JP2014179535A - 回路基板、回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス整合が容易な回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明における回路基板は、第１のグランド層と、第１のグランド層の上にビルドアップされる、信号線が形成される第１のビルドアップ層と、第１のビルドアップ層の上にビルドアップされ、第２のグランド層が形成される第２のビルドアップ層と、を備えた回路基板であって、第１のグランド層は、信号線に沿って対向する第１の開口部を有し、第２のグランド層は、信号線に沿って対向する第２の開口部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板、回路基板の製造方法に関する。

近年、スマートフォン、タブレットPCなどの高機能モバイル端末の小型化、薄型化に伴い、これらの機器に実装される回路基板には、薄型化が求められている。薄型化を図るには基板を多層化するとともに、各層の厚みを薄くする必要がある。

例えば、ビルドアップ工法と呼ばれる逐次積層法においては、エポキシなどの樹脂組成物を基材に含浸し、半硬化させて得られるプリプレグと呼ばれる絶縁薄膜上に回路を形成して、プレプリングを接着させて積層させる工法が用いられていた。

一方、薄型化された回路基板上に高速信号用の信号線を設ける場合、信号線と対向するグランドにスリットを入れて、信号線とグランドとの間に生じる容量性インピーダンスを調整する方法が知られていた。

再表２０１０／０２９６１１−２６６０８１号公報 特開２００７−１０３６０５号公報 特開２００９−５４８７６号公報 特開２００４−１４０３０８号公報 特開２００９−３２８７４号公報

ビルドアップ工法による積層においては、積層される絶縁層の厚さに合わせてインピーダンスを調整する。図８は、グランドのスリット幅を調整する場合の課題を説明している。図８（ａ）において、絶縁層の厚さｄ１０及びｄ１１は、例えば、１００μｍ、あるいは６０μｍと薄膜化されている。このため、信号線Ｓ１０の幅ｌ１０を確保するために、容量性インピーダンスを低減させて、スリットの幅ｌ１１を広くしてグランド層Ｇ１０を切り取る必要がある。

しかし、プリプレグを積層する工法においては、図８（ｂ）のように、グランドが広く切り取られた部分で、半硬化したプリプレグを加圧接着する際にスリット部分に落ち込んで凹部となってしまうため、信号線とグランドの距離となる層間の厚さに不均一が生じて、インピーダンスが変化してしまうという不具合があった。

本発明は、回路基板における問題点に鑑みてなされたものであり、インピーダンス整合が容易な回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明における回路基板は、第１のグランド層と、前記第１のグランド層の上にビルドアップされる、信号線が形成される第１のビルドアップ層と、前記第１のビルドアップ層の上にビルドアップされ、第２のグランド層が形成される第２のビルドアップ層と、を備えた回路基板であって、前記第１のグランド層は、前記信号線に沿って対向する第１の開口部を有し、前記第２のグランド層は、前記信号線に沿って対向する第２の開口部を有する。

本発明の実施形態によれば、インピーダンス整合が容易な回路基板及びその製造方法を提供することができる。

第1の実施の形態による回路基板の側面図（ａ）及び上面図（ｂ） スリット幅と信号線インピーダンス（Ｚ０）の関係を説明するグラフ 信号線幅とＺ０の関係を説明するグラフ 層間厚さとＺ０の関係を説明するグラフ（信号線幅８０μｍ） 層間厚さとＺ０の関係を説明するグラフ（信号線幅１００μｍ） 第２の実施の形態による回路基板の斜視図（ａ）及び側面図（ｂ） 第３の実施の形態による回路基板の斜視図（ａ）及び上面図（ｂ） インピーダンス整合方法を説明する回路基板の側面図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
［第1の実施形態］
図１は、第1の実施の形態の一例による回路基板の側面図（ａ）及び上面図（ｂ）である。図１（ａ）において、回路基板１は、コア層Ｃ１の両面に第１のグランド層であるグランドＧ１と第３のグランド層であるグランドＧ３を備える。グランドＧ１の上には、信号線Ｓ１が形成されるプリプレグ層Ｐ１がビルドアップされている。さらに、プリプレグ層Ｐ１の上には、グランドＧ２が形成されるプリプレグ層Ｐ２がビルドアップされる。

