JP2007200971A - Multilayer wiring substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動作速度が高速度化した半導体素子をはじめとする電子部品が搭載される多層配線基板に関するものである。 The present invention relates to a multilayer wiring board on which electronic components such as a semiconductor element having an increased operating speed are mounted.
近年、半導体素子の動作速度の高速化が進む中で、半導体素子をはじめとする電子部品が搭載される多層配線基板においては、半導体素子のスイッチング動作が同時に複数起きた場合に半導体素子の基準電位が変動し、半導体素子の誤動作を引き起こす同時スイッチングノイズやEMIノイズが引き起こされるといった問題が発生している。 In recent years, as the operating speed of semiconductor elements has been increased, in a multilayer wiring board on which electronic components such as semiconductor elements are mounted, the reference potential of the semiconductor element is detected when multiple switching operations of the semiconductor element occur simultaneously. Has fluctuated, causing problems such as simultaneous switching noise and EMI noise causing malfunction of the semiconductor element.
この問題を解決するためには、電荷が供給される経路に付随する抵抗成分やインダクタンス成分を抑制し基準電位を安定化させることが有効である。方法としては、半導体素子と、多層配線基板に設けられた外部電気回路への実装に用いられる
接地用や電源用の外部電極(いわゆるBGAパッド等)との間の抵抗成分やインダクタンス成分を低減することである。具体的には、図4および図5に示すように電源配線層44と電源電極411あるいは接地配線層45と接地電極412を複数の電源貫通導体49あるいは接地貫通導体410で並列に接続する方法などがある。
In order to solve this problem, it is effective to stabilize the reference potential by suppressing the resistance component and the inductance component associated with the path through which the charge is supplied. As a method, a resistance component and an inductance component between a semiconductor element and a grounding or power supply external electrode (so-called BGA pad or the like) used for mounting on an external electric circuit provided on the multilayer wiring board are reduced. That is. Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, a method in which the power supply wiring layer 44 and the power supply electrode 411 or the
なお、図4は従来の多層配線基板の一例を示す断面図であり、図5は、電源電極411や接地電極412の部分を拡大して示す平面部分拡大図である。図4および図5において同じ部位には同じ符号を付している。
4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional multilayer wiring board, and FIG. 5 is an enlarged partial plan view showing the power electrode 411 and the
これらの手法により半導体素子に近い位置からの電荷供給や単位面積当たりの電荷供給量を増加できるため、電荷の供給経路に付随する抵抗による電圧降下やインダクタンスによる基準電位変動が抑制され、半導体素子に十分な電荷を供給することができるため、同時スイッチングノイズを抑制することが可能となる。
しかしながら、上記従来の技術における半導体素子と外部電源回路に接続される外部電極間の抵抗成分やインダクタンス成分を抑制する手法は、近年の半導体素子等の電子部品の小型化,高集積化に応じたいわゆる高密度化に起因して、次のような問題点が生じるようになってきている。 However, the technique for suppressing the resistance component and the inductance component between the semiconductor element and the external electrode connected to the external power supply circuit in the above-described conventional technology is in response to the recent miniaturization and high integration of electronic components such as semiconductor elements. Due to so-called densification, the following problems have arisen.
すなわち、図5に示すように高密度化に応じて多層配線基板41と外部電気回路とを接続するために用いられる電源電極411および接地電極412等の外部電極の小径化および狭ピッチ化が進んでいる。このため、外部電極の面積が小さくなり、外部電極に複数が並列に接続される電源貫通導体49および接地貫通導体410等の貫通導体同士の間隔が狭くなってきている。
That is, as shown in FIG. 5, the diameter and pitch of the external electrodes such as the power supply electrode 411 and the
このとき、電源貫通導体49を例にとると、貫通導体の自己インダクタンスをL(H)、並列に接続された隣接貫通導体との相互インダクタンスM(H)とした場合、貫通導体一本当りのインダクタンスは、同一方向に電流が流れる場合、L+M(H)で表される。相互インダクタンスは、貫通導体間の間隔に反比例するため、外部電極の小径化に伴って外部電極に複数が並列に接続される貫通導体同士の間隔が狭くなることによってその値は大きくなる。このため、貫通導体の並列接続により抵抗成分は減少するものの、インダクタンス成分においては相互インダクタンスの影響によりインダクタンスの低減効果を十分に得にくい。接地貫通導体410についても同様である。
At this time, taking the power supply through
このため、半導体素子の小型化,高集積化に応じた多層配線基板の高密度化に起因するインダクタンス成分と半導体素子からの電流によって電源配線と接地配線間に同時スイッチングノイズが引き起こされるため、半導体素子を安定して動作させることが難しくなってきている。 For this reason, simultaneous switching noise is caused between the power supply wiring and the ground wiring due to the inductance component and the current from the semiconductor element due to the high density of the multilayer wiring board corresponding to the miniaturization and high integration of the semiconductor element. It has become difficult to operate the element stably.
