(57)【要約】  本発明の一実施態様の複合配線基板は、第一線路と、該第一線路よりも長さが長い第二線路と、を備えた第一配線基板と、前記第一線路に電気的に接続される第三線路と、前記第二線路に電気的に接続され、前記第三線路よりも長さが短い第四線路と、を備えた第二配線基板と、を具備する。
2009119849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一線路と、該第一線路よりも長さが長い第二線路と、を備えた第一配線基板と、
前記第一線路に電気的に接続される第三線路と、前記第二線路に電気的に接続され、前記第三線路よりも長さが短い第四線路と、を備えた第二配線基板と、を具備する複合配線基板。
【請求項２】
前記第一線路と前記第二線路とは、その一部が平面視で重畳するように異なる平面上に位置している請求項１記載の複合配線基板。
【請求項３】
前記第三線路と前記第四線路とは、その側面同士が互いに対向するように同一平面上に位置している請求項１記載の複合配線基板。
【請求項４】
前記第一線路および前記第三線路の長さの合計と、前記第二線路および前記第四線路の長さの合計と、が実質的に等しい請求項１記載の複合配線基板。
【請求項５】
前記第一線路は、第一配線基板の第一主面上に露出した第一端を有し、
前記第二線路は、前記第一主面上に露出した第二端を有し、
前記第三線路は、第二配線基板の主面のうち前記第一主面と対向する第二主面上に露出して前記第一端と電気的に接続する第三端を有し、
前記第四線路は、前記第二主面上に露出して前記第二端と電気的に接続する第四端を有する請求項１記載の複合配線基板。
【請求項６】
第一配線基板は、誘電体基板から構成され、
前記第一線路および前記第二線路が、前記誘電体基板内に設けられている請求項５記載の複合配線基板。
【請求項７】
前記第一線路が、前記誘電体基板内に設けられた第一内層線路と、前記第一内層線路の端から前記第一端まで設けられた第一貫通導体と、を含み、
前記第二線路が、前記第一内層線路と一部が並んで前記第一誘電体基板内に設けられ、前記第一内層線路よりも長い第二内層線路と、前記第二内層線路の端から前記第二端まで設けられ、前記第一貫通導体よりも長い第二貫通導体と、を含む請求項６記載の複合配線基板。
【請求項８】
前記誘電体基板を上面視したとき、前記第一内層線路および前記第二内層線路のうち、互いに並んだ領域同士が重なっている請求項７記載の複合配線基板。
【請求項９】
前記第一内層線路および前記第二内層線路が直線状である請求項７記載の複合配線基板。
【請求項１０】
前記第四線路が直線状であって、
前記第一誘電体基板を上面視したとき、前記第四線路と前記第一内層線路と前記第二内層線路とが同一直線上に配置される請求項７記載の複合配線基板。
【請求項１１】
さらに前記第三端が前記同一直線上に配置される請求項１０記載の複合配線基板。
【請求項１２】
前記第三線路は、
前記第四線路と平行に設けられた線路並列部と、
前記第三端を有し、前記第四線路よりも長くなるように設けられた延長部と、
を含む請求項５記載の複合配線基板。
【請求項１３】
前記第一端および前記第三端を実装する第一の導電性部材と、前記第二端および前記第四端とを実装する第二の導電性部材と、を具備する請求項５記載の複合配線基板。
【請求項１４】
前記第一端ないし前記第四端がいずれも、円状の接続パッドである請求項５記載の複合配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で作動する半導体集積回路を搭載するのに好適な複合配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速の高周波信号を正確かつ効率よく伝播させることを目的として、高速で作動するＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子を実装封止したパッケージ実装部品または表面実装対応の電子部品の内部配線構造として、差動伝送線路構造が採用されている。従来の差動伝送配線構造では、支持体および絶縁体を兼ねた誘電体基板の主面に一対の信号用導体が並置して設けられている。
かかる差動伝送配線構造では、位相が反転した一対の信号を一対の信号用導体を介して伝送させることにより、各々の信号の振幅を小さくしてデータ伝送速度を向上させるとともに、外来雑音を相殺することができる。
これまでの差動伝送配線構造としては、誘電体基板主面に信号用導体が並置して設けられている構造、すなわち並行マイクロストリップ線路の形態、あるいはかかる形態を内層化した並行ストリップ線路の形態をとっていることが多かった。しかし、信号用導体の側面同士が対向するため、対向面積が小さく、信号用導体間で生じる電気的な結合（electrical coupling）が弱い傾向があった。
半導体素子における電極端子ピッチの狭小化のためには、たとえば複数の誘電体層からなる多層配線基板において、中間の誘電体層を介して互いに基板の厚み方向に対向する一対の信号用導体によって構成される差動伝送配線構造、すなわちブロードサイド結合ストリップ線路が好適である。
ブロードサイド結合ストリップ線路を適用した場合、誘電体層数は増えるものの誘電体基板主面に投影した配線密度は一本分となることから狭ピッチへの対応が可能になる。また、一対の信号用導体同士が対向する面積が広くなるため、信号用導体間の電気的な結合が、並行マイクロストリップ線路に比べて強くなり、クロストーク特性の向上も期待できる（たとえば特開２００５−５１４９６号公報参照）。
ところでパッケージ部品あるいは電子部品においては、内層された一対の信号用配線を、貫通導体を介して基板主面に引き出すことにより、実装用配線基板における電極端子との電気的な接続を実現することができる。
