JP4404684B2 - 配線基板 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁基体に配線導体を形成した構造を有し、IC,LSI等の半導体集積回路素子、LD(半導体レーザ),LED(発光ダイオード),PD(フォトダイオード),CCD,ラインセンサ,イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子,水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品を搭載する配線基板に関するものである。
IC,LSI等の半導体集積回路素子、LD(半導体レーザ),LED(発光ダイオード),PD(フォトダイオード),CCD,ラインセンサ,イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子,水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品が搭載される配線基板として、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体に、銅や銀、パラジウム、金等の金属材料から成る配線導体を形成した構成のものが多用されるようになってきた。
この配線基板は、例えば、ホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体から成る絶縁層を複数積層して成る絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線導体と、絶縁基体の下面の外周部に配列形成された複数の接続パッドとを備えている。絶縁基体の側面には、接続パッドが形成されている部位に対応して複数の切り欠き部が配列形成されているとともに、この切り欠き部に配線導体の一部が導出されている。また、切り欠き部に接続パッドが延出され、この延出部分で接続パッドと配線導体とが電気的に接続されている。
そして、絶縁基体の上面に電子部品が搭載されるとともに、電子部品の信号用や接地用、電源用等の電極を対応する配線導体に半田やボンディングワイヤを介して接続し、必要に応じて電子部品を樹脂やキャップで封止することにより電子装置が完成する。その後、絶縁基体の下面の外周部に配列形成された複数の接続パッドを、それぞれ対応する外部電気回路基板の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して接続することにより、電子装置が外部電気回路基板に実装される。
さらに、従来の技術として、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力による導体バンプ等におけるクラックの発生の抑制を目的として、絶縁基体の下面のうち接続パッドが形成されていない部位にダミーの導電パッドを形成し、このダミーの導電パッドと外部電気回路基板とを半田等を介して接合するという手法が知られている。このような従来の技術を開示するものとして、例えば、下記特許文献1がある。
特開2003−060334号公報
しかしながら、従来の配線基板においては、絶縁基体の下面の中央部にダミーの導電パッドが形成されていることにより、絶縁基体の下面側に大きな浮遊静電容量が生じ、これに応じて信号の伝送に遅延が生じ易くなるという問題が誘発される。この問題は、特に、配線導体を伝送される電気信号が800MHz等の高周波信号の場合において発生する。また、最近では電気信号のGHz帯等への高周波数化が進んでいるため、上記問題の発生はさらに顕著になってきている。
本発明は、上記従来の技術における問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、配線基板と外部電気回路基板との接続の強度を向上させることが可能であり、かつ、配線導体を伝送される電気信号の伝送特性等の電気特性を良好に確保することが可能な接続の信頼性および電気特性に優れた配線基板を提供することにある。
本発明の配線基板は、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の側面に上下方向に延びるように形成された溝と、該溝の内面に形成され、前記配線導体に電気的に接続された側面導体と、前記絶縁基体の下面の外周部に前記側面導体に電気的に接続されて配列形成された複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された複数の導電パッドとを具備しており、複数の前記接続パッドは信号用のものと接地用および電源用のものとを含み、接地用および電源用の前記接続パッドは複数の前記導電パッドに電気的に接続されており、前記絶縁基体の下面の複数の前記導電パッド間に前記絶縁基体より高い誘電率を有する絶縁層が形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の配線基板は、好ましくは、前記絶縁基体は、内部に接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が前記側面導体に電気的に接続されて形成されていることを特徴とするものである。
本発明の配線基板によれば、絶縁基体の下面の中央部に複数の導電パッドが形成されるとともに、接地用および電源用の接続パッドが複数の導電パッドと電気的に接続されていることにより、導電パッドが、配線基板に搭載される電子部品の接地用電極および電源用電極と電気的に接続されるため、導電パッドにおける浮遊静電容量の発生を抑制でき、配線導体を伝送される電気信号の遅延等を抑制し、電気特性に優れた配線基板を提供することができる。また、接地用および電源用の接続パッドは複数の導電パッドに電気的に接続されており、絶縁基体の下面の複数の導電パッド間に絶縁基体より高い誘電率を有する絶縁層が形成されていることにより、電源電圧および接地電圧のレベルの安定化を図ることが可能となる。
