(57)【要約】【課題】  差動線路の展開部における信号線路のインピーダンス不連続性から生じる高周波信号の反射損失を非常に小さなものに抑制することができ、その結果、半導体素子の作動性を良好なものとできる配線基板を提供すること。【解決手段】  絶縁基板２の上面に互いに平行な一対の信号線路８ａ，８ｂから成る差動線路８が形成された配線基板において、差動線路８は、一端部が一対の信号線路８ａ，８ｂ同士の間の間隔が漸次広がっている展開部８ｄとされているとともに、展開部８ｄの厚みが展開部８ｄ以外の部位の厚みよりも厚くなっている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の上面に互いに平行な一対の信号線路から成る差動線路が形成された配線基板において、前記差動線路は、一端部が前記一対の信号線路同士の間の間隔が漸次広がっている展開部とされているとともに、前記信号線路の前記展開部の厚みが前記展開部以外の部位の厚みよりも厚いことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記信号線路は、前記展開部の下側が前記絶縁基板に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記信号線路は、前記展開部の前記絶縁基板に埋め込まれている下側の厚みが前記絶縁基板から露出している上側の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項２記載の配線基板。
【請求項４】
前記絶縁基板は、下面または内部に前記差動線路と対向するように接地導体が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
【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素子や光半導体素子等の電子部品を搭載するのに好適な、差動線路を有する配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、従来例の断面図である図４に示すように、高速信号を正確かつ効率よく伝播させるために、差動線路４８が用いられる。差動線路４８は、従来例の部分断面図である図５に示すように、信号線路４８ａ，４８ｂの幅、間隔、厚み、および信号線路４８ａ，４８ｂと内層接地導体層４４ａとの間に介在する絶縁層４２ａの厚みを調整し設定することにより、差動線路４８における差動インピーダンス値を任意の値に設定することができるため、良好な伝送特性を有する差動線路４８を形成することができる。差動線路４８の差動インピーダンスは、一般的には１００Ωに設定される場合が多い。
【０００３】
また、差動線路４８は、半導体素子４５と導体バンプ４６および半導体素子接続用電極４７を介して電気的に接続され、また信号貫通導体４９を介して外部入出力用電極４１０と電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００２−９５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の配線基板４１上に形成された差動線路４８においては、図６に示すように、差動インピーダンスが例えば約１００Ωになるように設計された一対の信号線路４８ａ,４８ｂ間の間隔が一定である一定部４８ｃに対し、２次実装部である外部入出力用電極４１０の配列間隔に合わせて一対の信号線路４８ａ,４８ｂ間の間隔が漸次広がる展開部４８ｄが形成されている。この展開部４８ｄにおいては、差動線路４８の線路間隔が変化することから差動インピーダンスが１００Ωからずれて高くなり、一定部４８ｃと展開部４８ｄとにおいてインピーダンスの不整合が起こり、反射損失が大きくなり高周波信号の伝送が阻害され、半導体素子４５の作動性が損なわれるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、差動線路の線路間隔が広がる展開部分において生じる高周波信号の反射損失を非常に小さなものに抑制することができ、それにより半導体素子の作動性を良好なものとできる配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の配線基板は、絶縁基体の上面に互いに平行な一対の信号線路から成る差動線路が形成された配線基板において、前記差動線路は、一端部が前記一対の信号線路同士の間の間隔が漸次広がっている展開部とされているとともに、前記信号線路の前記展開部の厚みが前記展開部以外の部位の厚みよりも厚いことを特徴とする。
【０００７】
本発明の配線基板は好ましくは、前記信号線路は、前記展開部の下側が前記絶縁基板に埋め込まれていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の配線基板は好ましくは、前記信号線路は、前記展開部の前記絶縁基板に埋め込まれている下側の厚みが前記絶縁基板から露出している上側の厚みよりも厚いことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の配線基板は好ましくは、前記絶縁基板は、下面または内部に前記差動線路と対向するように接地導体が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の配線基板は、配線基板上に形成された差動線路について、差動線路の信号線路同士の間の間隔が漸次広がっている展開部においてそれぞれの信号線路の厚みが展開部以外の部位の厚みよりも厚いことから、展開部においては、一対の信号線路の誘導成分の減少及び容量成分の増加により差動インピーダンスが減少する。その結果、展開部における差動インピーダンスの不整合による高周波信号の反射損失を抑えることが可能となる。