しかしながら、ブロードサイド結合ストリップ線路を適用した場合、貫通導体の高さは互いに異なるため、実装用配線基板にパッケージ部品あるいは電子部品を実装して複合配線基板を形成すると、複合配線基板における線路長のバラツキが大きくなり、差動信号の出力端におけるスキュー（伝搬遅延時間の差）の増大が生じ、伝送品質を劣化させる傾向があった。また、信号速度が高速になり伝搬する電磁波の波長が短くなると、同一の物理長に対しても位相の推移量が大きくなるので、高周波になるほどスキューが大きくなる傾向があった。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、ブロードサイド結合ストリップ線路が設けられた誘電体基板を実装用の誘電体基板に実装した状態で、伝送される信号品質の劣化を抑制することができる複合配線基板を提供することである。
本発明の一形態にかかる複合配線基板は、第一配線基板と、第二配線基板とを具備する。第一配線基板は、第一線路と、該第一線路よりも長さが長い第二線路と、を備える。また、第二配線基板は、前記第一線路に電気的に接続される第三線路と、前記第二線路に電気的に接続され、前記第三線路よりも長さが短い第四線路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
【図１】本発明の一実施形態である複合配線基板を示す斜視図である。
【図２】図１に示す複合配線基板の平面図である。
【図３】図１に示す複合配線基板の正面図である。
【図４】図１に示す複合配線基板の側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。
複合配線基板１は、パッケージ２（第一配線基板）と、実装ボード３（第二配線基板）と、を含んで構成され、パッケージ２に設けられた円状の接続パッド４（第一端、第二端）と、実装ボード３に設けられた円状の接続パッド５（第三端、第四端）とが、はんだボール１２によって電気的に接続されて実装されている。
パッケージ２は、誘電体層６と、内層線路対７とを有する第一配線基板である。実装ボード３は、樹脂基板８と、表層線路対９とを有する第二配線基板である。
パッケージ２は、図示しない半導体素子が実装される。また、半導体素子の内部配線と内層線路対７とが接続され、内層線路対７を介して高周波信号が伝送される。内層線路対７は、第一線路である内層線路７ｂと、第二線路である内層線路７ａとからなり、差動伝送配線構造を構成する。
内層線路７ｂは、さらに第一内層線路である内層配線１１ａと、ランド１１ｂと、第１貫通導体である貫通導体１１ｃと、からなる。また、内層線路７ａは、さらに第二内層線路である内層配線１０ａと、ランド１０ｂと、第２貫通導体である貫通導体１０ｃと、からなる。
内層線路対７は、誘電体層６内部において、パッケージ２の厚み方向に対向して設けられるブロードサイド結合ストリップ線路である。内層配線１０ａと内層配線１１ａとは厚み方向に誘電体を挟んで対向して設けられており、パッケージ２を上面視したとき、内層配線１０ａと内層配線１１ａとが重なるように配置されている。
内層線路７ａを接続パッド４へと引き出すためには、内層配線１０ａの端部において、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃにより厚み方向に延びて接続パッド４へと接続する垂直配線部分を設ける必要がある。また、内層線路７ｂを接続パッド４へと引き出すためには、内層配線１１ａの端部において、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃにより厚み方向に延びて接続パッド４へと接続する垂直配線部分を設ける必要がある。
しかしながら、ブロードサイド結合ストリップ線路を実現するために、内層配線１０ａと内層配線１１ａとは、誘電体層６中で異なる高さの配線層に設けられているので、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃからなる内層線路７ａの垂直配線部分と、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃからなる内層線路７ｂの垂直配線部分とでは、その長さが異なることになる。
誘電体層６の接続パッド４が設けられる主面６ａ（第一主面）に近い内層線路７ｂでは、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃからなる垂直配線部分は短く、誘電体層６の主面６ａから遠い内層線路７ａでは、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃからなる垂直配線部分は長くなる。
さらに、接続パッド４は、内層配線１０ａと内層配線１１ａの延伸方向に沿って並んで設けられるので、内層配線１０ａのほうが内層配線１１ａよりも長くなる。
ここで、線路の長さとは、外部との電気入出力部から、もう一方の外部との電気入出力部までの長さをいう。例えば、図１の場合、第一線路である内層線路７ｂの長さは、外部との電気入出力部である接続パッド４から半導体素子実装ランド１１ｂまでの貫通導体１１ｃの長さと、ランド１１ｂと内層配線１１ａとの境界から半導体素子との接続部までの内層配線１１ａの長さと、を合計した長さである。また、第二線路である内層配線７ａの長さは、接続パッド４から半導体素子実装ランド１０ｂまでの貫通導体１０ｃの長さと、ランド１０ｂと内層配線１０ａとの境界から半導体素子との接続部までの内層配線１０ａの長さと、を合計した長さである。
ブロードサイド結合ストリップ線路にて接続パッドに線を引き出す場合、内層線路７ａと内層線路７ｂの長さが異なる傾向があり、かかる線路長の差が、差動信号の出力端におけるスキューの差となり、高周波信号の伝送品質を劣化させることになる。
一方、図面において実装ボード３では、表層線路対９によって差動伝送配線構造を構成する。
実装ボード３では、樹脂基板８の主面８ａ（第二主面）に接続パッド５が設けられている。パッケージ２の接続パッド４と実装ボード３の接続パッド５とが、はんだボール１２によって電気的に接続されている。そして、パッケージ２の内層線路対７を伝送する高周波信号が、接続パッド４，５およびはんだボール１２を介して表層線路対９を伝送する。
