JP2006156527A

JP2006156527A - 配線基板

Info

Publication number: JP2006156527A
Application number: JP2004341666A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tomita; 穣冨田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に確実に不具合無く電気的に接続することが可能な配線基板を提供すること。
【解決手段】配線基板９は、絶縁基板１の内部に信号線路２を配置させるとともに、信号線路２と絶縁基板１の一主面との間に信号線路２と一部対向する導体層５を配置せしめ、絶縁基板１の一主面に、導体層５の非形成領域を貫通するビア導体４を介して信号線路２と電気的に接続される接続パッド３を設けてなり、接続パッド３の外周を、平面視して導体層５の非形成領域内に配置させるとともに、絶縁基板１の一主面に、接続パッド３を囲撓する切欠き部１ａが形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体素子や容量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。

従来、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための配線基板としては、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または、酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料からなる絶縁基板と、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属材料からなり、絶縁基板に形成された信号伝送用の信号線路と、絶縁基板の一主面に形成された接続パッドと、信号線路と接続パッドとを電気的に接続するように形成されたビア導体と、信号線路と対向して絶縁基板の内部に形成された導体層とを具備した構造のものが知られており、前記導体層は、信号線路との間に静電容量（キャパシタンス）を生じて信号線路のインピーダンスを制御する機能を有する。

そして、絶縁基板の、接続パッドが形成された一主面と対向する他の主面等に電子部品を搭載するとともに、電子部品の電極を信号線路の露出部分にボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより製品としての電子装置が完成する。

なお、電子部品としては、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子），ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）用半導体素子,圧電振動子，水晶振動子等の振動子、容量素子その他の種々の電子部品が用いられ、これらの電子部品を用いて構成された電子装置は、各種センサ装置，携帯電話，コンピュータ，ルータ等の電子機器の部品として使用される。

このような電子装置について、接続パッドを上記のような電子機器に使われる外部電気回路基板の接続用端子に半田等からなる金属バンプを介して接続することにより、電子部品の電極が信号線路，ビア導体および接続パッドを介して外部電気回路と電気的に接続される。

なお、接続パッドは、外部電気回路と接続した後の接続強度確保のために、比較的大きな直径（例えば直径０．８ｍｍ程度）の円形状等、面積の大きなものが形成されている。
特開２００２−３６８５６１号公報特開昭６２−１６１８６４号公報

しかしながら、近年、電子機器で使用される信号等の高周波化の要求、例えば、コンピュータの高速演算,高速インターネット通信あるいは車載用の衝突防止センサ等の要求のために、８００ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する必要が生じてきており、このような高周波信号を伝送する場合、上述したように接続パッドの面積が大きいと、接続パッドと、絶縁基板を介して接続パッドの真上付近に位置する導体層との間にキャパシタンスが発生し、その部分において導体層および接続パッドのインピーダンスが低くなり、インピーダンスの不整合が起きて高周波信号が良好に伝送されず、高周波信号用の電子部品として適した電気的信頼性を確保することができないという問題を有していた。

本発明は、上記問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、高周波信号の伝送特性が良好で、外部電気回路に確実に電気的に接続す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、絶縁基板の内部に信号線路を配置させるとともに、該信号線路と前記絶縁基板の一主面との間に前記信号線路と一部対向する導体層を配置せしめ、前記絶縁基板の一主面に、前記導体層の非形成領域を貫通するビア導体を介して前記信号線路と電気的に接続される接続パッドを設けてなる配線基板であって、前記接続パッドの外周を、平面視して前記導体層の非形成領域内に配置させるとともに、前記絶縁基板の一主面に、前記接続パッドを囲撓する切欠き部を形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の配線基板は、前記導体層の一部が前記切欠き部の形成領域内に露出されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明の配線基板は、前記導体層が、グランド導体層または給電導体層であることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、接続パッドの外周を、平面視して導体層の非形成領域内に配置させるとともに、絶縁基板の一主面に、接続パッドを囲撓する切欠き部を形成していることから、接続パッドと近傍に位置する導体層との間に介在する絶縁基板（誘電体）の一部に代わり誘電率の低い空気が存在することになるため、接続パッドと導体層のキャパシタンスの発生が低減され、その部分において導体層および接続パッドのインピーダンスが低くなるという問題の発生を抑えてインピーダンスを整合させることができ、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板が得られる。

また、本発明の配線基板によれば、導体層の一部を切欠き部の形成領域内に露出させることにより、導体層と接続パッドの間に空気が存在することとなるため、接続パッドと導体層との間のキャパシタンスを良好に低減することができ、導体層−接続パッド間のインピーダンス低下を効率よく抑え、高周波信号の伝送特性を向上させることが可能となる。

さらに、本発明の配線基板によれば、前記導体層を、グランド導体層または給電導体層として使用することにより、導体層を他の信号線路用のビア導体の回りだけを非形成部分にした所謂ベタ配線とすることができ、信号線路が同じ層でどこに形成されていても、配線基板内部の信号線路とのキャパシタンスが一定に保たれ、信号線路とのインピーダンスを効率よく維持することができる。

