JP7128098B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本開示は、配線基板に関するものである。

サーバーやスーパーコンピューター等に代表される電子機器の高機能化、小型化の進展に伴い、複数の半導体素子を高密度に実装する配線基板の開発が進められている。このような配線基板は、コア用絶縁層およびコア用絶縁層の上下面に積層された複数のビルドアップ用絶縁層を有している。それぞれの絶縁層の上下面には配線導体が位置している。最上層のビルドアップ用絶縁層上には、半導体素子を実装する複数の実装領域が位置している。

特許第３４９０３１４号公報

上記のような配線基板は、例えば同じ形状を有する４つの半導体素子を実装する場合がある。これに対応して配線基板の上面には、４つの実装領域が４回対称の関係で位置している。各実装領域には、半導体素子と接続するための実装電極が、４つの実装領域の間で４回対称の関係で位置している。また、最下層のビルドアップ用絶縁層の下面には、外部基板と接続するための外部電極が位置している。実装電極と外部電極とは、配線導体によって電気的に接続されている。このような配線導体は、信号の伝送機能を有する信号用導体を含んでいる。ところで、電子機器の高機能化に伴い信号用導体数が増加する一方で、電子機器の小型化の影響によって信号用導体の形成領域が減少している。このため、信号用導体を短く形成するための経路を確保することが困難な場合がある。しかしながら、信号用導体の経路が長くなると信号の伝送機能が低下してしまい電子機器の高機能化に対応できないおそれがある。

本開示の配線基板は、外周辺を有する積層された複数の絶縁層と、絶縁層に位置している複数の貫通孔と、絶縁層の上下面および貫通孔内に位置している配線導体と、最上層の絶縁層上に、互いに４回対称の関係で間隔をあけて位置している４つの実装領域と、互いに隣接する実装領域の互いに対向する境界線を、境界線の直近の外周辺まで延ばした延長線で挟まれた境界領域と、実装領域および境界領域以外の領域であって境界領域を介して互いに区分された４つの外部領域と、それぞれの実装領域に位置している複数の第１実装パッドと、それぞれの実装領域に位置している複数の第２実装パッドと、最下層の絶縁層下面に位置している複数の第１外部パッドと、最下層の絶縁層下面に位置している複数の第２外部パッドと、を有しており、配線導体は、第１実装パッドおよび第１外部パッドを電気的に接続する複数の第１信号用導体と、第２実装パッドおよび第２外部パッドを電気的に接続しており、第１信号用導体に伝送される信号よりも伝送速度の大きい信号の伝送に用いられる複数の第２信号用導体と、を含んでいるとともに、平面透視で、複数の第１信号用導体の一部は、境界領域を挟んで位置している第１実装パッドおよび第１外部パッドを電気的に接続しているとともに、複数の第２信号用導体は、境界領域を挟んで位置する実装領域と外部領域との間に跨って位置していないことを特徴とするものである。

本開示の構造によれば、信号の伝送特性に優れており小型化が可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本開示に係る配線基板を説明するための概略上面図である。 図２は、本開示に係る配線基板を説明するための概略断面図である。 図３は、本開示に係る配線基板を説明するための平面図である。 図４は、本開示に係る配線基板を説明するための平面透視図である。

図１～図４を基に、本開示の配線基板２０の実施形態例を説明する。図１は、配線基板２０の概略上面図を示している。図２は、図１におけるＡ－Ａ間を通る概略断面図を示している。なお、図２は、配線基板２０の上面に電子部品Ｓが実装された状態を示している。

配線基板２０は、コア用絶縁層１と、ビルドアップ用絶縁層２と、配線導体３と、ソルダーレジスト４とを備えている。配線基板２０は、平面視で、例えば４つの外周辺を有する四角形状を有しており、最上面に後で詳しく説明する実装領域９、境界領域１０および外部領域１１を有している。配線基板２０の厚さは、例えば０．３～１．５ｍｍ程度に設定されている。

コア用絶縁層１は、例えば、配線基板２０の剛性を確保して配線基板２０の平坦性を保持する等の機能を有している。コア用絶縁層１は、ガラスクロス、およびエポキシ樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の絶縁材料を含んでいる。このようなコア用絶縁層１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。

コア用絶縁層１は、貫通孔である複数のスルーホール５を有している。スルーホール５は、コア用絶縁層１の上下面を貫通しており、互いに隣接するもの同士は、所定の隣接間隔をあけて位置している。スルーホール５の直径は、例えば１００～３００μｍに設定されている。スルーホール５の隣接間隔は、例えば１５０～３５０μｍに設定されている。

