JP3921079B2

JP3921079B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP3921079B2
Application number: JP2001352826A
Authority: JP
Inventors: 千尋牧原; 克亨吉田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003152292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯で用いられる高周波用半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を搭載するための高周波用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よく伝播させるために、高速信号が伝播する信号用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開2000−223798号公報には、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に高周波信号を伝播するための信号用配線導体とこの信号用配線導体に対して絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、このグランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも１列ずつ配設して成り、貫通導体は、その横断面の信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしてある配線基板が開示されている。この配線基板によれば、貫通導体の幅（信号用配線導体に直交する方向の長さ）が狭いものであったとしても貫通導体の断面積が大きなものとなり、貫通導体のインダクタンスを小さなものとすることができるとともに貫通導体とグランド導体層との接続信頼性を高いものとすることができ、貫通導体とグランド導体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、また、信号用配線導体に沿って多数の貫通導体を密に設けることができ、貫通導体の間の隙間を少ないものとして配線導体から発生する電磁波が外部に多量に洩れ出ることを有効に防止することができるので、信号用配線導体のアイソレーションおよび特性インピーダンスの整合を良好なものとして、10ＧＨｚを超えるような高速の信号を効率よく、かつ正確に伝播させることができるというものである。
【０００４】
【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、信号用配線導体とこの信号用配線導体に対して絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、このグランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも１列ずつ配設して成り、貫通導体は、その横断面の信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしているものの、60ＧＨｚを超えるような超高周波信号を伝播させると、信号用配線導体から発生する電磁波がその信号用配線導体に対して直角な方向に連なる貫通導体間の大きな隙間を通して外部に漏れ出してしまい、その結果、信号用配線導体の良好なアイソレーション特性が得られず、信号用配線導体により60ＧＨｚを超えるような超高速の信号を効率よく正確に伝播させることが困難となってしまうという問題点を有していた。
【０００５】
さらに、従来の半導体装置に使用されている配線基板では絶縁基体を構成するアルミナセラミックス等の電気絶縁材料のノイズに対するシールド効果が低いこと、および近時の半導体素子は高速、かつ低電圧駆動が行なわれるようになってきており、半導体装置の外部からメタライズ配線層を介して侵入する高調波ノイズの影響を受けやすいと同時にメタライズ配線層を伝搬する信号に含まれる高調波ノイズが半導体装置の外部に放出され易いものとなってきている等から、半導体装置の外部近接位置にノイズ発生源があると絶縁基体に被着形成されたメタライズ配線層を伝搬する信号に電磁波ノイズが極めて容易に入り込み、これがそのまま半導体素子に伝搬されて半導体素子を誤動作させてしまったり、あるいは半導体装置の外部近接位置に電磁波ノイズに対して影響を受け易い電子機器等があると半導体装置より放出された電磁波ノイズがこの電子機器等に悪影響を及ぼしてしまったりするという問題点があった。
【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、超高周波信号を伝播させたときでも信号用配線導体からの電磁波の漏出を小さいものとしてアイソレーションや特性インピーダンスの整合を良好に確保し、さらに、前記信号用配線導体を伝搬する信号からのノイズを有効に除去し、例えば60ＧＨｚを超える高速の信号を効率よ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】
本発明の配線基板は、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に６０ＧＨｚを超える高周波信号を伝播するための信号用配線導体とこの信号用配線導体に対して前記絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、このグランド導体層に接続された多数の貫通導体を前記信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ配設して成り、前記貫通導体は、その横断面の前記信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしてあるとともに、前記信号用配線導体に最も近い１列目の前記貫通導体はフェライトを含まず、前記信号用配線導体から２列目の前記貫通導体はフェライトを含む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、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に高周波信号を伝播するための信号用配線導体とこの信号用配線導体に対して絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、このグランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ配設して成り、前記貫通導体は、その横断面の信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしてあるとともに、一部の貫通導体がフェライトから成ることから、貫通導体がその横断面の信号用配線導体に沿った長さが直交する方向の長さよりも長い、例えば長円形や長方形等の形状であるので、たとえ貫通導体の幅（信号用配線導体に直交する方向の長さ）が0.05〜0.15ｍｍ程度の狭いものであったとしても貫通導体の断面積が大きなものとなり、その結果、貫通導体のインダクタンスを小さなものとすることができるとともに貫通導体とグランド導体層との接続信頼性を高いものとすることができ、貫通導体とグランド導体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。
また、グランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿って信号用配線導体の両側に少なくとも２列ずつ配設し、その横断面の信号用配線導体に沿った長さが直交する方向の長さより長いものとしたことから、信号用配線導体に沿って多数の貫通導体を密に設けることができ、その結果、貫通導体の間の隙間を少ないものとして配線導体から発生する電磁波が外部に多量に洩れ出ることを有効に防止することができる。
さらに、一部の貫通導体がフェライトから成ることから、信号用配線導体を伝播する信号からの電磁波ノイズを有効に除去することができ、搭載される半導体素子等の電子部品を正常、かつ安定に作動させるとともにこの配線基板が使用される半導体装置の外部に対して電磁波ノイズを放出しにくい配線基板を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
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Ａ−Ａ線における断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００１５】
これらの図において、１は絶縁基体、３は信号用配線導体、４ａ・４ｂはグランド導体層、５は貫通導体である。
【００１６】
なお、図１において、貫通導体５はグランド導体層４ｂの下に位置しているため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。
【００１７】
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や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス等の無機系絶縁材料、あるいはポリテトラフルオロエチレン・エポキシ・ポリイミド・ガラスエポキシ等の有機系絶縁材料、あるいはセラミックス粉末等の無機絶縁物粉末をエポキシ系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絶縁材料から成る複数の絶縁層を積層して成る。この例では平板状の絶縁層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（図示せず）を収容するための電子部品搭載部としての凹部２が形成されている。
【００１８】
絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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ー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て、しかる後、これらの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導体層４ａが配設されており、このグランド導体層４ａの凹部２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。
【００１９】
さらに、絶縁層１ｂの上面には、図１に示すように、信号用配線導体３および信号用配線導体３間にグランド導体層４ｂが配設されており、信号用配線導体３およびグランド導体層４ｂの凹部２の周辺には半導体素子等の電子部品の各電極がボンディングワイヤ等を介して接続される。
【００２０】
信号用配線導体３およびグランド導体層４ａ・４ｂは、タングステンやモリブデン・モリブデン−マンガン・銅・銀・銀−パラジウム等の金属粉末メタライズ、あるいは銅・銀・ニッケル・クロム・チタン・金やそれらの合金等の金属材料等から成る。例えばタングステンの金属粉末メタライズから成る場合であれば、タングステン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。
【００２１】
また、グランド導体層４ａと４ｂ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５により電気的に接続されている。貫通導体５は、例えばその幅（信号用配線導体３に直交する方向の長さ）が0.03〜0.15ｍｍ、その長さ（信号用配線導体３に沿った長さ）が0.2〜0.3ｍｍ程度であり、横断面が例えば長円形や長方形等の形状に形成されており、信号用配線導体３に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ、その横断面における長手方向が信号用配線導体３に沿って配向するようにして並べて配設されている。
【００２２】
貫通導体５は、信号用配線導体３の両側を電磁的にシールドして信号用配線導体３のアイソレーションを高めるとともに信号用配線導体３の特性インピーダンスを整合させる作用をなし、信号用配線導体３に沿って長い横断面形状を有するものであるとともに、信号用配線導体３に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ、その横断面の長手方向が信号用配線導体３に沿って配向するようにして並べて配設されていることから、信号用配線導体３に沿って多数の貫通導体５を密に設けることができる。その結果、信号用配線導体３に対して直交する方向から見た貫通導体５の間の隙間を少ないものとすることができ、信号用配線導体３に例えば10ＧＨｚを超える高周波を伝播させたとしても、信号用配線導体３から発生する電磁波が貫通導体５の間の隙間を通って外部に大量に漏出することを有効に防止することができ、10ＧＨｚを超えるような高周波に対して高いシールド性を確保することができる。