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あり、その目的は、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板内に、電源配線と接地配線を有する多層配線基板において、搭載される半導体素子などの電子部品のスイッチング動作時に発生する同時スイッチングノイズを大幅に抑制して半導体素子の動作を良好なものとすることにある。 The present invention has been devised in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a multilayer wiring board having a power supply wiring and a ground wiring in an insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers. An object of the present invention is to improve the operation of the semiconductor element by largely suppressing the simultaneous switching noise generated during the switching operation of the electronic component such as the mounted semiconductor element.
本発明の多層配線基板は、複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板と、前記絶縁層の層間に配設された電源配線および接地配線と、前記絶縁基板の主面に、互いに隣り合うように形成された電源電極および接地電極と、該電源電極および接地電極の各外周面から外側へ突出する突出部分と、前記電源電極および接地電極の各突出部分から前記電源配線および接地配線にかけて形成され、前記電源電極および接地電極を前記電源配線および接地配線にそれぞれ接続する電源貫通導体および接地貫通導体とを備え、前記電源電極の突出部と前記接地電極の突出部とが互いに側面を対向させて配置されるとともに、前記電源貫通導体と前記接地貫通導体とが互いに隣り合って配置されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board of the present invention is adjacent to the insulating substrate in which a plurality of insulating layers are laminated, the power supply wiring and the ground wiring arranged between the insulating layers, and the main surface of the insulating substrate. The power supply electrode and the ground electrode formed on the power supply electrode and the ground electrode, projecting portions projecting outward from the respective outer peripheral surfaces of the power supply electrode and the ground electrode, and extending from the projecting portions of the power supply electrode and the ground electrode to the power supply wiring and the ground wiring. A power supply through conductor and a ground through conductor for connecting the power supply electrode and the ground electrode to the power supply wiring and the ground wiring, respectively, and the protruding portion of the power supply electrode and the protruding portion of the ground electrode face each other. In addition, the power supply through conductor and the ground through conductor are arranged adjacent to each other.
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記突出部分が、前記電源電極および接地電極の各外周面に複数個ずつ形成されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board according to the present invention is characterized in that, in the above-described configuration, a plurality of the protruding portions are formed on each outer peripheral surface of the power supply electrode and the ground electrode.
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記突出部分の主面から前記絶縁基板の表面にかけて一体的に覆うように絶縁体が形成されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board of the present invention is characterized in that, in the above configuration, an insulator is formed so as to be integrally covered from the main surface of the protruding portion to the surface of the insulating substrate.
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記絶縁体は、前記突出部分の表面から隣り合う前記絶縁基板の表面にかけて一体的に覆うように形成されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the insulator is formed so as to be integrally covered from the surface of the protruding portion to the surface of the adjacent insulating substrate. is there.
本発明の多層配線基板によれば、電源電極の突出部と接地電極の突出部とが互いに側面を対向させて配置されるとともに、電源貫通導体と接地貫通導体とが互いに隣り合って配置されていることから、搭載される半導体素子のスイッチング動作時に発生する同時スイッチングノイズを大幅に抑制して、半導体素子の動作速度が高速化した場合でも、半導体素子の動作を良好なものとすることができる。 According to the multilayer wiring board of the present invention, the projecting portion of the power electrode and the projecting portion of the ground electrode are arranged with the side surfaces facing each other, and the power supply through conductor and the ground through conductor are arranged adjacent to each other. Therefore, it is possible to greatly suppress the simultaneous switching noise generated during the switching operation of the mounted semiconductor element, and to improve the operation of the semiconductor element even when the operation speed of the semiconductor element is increased. .
つまり、電源貫通導体と接地貫通導体とは互いに隣接して位置することになるため、電源貫通導体と接地貫通導体間の相互インダクタンスの影響を強めることができる。この場合、電源貫通導体の電流の方向(電源電極から電源配線に向かう給電)と、接地貫通導体の電流の方向(接地配線から接地電極に向かう接地)とは逆向きなので、電源貫通導体(接地貫通導体)に、隣り合う接地貫通導体(電源貫通導体)との間で生じる相互インダクタンスが抑制され、自己インダクタンスと相互インダクタンスを合わせたインダクタンス成分の低減に有効である。 That is, since the power supply through conductor and the ground through conductor are positioned adjacent to each other, the influence of mutual inductance between the power supply through conductor and the ground through conductor can be increased. In this case, since the direction of the current of the power supply through conductor (power feeding from the power supply electrode to the power supply wiring) is opposite to the direction of the current of the grounding through conductor (grounding from the ground wiring to the ground electrode), the power supply through conductor (grounding) The mutual inductance generated between the grounding through conductor and the adjacent grounding through conductor (power supply through conductor) is suppressed, which is effective in reducing the inductance component that combines the self-inductance and the mutual inductance.
