(57)【要約】【目的】ＤＣ（直流）からＧＨｚまでの周波数帯域において低損失な伝送特性を有しかつ所定の遅延特性を有する伝送線路実装基板を提供する。【構成】対向する誘電体基板７の対向する面に形成された伝送線路（信号層３，４）の金属導体を覆うようにして、高誘電率樹脂層１０，１１が形成されていて、信号配線間の不要な電磁結合が抑制されている。また、信号層３と信号層４との間が一定の間隔で離隔するように、はんだボール９がスペーサとして機能しつつ、信号層３と信号層４とを接続している。このため、本実施形態においては、信号層３／高誘電率樹脂層１０／空気層／高誘電率樹脂層１１／信号層４の積層構造をなしているので、高誘電率樹脂層１０，１１を設けても、その間に低誘電率層（空気層）が介在しているため、高誘電率樹脂層１０，１１に起因して容量が付加されてしまうことが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された複数の誘電体基板と、この基板上の少なくとも対向する面に形成され金属導体により構成された信号伝送線路と、前記対向する信号伝送線路の表面の少なくとも一部上に設けられた高誘電率樹脂層と、前記対向する高誘電率樹脂層間に間隙をおいて前記対向する信号伝送線路同士をその一部で接続するはんだボールと、を有することを特徴とする伝送線路実装基板。
【請求項２】
前記対向配置された誘電体基板間の間隙における前記はんだボールを含む一部の領域が、所定の誘電率を有する常誘電体樹脂材料により充填されていることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路実装基板。
【請求項３】
前記対向配置された誘電体基板間の間隙における前記はんだボールを含む一部の領域が、強誘電体樹脂材料により充填されており、前記強誘電体樹脂材料にはバイアス電場が印加されていることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路実装基板。
【請求項４】
前記高誘電率樹脂層は、樹脂とセラミック粉末との複合材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の伝送線路実装基板。
【請求項５】
前記強誘電体樹脂材料は、樹脂とセラミック粉末との複合材料であることを特徴とする請求項３に記載の伝送線路実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ、半導体パッケージ、インターポーザ基板及びプリント基板上に形成された信号伝送線路を実装した伝送線路実装基板に関し、特に、１ＧＨｚを超える高速及び高周波用の回路に好適であり、また１ＧＨｚ以下の周波数帯の回路にも有効である伝送線路実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の誘電体基板の信号配線をはんだボールを介して接続した実装構造において、信号配線間の不要な電磁界結合を抑制し、良好な高周波特性を保持するために、はんだボールを介して接続された基板の対向する表層に信号配線を形成しない層構成にするか、又は対向する配線間の距離をできるだけ大きく保つレイアウト設計をするのが一般的であった。
【０００３】
一方、特許文献１には、この種の伝送線路において、同一基板面に形成された複数の配線の上に、誘電率が高い誘電体層を設けた構成が開示されている。この従来技術においては、ベース誘電体層の上に、信号線及び接地線を形成し、その上に、上部誘電体層を重ねている。そして、ベース誘電体層の下面及び上部誘電体層の上面に、夫々接地導体層又は下部シールド接地線及びシールド接地層を設けている。
【０００４】
特許文献２には、誘電体層とそれをはさむ導電層からなる層構成が開示されているが、特許文献２は、本発明とは異なり、電力分配インピーダンスを低減した相互接続モジュールに関し、薄い高誘電率埋め込みキャパシタ構造を組み入れたモジュールを開示するものであり、基本的にはキャパシタデバイスに関するものである。
【０００５】
また、特許文献３には、半田ボールパッドに切欠を設けて、半田ボールパッドに半田ボールが強固に融着するようにしたプラスチックＢＧＡパッケージが開示されている。
【０００６】
更に、特許文献４には、プリント配線基板にフリップチップを搭載したフリップチップアセンブリが開示されている。この従来技術においては、ハンダバンプにより接続されたプリント配線基板とフリップチップとの間が、ハンダバンプ以外の領域がアンダーフィル樹脂で充填されており、これにより、ハンダバンプによる接続を強化している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−６８４１４号公報
