KR101843381B1 - 배선 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배선 기판은 절연 기판과, 절연 기판의 하면에 형성된 차동 신호용의 외부 접속 패드 및 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드와, 절연 기판에 형성된 관통 도체를 구비하고, 각 외부 접속 패드가 이차원적인 배열로 형성되어 있고, 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치가 상기 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치보다 작고, 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드에 접속되는 상기 관통 도체의 배열 피치가 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치이하이다.

Description

배선 기판{WIRING BOARD}
본 발명은 반도체 집적회로 소자 등의 반도체 소자를 탑재하기 위한 배선 기판에 관한 것이다.
도 3에 의거하여 반도체 소자(S')를 탑재하기 위한 종래의 배선 기판(B)을 설명한다. 배선 기판(B)은 관통구멍(32)을 갖는 절연판(31)의 상하면에 비아홀(34)을 갖는 복수의 절연층(33)이 적층된 절연 기판(30)을 구비한다. 이러한 배선 기판은 예를 들면 일본 특허 공개 2014-82393호 공보에 기재되어 있다.
절연 기판(30)의 표면 및 내부에는 복수의 도체(35a,35b)가 배치되어 있다. 도체(35a)는 차동 신호용의 도체이다. 도체(35b)는 접지 또는 전원용의 도체이다. 관통구멍(32)내에는 관통 도체(36a,36b)가 피착되어 있다. 관통 도체(36a)는 차동 신호용의 관통 도체이다. 관통 도체(36b)는 접지 또는 전원용의 관통 도체이다.
비아홀(34)내에는 비아홀 도체(37a,37b)가 충전되어 있다. 비아홀 도체(37a)는 차동 신호용의 비아홀 도체이다. 비아홀 도체(37b)는 접지 또는 전원용의 비아홀 도체이다.
절연 기판(30)의 상면 중앙부에는 복수의 반도체 소자 접속 패드(38a,38b)가 형성되어 있다. 반도체 소자 접속 패드(38a)는 차동 신호용의 반도체 소자 접속 패드이다. 반도체 소자 접속 패드(38b)는 접지 또는 전원용의 반도체 소자 접속 패드이다. 반도체 소자 접속 패드(38a,38b)는 반도체 소자(S')의 전극에 땜납을 통해 전기적으로 접속된다.
절연 기판(30)의 하면에는 외부 접속 패드(39a,39b)가 형성되어 있다. 외부 접속 패드(39a)는 차동 신호용의 외부 접속 패드이다. 외부 접속 패드(39b)는 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드이다. 외부 접속 패드(39a,39b)는 외부 전기 회로 기판의 배선 도체에 땜납을 통해 접속된다.
또한, 최표층의 절연층(33) 및 도체(35a,35b)의 표면에는 솔더 레지스트층(40)이 피착되어 있다. 상면측의 솔더 레지스트층(40)은 반도체 소자 접속 패드(38a,38b)의 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖고 있다. 하면측의 솔더 레지스트층(40)은 외부 접속 패드(39a,39b)의 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖고 있다.
이 배선 기판(B)은 차동 신호용의 전송 경로와, 접지 또는 전원용의 전송 경로를 구비하고 있다. 차동 신호용의 전송 경로는 반도체 소자 접속 패드(38a)와 외부 접속 패드(39a)를 도체(35a), 관통 도체(36a) 및 비아홀 도체(37a)를 통해 서로 접속하고 있다. 차동 신호용의 전송 경로에 있어서는 한쌍의 전송 경로가 서로 인접하도록 해서 설치된다. 외부 접속 패드(39a)의 중심부에 관통 도체(36a) 및 비아홀 도체(37a)가 접속되어 있다. 한편, 접지 또는 전원용의 전송 경로는 반도체 소자 접속 패드(38b)와 외부 접속 패드(39b)를 도체(35b), 관통 도체(36b) 및 비아홀 도체(37b)를 통해 서로 접속하고 있다.
차동 신호는 고주파 전송에 있어서의 전기적 로스가 적은 전송 형태이며, 고주파 신호를 전송하는 형태로서 유용하다. 그런데, 배선 기판(B)은 차동 신호용의 전송 경로에 있어서, 그 특성 임피던스가 가능한 한 100Ω 가깝게 되도록 설계되어 있다. 차동 신호용의 전송 경로를 구성하는 도체(35a)나 관통 도체(36a) 또는 비아홀 도체(37a)의 각 부분에 있어서의 임피던스의 값이 가능한 한 100Ω에 가깝고, 그 전송선로에 있어서의 임피던스값의 차가 작은 것이 바람직하다. 그것에 의해 신호의 반사가 억제되어서 고주파 신호를 효율적으로 전송할 수 있다.