また同時に、電源貫通導体同士、および接地貫通導体同士は、それぞれ、面積の狭い電源電極や接地電極の範囲を越えて突出部分に形成して、隣接距離を従来よりも大きくすることができるため、電源貫通導体同士あるいは接地貫通導体同士の相互インダクタンスの影響を弱めることができる。そのため、電源配線と電源電極とを接続する電源貫通導体、および接地配線と接地電極とを接続する接地貫通導体に付随するインダクタンス成分を低減することが可能になる。 At the same time, the power supply through conductors and the ground through conductors can be formed in the protruding portion beyond the range of the power supply electrode and the ground electrode having a small area, respectively, so that the adjacent distance can be made larger than before. The influence of mutual inductance between power supply through conductors or between ground through conductors can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the inductance component associated with the power supply through conductor connecting the power supply wiring and the power supply electrode and the ground through conductor connecting the ground wiring and the ground electrode.
すなわち電源貫通導体を例にとると、電源貫通導体の自己インダクタンスをLp(H)、隣接する接地貫通導体との相互インダクタンスMg(H)とした場合、貫通導体一本当りのインダクタンスは、Lp-Mg(H)で表されるため、貫通導体のインダクタンスの削減効果を得ることが可能である。また、電源貫通導体同士においては、隣接する貫通導体との相互インダクタンスをMp(H)とした場合、Lp+Mp(H)で表されるが、貫通導体同士の隣接距離を従来よりも大きくすることによってMp(H)を小さくすることができるため従来に対してインダクタンスの上昇を抑制することが可能となる。 That is, taking the power supply through conductor as an example, when the self-inductance of the power supply through conductor is Lp (H) and the mutual inductance Mg (H) with the adjacent ground through conductor is, the inductance per through conductor is Lp−. Since it is represented by Mg (H), it is possible to obtain an effect of reducing the inductance of the through conductor. In addition, in the power supply through conductors, when the mutual inductance with the adjacent through conductor is Mp (H), it is represented by Lp + Mp (H). By making the adjacent distance between the through conductors larger than before, Since Mp (H) can be reduced, an increase in inductance can be suppressed as compared with the prior art.
したがって、半導体素子に電荷が供給される際にインダクタンス成分による電圧変動が抑制されることとなり、半導体素子に安定して電荷が供給され同時スイッチングノイズの発生を抑制することができる。 Therefore, voltage fluctuation due to the inductance component is suppressed when charge is supplied to the semiconductor element, and the charge is stably supplied to the semiconductor element, and the occurrence of simultaneous switching noise can be suppressed.
また、本発明の多層配線基板によれば、上記構成において、突出部分が、電源電極および接地電極の各外周面に複数個ずつ形成されている場合には、各突出部分のインダクタンスに起因して電荷が供給される経路のインダクタンスが増加することを防止し、半導体素子の動作をより良好にすることができる。すなわち、突出部分の持つインダクタンス成分が電源電極の突出部分と接地電極間の突出部分の相互インダクタンスによって相殺されて低減することができる。そのため、突出部分のインダクタンスに起因して基準電位の変動が誘発されることは防止される。また、突出部分が複数個形成されることによって並列接続になるため、突出部分のインダクタンスはより削減される。また、抵抗成分(直流抵抗)もさらに低減される。したがって、インダクタンス成分の削減によって同時スイッチングノイズがさらに抑制されるため、より一層、搭載される電子部品の動作について、誤動作が抑制された良好な多層配線基板とすることができる。 Further, according to the multilayer wiring board of the present invention, in the above configuration, when a plurality of protruding portions are formed on each outer peripheral surface of the power supply electrode and the ground electrode, it is caused by the inductance of each protruding portion. It is possible to prevent the inductance of the path through which the charge is supplied from increasing, and to improve the operation of the semiconductor element. That is, the inductance component of the protruding portion is offset by the mutual inductance of the protruding portion between the power electrode and the ground electrode, and can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the reference potential from being changed due to the inductance of the protruding portion. In addition, since the plurality of protruding portions are formed in parallel connection, the inductance of the protruding portion is further reduced. Further, the resistance component (DC resistance) is further reduced. Therefore, since the simultaneous switching noise is further suppressed by reducing the inductance component, it is possible to obtain a good multilayer wiring board in which malfunctions are further suppressed in the operation of the mounted electronic component.
また、本発明の多層配線基板によれば、上記構成において、突出部分の主面から絶縁基板の表面にかけて一体的に覆うように絶縁体が形成されている場合には、突出部分がアンカーの役割を果たし、絶縁基板に対する電源電極および接地電極の接合強度を向上することができるため電源電極と接地電極のはがれ等による実装信頼性の低下を効果的に抑止できる。 According to the multilayer wiring board of the present invention, in the above configuration, when the insulator is formed so as to cover the main surface of the protruding portion to the surface of the insulating substrate, the protruding portion serves as an anchor. Thus, since the bonding strength of the power supply electrode and the ground electrode to the insulating substrate can be improved, it is possible to effectively suppress a decrease in mounting reliability due to peeling of the power supply electrode and the ground electrode.
