配線基板
【課題】信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供すること。
【解決手段】絶縁層１を貫通する貫通導体３Ｓと、絶縁層１の表面に貫通導体３Ｓを覆うランド部Ｌを有して配設された帯状の信号配線２Ｓと、絶縁層１の表面に信号配線２Ｓの周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体２Ｇまたは電源導体２Ｐと、を具備して成る配線基板であって、信号配線２Ｓは、ランド部Ｌの直径よりも広い幅で接地導体２Ｇまたは電源導体２Ｐとの間隔が一定である幅広部Ｗと、幅広部Ｗとランド部Ｌとの間を接続し、ランド部Ｌの直径よりも狭い幅で且つ信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部Ｎとを有する配線基板である。
【解決手段】絶縁層１を貫通する貫通導体３Ｓと、絶縁層１の表面に貫通導体３Ｓを覆うランド部Ｌを有して配設された帯状の信号配線２Ｓと、絶縁層１の表面に信号配線２Ｓの周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体２Ｇまたは電源導体２Ｐと、を具備して成る配線基板であって、信号配線２Ｓは、ランド部Ｌの直径よりも広い幅で接地導体２Ｇまたは電源導体２Ｐとの間隔が一定である幅広部Ｗと、幅広部Ｗとランド部Ｌとの間を接続し、ランド部Ｌの直径よりも狭い幅で且つ信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部Ｎとを有する配線基板である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を搭載するための小型の配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の内部および表面に複数の配線導体が配設されているとともに絶縁層を貫通する貫通導体により上下の配線導体同士が接続された多層配線構造をしている。絶縁基板の上面中央部には半導体素子の電極が半田バンプを介して電気的に接続される複数の半導体素子接続パッドが形成されており、絶縁基板の下面には外部電気回路基板の配線導体に半田ボールを介して電気的に接続される外部接続パッドが形成されている。これらの半導体素子接続パッドと外部接続パッドとは、所定のもの同士が絶縁基板の表面および内部に配設された配線導体および貫通導体により互いに電気的に接続されている。
【０００３】
このような配線基板における配線導体は、用途によって信号配線および接地導体および電源導体に機能化されている。このうち信号配線は、絶縁基板の中央部から外周部にかけて延びる帯状のパターンにより構成されており、半導体素子に入出力される電気信号を伝播させるための線路として機能する。また、接地導体および電源導体は、絶縁層上の広い面積を占めるベタパターンにより構成されており、配線基板に搭載される半導体素子に接地電位や電源電位を供給する供給路として機能する。さらにこれらの接地導体および電源導体は、信号配線との間に所定の間隔をあけて配設されることにより、信号配線に所定の特性インピーダンスを付与するとともに信号配線を電磁的にシールドする機能も有している。そして、これらの信号配線および接地導体および電源導体は、各絶縁層を貫通する貫通導体を介してそれぞれ対応する半導体素子接続パッドおよび外部接続パッドに接続されている。
【０００４】
ここで、従来の配線基板における信号配線および接地導体および電源導体の例を図４に示す。図４は、配線基板の内部における特定の層を部分的に示した平面図であり、１１が絶縁層、１２Ｓが信号配線、１２Ｇが接地導体、１２Ｐが電源導体である。また、１３Ｓ、１３Ｇ、１３Ｐは、図３に示した層の上層から接続される貫通導体の位置を示している。なお、この図における右側が配線基板の中央部側、左側が外周部側に対応している。
【０００５】
図４に示すように、信号配線１２Ｓは、幅が１００〜３５０程度の帯状のパターンであり、配線基板の内部における絶縁層１１上を配線基板の中央部から外周部にかけて延びている。信号配線１２Ｓにおける配線基板の中央部側の端部には上層からの貫通導体１３Ｓが接続されている。この信号配線１２Ｓを高速信号が伝播される。信号配線１２Ｓの周囲には、接地導体１２Ｇが信号配線１２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むようにして配設されている。接地導体１２Ｇは、広い面積のベタパターンであり、上層からの貫通導体１３Ｇが多数接続されている。このように接地導体１２Ｇが信号配線１２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むことにより、信号配線１２Ｓに所定の特性インピーダンスが付与されている。電源導体１２Ｐは、この層では円形のランドのみが存在し、接地導体１２Ｇからは所定の間隔をあけて絶縁されている。電源導体１２Ｐに対しては上層からの貫通導体１３Ｐが接続されている。
【０００６】
