JP2002084107A - 伝送線路を有する多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線密度が高くかつ伝送特性の優れた伝送線
路を有する多層配線基板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 伝送線路を、誘電体層の同一配線層に隣
接して埋め込まれた厚みが幅より大なる一対の信号線路
によって構成し、かつ信号線路間の結合インピーダンス
を前記線路と他の配線層の導体間との結合インピーダン
スより低くなるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高密度な伝送線路を
有する多層配線基板に関し、特に、１つの誘電体層にお
いてその一方の面近傍に埋め込まれた少なくとも一対の
隣接した信号線路からなる伝送線路を有する、伝送線路
埋め込み型の多層配線基板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に情報機器などに多く用いられる多
層配線基板の配線構造は図８に示すようにモデル的に表
され、半導体部品等を接続する配線の信号伝送特性を表
す特性インピーダンスは、配線の単位長さ当たりの容量
をＣ、インダクタンスをＬとするとき で定義されるが、容量やインダクタンスの値Ｃ，Ｌは、
配線パターンの幅や厚み、絶縁体の厚み等により定ま
り、これにより特性インピーダンスＺ_０の値が決定され
る。配線設計においてＺ_０の値は、半導体部品の高速
化、回路方式、クロストークの大きさなどを考慮して決
定され、情報機器における配線の特性インピーダンスは
数十Ωから１００Ω程度であり、特性インピーダンスの
均一化は雑音低減の観点からも特に重要であり、もし配
線の中に不連続点が存在すると反射が発生し、情報機器
の誤動作の原因となる。

【０００３】図９は、絶縁体を誘電体材料で構成し、プ
リント配線基板で構成する伝送線路の代表的な例とし
て、マイクロストリップ線路の基本形態の断面図を示
す。同図において、誘電体の表面にはストリップ信号線
路３が形成され、その裏面には接地導体などのベタの平
面導体２が形成され、ストリップ線路の中央部および端
部において、図中点線矢印で示すような電界（電気力
線）が発生している。

【０００４】誘電体基板１の厚みはＴで、その上面には
幅ｗ、厚みｔの信号線路３を形成した構成であり、例え
ば、基板１の厚みＴは２２０μｍ、幅ｗは３６０μｍ、
厚さｔは最小で１０μｍ程度であり、信号線路３の厚み
ｔが幅ｗに対して充分小さいため（ｔ≪ｗ）、平面導体
２に対する信号線路３の特性インピーダンスは、誘電体
基板１の誘電率εおよび厚みＴと信号線路３の幅ｗによ
りほぼ決定される。このため、高密度化に対して、幅ｗ
と誘電体基板１の厚みＴのバラツキによる特性インピー
ダンスのバラツキが発生するとともに、信号線路３の厚
みｔが小さいため抵抗値の増大によるロスの増加が問題
となる。

【０００５】図１０は複数の線路３ａ〜３ｅを有する配
線基板であって、仮に線路間の幅を信号線路３の幅と同
程度とした場合、その使い方を次に３例について説明す
る。

【０００６】１例目は各線路をそれぞれ独立した５本の
信号線路として使用する場合を示す。通常よく使われる
５０オーム前後の特性インピーダンスではディメンジョ
ン的に各信号線路間の結合インピーダンス（結合容量と
捉えてもよい）は各信号線路と平面導体２間との結合イ
ンピーダンスよりかなり高い。しかしそれでも各信号線
路間のクロストークが問題になる。

【０００７】２例目では、クロストークを低下させるた
めに信号線路間に遮蔽用線路を置く考え方で、線路３
ｂ，３ｄそれぞれを信号線路として使い、線路３ａ，３
ｃ，３ｅを平面導体２と同電位の遮蔽用線路として使用
する。一般にクロストークを低下させるためには各信号
線路間隔を広げるよりもこのように遮蔽用線路を設ける
方が伝送線路の密度が高くとれる。

