JP2000208885A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号用配線導体の近くに配線した貫通導体と
グランド導体層とで安定したグランドネットワークを形
成することが困難である。 【解決手段】 複数の絶縁層１ａ・１ｂを積層して成る
絶縁基体１に信号用配線導体３とそれに対して絶縁層１
ｂを介して対向するグランド導体層４ａとを配設すると
ともに、信号用配線導体３の両側にグランド導体層４ａ
に接続された多数の貫通導体５ａ・５ｂをその直径の0.
5 〜５倍の隣接間隔で分散して配設して成る配線基板で
あって、多数の貫通導体５ａ・５ｂは、信号用配線導体
３に沿ってその両側に１列ずつ並べて配設された第１の
貫通導体５ａと、それより外側の領域に分散して配設さ
れた、第１の貫通導体５ａよりも直径が大きい第２の貫
通導体５ｂとから成る。第２の貫通導体５ｂとグランド
導体層４ａとで安定したグランドネットワークを形成す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速で作動する半
導体素子や光半導体素子等の電子部品を搭載するための
配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速で作動する半導体素子や光半導体素
子等の電子部品を搭載するための配線基板においては、
高速の信号を正確かつ効率良く伝播させるために、高速
信号が伝播する信号用配線導体のアイソレーションを高
めたり特性インピーダンスの整合を図ったりすること等
が重要である。

【０００３】このような配線基板として例えば特許第27
96143 号公報には、信号が伝播する信号用配線導体（信
号線）のアイソレーション値を高めたり特性インピーダ
ンスの整合を図ったりするためのグランド導体層（グラ
ンド層）を基板の２つ以上の面に設けるとともに、これ
らのグランド層同士を信号用配線導体の近くに設けた多
数の貫通導体（ヴィアフィル）を介して接続して成る配
線基板が示されている。

【０００４】この配線基板では、貫通導体の周りに隙間
やクラックが発生したりすること等を防止するために貫
通導体の直径を0.05〜0.15ｍｍとしており、また貫通導
体形成領域部分の横断面における貫通導体の面積比を３
〜25％としている。そして、これらにより10ＧＨｚ前後
の高速信号を配線導体に伝播させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
配線基板は、貫通導体の直径が0.05〜0.15ｍｍと小さい
ことから、貫通導体のインダクタンスが大きなものとな
るとともに貫通導体とグランド導体層との接続信頼性が
低いものとなり、このためグランド導体層と貫通導体と
で安定したグランドネットワークを形成することができ
ず、例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を効率よく正確
に伝播させることが困難であるという問題点を有してい
た。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑み案出された
ものであり、その目的は貫通導体により信号用配線導体
のアイソレーションや特性インピーダンスの整合を良好
に確保するとともにのグランド導体層と貫通導体とで安
定したグランドネットワークを形成し、例えば10ＧＨｚ
を超える高速の信号を効率よく正確に伝播させることが
できる配線基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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体に高周波信号を伝播
するための信号用配線導体とこの信号用配線導体に対し
て前記絶縁層を介して対向するグランド導体層とを配設
するとともに、前記信号用配線導体の両側に前記グラン
ド導体層に接続された多数の貫通導体をこの貫通導体の
直径の0.5 〜５倍の隣接間隔で分散して配設して成る配
線基板であって、前記多数の貫通導体は、前記信号用配
線導体に沿ってその両側に１列ずつ並べて配設された第
１の貫通導体と、この第１の貫通導体より外側の領域に
分散して配設された、前記第１の貫通導体よりも直径が
大きい第２の貫通導体とから成ることを特徴とするもの
である。

【０００８】また、本発明の配線基板は、上記構成にお
いて、前記第１の貫通導体の直径が0.03〜0.15ｍｍであ
り、前記第２の貫通導体の直径が0.2 〜0.3 ｍｍである
ことを特徴とするものである。

【０００９】本発明の配線基板によれば、信号用配線導
体の両側に配設した、グランド導体層に接続された多数
の貫通導体を、信号用配線導体に沿ってその両側に１列
ずつ並べて配設された小径の第１の貫通導体と、信号用
配線導体に対して第１の貫通導体より外側の領域に分散
して配設された、第１の貫通導体よりも直径が大きい大
径の第２の貫通導体とにより構成したことから、信号用
配線導体に沿って設けられた第１の貫通導体はその直径
が小さい分、第１の貫通導体同士の隣接間隔を狭いもの
とすることができ、これにより第１の貫通導体によるシ
ールド性が高いものとなり、信号用配線導体のアイソレ
ーションや特性インピーダンス整合を良好なものとする
ことができる。また、第２の貫通導体はその直径が第１
の貫通導体よりも大きいため第２の貫通導体のインダク
タンスが小さくなるとともに第２の貫通導体とグランド
導体層との接続信頼性が高いものとなり、その結果、第
２の貫通導体とグランド導体層とで安定したグランドネ
ットワークを形成することができる。

