JP4360617B2

JP4360617B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4360617B2
Application number: JP2003428253A
Authority: JP
Inventors: 貴志井上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005191142A

Description

本発明は、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。

一般に、移動体通信機器に代表されるような電子機器の小型化、薄型化の要求に伴い、このような電子機器に使用される半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板にも小型化、薄型化、多端子化が求められてきている。そして、そのような小型化、薄型化、多端子化を実現するための配線基板として、外部電気回路基板上に半田バンプを介して表面実装可能としたボールグリッドアレイパッケージ（ＢＧＡ）用やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）用の配線基板が実用化されている。

このようなＢＧＡ用やＣＳＰ用の配線基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板の上面に電子部品の電極が半田を介して接続される電子部品接続用パッドが設けられているとともに絶縁基板の下面に外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続される外部接続用パッドが設けられている。そして、これらの電子部品接続用パッドと外部接続用パッドとを電気的に接続するための配線導体が絶縁基板の絶縁層を貫通して上下に延びるとともに各絶縁層間を水平に延びるように配設されている。

そして、このような配線基板によれば、絶縁基板上に電子部品を、その電極が電子部品接続用パッドに半田を介して接続されるようにして搭載することにより電子装置となり、この電子装置は、その外部接続用パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより外部電気回路基板上に実装されるとともに搭載する電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

このような配線基板における配線導体は、用途によって信号用と接地用と電源用の配線導体に機能化されている。

このうち信号用の配線導体は、半導体素子等の電子部品と外部電気回路基板との間で電気信号を伝播させるための導電路として機能し、絶縁層間を絶縁基板の中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるようにして延びる複数の細い帯状の配線導体を有するとともに、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ており、さらに、絶縁層を貫通する貫通導体により信号用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに接続されている。

また、接地用の配線導体や電源用の配線導体は、配線基板に搭載される電子部品にそれぞれ接地電位や電源電位を供給するための供給路としての機能を有しているとともに信号用の配線導体に対する電磁シールド機能や特性インピーダンスの調整機能を有しており、信号用の配線導体が形成された絶縁層の層間にその外周部から中央部に向けて信号用の導体層の間に端部を有して延在するように形成された広面積の導体層や絶縁層を挟んで信号用の配線導体と対向するように配置された広面積の導体層を有するとともに、絶縁層を貫通する貫通導体によりそれぞれ接地用や電源用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに接続されている。

なお、このような配線基板においては、信号用の配線導体は、同じ絶縁層を挟んだ上下の絶縁層の層間にそれぞれその中央部から外周部にかけて形成されることがある。
特開平１１−１３５６７６号公報

しかしながら、近時、半導体素子等の高集積化に伴い、信号用の配線導体の数が増加してきているとともに、配線基板の小型、高密度化に伴い、各絶縁層の中央部における信号用の配線導体の隣接間隔が狭いものとなってきている。そのため、信号用の配線導体が形成された絶縁層の層間にその外周部から中央部に向けて信号用の導体層の間に端部を有して延在するように接地用または電源用の導体層が形成される場合、絶縁層の中央領域では信号用の配線導体同士の間隔が狭く、接地用または電源用の配線導体が入り込む余地がないことから、接地用または電源用の導体層が信号用の配線導体の間の途中までしか入り込めない場合がある。その場合、絶縁層の層間では信号用の配線導体が存在する中央部に接地用または電源用の導体層が存在しない部位が形成される。

