JP2002246754A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号配線用導体層で高周波信号が高速伝送さ
れ、また半導体素子に対する電源ノイズの発生を抑え、
さらにノイズ除去用のチップコンデンサの搭載を不要と
して小型低背化すること。 【解決手段】 信号配線用導体層３ｅはその信号伝送方
向に垂直な断面でその上下左右に第２の導体層３ｇと接
地導体層３ｃと接地用導体層３ｈとが配設された略同軸
構造とされ、電源供給用導体層３ｆは内部コンデンサ用
の電極部３ｆａを有し、電極部３ｆａと接地導体層３ｃ
および第２の導体層３ｇとが内部コンデンサを形成する
とともに電極部３ｆａ直下の第１の樹脂絶縁層２ａと直
上の第２の樹脂絶縁層２ｂの少なくとも一方の厚みが同
じ樹脂絶縁層の他の部分の１／３〜２／３となってい
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、一方の主面上に半
導体素子を搭載する多層配線基板に関するものであっ
て、特に高周波信号を高速伝送するためのものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波回路用の多層配線基板の断
面図を図２に示す。図２において、１１は絶縁基板、１
２は樹脂絶縁層、１３ａは接地導体層、１３ｂは貫通導
体、１３ｃは内部接地導体層、１３ｄは信号配線用導体
層、１３ｅは電源供給用導体層、１３ｆは上部接地導体
層、１４はセラミックコンデンサである。なお、この多
層配線基板の上部にはＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子（図
示せず）が、その電極が信号配線用導体層１３ｄ，上部
接地導体層１３ｆ，電源供給用導体層１３ｅ等に接続さ
れて搭載される。

【０００３】この多層配線基板は、信号配線用導体層１
３ｄが、その信号伝送方向に垂直な断面において接地導
体層１３ａ，貫通導体１３ｂ，内部接地導体層１３ｃお
よび上部接地導体層１３ｆによって取り囲まれた略同軸
構造（所謂疑似同軸構造）となっているため、隣接する
信号配線用導体層１３ｄ間で生じるクロストークノイズ
を抑えることができ、高周波信号を正確に伝送すること
ができるものである。

【０００４】近年、半導体素子の動作速度の向上に伴
い、電源供給用導体層１３ｅを流れる瞬間電流も増大
し、それに伴い発生する電源ノイズが問題になっている
が、この問題を解消するために上部接地導体層１３ｆと
電源供給用導体層１３ｅとの間にセラミックコンデンサ
１４を搭載し、その容量成分により電源インピーダンス
を下げることによって電源ノイズを抑えて、高周波信号
を正確に伝送するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
劇的な半導体素子の動作速度の高速化に伴い、上記従来
の多層配線基板ではその高速化に容易に対応できないと
いう問題が生じている。この原因は、信号配線用導体層
１３ｄの特性インピーダンスを整合させるために絶縁基
板１１の厚みを薄くすると、絶縁基板１１の上側主面に
形成した樹脂絶縁層１２の硬化収縮によって多層配線基
板が大きく反り、多層配線基板が割れてしまうためであ
る。一方、絶縁基板１１の厚みを厚くすると、浮遊容量
が大きくなって高周波信号を伝送するために好ましいも
のではなくなる。絶縁基板１１の比誘電率を小さくする
ことで浮遊容量を小さくすることは可能であるが、絶縁
基板１１の材質をあらためて開発する必要があるため、
容易に作製できるものではなく、また高コスト化すると
いう問題もある。

【０００６】一方、電源ノイズを抑えるために搭載され
るチップコンデンサはサイズが大きく厚いものであるた
め、多層配線基板の上部に大きな凸部ができ、薄型のモ
ジュールを作製することができない。また、小型のチッ
プコンデンサを搭載することもできるが、正確に実装す
ることが難しいため、作業性が低下し実装の信頼性が低
下して製造の歩留も低下するという問題がある。

【０００７】また、チップコンデンサは半田等のロウ材
で接続するために、特に薄膜から成る電極の場合、電極
の金属成分のマイグレーション等の問題が発生して長期
的に信頼性のあるものを作ることは困難であった。

【０００８】さらに、チップコンデンサを搭載する位置
まで配線層を引き回すためにインダクタンスが大きくな
ったり、実装による接続抵抗が発生するため、より大き
な容量をもったチップコンデンサを搭載する必要があっ
た。

