JP2016146391A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源ノイズを低減しつつ高密度化が可能な配線基板を得る。
【解決手段】配線基板を、第１の配線層と、第２の配線層と、絶縁層と、ビアを備える構成とする。第１の絶縁層は、電源電圧が印加される第１の配線が形成されている。第２の絶縁層は、電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成されている。絶縁層は、第１の配線層と第２の配線層の間を絶縁する。ビアは、絶縁層を貫通し、第１の配線と接続した第１の導電部と、第２の配線と接続した第２の導電部と、第１の導電部と第２の導電部の間を絶縁材で充てんしたビア絶縁部とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線基板に関するものであり、特に配線基板で伝送される信号のノイズを低減する技術に関するものである。

情報通信社会の発展とともに情報端末装置や映像装置などの高性能化や小型化が進んでいる。情報端末装置や映像装置などに用いられるプリント配線のような配線基板では、高性能化や小型化によって、信号配線の本数の増加や配線パターンの複雑化、小型化が進み、配線の微細化や高密度化が行われている。信号配線の本数の増加、複雑化により電源配線やグランド配線を適切に配置することも重要になっている。

配線本数の増加や配線パターンの複雑化によって複数の配線層を積層した多層配線基板が用いられるようになっている。多層配線基板では、各層の配線の微細化だけでなく各層の配線を接続するビアも高密度化している。よって、プリント基板のような配線基板において、配線とビアを高密度に配置するための技術が重要になっている。

また、高性能化にともない配線基板上で伝送される信号の高速化が進んでいる。プリント基板などの配線基板上で伝送される信号の高速化にともない、低電圧で信号の伝送が行われるようになっている。信号が伝送される際の電圧が低くなると、電圧値の変動の影響が大きくなる。例えば、信号が低電圧化することにより信号に対する電源のノイズの影響が大きくなる。そのため、プリント基板などの配線基板における電源ノイズを低減する技術も重要となっている。

以上のような背景から、高速の信号を伝送するプリント基板のような配線基板において、配線パターンの高密度化や電源ノイズを低減する技術の開発が行われている。そのような、配線基板において、配線パターンの高密度化や、電源ノイズを低減する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１には、電源ノイズを低減するためのキャパシタが形成された多層構造の配線基板が示されている。特許文献１の配線基板では、層間絶縁膜の上層と下層に形成された電源配線とグランド配線と層間絶縁膜が平面キャパシタを形成している。特許文献１は、このような構成とすることで、キャパシタを別に実装することなく電源ノイズを低減できるので、基板の小型化が可能になるとしている。

国際公開第２００８／１０２７１７号

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１の配線基板は、層間絶縁膜の上層と下層に形成された電源配線とグランド配線の間にキャパシタを形成することにより電源ノイズを低減させている。特許文献１の配線基板では、平面キャパシタを形成するために、電源配線とグランド配線の水平方向の位置が重なるように電源配線とグランド配線を配置する必要がある。そのため、特許文献１の配線基板では、平面キャパシタを配置するための面積が必要となる。また、特許文献１の配線基板では、電源配線とグランド配線が所定の面積の重なりを有するように位置を合わせるために設計上の制約が強くなり、配線の引き回しが複雑化して配線パターンの面積が大きくなり得る。その結果、特許文献１の配線基板では十分な高密度化を行えない恐れがある。よって、特許文献１の技術は、配線基板において電源のノイズを低減しつつ高密度化を行うための技術としては十分ではない。

本発明は、電源ノイズを低減しつつ高密度化することが可能な配線基板を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の配線基板は、第１の配線層と、第２の配線層と、絶縁層と、ビアを備えている。第１の絶縁層は、電源電圧が印加される第１の配線が形成されている。第２の絶縁層は、電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成されている。絶縁層は、第１の配線層と第２の配線層の間を絶縁する。ビアは、絶縁層を貫通し、第１の配線と接続した第１の導電部と、第２の配線と接続した第２の導電部と、第１の導電部と第２の導電部の間を絶縁材で充てんしたビア絶縁部とを有する。

本発明の配線基板の製造方法は、第１の穴形成工程と、圧入工程とを含む。第１の穴形成工程では、第１の配線層と、絶縁層と、第２の配線層とを積層した基板に、第１の配線層、絶縁層および第２の配線層を貫通する第１の貫通穴が開けられる。第１の配線層は、電源電圧が印加される第１の配線が形成されている。第２の配線層は、電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成されている。圧入工程では、第１の貫通穴に、第１の導電部と、絶縁部と、第２の導電部とを備える部材が、第１の導電部と第１の配線、および、第２の導電部と第２の配線がそれぞれ接するように圧入される。

本発明によると、電源ノイズを低減しつつ高密度化することが可能となる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の平面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の平面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第２の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における断面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。 本発明の第３の実施形態の配線基板の製造段階における平面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の配線基板の構成の概要を示したものである。本実施形態の配線基板は、第１の配線層１と、第２の配線層２と、絶縁層３と、ビア４を備えている。第１の配線層１は、電源電圧が印加される第１の配線５が形成されている。第２の配線層２は、前記電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線６が形成されている。絶縁層３は、第１の配線層１と第２の配線層２の間を絶縁する。ビア４は、絶縁層３を貫通し、第１の配線５と接続した第１の導電部７と、第２の配線６と接続した第２の導電部８と、第１の導電部７と第２の導電部８の間を絶縁材で充てんした絶縁部９とを有する。

