(57)【要約】【課題】  従来の単一線路を用いた信号伝送線路では、線路の形状に依存する特性が良好でなく、特に縦方向のビアが介在する場合、周波数に依存して高周波特性が劣化する問題点があった。【解決手段】  複数のパターニングされた金属層と、誘電体層とを積層し、その層間をビアにより接続して構成する多層基板の信号伝送ペア配線において、金属層のパターニングされた複数の配線と相互を接続するビアの直径およびビアの間隔を制御し、特性インピーダンスが一定の値となるように配置することを特徴とした信号伝送ペア配線を用いることにより、数十GHzの高周波領域まで特性誤差の無い伝送特性の良好な信号伝送配線の提供が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパターニングされた金属層と、誘電体層とを積層し、その層間をビアにより接続して構成する多層基板の信号伝送ペア配線において、
金属層のパターニングされた複数の配線と相互を接続するビアの直径およびビアの間隔を制御し、特性インピーダンスが一定の値となるように配置することを特徴とした信号伝送ペア配線。
【請求項２】
配線パターンとビアとの接続部における接触面積をビア断面積と同じ大きさもしくはその125％の大きさ以下で形成することを特徴とした請求項１記載の信号伝送ペア配線。
【請求項３】
金属層にパターニングされた平面方向ペア配線と、縦方向ビアによるペア配線の間隔が一定になるように形成することを特徴とした請求項１に記載の信号伝送ペア配線。
【請求項４】
請求項２及び請求項３に記載の特徴を同時に有することを特徴とした請求項１記載の信号伝送ペア配線。
【請求項５】
基板に溝および/または穴を形成し、前記溝部および/または穴部を含む基板表面に金属膜を形成し、その後、表面を機械的研磨で平坦加工して配線パターンおよび/またはビアを形成する製造工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の信号伝送ペア配線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数十GHz帯の超高周波信号処理ICを実装するための高密度実装基板の信号伝送配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に、従来の多層基板における配線構造の例を示す。配線は、表面に形成された金属膜配線と、誘電体に挟まれた金属膜配線と、双方の配線を接続する縦方向ビアと、金属膜配線とビアとを接続するビアパッド部から形成される。従来の配線は、グランドに対して信号レベルが決定されるシングルエンド伝送であった。金属膜配線は、表面に形成されるものと誘電体に挟まれた配線とも、特性インピーダンスがある値（通常50Ω）となるように構成される。縦方向ビア構造は、インピーダンス制御の手法が無いため、通常は作製工程のルールに基づき、形成される。また、ビアパッド部は、その接続性を保証する為、縦方向ビアの直径より大きく、約2倍の大きさで形成する必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の単一線路を用いた信号伝送線路では、線路の形状に依存する特性が良好でなく、特に縦方向のビアが介在する場合、周波数に依存して高周波特性が劣化する問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために、本発明では、請求項１に係る手段として、信号伝送線路を、二本の配線で一対とするペア配線構造とし、ペア配線伝送線路及び縦方向ビアにおけるそれぞれの特性インピーダンスが一定の値となるようにビアの直径およびビアの間隔を制御して配置した。
【０００５】
請求項２に係る手段として、上記請求項１の手段に加え、ビアパッドのサイズをビアの断面積形状と同一、もしくは断面積形状の125％以下のサイズとして形成することに特徴がある。
【０００６】
請求項３に係る手段として、上記請求項１の手段に加え、金属層のペア配線の間隔と、ビアのペア配線の間隔を同等にして形成することに特徴がある。
【０００７】
請求項４に係る手段として、上記請求項1の手段に加え、上記請求項２と請求項３に係る手段を同時に用いて信号伝送ペア配線を形成することに特徴がある。
【０００８】
請求項５に係る手段として、上記１、２、３及び４を実現する手段として、基板に溝および/または穴を形成し、前記溝部および/または穴部を含む基板表面に金属膜を形成し、その後、表面を機械的研磨で平坦加工して配線パターンおよび/またはビアを形成する製造方法を一部に用いたことに特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
基板上の伝送線路及び縦方向のビアのそれぞれの特性インピーダンスを同一としたペア配線構造により、数十GHzの高周波においても、周波数に依存する特性の劣化の無い伝送線路を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１に請求項１に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図を示す。表面の金属薄膜配線のペア構造は、線路の幅と間隔を制御することで特性インピーダンスがZ0（例えば100Ω）となるよう制御する。誘電体に挟まれた金属薄膜配線のペア構造は、線路の幅と間隔を制御することで特性インピーダンスをZ0となるよう制御する。縦方向ビア配線は、ビアの直径と間隔を制御することで特性インピーダンスがZ0となるように制御する。