そして、同じ絶縁層を挟んだ上下の絶縁層の層間のうち、一方の絶縁層の層間にその中央部から外周部に向けて複数の信号用の配線導体が互いの間隔が拡がるように形成されているとともに、その層間の外周部から中央部に向けて信号用の配線導体の間の途中まで接地用または電源用の導体層が形成されており、かつ他方の絶縁層の層間にその中央部から外周部にかけて高周波の信号を伝播させるための配線導体が形成されている場合、他方の絶縁層の層間に形成された信号用の配線導体は、一方の絶縁層の層間に形成された接地用または電源用の導体層と絶縁層の中央部位では対向せず、外周部位では対向した状態となり、一方の絶縁層の層間に形成された接地用または電源用の導体層と対向しない部位と対向する部位とでその特性インピーダンスが変わってしまう。このように特性インピーダンスが途中で変わる配線導体に例えば５ＧＨｚ以上の高周波信号を伝播させると、信号の反射や減衰が起こり、その反射や減衰のために信号用の配線導体を伝播する高周波信号の正常な伝播が阻害されて配線基板に搭載する半導体素子等の電子部品を正常に作動させることができないという問題点を有していた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、同じ絶縁層を挟んだ上下の絶縁層の層間のうち、一方の絶縁層の層間にその中央部から外周部に向けて複数の信号用の配線導体が互いの間隔が拡がるように形成されているとともに、その層間の外周部から中央部に向けて信号用の配線導体の間の途中まで接地用または電源用の導体層が形成されており、かつ他方の絶縁層の層間にその中央部から外周部にかけて高周波の信号を伝播させるための配線導体が形成された配線基板において、他方の絶縁層の層間に形成された信号用の配線導体に周波数が５ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させた場合であっても、その信号用の配線導体で信号の反射や減衰が起こることがなく、信号用の配線導体に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に作動させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、絶縁層と、該絶縁層の一方主面にその中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がる領域を有する複数の第１信号用配線導体と、前記絶縁層の前記一方主面で、且つ前記第１信号用配線導体の間の部位に、前記一方主面の外周部から中央部に向けて途中まで形成された接地用または電源用の導体層と、前記絶縁層の他方主面にその中央部から外周部にかけて形成された第２信号用配線導体と、を具備しており、前記絶縁層の前記他方主面に設けられた前記第２信号用配線導体が、前記絶縁層の前記一方主面に設けられた前記導体層及び前記第１信号用配線導体と平面視して重畳しないように配置されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、絶縁層と、該絶縁層の一方の主面にその中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるように形成された複数の第１の配線導体と、前記一方の主面の前記第１の配線導体の間の部位に前記一方の主面の外周部から中央部に向けて途中まで形成された接地用または電源用の導体層と、前記絶縁層の他方の主面にその中央部から外周部にかけて形成された第２の配線導体とを具備し、前記一方の主面における前記第２の配線導体と対向する部位に前記導体層が存在しないことから、前記第２の配線導体はその全部が前記導体層と対向することはなく、そのため特性インピーダンスが一定に保たれる。したがって、第２の配線導体に周波数が５ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させた場合であっても、第２の配線導体で信号の反射や減衰が起こることがなく、第２の配線導体に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に動作させることが可能な配線基板を提供することができる。

次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態を、半導体素子を搭載するための配線基板に適用した場合の例を示す断面図であり、図中、１は絶縁基板、２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の電子部品接続用パッド、３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の外部接続用パッド、４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれ信号用，接地用，電源用の配線導体である。

なお、本例では、ガラス織物に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層１ａの上下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂを３層ずつ積層して絶縁基板１を形成しており、最表層の絶縁層１ｂはソルダーレジスト層である。また、絶縁基板１の上面にはそれぞれ信号用、接地用および電源用の電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃが形成されているとともに絶縁基板１の下面にはそれぞれ信号用、接地用および電源用の外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃが縦横の並びに配列形成されており、絶縁基板１の上面から下面にかけてはそれぞれ対応する電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃと外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃとを互いに電気的に接続する信号用、接地用および電源用の配線導体４ａ，４ｂ，４ｃが配設されている。

絶縁層１ａは、本例の配線基板の芯体となる部材であり、例えばガラス繊維束を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．１〜１ｍｍ程度の複数の貫通孔５を有している。そして、その上下面には配線導体４ａ，４ｂ，４ｃの一部を構成する導体層および各貫通孔５の内面には円筒状の貫通導体が被着されており、絶縁層１ａ上下面の導体層同士が貫通孔５内の貫通導体を介して電気的に接続されている。