ところで、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部においては、接地導体１２Ｇとの間に形成される容量成分が大きいものとなる傾向がある。信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における接地導体１２Ｇとの間の容量成分が大きい場合、信号配線１２Ｓに例えば周波数が１０ＧＨｚ以上の高速信号を伝播させると、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部において信号が大きく反射して信号の伝送特性が大きく損なわれてしまう。そこで、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部の近傍において、信号配線１２Ｓの幅を狭くするとともに接地導体１２Ｇとの間隔を狭くすることにより、信号の伝送特性を改善することが行なわれている。
【０００７】
しかしながら、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとを良好に接続するためには、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部に、貫通導体１３Ｓの直径よりも５０〜１００μｍ程度大きなランド部Ｌを設ける必要があり、このランド部Ｌと接地導体１２Ｇとの間に大きな容量成分が形成される。そこで、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部近傍における信号配線１２Ｓと接地導体１２Ｇとの間隔を拡げることによりこれらの間の容量成分を低減することも考えられる。しかしながら、信号配線１２Ｓに接続される貫通導体１３Ｓの周囲に他の貫通導体１３Ｇや１３Ｐが近接して配設されている場合、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部近傍における信号配線１２Ｓと接地導体１２Ｇとの間隔を拡げることはできない。その結果、信号配線１２Ｓに例えば周波数が３０ＧＨｚ以上の超高速信号を伝播させると、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における接地導体１２Ｇとの間の容量成分の過多に起因する特性インピーダンスの低下により信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における信号の反射が大きくなり、周波数が３０ＧＨｚ以上の超高速信号を良好に伝播させることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１３３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、接地導体または電源導体により所定の間隔をあけて取り囲まれた帯状の信号配線の一端に貫通導体が接続されて成る配線基板において、信号配線と貫通導体との接続部における信号の反射を低減し、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の配線基板は、絶縁層を貫通する貫通導体と、絶縁層の表面に貫通導体を覆うランド部を有して配設された帯状の信号配線と、絶縁層の表面に信号配線の周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体または電源導体と、を具備して成る配線基板であって、信号配線は、ランド部の直径よりも広い幅で且つ接地導体または電源導体との間隔が一定である幅広部と、幅広部とランド部との間を接続し、ランド部の直径よりも狭い幅で且つ信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の配線基板によれば、信号配線における幅広部とランドとの間に、ランドの直径よりも狭い幅で且つ信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部を設けたことから、信号配線と貫通導体との接続部における容量成分の過多に起因する特性インピーダンスの低下を幅狭部により形成されるインダクタンス成分で補完して、信号の反射を抑えることができる。したがって、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波数の信号を効率よく伝送させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す要部概略平面図である。
【図３】図３は、本発明の配線基板および従来の配線基板に対応する解析モデルについて電磁界シミュレーターを用いてシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】図４は、従来の配線基板の例を示す要部概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を図１および図２を基に説明する。図１に示すように、本例の配線基板は、複数の絶縁層１が積層されて成る絶縁基板１Ａの表面および各絶縁層１の間に複数の配線導体２が配設されているとともに絶縁層１を貫通する貫通導体３により上下の配線導体２同士が接続された多層配線構造をしている。さらにその上下面には、配線導体２の一部を露出させる開口部を有するソルダーレジスト層４が被着されている。
【００１４】
