(57)【要約】      （修正有）【課題】インピーダンス整合が図られるとともに、ハンダボールとの接合強度が高いパッドを備えた高速信号伝送用の回路基板を提供する。【解決手段】少なくとも信号伝送線３とパッド５とを有する導電層が半導体チップ搭載面およびボード接続面に備えられた高速信号伝送用の回路基板を、パッド５の形状を開口を有する形状とし、このパッドの開口部６の面積Ｓ１が、開口部６を含むパッド５全体の面積Ｓ２の１５〜６５％の範囲内となり、パッドの周縁部が絶縁層７で被覆されたような構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも信号伝送線とパッドとを有する導電層を半導体チップ搭載面およびボード接続面に備えた高速信号伝送用の回路基板において、
パッドは開口部を有し、該開口部の面積Ｓ１は、開口部を含むパッド全体の面積Ｓ２の１５〜６５％の範囲内であり、前記パッドの周縁部が絶縁層で被覆されたことを特徴とする高速信号伝送用の回路基板。
【請求項２】
前記面積Ｓ１は、前記絶縁層で被覆された周縁部を除く開口部を含むパッドの露出部全体の面積Ｓ３の２５〜８０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の高速信号伝送用の回路基板。
【請求項３】
前記パッドは、周縁部形状および開口部形状が円形である環形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高速信号伝送用の回路基板。
【請求項４】
前記パッドの厚みは７〜２３μｍの範囲であ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高速信号伝送用の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板に係り、特に特性インピーダンス整合がなされた高速信号伝送用の回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−２９７７２号公報
【特許文献２】特開平７−３０７５７８号公報
超高速ＬＳＩを形成した半導体チップを搭載するための高速信号伝送用の回路基板では、回路基板内部の信号伝送の特性インピーダンスを整合させ、信号の反射や波形歪等の伝送損失をできるだけ防止することが重要である。
高速信号伝送用の回路基板は、一般に誘電体層の多層構造となっており、表層および内層に信号伝送線が形成され、各誘電体層間面にグランド導体、電源導体が形成されている。また、回路基板の信号伝送線の端点には、接続用パッドや半導体チップ搭載用パッドが形成されている。このような回路基板では、誘電体層の厚みと、信号伝送線の幅を均一なものとすることにより、特性インピーダンスの整合がなされ、高速信号の伝送を可能としている。
【０００３】
接続用パッドや搭載用パッドには、図４に示されるように、信号伝送線（図示せず）の末端に位置するパッド５１が誘電体層５０上に形成され、このパッド５１を含む誘電体層５０の所定部位を露出するような開口部５２ａを有する絶縁層５２が誘電体層５０上に形成され、ハンダボールＳがパッド５１を覆うように開口部５２ａ内に形成されるようなＮＳＭＤ（Ｎｏｎ−Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造のパッドが知られている。また、図５に示されるように、信号伝送線（図示せず）の末端に位置するパッド６１が誘電体層６０上に形成され、このパッド６１の中心部の所定部位を露出するような開口部６２ａを有する絶縁層６２が誘電体層６０上に形成され、ハンダボールＳが開口部６２ａ内（パッド６１上）に形成されるようなＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造のパッドも知られている。
【０００４】
しかし、接続用パッドや搭載用パッドは、信号伝送線より幅の大きい形状（例えば円形や長方形）であり、静電容量が大きいため特性インピーダンスが小さくなり、信号伝送線との特性インピーダンスの不整合による電気信号の反射が生じていた。このような特性インピーダンスの不整合を軽減するには、パッド部の面積を小さくして静電容量を小さくし特性インピーダンスを大きくすることが考えられる。しかし、パッド部の形状は、接続するハンダボールの大きさや、部品の電極（例えば、チップ部品）の形状によって決まるため、自由に変更することはできず、特性インピーダンスの整合は困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパッド部における特性インピーダンス整合を行った回路基板として、多層構造であり、パッド部の下方に位置する下層のグランド導体、電源導体にくり抜き部を設け、その更に下層である信号伝送線からなる導体層では、パッド部直下に配線禁止領域を設け、この信号伝送線の更に下層に位置するグランド導体、電源導体と、表面に存在するパッド部との特性インピーダンス整合をとる回路基板が提案されている（特許文献１、２）。
