(57)【要約】【課題】  高周波信号を伝送する線路の伝送損失を低コストで低減する。【解決手段】  高周波配線基板１０は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の一方の面に形成された信号線３０と、誘電体基板２０の他方の面に形成された接地導体４０と、信号線３０を被覆する被覆層５０と、被覆層５０で被覆された信号線３０を封止する封止層６０とを含む。誘電体基板２０は樹脂材料で構成され、被覆層５０には、封止層６０に比べて誘電正接が小さい材料が用いられる。【選択図】  図１
2005259908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一方の面に信号線が形成され、他方の面に接地導体が設けられた配線基板であって、
前記信号線を被覆する被覆層と、
前記信号線を封止する封止層と、
を備え、
前記誘電体基板は樹脂材料で形成され、
前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接より小さいことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
誘電体基板の一方の面に信号線が形成され、前記信号線の少なくとも片側に接地導体が近接して設けられた配線基板であって、
前記信号線を被覆する被覆層と、
前記信号線を封止する封止層と、
を備え、
前記誘電体基板は樹脂材料で形成され、
前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接より小さいことを特徴とする配線基板。
【請求項３】
前記被覆層の比誘電率は、前記封止層の比誘電率以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波（高速）信号を伝送する線路が配線された配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、高周波信号を伝送する線路が配線された従来の例を示す。ここで、誘電体基板１２０の表面には信号線１３０が形成され、誘電体基板１２０の裏面には接地導体１４０が形成される。また、図示していないが、誘電体基板１２０の表面には半導体素子や受動素子等の回路素子が配置され、回路素子を覆う封止層１６０が形成される。
【０００３】
このような配線基板に関して、伝送損失の低減を図るために、誘電体基板全体に吸水率が低いものを用いることにより誘電体損失が低減できることが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１２１９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、吸水率が低い材料は単価が高いため、誘電体基板全体の吸水率をさげようとすると材料費がかさみ、製造コストが増加するといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、誘電体基板の一方の面に信号線が形成され、他方の面に接地導体が設けられた配線基板であって、前記信号線を被覆する被覆層と、前記信号線を封止する封止層と、を備え、前記誘電体基板は樹脂材料で形成され、前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接より小さいことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、被覆層に電磁界が閉じこめられるため、封止層や配線基板外部に漏れ出す電磁界が減少する。このため、封止層の静電容量が低減し、封止層で生じる誘電体損失が抑制されるとともに、放射損失が抑制される。また、封止層に誘電正接が比較的大きい材料を用いることができるため、製造コストを低減することができる。
【０００７】
本発明の他の態様は、誘電体基板の一方の面に信号線が形成され、前記信号線の少なくとも片側に接地導体が近接して設けられた配線基板であって、前記信号線を被覆する被覆層と、前記信号線を封止する封止層と、を備え、前記誘電体基板は樹脂材料で形成され、前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接より小さいことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、被覆層に電磁界が閉じこめられ、封止層や配線基板外部に漏れ出す電磁界が減少する。このため、封止層で生じる誘電体損失が抑制されるとともに、放射損失が抑制される。また、封止層に誘電正接が比較的大きい材料を用いることができるため、製造コストを低減することができる。
【０００９】
上述したいずれの構成においても前記被覆層に電磁界を閉じこめる効果を高める観点から、前記被覆層の比誘電率は、前記封止層の比誘電率以上であってもよい。
【００１０】
