(57)【要約】本発明は、多品種製造要求、短納期製造要求に対して対応が取りやすく、例えば、スイッチ回路、バラン回路、フィルタ回路としての市販チップ相当の特性が得られる、小型で小電力の有機樹脂多層基板である。本発明の有機樹脂多層基板は、導体配線層と有機樹脂絶縁層を交互に積層し、導体配線層として金属箔を積層して形成する有機樹脂多層基板であって、当該導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成したものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体配線層と有機樹脂絶縁層を交互に積層し、導体配線層として金属箔を積層して形成する有機樹脂多層基板であって、当該導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成したことを特徴とする有機樹脂多層基板。
【請求項２】
金属線路は、分布定数線路であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項３】
金属線路は、スイッチ回路、バラン回路又はフィルタ回路として動作することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項４】
有機樹脂多層基板の形成は、ガラスクロスに絶縁樹脂を含浸乾燥させたプリプレグと金属箔を使用したコア材に、プリプレグと金属箔を順次積層し、積層プレス機で加圧成型することを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１つの項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項５】
金属箔は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、スズのうちから選ばれた一種又は二種以上からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１つの項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項６】
金属線路は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、スズのうちから選ばれた一種又は二種以上からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１つの項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項７】
コア材の成型硬化後における電気特性及び硬化前のプリプレグの電気特性は、それぞれ、誘電率が２．５〜１５（１ＧＨｚ）であり、誘電正接が０．００１〜０．００５（１ＧＨｚ）であることを特徴とする請求の範囲第４項〜第６項のいずれか１つの項に記載の有機樹脂多層基板。
【請求項８】
コア材の成型硬化後における厚み及び硬化前のプリプレグの厚みは、それぞれ、３０〜３５０マイクロメートルであることを特徴とする請求の範囲第４項〜第７項のいずれか１つの項に記載の有機樹脂多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、導体配線層と有機樹脂絶縁層を交互に積層した有機樹脂多層基板であって、当該導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成した有機樹脂多層基板に関する。
【背景技術】  情報化社会の進展に伴い、情報の伝達量が増大して伝達速度の高速化が求められ、使用周波数が高周波帯域に移行し始めている。
携帯型無線通信機器に代表されるように、電子機器は、軽薄小型化が求められ、実装密度の高いプリント配線板が求められているが、通信機能部分は、ＬＳＩとアンテナ、スイッチ、フィルタなど多数の部品が必要であるため、小型化に制約が起きている。
また、使用時間の長時間化など、消費電力の省電化が求められているため、配線線路長が短く、かつ損失も小さい、小型省電力の機能回路内蔵基板が求められている。
機器が多様化していく現在、部品点数削減のためにコンデンサ、抵抗を内蔵させる部品内蔵の手法が取られている。
しかしながら、多品種製造要求、短納期製造要求に対し、設計変更が難しく、量産立ち上がりの遅い点がある。
