JP4981618B2 - 配線回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、グランド導体層を有する配線回路基板に関する。

配線回路基板は、例えば、絶縁層の一面に信号伝送線が形成され、他面にグランド導体層が形成された構造を有する。配線回路基板上には種々の回路素子が実装される。信号伝送線を通して高周波デジタル信号が伝送される場合には、回路素子の入出力インピーダンスと信号伝送線の特性インピーダンスとを整合させる必要がある。

そこで、グランド導体層に規則的な開口部を形成し、信号伝送線とグランド導体層とが対向する領域の面積を調整することにより、信号伝送線の特性インピーダンスを調整することが提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００６−３１５４５号公報

しかしながら、上記の配線回路基板においては、高周波デジタル信号の伝送時に、信号伝送線から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層の開口部を介して外部へ放射されることがある。その場合、他の電子機器の誤動作または故障等が発生することがある。

本発明の目的は、高周波信号の伝送時におけるノイズの放射が抑制された配線回路基板を提供することである。

（１）本発明に係る配線回路基板は、絶縁材料からなる第１の絶縁層と、第１の絶縁層の一面に形成された信号伝送線と、第１の絶縁層の他面に形成され、第１の絶縁層を挟んで信号伝送線と対向する領域に開口部を有するグランド導体層と、開口部を覆うように形成されたシールド導体層と、開口部を埋めるようにシールド導体層上に形成される第２の絶縁層とを備えるものである。

この配線回路基板においては、グランド導体層が、第１の絶縁層を挟んで信号伝送線と対向する領域に開口部を有する。それにより、信号伝送線とグランド導体層との間の静電容量を減少させることができ、信号伝送線の特性インピーダンスを高くすることができる。

さらに、開口部を覆うようにシールド導体層が形成されているので、高周波デジタル信号の伝送時に、信号伝送線から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層の開口部を通して外部に放射されることが抑制される。したがって、他の電子機器の誤作動および故障等の発生を防止することができる。
また、開口部を埋めるようにシールド導体層上に第２の絶縁層が形成されるので、信号伝送線とグランド導体層との間の静電容量を十分に減少させることができる。それにより、信号伝送線の特性インピーダンスを十分に高くすることができる。

（２）シールド導体層は、グランド導体層に電気的に接続されてもよい。この場合、シールド導体層の電位を安定に維持することができる。それにより、シールド導体層から二次的にノイズが発生することが防止される。その結果、配線回路基板の外部にノイズが放射されることが十分に抑制される。

（３）シールド導体層は、開口部を挟むように開口部の両側でグランド導体層に接触してもよい。

この場合、グランド導体層の一面側において、シールド導体層により開口部が取り囲まれる。それにより、開口部を通した外部へのノイズの放射を十分に抑制しつつ、シールド導体層から二次的にノイズが発生することを防止することができる。その結果、配線回路基板の外部にノイズが放射されることが十分に抑制される。

（４）開口部における第２の絶縁層の厚みはグランド導体層の厚みよりも大きくてもよい。

この場合、信号伝送線とシールド導体層との間の静電容量を小さくすることができる。それにより、信号伝送線の特性インピーダンスを高くすることができる。

（５）開口部における第２の絶縁層の厚みとグランド導体層の厚みとの差は２μｍ以上であってもよい。

この場合、信号伝送線とシールド導体層との間の静電容量を十分に小さくすることができる。それにより、信号伝送線の特性インピーダンスを十分に高くすることができる。

（６）グランド導体層は、第１の絶縁層を挟んで信号伝送線と対向する領域に開口部を複数有し、シールド導体層は、複数の開口部を覆うように形成されてもよい。

この場合、グランド導体層の開口部の数を調整することにより、信号伝送線とグランド導体層との間の静電容量を容易に調整することができる。それにより、信号伝送線の特性インピーダンスを容易に調整することができる。

また、複数の開口部を覆うようにシールド導体層が形成されているので、高周波デジタル信号の伝送時に、信号伝送線から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層の複数の開口部を通して外部に放射されることが確実に抑制される。したがって、他の電子機器の誤作動または故障等が発生することが十分に防止される。

本発明によれば、高周波デジタル信号の伝送時に、信号伝送線から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層の開口部を通して外部に放射されることが抑制される。したがって、他の電子機器の誤作動および故障等の発生を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る配線回路基板について図面を参照しながら説明する。

