JP2005158966A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 並行する信号用の配線導体の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用または電源用の導体層に共振が起こることがなく、信号用の配線導体に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に動作させることが可能な配線基板を提供すること。
【解決手段】 信号用の配線導体４ａ１の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用または電源用の第１の導体層４ｂ１の端部が、絶縁層１ｂを挟んで対向する接地用または電源用の第２の導体層４ｂ２に貫通導体４ｂｐを介して電気的に接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。

一般に、移動体通信機器に代表されるような電子機器の小型化、薄型化の要求に伴い、このような電子機器に使用される半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板にも小型化、薄型化、多端子化が求められてきている。そして、そのような小型化、薄型化、多端子化を実現するための配線基板として、外部電気回路基板上に半田バンプを介して表面実装可能としたボールグリッドアレイパッケージ（ＢＧＡ）用やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）用の配線基板が実用化されている。

このようなＢＧＡ用やＣＳＰ用の配線基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板の上面に電子部品の電極が半田を介して接続される電子部品接続用パッドが設けられているとともに絶縁基板の下面に外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続される外部接続用パッドが設けられている。そして、これらの電子部品接続用パッドと外部接続用パッドとを電気的に接続するための配線導体が絶縁基板の絶縁層を貫通して上下に延びるとともに各絶縁層間を水平に延びるように配設されている。

そして、このような配線基板によれば、絶縁基板上に電子部品を、その電極が電子部品接続用パッドに半田を介して接続されるようにして搭載することにより電子装置となり、この電子装置は、その外部接続用パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより外部電気回路基板上に実装されるとともに搭載する電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

このような配線基板における配線導体は、用途によって信号用と接地用と電源用の配線導体に機能化されている。

このうち信号用の配線導体は、半導体素子等の電子部品と外部電気回路基板との間で電気信号を伝播させるための導電路として機能し、絶縁層間を絶縁基板の中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるようにして並行して延びる複数の細い帯状の配線導体を有するとともに、絶縁層を貫通する貫通導体により上下の配線導体同士が接続されており、さらに、絶縁層を貫通する貫通導体により信号用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに接続されている。

また、接地用の配線導体や電源用の配線導体は、配線基板に搭載される電子部品にそれぞれ接地電位や電源電位を供給するための供給路としての機能を有しているとともに信号用の配線導体に対する電磁シールド機能や特性インピーダンスの調整機能を有しており、並行して形成された信号用の配線導体の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された導体層や絶縁層を挟んで信号用の配線導体と対向するように配置された広面積の導体層を有するとともに、絶縁層を貫通する貫通導体によりそれぞれ接地用や電源用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに接続されている。
特開平１１−１３５６７６号公報

しかしながら、並行して形成された信号用の配線導体の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように接地用や電源用の導体層が形成されている場合、信号用の配線導体に周波数が１０ＧＨｚを超えるような高周波の信号を伝播させると、並行する信号用の配線導体の並行部の間に端部を有して端部から並行部に沿って延びる接地用や電源用の導体層がスタブや分岐として作用し、この並行部間に沿って延びる接地用や電源用の導体層に信号用の配線導体を伝播する信号に対応した共振が起こり、その共振のために信号用の配線導体を伝播する信号の正常な伝播が阻害されて配線基板に搭載する半導体素子等の電子部品を正常に作動させることができないという問題点を有していた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は信号用の配線導体を伝播する信号の周波数が１０ＧＨｚを超えるような高周波であっても、並行して形成された信号用の配線導体の並行部間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用または電源用の導体層に共振が起こることがなく、信号用の配線導体に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に動作させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、絶縁層と、該絶縁層の一方の主面に複数配設された信号用の配線導体と、前記一方の主面に、前記複数の配線導体のうち２本が並行して形成された平行部の間に端部を有するとともに該端部から並行部に沿って一方の方向に延びるように形成された接地用または電源用の第１の導体層とを具備しており、前記絶縁層の他方の主面に、少なくとも前記端部に対向する接地用または電源用の第２の導体層が形成されているとともに、該第２の導体層と前記端部とが貫通導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。