【０００８】３例目は線路３ｂ，３ｃを一対の平衡型伝
送線路として使い、この伝送線路３ｂ，３ｃの両側の線
路３ａ，３ｄを遮蔽用線路として使用した例である。

【０００９】図１１はマイクロストリップ線路に対し信
号線路３の上面にも誘電体基板１と平面導体２が設けら
れたストリップ線路であり、多層配線基板に組み込む場
合他の配線層との干渉が非常に少なくかつ優れた伝送特
性が得られる。

【００１０】図１２はコプレーナ伝送線路の例を示し、
誘電体基板１表面に、信号線路３と同一平面上に平面導
体４が形成された構成から成る。このコプレーナ型は同
一配線層のみで伝送線路が構成できるものの、伝送線路
の密度が高く取れず、かつ周囲あるいは他の層の導体の
影響を受けやすいため多層配線基板への組み込みに適さ
ない。

【００１１】また、以上説明した従来の伝送線路は、誘
電体基板１に張り合わされた薄い銅箔をフォトリソとエ
ッチングにより信号線路パターンを形成することにより
製造されていた。また、従来の平面構造に形成した伝送
線路では、メッキ法、印刷法またはエッチング法等のい
ずれの方法でもアスペクト比を１以上にすることは困難
である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ＩＣの高集積化技術によりマイクロプロセッサなどの信
号処理能力が年々向上するにともない、それらを実装す
る配線基板に対する配線密度および伝送線路特性の向上
の要求が次のようにシビアになってきている。

【００１３】第１の課題として配線密度の向上について
は、半導体チップやパッケージの接続端子数の増加によ
って配線基板の高密度化が要求される。配線基板１枚あ
たりの配線密度は誘電体層および配線層を多層化するこ
とに依っても向上できるが、多層化は層数の増大による
コストアップやビア配線のための面積の増大を招くた
め、一層当たりの配線密度の向上が不可欠である。

【００１４】第２の課題の伝送線路特性の向上について
は、配線のうち特に重要な要素は信号バスであるが、信
号レートの高速化により反射やクロストークなどのノイ
ズの影響が大きくなる。従って、伝送線路の特性インピ
ーダンスの製造バラツキの低減やクロストークの低い線
路構造が要求される。

【００１５】特性インピーダンス値を維持したままで伝
送線路の配線密度を高めるには誘電体基板の厚み（Ｔ）
と信号線路の幅（ｗ）を比例縮小しなければならない。
エッチングによる信号線路の幅の加工精度を保つにはそ
の厚み（ｔ）も比例縮小しなければならない。一般的に
縮小するほど製造上のバラツキ制御が難しくなる。また
信号線路の断面積は縮小率の２乗で低下するため、抵抗
値の増大による伝送特性の劣化の問題も出てくる。この
ように従来の伝送線路形態では、第１の課題と第２の課
題を同時に満たすことが困難であった。

【００１６】本発明は、配線密度および伝送特性の向上
を可能とする伝送線路を有する多層配線基板およびその
製造方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、本発明の多層配線基板は、１つの誘電体層の第
１の面近傍に埋め込まれた少なくとも一対の隣接した信
号線路からなる伝送線路を有し、伝送線路の各信号線路
は高さ方向の厚みが水平方向の幅より大であり、且つ、
信号線路間のギャップ距離より大である伝送線路埋め込
み型の多層配線基板である。

【００１８】上記構成において、前記一対の隣接した信
号線路間の結合インピーダンスが、前記信号線路と前記
誘電体層の第２の面近傍に形成された導体間との結合イ
ンピーダンスより低いことを特徴とする。

【００１９】また、本発明の多層配線基板の製造方法
は、１つの誘電体層の第１の面近傍に伝送線路用導体を
埋め込み、少なくとも一対の隣接した信号線路からなる
伝送線路を形成し、各信号線路の高さ方向の厚みが、水
平方向の幅より大で、且つ、上記信号線路間のギャップ
距離より大となるように構成する。