【００１０】また、本発明の配線基板によれば、第１の
貫通導体の直径を0.03〜0.15ｍｍとした場合には、第１
の貫通導体同士の隣接間隔を狭くしつつ優れたシールド
性を有するものとすることができ、信号用配線導体のア
イソレーションや特性インピーダンス整合を極めて良好
なものとすることができる。また、第２の貫通導体の直
径を0.2 〜0.3 ｍｍとした場合には、第２の貫通導体の
インダクタンスを小さくしつつ第２の貫通導体とグラン
ド導体層との高い接続信頼性を有するものとすることが
でき、第２の貫通導体とグランド導体層とで極めて安定
したグランドネットワークを形成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面に基づ
いて説明する。

【００１２】図１は本発明の配線基板の実施の形態の一
例を示す上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における
断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線における断面図である。

【００１３】これらの図において、１は絶縁基体、３は
信号用配線導体、４ａ・４ｂはグランド導体層、５ａ・
５ｂは貫通導体である。

【００１４】なお、図１において、貫通導体５ａ・５ｂ
はグランド導体層４ｂの下に位置しているため破線で示
すべきであるが、作図の都合上、細い実線で示してい
る。

【００１５】絶縁基体１は、図２に示すように、酸化ア
ルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムラ
イト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・
ガラスセラミックス等の無機系絶縁材料、あるいはポリ
テトラフルオロエチレン・エポキシ・ポリイミド・ガラ
スエポキシ等の有機系絶縁材料、あるいはセラミックス
粉末等の無機絶縁物粉末をエポキシ系樹脂等の熱硬化性
樹脂で結合して成る複合絶縁材料などの電気絶縁材料か
ら成る複数の絶縁層を積層して成る。この例では平板状
の絶縁層１ａと枠状の絶縁層１ｂとが積層一体化されて
いる。そして、その上面中央部には、半導体素子等の電
子部品（図示せず）を収容するための電子部品搭載部と
しての凹部２が形成されている。

【００１６】絶縁基体１は、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、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・溶剤等を添加混合して泥漿状と
なすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用
してシート状となすことによって絶縁層１ａ・１ｂとな
るセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらセ
ラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すと
ともに上下に積層し、最後にこの積層体を還元雰囲気
中、約1600℃の温度で焼成することによって製作され
る。

【００１７】絶縁層１ａの上面には、ほぼその全面にわ
たってグランド導体層４ａが配設されており、このグラ
ンド導体層４ａの凹部２内に露出した部位に半導体素子
等の電子部品が搭載される。

【００１８】さらに、絶縁層１ｂの上面には、図１に示
すように、信号用配線導体３および信号用配線導体３間
にグランド導体層４ｂが配設されており、信号用配線導
体３およびグランド導体層４ｂの凹部２の周辺には半導
体素子等の電子部品の各電極がボンディングワイヤ等を
介して接続される。

【００１９】信号用配線導体３およびグランド導体層４
ａ・４ｂは、タングステンやモリブデン・モリブデン−
マンガン・銅・銀・銀−パラジウム等の金属粉末メタラ
イズ、あるいは銅・銀・ニッケル・クロム・チタン・金
やそれらの合金等の金属材料などから成る。例えばタン
グステンの金属粉末メタライズから成る場合であれば、
タングステン粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混
合して得た金属ペーストを絶縁層１ａ・１ｂとなるセラ
ミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、
これをセラミックグリーンシートの積層体とともに焼成
することによって、絶縁層１ａ・１ｂの上面に配設され
る。

【００２０】また、グランド導体層４ａと４ｂとは、図
１・図３に示すように、絶縁層１ｂを貫通して設けられ
た多数の第１の貫通導体５ａおよび第１の貫通導体５ａ
よりも直径が大きい第２の貫通導体５ｂにより電気的に
接続されている。

【００２１】第１の貫通導体５ａは、好適にはその直径
が0.03〜0.15ｍｍと小径であり、信号用配線導体３に沿
って信号用配線導体３の両側に１列ずつその直径の0.5
〜５倍の隣接間隔ｄ１をもって並べて配設されている。