【００２３】
また、貫通導体５は、その幅が0.03〜0.15ｍｍと小さいものの、その長さが0.2〜0.3ｍｍと大きいため、貫通導体５のインダクタンスが小さいものとなるとともにグランド導体層４ａ・４ｂとの接続信頼性が高いものとなり、グランド導体層４ａ・４ｂとともに安定したグランドネットワークを形成することができ、これによっても信号用配線導体３によって例えば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を可能とする。
【００２４】
なお、貫通導体５は、その幅が0.03ｍｍ未満であると、貫通導体５自体を良好に形成することが困難となる傾向にある。一方、その幅が0.15ｍｍを超えると、貫通導体５の隣接間隔ｄ１を狭いものとして、例えば10ＧＨｚを超える高周波に対する高いシールド性を確保して良好なアイソレーションや特性インピーダンスの整合を得ることが困難となる傾向にある。従って、貫通導体５の幅は、0.03〜0.15ｍｍの範囲が好ましい。
【００２５】
また、貫通導体５は、その長さが0.2ｍｍ未満となると、貫通導体５を信号用配線導体３に沿って密に形成することが困難となる傾向にある。一方、その長さが0.3ｍｍを超えると、貫通導体５と絶縁層１ｂとの熱膨張量等の差が大きなものとなり、貫通導体５と絶縁層１ｂとの間に隙間が発生したり、絶縁層１ｂにクラックが発生しやすいものとなる傾向にある。従って、貫通導体５の長さは0.2〜0.3ｍｍの範囲が好ましい。
【００２６】
貫通導体５はまた、その隣接間隔ｄ１がその幅の２分の１未満となると、隣接する貫通導体５の間の絶縁層１ｂにクラックが発生し易いものとなる傾向にある。一方、その隣接間隔ｄ１がその幅の５倍を超えると、信号用配線導体３の両側を良好にシールドすることが困難となる傾向にある。従って、第１の貫通導体５の隣接間隔ｄ１は、その直径の0.5〜５倍の範囲が好ましい。
【００２７】
なお、貫通導体５は、信号用配線導体３に沿って設けられた各貫通導体５の隣接間隔ｄ１を信号用線導体３に伝播される高周波信号の波長の４分の１以下、さらに好適には８分の１以下としておくと、信号用配線導体３のアイソレーションを極めて高いものとすることができる。従って、信号用配線導体３に沿って設けられた各貫通導体５の隣接間隔ｄ１は、信号用配線導体３に伝播される高周波信号の波長の４分の１以下、さらに好ましくは８分の１以下としておくことが望ましい。
【００２８】
さらに、貫通導体５は、信号用配線導体３を挟んで対向する１列目同士の間隔ｄ２を信号用配線導体３に伝播される高周波信号の波長の２分の１以下としておくと、信号用配線導体３を伝播する高周波信号の反射損を小さいものとすることができる。従って、貫通導体５は、信号用配線導体３を挟んで対向する１列目同士の貫通導体５の間隔ｄ２は、信号用配線導体３によって伝播させる高周波信号の２分の１以下としておくことが好ましい。
【００２９】
またさらに、貫通導体５は、信号用配線導体３に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ、その横断面の長手方向が信号用配線導体３に沿って配向するように、かつ信号用配線導体３に対して直交する方向から見て１列目の貫通導体５の隙間が２列目の貫通導体５に重なるように並べて配設すると、貫通導体５の間に信号用配線導体３に対して直交する方向に連なる隙間が形成されることがなく、このため例えば10ＧＨｚを超える高周波を信号用配線導体３によって伝播させたとしても、信号用配線導体３から発生する電磁波は１列目の貫通導体５と２列目の貫通導体５とでその漏出が有効に防止され、10ＧＨｚを超えるような高周波に対して高いシールド性を確保することができる。従って、貫通導体５は、信号用配線導体３に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ、その横断面の長手方向が信号用配線導体３に沿って配向するように、かつ信号用配線導体３に対して直交する方向から見て１列目の貫通導体５の隙間が２列目の貫通導体５に重なるように並べて配設することが好ましい。
【００３０】
そして、本発明の配線基板においては、複数の貫通導体５のうちの一部がフェライトから成る。一部の貫通導体５がフェライトから成り、高透磁率を有することから、高調波等の高い周波数成分に対して高インピーダンスを有するものとなり、搭載される半導体素子等の電子部品が高速駆動し、高調波ノイズを含んだ例えば60ＧＨｚを超えるような超高周波の信号が信号用配線導体３を伝播したとしても、その信号により信号用配線導体３から発生する電磁波ノイズはこれらフェライトから成る貫通導体５によって選択的に吸収除去されるため、電磁波ノイズが半導体素子等の電子部品に伝搬されたり、配線基板の外部に放出されることはない。従って、搭載される半導体素子等の電子部品には常に正確な信号が信号用配線導体３を介して伝搬されることとなり、高速駆動される電子部品を正常かつ安定に作動させることが可能となるとともに、この配線基板が使用された半導体装置の外部に対して電磁波ノイズを放出することもない。
【００３１】
このフェライトから成る一部の貫通導体５は、60ＧＨｚを超えるような超高周波の信号が伝播する信号用配線導体３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るために、信号用配線導体３に最も近い１列目の貫通導体５には通常の導体から成る貫通導体５を配置し、２列目にフェライトから成る貫通導体５を配置する。
【００３２】
また、図１に示すように絶縁基体１のほぼ全面に貫通導体５が配置されている場合は、絶縁基体１の外周部に最も近い位置、例えば絶縁基体１の外周の辺から１列目にフェライトから成る貫通導体５を配置するとよい。これにより、信号用配線導体３を伝播する超高周波の信号からの電磁波ノイズを絶縁基体１の外周部においてフェライトから成る貫通導体５が有効に吸収除去することができ、配線基板の外部に電磁波ノイズを放出することを効果的に防ぐことができる。
【００３３】
