(57)【要約】【課題】  高周波信号の伝送損失を低減でき、かつ、クロストークノイズを抑制できる回路基板を提供する【解決手段】  絶縁基板と、前記絶縁基板の内部又は少なくとも一主面上に形成された配線層とを含む回路基板であって、前記絶縁基板が、２５℃で１ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）が０．００４〜０．０１の基板であり、前記配線層が、配線導体幅が４０μｍ以下の部分を有し、かつ、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１．５μｍ以下の層である、回路基板。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板の内部又は少なくとも一主面上に形成された配線層とを含む回路基板であって、
前記絶縁基板が、２５℃で１ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）が０．００４〜０．０１の基板であり、
前記配線層が、配線幅が４０μｍ以下の部分を有し、かつ、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１．５μｍ以下の層である、回路基板。
【請求項２】
前記配線層が、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１μｍ以下の層である、請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記配線層が、２以上の配線からなり、該配線間の間隔が２５μｍ以下の部分を有する層である、請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
マイクロストリップライン構造、又はストリップライン構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の回路基板。
【請求項５】
２ＧＨｚ以上の周波数の信号が伝送される回路基板である、請求項１〜４のいずれかに記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の伝送損失を低減でき、かつ、クロストークノイズを抑制できる回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報伝送は高速化・高周波化に動き出し、マイクロ波通信やミリ波通信が現実になってきている。高周波用の回路基板には、出力信号の質を確保するため、伝送損失を低減することが求められている。
伝送損失は、主に、誘電体に起因する誘電損失と、導体に起因する導体損失とからなる。誘電損失に関しては、誘電体の誘電率や誘電正接（ｔａｎδ）が小さくなるほど減少することが知られ、導体損失に関しては、周波数が高くなるほど電流が線路の表面に集中して抵抗値が高くなるため、損失量が増加することが知られている。
従来、伝送損失を低減するために、誘電体の誘電率や誘電正接を低くして誘電損失を低減化することが行われてきた。
【０００３】
また、高周波用の回路基板においては、隣接する配線からの信号の影響を受ける、いわゆるクロストークノイズが問題になってきている。特に、近年、上記のような伝送損失の低減化や、回路の高密度化に伴う、隣接する配線の近接化が原因で、クロストークノイズが発生しやすくなっている。
【０００４】
クロストークノイズを防止する技術に関しては、特許文献１には、絶縁層と、これらの絶縁層同士間にある配線層とを備えて構成され、配線層となる信号配線の間には、絶縁層よりも誘電損失が大きい配線間絶縁部が設けられている回路基板が記載されている。
しかしながら、特許文献１には、伝送損失の低減化を同時に達成する方法については開示されていない。また、この文献に記載の回路基板を製造する際は、信号配線間に絶縁部を設ける必要があるため、多くの工程が必要になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであり、高周波信号の伝送損失を低減でき、かつ、クロストークノイズを抑制できる回路基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決すべく、絶縁基板と、前記絶縁基板の内部又は少なくとも一主面上に形成された配線層とを含む回路基板について鋭意検討した。その結果、高周波信号の伝送においては、誘電損失を低減するよりも、導体損失を低減することがより有効であり、特に、回路の高密度化のために、配線幅が小さくなるほど、その傾向が高まることを見出した。そして、配線層の、絶縁基板と接する面を平坦化することで導体損失を低くし、合わせて、絶縁基板の誘電正接をある程度高くすることで、伝送損失を従来の水準に維持するとともに、クロストークノイズを抑制できることを見出し、以下の（１）〜（５）に記載の発明を完成するに至った。
【０００８】
（１）絶縁基板と、前記絶縁基板の内部又は少なくとも一主面上に形成された配線層とを含む回路基板であって、前記絶縁基板が、２５℃で１ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）が０．００４〜０．０１の基板であり、前記配線層が、配線幅が４０μｍ以下の部分を有し、かつ、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１．５μｍ以下の層である、回路基板。