배선 기판(B)에 있어서는 외부 접속 패드(39a,39b)의 직경은 통상 640㎛정도로 설정되어 있다. 인접하는 외부 접속 패드(39a,39b)끼리의 배열 피치는 통상 1mm정도로 설정되어 있다. 외부 접속 패드(39a,39b)의 직경을 640㎛정도로 해서 외부 접속 패드와 외부 전기 회로 기판의 배선 도체의 접속 면적을 크게 함으로써 배선 기판(B)과 외부 전기 회로 기판의 접속 신뢰성을 향상시키고 있다. 외부 접속 패드(39a,39b)의 배열 피치를 1mm정도로 크게 함으로써 서로 인접하는 외부 접속 패드(39a,39b)끼리의 전기적인 절연 신뢰성을 확보하고 있다.
그러나, 종래의 배선 기판(B)에 있어서는 외부 접속 패드(39a,39b)의 직경이 640㎛정도로 크기 때문에 인접하는 차동 신호용의 외부 접속 패드(39a)끼리의 사이에서 정전용량이 커진다. 그 때문에 이들 차동 신호용의 외부 접속 패드(39a)의 부분에서는 임피던스의 값이 100Ω보다 작아지는 경향이 있다.
반대로, 차동 신호용의 외부 접속 패드(39a)의 중심부에 접속된 관통 도체(36a)에 있어서는 그 배치 피치가 1mm정도로 크기 때문에 인접하는 차동 신호용의 관통 도체(36a)끼리의 사이에서 정전용량이 저하되어 임피던스의 값이 100Ω보다 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 차동 신호용의 외부 접속 패드(39a)와 관통 도체(36a) 사이에서 임피던스의 부정합이 생겨서 신호의 반사가 커지고, 고주파 신호를 효율적으로 전송할 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명의 과제는 고주파 신호의 반사를 억제해서 신호를 효율적으로 전송시키는 것이 가능한 배선 기판을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 배선 기판은 절연 기판과, 절연 기판의 하면에 형성된 서로 인접하는 적어도 한쌍의 차동 신호용의 외부 접속 패드 및 복수의 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드와, 상기 절연 기판에 형성되고, 상기 각 외부 접속 패드에 전기적으로 접속되는 관통 도체를 구비하고, 상기 각 외부 접속 패드가 이차원적인 배열로 형성되어 있고, 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치가 상기 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치보다 작고, 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드에 접속되는 상기 관통 도체의 배열 피치가 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치이하이다.
본 발명의 실시형태에 따른 배선 기판에 의하면, 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치가 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치보다 작게 형성되어 있다. 이 때문에, 인접하는 차동 신호용의 외부 접속 패드끼리의 사이의 정전용량을 작게 함으로써 임피던스의 값을 높여서 100Ω에 가깝게 할 수 있다. 또한, 차동 신호용의 외부 접속 패드에 접속되는 관통 도체의 배열 피치가 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치이하이다. 이 때문에, 인접하는 차동 신호용의 관통 도체끼리의 사이의 정전용량을 크게 함으로써 임피던스의 값을 내려서 100Ω에 가깝게 할 수 있다.
따라서, 차동 신호용의 외부 접속 패드와 관통 도체 사이에서 임피던스의 부정합을 억제해서 신호의 반사를 작게 함으로써, 고주파 신호를 효율적으로 전송하는 것이 가능한 배선 기판을 제공할 수 있다. 외부 접속 패드에 차지하는 차동 신호용의 외부 접속 패드의 수의 비율은 약 1∼2할정도이기 때문에 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경을 작게 해도, 배선 기판과 외부 전기 회로 기판의 접속 신뢰성에의 영향은 적다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 배선 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 배선 기판의 요부 확대 단면도이다.
도 3은 종래의 배선 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
일실시형태에 따른 배선 기판을 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다. 도 1에 나타내는 배선 기판(A)은 관통구멍(12)을 갖는 절연판(11)의 상하면에 비아홀(14)을 갖는 복수의 절연층(13)이 적층된 절연 기판(10)을 구비한다.
절연판(11)은 배선 기판(A)의 코어 기판이 되는 부재이다. 절연판(11)은 예를 들면 유리 섬유 다발을 종횡으로 짜 넣은 유리 직물에 에폭시 수지나 비스말레이미드트리아진 수지 등의 열경화성 수지를 함침시킨 전기 절연 재료로 형성된다. 절연판(11)의 두께는 0.3∼1.5mm정도이다. 관통구멍(12)의 직경은 0.1∼0.3mm정도이다.
