特開 2023-111364 伝送構造体および伝送構造体を備える配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111364

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】伝送構造体および伝送構造体を備える配線基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/46 20060101AFI20230803BHJP

【ＦＩ】

H05K3/46 Z

H05K3/46 G

H05K3/46 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013186

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 聡

【テーマコード（参考）】

5E316

【Ｆターム（参考）】

5E316AA12

5E316AA35

5E316AA38

5E316AA43

5E316BB02

5E316BB04

5E316BB06

5E316CC02

5E316CC08

5E316CC09

5E316CC10

5E316CC32

5E316DD02

5E316DD12

5E316DD22

5E316EE01

5E316FF04

5E316GG17

5E316GG22

5E316GG28

5E316HH06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】スキューを削減し、高周波信号を効率よく伝送する伝送構造体を提供する。
【解決手段】伝送構造体１は、第１面２１及び第１面と反対側の第２面２２を有する信号用導体２と、第１面上に位置する第１絶縁層部３ａと、第２面上に位置する第２絶縁層部と３ｂを有する。第１絶縁層部は、第１面に接し位置する第１絶縁層３１と、第１絶縁層部最外層に位置する第２絶縁層３２とを少なくとも含む。第２絶縁層部は、第２面に接し位置する第３絶縁層３３と、第２絶縁層部最外層に位置する第４絶縁層３４とを少なくとも含む。第１絶縁層は、ガラス繊維束が第１間隔配置の第１ガラスクロス４１を含む。第２絶縁層は、ガラス繊維束が第２間隔配置の第２ガラスクロス４２を含む。第３絶縁層は、ガラス繊維束が第３間隔配置の第３ガラスクロス４３を含む。第４絶縁層は、ガラス繊維束が第４間隔配置の第４ガラスクロス４４を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および該第１面と反対側の第２面を有する信号用導体と、
前記第１面上に位置する第１絶縁層部と、
前記第２面上に位置する第２絶縁層部と、
を有し、
前記第１絶縁層部が、前記第１面に接して位置している第１絶縁層と、前記第１絶縁層部の最外層に位置している第２絶縁層とを少なくとも含み、
前記第２絶縁層部が、前記第２面に接して位置している第３絶縁層と、前記第２絶縁層部の最外層に位置している第４絶縁層とを少なくとも含み、
前記第１絶縁層は、ガラス繊維の束が第１間隔で配置された第１ガラスクロスを含み、
前記第２絶縁層は、ガラス繊維の束が第２間隔で配置された第２ガラスクロスを含み、
前記第３絶縁層は、ガラス繊維の束が第３間隔で配置された第３ガラスクロスを含み、
前記第４絶縁層は、ガラス繊維の束が第４間隔で配置された第４ガラスクロスを含み、
前記第１間隔および前記第３間隔は、前記第２間隔および前記第４間隔よりも小さく、
前記第１間隔は、前記第３間隔と異なる大きさを有する、
伝送構造体。

【請求項2】

前記第２絶縁層の最外面および前記第４絶縁層の最外面の少なくとも一方において、平面透視で前記信号用導体と少なくとも一部が重なる領域に接地用導体が位置している、請求項１に記載の伝送構造体。

【請求項3】

前記第１絶縁層部が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の２層構造を有するとともに、
前記第２絶縁層部が、前記第３絶縁層および前記第４絶縁層の２層構造を有する、請求項１または２に記載の伝送構造体。

【請求項4】

前記第２間隔は、前記第４間隔と同じである、請求項１～３のいずれかに記載の伝送構造体。

【請求項5】

前記第２絶縁層の厚さおよび前記第４絶縁層の厚さのうち小さい方の厚さが、前記第１絶縁層の厚さおよび前記第３絶縁層の厚さのうち大きい方の厚さよりも大きい、請求項１～４のいずれかに記載の伝送構造体。

【請求項6】

請求項１～５のいずれかに記載の伝送構造体を備える配線基板。

【請求項7】

互いに積層された請求項１～５のいずれかに記載の伝送構造体を複数備える配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伝送構造体および伝送構造体を備える配線基板に関する。

【背景技術】

【0002】

配線基板を構成しているコア用絶縁層など絶縁層には、強度を向上させるために、特許文献１に記載のように、補強材としてガラスクロスが含まれることがある。ガラスクロスは、ガラス繊維が縦横に編まれた構造を有しており、ガラス繊維が多い部分（密な部分）と少ない部分（疎な部分）とが存在する。

