JP3987664B2

JP3987664B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP3987664B2
Application number: JP27686499A
Authority: JP
Inventors: 良博竹下; 慎也寺尾; 悟竹之内; 正己梶; 隆治古賀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001102702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ等の半導体素子が搭載される回路基板の電圧変動及び不要放射ノイズを抑制するための構造に関するものであり、特にディジタル回路を搭載した配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、ＩＣやＬＳＩ、トランジスタ等の電子部品を搭載して所定の電子回路を構成する回路基板においては、電子部品の作動時に電源端子とグラウンド端子の間に高周波成分を含む貫通電流が発生し、この高周波電流が電子回路内に伝播し、回路自体の誤動作を引き起こしたり、不要な放射ノイズの原因となったりしていた。
【０００３】
これらの対策として従来よりノイズ源となる電子部品の近傍にデカップリングコンデンサを搭載し、高周波電流を閉じ込める方法が取られている。また、電源層とグラウンド層に接続したコンデンサを基板外周全体に配置することにより、配線基板の電源層及びグラウンド層に電播した高周波電流を基板端で吸収することも特開平９−２６６３６１号にて提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のデカップリングコンデンサを用いる方法ではデカップリングコンデンサの容量と寄生インダクタンスによって決まる特定の周波数においては高周波電流を閉じ込めることができるが、それ以外の周波数で新たに高周波電流を発生させてしまい、これがノイズとなるなどの副作用があった。この問題に対しては、容量の異なる複数個のコンデンサを用いる方法も提案されているが、広い周波数範囲にわたって改善することは困難であった。
【０００５】
また、コンデンサを基板外周全体に配置する方法は、特別な形状のコンデンサや多数のチップコンデンサが必要であるために、コンデンサにかかるコストの問題あるいはコンデンサの取付けの手間などにより生産性が低下するなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決することを主たる目的とするものであり、即ち、電源層とグラウンド層間で発生する電源圧電及び不要放射ノイズを広い周波数範囲にわたって簡単な構造で容易に抑制することのできる配線基板を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、絶縁基板の表面に電子部品が搭載される搭載部を有し、且つ前記絶縁基板の裏面または内部に電源層とグラウンド層とが形成されてなる配線基板であって、前記電源層と前記グラウンド層のうち少なくとも一方の層の周縁にその内部領域よりも高いシート抵抗を有するシート抵抗が０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑの高抵抗領域を前記内部領域と電気的に接続するよう連続的に形成してなるとともに、前記内部領域が、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種を主成分とする導体材料によって形成されてなることを特徴とするものであり、前記高抵抗領域が、前記内部領域よりも高抵抗の導体材料によって形成されてなるかまたは前記周縁に多数の孔あるいは溝を設けることにより、前記高抵抗領域が形成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
本発明の配線基板によれば、電源層及び／またはグラウンド層の周縁に高抵抗領域を設けることにより、ＩＣやＬＳＩで発生した高周波電流によるノイズをこの高抵抗領域で減衰、散逸させることができるため、電源層及びグラウンド層間での高周波ノイズによる共振が発生せず、電源層及びグラウンド層内の電圧変動を抑制することができ、同時に放射ノイズも低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線基板について、具体的な構造を図面を参照しながら説明する。図１は本発明による配線基板の第一の実施の形態を示す断面図、図２は図１の配線基板において電源層及びグラウンド層だけを取り出した斜視図である。