（１）配線回路基板の構成
図１は、本実施の形態に係る配線回路基板の構成を示す模式的断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る配線回路基板１００においては、例えばポリイミドからなるベース絶縁層１の上面に例えば銅からなる信号伝送線２が形成されている。信号伝送線２は、種々の回路素子（図示せず）に接続される。

信号伝送線２を覆うように、ベース絶縁層１上に接着材層３を介して例えばポリイミドからなるカバー絶縁層４が形成されている。カバー絶縁層４上に、信号面シールド層５がめっき、スパッタリング、印刷または塗布によって形成されている。信号面シールド層５は、銅、クロム、ニッケル、チタン、アルミニウム、金もしくは銀等の金属、またはこれら金属の複合材料からなる。信号面シールド層５上に、例えばエポキシ樹脂からなる保護層６が形成されている。

ベース絶縁層１の下面には、例えば銅からなるグランド導体層７が形成されている。ベース絶縁層１を挟んで信号伝送線２と対向するグランド導体層７の領域にはメッシュ部７０が形成されている。メッシュ部７０の詳細については後述する。

グランド導体層７のメッシュ部７０の領域を覆うように、例えばエポキシ樹脂からなるグランド面絶縁層８が形成されている。また、グランド面絶縁層８を覆いかつグランド面絶縁層８の外側でグランド導体層７と接触するように、グランド面シールド層９がめっき、スパッタリング、印刷または塗布によって形成されている。グランド面シールド層９は、銅、クロム、ニッケル、チタン、アルミニウム、金もしくは銀等の金属、またはこれら金属の複合材料からなる。グランド面シールド層９を覆うようにグランド導体層７上にソルダーレジスト層１０が形成されている。

ベース絶縁層１の厚みは例えば５μｍ以上６０μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。信号伝送線２の厚みは例えば８μｍ以上３５μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上２５μｍ以下である。信号伝送線２の幅は例えば１５μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以上１５０μｍ以下である。

接着材層３の厚みは例えば９μｍ以上５０μｍ以下であり、好ましくは１１μｍ以上４０μｍ以下である。カバー絶縁層４の厚みは５μｍ以上６０μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。信号面シールド層５の厚みは例えば０．０５μｍ以上５０μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ以上３０μｍ以下である。保護層６の厚みは２μｍ以上４０μｍ以下であり、好ましくは４μｍ以上３０μｍ以下である。

グランド導体層７の厚みは例えば８μｍ以上３５μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上２５μｍ以下である。グランド面絶縁層８とグランド面シールド層９との間のグランド面絶縁層８の厚みｔは例えば２μｍ以上４０μｍ以下であり、好ましくは、４μｍ以上３０μｍ以下である。グランド面シールド層９の厚みは例えば０．０５μｍ以上５０μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ以上３０μｍ以下である。ソルダーレジスト層１０の厚みは例えば２μｍ以上４０μｍ以下であり、好ましくは４μｍ以上３０μｍ以下である。

グランド導体層７のメッシュ部７０の詳細について説明する。図２は、メッシュ部７０の形状、およびメッシュ部７０と信号伝送線２との位置関係について説明するための模式的平面図である。

図２に示すように、メッシュ部７０は、信号伝送線２に対向する領域において信号伝送線２より幅広に設けられている。メッシュ部７０は、信号伝送線２に沿うように設けられたメッシュ線７０ａ、およびそのメッシュ線７０ａに交差するように設けられた複数のメッシュ線７０ｂ，７０ｃを有する。

複数のメッシュ線７０ｂは、メッシュ線７０ａに対して所定の角度（例えば６０°）をなすように等間隔で平行に設けられている。複数のメッシュ線７０ｃは、メッシュ線７０ａに関して複数のメッシュ線７０ｂに対称に設けられている。本実施の形態では、メッシュ線７０ａ，７０ｂ，７０ｃが、複数の正三角形状の開口部７ａを形成する。

このように、信号伝送線２に対向するグランド導体層７の領域に、複数の開口部７ａが形成されることにより、信号伝送線２とグランド導体層７とが対向する面積が減少する。それにより、信号伝送線２とグランド導体層７との間の静電容量が減少し、信号伝送線２の特性インピーダンスが高くなる。したがって、信号伝送線２が接続される回路素子の入出力インピーダンスが高い場合においても、回路素子の入出力インピーダンスと信号伝送線２の特性インピーダンスとを整合させることが可能となる。