表層線路対９は、第四線路を構成する表層線路９ａと、第三線路を構成する表層線路９ｂからなり、並行マイクロストリップ線路を構成する。
表層線路対９が接続される接続パッド５は、パッケージ２の接続パッド４と対応して、表層線路９ａおよび表層線路９ｂの延伸方向に沿って並んで配置される。表層線路９ａは、延伸方向手前側の接続パッド５ａ（第四端）に接続され、表層線路９ｂは、延伸方向奥側の接続パッド５ｂ（第三端）に接続される。なお、本実施形態においては、表層線路９ｂと接続パッド５ｂとで第三線路を構成し、表層線路９ａと接続パッド５ａとで第四線路を構成している。
表層線路９ａおよび表層線路９ｂは、樹脂基板８の主面８ａ上に設けられるので、接続パッド５ａの手前までは、樹脂基板８の主面８ａ上で平行に延び、その側面同士が対向する領域で高周波信号が電気的に結合しながら差動伝送される。
一方、接続パッド５ａの手前から接続パッド５ｂの間の領域では、表層線路９ｂは、接続パッド５ａの近傍を、接続パッド５ａに沿うように迂回し、該迂回された表層線路９ｂが接続パッド５ａに接続される。
したがって、表層線路９ｂは、表層線路９ａよりもこの迂回する延長部の分、長くなり、互いに長さが異なる。なお、前記第三線路の長さは、接続パッド５ｂに接続される表層線路９ｂの端から、反対側の端に位置する接続パッド５ｂの中心までの長さである。また前記第四線路の長さは、接続パッド５ａに接続される表層線路９ａの端から、反対側の端に位置する接続パッド５ａの中心までの長さである。
このように、パッケージ２においては、ブロードサイド結合ストリップ線路を実現する場合、内層線路７ａ、７ｂの高さ位置の違いに起因する内層線路７ａ、７ｂの長さの差が生じる。また、実装ボード３においては、接続パッド５ａ，５ｂの位置の違いに起因する表層線路９ａ、９ｂの長さの差が生じる。
パッケージ２における内層線路対７間の長さの差と、実装ボード３における表層線路対９間の長さの差とが相殺するように、パッケージ２を実装ボード３に接続すれば、内層線路対７と表層線路対９とを合わせた高周波伝送線路全体としては、２本の高周波配線の線路長の差を小さくすることができる。
これら２つの線路対の長さの差を相殺するには、内層線路対７のうち、長い方の線路である内層線路７ａと、表層線路対９のうち短い方の線路である表層線路９ａとを接続し、内層線路対７のうち、短い方の線路である内層線路７ｂと、表層線路対９のうち長い方の線路である表層線路９ｂとを接続する。
このようにして第一線路である内層線路７ｂおよび第三線路である表層線路９ｂの長さの合計と、第二線路である内層線路７ａおよび第四線路である表層線路９ａの長さの合計とを実質的に等しくすることができる。ここで、実質的に等しいとは、長さの合計同士の差が、第一乃至第四線路を介して伝送される電気信号のパルス幅（もしくはアナログ波の周期）の５％以内であることをいう。
第一線路である内層線路７ｂと第二線路である内層線路７ａとの線路、および第三線路９ｂと第四線路９ａとが、それぞれ同じ材料を用いている場合、それらの合計線路長も実質的に等しくなる。
パッケージ２と実装ボード３とを上面視したときに、表層線路９ａと、内層線路７ａと内層線路７ｂとは同一直線上に配置される。さらに、接続パッド５ａと接続パッド５ｂとは、この同一直線上に配置される。また、接続パッド５から表層線路対９が伸びる方向と、接続パッド４から内層線路対７が伸びる方向とが反対方向となるように、内層線路対７、表層線路対９および接続パッド４，５を配置してパッケージ２と実装ボード３とを接続する。
パッケージ２のみでは、内層線路対７の長さに差があり、実装ボード３のみでは、表層線路対９の長さに差があるが、パッケージ２と実装ボード３とが接続された複合配線基板１においては、差動伝送配線構造を有する内層線路７ａと表層線路９ａとが接続された高周波伝送線路と、内層線路７ｂと表層線路９ｂとが接続された高周波伝送線路との線路長の差が小さくなり、差動伝送配線構造として、その高周波信号伝送品質を向上させることができる。
パッケージ２の誘電体層６は、内部に多層配線構造を実現できるものであれば、セラミックスなどの無機誘電体や樹脂などの有機誘電体を用いることができる。たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）セラミックスもしくはガラスセラミックス等の無機材料、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー；ＥＴＦＥ）、あるいは四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、またはガラスエポキシ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、あるいはポリイミド（ＰＩ）等の樹脂材料が用いられる。また誘電体層６の形状および寸法は用途に応じて適宜設定されるが、特に厚みについては伝送信号の周波数やインピーダンス設計に応じて設定される。
内層線路対７の材料としては、高速信号伝送用途として適した金属の導体層からなり、たとえば誘電体層６の材料としてセラミックスを用いる場合、導体線路の材料として銅、モリブデン−マンガン、タングステン、もしくはモリブデン−マンガンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキを被着させたもの、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキを被着させたもの、窒化タンタル上にニッケル−クロム合金および金メッキを被着させたもの、またはニッケル−クロム合金上に白金、金メッキを被着させたもの等が用いられる。また、製造方法としては、たとえば厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法、およびメッキ処理法等が工法として用いられる。各導体配線の幅および厚みは、伝送信号の周波数またはインピーダンス設計に応じて設定される。