【０００９】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は、高周波信号を高速に伝送
することが容易な多層配線基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の多層配線基板
は、両主面に形成された接地導体層が貫通導体によって
電気的に接続された絶縁基板の一方の主面に、第１の樹
脂絶縁層，第１の導体層，第２の樹脂絶縁層および第２
の導体層が順次積層された多層配線基板であって、前記
第１の導体層は信号配線用導体層と接地用導体層および
電源供給用導体層を具備しており、前記信号配線用導体
層はその信号伝送方向に垂直な断面においてその上下左
右に前記第２の導体層と前記接地導体層と前記接地用導
体層とが配設された略同軸構造とされ、前記電源供給用
導体層は内部コンデンサ用の電極部を有し、該電極部と
前記接地導体層および前記第２の導体層とが内部コンデ
ンサを形成するとともに前記電極部直下の前記第１の樹
脂絶縁層と直上の前記第２の樹脂絶縁層の少なくとも一
方の厚みが同じ樹脂絶縁層の他の部分の１／３〜２／３
となっていることを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、第１の導体
層に設けられた信号配線用導体層が、その信号伝送方向
に垂直な断面でその上下左右に接地導体層，接地用導体
層および第２の導体層が配設されているため、信号配線
用導体層が略（疑似）同軸構造となり高周波信号を容易
に高速に伝送することができる。また、第１の樹脂絶縁
層と第２の樹脂絶縁層は比誘電率の低いポリイミド樹脂
等によって形成できるため、これらの樹脂絶縁層の上下
の導体層間で浮遊容量が発生しにくい構造となる。さら
に、第１の樹脂絶縁層と第２の樹脂絶縁層の厚みは、信
号配線用導体層の特性インピーダンスを整合するために
自由にコントロールすることが可能である。また、第１
の樹脂絶縁層と第２の樹脂絶縁層の厚みをある程度厚く
した場合、樹脂の硬化収縮によって絶縁基板に反りが発
生するが、絶縁基板の基板の厚みを厚くすることで反り
を抑えることもできる。絶縁基板は両主面が貫通導体に
よって接地電位となっているので、厚みを変えることに
支障はない。

【００１２】さらに、第１の導体層に設けられた電源供
給用導体層は、部分的に幅広い電極部を有しており、こ
の電極部と接地導体層および第２の導体層とで内部コン
デンサを形成し、この電極部直下の第１の樹脂絶縁層と
直上の第２の樹脂絶縁層の少なくとも一方の厚みが同じ
樹脂絶縁層の他の部分の１／３〜２／３となっているた
め、静電容量の大きい平行平板のコンデンサを構成す
る。その結果、半導体素子に対する電源ノイズの発生を
抑えることができる。従って、従来のようにチップコン
デンサを搭載する必要がなくなる。

【００１３】また、内部にコンデンサを形成するため、
従来のようにチップコンデンサを搭載する位置まで配線
層を引き回すことにより生じるインダクタンスも抑える
ことができ、またチップコンデンサ実装による接続抵抗
も発生しないため、コンデンサに必要な静電容量値を従
来よりは小さくでき、よって内蔵コンデンサの大きさお
よび多層配線基板の大きさを小型化することができる。

【００１４】このように、コンデンサの静電容量を小さ
くできれば、コンデンサの充放電時の時定数も小さくな
るため、電源立上り時および立下り時のコンデンサの充
放電時間も短縮化され、電源立上り時および立下り時の
コンデンサ充放電によるノイズによる高周波信号への影
響をより抑えることができる。

【００１５】また、接地導体層および第２の導体層は、
内部コンデンサの部位の樹脂絶縁層の厚さが１／３〜２
／３と薄くなっていることから、樹脂絶縁層の厚さが薄
くなっていない場合よりも静電容量の大きい平行平板の
内部コンデンサの対向電極となっている。また、接地導
体層および第２の導体層は、信号配線用導体層の略同軸
構造を構成する接地電極でもある。これらのことから、
接地導体層および第２の導体層の接地電位は内部コンデ
ンサの強い容量結合により強化され、その結果信号配線
用導体層を伝送する高周波信号は安定した接地電位で囲
まれるためその伝送特性が良好になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の多層配線基板について以
下に詳細に説明する。図１は、本発明の多層配線基板の
断面図である。同図において、１は絶縁基板、２ａは第
１の樹脂絶縁層、２ｂは第２の樹脂絶縁層、３ａは絶縁
基板１の下側主面に形成された接地導体層、３ｂは貫通
導体、３ｃは絶縁基板１の上側主面に形成された接地導
体層、３ｄは第１の導体層、３ｅは信号配線用導体層、
３ｆは電源供給用導体層、３ｇは第２の接地導体層であ
る。

