JP3675688B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波ディジタル信号を伝送するために適した信号配線を有する配線基板及びその製造方法に関する。特に、ＣＰＵ、メインメモリ等を有するディジタルシステムにおいて、高周波ディジタル信号の伝送を高速化することを可能にした特定の信号配線構造を有する配線基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルシステムにおいては、ディジタル信号、すなわちパルス信号が用いられる。このパルス信号は、正弦波による周波数で考えると高調波を含んでいる。たとえば、２００ＭＨｚのパルス信号では３倍正弦波高調波のエネルギーを約３０％前後、５倍正弦波高調波のエネルギーを１０％前後含んでいる。したがって、２００ＭＨｚのパルス周波数では正弦波１ＧＨｚの周波数を考えた伝送線路設計を行う必要がある。
【０００３】
このような高周波の伝送線路設計について、本発明者が検討したディジタルシステムの一例として、集積回路チップが搭載された配線基板を図１２に示す。配線基板１には、ＣＰＵ２とメインメモリ３が搭載されている。ＣＰＵ２とメインメモリ３との間は、ディジタル信号を伝送するために、ビット数に応じた多数の信号配線４によって接続されている。
【０００４】
近年のＣＰＵ２の高速化は目覚ましく、４００ＭＨｚ〜７３３ＭＨｚの動作周波数を有するものが開発されている。しかしながら、現在、このようなプリント配線板上で許容されるディジタル信号周波数は１３３〜２００ＭＨｚである。そのため、ＣＰＵ２から伝送されるディジタル信号周波数に信号配線４が追従できず、たとえばメインメモリ３にデータが入らないという問題が生じる。
【０００５】
したがって、上記の例では、ディジタル信号周波数を正弦波による周波数成分で考えると２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの伝送線路を開発しなければならない。すなわち、ディジタルシステムにおいて、プリント配線板は、ＧＨｚ帯域に対応できる伝送線路設計をしなければならない時代が来たといってもよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ディジタルシステムはＲＦ（Radio Frequency）システムに比べ、たとえば６４ビット以上という多くの信号が平行して走る。そのため、高周波のデジタルシステムは、ＲＦシステムより難しい問題を含んでいる。
【０００７】
さて、高周波ディジタル信号のＧＨｚ帯域での設計で最も難しい問題は、以下の３点がある。第１は、平行に走っている数多くのビット配線の特性インピーダンスを一定にするという難しさである。隣接の干渉で特性インピーダンスが変化するため、隣接干渉がほとんどない条件にしなければならない。
【０００８】
この構造に関しては、すでに提案中の特願平１０−８７４５７号、特願平１０−３４８２７０号がある。隣接干渉がほとんどない条件は、特性インピーダンスを２０Ω以下、望ましくは１５Ω以下にすることにより達成できる。すなわち、その要点は、２本の信号配線を一対にして信号配線ペアを構成し、隣接する信号配線ペアの距離に比較して相対的に信号グランド間の距離を狭くし、信号配線ペアを構成する２本の信号配線間のカップリングを強くすることにより、隣接干渉が小さくなるという現象を利用することである。
【０００９】
また、ここでの重要な留意点は、特性インピーダンスを一定にする条件として、たとえば信号配線の配置やその寸法が精度よく再現しなければならず、一段と高精度なプロセス改善が必要となるということである。具体的には、たとえば隣接する信号配線ペア間の距離、信号配線ペアを構成する２本の信号配線間の距離等が一定となるようにコントロールしなければならない。
【００１０】
第２の問題は、信号配線に高周波信号が供給されている状態では、その信号配線の表面にしか電流が流れず、電流が流れる有効断面積が少なくなって直流抵抗が大きくなり信号が減衰するという問題である。これを表皮効果（Skin effect）と呼んでいる。本発明は、この表皮効果による信号配線の抵抗増大を防止することを主たる目的の１つとしている。そこで、本発明者は、高周波の信号配線系において生じる表皮効果の特徴について検討した。
【００１１】
図１３及び図１５は、信号配線において生じる表皮効果を説明するための概略図である。図１３（ａ）に示すように、信号線５に直流電流６が流れているとする。この場合には、直流電流６は信号線５の断面の全面に渡って均一に流れる。
【００１２】
そこで、この信線線５に高周波信号が供給されている状態を考えると、電流は一方向に流れ、止まり、逆方向に流れるということを高速に繰り返す。ところで、電流の周りには磁力線が発生する。すなわち、高周波信号が供給された状態では、電流が一方向に流れ、止まり、逆方向に流れるということを繰り返すことに加えて、磁力線が発生、消滅を繰り返すことになる。ここで磁力線は、力学でいう質量のように一種の慣性を持ったものと考えることができる。すなわち、いったん消滅した磁力線が発生するにはエネルギーを必要とする。
【００１３】
