JP5340188B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、高速度化した半導体素子などの電子部品が搭載される配線基板に関する。

半導体素子の動作速度の高速化によって、半導体素子をはじめとする電子部品が搭載される配線基板においては、高速信号が配線基板内を伝搬する。高速信号が配線基板内を伝播すると、信号の反射および減衰によって信号品質が劣化し半導体素子やシステムの誤動作を引き起こすといった問題がある。そのため、従来の配線基板では、図７に示すように、信号貫通導体66の周囲を接地貫通導体67で囲んで擬似同軸構造とすることによって配線基板61内の信号配線層63と信号貫通導体66との特性インピーダンスの不連続性を低減するということが行なわれていた。

また、信号貫通導体66の一端に電気的に接続される、配線基板61の外部回路との接続用の電極65と、配線基板61内の接地配線層64との間に発生する容量成分によって特性インピーダンスが低下するという問題点があった。

このような問題点に対して、図７に示すように、信号貫通導体66を取り囲むように接地配線層64に設けられた開口部64ａの開口径を電極65の径よりも大きくして、電極65と接地配線層64との重なりをなくすことで不要な容量成分を抑えるようにした配線基板がある（例えば、特許文献１を参照。）。また、電極65に最も近い接地貫通導体67の径を他の貫通導体よりも小さくすることで、実効インダクタンスを増加させ、増加した実効インダクタンスによって不要な容量成分を相殺するようにした配線基板がある（例えば、特許文献２を参照。）。

特開2001−160598号公報 特開2008−251784号公報

しかしながら、擬似同軸構造を有する配線基板において、図７に示す例ように、電極65に最も近い接地配線層64に設けられる開口部64ｂを大きくすると、開口部64ｂの外側で接地配線層64に接続されて信号貫通導体66の周囲を取り囲む接地貫通導体67は、信号貫通導体66との距離が離れてしまうこととなり、これによって特性インピーダンスが上昇してしまい、25Ｇｂｐｓ以上の高速信号の伝送が困難になるという問題点があった。

この対策として大きい開口部を有する接地配線層の上下に位置する絶縁層を貫通する信号貫通導体の直径を大きくして特性インピーダンスを整合させることが考えられるが、１つの絶縁層に異なる径の貫通導体が存在することで以下のような問題点があり、困難であった。これは、電極に最も近い接地貫通導体の径を他の貫通導体よりも小さくする場合でも同様であった。

例えば、絶縁基板がセラミックスからなる配線基板の場合であれば、配線基板にビア導体を形成する方法としては、絶縁層となるセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、貫通導体となる導体ペーストを充填して焼成するという製造過程を経るのが一般的である。ここで、ビア導体と絶縁基板となるセラミックスとの収縮挙動の違いによる、ビア導
体の周辺に発生するクラック等を抑制するために、貫通導体を形成する導体ペーストにセラミック粉末を添加することが行なわれている。しかし、同じ比率でセラミック粉末を添加した導体ペーストを同時に異なる径の貫通孔に充填することから、径の小さい貫通導体は、電気抵抗が大きくなってしまう一方で、径の大きい貫通導体では、熱伝導のよい導体成分の絶対量が多いことから、焼成時に収縮挙動が変わって、また、径の大きい貫通導体は熱膨張の絶対値が大きくなるので、焼成後に冷却された際に貫通導体の周囲にクラックが発生しやすくなる場合があった。