絶縁層１は、例えばガラスクロスにアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成り、厚みが１００〜３５０μｍ程度である。このような絶縁層１は、ガラスクロスにアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂およびトリアリルイソシアヌレート等の架橋剤およびパーへキシン２５ＢやパーブチルＤ・パーブチルＰ等のジアルキルパーオキサイド類（有機過酸化物）等の重合開始剤から成る熱硬化性樹脂組成物を含浸させた未硬化のプリプレグを準備するとともにそのプリプレグに必要な加工を施した後、複数を積層して熱硬化させることにより形成される。
【００１５】
配線導体２は、例えば銅箔から成り、厚みが５〜２０μｍ程度である。このような配線導体２は、例えばポリエチレンテレフタレート等の樹脂から成る転写用基材シートの表面に銅箔を剥離可能な状態で貼着した後、その銅箔を周知のフォトリソグラフィー技術を用いて所定のパターンにエッチングし、そのエッチングされた銅箔を絶縁層１用のプリプレグの表面にプレスして埋入させた後、転写用機材シートを除去することによって形成される。
【００１６】
貫通導体３は、例えば錫と銀とビスマスと銅との合金から成る金属粉末を含む金属ペーストの硬化物から成り、直径が５０〜１００μｍ程度である。このような貫通導体３は、例えば、絶縁層１用のプリプレグにレーザ加工により直径が５０〜１００μｍ程度の貫通孔を穿孔するとともにその貫通孔内に錫と銀とビスマスと銅との合金から成る金属粉末とトリアリルイソシアヌレート等の液状の架橋剤とを混練した金属ペーストをスクリーン印刷法により充填し、それを絶縁層１用のプリプレグとともに熱硬化させることによって形成される。
【００１７】
ソルダーレジスト層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から成り、厚みが１０〜２０μｍ程度である。このようなソルダーレジスト層４は、配線導体２が配設された絶縁基板１Ａの上下面に感光性を有する熱硬化性樹脂組成物のペーストを１０〜２０μｍの厚みに塗布するとともに、配線導体２の一部を露出させる開口部を有するように露光および現像した後、熱硬化させることによって形成される。
【００１８】
絶縁基板１Ａの上面中央部には、半導体素子Ｓの電極Ｔが半田バンプを介して接続される複数の半導体素子接続パッド５が例えば格子状に配列されている。半導体素子接続パッド５は、最上層の配線導体２の一部をソルダーレジスト層４の開口部から円形状に露出させることにより形成されており、その直径は５０〜１００μｍ程度である。また、絶縁基板１Ａの下面には、外部の電気回路基板（不図示）に半田ボールを介して接続される複数の外部接続パッド６が例えば格子状に配列されている。外部接続パッド６は、最下層の配線導体２の一部をソルダーレジスト層４の開口部から円形状に露出させることにより形成されており、その直径は３００〜１０００μｍ程度である。そして、これらの半導体素子接続パッド５と外部接続パッド６とは所定のもの同士が配線導体２および貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００１９】
配線導体２は、用途によって信号配線および接地導体および電源導体に機能化されている。このうち信号配線は、絶縁基板１Ａの中央部から外周部にかけて延びる帯状のパターンにより構成されており、半導体素子Ｓに入出力される電気信号を伝播させるための線路として機能する。また、接地導体および電源導体は、絶縁層１上の広い面積を占めるベタパターンにより構成されており、配線基板に搭載される半導体素子Ｓに接地電位や電源電位を供給する供給路として機能する。さらにこれらの接地導体および電源導体は、信号配線との間に所定の間隔をあけて配設されることにより、信号配線に所定の特性インピーダンスを付与するとともに信号配線を電磁的にシールドする機能も有している。
【００２０】
ここで、本例における信号配線および接地導体および電源導体の例を図２に示す。図２は、絶縁基板１Ａの内部における特定の絶縁層１および配線導体２を部分的に示した平面図であり、２Ｓが信号配線、２Ｇが接地導体、２Ｐが電源導体である。また、３Ｓ、３Ｇ、３Ｐは、図２に示した層の上層から接続される貫通導体３の位置を示している。なお、この図における右側が配線基板の中央部側、左側が外周部側に対応している。
【００２１】
図２に示すように、信号配線２Ｓは、概ね帯状のパターンであり、絶縁基板１Ａの内部における絶縁層１上を配線基板の中央部から外周部にかけて延びている。この信号配線２Ｓを高速信号が伝播される。信号配線２Ｓにおける絶縁基板１Ａの中央部側の端部には円形状のランド部Ｌが設けられており、このランド部Ｌに上層からの貫通導体３Ｓが接続されている。ランド部Ｌは、その直径が上層からの貫通導体３Ｓの直径よりも５０〜１００μｍ程度大きなものとなっており、上層からの貫通導体３Ｓの下端を完全に覆うようになっている。
【００２２】
ランド部Ｌには、幅狭部Ｎが接続されている。幅狭部Ｎは、その幅がランド部Ｌの直径よりも狭く、ランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３程度であり、その長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さとなっている。この幅狭部Ｎは、このように幅がランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３程度と狭いことから、インダクタンス成分として作用する。