このような絶縁層１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁シートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、絶縁層１ａ上下面の導体層は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの上下全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔５内面の貫通導体は、絶縁層１ａに貫通孔５を設けた後に、この貫通孔５内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁層１ａは、その貫通孔５の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱６が充填されている。樹脂柱６は、貫通孔５を塞ぐことにより貫通孔５の直上および直下に各絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔５内にスクリーン印刷法により充填し、それを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱６を含む絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂがそれぞれ３層ずつ積層されている。

絶縁層１ａの上下面に積層された各絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔７を有している。これらの各絶縁層１ｂは、配線導体４ａ，４ｂ，４ｃを高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、最表層の絶縁層１ｂを除く各絶縁層１ｂの表面には配線導体４ａ，４ｂ，４ｃの一部を構成する導体層が被着されているとともに貫通孔７内には貫通導体が被着されている。そして、上層の導体層と下層の導体層とが貫通孔７内の貫通導体を介して電気的に接続されることにより立体的な高密度配線が可能となっている。このような各絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂から成る絶縁フィルムを絶縁層１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工により貫通孔７を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁樹脂層を順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂの表面の導体層および貫通孔７内の貫通導体は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔７内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。

また、絶縁基板１の上面に形成された電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃおよび絶縁基板１の下面に形成された外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは、厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜から成り、それぞれ電子部品の電極および外部電気回路基板の配線導体と各配線導体４ａ，４ｂ，４ｃとを電気的に接続するための接続用電極として機能する。そして、それぞれの露出表面には半田８ａ，８ｂが接合されており、電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃには半田８ａを介して電子部品の各電極が接続され、外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃには半田８ｂを介して外部電気回路基板の配線導体が接続される。このような電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃおよび外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは、絶縁層２ｂの表面に公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法により銅めっき膜を所定のパターンに被着させることにより形成され、その表面に半田ペーストを塗布するとともにそれをリフローすることにより半田８ａ，８ｂが接合される。なお、電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃは直径が５０〜１００μｍ程度の円形であり、外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃは直径が２００〜５００μｍ程度の円形である。

これらの電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃと外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃとを接続するようにして絶縁基板１の上面から下面にかけて配設された信号用、接地用および電源用の各配線導体４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ電子部品の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁層１ｂの各層間毎にそれぞれの機能に応じた配線導体のパターンを有するように配設されている。

本例の配線基板においては、例えば図２に要部平面図で示すように、ある絶縁層１ｂの層間には、信号用の配線導体４ａの一部として絶縁層１ｂの中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるように延びる複数の細い帯状の第１の配線導体４ａ１が形成されているとともに、接地用の配線導体４ｂの一部として絶縁層１ｂの外周部から中央部に向けて第１の配線導体４ａ１の間の途中まで延在する導体層４ｂ１が形成されている。第１の配線導体４ａ１は信号用の伝送線路であり、絶縁基板１の中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がるように形成されることにより絶縁基板１の上面中央部に形成された信号用の電子部品接続用パッド２ａと絶縁基板１の下面外周部に形成された信号用の外部接続用パッド３ａとが接続可能となる。また、導体層４ｂ１は、接地用の電位を安定して供給するとともに第１の配線導体４ａ１の間に延在することにより第１の配線導体４ａ１の電磁的なシールドを強化する機能を為す。

さらに、これらの第１の配線導体４ａ１および導体層４ｂ１が形成された絶縁層１ｂの次の層間には、図３に要部平面図で示すように、信号用の配線導体４ａの一部として絶縁層１ｂの中央部から外周部に向けて延びる細い帯状の第２の配線導体４ａ２が形成されている。この第２の配線導体４ａ２は、高周波の信号を伝播させるための導電路であり、例えば５ＧＨｚ以上の高周波信号が伝播される。