本実施形態の配線基板の絶縁層３に形成されたビア４では、第１の配線層１の電源電圧の第１の配線５と接続した第１の導電部７と、第２の配線層２の電源電圧とは異なる電圧の第２の配線６と接続した第２に導電部８の間に絶縁部９が形成されている。すなわち、絶縁部９は、１つのビア４の中で電源電圧の印加された第１の導電部７と電源電圧とは異なる電圧が印加された第２の導電部８に挟まれた状態である。そのため、絶縁部９は、第１の導電部７と第２の導電部８を電極としたキャパシタとしての機能を有する。また、ビア４の中で電源電圧の印加された第１の導電部７と電源電圧とは異なる電圧が印加された第２の導電部８が近接しているので、ビア４に構成されているキャパシタによって、大きなデカップリング容量を得ることができる。大きなデカップリング容量を得ることが出来るので、本実施形態の配線基板では、電源ノイズの影響を抑制することができる。また、基板垂直方向の１つビア４の中でキャパシタを形成しているので、配線基板の面積の増大等は生じない。その結果、本実施形態の配線基板では、電源ノイズを低減しつつ高密度化することが可能となる
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の配線基板の構成の概要を示したものである。図２は、本実施形態の配線基板の断面図である。

本実施形態の配線基板は、グランド配線が形成されたグランド配線層と、電源配線層が形成された電源配線を備える多層構造のプリント基板である。また、本実施形態の配線基板では、グランド配線層間を接続する導電部と、電源配線と接続された導電部と、高誘電率材によって形成されたビア絶縁部が１つのビアに形成されている。すなわち、本実施形態の配線基板では、１つのビアの中に、高誘電率の絶縁部を挟みグランド配線と接続された導電部と電源配線に接続された導電部が形成されている。そのため、ビア中の高誘電率材の絶縁部は、グランド電圧が印加された電極と、電源電圧が印加された電極に挟まれた容量値の高いキャパシタとして機能する。すなわち、本実施形態の配線基板では１つのビアに、高誘電率材を誘電体とし、電源電圧が印加された電極とグランド電圧が印加された電極を備えたバイパスコンデンサが形成されている。本実施形態の配線基板ではグランドと電源間でのデカップリング容量の値を大きくすることができるので、信号配線における電圧のぶれを抑制し電源ノイズを低減することができる。

図２に示す通り、本実施形態の配線基板は、第１のグランド配線層１１と、電源配線層１２と、第２のグランド配線層１３と、第１の絶縁層１４と、第２の絶縁層１５と、貫通穴１６と、絶縁部１７を備えている。また、本実施形態の配線基板は、貫通穴１６の部分に第１の導電部２１と、第２の導電部２２と、ビア絶縁部２３を備えている。

第１のグランド配線層１１は、グランド配線を備えている。本実施形態の第１のグランド配線層１１は、銅を用いて形成されている。第１のグランド配線層１１の同層に信号配線が形成されていてもよい。第１のグランド配線層１１は、貫通穴１６に形成された第１の導電部２１を介して、第２のグランド配線層１２のグランド配線と電気的に接続されている。第１のグランド配線層１１のグランド配線は、絶縁材が充てんされた半円形状の絶縁部１７によって、第２の導電部２２と接続された配線部分から絶縁されている。また、第１のグランド配線層１１には、グランド電圧が印加されている。第１のグランド配線層１１には、グランド電圧以外の電圧値が印加されるようにしてもよい。

本実施形態の第１のグランド配線層１１は、第１の実施形態の第２の配線層２に相当する。また、グランド配線は、第１の実施形態の電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線６に相当する。

電源配線層１２は、電源配線を備えている。電源配線は電源に接続されている。本実施形態の電源配線層１２は、銅を用いて形成されている。電源配線層１２と同層に信号配線が形成されていてもよい。電源配線層１２は、第２の導電部２２と電気的に接続されている。電源配線層１２の電源配線は、絶縁材が充てんされた絶縁部１７によって、第１の導電部２１から絶縁されている。

本実施形態の電源配線層１２は、第１の実施形態の第１の配線層１に相当する。また、電源配線は、第１の実施形態の第１の配線５に相当する。

第２のグランド配線層１３は、第１のグランド配線層１１と同様にグランド配線を備えている。本実施形態の第２のグランド配線層１３は、銅を用いて形成されている。第２のグランド配線層１３の同層に信号配線が形成されていてもよい。第２のグランド配線層１３は、第１の導電部２１を介して、第１のグランド配線層１１のグランド配線と電気的に接続されている。第２のグランド配線層１３には、グランド電圧が印加されている。また、第２のグランド配線層１３のグランド配線は、絶縁材が充てんされた半円形状の絶縁部１７によって、第２の導電部２２から絶縁されている。

第１の絶縁層１４は、第１のグランド配線層１１と電源配線層１２の間を絶縁する機能を有する。また、第１の絶縁層１４は、配線基板の構造および機械強度を維持するためのコア材としての機能を有する。本実施形態の第１の絶縁層１４は、第１の実施形態の絶縁層３に相当する。

第２の絶縁層１５は、電源配線層１２と第２のグランド配線層１３の間を絶縁する機能を有する。また、第２の絶縁層１５は、第１の絶縁層１４と同様に配線基板の構造および機械強度を維持するためのコア材としての機能を有する。第１の絶縁層１４または第２の絶縁層１５のいずれかがプリプレグ材によって形成されていてもよい。

第１の絶縁層１４および第２の絶縁層１５には、グランド配線と電源配線間の寄生容量を低減するため、誘電正接の値が小さな材料が用いられる。グランド配線層と電源配線層の層間でのデカップリング容量を大きくする場合には、絶縁層には比誘電率の高い材料が用いられる。すなわち、比誘電率が高く、誘電正接の値が小さな材料が用いられる。第１の絶縁層１４および第２の絶縁層１５には、比誘電率の低い絶縁材料を用いてもよい。