【００２３】
幅狭部Ｎには幅広部Ｗが接続されている。幅広部Ｗは、信号配線２Ｓの主要部分を占めており、その幅がランド部Ｌの直径よりも広く、１００〜３５０μｍ程度の幅となっている。このように信号配線２Ｓの主要部分である幅広部Ｗの幅が１００〜３５０μｍ程度と広いことにより、信号配線２に周波数が３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を大きな減衰なく伝播させることができる。
【００２４】
信号配線２Ｓの周囲には、接地導体２Ｇが信号配線２Ｓを５０〜３５０μｍの間隔をあけて取り囲むようにして配設されている。接地導体２Ｇは広い面積のベタパターンであり、上層からの貫通導体３Ｇが多数接続されている。このように接地導体２Ｇが信号配線２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むことにより、信号配線２Ｓに所定の特性インピーダンスが付与されている。なお、接地導体２Ｇと信号配線２Ｓとの間隔は、絶縁層１の誘電率や厚み、あるいは信号配線２Ｓの幅や厚み、他の層の導体層２との距離などを勘案して信号配線２Ｓの特性インピーダンスが所定の値となるように適宜決められる。電源導体２Ｐは、この層では円形のランドのみが存在し、接地導体２Ｇからは所定の間隔をあけて絶縁されている。電源導体２Ｐに対しては上層からの貫通導体３Ｐが接続されている。
【００２５】
そして本発明においては、貫通導体３Ｓが接続されるランド部Ｌと信号配線２Ｓの主要部分である幅広部Ｗとの間に、ランド部Ｌの直径よりも幅の狭い幅狭部Ｎが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さで形成されていることが重要である。このような幅狭部Ｎが形成されていることにより、ランド部Ｌおよび貫通導体３Ｓと接地導体２Ｇとの間に形成される容量成分の過多による特性インピーダンスの低下を幅狭部Ｎにより形成されるインダクタンス成分で補完することができる。それにより信号配線２Ｓに伝播される信号の周波数が３０ＧＨｚ以上の超高周波であったとしても、信号の反射を抑制し、信号配線２Ｓに信号を効率よく伝播させることができる。また、幅狭部Ｎの長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さとなっていることから、この幅狭部Ｎで信号が反射することが有効に防止される。
【００２６】
なお、幅狭部Ｎの幅がランド部Ｌの直径の４分の１未満であると、幅狭部Ｎの正確な形成が困難となり幅狭部Ｎで信号配線２Ｓの断線が発生してしまう危険性が大きくなり、４分の３を超えると、幅狭部Ｎに十分なインダクタンス成分を付与することができなくなる。したがって、幅狭部Ｎの幅はランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３の範囲であることが好ましい。また、幅狭部Ｎの長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１以上であると、幅狭部Ｎにおけるインピーダンスの上昇に起因して信号の反射が発生し、信号配線２Ｓに信号を効率よく伝播させることが困難となる。したがって、幅狭部Ｎの長さは、信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満に特定される。
【００２７】
ここで、図２に示した配線基板をモデル化した本発明に対応する解析モデルと、図４に示した配線基板をモデル化した従来技術に対応する解析モデルとを電磁界シミュレーターにより反射特性をシミュレーションした結果を図３に示す。図３において実線で示したグラフが本発明に対応する解析モデルの反射特性であり、破線で示したグラフが従来技術に対応する解析モデルの反射特性である。図３から分かるように、従来技術に対応する解析モデルでは３０ＧＨｚより低い周波数で反射損が−１５ｄＢを超えてしまい、３０ＧＨｚ以上の信号を良好に伝播させることができないことが分かる。これに対し、本発明に対応する解析モデルでは３０ＧＨｚにおいても反射損が−１５ｄＢを大きく下回り、３０ＧＨｚ以上の超高周波信号でも良好に伝播させることが可能である。
【００２８】
かくして、本発明の配線基板によれば、信号配線と貫通導体との接続部における信号の反射を低減し、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供することができる。なお、本発明は上述の実施形態の一例の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は可能である。例えば上述の一例では、信号配線２Ｓを接地導体２Ｇが取り囲むように配設していたが、接地導体２Ｇと電源導体２Ｐとを入れ替えて、信号配線２Ｓを電源導体２Ｐが取り囲むように配設してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１ 絶縁層
２Ｓ 信号配線
２Ｇ 接地導体
２Ｐ 電源導体
３ 貫通導体
Ｌ ランド部
Ｎ 幅狭部