また、上述したいずれの構成においても前記被覆層の誘電正接は、前記封止層の誘電正接の１０分の１以下であることが望ましい。これによれば、誘電正接が良好な被覆層による電磁界の閉じ込め作用による伝送損失の低減効果が顕著になるため、封止層により安価な材料を用いて配線基板の製造コストを効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の配線基板によれば、伝送損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、実施形態に係る高周波配線基板１０を示す断面図である。高周波配線基板１０は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の一方の面に形成された信号線３０と、誘電体基板２０の他方の面に形成された接地導体４０と、信号線３０を被覆する被覆層５０と、被覆層５０で被覆された信号線３０を封止する封止層６０とを含む。このように、高周波配線基板１０には、信号線３０と封止層６０との間に被覆層５０が設けられている。被覆層５０には、封止層６０に比べて誘電正接が小さい材料が用いられる。
【００１３】
誘電体基板２０は、樹脂材料で形成される基板である。樹脂材料としては、たとえば、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等を用いることができる。
【００１４】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＳ型樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１５】
メラミン誘導体としては、メラミン、メラミンシアヌレート、メチロール化メラミン、（イソ）シアヌール酸、メラム、メレム、メロン、サクシノグアミン、硫酸メラミン、硫酸アセトグアナミン、硫酸メラム、硫酸グアニルメラミン、メラミン樹脂、ＢＴレジン、シアヌール酸、イソシアヌール酸、イソシアヌール酸誘導体、メラミンイソシアヌレート、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン等のメラミン誘導体、グアニジン系化合物等が例示される。
【００１６】
液晶ポリマーとしては、芳香族系液晶ポリエステル、ポリイミド、ポリエステルアミドや、それらを含有する樹脂組成物が例示される。このうち、耐熱性、加工性および吸湿性のバランスに優れる液晶ポリエステルまたは液晶ポリエステルを含有する組成物が好ましい。
【００１７】
被覆層５０の材料としては、たとえば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂、及びこれらの混合物、さらに、これらの樹脂にカーボンブラックを、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化スズ、酸化鉄、酸化銅、タルク、雲母、カオリナイト、酸化カルシウム、シリカ、酸化チタン等の無機フィラーを混合したもの等を用いることができる。
【００１８】
封止層６０の材料としては、たとえば、エポキシ樹脂を用いることができる。
【００１９】
なお、ここでは、図示していないが、誘電体基板２０の信号線３０側には、半導体素子や受動素子等の回路素子が配置されている。半導体素子は、たとえば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等、受動素子は、たとえば、チップコンデンサ、チップ抵抗等である。また、図示していないが、誘電体基板２０上には配線パターンが形成され、回路素子と電気的に接続される。上記封止層６０は、回路素子も封止している。
【００２０】
本実施形態により伝送損失が低減されることの原理について説明する。図２は、マイクロストリップ線路による高周波配線基板１０の断面における等価回路を示す。図２の等価回路においては、被覆層５０、封止層６０、誘電体基板２０及び高周波配線基板１０外部の空気のそれぞれを介して発生する単位線路長あたりの静電容量CC, CM, CS, CRが信号線３０と接地導体４０との間に並列接続している。このような回路構成を備える線路全体の静電容量Ctは、下記（１）式で表すことができる。
【数１】
2005259908.tif 000003
【００２１】
線路の特性インピーダンス（Z0）は、上記CTを用いると下記（２）式で表される。なお、Lは信号線３０の断面形状で決まる単位線路長あたりのインダクタンスである。
【数２】
2005259908.tif 000004
【００２２】
線路の特性インピーダンスが一定であるという条件下、すなわち、CTおよびLが一定であるという条件の下では、封止層６０に比べて良好な誘電正接を有する被覆層５０が信号線３０と封止層６０との間に設けられていることにより、CTに対するCMの寄与CM/CT及びCTに対するCRの寄与CR/CTが減少し、封止層６０内部に分布する電磁界及び高周波配線基板１０外部の空気に放射される電磁界がそれぞれ減少する。これにより、封止層６０で生じる誘電体損失及び放射損失を低減させることができる。