このようなフェライトから成る貫通導体５を形成するためのフェライトとしては、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライト・Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト・Ｍｇ−Ｍｎ系フェライトが使用できる。これらフェライトから成る貫通導体５を形成するには、前述の導体から成る貫通導体５と同様にして、フェライト粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して得たフェライトペーストを、打ち抜き加工により形成された貫通導体５形成用の貫通孔の一部に従来周知のスクリーン印刷法等を用いて印刷充填し、しかる後、これを焼成すればよい。
【００３５】
かくして、上述のような本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部２の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信号用配線導体３およびグランド導体層４ｂにボンディングワイヤ等を介して接続することにより、60ＧＨｚを超えるような高速で作動する電子部品を搭載する配線基板として供される。
【００３６】
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、信号用配線導体13の上下に絶縁層11を介してグランド導体層14ａ・14ｂを設けるとともに、グランド導体層14ａと14ｂとを信号用配線導体13に沿って信号用配線導体13の両側にその横断面の長手方向が信号用配線導体13に沿って配向するようにして並べて設けた多数の貫通導体15で接続して成る配線基板にも適用できる。
【００３７】
また、図１〜図３に示した例では絶縁基体１の上面の信号用配線導体３間にグランド導体層４ｂを配設していたが、このグランド導体層４ｂを配設しない場合であっても、貫通導体５によるシールド性は高く、またフェライトから成る一部の貫通導体５による超高周波の信号による電磁波ノイズの吸収除去を効果的に行なわせることができるので、信号用配線導体３のアイソレーションや特性インピーダンス整合を良好なものとすることができ、また貫通導体５とグランド導体層４ａ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。
【００３８】
また、信号用配線導体は、図１〜図３に示したようないわゆるグランド付コプレーナ線路構造の線路導体や図４に示したようなストリップ線路構造の線路導体の他にも、マイクロストリップ線路構造の線路導体やマイクロストリップ線路構造の線路導体の片側のみにコプレーナ線路と同様の同一面グランド導体層を設けたものなど、高周波用の線路導体を用いた種々の形態であってよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に高周波信号を伝播するための信号用配線導体とこの信号用配線導体に対して絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、このグランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ配設して成り、前記貫通導体は、その横断面の信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしてあるとともに、一部の貫通導体がフェライトから成ることから、貫通導体がその横断面の信号用配線導体に沿った長さが直交する方向の長さよりも長い、例えば長円形や長方形等の形状であるので、たとえ貫通導体の幅（信号用配線導体に直交する方向の長さ）が0.05〜0.15ｍｍ程度の狭いものであったとしても貫通導体の断面積が大きなものとなり、その結果、貫通導体のインダクタンスを小さなものとすることができるとともに貫通導体とグランド導体層との接続信頼性を高いものとすることができ、貫通導体とグランド導体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。
また、グランド導体層に接続された多数の貫通導体を信号用配線導体に沿って信号用配線導体の両側に少なくとも２列ずつ配設し、その横断面の信号用配線導体に沿った長さが直交する方向の長さより長いものとしたことから、信号用配線導体に沿って多数の貫通導体を密に設けることができ、その結果、貫通導体の間の隙間を少ないものとして配線導体から発生する電磁波が外部に多量に洩れ出ることを有効に防止することができる。
さらに、一部の貫通導体がフェライトから成ることから、信号用配線導体を伝播する信号からの電磁波ノイズを有効に除去することができ、搭載される半導体素子等の電子部品を正常、かつ安定に作動させるとともにこの配線基板が使用される半導体装置の外部に対して電磁波ノイズを放出しにくい配線基板を提供することができる。
よって、信号用配線導体のアイソレーションおよび特性インピーダンスの整合を良好なものとして、60ＧＨｚを超えるような高速の信号を効率よく、かつ正確に伝播させることができる。
【００４２】
以上により、本発明によれば、超高周波信号を伝播させたときでも信号用配線導体からの電磁波の漏出を小さいものとしてアイソレーションや特性インピーダンスの整合を良好に確保し、さらに、前記信号用配線導体を伝搬する信号からのノイズを有効に除去し、例えば60ＧＨｚを超える高速の信号を効率よ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Ａ−Ａ線における断面図である。
【図３】図１に示す配線基板のＢ−Ｂ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
１ａ、１ｂ、11・・・・・・・絶縁層
３、13・・・・・・・・・・・信号用配線導体
４ａ、４ｂ、14ａ、14ｂ・・・グランド導体層
５、15・・・・・・・・・・・貫通導体

Claims

複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に６０ＧＨｚを超える高周波信号を伝播するための信号用配線導体と該信号用配線導体に対して前記絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設するとともに、該グランド導体層に接続された多数の貫通導体を前記信号用配線導体に沿ってその両側に少なくとも２列ずつ配設して成り、前記貫通導体は、その横断面の前記信号用配線導体に沿った長さを直交する方向の長さよりも長くしてあるとともに、前記信号用配線導体に最も近い１列目の前記貫通導体はフェライトを含まず、前記信号用配線導体から２列目の前記貫通導体はフェライトを含むことを特徴とする配線基板。