また本発明の配線基板は、好ましくは上記構成において、第１の導体層は、前記並行部の周囲を囲むように形成されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、絶縁層の一方の主面に、信号用の配線導体のうち２本が並行して形成された並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方の方向に延びるように形成された接地用または電源用の第１の導体層は、前記端部が絶縁層の他方の面に配設された接地用または電源用の第２の導体層に貫通導体を介して電気的に接続されていることからスタブや分岐として作用することはなく、したがって信号用の配線導体に１０ＧＨｚを超えるような高周波の信号を伝播させた場合であっても、接地用または電源用の第１の導体層に信号に対応する共振が発生することはなく、その結果、信号用の配線導体に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に作動させることができる。また、第１の導体層が並行部の周囲を取り囲むように形成されていると、信号用の配線導体の電磁的な遮蔽が強化され、高周波の信号をより効率良く伝播させることができる。

次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態を、半導体素子を搭載するための配線基板に適用した場合の例を示す断面図であり、図中、１は絶縁基板、２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の電子部品接続用パッド、３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の外部接続用パッド、４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の配線導体である。

なお、本例では、ガラス織物に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層１ａの上下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂを３層ずつ積層して絶縁基板１を形成しており、最表層の絶縁層１ｂはソルダーレジスト層である。また、絶縁基板１の上面にはそれぞれ信号用、接地用および電源用の電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃが形成されているとともに絶縁基板１の下面にはそれぞれ信号用、接地用および電源用の外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃが縦横の並びに配列形成されており、絶縁基板１の上面から下面にかけてはそれぞれ対応する電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃと外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃとを互いに電気的に接続する信号用、接地用および電源用の配線導体４ａ，４ｂ，４ｃが配設されている。

絶縁層１ａは、本例の配線基板の芯体となる部材であり、例えばガラス繊維束を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．１〜１ｍｍ程度の複数の貫通孔５を有している。そして、その上下面には配線導体４ａ，４ｂ，４ｃの一部を構成する導体層および各貫通孔５の内面には円筒状の貫通導体が被着されており、絶縁層１ａ上下面の導体層同士が貫通孔５内の貫通導体を介して電気的に接続されている。

このような絶縁層１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁シートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、絶縁層１ａ上下面の導体層は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの上下全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔５内面の貫通導体は、絶縁層１ａに貫通孔５を設けた後に、この貫通孔５内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁層１ａは、その貫通孔５の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱６が充填されている。樹脂柱６は、貫通孔５を塞ぐことにより貫通孔５の直上および直下に各絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔５内にスクリーン印刷法により充填し、それを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱６を含む絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂがそれぞれ３層ずつ積層されている。

絶縁層１ａの上下面に積層された各絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔７を有している。これらの各絶縁層１ｂは、配線導体４ａ，４ｂ，４ｃを高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、最表層の絶縁層１ｂを除く各絶縁層１ｂの表面には配線導体４ａ，４ｂ，４ｃの一部を構成する導体層が被着されているとともに貫通孔７内には貫通導体が被着されている。そして、上層の導体層と下層の導体層とが貫通孔７内の貫通導体を介して電気的に接続されることにより立体的な高密度配線が可能となっている。このような各絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂から成る絶縁フィルムを絶縁層１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工により貫通孔７を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁樹脂層を順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂの表面の導体層および貫通孔７内の貫通導体は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔７内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。

また、絶縁基板１の上面に形成された電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃおよび絶縁基板１の下面に形成された外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは、厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜から成り、それぞれ電子部品の電極および外部電気回路基板の配線導体と各配線導体４ａ，４ｂ，４ｃとを電気的に接続するための接続用電極として機能する。そして、それぞれの露出表面には半田８ａ，８ｂが接合されており、電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃには半田８ａを介して電子部品の各電極が接続され、外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃには半田８ｂを介して外部電気回路基板の配線導体が接続される。このような電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃおよび外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは、絶縁層２ｂの表面に公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法により銅めっき膜を所定のパターンに被着させることにより形成され、その表面に半田ペーストを塗布するとともにそれをリフローすることにより半田８ａ，８ｂが接合される。なお、電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃは直径が５０〜１００μｍ程度の円形であり、外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは直径が２００〜５００μｍ程度の円形である。