また、接地用や電源用の接続パッドが導電パッドと電気的に接続されているので、接地用や電源用の導体の面積をより増大させることができ、配線基板に搭載される電子部品の接地電圧や電源電圧の供給をより確実に安定して行わせることが可能な配線基板を提供することができる。
また、導電パッドを外部電気回路基板に半田等を介して接合することにより、配線基板の外部電気回路基板に対する接合を補強することができるため、接続パッドと導体バンプとの接合面や導体バンプ自体にクラック等の機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することができ、配線基板の外部電気回路基板に対する電気的・機械的な接続の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の配線基板は、好ましくは、絶縁基体の内部に、接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が側面導体に電気的に接続されて形成されていることから、接地用や電源用の導体の面積をより増大させることができ、電子部品の接地用や電源用の電極と電気的に接続される接続パッドおよび導電パッドにおける接地電圧や電源電圧の供給機能を向上させることが可能となり、より電気特性に優れた配線基板を提供することができる。
また、接地導体層や電源導体層が、絶縁基体の内部に形成された貫通導体を介して導電パッドと接続されていることにより、導電パッドと絶縁基体との接合をより強固なものとすることでき、導電パッドと絶縁基体との間で発生する剥がれ等を抑制することができ、外部電気回路基板に対する電気的・機械的な接続の信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
また、本発明の配線基板は、導電パッドが、絶縁基体の下面の中央部に複数形成されていることから、導電パッドの外周縁部分に沿って大きく作用する傾向のある熱応力を、複数の導電パッドで効果的に分散させることができ、導電パッドと半田等の導体バンプとの間の接合面や、導電パッドと絶縁基体との間の接合面等に亀裂等の機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することができ、外部電気回路基板に対する電気的・機械的な接続の信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1を参照して本発明の参考例の配線基板について説明する。図1(a)は、本発明の参考例の配線基板の構成を示す下面図であり、図1(b)は、図1(a)の配線基板におけるX−X’箇所の断面図である。本発明の参考例の配線基板110は、絶縁基体101と、絶縁基体101に形成された配線導体102と、絶縁基体101の側面に形成された溝103と、溝103の内面に形成された側面導体104と、絶縁基体101の下面に形成された接続パッド105および導電パッド106とを備える。
絶縁基体101は、例えば、ホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系、酸化リチウム−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体から成る。ここで、絶縁基体101の製造方法について説明する。まず、ホウ珪酸ガラス,酸化アルミニウム等のガラス−セラミック原料粉末に適当な有機バインダ,溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法によりシート状となすことによりセラミックグリーンシートを得る。そして、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とし、これを複数枚積層する。最後に、この積層されたセラミックグリーンシートを、還元雰囲気中にて約1000℃の温度で焼成する。この絶縁基体101は、IC,LSI等の半導体集積回路素子、LD(半導体レーザ),LED(発光ダイオード),PD(フォトダイオード),CCD,ラインセンサ,イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子,水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品(図示せず)を搭載し支持するための基体として機能し、その上面や側面に電子部品が搭載される。なお、図1に示した絶縁基体101は、その上面に電子部品が搭載され収容されるための凹部(搭載部111)が形成されている。絶縁基体の他の例としては、平板状のものがある。また、電子部品を気密封止し易いように、電子部品が搭載される領域(搭載部111)を取り囲むようにして鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属製の枠体を取着してもよい。
配線導体102は、絶縁基体101の内部に形成され、その一部が絶縁基体101の搭載部111に露出され、他の一部が絶縁基体101の側面に導出されている。配線導体102は、搭載部111に搭載される電子部品を外部電気回路(図示せず)と電気的に接続するための導電路として機能する。配線導体102のうち搭載部111に露出された部位が、ボンディングワイヤ若しくは半田等を介して電子部品の電極と電気的に接続される。配線導体102は、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料からなる。そして、配線導体102が銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷することにより形成される。
