JP2013098184A

JP2013098184A - 実装基板および電子装置

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Publication number: JP2013098184A
Application number: JP2011236457A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Takemura; 邦之武村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】配線基板と電子部品との電気的接続において、高周波特性に関して向上されたものとする。
【解決手段】実装基板は電子部品３の搭載部１ａおよび信号導体層１ｂを含む上面を有している配線基板１と、搭載部１ａの周辺に配置されており、信号導体層１ｂと電子部品３を電気的に接続するための配線層２ａを含む主面を有している中継基板２とを備えており、主面は斜面からなる。本実施形態による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、中継基板２の配線層２ａが直線状に形成されるものとなり、配線層２ａにおいて高周波信号の急激な伝搬方向の変化はなく、配線層における高周波信号が劣化するのを低減するものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、実装基板および電子装置に関するものである。

近年、通信速度の高速化および通信容量の増大に伴い従来の電気信号を利用する通信に変わり、レーザーダイオードと光ファイバーを用いた光通信が用いられるようになってきており、レーザーダイオードを実装するための実装基板および電子装置が用いられている。

このような実装基板および電子装置は、光通信の用途において需要が高まりつつあり、より高速で大容量の信号を伝送することが要求されている。より高速で大容量の信号を伝送する方法として、より高い周波数の信号を用いて信号を伝送させる方法がある。

その方法の１つとして、特許文献１に示す例のように、ビア接続の中継基板を用いることでワイヤボンディング無しで中継基板の厚み分高い位置に信号を伝え、ボンディングワイヤ長さを短くして高周波特性を改善したものがある。

特開２００８−１８７６７０号公報

しかしながら、特許文献１の例のようにすると、配線導体とビアとの間における高周波信号の急激な伝搬方向の変化によって伝送線路の不連続性が生じ、配線導体とビアとの接続部において高周波信号の反射が発生していた。その結果、配線導体とビアとの接続部において、高周波信号の反射損失が大きくなって高周波信号が劣化するという問題点を有していた。

本発明の一つの態様による実装基板は、電子部品の搭載部および信号導体層を含む上面を有している配線基板と、前記搭載部の周辺に配置されており、前記信号導体層と前記電子部品を電気的に接続するための配線層を含む主面を有している中継基板とを備えており、前記主面は斜面からなるとともに、前記主面の上端部が前記搭載部の近傍に位置しており、前記主面の下端部が前記信号導体層の近傍に位置していることを特徴とする。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成の実装基板と、前記配線基板の前記搭載部に搭載されており、前記中継基板の前記配線層に電気的に接続された電子部品を備えていることを特徴とする。

本発明の一つの態様による実装基板において、電子部品の搭載部および信号導体層を含む上面を有している配線基板と、搭載部の周辺に配置されており、信号導体層と電子部品を電気的に接続するための配線層を含む主面を有している中継基板とを備えており、主面は斜面からなるとともに、主面の上端部が搭載部の近傍に位置しており、主面の下端部が信号導体層の近傍に位置している。本発明の一つの態様による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、中継基板の配線層が直線状に形成されるものとなり、配線
層において高周波信号の急激な伝搬方向の変化はなく、配線層における高周波信号が劣化するのを低減するものとなる。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成の実装基板と、前記配線基板の前記搭載部に搭載されており、前記中継基板の前記配線層に電気的に接続された電子部品を備えていることによって、高周波特性に関して良好なものとなる。

（ａ）は本発明の一つの実施形態における電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は図１（ａ）に示された電子装置において符号Ｂによって示された部分の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は本発明の一つの実施形態における電子装置の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は本発明の一つの実施形態における電子装置の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）および、図２（ａ）、（ｂ）に拡大図で示されているように、本発明の実施形態における電子装置は、実装基板と、実装基板に搭載された電子部品３とを含んでいる。

実装基板は、配線基板１と中継基板２とを備えている。

配線基板１は、電子部品３の搭載部１ａおよび信号導体層１ｂを含む上面を有している。

中継基板２は、搭載部１ａの周辺に配置されており、信号導体層１ｂと電子部品３を電気的に接続するための配線層２ａを含む主面を有している。

配線基板１は、高周波信号を効率良く伝達するために信号導体層１ｂと接地導体がグランド付きコプレナー構造となるように上面接地導体層１ｄ、下面接地導体層１ｅ、ビア導体１ｆが形成されており、さらに搭載部１ａに搭載される電子部品３に電源を供給するための電源導体層１ｇが形成されている。