また、配線基板の作製工程においては、異なる径の貫通孔に同一条件で導体を充填しようとすると、貫通導体用の貫通孔への導体の充填不足や、充填過多による充填不良が発生しやすいものであった。絶縁層に貫通導体用の貫通孔を加工する際には、同一条件で異なる径の貫通孔を形成するのが困難な場合があり、また、それぞれの直径に対応する金型や加工条件を準備すると、加工に要する手間やコストが増大するものであった。このようなことから、配線基板の製造歩留まりの低下や製品のコスト増を引き起こすものであった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接地導体層の開口を大きくして電極との間の不要な容量成分を抑えても、電極に接続された信号貫通導体のインピーダンスが整合さ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、複数の絶縁層が積層された絶縁基板と、該絶縁基板の内部または一方主面に形成された信号配線層と、前記絶縁基板の他方主面に形成された電極と、前記絶縁層の層間に形成され、開口部を有する複数の接地配線層と、前記開口部を通って複数の前記絶縁層を貫通し、一端が前記信号配線層に電気的に接続され、他端が前記電極に接続された信号貫通導体と、前記信号貫通導体を取り囲むようにして前記絶縁層を貫通するとともに、前記開口部の外側で前記接地配線層に接続する複数の接地貫通導体とを備えており、前記他方主面に最も近いものから少なくとも１層の前記接地配線層の前記開口部は、平面視の大きさが前記電極および他の前記開口部よりも大きい大開口部であり、前記接地貫通導体は、前記大開口部を有する前記接地配線層のうち最も前記一方主面側に位置するものの直上の前記接地配線層から前記他方主面側において、前記大開口部の外側に位置するように前記接地配線層に接続されて前記信号貫通導体を取り囲むように配置された複数の第１の接地貫通導体と、前記直上の接地配線層の前記開口部の外側から前記第１の接地貫通導体よりも短い長さで前記信号貫通導体を取り囲むように前記大開口部の内側に配置された複数の第２の接地貫通導体とからな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、上記構成において、前記開口部は円形状であり、複数の前記接地貫通導体および前記第１の接地貫通導体は、平面視して前記信号貫通導体を中心とする同心円上に配列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、上記各構成において、複数の前記第２の接地貫通導体は、長さ方向の途中および前記他方主面側の端部の少なくとも一方で互いに電気的に接続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、上記各構成において、複数の前記第２の接地貫通導体の長さは、前記信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満であ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、上記構成において、複数の前記第２の接地貫通導体は、長さ方向の途中で互いに電気的に接続されており、互いに電気的に接続されている部分から他方主面側の端部までの長さが、前記信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満
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、他方主面に最も近いものから少なくとも１層の接地配線層の開口部は、平面視の大きさが電極および他の開口部よりも大きい大開口部であり、接地貫通導体は、大開口部を有する接地配線層のうち最も一方主面側に位置するものの直上の接地配線層から他方主面側において、大開口部の外側に位置するように接地配線層に接続されて信号貫通導体を取り囲むように配置された複数の第１の接地貫通導体と、直上の接地配線層の開口部の外側から第１の接地貫通導体よりも短い長さで信号貫通導体を取り囲むように大開口部の内側に配置された複数の第２の接地貫通導体を備えていることから、大開口部によって接地配線層と電極との重なりがないので、これらの間に発生する不用な容量を抑えることができるとともに、信号貫通導体を複数の第２の接地貫通導体が取り囲んでいる部位においては、信号貫通導体と第２の接地貫通導体との距離は不要に大きくならないので、信号貫通導体の特性インピーダンスが高くなることを抑制することができる。また、第２の接地貫通導体の長さが第１の接地貫通導体よりも短いことから、信号貫通導体が複数の第２の接地貫通導体に取り囲まれない、電極に近い部分においては、信号貫通導体とそれを取り囲む第１の接地貫通導体との距離が大きいので、信号貫通導体の特性インピーダンスは複数の第２の接地貫通導体に取り囲まれている部位よりも高くなるが、これによって接地配線層と電極との間に発生する容量によって低くなった電極部の特性インピーダンスを相殺することができる。結果として、信号貫通導体から電極にかけての特性インピーダンスは平均化されて所定の値に整合されたものとなり、高周波信号を伝送することのできる配線基板となる。また、このような構成では、信号貫通導体、接地貫通導体、第１の接地貫通導体および第２の接地貫通導体は同じ径にすることができるので、異なる径の貫通導体を設けることによる不具合がないものとなる。

また本発明の配線基板によれば、上記構成において、開口部が円形状であり、複数の接地貫通導体および複数の第１の接地貫通導体が、平面視して信号貫通導体を中心とする同心円上に配列されているときには、伝送される信号の漏洩を全ての方向に対して抑制することができるので伝送する信号の損失がさらに低減され、より高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

また本発明の配線基板によれば、上記各構成において、複数の第２の接地貫通導体が長さ方向の途中および他方主面側の端部の少なくとも一方で互いに電気的に接続されているときには、複数の第２の接地貫通導体の電位は互いに等しくなって安定させることができるので、複数の第２の接地貫通導体に取り囲まれている部位の信号貫通導体の特性インピーダンスの変動を抑制することができ、また、第２の接地貫通導体での不要な共振を抑えることができるので、共振によって放射される電磁波が信号貫通導体に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制することができ、より高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

また、本発明の配線基板によれば、上記各構成において、複数の第２の接地貫通導体の長さが信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満であるときには、伝送される信号の周波数における第２の接地貫通導体の共振が抑えられ、共振現象に起因して放射される電磁波が信号貫通導体に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制できるので、さらに高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