【００２２】第１の貫通導体５ａは、信号用配線導体３
の両側を電磁的にシールドして信号用配線導体３のアイ
ソレーションを高めるとともに信号用配線導体３の特性
インピーダンスを整合させる作用をなし、その直径が比
較的小さいことからその隣接間隔ｄ１を狭いものとして
密に配設することができ、高周波に対して高いシールド
性を確保することができる。

【００２３】また、その直径を0.03〜0.15ｍｍとした場
合には、その隣接間隔ｄ１を0.015〜0.75ｍｍの狭いも
のとして密に配設することができ、例えば10ＧＨｚを超
える高周波に対して極めて優れたシールド性を確保する
ことができる。

【００２４】第１の貫通導体５ａは、その隣接間隔ｄ１
がその直径の２分の１（0.5 倍）未満となると、隣接す
る第１の貫通導体５ａの間の絶縁層１ｂにクラックが発
生しやすいものとなる傾向にある。一方、その隣接間隔
ｄ１がその直径の５倍を超えると、信号用配線導体３の
両側を良好にシールドすることが困難となる傾向にあ
る。したがって、第１の貫通導体５ａの隣接間隔ｄ１は
第１の貫通導体５ａの直径の0.5 〜５倍の範囲に特定さ
れる。

【００２５】また、第１の貫通導体５ａは、その直径が
0.03ｍｍ未満であると、第１の貫通導体５ａ自体を良好
に形成することが困難となる傾向にある。一方、その直
径が0.15ｍｍを超えると、第１の貫通導体５ａの隣接間
隔ｄ１を狭いものとして例えば10ＧＨｚを超える高周波
に対する高いシールド性を確保して良好なアイソレーシ
ョンや特性インピーダンスの整合を得ることが困難とな
る傾向にある。したがって、第１の貫通導体５ａの直径
は0.03〜0.15ｍｍの範囲に設定することが好ましい。

【００２６】なお、第１の貫通導体５ａは、その隣接間
隔ｄ１を信号用配線導体３によって伝播させる高周波信
号の波長の４分の１以下、さらに好適には８分の１以下
としておくと、信号用配線導体３のアイソレーションを
極めて高いものとすることができる。したがって、第１
の貫通導体５ａの隣接間隔ｄ１は、信号用配線導体３に
よって伝播させる高周波信号の波長の４分の１以下、さ
らに好ましくは８分の１以下としておくことが望まし
い。

【００２７】さらに、第１の貫通導体５ａは、信号用配
線導体３を挟む各列同士の間隔ｄ２を信号用配線導体３
によって伝播させる高周波信号の波長の２分の１以下と
しておくと、信号用配線導体３を伝播する高周波信号の
反射損を小さいものとすることができる。したがって、
信号用配線導体３を挟む第１の貫通導体５ａの各列同士
の間隔ｄ２は、信号用配線導体３によって伝播させる高
周波信号の２分の１以下としておくことが好ましい。

【００２８】一方、第２の貫通導体５ｂは、その直径が
第１の貫通導体５ａの直径よりも大きいものであり、信
号用配線導体３に対して第１の貫通導体５ａより外側の
領域に互いに直径の0.5 〜５倍の隣接間隔ｄ３をもって
ほぼ均等に分散して設けられている。

【００２９】第２の貫通導体５ｂは、グランド導体層４
ａと４ｂとを低いインダクタンスで接続することによっ
てグランドを強化する作用をなし、その直径が第１の貫
通導体よりも大きいことから、第２の貫通導体５ｂのイ
ンダクタンスが小さいものとなるとともに第２の貫通導
体５ｂとグランド導体層４ａ・４ｂとの接続信頼性が高
いものとなるため、第２の貫通導体５ｂとグランド導体
層４ａ・４ｂとで安定したグランドネットワークを形成
することができる。

【００３０】また、その直径を0.2 〜0.3 ｍｍとした場
合には、第２の貫通導体５ｂのインダクタンスを小さく
しつつグランド導体層４ａ・４ｂとの優れた接続信頼性
を有するものとできるため、第２の貫通導体５ｂとグラ
ンド導体層４ａ・４ｂとで極めて安定したグランドネッ
トワークを形成することができる。

【００３１】したがって、このような本発明の配線基板
によれば、信号用配線導体３中に例えば10ＧＨｚを超え
る高速の信号を損失少なくかつ正確に伝達させることが
容易となる。