また、本発明の多層配線基板によれば、上記構成において、絶縁体が、突出部分の表面から隣り合う絶縁基板の表面にかけて一体的に覆うように形成されている場合には、絶縁体により、突出部分をより強固に絶縁基板に接合させておくことができるので、絶縁基板に対する電源電極および接地電極の接合強度をさらに向上することができる。そのため、電源電極と接地電極のはがれ等による実装信頼性の低下をより効果的に抑止できる。 Further, according to the multilayer wiring board of the present invention, in the above configuration, when the insulator is formed so as to integrally cover from the surface of the protruding portion to the surface of the adjacent insulating substrate, the insulator Since the protruding portion can be bonded to the insulating substrate more firmly, the bonding strength of the power supply electrode and the ground electrode to the insulating substrate can be further improved. For this reason, it is possible to more effectively suppress a decrease in mounting reliability due to peeling of the power supply electrode and the ground electrode.
これらの結果、半導体素子のスイッチング動作時に発生する同時スイッチングノイズをより効果的に抑制し半導体素子の高速動作時における作動性を非常に良好なものとすることができる。 As a result, the simultaneous switching noise generated during the switching operation of the semiconductor element can be more effectively suppressed, and the operability during the high-speed operation of the semiconductor element can be made very good.
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実施の形態の一例を示す断面図であり、図2は図1の多層配線基板における電源電極および接地電極の周辺部の要部拡大平面図である。また、図3は図1の多層配線基板における電源電極および接地電極の周辺部の要部拡大断面図(裏面側)である。図1乃至図3において同じ部位には同じ符号を付している。 The multilayer wiring board of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a multilayer wiring board according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged plan view of an essential part of the periphery of a power supply electrode and a ground electrode in the multilayer wiring board of FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view (back side) of the main part of the periphery of the power supply electrode and the ground electrode in the multilayer wiring board of FIG. 1 to 3, the same parts are denoted by the same reference numerals.
本発明の多層配線基板1において、図1に示す例では、絶縁基板2を構成する絶縁層2a〜2fは基本的には同じ比誘電率を有する絶縁材料で形成されている。絶縁層2cと絶縁層2dとの層間には信号配線群3が形成され、信号配線群3を挟む上下の絶縁層2a〜2c,2d〜2fの層間には、信号配線群3を間に挟むようにして広面積の電源配線4および接地配線5が形成されており、信号配線群3の各信号配線はストリップ線路構造を有している。この例では、信号配線3は複数が設けられ、その全部がストリップ線路構造である。
In the
なお、信号波形を伝送する信号配線群3は、各信号配線の配線幅および信号配線群3と電源配線4や接地配線5との間に介在する絶縁層2b,2cの厚みを設定することにより、信号配線群3その特性インピーダンスを任意の値に設定することができる。そのため、例えば複数の信号配線3により、良好な伝送特性を有する信号配線群3を形成することが可能となる。各信号配線群3の特性インピーダンスは一般的には50Ωに設定される。なお、信号配線群3に含まれる複数の信号配線3は、それぞれ異なる電気信号を伝送するものとしてもよい。
In the
本発明の多層配線基板1において、絶縁層2a〜2fは、例えばセラミックグリーンシート積層法によって形成される。この場合、絶縁層2a〜2fは、酸化アルミニウム質焼結体,窒化アルミニウム質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化珪素質焼結体,ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等の無機絶縁材料から成る。また、絶縁層2a〜2fは、ポリイミド,エポキシ樹脂,フッ素樹脂,ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の有機絶縁材料、あるいはセラミック粉末等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合絶縁材料等の電気的な絶縁材料から成っていてもよい。
In the
絶縁層2a〜2fは、例えばセラミックグリーンシート積層法や、アディティブ法等の基板形成手段によって形成される。 The insulating layers 2a to 2f are formed by a substrate forming means such as a ceramic green sheet lamination method or an additive method.