また、本発明の配線基板によれば、上記構成において、複数の第２の接地貫通導体が長さ方向の途中で互いに電気的に接続されており、互いに電気的に接続されている部分から他方主面側の端部までの長さが、信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満であるときには、伝送される信号の周波数における、第２の接地貫通導体の互いに電気的に
接続されている部分から他方主面側の端までの部分の共振が抑えられ、共振現象に起因して放射される電磁波が信号貫通導体に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制できるので、さらに高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

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。 図１のＡ部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線における断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の他の例の要部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は図４のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は本発明の配線基板の実施の形態の他の例の要部を拡大して示す断面図である。 本発明の配線基板の伝送特性を示すグラフである。 従来の配線基板を示す断面図である。

添付の図面を参照して、本発明の配線基板について以下に詳細に説明する。図１〜図５において、１は配線基板、２は絶縁基板、２ａ〜２ｉは絶縁層、３は信号配線層、４は接地配線層、４ａは開口部、４ｂは大開口部、５は電極、６は信号貫通導体、７は接地貫通導体、７ａは第１の接地貫通導体、７ｂは第２の接地貫通導体、８は表層配線層、９は接続導体である。

図１は、本発明の配線基板１を模式的に示すものであり、絶縁基板２の絶縁層２ａ〜２ｉの層数や厚み、信号配線層３，接地配線層４，開口部４ａ，大開口部４ｂ，電極５，信号貫通導体６，接地貫通導体７，表層配線層８および接続導体９の大きさや配置については、配線基板１に要求される特性に応じて設定されるものである。また、配線基板１には電源導体層や電源貫通導体も形成されるが、図１においては省略している。

図１に示す例では、絶縁基板２は９層の絶縁層２ａ〜２ｉで構成されており、絶縁基板２の内部に信号配線層３，接地配線層４，信号貫通導体６，接地貫通導体７が形成されている。絶縁基板２の主面のうち、一方主面（図１における上面）には表層配線層８が形成され、他方主面（図１における下面）には電極５が形成されている。図１に示す例では、表層配線層８は半導体素子の端子が接続される接続パッドである例で示している。電極５は、はんだ等の接合材やピンを介して外部回路基板等に電気的に接続するためのものである。この表層配線層８と電極５とが、絶縁基板２の内部に形成された信号配線層３，接地配線層４，信号貫通導体６および接地貫通導体７によって接続されている。

図１に示す例では、信号配線層３は絶縁基板２の内部の絶縁層２ｃ,２ｄ間に形成され
ており、この信号配線層３を絶縁層２ｃ，２ｄを介して挟むようにして、絶縁層２ｂ，２ｃ間および絶縁層２ｄ，２ｅ間に広面積の接地配線層４が形成され、所謂ストリップ線路構造を形成している。このようにストリップ線路構造とすることで、信号配線層３は、信号配線層３の配線幅および信号配線層３と接地配線層４との間に介在する絶縁層２ｃ，２ｄの厚みを設定することによって、その特性インピーダンスを任意の値、一般的にはシングル配線であれば50Ω、２つの平行な線路導体からなる差動配線であれば100Ωに設定す
ることができる。特性インピーダンスを整合させた信号配線層３によって、良好な伝送特性を有する配線基板１とすることが可能となる。

また、配線基板１の厚み方向への信号の伝送は信号貫通導体６によって行なわれる。信号貫通導体６は、一端が信号配線層３に電気的に接続され、絶縁層２ｄ〜２ｉを貫通して
他端が電極５に接続されている。絶縁層２ｄ，２ｅ間、絶縁層２ｅ，２ｆ間、絶縁層２ｆ，２ｇ間、絶縁層２ｇ，２ｈ間および絶縁層２ｈ，２ｉ間に形成された接地配線層４も貫通するが、接地配線層４に開口部４ａが形成されることで接地配線層４とは絶縁されている。各開口部４ａは、信号貫通導体６の径より大きく、開口部４ａの内周は信号貫通導体６の外周面から離間して設けられている。

この開口部４ａの外側で接地配線層４に接続するとともに、信号貫通導体６を取り囲むようにして絶縁層２ｃ〜２ｈを貫通する複数の接地貫通導体７が設けられている。このような、信号貫通導体６とその周囲の複数の接地貫通導体７とによって擬似同軸線路が構成されている。このような擬似同軸構造となっていることで、信号貫通導体６は、その直径および接地貫通導体７と間の距離を設定することによって、特性インピーダンスを任意の値に設定することができる。