実装ボード３には、本実施形態のように主に樹脂基板８が用いられるが、これに限られない。例えば、パッケージ２と同様、セラミックスなどの無機誘電体または樹脂などの有機誘電体を用いることができる。
接続パッド４，５を電気的に接続する導電性部材として、本実施形態では、はんだボールを用いているが、高速信号伝送用途として適した導電性部材であれば使用することが可能である。たとえば、金、銀、銅などの金属部材を使用し、さらにその形態としてはボールに限らず、柱状、バンプ状などであってもよい。
本実施形態のパッケージ２の作製は、たとえば以下のように行う。誘電体層６がたとえば、アルミナセラミックスからなる場合、まずアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体１０ｃ，１１ｃを設けるための貫通孔を形成する。次に、スクリーン印刷法によってタングステンおよびモリブデンなどの導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、導体配線、すなわち内層配線１０ａと内層配線１１ａ、ランド１０ｂとランド１１ｂとなるパターンをグリーンシートの所定の位置に印刷塗布する。次に、パターンが形成されたグリーンシートを重ねて、これを約１６００℃で焼成する。
また、実装ボード３の作製は、ＦＲ−４などのガラスエポキシ基板の表面に銅箔を張り付けた銅貼り基板を準備し、銅箔をエッチングなど公知のパターニング技術により表層線路対９および接続パッド５をパターン形成する。
誘電体層６の接続パッド４が形成された主面６ａ、および樹脂基板８の接続パッド５が形成された主面８ａには、それぞれソルダレジスト１３，１４を設ける。
はんだボール１２を実装ボード３の接続パッド５上に載置し、パッケージ２の接続パッド４を、対応する接続パッド５に位置合わせして超音波振動、リフローなどにより接続パッド４，５とはんだボール１２とを接合する。
以上のように、本実施形態によれば、第一線路と第二線路との長さの差と、第三線路と第四線路との長さの差とが相殺されて、複合配線基板全体としては差動伝送配線構造における長さの差を小さくすることができ、第一配線基板を第二配線基板に実装した状態で、差動信号の伝搬遅延時間の差を低減させ、伝送品質伝送される信号品質の劣化を抑制することができる。
本実施形態によれば、前記第一線路および前記第三線路の長さの合計と、前記第二線路および前記第四線路の長さの合計とが実質的に等しいことが好ましい。これにより、さらに信号品質の劣化を抑制することができる。
本実施形態によれば、前記第一線路および前記第二線路が、前記第一誘電体基板内に設けられていることが好ましい。これによって、誘電体の効果を用いて、一対の差動線路間の結合を高めて伝送エネルギーの広がりを抑えることで他の一対との差動線路間のクロストークを抑えることができる。また、ブロードサイド結合ストリップ線路を容易に実現することができる。
本実施形態によれば、前記第一線路が、前記第一誘電体基板内に設けられた第一内層線路と、前記第一内層線路の端から前記第一端まで設けられた第一貫通導体と、を含み、前記第二線路が、前記第一内層線路と一部が並んで前記第一誘電体基板内に設けられ、前記第一内層線路よりも線路長の長い第二内層線路と、前記第二内層線路の端から前記第二端まで設けられ、前記第一貫通導体よりも線路の長い第二貫通導体とを含むことが好ましい。
これにより、第二線路のほうが第一線路よりも、貫通導体および内層線路の両方が長いため、第一線路を覆うように第二線路を位置させることができ、第一線路と第二線路との電気的な結合を強めることができる。
本実施形態によれば、前記第一誘電体基板を上面視したとき、前記第一内層線路および前記第二内層線路のうち、互いに並んだ領域同士が重なるように配置することで、第一内層線路と第二内層線路とを結合させてブロードサイド結合ストリップ線路を容易に実現でき、第一線路と第二線路との電気的な結合を強めることができる。また、第一線路と第二線路の設置スペースを縮小化して配線密度を高めることができる。
本実施形態によれば、前記第一内層線路および前記第二内層線路が直線状であることが好ましく、これにより前記第一内層線路および前記第二内層線路を重ねた場合、向かいあう面積が大きくなり、前記第一内層線路および前記第二内層線路との電気的な結合を向上させることができる。
本実施形態によれば、前記第四線路が直線状であり、前記第一誘電体基板を上面視したとき、前記第四線路と前記第一内層線路と前記第二内層線路とが同一直線上に配置されることが好ましい。
また、第一線路と第二線路と第四との設置スペースを縮小化して配線密度を高めることができる。また、第一線路と第二線路との線路長の差と、第三線路と第四線路との線路長の差とを容易に相殺するよう構成することができる。
本実施形態によれば、さらに前記第三端が前記同一直線上に配置されることが好ましく、これにより第一〜第四線路の設置スペースを縮小化して配線密度を高めることができる。
本実施形態によれば、前記第四線路と平行に設けられた線路並列部と延長部とを含むことが好ましく、延長部によって、第四線路と同一直線状に第三端を位置させることができ、配線密度を高めることができる。
本実施形態によれば、導電性部材により、前記第一端および前記第三端、前記第二端および前記第四端を容易に実装することができる。
本実施形態によれば、前記第一端ないし前記第四端がいずれも、円状の接続パッドで構成されることが好ましく、これによりはんだボールなどの球状の導電性部材を使用することが可能となる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１】
2009119849.tif 000003
【図２】
2009119849.tif 000004
【図３】
2009119849.tif 000005
【図４】