절연판(11)의 상하면에 적층된 각 절연층(13)은 빌드업 절연층이다. 절연층(13)은 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 산화 규소 분말 등의 무기절연물 필러를 30∼70질량%정도 분산시킨 절연재료로 형성된다. 각 절연층(13)은 각각의 두께가 20∼60㎛정도이다. 각 절연층(13)의 상면으로부터 하면에 걸쳐지는 직경이 30∼100㎛정도의 복수의 비아홀(14)이 형성되어 있다.
절연 기판(10)의 표면 및 내부에는 복수의 도체(15a,15b)가 배치되어 있다. 도체(15a)는 차동 신호용의 도체이다. 도체(15b)는 접지 또는 전원용의 도체이다. 도체(15a,15b)는 예를 들면 구리로 형성된다. 도체(15a,15b)의 두께는 5∼50㎛정도이다.
관통구멍(12)내에는 관통 도체(16a,16b)가 피착되어 있다. 관통 도체(16a)는 차동 신호용의 관통 도체이다. 관통 도체(16b)는 접지 또는 전원용의 관통 도체이다. 관통 도체(16a,16b)는 예를 들면 구리로 형성된다. 관통 도체(16a,16b)의 두께는 5∼25㎛정도이다. 관통 도체(16a,16b)가 피착된 관통구멍(12)의 내부에는 수지가 충전되어 있다.
비아홀(14)내에는 비아홀 도체(17a,17b)가 충전되어 있다. 비아홀 도체(17a)는 차동 신호용의 비아홀 도체이다. 비아홀 도체(17b)는 접지 또는 전원용의 비아홀 도체이다. 비아홀 도체(17a,17b)는 예를 들면 구리로 형성된다.
절연 기판(10)의 상면 중앙부에는 복수의 반도체 소자 접속 패드(18a,18b)가 형성되어 있다. 반도체 소자 접속 패드(18a,18b)는 도체(15a,15b)의 일부로 형성된다. 이들 반도체 소자 접속 패드(18a,18b)는 이차원적인 배열로 형성되어 있다. 반도체 소자 접속 패드(18a)는 차동 신호용의 반도체 소자 접속 패드이다. 반도체 소자 접속 패드(18b)는 접지 또는 전원용의 반도체 소자 접속 패드이다. 반도체 소자 접속 패드(18a,18b)는 반도체 소자(S)의 전극에 땜납을 통해 전기적으로 접속된다.
절연 기판(10)의 하면에는 외부 접속 패드(19a,19b)가 형성되어 있다. 외부 접속 패드(19a,19b)는 도체(15a,15b)의 일부로 형성된다. 이들 외부 접속 패드(19a,19b)는 이차원적인 배열로 형성되어 있다. 외부 접속 패드(19a)는 차동 신호용의 외부 접속 패드이다. 외부 접속 패드(19b)는 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드이다. 외부 접속 패드(19a,19b)는 외부 전기 회로 기판의 배선 도체에 땜납을 통해 접속된다.
또한, 최표층의 절연층(13) 및 도체(15a,15b)의 표면에는 솔더 레지스트층(20)이 피착되어 있다. 상면측의 솔더 레지스트층(20)은 반도체 소자 접속 패드(18a,18b)의 중앙을 노출시키는 개구부를 갖고 있다. 하면측의 솔더 레지스트층(20)은 외부 접속 패드(19a,19b)의 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖고 있다. 솔더 레지스트층(20)은 예를 들면 실리카 등의 필러를 함유하는 아크릴 변성 에폭시 수지 등의 열경화성 수지로 형성된다. 솔더 레지스트층(20)의 두께는 10∼50㎛정도이다.
도 1에 나타내는 배선 기판(A)은 차동 신호용의 전송 경로와, 접지 또는 전원용의 전송 경로를 구비하고 있다. 차동 신호용의 전송 경로는 차동 신호용의 반도체 소자 접속 패드(18a)와 외부 접속 패드(19a)를 도체(15a), 관통 도체(16a) 및 비아홀 도체(17a)를 통해 서로 접속하고 있다. 차동 신호용의 전송 경로에 있어서는 한쌍의 차동 신호용의 전송 경로가 서로 인접하도록 해서 설치된다. 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a) 중심부에 관통 도체(16a) 및 비아홀 도체(17a)가 접속되어 있다. 접지 또는 전원용의 전송 경로는 반도체 소자 접속 패드(18b)와 외부 접속 패드(19b)를 도체(15b), 관통 도체(16b) 및 비아홀 도체(17b)를 통해 서로 접속하고 있다.
배선 기판(A)에 있어서는 도 2에 나타내듯이, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 직경(d1) 및 배열 피치(P1)가 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드(19b)의 직경(d2) 및 배열 피치(P2)보다 작다. 또한, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)에 접속되는 관통 도체(16a)의 배열 피치(P3)가 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 배열 피치(P1)이하이다.
