JP3793551B2

JP3793551B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP3793551B2
Application number: JP35190798A
Authority: JP
Inventors: 政明南; 明竹尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP2000183477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で作動する半導体素子や光半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速で作動する半導体素子や光半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板においては、高速の信号を正確かつ効率良く伝播させるために、高速信号が伝播する配線導体のアイソレーションを高めたり特性インピーダンスの整合を図ったりすること等が重要である。
【０００３】
このような配線基板として例えば特許第2796143 号公報には、信号が伝播する配線導体（信号線）のアイソレーション値を高めたり特性インピーダンスの整合を図ったりするためのグランド層を基板の２つ以上の面に設けるとともに、これらのグランド層同士を信号が伝播する配線導体の近くに設けた多数の貫通導体（ヴィアフィル）を介して接続して成る配線基板が開示されている。
【０００４】
この配線基板では、貫通導体の周りに隙間やクラックが発生したりすること等を防止するために、貫通導体の直径を0.05〜0.15ｍｍとしており、また貫通導体形成領域部分の横断面における貫通導体の面積比を３〜25％としている。そして、これらにより10ＧＨｚ前後の高速信号を配線導体に伝播させることができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の配線基板は、貫通導体の直径が0.05〜0.15ｍｍと小さいことから、貫通導体のインダクタンスが大きなものとなるとともに貫通導体とグランド層との接続信頼性が低いものとなり、このためグランド層と貫通導体とで安定したグランドネットワークを形成することができず、例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を効率良く正確に伝播させることが困難であるという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、貫通導体のインダクタンスを小さいものとするとともに貫通導体のグランド層との接続信頼性を高いものとして、グランド層と貫通導体とで安定したグランドネットワークを形成し、例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を効率良く正確に伝播させることができる配線基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体に複数の配線導体およびグランド層ならびに該グランド層に接続された多数の貫通導体を配設して成る配線基板であって、前記多数の貫通導体は、平均粒径が0.5〜1.0μｍのタングステン粉末40〜85重量％と前記絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％とから成り、その直径が0.2〜0.3ｍｍであるとともに隣接するもの同士の間隔が前記直径の0.5〜５倍となるように配設され、前記グランド層は、電子部品が搭載される第１のグランド層と、前記複数の配線導体の周囲に形成され、前記電子部品の電極と接続される第２のグランド層とからなり、前記第１および前記第２のグランド層が前記貫通導体で接続されており、前記複数の信号用配線導体間に、前記多数の貫通導体が平面的に分散されて配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の配線基板によれば、グランド層とともにグランドネットワークを形成する貫通導体は、平均粒径が0.5 〜1.0 μｍのタングステン粉末40〜85重量％と絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％とから成ることから、貫通導体と絶縁基体との焼成収縮率および熱膨張係数が近似したものとなり、直径が0.2 〜0.3 ｍｍの大径の貫通導体をその直径の0.5 〜５倍の隣接間隔で設けても、貫通導体と絶縁基体との間に隙間が発生したり絶縁基体にクラックが発生したりするようなことはない。そして、グランド層に接続された貫通導体はその直径が0.2 〜0.3 ｍｍと大きく、かつ互いの隣接間隔が貫通導体の直径の0.5 〜５倍の密度で配設されていることから、貫通導体のインダクタンスが小さくなるとともに貫通導体とグランド層との接続信頼性が高いものとなり、その結果、貫通導体とグランド層とで安定したグランドネットワークを形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す上面図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線における断面図、図３は図１のII−II線における断面図である。
【００１１】
これらの図において、１は絶縁基体、２は配線導体、３ａ・３ｂはグランド層、４は貫通導体である。
【００１２】
なお、図１において、貫通導体４は破線で示すべきであるが、作図の都合上、細い実線で示している。
【００１３】