【００１１】
本発明の配線基板は好ましくは、展開部の下側が絶縁基板に埋め込まれていることから、埋め込まれた部分同士が配線基板を成す絶縁体を通して容量結合し易くなるとともに、展開部においては一対の信号線路の容量成分増加により差動インピーダンスが減少することとなる。その結果、展開部において差動線路の線路間隔の変化による差動インピーダンスの不整合による高周波信号の反射損失を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の配線基板は好ましくは、展開部の信号線路は絶縁基板に埋め込まれている下側の厚みが絶縁基板から露出している上側の厚みより厚いことから、埋め込まれた部分同士が配線基板を成す絶縁体を通して容量結合し易くなるとともに、信号線路の下面側に形成されている接地導体との距離が短くなり、一対の信号線路の容量成分増加により差動インピーダンスが減少することとなる。その結果、展開部において差動線路の線路間隔の変化による差動インピーダンスの不整合による高周波信号の反射損失を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の配線基板は好ましくは、絶縁基板は、下面または内部に差動線路と対向するように接地導体が形成されていることから、接地導体によって高周波信号（電磁波）の漏洩を遮蔽し透過損失を抑制することが可能となる。
【００１４】
これらのことにより、本発明の配線基板によれば、差動線路の線路間隔が広がる展開部における高周波信号の反射損失および透過損失を極めて小さくすることができるので、配線基板に搭載される半導体素子の高周波領域における作動性を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の配線基板について以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１に示す配線基板における差動線路の周辺部の要部拡大平面図、図３は図１に示す配線基板における要部拡大断面図である。
【００１６】
この配線基板１においては、絶縁基板２を構成する絶縁層２ａ〜２ｄは基本的には同じ比誘電率を有する絶縁材料で形成されている。絶縁層２ｃ上には信号配線群３が形成され、絶縁層２ｂ，２ｄ上には信号配線群３に対向させて広面積の電源配線層４ａ、接地配線層４ｂが形成されており、信号配線群３の各信号配線はストリップ線路構造を有している。なお、電源配線層４ａおよび接地配線層４ｂは、配線基板１の仕様に応じて入れ換えて配置されることもある。
【００１７】
また、信号配線群３の各信号配線の配線幅および信号配線群３と電源配線層４ａもしくは、接地配線層４ｂとの間に介在する絶縁層２ｂ，２ｃの厚みを適宜設定することで、信号配線群３の特性インピーダンスを任意の値に設定することができるため、良好な伝送特性を有する信号配線群３を形成することが可能となる。信号配線群３の特性インピーダンスは、一般的には５０Ωに設定される場合が多い。
【００１８】
なお、信号配線群３に含まれる複数の信号配線は、それぞれ異なる電気信号を伝送するものとしてもよい。
【００１９】
この例では、配線基板１上面には高速で動作するＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子や光半導体素子等の半導体素子５が搭載され、錫−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）合金半田等の半田や金（Ａｕ）等から成る導体バンプ６および半導体素子５を接続するための半導体素子接続用電極７を介して、差動線路８と電気的に接続されている。また、配線基板１の半導体素子５を搭載する上面と反対側の下面には、半導体素子５に信号の入出力および電源供給を行なうための外部入出力用電極１０が形成されている。
【００２０】
また、差動線路８は、絶縁層２ａの上面に電源配線層４ａもしくは接地配線層４ｂとの間で形成されたマイクロストリップ構造の一対の信号線路で形成され、半導体素子接続用電極７および錫−鉛合金半田等の半田や金等から成る導体バンプ６を介して半導体素子５の電極と電気的に接続されており、外部と信号の入出力を行なうために貫通導体９を介して外部入出力用電極１０と電気的に接続されている。なお、信号貫通導体９の周りには、信号貫通導体９を中心として同心円状に接地貫通導体１１が形成されている。
【００２１】
図２は本発明の配線基板の実施の形態の一例における差動線路８の周辺部を示す要部拡大平面図である。図２において、絶縁層２は図１の絶縁層２ａに相当する。
【００２２】
また、差動線路８を成す一対の信号線路８ａ，８ｂは、導体バンプ６および半導体素子接続用電極７を介して半導体素子５に電気的に接続され、また信号貫通導体９を介して外部入出力用電極１０に電気的に接続されている。差動線路８は、一対の信号線路８ａ,８ｂ間の間隔が一定である一定部８ｃと、一対の信号線路８ａ,８ｂ間の間隔が漸次広がる展開部８ｄとによって形成されている。展開部８ｄの信号線路８ａ,８ｂの厚みは、一定部８ｃにおける厚みより大きい。そして、展開部８ｄの端部において、信号線路８ａ，８ｂはそれぞれ信号貫通導体９ａおよび９ｂを介して外部入出力用電極１０に電気的に接続されている。