なお、開口部７ａにおけるグランド面絶縁層８の厚みは、グランド導体層７の厚みよりも大きく形成される。メッシュ部７０により信号伝送線２のインピーダンスを確実に高くするためには、グランド導体層７とグランド面シールド層９との間のグランド面絶縁層８の厚みｔ（図１）が２μｍ以上であることが好ましい。一方、厚みｔが４０μｍよりも大きいと、ソルダーレジスト層１０を形成することが困難となる。したがって、厚みｔは、２μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。

メッシュ線７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅は例えば３０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下である。正三角形状の開口部７ａの一辺の長さは例えば１００μｍ以上１５００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。また、メッシュ部７０の全体の面積に対する複数の開口部７ａの面積の割合（以下、開口率と呼ぶ）は例えば３０％以上９０％以下であり、好ましくは４０％以上８０％以下である。

なお、正三角形状の開口部７ａの代わりに、直角三角形等の他の三角形状の開口部を形成してもよい。また、四角形状または円形状等の三角形状以外の開口部を形成してもよい。

（２）本実施の形態の効果
本実施の形態に係る配線回路基板１００においては、グランド導体層７のメッシュ部７０を覆うように、グランド面絶縁層８を介してグランド面シールド層９が形成されている。この場合、高周波デジタル信号の伝送時に、信号伝送線２から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層７のメッシュ部７０を通して外部に放射されることが抑制される。

また、グランド面シールド層９がメッシュ部７０の両側でグランド導体層７に接触しているので、グランド面シールド層９の電位を安定に維持することができる。そのため、外部へのノイズの放射を十分に抑制しつつ、グランド面シールド層９から二次的にノイズが発生することが防止される。

これらにより、配線回路基板１００からのノイズの放射を十分に抑制することができる。したがって、他の電子機器の誤作動および故障等の発生を十分に防止することができる。

（３）実施例および比較例
（３−１）実施例
本実施例では、図１に示した構成を有する配線回路基板１００を作製し、ノイズの放射量を調べた。

ベース絶縁層１の厚みを２５μｍとし、信号伝送線２の厚みを１２μｍとし、接着剤層３の厚みを１５μｍとし、カバー絶縁層４の厚みを２５μｍとし、信号面シールド層５の厚みを２０μｍとし、保護層６の厚みを１５μｍとした。

また、グランド導体層７の厚みを１２μｍとし、グランド面絶縁層８の厚みを２０μｍとし、グランド面シールド層９の厚みを２０μｍとし、ソルダーレジスト層１０の厚みを１５μｍとした。

また、信号伝送ライン２の幅を９０μｍとし、グランド導体層７のメッシュ部７０の幅を１０００μｍとし、メッシュ線７０ａ，７０ｂ，７０ｃ（図２）の幅を５０μｍとし、開口部７ａ（図２）の一辺の長さを５００μｍとし、メッシュ部７０の開口率を７０％とした。

（３−２）比較例
比較例では、図３の構成を有する配線回路基板を作製し、ノイズの放出量を調べた。

図３は、比較例の配線回路基板の構成を示す断面図である。比較例の配線回路基板が実施例の配線回路基板１００と異なるのは、次の点である。図３に示すように、配線回路基板１５０においては、グランド導体層７の一面（下面）を覆うようにグランド面絶縁層８ａおよびソルダーレジスト層１０ａが積層して設けられる。図１のグランド面シールド層９は、設けられない。

なお、グランド面絶縁層８ａおよびソルダーレジスト層１０ａの厚みは、実施例の配線回路基板１００のグランド面絶縁層８およびソルダーレジスト層１０の厚みと同じである。

（３−３）評価
図４は、ノイズの放射量の測定方法について説明するための模式図である。図４において、配線回路基板１００，１５０の面Ａは、グランド導体層７が設けられる側の面であり、図１および図３における配線回路基板１００，１５０の下面である。配線回路基板１００，１５０の面Ｂは、信号伝送線７が設けられる側の面であり、図１および図３における配線回路基板１００，１５０の上面である。