そこで、本発明は上記の点に鑑みて、多品種製造要求、短納期製造要求に対して対応が取りやすく、市販チップ相当のスイッチ回路、バラン回路、フィルタ回路としての特性が得られる、小型で小電力の有機樹脂多層基板の提供を目的とするものである。
【発明の開示】
本発明者は、前記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、導体配線層と有機樹脂絶縁層を交互に積層し、導体配線層として金属箔を積層して形成する有機樹脂多層基板の当該導体配線層に、使用する周波数帯域における中心周波数の１／２波長（以下、「λ／２」とすることがある。）又は１／４波長（以下、「λ／４」とすることがある。）の線路長をもつ金属線路を形成したことにより、前記従来の問題点を解決することができること見い出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の有機樹脂多層基板は、導体配線層と有機樹脂絶縁層を交互に積層し、導体配線層として金属箔を積層して形成する有機樹脂多層基板であって、当該導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成したことを特徴とするものである。
本発明においては、導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成する。この金属線路は、ＲＦ回路として動作させることができるため、本発明の有機樹脂多層基板は、多品種製造要求、短納期製造要求に対して対応が取りやすくなる。
動作帯域における中心周波数の１／２波長の線路長の金属線路の両端を開放するか又は動作帯域における中心周波数の１／４波長の線路長の金属線路の片側を開放し、反対側を短絡すると、その周波数に対する共振器を構成することができる。
なお、共振器の場合には、線路長が短くなれば、短い波長の共振器となり、動作帯域が短い波長に対応する周波数にずれるため、金属線路は、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長にする必要がある。
１／４波長の線路は、他にインピーダンス変換回路としても利用でき、特性インピーダンスＺ０の線路の片方からみたインピーダンスがＺの場合には、反対から見ると、そのときのインピーダンスは、Ｚ２／Ｚ０となる。
例えば、特性インピーダンス５０Ωである１／４波長の線路の片側を１００Ωとすると、反対からみたインピーダンスは、５０２／１００＝２５Ωとなる。また、片側を開放にすると、５０２／（無限大）＝０となり、短絡する。
１／２波長の線路は、１／４波長を２つ縦に接続した形になるため、インピーダンスの変換という意味では、反対側のインピーダンスと同じ値になる。
なお、インピーダンスの変換回路の場合には、線路長が短くなれば、同じように変換しようとしたインピーダンスが短い波長に対応する周波数にずれ、動作周波数では異なったインピーダンスに変換されるため、金属線路は、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長にする必要がある。
本発明において用いる有機樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂を例示することができる。
本発明において、導体配線層に、動作帯域における中心周波数の１／２波長又は１／４波長の線路長をもつ金属線路を形成する方法としては、例えば、フォトリソ回路形成法を用いてパターン形成する方法を例示することができるが、これに限定されず、公知の方法も用いることができる。
なお、二以上の金属路線は、それぞれ同じ平面上に形成されてもよく、異なる平面上に形成されてもよい。
導体配線層の層間の接続には、ｖｉａ配線が用いられる。
本発明において、金属線路は、分布定数線路（結合線路）とすることができる。
周波数（ｆ）が高くなると、小さなインダクタンス（Ｌ）や容量（Ｃ）でもインピーダンスやアドミッタンスが大きくなる。例えば、線路には必ずインダクタンスがあり、線路と周囲の導体やグラウンドとの間には、基板で分離されていても必ず容量を持つ。それゆえ、電気回路においては、第１図のように、電流の流れる部分にはインダクタンスＬが存在し、基板部分には容量Ｃが存在することになる。
複数の線路間では電磁界の結合により、線路間で信号のやりとりが起きる。
各線路で共振器を作成し、線路間の信号の伝送を、２線路の間隔等を調整することにより、線路間の結合を適正な量にすれば、帯域通過フィルタが構成できる（第２図）。
