性インピーダンスの制御を十分に果たすことができる回路基板を提供すること。【解決手段】第１のグランド層に対して絶縁体層を介して信号伝送路が配設されることで、マイクロストリップ構造を形成した第１の層構成部分Ａと、前記信号伝送路の少なくとも一部を第２の絶縁体層で覆い、さらに前記第２の絶縁体層上に第２のグランド層を重畳させることでストリップ構造を形成した第２の層構成部分Ｂよりなり、信号伝送路４ａ，４ｂが第１の層構成部分と第２の層構成部分とに跨がって形成される。  第１および第２の層構成部分における第１のグランド層２には、それぞれメッシュ状の開口２ａ，２ｂが施されると共に、前記第１の層構成部分における第１のグランド層の導体残存率に対して、第２の層構成部分における導体残存率が小さくなされている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のグランド層に対して絶縁体層を介して信号伝送路が配設されることで、マイクロストリップ構造を形成した第１の層構成部分と、前記信号伝送路の少なくとも一部を第２の絶縁体層で覆い、さらに前記第２の絶縁体層上に第２のグランド層を重畳させることでストリップ構造を形成した第２の層構成部分よりなり、前記信号伝送路が第１の層構成部分と第２の層構成部分とに跨がって形成された回路基板であって、
前記第１の層構成部分および第２の層構成部分における前記第１のグランド層には、それぞれメッシュ状の開口が施されると共に、前記第１の層構成部分における第１のグランド層の導体残存率に対して、前記第２の層構成部分における第１のグランド層の導体残存率を小さくし、第１の層構成部分と第２の層構成部分とに跨がって形成された前記信号伝送路の特性インピーダンスを制御するように構成したことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記第２の層構成部分における第２のグランド層にメッシュ状の開口がさらに施され、前記第１および第２のグランド層にそれぞれ施されたメッシュ状の開口による導体残存率に基づいて、前記第２の層構成部分における信号伝送路の特性インピーダンスを制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載された回路基板。
【請求項３】
前記信号伝送路がシングルエンドの伝送路になされ、前記第１の層構成部分と前記第２の層構成部分とにおける伝送路の線幅が同一になされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された回路基板。
【請求項４】
前記信号伝送路が差動伝送路になされ、前記第１の層構成部分と前記第２の層構成部分における差動伝送路を構成するペア配線の線間距離が同一になされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された回路基板。
【請求項５】
前記絶縁体層は、フィルム状ベース基材により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載された回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばリジット（硬質）部とフレックス（可撓）部などのように、層構成が変わる箇所に跨がって信号伝送路が形成されたストリップ構造およびマイクロストリップ構造を備える回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
リジット部とフレックス部とを備えたリジットフレックス多層基板は、リジット部に電子部品を搭載し、設置条件に応じて前記フレキシブル部を適宜変形させて機器に搭載可能であることから、近年において多くの電子機器に採用されている。
【０００３】
一方、前記した電子機器における信号の処理速度はますます上昇しており、高周波帯で動作する電子部品を実装する回路基板は、信号の反射や波形歪みの発生を抑えるために信号伝送路の特性インピーダンス（以下、Ｚｏとも言う。）を、前記ディバイスの入出力インピーダンスに整合させる必要がある。
【０００４】
前記した信号伝送路の特性インピーダンスを整合させるためには、適切なパターン幅の信号伝送路（ストリップライン）に適切な厚さの絶縁層を挟んでグランド層を対峙させるマイクロストリップ構造もしくはストリップ構造が採用されている。
【０００５】
前記した回路基板構造における前記グランド層は、信号伝送路の特性インピーダンスを規定する電気的な基準面となる。そして、一般に特性インピーダンスはシングルエンド伝送で５０Ω前後に、差動伝送で１００Ω前後に選択される場合が多い。