本発明の配線基板においては、図１〜図３に示す例のように、電極５が形成された絶縁基板２の他方主面に最も近いものから少なくとも１層（図１および図２に示す例では３層）の接地配線層４の開口部は、平面視の大きさが電極５よりも大きい大開口部４ｂである。平面視で電極５が大開口部４ｂ内に位置するようにすることで、少なくとも最下層の接地配線層４と電極５との重なりがなくなるので、これらの間に発生する不用な容量を抑えることができる。通常は、少なくとも最下層の接地配線層４の開口部４ａを大開口部４ｂとすれば、不要な容量成分を特性インピーダンスに影響を与えない程度にすることができるが、図１および図２に示す例のように、絶縁層２ｆ，２ｇ間および絶縁層２ｇ，２ｈ間に形成された２層の接地配線層４の開口部も大開口部４ｂとしてもよいし、絶縁層２ｅ〜２ｉの厚みや比誘電率によっては、電極５（が形成された他方主面）からさらに離れた接地配線層４の開口部４ａも大開口部４ｂとして、接地配線層４と電極５との間に発生する不用な容量をさらに抑えるようにしてもよい。

本発明の配線基板においては、図１〜図３に示す例のように、擬似同軸線路構造は、その途中までは通常の開口部４ａと信号貫通導体６とを有し、電極５に近い側では、大開口部４ｂと、一方主面側（上側）の端部が通常の開口部４ａが形成された接地配線層４に接続されて大開口部４ｂの外側に配置されている複数の第１の接地貫通導体７ａと、大開口部の内側に配置され、一方主面側（上側）の端部が通常の開口部４ａが形成された接地配線層４の開口部４ａの外側に接続された、第１の接地貫通導体７ａよりも短い複数の第２の接地貫通導体７ｂとを有するものとなる。このようにすることで、配線基板１の内部における電極５から離れた部分では、大開口部４ｂおよび複数の第１の接地貫通導体７ａを設けるスペースが必要でないので、その分だけ周囲の配線の配置の自由度が高くなる。

そして、本発明の配線基板は、図１〜図３に示す例のように、大開口部４ｂを有する接地配線層４のうち最も一方主面側に位置するものの直上の接地配線層４、言い換えれば通常の開口部４ａを有する接地配線層４のうち最も他方主面側（下側）の接地配線層４から他方主面側においては、接地貫通導体７は、大開口部４ｂの外側に位置するように接地配線層４に接続されて信号貫通導体６を取り囲むように配置された複数の第１の接地貫通導体７ａと、接地配線層４の開口部４ａの外側から第１の接地貫通導体７ａよりも短い長さで信号貫通導体６を取り囲むように大開口部４ｂの内側に配置された複数の第２の接地貫通導体７ｂとからなることを特徴とするものである。接地配線層４に大開口部４ｂを設けても、信号貫通導体６を複数の第２の接地貫通導体７ｂで取り囲んでいる部位においては、信号貫通導体６と第２の接地貫通導体７ｂとの距離は不要に大きくならないので、信号貫通導体６の特性インピーダンスが大きくなることを抑制することができる。また、複数の第２の接地貫通導体７ｂの長さが複数の第１の接地貫通導体７ａよりも短いことから、信号貫通導体６が複数の第２の接地貫通導体７ｂに取り囲まれない、電極５に近い部位においては、信号貫通導体６とそれを取り囲む第１の接地貫通導体７ａとの距離が大きいの
で、信号貫通導体６の特性インピーダンスは複数の第２の接地貫通導体７ｂに取り囲まれている部位よりも高くなるが、接地配線層４と電極５との間に発生する容量によって低くなった電極５近傍の特性インピーダンスを相殺することができる。結果として、信号貫通導体６が複数の第２の接地貫通導体７ｂに取り囲まれない部位から電極５にかけての特性インピーダンスも、平均化されて所定の値に整合されたものとなるので、高周波信号を伝送することのできる配線基板１となる。

図１および図２に示す例では、通常の開口部４ａを有する接地導体４と他方主面に最も近い接地導体４との間には、３層の誘電体層２ｆ，２ｇ，２ｈが設けられ、これらの層間の全てに接地導体４が設けられているが、全ての層間に接地導体４を設ける必要はなく、また、誘電体層の数も３層に限られるものではない。第２の接地貫通導体７ｂの長さを第１の接地貫通導体７ａよりも短くするためには、通常の開口部４ａを有する接地導体４と他方主面に最も近い接地導体４との間には少なくとも２層の誘電体層がある方が形成しやすいので好ましい。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示す例のように、開口部（通常の開口部４ａおよび大開口部４ｂ）は円形状であり、通常の開口部４ａおよび大開口部４ｂの外側に沿って、それぞれ複数の接地貫通導体７および第１の貫通導体７ａが平面視して信号貫通導体６を中心とする同心円上に配列されているのが好ましい。このようにしたときには、伝送される信号の漏洩を全ての方向に対して抑制することができるので、伝送する信号の損失がさらに低減された配線基板となる。同心円状に配列とは、同心円上に等間隔で配置することである。また、擬似同軸構造の信号貫通導体６とその周囲の複数の接地貫通導体７のそれぞれとの距離が同じになり、信号貫通導体６とその周囲の複数の第２の接地貫通導体７ａのそれぞれとの距離が同じになるので、信号貫通導体６のインピーダンスを整合させる設計が容易になる。同様の理由から、第２の接地貫通導体７ｂも信号貫通導体６を中心とする同心円状に配列されるのが好ましい。また、このようにすると、信号貫通導体６が第２の接地貫通導体７ｂに囲まれた部分では、信号の漏洩がより抑えられる。