Ｗ 幅広部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を搭載するための小型の配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の内部および表面に複数の配線導体が配設されているとともに絶縁層を貫通する貫通導体により上下の配線導体同士が接続された多層配線構造をしている。絶縁基板の上面中央部には半導体素子の電極が半田バンプを介して電気的に接続される複数の半導体素子接続パッドが形成されており、絶縁基板の下面には外部電気回路基板の配線導体に半田ボールを介して電気的に接続される外部接続パッドが形成されている。これらの半導体素子接続パッドと外部接続パッドとは、所定のもの同士が絶縁基板の表面および内部に配設された配線導体および貫通導体により互いに電気的に接続されている。
【０００３】
このような配線基板における配線導体は、用途によって信号配線および接地導体および電源導体に機能化されている。このうち信号配線は、絶縁基板の中央部から外周部にかけて延びる帯状のパターンにより構成されており、半導体素子に入出力される電気信号を伝播させるための線路として機能する。また、接地導体および電源導体は、絶縁層上の広い面積を占めるベタパターンにより構成されており、配線基板に搭載される半導体素子に接地電位や電源電位を供給する供給路として機能する。さらにこれらの接地導体および電源導体は、信号配線との間に所定の間隔をあけて配設されることにより、信号配線に所定の特性インピーダンスを付与するとともに信号配線を電磁的にシールドする機能も有している。そして、これらの信号配線および接地導体および電源導体は、各絶縁層を貫通する貫通導体を介してそれぞれ対応する半導体素子接続パッドおよび外部接続パッドに接続されている。
【０００４】
ここで、従来の配線基板における信号配線および接地導体および電源導体の例を図４に示す。図４は、配線基板の内部における特定の層を部分的に示した平面図であり、１１が絶縁層、１２Ｓが信号配線、１２Ｇが接地導体、１２Ｐが電源導体である。また、１３Ｓ、１３Ｇ、１３Ｐは、図３に示した層の上層から接続される貫通導体の位置を示している。なお、この図における右側が配線基板の中央部側、左側が外周部側に対応している。
【０００５】
図４に示すように、信号配線１２Ｓは、幅が１００〜３５０程度の帯状のパターンであり、配線基板の内部における絶縁層１１上を配線基板の中央部から外周部にかけて延びている。信号配線１２Ｓにおける配線基板の中央部側の端部には上層からの貫通導体１３Ｓが接続されている。この信号配線１２Ｓを高速信号が伝播される。信号配線１２Ｓの周囲には、接地導体１２Ｇが信号配線１２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むようにして配設されている。接地導体１２Ｇは、広い面積のベタパターンであり、上層からの貫通導体１３Ｇが多数接続されている。このように接地導体１２Ｇが信号配線１２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むことにより、信号配線１２Ｓに所定の特性インピーダンスが付与されている。電源導体１２Ｐは、この層では円形のランドのみが存在し、接地導体１２Ｇからは所定の間隔をあけて絶縁されている。電源導体１２Ｐに対しては上層からの貫通導体１３Ｐが接続されている。
【０００６】
ところで、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部においては、接地導体１２Ｇとの間に形成される容量成分が大きいものとなる傾向がある。信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における接地導体１２Ｇとの間の容量成分が大きい場合、信号配線１２Ｓに例えば周波数が１０ＧＨｚ以上の高速信号を伝播させると、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部において信号が大きく反射して信号の伝送特性が大きく損なわれてしまう。そこで、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部の近傍において、信号配線１２Ｓの幅を狭くするとともに接地導体１２Ｇとの間隔を狭くすることにより、信号の伝送特性を改善することが行なわれている。
【０００７】
しかしながら、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとを良好に接続するためには、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部に、貫通導体１３Ｓの直径よりも５０〜１００μｍ程度大きなランド部Ｌを設ける必要があり、このランド部Ｌと接地導体１２Ｇとの間に大きな容量成分が形成される。そこで、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部近傍における信号配線１２Ｓと接地導体１２Ｇとの間隔を拡げることによりこれらの間の容量成分を低減することも考えられる。しかしながら、信号配線１２Ｓに接続される貫通導体１３Ｓの周囲に他の貫通導体１３Ｇや１３Ｐが近接して配設されている場合、信号配線１２Ｓにおける貫通導体１３Ｓとの接続部近傍における信号配線１２Ｓと接地導体１２Ｇとの間隔を拡げることはできない。