なお、前記した回路基板におけるＺｏは、信号伝送路の単位長さあたりのリアクタンスＬと、前記信号伝送路とグランド層との間における単位面積あたりの静電容量Ｃの比（リアクタンスＬ／静電容量Ｃ）の平方根で近似される値となる。
【０００６】
したがって、層構成の薄い多層構造の回路基板を利用した場合においては、当然ながら前記グランド層に対する信号伝送路の層間が狭く（薄く）、両者間における静電容量Ｃの値が前記層間の寸法にほぼ反比例して上昇する。
【０００７】
それ故、前記した薄い多層構造の回路基板において、所望の前記Ｚｏを得ようとするには、従来の層間が厚い回路基板に比べて信号伝送路の幅を狭く（細く）形成することで、前記静電容量Ｃの上昇を抑える手段を採用せざるを得ない。
【０００８】
このように所望のＺｏを得るために、信号伝送路の線幅を細く形成しようとする場合においては、信号配線の加工が困難なほどに細くせざるを得ない場合が発生する。また、たとえ信号配線の加工が可能であっても、信号配線が細いほど回路加工精度および線幅ばらつきの比率が高まり、これに伴ってＺｏのばらつきが増大する。
【０００９】
このために、前記Ｚｏの変化が大きな信号配線部分において、信号の反射や波形歪みを発生させるという問題を招来させる。さらに、信号配線の配線抵抗値が高くなるために、これに供給される信号周波数が高いほど、伝送特性の悪化の要因になる等の問題を抱えることになる。
【００１０】
そこで、前記した技術的な課題を解決するために、いわゆるベタ電極層として形成される前記グランド層をメッシュ状に銅抜きして、単位面積あたりのグランド層と信号配線との対向面積を実質的に小さくさせることで、前記信号配線の幅を確保する提案がなされている。これは次に示す先行技術文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３２１４６３号公報
【００１２】
ところで、前記したようにグランド層をメッシュ状に銅抜きする手段を採用して、信号伝送路の線幅をある程度確保できるとしても、前記したようにリジットフレックス多層基板のようにリジット部とフレックス部において層構成が異なり、例えばストリップ構造およびマイクロストリップ構造が混在する場合においては、信号伝送路のＺｏを一定に保つことは不可能になる。
【００１３】
図５および図６は、前記したように層構成が異なり、ストリップ構造およびマイクロストリップ構造が混在する場合において、前記Ｚｏを一定に保つためになされる信号伝送路の線幅および線間距離について模式的に示したものである。
【００１４】
図５はシングルエンド伝送路を構成した場合の線幅の例を示すものであり、符号Ａはマイクロストリップ構造になされた部分を、また符号Ｂはストリップ構造になされた部分を示している。
すなわち、ストリップ構造Ｂ部分においては、信号伝送路４を上下に挟むようにグランド層が対峙し、信号伝送路４に対する容量結合が上昇するためにマイクロストリップ構造部分Ａの線幅Ｗ１よりも、ストリップ構造部分Ｂの線幅Ｗ２を狭く構成する必要がある。
【００１５】
また、図６は差動伝送路を構成した場合の一対の信号伝送路の線間距離の関係を示したものであり、同様に符号Ａはマイクロストリップ構造になされた部分を、また符号Ｂはストリップ構造になされた部分を示している。この場合においては、マイクロストリップ構造部分Ａにおけるペア配線４ａ，４ｂの線間距離Ｓ１に対して、ストリップ構造部分Ｂのペア配線の線間距離Ｓ２を狭く形成する必要がある。
【００１６】
前記したように層構成が変化する部分において、シングルエンド伝送路における線幅を変化させたり、また差動伝送路においてペア配線の線間距離を変化させた場合には、その層構成の変化部分において高周波信号の反射等が発生して伝送損失を招くなど、高周波信号の伝送特性に悪影響を与えることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
この発明は、前記した技術的な問題点に着目してなされたものであり、シングルエンド伝送および差動伝送にかかわらず、層構成に応じて線幅および線間距離を制御することなく、伝送線路の特性インピーダンスの制御を十分に果たすことができる回路基板を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる回路基板は、第１のグランド層に対して絶縁体層を介して信号伝送路が配設されることで、マイクロストリップ構造を形成した第１の層構成部分と、前記信号伝送路の少なくとも一部を第２の絶縁体層で覆い、さらに前記第２の絶縁体層上に第２のグランド層を重畳させることでストリップ構造を形成した第２の層構成部分よりなり、前記信号伝送路が第１の層構成部分と第２の層構成部分とに跨がって形成された回路基板であって、前記第１の層構成部分および第２の層構成部分における前記第１のグランド層には、それぞれメッシュ状の開口が施されると共に、前記第１の層構成部分における第１のグランド層の導体残存率に対して、前記第２の層構成部分における第１のグランド層の導体残存率を小さくし、第１の層構成部分と第２の層構成部分とに跨がって形成された前記信号伝送路の特性インピーダンスを制御するように構成したことを特徴とする。