【００３２】なお、第２の貫通導体５ｂは、隣接するも
の同士の間隔ｄ３がその直径の0.5倍未満となると、絶
縁層１ｂにクラックが発生しやすいものとなる傾向にあ
る。

【００３３】一方、５倍を超えると、グランド導体層４
ａと４ｂとを低インダクタンスで接続して安定したグラ
ンドネットワークを形成することが困難となる傾向にあ
る。したがって、第２の貫通導体５ｂ同士の隣接間隔ｄ
３は第２の貫通導体５ｂの直径の0.5 〜５倍の範囲に特
定される。

【００３４】また、第２の貫通導体５ｂは、その直径が
0.2 ｍｍ未満であると、第２の貫通導体５ｂのインダク
タンスが大きなものとなるとともに第２の貫通導体５ｂ
とグランド導体層４ａ・４ｂとの接続信頼性が低いもの
となり、その結果、グランド導体層４ａ・４ｂと第２の
貫通導体５ｂとで安定したグランドネットワークを形成
することが困難となる傾向にある。一方、その直径が0.
3 ｍｍを超えると、第２の貫通導体５ｂと絶縁層１ｂと
の熱膨張量等の差が大きなものとなり、第２の貫通導体
５ｂと絶縁層１ｂとの間に隙間が発生したり、絶縁層１
ｂにクラックが発生しやすいものとなる傾向にある。し
たがって、第２の貫通導体５ｂの直径は0.2 〜0.3 ｍｍ
の範囲に設定することが好ましい。

【００３５】なお、第１の貫通導体５ａおよび第２の貫
通導体５ｂは、タングステンやモリブデン・モリブデン
−マンガン・銅・銀・銀−パラジウム等の金属粉末メタ
ライズ、あるいは銅・銀・ニッケル・クロム・チタン・
金やそれらの合金等の金属材料などから成る。例えばタ
ングステンの金属粉末メタライズから成る場合であれ
ば、絶縁層１ｂとなるセラミックグリーンシートのグラ
ンド導体層４ｂが配設される領域に、焼成後の直径が例
えば0.03〜0.15ｍｍとなる貫通孔および焼成後の直径が
例えば0.2 〜0.3 ｍｍとなる貫通孔を所定の配列で打ち
抜くとともに、この貫通孔内にタングステン粉末を主成
分とする導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を
採用して充填し、これを絶縁基体１となるセラミックグ
リーンシートの積層体とともに焼成することによって形
成される。

【００３６】この場合、第１の貫通導体５ａおよび第２
の貫通導体５ｂとなる導体ペースト中に絶縁基体１と略
同一成分を絶縁基体１および貫通導体５ａ・５ｂの材料
特性に応じて適量含有させておくと、第１の貫通導体５
ａおよび第２の貫通導体５ｂの焼成収縮率や熱膨張係数
を絶縁基体１の焼成収縮率や熱膨張係数に近似させるこ
とができ、これにより両者の焼成収縮率や熱膨張係数の
相違に起因して第１の貫通導体５ａや第２の貫通導体５
ｂと絶縁層１ｂとの間に隙間が発生したり、あるいは絶
縁基体１にクラックが発生したりするのを有効に防止す
ることができる。したがって、第１の貫通導体５ａおよ
び第２の貫通導体５ｂとなる導体ペーストには、絶縁基
体１と略同一成分を適量含有させておくことが好まし
い。

【００３７】かくして、上述のような本発明の配線基板
によれば、絶縁基体１の凹部２の底面に半導体素子等の
電子部品を搭載するとともにこの電子部品の各電極を信
号用配線導体３およびグランド導体層４ｂにボンディン
グワイヤ等を介して接続することにより、高速で作動す
る電子部品を搭載する配線基板として供される。

【００３８】なお、本発明は上述の実施の形態の一例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲であれば種々の変更が可能である。例えば図４に要部
拡大断面図で示すように、信号用配線導体13の上下に絶
縁層11を介してグランド導体層14ａ・14ｂを設けるとと
もに、グランド導体層14ａと14ｂとを信号用配線導体13
に沿って１列に並べて設けられた小径の第１の貫通導体
15ａおよびその外側に分散して設けられた、第１の貫通
導体15ａよりも直径が大きい大径の第２の貫通導体15ｂ
で接続するようになした配線基板にも適用できる。