【0003】

そのため、ガラスクロスを補強材として使用すると、配線導体の近傍で、比誘電率に差が生じる。具体的には、ガラス繊維が多い部分では、絶縁層を形成している樹脂の割合が少なくガラス繊維の割合が多くなるため、比誘電率が高くなる。一方、ガラス繊維が少ない部分では、絶縁層を形成している樹脂の割合が多くガラス繊維の割合が少なくなるため、比誘電率が低くなる。このように、ガラスクロスの疎密によって、配線導体の近傍で比誘電率に差が生じ、信号のズレ（スキュー）が発生する。その結果、高周波信号の伝送に問題が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－２７１６８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示の課題は、スキューを低減し、高周波信号を効率よく伝送することができる伝送構造体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る伝送構造体は、第１面および該第１面と反対側の第２面を有する信号用導体と、第１面上に位置する第１絶縁層部と、第２面上に位置する第２絶縁層部とを有する。第１絶縁層部は、第１面に接して位置している第１絶縁層と、第１絶縁層部の最外層に位置している第２絶縁層とを少なくとも含む。第２絶縁層部は、第２面に接して位置している第３絶縁層と、第２絶縁層部の最外層に位置している第４絶縁層とを少なくとも含む。第１絶縁層は、ガラス繊維の束が第１間隔で配置された第１ガラスクロスを含む。第２絶縁層は、ガラス繊維の束が第２間隔で配置された第２ガラスクロスを含む。第３絶縁層は、ガラス繊維の束が第３間隔で配置された第３ガラスクロスを含む。第４絶縁層は、ガラス繊維の束が第４間隔で配置された第４ガラスクロスを含む。第１間隔および第３間隔は、第２間隔および第４間隔よりも小さく、第１間隔は、第３間隔と異なる大きさを有する。

【0007】

本開示に係る配線基板は、上記の伝送構造体を備える。さらに、本開示に係る他の配線基板は、互いに積層された上記の伝送構造体を複数備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る伝送構造体は、上記のような構成を有することによって、スキューを低減し、高周波信号を効率よく伝送することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る伝送構造体の断面を説明するための説明図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る伝送構造体を構成している各絶縁層に含まれるガラスクロスの断面を説明するための説明図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る配線基板の断面を説明するための説明図である。

【図4】本開示に示すシミュレーションモデルの一例である。

【図5】本開示に示すシミュレーションモデルの一例である。

【図6】本開示に示すシミュレーションモデルの一例である。

【図7】本開示に示すシミュレーションモデルの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示に係る伝送構造体は、上記のように信号用導体、第１絶縁層部および第２絶縁層部を含む。このような伝送構造体は、例えば、パッケージ基板などが搭載される配線基板（マザーボード）の一部に採用される。本開示の一実施形態に係る伝送構造体を、図１および２に基づいて説明する。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態に係る伝送構造体１の断面を説明するための説明図である。図１に示す伝送構造体１に含まれる信号用導体２は、信号を伝送する機能を有しており、例えば、銅などの金属で形成されている。信号用導体２の一方の主面を第１面２１とし、第１面２１と反対側の主面を第２面２２とする。

【0012】

信号用導体２の第１面２１には、第１絶縁層部３ａが位置しており、信号用導体２の第２面２２には、第２絶縁層部３ｂが位置している。第１絶縁層部３ａはコア層を構成しており、少なくとも２層の絶縁層が積層された構造を有している。

【0013】

第１絶縁層部３ａには、第１面２１に接して位置している第１絶縁層３１と、第１絶縁層部３ａの最外層に位置している第２絶縁層３２とを少なくとも含む。図１では、第１絶縁層部３ａは２層構造であるが、第１絶縁層３１と第２絶縁層３２との間に、少なくとも１層の他の絶縁層が位置していてもよい。

【0014】

第２絶縁層部３ｂには、第２面２２に接して位置している第３絶縁層３３と、第２絶縁層部３ｂの最外層に位置している第４絶縁層３４とを少なくとも含む。図１では、第２絶縁層部３ｂは２層構造であるが、第３絶縁層３３と第４絶縁層３４との間に、少なくとも１層の他の絶縁層が位置していてもよい。