溝103は、絶縁基体101の側面に上下方向に延びるように形成されている。溝103は、接続パッド105を絶縁基体101の側面に延出させてその面積を大きくするとともに導体バンプのメニスカスを大きく形成し、接続パッド105と半田等から成る導体バンプ(図示せず)との接合をより強化する等の機能をなす。この溝103は、絶縁基体101と成るセラミックグリーンシートの側面に、金型を用いた打抜き加工等により溝状の切り欠きを設けることにより形成される。また、配線基板110となる領域が母基板の主面に縦横に配列された多数個取りの形態において、各配線基板110となる領域の境界線上に貫通孔を形成しておき、配線基板110となる領域の境界線に沿って母基板を分割することによっても、側面に溝103を有する配線基板110を形成することができる。分割溝(各配線基板110の領域間の境界線)に沿って貫通孔が2分割され、それぞれの配線基板110の側面の切り欠き部となる。この方法によれば、切り欠き部を有する多数個の配線基板を一括して形成できるので、配線基板110の生産性を向上させることができる。
側面導体104は、溝103の内面に形成され、配線導体102および接続パッド105と電気的に接続されている。この側面導体104は、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料からなる。
複数の接続パッド105は、絶縁基体101の下面の外周部に配列され、それぞれ絶縁基体101の側面に形成された複数の溝103に延出するように形成されている。複数の接続パッド105には、信号用のものと接地用および電源用のものとがある。この接続パッド105は、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料からなる。例えば、接続パッド105が銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷することにより形成される。そして、接続パッド105は、溝103に形成された側面導体104を介して配線導体102と電気的に接続される。また、接続パッド105は、半田等から成る導体バンプ(図示せず)を介して外部電気回路に接続される。このように、接続パッド105は、搭載部111に搭載される電子部品を外部電気回路に電気的に接続するための導電路として機能する。上述の構成により、電子部品の電極が、配線導体102、側面導体104および接続パッド105を介して外部電気回路と電気的に接続される。
導電パッド106は、絶縁基体101の下面の中央部(接続パッド105が形成されていない領域)に形成されている。そして、この導電パッド106は、接地用および電源用の接続パッド105と電気的に接続されている。導電パッド106は、配線基板110(若しくは、配線基板110に電子部品が搭載された電子装置)と外部電気回路基板とが接続された構造において、その接続強度を向上させる機能を有する。なお、導電パッド106は、配線導体102や接続パッド105と同様に、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料から成る。導電パッド106は、例えば銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷することにより形成される。
前述した絶縁基体101の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号用、接地用および電源用の電極を対応する配線導体102の露出部分に半田やボンディングワイヤ等の導電性接続材を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂で封止することにより電子装置が完成する。この電子装置において、接続パッド105を外部電気回路基板上に形成された信号用、接地用および電源用の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して電気的・機械的に接続することにより、電子部品の電極が配線導体102、側面導体104、接続パッド105および導体バンプ(図示せず)を介して外部電気回路と電気的に接続される。
本発明の第1の参考例の配線基板110によれば、上記の構成により、導電パッド106が、搭載される電子部品の接地用電極または電源用電極と電気的に接続されるため、導電パッド106に浮遊静電容量が生じることを抑制し、配線導体102により伝送される電気信号の遅延等の発生を抑制することができ、電気特性に優れた配線基板を提供することが可能となる。
また、接地用や電源用の接続パッド105が、導電パッド106と電気的に接続されているので、接地用や電源用の導体の面積をより増大させることができ、配線基板110に搭載される電子部品への接地電圧や電源電圧の供給をより確実に安定して行わせることが可能な配線基板を提供することができる。
また、導電パッド106により、配線基板110と外部電気回路基板との接続を補強することが可能となり、かつ、配線導体102により伝送される電気信号の伝送特性等の電気特性を向上させることが可能となる。従って、接続の信頼性および電気特性に優れた配線基板を提供することができる。
また、絶縁基体101の下面に導電パッド106が形成されていることにより、絶縁基体101の下面における放熱性に優れた配線基板を提供することができる。