2009119849.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一誘電体基板と、第一線路と、該第一線路よりも長さが長い第二線路と、を備えた第一配線基板と、
前記第一線路に電気的に接続される第三線路と、前記第二線路に電気的に接続され、前記第三線路よりも長さが短い第四線路と、を備えた第二配線基板と、を具備する複合配線基板であって、
前記第一線路は、前記第一誘電体基板内に設けられた第一内層線路と、前記第一内層線路の端から前記第一誘電体基板の第一主面まで設けられた第一貫通導体とを含み、
前記第二線路は、前記第一誘電体基板内に設けられ且つ一部が前記第一内層線路と並んでいる第二内層線路と、前記第二内層線路の端から前記第一主面まで設けられた第二貫通導体とを含み、
前記第二内層線路は前記第一内層線路よりも長く、且つ、前記第二貫通導体は前記第一貫通導体よりも長い複合配線基板。
【請求項２】
前記第一線路は、前記第一貫通導体と接続し且つ前記第一主面上に設けられた第一端をさらに有し、
前記第二線路は、前記第二貫通導体と接続し且つ前記第一主面上に設けられた第二端をさらに有し、
前記第三線路は、第二配線基板の主面のうち前記第一主面と対向する第二主面上に設けられ、前記第一端と電気的に接続する第三端をさらに有し、
前記第四線路は、前記第二主面上に設けられ、前記第二端と電気的に接続する第四端をさらに有する請求項１記載の複合配線基板。
【請求項３】
前記第一誘電体基板を上面透過視したとき、前記第一内層線路および前記第二内層線路のうち、互いに並んだ領域同士が重なっている請求項１または２記載の複合配線基板。
【請求項４】
前記第一内層線路および前記第二内層線路が直線状である請求項１〜３のいずれか１つに記載の複合配線基板。
【請求項５】
前記第四線路が直線状であって、
前記第一誘電体基板を上面透過視したとき、前記第四線路と前記第一内層線路と前記第二内層線路とが同一直線上に配置される請求項４記載の複合配線基板。
【請求項６】
前記第三線路は、
前記第四線路と平行に設けられた線路並列部と、
前記第四線路よりも前記第三線路の長さが長くなるように設けられた延長部と、
を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の複合配線基板。
【請求項７】
前記第一端および前記第三端を実装する第一導電性部材と、前記第二端および前記第四端とを実装する第二導電性部材と、を具備する請求項２記載の複合配線基板。
【請求項８】
前記第一端ないし前記第四端がいずれも、円状の接続パッドである請求項２記載の複合配線基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で作動する半導体集積回路を搭載するのに好適な複合配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速の高周波信号を正確かつ効率よく伝播させることを目的として、高速で作動するＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子を実装封止したパッケージ実装部品または表面実装対応の電子部品の内部配線構造として、差動伝送線路構造が採用されている。従来の差動伝送配線構造では、支持体および絶縁体を兼ねた誘電体基板の主面に一対の信号用導体が並置して設けられている。
【０００３】
かかる差動伝送配線構造では、位相が反転した一対の信号を一対の信号用導体を介して伝送させることにより、各々の信号の振幅を小さくしてデータ伝送速度を向上させるとともに、外来雑音を相殺することができる。
【０００４】
これまでの差動伝送配線構造としては、誘電体基板主面に信号用導体が並置して設けられている構造、すなわち並行マイクロストリップ線路の形態、あるいはかかる形態を内層化した並行ストリップ線路の形態をとっていることが多かった。しかし、信号用導体の側面同士が対向するため、対向面積が小さく、信号用導体間で生じる電気的な結合（electrical coupling）が弱い傾向があった。
【０００５】
半導体素子における電極端子ピッチの狭小化のためには、たとえば複数の誘電体層からなる多層配線基板において、中間の誘電体層を介して互いに基板の厚み方向に対向する一対の信号用導体によって構成される差動伝送配線構造、すなわちブロードサイド結合ストリップ線路が好適である。
【０００６】
ブロードサイド結合ストリップ線路を適用した場合、誘電体層数は増えるものの誘電体基板主面に投影した配線密度は一本分となることから狭ピッチへの対応が可能になる。また、一対の信号用導体同士が対向する面積が広くなるため、信号用導体間の電気的な結合が、並行マイクロストリップ線路に比べて強くなり、クロストーク特性の向上も期待できる（たとえば特開２００５−５１４９６号公報参照）。
【０００７】
ところでパッケージ部品あるいは電子部品においては、内層された一対の信号用配線を、貫通導体を介して基板主面に引き出すことにより、実装用配線基板における電極端子との電気的な接続を実現することができる。
【０００８】
しかしながら、ブロードサイド結合ストリップ線路を適用した場合、貫通導体の高さは互いに異なるため、実装用配線基板にパッケージ部品あるいは電子部品を実装して複合配線基板を形成すると、複合配線基板における線路長のバラツキが大きくなり、差動信号の出力端におけるスキュー（伝搬遅延時間の差）の増大が生じ、伝送品質を劣化させる傾向があった。また、信号速度が高速になり伝搬する電磁波の波長が短くなると、同一の物理長に対しても位相の推移量が大きくなるので、高周波になるほどスキューが大きくなる傾向があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ブロードサイド結合ストリップ線路が設けられた誘電体基板を実装用の誘電体基板に実装した状態で、伝送される信号品質の劣化を抑制することができる複合配線基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態にかかる複合配線基板は、第一配線基板と、第二配線基板とを具備する。第一配線基板は、第一誘電体基板と、第一線路と、該第一線路よりも長さが長い第二線路と、を備える。また、第二配線基板は、前記第一線路に電気的に接続される第三線路と、前記第二線路に電気的に接続され、前記第三線路よりも長さが短い第四線路と、を備える。