３本の結合線路で中央の線路から両側の片方には同じ位相の、もう一方には逆位相の信号が同じ振幅で励起されるように結合量を設計すればバランが構成できる。
このように線路間の結合を利用することで、種々の回路を構成できる。
なお、本発明において、金属線路は、例えば、スイッチ回路、バラン回路又はフィルタ回路として動作させることができる。
本発明において、有機樹脂多層基板の形成は、ガラスクロスに絶縁樹脂を含浸乾燥させたプリプレグと金属箔を使用したコア材に、プリプレグと金属箔を順次積層し、積層プレス機で加圧成型することにより行うことができる。
ここで、絶縁樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂を例示することができる。
また、金属箔としては、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、スズのうちから選ばれた一種又は二種以上からなるものとすることができ、金属線路としては、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、スズのうちから選ばれた一種又は二種以上からなるものとすることができる。
なお、ここにいう「銅」には、例えば、銅張り積層板の銅箔、化学銅、電解銅などが含まれる。また、例えば、回路の導体として、銅張り積層板の銅箔及び化学銅、電解銅を使用し、誘電体として銅張り積層板の絶縁層を使用することは好ましい。
高密度の回路集積では、回路間干渉が設計精度の障害となる。設計方法では干渉を考慮した分布定数線路（結合線路）を用いた設計を行うにあたり、解析的手法、シミュレーションを用い、有機樹脂絶縁層と導体配線層の誘電率、誘電正接の相互関係、また導体配線層や金属線路の幅、間隔、厚みなどを電磁界解析、シミュレーション技術により設計を行う。
実回路として実現させるには、コア材の成型硬化後における電気特性及び硬化前のプリプレグの電気特性は、それぞれ、誘電率が２．５〜１５（１ＧＨｚ）であり、誘電正接が０．００１〜０．００５（１ＧＨｚ）であることが好ましい。また、コア材の成型硬化後における厚み及び硬化前のプリプレグの厚みは、それぞれ、３０〜３５０マイクロメートルであるのが好ましい。
なお、本発明の有機樹脂多層基板としては、例えば、ガラスクロスに絶縁樹脂としてポリフェニレンエーテル樹脂を含浸乾燥させたプリプレグに、厚さ１２マイクロメートルの銅箔を両面張り合わせた、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である成型硬化後のコア材に、金属線路をパターン形成して、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である硬化前のプリプレグを積層し、積層プレスで加熱、加圧処理した後、銅箔とプリプレグを順次積層して、積層プレスで加熱、加圧処理し、孔径が０．３ｍｍのスルーホール、メッキ厚さが１０マイクロメートル、総板厚が０．８ｍｍの５層基板としたものを例示することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、分布定数線路を示す概念図である。図中、１ａは線路であり、１ｂはプリント基板であり、１ｃはグラウンドである。また、Ｌはコイルであり、Ｃはコンデンサである。第２図は、結合線路による帯域通過フィルタの一例を示す図である。図中、１，２は２本の線路の入力端子であり、３，４は２本の線路の出力端子である。また、εｒは比誘電率であり、Ｓは結合線路の間隔であり、ｔは線路金属の厚さである。さらに、Ｗ１，Ｗ２は１，２の線路の幅であり、Ｌは線路の長さである。第３図は、本発明の有機樹脂多層基板のうち、スイッチ回路として動作する部分についての等価回路図の一実施例である。第４図は、本発明の有機樹脂多層基板のうち、スイッチ回路として動作する部分についての金属線路のパターン図の一実施例である。第５図は、本発明の有機樹脂多層基板のうち、バラン回路として動作する部分についての等価回路図の一実施例である。第６図は、本発明の有機樹脂多層基板のうち、バラン回路として動作する部分についての金属線路のパターン図の一実施例である。第７図は、第６図に示す金属線路のパターン図を組み込んだ有機樹脂多層基板についてのバランの周波数特性を示すグラフである。第８図は、本発明の有機樹脂多層基板のうち、フィルタ回路として動作する部分についての金属線路のパターン図の一実施例である。第９図は、第８図に示す金属線路のパターン図組み込んだ有機樹脂多層基板についてのフィルタの周波数特性を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好ましい実施形態を説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の態様に変更可能である。