その結果、信号配線１２Ｓに例えば周波数が３０ＧＨｚ以上の超高速信号を伝播させると、信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における接地導体１２Ｇとの間の容量成分の過多に起因する特性インピーダンスの低下により信号配線１２Ｓと貫通導体１３Ｓとの接続部における信号の反射が大きくなり、周波数が３０ＧＨｚ以上の超高速信号を良好に伝播させることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１３３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、接地導体または電源導体により所定の間隔をあけて取り囲まれた帯状の信号配線の一端に貫通導体が接続されて成る配線基板において、信号配線と貫通導体との接続部における信号の反射を低減し、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の配線基板は、絶縁層を貫通する貫通導体と、絶縁層の表面に貫通導体を覆うランド部を有して配設された帯状の信号配線と、絶縁層の表面に信号配線の周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体または電源導体と、を具備して成る配線基板であって、信号配線は、ランド部の直径よりも広い幅で且つ接地導体または電源導体との間隔が一定である幅広部と、幅広部とランド部との間を接続し、ランド部の直径よりも狭い幅で且つ信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の配線基板によれば、信号配線における幅広部とランドとの間に、ランドの直径よりも狭い幅で且つ信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部を設けたことから、信号配線と貫通導体との接続部における容量成分の過多に起因する特性インピーダンスの低下を幅狭部により形成されるインダクタンス成分で補完して、信号の反射を抑えることができる。したがって、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波数の信号を効率よく伝送させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す要部概略平面図である。
【図３】図３は、本発明の配線基板および従来の配線基板に対応する解析モデルについて電磁界シミュレーターを用いてシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】図４は、従来の配線基板の例を示す要部概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を図１および図２を基に説明する。図１に示すように、本例の配線基板は、複数の絶縁層１が積層されて成る絶縁基板１Ａの表面および各絶縁層１の間に複数の配線導体２が配設されているとともに絶縁層１を貫通する貫通導体３により上下の配線導体２同士が接続された多層配線構造をしている。さらにその上下面には、配線導体２の一部を露出させる開口部を有するソルダーレジスト層４が被着されている。
【００１４】
絶縁層１は、例えばガラスクロスにアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成り、厚みが１００〜３５０μｍ程度である。このような絶縁層１は、ガラスクロスにアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂およびトリアリルイソシアヌレート等の架橋剤およびパーへキシン２５ＢやパーブチルＤ・パーブチルＰ等のジアルキルパーオキサイド類（有機過酸化物）等の重合開始剤から成る熱硬化性樹脂組成物を含浸させた未硬化のプリプレグを準備するとともにそのプリプレグに必要な加工を施した後、複数を積層して熱硬化させることにより形成される。
【００１５】
配線導体２は、例えば銅箔から成り、厚みが５〜２０μｍ程度である。このような配線導体２は、例えばポリエチレンテレフタレート等の樹脂から成る転写用基材シートの表面に銅箔を剥離可能な状態で貼着した後、その銅箔を周知のフォトリソグラフィー技術を用いて所定のパターンにエッチングし、そのエッチングされた銅箔を絶縁層１用のプリプレグの表面にプレスして埋入させた後、転写用機材シートを除去することによって形成される。
【００１６】
貫通導体３は、例えば錫と銀とビスマスと銅との合金から成る金属粉末を含む金属ペーストの硬化物から成り、直径が５０〜１００μｍ程度である。このような貫通導体３は、例えば、絶縁層１用のプリプレグにレーザ加工により直径が５０〜１００μｍ程度の貫通孔を穿孔するとともにその貫通孔内に錫と銀とビスマスと銅との合金から成る金属粉末とトリアリルイソシアヌレート等の液状の架橋剤とを混練した金属ペーストをスクリーン印刷法により充填し、それを絶縁層１用のプリプレグとともに熱硬化させることによって形成される。
【００１７】
ソルダーレジスト層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から成り、厚みが１０〜２０μｍ程度である。このようなソルダーレジスト層４は、配線導体２が配設された絶縁基板１Ａの上下面に感光性を有する熱硬化性樹脂組成物のペーストを１０〜２０μｍの厚みに塗布するとともに、配線導体２の一部を露出させる開口部を有するように露光および現像した後、熱硬化させることによって形成される。