これらの絶縁層2a〜2fは以下のようにして作製される。絶縁層2a〜2fが例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、まず、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法等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を得る。そして、セラミックグリーンシートに信号配線群3および各導体層と成る金属ペーストを所定のパターンに印刷塗布して、これらを上下に積層し、最後にこの積層体を還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
These insulating layers 2a to 2f are manufactured as follows. When the insulating layers 2a to 2f are made of, for example, an aluminum oxide sintered body, first, an appropriate organic binder or solvent is added to and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, calcium oxide or magnesium oxide to form a slurry. None, by adopting a doctor blade method or the like to form a sheet, a ceramic green sheet is obtained. Then, the
また、絶縁層2a〜2fがエポキシ樹脂から成る場合、まず酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミックスを混合した熱硬化性のエポキシ樹脂、あるいはガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させて成るガラスエポキシ樹脂等から成る絶縁層の上面に、有機樹脂前駆体をスピンコート法もしくはカーテンコート法等により被着させ、これを熱硬化処理することによって絶縁層を形成する。この絶縁層と、銅層を無電解めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成して成る薄膜配線導体層とを交互に積層し、約170℃程度の温度で加熱硬化することによって製作される。 When the insulating layers 2a to 2f are made of an epoxy resin, first, a glass made by impregnating an epoxy resin into a thermosetting epoxy resin mixed with ceramics made of an aluminum oxide sintered body or a cloth woven with glass fibers. An organic resin precursor is deposited on the upper surface of an insulating layer made of an epoxy resin or the like by a spin coating method or a curtain coating method, and the insulating layer is formed by heat-curing the organic resin precursor. This insulating layer and a thin film wiring conductor layer formed by adopting a copper layer by employing a thin film forming technique such as an electroless plating method or a vapor deposition method and a photolithography technique are alternately laminated, and a temperature of about 170 ° C. It is manufactured by heating and curing.
これらの絶縁層2a〜2fの厚みは、使用する材料の特性に応じて、要求される仕様に対応する機械的強度や電気的特性等の条件を満たすように設定される。 The thicknesses of these insulating layers 2a to 2f are set so as to satisfy the conditions such as mechanical strength and electrical characteristics corresponding to the required specifications according to the characteristics of the materials used.
また、本発明の多層配線基板1において絶縁基板2の主面等の露出面(この実施形態では表面)には、高速で動作するIC,LSI等の半導体集積回路素子や半導体レーザ(LD),フォトダイオード(PD)等の光半導体素子等の半導体素子6が搭載される。この半導体素子6は、裏面(絶縁基板2に対向する面)側に信号用や電源用、接地用の端子(図示せず)が形成され、各端子が、絶縁基板2の表面に形成された電極パッド8に錫−鉛(Sn−Pb)合金等の半田や金(Au)等から成る半田バンプ7を介して電気的に接続されて実装される。
Further, in the
各電極パッド8は、絶縁基板2の内部に形成されている信号配線3や電源配線4、接地配線5とそれぞれ、絶縁基板2の表面から内部にかけて形成されたビア導体等の内部導体(図示せず)等を介して電気的に接続され、半導体素子6の各端子が、対応する信号配線3、電源配線4および接地配線5と電気的に接続される。
Each
絶縁基板2の主面(この実施形態では裏面)には電源電極11、接地電極12、信号電極16および被覆用の絶縁体13が形成されている。電源電極11、接地電極12および信号電極16はそれぞれ電源貫通導体9、接地貫通導体10および信号貫通導体15を介して多層配線基板1内の電源配線4、接地配線5および信号配線群3と電気的に接続されている。
On the main surface (the back surface in this embodiment) of the insulating
電源電極11および接地電極12を半田ボール等を介して外部電気回路(図示せず)に接続することにより、半導体素子6の電源端子および接地端子が、それぞれ、外部電気回路(電源用や接地用)と電気的に接続される。
By connecting the power supply electrode 11 and the
外部電気回路と電気的に接続された半導体素子6は、スイッチング動作に必要な電荷が外部電気回路と接続される電源電極11および接地電極12から電源配線4および接地配線5を介して供給され、半導体素子6のスイッチング動作によって得られた信号波形は多層配線基板1内に形成された信号配線群3を伝播し信号電極を介して外部電気回路に伝送される。
In the semiconductor element 6 electrically connected to the external electric circuit, charges necessary for the switching operation are supplied from the power supply electrode 11 and the
なお、信号配線群3、電源配線4、接地配線5、電源貫通導体9、接地貫通導体10、信号貫通導体15、電源電極11、接地電極12および信号電極16は、例えばタングステン(W),モリブデン(Mo),モリブデン−マンガン(Mo−Mn),銅(Cu),銀(Ag)または銀−パラジウム(Ag−Pd)等の金属粉末メタライズ、あるいは銅(Cu),銀(Ag),ニッケル(Ni),クロム(Cr),チタン(Ti),金(Au)またはニオブ(Nb)やそれらの合金等の金属材料により形成されている。
The
このような金属材料は、メタライズ法等の厚膜法や、薄膜法等の金属層形成手段により所定パターンに被着、形成すればよい。 Such a metal material may be deposited and formed in a predetermined pattern by a thick film method such as a metallizing method or a metal layer forming means such as a thin film method.