図４に示すように、面Ａが上方に向くように配線回路基板１００，１５０を配置し、その上方に、スペクトラムアナライザ２０に接続されたノイズ測定用ループアンテナ２１を固定した。その状態で、配線回路基板１００，１５０の信号伝送線２（図１および図３）に高周波デジタル信号を付与し、面Ａ側から放射されるノイズをノイズ測定用ループアンテナ２１により検出し、スペクトラムアナライザにより測定した。

その結果、実施例では、５〜１０ｄＢμＡ／ｍのノイズが測定された。一方、比較例では、１５〜２５ｄＢμＡ／ｍのノイズが測定された。

したがって、グランド導体層７のメッシュ部７０を覆うようにグランド面シールド層９を設けることにより、外部に放射されるノイズが低減されることがわかった。

（４）他の実施の形態
（４−１）
図５は、本発明の他の実施の形態に係る配線回路基板の構成を示す模式的断面図である。

図５に示す配線回路基板１１０が図１の配線回路基板１００と異なるのは、ベース絶縁層１を挟んで信号伝送線２と対向するグランド導体層７の領域に、メッシュ部７０の代えて開口部７１が形成されている点である。開口部７１は信号伝送線２よりも幅広に形成される。開口部７１の幅は例えば３０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下である。

この配線回路基板１１０においては、グランド導体層７の開口部７１を覆うように、グランド面絶縁層８を介してグランド面シールド層９が形成されている。それにより、高周波信号の伝送時に、信号伝送線２から発生する電磁波等のノイズが、グランド導体層７の開口部７１を通して外部に放射されることが抑制される。したがって、他の電子機器の誤作動および故障等の発生が防止される。

（４−２）
信号面シールド層５およびグランド面シールド層９は、複数の金属層からなる多層構造であってもよい。また、銀粉または銅粉等の導電性粒子を樹脂中に分散させた導電性ペーストを塗布することによって信号面シールド層５およびグランド面信号層８を形成してもよい。

ベース絶縁層１およびカバー絶縁層４の材料は、ポリイミドに限らず、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルフォン等の他の絶縁材料を用いてもよい。

信号伝送線２およびグランド導体層７の材料は、銅に限らず、銅合金、金、アルミニウム等の他の金属材料を用いてもよい。

保護層６およびグランド面絶縁層８の材料は、エポキシ樹脂に限らず、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、アクリル樹脂等の他の樹脂材料を用いてもよい。また、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のどちらを用いてもよい。

（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、ベース絶縁層１が第１の絶縁層の例であり、グランド面シールド層９がシールド導体層の例であり、グランド面絶縁層８が第２の絶縁層の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、電子機器の種々の配線回路基板に有効に利用することができる。

本実施の形態に係る配線回路基板の構成を示す模式的断面図である。 グランド導体層のメッシュ部の詳細について説明するための模式的平面図である。 比較例に用いる配線回路基板の構成を示す模式的断面図である。 ノイズの放射量の測定方法を示す模式図である。 本発明の他の実施の形態に係る配線回路基板の構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ ベース絶縁層
２ 信号伝送線
３ 接着材層
５ 信号面シールド層
６ 保護層
７ グランド導体層
７ａ 開口部
８ グランド面絶縁層
９ グランド面シールド層
１０ ソルダーレジスト層
７０ メッシュ部

Claims (6)

1. 絶縁材料からなる第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層の一面に形成された信号伝送線と、
   前記第１の絶縁層の他面に形成され、前記第１の絶縁層を挟んで前記信号伝送線と対向する領域に開口部を有するグランド導体層と、
   前記開口部を覆うように形成されたシールド導体層と、
   前記開口部を埋めるように前記シールド導体層上に形成される第２の絶縁層とを備えることを特徴とする配線回路基板。
2. 前記シールド導体層は、前記グランド導体層に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の配線回路基板。
3. 前記シールド導体層は、前記開口部を挟むように前記開口部の両側で前記グランド導体層に接触することを特徴とする請求項２記載の配線回路基板。
4. 前記開口部における前記第２の絶縁層の厚みは前記グランド導体層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の配線回路基板。
5. 前記開口部における前記第２の絶縁層の厚みと前記グランド導体層の厚みとの差は２μｍ以上であることを特徴とする請求項４記載の配線回路基板。
6. 前記グランド導体層は、前記第１の絶縁層を挟んで前記信号伝送線と対向する領域に前記開口部を複数有し、
   前記シールド導体層は、前記複数の開口部を覆うように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の配線回路基板。

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