図１に示された例において、実装基板は電子部品３の搭載部１ａおよび信号導体層１ｂを含む上面を有している配線基板１と、搭載部１ａの周辺に配置されており、信号導体層１ｂと電子部品３を電気的に接続するための配線層２ａを含む主面を有している中継基板２とを備えており、中継基板２の主面は斜面からなるものである。本実施形態による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、中継基板２の配線層２ａが直線状に形成されるものとなり、配線層２ａにおいて高周波信号の急激な伝搬方向の変化はなく、配線層における高周波信号が劣化するのを低減するものとなる。

また、本実施形態による実装基板は、中継基板２の主面の上端部が電子部品３の搭載部１ａの近傍に位置しており、中継基板２の主面の下端部が信号導体層１ｂの近傍に位置し
ている。本実施形態による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、配線基板１の信号導体層１ｂと中継基板２の配線層２ａとの接続および電子部品３と中継基板２の配線層２ａとの接続を行う場合にインピーダンスを乱す原因となるボンディングワイヤを短くすることができるようになる。したがって、インピーダンスの乱れが小さい状態で電子部品と接続できるので、高周波特性に関して向上されている。

なお、中継基板２の斜面は、中継基板２の下面と成す角度が０度より大きく３０度以下の傾きであれば、配線層２ａに対してワイヤボンディングを行う場合に影響が低いので、直線状の斜面で良いが、それを超えるとワイヤボンディング性が低下するので、ワイヤボンディングする領域は水平に近い角度としたほうがよい。

図１に示された例において、本実施形態による電子装置は、上記構成の実装基板と、実装基板に搭載された電子部品３を備えていることによって、高周波特性に関して向上されている。通常、電源導体層１ｇと電子部品３はボンディングワイヤ４で接続され、配線基板１上には終端抵抗が配置され電子部品３と接続されている。

次に、図１に示された本実施形態における実装基板および電子装置の作成方法について、以下に説明を行う。

配線基板１の基材となる絶縁基板１ｃは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスを含む絶縁材料から成るものである。

絶縁基板１ｃは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成される場合には、以下の方法により製作される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの原材料粉末に適当な有機バインダおよび溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法等によってシート状に成形し、複数のセラミックグリーンシートを作製する。

次に、セラミックグリーンシートのビアが形成される所定位置に金型等を用いた打ち抜き加工やレーザ加工によって貫通孔を形成するとともに、貫通孔に導体ペーストを充填する。また、必要に応じてスクリーン印刷法等によってセラミックグリーンシートの所定位置に導体ペーストを形成する。導体ペーストは、タングステン，モリブデン，モリブデン−マンガン合金等の金属粉末と適当な樹脂バインダおよび溶剤とを混練することにより作製される。レーザ加工によって貫通孔を形成する場合は、金型による加工のように耐久性を考慮した形状とする必要が無く、用途に応じて最適の形状を決定することができるので好ましい。

次に、これらセラミックグリーンシートを重ね合わせて圧着して積層体を作製し、この積層体を1500℃〜1600℃程度の高温で焼成することによって配線基板が作製される。

絶縁基板１ｃがガラスセラミックスから成る場合であれば、セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結収縮しない、アルミナ等を主成分とする拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、拘束グリーンシートによりセラミックグリーンシートの積層面方向の焼結収縮が抑えられて収縮ばらつきの小さい配線基板１が得られる。

また、絶縁基板１ｃが1300℃程度で焼成できる低温焼成基板の場合には、銅粉末や銀粉末の金属粉末と適当な樹脂バインダおよび溶剤とを混練して作製される導体ペーストを各セラミックグリーンシートの所定位置に形成して重ね合わせ、銅や銀の融点以上の焼成温度で焼成する場合は、導体ペースト中の銅粉末もしくは銀粉末は互いに溶融し溶着しあう
ために、接触抵抗が減少することで熱伝導率がより高くなるので好ましい。