【００１０】
図１の配線基板１においては、絶縁基板２の表面には信号伝達用の配線回路層３が形成されており、電子部品としてＩＣやＬＳＩ等の半導体素子４が配線基板１表面に搭載され、表面の配線回路層３と接続されている。
【００１１】
また、絶縁基板２の内部には、電源層５とグラウンド層６が形成されており、半導体素子４は、その電源端子４ａおよびグラウンド端子４ｂは、電源層５およびグラウンド層６と絶縁基板２を貫通するように形成されたビア導体７によってそれぞれ電気的に接続されている。
【００１２】
電源層５及びグラウンド層６は、低いシート抵抗を有する内部領域ａによって主として形成されているが、本発明によれば、この内部領域５ａ、６ａの周縁に、内部領域５ａ、６ａ（以下、単に内部領域ａと称する）を取り巻くように内部領域ａよりも高いシート抵抗を有する高抵抗領域５ｂ、６ｂ（以下、単に高抵抗領域ｂと称する）が形成されている。この「高いシート抵抗」とは、単位面積当たりにおけるシート抵抗が、内部領域ａに対して高抵抗領域ｂの方が相対的に高いことを意味するものである。特に、内部領域ａにおけるシート抵抗Ｒ₁と高抵抗領域ｂにおけるシート抵抗Ｒ₂とは、Ｒ₂−Ｒ₁のシート抵抗差が０．０８Ω／ｓｑ以上、特に０．４８Ω／ｓｑ以上であることが望ましい。
【００１３】
電源層５及びグラウンド層６の内部領域ａは、一般的に配線基板における導体材料として従来から用いられるＣｕ、Ｗ、Ｍｏ等の導体によって形成され、そのシート抵抗は低い程よく、０．０２Ω／ｓｑ以下であることが望ましい。
【００１４】
一方、高抵抗領域ｂのシート抵抗としては、内部領域ａのシート抵抗よりも大きく、０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑであることが重要である。これは、このシート抵抗が０．１Ω／ｓｑよりも低いと、ノイズの吸収能力が低く、また１０００Ω／ｓｑよりも高いとノイズを反射し吸収しなくなるためである。このシート抵抗は特に０．５Ω／ｓｑ〜１００Ω／ｓｑの範囲で効果が大きい。
【００１５】
かかる構成において、半導体素子４で発生した高周波電流は電流端子４ａ及びグラウンド端子４ｂより電源層５の内部領域５ａ及びグラウンド層６の内部領域６ａに電播し、電源層５及びグラウンド層６の高抵抗領域ｂで吸収される。従って、電源層５及びグラウンド層６内で共振を起こし定在波が発生することがなく、圧電変動を低く抑えることができると同時に、放射ノイズも低減される。
【００１６】
本発明において、高抵抗領域を形成する具体的な方法としては、以下の方法が挙げられる。
まず、高抵抗領域ｂを内部領域ａよりも高い抵抗を有す導体材料によって形成する。この高い抵抗を有する導体材料としては、ＳｎＯ₂、ＬａＢ₆のうちの少なくとも１種を主成分とする抵抗体材料によって形成したり、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種の導体に、Ｒｅ、Ｒｕや、絶縁物を含有させた導体材料によって形成することによってシート抵抗を高めることができる。
【００１７】
また、高抵抗領域ｂを内部領域ａと同一の導体材料によって形成し、それに図３ａ）に示すように複数の孔８を形成したり、図３ｂ）に示すように、複数の溝９を形成したり、さらには、図３ｃ）に示すように、抵抗体１０を点在させることによって、この領域の見掛け上のシート抵抗を高めることができ、その孔８、溝９、抵抗体１０の大きさや数によってシート抵抗を任意の値に調整できる。
【００１８】
また、高抵抗領域ｂの幅は、０．３ｍｍ以上が望ましい。これは高抵抗領域ｂの幅が小さすぎると製造上形成が困難であると同時に硬化も小さくなるためである。高抵抗領域ｂの幅の上限は、内部領域の面積が確保できる範囲内であれば特に定めるものではないが、その幅が３０ｍｍを越えてもその効果は実質的に同じである。
【００１９】
また、電源層５およびグラウンド層６の内部領域ａとその周縁の高抵抗領域ｂとは電気的に接続するよう連続的に形成されている。
【００２０】
電源層５とグラウンド層６の内部領域ａと高抵抗領域ｂの接続部の構造としては、それらが全く異なる導体材料からなる場合、図４のａ）に示すように内部領域ａと高抵抗領域ｂの重なりが全くない構造であるよりも、ｂ）ｃ）のように内部領域ａを構成する導体材料ａ₁と高抵抗領域ｂを構成する導体材料ｂ₁とが重なりあう構造であることが望ましい。また、電源層５、グラウンド層６が配線基板の表面層に形成される場合はｄ）のように内部領域ａと高抵抗領域ｂを形成する導体材料ｂ₁によって内部領域ａ全体を覆うように形成しても電流は内部領域ａにおける絶縁基板２との接触する側を流れるため問題はない。