コア層Ｃ１は、例えばガラスエポキシ樹脂を用いて、上部に形成されるビルドアップ層を反りや形状変化による割れや欠けから保護する。コア層の厚みや強度は、ビルドアップ層の層数や実装用途により異なる。但し、パッケージ組み立て工程によっては、コア層を無くしたコアレス基板を用いても良い。
コア層Ｃ１の両面にグランドＧ１とグランドＧ３が形成される。グランドＧ１及びグランドＧ３を形成するには、例えば無電解銅めっき処理により無電解銅メッキ層を形成した後に、さらに電解メッキにより所定の厚みの電解銅メッキ層を形成することができる。本実施形態ではコア層Ｃ１にグランドＧ１及びグランドＧ３を直接形成しているが、グランドＧ１とグランドＧ３を、プリプレグ層をコア層Ｃ１に接着して形成しても良い。また、図示しないビア（スルーホール）でグランドＧ１とグランドＧ３は導通される。

グランドＧ１には、第１の開口部である開口部ｗ１が設けられる。開口部ｗ１は、銅メッキ層が除去された領域であり、例えば、開口部ｗ１を設ける位置以外の位置の銅層表面にレジスト保護膜を形成して、エッチング液によりエッチングした後に、アルカリ溶液にてレジスト保護膜を除去して形成される。

開口部ｗ１は、図１（ｂ）に図示するとおり、後述する信号線に沿った、幅ｌ２のスリット形状をしている。

なお、本実施例では、コア層Ｃ１の上にプリプレグ層のビルドアップを行うが、例えば、コア層Ｃ１の代わりに数層の基板を用いて、その上にさらにビルドアップを行っても良い。

次に、プリプレグをグランドＧ１に接着して、第１のプリプレグ層であるプリプレグ層Ｐ１を形成する。プリプレグは、例えば、炭素繊維クロスやガラス繊維クロスにエポキシ樹脂ワニスを含浸させて乾燥により半硬化したものである。プリプレグ層Ｐ１のビルドアップは、例えば、半硬化したプリプレグをグランドＧ１上に載置して、所定の温度及びプレス圧力により加熱加圧成形することにより、プリプレグ層Ｐ１をグランドＧ１に接着させて行う。ビルドアップされたプリプレグ層Ｐ１の厚みはｄ１である。

ビルドアップしたプリプレグ層Ｐ１は、例えば、所定の薬品にて表面を黒化処理し、さらに触媒付与剤に浸漬することにより表面を粗化処理する。粗化処理を施すことにより、後の工程で形成される銅メッキの密着性が向上する。なお、プリプレグ層Ｐ１の粗化処理は、全てのプリプレグ層にて共通して行われる。

次に、グランドＧ１の形成と同じ行程処理にて、プリプレグ層Ｐ１上に電解銅メッキ層を形成した後にエッチング処理をして、信号線Ｓ１を形成する。信号線Ｓ１は、本実施形態では、図１（ａ）および（ｂ）に図示するように、幅ｌ１の直線形状である。

次に、プリプレグ層Ｐ１と同様の工程にて、厚みｄ２の、第２のプリプラグ層であるプリプレグ層Ｐ２を形成し、さらに第２のグランド層であるグランド層Ｇ２をプリプレグ層Ｐ２に形成する。第２のグランド層には、第２の開口部である、開口部ｗ２が設けられる。開口部ｗ２はスリット幅ｌ３のスリット形状である。

本実施形態では、上述のとおり、信号線Ｓ１は、グランド層Ｇ１とはｄ１の対向距離で、グランド層Ｇ２とはｄ２の対向距離で対向している。信号線Ｓ１と、グランド層Ｇ１及びグランド層Ｇ２の間に生じる静電容量は、プリプレグ層の厚みが薄くなり対向距離が短くなると増加する。したがって、信号線Ｓ１の線路インピーダンスはプリプレグ層の薄膜化によって減少するが、信号線Ｓ１の幅ｌ１を変えることにより、信号線Ｓ１の線路インピーダンスを所定の値に整合することが可能である。しかし、信号線Ｓ１の幅は、エッチングによる形成プロセスの精度によって微細化に限界があるため、所定値以下の幅の信号線を高い制度で形成することが困難である。本実施形態では、プリプレグ層Ｐ１の厚みｄ１に応じて、信号線Ｓ１の下層となるグランド層Ｇ１の開口部Ｗ１のスリット幅ｌ２を調整する。さらに、プリプレグ層Ｐ２の厚みｄ２に応じて、信号線Ｓ１の上層となるグランド層Ｇ２のスリットＷ２の幅ｌ３を調整する。