信号導体層１ｂは、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る薄膜導体層や、銀（Ａｇ）や銀パラジウム(Ａｇ−Ｐｄ)を用いた厚膜導体層で形成できるが、薄膜導体層とすると高精度なパターンを形成できるので好ましい。薄膜導体層の場合であれば、蒸着法，スパッタリング法，イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって各層を形成する。密着金属層は、セラミックス等から成る基体１との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうち少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは０．０１〜０．２μｍ程度が好ましい。密着金属層の厚みが０．０１〜０．２μｍであると成膜時の内部応力によって基体１から剥離しにくいものとなり、密着金属層を基体１により強固に密着することが可能となる。

また、拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは０．０５〜１μｍ程度が好ましい。拡散防止層の厚みが０．０５〜１μｍであるとピンホール等の欠陥が発生しにくいものとなり、また成膜時の内部応力によって密着金属層から剥離しにくいものとなり、拡散防止層を密着金属層により強固に密着することが可能となる。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は基体１との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。

さらに、主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは０．１〜５μｍ程度が好ましい。主導体層の厚みが０．１〜５μｍであると主導体層の電気抵抗が大きいものとはならず、配線導体１ｃに要求される電気抵抗を満足できるものとなる。また成膜時の内部応力によって拡散防止層から剥離しにくいものとなり、主導体層を拡散防止層により強固に密着することが可能となる。なお、Ａｕは貴金属で高価であることから、低コスト化の点でなるべく薄く形成することが好ましい。また、Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。

接地導体層である上面接地導体層１ｄおよび下面接地導体層１ｅは、信号導体層１ｂと同様の材料および形成方法で作成すればよく、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る薄膜導体層や、銀（Ａｇ）や銀パラジウム(Ａｇ−Ｐｄ)を用いた厚膜導体層で形成できるが、薄膜導体層とすると高精度なパターンを形成できるので好ましい。なお、上面接地導体層１ｄの一部分は平面方向において信号導体層１ｂを所定の間隔をおいて挟むように形成されてコプレナー構造となっており、信号導体層１ｂがほぼ一定のインピーダンスとなっている。また、上面接地導体層１ｄと下面接地導体層１ｅとは、ビア導体１ｆにより電気的に接続されている。

中継基板２は、配線基板１と同様な材料と製造工程で作成できる。

中継基板２の基材となる絶縁基板１ｃは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスを含む絶縁材料から成るものである。

配線層２ａは、信号導体層１ｂと同様の材料および形成方法で作成すればよく、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る薄膜導体層や、銀（Ａｇ）や銀パラジウム(Ａｇ−Ｐｄ)を用いた厚膜導体層で形成できるが、
薄膜導体層とすると高精度なパターンを形成できるので好ましい。薄膜導体層の場合であれば、蒸着法，スパッタリング法，イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって各層を形成する。密着金属層は、セラミックス等から成る基体１との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうち少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは０．０１〜０．２μｍ程度が好ましい。また、拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは０．０５〜１μｍ程度が好ましい。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は基体１との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。さらに、主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは０．１〜５μｍ程度が好ましい。

図２（ａ）、（ｂ）に示された例において、本実施形態による電子装置は、上面接地導体層１ｄと電気的に接続された接地導体層２ｂがコプレナー構造となるように配線層２ａの両側に形成しており、中継基板２の配線層２ａがほぼ一定のインピーダンスとなっている。

また、中継基板２が斜面に配線層２ａと接地導体層２ｂを形成したコプレナー構造であるものとするには、平板状の絶縁基体に配線層２ａと接地導体層２ｂとなる導体層を形成した後、絶縁基体の裏面を斜めに切断必要に応じて絶縁基体の側面を切断することによって作成すれば良い。

接地導体層２ｂは、信号導体層１ｂと同様の材料および形成方法で作成すればよく、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る薄膜導体層や、銀（Ａｇ）や銀パラジウム(Ａｇ−Ｐｄ)を用いた厚膜導体層で形成できるが、薄膜導体層とすると高精度なパターンを形成できるので好ましい。

コプレナー構造の中継基板２は、絶縁性の接合材を介して配線基板１に接合されている。

電子部品３は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子やフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子である。電子部品３は、配線基板１の主面に実装されている。電子部品３は、上面接地導体層１ｄ上に設けられており、ボンディングワイヤ４によって信号導体層１ｂに電気的に接続されている。