貫通穴１６は、配線基板を貫通するように形成されている。貫通穴１６は、第２の絶縁層１５の第２のグランド配線層１３の面の側から、第１の絶縁層１４の第１のグランド配線層１１の面の側まで配線基板を貫通している。貫通穴１６は、第１の導電部２１と、第２の導電部２２と、ビア絶縁部２３を備えている。本実施形成の配線基板では、貫通穴１６に形成された、第１の導電部２１、第２の導電部２２およびビア絶縁部２３部分が、各層を電気的に接続するビアとしての機能を有する。

第１の導電部２１および第２の導電部２２は、異なる層に形成された配線の間を電気的に接続する。第１の導電部２１は、第１のグランド配線層１１と第２のグランド配線層１３、すなわち、異なる層に形成されたグランド配線を電気的に接続する。図２では、電源配線層１２を１層のみ示しているが電源配線層が複数存在する場合には、第２の導電部２２が、異なる層に形成された電源配線を電気的に接続する。本実施形態では第１の導電部２１および第２の導電部２２は、銅を用いて形成されている。

ビア絶縁部２３は、第１の導電部２１と第２の導電部２２の間を絶縁する機能を有する。また、ビア絶縁部２３は、第１の導電部２１および第２の導電部２２を電極としてキャパシタを形成する。ビア絶縁部２３には、高誘電率材、すなわち、比誘電率の高い絶縁材を用いる。

ビア絶縁部２３に充てんする高誘電率材としては、例えば、高誘電率のフィラーを分散させた絶縁樹脂を用いることができる。高誘電率のフィラーとしては、例えば、二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルウシムおよびチタン酸鉛などの無機材料を用いることができる。高誘電率のフィラーは２種以上を混合して用いてもよい。絶縁樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテルなどを用いることができる。絶縁樹脂には、熱硬化または紫外線等での光硬化を行うことができる樹脂を用いることで、充てん後に効果を行うことができる。これらの高誘電率材を用いることで、例えば、周波数１ＧＨｚにおける比誘電率が８から２０程度の高誘電率のビア絶縁部２３を形成することができる。

本実施形態の貫通穴１６の直径は、例えば、２００マイクロメートルとすることができる。また、本実施形態のビア絶縁部２３の水平方向の厚さは、例えば、５０マイクロメートルとすることができる。貫通穴１６の直径およびビア絶縁部２３の水平方向の厚さは他の値で設定されていてもよい。ビア絶縁部２３の水平方向の厚さは、キャパシタとして所定の容量値となるように設定される。その際、１つのビアの容量値としてではなく、複数のビアの合計が所定の容量値となるようにビアの寸法の設計および配置を行ってもよい。

本実施形態の貫通穴１６、第１の導電部２１、第２の導電部２２およびビア絶縁部２３は、第１の実施形態のビア４、第１の導電部７、第２の導電部８およびビア絶縁部９にそれぞれ相当する。

絶縁部１７は、第１のグランド配線層１１および第２のグランド配線層１３のグランド配線と第２の導電部２２の間を絶縁する機能を有する。また、絶縁部１７は、電源配線層１２の電源配線と、第１の導電部２１の間を絶縁する機能を有する。絶縁部１７は、第１のグランド配線層１１、電源配線層１２および第２のグランド配線層１３と同層にそれぞれ形成されている。絶縁部１７には、絶縁材が充てんされている。絶縁部１７には、ビア絶縁部２３と同じ絶縁材を用いることができる。絶縁部１７とビア絶縁部２３の絶縁材は、異なるものを用いてもよい。また、層ごとに絶縁部１７の絶縁材が異なっていてもよい。絶縁部１７を所定の面積となるように配置することで、絶縁部１７をキャパシタとして電源配線とグランド配線の間でデカップリング容量が得られるようにしてもよい。

図３は、第２のグランド配線層１３の平面図である。図３では、図示している第２のグランド配線層１３のほぼ全面にグランド配線２４が形成され、さらに、絶縁部１７、第１の導電部２１、第２の導電部２２およびビア絶縁部２３が形成されている。グランド配線２４と第１の導電部２１は電気的に接続されているので、第１の導電部２１にはグランド電圧が印加されている。また、第２の導電部２２は電源配線層１２で電源配線と接続しているので、第２の導電部２２には、電源電圧が印加されている。また、第２の導電部２２は、絶縁材が充てんされた絶縁部１７およびビア絶縁部２３でグランド配線２４および第１の導電部２１と絶縁されている。

第１のグランド配線層１１は、第１のグランド配線層１１のグランド配線、第１の導電部２１に接続された導電部および第２の導電部２２と接続された導電部がそれぞれ形成されているので、図３と実質的に同様の構成である。

図４は、電源配線層１２の平面図である。図４では、図示している電源配線層１２のほぼ全面に電源配線２５が形成され、さらに、絶縁部１７、第１の導電部２１、第２の導電部２２およびビア絶縁部２３が形成されている。電源配線２５と第２の導電部２２は電気的に接続されているので、第２の導電部２２には電源電圧が印加されている。また、第１の導電部２１は第１のグランド配線層１１および第２のグランド配線層１３でグランド配線と接続しているので、第１の導電部２１にはグランド電圧が印加されている。また、第１の導電部２１は、絶縁材が充てんされた絶縁部１７およびビア絶縁部２３で電源配線２５および第２の導電部２２と絶縁されている。