【００２３】
また、図３においては、差動線路８の信号線路８ａ，８ｂは下側が絶縁層２ａに埋め込まれており、埋め込まれている部分の厚みが露出している上側よりも厚く形成されている。展開部８ｄにおいて、信号線路８ａ，８ｂの間隔が漸次広がるのに応じて信号線路８ａ，８ｂの厚みおよび絶縁層２ａに埋め込まれる厚みを調整し設定することによって、展開部８ｄにおける差動インピーダンスを制御することができる。そのため、高周波信号の良好な伝送特性を有する差動線路８を形成することが可能となる。
【００２４】
また、信号配線群３および差動線路８の構造は、信号配線群３に対向して形成された電源配線層４ａ、接地配線層４ｂを有するマイクロストリップ線路構造の他にも、信号配線群３の上下に電源配線層４ａ、接地配線層４ｂを有するストリップ線路構造、また、信号配線群３の各信号配線に隣接して電源配線層４ａ、接地配線層４ｂを形成したコプレーナ線路構造であってもよく、配線基板１に要求される仕様等に応じて適宜選択して用いることができる。
【００２５】
また、配線基板１にチップ抵抗,薄膜抵抗,コイルインダクタ,クロスインダクタ,チップコンデンサまたは電解コンデンサ等といったものを搭載して、電子回路モジュール等を構成してもよい。
【００２６】
また、各絶縁層２ａ〜２ｄの平面視における形状は、正方形状や長方形状の他に、菱形状,六角形状または八角形状等の形状であってもよい。
【００２７】
そして、本発明の配線基板１は、半導体素子収納用パッケージ等の電子部品収納用パッケージ、電子部品搭載用基板、多数の半導体素子が搭載される所謂マルチチップモジュールやマルチチップパッケージ、あるいはマザーボード等として使用される。
【００２８】
本発明の配線基板１において、各絶縁層２ａ〜２ｄは、例えばセラミックグリーンシート積層法によって、酸化アルミニウム質焼結体,窒化アルミニウム質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化珪素質焼結体,ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等の無機絶縁材料から成る。また、絶縁層２ａ〜２ｄは、ポリイミド,エポキシ樹脂,フッ素樹脂,ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の有機絶縁材料を使用して、あるいはセラミックス粉末等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合絶縁材料等の電気絶縁材料から成っていてもよい。
【００２９】
絶縁層２ａ〜２ｄは以下のようにして作製される。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、まず、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法等を採用してシート状となすことによって、セラミックグリーンシートを得る。そして、各信号配線群３および各導体層４となる金属ペーストを所定のパターンに印刷塗布して上下に積層し、最後にこの積層体を還元雰囲気中にて約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００３０】
また、絶縁層２ａ〜２ｄが例えばエポキシ樹脂から成る場合、一般に酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミックスやガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させて形成されるガラスエポキシ樹脂等から成る絶縁層の上面に、樹脂前駆体をスピンコート法もしくはカーテンコート法等により被着させ、これを熱硬化処理することによって形成されるエポキシ樹脂等の樹脂から成る絶縁層と、銅を無電解めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術によって形成される薄膜配線導体層とを交互に積層し、約１７０℃の温度で加熱硬化することによって製作される。
【００３１】
これらの絶縁層２ａ〜２ｄの厚みは、使用する材料の特性に応じて、要求される仕様に対応する機械的強度や電気的特性等の条件を満たすように適宜設定される。
【００３２】
また、互いに異なる誘電率を有する絶縁層２ａ〜２ｄを得るための方法としては、例えば酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,炭化珪素,窒化珪素,ムライトまたはガラスセラミックス等の無機絶縁材料、あるいはポリイミド,エポキシ樹脂,フッ素樹脂,ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の絶縁材料に、チタン酸バリウム,チタン酸ストロンチウム,チタン酸カルシウムまたはチタン酸マグネシウム等の高誘電体材料の粉末を添加混合し、しかるべき温度で加熱硬化することによって、所望の比誘電率のものを得るようにすればよい。
【００３３】
このとき、無機絶縁材料や有機絶縁材料に添加混合する高誘電体材料の粒径は、無機絶縁材料あるいは有機絶縁材料に高誘電体材料を添加混合したことによって起こる絶縁層２ａ〜２ｄ内の誘電率のバラツキの発生の低下や、絶縁層の粘度変化による加工性の低下を低減するため、０．５〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３４】