（２）前記配線層が、絶縁基板絶と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１μｍ以下の層である、（１）に記載の回路基板。
（３）前記配線層が、２以上の配線からなり、該配線間の間隔が２５μｍ以下の部分を有する層である、（１）又は（２）に記載の回路基板。
（４）マイクロストリップライン構造、又はストリップライン構造を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載の回路基板。
（５）２ＧＨｚ以上の周波数の信号が伝送される回路基板である、（１）〜（４）のいずれかに記載の回路基板。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高周波信号の伝送損失を低減でき、かつ、クロストークノイズを抑制できる回路基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の回路基板の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の回路基板の構成を表す断面図である。
【図３】本発明の回路基板の構成を表す断面図である。
【図４】実施例（シミュレーション）で用いたモデルを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の回路基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の内部又は少なくとも一主面上に形成された配線層とを含む回路基板であって、前記絶縁基板が、２５℃で１ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）が０．００４〜０．０１の基板であり、前記配線層が、配線幅が４０μｍ以下の部分を有し、かつ、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１．５μｍ以下の層である、回路基板である。
【００１２】
本発明に用いる絶縁基板は、２５℃で１ＧＨｚにおける誘電正接が、０．００４〜０．０１であり、好ましくは、０．００８〜０．０１のものである。誘電正接を上記範囲とすることで、本発明の回路基板においては、クロストークノイズが抑制される。
絶縁基板としては、無機材料からなる無機基板、樹脂材料からなる樹脂基板、繊維材料と樹脂材料との複合材からなる基板等が挙げられる。
無機材料としては、シリカ、アルミナ、フォルステライト、及びホウ珪酸ガラスなどが挙げられる。
樹脂材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フッ素樹脂、スチレン樹脂、オレフィン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、及びトリアジン樹脂などが挙げられる。
複合材としては、上記樹脂材料をガラスクロス等の無機又は有機繊維材料に含浸させて得られる複合材が挙げられる。
絶縁基板には、充填剤を含有させることができる。充填剤を含有させることで、誘電正接を調整することができる。充填剤は無機系充填剤、有機系充填剤のいずれであってもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。充填剤の種類や配合量は特に制限されず、所望の誘電正接が得られるように適宜選択することができる。
【００１３】
配線層は、導体で形成された配線からなる層であって、配線幅が４０μｍ以下、好ましくは２５μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下の部分を有するものである。
配線層は、絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）が、１．５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以下である。表面粗さ（Ｒｚ）の下限は、通常、０．０３μｍである。１．５μｍ以下であることで、導体損失を十分に低減できる。なお、表面粗さ（Ｒｚ）は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に従って得られる十点平均粗さをいう。
【００１４】
本来、配線幅を狭くすると、導体損失の増加に伴い、伝送損失もまた増加するため、好ましくない。しかしながら、本発明においては、配線層の絶縁基板と接する面の表面粗さ（Ｒｚ）を小さくすることで、導体損失を大きく低下させることができるため、配線幅が狭いほど、本発明の効果（導体損失低減効果）がより発揮される。また、配線幅が上記範囲であることで、回路の高密度化を達成し易くなる。
【００１５】
配線層が、２以上の配線からなる場合、配線層は、該配線間の間幅が２５μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の部分を有する層であることが、本発明の効果がより顕著に得られる観点から、好ましい。配線間の間幅の下限は、通常、５μｍである。本来、２つの配線の間幅を狭くすると、クロストークノイズが発生しやすくなるため、好ましくない。しかしながら、本発明においては、上記のように、絶縁基板の誘電正接を高くすることで、クロストークノイズを抑制することができる。これにより、回路の高密度化を達成することができる。
【００１６】
配線層の厚さは、通常、１〜５０μｍ、好ましくは３〜３０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍである。