本実施形態の配線基板の動作について説明する。本実施形態の配線基板では、第１のグランド配線層１１のグランド配線、ビアである貫通穴１６の第１の導電部２１および第２のグランド配線層１３のグランド配線にグランド電圧が印加される。また、電源配線層１２の電源配線と第２の導電部２２に電源電圧が印加される。貫通穴１６のビア絶縁部２３は、グランド電圧の印加された第１の導電部２１と電源電圧の印加された第２の導電部２２に挟まれているので、ビア絶縁部２３にはグランド電圧と電源電圧の電圧差に応じた電荷が蓄積される。その結果、図２乃至図４で示すビア絶縁部２３は、第１の絶縁部２１および第２の導電部２２を電極としたキャパシタとして機能する。

グランド電圧が印加された第１の導電部２１と、電源電圧が印加された第２の導電部２２に挟まれた高誘電率材で形成されたビア絶縁部２３は、容量値の大きなキャパシタとなる。そのため、本実施形態の配線基板では、電源配線とグランド配線の間のデカップリング容量値を大きくすることができる。電源配線とグランド配線の間のデカップリング容量値を大きくすることができるので、本実施形態の配線基板では、電圧の変動を抑制することができる。また、本実施形態の配線基板では、１つのビア内で近接した電源配線とグランド配線で大きなデカップリング容量を得ることができるので、電源ノイズの抑制の効果を大きくすることができる。

本実施形態の配線基板の製造方法について図５乃至図１５を参照して説明する。図５乃至図１５は、本実施形態の配線基板の製造段階の各工程における配線基板の構造を示した断面図である。

図５のように第１の絶縁層１４および第１のグランド配線層１１が形成された状態から本実施形態の配線基板の製造方法についての説明を始める。図５では、既に第１のグランド配線層１１に絶縁部１７が形成された状態である。第１のグランド配線層１１の絶縁部は他の工程で形成してもよい。第１のグランド配線層１１には、グランド配線や他の信号配線の配線パターンが形成されていてもよい。

始めに、図６に示すように第１の絶縁層１１にビア形成のための穴３１が、第１のグランド配線層１１とは反対側の面から開けられる。本実施形態では穴３１はレーザーを用いて開けられる。穴３１は、第１のグランド配線層１１のグランド配線が穴３１の開口部から見て露出するように形成される。

穴３１が形成されると、図７のように金属膜３２が成膜される。本実施形態では、金属膜３２として銅がめっきによって成膜される。金属膜３２の膜厚は、第１の絶縁層１４上の金属膜３２の膜厚が電源配線に要求される電気特性に応じた配線膜厚となるように設定される。

金属膜３２が成膜されると、図８のように穴３３およびエッチング部３４が形成される。穴３３は、レーザーによって開けられる。エッチング部３４は、フォトリソグラフィ法によって形成される。穴３３は、微細なドリルを用いて形成されてもよい。エッチング部３４は、エッチング部３４に相当する部分が開口されたパターンをレジストマスクで形成し、ウエットエッチングにより銅をエッチングすることにより形成される。エッチング部３４を形成するときに、電源配線層の配線のパターニングを同時に行ってもよい。

図９は、穴３３およびエッチング部３４の形成後のビア内部の金属膜３２のうち、第１の導電部２１および第２の導電部２２に相当する部分を第１の導電部２１および第２の導電部２２として示したものである。また、図９は、第１の絶縁層１４上の金属膜３２のうち、電源配線層１２に相当する部分を電源配線層１２としている。

穴３３およびエッチング部３４を形成すると、図１０のように、穴３３およびエッチング部３４に高誘電率材がそれぞれ充てんされ、ビア絶縁部２３および絶縁部１７が形成される。穴３３への高誘電率材の充てんは、微細なノズルを用いて穴３３の一方の端から樹脂を注入することにより行う。また、インクジェット方式で穴３３に高誘電率材を注入してもよい。穴３３およびエッチング部３４に充てんする高誘電率材としては、例えば、高誘電率のフィラーを分散させた絶縁樹脂を用いることができる。

高誘電率のフィラーを分散させた絶縁樹脂は、流動状態で穴３３およびエッチング部３４に充てんされる。絶縁樹脂を穴３３およびエッチング部３４にそれぞれ充てんした後に、熱硬化、紫外線硬化またはそれらの組み合わせにより硬化させることにより、ビア絶縁部２３および絶縁部１７が形成される。エッチング部３４は絶縁膜３５を成膜する際に絶縁層１７の絶縁材で充てんされるようにしてもよい。

穴３３およびエッチング部３４が高誘電率材で充てんされると、図１１のように第２の絶縁層１５用の絶縁膜３５が成膜される。絶縁膜３５には、第１の絶縁層１４と同様の材料を用いることができる。

絶縁膜３５が形成されると、図１２のようにビアを形成するための穴３６が開けられる。穴３６は、レーザーで形成される。図１２では、穴３６が開口された絶縁層３５を第２の絶縁層１５として示している。

穴３６が形成されると、図１３のように第２のグランド配線層１３として用いるための金属膜３７が成膜される。本実施形態では、金属膜３７には銅が用いられる。金属膜３７には、他の金属や合金を用いてもよい。本実施形態の金属膜３７は、金属膜３２と同様にめっきよって成膜される。金属膜３７の膜厚は、第２の絶縁層１３上の金属膜３７の膜厚がグランド配線に要求される電気特性に応じた配線膜厚となるように設定される。