しかしながら、このような構造の回路基板では、下層の導体層に設けられる配線禁止領域の存在により、配線の高密度化が制限されるという問題があった。
【０００６】
また、上述のＮＳＭＤ構造のパッドでは、ハンダボールＳがパッド５１の上面と側面とに密着しているので、両者の接合強度は大きいものとなるが、絶縁層５２の開口部５２ａの位置精度のバラツキを考慮した場合、２個のパッド５１間に他の信号伝送線を配設する場合の設計上の制限（配線高密度化の制限）が大きいという問題があった。一方、ＳＭＤ構造のパッドでは、パッド６１上に絶縁層６２の開口部６２ａが位置するので、この開口部６２ａの位置精度のバラツキを考慮する必要なく、２個のパッド６１間に他の信号伝送線を配設する場合の設計上の制限は小さいものの、ハンダボールＳとパッド６１とが一平面でのみ密着しているので、両者の接合強度が小さいという問題があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、特性インピーダンス整合が図られるとともに、ハンダボールとの接合強度が高いパッドを備えた高速信号伝送用の回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、少なくとも信号伝送線とパッドとを有する導電層を半導体チップ搭載面およびボード接続面に備えた高速信号伝送用の回路基板において、パッドは開口部を有し、該開口部の面積Ｓ１は、開口部を含むパッド全体の面積Ｓ２の１５〜６５％の範囲内であり、前記パッドの周縁部が絶縁層で被覆されたような構成とした。
【０００８】
本発明の好ましい態様として、前記面積Ｓ１は、前記絶縁層で被覆された周縁部を除く開口部を含むパッドの露出部全体の面積Ｓ３の２５〜８０％の範囲内であるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記パッドは、周縁部形状および開口部形状が円形である環形状であるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記パッドの厚みは７〜２３μｍの範囲であるような構成とした。
上記の本発明では、パッドの開口部の面積とパッド全体の面積とが特定の関係となることにより、パッド部における特性インピーダンス整合が可能となり、また、絶縁層から露出するパッド形状が開口部を有するので、この部位に形成されるハンダボールとの接合強度を向上させる作用をなす。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の回路基板の一実施形態を示す部分平面図であり、図２は図１に示される回路基板のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１および図２において、本発明の回路基板１は、誘電体層２の表面（端子接続面）２ａに複数（図示例では１本）の信号伝送線３と、この信号伝送線３の端部に配設されたパッド５とを有し、誘電体層２の裏面２ｂにはグランド導体８が配設されている。バッド５の形状は、中央に開口部６を有する環形状であり、開口部６と、パッド５の開口縁５ａの外側に位置する上面５ｂが露出するように、パッド５の周縁部５ｃが絶縁層７で被覆されている。
【００１０】
パッド５が有する開口部６の面積Ｓ１（図３（Ａ）に斜線で示した部位）は、開口部６を含むパッド５全体の面積Ｓ２（図３（Ｂ）に斜線で示した部位）の１５〜６５％、好ましくは１５〜５０％の範囲内である。面積Ｓ１が面積Ｓ２の１５％未満であると、パッド５における特性インピーダンスが小さく、信号伝送線３との特性インピーダンス整合が困難となり、また、パッド５に形成されるハンダボール１１（図２に仮想線で示す）とパッド５との密着強度が低いものとなる。一方、面積Ｓ１が面積Ｓ２の６５％を超えると、パッド５における特性インピーダンスが大きく、信号伝送線３との特性インピーダンス整合が良好なものとなるが、パッド５とハンダボール１１との接合強度が低いものとなる。
【００１１】
図示例では、開口部６の形状が円形であり、パッド５の周縁部５ｃも円形であるような環形状のパッド５であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、開口部６の形状が楕円形であり、パッド５の周縁部５ｃの形状も開口部６と相似の楕円形状であるもの、あるいは、開口部６の形状が方形であり、パッド５の周縁部５ｃの形状も方形である回廊形状のパッド５であってもよい。
