JP4614788B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板の内部に信号線路と接地配線とを配設させてなる配線基板に関するものである。

半導体素子や発信素子等の電子部品等に対して送受信される電気信号、特に数ＧＨｚ帯といった高周波信号を伝送する信号線路を備える配線基板は、一般に、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または、酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料からなる絶縁層を複数積層して成る絶縁基板と、絶縁基板の内部に形成された信号線路および接地配線を備えた構造を有している。

そして、例えば、信号線路の一部を、絶縁基板に形成した貫通導体等を介して絶縁基板の表面に導出させるとともに、絶縁基板に電子部品を搭載し、電子部品の電極を信号線路の導出部分にボンディングワイヤや半田等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等で封止することにより、信号線路を介して電子部品と外部の電気回路との間で例えば１ＧＨｚ以上の高周波信号等の電気信号の授受が可能な電子装置となる。

接地配線は、例えば、電子部品の接地電極と電気的に接続されて電子部品の接地を確保したり、信号線路と同じ層間に信号線路を挟むように形成されていわゆるコプレナー伝送路等を形成したりするのに用いられ、他の信号線路からのノイズを防ぐと同時に、信号線路のインピーダンスを制御する機能等を有している。

信号線路や接地配線は、例えば、絶縁層となる未焼成のセラミックシートに金属ペーストを所定の信号線路や接地配線のパターンで、スクリーン印刷法等の手段で印刷することにより形成される。

なお、電子部品としては、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（電荷結合素子），ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）用半導体素子,圧電振動子，水晶振動子等の振動子、容量素子その他の種々の電子部品が用いられ、かかる電子部品を搭載した電子装置は、各種センサ装置，携帯電話，コンピュータ，ルータ等の電子機器の部品として使用される。
WO０１／０６９７１０号公報 特開２００３−１０１２４５号公報

このような配線基板においては、近年、１０ＧＨｚを超えるような、より周波数の高い信号を伝送する必要が生じてきている。

そのためには、インダクタンスをより低くし、抵抗の低い接地性をもたす必要があることから、接地配線の厚みを厚くしなければならない。しかし、その場合、接地配線の厚さに応じて信号線路の厚さも厚くなってしまうため、信号線路の高周波信号の伝送性が低くなるという問題があった。

つまり、接地配線の厚みを厚くするためには、例えば、スクリーン印刷で用いる印刷製版のメッシュの線径を太くして接地配線となる金属ペーストの印刷厚みを厚くする必要があり、このメッシュの線径の増大に応じて印刷された金属ペーストの表面にメッシュ跡が残り、接地配線と同時に印刷される信号線路も、その表面が粗くなって、信号線路の伝送性が低くなってしまう。特に、高周波信号は、いわゆる表皮効果により主として信号線路の表面部分を伝送されるため、その伝送経路である表面部分が粗くなることに起因して不要な反射等が生じやすくなり、伝送性の劣化が顕著となる。

また、印刷厚みが厚くなると金属ペーストの自重により、信号線路の外縁よりペーストが外側にはみ出して、外縁が更に粗くなり、伝送性の劣化が顕著となる。

本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、低インダクタンス、低抵抗での接地が可能で、かつ信号線路の伝送特性が良好な高周波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、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板の内部で、前記絶縁層の層間に、接地配線と該接地配線よりも厚みの薄い信号線路とを並設した状態で介在させてなり、前記接地配線及び前記接地配線が介在されている前記絶縁層の層間で、前記接地配線の存在しない領域に、前記信号線路の上面及び下面の少なくとも一方と接し、前記信号線路と前記接地配線との間に生じる段差を埋めるように誘電体層を介在させたことを特徴とす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、前記信号線路に対して前記積層方向の上方及び下方の少なくとも一方に位置する前記絶縁層の層間に接地導体層が介在されていることを特徴とするものである。

またさらに、本発明の配線基板は、前記絶縁層と前記誘電体層とが同一組成の誘電体材料から成ることを特徴とするものである。

さらにまた、本発明の配線基板は、前記信号線路の厚みが４μｍ乃至１５μｍで、前記接地配線の厚みが１５μｍ乃至３０μｍであ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、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板の内部で、絶縁層の層間に、接地配線と接地配線よりも厚みの薄い信号線路とを並設した状態で介在させことから、インダクタンスが低く、抵抗の低い接地性をもたすのに十分な厚みを接地配線で確保することができるとともに、信号線路を薄くし、表面をスムーズにして高周波信号の伝送特性を向上させることができる。その結果、低インダクタンス化や低抵抗での接地が可能で、かつ信号線路の伝送特性が良好な高周波特性に優れた配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板によれば、信号線路に対して積層方向の上方及び下方の少なくとも一方に位置する絶縁層の層間に接地導体層を介在させることにより、信号線路と接地導体層との間で一定のキャパシタンスを得ることができ、得られたキャパシタンスで信号線路のインピーダンスを高精度かつ容易に制御して、信号線路のインピーダンスを一定に維持することができる。