【００１１】
前記第一線路は、前記第一誘電体基板内に設けられた第一内層線路と、前記第一内層線路の端から前記第一誘電体基板の第一主面まで設けられた第一貫通導体とを含む。前記第二線路は、前記第一誘電体基板内に設けられ且つ一部が前記第一内層線路と並んでいる第二内層線路と、前記第二内層線路の端から前記第一主面まで設けられた第二貫通導体とを含む。前記第二内層線路は前記第一内層線路よりも長く、且つ、前記第二貫通導体は前記第一貫通導体よりも長い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、第一線路と第二線路との長さの差と、第三線路と第四線路との長さの差とが相殺されて、複合配線基板全体としては差動伝送配線構造における長さの差を小さくすることができ、第一配線基板を第二配線基板に実装した状態で、差動信号の伝搬遅延時間の差を低減させ、伝送される信号品質の劣化を抑制することができる。
【００１３】
前記第一線路および前記第二線路が、前記第一誘電体基板内に設けられているので、誘電体の効果を用いて、一対の差動線路間の結合を高めて伝送エネルギーの広がりを抑えることで他の一対との差動線路間のクロストークを抑えることができる。また、ブロードサイド結合ストリップ線路を容易に実現することができる。また、第二線路のほうが第一線路よりも、貫通導体および内層線路の両方が長いため、第一線路を覆うように第二線路を位置させることができ、第一線路と第二線路との電気的な結合を強めることができる。
【００１４】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、前記第一誘電体基板を上面透過視したとき、前記第一内層線路および前記第二内層線路のうち、互いに並んだ領域同士が重なるように配置することで、第一内層線路と第二内層線路とを結合させてブロードサイド結合ストリップ線路を容易に実現でき、第一線路と第二線路との電気的な結合を強めることができる。また、第一線路と第二線路の設置スペースを縮小化して配線密度を高めることができる。
【００１５】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、前記第一内層線路および前記第二内層線路が直線状であることが好ましく、これにより前記第一内層線路および前記第二内層線路を重ねた場合、向かいあう面積が大きくなり、前記第一内層線路および前記第二内層線路との電気的な結合を向上させることができる。
【００１６】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、前記第四線路が直線状であり、前記第一誘電体基板を上面透過視したとき、前記第四線路と前記第一内層線路と前記第二内層線路とが同一直線上に配置されることで、第一線路と第二線路と第四との設置スペースを縮小化して配線密度を高めることができる。また、第一線路と第二線路との線路長の差と、第三線路と第四線路との線路長の差とを容易に相殺するよう構成することができる。
【００１７】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、前記第三線路は、前記第四線路と平行に設けられた線路並列部と延長部とを含むことが好ましく、延長部によって、第四線路と同一直線状に第三端を位置させることができ、配線密度を高めることができる。
【００１８】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、第一導電性部材および第二導電性部材により、前記第一端および前記第三端、前記第二端および前記第四端を容易に実装することができる。
【００１９】
本発明の一形態にかかる複合配線基板によれば、前記第一端ないし前記第四端がいずれも、円状の接続パッドで構成されることが好ましく、これによりはんだボールなどの球状の導電性部材を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である複合配線基板を示す斜視図である。
【図２】図１に示す複合配線基板の平面図である。
【図３】図１に示す複合配線基板の正面図である。
【図４】図１に示す複合配線基板の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。
【００２２】
複合配線基板１は、パッケージ２（第一配線基板）と、実装ボード３（第二配線基板）と、を含んで構成され、パッケージ２に設けられた円状の接続パッド４（第一端、第二端）と、実装ボード３に設けられた円状の接続パッド５（第三端、第四端）とが、はんだボール１２によって電気的に接続されて実装されている。
【００２３】
パッケージ２は、誘電体層６と、内層線路対７とを有する第一配線基板である。実装ボード３は、樹脂基板８と、表層線路対９とを有する第二配線基板である。
【００２４】
パッケージ２は、図示しない半導体素子が実装される。また、半導体素子の内部配線と内層線路対７とが接続され、内層線路対７を介して高周波信号が伝送される。内層線路対７は、第一線路である内層線路７ｂと、第二線路である内層線路７ａとからなり、差動伝送配線構造を構成する。
【００２５】
内層線路７ｂは、さらに第一内層線路である内層配線１１ａと、ランド１１ｂと、第１貫通導体である貫通導体１１ｃと、からなる。また、内層線路７ａは、さらに第二内層線路である内層配線１０ａと、ランド１０ｂと、第２貫通導体である貫通導体１０ｃと、からなる。
【００２６】
内層線路対７は、誘電体層６内部において、パッケージ２の厚み方向に対向して設けられるブロードサイド結合ストリップ線路である。内層配線１０ａと内層配線１１ａとは厚み方向に誘電体を挟んで対向して設けられており、パッケージ２を上面視したとき、内層配線１０ａと内層配線１１ａとが重なるように配置されている。
