JP2020009857A

JP2020009857A - 配線基板

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Publication number: JP2020009857A
Application number: JP2018128397A
Authority: JP
Inventors: 宗之岩田; Muneyuki Iwata; 奈緒子森; Naoko Mori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: JP7320341B2

Abstract

【課題】１対の配線を１対の高誘電率部で覆い、配線基板の作製に起因する性能劣化を防止しつつ、高周波信号によるノイズの影響を抑制し得る配線基板を提供する。【解決手段】第１の配線（３０）を有する第１の導体層（２１）と、第１の導体層上に積層された所定の絶縁層（１１）と、所定の絶縁層を挟んで第２の導体層上に積層されて第２の配線（３１）を有する第２の導体層（２２）とを備える配線基板であって、所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、第１の配線のうち所定の絶縁層の側を覆う第１の高誘電率部（５０）と、所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、第２の配線のうち所定の絶縁層の側を覆う第２の高誘電率部（５１）とを備えており、第１及び第２の配線は、第１の高誘電率部と、所定の絶縁層と、第２の高誘電率部とを挟んで厚さ方向に対向して配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁層及び導体層を交互に積層してなる多層の配線基板に関するものである。

従来から、絶縁層と導体層とを交互に積層して構成され、それぞれの導体層に信号配線やグランド配線を形成した多層の配線基板が広く知られている。この種の配線基板は、高周波信号の伝送に利用されるのが一般的であり、信号配線に対するノイズの影響をできるだけ抑制することが望ましい。そのための方策として、例えば、特許文献１の図２に示されるように、絶縁層の上部の導体層に形成された信号配線と、その導体層に隣接する導体層に形成されたグランド配線との間の領域に誘電率が高い高誘電率部を形成した配線基板の構造が提案されている。このような構造を採用することにより、信号配線とグランド配線との間に誘電率が高い領域を介在させることで、高周波信号によるノイズを低減することができる。

特開２００３−２８９１８４号公報

上記従来の技術を配線基板に適用する場合、樹脂からなる絶縁層を用いてビルドアップ法で製造する場合は特に構造上の問題は生じないが、セラミックからなる絶縁層を用いる場合には、前述の高誘電率部（特許文献１の図２）を形成する際に構造上の不具合を生じる可能性がある。具体的には、配線基板の作製時に高誘電率部に対応するホールに高誘電率材料を充填する際、充填不良が生じて高誘電率部と上下の配線との間に隙間を生じる恐れがある（図４参照）。このような隙間の誘電率は空気とほぼ等しいため、上下で対向する配線の間の実質的な誘電率が低下することになる。また、配線基板の積層工程において各層の積層ずれが発生すると、上下で対向する配線と高誘電率部の位置ずれで、配線の一部が高誘電率部と重ならない状態となり（図５参照）、その部分でノイズの影響を受けやすくなる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、配線基板に形成した１対の配線を１対の高誘電率部で覆うことでノイズの影響を抑制しつつ、配線基板の作製に際して高誘電率部と配線との間に生じる隙間や積層工程における積層ずれによる性能の劣化を防止し得る配線基板を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の配線基板は、第１の配線（３０）を有する第１の導体層（２１）と、前記第１の導体層上に積層された所定の絶縁層（１１）と、前記所定の絶縁層を挟んで前記第１の導体層上に積層されて第２の配線（３１）を有する第２の導体層（２２）とを備える配線基板であって、前記所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、少なくとも前記第１の配線のうち前記所定の絶縁層の側を覆う第１の高誘電率部（５０）と、前記所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、少なくとも前記第２の配線のうち前記所定の絶縁層の側を覆う第２の高誘電率部（５１）とを備えて構成され、前記第１の配線及び前記第２の配線は、前記第１の高誘電率部と、前記所定の絶縁層と、前記第２の高誘電率部とを挟んで厚さ方向に対向して配置されることを特徴としている。