さて、図１３（ａ）に示すように、信号線５を複数の細線の集合体として考えると、各細線に流れる電流要素７の周りに生じる磁力線の向きはいずれも同じである。そうすると、隣接する電流要素７間の磁力線同士はぶつかり合い、エネルギーの高い状態になる。
【００１４】
したがって、自然界の原理としてこのような電磁気系のエネルギーを最小化するために、電流密度は、図１３（ｂ）に示すように、信号線５の表面でのみ高くなるのである。
【００１５】
これは、信号線５の表面部分では磁力線の隣接相互干渉が少ないためにエネルギー状態が低いためである。これが表皮効果である。但し、このように信号線５の表面全体に渡って電流密度が高い表皮が生じるのは、信号線５の周囲にグランド９があることが仮定されている。
【００１６】
このような仮定において、信号線全周にわたる表面にのみ電流が流れる。その表皮の厚み（Skin depth）δ_sは、
【００１７】
【数１】

【００１８】
となり、√２π/ωに比例して表皮厚みが決まることになる。
【００１９】
ただし、ωは角周波数、μ_rは信号線導体の透磁率、σは、信号線導体の導電率である。正弦波１ＧＨｚの条件でＣｕ（銅）配線では２．２μmとなる。この厚みの中に電流の約６０％が流れているということであり、ほぼ１００％電流が流れている範囲は５μmの厚みとなる。
【００２０】
さて、本発明に関連する２本の信号配線を一対とした信号配線ペア、すなわちスタックト・ペア線路の場合について考察する。図１４（ａ）に示すように、信号線１０と参照線１１とが平行して走っているとする。
【００２１】
この場合、電流は、信号線１０上と参照線１１上を互いに逆向きに流れる。そうすると、信号線１０上を流れる電流によって生じる磁力線の向きと参照線１１上を流れる電流によって生じる磁力線の向きは逆方向となり、これらの磁力線は互いに助け合うように作用する。
【００２２】
この結果、系のエネルギーを最小にするために電流密度は、図１４（ａ）の斜線で囲まれた領域によって示すように信号線１０と参照線１１の対向面の表面に集中するようになる。信号線１０と参照線１１の側面の表面についても対向面に近い側の電流密度は高くなる。信号線１０と参照線１１の対向面における表皮厚みδ_sは、近似的に上記の数１によって表すことができる。
【００２３】
ここで、参照線とは、一般にはグランド線を意味するが、グランド（Ground）という概念は、大地のように電位の「ゆらぎ」のないものと観念される。しかしながら、実際にはグランド線は電位の「ゆらぎ」を伴うため、最近の電磁気学では、参照線（Reference Line）、参照プレーン（Reference Plane）と呼ばれている。
【００２４】
次に、表皮効果が生じるメカニズムについて、等価回路を用いてさらに補足説明する。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示した信号線の等価回路図である。一般に信号の波長に比べて長い信号線は、自己インダクタンスＬＳ１、ＬＳ２と相互インダクタンスＭとカップリング容量Ｃとから成る分布定数回路として表される。
【００２５】
信号線１０と参照線１１を図１４（ａ）のように細線に分けて考えると、隣接する細線の関係について上記の等価回路で表される。信号線１０と参照線１１の関係についても、上記の等価回路で表される。また、当然のことであるが、信号線１０、参照線１１をどのような細線に分けて考えてもよい。
【００２６】
ここで、流れる電流の向きが同一の場合はコモンモードと呼ばれ、その実効インダクタンスＬｅｆｆｃとする。流れる電流の向きが逆の場合はディファレンシャルモードと呼ばれ、その実効インダクタンスＬｅｆｆｄとする。そうすると、Ｌｅｆｆｃ＝ＬＳ1＋ＬＳ2＋２Ｍ、 Ｌｅｆｆｄ＝ＬＳ1＋ＬＳ2−２Ｍ
なる関係がそれぞれ成り立つ。
【００２７】
すなわち、流れる電流の向きから見ると、信号線１０、参照線１１の内部の細線については、コモンモードとなり、信号線１０と参照線１１との関係については、ディファレンシャルモードとなることがわかる。したがって、電流は、インダクタンスが低くなる方向、つまり電流密度は、図１４（ａ）に示すように信号線１０と参照線１１の対向面の表面に集中し、配線内部にはほとんど流れなくなる。すなわち、電流は系のエネルギーが最小となるように分布するのである。
【００２８】
その結果、信号線１０、参照線１１の外部には図示のような電気力線Ｅ、磁力線Ｈが現れる。この配線を取り巻く電磁界は、フリンジ効果によって周囲に広がるが、信号配線ペア間のカップリング係数を１に近くすることにより、その電磁界は局在化し、隣接干渉のほとんどない状態となる。
【００２９】
次に、本発明に関連するスタックト・ペア線路における表皮効果の特徴をより明確にするために、いわゆるマイクロストリップ線と対比してみる。図１５は、マイクロストリップ線の表皮効果を説明するための概略図である。１２は信号線であり、１３は参照プレーンである。１４は、参照プレーン１３を対称面として仮想的に現れる信号線１２のイマジナリーパートである。
【００３０】
そこで、電気力線Ｅは信号線１２とイマジナリーパート１３を結ぶように生じる。また、境界条件として電気力線Ｅは参照プレーン１３に対して垂直でなければならない。つまり、電気力線Ｅは図のように広がりを持つ。したがって、電流は、参照プレーン１３の表面では、信号線１２の幅Ｗより広がった所を流れる。すなわち、表皮効果が生じている状態において、信号配線ペアはマイクロストリップ線に比して隣接効果を抑止する点で有利といえる。