【特許文献２】特表２００５−５０１４１５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２６１５号公報
【特許文献４】特表２００６−５２１７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示す層構成の場合、信号線を多層に重ねようとすると、配線／高誘電率層／配線となり、配線層間に不要な容量を付加することになり、特性上好ましくない。
【０００９】
また、特許文献２は、特許文献１と同様に、配線／高誘電率層／配線という層構成になるので、配線間に不要な容量を付加することになり、特性上好ましくないという問題点がある。
【００１０】
特許文献３及び４には、半田ボールを使用した基板間又は基板とチップとの間の電気的接続が開示されているが、いずれも、半田ボールとパッドとの間の接続を強固にするための技術が開示されているものの、高周波伝送特性の改善については、全く開示されていない。
【００１１】
よって、従来技術では、高周波特性を劣化させる信号線路間の不要な電磁界の結合をさけるためには、はんだボールを介して接続された基板の対向する表層に信号線を形成しない層構成にするか、又は対向する配線間の距離をできるだけ大きく保つレイアウト設計をするしか、手段がなかった。しかしながら、上述のような設計をした場合、基板層数及び基板寸法の増大により、設計仕様を満たすことができないか、又はコストが増大するという問題点がある。
【００１２】
近時、装置の小型化による高密度実装が要求されるようになり、はんだボール寸法が小さくなることにより、上述の高周波特性を劣化させる電磁界の結合を回避するための技術の開発が要望されている。
【００１３】
また、はんだボール部においては、特許文献４に記載されているように、接続部を機械的に強固に固定するためにアンダーフィル樹脂を充填する実装構造が公知であるが、ボールの大きさ等、製造上の制約のため、接続部のインピーダンスを所望の値に設定することが困難であり、高周波特性及び遅延特性の劣化を招くという問題点があり、インピーダンスの設計自由度を高める実装構造が求められている。
【００１４】
一方、１ＧＨｚを超える高周波帯、１Ｇｂｐｓを超える高速伝送が、種々の装置に利用されるようになった。それにより、大量にかつ安価に、しかも均一な特性の装置を製造する技術が求められることになった。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、１Ｇｈｚを超えるような高周波帯における信号伝送及び１Ｇｂｐｓを超えるような高速伝送においても、伝送特性の劣化が防止され、電気信号の良好な高周波特性及び遅延特性を保持することができ、ＤＣ（直流）からＧＨｚまでの周波数帯域において低損失な伝送特性を有し、かつ所定の遅延特性を有する伝送線路実装基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る伝送線路実装基板は、対向配置された複数の誘電体基板と、この基板上の少なくとも対向する面に形成され金属導体により構成された信号伝送線路と、前記対向する信号伝送線路の表面の少なくとも一部上に設けられた高誘電率樹脂層と、前記対向する高誘電率樹脂層間に間隙をおいて前記対向する信号伝送線路同士をその一部で接続するはんだボールと、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、信号配線に高周波電流が流れると、基本伝送モードである準ＴＥＭモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｏｄｅ）の電磁界が配線周辺に生成する。この電磁界が近傍の配線と電磁結合し、高周波特性の劣化を生じる。基本的に電磁波は誘電率が高い領域に閉じ込められる性質がある。本発明はこのような電磁波の性質を利用したもので、対向する金属導体上に高誘電率樹脂層を付加したことにより、信号配線間の不要な電磁結合を抑制することができる。
【００１８】
高誘電率樹脂層は、印刷技術等により、半導体チップ、半導体パッケージ、インターポーザ基板及びプリント基板上に形成することもできる。
【００１９】
また、本発明においては、前記対向配置された誘電体基板間の間隙における前記はんだボールを含む一部の領域が、所定の誘電率を有する常誘電体樹脂材料又は強誘電体樹脂材料により充填されているように構成することができる。
【００２０】
更に、前記対向配置された誘電体基板間の間隙における前記はんだボールを含む一部の領域が、強誘電体樹脂材料により充填されており、前記強誘電体樹脂材料にはバイアス電場が印加されるように構成することができる。このバイアス電場の印加により、インピーダンス調整機能を設けることができる。