【００３９】また、図１〜図３に示した例では絶縁基体
１の上面の信号用配線導体３間にグランド導体層４ｂを
配設していたが、このグランド導体層４ａを配設しない
場合であっても、第１の貫通導体５ａによるシールド性
は高く、信号用配線導体３のアイソレーションや特性イ
ンピーダンス整合を良好なものとすることができ、また
第２の貫通導体５ｂとグランド導体層４ａとで安定した
グランドネットワークを形成することができる。

【００４０】また、信号用配線導体は、図１・図３に示
したようないわゆるグランド付コプレーナ線路構造の線
路導体や図４に示したようなストリップ線路構造の線路
導体の他にも、マイクロストリップ線路構造の線路導体
やマイクロストリップ線路構造の線路導体の片側のみに
コプレーナ線路と同様の同一面グランド導体層を設けた
ものなど、高周波用の線路導体を用いた種々の形態であ
ってよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、信号用配線
導体の両側に配設した、グランド導体層に接続された多
数の貫通導体を、信号用配線導体に沿って両側に１列ず
つ並べて配設された第１の貫通導体と、信号用配線導体
に対して第１の貫通導体より外側の領域に分散して配設
された、第１の貫通導体よりも直径が大きい第２の貫通
導体とにより構成したことから、信号用配線導体に沿っ
て設けられた第１の貫通導体はその直径が比較的小さい
分、第１の貫通導体同士の隣接間隔を狭いものとするこ
とができ、これにより第１の貫通導体によるシールド性
を高いものとすることができて、信号用配線導体のアイ
ソレーションや特性インピーダンス整合を良好なものと
することができる。また、第２の貫通導体はその直径が
第１の貫通導体の直径よりも大きいため第２の貫通導体
のインダクタンスが小さくなるとともに第２の貫通導体
とグランド導体層との接続信頼性が高いものとなり、そ
の結果、第２の貫通導体とグランド導体層とで安定した
グランドネットワークを形成することができる。

【００４２】また、本発明の配線基板によれば、第１の
貫通導体の直径を0.03〜0.15ｍｍとした場合には、第１
の貫通導体同士の隣接間隔を狭くしつつ優れたシールド
性を有するものとすることができ、信号用配線導体のア
イソレーションや特性インピーダンス整合を極めて良好
なものとすることができる。また、第２の貫通導体の直
径を0.2 〜0.3 ｍｍとした場合には、第２の貫通導体の
インダクタンスを小さくしつつ第２の貫通導体とグラン
ド導体層との高い接続信頼性を有するものとすることが
でき、第２の貫通導体とグランド導体層とで極めて安定
したグランドネットワークを形成することができる。

【００４３】したがって、本発明の配線基板によれば、
例えば10ＧＨｚを超える高速の信号を信号用配線導体に
よって効率良く、かつ正確に伝播させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平
面図である。

【図２】図１に示す配線基板のＡ−Ａ線における断面図
である。

【図３】図１に示す配線基板のＢ−Ｂ線における断面図
である。

【図４】本発明の配線基板の実施の形態の別の例を示す
要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・・・・・絶縁基体 １ａ、１ｂ、11・・・・・・・・絶縁層 ３、13・・・・・・・・・・・・信号用配線導体 ４ａ、４ｂ、14ａ、14ｂ・・・・グランド導体層 ５ａ、15ａ・・・・・・・・・・第１の貫通導体 ５ｂ、15ｂ・・・・・・・・・・第２の貫通導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E317 AA24 BB01 BB02 BB04 BB11 CC22 CC25 GG11 GG14 5E338 AA02 AA03 BB02 BB15 BB16 BB25 BB63 BB75 CC01 CC02 CC05 CC06 CD11 CD23 EE13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体に
   高周波信号を伝播するための信号用配線導体と該信号用
   配線導体に対して前記絶縁層を介して対向するグランド
   導体層とを配設するとともに、前記信号用配線導体の両
   側に前記グランド導体層に接続された多数の貫通導体を
   該貫通導体の直径の0.5 〜５倍の隣接間隔で分散して配
   設して成る配線基板であって、前記多数の貫通導体は、
   前記信号用配線導体に沿ってその両側に１列ずつ並べて
   配設された第１の貫通導体と、該第１の貫通導体より外
   側の領域に分散して配設された、前記第１の貫通導体よ
   りも直径が大きい第２の貫通導体とから成ることを特徴
   とする配線基板。
2. 【請求項２】 前記第１の貫通導体の直径が0.03〜0.15
   ｍｍであり、前記第２の貫通導体の直径が0.2 〜0.3 ｍ
   ｍであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。