【００１８】
絶縁基板１Ａの上面中央部には、半導体素子Ｓの電極Ｔが半田バンプを介して接続される複数の半導体素子接続パッド５が例えば格子状に配列されている。半導体素子接続パッド５は、最上層の配線導体２の一部をソルダーレジスト層４の開口部から円形状に露出させることにより形成されており、その直径は５０〜１００μｍ程度である。また、絶縁基板１Ａの下面には、外部の電気回路基板（不図示）に半田ボールを介して接続される複数の外部接続パッド６が例えば格子状に配列されている。外部接続パッド６は、最下層の配線導体２の一部をソルダーレジスト層４の開口部から円形状に露出させることにより形成されており、その直径は３００〜１０００μｍ程度である。そして、これらの半導体素子接続パッド５と外部接続パッド６とは所定のもの同士が配線導体２および貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００１９】
配線導体２は、用途によって信号配線および接地導体および電源導体に機能化されている。このうち信号配線は、絶縁基板１Ａの中央部から外周部にかけて延びる帯状のパターンにより構成されており、半導体素子Ｓに入出力される電気信号を伝播させるための線路として機能する。また、接地導体および電源導体は、絶縁層１上の広い面積を占めるベタパターンにより構成されており、配線基板に搭載される半導体素子Ｓに接地電位や電源電位を供給する供給路として機能する。さらにこれらの接地導体および電源導体は、信号配線との間に所定の間隔をあけて配設されることにより、信号配線に所定の特性インピーダンスを付与するとともに信号配線を電磁的にシールドする機能も有している。
【００２０】
ここで、本例における信号配線および接地導体および電源導体の例を図２に示す。図２は、絶縁基板１Ａの内部における特定の絶縁層１および配線導体２を部分的に示した平面図であり、２Ｓが信号配線、２Ｇが接地導体、２Ｐが電源導体である。また、３Ｓ、３Ｇ、３Ｐは、図２に示した層の上層から接続される貫通導体３の位置を示している。なお、この図における右側が配線基板の中央部側、左側が外周部側に対応している。
【００２１】
図２に示すように、信号配線２Ｓは、概ね帯状のパターンであり、絶縁基板１Ａの内部における絶縁層１上を配線基板の中央部から外周部にかけて延びている。この信号配線２Ｓを高速信号が伝播される。信号配線２Ｓにおける絶縁基板１Ａの中央部側の端部には円形状のランド部Ｌが設けられており、このランド部Ｌに上層からの貫通導体３Ｓが接続されている。ランド部Ｌは、その直径が上層からの貫通導体３Ｓの直径よりも５０〜１００μｍ程度大きなものとなっており、上層からの貫通導体３Ｓの下端を完全に覆うようになっている。
【００２２】
ランド部Ｌには、幅狭部Ｎが接続されている。幅狭部Ｎは、その幅がランド部Ｌの直径よりも狭く、ランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３程度であり、その長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さとなっている。この幅狭部Ｎは、このように幅がランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３程度と狭いことから、インダクタンス成分として作用する。
【００２３】
幅狭部Ｎには幅広部Ｗが接続されている。幅広部Ｗは、信号配線２Ｓの主要部分を占めており、その幅がランド部Ｌの直径よりも広く、１００〜３５０μｍ程度の幅となっている。このように信号配線２Ｓの主要部分である幅広部Ｗの幅が１００〜３５０μｍ程度と広いことにより、信号配線２に周波数が３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を大きな減衰なく伝播させることができる。
【００２４】
信号配線２Ｓの周囲には、接地導体２Ｇが信号配線２Ｓを５０〜３５０μｍの間隔をあけて取り囲むようにして配設されている。接地導体２Ｇは広い面積のベタパターンであり、上層からの貫通導体３Ｇが多数接続されている。このように接地導体２Ｇが信号配線２Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むことにより、信号配線２Ｓに所定の特性インピーダンスが付与されている。なお、接地導体２Ｇと信号配線２Ｓとの間隔は、絶縁層１の誘電率や厚み、あるいは信号配線２Ｓの幅や厚み、他の層の導体層２との距離などを勘案して信号配線２Ｓの特性インピーダンスが所定の値となるように適宜決められる。電源導体２Ｐは、この層では円形のランドのみが存在し、接地導体２Ｇからは所定の間隔をあけて絶縁されている。電源導体２Ｐに対しては上層からの貫通導体３Ｐが接続されている。
【００２５】