【００２１】
更にまた、前記高誘電率樹脂層は、例えば、樹脂とセラミック粉末との複合材料とすることができ、一例として、エポキシ系樹脂にチタン酸ストロンチウム酸バリウム粉末を分散させたものである。また、前記強誘電体樹脂層も、例えば、樹脂とセラミック粉末との複合材料とすることができ、一例として、エポキシ樹脂にチタン酸バリウム粉末を分散させたものである。
【００２２】
誘電体樹脂材料は、はんだボール周辺に塗布した後、毛細管現象を利用して比較的均一に充填することができる。強誘電体樹脂材料の場合、バイアス電界により材料の誘電率が変化する物性を利用して伝送線路接続部のインピーダンスを調整することができる。
【００２３】
本発明においては、対向配置された誘電体基板の各対向面に金属導体からなる信号伝送線路を設け、各信号伝送線路をはんだボールにより電気的に接続すると共に、前記信号伝送線路の表面の少なくとも一部上に高誘電率樹脂層を設け、はんだボールをスペーサとして、各伝送線路上の高誘電率樹脂層を所定の間隙を設けて保持したので、信号配線間の不要な電磁結合を抑制することができる。即ち、この信号伝送線路を覆うように高誘電率樹脂層を設けたので、信号伝送線路間の電磁結合を防止することができる。また、本発明においては、この高誘電率樹脂層の間に、空気層が介在しているので、基板の厚さ方向に対し、配線／高誘電率層／低誘電率層（空気）／高誘電率層／配線が配置されていることになる。このため、従来技術のように、配線／高誘電率層／配線という構造では、配線間に不要な容量を付加することになり、特性上好ましくないが、本発明においては、高誘電率層を設けても、その間に低誘電率層（空気）が介在しているので、不要な容量が付加されてしまうことが防止される。
【００２４】
また、はんだボール周辺に所定の誘電率を有する常誘電体樹脂材料又は強誘電体樹脂材料を充填し、強誘電体樹脂材料においてはバイアス電界を印加することで、伝送路接続部のインピーダンスの調整が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、信号伝送線路を構成する金属導体上に、高誘電率樹脂層を設けたので、信号伝送線路間の電磁結合を防止し、特に高周波信号の損失を防止することができる。また、本発明においては、高誘電率層の間に、空気層（低誘電率層）が存在するので、高誘電率層を設けても、信号伝送線路間に、不要な容量を付加してしまうことがない。このようにして、本発明によれば、ＤＣ（直流）からＧＨｚまでの周波数帯域において、低損失な伝送特性を有し、かつ所定の遅延特性を有する伝送線路構造をえることができる。また、本発明によれば、１Ｇｂｐｓを超えるような高速伝送においても、伝送特性の劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る伝送線路実装基板を示す断面図である。誘電体基板７は、２枚の誘電体基板７ａ、７ｂを張り合わせたものであり、一方の誘電体基板（例えば、誘電体基板７ａ）上に、グランド層２，５が、夫々絶縁層２ａ、５ａにより電気的に分離されて形成されている。この誘電体基板７ａ、７ｂはグランド層２，５を間に挟んで重ね合わせて積層されている。この誘電体基板７の大きさは、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍであり、基板材料は耐熱性グレードがＦＲ４のガラス基材エポキシ樹脂積層板等を使用することができる。
【００２７】
また、誘電体基板７の表面及び裏面には、信号配線としての信号層１，３，４，６が形成されている。これらの信号層１と信号層３、及び信号層４と信号層６は、夫々誘電体基板７を貫通するスルーホール８により接続されている。そして、１対の誘電体基板７が、その誘電体基板７ａ側の表面を対向させて配置されており、この誘電体基板７ａの表面に形成された信号層３，４は、はんだボール９により電気的に接続されている。そして、この誘電体基板７ａの表面上及びはんだボール９の周囲の領域を除く信号層３，４の表面上に、高誘電率樹脂層１０及び高誘電率樹脂層１１が形成されている。この高誘電率樹脂層１０及び１１としては、エポキシ系樹脂材料にチタン酸ストロンチウム酸バリウム粉末を分散した複合材料等を使用することができる。エポキシ系樹脂材料にチタン酸ストロンチウム酸バリウム粉末を分散した複合材料は、例えば、比誘電率が２０である。
【００２８】