（実施例１）スイッチ回路
本発明の有機樹脂多層基板において、スイッチ回路として動作する部分の等価回路図の一実施例を第３図に示し、金属線路のパターン図の一実施例を第４図に示す。
入力端子から入力された信号は、短絡したピンダイオードに接続された経路に伝えられるが、開放されたピンダイオードに接続された経路には伝えられない。
従って、第３図のように、１／４波長の金属線路とピンダイオードを配置して、一方のピンダイオード（ピンダイオード２）のバイアスをＯＮにし、他方のピンダイオード（ピンダイオード３）のバイアスをＯＦＦにすると、一方のピンダイオードを接続した側（ポート２）のみに信号を伝えることができる。この場合、逆に、一方のピンダイオード（ピンダイオード２）のバイアスをＯＦＦにし、他方のピンダイオード（ピンダイオード３）のバイアスをＯＮにすると、他方のピンダイオードを接続した側（ポート３）のみに信号を伝えることができる。
よって、本発明の有機樹脂多層基板は、スイッチ回路の特性について、市販チップ部品相当の性能が得られることが明らかとなった。
（実施例２）バラン回路
本発明の有機樹脂多層基板において、非平衡端子のインピーダンス５０Ω、平衡端子のインピーダンス５０Ωのバラン回路として動作する部分についての等価回路図の一実施例を第５図に示し、金属線路のパターン図の一実施例を第６図に示す。
本実施例では、ガラスクロスに絶縁樹脂としてポリフェニレンエーテル樹脂を含浸乾燥させたプリプレグに、厚さ１２マイクロメートルの銅箔を両面張り合わせた、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である成型硬化後のコア材に、第６図に示した金属線路をパターン形成して、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である硬化前のプリプレグを積層し、積層プレスで加熱、加圧処理した。その後、銅箔とプリプレグを順次積層し、積層プレスで加熱、加圧処理して、第６図に示した金属線路を組み込んだ、本発明となる有機樹脂多層基板２（５層基板）を作成した。
なお、金属線路の特性インピーダンスが５０Ωとなるよう、第６図に示した金属線路の線路の厚さは、２２マイクロメートルとし、線路の線路幅は１９５マイクロメートルとした。
得られた有機樹脂多層基板２について、ネットワークアナライザーを使用し、平衡端子２への透過特性（Ｓ２１）及び平衡端子３への透過特性（Ｓ３１）を測定した。得られた測定値をデータとして計算式に当てはめ、グラフを作成した。その結果を第７図に示す。第７図より、本発明の有機樹脂多層基板は、バラン回路の特性について、市販チップ部品相当の性能が得られることが明らかとなった。
（実施例３）フィルタ回路
本発明の有機樹脂多層基板において、帯域通過フィルタ回路は、例えば、１／２波長の共振器を１／４波長ずつずらして結合させることにより得ることができる。
本発明の有機樹脂多層基板において、フィルタ回路として動作する部分についての金属線路のパターン図の一実施例を第８図に示す。
本実施例では、ガラスクロスに絶縁樹脂としてポリフェニレンエーテル樹脂を含浸乾燥させたプリプレグに、厚さ１２マイクロメートルの銅箔を両面張り合わせた、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である成型硬化後のコア材に、図８に示した金属線路をパターン形成して、厚さが２００マイクロメートル、誘電率が３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接が０．００４（１ＧＨｚ）である硬化前のプリプレグを積層し、積層プレスで加熱、加圧処理した。その後、銅箔とプリプレグを順次積層し、積層プレスで加熱、加圧処理をして、第８図に示した金属線路を組み込んだ、本発明となる有機樹脂多層基板３（５層基板）を作成した。