本発明の配線基板によれば、多層の配線基板のうち、所定の絶縁層を挟んで隣接する第１及び第２の導体層には、第１の高誘電率部で覆われた第１の配線と、第２の高誘電率部で覆われた第２の配線とが対向配置されており、所定の絶縁層よりも誘電率が高い第１及び第２の高誘電率部の作用により、高周波信号のノイズを抑制する効果を有する。そして、第１及び第２の配線は、厚さ方向に第１の高誘電率部、所定の絶縁層、第２の高誘電率部を挟む構造となっているので、所定の配線基板の作製時にセラミック等を用いたとしても高誘電率材料の充填不良に起因する隙間が生じにくく、かつ、積層ずれに起因する位置ずれの影響を受けにくくなり、高い信頼性を保ちつつノイズを確実に低減することができる。

本発明において、厚さ方向から見た平面視で、第１の高誘電率部は第１の配線を内包する領域に配置し、かつ第２の高誘電率部は第２の配線を内包する領域に配置することが望ましい。この場合、第１の高誘電率部は第１の配線のうち所定の絶縁層に面する側の表面及び側面を覆い、第２の高誘電率部は第２の配線のうち前記所定の絶縁層に面する側の表面及び側面を覆うようにしてもよい。このように配置することで、配線基板の積層ずれが生じたとしても、第１及び第２の高誘電率部が第１及び第２の配線の領域から逸脱することを回避でき、良好な耐ノイズ性能を保つことができる。

本発明において、第１の高誘電率部は、第２の配線及び第２の高誘電率部のそれぞれと非接触の状態で配置し、第２の高誘電率部は、第１の配線及び第１の高誘電率部のそれぞれと非接触の状態で配置してもよい。このような構造により、絶縁層を貫いて第１及び第２の配線の両方に接触する高誘電率部で問題となる充填不良に起因する隙間の発生を有効に防止することができる。

本発明において、第１の高誘電率部は、第１の配線に加えて、第１の導体層において第１の配線と隣接する他の配線を覆い、第２の高誘電率部は、第２の配線に加えて、第２の導体層において前記第２の配線と隣接する他の配線を覆う構造としてもよい。このような構造により、同じ導体層内で第１及び第２の配線と他の配線との間で生じるノイズの影響を一層抑制することができる。

本発明において、第１及び第２の配線として多様な種別を用いることができるが、少なくとも一方を信号配線とすることが望ましい。例えば、第１及び第２の配線のうち、一方を信号配線とし、他方をグランド配線とすることができる。あるいは、第１及び第２の配線を、互いに異なる２種の信号配線としてもよい。

本発明によれば、配線基板において、所定の絶縁層を挟んで厚さ方向に対向する１対の配線のそれぞれを覆う１対の高誘電率部を形成することで、配線基板の作製時における高誘電率部の充填不良や積層ずれに起因する問題を回避し、高周波信号によるノイズの影響を確実に抑制することが可能となる。

本発明を適用した一実施形態に係る配線基板の概略の断面構造を示す図である。本実施形態の配線基板の作製方法の概要のうち、セラミックグリーンシートを準備してから導体層を形成するまでの作製工程を示す図である。本実施形態の配線基板の作製方法の概要のうち、図２に続いて本実施形態の配線基板を完成するまでの作製工程を示す図である。本実施形態において、図１に示す構造を有する配線基板で得られる作用効果を説明するための第１の比較例である。本実施形態において、図１に示す構造を有する配線基板で得られる作用効果を説明するための第２の比較例である。

以下、本発明を適用した配線基板の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を具体化した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。

図１は、本発明を適用した一実施形態に係る配線基板の概略の断面構造を示す図である。図１に示す配線基板は、絶縁層及び導体層が交互に積層された多層の配線基板である。具体的には、下側から順に積層された導体層２０、絶縁層１０、導体層２１（本発明の第１の導体層）、絶縁層１１（本発明の所定の導体層）、導体層２２（本発明の第２の導体層）、絶縁層１２、導体層２３を備えている。また、２層目の導体層２１に含まれる配線３０（本発明の第１の配線）及び３層目の導体層２２に含まれる配線３１（本発明の第２の配線）と、各導体層２０〜２３の間をそれぞれ接続するビア導体４０、４１、４２と、下側の配線３０を覆う高誘電率部５０（本発明の第１の高誘電率部）及び上側の配線３１を覆う高誘電率部５１（本発明の第２の高誘電率部）とがそれぞれ形成されている。