【００１９】
この場合、前記第２の層構成部分における第２のグランド層にメッシュ状の開口がさらに施され、前記第１および第２のグランド層にそれぞれ施されたメッシュ状の開口による導体残存率に基づいて、前記第２の層構成部分における信号伝送路の特性インピーダンスを制御するように構成されていることが望ましい。
【００２０】
そして、前記信号伝送路がシングルエンドの伝送路になされた場合には、前記第１の層構成部分と前記第２の層構成部分とにおける伝送路の線幅が同一となるように構成される。また、前記信号伝送路が差動伝送路になされた場合には、前記第１の層構成部分と前記第２の層構成部分における差動伝送路を構成するペア配線の線間距離が同一となるように構成される。
【００２１】
加えて、回路基板のコアとなる前記絶縁体層は、フィルム状ベース基材により構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
前記した構成の回路基板によれば、マイクロストリップ構造を構成する第１の層構成部分におけるグランド層、およびストリップ構造を形成する第２の層構成部分におけるグランド層にそれぞれ施されるメッシュ状開口による導体残存率を前記した関係にしたことで、両者間に跨がる伝送線路の特性インピーダンスを、ほぼ同一の値に制御することができる。
【００２３】
これにより、シングルエンド伝送路および差動伝送路にかかわらず、層構成に応じて線幅および線間距離を格別に制御する必要はなく、前記線幅および線間距離を制御することにより生ずる高周波信号の反射等により伝送損失を招来させる問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明にかかる回路基板の基本形態を断面図で示した積層構造図である。
【図２】図１におけａ−ａ線より矢印方向に視た断面図である。
【図３】図１におけｂ−ｂ線より矢印方向に視た断面図である。
【図４】図１に示すグランド層と信号伝送路の一部を示した平面図である。
【図５】従来のシングルエンド伝送路における特性インピーダンス制御の対策例を示した模式図である。
【図６】従来の差動伝送路における特性インピーダンス制御の対策例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明にかかる回路基板について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１に示す回路基板１は、第１のグランド層２とこのグランド層に対して絶縁体層３を介して信号伝送路（以下、これを信号配線とも言う。）４が配設されており、この構成によりマイクロストリップ構造を形成している。
図１においては前記マイクロストリップ構造部分を符号Ａで示しており、これを第１の層構成部分とも言う。
【００２６】
また、前記信号配線４の一部は、第２の絶縁体層５で覆われ、さらに前記第２の絶縁体層上に第２のグランド層６を重畳させることでストリップ構造を形成している。前記ストリップ構造部分を符号Ｂで示しており、これを第２の層構成部分とも言う。
【００２７】
なお、前記第２の層構成部分Ｂにおいては、必要に応じて第１のグランド層２および第２のグランド層６に対して、さらに図示せぬ絶縁体層および導体層が重畳される。これにより第２の層構成部分は例えばリジット部を構成し、第１の層構成部分であるフレックス部と共に、リジットフレックス多層基板が構成される。そして、前記信号配線３はその両者に跨がるようにして配設されている。
【００２８】
図２および図３は、前記したとおり図１におけａ−ａ線およびｂ−ｂ線より矢印方向に視た断面図である。すなわち、マイクロストリップ構造部分Ａ、およびストリップ構造部分Ｂを断面図で示している。
図２および図３に示すように、この実施の形態における前記信号配線４は、差動伝送路を構成しており、そのペア配線をそれぞれ符号４ａ，４ｂで示している。
【００２９】
この実施の形態においては、前記絶縁体層３としてフィルム状のベース基材が採用され、回路基板１のコアとして機能する前記ベース基材には、樹脂フィルム、繊維基材等が用いられる。