【００２７】
内層線路７ａを接続パッド４へと引き出すためには、内層配線１０ａの端部において、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃにより厚み方向に延びて接続パッド４へと接続する垂直配線部分を設ける必要がある。また、内層線路７ｂを接続パッド４へと引き出すためには、内層配線１１ａの端部において、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃにより厚み方向に延びて接続パッド４へと接続する垂直配線部分を設ける必要がある。
【００２８】
しかしながら、ブロードサイド結合ストリップ線路を実現するために、内層配線１０ａと内層配線１１ａとは、誘電体層６中で異なる高さの配線層に設けられているので、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃからなる内層線路７ａの垂直配線部分と、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃからなる内層線路７ｂの垂直配線部分とでは、その長さが異なることになる。
【００２９】
誘電体層６の接続パッド４が設けられる主面６ａ（第一主面）に近い内層線路７ｂでは、ランド１１ｂと貫通導体１１ｃからなる垂直配線部分は短く、誘電体層６の主面６ａから遠い内層線路７ａでは、ランド１０ｂと貫通導体１０ｃからなる垂直配線部分は長くなる。
【００３０】
さらに、接続パッド４は、内層配線１０ａと内層配線１１ａの延伸方向に沿って並んで設けられるので、内層配線１０ａのほうが内層配線１１ａよりも長くなる。
【００３１】
ここで、線路の長さとは、外部との電気入出力部から、もう一方の外部との電気入出力部までの長さをいう。例えば、図１の場合、第一線路である内層線路７ｂの長さは、外部との電気入出力部である接続パッド４から半導体素子実装ランド１１ｂまでの貫通導体１１ｃの長さと、ランド１１ｂと内層配線１１ａとの境界から半導体素子との接続部までの内層配線１１ａの長さと、を合計した長さである。また、第二線路である内層配線７ａの長さは、接続パッド４から半導体素子実装ランド１０ｂまでの貫通導体１０ｃの長さと、ランド１０ｂと内層配線１０ａとの境界から半導体素子との接続部までの内層配線１０ａの長さと、を合計した長さである。
【００３２】
ブロードサイド結合ストリップ線路にて接続パッドに線を引き出す場合、内層線路７ａと内層線路７ｂの長さが異なる傾向があり、かかる線路長の差が、差動信号の出力端におけるスキューの差となり、高周波信号の伝送品質を劣化させることになる。
【００３３】
一方、図面において実装ボード３では、表層線路対９によって差動伝送配線構造を構成する。
【００３４】
実装ボード３では、樹脂基板８の主面８ａ（第二主面）に接続パッド５が設けられている。パッケージ２の接続パッド４と実装ボード３の接続パッド５とが、はんだボール１２によって電気的に接続されている。そして、パッケージ２の内層線路対７を伝送する高周波信号が、接続パッド４，５およびはんだボール１２を介して表層線路対９を伝送する。
【００３５】
表層線路対９は、第四線路を構成する表層線路９ａと、第三線路を構成する表層線路９ｂからなり、並行マイクロストリップ線路を構成する。
【００３６】
表層線路対９が接続される接続パッド５は、パッケージ２の接続パッド４と対応して、表層線路９ａおよび表層線路９ｂの延伸方向に沿って並んで配置される。表層線路９ａは、延伸方向手前側の接続パッド５ａ（第四端）に接続され、表層線路９ｂは、延伸方向奥側の接続パッド５ｂ（第三端）に接続される。なお、本実施形態においては、表層線路９ｂと接続パッド５ｂとで第三線路を構成し、表層線路９ａと接続パッド５ａとで第四線路を構成している。
【００３７】
表層線路９ａおよび表層線路９ｂは、樹脂基板８の主面８ａ上に設けられるので、接続パッド５ａの手前までは、樹脂基板８の主面８ａ上で平行に延び、その側面同士が対向する領域で高周波信号が電気的に結合しながら差動伝送される。
【００３８】
一方、接続パッド５ａの手前から接続パッド５ｂの間の領域では、表層線路９ｂは、接続パッド５ａの近傍を、接続パッド５ａに沿うように迂回し、該迂回された表層線路９ｂが接続パッド５ａに接続される。
【００３９】
したがって、表層線路９ｂは、表層線路９ａよりもこの迂回する延長部の分、長くなり、互いに長さが異なる。なお、前記第三線路の長さは、接続パッド５ｂに接続される表層線路９ｂの端から、反対側の端に位置する接続パッド５ｂの中心までの長さである。また前記第四線路の長さは、接続パッド５ａに接続される表層線路９ａの端から、反対側の端に位置する接続パッド５ａの中心までの長さである。
【００４０】
このように、パッケージ２においては、ブロードサイド結合ストリップ線路を実現する場合、内層線路７ａ、７ｂの高さ位置の違いに起因する内層線路７ａ、７ｂの長さの差が生じる。また、実装ボード３においては、接続パッド５ａ，５ｂの位置の違いに起因する表層線路９ａ、９ｂの長さの差が生じる。
【００４１】
パッケージ２における内層線路対７間の長さの差と、実装ボード３における表層線路対９間の長さの差とが相殺するように、パッケージ２を実装ボード３に接続すれば、内層線路対７と表層線路対９とを合わせた高周波伝送線路全体としては、２本の高周波配線の線路長の差を小さくすることができる。
【００４２】
これら２つの線路対の長さの差を相殺するには、内層線路対７のうち、長い方の線路である内層線路７ａと、表層線路対９のうち短い方の線路である表層線路９ａとを接続し、内層線路対７のうち、短い方の線路である内層線路７ｂと、表層線路対９のうち長い方の線路である表層線路９ｂとを接続する。
【００４３】