なお、図２および図３においては、その上側が絶縁基板１の外周部側を示し、その下側が絶縁基板１の中央部側を示している。また、図２および図３は、本例の配線基板の同じ箇所を同じ側から見た要部平面図であり、簡略のために配線導体として図２においては第１の配線導体４ａ１および導体層４ｂ１のみを、図３においては第２の配線導体４ａ２のみを示している。

なお、本例の配線基板においては、図２に示すように、導体層４ｂ１には、第２の配線導体４ａ２に対向する部位に導体層４ｂ１が存在しない切欠き部Ｃが形成されている。このように、導体層４ｂ１には、第２の配線導体４ａ２に対応する部位に導体層４ｂ１が存在しない切欠き部Ｃが形成されていることから、図３に図２を重ねて透視した透視図である図４に示すように、第２の配線導体４ａ２は、その全部が導体層４ｂ１と対向することはなく、そのため第２の配線導体４ａ２の特性インピーダンスが一定に保たれる。したがって、第２の配線導体４ａ２に周波数が５ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させた場合であっても、第２の配線導体４ａ２で信号の反射や減衰が起こることがなく、第２の配線導体４ａ２に高周波の信号が良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に動作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、切欠き部Ｃの幅が第２の配線導体４ａ２の幅よりも片側に１０μｍ未満広い場合には、第２の配線導体４ａ２と導体層４ｂ１との間の電磁的な結合が大きなものとなって第２の配線導体４ａ２の特性インピーダンスが不均一となってしまう危険性が大きくなる。したがって切欠き部Ｃの幅は、第２の配線導体４ａ２の幅よりも両側にそれぞれ１０μｍ以上広いことが好ましく、さらには両側にそれぞれ第２の配線導体４ａ２の幅以上広いことがより好ましい。

かくして、本発明の配線基板によれば、絶縁基板１の上面に電子部品をその電極が半田８ａを介して各電子部品接続用パッド２ａ，２ｂ，２ｃに接続されるようにして搭載することにより電子装置となり、この電子装置における外部接続用パッド３ａ，３ｂ，３ｃを外部電気回路基板の配線導体に半田８ｂを介して接続することにより電子装置が外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する電子部品の各電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

なお、本発明は上述の実施の形態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は可能であり、例えば上述の実施の形態例では導体層４ｂ１が接地用の導体層である例を示したが、この導体層は電源用の導体層であってもよい。

本発明の配線基板を実施するための最良の形態例を示す断面図である。本発明の配線基板の一つの絶縁層の層間を示す要部平面図である。図２に示した次の絶縁層の層間を示す要部平面図である。図３に図２を重ねて透視した透視図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：絶縁層
４ａ１：第１の配線導体
４ｂ１：接地または電源用の導体層
４ａ２：第２の配線導体

Claims

絶縁層と、
該絶縁層の一方主面にその中央部から外周部に向けて互いの間隔が拡がる領域を有する複数の第１信号用配線導体と、
前記絶縁層の前記一方主面で、且つ前記第１信号用配線導体の間の部位に、前記一方主面の外周部から中央部に向けて途中まで形成された接地用または電源用の導体層と、
前記絶縁層の他方主面にその中央部から外周部にかけて形成された第２信号用配線導体と、
を具備しており、
前記絶縁層の前記他方主面に設けられた前記第２信号用配線導体が、前記絶縁層の前記一方主面に設けられた前記導体層及び前記第１信号用配線導体と平面視して重畳しないように配置されていることを特徴とする配線基板。
請求項１に記載の配線基板において、
前記絶縁層の一方主面のうち、前記第２信号用配線導体に対向する部位を対向領域とすると、
前記導体層は、前記第１信号用配線導体と前記対向領域との間に、前記一方主面の外周部から中央部に向かって形成された延在部を有することを特徴とする配線基板。
請求項１に記載の配線基板と、
前記配線基板に搭載された電子部品と、
を具備した電子装置。