以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の配線基板の平面図である。図１において、１は絶縁基板、２は信号線路、３は接続パッド、４はビア導体、５は導体層、１ａは絶縁基板１に形成された切欠き部である。これら絶縁基板１，信号線路２，接続パッド３，ビア導体４，導体層５および切欠き部１ａによって配線基板９が構成されている。

絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料により形成されている。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には以下のようにして作製される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム，酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによって、セラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。しかる後、セラミックグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体と成す。この生セラミック成形体を還元雰囲気中で約１６００℃の高温で焼成することによって、絶縁基板１が製作される。

絶縁基板１は、内部に信号線路２と導体層５、主面には複数の接続パッド３が形成されており、これら信号線路２と接続パッド３とを互いに電気的に接続する複数のビア導体４が、導体層５の非形成領域を貫通して形成されている。ビア導体４が貫通する部分で導体層５を非形成とするのは、ビア導体４と導体層５との電気的短絡を避けるためである。

信号線路２，導体層５および接続パッド３は、タングステンやモリブデン，銅，銀，パラジウム等の金属材料から成り、例えば、タングステンから成る場合、タングステン粉末に有機溶剤，バインダーを添加混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートに所定のパターンで印刷しておくことにより形成される。

信号線路２、接続パッド３およびビア導体４は、図示しない電子部品の電極と電気的に接続され、これを外部に導出する導電路として機能する。

導体層５は、信号線路２との間で所定のキャパシタンスを形成し、このキャパシタンスで信号線路のインピーダンスを制御する機能をなす。

この場合、上述した導体層５の非形成領域は、ビア導体４との電気的短絡を防ぐ上では広い方がよいが、広くし過ぎると、信号線路２のインピーダンスを制御する機能が阻害されるので、非形成領域は、ビア導体４と導体層との間の電気的短絡を有効に防止できる範囲で極力狭くすることが好ましい。絶縁基板が酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る場合、非形成領域は、ビア導体４の側面から外側に５０μｍ〜２００μｍ程度の範囲で形成することが好ましい。

また、非形成領域は、ビア導体４の全周において、ビア導体４の側面から非形成領域の外縁（導体層５）までの距離が同じであることが好ましい。

また、ビア導体４は、高周波特性の観点から、横断面（信号が伝送される方向に直交する方向の断面）を円形になしておくことが好ましく、その大きさは、直径５０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。この場合、上述した非形成領域は、ビア導体４と同心円状に配置させておくことが好ましく、内径が約３００μｍ、外径が約８００μｍの円環状でビア導体４と同心円状に形成することが特に好ましい。

ビア導体４は、信号線路２，導体層５と同様の金属材料から成り、例えば、予め絶縁基板１となるセラミックグリーンシートのうち接続パッド３が形成される部位に貫通孔を形成しておき、このセラミックグリーンシートの表面および貫通孔内に、信号線路２と同様の金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により印刷し、充填しておくことにより形成される。

そして、上述した配線基板９の絶縁基板主面には図示しない電子部品が搭載され、電子部品の電極を信号線路２や導体層５にボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することによりＲＦモジュール等の電子装置が完成する。また、配線基板９の接続パッド３を図示しない外部電気回路基板の接続用端子等に半田等からなる接続材を介して接続することにより、電子部品の電極が信号線路２，ビア導体４および接続パッド３を介して外部の電気回路と電気的に接続される。

なお、信号線路２は、例えばＲＦモジュールにおいて発振用等の８００ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ等の高周波信号を伝送する高周波信号伝送用のものである。高周波信号伝送用のものの他に、ＫＨｚ帯等の低周波信号伝送用のものが形成されていてもよい。

また、導体層５は信号線路２と絶縁基板１の一主面との間に信号線路２と一部対向するように配置されている。これにより、信号線路２と導体層５とのキャパシタンスが一定に保たれ、信号線路２のインピーダンスも一定に保たれる。

そして、本形態の配線基板９においては、接続パッド３の外周が、平面視して導体層５の非形成領域内に配置されており、絶縁基板１の一主面には接続パッド３を囲撓する切欠き部１ａが形成されている。

したがって、接続パッド３とその近傍に位置する導体層５との間には、この両者間に介在していた絶縁基板１（誘電体）に代わり誘電率の低い空気（例えば酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスの誘電率に比べ約９分の１）が存在することとなるため、接続パッド３−導体層５間のキャパシタンスが良好に低減される。これにより、接続パッド３−導体層５間のインピーダンス低下が有効に抑えられ、インピーダンスを整合させて、高周波信号の伝送特性を優れたものになすことができる。

切欠き部１ａは、平面視して円環状または楕円環状、四角枠状、その他複数の直線や曲線を組み合わせた形状等に形成され、特に、円環状，楕円環状等の、角部の無い形状が外部の電気回路に接続する際、過度の応力が局所的に集中することはないので好ましい。