複数の接地貫通導体７、第１の接地貫通導体７ａおよび第２の接地貫通導体７ｂは、信号貫通導体６を取り囲むように配置するためには、信号貫通導体６の周囲に少なくとも３つ配置するのが好ましく、より好ましくは、図３（ｂ）に示す例のように、信号貫通導体６の周囲に４つ以上配置するのが好ましい。また、同心円状に配列された複数の接地貫通導体７、第１の接地貫通導体７ａおよび第２の接地貫通導体７ｂは、近接する２つの接地貫通導体７・７間、第１の接地貫通導体７ａ・７ａ間および第２の接地貫通導体７ｂ・７ｂ間の距離が信号貫通導体６によって伝送される信号の波長の１／４以下となるようにすると、信号が第１の接地貫通導体７ａ・７ａ間および第２の接地貫通導体７ｂ・７ｂ間を通って漏洩するのを抑制する効果がより高まるので好ましい。

図３および図５に示す例では、第１の接地貫通導体７ａおよび第２の接地貫通導体７ｂは、いずれも４つと同じ数だけ配置されているが、これらは同じ数でなくても構わない。例えば、第２の接地貫通導体７ｂは第１の接地貫通導体７ａより内側に配置されるので、第２の接地貫通導体７ｂはその数が３つであっても近接する第２の接地貫通導体７ｂ・７ｂ間の距離が信号貫通導体６によって伝送される信号の波長の１／４以下となり、第１の接地貫通導体７ａは４つ配置されることで信号の波長の１／４以下となる場合がある。

また、図３および図５に示す例のように、信号貫通導体６と複数の第２の接地貫通導体７ｂのそれぞれとを結ぶ線を延長した位置にそれぞれ複数の第１の接地貫通導体７ａを配置する（中心導体６から第２の接地貫通導体７ｂを見たときに、第２の接地貫通導体７ｂと第１の接地貫通導体７ａとが重なるように配置する）のが好ましい。このように配置しないと、第２の接地貫通導体７ｂが存在しない他方主面側では、信号貫通導体６とその周
囲の接地貫通導体（第１の接地貫通導体７ａ，第２の接地貫通導体７ｂ）との距離が一定ではないので信号貫通導体６のインピーダンスを整合させる設計が容易ではなく、また、第１の接地貫通導体７ａと第２の接地貫通導体７ｂとで電位差生じて不安定になりやすいので、この部分での特性インピーダンスが変動しやすくなる。

また、複数の第２の接地貫通導体７ｂは、長さ方向の途中および他方主面側の端部の少なくとも一方で互いに電気的に接続されているのが好ましい。このようにすると、複数の第２の接地貫通導体７ｂの電位が互いに等しくなって安定させることができるので、複数の第２の接地貫通導体７ｂに取り囲まれている部位の信号貫通導体６の特性インピーダンスの変動を抑制することができ、また、複数の第２の接地貫通導体部７ｂでの不要な共振を抑えることができるので、共振によって放射される電磁波が信号貫通導体６に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制することができ、伝送する信号の損失がさらに低減され、より高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

図４および図５（ａ）に示す例では、接地貫通導体７ｂの長さ方向の途中で、複数の第２の接地貫通導体７ｂが接続導体９によって互いに電気的に接続されている。このようにすると、第２の接地貫通導体７ｂの他方主面側の端部において接続導体９で互いに電気的に接続されている場合に比べて、接続導体９と電極５との距離が大きいので接続導体９を設けることによる接続導体９と電極５との間の浮遊容量の増加を抑えることができる。

また、例えば、信号貫通導体６を４つの第２の接地貫通導体７ｂが取り囲んでいる場合は、隣接する第２の接地貫通導体７ｂ・７ｂの間を直線的に接続する、即ち、４つの第２の接地貫通導体７ｂの位置に角部がある四角環状（四角枠状）とすることもできる。しかしながら、図５（ａ）に示す例のように、大開口部４ｂの内側において複数の第２の接地貫通導体７ｂ同士を環状の接続導体９で直接接続する場合は、接続導体９は信号貫通導体６を中心とする円環状であるのがよい。このようにすると、信号貫通導体６と環状の接続導体９との距離が同じになり、この部分でインピーダンスが変動し難いからである。