具体的には、信号配線群3、電源配線4、接地配線5、電源貫通導体9、接地貫通導体10、電源電極11、接地電極12を、Wの金属粉末メタライズで形成する場合、W粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁層2a〜2fと成るセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等の印刷法により所定のパターンで印刷塗布し、これをセラミックグリーンシートの積層体とともに焼成することによって形成することができる。
Specifically, when the
また、信号配線群3、電源配線4、接地配線5、電源貫通導体9、接地貫通導体10、信号貫通導体15、電源電極11、接地電極12、信号電極16を金属薄膜で形成する場合、例えばスパッタリング法,真空蒸着法またはメッキ法により金属薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法により所定の配線パターンに形成することができる。
When the
このような、半導体素子6を搭載する多層配線基板1において、半導体素子6の電荷供給経路である電源配線4および接地配線5は抵抗やインダクタンス等の寄生要素を持つため電荷が供給される際に電圧降下や誘導起電力によるノイズ成分が電源配線4と接地配線5間の電位に発生し半導体素子6のスイッチング動作を不安定にするため、寄生要素を極力小さくするように電荷供給経路を物理的に短くする必要がある。
In such a
本発明の多層配線基板1において絶縁基板2の主面(裏面)には、電源電極11および接地電極12との各外周部に、側面どうしが対向し合うようにして形成された突出部分14が形成され、突出部分14は多層配線基板1内部の電源配線4および接地配線5と、互いに隣り合って配置された電源貫通導体9および接地貫通導体10を介して接続される。この場合、電源貫通導体9の電流の方向(電源電極から電源配線に向かう給電)と、接地貫通導体10の電流の方向(接地配線から接地電極に向かう接地)とは逆向きなので自己インダクタンスと相互インダクタンスを合わせたインダクタンス成分の低減に有効である。
In the
また同時に、電源貫通導体9同士、および接地貫通導体10同士は、それぞれ、面積の狭い電源電極11や接地電極12の範囲を越えて突出部分14に形成して、隣接距離を従来よりも大きくすることができるため、電源貫通導体9同士あるいは接地貫通導体10同士の相互インダクタンスの影響を弱めることができる。そのため、電源配線4と電源電極11とを接続する電源貫通導体9、および接地配線5と接地電極12とを接続する接地貫通導体10に付随するインダクタンス成分を低減することが可能になる。
At the same time, the power supply through
つまり、図5に示されるように多層配線基板41の小型化に伴う外部電極の小径化によって電源電極44および接地電極45に複数接続される電源貫通導体49同士および接地貫通導体410同士の間隔が、必然的に狭くなり貫通導体同士の相互インダクタンスの上昇によって自己インダクタンスと相互インダクタンスを合わせたインダクタンス成分の削減ができない場合においても、本発明においては図2に示されるように突出部分14に貫通導体を配置することによって電源貫通導体49同士あるいは接地貫通導体410同士の間隔を広くすることができ相互インダクタンスの影響を小さくすることができるため自己インダクタンスと相互インダクタンスを合わせたインダクタンス成分の削減が可能となる。
That is, as shown in FIG. 5, the distance between the power supply through
したがって、搭載される半導体素子6のスイッチング動作時に発生する同時スイッチングノイズを大幅に抑制して、半導体素子6の動作速度が高速化した場合でも、半導体素子6の動作を良好なものとすることが可能な多層配線基板1を提供することができる。
Therefore, the simultaneous switching noise generated during the switching operation of the mounted semiconductor element 6 is greatly suppressed, and even when the operation speed of the semiconductor element 6 is increased, the operation of the semiconductor element 6 can be improved. A possible
なお、突出部分14に接続する電源貫通導体9および接地貫通導体10は、隣り合う突出部分14の間で互いに最接近するような位置で、それぞれ接続されていることが好ましいが、製造上の精度等に応じて、多少ずれていてもかまわない。
It should be noted that the power supply through
このような突出部分14は、例えば、電源電極9や接地電極10と一体的に形成することができる。すなわち、突出部分14は、タングステン(W),モリブデン(Mo),モリブデン−マンガン(Mo−Mn),銅(Cu),銀(Ag)または銀−パラジウム(Ag−Pd)等の金属粉末メタライズ、あるいは銅(Cu),銀(Ag),ニッケル(Ni),クロム(Cr),チタン(Ti),金(Au)またはニオブ(Nb)やそれらの合金等の金属材料を用い、メタライズ法等の厚膜法や、薄膜法等の金属層形成手段により形成することができる。
Such a protruding
具体的には、Wの金属粉末メタライズで形成する場合であれば、電源電極9や接地電極10となる金属ペーストを印刷する際に、印刷に用いる製版(版面)に、突出部14となるようなパターンを形成しておくことにより、突出部14となる金属ペーストを印刷する。これを焼成することにより、突出部14を備える電源電極9や接地電極10を形成することができる。
Specifically, in the case of forming with metal powder metallization of W, when printing the metal paste to be the
この場合、突出部分14は、電源貫通導体9と接地貫通導体10とを有効に隣接させるために、電源電極11に形成されるものと接地電極12に形成されるものとが、互いに側面どうし、製法上、電気的な絶縁性等の特性が確保される範囲内で極力近接して配置されることが望ましい。
In this case, the protruding