【００２０】上記方法において、前記一対の隣接した信
号線路間の結合インピーダンスが、前記信号線路と前記
誘電体層の第２の面近傍に形成された導体間との結合イ
ンピーダンスより低いことを特徴とする。また、誘電体
層に前記伝送線路用導体を埋め込む溝は、金型成形によ
り形成される。

【００２１】上記構成および方法により、帯状の金属箔
および誘電体膜の厚さを均一にすることにより高密度で
特性インピーダンスの揃った伝送線路チップを形成する
ことが可能であり、その結果、信号反射、クロストーク
が削減され信号レートの高速化が達成できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の態様によれば、伝
送線路埋め込み型の多層配線基板であって、１つの誘電
体層の第１の面近傍に埋め込まれた少なくとも一対の隣
接した信号線路からなる伝送線路を有し、伝送線路の各
信号線路は上記第１の面と垂直方向の厚みが水平方向の
幅より大であり、且つ信号線路間のギャップ距離より大
である。

【００２３】上記構成において、前記一対の隣接した信
号線路間の結合インピーダンスが、前記信号線路と前記
誘電体層の第２の面近傍に形成された導体間との結合イ
ンピーダンスより低いことを特徴とする。前記誘電体層
の厚みは前記一対の信号線路間のギャップ距離の１０倍
以上に構成してもよい。

【００２４】本発明の第２の態様によれば、１つの誘電
体層の第１の面から所定深さまでを第１の配線形成領域
とし第２の面から所定深さまでを第２の配線形成領域と
し、前記第１の配線形成領域に一対の隣接した信号線路
からなる伝送線路が埋め込まれた構成の多層配線基板で
あって、前記各信号線路はその厚みが幅より大であり、
前記一対の隣接した信号線路間の結合インピーダンス
が、前記信号線路と前記第２の配線形成領域に形成され
た導体間との結合インピーダンスより低い伝送線路を有
する。

【００２５】上記構成において、前記信号線路の厚みは
その幅の１倍以上５倍以下であり、前記誘電体層の厚み
は前記信号線路の幅の１０倍以上としてもよい。また、
前記第１の配線層内の一対の信号線路の両側に遮蔽用線
路を有してもよい。

【００２６】本発明の第３の態様によれば、１つの誘電
体層の第１の面近傍に伝送線路用導体を埋め込み、少な
くとも一対の隣接した信号線路からなる伝送線路を形成
し、各信号線路の上記第１の面と垂直方向の厚みが、水
平方向の幅より大で、且つ、上記信号線路間のギャップ
距離より大となるように構成する多層配線基板の製造方
法を提供する。

【００２７】上記方法において、前記一対の隣接した信
号線路間の結合インピーダンスが、前記信号線路と前記
誘電体層の第２の面近傍に形成された導体間との結合イ
ンピーダンスより低いことを特徴とする。

【００２８】また、前記誘電体層の厚みは、前記一対の
信号線路間のギャップ距離の１０倍以上である。金型成
形により、誘電体基板に前記伝送線路用導体を埋め込む
溝を形成する。さらに、前記溝の内壁に付着させた金属
層に半田を流し込むことにより前記伝送線路用導体を形
成する。

【００２９】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態について、図１から図７を用いて説明する。なお、添
付の図面において、同様の構成要素については同一の参
照番号で示すものとする。

【００３０】図１（ａ）は本発明の多層配線基板の１つ
の構成要素となる２層配線基板を例示してその断面図を
示している。図１（ａ）において、ポリイミドなどの誘
電体材料で構成された誘電体層１の第１の面（以後「上
面」と呼ぶ）１ａから所定深さｔまでを第１の配線層５
ａ（ここで、層とは層状の配線形成領域を指す）とし、
第２の面（以後「下面」と呼ぶ）１ｂから誘電体層１内の
所定深さまでを第２の配線層５ｂ（層状の導体または配
線形成領域）とした２層配線構造の基板を示し、配線密
度はこのような構成の多層化（積層）に依っても向上で
きることを例示している。