【００１７】本発明の多層配線基板は、図１に示すよう
に、第１の導体層３ｄは信号配線用導体層３ｅと接地用
導体層３ｈおよび電源供給用導体層３ｆを具備してお
り、信号配線用導体層３ｅはその伝送方向に垂直な断面
においてその上下左右に接地導体層３ｃと接地用導体層
３ｈと第２の導体層３ｇとが配設された略同軸構造とさ
れている。

【００１８】この略同軸構造において、信号配線用導体
層３ｅと、接地導体層３ｃ，接地用導体層３ｈおよび第
２の導体層３ｇとのそれぞれの間隔は略同じがよく、具
体的にはその間隔は５〜１００μｍ程度が好ましい。５
μｍ未満では、信号配線用導体層３ｅと他の導体層とが
ショートしやすい点で不適であり、１００μｍを超える
と、多層配線基板の全体の大きさが大きくなる点で不適
である。

【００１９】本発明において、基板１は、アルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）セラミックス，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラ
ミックス，ガラスセラミックス等のセラミックスから成
るのがよく、貫通導体３ｂを同時焼成によって形成でき
る。また、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロ
エチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン・エチレン共
重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹
脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン・パーフルオロアル
コキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−
パーフルテロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦ
Ａ）等のフッ素樹脂よりなる基板、ガラスエポキシ樹脂
よりなる基板、ポリイミド等の樹脂よりなる基板などで
もよい。

【００２０】接地導体層３ａ，接地導体層３ｃ，第１の
導体層３ｄ，信号配線用導体層３ｅ，電源供給用導体層
３ｆおよび第２の導体層３ｇは、薄膜形成法、印刷ペー
ストによるメタライズ法、金属箔法またはメッキ法等に
よって形成される。また、これらの形成法を組み合わせ
てもよい。

【００２１】薄膜形成法の場合、スパッタリング法，蒸
着法，ＣＶＤ法等により導体層を形成する。例えば、下
層側から密着層としてのＴｉ層、拡散防止層としてのＴ
ｉ−Ｗ合金層、主導体層としてのＣｕ層、樹脂絶縁層と
の密着層としてのＣｒ層の４層構成からなる導体層を形
成することもできる。その後、この導体層をフォトリソ
グラフィ法およびエッチング法により、所定のパターン
形状に加工することにより形成される。

【００２２】また、印刷ペーストによるメタライズ法の
場合、Ｗ，Ｍｏ，ＭｎまたはＣｕのうち少なくとも１種
を含む金属ペーストを、スクリーン印刷法によってパタ
ーン印刷し、焼結することにより導体層を形成する。金
属箔法により形成する場合、絶縁基板１に予め被着され
たＣｕ等の金属箔をドライフィルム等を用いたフォトリ
ソグラフィ法およびエッチング法によって導体層を形成
する。または、予めパターン加工した金属箔を絶縁基板
１上に転写することによって形成する。メッキ法により
形成する場合、無電解メッキ法によるＣｕメッキ層や電
解メッキ法によるＣｕメッキ層等を形成し、パターン加
工して導体層を形成する。

【００２３】信号配線用導体層３ｅの厚みは０．５〜５
０μｍがよく、０．５μｍ未満では、信号配線用導体層
３ｅの導通抵抗値が高くなる傾向にあり、５０μｍを超
えると、微細な配線パターンに加工するのが困難とな
る。

【００２４】第１の樹脂絶縁層２ａおよび第２の樹脂絶
縁層２ｂは、ポリイミド，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテ
ン），エポキシ樹脂，フッ素系樹脂などからなり、スピ
ンコート法、ロールコート法、ダイコート法または印刷
法等により塗布し、樹脂層を形成する。また、フィルム
状に加工された樹脂シートを被着させることによって形
成してもかまわない。