絶縁基体１は、図２に示すように、酸化アルミニウム質焼結体から成り、平板状の絶縁層１ａと枠状の絶縁層１ｂとが積層一体化されて成る。そして、その上面中央部には、半導体素子等の電子部品を収容するための凹部Ａが形成されている。
【００１４】
絶縁基体１は、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム・酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状となすことによって絶縁層１ａ・１ｂとなるセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに上下に積層し、最後にこの積層体を還元雰囲気中約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
絶縁層１ａの上面には、ほぼその全面にわたってグランド層３ａが配設されており、このグランド層３ａの凹部Ａ内に露出した部位に半導体素子等の電子部品が搭載される。
【００１５】
さらに、絶縁層１ｂの上面には、図１に示すように、配線導体２およびグランド層３ｂが配設されており、配線導体２およびグランド層３ｂの凹部Ａ周辺には半導体素子等の電子部品の各電極が例えばボンディングワイヤを介して接続される。
【００１６】
配線導体２およびグランド層３ａ・３ｂは、タングステンやモリブデン等の高融点金属メタライズから成り、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁層１ａ・１ｂとなるセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、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絶縁層１ａ・１ｂの上面に配設される。
【００１７】
また、グランド層３ａと３ｂとは、図１・図３に示すように、絶縁層１ｂを貫通して設けられた多数の貫通導体４により電気的に接続されている。
【００１８】
貫通導体４は、その直径が0.2 〜0.3 ｍｍであり、絶縁層１ｂのグランド層３ｂに対応する領域のほぼ全域にわたりその直径の0.5 〜５倍の隣接間隔ｄをあけて配設されている。
【００１９】
貫通導体４は、その直径が0.2 〜0.3 ｍｍと大きいことから、貫通導体４のインダクタンスが小さいものとなるとともに貫通導体４とグランド層３ａ・３ｂとの接続信頼性が高いものとなり、貫通導体４とグランド層３ａ・３ｂとで安定したグランドネットワークを形成することができる。そして、絶縁層１ｂのグランド層３ｂに対応する領域のほぼ全域にわたりその直径の0.5 〜５倍の隣接間隔ｄをあけて配設されていることから、配線導体２のアイソレーションが極めて高いものとなるとともに配線導体２の特性インピーダンスの整合が良好となる。
【００２０】
したがって、この配線基板によれば、配線導体２中に例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を損失少なく正確に伝達させることが容易となる。
【００２１】
なお、貫通導体４は、その直径が0.2 ｍｍ未満であると、貫通導体４のインダクタンスが大きなものとなるとともに貫通導体４とグランド層３ａ・３ｂとの接続信頼性が低いものとなり、その結果、グランド層３ａ・３ｂと貫通導体４とで安定したグランドネットワークを形成することが困難となる傾向にある。一方、0.3 ｍｍを超えると、貫通導体４同士の隣接間隔ｄを狭く設けることが困難となる傾向にある。したがって、貫通導体４は、その直径が0.2 〜0.3 ｍｍの範囲に特定される。
【００２２】
さらに、貫通導体４は、隣接するもの同士の間隔ｄがその直径の0.5 倍未満となると、絶縁層１ｂに貫通導体４を設けることが困難となる傾向にある。一方、５倍を超えると、配線導体２のアイソレーションを高めたり配線導体２の特性インピーダンスの整合を良好とすることが困難となり易い傾向にある。したがって、貫通導体４同士の隣接間隔ｄは、貫通導体４の直径の0.5 〜５倍の範囲に特定される。
【００２３】
そして、貫通導体４は、平均粒径が0.5 〜1.0 μｍのタングステン粉末40〜85重量％と絶縁基体１と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％との焼結体から形成されている。
【００２４】
貫通導体４は、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートのグランド層３ｂが配設される領域のほぼ全域に、焼成後の直径が0.2 〜0.3 ｍｍとなる貫通孔を、この貫通孔の直径の0.5 〜５倍の隣接間隔で並ぶように打ち抜くとともにこの貫通孔内に、平均粒径が0.5 〜1.0 μｍのタングステン粉末40〜85重量部と絶縁層１ａ・１ｂとなるセラミックグリーンシートに含まれる原料粉末または酸化アルミニウム粉末15〜60重量部とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た導体ペーストを充填し、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される。
【００２５】
貫通導体４は、平均粒径が0.5 〜1.0 μｍのタングステン粉末40〜85重量％と絶縁基体１と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％とから形成されていることから、焼成収縮率および熱膨張係数が絶縁基体１と近似したものとなる。
【００２６】