また、図５（ｂ）に示す例のように、複数の第２の接地貫通導体７ｂとその外側の接地配線層４との間に接続導体９を設けて、接地配線層４を介して複数の第２の接地貫通導体７ｂを互いに電気的に接続してもよい。このようにすると、接続導体９の面積をより小さくし、また、平面視で電極５から外側により離れた位置に配置することができるので、接続導体９と電極５との間の浮遊容量を低減することができる。

また、複数の第２の接地貫通導体７ｂの長さは、信号貫通導体６で伝送される信号の波長の４分の１未満であることが好ましい。このような構成にすると、伝送される信号の周波数における第２の接地貫通導体７ｂの共振が抑えられ、共振現象に起因して放射される電磁波が信号貫通導体６に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制できるので、さらに高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。このような構成は、複数の第２の接地貫通導体７ｂが長さ方向の途中で互いに電気的に接続されていない場合により効果的である。

また、図４に示す例のように、複数の第２の接地貫通導体７ｂが長さ方向の途中で互いに電気的に接続されている場合には、互いに電気的に接続されている部分から他方主面側の端部までの長さが、信号貫通導体６で伝送される信号の波長の４分の１未満であるのが好ましい。このようにしたときには、伝送される信号の周波数における、第２の接地貫通導体７ｂの互いに電気的に接続されている部分から他方主面側の端までの部分の共振が抑えられ、共振現象に起因して放射される電磁波が信号貫通導体に干渉して伝送特性を劣化させることを抑制できるので、さらに高周波信号の伝送特性に優れた配線基板となる。

このような複数の第２の接地貫通導体７ｂによって構成される擬似同軸構造の信号貫通導体６の特性インピーダンスの値は、伝送する信号の周波数が10ＧＨｚ以上である場合には、一般的な50Ωに設定するのが好ましい。さらに複数の第２の接地貫通導体７ｂで取り囲まれていない絶縁層２ｈの信号貫通導体６の特性インピーダンスの値は要求される伝送特性に応じて一般的な50Ωよりも高い60〜90Ω程度に設定するのが好ましい。これは、電極５の特性インピーダンスは、接地配線層４と電極５との間に発生する容量によって50Ωよりも低い値となるため、複数の第２の接地貫通導体７ｂで取り囲まれていない絶縁層２ｈの信号貫通導体６の特性インピーダンスを50Ωよりも高い値にすることによって、複数の第２の接地貫通導体７ｂで取り囲まれていない絶縁層２ｈの信号貫通導体６から電極５にかけての平均の特性インピーダンスを50Ωに近づけることで伝送特性を改善することができるからである。

具体的には、絶縁基板２の各誘電体層２ａ〜２ｉの比誘電率が5.2であり、信号配貫通
導体６および接地貫通導体７の直径が75μｍである場合には、信号貫通導体６を取り囲むように信号貫通導体６の中心から半径230μｍの同心円上に等間隔に４つの直径75μｍの
接地貫通導体７を配列（信号貫通導体６と接地貫通導体７との間の距離は155μｍ）する
ことで特性インピーダンスを50Ωとすることができる。このとき、接地導体４の開口部４ａの直径は460μｍとすればよい。

絶縁基板２の他方主面に形成された電極５の直径が750μｍであり、他方主面から100μｍの位置にある接地配線層４に直径が1800μｍの大開口部４ｂを設けて不要な容量を低減させた場合に、図７に示す例のような、大開口部４ｂを有する接地配線層４の上下に位置する絶縁層２ｆ〜２ｈを貫通する信号貫通導体６を直径75μｍとして、この信号貫通導体６の中心から半径900μｍの同心円上に等間隔に４つの接地貫通導体７を配列（信号貫通
導体６と４つの各接地貫通導体７それぞれとの間の距離は825μｍ）とした、従来の配線
基板における擬似同軸構造の信号貫通導体66の特性インピーダンスの値は、90Ω程度と大きいものとなってしまう。