なお、第８図に示した金属線路のパターンの線路幅及び間隔は、上から（２１０マイクロメートル，７２マイクロメートル）、（２３６マイクロメートル，２２８マイクロメートル）、（２３６マイクロメートル，２２８マイクロメートル）、（２１０マイクロメートル、７２マイクロメートル）とした。
得られた有機樹脂多層基板３について、ネットワークアナライザーを使用して、反射損失（Ｓ１１）及び挿入損失（Ｓ２１）を測定し、得られた測定値をデータとして計算式に当てはめ、グラフを作成した。その結果を第９図に示す。第９図より、本発明の有機樹脂多層基板は、フィルタ回路の特性について、市販チップ部品相当の性能が得られることが明らかとなった。
（実施例４）有機樹脂多層基板の製造
本実施例では、スイッチ回路、バラン回路及びフィルタ回路として動作する金属線路を含む本発明の有機樹脂多層基板となる５層基板を製造した。
即ち、ガラスクロスに絶縁樹脂としてポリフェニレンエーテル樹脂を含浸乾燥させたプリプレグに、導体配線層としての厚さ１２マイクロメートルの銅箔を両面張り合わせ、板厚０．２ｍｍの銅張りの積層板を作成し、その後、ワークサイズ（例えば、３４０ｍｍ×５１０ｍｍ）に切断し、コア材４ａとした。なお、コア材４ａの成型硬化後における誘電率は３．６（１ＧＨｚ）、誘電正接は０．００４（１ＧＨｚ）であった。
コア材４ａの導体配線層の片面（Ｌ３層）にフィルタ回路とスイッチ回路となる金属線路をそれぞれ一組パターン形成し、コア材４ａの表面と裏面のそれぞれに、有機樹脂絶縁層としてのプリプレグ０．１ｍｍを介して、導体配線層としての厚さ１２マイクロメートルの銅箔（Ｌ２層、Ｌ４層）を積層し、積層プレスで加熱、加圧処理して３層基板４ｂを得た（板厚０．４ｍｍ）。
得られた３層基板４ｂの所定の場所に、例えば、ＮＣ穴あけ機を用いて、貫通穴（Ｌ２層／Ｌ４層）及びメクラ穴（Ｌ２層／Ｌ３層、Ｌ３層／Ｌ４層）を形成し、その後、化学銅、電解銅メッキ法を用いて、貫通穴及びメクラ穴内を含む全面に銅メッキを施した。なお、めっき厚みは１５マイクロメートルとした。
次に、フォトリソ回路形成法を用いて、３層基板４ｂの導体配線層のＬ２層とＬ４層のそれぞれにバラン回路となる金属線路をそれぞれ一組パターン形成した。
次いで、３層基板４ｂの表面と裏面のそれぞれに、有機樹脂絶縁層としてのプリプレグ０．１ｍｍを積層し、最外層に厚さ１２マイクロメートルの銅箔（Ｌ１層、Ｌ５層）を使用して、積層プレスで加熱、加圧処理で５層基板４ｃを得た（板厚０．８ｍｍ）。
得られた５層基板４ｃの所定の場所に、ＮＣ穴あけ機を用いて、貫通穴（Ｌ１層／Ｌ５層）及びメクラ穴（Ｌ１層／Ｌ２層、Ｌ４層／Ｌ５層）を形成した。
次に、５層基板４ｃに化学銅、電解銅メッキ法を用いて、貫通穴及びメクラ穴内を含む全面に銅メッキを施した。なお、めっき厚みは１５マイクロメートルとした。
次いで、５層基板４ｃにフォトリソ回路形成法を用いて、Ｌ１層及びＬ５層についてパターン形成を行った（Ｌ１層、Ｌ５層のグランド層）。
以上の製造工程を経て、電気メッキで接続された、スイッチ回路、バラン回路及びフィルタ回路の機能回路を含む、本発明となる有機樹脂多層基板４を得た。
得られた有機樹脂多層基板４を、ネットワークアナライザーを用いて電気特性を測定したところ、機能特性は設計値に近い数値が測定できた。
これにより、本発明の有機樹脂多層基板は、スイッチ回路、バラン回路及びフィルタ回路を併存させた場合であっても、これらの回路の特性について、市販チップ部品相当の性能が得られることが明らかとなった。
【産業上の利用の可能性】
本発明の有機樹脂多層基板は、多品種製造要求、短納期製造要求に対して対応が取りやすく、例えば、スイッチ回路、バラン回路、フィルタ回路の特性について、市販チップ部品相当の性能が得られるため、多層基板内に回路を集積することで、抜本的な小型化が可能になる。このことは、高周波において著しくなる回路間の接続時の損失低減につながり、低損失化にも寄与する。
また、分布定数線路による設計は、寄生容量も含めて設計できるため、設計誤差が小さく、これによっても高性能化が実現される。
さらに、樹脂基板は材料が安価であるため、セラミック等の無線回路と比べて安価に製造することができる。
またさらに、プリント基板内に回路が内蔵されることで、通常挿入されている接地層により高周波回路が囲まれ、不要放射も低減することもできる。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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