【0015】

第１絶縁層３１、第２絶縁層３２、第３絶縁層３３および第４絶縁層３４は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。

【0016】

これらの第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４は、例えば、２０μｍ以上８０μｍ以下の厚みを有していてもよい。第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４は、それぞれ異なる厚みを有していてもよく、同じ厚みを有していてもよい。例えば、第２絶縁層３２の厚みＬ２および第４絶縁層３４の厚みＬ４のうち薄い方が、第１絶縁層３１の厚みＬ１および第３絶縁層３３の厚みＬ３のうち厚い方よりも厚くてもよい。このような構成を有することによって、得られる伝送構造体１は、例えば後述するガラス繊維の束が太く、ガラス繊維の束同士の間隔が大きい場合であっても、ガラス繊維を絶縁層内に確実に収めることが可能になる。第１絶縁層３１および第３絶縁層３３は、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有していてもよい。第２絶縁層３２および第４絶縁層３４は、例えば、６０μｍ以上８０μｍ以下の厚みを有していてもよい。

【0017】

さらに、第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。

【0018】

第２絶縁層３２および第４絶縁層３４の最外面には、接地用導体５が位置している。図１に示すように、第２絶縁層３２の最外面および第４絶縁層３４の最外面の少なくとも一方において、平面透視で信号用導体２と少なくとも一部が重なる領域に接地用導体５が位置していてもよい。このような領域に接地用導体５が位置していると、信号用導体２を信号が効率よく伝播することができる。

【0019】

第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４には、第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４のそれぞれの上下面を電気的に接続するためのビアホール導体７を有していてもよいビアホール導体７は、例えば銅などの金属で形成されている。

【0020】

図１に示すように、伝送構造体１には、第２絶縁層３２から第４絶縁層３４まで貫通する貫通孔６が設けられている。貫通孔６の内壁面には、伝送構造体１の上下面を電気的に接続するための導体が位置している。このような導体は、例えば銅などの金属で形成されている。貫通孔６は、図１に示すように、空洞であってもよく、貫通孔６内に、例えば樹脂が充填されていてもよい。

【0021】

第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４には、それぞれガラスクロスが含まれている。具体的には、第１絶縁層３１には第１ガラスクロス４１が含まれ、第２絶縁層３２には第２ガラスクロス４２が含まれ、第３絶縁層３３には第３ガラスクロス４３が含まれ、第４絶縁層３４には第４ガラスクロス４４が含まれる。

【0022】

ガラスクロスは、ガラス繊維の束が縦横に編まれたシート状の部材であり、補強材として使用される。ガラスクロスは、ガラス繊維の束を編む間隔によって、種々のガラスクロスが存在する。図１に記載の第１ガラスクロス４１、第２ガラスクロス４２、第３ガラスクロス４３および第４ガラスクロス４４において、波形で記載されている部分は、ガラス繊維の束の長手方向の切断面を示し、複数の円形で記載されている部分は、ガラス繊維の束の短手方向の切断面を示す。

【0023】

第１ガラスクロス４１は、図２に示すように、ガラス繊維の束が第１間隔４１ａで配置されている。第２ガラスクロス４２は、図２に示すように、ガラス繊維の束が第２間隔４２ａで配置されている。第３ガラスクロス４３は、図２に示すように、ガラス繊維の束が第３間隔４３ａで配置されている。第４ガラスクロス４４は、図２に示すように、ガラス繊維の束が第４間隔４４ａで配置されている。図２は、一実施形態に係る伝送構造体１を構成している第１～第４絶縁層３１、３２、３３、３４に含まれる第１ガラスクロス４１、第２ガラスクロス４２、第３ガラスクロス４３および第４ガラスクロス４４の断面を説明するための説明図である。

【0024】

一実施形態に係る伝送構造体１において、第１間隔４１ａおよび第３間隔４３ａは、第２間隔４２ａおよび第４間隔４４ａよりも小さい。すなわち、内側に位置している第１絶縁層３１および第３絶縁層３３に含まれるガラスクロス（第１ガラスクロス４１および第３ガラスクロス４３）の間隔（第１間隔４１ａおよび第３間隔４３ａ）が、最外層に位置している第２絶縁層３２および第４絶縁層３４に含まれるガラスクロス（第２ガラスクロス４２および第４ガラスクロス４４）の間隔（第２間隔４２ａおよび第４間隔４４ａ）よりも小さい。