スルーホール５は、例えばブラスト加工やドリル加工により形成される。スルーホール５内には、配線導体３の一部により構成されているスルーホール導体６が位置している。スルーホール導体６は、コア用絶縁層１の上面および下面に位置する配線導体３同士を電気的につないでいる。

ビルドアップ用絶縁層２は、コア用絶縁層１の上面および下面にそれぞれ４層ずつ積層された状態で位置している。ビルドアップ用絶縁層２は、例えば、後で詳しく説明する配線導体３の引き出し用スペースを確保する機能を有している。ビルドアップ用絶縁層２は、絶縁粒子、およびエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂等の絶縁材料を含んでいる。

ビルドアップ用絶縁層２は、貫通孔である複数のビアホール７を有している。ビアホール７は、別のビルドアップ用絶縁層２の上面または下面、コア用絶縁層１の上面または下面に位置する配線導体３を底部としている。ビアホール７内には、配線導体３の一部により構成されているビアホール導体８が位置している。ビアホール導体８は、ビルドアップ用絶縁層２の上面および下面に位置している配線導体３同士を電気的に接続している。

ビアホール７の直径は、例えば３０～１００μｍに設定されている。ビアホール７は、例えばレーザー加工により形成される。

このようなビルドアップ用絶縁層２は、例えばシリカが分散したエポキシ樹脂を含む樹
脂フィルムを、真空下でコア用絶縁層１の表面、またはビルドアップ用絶縁層２の表面に貼着して熱硬化することで形成される。ビルドアップ用絶縁層２は、上記機能を有するため、コア用絶縁層１よりも薄い。

実装領域９は、配線基板２０の最上面に、互いに４回対称の関係で間隔をあけて位置している。実装領域９は、例えば長方形状を有している。それぞれの実装領域９には、例えば半導体集積回路素子等の電子部品Ｓが実装される。実装領域９の形状は、電子部品Ｓの形状に合わせて正方形状であっても構わない。

なお、４回対称とは、ある中心の周りを９０°回転すると自らと重なる位置関係のことを指す。本例の場合の中心は、それぞれの実装領域９の頂点の中で、ビルドアップ用絶縁層２ａの角部に最も近い頂点同士を対角状に結んだ場合の交点である。

境界領域１０は、互いに隣接する実装領域９の互いに対向する境界線を、境界線の直近の外周辺まで延ばした延長線で挟まれた領域である。

外部領域１１は、実装領域９および境界領域１０以外の領域であって境界領域１０を介して互いに区分された４つの領域である。

なお、図３に示すように、平面透視で各ビルドアップ用絶縁層２における境界領域１０は、主に互いに隣接している実装領域９に実装される電子部品Ｓ同士を電気的に接続するための配線導体３を配置する領域を確保する機能を有している。外部領域１１は、主に各実装領域９からビルドアップ用絶縁層２の外周部にかけて配線導体３を引き出す領域を確保する機能を有している。

それぞれの実装領域９には、複数の第１実装パッド１２および第２実装パッド１３が位置している。第１実装パッド１２および第２実装パッド１３は、電子部品Ｓの電極と例えば半田を介して接続される。各々の実装領域９内における第１実装パッド１２および第２実装パッド１３の配置は、４つの実装領域９同士において４回対称の位置関係にある。このような４回対称の中心も、上述の中心と同じである。

第１実装パッド１２は、例えば０．５～２ＧＨｚ程度の比較的伝送速度の小さい信号の伝送用に用いられる。

第２実装パッド１３は、例えば５～３０ＧＨｚ程度の比較的伝送速度の大きい信号の伝送用に用いられる。

最下層のビルドアップ用絶縁層２の下面には、複数の第１外部パッド１４および第２外部パッド１５が位置している。第１外部パッド１４および第２外部パッド１５は、外部基板の電極と例えば半田を介して接続される。

第１実装パッド１２、第２実装パッド１３、第１外部パッド１４および第２外部パッド１５は、配線導体３の一部によって構成されており、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等の配線形成技術を用いて、銅等の良導電性金属により形成されている。

配線導体３は、コア用絶縁層１の上下面、ビルドアップ用絶縁層２の上下面、スルーホール５内、およびビアホール７内に位置している。配線導体３は、信号用導体３Ｓ、電源用導体３Ｐ、接地用導体３Ｇを含んでいる。信号用導体３Ｓは、第１信号用導体１６および第２信号用導体１７を含んでいる。