차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 직경(d1)은 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드(19b)의 직경(d2)보다 100∼300㎛정도 작은 것이 바람직하다. 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 배열 피치(P1)는 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드(19b)의 배열 피치(P2)보다 0.35∼0.8mm정도 작은 것이 바람직하다. 또한, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)에 접속되는 관통 도체(16a)의 배열 피치(P3)와 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 배열 피치(P1)의 차는 0∼0.25mm정도이다.
구체적으로는 직경(d1)은 300∼500㎛정도, 바람직하게는 400㎛정도이다. 배치 피치(P1,P3)는 0.45∼0.7mm정도, 바람직하게는 0.55mm정도이다. 직경(d2)은 400∼800㎛정도, 바람직하게는 640㎛정도이다. 배치 피치(P2)는 0.8∼1.5mm정도, 바람직하게는 1mm정도이다.
본 발명에 있어서는 상술한 바와 같이, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 직경(d1) 및 배열 피치(P1)가 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드(19b)의 직경(d2) 및 배열 피치(P2)보다 작게 형성되어 있다. 이 때문에, 인접하는 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)끼리간의 정전용량을 작게 할 수 있고, 임피던스의 값을 올려서 100Ω에 가깝게 할 수 있다. 또한, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)에 접속되는 관통 도체(16a)의 배열 피치(P3)가 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 배열 피치(P1)이하이다. 이 때문에, 인접하는 차동 신호용의 관통 도체(16a)끼리간의 정전용량을 크게 할 수 있고, 임피던스의 값을 내려서 100Ω에 가깝게 할 수 있다.
덧붙여서, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)와, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)에 접속되는 관통 도체(16a)와, 차동 신호용의 도체(15a)와, 비아홀 도체(17a)와, 반도체 소자 접속 패드(18a)에서 공진이 발생하여 이들 사이에서의 반사를 작게 할 수 있다.
이들에 의해, 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)와 관통 도체(16a) 사이에서 임피던스의 부정합을 억제해서 신호의 반사를 작게 함으로써 고주파 신호를 효율적으로 전송하는 것이 가능한 배선 기판을 제공할 수 있다. 외부 접속 패드(19)에 차지하는 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 수의 비율은 1∼2할정도이다. 그 때문에 차동 신호용의 외부 접속 패드(19a)의 직경(d1)을 작게 해도 배선 기판과 외부 전기 회로 기판의 접속 신뢰성에의 영향은 적다.
본 발명은 상술한 일실시형태에 특정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위이면 여러가지 변경은 가능하다. 예를 들면 상술의 일실시형태에 따른 배선 기판(A)은 배열 피치(P3)와 배열 피치(P1)는 거의 같은 피치이다. 그러나, 배열 피치(P3)는 배열 피치(P1)이하이면, 특별히 한정되지 않는다.
상술의 일실시형태에 따른 배선 기판(A)에 있어서 절연 기판(10)은 절연판(11)과, 절연판의 상하면에 각각 2층씩 적층된 절연층(13)으로 형성되어 있다. 그러나, 절연판의 상하면에 적층되는 절연층의 층수는 한정되지 않고, 절연판의 상하면에서 층수가 달라도 좋다.
상술의 일실시형태에 따른 배선 기판(A)에 있어서 관통구멍(12)에는 벽면에 관통 도체(16a,16b)가 피착되고, 내부에 수지가 충전되어 있다. 그러나, 관통 도체가 관통구멍에 충전되어 있어도 된다.

Claims (5)

  1. 절연 기판과,
    절연 기판의 하면에 형성되고 서로 인접하는 적어도 한쌍의 차동 신호용의 외부 접속 패드 및 복수의 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드와, 상기 절연 기판에 형성되고 상기 각 외부 접속 패드에 전기적으로 접속되는 관통 도체를 구비하는 배선 기판으로서,
    상기 각 외부 접속 패드가 이차원적인 배열로 형성되어 있고,
    상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치가 상기 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 직경 및 배열 피치보다 작고,
    상기 차동 신호용의 외부 접속 패드에 접속되는 상기 관통 도체의 배열 피치가 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치이하인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 기판은 절연판과, 절연판의 상하면에 각각 적층된 적어도 1층의 절연층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 직경은 상기 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 직경보다 100∼300㎛ 작은 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치는 상기 접지 또는 전원용의 외부 접속 패드의 배열 피치보다 0.35∼0.8mm 작은 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 신호용의 외부 접속 패드에 접속되는 상기 관통 도체의 배열 피치와 상기 차동 신호용의 외부 접속 패드의 배열 피치의 차가 0∼0.25mm인 것을 특징으로 하는 배선 기판.
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