【００２１】
さらに、電源層５、グラウンド層６が基板の内部に形成される場合、ｅ）のように、電源層５、グラウンド層６の対向面側に内部領域ａを形成し、この領域ａ全体を覆うように高抵抗領域ｂを形成してもよい。その場合、ビア導体７は、内部領域ａと接続することが必要である。
【００２２】
図５は、本発明の配線基板における電源層またはグラウンド層の他の具体的な実施形態の示す図である。この図５に示すように、電源層５やグラウンド層６は、図５ａ）に示されるように、複数の層に分離され、それぞれの内部領域ａの周縁に高抵抗領域ｂを形成してもよく、ｂ）のように、高抵抗領域ｂは、内部領域ａの周縁において一定の間隔ｘをおいて形成することも可能である。その場合、その間隔ｘの周縁長さに対する比率が大きくなると、ノイズの吸収量が減るために、上記の間隔ｘの和が、全周縁長さの１／３以下であることが必要である。
【００２３】
さらに、図５ｃ）のように、高抵抗領域ｂをシート抵抗の異なる領域ｂ₁〜ｂ₃によって構成してもよい。この場合、内側から外側にかけて、即ち、シート抵抗がａ＜ｂ₁＜ｂ₂＜ｂ₃となるように構成することが望ましい。また、ｂ₁〜ｂ₃の各領域内も内側から外側にかけて連続的にシート抵抗が変化するようにすることもできる。
【００２４】
前記絶縁層４を構成する材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする絶縁基板から成るものは勿論、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、ガラスセラミックス等を主成分とするセラミックスのほか、エポキシ樹脂、ガラス−エポキシ複合材料等の有機樹脂を含有する絶縁材料によって形成される。
【００２５】
また、前記信号を伝達する配線回路層３及びビア導体７を構成する材料としては、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ等及びこれらを含む合金が使用可能である。
【００２６】
本発明の配線基板は、配線基板表面に半導体素子を搭載し、これを気密に封止する半導体素子収納用パッケージや、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体等の各種電子部品が搭載される混成集積配線基板等に適用される。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の配線基板の実施例を図６ａ）、ｂ）に沿って詳細に説明する。この実施例の配線基板では、絶縁基板１１としてアルミナ質焼結体を用いた。まず、Ａｌ₂Ｏ₃粉末に対して、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯの焼結助剤を７重量％添加した混合粉末に有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿を調製し、該泥漿を周知のドクターブレード法により厚さ約３００μｍのセラミックグリーンシートを成形した。次に、励振点となる位置にビア１３を形成するために、該セラミックグリーンシートにスルーホールをマイクロドリルによって形成した。
【００２８】
そして、タングステン（Ｗ）を主成分とする粉末原料に、適当な有機バインダ、可塑剤、溶剤等を添加し、混合して得た金属ペーストを印刷によって前記セラミックグリーンシートのスルーホールに充填するとともに、スルーホール形成部の表面に電源端子１４となるように、前記金属ペーストを印刷塗布した。
【００２９】
次いで、このグリーンシートを、水素（Ｈ₂）／窒素（Ｎ₂）の混合ガスからなる還元性雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより、縦５６ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ約２５０μｍのアルミナ基板を得た。
【００３０】
次に、このアルミナ基板の表面側にグラウンド層１５を、裏面側に電源層１２を次の方法によって形成した。なお、高抵抗領域を形成する場合、その幅はすべて４ｍｍとした。
【００３１】
試料Ｎｏ．１については、Ｃｕペーストを用いて、グラウンド層１５、電源層１２を高抵抗領域を形成することなく、印刷塗布し９００℃で焼き付け処理した。
【００３２】