【００２３】
被覆層５０を設けたことに伴って、被覆層５０にも一定量の電磁界が発生する。しかし、被覆層５０は誘電正接が良好な材料で構成されているため、被覆層５０における誘電体損失は影響が少ない。
【００２４】
このように、封止層６０より良好な誘電正接を有する被覆層５０を設けることにより、被覆層５０に電磁界が閉じこめられ、封止層６０に漏れる電磁界が減少する。このため、誘電体損失の大きい封止層６０における誘電体損失及び回路装置外部における放射損失を低減しつつ、被覆層５０における誘電体損失を抑制することにより、線路全体の伝送損失を低減することが可能となる。
【００２５】
なお、上記原理によれば、被覆層５０の比誘電率が高いほど、被覆層５０における静電容量の割合を高めることができるので、より効果的に伝送損失の低減が可能となる。
【００２６】
〔評価１〕  被覆層５０がある場合とない場合とで比較し、被覆層５０を設けたことによる伝送損失低減の効果を評価した。
【００２７】
（実施例１）  実施例１は図１に示した層構成を有し、信号線３０の線路幅[W]を180μm、線路導体厚[t]を25μmとした。誘電体基板２０の材料は液晶ポリマーであり、比誘電率は2.85、誘電正接は0.0025、厚み[H]は100μmである。被覆層５０の材料はポリイミドであり、比誘電率は3.9、誘電正接は0.0036、厚み[tc]は40μｍである。封止層６０の材料はエポキシ樹脂であり、比誘電率は3.6、誘電正接は0.006、厚みは650μｍである。実施例１の被覆層５０の誘電正接は、封止層６０の誘電正接よりも小さい。また、実施例１の被覆層５０の比誘電率は、封止層６０の比誘電率よりも大きい。
【００２８】
（比較例１）  比較例１は、実施例１から被覆層５０が除かれていること以外は、実施例１と同様な構成である。
【００２９】
（実施例２）  実施例２は、実施例１の封止層６０の誘電正接を0.06としたこと以外は、実施例１と同様な構成である。
【００３０】
（比較例２）  比較例２は、実施例２から被覆層５０が除かれていること以外は、実施例２と同様な構成である。
【００３１】
表１に、上記実施例１，２及び比較例１，２の層構成の断面寸法及び用いた材料の特性を示す。
【００３２】
【表１】
2005259908.tif 000005
【００３３】
【表２】
2005259908.tif 000006
【００３４】
〔評価結果１〕  上述した層構成の実施例１，２及び比較例１，２について、周波数10(GHz)における伝送損失を電磁界シミュレーションにより求めた。表２は、実施例１，２及び比較例１，２の伝送損失を示す。実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１は比較例１に比べて伝送損失が約0.02(dB/cm)少ないことがわかる。比較例１を基準とする実施例１の伝送損失の減少率は、約18%である。
【００３５】
実施例２と比較例２とを比較すると、実施例２は比較例２に比べて伝送損失が約0.15(dB/cm)少ないことがわかる。比較例２を基準とする実施例２の伝送損失の減少率は、約32%である。
【００３６】
このように、信号線３０と封止層６０との間に被覆層５０を設けることにより、伝送損失が改善されることが確認された。伝送損失の減少率は、実施例２及び比較例２の結果から明らかなように、封止層６０の誘電正接があまり良くない場合に特に顕著であることが確かめられた。このため、封止層６０に誘電正接があまり良くない材料を用いた場合でも、信号線３０と封止層６０との間に被覆層５０を設けることにより、伝送損失を抑制することが可能となり、封止層６０の単価を下げることにより、製造コストを低減することができる。
【００３７】
なお、表２には、特性インピーダンス及び実効比誘電率も示されており、実施例１，２の特性が比較例１，２と同等な特性を備えていることがわかる。
【００３８】
〔評価２〕  評価２では、誘電体基板２０の厚み[H]及び封止層６０の誘電正接が異なる複数の組み合わせの層構成において、被覆層５０の厚み[tc]を変えた場合の伝送損失を調べ、被覆層５０の厚み[tc]と伝送損失との関係について評価した。
【００３９】
（実施例３）  実施例３は、誘電体基板２０の厚み[H]を50μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例１の層構成と同様である。
【００４０】
（実施例４）  実施例４は、誘電体基板２０の厚み[H]を50μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例２の層構成と同様である。
【００４１】
（実施例５）  実施例５は、誘電体基板２０の厚み[H]を100μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例１の層構成と同様である。
【００４２】