【００３１】誘電体層内の第１の配線層５ａの領域に一
対の隣接信号線路、即ち、第１の信号線路３ａと第２の
信号線路３ｂよりなる伝送線路３が基板内埋込み型式で
形成されている。各信号線路３ａ、３ｂは厚みｔ、幅ｗ
の導体であり、信号線路間のギャップも幅ｗにほぼ等し
い値としている。ただし、このギャップ距離は必ずしも
幅ｗと等しい値に限定する必要はなく、誘電体層１の厚
みＴより充分小さく取ればよい。ここで、信号線路の厚
みｔは幅ｗより大きく（ｗ＜ｔ）、かつ厚みｔは誘電体
層１の厚みＴより充分小さく取っている（ｔ≪Ｔ）こと
を本実施形態の特徴としている（従来はｔ≪ｗ，ｗ＞
Ｔ）。

【００３２】好ましい実施例では、信号線路の厚みｔは
幅ｗの１倍以上５倍以下とし、誘電体層１の厚みＴは信
号線路の幅ｗの１０倍以上である。具体的には、例え
ば、誘電体層１の厚みＴを２００μｍ以上とした場合、
信号線路の幅ｗの値は１５〜２０μｍ、厚みｔは３０〜
１００μｍ程度としてもよい。

【００３３】誘電体材料としてはポリイミドの他にガラ
スエポキシコンポジット、ガラスＢＴレジンコンポジッ
ト、エポキシ樹脂、アラミドエポキシ樹脂のうち、１種
類または２種類以上からなる樹脂含浸シートまたは樹脂
含浸繊維シートが使える。また、導体配線として銅また
はニッケルを用い、誘電体膜として低融点ガラスまたは
低融点アルミナ等の無機材料のグリーンシートを用いる
こともできる。

【００３４】図２および図３は図１の伝送線路の使用例
を示し、図２において伝送線路３の信号線路３ａは不平
衡型のドライバ６とレシーバ７間に接続され、信号線路
３ｂはレシーバ７側には伝送線路３の特性インピーダン
スの終端抵抗Ｒｔおよび接地電位間に接続されて使用さ
れる。同様に、図３は平衡型（または差動型）伝送線路
としての使用例を示し、レシーバ７側には伝送線路３の
特性インピーダンスの終端抵抗Ｒｔが信号線路３ａと３
ｂ間に介在し、信号線路３ｂはドライバ６とレシーバ７
間にインバース接続されている。

【００３５】図１（ａ）により説明した伝送線路は、図
８、図９により説明した従来の伝送線路とディメンジョ
ン的に全く異なる。即ち、従来の伝送線路は信号線路と
平面導体２との結合インピーダンス（結合容量）が低
く、その関係で特性インピーダンスが決まるのに対し、
本発明の伝送線路は第２の配線層５ｂがたとえ平面導体
であったとしても、信号線路３ａ、３ｂ間の結合インピ
ーダンス（結合容量）を各信号線路と前記第２の配線層
５ｂの平面導体との結合インピーダンス（結合容量）よ
り充分低くし得るため、特性インピーダンスは誘電体層
１の誘電率および各信号線路の配置形状によりほぼ決定
される。

【００３６】従って本発明の伝送線路は、前記接地電位
の平面導体２（図９参照）を無視できることを意味し、
即ち、第１の配線層５ａの１層だけで伝送線路が構成で
きるので、第２の配線層５ｂを別の目的に使用すること
ができる。従って、図１（ａ）に示す構成では、第２の
配線層５ｂは平面層として図示されているが、第２の配
線層５ｂには平面導体に限らず、例えば、図１（ｂ）に
示すように他の信号線路６ａ，６ｂが形成された構成
や、図１（ｃ）に示すように他の信号線路３’や導体
４’を形成した型など、種々の形態の導体または線路を
形成してもよく、上記伝送線路とは別の多層配線基板に
組み込めるため、多層配線基板として配線密度を向上さ
せることができる。また、第２の配線層５ｂには導体を
形成しない構成とすることもできる。