金属膜３７が成膜されると、図１４のように穴３８およびエッチング部３９の形成が行われる。穴３７は、レーザーによって形成される。また、エッチング部３９は、エッチング部３４と同様にフォトリソグラフィ法によって金属膜３７をエッチングすることにより形成される。

図１５は、穴３８およびエッチング部３９の形成後のビア内部の金属膜３７のうち、第１の導電部２１および第２の導電部２２に相当する部分を、第１の導電部２１および第２の導電部２２としてそれぞれ示したものである。また、図１５は、第２の絶縁層１５上の金属膜３７のうち、第２のグランド配線層１３に相当する部分を第２のグランド配線層１３としている。

穴３８およびエッチング部３９が形成されると、図１６に示すように穴３８およびエッチング部３９に高誘電率材が充てんされ、ビア絶縁部２３および絶縁部１７が計生成される。高誘電率材は、穴３３およびエッチング部３４を充てんした際と同様の絶縁材を用いることができる。また、高誘電率材の充てんは、穴３３およびエッチング部３４を充てんした際と同様の方法で行うことができる。高誘電率材が充てんされると図２のような配線基板が完成する。さらに多層の配線基板を製造する場合は、上記のフローを繰り返すことにより製造することができる。以上で、本実施形態の配線基板の製造方法の説明は終了である。

本実施形態の配線基板では、貫通穴１６に形成されたビアの中にグランド配線と接続された第１の導電部２１と、高誘電率材が充てんされたビア絶縁部２３と、電源配線と接続された第２の導電部２２が形成されている。１つのビアの中に第１の導電部２１と、高誘電率のビア絶縁部２３と、第２の導電部２２が形成されているので、貫通穴１６に形成されたビアは第１の導電部２１および第２の導電部２２を電極とした容量値の大きなキャパシタとして機能する。また、電源とグランドの間に形成された容量値の大きなキャパシタのため、貫通穴１６に形成されたビアにより電源とグランド間で大きなデカップリング容量を得ることができる。そのため、貫通穴１６に形成されたビアにより、電源ノイズを抑制することができる。そのため、本実施形態の配線基板では、信号の高速伝送のために伝送する信号を低電圧化しても電源ノイズの影響を抑制することができる。

本実施形態の配線基板では、第１のグランド配線層１１および第２のグランド配線１３において、第２の導電部２２とグランド配線の間に絶縁部１７が形成されている。また、電源配線層１２では、第１の導電部２１と電源配線の間に絶縁部１７が形成されている。そのため、グランド配線および第１の導電部２１と、電源配線および第２の導電部２２は分離した状態にあるため電源とグランドがショートすることはない。また、貫通穴１６に形成された１つのビアの中でキャパシタを形成しているため、電源とグランド間でデカップリング容量を大きくするために回路規模を大きくする必要はない。そのため、本実施形態の配線基板では高密度化が可能となる。以上より、本実施形態の配線基板では、信号を低電圧で高速に伝送する際に、信号の電源ノイズを低減しつつ高密度化することが可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１７、図１８および図１９は、本実施形態の配線基板の構成の概要を示したものである。図１７は、本実施形態の配線基板の断面図である。図１８および図１９は、本実施形態の配線基板の各層における平面図である。

第２の実施形態では、各絶縁層および配線層を１層ずつ形成し、層間を接続するビアを１層分ずつ形成していた。本実施形態は、配線基板を構成する各層を積層した多層構造を先に形成し、各層を接続するビア部をスルーホールとして一括で形成することを特徴とする。

図１７に示す通り、本実施形態の配線基板は、第１のグランド配線層４１と、電源配線層４２と、第２のグランド配線層４３と、第１の絶縁層４４と、第２の絶縁層４５と、貫通穴４６と、絶縁部４７を備えている。また、本実施形態の配線基板は、貫通穴４６の部分に第１の導電部５１と、第２の導電部５２と、ビア絶縁部５３と、第１の層間接続部５４と、第２の層間接続部５５を備えている。また、図１８および図１９に示すように、ビア絶縁部５３の両端に、絶縁部５６を備えている。図１８は、第２のグランド配線層４３の平面図である。図１９は、電源配線層４２の平面図である。本実施形態の第１の導電部５１、第２の導電部５２およびビア絶縁部５３は一体の部材であるピン５０として形成されている。

第１のグランド配線層４１、電源配線層４２、第２のグランド配線層４３、第１の絶縁層４４および第２の絶縁層４５の構成および機能は第２の実施形態と同様である。

第１の導電部５１は、異なる層のグランド配線間を電気的に接続する機能を有する。第１の導電部５１は各層のグランド配線と接続しているので、第１の導電部５１にはグランド電圧が印加されている。第１の導電部５１は第１の層間接続部５４と接しているため、第１の導電部５１と第１の層間接続部５４を１つの導電部としてみなすことができる。第１の導電部５１および第１の層間接続部５４で異なる層のグランド配線を電気的に接続することで、第１の層間接続部５４のみで異なる層を接続する場合よりも、ビア部の抵抗のばらつきを低減することができる。ビア部の抵抗のばらつきを低減することができるのは、第１の層間接続部５４の膜厚のばらつきの影響を抑制できるからである。本実施形態の第１の導電部５１は、銅で形成されている。第１の導電部５１には、銅以外の金属や合金を用いてもよい。

第２の導電部５２は、電源電圧をビア絶縁部５３に印加する電極としての機能を有する。第２の導電部５２は電源配線と接続しているので、第２の導電部５３には電源電圧が印加されている。第２の導電部５２は第２の層間接続部５５と接しているため、第２の導電部５２と第２の層間接続部５５を１つの導電部としてみなすことができる。本実施形態の第２の導電部５２は、銅で形成されている。第２の導電部５２には、銅以外の金属や合金を用いてもよい。