【００３１】
以上で、信号配線における表皮効果という問題について説明したが、その要点は、信号線の全周にグランドが配置した条件で、信号線全周の面に電流が流れるが、マイクロストリップ線やスタックトペア線路では、グランドと対向する面にしか電流が流れないというもっと厳格な条件となる。
【００３２】
もし、信号配線ペアの対向面がアンカー効果を期待して荒れているとなると、その荒れた面を倣うようにして電流が流れるため、電流経路が長くなり、さらに大きな直流抵抗損失となる。
【００３３】
第３の問題は配線を取り巻く絶縁物の誘電損失、すなわち、tanδを小さくしなければ、配線間リーク電流が大きくなり、熱となって信号エネルギーが減衰するという問題である。リーク電流の大きさをあらわすには伝送線路から見た漏れコンダクタンスＧを見ればよい。
【００３４】
コンダクタンスＧは、Ｇ＝ｋωＣ₀ｔａｎδ という式で表される。ここでｋは伝送線路の絶縁物被覆率、ωは角周波数、Ｃ₀は真空中の信号グランド間の容量である。この式からわかるように周波数が１桁上がると、絶縁物のtanδは１桁小さくしなければならないということである。
【００３５】
絶縁物のtanδを小さくするためには絶縁物中の分極構造をできるだけなくす方向に改善することになる。有機物では分極分子を主鎖や副鎖に入れない分子構造にすることとなる。
【００３６】
一方、金属配線と有機物接続は分極分子で行うため、これを入れない有機物は接着強度が非常に弱いという欠点が出て、このトレードオフをどのように解決するかという問題が発生する。一般に、配線金属表面を粗して、有機物との界面とし、有機物が表面の凹凸に倣って、アンカー効果を期待する接着にせざるを得ない。
【００３７】
そこで、本発明は、上記３つの問題を解決するのに有効な配線基板の構造及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００３８】
すなわち、本発明の目的は、第１に、信号配線系に生じる表皮効果による抵抗増大を最小限にして高周波信号の減衰を防止し、ＧＨｚ帯の高周波デジタル信号の伝送を可能ならしめることである。また、本発明の目的は、第２に、配線を取り巻く絶縁物の誘電損失を小さくし、効率の良い高周波ディジタル信号の伝送を実現することである。さらに、本発明の目的は、第３に、信号配線間の隣接干渉を無くして特性インピーダンスを小さくし、かつ一定にすることである。
【００３９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明かになるであろう。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本願の発明中、代表的なものの概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００４１】
第１の発明の配線基板は、第１の基板の一主面上に形成された１以上の第１の信号配線と、第２の基板の一主面上に形成された１以上の第２の信号配線と、前記第１の基板の一主面と前記第２の基板の一主面との間に介在された絶縁物を有し、前記第１及び第２の信号配線とを互いに対向して平行に配置することにより信号配線ペアを成すというものである。
【００４２】
かかる構造は、本発明の配線基板の基本形であり、高周波信号を減衰させることなく高速に伝送することができる。
【００４３】
第２の発明の配線基板は、第１の発明において、第１及び第２の信号配線の対向面の凹凸の程度は、信号配線ペア上に高周波信号が供給された状態で発生する表皮効果よる表皮厚みより小であるというものである。
【００４４】
かかる構成において、表皮効果によって電流密度は、第１及び第２の信号配線の対向面の表面において高くなるが、第１及び第２の信号配線の対向面は表皮効果による表皮厚みに比して凹凸の小さな表面を有するため、表皮効果による抵抗増大を極力小さくすることができる。理想的には、全く凹凸のない鏡面状態であることが望まれるが、表皮効果による表皮厚みに比して凹凸が小さければ抵抗増大は小さい。これにより、高周波信号の減衰を防止し、信号伝送を高速に行うことができるのである。
【００４５】
第３の発明の配線基板は、第１、第２の発明において、２対以上の信号配線ペアが互いに隣接して形成されている場合において、第１及び第２の信号配線の間隔をｔ、第１及び第２の配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２なる関係が成り立つように配置されているものである。
【００４６】
かかる構成によれば、カップリング係数を１に近くすることができ、隣接する信号配線ペア間の隣接干渉をほとんど無くすことができるので、電磁気エネルギーの損失のない良好な配線として機能する。
【００４７】
第４の発明の配線基板は、第３の発明において、信号配線ペアは１５Ω以下の特性インピーダンスを有するものである。この構成は、ＧＨｚ帯の高周波信号ディジタル信号を伝送する上で望ましい条件である。
【００４８】