これらの電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃと外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃとを接続するようにして絶縁基板１の上面から下面にかけて配設された信号用、接地用および電源用の各配線導体４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ電子部品の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、信号用の配線導体４ａであれば、図２（ａ）に要部平面図で示すように、絶縁層１ｂの間を絶縁基板１の中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるように並行して延びる複数の細い帯状の配線導体４ａ１を有している。また、接地用の配線導体４ｂであれば、配線導体４ａ１が並行して形成された並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された第１の導体層４ｂ１および図２（ｂ）に図２（ａ）のＸ−Ｘ切断線における要部断面図で示すように、絶縁層１ｂを挟んで配線導体４ａ１や第１の導体層４ｂ１に対向する第２の導体層４ｂ２を含んでいる。そして、信号用の配線導体４ａは、電子部品に信号の出し入れを行なうための導体として機能し、接地用および電源用の配線導体４ｂ，４ｃは、電子部品に接地電位や電源電位を供給するための導体として機能するとともに信号用の配線導体４ａを電磁的に遮蔽するシールドとしても機能する。また、例えは信号用の配線導体４ａ１に対して所定の間隔で接地用の第１の導体層４ｂ１および接地用の第２の導体層４ｂ２を配置することにより信号用の配線導体４ａ１に所定の特性インピーダンスが付与される。

さらに、本例の配線基板においては、図２に示すように、並行して形成された信号用の配線導体４ａ１の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用の第１の導体層４ｂ１の端部が絶縁層１ｂを貫通する貫通導体４ｂｐにより接地用の第２の導体層４ｂ２に電気的に接続されている。このように、本発明の配線基板は、並行する信号用の配線導体４ａ１の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用の第１の導体層４ｂ１の端部が絶縁層１ｂを貫通する貫通導体４ｂｐにより接地用の第２の導体層４ｂ２に電気的に接続されていることから、信号用の配線導体４ａ１の並行部の間に端部を有するとともに端部から並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用の第１の導体層４ｂ１がスタブや分岐として作用することはなく、信号用の配線導体４ａ１に１０ＧＨｚを超えるような高周波の信号を伝播させた場合であっても、接地用の第１の導体層４ｂ１に信号に対応する共振が発生することはなく、その結果、信号用の配線導体４ａに高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に作動させることができる。

なお、第１の導体層４ｂ１の端縁から貫通導体４ｂｐまでの距離が、信号用の配線導体４ａ１を伝播する信号の波長の４分の１以上であると、第１の導体層４ｂ１において共振が発生する危険がある。したがって、第１の導体層４ｂ１の端縁から貫通導体４ｂｐまでの距離は、信号用の配線導体４ａ１を伝播する信号の波長の４分の１未満であることが好ましい。

また、第１の導体層４ｂ１は、信号用の配線導体２ａ１の並行部の周囲を取り囲むように形成されていると、信号用の配線導体２ａ１の電磁的な遮蔽が強化され、高周波の信号をより効率良く伝播させることができる。したがって、第１の導体層４ｂ１は、信号用の配線導体２ａ１の並行部の周囲を取り囲むように形成されていることが好ましい。

かくして、本発明の配線基板によれば、絶縁基板１の上面に電子部品をその電極が半田８ａを介して各電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃに接続されるようにして搭載することにより電子装置となり、この電子装置における外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃを外部電気回路基板の配線導体に半田８ｂを介して接続することにより電子装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する電子部品の各電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

なお、本発明は上述の実施の形態例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であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施の形態例では第１の導体層４ｂ１および第２の導体層４ｂ２が接地用の導体層である例を示したが、これらの導体層は電源用の導体層であってもよい。

本発明の配線基板を実施するための最良の形態例を示す断面図である。 （ａ）は図１に示す形態例の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ切断線における断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：絶縁層
４ａ１：信号用の配線導体
４ｂ１：接地または電源用の第１の導体層
４ｂ２：接地または電源用の第２の導体層
４ｂｐ：貫通導体

Claims (2)

1. 絶縁層と、該絶縁層の一方の主面に複数配設された信号用の配線導体と、前記一方の主面に、前記複数の配線導体のうち２本が並行して形成された並行部の間に端部を有するとともに該端部から前記並行部に沿って一方に延びるように形成された接地用または電源用の第１の導体層とを具備しており、前記絶縁層の他方の主面に、少なくとも前記端部に対向する接地用または電源用の第２の導体層が形成されているとともに、該第２の導体層と前記端部とが貫通導体を介して電気的に接続されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記第１の導体層は、前記並行部の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

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