また、本発明の第1の参考例の配線基板110においては、絶縁基体101の内部に形成された接地導体層107若しくは電源導体層108の少なくとも一方が、側面導体104に電気的に接続されていることが好ましい。これにより、接地用や電源用の導体の面積がより増大し、電子部品の接地用や電源用の電極と電気的に接続される接続パッド105および導電パッド106における接地電圧や電源電圧の供給機能をより向上させることができ、より電気特性に優れた配線基板を提供することができる。接地導体層107および電源導体層108は、配線導体102や接続パッド105と同様の金属材料、銅や銀、パラジウム、金、白金等から成り、例えば銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷しておくこと等により形成される。
また、例えば、接地導体層107や電源導体層108を、絶縁基体101の内部に形成された貫通導体109を介して導電パッド106と接続するようにしておくと、貫通導体109を介して導電パッド106を絶縁基体101により一層強固に接合させておくことができるので、導電パッド106と絶縁基体101との間で剥がれが生じること等の不具合を抑制することができ、より一層外部電気回路基板に対する電気的、機械的な接続の信頼性を向上させることができる。
貫通導体109は、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに、打抜きピンを用いた打抜き加工等により貫通孔を形成しておき、この貫通孔の内部に上述の配線導体102等と同様の金属材料のペーストを充填することにより形成される。
次に、図2を参照して本発明の第2の参考例の配線基板について説明する。図2は、本発明の第2の参考例の配線基板の構成を示す下面図である。
発明の第2の参考例の配線基板210は、図1に示した本発明の実施の形態の第1の例の配線基板110における貫通導体109に替えて、絶縁基体101の下面に配線導体211が形成されている。その他の構成については、図1に示した本発明の実施例1の配線基板110と同様の構成である。図1に示した本発明の実施の形態の第1の例の配線基板110と同一の構成には、同一の符号を付す。
配線導体211は、絶縁基体101の下面に形成された接地用または電源用の接続パッド105と、導電パッド106とを接続する機能を有する。配線導体211は、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料から成る。導電パッド106は、例えば銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷することにより形成される。
本実施の形態の第2の例の配線基板210によれば、接続パッド105と導電パッド106とが、絶縁基体101の下面に形成された配線導体211により接続されていることにより、絶縁基体101の下面における導体層の面積を増大させることができ、絶縁基体101の下面における放熱性をさらに向上させることが可能となる。
また、第2の例の配線基板の他の例として、導電パッド106が、複数の配線導体により複数の接続パッドに接続されたものがある。例えば、導電パッド106を、複数の接地用接続パッド105(若しくは、複数の電源用接続パッド105)に接続したものである。この本実施例の配線基板の他の例によれば、接地電圧(若しくは、電源電圧)の供給経路を複数設けることができ、接地電圧(若しくは、電源電圧)の供給機能を向上させることが可能となる。また、この実施例の配線基板の他の例によれば、配線基体101の下面における導体層の面積を増大させることができ、さらに配線基板の放熱性を向上させることができる。
次に、図3を参照して本発明の第3の参考例の配線基板について説明する。図3は、本発明の第3の参考例の配線基板の構成を示す下面図である。
発明の第3の参考例の配線基板310と図1に示した第1の参考例の配線基板110との相違点は、図1に示した第1の参考例の配線基板110における導電パッド106に替えて、絶縁基体101の下面の中央部に複数の導電パッド306a(第1の導電パッド),306b(第2の導電パッド)が形成されている点である。その他の構成については、図1に示した第1の参考例の配線基板110の構成と同様である。本発明の第3の参考例の配線基板310において、図1に示した第1の参考例の配線基板110の構成と同一の構成には、同一の符号を付す。
導電パッド306aおよび導電パッド306bは、配線基体101の内部に形成された貫通導体(図示せず)を介して、配線基体101の内部に形成された接地導体層(図示せず)または電源導体層(図示せず)と接続されている。
発明の第3の参考例の配線基板310によれば、絶縁基体101の下面の中央部に複数の導電パッド306a,306bが形成されていることにより、配線基板310における熱応力を効果的に分散させることが可能となる。すなわち、絶縁基体101の下面に生じる熱応力を、複数の導電パッド306a,306bの各々に分散させることが可能となる。そして、熱応力を分散させることにより、導電パッドと半田等の導体バンプとの間の接合面や、導電パッドと絶縁基体101との間の接合面に発生する亀裂等の機械的な破壊を抑制することができ、外部電気回路基板に対する電気的・機械的な接続の信頼性を向上させることができる。
また、第3の参考例の配線基板310の他の例としては、配線基板101の内部に形成された貫通導体に替えて、配線基板101の下面に導電パッド306a,306bと接続パッド105とを接続する配線導体(図示せず)を形成したものがある。例えば、導電パッド306aと第1の接続パッドとが配線基体101の下面に形成された第1の配線導体により接続され、接続パッド306bと第2の接続パッドとが配線基体101の下面に形成された第2の配線導体により接続されたものである。この本発明の第3の参考例の配線基板の他の例によれば、接続パッド105と導電パッド306a,306bとが配線基板101の下面に形成された配線導体により接続されていることにより、絶縁基体101の下面における導体層の面積を増大させることができ、放熱性をさらに向上させることが可能となる。