ビア絶縁部５３は、第１の導電部５１および第２の導電部５２を絶縁する機能を有する。また、ビア絶縁部５３は、第１の導電部５１をグランド電極、第２の導電部５２を電源電極としたキャパシタとしての機能を有する。ビア絶縁部５３は、高誘電率材によって形成されている。そのため、ビア絶縁部５３は、容量値の高いキャパシタンスとなる。ビア絶縁部５３は、例えば、第２の実施形態のビア絶縁部と同様の高誘電率材によって形成することができる。また、ビア絶縁部５３には、無機材料からなる高誘電率材を用いてもよい。無機材料としては、例えば、二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルウシムおよびチタン酸鉛などを用いることができる。本実施形態のビア絶縁部５３の厚さは第２の実施形態と同様である。

第１の層間接続部５４は、異なる層に形成されたグラント配線間を電気的に接続する機能を有する。第１の層間接続部５４は、貫通穴４６の側面に形成されている。

第２の層間接続部５５は、電源配線と第２の導電部５２を電気的に接続する機能を有する。第２の層間接続部５５は、貫通穴４６の側面に形成されている。本実施形態の第１の層間接続部５４および第２の層間接続部５５は、銅を用いて形成されている。第１の層間接続部５４および第２の層間接続部５５は、銅以外の金属や合金を用いて形成されていてもよい。

図１８に示す、第２のグランド配線層４３の平面構造について説明する。図１８では、図示している第２のグランド配線層４３のほぼ全面にグランド配線５８が形成さている。また、図１８では、さらに、絶縁部４７、第１の導電部５１、第２の導電部５２、ビア絶縁部５３、第１の層間接続部５４、第２の層間接続部５５および絶縁部５６が形成されている。グランド配線５８と第１の導電部５１は、第１の層間接続部５４を介して電気的に接続されているので、第１の導電部５１にはグランド電圧が印加されている。また、第２の導電部５２は電源配線層４２で第２の層間接続部５３を介して電源配線と接続しているので、第２の導電部５２には、電源電圧が印加されている。また、第２の導電部５２および第２の層間接続部５５は、絶縁材が充てんされた絶縁部４７、ビア絶縁部５３および絶縁部５６でグランド配線５７および第１の導電部５１と絶縁されている。

第１のグランド配線層４１は、図１８に示した第２のグランド配線層４３と同様の構造である。

図１９に示す、電源配線層４２の平面構造について説明する。図１９では、図示している電源配線層４２のほぼ全面に電源配線５８が形成されている。図１９では、さらに、絶縁部４７、第１の導電部５１、第２の導電部５２、ビア絶縁部５３、第１の層間接続部５４、第２の層間接続部５５および絶縁部５６が形成されている。電源配線５８と第２の導電部５２は、第２の層間接続部５５を介して電気的に接続されているので、第２の導電部５２には電源電圧が印加されている。また、第１の導電部５１は第１のグランド配線層５１および第２のグランド配線層５３でグランド配線と接続しているので、第１の導電部５１には、グランド電圧が印加されている。また、第１の導電部５１は、絶縁材が充てんされた絶縁部５７、ビア絶縁部５３および絶縁部５６で電源配線５８および第２の導電部５２と絶縁されている。

本実施形態の配線基板は、第２の実施形態の配線基板と同様に動作する。すなわち、図１７乃至図１９で示した第１の導電部５１と第２の導電部５２で挟まれたビア絶縁部５３はキャパシタとしての機能を有する。グランド電圧が印加された第１の導電部５１と、電源電圧が印加された第２の導電部５２に挟まれた高誘電率材で形成されたビア絶縁部２５は、容量値の大きなキャパシタとなる。そのため、本実施形態の配線基板でも、第２の実施形態と同様に電源配線とグランド配線の間のデカップリング容量値を大きくすることができる。

本実施形態の配線基板の製造方法について図２０乃至図２９を参照して説明する。図２０、図２３、図２５および図２７は、本実施形態の配線基板の製造段階の各工程における配線基板の構造を示した断面図である。また、図２１、図２２、図２４、図２６、図２８および図２９は、本実施形態の配線基板の製造段階の各工程における配線基板の構造を示した平面図である。

図２０のように、第１のグランド配線層４１、第１の絶縁層４４、電源配線層４２、第２の絶縁層４５および第２のグランド配線層４３が積層されて、各配線層に半円状の絶縁部４７が形成された状態から製造方法の説明を始める。

図２０の状態のとき、第２のグランド配線層４３では図２１のようにグランド配線５７と半円状の絶縁部４７が形成されている。絶縁部４７には、絶縁材が充てんされている。第１のグランド配線層４１も、図２１と同様の構造であり、第２のグランド配線層４３の絶縁部４７の真下、すなわち、水平方向の位置が同じ場所に第１のグランド配線層４１の絶縁部４７が形成されている。

また、図２０の状態のとき、電源配線層４２では、図２２のように電源配線５８と半円状の絶縁部４７が形成されている。絶縁部４７には、絶縁材が充てんされている。電源配線層４２の絶縁部４７は、グランド配線層の絶縁部４７と対称、すなわち、向き合うような位置に形成されている。電源配線層を複数、備える場合には、電源配線層の各層の絶縁部４７は、水平方向の位置が互いに一致するように形成される。電源配線層およびグランド配線層で絶縁部４７の水平平方向の位置を一致させることで、貫通穴６１を一括で形成することができる。その結果、製造工程を簡略化してビアを形成することができる。