【００３７】なお、図示していないが本発明の伝送線路
チップの上面、下面の両方または一方の面に絶縁性の保
護薄膜を設けることにより、信頼性をより向上させるこ
とができる。図１の伝送線路チップは各伝送線が直線形
状であるが、金属箔と誘電体としての樹脂からなる場
合、フレキシブル配線基板のように必要に応じて曲げて
配置することができる。

【００３８】（実施の形態２）図４は複数の平衡型伝送
線路として実施した例を示す。図４において誘電体層１
には多数の信号線路３ａ〜３ｇが第１の配線層５ａに埋
め込まれている。これら信号線路３ａ〜３ｇの各形状お
よび埋め込み形体については実施の形態１と同様であ
る。

【００３９】図５は図４の伝送線路の使用例を示し、線
路３ｂと３ｃおよび線路３ｅと３ｆがそれぞれ一対の平
衡型信号線路（図３参照）として使用されるが、それぞ
れ一対の信号線路の両側の線路３ａ、３ｄ、３ｇは遮蔽
用線路として平衡信号のコモン（基準）電位に接続され
ている。このように遮蔽用線路を設けることにより、平
衡型信号線路間のクロストークを大幅に低減する効果が
ある。

【００４０】（実施の形態３）多層配線基板の全体工程
の製造方法は種々知られているため説明は省略し、本発
明に適用した関連部分の工程の製造方法について以下に
説明する。

【００４１】図６は伝送線路または遮蔽用線路となる導
体を埋め込む溝６１を具備した１つの誘電体層（基板）
の製造方法の例を示す。図６において前記溝の雄型を持
った金型８ａとそれに合わせる金型８ｂにより形成され
る空間に液状の誘電体樹脂９を注入して溝付き誘電体層
が製造される。この溝の形状精度は、次に説明する導体
の形状精度と等価であるため非常に重要である。しかし
この金型成型による方法は金型の精度で溝の形状が決ま
るため、従来のエッチングで導体の形状を出す方法に対
し、個々の製造バラツキが非常に低減される。

【００４２】また金型は半導体加工プロセスを利用すれ
ば、非常に微細な形状のものまで製造可能である。従来
の課題として前述した信号線路の幅および厚みを縮小す
る場合の抵抗値の増大による伝送特性の劣化の問題につ
いては、信号線路の幅ｗについて本発明と従来方式を同
じとした場合その厚みについては本発明の方が極めて大
きく取れるため、抵抗値の問題に対して非常に有利とな
る。

【００４３】従って本発明にこの製造方法を適用するこ
とにより大幅に配線密度が高くかつインピーダンス特性
の優れた伝送線路が得られる効果がある。

【００４４】図７に誘電体基板の溝に導体を埋め込む方
法の例を示す。溝に導体を埋め込む方法についてメッキ
法が最もポピュラーであるが、金属の堆積に時間がかか
るという課題があった。

【００４５】図７に示す方法は、誘電体層（基板）１の
配線の埋め込み溝６１の内壁にまず無電解メッキ（スパ
ッタ）で銅の薄いシーズ層１２を付着させ、その銅のシ
ーズ層１２で内壁が被膜された溝に溶融半田１３等の導
体を流し込んで導体配線を形成する。これによると、導
体全体をメッキで形成する方法に対し大幅に製造時間を
短縮できる効果がある。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、伝送線は
誘電体内に埋め込み配列した構造であり、伝送線のアス
ペクト比は１より大であり、伝送線間のピッチが小さく
高密度であると同時に、線幅の割には配線抵抗が小さく
伝送線の特性インピーダンスのマッチング特性も良好で
あり、配線密度が高くかつ伝送特性の優れた伝送線路を
有する多層配線基板が得られ、よって高密度配線と高
速、低損失特性を両立させられ産業上の効果は極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の一実施の
形態による伝送線路の構成を示す図

