JP2007123798A - 配線基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ますます周波数の高くなる高周波信号を高速に伝送することが容易な配線基板を提供することにある。
【解決手段】接地導体層６と電源供給用導体層１０とが絶縁層２を介して対向するように形成された配線基板において、接地導体層６および電源供給用導体層１０の少なくとも一方の絶縁層側の主面に絶縁層に埋入した複数の突起１２を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は配線基板およびそれを用いた電子装置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。

従来の高周波回路用の配線基板の断面図を図３に示す。図３において、２１は絶縁基板、２２は樹脂絶縁層、２４は絶縁基板２１の下面に形成された接地導体層、２５は貫通導体、２６は絶縁基板２１の上面に形成された接地導体層、２７は導体層、２８は信号配線用導体層、３０は電源供給用導体層、３１はセラミックコンデンサである。なお、この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２８，導体層２７，電源供給用導体層３０等に接続されて搭載される。

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３０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導体層２７と電源供給用導体層３０との間にセラミックコンデンサ３１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。

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２８の特性インピーダンスを整合させるために絶縁基板２１の厚みを薄くすると、絶縁基板２１の上側主面に形成した樹脂絶縁層２２の硬化収縮によって配線基板が大きく反り、配線基板が割れてしまうためである。一方、絶縁基板２１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２１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２１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。

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、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複数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。

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と接合する場合、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。

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。

これらの問題を解決するために我々は、配線基板の電源供給用導体層に内部コンデンサ用の電極部を形成し、電極部と導体層とが内部コンデンサを形成する配線基板を提案して、長期信頼性に優れた配線基板を得た。

この配線基板の断面図を図４に示す。図４において、２１は絶縁基板、２２は第１の絶縁層、２３は第２の絶縁層、２４は絶縁基板２１の下面に形成された接地導体層、２５は貫通導体、２６は絶縁基板２１の上面に形成された接地導体層、２７´は第１の導体層、２８は信号配線用導体層、２９は第２の導体層、３２はコンデンサを形成する電極部である。

これにより電極部３２の直下の第１の絶縁層２２と前記電極部の直上の第２の絶縁層２３の少なくとも一方の厚みが、他の部位の絶縁層の厚みに対して１／３〜２／３の範囲になっているため、静電容量がより多く発生しコンデンサとして機能することにより電源から発生するノイズを効率よく除去することができ半導体素子の動作速度を高速にできるものであった。
特開２００２−２４６７５４号公報

従来の半導体素子の動作速度は、１GHｚ前後の速度であり上記従来の配線基板で充分に対応できている。しかしながら、近年の半導体素子のなかには動作速度が１０〜５０GHｚという高速なものもあり、上記従来の配線基板ではその高速化には、ノイズを除去する為の静電容量が多少不足する場合がある。それは、上記従来の配線基板の内部配線を使用してコンデンサを形成した場合に、大きな容量を形成しようとすると電極部の面積が大きくなり、配線基板の小型化ができなくなるので、あまり大きな静電容量を形成できないためにノイズを十分に低下できないためである。

また、コンデンサを形成する部位における絶縁層の厚みをさらに薄くするという方法も考えられるが、この場合、絶縁層の厚みばらつきが大きくなったり、絶縁性が低下してショートしたりし、電気的信頼性が低下するという問題点があった。

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、ますます周波数の高くなる高周波信号を高速に伝送することが容易な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、一対の配線導体層が絶縁層を介して上下に対向するように形成された配線基板において、前記対向する配線導体層の少なくとも一方の前記絶縁層側の主面に前記絶縁層に埋入した複数の突起を形成したことを特徴とする。

本発明の配線基板において、好ましくは、前記対向する配線導体層は接地導体層と電源供給用導体層とから成ることを特徴とする。

本発明の配線基板において、好ましくは、前記突起の先端部の横断面積を付け根部の横断面積よりも小さくしたことを特徴とする。

本発明の配線基板において、好ましくは、前記突起の高さを前記絶縁層の厚みの半分以上としたことを特徴とする。

本発明の配線基板において、好ましくは、前記配線導体層は３層以上の多層構造となっており、前記配線導体層同士が対向する各領域において、前記突起が形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板において、好ましくは、前記配線導体層同士が対向する各領域に形成された突起は、同じ方向に突出していることを特徴とする。