第５の発明の配線基板は、第１の発明において絶縁物は、第１及び第２の基板間の全体に充填されているものである。かかる構成において、絶縁物は、第１及び第２の基板を接合するものである。ここで、絶縁物は誘電損失による配線間リークを極力小さくするため、低誘電率の材料、すなわちｔａｎδの小さな材料を選ぶことが望ましい。
【００４９】
第６の発明の配線基板は、第１の発明において、絶縁物は、隣接する信号配線ペア間に部分的に充填されるとともに、第１及び第２の信号配線と前記絶縁物とによって囲まれた領域には、気体が封入されているものである。
【００５０】
第５の発明では、絶縁物が全体に充填されている構造であるため、絶縁物として低ｔａｎδの材料を採用したとしても気体よりは一般に悪い。そこで、第６の発明の配線基板においては、誘電損失にとって最も支配的な領域、すなわち電磁界エネルギーが最も高い領域である対向面間に気体を封入したものである。
【００５１】
かかる構成によれば、第１及び第２の信号配線の対向面間が気体であるため、隣接する信号配線ペア間に充填された基板支持体のｔａｎδが多少大きくてもフリンジ効果しか損失にならず、この問題は無視できる。
【００５２】
第７の発明の配線基板は、第１の発明において、絶縁物は、隣接する信号配線ペア間であって信号配線ペアの端から離れた位置に部分的に配置されており、第１及び第２の信号配線と絶縁物とによって囲まれた領域には、気体が封入されているものである。かかる構成によれば、信号配線ペアのフリンジ効果も含めて誘電損失を無くすことができる。また、後に詳しく説明するが、第６の発明に比して、その構造上、信号配線ペア間の距離をコントロールしやすいという利点を有する。
【００５３】
第８の発明の配線基板は、第１の発明において、絶縁物は、第１及び第２の信号配線を含む第１及び第２の基板上にコーティング層として形成され、このコーティング層が第１及び第２の信号配線上で接合され、かつ隣接する信号配線ペア間には気体が封入されているというものである。
【００５４】
かかる構成によれば、コーティング層の厚みによって、信号配線ペア間の距離を決定しているので、そのコントロールが容易である。コーティング層としては、ｔａｎδが小さい材料を採択することが望ましい。
【００５５】
第９の発明の配線基板は、第６、７、８の発明において、気体は、非分極性の気体であるというものである。非分極性の気体には、たとえばヘリウム、アルゴン、メタン、エタン又は少なくとも水分が除去された空気がある。
【００５６】
第１０の発明の配線基板は、絶縁層を介して積層された複数の基板と、各基板上に形成された第１の信号配線と第２の信号配線が互いに対向して平行に配置され、多層の信号配線ペアを成しており、各層の信号配線ペア間の接続は、各基板を貫通して形成された埋め込みビア、あるいは各基板及び各層の絶縁層を貫通して形成された埋め込みビアを介してなされるというものである。
【００５７】
かかる構成は、第１の発明の配線基板を基本構造のユニットとして、信号配線ペアの多層化を図ったものであり、配線基板の高密度化を可能とするものである。
【００５８】
第１１の発明の配線基板は、第１０の発明において、積層された複数の基板中、最上層の基板上には接続パッド層が形成され、この接続パッド層は、各基板を貫通して形成された埋め込みビア、あるいは各基板及び各層の絶縁層を貫通して形成された埋め込みビアを介して、各層のいずれかの信号配線ペアと接続がなされており、前記接続パッドを介して最上層の基板上に電子部品が搭載されているというものである。
【００５９】
かかる構成によれば、第１０の発明で開示された、多層化された信号配線ペアを有する配線基板において、電子部品を搭載することが可能になる。
【００６０】
第１２の発明の配線基板は、第１０、１１の発明において、埋め込みビアは、第１の信号配線、第２の信号配線から導出されたビアランド上に形成されるというものである。
【００６１】
第１３の発明の配線基板は、第１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の発明において、第１及び第２の信号配線に相補信号を供給するドライバ回路を有する第１の集積回路チップと、第１及び第２の信号配線上を伝送される相補信号を受信するレシーバ回路を有する第２の集積回路チップが搭載されているというものである。
【００６２】
かかる構成によれば、第１の集積回路チップからの信号を第２の集積回路に高速に伝送することができる。
【００６３】
第１４の発明の配線基板は、第１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の発明において、絶縁物は、エポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）、又はフッ素系樹脂から成るというものである。これらの絶縁物材料は分極基をほとんど有していないため、誘電損失を極力小さくすることができる。なお、フッ素系樹脂としては、たとえばフローレンがある。
【００６４】