【００２５】本発明において、電源供給用導体層３ｆは
内部コンデンサ用の電極部３ｆａを有するとともに電極
部３ｆａ直下の第１の樹脂絶縁層２ａと直上の第２の樹
脂絶縁層２ｂの少なくとも一方の厚みが同じ樹脂絶縁層
の他の部分の１／３〜２／３となっていることが好まし
く、１／３未満の厚みでは、絶縁不良を引き起こし易く
なり、２／３の厚みを超えると静電容量が小さくなるた
め内部コンデンサ部でのインピーダンスが大きくなり、
電源ノイズが発生し易くなり、従って電源ノイズを抑え
るのに十分な静電容量が得られにくい。この電極部３ｆ
ａを形成する場合、第１の樹脂絶縁層２ａを２層とし、
電極部３ｆａをその２層間に形成すればよい。

【００２６】具体的には、第１の樹脂絶縁層２ａのコン
デンサ形成部以外の厚みは３〜３０μｍがよく、コンデ
ンサ形成部の厚みは１〜１０μｍが好ましい。１μｍ未
満では良好な層間絶縁が取れない傾向があり、１０μｍ
を超えると電源ノイズを除去するのに十分な容量値を得
ることが難しい。

【００２７】第１の樹脂絶縁層２ａは、２層または３層
等の多層構成として形成することが好ましく、その層間
に内部コンデンサ用の電極部を容易に形成し得る。２層
で形成する場合、１層目を絶縁基板１の上側主面の貫通
導体３ｂ部を除く全面に形成し、２層目は貫通導体３ｂ
とコンデンサ形成領域に絶縁層が形成されないように加
工形成する。その加工方法としては、樹脂そのものに感
光性をもたせてフォトリソグラフィ法によって露光、現
像することにより、貫通導体３ｂの上側開口を囲むパタ
ーンを形成することができる。

【００２８】または、第１の樹脂絶縁層２ａ上にレジス
ト膜を塗布し、それをフォトリソグラフィ法によってパ
ターン加工し、エッチング法により貫通導体３ｂを囲む
パターンを形成してもよい。さらには、印刷法によって
パターン形成してもかまわない。またエキシマレーザ等
のレーザ加工法によってパターン加工してもよい。レー
ザ加工法の場合、第１の樹脂絶縁層２ａのコンデンサ形
成部は１層目の樹脂絶縁層形成時に除去し、２層目の形
成時に樹脂絶縁層を形成してもよい。

【００２９】第２の樹脂絶縁層２ｂは、第１の樹脂絶縁
層２ａと同じ種類の樹脂を用いてもよいし、違うものを
用いてもよい。

【００３０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変更を行うことは何等差し支えない。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、両主面に形成された接地導体
層が貫通導体によって電気的に接続された絶縁基板の一
方の主面に、第１の樹脂絶縁層，第１の導体層，第２の
樹脂絶縁層および第２の導体層が順次積層された多層配
線基板であって、前記第１の導体層は信号配線用導体層
と接地用導体層および電源供給用導体層を具備してお
り、信号配線用導体層はその信号伝送方向に垂直な断面
においてその上下左右に第２の導体層と接地導体層と接
地用導体層とが配設された略同軸構造とされ、電源供給
用導体層は内部コンデンサ用の電極部を有し、電極部と
接地導体層および第２の導体層とが内部コンデンサを形
成するとともに電極部直下の第１の樹脂絶縁層と直上の
第２の樹脂絶縁層の少なくとも一方の厚みが同じ樹脂絶
縁層の他の部分の１／３〜２／３となっていることによ
り、信号配線用導体層の特性インピーダンスを同軸構造
により整合させて高周波信号を容易に高速伝送すること
ができる。

【００３２】また、第１の樹脂絶縁層と第２の樹脂絶縁
層は比誘電率の低いポリイミド樹脂等によって形成され
るため、これらの樹脂絶縁層の上下の導体層間で浮遊容
量が発生しにくい構造となる。さらに、第１の樹脂絶縁
層と第２の樹脂絶縁層の厚みは、信号配線用導体層の特
性インピーダンスを整合するために自由にコントロール
することが可能である。また、第１の樹脂絶縁層と第２
の樹脂絶縁層の厚みをある程度厚くした場合、樹脂の硬
化収縮によって絶縁基板に反りが発生するが、絶縁基板
１１の基板の厚みを厚くすることで反りを抑えることも
できる。