【００３０】
前記樹脂フィルムを構成する素材としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂等が挙げられる。
これらの中でもポリイミド樹脂または液晶ポリマーが好ましい。例えばポリイミド樹脂の場合は、耐熱性や機械特性に優れ、かつ入手するのが容易である。また、液晶ポリマーの場合は、その比誘電率の低さにより高速信号伝送用途に好適であり、かつ吸湿性の低さにより寸法安定性等にも優れる。
【００３１】
また、前記絶縁体層に用いられる繊維基材としては、例えばガラス繊布、ガラス不繊布等のガラス繊維基材、あるいはガラス以外の無機化合物を成分とする繊布又は不繊布等の無機繊維基材、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の有機繊維で構成される有機繊維基材等が挙げられる。これら基材の中でも強度、吸水率の点でガラス繊布に代表されるガラス繊維基材が好ましい。
【００３２】
前記絶縁体層に繊維基材を用いる場合においては、好ましくは前記繊維基材に樹脂を含浸させた状態で利用される。前記繊維基材に含浸される樹脂としては、好ましくはエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系などの熱硬化性樹脂が用いられ、これらの中でも耐熱性の面からエポキシ樹脂系が好ましい。
【００３３】
前記絶縁体層を構成するベース基材３の裏面（図１に示す下面）に配置された第１のグランド層２は、ベース基材３に直接設けられても良いが、接着剤を介して設けられていてもよく、この第１のグランド層２は銅素材による導電体により構成されている。このグランド層２には、平行四辺形の開口になされた多数の抜き孔が形成されている。なお、このグランド層５の具体的な構成については、図４に基づいて後で詳細に説明する。
【００３４】
また、前記ベース基材２の表面（図１に示す上面）に形成された信号配線４ａ，４ｂは銅素材により構成され、これはベース基材３に直接設けられても良いが、接着剤を介して設けられていてもよい。そして、信号配線４ａ，４ｂは、その端部もしくは適宜の中間部、例えば前記したリジット部などにおいて、図示しない半導体ディバイス等の実装パッドに接合され、回路基板１として機能する。
【００３５】
前記信号配線４ａ，４ｂを覆う第２の絶縁体層５においても、例えばガラス繊布、ガラス不繊布等のガラス繊維基材に例えばエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系などの熱硬化性樹脂を含浸させた状態で利用される。そして、第２の絶縁体層５の表面（図１に示す上面）には、第２のグランド層６が積層される。
【００３６】
この第２のグランド層６としての導電部は、前記した第１のグランド層２と同様に銅素材により構成することもでき、また導電性ペースト（銀ペースト）による印刷、もしくは導電性シールドフィルムを貼着することにより形成することもできる。
この第２のグランド層６にも、好ましくは平行四辺形の開口になされた多数の抜き孔が形成される。なお、前記第２のグランド層６の具体的な構成についても、後で詳細に説明する。
【００３７】
ところで、図１に示すマイクロストリップ構造を構成する第１の層構成部分Ａにおける、信号配線４（ペア配線４ａ，４ｂ）の特性インピーダンスＺｏは、前記したとおり信号配線の単位長さあたりのリアクタンスＬと、信号配線と第１のグランド層２との間における単位面積あたりの静電容量Ｃの比（リアクタンスＬ／静電容量Ｃ）の平方根で近似される値となる。
【００３８】
また、前記したストリップ構造を構成する第２の層構成部分Ｂにおける、信号配線４（ペア配線４ａ，４ｂ）の特性インピーダンスＺｏは、前記した第１のグランド層２との間において形成される容量結合に加えて、第２のグランド層６との間において形成される容量結合も作用することになる。
【００３９】
したがって、マイクロストリップ構造を構成する第１の層構成部分Ａ、およびストリップ構造を構成する第２の層構成部分Ｂに跨がって信号配線４を配設し、第１および第２の層構成部分における信号配線４の特性インピーダンスに変化が生じないようにするには、第１および第２の層構成部分の両者において、信号配線４と各グランド層２，６との容量結合が一定となる（変化しない）ように構成させる必要が生ずる。
【００４０】
図４は、ペア配線４ａ，４ｂとグランド層との容量結合を一定にさせる前記した課題を解決する具体例を示すものである。すなわち図４は、第１のグランド層２における第１の層構成部分Ａと第２の層構成部分Ｂとの境界部分を示したものであり、前記したペア配線４ａ，４ｂは、グランド層２に対して一定の距離、すなわち、図２に示す絶縁体層３の厚さを隔てて対峙した構成にされている。