さらに、本発明の配線基板によれば、接地配線及び接地配線が介在されている絶縁層の層間で、接地配線の存在しない領域に、信号線路の上面及び下面の少なくとも一方と接し、信号線路と接地配線との間に生じる段差を埋めるように誘電体層を介在させたことにより、厚みの異なる信号線路と接地配線との間に生じる段差を隙間無く埋めることができ、積層不良の発生を有効に防止することが可能となる。

またさらに、誘電体層を介在させた場合、このような隙間に起因して信号線路と接地導体層との間のキャパシタンスが設定値からずれるのを有効に防止することができ、信号線路のインピーダンスをより一定に維持することができる。

さらにまた、本発明の配線基板によれば、絶縁層と誘電体層とを同一組成の誘電体材料により形成することにより、絶縁層と誘電体層との間の接合をより強固にすることができる。また、例えば絶縁層がセラミック材料から成る場合には、焼成時の収縮の挙動（収縮率）等を絶縁層と誘電体層とで揃えることができるため、積層不良の発生をより有効に抑えることが可能となる。

またさらに、本発明の配線基板によれば、信号線路の厚みを４μｍ乃至１５μｍ、接地配線の厚みを１５μｍ乃至３０μｍに設定することにより、低インダクタンスで、かつ接地性を高く維持しつつ、信号線路の表面をスムーズで伝送特性が良好なものとすることができ、より高い高周波信号の伝送が可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、１は複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板、２は信号線路、３は接地配線、４は接地導体層、５は誘電体層である。これら絶縁基板１，信号線路２，接地配線３により配線基板９が基本的に構成されている。

絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料から成る絶縁層が複数積層されて形成されている。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁層が複数積層されて成る場合には以下のようにして作製される。まず、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ー，溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによって、セラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。しかる後、セラミックグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体と成す。この生セラミック成形体を還元雰囲気中で約１６００℃の高温で焼成することによって、絶縁基板１が製作される。

また、絶縁基板１の内部には信号線路２が配置されている。

信号線路２は、半導体素子や発振素子等の電子部品等に対して送受信される電気信号を伝送する機能をなす。

信号線路２を伝送される信号は、例えば、配線基板９に電子部品（図示せず）を搭載した場合に、その電子部品と配線基板が実装される外部の電気回路基板の回路との間で授受される信号であり、例えば１ＧＨｚ帯といった高周波信号が伝送される。

他方、電子部品としては、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（電荷結合素子），ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）用半導体素子,圧電振動子，水晶振動子等の振動子、容量素子その他の種々の電子部品が用いられる。

そして、例えば、信号線路２の一部を、絶縁基板１に形成した貫通導体等（図示せず）を介して絶縁基板１の表面に導出させるとともに、絶縁基板１の主面に電子部品を搭載し、電子部品の電極（図示せず）を信号線路２の導出部分にボンディングワイヤや半田等の導電性接続材（図示せず）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等で封止することにより、信号線路２を介して電子部品と外部の電気回路との間で（高周波の）電気信号の授受が可能な電子装置となる。

なお、信号線路２は、絶縁基板１の内部だけでなく、絶縁基板１の主面（上面や下面）や側面等に設けられていても構わない。

例えば、絶縁基板１の主面に電子部品を搭載し、その電子部品を、蓋体を用いて気密封止する場合であれば、絶縁基板１の電子部品が搭載されている領域を覆うような蓋体（図示せず）を準備し、蓋体を絶縁基板１の主面に取着して、絶縁基板１と蓋体とで形成される容器の内部に電子部品を封止することにより電子装置が形成される。蓋体は、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料や、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料、樹脂、ガラス等により形成される。また、蓋体の絶縁基板１に対する取着は、ろう材や樹脂、ガラス等の接合材を介した接合、溶接等の手段により行なわれる。