例えば、電源電極11,接地電極12およびそれぞれの突出部分14がWの金属粉末メタライズで形成される場合であれば、突出部分14の隣接間隔は(50〜100μm)程度に設定すればよい。
For example, if the power electrode 11, the
なお、突出部分14は、電源貫通導体9と接地貫通導体10とを、極力狭い占有面積で隣接させるために、図示したような長楕円弧状のものや、細長い四角形状(長方形状,台形状等、図示せず)のものが適している。特に、ほぼ全長において幅が一定で、角部のないものが好ましい。
Note that the protruding
また、本発明において、突出部分14が、電源電極11および接地電極12の各外周面に複数個ずつ形成されているのがよい。この場合には、各突出部分14のインダクタンスに起因して電荷が供給される経路のインダクタンスが増加することを防止し、半導体素子6の動作をより良好にすることができる。すなわち、突出部分14の持つインダクタンス成分が電源電極11の突出部分14と接地電極12間の突出部分14の相互インダクタンスによって相殺されて低減することができる。そのため、突出部分14のインダクタンスに起因して基準電位の変動が誘発されることは防止される。また、突出部分14が複数個形成されることによって並列接続になるため、突出部分14のインダクタンスはより削減される。また、抵抗成分(直流抵抗)もさらに低減される。したがって、インダクタンス成分の削減によって同時スイッチングノイズがさらに抑制されるため、より一層、搭載される半導体素子の動作について、誤動作が抑制された良好な多層配線基板とすることができる。
In the present invention, it is preferable that a plurality of protruding
このような電源電極11および接地電極12は、例えば、図2のように、縦横に交互に電源電極11と接地電極12とが配置されるようにし、各電源電極11から隣接する接地電極12へ向かって突出部分14が延出しているとともに、各接地電極12から隣接する電源電極11へ向かって突出部分14が延出しているのがよい。縦横に配置された電源電極11と接地電極12の突出部分14全てが効率よく対向するため電源配線層4と全ての電源電極11とを接続する全ての電源貫通導体9および接地配線層5と全ての接地電極12とを接続する全ての接地貫通導体10のインダクタンス成分を削減できるため、同時スイッチングノイズの抑制をより有効に行なうことができる。
For example, as shown in FIG. 2, the power supply electrode 11 and the
また、突出部分14の厚みは電源電極11および接地電極12の厚みと同程度から二倍程度の厚みにすることが好ましい。この場合、突出部分14の自己インダクタンスを低減できかつ実装信頼性を著しく低下させることがない。
Further, it is preferable that the thickness of the protruding
また、突出部分14の側面の形状は垂直であることが好ましい。この場合、電源電極11および接地電極12のそれぞれの突出部分14が対向する実効的な面積が増大し相互インダクタンスを増大でき、かつそれぞれの突出部分14の自己インダクタンスを低減できるため、同時スイッチングノイズの抑制をより有効に行なうことができる。
Moreover, it is preferable that the shape of the side surface of the
また、図3に示されるよう電源電極11および接地電極12の突出部分14は被覆用の絶縁体13で被覆されていることが好ましい。この場合、突出部分14がアンカーの役割を果たし、絶縁基板2に対する電源電極11および接地電極12の接合強度を向上することができるため電源電極11と接地電極12のはがれ等による実装信頼性の低下を効果的に抑止できる。
Further, as shown in FIG. 3, the protruding
また、絶縁体13は、突出部分14の表面から隣り合う絶縁基板2の表面にかけて一体的に覆うように形成されていることがより好ましい。この場合、突出部分14をより強固に絶縁基板2に接合させておくことができるので、絶縁基板2に対する電源電極11および接地電極12の接合強度をさらに向上することができる。そのため、電源電極11と接地電極12のはがれ等による実装信頼性の低下をより効果的に抑止できる。
Moreover, it is more preferable that the
絶縁体13は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化珪素質焼結体,ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等の無機絶縁材料、ポリイミド,エポキシ樹脂,フッ素樹脂,ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の有機絶縁材料、あるいはセラミック粉末等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合絶縁材料等により形成される。
The
絶縁体13は、例えば酸化アルミニウム質焼結体粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して得たセラミックペーストを、絶縁層2e上の誘電体15の表面に所定のパターンで印刷塗布し、これをセラミックグリーンシートの積層体とともに焼成することによって形成することができる。
The
なお、絶縁体13は、突出部14の表面から、それに隣接する電源電極11や接地電極12の露出面の外縁部にかけて一体的に被覆するようにしてもよい。この場合、接合強度を向上することができ、信頼性をさらに向上させることができる。
The
以上より、半導体素子6のスイッチング動作時に発生する同時スイッチングノイズを効果的に抑制することができ、その結果半導体素子6の作動性を良好なものとすることにある。 As described above, the simultaneous switching noise generated during the switching operation of the semiconductor element 6 can be effectively suppressed, and as a result, the operability of the semiconductor element 6 is improved.