第１５の発明の配線基板の製造方法は、第１の基板上の一主面上に１以上の第１の信号配線を形成する工程、第２の基板上の一主面上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、第１及び第２の信号配線の表面を除き、第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、第１及び第２の基板上の全面に絶縁物を形成する工程、第１及び第２の基板を絶縁物を介して接合する工程、とを有し、第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すようにしたものである。
【００６５】
かかる構成によれば、第１、第５の発明の配線基板を製造することができる。この構成において、第１及び第２の基板の表面については、接着性を良くするために粗面化する工程を行うが、第１及び第２の信号配線の表面については一切の粗面化のための処理を行わない。これにより、滑らかな表面を維持し、表皮効果による抵抗増大を最小にすることができるのである。
【００６６】
第１６の発明の配線基板の製造方法は、第１５の発明において、各工程中、少なくとも第１及び第２の基板を絶縁物を介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うというものである。
【００６７】
かかる構成によれば、絶縁物の中に水分などの分極している分子が取り込まれて絶縁物のｔａｎδが大きくなってしまうことが防止される。
【００６８】
第１７の発明の配線基板の製造方法は、第１５、１６の発明において、絶縁物は、エポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）、又はフッ素系樹脂から成るというものである。これらの絶縁物材料は分極基をほとんど有していないため、誘電損失を極力小さくすることができる。なお、フッ素系樹脂としては、たとえばフローレンがある。
【００６９】
第１８の発明の配線基板の製造方法は、第１５、１６の発明において、絶縁物は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂から成るものである。
【００７０】
第１９の発明の配線基板の製造方法は、第１及び第２の基板の一主面上に感光性ドライフィルムを接合する工程、この感光性ドライフィルムをパターニングし、第１及び第２の基板上であって第１及び第２の信号配線を形成する予定領域に第１及び第２の開口部を形成する工程、無電解メッキによって第１及び第２の開口部に第１及び第２の信号配線を形成する工程、第１及び第２の基板を第１及び第２の信号配線の間の感光性ドライフィルムを介して接合する工程、とを有し、第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すようにしたものである。
【００７１】
かかる構成によれば、第６の発明の配線基板を製造することができる。
【００７２】
第２０の発明の配線基板の製造方法は、第１９の発明において、各工程中、少なくとも第１及び第２の基板を第１及び第２の信号配線の間に充填された感光性ドライフィルムを介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うというものである。かかる構成によれば、感光性ドライフィルムの中に水分などの分極している分子が取り込まれて絶縁物のｔａｎδが大きくなってしまうことが防止される。
【００７３】
第２１の発明の配線基板の製造方法は、第１の基板上の一主面上に１以上の第１の信号配線を形成する工程、第２の基板上の一主面上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、第２の信号配線の表面を除き、第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、第１及び第２の基板上であって、第１及び第２の信号配線の間に部分的に絶縁物からなるコラムを形成する工程、第１及び第２の基板をコラムを介して接合する工程、とを有し、前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すようにしたものである。
【００７４】
かかる構成によれば、第７の発明の配線基板を製造することができる。また、コラムの高さを可変することにより、信号配線ペア間の距離が一定となるようにコントロールすることができる。
【００７５】
第２２の発明の配線基板の製造方法は、第２１の発明おいて、各工程中、少なくとも第１及び第２の基板をコラムを介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うというものである。かかる構成によれば、コラムの中に水分などの分極している分子が取り込まれて絶縁物のｔａｎδが大きくなってしまうことが防止される。
【００７６】
第２３の発明の配線基板の製造方法は、第１の基板上の一主面上に１以上の第１の信号配線を形成する工程、第２の基板上の一主面上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、第１及び第２の信号配線の表面を除き、第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、第１及び第２の信号配線を含む第１及び第２の基板上に有機物を蒸着して成るコーティング層を形成する工程と、第１及び第２の基板をコーティング層を介して接合する工程、とを有し、第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すというものである。