また、切欠き部１ａは、その内周と外周との間で形状が異なっていてもよい。

切欠き部１ａは、導体層５と接続パッド３との間のキャパシタンスを低くしてインピーダンスの低下を防ぐために、平面視して、その内周が接続パッド３の外縁に近いほど有効であり、接続パッド５の外縁に接して形成されていることが好ましい。

また、切欠き部１ａは、導体層５と接続パッド３との間のキャパシタンスを低くしてインピーダンスの低下を防ぐために、その外周が接続パッド３から離れるほど好ましい。ただし、切欠き部１ａの幅が広すぎると、絶縁基板１の強度の劣化を招き、クラック等の機械的な破壊を生じやすくなるので、切欠き部１ａの幅が２５０μｍ程度になるように、内周の位置に応じて、外周の位置を決定することが好ましい。

なお、切欠き部１ａは、例えば、絶縁基板１を、複数のセラミックグリーンシートを積層することにより形成するとともに、ビア導体４を囲繞するような環状，枠状の貫通孔を形成しておき、これを最下層として積層することにより形成される。切欠き部１ａは、上記のような環状，枠状の貫通孔を複数のセラミックグリーンシートに形成し、これらを、最下層から順に、それぞれの貫通孔が上下に連通するようにして積層することにより形成してもよい。

また、切欠き部１ａの内側面は、必ずしも垂直な面で形成する必要がなく、切欠き部１ａの周辺の絶縁基板１の機械的強度の確保や、生産性等を考慮して、傾斜面や縦方向に湾曲させた湾曲面としてもよい。

高周波信号の伝送に関しては、電気抵抗が低いほど特性が良好となることから、信号線路２の材料としては、銅，銀等が適しており、また、信号線路２のパターンは、角部の無い直線が望ましいが、屈曲させることが必要な場合は、屈曲させる部分を円弧状に成形すること（角部の無い半径を形成したコーナーを持つように設計すること）が好ましい。また、このような信号線路２を複数形成する場合は、信号線路間の距離をできるだけ離すことが望ましい。

また、配線基板９の導体層は、グランド導体層または給電導体層であることが好ましい。この場合、導体層５を他の信号線路２用のビア導体４の回りだけを非形成部分にしたいわゆるベタ配線とすることができるため、信号線路２が同じ層でどこに形成されても、配線基板９の内部の信号線路２とのキャパシタンスを一定にでき、信号線路２のインピーダンスを効率よく維持できる。

さらに、導体層５をグランド導体層または給電導体層として使用する場合、電子部品の電極のうちグランド用の電極や給電用の電極を導体層と電気的に接続させて、電子部品の接地や給電をより効率よく行なうことができ、電子部品搭載用の配線基板としての電気的特性を向上させることもできる。この場合、導体層５を複数の層にわたって形成し、グランド導体層及び給電導体層を共に絶縁基板の内部に設けるようにしてもよい。

また、接続パッド３は、配線基板９を外部電気回路基板に接続する際、十分な接続強度を確保するために、比較的大きな直径になしておくことが好ましい。接続パッド３は外部電気回路と接続される際、応力を良好に分散し、また、高周波伝送特性の観点等から、角の存在しない円形になしておくことが好ましく、その大きさは、直径２００μｍ〜５００μｍ程度が望ましい。

なお、本発明は上述の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であれば種々の変更が可能である。

例えば、上述した形態において、図２に示す如く、導体層５の一部を切欠き部１ａの形成領域内に露出させておくことが好ましい。この場合、導体層５と接続パッド３の間に絶縁基板１（誘電体）が存在せず、空気だけが存在する形となることから、接続パッド３と導体層５との間のキャパシタンスを有効に低減することができ、高周波信号の伝送特性を向上させることができる。

また、導体層５の非形成領域に、絶縁基板１を形成するのと同様の絶縁材料から成るコート層を導体層５と略同一厚みで形成することにより高さを揃えるとともに、絶縁基板１の内部に空隙等の発生を防止するようにすれば、その信頼性をより一層高めることができる。

（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す配線基板の平面図である。（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す配線基板の平面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基板
１ａ・・・切欠き部
２・・・信号線路
３・・・接続パッド
４・・・ビア導体
５・・・導体層
９・・・配線基板

Claims

絶縁基板の内部に信号線路を配置させるとともに、該信号線路と前記絶縁基板の一主面との間に前記信号線路と一部対向する導体層を配置せしめ、前記絶縁基板の一主面に、前記導体層の非形成領域を貫通するビア導体を介して前記信号線路と電気的に接続される接続パッドを設けてなる配線基板であって、
前記接続パッドの外周を、平面視して前記導体層の非形成領域内に配置させるとともに、前記絶縁基板の一主面に、前記接続パッドを囲撓する切欠き部を形成したことを特徴とする配線基板。
前記導体層の一部が前記切欠き部の形成領域内に露出されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
前記導体層が、グランド導体層または給電導体層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配線基板。