第１信号用導体１６は、スルーホール導体６およびビアホール導体８を介して、第１実装パッド１２と第１外部パッド１４とを接続しており、例えば実装される電子部品Ｓと外部基板とを電気的に接続している。

つまり、電子部品Ｓと外部基板とは、コア用絶縁層１および複数のビルドアップ用絶縁層２の表面に位置する第１信号用導体１６によって、信号の伝送が行われる。

第２信号用導体１７は、スルーホール導体６およびビアホール導体８を介して、第２実装パッド１３と第２外部パッド１５、および境界領域１０を介して互いに隣接する第２実装パッド１３同士を接続している。これにより、例えば実装される電子部品Ｓと外部基板、および互いに隣接する電子部品Ｓ同士を電気的に接続している。

つまり、電子部品Ｓと外部基板、および互いに隣接する電子部品Ｓ同士は、コア用絶縁層１および複数のビルドアップ用絶縁層２の表面に位置する第２信号用導体１７によって、信号の伝送が行われる。

第１信号用導体１６は、第２信号用導体１７に比べて伝送速度の小さい信号の伝送に用いられる。このため、信号の伝送に有利となるように、第２信号用導体１７は、第１信号用導体１６よりも経路長を短くすることが求められる。第１信号用導体１６は、例えば０．５～２ＧＨｚ程度の信号の伝送用に用いられる。第２信号用導体１７は、例えば５～３０ＧＨｚ程度の信号の伝送用に用いられる。

上記のような理由から、第２信号用導体１７は、第２実装パッド１３が位置する実装領域９と互いに隣接している境界領域１０または外部領域１１に位置する第２外部パッド１５とを接続している。言い換えれば、第２信号用導体１７は、平面透視で境界領域１１を挟んで位置する実装領域９と外部領域１１との間に跨って位置していない。このようにすることで、第２信号用導体１７は、経路長が長くなることを抑制している。

第１信号用導体１６も、基本的には第１実装パッド１２と、それが位置する実装領域９に隣接する境界領域１０または外部領域１１にある第１外部パッド１４とを接続する。しかしながら、配線基板２０の小型化に対応するために、ビルドアップ用絶縁層２の層数を低減すると、第１信号用導体１６を配置できる領域が減少してしまう。このため、一部の第１信号用導体１６は、隣接する境界領域１０または外部領域１１における空き領域まで経路長を延ばして配置しないといけない場合がある。

このような場合、伝送速度が比較的遅い信号が伝送される第１信号用導体１６に関しても、第１信号用導体１６同士の間で信号の伝達時間に差が生じる等の不具合のおそれがある。

そのため、本開示においては、第１実装パッド１２が位置する実装領域９に隣接する境界領域１０または外部領域１１にある第１外部パッド１４に限定せず、図４に示すように、第１信号用導体１６のうちの一部は、平面透視で、境界領域１０を挟んで位置している実装領域９の第１実装パッド１２と、外部領域１１の第１外部パッド１４とを電気的に接続している。なお、図４は、複数のビルドアップ用絶縁層２に位置している第１信号用導体１６および第２信号用導体１７の一部を平面透視で示したものである。

言い換えれば、第１実装パッド１２は、それが位置する実装領域９に隣接する境界領域１０内または外部領域１１内の第１外部パッド１４のみと接続しているわけではない。つまり、一部の第１信号用導体１６は、経路長が短くなるように、境界領域１１を挟んで位置する外部領域１１内の第１外部パッド１４とも接続している。

つまり、第１実装パッド１２が位置する実装領域９に隣接する境界領域１０または外部領域１１内の空き領域に第１信号用導体１６を延長するよりも、境界領域１０を挟んで位置している外部領域１１内の空き領域に第１信号用導体１６を延長する方が経路長を短くできる場合には、このような接続を行う。

電源用導体３Ｐは、例えば配線基板２０の上面に実装される電子部品Ｓに対して外部電源からの電力を供給する機能を有している。電源用導体３Ｐは、電子部品Ｓに素早くかつ外部電源からの損失を抑制して電力を供給するために、電子部品Ｓの直下に広い面積を占有する状態で位置することが必要である。つまり、平面透視で各ビルドアップ用絶縁層２の実装領域９には、電源用導体３Ｐが優先的に位置している。

接地用導体３Ｇは、電源用導体３Ｐとの間で電位差を設けるとともに、隣接する信号用導体３Ｓ同士の間に生じる浮遊容量の抑制や、信号用導体３Ｓから生じる放射ノイズを吸収する機能を有している。

このような配線導体３は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等の配線形成技術を用いて、銅等の良導電性金属により形成されている。

