JP3792422B2 - 電子部品搭載用配線基板 - Google Patents
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Description
【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2796143 号公報には、信号が伝播する配線導体(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が伝播する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開示されている。
【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というものである。
【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層との接続信頼性が低いものとなり、このためグランド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良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、貫通導体のインダクタンスを小さいものとするとともに貫通導体のグランド層との接続信頼性を高いものとして、グランド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良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】
本発明は、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体に配線導体およびグランド層ならびにこのグランド層に接続された多数の貫通導体を配設して成る配線基板であって、貫通導体は、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%とから成り、その直径が0.2 〜0.3 mmであるとともに隣接するもの同士の間隔が前記直径の0.5 〜5倍となるように配設されていることを特徴とするものである。
【0008】
本発明の配線基板によれば、グランド層とともにグランドネットワークを形成する貫通導体は、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%とから成ることから、貫通導体と絶縁基体との焼成収縮率および熱膨張係数が近似したものとなり、直径が0.2 〜0.3 mmの大径の貫通導体をその直径の0.5 〜5倍の隣接間隔で設けても、貫通導体と絶縁基体との間に隙間が発生したり絶縁基体にクラックが発生したりするようなことはない。そして、グランド層に接続された貫通導体はその直径が0.2 〜0.3 mmと大きく、かつ互いの隣接間隔が貫通導体の直径の0.5 〜5倍の密度で配設されていることから、貫通導体のインダクタンスが小さくなるとともに貫通導体とグランド層との接続信頼性が高いものとなり、その結果、貫通導体とグランド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。
【0009】
【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。
【0010】
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I−I線における断面図、図3は図1のII−II線における断面図である。
【0011】
これらの図において、1は絶縁基体、2は配線導体、3a・3bはグランド層、4は貫通導体である。
【0012】
なお、図1において、貫通導体4は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。
【0013】
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から成り、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成る。そして、その上面中央部には、半導体素子等の電子部品を収容するための凹部Aが形成されている。
【0014】
絶縁基体1は、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。
絶縁層1aの上面には、ほぼその全面にわたってグランド層3aが配設されており、このグランド層3aの凹部A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。
【0015】
さらに、絶縁層1bの上面には、図1に示すように、配線導体2およびグランド層3bが配設されており、配線導体2およびグランド層3bの凹部A周辺には半導体素子等の電子部品の各電極が例えばボンディングワイヤを介して接続される。
【0016】
配線導体2およびグランド層3a・3bは、タングステンやモリブデン等の高融点金属メタライズから成り、タングステン等の高融点金属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。
【0017】
また、グランド層3aと3b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貫通導体4により電気的に接続されている。
【0018】
貫通導体4は、その直径が0.2 〜0.3 mmであり、絶縁層1bのグランド層3bに対応する領域のほぼ全域にわたりその直径の0.5 〜5倍の隣接間隔dをあけて配設されている。
【0019】
貫通導体4は、その直径が0.2 〜0.3 mmと大きいことから、貫通導体4のインダクタンスが小さいものとなるとともに貫通導体4とグランド層3a・3bとの接続信頼性が高いものとなり、貫通導体4とグランド層3a・3b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。そして、絶縁層1bのグランド層3bに対応する領域のほぼ全域にわたりその直径の0.5 〜5倍の隣接間隔dをあけて配設されていることから、配線導体2のアイソレーションが極めて高いものとなるとともに配線導体2の特性インピーダンスの整合が良好となる。
【0020】
したがって、この配線基板によれば、配線導体2中に例えば10GHzを超える高速の信号を損失少なく正確に伝達させることが容易となる。
【0021】
なお、貫通導体4は、その直径が0.2 mm未満であると、貫通導体4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4とグランド層3a・3bとの接続信頼性が低いものとなり、その結果、グランド層3a・3bと貫通導体4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、0.3 mmを超えると、貫通導体4同士の隣接間隔dを狭く設けることが困難となる傾向にある。したがって、貫通導体4は、その直径が0.2 〜0.3 mmの範囲に特定される。