始めに図２０の状態の配線基板に、図２３に示すような貫通穴６１がドリルを用いて形成される。貫通穴６１は配線基板を一方の面からもう一方の面まで貫通するように開けられている。図２４は、貫通穴６１が形成された際の、第２のグランド配線層４３の構造を平面図として示したものである。図２４に示すように、貫通穴６１は、絶縁部４７の半円の中心を通るように開けられている。第１のグランド配線層４１および電源配線層４２においても、貫通穴６１は絶縁部４７の半円の中心をそれぞれ通るように開けられている。

貫通穴６１が形成されると、配線基板の貫通穴６１の側壁に金属膜６２が成膜される。本実施形態では、金属膜６２としてめっき法で銅が成膜される。金属膜６２が成膜されると、異なる層の配線どうしが金属膜６２で電気的に接続された状態となる。図２６は、金属膜６２が成膜された際の、第２のグランド配線層４３の構造を示した平面図である。図２６に示すように金属膜４６は貫通穴６１の円周方向に連続的に成膜されているので、グランド配線と電源配線は金属膜４６を介して電気的につながった状態である。

金属膜６２を成膜すると、図２７および図２８に示す構造となるようにピン５０を貫通穴６１に圧入する。図２８に示すように、ピン５０とのビア絶縁部５３の長辺方向と、絶縁部４７の半円の中心線の方向が一致するように、ピン５０が貫通穴６１に圧入される。

ピン５０が貫通穴６１に圧入されると、図２９に示すようにドリルを用いて２つの貫通穴６３が形成される。貫通穴６３は、配線基板を貫通するように開けられる。本実施形態の配線基板では第２のグランド配線層４３から、第１のグランド配線層４１まで貫通穴６３が貫通した状態となる。貫通穴６３を開けることで、金属膜６２は、第１の層間接続部５４と第２の層間接続部５５の２つに分けることができる。すなわち、貫通穴６３で、第１の層間接続部５４に相当する部分の金属膜６２と第２の層間接続部５５に相当する部分の金属膜６２が電気的に分離した状態となる。

貫通穴６３が形成されると、貫通穴６３に絶縁材料の充てんが行われる。絶縁材料の充てんは、第２の実施形態において高誘電率材を充てんした際と同様の絶縁材を用いて同様の方法で行われる。貫通穴６３への絶縁材料の充てんが行われると、図１７のような本実施形態の配線基板が形成される。

本実施形態では、配線基板に貫通穴６１を形成し、貫通穴６１の側壁に第１の層間接続部５４および第２の層間接続部５５に相当する金属膜６２を成膜した後に、ピン５０の圧入を行った。そのような構成に代えて、貫通穴６１に金属膜６２を成膜せずに貫通穴６１にピン５０を圧入する構成とすることもできる。金属膜６２を成膜せずにピン５０を圧入する場合でも、絶縁部４７の半円の中心線とピン５０の絶縁部５６が平行になるようにピン５０が貫通穴６１に圧入される。ピン５０の第１の導電部５１とグランド配線は、貫通穴６１の側壁部に露出したグランド配線と第１の導電部５１が接することで導通を行う。また、第２の導電部５２と電源配線も同様に貫通穴６１の側壁部に露出した電源配線と第２の導電部５２が接することで導通を行う。

貫通穴６１に金属膜６２を成膜せずに貫通穴６１にピン５０を圧入する構成とした場合に、圧入時または圧入前に導電性樹脂を貫通穴６１に注入してもよい。また、導電性樹脂には、金属粒子を分散することもできる。導電性樹脂を注入することで、グランド配線や電源配線と導電部との間での導通性を向上することができる。また、導電性樹脂は貫通穴６１に注入するのではなく、ピン５０の周囲に塗布してから圧入することもできる。

導電性樹脂を用いる場合には、導電性樹脂に接着性を持たせてもよい。その場合は、貫通穴６１を大きめに形成することで、ピン５０を貫通穴６１に容易に挿入しつつピン５０を固定することが可能となる。

本実施形態の配線基板では、ビアの中にグランド配線と接続された第１の導電部５１および第１の層間接続部５４と、高誘電率材が充てんされたビア絶縁部５３と、電源配線と接続された第２の導電部５２および第２の層間接続部５５が形成されている。第２の実施形態と同様に１つのビアの中にグランド電圧が印加された第１の導電部５１と、高誘電率のビア絶縁部５３と、第２の導電部５２が形成されているので、ビアは容量値の大きなキャパシタとして機能する。また、電源とグランドの間に形成された容量値の大きなキャパシタのため、本実施形態の配線基板においても基板面積を大きくすることなく電源とグランド間で大きなデカップリング容量を得ることができる。そのため、本実施形態の配線基板では、低電圧化しても電源ノイズの影響を抑制しつつ高密度化が可能となる。

また、本実施形態ではビアを形成する際にピン５０を用いて複数の層のビアを一括で形成している。そのため、ビアの形成工程を一層ごとに設ける必要はなく、また工程が複雑化することなく配線基板を製造することができる。特に配線基板の積層数を増やしたときに、ビアを一括で形成していることによる製造工程の簡略化の効果は大きくなる。

第２の実施形態および第３の実施形態では、２層のグランド配線層と、１層の電源配線を備えた配線基板の例について説明した。配線基板は、さらに多層構造とすることもできる。例えば、グランド配線層が３層以上の配線基板とすることができる。電源配線層が２層以上の配線基板としてもよい。また、信号配線のみを備えた配線層を形成してもよい。信号配線のみを備えた配線層を備える場合には、信号配線が電源とグランド用の導電部で形成されたビアから絶縁された構造とする。