また、絶縁層７で被覆された周縁部５ｃを除くパッド５の上面５ｂの面積は、上記の開口部６の面積Ｓ１が、上面５ｂと開口部を含むパッドの露出部全体の面積Ｓ３（図３（Ｃ）に斜線で示した部位）の２５〜８０％、好ましくは２５〜５０％の範囲内となるように設定することができる。面積Ｓ１と面積Ｓ３とが上記の関係を満足することにより、パッド５とハンダボール１１との接合強度が高いものとなる。
【００１２】
信号伝送線３の線幅Ｗは２５〜２００μｍの範囲で設定することできる。また、信号伝送線３、パッド５の厚みは７〜２３μｍの範囲で設定することできる。
上述のように、開口部６の面積Ｓ１と、開口部６を含むパッド５全体の面積Ｓ２とが上記の関係を満足することにより、誘電体層２の厚みが均一であっても、パッド５において特性インピーダンス整合がなされる。これにより、信号の反射や波形歪等の伝送損失の低減が可能となる。
また、絶縁層７から露出するパッド５の形状が、パッド５の開口縁５ａおよびこの開口縁５ａ近傍のパッド上面５ｂであるため、この部位に形成されるハンダボール１１とパッド５との接触面が複雑となる。これにより、本発明では、パッド５がＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）構造のパッドでありながら、ハンダボール１１とパッド５との接合強度が大きいものとなる。
【００１３】
本発明の回路基板は、上述の例の誘電体層２の裏面２ｂ側に複数の誘電体層を積層し、各誘電体層間面にグランド導体、電源導体が形成されたものであってもよい。また、誘電体層間面に中層の信号伝送線を設けてもよい。このような多層構造とする場合、各誘電体層の厚みは、例えば、３０〜７０μｍの範囲で適宜設定することができる。
【００１４】
尚、本発明の回路基板を構成する誘電体層の材料は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、アラミド、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、液晶ポリマー、ＢＴレジン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール、ポリエーテルサルフォン等を単独で、または２種以上を混合して使用できる。また、上記の材料にガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等の無機フィラーを併用することもできる。さらに、上記の材料と、補強材としてガラス、アラミド、フッ素、ポリベンゾオキサゾール、液晶ポリマー等の織布、不織布、編物等の強化繊維とを組み合わせても使用できる。また、信号伝送線、パッドの材料は、銅を使用することができる。
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、パッドの開口部６内に誘電体層を盛り上げるように突出（高さはパッド５の厚みと略同程度）させて、パッド５の特性インピーダンスを高くしてもよい。
【００１５】
【実施例】
次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
厚み約１ｍｍの半導体パッケージ基板の一方の面に、電解銅めっきによって、線幅６０μｍ、厚み１５μｍの信号伝送線を長さ２０ｍｍで形成し、この信号伝送線の両端部にパッド（厚み１５μｍ）を形成して導電層とした。このパッドは、周縁部が円形であり、その中央に円形の開口部を備えた環形状であり、パッドの周縁部の直径は６５０μｍであった。また、開口部は、開口部の面積Ｓ１と、開口部を含むパッド全体（直径６５０μｍ）の面積Ｓ２との関係［（Ｓ１／Ｓ２）×１００］が下記の表１に示される数値（％）である５種の寸法とした。
【００１６】
次に、直径５００μｍの円形の開口を有する絶縁層（厚み２０μｍ）を、パッドの周縁部を被覆し、かつ、開口の中心が上記のパッドの開口部の中心と一致するように形成した。この絶縁層は、ソルダーレジスト（日立化成（株）製ＳＲ７０００）によって形成した。これにより、パッドの開口部、および、パッドの開口縁近傍のパッド上面が露出した回路基板（試料１〜５）を得た。また、パッドに開口部を設けない他は、上記と同様にして、回路基板（試料６）を得た。
【００１７】
このような各回路基板（試料１〜６）について、下記の方法によりパッドの特性インピーダンス値を求め、下記の表１に示した。
（特性インピーダンスの算出方法）
２Ｄ伝送線路解析シミュレータ（アプライドシミュレーションテクノロジー（株）製ＡＰＳＩＭ  ＲＬＧＣ）を使用して計測する。