【００７７】
かかる構成によれば、第８の発明の配線基板を製造することができる。また、コーティング層の厚みによって、信号配線ペア間の距離を決定しているので、そのコントロールが容易である。コーティング層としては、ｔａｎδが小さい材料を選択することが望ましい。
【００７８】
第２４の発明の配線基板の製造方法は、第２３の発明において、少なくとも第１及び第２の基板をコーティング層を介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うものである。かかる構成によれば、コーティング層の中に水分などの分極している分子が取り込まれて絶縁物のｔａｎδが大きくなってしまうことが防止される。
【００７９】
第２５の発明の配線基板の製造方法は、第１６、２０、２２、２４の発明において、非分極性の気体は、ヘリウム、アルゴン、メタン、エタン、または少なくとも水分が除去された空気であるというものである。
【００８０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態〜第５の実施形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００８１】
まず、第１の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。この配線構造は本発明の基本形である。２０は、第１の基板、２１は、第２の基板である。
第１及び第２の基板は、たとえば、エポキシ樹脂などから成るプリント基板であるが、これに限らず、その他の基板、たとえば表面に絶縁膜を有する半導体基板であってもよい。
【００８２】
２２は、第１の基板の一主面上に形成された第１の信号配線、２３は、第２の基板の一主面上に形成された第２の信号配線である。ここで、第１及び第２の信号配線２２、２３は、第１及び第２の基板２０、２１との接着面と反対側の対向面を有し、互いに平行に配置されている。本実施形態では、第１及び第２の信号配線２２、２３は、図１の紙面に対して垂直方向に走っているが、第１及び第２の基板２２、２３上でどの方向に走っていてもよい。
【００８３】
すなわち、第１及び第２の信号配線２２、２３は、信号配線ペアを成している。この配線構造は、第１及び第２の信号配線２２、２３が積み重ねられているという意味では、スタックト・ペア線路とも呼ばれる。信号配線ペアには高周波信号として、たとえばドライバ回路などの信号源から相補信号が供給される。また、前述したように、たとえば、第１の信号配線は信号線であり、第２の信号配線は参照線として機能する。上述の信号配線ペアは、本来的に、電磁界が閉じた伝送線路を形成し、特性インピーダンスが小さく、高周波信号を減衰させることなく高速に伝送することができるものである。
【００８４】
第１及び第２の基板２０，２１の一主面上間には、絶縁物２４が介在されている。ここで、絶縁物２４は、この実施形態では、第１及び第２の基板２０、２１の間の全体に充填されている。ここで、絶縁物２４は誘電損失による配線間リークを極力小さくするために分極していない材料、すなわちｔａｎδの小さい材料を選ぶことが望ましい。
【００８５】
このような材料としては、分極基のほとんど無い樹脂であり、たとえばエポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、フッ素系樹脂（たとえば、フローレン）、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）などがある。
【００８６】
上記の基本形の要点は、信号配線が形成された２枚の基板を信号配線を平行に対向させて絶縁物、たとえば樹脂を介して固定したものであり、ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するための配線基板としては唯一の基本構造である。また、本発明の趣旨は「ゆらぎ」の無い大地・グランドという概念を否定する配線構造を提供することであり、信号線ペアに幅広の電源層（グランドを含む）を近接させないものである。本発明者の検討によれば、かかる電源層が無い方が高速信号伝送にとって好適である。従って、本発明の配線基板は、例えば信号線ペアを上下に挟むような近接した電源層の存在を除外するものである。また当然であるが、信号線ペアが配設された２つの基板は導電基板ではないものとする。
【００８７】
さて、次に本発明者が重要な問題点として指摘した表皮効果による抵抗増大を最小にするための構成を説明する。表皮効果によって電流密度は、第１及び第２の信号配線２２、２３の対向面の表面において高くなる。もし、従来のプリント配線技術において常であったように、信号配線の表面も含めて荒らすことをすれば、第１及び第２の信号配線２２、２３の対向面の表面の凹凸によって、抵抗は、表皮効果との相乗作用によってさらに増大してしまう。つまり、荒れた表面を倣うようにして電流が流れるため、さらに大きな抵抗損失となる。
【００８８】