本実施形態は、信号線Ｓ１を挟んだ二つのグランド層に信号線Ｓ１に沿うように設けられた二つの開口部のスリット幅を別個に調整することで、信号線Ｓ１に対向する一のグランド層のスリット幅を調整する図８で説明した回路基板に比べて、容量性インピーダンスの調整幅を大きく取ることができ、個々のスリット幅を狭くすることができる。このため、ビルドアップによる基板積層化において、半硬化したプリプレグを使用する場合であっても、プリプレグがスリットに落ち込んでプリプレグ層の表面に凹部が生じる不具合を解消することができる。

なお、本実施形態においては、プリプレグ層Ｐ１の厚みｄ１、プリプレグ層Ｐ２の厚みｄ２、開口部ｗ１のスリット幅ｌ２、及び開口部ｗ２のスリット幅ｌ３は、信号線Ｓ１のラインインピーダンスの整合を取ることができれば、適宜選択が可能である。また、例えば、他の信号線との距離、信号線が直線状ではなく曲線状の場合など、状況に応じて上下のスリット幅を調整することによりインピーダンス整合を取ることができる。また、信号線Ｓ１の各点におけるインピーダンスを検査しながら、信号線Ｓ１の上に形成された開口部ｗ２のスリット幅などスリット形状を微調整することもできる。

次に、図２を用いて、開口部のスリット幅を変えた場合の信号線インピーダンスＺ０に対する影響を説明する。図２は、スリット幅と信号線インピーダンス（Ｚ０）の関係の一例を説明するグラフである。

図２において、信号線Ｓ１の幅は７５μｍで固定であるものとする。またプリプレグ層Ｐ１及びプリプレグ層Ｐ２の厚みも固定であるものとする。また、信号線の上下の開口部のスリット幅を同一にしている。図２から分かるように、開口部のスリット幅が広くなるとＺ０が大きくなる。したがって、所望の信号線インピーダンスに合わせたスリット幅を一意に選択可能となる。例えば、信号線のインピーダンスを５０Ωに整合したい場合、図２の例ではスリット幅は約５２μｍである。

図３は、信号線Ｓ１上下の開口部のスリット幅を一定にした場合の、信号線幅とＺ０の関係の一例を説明するグラフである。図３のグラフでは、スリット幅が５μｍ、２５μｍ、１７５μｍ、２２５μｍ、及び２７５μｍである場合の例を示す。各スリット幅において、信号線幅を増加させた場合、静電容量が増加して信号線インピーダンスが減少する。また、スリット幅が相対的に大きい範囲では、信号線幅が同一の場合にはスリット幅が狭くなるごとに信号線インピーダンスが低くなるが、スリット幅が２５μｍと５μｍとでは、信号線幅が同じ場合の信号線インピーダンスの値の差は小さくなっている。つまり、スリットの幅がある程度狭くなると、スリット幅によるインピーダンスへの影響は殆ど無くなることになる。

図４は、信号線幅を８０μｍに固定した場合のプリプレグ層の厚さ（層間厚さ）とインピーダンスＺ０の関係の一例を説明するグラフである。また、図５は、信号線幅を１００μｍに固定した場合の層間厚さとＺ０の関係の一例を説明するグラフである。図４及び図５において、「Ｖ０」〜「Ｖ２７５」は、信号線の上下に配置される開口部のスリット幅（０〜２７５μｍ）であり、スリット幅は上下で同じ幅である場合を例示している。図４及び図５では、層間厚さが小さい場合、すなわちプリプレグ層が薄膜化された場合には、スリット幅が変化すると信号線インピーダンスＺ０が大きく変化することがわかる。また、層間厚さが増加していくと、スリット幅によるＺ０の変化が小さくなり、プリプレグ層の誘電率により生じるインピーダンスに収斂していくため、スリットを設ける効果が小さくなっていくことがわかる。

なお、本実施形態においては、信号線Ｓ１、開口部Ｗ１及び開口部ｗ２は、図１（ｂ）に示すように上下方向にて一定幅にて形成されているものとしているが、例えば、ボンディングワイヤ配線接続部においては、信号線Ｓ１とグランドＧ１及びグランドＧ２による容量性インピーダンスが小さくなる場合がある。その場合、配線接続部近傍にて開口部ｗ１及び開口部ｗ２のスリット幅を狭めて、静電容量を増して、インピーダンスの整合を図ることができる。
［第２の実施形態］
次に、同じプリプレグ層に複数の信号線が存在し、開口部の間隔に粗密が生じる場合の例を、第２の実施形態として図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態による回路基板の一例を示す斜視図（ａ）及び側面図（ｂ）である。図６は説明のため、信号線とグランド層のみを記載し、プリプレグ層等の記載を省略している。