このようにして第一線路である内層線路７ｂおよび第三線路である表層線路９ｂの長さの合計と、第二線路である内層線路７ａおよび第四線路である表層線路９ａの長さの合計とを実質的に等しくすることができる。ここで、実質的に等しいとは、長さの合計同士の差が、第一乃至第四線路を介して伝送される電気信号のパルス幅（もしくはアナログ波の周期）の５％以内であることをいう。
【００４４】
第一線路である内層線路７ｂと第二線路である内層線路７ａとの線路、および第三線路９ｂと第四線路９ａとが、それぞれ同じ材料を用いている場合、それらの合計線路長も実質的に等しくなる。
【００４５】
パッケージ２と実装ボード３とを上面視したときに、表層線路９ａと、内層線路７ａと内層線路７ｂとは同一直線上に配置される。さらに、接続パッド５ａと接続パッド５ｂとは、この同一直線上に配置される。また、接続パッド５から表層線路対９が伸びる方向と、接続パッド４から内層線路対７が伸びる方向とが反対方向となるように、内層線路対７、表層線路対９および接続パッド４，５を配置してパッケージ２と実装ボード３とを接続する。
【００４６】
パッケージ２のみでは、内層線路対７の長さに差があり、実装ボード３のみでは、表層線路対９の長さに差があるが、パッケージ２と実装ボード３とが接続された複合配線基板１においては、差動伝送配線構造を有する内層線路７ａと表層線路９ａとが接続された高周波伝送線路と、内層線路７ｂと表層線路９ｂとが接続された高周波伝送線路との線路長の差が小さくなり、差動伝送配線構造として、その高周波信号伝送品質を向上させることができる。
【００４７】
パッケージ２の誘電体層６は、内部に多層配線構造を実現できるものであれば、セラミックスなどの無機誘電体や樹脂などの有機誘電体を用いることができる。たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）セラミックスもしくはガラスセラミックス等の無機材料、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー；ＥＴＦＥ）、あるいは四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、またはガラスエポキシ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、あるいはポリイミド（ＰＩ）等の樹脂材料が用いられる。また誘電体層６の形状および寸法は用途に応じて適宜設定されるが、特に厚みについては伝送信号の周波数やインピーダンス設計に応じて設定される。
【００４８】
内層線路対７の材料としては、高速信号伝送用途として適した金属の導体層からなり、たとえば誘電体層６の材料としてセラミックスを用いる場合、導体線路の材料として銅、モリブデン−マンガン、タングステン、もしくはモリブデン−マンガンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキを被着させたもの、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキを被着させたもの、窒化タンタル上にニッケル−クロム合金および金メッキを被着させたもの、またはニッケル−クロム合金上に白金、金メッキを被着させたもの等が用いられる。また、製造方法としては、たとえば厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法、およびメッキ処理法等が工法として用いられる。各導体配線の幅および厚みは、伝送信号の周波数またはインピーダンス設計に応じて設定される。
【００４９】
実装ボード３には、本実施形態のように主に樹脂基板８が用いられるが、これに限られない。例えば、パッケージ２と同様、セラミックスなどの無機誘電体または樹脂などの有機誘電体を用いることができる。
【００５０】
接続パッド４，５を電気的に接続する導電性部材として、本実施形態では、はんだボールを用いているが、高速信号伝送用途として適した導電性部材であれば使用することが可能である。たとえば、金、銀、銅などの金属部材を使用し、さらにその形態としてはボールに限らず、柱状、バンプ状などであってもよい。
【００５１】
本実施形態のパッケージ２の作製は、たとえば以下のように行う。誘電体層６がたとえば、アルミナセラミックスからなる場合、まずアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体１０ｃ，１１ｃを設けるための貫通孔を形成する。次に、スクリーン印刷法によってタングステンおよびモリブデンなどの導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、導体配線、すなわち内層配線１０ａと内層配線１１ａ、ランド１０ｂとランド１１ｂとなるパターンをグリーンシートの所定の位置に印刷塗布する。次に、パターンが形成されたグリーンシートを重ねて、これを約１６００℃で焼成する。
【００５２】
また、実装ボード３の作製は、ＦＲ−４などのガラスエポキシ基板の表面に銅箔を張り付けた銅貼り基板を準備し、銅箔をエッチングなど公知のパターニング技術により表層線路対９および接続パッド５をパターン形成する。
【００５３】
誘電体層６の接続パッド４が形成された主面６ａ、および樹脂基板８の接続パッド５が形成された主面８ａには、それぞれソルダレジスト１３，１４を設ける。
【００５４】
はんだボール１２を実装ボード３の接続パッド５上に載置し、パッケージ２の接続パッド４を、対応する接続パッド５に位置合わせして超音波振動、リフローなどにより接続パッド４，５とはんだボール１２とを接合する。
【００５５】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【国際調査報告】
2009119849.tif 000007
2009119849.tif 000008
2009119849.tif 000009
2009119849.tif 000010
2009119849.tif 000011
2009119849.tif 000012