JP2001102702A

JP2001102702A - 配線基板

Info

Publication number: JP2001102702A
Application number: JP27686499A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Takeshita; 良博竹下; Shinya Terao; 慎也寺尾; Satoru Takenouchi; 悟竹之内; Masami Kaji; 正己梶; Takaharu Koga; 隆治古賀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP3987664B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電源層とグラウンド層間で発生する電源電圧及
び不要放射ノイズを広い周波数範囲にわたって簡単な構
造で容易に抑制することができる配線基板を提供する。【解決手段】絶縁基板２の表面に半導体素子４を搭載す
る搭載面を有し、且つ絶縁基板２の裏面または内部にＣ
ｕ、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種を主成分とする導体
材料によって形成された電源層５とグランウド層６とが
形成されてなる配線基板１であって、電源層５とグラウ
ンド層６のうち少なくとも一方の層の周縁にその内部領
域５ａ、６ａよりも高いシート抵抗を有するシート抵抗
が０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑであり、内部領域
５ａ、６ａよりも高抵抗の導体材料によって形成する
か、または孔８、溝９を形成してなる高抵抗領域５ｂ、
６ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、ト
ランジスタ等の半導体素子が搭載される回路基板の電圧
変動及び不要放射ノイズを抑制するための構造に関する
ものであり、特にディジタル回路を搭載した配線基板に
関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、ＩＣやＬＳＩ、トランジスタ等
の電子部品を搭載して所定の電子回路を構成する回路基
板においては、電子部品の作動時に電源端子とグラウン
ド端子の間に高周波成分を含む貫通電流が発生し、この
高周波電流が電子回路内に伝播し、回路自体の誤動作を
引き起こしたり、不要な放射ノイズの原因となったりし
ていた。

【０００３】これらの対策として従来よりノイズ源とな
る電子部品の近傍にデカップリングコンデンサを搭載
し、高周波電流を閉じ込める方法が取られている。ま
た、電源層とグラウンド層に接続したコンデンサを基板
外周全体に配置することにより、配線基板の電源層及び
グラウンド層に電播した高周波電流を基板端で吸収する
ことも特開平９−２６６３６１号にて提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
デカップリングコンデンサを用いる方法ではデカップリ
ングコンデンサの容量と寄生インダクタンスによって決
まる特定の周波数においては高周波電流を閉じ込めるこ
とができるが、それ以外の周波数で新たに高周波電流を
発生させてしまい、これがノイズとなるなどの副作用が
あった。この問題に対しては、容量の異なる複数個のコ
ンデンサを用いる方法も提案されているが、広い周波数
範囲にわたって改善することは困難であった。

【０００５】また、コンデンサを基板外周全体に配置す
る方法は、特別な形状のコンデンサや多数のチップコン
デンサが必要であるために、コンデンサにかかるコスト
の問題あるいはコンデンサの取付けの手間などにより生
産性が低下するなどの問題があった。

【０００６】本発明は、このような課題を解決すること
を主たる目的とするものであり、即ち、電源層とグラウ
ンド層間で発生する電源圧電及び不要放射ノイズを広い
周波数範囲にわたって簡単な構造で容易に抑制すること
のできる配線基板を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、絶
縁基板の表面に電子部品が搭載する搭載部を有し、且つ
前記絶縁基板の裏面または内部に電源層とグラウンド層
とが形成されてなる配線基板であって、前記電源層と前
記グラウンド層のうち少なくとも一方の層の周縁にその
内部領域よりも高いシート抵抗を有するシート抵抗が
０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑの高抵抗領域を設け
たことを特徴とするものであり、前記内部領域は、Ｃ
ｕ、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種を主成分とする導体
材料によって形成され、前記高抵抗領域が、前記内部領
域よりも高抵抗の導体材料によって形成されてなるかま
たは高抵抗領域において多数の孔が形成されてなること
を特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の配線基板によれば、電源層及び／また
はグラウンド層の周縁に高抵抗領域を設けることによ
り、ＩＣやＬＳＩで発生した高周波電流によるノイズを
この高抵抗領域で減衰、散逸させることができるため、
電源層及びグラウンド層間での高周波ノイズによる共振
が発生せず、電源層及びグラウンド層内の電圧変動を抑
制することができ、同時に放射ノイズも低減できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の配線基板につい
て、具体的な構造を図面を参照しながら説明する。図１
は本発明による配線基板の第一の実施の形態を示す断面
図、図２は図１の配線基板において電源層及びグラウン
ド層だけを取り出した斜視図である。

【００１０】図１の配線基板１においては、絶縁基板２
の表面には信号伝達用の配線回路層３が形成されてお
り、電子部品としてＩＣやＬＳＩ等の半導体素子４が配
線基板１表面に搭載され、表面の配線回路層３と接続さ
れている。