図６における回路基板は複数の信号線Ｓ２〜Ｓ４を有する。信号線Ｓ２〜Ｓ４と対向するグランドＧ１及びグランドＧ２の開口部ｗ３〜ｗ５のスリット幅は、第１の実施形態で説明した方法によって、信号線Ｓ２〜Ｓ４のそれぞれが所定の信号線インピーダンスになるように、ｌ３１、ｌ４１及びｌ５１としてそれぞれが決定される。

本実施形態においては、信号線Ｓ２と信号線Ｓ３の間隔ｌａは、信号線Ｓ３と信号線Ｓ４の間隔ｌｂに比べて広く、前者の信号線の間隔が粗であるのに対して、後者の信号線の間隔は密となっている。グランド層の開口部は信号線に対向して設けられるため、開口部のスリット幅が同じである場合には、信号線の間隔が密な部分に対向するグランド層の残銅率が低くなり、信号線の間隔が粗な部分に対向するグランド層の残銅率は高くなる。

ウェットエッチングにおいては、エッチング液の銅濃度が低い状態（フレッシュな状態）にてエッチングレート（エッチング速度）が高く、エッチング液の銅濃度が高い場合にエッチングレートが低くなる。残銅率が低い場合、つまり開口部の数が多い場合には開口部のエッジから溶け出す銅の量が増えて銅濃度が高くなり、エッチングレートは低くなる。一方、残銅率が高い場合、エッチングレートは高くなる。

メッキされた銅の層に開口部を形成するには、前述の通り開口部以外の部分にレジスト保護膜を形成して銅表面をエッチング液によるエッチングから保護しているが、開口部においては、銅の層の厚み方向にエッチングが行われると同時に、開口部を広げる横方向にもエッチングが行われ、レジスト保護膜下部においてもレジストが進んでしまうアンダーカットが生じる結果、レジスト膜で保護されている残存部分が細ってしまうことになる。

同じグランド層において、エッチングレートが高い部分と低い部分が混在した場合、エッチングレートの違いにより開口部の大きさにばらつきを生じてしまう。図４及び図５で説明した通り、プリプレグ層が薄膜化した場合、開口部の大きさの僅かな違いでもＺ０に影響を与える。開口部の大きさはエッチング時間でアンダーカットの大きさが違ってくるため、信号線が粗である部分にエッチング時間を合わせた場合、信号線が密である部分の開口部が小さくなってしまい、逆に信号線が密である部分にエッチング時間を合わせると信号線が粗である部分の開口部が大きくなってしまう。同じグランド層における開口部の大きさの違いは信号線のＺ０の差異を生じさせてしまう。

そこで、第２の実施形態においては、図６に示す通り、信号線が密となる信号線Ｓ３に対向する開口部ｗ４、及び信号線Ｓ４に対向する開口部ｗ５において、エッチングによって開口部を形成する際に開口部の中に銅をアイランド状に残し、残銅率を開口部３３近傍と合わせる残銅率調整部を設けている。ここで「アイランド状」とは、周囲の銅に接続されずにアイランド（島）の様に独立した状態をいう。

ここで、グランドＧ１に設けられた残銅率調整部（第１の残銅率調整部）と、グランドＧ２に設けられた残銅率調整部（第２の残銅率調整部）の機能は同じであるため、以下の説明では両者の区別をしないで説明している。

開口部ｗ４には、スリット幅ｌ４１に対して、幅がｌ４２、信号線Ｓ３方向の長さがｌｅのアイランドＧ４１を、ｌｆの間隔で形成する。ここで、（ｌｅ＋ｌｆ）の長さを１ピッチとすると、複数のアイランドＧ４１が等ピッチでスリット方向に配列されている。

開口部ｗ５にも同様に、スリット幅ｌ５１に対して、幅がｌ５２、長さがｌｅのアイランドＧ５１をスリット方向に配列する。なお、アイランドＧ４１とアイランドＧ５１は別個の形状としたり、別のピッチで配列したりすることもできる。

本実施形態は、特にプリプレグ層が薄膜化された場合に残銅率の均一化によって開口部のスリット幅のばらつきを押さえることにより、Ｚ０のばらつきを押さえることができるという効果を奏する。