ソルダーレジスト４は、最上層のビルドアップ用絶縁層２の上面および最下層のビルドアップ用絶縁層２の下面に位置している。上面のソルダーレジスト４は、第１実装パッド１２および第２実装パッド１３を露出する開口４ａを有している。下面のソルダーレジスト４は、第１外部パッド１４および第２外部パッド１５を露出する開口４ｂを有している。

このようなソルダーレジスト４は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムをビルドアップ用絶縁層２の上面または下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。ソルダーレジスト４は、例えば配線基板２０に電子部品Ｓを実装するときの熱から配線導体３を保護する機能を有している。

このように、本開示に係る配線基板２０は、最上面に、互いに４回対称の関係で間隔をあけて位置している４つの実装領域９と、互いに隣接する実装領域９の互いに対向する境界線を、境界線の直近の外周辺まで延ばした延長線で挟まれた境界領域１０と、各実装領域９に位置している複数の第１実装パッド１２と、各実装領域９に位置している複数の第２実装パッド１３と、最下層の絶縁層下面に位置している複数の第１外部パッド１４および複数の第２外部パッド１５と、を有している。配線導体３は、第１実装パッド１２および第１外部パッド１４を電気的に接続しており、第１の幅を有する複数の第１信号用導体１６と、第２実装パッド１３および第２外部パッド１５を電気的に接続しており、第１の幅よりも小さい第２の幅を有する複数の第２信号用導体１７と、を含んでいる。そして、平面透視で、複数の第１信号用導体１６の一部は、境界領域１０を挟んで位置している第１実装パッド１２および第１外部パッド１３を電気的に接続している。

これにより、第１実装パッド１２と、第１実装パッド１２がある実装領域９に隣接している境界領域１０または外部領域１１にある第１外部パッド１３とを接続するよりも、第１信号用導体１６の経路長を短くすることが可能になる。その結果、信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することが可能になる。

なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。

例えば図４において、２本の第１信号用導体１６が、互いに境界領域１０を挟んで位置する実装領域９と外部領域１１にかけて位置している場合を示した。この場合、２本の第１信号用導体１６は、例えばビアホール導体８あるいはスルーホール導体６によって中継されている。このような場合とは別に、１本の第１信号用導体１６が両領域にまたがる状態で位置していても構わない。この場合、中継が不要となるため、インピーダンス整合の調整が容易になる点で有利である。

１ コア用絶縁層
２ ビルドアップ用絶縁層
３ 配線導体
５ スルーホール
７ ビアホール
９ 実装領域
１０ 境界領域
１２ 第１実装パッド
１３ 第２実装パッド
１４ 第１外部パッド
１５ 第２外部パッド
１６ 第１信号用導体
１７ 第２信号用導体
２０ 配線基板

Claims (2)

1. 外周辺を有する積層された複数の絶縁層と、
   該絶縁層に位置している複数の貫通孔と、
   前記絶縁層の上下面および前記貫通孔内に位置している配線導体と、
   最上層の前記絶縁層上に、互いに４回対称の関係で間隔をあけて位置している４つの実装領域と、
   互いに隣接する前記実装領域の互いに対向する境界線を、該境界線の直近の前記外周辺まで延ばした延長線で挟まれた境界領域と、
   前記実装領域および前記境界領域以外の領域であって前記境界領域を介して互いに区分された４つの外部領域と、
   それぞれの前記実装領域に位置している複数の第１実装パッドと、
   それぞれの前記実装領域に位置している複数の第２実装パッドと、
   最下層の前記絶縁層下面に位置している複数の第１外部パッドと、
   最下層の前記絶縁層下面に位置している複数の第２外部パッドと、
   を有しており、
   前記配線導体は、前記第１実装パッドおよび前記第１外部パッドを電気的に接続する複数の第１信号用導体と、
   前記第２実装パッドおよび前記第２外部パッドを電気的に接続しており、前記第１信号用導体に伝送される信号よりも伝送速度の大きい信号の伝送に用いられる複数の第２信号用導体と、を含んでいるとともに、
   平面透視で、前記複数の第１信号用導体の一部は、前記境界領域を挟んで位置している前記第１実装パッドおよび前記第１外部パッドを電気的に接続しているとともに、前記複数の第２信号用導体は、前記境界領域を挟んで位置する前記実装領域と前記外部領域との間に跨って位置していないことを特徴とする配線基板。
2. 各々の前記実装領域内における前記第１実装パッドおよび前記第２実装パッドの配置は、４つの前記実装領域同士において４回対称の関係であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。

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