３層の絶縁層１０〜１２は、例えば、セラミック等の誘電体材料を用いて形成され、所定の誘電率を有する。導体層２０〜２３は、例えば、銅等の導電材料を用いて、それぞれの絶縁層１０〜１２の表面に形成されている。このうち、下層の絶縁層１０の下面には導体層２０が配置され、上層の絶縁層の上面には導体層２３が配置され、配線基板の両面に導体層２０、２３が露出している。また、絶縁層１０、１１の間には導体層２１が配置され、絶縁層１１、１２の間には導体層２２が配置されている。また、ビア導体４０〜４２は、各絶縁層１０〜１２に開口したビアホールに導電材料を充填して形成され、それぞれ、ビア導体４０は導体層２０、２１の間を電気的に接続し、ビア導体４１は導体層２１、２２の間を電気的に接続し、ビア導体４２は導体層２２、２３の間を電気的に接続している。

絶縁層１１の下側の導体層２１には、中央に前述の配線３０が形成されており、その周囲には配線３０と分離された他の配線３２が形成されている。同様に、絶縁層１１の上側の導体層２２には、中央に前述の配線３１が形成されており、その周囲には配線３１と分離された他の配線３３が形成されている。図１に示すように、１対の配線３０、３１は、配線基板の厚さ方向から見た平面視で同じ位置で上下に対向している。これら１対の配線３０、３１の種別は多様であるが、例えば、一方を信号配線とし、他方をグランド配線とすることができる。あるいは、これら１対の配線３０、３１は、例えば、互いに異なる２種の信号配線とすることができる。

下側の配線３０は、その上面と側面が高誘電率部５０で覆われている。同様に、上側の配線３１は、その下面と側面が高誘電率部５１で覆われている。これらの高誘電率部５０、５１は、絶縁層１０〜１２の誘電率に比べて高い誘電率を有する誘電体材料を用いて形成されている。図１に示すように、高誘電率部５０、５１は、配線３０、３１と同様、配線基板の厚さ方向から見た平面視で、同じ位置で上下に対向し、配線３０、３１を内包する領域に広がっている。また、上下に対向する１対の高誘電率部５０、５１の間には、絶縁層１１の中央の領域が介在する構造となっている。よって、１対の配線３０、３１は、下側から順に高誘電率部５０、絶縁層１１、高誘電率部５１を挟んで厚さ方向に対向する配置となっている。

ここで、下側の高誘電率部５０は、配線基板の厚さ方向から見た平面視で配線３０より広い範囲に配置されており、導体層２１のうち中央の配線３０に加えて周囲の他の配線３２の一部の上面と側面を覆っている。同様に、上側の高誘電率部５１は、配線基板の厚さ方向から見た平面視で配線３１より広い範囲に配置されており、導体層２２のうち中央の配線３１に加えて周囲の他の配線３３の一部の下面と側面を覆っている。換言すれば、導体層２１においては、互いに隣接する配線３０と他の配線３２との間に高誘電率部５０が介在し、導体層２２においては、互いに隣接する配線３１と他の配線３３との間に高誘電率部５１が介在している。

図１の配線基板において、高誘電率部５０、５１の役割は、高周波信号に基づく配線３０、３１のノイズを抑制することである。例えば、配線３０、３１の一方が信号配線で他方がグランド配線である場合、配線３０、３１の間の高誘電率部５０、５１により信号配線とグランド配線との間の結合が強化され、外部からのノイズの影響が小さくなり、さらには信号配線の不要輻射ノイズが低減する。また、配線３０、３１が互いに異なる信号配線である場合、高誘電率部５０、５１により互いのクロストークノイズや不要輻射ノイズが低減する。なお、本実施形態の高誘電率部５０、５１について、配線基板の作製工程に関連する効果については後述する。