このようにして得られた電子装置は、各種センサ装置，携帯電話，コンピュータ，ルータ等の電子機器に組み込まれる部品として使用される。

また、絶縁基板１の内部で、絶縁層の層間には、信号線路２と並設された状態で接地配線３が形成される。

接地配線３は、例えば、電子部品の接地電極（図示せず）と電気的に接続されて電子部品の接地を確保したり、信号線路２と同じ層間に信号線路２を挟むように形成されていわゆるコプレナー伝送路等を形成したりするのに用いられ、他の信号線路２からのノイズを防ぐと同時に、信号線路２のインピーダンスを制御する機能等を有している。

なお、信号線路２および接地配線３は、タングステンやモリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金等の金属材料により形成される。

信号線路２および接地配線３は、例えばタングステンから成る場合であれば、タングステンの粉末に適当な無機フィラー粉末、有機溶剤、バインダー等を添加して金属ペーストを作製し、その金属ペーストを絶縁基板１（絶縁層）となるセラミックグリーンシートに所定の信号線路２や接地配線３のパターンで、スクリーン印刷法等の手段で印刷しておくことにより形成される。

また、金属材料は、メタライズ層の形態ではなく、めっき層や蒸着層、金属箔等の形態で所定パターンに形成されたものであってもよい。

本発明においては、複数の絶縁層１ａを積層して成る絶縁基板１の内部で、絶縁層１aの層間に、接地配線３と接地配線３よりも厚みの薄い信号線路２とを並設した状態で介在させておくことが重要である。

このように、接地配線３と、接地配線３よりも厚みの薄い信号線路２とを並設することにより、インダクタンスが低く、抵抗の低い接地性をもたすのに十分な厚みを接地配線３で確保することができるとともに、信号線路２を薄くし、表面をスムーズにして高周波信号の伝送特性を向上させることができる。

その結果、低インダクタンス化や低抵抗での接地が可能で、かつ信号線路の伝送特性が良好な、高周波特性に優れた配線基板９を提供することができる。

この場合、並設されている接地配線３によって、信号線路２に他の信号線路２からノイズが入り込むのを有効に防止することができるので、ノイズに起因する伝送特性の劣化も有効に防止される。

なお、信号線路２の厚みを薄くすることによりその断面積は減少するが、高周波信号は主に信号線路の表面部分を伝送されるので、その表面部分を滑らかにして不要な反射等を防ぐことにより伝送特性を大きく向上させることができる。

接地配線３と、接地配線３よりも厚みの薄い信号線路２とを絶縁層１ａの層間に並設するには、例えば、スクリーン印刷法で、接地配線２となる金属ペーストおよび信号線路３となる金属ペーストを印刷するときに、印刷に用いる製版を異ならせて、それぞれの金属ペーストを、設定の印刷厚みを異ならせて印刷する等の方法が用いられる。

この場合、信号線路２となる金属ペーストは、印刷厚みが薄いので、印刷製版に用いるメッシュの線径を微細なものとすることができ、これに応じて、印刷された金属ペースト
の表面を滑らかなものとすることができる。また、印刷される金属ペーストの厚みが薄いので、金属ペーストが自重で外側に広がるといった不都合も有効に防止される。

一方、接地配線３は、その厚みが厚いため、インダクタンスが低く、抵抗の低い接地性を付与することができる。

このような効果を十分に得るには、信号線路２の厚さを、接地配線３の厚さの１／２程度以下に設定することが好ましい。

なお、接地配線３を信号線路２に近づけるほど、両者の間に生じる静電容量が大きくなるので、信号線路２のインピーダンスは低くなる。

また、信号線路２の厚みを薄くすることにより、高周波信号の通る信号線路２の表面および外縁を滑らかにすることができる。

また、本発明において、信号線路２に対して積層方向の上方及び下方の少なくとも一方に位置する絶縁層１ａの層間に接地導体層４を介在させておくことが好ましい。

このように、信号線路２に対して積層方向の上方及び下方の少なくとも一方に位置する絶縁層１ａの層間に接地導体層４を介在させておくことにより、信号線路２と接地導体層４とのキャパシタンスを、信号線路２の形状にかかわらず、常に一定とすることができ、より安定したインピーダンスを得ることができる。

接地導体層４は、信号線路２や接地配線３と同様の金属材料、具体的には、タングステンやモリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金等から成り、同様の手段、即ち、メタライズ層の形態だけではなく、めっき層や蒸着層、金属箔等の形態で被着させることにより形成される。