配線層を構成する導体の材料は特に制限されず、例えば銅を用いることができる。
【００１７】
配線層の形成方法は、特に制限されない。例えば、サブトラクティブ法を採用することで、配線層を形成することができる。具体的には、表面粗さ（Ｒｚ）が１．５μｍ以下の金属箔を絶縁層上に積層させ、次いで、前記金属箔上に、所定の配線パターンを有するエッチングレジスト膜を形成し、エッチング液を用いて不要部分の金属膜を除去し、最後に、エッチングレジスト膜を剥離することで、所定の配線パターンを有する配線層を形成することができる。
【００１８】
表面粗さ（Ｒｚ）が１．５μｍ以下の金属箔は、金属箔の表面を平滑処理することによって得ることができる。平滑処理としては、機械的研磨処理、プラズマ処理、化学的研磨処理、電気化学的溶解処理、めっき処理等が挙げられる。
【００１９】
機械的研磨処理としては、例えば、バフ研磨、砥石研磨、ブラシ研磨、研磨剤による研磨等が挙げられる。機械的研磨処理は、湿式研磨、乾式研磨のどちらでも良い。
プラズマ処理としては、例えば、グロー放電等が挙げられる。
化学的研磨処理としては、酸処理やアルカリ処理等の公知の方法を利用することができる。酸処理においては、通常、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸等の酸を含む酸性処理液が用いられ、アルカリ処理においては、通常、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基や、シアン塩、ピロリン酸塩等の塩を含むアルカリ性処理液が用いられ、これら処理液を金属箔表面に接触させることで、化学的研磨処理が行われる。処理の効率や処理液の管理の容易性の観点から、処理温度は、１０〜７０℃が好ましい。
【００２０】
電気化学的溶解処理は、金属箔を陽極（アノード）として処理液が満たされた電解槽に浸すことで行われる。電解槽内には、通常、金属箔面の対面に、導電性を有する材質の板（カソード）をセットする。カソードの材質としては、電解液に溶解しにくいものが好ましく、白金、チタン、ステンレス等が挙げられる。また、処理液としては、上記の化学研磨処理で挙げたものを用いることができる。電流密度は、１〜１００Ａ／ｄｍ２の範囲が好ましい。
【００２１】
めっき処理は、金属箔の表面に金属を付着させて平滑性めっき被膜を形成する方法である。例えば、硫酸銅めっき浴、シアン化銅めっき浴、ほうフッ化銅めっき浴、ピロリン酸銅めっき浴、スルファミン酸銅めっき浴を用いてめっき処理を行うことができる。めっき処理においては、０．０１μｍ以上の厚みのめっき被膜を形成することが好ましい。また、表面粗さを小さくするため、表面に付着させる結晶粒の大きさは、２０μｍ以下が好ましい。
なお、表面粗さ（Ｒｚ）が１．５μｍ以下の金属箔は、市販品として入手することも可能である。
【００２２】
本発明の回路基板は、上記構成を有する限り、その構造は制限されず、例えば、図１に示すマイクロストリップライン構造を有する回路基板、図２に示すストリップライン構造を有する回路基板、図３に示す２以上の配線層を有する多層回路基板が挙げられる。
【００２３】
本発明の回路基板は、上記特性を有するため、高周波（例えば、２ＧＨｚ以上、好ましくは、５〜２０ＧＨｚ）の信号が伝送される回路基板として好適に用いられる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例に基づき、より具体的に説明する。
本発明の回路基板の特性を示すため、３次元電磁界シミュレータＳｏｎｎｅｔ１２．５６（Ｓｏｎｎｅｔ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｉｎｃ．製）を用いて以下のように計算を行った。シミュレーション設定は以下の通りに設定した。
Ｃｅｌｌ  Ｓｉｚｅ：Ｘ；０．２ｍｍ、Ｙ；５．０ｅ−４ｍｍ
Ｂｏｘ  Ｓｉｚｅ：Ｘ；１０．０ｍｍ、Ｙ；０．４ｍｍ
絶縁基板厚：上下とも０．０３０５ｍｍ
配線厚：０．００９ｍｍ
配線厚を考慮した計算を行うために“Ｔｈｉｃｋ  Ｍｅｔａｌ  Ｍｏｄｅｌ”を選択し、“Ｎｕｍ．Ｓｈｅｅｔｓ”を１８とした。
【００２５】
同シミュレーションソフトでは導体表面の粗さを直接入力することはできないため、表面の粗さによって変化する導電率の実効的な値を代用し入力することにした。第１表は、「Allen F. Horn et al., Conductor Profile Effects on the Propagation Constant of Microstrip Transmission Lines, IMS2010 Dig., pp. 868-871, Jun. 2010」、「小林、吉冨、馬、  銅層形成ＣＯＰ基板のμ波特性評価、エレクトロニクス実装学会  Vol. 9, No. 3, pp. 1-4, (Nov. 6, 2009)」、および「日立化成技法No. 46（2006-1）」等の文献資料をもとに、表面の粗さによる各周波数での実効的な導電率の変化を示したものである。第２表は、第１表から導き出した実効導電率であり、かかる値を各周波数での導電率として入力した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
（実施例１）
実施例１のモデルの透視図を図４（ａ）に、その断面図を図４（ｂ）に、それぞれ示す。
配線（３２ａ）の幅は２０μｍ、厚さは９μｍ、長さは１０ｍｍである。信号は入力ポート１（３４）から入力され、出力ポート２（３５）から出力される。また、入力ポート１（３４）と出力ポート２（３５）をつなぐ配線（３２ａ）に平行して、ポート３（３６）とポート４（３７）をつなぐ配線（３２ｂ）が配置されている。配線（３２ａ）と配線（３２ｂ）の間隔は２０μｍである。