なお、第２の実施形態においては、グランドＧ１に設けられた第１の残銅率調整部とグランドＧ２設けられた第２の残銅率調整部は、図６上面から見たときに同じ位置にしているが、例えば第１の残銅率調整部と第２の残銅率調整部をスリット方向にハーフピッチ（（ｌｅ＋ｌｆ）／２）ずらして形成しても良い。形成されるアイランドがハーフピッチずれることにより、信号線Ｓ３又はＳ４に対するグランドＧ１及びＧ２に対する静電容量の局所的な分布をさらに均一にすることが可能となる。
［第３の実施形態］
次に、第２の実施形態同様に、同じプリプレグ層に複数の信号線が存在し、信号線の間隔に粗密がある場合のグランド層の開口部の他の形状を、第３の実施形態として図７を用いて説明する。図７は、第３の実施の形態による回路基板の斜視図（ａ）及び上面図（ｂ）である。図７においても説明のため、信号線とグランド層のみを記載し、プリプレグ層等の記載を省略する。

図７において、開口部ｗ６〜ｗ８はそれぞれ信号線Ｓ６〜Ｓ８に対向して、それぞれの幅、ｌ６、ｌ７及びｌ８にて設けられている。信号線Ｓ６と信号線Ｓ７の間隔ｌｃは、信号線Ｓ７と信号線Ｓ８の間隔ｌｄに比べて広く、前者の信号線の間隔が粗であるのに対して、後者の信号線の間隔は密である。本実施形態においては、開口部ｗ７には残銅率調整部として、開口部を橋架する架橋部Ｂ７を備えている。第２の実施形態同様に、グランドＧ１に設けられた架橋部とグランドＧ２に設けられた架橋部の機能は同じであるため、以下の説明では両者を区別しないで説明する。

架橋部Ｂ７は、開口部ｗ７近傍の残銅率を上げるために設けられている。架橋部Ｂ７を設けることにより架橋部Ｂ７の近傍では信号線Ｓ７との間の静電容量が大きくなるが、開口部ｗ７の長さｌｇに対して架橋部Ｂ７の長さｌｈの比率を上げることにより静電容量の影響を小さくすることができる。また、グランドＧ１における架橋部Ｂ７の位置とグランドＧ２における架橋部Ｂ７の位置をハーフピッチ（（ｌｇ＋ｌｈ）／２）ずらして設けることにより、静電容量のばらつきを相殺させることができる。

架橋部を設ける本実施形態ではグランド層がスリットで分断されないため、分断されたグランド層を別途接続する必要がなく、グランド部の電位を安定して保つことが可能となる。

なお、開口部ｗ８における架橋部Ｂ８についても架橋部Ｂ７と同じ機能であるため、説明を省略する。

本実施形態も、特にプリプレグ層が薄膜化された場合において、残銅率の均一化によって開口部のスリット幅のばらつきを押さえることにより、Ｚ０のばらつきを押さえることができるという効果を奏する。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１、２、３ 回路基板

Claims (6)

1. 第１のグランド層と、
   前記第１のグランド層の上にビルドアップされる、信号線が形成される第１のビルドアップ層と、
   前記第１のビルドアップ層の上にビルドアップされ、第２のグランド層が形成される第２のビルドアップ層と、を備えた回路基板であって、
   前記第１のグランド層は、前記信号線に沿って対向する第１の開口部を有し、
   前記第２のグランド層は、前記信号線に沿って対向する第２の開口部を有する回路基板。
2. 前記第１のプリプラグ層には、前記信号線が複数形成され、
   前記第１のグランド層は、それぞれいずれかの信号線に対応し、対応する信号線に沿って形成される複数の第1の開口部を有し、
   前記第２のグランド層は、それぞれいずれかの信号線に対応し、対応する信号線に沿って形成される複数の前記第２の開口部を有する請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第１の開口部あるいは前記第２の開口部の少なくとも一方は、前記信号線に沿って形成された、残銅率を調整する残銅率調整部を有する請求項２に記載の回路基板。
4. 前記残銅率調整部は、前記第１の開口部にアイランド状に配列されている請求項３に記載の回路基板。
5. 前記残銅率調整部は、対応する開口部を橋架する形状に形成されている請求項３に記載の回路基板。
6. 第１のグランド層の上にビルドアップされる、信号線が形成される第１のビルドアップ層と、
   前記第１のビルドアップ層の上にビルドアップされる、第２のグランド層が形成される第２のビルドアップ層と、を備えた回路基板の製造方法において、
   前記第１のグランド層に、前記信号線に対向する第１の開口部を、前記信号線に沿って設け、
   前記第２のグランド層に、前記信号線に対向する第２の開口部を、前記信号線に沿って設けることを特徴とする回路基板の製造方法。

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