（実施例６）  実施例６は、誘電体基板２０の厚み[H]を100μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例２の層構成と同様である。
【００４３】
（実施例７）  実施例７は、誘電体基板２０の厚み[H]を300μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例１の層構成と同様である。
【００４４】
（実施例８）  実施例８は、誘電体基板２０の厚み[H]を300μmとし、被覆層５０の厚み[tc]を25μｍ,50μｍ,100μｍ,150μｍ,200μｍと変えたこと以外は実施例２の層構成と同様である。
【００４５】
なお、上記実施例における信号線３０の線路幅[W]は、特性インピーダンスが一定となるように、誘電体基板２０の厚み[H]が50μm, 100μm,300μmのそれぞれの場合に対して、80μm,180μm,500μmと変化させている。表３に、上記実施例３〜８の層構成の断面寸法及び用いた材料の特性を示す。
【００４６】
【表３】
2005259908.tif 000007
【００４７】
〔評価結果２〕  図３は、上記実施例３〜８について、単位線路長当たりの伝送損失の被覆層厚み[tc]依存性を示す。図３には、比較のために上述した比較例１，２の伝送損失が×印でプロットされている。実施例４，６及び８において、伝送損失の被覆層厚み[tc]依存性、すなわち被覆層厚み[tc]が厚くなるほど伝送損失が減少するという傾向が顕著であることが確認できる。実施例４，６及び８は封止層６０の誘電正接がいずれも0.06であるのに対して、伝送損失の被覆層厚み[tc]依存性が少ない実施例３，５及び７では封止層６０の誘電正接は0.006である。このことから、誘電正接が悪い封止層６０を用いた場合に、被覆層５０の存在による封止層６０の静電容量の低減作用がより発揮される結果、伝送損失がより低減することが確かめられた。一般に、封止層６０用の材料は誘電正接が良好なほど高価であり、上述のように誘電正接が比較的悪い封止層６０を用いることができると、材料費の削減を図ることができ、結果として製造コストを安価にすることができる。  図３に示したような被覆層５０の存在による伝送損失の低減効果と誘電正接が比較的悪い封止層６０を用いることによる材料費削減の効果を加味すると、被覆層５０の誘電正接は、封止層６０の誘電正接の１０分の１以下であることが望ましい。
【００４８】
〔評価３〕  評価３では、伝送損失の周波数依存性について調べた。用いた試料は、上述の比較例２、及び実施例６のうち、被覆層厚み[tc]が100及び200μｍの計３点である。  
【００４９】
〔評価結果３〕  上記各試料について、線路長[L]が5(mm)のときの伝送損失を周波数を0〜20(GHz)の範囲で調べた結果を示す。図４は、伝送損失(dB)の周波数依存性を示すグラフである。
【００５０】
図４に示すように比較例２のように被覆層５０がない場合では、周波数が高くなるにつれて、伝送損失が大幅に上昇する。これに対して、実施例６のように被覆層５０がある場合（被覆層厚み[tc]100μmと200μmの場合）では、伝送損失の周波数が高くなっても、伝送損失上昇の度合いは被覆層５０がない場合に比べると穏やかであり、高周波になるほど、被覆層５０があることによる伝送損失抑制の効果が顕著になることが確かめられた。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５２】
たとえば、図５に断面を示したようなコプレナー線路において、封止層２６０の誘電正接より良好な被覆層２５０を信号線２３０と封止層２６０との間に設けることにより、伝送損失の低減を低コストで実現できる。また、図５の例では、誘電体基板２２０の両面に接地導体２４０ａ，２４０ｂ及び２４０ｃを配置する構造を示しているが、誘電体基板２２０を介して信号線２３０と反対面の接地導体２４０ａが無い構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態に係る高周波配線基板を示す断面図である。
【図２】高周波配線基板の断面における等価回路を示す図である。
【図３】実施例３〜８について、単位線路長当たりの伝送損失の被覆層厚み[tc]依存性を示すグラフである。
【図４】伝送損失(dB)の周波数依存性を示すグラフである。
【図５】被覆層を有するコプレナー線路の断面図である。
【図６】高周波信号を伝送する線路が配線された従来の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  高周波配線基板、２０  誘電体基板、３０  信号線、４０  接地導体、５０  被覆層、６０  封止層。
【図１】
2005259908.tif 000008
【図２】
2005259908.tif 000009
【図３】
2005259908.tif 000010
【図４】
2005259908.tif 000011
【図５】
2005259908.tif 000012
【図６】
2005259908.tif 000013