本実施形態の実装基板において、電子部品３の搭載部１ａおよび信号導体層１ｂを含む上面を有している配線基板１と、搭載部１ａの周辺に配置されており、信号導体層１ｂと電子部品３を電気的に接続するための配線層２ａを含む主面を有している中継基板２とを備えており、中継基板２の主面は斜面からなるものである。本実施形態による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、中継基板２の配線層２ａが直線状に形成されるものとなり、配線層２ａにおいて高周波信号の急激な伝搬方向の変化はなく、配線層における高周波信号が劣化するのを低減するものとなる。

本実施形態による実装基板において、中継基板２の主面の上端部が電子部品３の搭載部１ａの近傍に位置しており、中継基板２の主面の下端部が信号導体層１ｂの近傍に位置している。本実施形態による実装基板は、このような構成を含んでいることによって、配線基板１の信号導体層１ｂと中継基板２の配線層２ａとの接続および電子部品３と中継基板
２の配線層２ａとの接続を行う場合にインピーダンスを乱す原因となるボンディングワイヤを短くすることができるようになる。したがって、インピーダンスの乱れが小さい状態で電子部品と接続できるので、高周波特性に関して向上されている。

本実施形態による電子装置において、上記構成の実装基板と、配線基板１の搭載部１ａに搭載されており、中継基板２の配線層２ａに電気的に接続された電子部品３を備えていることによって、高周波特性に関して良好なものとなる。

（第２の実施形態）
図３（ａ）、（ｂ）に示された例において、本実施形態による電子装置は、配線基板１の信号導体層１ｂおよび上面接地導体層１ｄと中継基板２の配線層２ａおよび接地導体層２ｂをボンディングワイヤー４の代わりにろう材等からなる導電性の接続材５で接続すると、配線基板１と中継基板２の接続部でのインピーダンスの乱れをより小さくできるようになるので好ましい。なお、信号導体層１ｂと配線層２ａとの接続部付近で、配線幅が他の部分より幅が狭くなるように形成すると接続材５で接続する時に接続部の配線厚みが厚くなることによってインピーダンスが低下することを防ぐことができるので好ましい。また、中継基板２の直下は下面接地導体層１ｅを未形成とすると、中継基板２のコプレナー構造に与える下面接地導体層１ｅの影響を小さくできるようになり、配線層２ａのインピーダンスの設計が容易になるので好ましい。

（第３の実施形態）
図４（ａ）、（ｂ）に示された例において、本実施形態による電子装置は、中継基板２の配線層２ａの下面付近の配線基板１の絶縁基板１ｃに凹部１ｈを形成すると、中継基板２のコプレナー構造に与える下面接地導体層１ｅの影響をより小さくできるようになるので、配線層２ａのインピーダンスの設計が容易になるので好ましい。

（第４の実施形態）
図２〜図４では中継基板２においてコプレナー構造の例を示しているが、配線層２ａのインピーダンスを整合させるために、図５（ａ）、（ｂ）のように斜面を持った導電性のスペーサ２ｄを上面接地導体層１ｄ上に導電性の接合材で接合し、スペーサ２ｄの斜面上にマイクロストリップ構造とした平板状の基板を導電性の接合材で接合してもよい。この場合は構造は複雑になるが、配線層２ａは配線基板１のグランドの影響を受けにくいものとなり、設計が容易になるので好ましい。

１・・・・・配線基板
１ａ・・・・搭載部
１ｂ・・・・信号導体層
１ｃ・・・・絶縁基板
１ｄ・・・・上面接地導体層
１ｅ・・・・下面接地導体層
１ｆ・・・・ビア導体
１ｇ・・・・電源導体層
１ｈ・・・・凹部
２・・・・・中継基板
２ａ・・・・配線層
２ｂ・・・・接地導体層
２ｃ・・・・絶縁基体
２ｄ・・・・スペーサ
３・・・・・電子部品
４・・・・・ボンディングワイヤ
５・・・・・接続材

Claims

電子部品の搭載部および信号導体層を含む上面を有している配線基板と、
前記搭載部の周辺に配置されており、前記信号導体層と前記電子部品を電気的に接続するための配線層を含む主面を有している中継基板とを備えており、
前記主面は斜面からなるとともに、前記主面の上端部が前記搭載部の近傍に位置しており、前記主面の下端部が前記信号導体層の近傍に位置していることを特徴とする実装基板。
請求項１に記載された実装基板と、
前記配線基板の前記搭載部に搭載されており、前記中継基板の前記配線層に電気的に接続された電子部品を備えていることを特徴とする電子装置。