【００１１】また、絶縁基板２の内部には、電源層５と
グラウンド層６が形成されており、半導体素子４は、そ
の電源端子４ａおよびグラウンド端子４ｂは、電源層５
およびグラウンド層６と絶縁基板２を貫通するように形
成されたビア導体７によってそれぞれ電気的に接続され
ている。

【００１２】電源層５及びグラウンド層６は、低いシー
ト抵抗を有する内部領域ａによって主として形成されて
いるが、本発明によれば、この内部領域５ａ、６ａの周
縁に、内部領域５ａ、６ａ（以下、単に内部領域ａと称
する）を取り巻くように内部領域ａよりも高いシート抵
抗を有する高抵抗領域５ｂ、６ｂ（以下、単に高抵抗領
域ｂと称する）が形成されている。この「高いシート抵
抗」とは、単位面積当たりにおけるシート抵抗が、内部
領域ａに対して高抵抗領域ｂの方が相対的に高いことを
意味するものである。特に、内部領域ａにおけるシート
抵抗Ｒ₁と高抵抗領域ｂにおけるシート抵抗Ｒ₂とは、
Ｒ₂−Ｒ₁のシート抵抗差が０．０８Ω／ｓｑ以上、特
に０．４８Ω／ｓｑ以上であることが望ましい。

【００１３】電源層５及びグラウンド層６の内部領域ａ
は、一般的に配線基板における導体材料として従来から
用いられるＣｕ、Ｗ、Ｍｏ等の導体によって形成され、
そのシート抵抗は低い程よく、０．０２Ω／ｓｑ以下で
あることが望ましい。

【００１４】一方、高抵抗領域ｂのシート抵抗として
は、内部領域ａのシート抵抗よりも大きく、０．１Ω／
ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑであることが重要である。これ
は、このシート抵抗が０．１Ω／ｓｑよりも低いと、ノ
イズの吸収能力が低く、また１０００Ω／ｓｑよりも高
いとノイズを反射し吸収しなくなるためである。このシ
ート抵抗は特に０．５Ω／ｓｑ〜１００Ω／ｓｑの範囲
で効果が大きい。

【００１５】かかる構成において、半導体素子４で発生
した高周波電流は電流端子４ａ及びグラウンド端子４ｂ
より電源層５の内部領域５ａ及びグラウンド層６の内部
領域６ａに電播し、電源層５及びグラウンド層６の高抵
抗領域ｂで吸収される。従って、電源層５及びグラウン
ド層６内で共振を起こし定在波が発生することがなく、
圧電変動を低く抑えることができると同時に、放射ノイ
ズも低減される。

【００１６】本発明において、高抵抗領域を形成する具
体的な方法としては、以下の方法が挙げられる。まず、
高抵抗領域ｂを内部領域ａよりも高い抵抗を有す導体材
料によって形成する。この高い抵抗を有する導体材料と
しては、ＳｎＯ₂、ＬａＢ₆のうちの少なくとも１種を
主成分とする抵抗体材料によって形成したり、Ｃｕ、
Ｗ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種の導体に、Ｒｅ、
Ｒｕや、絶縁物を含有させた導体材料によって形成する
ことによってシート抵抗を高めることができる。

【００１７】また、高抵抗領域ｂを内部領域ａと同一の
導体材料によって形成し、それに図３ａ）に示すように
複数の孔８を形成したり、図３ｂ）に示すように、複数
の溝９を形成したり、さらには、図３ｃ）に示すよう
に、抵抗体１０を点在させることによって、この領域の
見掛け上のシート抵抗を高めることができ、その孔８、
溝９、抵抗体１０の大きさや数によってシート抵抗を任
意の値に調整できる。

【００１８】また、高抵抗領域ｂの幅は、０．３ｍｍ以
上が望ましい。これは高抵抗領域ｂの幅が小さすぎると
製造上形成が困難であると同時に硬化も小さくなるため
である。高抵抗領域ｂの幅の上限は、内部領域の面積が
確保できる範囲内であれば特に定めるものではないが、
その幅が３０ｍｍを越えてもその効果は実質的に同じで
ある。

【００１９】また、電源層５およびグラウンド層６の内
部領域ａとその周縁の高抵抗領域ｂとは電気的に接続す
るよう連続的に形成されている。

【００２０】電源層５とグラウンド層６の内部領域ａと
高抵抗領域ｂの接続部の構造としては、それらが全く異
なる導体材料からなる場合、図４のａ）に示すように内
部領域ａと高抵抗領域ｂの重なりが全くない構造である
よりも、ｂ）ｃ）のように内部領域ａを構成する導体材
料ａ₁と高抵抗領域ｂを構成する導体材料ｂ₁とが重な
りあう構造であることが望ましい。また、電源層５、グ
ラウンド層６が配線基板の表面層に形成される場合は
ｄ）のように内部領域ａと高抵抗領域ｂを形成する導体
材料ｂ₁によって内部領域ａ全体を覆うように形成して
も電流は内部領域ａにおける絶縁基板２との接触する側
を流れるため問題はない。