本発明の電子装置は、上記本発明の配線基板と、前記配線導体層に電気的に接続された電子部品とを具備することを特徴とする。

本発明の配線基板は、対向する配線導体層の少なくとも一方の絶縁層側の主面に絶縁層に埋入した複数の突起を形成したことにより、部分的に、対向する配線導体層同士、例えば接地導体層と電源供給用導体層とが接近する部位を有するため、大きな静電容量を得ることができる。よって、コンデンサとして機能する部位を広面積にしなくとも充分な静電容量を得ることができ、また、絶縁層のコンデンサとして機能する部位全体を薄くする必要はないので、絶縁層の厚みばらつきが生じにくくなるとともに絶縁性も良好に確保することができる。その結果、ノイズをより有効に低下できるとともに小型で電気的信頼性の高い配線基板とすることができる。

本発明の配線基板は、突起の先端部の横断面積を付け根部の横断面積よりも小さくしたことにより、基板の反りによる配線へ加わる応力の影響を小さくすることができるので、より電気的接続信頼性の高い配線基板とすることができる。

本発明の配線基板は、突起の高さを絶縁層の半分以上としたことにより、接地導体層と電源供給用導体層とを部分的により接近させて静電容量をより大きくすることができるので、コンデンサとして機能する部位の絶縁層を他の部位よりも薄くして静電容量を高める必要はなくなり、コンデンサを小型化するために複数層に形成しても配線基板表面に凹凸が発生せず平坦な配線基板を作成することができる。その結果、半導体素子等の電子部品の実装領域を広く平坦に確保することができるようになる。

本発明の配線基板は、配線導体層が３層以上の多層構造となっており、配線導体層同士が対向する各領域において、突起が形成されていることにより、コンデンサの静電容量を、安定により大きく確保できる。

本発明の配線基板は、配線導体層同士が対向する各領域に形成された突起は、同じ方向に突出していることにより、対向間距離がばらつくのを抑制でき、所望とする大きな静電容量をより安定に確保できる。

本発明の電子装置は、上記本発明の配線基板と、配線導体層に電気的に接続された電子部品とを具備することにより、高周波信号を高速に伝送することが容易なものとなる。

本発明の配線基板について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の断面図である。同図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、４は絶縁基板１の下面に形成された配線導体層の一つとしての接地導体層、５は貫通導体、６は絶縁基板１の上面に形成された配線導体層の一つとしての接地導体層、７は絶縁層２の上面に形成された配線導体層の一つとしての接地導体層、８は信号配線用導体層、１０は配線導体層の一つとしての電源供給用導体層、１１は電極部、１２は電極部に形成した突起である。

本発明において、基板１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）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５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；ＰＦＡ）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。

接地導体層４，６，７、信号配線用導体層８、電源供給用導体層１０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。

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Ｔｉ−Ｗ合金層、主導体層としてのＣｕ層、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。

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。

信号配線用導体層８の厚みは０．５〜５０μｍがよく、０．５μｍ未満では、信号配線用導体層８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傾向がある。

絶縁層２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。

接地導体層６と電源供給用導体層１０とが絶縁層２を介して対向する部位のうち、特に大きな容量を有するコンデンサ形成を行なおうとする部位（以下、電極部１１という）に突起１２を形成する。

電極部１１に突起１２を形成するには、例えば、先ず絶縁層２を形成し、その表面をスパッタリングやレーザ穿設加工、エッチング等で凹部を形成し、この凹部内および絶縁層２表面に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、機械的もしくは化学的、あるいは、その両方を組み合わせて、Ｃｕメッキ層表面を研磨加工することによって、電源供給用導体層１０に絶縁層２に埋入した複数の突起１２を形成することができる。

あるいは銅箔にエッチングにより、あるいはメッキにより突起１２を予め形成しておき、この銅箔を絶縁層２に突起１２が埋入するようにして転写させることにより形成することもできる。

本発明において、電極部１１の突起１２先端部の横断面積は付け根部の横断面積よりも小さくすることが好ましい。先端部の横断面積は、付け根部の２０〜９０％であることがより好ましい。先端部の横断面積が付け根部の２０％より小さいと電極の斜めになっている部分が多くを占めるようになるため、得られる静電容量が低下してしまう。また、先端部の横断面積が付け根部の９０％より大きいと、突起部が基板のたわみ等による応力の影響を受けやすくなるため、長期の信頼性が低下する傾向がある。

本発明において、電極部１１の突起１２の高さを絶縁層２の厚みの半分以上とすることが好ましい。これにより、接地導体層６と電源供給用導体層１０とを部分的により接近させて静電容量をより大きくすることができるので、コンデンサとして機能する部位の絶縁層２を他の部位よりも薄くして静電容量を高める必要はなくなり、コンデンサを小型化するために複数層に形成しても配線基板表面に凹凸が発生せず平坦な配線基板を作成することができる。その結果、半導体素子等の電子部品の実装領域を広く平坦に確保することができるようになる。なお絶縁層２の厚みとは、電極部１１以外の部分の絶縁層２厚みの平均値とする。