これに対して、図１に示す例のように、上記と同様の大開口部４ｂを有する接地配線層４および接地貫通導体７を備えており、一方主面側の端部が開口部４ａの外側で開口部４ａが形成された接地配線層４に接続されて大開口部４ｂの内側に配置されている複数の第２の接地貫通導体７ｂを、直径75μｍとして、信号貫通導体６の中心から半径230μｍの
同心円上に等間隔に４つ配置した、本発明の配線基板における擬似同軸構造の信号貫通導体６の特性インピーダンスの値は50Ω程度となり、大開口部４ｂを設けても特性インピーダンスの上昇を抑制することができる。また、複数の第２の接地貫通導体７ｂで取り囲まれていない絶縁層２ｈの信号貫通導体６の特性インピーダンスの値は、90Ω程度と大きいため電極５と接地配線層４の間に形成される容量に起因する特性インピーダンスの急激な低下による影響を相殺し、平均的に電極５近傍の特性インピーダンスを50Ωに近づける。

また、上記本発明の配線基板および従来の配線基板の、擬似同軸構造の信号貫通導体の電気特性をシミュレーションによって算出した。図６はそのシミュレーション結果における伝送特性のうち、反射特性（Ｓ11）を示すグラフであり、縦軸は反射損失を、横軸は周波数を示している。また、図６において、実線は本発明の配線基板の特性を示し、破線は従来の配線基板の特性を示している。

本発明の配線基板のシミュレーションモデルでは、信号配線層３は、幅が65μｍで厚みが10μｍであって、その上下に厚さ100μｍの絶縁層を介して接地配線層４を配置するこ
とで、特性インピーダンスが50Ωであるストリップ線路とした。この信号配線層３から0.2ｍｍまでは上記した、直径75μｍの信号貫通導体６と、直径460μｍの開口部４ａを有する接地配線層４と、直径75μｍの４つの接地貫通導体７とからなる擬似同軸構造として、
そこから電極５までの0.6ｍｍは、信号貫通導体６と上記寸法の大開口部４ｂの外側に上
記寸法で上記間隔で設置される複数の第１の接地貫通導体７ａとからなる擬似同軸構造とした。そして、電極５までの0.6ｍｍの中で0.4ｍｍまでは、上記した、片側の端部が開口部４ａの外側で接地配線層４に接続されて大開口部４ｂの内側に複数の第２の接地貫通導体７ｂを配置した。その配置は、直径75μｍのものを信号貫通導体６の中心から半径230
μｍの同心円上に等間隔に４つとした。電極５までの0.6ｍｍの中で0.4ｍｍまでは、信号貫通導体６と第２の接地貫通導体７ｂとからなる擬似同軸構造となる。

これに対して従来の配線基板のシミュレーションモデルは、信号配線層３から電極５までは図７に示す例のような構造で、上記本発明のモデルに対して、第２の接地貫通導体７ｂを配置していないこと以外は同じにした。

図６から、従来の配線基板は、信号貫通導体の特性インピーダンス値が、信号配線層３の50Ωに対して90Ωと非常に高いものであるため、15ＧＨz以上で反射損失が−15dＢ以上となっているのに対して、本発明の配線基板は、30ＧＨz程度まで反射損失が−15dＢ以下となっていることがわかる。通常、反射損失が−15ｄＢ以下であると、信号を伝送するのに問題がないとされる。

このようなことから、本発明の配線基板は、電極５に近い部位においても特性インピーダンスが整合された、高周波信号を伝送することのできる配線基板であるといえる。

絶縁基板２の絶縁層２ａ〜２ｉは、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料、あるいは、ポリイミド，エポキシ樹脂，フッ素樹脂，ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の有機樹脂材料、あるいはセラミック材料の粉末を有機樹脂材料中に分散して成る複合絶縁材料等の電気絶縁材料から成るものである。

絶縁層２ａ〜２ｉは、例えばセラミックグリーンシート積層法や、アディティブ法等の基板形成手段によって形成される。

絶縁基板２が、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、まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウムまたは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や溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法等のシート形成方法によってシート状となすことによって絶縁層２ａ〜２ｉとなるセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートを適当な大きさに切断して、上下に積層して積層体を作製し、この積層体を還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって複数の絶縁層２ａ〜２ｉが積層された絶縁基板２が製作される。

絶縁基板２がエポキシ樹脂から成る場合であれば、例えば、まず、ガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させて成るガラスエポキシ樹脂から成る基板を最下層の絶縁層２ｉとし、その上面に液状の熱硬化性や感光性のエポキシ樹脂前駆体をスピンコート法もしくはカーテンコート法等により被着させ、これを加熱あるいは紫外線等の光を照射することで硬化処理することによって絶縁層２ｈを形成する。さらにこの上に必要な層数に応じて繰り返し絶縁層を形成することで複数の絶縁層２ａ〜２ｇを形成することができる。