次に、図4を参照して本発明の実施の形態の例の配線基板について説明する。図4は、本発明の実施の形態の例の配線基板の構成を示す下面図である。
本実施の形態の例の配線基板410は、絶縁基体101の下面の中央部に、第1の導電パッド406aと、第2の導電パッド406bと、絶縁層413とを備える。そして、本実施例の配線基板410は、図1に示した本発明の参考例1の配線基板の110の貫通導体109に替えて、電源用の接続パッド105aと第1の導電パッド406aとを接続する第1の配線導体414aと、接地用の接続パッド105bと第2の導電パッド406bとを接続する第2の配線導体414bとが絶縁基体101の下面に形成されている。
すなわち、本発明の実施の形態の一例の配線基板410は、絶縁基体101の下面に、第1の導電パッド406a、第2の導電パッド406bおよび絶縁層413からなる容量素子が形成されている。そして、この容量素子は、電源用の接続パッド105aと接地用の接続パッド105bとの間に接続されている。配線導体414a,414bは、絶縁基体101の下面に形成されている。この絶縁層413は、絶縁基体101より高い誘電率を有する材料、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)等からなる。
本例の配線基板410は、電源用の接続パッド105aと接地用の接続パッド105bとの間に容量素子が形成されていることにより、電源電圧および接地電圧のレベルの安定化を図ることが可能となる。
また、本発明の配線基板の実施の形態の他の例としては、第1の導電パッド406aと配線基体101の内部に形成された電源導体層(図示せず)とを、配線基体101の内部に形成された貫通導体(図示せず)により電気的・機械的に接続し、第2の導電パッド406bと配線基体101の内部に形成された接地導体層(図示せず)とを、配線基体101の内部に形成された接地導体層(図示せず)により電気的・機械的に接続したものがある。この第4の例の配線基板の他の例においても、電源用の接続パッド105aと接地用の接続パッド105bとの間に容量素子が形成されていることにより、電源電圧および接地電圧のレベルの安定化を図ることが可能となる。また、この本実施例の他の例の配線基板によれば、第1の導電パッド406aおよび第2の導電パッド406bが絶縁基体101の内部に形成された電源導体層および接地導体層に接続されていることにより、第1の導電パッド406aおよび第2の導電パッド406bと絶縁基体101との接合を強固なものとすることが可能となる。そして、第1の導電パッド406aおよび第2の導電パッド406bが外部電気回路基板(図示せず)に接続されることにより、配線基板410と外部電気回路基板との接合をさらに強固なものとすることが可能となる。
また、以上説明した実施の形態の例の配線基板のさらに他の例として、図1〜に示した参考および図4に示した本発明の実施の形態の一例の配線基板における矩形状の導電パッドに替えて、円形状の導電パッドが形成されているものがある。この他の例の配線基板によれば、導電パッドが円形状であることにより、絶縁基体の下面(特に、導電パッドおよびその周囲)に加わる応力を分散させることができ、導電バンプおよび絶縁基体にクラック等が発生することを抑制できる。すなわち、角部のない形状の導電パッドを採用することにより、角部に集中しがちな応力を効率よく分散することができ、クラック等の発生を抑制することが可能となる。
(a)は本発明の配線基板の第1の参考例を示す下面図であり、(b)は図1(a)に示す配線基板のX−X’線における断面図である。 本発明の配線基板の第2の参考例を示す下面図である。 本発明の配線基板の第3の参考例を示す下面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の例を示す下面図である。
符号の説明
101・・・絶縁基体
102・・・配線導体
103・・・溝
104・・・側面導体
105・・・接続パッド
106・・・導電パッド
107・・・接地用導体層
108・・・電源用導体層
109・・・貫通導体
110・・・配線基板
111・・・搭載部

Claims (2)

  1. 絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の側面に上下方向に延びるように形成された溝と、該溝の内面に形成され、前記配線導体に電気的に接続された側面導体と、前記絶縁基体の下面の外周部に前記側面導体に電気的に接続されて配列形成された複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された複数の導電パッドとを具備しており、複数の前記接続パッドは信号用のものと接地用および電源用のものとを含み、接地用および電源用の前記接続パッドは複数の前記導電パッドに電気的に接続されており、前記絶縁基体の下面の複数の前記導電パッド間に前記絶縁基体より高い誘電率を有する絶縁層が形成されていることを特徴とする配線基板。
  2. 前記絶縁基体は、内部に接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が前記側面導体と電気的に接続されて形成されていることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
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