【００２１】さらに、電源層５、グラウンド層６が基板
の内部に形成される場合、ｅ）のように、電源層５、グ
ラウンド層６の対向面側に内部領域ａを形成し、この領
域ａ全体を覆うように高抵抗領域ｂを形成してもよい。
その場合、ビア導体７は、内部領域ａと接続することが
必要である。

【００２２】図５は、本発明の配線基板における電源層
またはグラウンド層の他の具体的な実施形態の示す図で
ある。この図５に示すように、電源層５やグラウンド層
６は、図５ａ）に示されるように、複数の層に分離さ
れ、それぞれの内部領域ａの周縁に高抵抗領域ｂを形成
してもよく、ｂ）のように、高抵抗領域ｂは、内部領域
ａの周縁において一定の間隔ｘをおいて形成することも
可能である。その場合、その間隔ｘの周縁長さに対する
比率が大きくなると、ノイズの吸収量が減るために、上
記の間隔ｘの和が、全周縁長さの１／３以下であること
が必要である。

【００２３】さらに、図５ｃ）のように、高抵抗領域ｂ
をシート抵抗の異なる領域ｂ₁〜ｂ₃によって構成して
もよい。この場合、内側から外側にかけて、即ち、シー
ト抵抗がａ＜ｂ₁＜ｂ₂＜ｂ₃となるように構成するこ
とが望ましい。また、ｂ₁〜ｂ₃の各領域内も内側から
外側にかけて連続的にシート抵抗が変化するようにする
こともできる。

【００２４】前記絶縁層４を構成する材料としては、ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする絶縁基板から成る
ものは勿論、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ムライト（３Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、ガラスセラミックス等を主成
分とするセラミックスのほか、エポキシ樹脂、ガラス−
エポキシ複合材料等の有機樹脂を含有する絶縁材料によ
って形成される。

【００２５】また、前記信号を伝達する配線回路層３及
びビア導体７を構成する材料としては、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ
等及びこれらを含む合金が使用可能である。

【００２６】本発明の配線基板は、配線基板表面に半導
体素子を搭載し、これを気密に封止する半導体素子収納
用パッケージや、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体
等の各種電子部品が搭載される混成集積配線基板等に適
用される。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の配線基板の実施例を図６
ａ）、ｂ）に沿って詳細に説明する。この実施例の配線
基板では、絶縁基板１１としてアルミナ質焼結体を用い
た。まず、Ａｌ₂Ｏ₃粉末に対して、ＳｉＯ₂、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯの焼結助剤を７重量％添加した混合粉末に有
機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿を調製
し、該泥漿を周知のドクターブレード法により厚さ約３
００μｍのセラミックグリーンシートを成形した。次
に、励振点となる位置にビア１３を形成するために、該
セラミックグリーンシートにスルーホールをマイクロド
リルによって形成した。

【００２８】そして、タングステン（Ｗ）を主成分とす
る粉末原料に、適当な有機バインダ、可塑剤、溶剤等を
添加し、混合して得た金属ペーストを印刷によって前記
セラミックグリーンシートのスルーホールに充填すると
ともに、スルーホール形成部の表面に電源端子１４とな
るように、前記金属ペーストを印刷塗布した。

【００２９】次いで、このグリーンシートを、水素（Ｈ
₂）／窒素（Ｎ₂）の混合ガスからなる還元性雰囲気
中、約１６００℃の温度で焼成することにより、縦５６
ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ約２５０μｍのアルミナ基板を
得た。

【００３０】次に、このアルミナ基板の表面側にグラウ
ンド層１５を、裏面側に電源層１２を次の方法によって
形成した。なお、高抵抗領域を形成する場合、その幅は
すべて４ｍｍとした。

【００３１】試料Ｎｏ．１については、Ｃｕペーストを
用いて、グラウンド層１５、電源層１２を高抵抗領域を
形成することなく、印刷塗布し９００℃で焼き付け処理
した。