【００３３】第１の導体層に設けられた電源供給用導体
層は、部分的に幅広い電極部を有しており、この電極部
と接地導体層および第２の導体層とで内部コンデンサを
形成し、この電極部直下の第１の樹脂絶縁層と直上の第
２の樹脂絶縁層の少なくとも一方の厚みが同じ樹脂絶縁
層の他の部分の１／３〜２／３となっているため、静電
容量の大きい平行平板のコンデンサを構成する。その結
果、半導体素子に対する電源ノイズの発生を抑えること
ができる。従って、従来のようにチップコンデンサを搭
載する必要がなくなり、小型低背化された多層配線基板
とし得る。

【００３４】また、内部にコンデンサを形成するため、
従来のようにチップコンデンサを搭載する位置まで配線
層を引き回すことにより生じるインダクタンスも抑える
ことができ、またチップコンデンサ実装による接続抵抗
も発生しないため、コンデンサに必要な静電容量値を従
来よりは小さくでき、よって内蔵コンデンサの大きさお
よび多層配線基板の大きさを小型化することができる。

【００３５】このように、コンデンサの静電容量を従来
より小さくできるので、コンデンサの充放電時の時定数
も小さくなるため、電源立上り時および立下り時のコン
デンサの充放電時間も短縮化され、電源立上り時および
立下り時のコンデンサ充放電によるノイズによる高周波
信号への影響をより抑えることができる。

【００３６】また、接地導体層および第２の導体層は、
内部コンデンサの部位の樹脂絶縁層の厚さが１／３〜２
／３と薄くなっていることから、樹脂絶縁層の厚さが薄
くなっていない場合よりも静電容量の大きい平行平板の
内部コンデンサの対向電極となっている。また、接地導
体層および第２の導体層は、信号配線用導体層の略同軸
構造を構成する接地電極でもある。これらのことから、
接地導体層および第２の導体層の接地電位は内部コンデ
ンサの適度に強い容量結合により強化され、その結果信
号配線用導体層を伝送する高周波信号は安定した接地電
位で囲まれるためその伝送特性が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の断面図である。

【図２】従来の多層配線基板の断面図である。

【符号の説明】

１：絶縁基板 ２ａ：第１の樹脂絶縁層 ２ｂ：第２の樹脂絶縁層 ３ａ：接地導体層 ３ｂ：貫通導体 ３ｃ：接地導体層 ３ｄ：第１の導体層 ３ｅ：信号配線用導体層 ３ｆ：電源供給用導体層 ３ｆａ：電極部 ３ｇ：第２の導体層 ３ｈ：接地用導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E346 AA12 AA15 AA35 AA43 BB06 BB11 CC09 CC10 CC14 CC17 CC18 CC32 CC35 CC36 DD02 DD03 DD12 DD13 DD16 DD17 DD22 DD32 DD33 DD34 EE32 EE33 FF01 HH02 HH03 HH06 HH22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両主面に形成された接地導体層が貫通導
   体によって電気的に接続された絶縁基板の一方の主面
   に、第１の樹脂絶縁層，第１の導体層，第２の樹脂絶縁
   層および第２の導体層が順次積層された多層配線基板で
   あって、前記第１の導体層は信号配線用導体層と接地用
   導体層および電源供給用導体層を具備しており、前記信
   号配線用導体層はその信号伝送方向に垂直な断面におい
   てその上下左右に前記第２の導体層と前記接地導体層と
   前記接地用導体層とが配設された略同軸構造とされ、前
   記電源供給用導体層は内部コンデンサ用の電極部を有
   し、該電極部と前記接地導体層および前記第２の導体層
   とが内部コンデンサを形成するとともに前記電極部直下
   の前記第１の樹脂絶縁層と直上の前記第２の樹脂絶縁層
   の少なくとも一方の厚みが同じ樹脂絶縁層の他の部分の
   １／３〜２／３となっていることを特徴とする多層配線
   基板。