【0025】

さらに、一実施形態に係る伝送構造体１において、第１間隔４１ａは第３間隔４３ａと異なる大きさを有している。第１間隔４１ａ、第２間隔４２ａ、第３間隔４３ａおよび第４間隔４４ａが上記のような関係を満たすことによって、一実施形態に係る伝送構造体１に含まれるガラスクロスの疎密差を小さくすることができる。すなわち、伝送構造体１の断面を上下方向に見た場合に、絶縁層を形成している樹脂の割合が多い部分や、ガラスクロスの割合が多い部分などのバラツキが小さくなる。その結果、スキューを低減することができ、高周波信号の伝送を向上させることができる。

【0026】

第１間隔４１ａ、第２間隔４２ａ、第３間隔４３ａおよび第４間隔４４ａは、上記のような関係を満たせば限定されない。第１間隔４１ａは、例えば３５０μｍ以上４１０μｍ以下であってもよい。第２間隔４２ａは、例えば４４０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。第３間隔４３ａは、例えば３００μｍ以上３４０μｍ以下であってもよい。第４間隔４４ａは、例えば４４０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。

【0027】

第２間隔４２ａおよび第４間隔４４ａの大きさは、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、第１間隔４１ａが第３間隔４３ａよりも大きい場合、第２間隔４２ａは第４間隔４４ａよりも大きくてもよい。第１間隔４１ａ、第２間隔４２ａ、第３間隔４３ａおよび第４間隔４４ａが、それぞれ異なっている方が、ガラスクロスの疎密差をより小さくすることができる。

【0028】

本開示に係る伝送構造体は、上述のような構造を有するように製造できれば、特に限定されない。以下、本開示に係る伝送構造体の製造方法の一実施形態を説明する。

【0029】

まず、ガラスクロスを含む絶縁樹脂層の両面に銅などの金属箔が積層された金属張積層板を準備する。例えば、この金属張積層板の下面の金属箔を信号用導体２とし、上面の金属箔を全面エッチングで除去する。この絶縁樹脂層は第１絶縁層３１に相当し、この絶縁樹脂層に含まれるガラスクロスは第１ガラスクロス４１に相当する。絶縁樹脂層を形成している樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。さらに、絶縁樹脂層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。

【0030】

次いで、第１絶縁層３１に相当する絶縁樹脂層の上面側に、第２ガラスクロス４２に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層、第１絶縁層３１に相当する絶縁樹脂層の下面側に、第３ガラスクロス４３に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層、および第４ガラスクロス４４に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層を積層させる。第２ガラスクロス４２に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層は、第２絶縁層３２に相当する。第３ガラスクロス４３に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層は、第３絶縁層３３に相当する。第４ガラスクロス４４に相当するガラスクロスを含む絶縁樹脂層は、第４絶縁層３４に相当する。

【0031】

第１絶縁層３１に相当する絶縁樹脂層および第２絶縁層３２に相当する絶縁樹脂層との間、第３絶縁層３３に相当する絶縁樹脂層および第４絶縁層３４に相当する絶縁樹脂層との間には、導体層が形成されず、積層させた絶縁樹脂層の両表面には、導体層が形成されている。これらの導体層は、例えば、接地用導体５１および電源用導体５２に相当する。これらの導体層は、金属箔を積層させて形成してもよく、めっきによって形成してもよい。必要に応じて、第２絶縁層３２に相当する絶縁樹脂層の最外面および第４絶縁層３４に相当する絶縁樹脂層の最外面の少なくとも一方において、平面透視で信号用導体２と少なくとも一部が重なる領域に接地用導体５１を形成していてもよい。

【0032】

次いで、積層させた絶縁樹脂層の上下面を貫通する貫通孔６を形成する。貫通孔６の内壁面には、伝送構造体１の上下面を電気的に接続するための導体を、例えばめっきによって形成する。貫通孔６内は、必要に応じて樹脂が充填されていてもよい。さらに、各絶縁樹脂層には、絶縁樹脂層の上下面を電気的に接続するために、ビアホール導体７が形成されていてもよい。