【0022】
さらに、貫通導体4は、隣接するもの同士の間隔dがその直径の0.5 倍未満となると、絶縁層1bに貫通導体4を設けることが困難となる傾向にある。一方、5倍を超えると、配線導体2のアイソレーションを高めたり配線導体2の特性インピーダンスの整合を良好とすることが困難となり易い傾向にある。したがって、貫通導体4同士の隣接間隔dは、貫通導体4の直径の0.5 〜5倍の範囲に特定される。
【0023】
そして、貫通導体4は、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と絶縁基体1と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%との焼結体から形成されている。
【0024】
貫通導体4は、絶縁層1aとなるセラミックグリーンシートのグランド層3bが配設される領域のほぼ全域に、焼成後の直径が0.2 〜0.3 mmとなる貫通孔を、この貫通孔の直径の0.5 〜5倍の隣接間隔で並ぶように打ち抜くとともにこの貫通孔内に、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量部と絶縁層1a・1bとなるセラミックグリーンシートに含まれる原料粉末または酸化アルミニウム粉末5〜60重量部とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た導体ペーストを充填し、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形成される。
【0025】
貫通導体4は、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と絶縁基体1と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%とから形成されていることから、焼成収縮率および熱膨張係数が絶縁基体1と近似したものとなる。そのため、直径が0.2 〜0.3 mmの貫通導体4をその直径の0.5 〜5倍の隣接間隔dで設けても、貫通導体4と絶縁基体1との間に隙間が発生したり絶縁基体1にクラックが発生したりするようなことはない。
【0026】
なお、貫通導体4に含まれるモリブデン粉末の平均粒径が0.5 μm未満では、貫通導体4となる導体ペースト中のモリブデン粉末が凝集を起こし、均質な貫通導体4を得ることが困難となる傾向にある。一方、4.0 μmを超えると貫通導体4の焼成収縮率が絶縁基体1の焼成収縮率に対して小さなものとなり絶縁基体1にクラックが発生し易いものとなる傾向にある。したがって、貫通導体4に含まれるモリブデン粉末の平均粒径は、0.5 〜4.0 μmの範囲に特定される。
【0027】
また、貫通導体4に含まれる絶縁基体1と同一成分または酸化アルミニウムは、貫通導体4の熱膨張係数を絶縁基体1に近似させる作用をなす。その含有量が5重量%未満では、貫通導体4の熱膨張係数が絶縁基体1の熱膨張係数に対して小さなものとなりすぎるため焼成の冷却工程において絶縁基体1にクラックが発生し易いものとなる。一方、60重量%を超えると、貫通導体4の電気抵抗が大きなものとなり、グランド層3aと3bとを貫通導体4により電気的に良好に接続することが困難となる傾向にある。したがって、貫通導体4に含まれる絶縁基体1と同一成分または酸化アルミニウムは、その含有量が5〜60重量%の範囲に特定され、特に貫通導体4をより安定して形成する観点から5〜30重量%の範囲が好ましい。
【0028】
なお、貫通導体4となる導体ペーストに含有される絶縁基体1と同一成分または酸化アルミニウム粉末としては、その平均粒径が0.5 〜5μm程度のものが使用される。
【0029】
かくして、本発明の配線基板によれば、絶縁基体1の凹部A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配線導体2およびグランド層3bにボンディングワイヤを介して接続することにより、電子部品を搭載する配線基板として供される。
【0030】
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、配線導体12の上下に絶縁層を介してグランド層13a・13bを設けるとともにグランド層13aと13bとを貫通導体14で接続するようになした配線基板にも適用できる。
【0031】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、グランド層に接続された貫通導体が、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%とから成ることから、貫通導体と絶縁基体との焼成収縮率および熱膨張係数が近似したものとなり、直径が0.2 〜0.3 mmの大径の貫通導体をその直径の0.5 〜5倍の隣接間隔で密接して設けても、貫通導体と絶縁基体との間に隙間が発生したり絶縁基体にクラックが発生したりするようなことはない。そして、グランド層に接続された貫通導体の直径が0.2 〜0.3 mmと大きく、かつ隣接間隔が貫通導体の直径の0.5 〜5倍の密度で配設されていることから、貫通導体のインダクタンスが小さくなるとともに貫通導体とグランド層との接続信頼性が高いものとなる。その結果、貫通導体とグランド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、例えば10GHzを超える高速の信号を効率良く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I−I線における断面図である。
【図3】図1に示す配線基板のII−II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
2、12・・・・・・・・・・・配線導体
3a、3b、13a、13b・・・グランド層
4、14・・・・・・・・・・・貫通導体
Claims (1)
- 酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体に複数の配線導体およびグランド層ならびに該グランド層に接続された多数の貫通導体を配設して成り、前記絶縁基体の上面に電子部品が搭載される凹部が設けられた電子部品搭載用配線基板であって、
前記多数の貫通導体は、平均粒径が0.5 〜4.0 μmのモリブデン粉末40〜95重量%と前記絶縁基体と同一成分または酸化アルミニウム5〜60重量%とから成り、その直径が0.2 〜0.3 mmであるとともに隣接するもの同士の間隔が前記直径の0.5 〜5倍となるように配設されており、
前記絶縁基体の前記上面および前記凹部の底面に前記グランド層が形成されているとともに、前記絶縁基体の前記上面に配設された前記複数の信号用配線導体間に、前記多数の貫通導体が平面的に分散されて配置されていることを特徴とする電子部品搭載用配線基板。
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