試料Ｎｏ．２〜１１については、Ｃｕペーストを用いてグラウンド層１５における内部領域１５ａ、電源層１２の内部領域１２ａを印刷塗布し、９００℃で焼き付け処理した。但し、グラウンド層１５の内部領域１５ａについては、図６に示すように、電源端子１４の周囲に印刷塗布した。そして、グラウンド層１５および電源層１２の各内部領域１５ａ、１２ａの周縁に、Ｃｕ−Ｎｉ、ＬａＢ₆またはＳｎＯ₂を含有する金属ペーストを図４ｃ）に示すようにして一部内部領域１５ａ、１２ａと重なるように印刷し、９００℃で焼き付けして高抵抗領域１５ｂ、１２ｂを形成した
また、試料Ｎｏ．３、４については、高抵抗領域に直径が５００μｍの孔を所定の密度で形成した。
【００３３】
なお、試料Ｎｏ．１０については、電源層（Ｄ）のみに形成し、グラウンド層は内部及び周縁ともにＣｕによって形成し、試料Ｎｏ．１１については、グラウンド層（Ｇ）のみに高抵抗領域を形成し、電源層は内部及び周縁ともにＣｕによって形成した。
【００３４】
かくして得られた評価用の配線基板の励振点に設けた電源端子１４及びグラウンド端子１８に、同軸ケーブル１７の中心軸１７ａを電源端子１４に、また同軸ケーブルのグラウンド管１７ｂをグラウンド層１５内に設けたグラウンド端子１８にそれぞれ半田１９によって接続固定し、図６に示すような評価用配線基板を作製した。
【００３５】
上記のようにして作製した評価用配線基板に対して、同軸ケーブルから３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの正弦波を入力し、電源層１２の内部領域１２ａ内で電圧変動が最大となる位置に高インピーダンスの測定用プローブを接触させ、３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲での最大電位差を測定した。表１に、高抵抗領域が無い場合の最大電位差を１とした場合の各評価基板の最大電位差の比を示した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
本発明に従い、所定の高抵抗領域を形成した試料Ｎｏ．３〜７、１０、１１の配線基板では最大電位差の比が０．５以下と低く抑えられているのに対して、シート抵抗値が本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１、２、８、９では大きな電圧変動が生じていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の配線基板によれば、電源層とグラウンド層の少なくとも１層の周縁にその内部領域よりも高いシート抵抗を有する高抵抗領域を設けたことによって、ＩＣやＬＳＩで発生した高周波電流を電源層及びグラウンド層の周縁に設けた高抵抗領域で減衰、散逸させることができるため、電源層及びグラウンド層での高周波ノイズによる共振が発生せず、電源層及びグラウンド層内の電圧変動を抑制することができ、同時に放射ノイズも低減することができ、回路の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示すが概略断面図である。
【図２】本発明の図１の配線基板における電源層とグラウンド層の構造を説明するための概略斜視図である。
【図３】ａ）ｂ）ｃ）はいずれも本発明における高抵抗領域の他の構造を説明するための概略図である。
【図４】ａ）〜ｄ）は本発明の配線基板における内部領域と高抵抗領域との接続部の構造を説明するための概略断面図である。
【図５】ａ）〜ｃ）は本発明の配線基板における電源層またはグラウンド層における他の構造を説明するための概略斜視図である。
【図６】本発明の実施例における評価用配線基板の構造を説明するためのａ）概略斜視図とｂ）概略断面図である。
【符号の説明】
１配線基板
２絶縁基板
３配線回路層
４電子部品（半導体素子）
５電源層
６グラウンド層
５ａ、６ａ、ａ内部領域
５ｂ、６ｂ、ｂ高抵抗領域
７ビア導体
８孔
９溝
１０抵抗体

Claims

絶縁基板の表面に電子部品が搭載される搭載部を有し、且つ前記絶縁基板の裏面または内部に電源層とグラウンド層とが形成されてなる配線基板であって、前記電源層と前記グラウンド層のうち少なくとも一方の層の周縁にその内部領域よりも高いシート抵抗を有するシート抵抗が０．１Ω／ｓｑ〜１０００Ω／ｓｑの高抵抗領域を前記内部領域と電気的に接続するよう連続的に形成してなるとともに、前記内部領域が、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種を主成分とする導体材料によって形成されてなることを特徴とする配線基板。
前記高抵抗領域が、前記内部領域よりも高抵抗の導体材料によって形成されてなる請求項１記載の配線基板。
前記周縁に多数の孔あるいは溝を設けることにより、前記高抵抗領域が形成されてなる請求項１記載の配線基板。