【0033】

このようにして、一実施形態に係る伝送構造体１が得られる。一実施形態に係る伝送構造体１は、例えば、配線基板に少なくとも１つ備えられ、配線基板の一部あるいは全部として機能する。具体的には、一実施形態に係る伝送構造体１は、配線基板にそのままの形態で用いられていてもよく、図３に示すように、２つ以上が積層された状態で用いられていてもよい。このような配線基板としては、例えば、スイッチ、ルーターといった用途の高速通信が必要なパッケージ基板やマザーボードなどが挙げられる。

【0034】

次に、本開示に係る実装構造体に関して、ガラスクロススタイルの違いおよび層構成の違いによるスキューのシミュレーション結果を示す。これらの結果は、下記の表１に示すガラスクロスのＩＰＣ規格ＩＰＣ－４４１２に記載のガラスクロスを用いて、下記の表２に示す条件にて行ったものである。図４～７における各々の上側には、ガラスクロスを含む絶縁層と信号用導体を含む導体層との模式的な測定モデルの断面図を示しており、下側には、所定の基準点（スキューが０ｐｓの点）から１２０μｍ毎の目盛りによるシミュレーション結果の曲線グラフである。

【0035】

【表1】

【0036】

【表2】

【0037】

図４は、ＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０７８のガラスクロスを含む絶縁層を二層積層しており、絶縁層間に２４０μｍピッチで信号用導体が位置しており、各絶縁層の最外面には接地用導体が位置している測定モデルの測定結果を示すものである。

【0038】

シミュレーション結果から、図４に示すモデルでは基準点とのスキュー差が最大でおよそ１６０ｐｓみられ、大きなスキュー差が生じていることが確認できる。

【0039】

図５は、絶縁層におけるガラスクロスの分布の疎密の差を解消すべく、図４に示す測定モデルの絶縁層の上面側に、ＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０３５のガラスクロスを含む絶縁層を配置し、下面側にＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０２７のガラスクロスを含む絶縁層を配置した測定モデルを示したものである。絶縁層の最外面には接地用導体が位置している。

【0040】

シミュレーション測定の結果から、図５に示す測定モデルでは基準点とのスキュー差が最大でおよそ１１０ｐｓとなっている。図４に示す測定モデルに比べて、基準点とのスキュー差は改善されているものの、比較的スキュー差が大きいことが確認できる。

【0041】

図６は、絶縁層において信号用導体により近い場所におけるガラスクロスの分布の疎密の差を解消すべく、信号用導体を挟んで上面側に、ＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０３５のガラスクロスを含む絶縁層を配置し、下面側にＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０２７のガラスクロスを含む絶縁層を配置した測定モデルを示したものである。絶縁層の最外層面には接地用導体が位置している。

【0042】

シミュレーション測定の結果から、図６に示すモデルでは基準点とのスキュー差が最大でおよそ８０ｐｓとなっている。図４に示すモデルおよび図５に示すモデルに比べて、スキュー差はさらに改善されていることが確認できる。

【0043】

図７は、図６に示す測定モデルの絶縁層の上面側および下面側に、それぞれＩＰＣ規格のガラスクロススタイル１０７８のガラスクロスを含む絶縁層を配置した、本開示の一例を示す測定モデルである。

【0044】

シミュレーション測定の結果から、本開示の一例を示す測定モデルでは、基準点とのスキュー差が最大でおよそ５０ｐｓとなっている。図４～６示す測定モデルに比べて、スキュー差は最も改善されていることが確認できる。

【0045】

このように、図７に示す測定モデルより、信号用導体を挟む上面側および下面側にガラス繊維の束の間隔が異なるガラスクロスを含む絶縁層を配置し、更にこれらの絶縁層の外側にガラス繊維の束の間隔がより大きいガラスクロスを含む絶縁層を配置することで、スキュー差が低減されることがわかる。

【符号の説明】

【0046】

１ 伝送構造体
２ 信号用導体
２１ 第１面
２２ 第２面
３ａ 第１絶縁層部
３ｂ 第２絶縁層部
３１ 第１絶縁層
３２ 第２絶縁層
３３ 第３絶縁層
３４ 第４絶縁層
４１ 第１ガラスクロス
４２ 第２ガラスクロス
４３ 第３ガラスクロス
４４ 第４ガラスクロス
４１ａ 第１間隔
４２ａ 第２間隔
４３ａ 第３間隔
４４ａ 第４間隔
５１ 接地用導体
５２ 電源用導体
６ 貫通孔
７ ビアホール導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】