信号配線層３，接地配線層４，電極５，信号貫通導体６，接地貫通導体７（第１の接地貫通導体７ａ，第２の接地貫通導体７ｂ），表層配線層８および接続導体９等の配線導体は、絶縁基板２がセラミック材料から成る場合であれば、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）また
は銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属粉末によるメタライズで形成することができ、絶縁基板２が有機樹脂材料から成る場合であれば、例えば銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），金（Ａｕ）またはニオブ（Ｎｂ）やそれらの合金等の金属材料から成る薄膜等で形成することができる。

絶縁基板２がセラミック材料から成る場合であれば、上記した絶縁基板２を作製する工程において、セラミックグリーンシートに金型による打ち抜き加工やレーザー加工によって信号貫通導体６および接地貫通導体７（第１の接地貫通導体７ａ，第２の接地貫通導体７ｂ）用の貫通孔を形成して、この貫通孔を上記金属の粉末に適当な有機バインダーや溶剤等を添加混合して得た金属ペーストで充填しておき、セラミックグリーンシートの表面には信号配線層３，接地配線層４，電極５，表層配線層８および必要に応じて接続導体９の所定のパターンで金属ペーストを印刷塗布しておいて、セラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成することができる。

絶縁基板２が有機樹脂材料から成る場合であれば、上記のように形成する絶縁層と、銅層を無電解めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成して成る配線導体とを交互に作製すればよい。例えば、感光性樹脂を用いて貫通孔を有する絶縁層を形成し、絶縁層上に所定パターン形状のマスクを形成して、スパッタリング法，真空蒸着法またはメッキ法によって貫通孔内および絶縁層の表面に所定形状の金属薄膜を形成すればよい。または、マスクを形成せずに絶縁層の上面の全面に金属薄膜を形成した後に、所定形状のマスクを形成して不要な部分をエッチングによって除去する方法で形成してもよい。あるいは、例えば銅から成る金属箔を所定形状に加工して絶縁層上に転写することで信号配線層３，接地配線層４，電極５，表層配線層８および接続導体９を形成してもよい。また、信号貫通導体６および接地貫通導体７（第１の接地貫通導体７ａ，第２の接地貫通導体７ｂ）は、上記金属の粉末とバインダーとから成るペーストを貫通孔に充填することで形成してもよい。

１：配線基板
２：絶縁基板
２ａ〜２ｉ：絶縁層
３：信号配線層
４：接地配線層
４ａ：開口部
４ｂ：大開口部
５：電極
６：信号貫通導体
７：接地貫通導体
７ａ：第１の接地貫通導体
７ｂ：第２の接地貫通導体
８：表層配線層
９：接続導体

Claims (5)

1. 複数の絶縁層が積層された絶縁基板と、
   該絶縁基板の内部または一方主面に形成された信号配線層と、
   前記絶縁基板の他方主面に形成された電極と、
   前記絶縁層の層間に形成され、開口部を有する複数の接地配線層と、
   前記開口部を通って複数の前記絶縁層を貫通し、一端が前記信号配線層に電気的に接続され、他端が前記電極に接続された信号貫通導体と、
   前記信号貫通導体を取り囲むようにして前記絶縁層を貫通するとともに、前記開口部の外側で前記接地配線層に接続する複数の接地貫通導体とを備えており、
   前記他方主面に最も近いものから少なくとも１層の前記接地配線層の前記開口部は、平面視の大きさが前記電極および他の前記開口部よりも大きい大開口部であり、
   前記接地貫通導体は、前記大開口部を有する前記接地配線層のうち最も前記一方主面側に位置するものの直上の前記接地配線層から前記他方主面側において、
   前記大開口部の外側に位置するように前記接地配線層に接続されて前記信号貫通導体を取り囲むように配置された複数の第１の接地貫通導体と、
   前記直上の接地配線層の前記開口部の外側から前記第１の接地貫通導体よりも短い長さで前記信号貫通導体を取り囲むように前記大開口部の内側に配置された複数の第２の接地貫通導体とからなることを特徴とする配線基板。
2. 前記開口部は円形状であり、前記複数の接地貫通導体および前記第１の接地貫通導体は、平面視して前記信号貫通導体を中心とする同心円上に配列されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 複数の前記第２の接地貫通導体は、長さ方向の途中および前記他方主面側の端部の少なくとも一方で互いに電気的に接続されてい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. 前記第２の接地貫通導体の長さは、前記信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満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。
5. 複数の前記第２の接地貫通導体は、長さ方向の途中で互いに電気的に接続されており、互いに電気的に接続されている部分から前記他方主面側の端部までの長さが、前記信号貫通導体で伝送される信号の波長の４分の１未満であ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。

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