【図２】 本発明の一実施の形態による伝送線路の構成
を示す図

【図３】 本発明の一実施の形態による伝送線路の構成
を示す図

【図４】 本発明の他の実施の形態による伝送線路の構
成を示す図

【図５】 本発明の他の実施の形態による伝送線路の構
成を示す図

【図６】 本発明の一実施の形態による伝送線路の製造
方法を示す図

【図７】 本発明の一実施の形態による伝送線路の製造
方法を示す図

【図８】 従来の伝送線路の構成を示す図

【図９】 従来の伝送線路の構成を示す図

【図１０】 従来の伝送線路の構成を示す図

【図１１】 従来の伝送線路の構成を示す図

【図１２】 従来の伝送線路の構成を示す図

【符号の説明】

１ 誘電体層 ２ 平面導体 ３ 信号線路 ５ 配線層 ８ 金型 ９ 誘電体樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 勝秀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 立石 文和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田口 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E346 AA12 AA15 AA33 AA35 BB02 BB03 BB04 BB06 BB15 CC02 CC08 CC31 HH01 HH25

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送線路埋め込み型の多層配線基板であ
   って、１つの誘電体層の第１の面近傍に埋め込まれた少
   なくとも一対の隣接した信号線路からなる伝送線路を有
   し、該伝送線路の各信号線路は、高さ方向の厚みが水平
   方向の幅より大であり、且つ、上記隣接信号線路間のギ
   ャップ距離より大であることを特徴とする多層配線基
   板。
2. 【請求項２】 前記一対の隣接した信号線路間の結合イ
   ンピーダンスが、前記信号線路と前記誘電体層の第２の
   面近傍に形成された導体間との結合インピーダンスより
   低いことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 【請求項３】 １つの誘電体層の第１の面から所定深さ
   までを第１の配線形成領域とし第２の面から所定深さま
   でを第２の配線形成領域とし、前記第１の配線形成領域
   に一対の隣接した信号線路からなる伝送線路が埋め込ま
   れた構成を有する多層配線基板であって、前記各信号線
   路はその高さ方向の厚みが水平方向の幅より大であり、
   前記一対の隣接した信号線路間の結合インピーダンス
   が、前記信号線路と前記第２の配線形成領域に形成され
   た導体間との結合インピーダンスより低い伝送線路を有
   することを特徴とする多層配線基板。
4. 【請求項４】 前記信号線路の厚みはその幅の１倍以上
   ５倍以下である請求項３に記載の多層配線基板。
5. 【請求項５】 前記第１の配線層内の一対の信号線路の
   両側に遮蔽用線路を備えたことを特徴とする請求項３に
   記載の多層配線基板。
6. 【請求項６】 １つの誘電体層の第１の面近傍に伝送線
   路用導体を埋め込み、少なくとも一対の隣接した信号線
   路からなる伝送線路を形成し、各信号線路の高さ方向の
   厚みが、水平方向の幅より大で、且つ、上記信号線路間
   のギャップ距離よりも大となるように構成する多層配線
   基板の製造方法。
7. 【請求項７】 前記一対の隣接した信号線路間の結合イ
   ンピーダンスが、前記信号線路と前記誘電体層の第２の
   面近傍に形成された導体間との結合インピーダンスより
   低いことを特徴とする請求項６に記載の多層配線基板の
   製造方法。
8. 【請求項８】 金型成形により前記誘電体層に前記伝送
   線路用導体を埋め込む溝を形成することを特徴とする請
   求項６に記載の多層配線基板の製造方法。
9. 【請求項９】 前記溝の内壁に付着させた金属層に半田
   を流し込むことにより前記伝送線路用導体を形成するこ
   とを特徴とする請求項８に記載の多層配線基板の製造方
   法。