また、多層配線基板1は、半導体素子6のみに限らず、チップ抵抗,薄膜抵抗,コイルインダクタ,クロスインダクタ,チップキャパシターまたは電解キャパシター等を搭載して、電子回路モジュール等を構成してもよい。
In addition, the
また、各絶縁層2a〜2fの平面視における形状は、正方形状や長方形状の他に、菱形状,六角形状または八角形状等の形状であってもよい。 Further, the shape of each of the insulating layers 2a to 2f in a plan view may be a rhombus shape, a hexagonal shape, an octagonal shape, or the like in addition to a square shape or a rectangular shape.
そして、このような本発明の多層配線基板1は、半導体素子収納用パッケージ等の電子部品収納用パッケージや電子部品搭載用基板、多数の半導体素子6が搭載されるいわゆるマルチチップモジュールやマルチチップパッケージ、あるいはマザーボード等として使用される。
Such a
本発明の図1の構成の多層配線基板1を以下のようにして作製した。酸化アルミニウム質焼結体から成る各厚みが0.2mmの絶縁層2a〜2fを上述したセラミックグリーンシート積層法によって積層し形成することにより、絶縁基板2を作製した。このとき、信号配線群3、電源導体4、接地導体5、電源貫通導体9、接地貫通導体10、電源電極11および接地電極12を、上述の銅粉末メタライズで形成した。
A
そして、この場合、図2に示すように、比誘電率が5.2の絶縁基板2eに、直径0.5mmの電源電極11と接地電極12が0.8mm間隔で形成され、電源電極11と接地電極12の外周部には、0.2mmの長さを持つ突出部が形成され、突出部には直径0.75mmの電源貫通導体9と接地貫通導体10が接続されている。
In this case, as shown in FIG. 2, the power supply electrode 11 and the
上記構成の多層配線基板1について、電源電極11と接地電極12および電源貫通導体9と接地貫通導体10とによって形成されるインダクタンスは20pHとなる。
In the
また、比較例1として、電源電極11と電極12に突出部が形成されない場合、電源電極11と接地電極12および電源貫通導体9と接地貫通導体10とによって形成されるインダクタンスは50pHとなる。この構成において電源電極11と接地電極12で発生する同時スイッチングノイズ動作電圧は、本発明の構成時を1とすると2.5となり増大する。
Further, as Comparative Example 1, when no protrusion is formed on the power supply electrode 11 and the
なお、本発明は上記の実施の形態の例および実施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種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、半導体素子6と多層配線基板1を接続するために導体バンプ7が搭載される電極パッド8のうち電源電極11用のものと接地電極12用のものとの間で、絶縁基板2の外面(表面側)にも高誘電体15を配置してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the outer surface of the insulating
1・・・多層配線基板
2・・・絶縁基板
2a〜2f・・・絶縁層
3・・・信号配線群
4・・・電源配線層
5・・・接地配線層
6・・・半導体素子
7・・・導体バンプ
8・・・電極パッド
9・・・電源貫通導体
10・・・接地貫通導体
11・・・電源電極
12・・・接地電極
13・・・絶縁体
14・・・突出部分
15・・・信号貫通導体
16・・・信号電極
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記絶縁層の層間に配設された電源配線および接地配線と、
前記絶縁基板の主面に、互いに隣り合うように形成された電源電極および接地電極と、
該電源電極および接地電極の各外周面から外側へ突出する突出部分と、
前記電源電極および接地電極の各突出部分から前記電源配線および接地配線にかけて形成され、前記電源電極および接地電極を前記電源配線および接地配線にそれぞれ接続する電源貫通導体および接地貫通導体とを備え、
前記電源電極の突出部と前記接地電極の突出部とが互いに側面を対向させて配置されるとともに、前記電源貫通導体と前記接地貫通導体とが互いに隣り合って配置されている
ことを特徴とする多層配線基板。 An insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers;
Power supply wiring and ground wiring disposed between the insulating layers;
A power supply electrode and a ground electrode formed on the main surface of the insulating substrate so as to be adjacent to each other;
Projecting portions projecting outward from the outer peripheral surfaces of the power supply electrode and the ground electrode;
A power supply through conductor and a ground through conductor that are formed from the protruding portions of the power supply electrode and the ground electrode to the power supply wiring and the ground wiring, and connect the power supply electrode and the ground electrode to the power supply wiring and the ground wiring, respectively.
The protruding portion of the power supply electrode and the protruding portion of the ground electrode are arranged with their side surfaces facing each other, and the power supply through conductor and the ground through conductor are arranged adjacent to each other. Multilayer wiring board.
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