このように構成された伝送線路実装基板においては、対向する誘電体基板７の対向する面に形成された伝送線路（信号層３，４）の金属導体を覆うようにして、高誘電率樹脂層１０，１１が形成されているので、信号配線（信号層３，４）間の不要な電磁結合を抑制することができる。しかも、本実施形態においては、信号層３と信号層４とがはんだボール９により電気的に接続されていると共に、信号層３と信号層４との間が一定の間隔で離隔するように、つまり、信号層３と信号層４との間に間隙が形成されるように、はんだボールがスペーサとして機能し、信号層３と信号層４とを機械的に接続している。このため、本実施形態においては、信号層３／高誘電率樹脂層１０／空気層／高誘電率樹脂層１１／信号層４の積層構造をなしているので、高誘電率樹脂層１０，１１を設けても、その間に低誘電率層（空気層）が介在しているため、高誘電率樹脂層１０，１１に起因して容量が付加されてしまうことが防止される。
【００２９】
これにより、１Ｇｈｚを超えるような高周波帯における信号伝送及び１Ｇｂｐｓを超えるような高速伝送においても、伝送特性の劣化が防止され、電気信号の良好な高周波特性及び遅延特性を保持することができる
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態に係る伝送線路実装基板について説明する。本実施形態が図１に示す第１実施形態の伝送線路実装基板と異なる点は、はんだボール９の周辺の誘電体基板７間の間隙に、強誘電体樹脂１２により充填されていることである。即ち、対向配置された誘電体基板７間の間隙におけるはんだボール９を含む一部の領域が、強誘電体樹脂１２により充填されている。このはんだボール９の周囲を充填する強誘電体樹脂１２として、エポキシ系樹脂材料にチタン酸バリウム粉末を分散した比誘電率４０の複合材料を使用することができる。
【００３０】
本実施形態においては、第１実施形態と同様の作用効果を奏するのに加え、はんだボール９の周囲の基板間の領域を、強誘電体樹脂１２で充填しているので、この強誘電体樹脂１２に、バイアス電界を印加することにより、材料の比誘電率を調整することができる。これにより、伝送路接続部のインピーダンスの調整が可能となる。この強誘電体樹脂１２に印加するバイアス電界は、はんだボール９を搭載する信号層３及び４を構成する導体部に直流電圧を印加することにより、生成することができる。
【００３１】
なお、このはんだボール９の周囲の基板間の領域を充填する樹脂として、強誘電体樹脂１２の代わりに、常誘電体樹脂を使用することもできる。これによっても、伝送路接続部のインピーダンスの調整が可能となる。
【００３２】
図３は伝送線路構造に対する伝送特性を対比して示すグラフ図である。図中の従来構造とは、図１に示す第１実施形態の伝送線路実装基板において、高誘電率樹脂層１０及び１１が無い場合の伝送線路構造である。図３に示すように、従来構造の伝送路に比較して、本発明の第１実施形態及び第２実施形態の伝送路は、いずれもＧＨｚを超える高周波帯における伝送特性の劣化が少なく、本発明により、従来構造よりも信号損失が小さく、伝送特性が優れた伝送路接続構造を実現できることが示されている。
【００３３】
なお、特許文献３及び４においても、はんだボールの周辺が樹脂により充填されているが、これは、はんだボール部を強固に固定するために、アンダーフィル樹脂を充填しているのであり、本発明のように、所定の誘電率を有した常誘電体樹脂材料又は強誘電体樹脂材料を充填し、伝送線路のインピーダンスを調整するというものではない。
【００３４】
このようにして、上述の各実施形態においては、ＤＣ（直流）からＧＨｚまでの周波数帯域において、低損失な伝送特性を有しかつ所定の遅延特性を有する伝送線路構造が得られる。なお、本発明によれば、１Ｇｂｐｓを超えるような高速伝送においても、伝送特性の劣化が防止される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の伝送線路実装基板は、通信装置、レーダ装置、計測装置等において、１ＧＨｚを超える高速・高周波用の回路に利用することができると共に、また、本発明は、利用周波数を限定するものではなく、１ＧＨｚ以下の周波数帯の回路にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態の伝送線路実装基板を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の伝送線路実装基板を示す断面図である。
【図３】伝送線路構造と伝送特性との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、３，４，６：信号層
２、５：グランド層
７：誘電体基板
８：スルーホール
９：はんだボール
１０、１１：高誘電率樹脂層
１２：強誘電体樹脂（常誘電体樹脂）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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