つまり、図２に示すように絶縁層２，３は、２層または３層以上の多層構成として形成することがコンデンサの静電容量確保の点から好ましい。電極部１１の突起１２の高さを絶縁層２，３の厚みの半分以上とすると、電極部１１の全体厚みをその他の高さと同じ高さとしても、静電容量を大きくすることができるために、電極部１１でも凹みを作らず配線基板を均一厚みで形成することができることにより、電極部１１を多層構成とした場合でも、静電容量がより安定すると共に、電源供給用導体層１０の接続信頼性も、凹み部に沿った配線がなくなることでより高信頼性となり、高信頼性な配線基板とすることができる。

好ましくは、配線導体層は３層以上の多層構造となっており、配線導体層同士が対向する各領域において、突起１２が形成されているのがよい。例えば、図２のように接地導体層６と、電源供給用導体層１０と，接地導体層９とが多層構造となっている。このような構成により、一対の配線導体層が対向して形成されるコンデンサの静電容量を、安定により大きく確保できる。

また、好ましくは、このような多層構造において、配線導体層同士が対向する各領域に形成された突起１２は、同じ方向に突出しているのがよい。例えば、図２の場合、電源供給用導体層１０の下面に形成された突起１２と接地導体層９の下面に形成された突起１２とが同じ下側方向に向いて突出している。このような構成により、対向間距離がばらつくのを抑制でき、所望とする大きな静電容量をより安定に確保できる。

なお、より好ましくは、絶縁層２，３の厚みは３〜６０μｍが好ましい。絶縁層２，３の厚みが３μｍ未満では特に突起部１２で良好な層間絶縁が取れない傾向があり、絶縁層２，３の厚みが６０μｍを超えると絶縁層２，３厚みが厚くなるために静電容量を高くするには、突起１２高さを高くしなければならないため、絶縁層２，３を深く削る必要があり、その後導体を厚く形成する必要があるため、生産性が悪くなる傾向がある。

そして、電極部１１の突起１２の高さは絶縁層２，３の厚みの半分以上であって、かつ２〜４０μｍがより好ましい。突起１２の高さが２μｍ未満では突起１２の静電容量増加の効果が明瞭に出ない傾向があり、突起１２の高さが絶縁層２，３の厚みの９０％を超えると、導体を厚く形成する必要があるため、生産性が悪くなる傾向がある。

絶縁層３は、絶縁層２と同様に作成することができ、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。

また、信号配線用導体層８と接地導体層６との間隔、および信号配線用導体層８と接地導体層７の間隔は略同寸法であることが好ましい。具体的にはその間隔は５〜１００μｍ程度が好ましい。５μｍ未満では、信号配線用導体層８と他の導体層とがショートしやすくなる傾向がある。１００μｍを超えると、配線基板の全体の大きさが大きくなる傾向がある。その結果、動作速度が１０〜５０GHｚという高速な半導体素子の高周波信号を伝送することが容易になる。

そして、上記本発明の配線基板の配線導体層に、半導体素子などの電子部品を電気的に接続することにより、高周波信号を高速に伝送することが容易な本発明の電子装置となる。

このような電子部品は、上記本発明の配線基板に直接搭載して配線導体層と電気的に接続してもよい。また、電子部品が他の外部回路基板に搭載した状態で、電子部品と本発明の配線基板の配線導体層とをボンディングワイヤなどで直接電気的に接続してもよい。あるいは電子部品が他の外部回路基板に搭載した状態で、電子部品が電気的に接続された外部回路基板の配線導体と本発明の配線基板の配線導体層とをボンディングワイヤなどで電気的に接続することにより、電子部品と配線導体層とを電気的に接続してもよい。

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。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。 従来の配線基板の断面図である。 従来の配線基板の断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２，３：絶縁層
６，７，９：接地導体層
８：信号配線用導体層
１０：電源供給用導体層
１２：突起

Claims (7)

1. 一対の配線導体層が絶縁層を介して上下に対向するように形成された配線基板において、前記対向する配線導体層の少なくとも一方の前記絶縁層側の主面に前記絶縁層に埋入した複数の突起を形成したことを特徴とする配線基板。
2. 前記対向する配線導体層は接地導体層と電源供給用導体層とから成ることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記突起の先端部の横断面積を付け根部の横断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。
4. 前記突起の高さを前記絶縁層の厚みの半分以上としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
5. 前記配線導体層は３層以上の多層構造となっており、前記配線導体層同士が対向する各領域において、前記突起が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配線基板。
6. 前記配線導体層同士が対向する各領域に形成された突起は、同じ方向に突出していることを特徴とする請求項５記載の配線基板。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の配線基板と、前記配線導体層に電気的に接続された電子部品とを具備することを特徴とする電子装置。

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