そして本発明においては、貫通導体３Ｓが接続されるランド部Ｌと信号配線２Ｓの主要部分である幅広部Ｗとの間に、ランド部Ｌの直径よりも幅の狭い幅狭部Ｎが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さで形成されていることが重要である。このような幅狭部Ｎが形成されていることにより、ランド部Ｌおよび貫通導体３Ｓと接地導体２Ｇとの間に形成される容量成分の過多による特性インピーダンスの低下を幅狭部Ｎにより形成されるインダクタンス成分で補完することができる。それにより信号配線２Ｓに伝播される信号の周波数が３０ＧＨｚ以上の超高周波であったとしても、信号の反射を抑制し、信号配線２Ｓに信号を効率よく伝播させることができる。また、幅狭部Ｎの長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満の長さとなっていることから、この幅狭部Ｎで信号が反射することが有効に防止される。
【００２６】
なお、幅狭部Ｎの幅がランド部Ｌの直径の４分の１未満であると、幅狭部Ｎの正確な形成が困難となり幅狭部Ｎで信号配線２Ｓの断線が発生してしまう危険性が大きくなり、４分の３を超えると、幅狭部Ｎに十分なインダクタンス成分を付与することができなくなる。したがって、幅狭部Ｎの幅はランド部Ｌの直径の４分の１〜４分の３の範囲であることが好ましい。また、幅狭部Ｎの長さが信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１以上であると、幅狭部Ｎにおけるインピーダンスの上昇に起因して信号の反射が発生し、信号配線２Ｓに信号を効率よく伝播させることが困難となる。したがって、幅狭部Ｎの長さは、信号配線２Ｓを伝播する信号の波長の４分の１未満に特定される。
【００２７】
ここで、図２に示した配線基板をモデル化した本発明に対応する解析モデルと、図４に示した配線基板をモデル化した従来技術に対応する解析モデルとを電磁界シミュレーターにより反射特性をシミュレーションした結果を図３に示す。図３において実線で示したグラフが本発明に対応する解析モデルの反射特性であり、破線で示したグラフが従来技術に対応する解析モデルの反射特性である。図３から分かるように、従来技術に対応する解析モデルでは３０ＧＨｚより低い周波数で反射損が−１５ｄＢを超えてしまい、３０ＧＨｚ以上の信号を良好に伝播させることができないことが分かる。これに対し、本発明に対応する解析モデルでは３０ＧＨｚにおいても反射損が−１５ｄＢを大きく下回り、３０ＧＨｚ以上の超高周波信号でも良好に伝播させることが可能である。
【００２８】
かくして、本発明の配線基板によれば、信号配線と貫通導体との接続部における信号の反射を低減し、信号配線に３０ＧＨｚ以上の超高周波の信号を効率よく伝送させることが可能な配線基板を提供することができる。なお、本発明は上述の実施形態の一例の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は可能である。例えば上述の一例では、信号配線２Ｓを接地導体２Ｇが取り囲むように配設していたが、接地導体２Ｇと電源導体２Ｐとを入れ替えて、信号配線２Ｓを電源導体２Ｐが取り囲むように配設してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１ 絶縁層
２Ｓ 信号配線
２Ｇ 接地導体
２Ｐ 電源導体
３ 貫通導体
Ｌ ランド部
Ｎ 幅狭部
Ｗ 幅広部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を貫通する貫通導体と、前記絶縁層の表面に前記貫通導体を覆うランド部を有して配設された帯状の信号配線と、前記絶縁層の表面に前記信号配線の周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体または電源導体と、を具備して成る配線基板であって、前記信号配線は、前記ランド部の直径よりも広い幅で且つ前記接地導体または電源導体との間隔が一定である幅広部と、該幅広部と前記ランド部との間を接続し、前記ランド部の直径よりも狭い幅で且つ前記信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部とを有することを特徴とする配線基板。
【請求項１】
絶縁層を貫通する貫通導体と、前記絶縁層の表面に前記貫通導体を覆うランド部を有して配設された帯状の信号配線と、前記絶縁層の表面に前記信号配線の周囲を所定の間隔をあけて取り囲むように配設された接地導体または電源導体と、を具備して成る配線基板であって、前記信号配線は、前記ランド部の直径よりも広い幅で且つ前記接地導体または電源導体との間隔が一定である幅広部と、該幅広部と前記ランド部との間を接続し、前記ランド部の直径よりも狭い幅で且つ前記信号配線を伝播する信号の波長の４分の１未満の長さの幅狭部とを有することを特徴とする配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６９７３０（Ｐ２０１３−６９７３０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５４０６（Ｐ２０１１−２０５４０６）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（３０４０２４８９８）京セラＳＬＣテクノロジー株式会社 (213)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（３０４０２４８９８）京セラＳＬＣテクノロジー株式会社 (213)
【Ｆターム（参考）】
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