【００１８】
また、各回路基板（試料１〜６）について、絶縁層の直径５００μｍの円形の開口内にハンダボールを形成することにより、パッド上にハンダボールを設けた。このハンダボールは、Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７の共晶ハンダを使用し、リフロー炉にて１５０℃（９０秒間）＋２２０℃（１０秒間）を１回通すことによって形成した。次いで、ハンダボールとパッドとの接合強度を下記の測定方法により測定して、結果を下記表１に示した。
（ハンダボール接合強度の測定方法）
デイジ社製の万能型ボンドテスター「シリーズ４０００」を使用し、下記の条件で加熱式バンププルテストを行い、ハンダボールが接合面から剥離（界面剥離）するのに必要な強度（Ｎ）を測定して接合強度とする。７．５Ｎ以上を実用強度とする。
テストスピード：３００μｍ／秒
設定温度      ：２７０℃
テスト開始温度：４０℃
【００１９】
さらに、各回路基板（試料１〜６）について、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ）波形を下記の測定方法により測定し、特性インピーダンスの不整合による特性インピーダンスの最下点の値（Ω）を読み取って下記表１に示した。特性インピーダンスの最下点の値は、２８Ωを超える範囲を実用レベルとする。
（ＴＤＲ波形の測定方法）
アジレントテクノロジー社製ＨＰ５４７５０Ａを使用し、ＴＤＲ測定法により下記の条件で測定する。
ＴＤＲ波形ライズタイム：７０ｐ秒
使用プローブ：カスケードマイクロテック社製マイクロプローブ
（ＡＣＰ４０  ＧＳタイプ、  ＧＳ間ピッチ２５０μｍ）
【００２０】
【表１】
2004319928.tif 000003
【００２１】
表１に示されるように、本発明の回路基板である試料１〜３は、高いハンダボール接合強度を有しながら、パッド近辺の配線の特性インピーダンスを大きい値に上げることが可能であり、ＴＤＲ波形における特性インピーダンスの最下点の値（Ω）も、実用レベルに抑えられることが確認された。
これに対して、パッドの開口部の大きさが不十分な試料４は、特性インピーダンスが小さく、ＴＤＲ波形における特性インピーダンスの最下点の値（Ω）も低いものであった。
【００２２】
一方、パッドの開口部が過大である試料５は、ハンダボール接合強度が不十分なものであった。
さらに、パッドに開口部を備えていない試料６では、ハンダボール接合強度が不十分なものであり、かつ、特性インピーダンスも小さく、ＴＤＲ波形における特性インピーダンスの最下点の値（Ω）が低いものであった。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればパッドを開口部を有する形状とし、この開口部の面積とパッド全体の面積とが特定の関係を満足することにより、パッドにおける特性インピーダンス整合が図られ、信号の反射や波形歪等の伝送損失低減が可能となり、また、絶縁層から露出するパッド形状が、パッドの開口縁およびパッド上面であり、この部位に形成されるハンダボールとパッドとの接触面が複雑となるので、両者の接合強度が向上するという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板の一実施形態を示す部分平面図である。
【図２】図１に示される回路基板のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】パッドにおける各部の面積を説明するための図であり、（Ａ）はパッドの開口部の面積Ｓ１を示し、（Ｂ）は開口部を含むパッド全体の面積Ｓ２を示し、（Ｃ）は開口部を含むパッドの露出部全体の面積Ｓ３を示す。
【図４】信号伝送線の末端に位置する従来のパッドの構造を説明するための断面図である。
【図５】信号伝送線の末端に位置する従来のパッドの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…回路基板
２…誘電体層
３…信号伝送線
５…パッド
５ａ…パッドの開口縁
５ｂ…パッドの露出している上面
５ｃ…パッドの周縁部
６…開口部
７…絶縁層
１１…ハンダボール
【図１】
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【図２】
2004319928.tif 000005
【図３】
2004319928.tif 000006
【図４】
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【図５】
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