また、絶縁基板は、誘電体層（３１ａ）、および誘電体層（３１ｂ）から形成され、これらの誘電体層はともに、２５℃で１ＧＨｚの条件において、比誘電率が４．３、ｔａｎδが０．００４である。この絶縁基板の上下には、接地層として機能する導体層（３３ａ）、（３３ｂ）が配置されている。ここで誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）の厚さは、ポート１（３４）、ポート２（３５）、ポート３（３６）、ポート４（３７）の特性インピーダンスが全て５０Ωとなる厚さである３０．５μｍに設定した。配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の、誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）は０．４μｍ以下である。
【００２９】
（実施例２）
実施例１のモデルにおいて、誘電体層（３１ａ）及び（３１ｂ）を、それぞれ、比誘電率を４．３、ｔａｎδを０．０１に変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
（実施例３）
実施例１のモデルにおいて、配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）を、それぞれ、１．５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
（実施例４）
実施例１のモデルにおいて、誘電体層（３１ａ）及び（３１ｂ）を、それぞれ、比誘電率を４．３、ｔａｎδを０．０１に変更し、配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の、誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）を、それぞれ、１．５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
【００３０】
（比較例１）
実施例１のモデルにおいて、配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の、誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）を、それぞれ、３μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
（比較例２）
実施例１のモデルにおいて、誘電体層（３１ａ）及び（３１ｂ）を、それぞれ、比誘電率を４．３、ｔａｎδを０．００３に変更し、配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の、誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）を、それぞれ、１．５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
（比較例３）
実施例１のモデルにおいて、誘電体層（３１ａ）及び（３１ｂ）を、それぞれ、比誘電率を４．３、ｔａｎδを０．００３に変更し、配線（３２ａ）及び（３２ｂ）、並びに導体層（３３ａ）及び（３３ｂ）の、誘電体層（３１ａ）、（３１ｂ）と接する表面の粗さ（Ｒｚ）を、それぞれ、０．４μｍ以下に変更したこと以外は、実施例１と同様にした。
【００３１】
第３表に、実施例１〜４と比較例１〜３のシミュレーション結果を示す。周波数は２、５、１０、２０ＧＨｚにて計算を行った。
Ｓ１１はポート１での反射電力であり、値が小さいほど５０Ωに整合が取れていることになる。Ｓ２１はポート１から２への電力の伝送比であり、値が大きいほど伝送損失が小さく伝送されている。Ｓ４１は入力ポート１へ入力された電力がポート４へ漏れて出力された電力比であり、値が小さいほど、クロストークノイズが抑えられていることになる。
【００３２】
【表３】
2013077769.tif 000005
【００３３】
第３表より、実施例１〜４においては、従来技術に相当する比較例１に対して、いずれも各周波数において、Ｓ２１の値が大きく、Ｓ４１の値が小さい。すなわち、伝送損失が小さくクロストークノイズが抑えられていることがわかる。
また、実施例３においては、比較例２に対して、伝送損失は僅かに大きいが、クロストークノイズが大きく抑えられている。
また、実施例１においては、比較例３に対して、伝送損失は僅かに大きいが、クロストークノイズが大きく抑えられている。
なお、実施例１の条件にて、配線及び導体層を銅箔で形成し、誘電体層をシクロオレフィン樹脂で形成してなる絶縁基板を用い、同様の実験を行ったところ、概して実施例１の結果と同様の結果が得られることを確認した。
【符号の説明】
【００３４】
１，１１，２１：絶縁基板
２，１２，２２：配線
３，１３，２３：接地層
４：配線幅
５：２つの配線の間幅
３１ａ，３１ｂ：誘電体層
３２ａ，３２ｂ：配線
３３ａ，３３ｂ：導体層（接地層）
３４：入力ポート１
３５：出力ポート２
３６：ポート３
３７：ポート４
【図１】
2013077769.tif 000006
【図２】
2013077769.tif 000007
【図３】
2013077769.tif 000008
【図４】
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