図２は、信号配線の対向面の表面の凹凸と表皮厚みとの関係を説明するための概略断面図である。
【００８９】
図２（ａ）に示すように、表面の凹凸の差ｈ（凸部と凹部の高低差）が表皮厚みδ_sより大きい場合、表皮中を流れるほとんど全電流が凹凸に沿うように流れるため電流経路が長くなり抵抗増大が大きい。これに対して、図（ｂ）に示すように、表面の凹凸の差ｈ（凸部と凹部の高低差）が表皮厚みδ_sより小さい場合、表皮の極表面に流れる電流は凹凸の影響を若干受けるが、表皮の深い部分では凹凸の影響を受けないで直進する電流成分がある。
【００９０】
すなわち、表皮厚みδ_sに比して表面の凹凸が小さくなるほど、凹凸の影響は小さくなり抵抗増大を小さくすることができることがわかる。換言すれば、表皮効果との相乗効果によってさらに抵抗が増大することを抑止することができるということである。これにより、高周波信号の減衰を防止し、信号伝送を高速に行うことができるのである。
【００９１】
ここで、表皮厚みδ_sは、近似的に、信号線全周にグランドがあるという仮定に基づいて導出された数式によって表される。したがって、表皮厚みδ_sの中には第１の信号線配線２２に流れる全電流の６０％が流れている。
【００９２】
理想的には、全く凹凸のない鏡面状態であることが最も望ましいが、加工上の困難性が伴う。そこで、たとえば銅張り積層板の銅箔などをパターニングしてＣｕ配線を形成する場合には、配線表面の凹凸は、表皮効果よる表皮厚みの１／３より小であることが好ましい。たとえば、正弦波１ＧＨｚの条件で、Ｃｕ配線では表皮厚みδ_sは２．２μｍである。したがって、この好ましい条件は表面の凹凸がその１／３である約０．７μｍ以下であればよい。
【００９３】
また、プリント配線技術の観点から説明すると、一般に、アンカー効果を期待してパターニング前、銅張り積層板上の銅箔の表面をあらかじめ酸化・還元処理することにより荒らしているしているが、そのような処理をしないことにより、配線表面を滑らかに保つことができる。
【００９４】
一方、第１及び第２の基板２０、２１の表面については粗面化処理を行い、絶縁物２４との密着性を高める。その結果、第１及び第２の信号配線２２、２３の対向面の表面は、第１、第２基板２０、２１の表面に比して滑らかである。要すれば、さらに平滑面処理をすることで、所望の平滑面にすることも出来る。
【００９５】
以上の要点をまとめると、第１及び第２の信号配線２２、２３の対向面の表面を滑らかな面を利用するか、滑らかに仕上げることにより、表皮効果による抵抗増大を最小にしたのである。
【００９６】
次に、２対以上の信号配線ペアが互いに隣接して形成されている場合において信号配線ペア相互間の隣接干渉を無くすための構成について説明する。図３は、一例として、２対の信号配線ペア２５、２６の構成を示す概略断面図である。ここで、第１及び第２の信号配線２２、２３の間隔をｔ、第１及び第２の信号配線２２、２３の幅をａ、隣接する信号配線ペア２５、２６の間の間隔をｂとすると、
ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置されている。
【００９７】
かかる構成によれば、カップリング係数を１に近くすることができ、隣接する信号配線ペア間の隣接干渉をほとんど無くすことができるので、電磁気エネルギーの損失のない良好な配線として機能する。
【００９８】
また、信号配線ペア２５、２６はそれぞれ２０Ω以下、望ましくは１５Ω以下の特性インピーダンスを有することが望ましい。これは、ＧＨｚ帯の高周波信号ディジタル信号を伝送する上で望ましい条件である。信号配線ペアにおける特性インピーダンスＺ₀ の近似式は、
【００９９】
【数２】

【０１００】
のようになる。ただし、ｗ＝線幅、ｈ＝第２の信号配線２２、２３の間隔、
μ₀＝真空の透磁率、μｒ＝絶縁物の比透磁率、ε₀＝真空の誘電率、εｒ＝絶縁物の比誘電率である。この式から、２０Ω以下、望ましくは１５Ω以下という低い特性インピーダンスをペア線路において実現するためには、信号配線ペアのスペースｔが小さくすればよいことがわかる。これは、カップリング係数を１に近くすることと両立する関係である。
【０１０１】
なお、充填される樹脂は空気を多くする発泡剤でもよい。また、電界を集中させたり、平行電界層を作る効果を期待するため、信号配線の断面構造を台形や逆台形にすることも特許の範囲である。
【０１０２】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について、図４を参照しながら詳細に説明する。図４（ａ）に示すように基板３０を準備する。プリント配線板のベースになる基板３０の材料は、たとえばFR-4のようなエポキシ系の未硬化樹脂をガラス繊維布に含浸させたプリプレーグと呼ばれるBステージ基板である。この基板３０に銅箔３１を接合し、Bステージエポキシを硬化させ、銅張り積層板３２を作ることで配線板の基本が出来上がる。
【０１０３】