【００１２】
図２に、ビアの直径とビア間隔の比と、線路のインピーダンスの関係を求めたシミュレーション結果を示す。例えば、100umのビア径に、200umの間隔でビアを形成することにより、インピーダンスを100Ωに制御することが可能である。
【００１３】
（実施の形態２）
図３は、請求項２に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図を示す。図１の構造に加え、配線とビアを接続するビアパッド部を、縦方向ビア配線のサイズと同じ、もしくは125％以下のサイズで形成することにより、ビア途中にあるビアパッド部による反射によるノイズを無くして、より信号通過特性のよい伝送線路を形成することができる。
【００１４】
（実施の形態３）
図４は、請求項３に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図を示す。図１の構造に加え、金属層で形成するペア配線と、ビアで形成するペア配線の間隔を一定とすることにより、実現する。
【００１５】
（実施の形態４）
図５は、請求項４に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図を示す。図１の構造に加え、配線とビアを接続するビアパッド部を、縦方向ビア配線のサイズと同じ、もしくは125％以下のサイズで形成すし、縦方向のビアの直径を誘電体に挟まれた金属膜配線の幅と同じ太さに設計することで実現する。
【００１６】
（実施の形態５）
図６は、請求項５に記載の信号伝送ペア配線を用いた場合の信号伝達特性と従来の構造による信号伝達特性のシミュレーションによる比較の図である。９層の多層基板を用いた場合のビア構造を含めたペア配線の伝送特性を示している。601は本発明における伝送特性、602は従来技術による伝送特性である。本発明の請求項５の構造を用いることで、許容減衰量を-0.1dB/mmとすると、伝送可能な周波数帯域を35GHzから90GHzへと拡大することができた。
【００１７】
（実施の形態６）
図７は、請求項５に係る配線構造の形成方法の一例である。半導体プロセスで多層配線構造を実現するために用いられるダマシン工程を用いる。請求項５におけるダマシン工程とは、金属配線形成方式の1つで、まず基板に溝を形成し、そこに金属を蒸着した後に表面を機械的研磨で平坦加工してパターンを形成する技術である。まず、(1)のコア回路に、(2)のようにパターンを形成する。(3)のように誘電体を積層し、(4)のようにビア及び配線パターンを同時に誘電体上へ形成する。次に、(5)のようにメッキなどで配線用金属を堆積し、不必要な金属配線706を物理的研磨などを用いて(6)のように除去し配線を形成する。次に、再び(7)(8)(9)の工程を繰り返しながら、多層配線基板を形成する。誘電体上へ、ビアと配線パターンを同時に形成することにより、請求項１，２，３、及び４に示す構造を作り挙げることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上のように、本発明によると数十GHzの高周波領域まで特性誤差の無い伝送特性の良好な信号伝送配線の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明請求項１に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図
【図２】縦方向ビア配線のビア径とビア間隔の比と特性インピーダンスの関係を示したシミュレーション結果の図
【図３】本発明請求項２に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図
【図４】本発明請求項３に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図
【図５】本発明請求項４に係る信号伝送ペア配線の上面図及び断面図
【図６】従来の配線構造と本発明による請求項4の構造を用いた場合の伝送特性の比較図
【図７】請求項５に係るペア配線構造作製工程の説明図
【図８】背景技術における従来の典型的な信号伝送配線の上面図及び断面図
【符号の説明】
【００２０】
１０１  表層の金属層配線
１０２  誘電体に挟まれた金属層配線
１０３  配線とビアを接続するビアパッド部
１０４  縦方向ビア配線
１０５  誘電体層
６０１  本発明による伝送特性のグラフ
６０２  従来技術を用いた配線の伝送特性のグラフ
７０１  金属配線層
７０２  誘電体層
７０３  配線用溝
７０４  ビアホール
７０５  ビア配線
７０６  不必要な金属層
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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