高誘電率部５０、５１の誘電率は特に制約されないが、例えば、絶縁層１０〜１２として比誘電率が６程度の誘電体材料を用いる場合、高誘電率部５０、５１として比誘電率が１０〜２０程度の誘電体材料を用いることができる。この場合、配線３０、３１の間には高誘電率部５０、５１に加えて絶縁層１１が介在しているので、配線３０、３１間の実質的な誘電率は、高誘電率部５０、５１の誘電率より若干低くなっている。このとき、高誘電率部５０、５１とその間の絶縁層１１の相対的な厚さに応じて実質的な誘電率が変化する。いずれにしても、配線３０、３１間の実質的な誘電率を十分に高くできれば、前述のノイズの抑制の効果を高めることができる。

なお、本発明の適用に際し、図１の断面構造は一例であって、実際には本発明を適用した多様な変形例がある。例えば、図１では、１対の配線３０、３１が平面視で同一のサイズ及び形状であるが、実際には互いに厚さ方向に対向していれば、ある程度サイズや形状が異なっていてもよい。１対の高誘電率部５０、５１についても、同一のサイズ及び形状に限ることなく、配線３０、３１を覆う構造であれば互いに異なるサイズ及び形状であってもよい。また、高誘電率部５０、５１が、配線３０、３１以外に他の配線３２、３３を覆わない構造であってもよいし、より多数の他の配線を覆う構造であってもよい。さらに、図１の構造例では、１対の高誘電率部５０、５１は互いに非接触であるが、影響の少ない領域で部分的に接触していてもよい。

次に、本実施形態の配線基板の作製方法の概要について、図２及び図３を参照しつつ説明する。ここでは、図１の構造を有する配線基板を作製する場合の作製工程を例示する。まず、３層の絶縁層１０〜１２とすべき所定のセラミック材料からなる３つのセラミックグリーンシート１０ａ、１１ａ、１２ａを用意し、図２（Ａ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート１０ａ〜１２ａの所定位置に抜き加工を施して、複数のビアホール４０ａ、４１ａ、４２ａを開口する。なお、各セラミックグリーンシート１０ａ〜１２ａにおける各ビアホール４０ａ〜４２ａの位置及び個数は自在に設定することができる。

次に、図２（Ｂ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート１０ａ〜１２ａに開口された複数のビアホール４０ａ〜４２ａのそれぞれに、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することにより、複数のビア導体４０、４１、４２を形成する。続いて、図２（Ｃ）に示すように、下側のセラミックグリーンシート１０ａの両側の表面に、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層２０、２１をそれぞれ形成する。同様に、上側のセラミックグリーンシート１２ａの両側の表面に、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層２２、２３をそれぞれ形成する。このとき、導体層２１、２２においては、前述したように、中央に１対の配線３０、３１が形成されるとともに、その周囲に他の配線３２、３３が形成された状態になる。

次に、図３（Ａ）に示すように、導体層２１の配線３０とその周囲の配線３２の一部を覆うように、所定のセラミックペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、高誘電率部５０を形成する。同様に、導体層２２の配線３１とその周囲の配線３３の一部を覆うように、所定のセラミックペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、高誘電率部５１を形成する。そして、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）の状態の３つのセラミックグリーンシート１０ａ、１１ａ、１２ａをこの順に積層した上で、加熱加圧することにより積層体を形成する。その後、図３（Ｂ）で得られた積層体を脱脂、焼成することにより、図１で前述したように、本実施形態の配線基板が完成する。

以下、本実施形態において、上述のように作製した配線基板が図１に示す構造を有することで得られる作用効果に関し、図４及び図５と対比しつつ説明する。図４は、従来の手法により作製された配線基板の部分的な断面構造を示す第１の比較例である。第１の比較例では、セラミックグリーンシートからなる２層の絶縁層６０、６１の間に導体層７０が形成され、導体層７０の中央の配線８０と絶縁層６１の上部の配線８１が厚さ方向に対向し、１対の配線８０、８１の間に１つの高誘電率部９０が配置されている。

ここで、図４における高誘電率部９０は、絶縁層６１となるセラミックグリーンシートに形成したホールに高誘電率材料を充填することにより形成される。この場合、セラミックグリーンシートに高誘電率部９０を形成した後に、１対の配線８０、８１を形成し、絶縁層６０となるセラミックグリーンシートを積層、焼成する手順で配線基板が作製される。そのため、図４に示すように、高誘電率部９０に充填不良が生じ、高誘電率部９０と上下の配線８０、８１との間に隙間９０ａが発生する場合がある。この隙間９０ａは、誘電率が空気とほぼ等しいため、１対の配線８０、８１の間の実質的な誘電率を低下させるように作用するので、結果的に高周波信号によるノイズの抑制性能を劣化させる要因となる。