そのため、直径が0.2 〜0.3 ｍｍの貫通導体４をその直径の0.5 〜５倍の隣接間隔ｄで設けても、貫通導体４と絶縁基体１との間に隙間が発生したり絶縁基体１にクラックが発生したりするようなことはない。
【００２７】
なお、貫通導体４に含まれるタングステン粉末の平均粒径が0.5 μｍ未満では、貫通導体４となる導体ペースト中のタングステン粉末が凝集を起こし、均質な貫通導体４を得ることが困難となる傾向にある。一方、1.0 μｍを超えると、貫通導体４の焼成収縮率が絶縁基体１の焼成収縮率に対して小さなものとなり絶縁基体１にクラックが発生し易いものとなる傾向にある。したがって、貫通導体４に含まれるタングステン粉末の平均粒径は、0.5 〜1.0 μｍの範囲に特定される。
【００２８】
また、貫通導体４に含まれる絶縁基体１と同一成分または酸化アルミニウムは、貫通導体４の熱膨張係数を絶縁基体１に近似させる作用をなす。その含有量が15重量％未満では、貫通導体４の熱膨張係数が絶縁基体１の熱膨張係数に対して小さなものとなりすぎるため焼成の冷却工程において絶縁基体１にクラックが発生し易いものとなる傾向にある。一方、60重量％を超えると、貫通導体４の電気抵抗が大きなものとなり、グランド層３ａと３ｂとを貫通導体４により電気的に良好に接続することが困難となる傾向にある。したがって、貫通導体４に含まれる絶縁基体１と同一成分または酸化アルミニウムは、その含有量が15〜60重量％の範囲に特定され、特に貫通導体４をより安定して形成する観点から20〜40重量％の範囲が好ましい。
【００２９】
なお、貫通導体４となる導体ペーストに含有される絶縁基体１と同一成分または酸化アルミニウム粉末としては、その平均粒径が0.5 〜５μｍ程度のものが使用される。
【００３０】
かくして、本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部Ａ底面に半導体素子等の電子部品を搭載するとともにこの電子部品の各電極を配線導体２およびグランド層３ｂにボンディングワイヤを介して接続することにより、電子部品を搭載する配線基板として供される。
【００３１】
なお、本発明は上述の実施の形態の一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あれば種々の変更が可能である。例えば、図４に要部拡大断面図で示すように、配線導体12の上下に絶縁層を介してグランド層13ａ・13ｂを設けるとともにグランド層13ａと13ｂとを貫通導体14で接続するようになした配線基板にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、グランド層に接続された貫通導体が、平均粒径が0.5 〜1.0 μｍのタングステン粉末40〜85重量％と絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％とから成ることから、貫通導体と絶縁基体との焼成収縮率および熱膨張係数が近似したものとなり、直径が0.2 〜0.3 ｍｍの大径の貫通導体をその直径の0.5 〜５倍の隣接間隔で密接して設けても、貫通導体と絶縁基体との間に隙間が発生したり絶縁基体にクラックが発生したりするようなことはない。そして、グランド層に接続された貫通導体の直径が0.2 〜0.3 ｍｍと大きく、かつ隣接間隔が貫通導体の直径の0.5 〜５倍の密度で配設されていることから、貫通導体のインダクタンスが小さくなるとともに貫通導体とグランド層との接続信頼性が高いものとなる。その結果、貫通導体とグランド層とで安定したグランドネットワークを形成することができ、例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を効率良く正確に伝播させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示す配線基板のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図３】図１に示す配線基板のII−II線における断面図である。
【図４】本発明の配線基板の実施の形態の別の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・絶縁基体
２、12・・・・・・・・・・・配線導体
３ａ、３ｂ、13ａ、13ｂ・・・グランド層
４、14・・・・・・・・・・・貫通導体

Claims

酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体に複数の配線導体およびグランド層ならびに該グランド層に接続された多数の貫通導体を配設して成る配線基板であって、
前記多数の貫通導体は、平均粒径が0.5〜1.0μｍのタングステン粉末40〜85重量％と前記絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム15〜60重量％とから成り、その直径が0.2〜0.3ｍｍであるとともに隣接するもの同士の間隔が前記直径の0.5〜５倍となるように配設され、
前記グランド層は、電子部品が搭載される第１のグランド層と、前記複数の配線導体の周囲に形成され、前記電子部品の電極と接続される第２のグランド層とからなり、前記第１および前記第２のグランド層が前記貫通導体で接続されており、
前記複数の信号用配線導体間に、前記多数の貫通導体が平面的に分散されて配置されていることを特徴とする配線基板。
前記配線基板は凹部を有し、前記第１のグランド層は前記凹部底面に露出され、前記第２のグランド層は前記凹部周辺に配設されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。