また、第２の実施形態および第３の実施形態よりも多層の配線基板とする場合には、各グランド配線層の絶縁部の水平方向の位置を互いに一致させる。すなわち、いずれかのグランド配線層に、各絶縁部を垂直に投影した場合に、投影面において影が重なるように各絶縁部が形成される。また、電源配線層における絶縁部も、互いに水平方向の位置が一致するように形成される。

１ 第１の配線層
２ 第２の配線層
３ 絶縁層
４ ビア
５ 第１の配線
６ 第２の配線
７ 第１の導電部
８ 第２の導電部
９ ビア絶縁部
１１ 第１のグランド配線層
１２ 電源配線層
１３ 第２のグランド配線層
１４ 第１の絶縁層
１５ 第２の絶縁層
１６ 貫通穴
１７ 絶縁部
２１ 第１の導電部
２２ 第２の導電部
２３ ビア絶縁部
２４ グランド配線
２５ 電源配線
３１ 穴
３２ 金属膜
３３ 穴
３４ エッチング部
３５ 絶縁膜
３６ 穴
３７ 金属膜
３８ 穴
３９ エッチング部
４１ 第１のグランド配線層
４２ 電源配線層
４３ 第２のグランド配線層
４４ 第１の絶縁層
４５ 第２の絶縁層
４６ 貫通穴
４７ 絶縁部
５０ ピン
５１ 第１の導電部
５２ 第２の導電部
５３ ビア絶縁部
５４ 第１の層間接続部
５５ 第２の層間接続部
５６ 絶縁部
５７ グランド配線
５８ 電源配線
６１ 貫通穴
６２ 金属膜
６３ 貫通穴

Claims (10)

1. 電源電圧が印加される第１の配線が形成された第１の配線層と、
   前記電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成された第２の配線層と、
   前記第１の配線層と前記第２の配線層の間を絶縁する第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層を貫通し、前記第１の配線と接続した第１の導電部と、前記第２の配線と接続した第２の導電部と、前記第１の導電部および前記第２の導電部の間を絶縁材で充てんしたビア絶縁部とを有するビアと
   を備えることを特徴とする配線基板。
2. 前記ビアにおいて、前記第１の導電部、前記ビア絶縁部および前記第２の導電部は、前記第１の配線層から前記第２の配線層までそれぞれ連続的に形成され、前記第１の導電部と前記第２の導電部は、前記ビア絶縁部を介して対向するように形成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。
3. 前記第１の配線層に形成され、前記第１の配線と前記第２の導電部の間を絶縁する第１の絶縁部と、
   前記第２の配線層に形成され、前記第２の配線と前記第１の導電部の間を絶縁する第２の絶縁部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の配線基板。
4. 前記第１の絶縁部および前記第２の絶縁部は半円形状であり、
   前記第１の絶縁部と前記第２の絶縁部は、前記ビアの前記ビア絶縁部を中心として互いに向き合うように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の配線基板。
5. 前記第２の配線と同じ電圧が印加される第３の配線が形成された第３の配線層と、
   前記第１の配線層と前記第３の配線層の間を絶縁する第２の絶縁層と、
   前記第２の絶縁層を貫通し、前記第１の導電部と連続した導電部と、前記第２の導電部と連続した導電部と、前記ビア絶縁部と連続した絶縁部とを有する第２のビアと、
   前記第３の配線層に形成され、前記第２の配線と前記第２の導電部と連続した導電部の間を絶縁する第３の絶縁部とをさらに備え、
   前記第２の絶縁部と前記第３の絶縁部が、前記絶縁部を中心として同じ側に形成されていることを特徴とする請求項３または４いずれかに記載の配線基板。
6. 電源電圧が印加される第１の配線が形成された第１の配線層と、絶縁層と、前記電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成された第２の配線層とを積層した基板に、前記第１の配線層、前記絶縁層および前記第２の配線層を貫通する第１の貫通穴を開ける第１の穴形成工程と、
   前記第１の貫通穴に、第１の導電部と、絶縁部と、第２の導電部とを備える部材を、前記第１の導電部と前記第１の配線、および、前記第２の導電部と前記第２の配線が接するように圧入する圧入工程と
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
7. 前記第１の穴形成工程と前記圧入工程の間に、前記第１の貫通穴の側壁に導電膜を成膜する導電部形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の配線基板の製造方法。
8. 前記圧入工程の後に、前記絶縁部の両側にさらに第２の貫通穴を開ける第２の穴形成工程と、
   前記第２の貫通穴に絶縁材を充てんする充てん工程と
   をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の配線基板の製造方法。
9. 電源電圧とは異なる電圧が印加される第２の配線が形成された第２の配線層と、絶縁層が積層された基板の前記絶縁層に第１の穴を形成する第１の穴形成工程と、
   前記第１の穴を導電材で充てんし、前記絶縁層の上に前記電源電圧が印加される第１の配線として用いる第１の配線層を形成する電源層形成工程と、
   前記第１の穴に充てんされた導電材に第２の穴を開けて、前記第２の配線に接続している第２の導電部と前記第１の配線に接続している第１の導電部に分割するビア分割工程と、
   前記第２の穴に絶縁材を充てんする絶縁材充てん工程と
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
10. 前記第１の配線層に前記第２の導電部と前記第１の配線が接しないように絶縁部を形成する絶縁部形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の配線基板の製造方法。