また、図５は、従来の手法により作製された配線基板の部分的な断面構造を示す第２の比較例である。第２の比較例では、２層の絶縁層６０、６１となる２層のセラミックグリーンシートを積層する際に積層ずれが生じることで、上下の配線８０、８１の互いに位置がずれた状態となっている。これにより、下側の配線８０の表面の一部の領域は、絶縁層６１に形成された高誘電率部９０で覆われなくなるため、高周波信号によるノイズの影響を受けやすくなる。

これに対し、本実施形態の配線基板は、図１のような断面構造を有するため、図４に示すような充填不良に起因する問題や、図５に示すように積層ずれに起因する問題をいずれも回避することができる。すなわち、配線３０、３１の間には２つの高誘電率部５０、５１及び絶縁層１１が挟まれる構造であるため、１つの高誘電率部の上下に隙間が生じる構造ではないし、厚さ方向から見た平面視で高誘電率部５０、５１が配線３０、３１とその周囲を含む広い領域に配置されているので、積層ずれが生じたとしても高誘電率部５０、５１により配線３０、３１が覆われない状態を避けることができる。以上から、本実施形態の配線基板の構造は、作製時の問題に起因するノイズ抑制の性能劣化を確実に防止することができる。

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、配線基板における材料、絶縁層及び導体層の層数、導体パターンの構成などについては、本発明の作用効果を得られる限り、適宜に変更が可能である。また、配線基板の作製方法の個々の工程については、図２及び図３を用いた説明に限られず、本発明の作用効果を得られる限り、多様な選択肢がある。さらに、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。

１０、１１、１２…絶縁層
２０、２１、２２、２３…導体層
３０、３１、３２、３３…配線
４０、４１、４２…ビア導体
５０、５１…高誘電率部

Claims

第１の配線を有する第１の導体層と、前記第１の導体層上に積層された所定の絶縁層と、前記所定の絶縁層を挟んで前記第１の導体層上に積層されて第２の配線を有する第２の導体層とを備える配線基板であって、
前記所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、少なくとも前記第１の配線のうち前記所定の絶縁層の側を覆う第１の高誘電率部と、
前記所定の絶縁層の誘電率より高い誘電率を有し、少なくとも前記第２の配線のうち前記所定の絶縁層の側を覆う第２の高誘電率部と、
を備え、
前記第１の配線及び前記第２の配線は、前記第１の高誘電率部と、前記所定の絶縁層と、前記第２の高誘電率部とを挟んで厚さ方向に対向して配置される、
ことを特徴とする配線基板。
前記第１の高誘電率部は、前記厚さ方向から見た平面視で前記第１の配線を内包する領域に配置され、
前記第２の高誘電率部は、前記厚さ方向から見た平面視で前記第２の配線を内包する領域に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
前記第１の高誘電率部は、前記第１の配線のうち前記所定の絶縁層に面する側の表面及び側面を覆い、
前記第２の高誘電率部は、前記第２の配線のうち前記所定の絶縁層に面する側の表面及び側面を覆う、
ことを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
前記第１の高誘電率部は、前記第２の配線及び前記第２の高誘電率部のそれぞれと非接触の状態で配置され、
前記第２の高誘電率部は、前記第１の配線及び前記第１の高誘電率部のそれぞれと非接触の状態で配置される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配線基板。
前記第１の高誘電率部は、前記第１の配線に加えて、前記第１の導体層において前記第１の配線と隣接する他の配線を覆い、
前記第２の高誘電率部は、前記第２の配線に加えて、前記第２の導体層において前記第２の配線と隣接する他の配線を覆う、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の配線基板。
前記第１及び第２の配線の少なくとも一方は信号配線であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配線基板。
前記第１及び第２の配線のうち、一方は信号配線であり、他方はグランド配線であることを特徴とする請求項６に記載の配線基板。