接地導体層４は、例えばタングステンから成る場合、タングステンの粉末に適当な無機フィラー粉末、有機溶剤、バインダー等を添加して金属ペーストを作製し、その金属ペーストを絶縁基板１（絶縁層）となるセラミックグリーンシートのうち信号線路２に対して積層方向の上方及び／又は下方に位置する部位に、スクリーン印刷法等の手段で印刷しておくことにより形成される。

接地導体層４のパターンは、信号線路２に沿った線路状のパターンでも、絶縁層１ａの表面を広い範囲で覆う、いわゆるベタパターン状のものでもよい。

また、本発明において、接地配線３及び接地配線３が介在されている絶縁層１ａの層間
で、接地配線３の存在しない領域には、信号線路２の上面及び下面の少なくとも一方と接し、信号線路２と接地配線３との間に生じる段差を埋めるように誘電体層５を介在させておく。

このように、接地配線３及び接地配線３が介在されている絶縁層１ａの層間で、接地配線３の存在しない領域に、信号線路２の上面及び下面の少なくとも一方と接し、信号線路２と接地配線３との間に生じる段差を埋めるように誘電体層５を介在させておくことにより、信号線路２の上面に形成された誘電体層５の上面と、接地配線３の上面とをほぼ同じ高さとなすことができ、絶縁層１ａを積層する場合、信号線路２と接地配線３との厚さの差に起因して上下の絶縁層１ａの層間で密着不良が生じるといった不具合を有効に防止することができる。

また、誘電体層５を介在させた場合、上記の隙間に起因して信号線路２と接地導体層３との間のキャパシタンスが設定値からずれるようなことも有効に防止することができ、信号線路２のインピーダンスをより一定に維持することができる。

また、本発明において、絶縁層１ａと誘電体層５とは同一組成の誘電体材料により形成することが好ましい。

このように、絶縁層１ａと誘電体層５とを同一組成の誘電体材料で形成することにより、配線基板９を焼結する場合、絶縁層１ａと誘電体層５とが収縮率が略等しくなり、焼結に伴う応力が小さく抑えられた高信頼性の配線基板が得られる。

また、本発明において、信号線路２の厚みは４μｍ乃至１５μｍ、接地配線３の厚みは１５μｍ乃至３０μｍに設定することが好ましい。

信号線路２の厚みを４μｍ乃至１５μｍ、接地配線３の厚みを１５μｍ乃至３０μｍに設定することにより、低インダクタンスで、かつ接地性を高く維持しつつ、信号線路２の表面をスムーズで伝送特性が良好なものとすることができ、より高い高周波信号の伝送が可能となる。

さらに、本発明において、信号線路２を絶縁基板１の内部に複数設ける必要がある場合は、これら複数の信号線路２の間に接地配線３を間に並設することが望ましい。これにより、数ＧＨｚの高周波信号を伝送する場合でも、信号線路２同士お互い干渉しあうことが無く、部分的にインピーダンスが変化することの無い、より安定したインピーダンスを備えた配線基板を構成することができる。

またさらに、信号線路２の一部を絶縁基板１の表面に導出する場合の導出部分や、接地配線３、接地導体層４の外部に露出する表面は、ニッケルや金、銅またはこれらを主成分とする合金等のめっき層で被覆することが好ましい。この場合、露出表面の酸化腐食を有効に防止することができ、より優れた信頼性の配線基板を構成することができる。またこの場合、信号線路２の導出部分に電子部品を接続するときの半田の濡れ性やボンディングワイヤのボンディング性等の特性も向上させることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態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内において種々の変更、改良等が可能である。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・絶縁基板
１ａ・・・・絶縁層
２・・・・信号線路
３・・・・接地配線
４・・・・接地導体層
５・・・・誘電体層
９・・・・配線基板

Claims (4)

1. 複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板の内部で、前記絶縁層の層間に、接地配線と該接地配線よりも厚みの薄い信号線路とを並設した状態で介在させてなり、前記接地配線及び前記接地配線が介在されている前記絶縁層の層間で、前記接地配線の存在しない領域に、前記信号線路の上面及び下面の少なくとも一方と接し、前記信号線路と前記接地配線との間に生じる段差を埋めるように誘電体層を介在させたことを特徴とする配線基板。
2. 前記信号線路に対して前記積層方向の上方及び下方の少なくとも一方に位置する前記絶縁層の層間に接地導体層が介在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. 前記絶縁層と前記誘電体層とが同一組成の誘電体材料から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配線基板。
4. 前記信号線路の厚みが４μｍ乃至１５μｍで、前記接地配線の厚みが１５μｍ乃至３０μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。

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