【００３２】試料Ｎｏ．２〜１１については、Ｃｕペー
ストを用いてグラウンド層１５における内部領域１５
ａ、電源層１２の内部領域１２ａを印刷塗布し、９００
℃で焼き付け処理した。但し、グラウンド層１５の内部
領域１５ａについては、図６に示すように、電源端子１
４の周囲に印刷塗布した。そして、グラウンド層１５お
よび電源層１２の各内部領域１５ａ、１２ａの周縁に、
Ｃｕ−Ｎｉ、ＬａＢ₆またはＳｎＯ₂を含有する金属ペ
ーストを図４ｃ）に示すようにして一部内部領域１５
ａ、１２ａと重なるように印刷し、９００℃で焼き付け
して高抵抗領域１５ｂ、１２ｂを形成したまた、試料Ｎ
ｏ．３、４については、高抵抗領域に直径が５００μｍ
の孔を所定の密度で形成した。

【００３３】なお、試料Ｎｏ．１０については、電源層
（Ｄ）のみに形成し、グラウンド層は内部及び周縁とも
にＣｕによって形成し、試料Ｎｏ．１１については、グ
ラウンド層（Ｇ）のみに高抵抗領域を形成し、電源層は
内部及び周縁ともにＣｕによって形成した。

【００３４】かくして得られた評価用の配線基板の励振
点に設けた電源端子１４及びグラウンド端子１６に、同
軸ケーブル１７の中心軸１７ａを電源端子１４に、また
同軸ケーブルのグラウンド管１７ｂをグラウンド層１５
内に設けたグラウンド端子１８にそれぞれ半田１９によ
って接続固定し、図６に示すような評価用配線基板を作
製した。

【００３５】上記のようにして作製した評価用配線基板
に対して、同軸ケーブルから３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨ
ｚの正弦波を入力し、電源層１２の内部領域１２ａ内で
電圧変動が最大となる位置に高インピーダンスの測定用
プローブを接触させ、３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範
囲での最大電位差を測定した。表１に、高抵抗領域が無
い場合の最大電位差を１とした場合の各評価基板の最大
電位差の比を示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】本発明に従い、所定の高抵抗領域を形成し
た試料Ｎｏ．３〜７、１０、１１の配線基板では最大電
位差の比が０．５以下と低く抑えられているのに対し
て、シート抵抗値が本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１、
２、８、９では大きな電圧変動が生じていることが分か
る。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の配線基板によれ
ば、電源層とグラウンド層の少なくとも１層の周縁にそ
の内部領域よりも高いシート抵抗を有する高抵抗領域を
設けたことによって、ＩＣやＬＳＩで発生した高周波電
流を電源層及びグラウンド層の周縁に設けた高抵抗領域
で減衰、散逸させることができるため、電源層及びグラ
ウンド層での高周波ノイズによる共振が発生せず、電源
層及びグラウンド層内の電圧変動を抑制することがで
き、同時に放射ノイズも低減することができ、回路の信
頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の一実施例を示すが概略断面
図である。

【図２】本発明の図１の配線基板における電源層とグラ
ウンド層の構造を説明するための概略斜視図である。

【図３】ａ）ｂ）ｃ）はいずれも本発明における高抵抗
領域の他の構造を説明するための概略図である。

【図４】ａ）〜ｄ）は本発明の配線基板における内部領
域と高抵抗領域との接続部の構造を説明するための概略
断面図である。

【図５】ａ）〜ｃ）は本発明の配線基板における電源層
またはグラウンド層における他の構造を説明するための
概略斜視図である。

【図６】本発明の実施例における評価用配線基板の構造
を説明するためのａ）概略斜視図とｂ）概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１配線基板２絶縁基板３配線回路層４電子部品（半導体素子）５電源層６グラウンド層５ａ、６ａ、ａ内部領域５ｂ、６ｂ、ｂ高抵抗領域７ビア導体８孔９溝１０抵抗体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶正己鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内 (72)発明者古賀隆治岡山県岡山市津島福居一丁目６−20−３Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB05 BB30 BB31 BB49 CC12 CC22 CC31 CC35 DD04 DD17 DD31 DD52 EE11 GG07 5E338 AA03 AA18 BB02 BB25 BB75 CC01 CC04 CC05 CC06 CD11 EE13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板の表面に電子部品が搭載される搭
載部を有し、且つ前記絶縁基板の裏面または内部に電源
層とグランウド層とが形成されてなる配線基板であっ
て、前記電源層と前記グラウンド層のうち少なくとも一
方の層の周縁にその内部領域よりも高いシート抵抗を有
するシート抵抗が０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑの
高抵抗領域を設けたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】前記内部領域が、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏのうち少
なくとも１種を主成分とする導体材料によって形成され
てなる請求項１記載の配線基板。
【請求項３】前記高抵抗領域が、前記内部領域よりも高
抵抗の導体材料によって形成されてなる請求項１または
請求項２記載の配線基板。
【請求項４】前記周縁に多数の孔あるいは溝を設けると
により、前記高抵抗領域が形成されてなる請求項１また
は請求項３記載の配線基板。