【００４１】
この場合、前記第１のグランド層２には、それぞれメッシュ状の開口（平行四辺形になされた多数の抜き孔）２ａ，２ｂが施されると共に、前記第１の層構成部分Ａにおけるグランド層２の導体（銅）残存率に対して、前記第２の層構成部分Ｂにおけるグランド層２の導体（銅）残存率は小さくなるように構成される。
【００４２】
すなわち、第２の層構成部分Ｂは前記したとおり、ペア配線４ａ，４ｂに対して第２のグランド層６も絶縁体層５を介して対峙しており、ペア配線４ａ，４ｂに対して第２のグランド層６が容量結合として作用する分、ここでは第１のグランド層２との容量結合が少なくなるように構成される。
【００４３】
なお、前記第２のグランド層６が、ペア配線４ａ，４ｂに作用する容量結合の度合いは、前記した第２の絶縁体層５の厚さや素材等にも依存することになるが、第２のグランド層６として銅素材によるベタ電極を用いた場合には、これによる容量結合の度合いが増大する。
したがって、第２のグランド層６にベタ電極を用いる場合においては、第１のグランド層２の導体残存率はより小さくなるように構成する必要が生ずる。
【００４４】
この場合、第１のグランド層２の導体残存率が極端に小さくなされ、第２の層構成部分Ｂがストリップ構造としての機能が果たせなくなるような場合には、前記した第２のグランド層６にもメッシュ状の開口を施し、第２のグランド層６によるペア配線４ａ，４ｂに作用する容量結合の度合いを低く設定することが望ましい。
【００４５】
したがって、図には示していないが、第２のグランド層６に施されるメッシュ状の開口も、図４に示した第２の層構成部分Ｂにおけるメッシュ状の開口２ｂとほぼ同一寸法（ほぼ同一の導体残存率）となるように構成することが望ましい。
前記した構成にすることで、第１および第２の層構成部分Ａ，Ｂに跨がるペア配線４ａ，４ｂの特性インピーダンスＺｏがほぼ一定となるように容易に制御することができ、また、インピーダンスＺｏの調整のしやすさも向上させることができる。
【００４６】
それ故、図に示した差動伝送路を構成するペア配線４ａ，４ｂは、前記第１の層構成部分Ａと第２の層構成部分Ｂにかかわらず、線幅を同一に、かつ線間距離も同一となるように構成することができる。
【００４７】
また、前記した実施の形態においては、ペア配線による差動伝送路を構成した例を示しているが、シングルエンドの伝送路を採用する場合には、前記第１の層構成部分Ａと第２の層構成部分Ｂにかかわらず、線幅が同一となるように構成することができる。
これにより、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を享受することができる。
【００４８】
なお、以上説明した実施の形態においては、第１および第２のグランド層２，６に形成されるメッシュ状の開口は菱形になされているが、この開口はこれに限らず他の形状になされる場合もあり、その大きさ（開口面積）も、層構成部分ＡおよびＢ内において互いに異なるものであってもよい。
しかしながら、前記開口は菱形で、層構成部分ＡおよびＢ内において同じ大きさの開口面積になされた場合の方が、信号配線４ａ，４ｂの特性インピーダンスを高精度に制御することができる点で好ましい。
【００４９】
また、前記した実施の形態におけるグランド層は、回路の基準電位が印加される構成になされる場合もあり、また各ディバイスの動作電源が重畳される場合もある。したがって、グランド層に印加される電位は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１            回路基板
２            グランド層
２ａ，２ｂ    メッシュ状開口
３            絶縁体層（ベース基材）
４            信号伝送路（信号配線）
４ａ，４ｂ    ペア配線
５            第２の絶縁体層
６            第２のグランド層
Ａ            第１の層構成部分（マイクロストリップ構造部分）
Ｂ            第２の層構成部分（ストリップ構造部分）
【図１】
2011023547.tif 000003
【図２】
2011023547.tif 000004
【図３】
2011023547.tif 000005
【図４】
2011023547.tif 000006
【図５】
2011023547.tif 000007
【図６】
2011023547.tif 000008