また、無機絶縁材料や有機絶縁材料に添加混合する高誘電体材料の含有量は、絶縁層２ａ〜２ｄの誘電率を大きな値とするためと、無機絶縁材料や有機絶縁材料と高誘電体材料の接着強度の低下を防止するために、５〜７５重量％とすることが好ましい。
【００３５】
また、信号配線群３、差動線路８、電源配線層４ａおよび接地配線層４ｂは、例えばタングステン（Ｗ）,モリブデン（Ｍｏ）,モリブデンマンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）,銅（Ｃｕ）,銀（Ａｇ）または銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属粉末メタライズ、あるいは銅（Ｃｕ）,銀（Ａｇ）,ニッケル（Ｎｉ）,クロム（Ｃｒ）,チタン（Ｔｉ）,金（Ａｕ）またはニオブ（Ｎｂ）やそれらの合金等の金属材料の薄膜等により形成すればよい。
【００３６】
具体的には、信号配線群３等をＣｕ,Ｗの金属粉末メタライズで形成する場合、Ｗ粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁層２ａ〜２ｄとなるセラミックグリーンシートに所定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形成することができる。
【００３７】
また、信号配線群３等を金属薄膜で形成する場合、例えばスパッタリング法,真空蒸着法またはメッキ法により金属薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法により所定の配線パターンに形成することによって形成できる。
【００３８】
このような配線基板１は、信号配線群３が配設されている絶縁層２ａ〜２ｄの誘電率に応じて、信号配線群３及び差動線路８の信号線路８ａ，８ｂのそれぞれの配線幅，配線厚み，配線間隔を設定することで、信号配線群３の各信号配線の特性インピーダンス値および差動線路８の差動インピーダンス値を所望の値とすることができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施の形態の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種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、差動線路８は、配線基板１の内層に形成されていてもよく、さらに差動線路８が電気的に接続される二次実装部は、コネクタやワイヤボンディングパッド等でもよい。また、作動線路８の展開部８ｄにおいて、信号線路８ａ，８ｂの厚みが端に向かって漸次厚くなるようにしてもよい。
【実施例】
【００４０】
本発明の図１の配線基板１を以下のようにして作製した。酸化アルミニウム質焼結体から成る各厚みが０．１ｍｍの絶縁層２ａ〜２ｄを、上述したセラミックグリーンシート積層法によって積層し形成することにより、絶縁基板２を作製した。このとき、信号配線群３、差動線路８、電源配線層４ａ、接地配線層４ｂ、信号貫通導体９および接地貫通導体１１を、上述したようにＣｕの金属粉末を用いたメタライズ層で形成した。
【００４１】
そして、図２に示すように、比誘電率が５．２の絶縁基板２に、信号線路８ａ，８ｂの線路幅７５μｍ、一定部８ｃにおける各信号線路８ａ，８ｂの厚み１２μｍ、展開部８ｄにおける各信号線路８ａ，８ｂの厚み３０μｍ、一定部８ｃにおける信号線路８ａ，８ｂ間の間隔７５μｍであるマイクロストリップ構造の差動線路８を形成した。
【００４２】
展開部８ｄの信号線路８ａ，８ｂは、外部入出力用電極１１の配列間隔１．０ｍｍに合わせて、一定部８ｃの信号線路８ａ，８ｂとの成す角度を３０度として形成した。
【００４３】
上記構成の差動線路８について、４０ＧＨｚの高周波信号を信号線路８ａ，８ｂに位相差１８０度で入力したところ、差動線路８の一定部８ｃと展開部８ｄとの接続部における信号線路８ａ，８ｂの差動インピーダンスの不連続性を小さくできるため、高周波信号の反射損失を抑えることが可能となった。即ち、差動線路８における高周波信号の反射レベルは、展開部８ｄの厚みが一定部８ｃと同じ１２μｍである比較例の場合は−１８ｄＢであったのに対し、本実施例では−２３ｄＢ程度となり、きわめて小さい値であった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の配線基板の要部拡大平面図である。
【図３】図１の配線基板の要部分拡大断面図である。
【図４】従来の配線基板の一例を示す断面図である。
【図５】図４の配線基板の要部拡大断面図である。
【図６】図４の配線基板の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・配線基板
２・・・絶縁基板
２ａ〜２ｄ・・・絶縁層
３・・・信号配線群
４・・・内層接地導体層
５・・・半導体素子
８・・・差動線路
８ａ，８ｂ・・・一対の信号線路
８ｄ・・・展開部
【図１】
2006093324.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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