これをフォトリソグラフィで銅箔のパターニングを行う過程が次のステップとなるが、細い銅配線になった時、基板との接着が非常に弱くなり、ほとんど実用に耐えない。この接着力対策として、銅箔をあらかじめ表面粗面化を行う。その処理の代表的なものは銅箔を均質な酸化膜ができるように酸化させ、その脆い酸化膜を還元すると、銅表面が粗面になる。酸化還元は酸化性酸の水溶液で行うことが一般的である。還元もイオン還元水溶液で行う。最近は粗面銅めっきという手法も考案されているがどちらの場合でも１μｍから５μｍの表面粗さを有するものである。信号周波数１ＧＨｚの場合の表皮厚みは約２μｍであり、この場合の表面粗さは、この表皮厚みのオーダーとなっている。
【０１０４】
接着力をアンカー効果で改善したことになり、構造的信頼性は向上するが、高周波の表皮効果の問題を残す。表面を粗さないで、化学的な結合を強くすることで、行う方法も皆無ではないが、強力な化学結合、たとえば、共有的結合を得るためには低温(200℃以下)で十分反応する活性種が必要で、このような反応性の強い活性種は非常に不安定で、工業的に成功していない。たとえば、シランカップリング剤があるが、短時間に加水分解してしまい、気休めの処理に終わっている。
【０１０５】
接合を化学的に得る一般的な手法は樹脂の副鎖に分極基を配置して、分極結合を作り接合する方法である。その代表的分極基は水酸基であり、いわゆる世の中の有機接着剤はすべてこの形をとっている。上記アンカー効果だけでは、界面の分子的剥離(マイクロクラック)が生じて、その剥離面に水膜が形成され、それが膨潤や蒸気化でアンカー効果を破壊しやすい。すなわち、寿命劣化を引き起こしやすい。
【０１０６】
この対策として、水酸基の多く付いた、エポキシ樹脂を使用することになるが、水酸基の増大とともに誘電体角損失(tanδ)が大きくなり、漏れコンダクタンスGが大きくなる欠点を持っている。これら表皮効果とtanδの問題はFR-4やFR-5のエポキシ系のみならず、ビスマレイドトリアジン（BT）、やポリイミド系でも同様である。本発明は従来の製造方法を一部に採用しながら、表皮効果とtanδの問題を解決する手段を提供するものである。
【０１０７】
さて、図４（ｂ）に示すように、銅箔３１上にフォトレジストをコーティングした後、設計された配線パターンを有するマスクで露光、現像をして、パターニングされたレジスト膜３３を形成する。
【０１０８】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト膜３３を保護膜として、銅箔の露出した部分をエッチング液でエッチングし、信号配線３４を形成する。このとき、露出した銅箔３１が完全にエッチングされたエポキシ面は粗面化した銅箔の跡が残り粗面となっている。
【０１０９】
別のパターンで処理された銅箔積層板と銅箔面同士を対向させ樹脂で固定することで基本構造の完成となる。すなわち、図４（ｄ）に示すように、基板３０上に樹脂３５をコーティングする。一方、同様の方法で形成した信号配線３６を有する基板３７上にも樹脂３８をコーティングする。そして、基板３０、３７を樹脂３５，３８を介して、パターン整合させながら、加圧することにより接合し、または貼り合わせる。
【０１１０】
対向面に介在する樹脂３５、３８は分極基のほとんどないエポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、フッ素系樹脂(たとえばフローレン)、ベンゾサイクロブティーン（BCB）などである。
【０１１１】
本発明のポイントである表皮効果による抵抗増大を最小にするためには、信号配線３４、３６の表面を平滑にすることが重要である。そのためには、銅箔３１の表面については粗面化を行わず、基板３０、３７の表面のみを粗面にする。たとえば、基板表面をあらかじめケミカル処理するかスパッタ処理して基板表面を分子構造的に荒らしておけば、樹脂３５、３８との良い接着性が得られる。
【０１１２】
あるいは、図４（ｃ）に示した工程において、レジスト膜３３をマスクとして選択的にスパッタ処理を行い、信号配線３４、３６の表面の平滑性を維持しながら、基板表面のみを粗面にしてもよい。
【０１１３】
すなわち、平滑な銅配線と樹脂３５、３８との接合はあまり期待できないが、銅箔除去のエポキシ表面の粗面に上記樹脂が浸入し、アンカー効果で強力に接着される。金属と有機樹脂のように結合形態の異なる材料同士でなく樹脂・樹脂の接続は樹脂プライマーの分子量を小さくすると、硬化されている樹脂内に分子の頭が侵入し、異種材料間より一般に接合強度が強いものである。特に粗面化した樹脂との上記効果は大きいといえる。これにより、平滑銅界面の弱い接着力を十分に補償することができる。
【０１１４】
対向界面に挿入する樹脂３５、３８の形態として、塗布(スクリーン塗布、浸漬塗布、電気泳動塗布などを含む)、蒸着、フィルム貼り付けなどで行うことができ、材料の選択を優先して、種々の手法で対応できる利点がある。次いで、この基板にビアホールを開けめっきなどでペア線路の導通をとり単位ユニットを完成させる。
【０１１５】
樹脂３５、３６の量は十分制御された量が基板３０、３７の両面にコーティングされるが、加圧を途中で止めるため、スペースの中心部分に原子または分子レベルの微小な空隙が残存することになる。この空隙の信頼度における問題、ｔａｎδの増大の問題を解消するため、この作業そのものをメタン、エタンなどの分極していない分子で、分子半径の大きな液化温度の高いガス中で行い、空隙にはこのガスが充満している構造を提案する。
【０１１６】
分子構造の大きなガスは充填樹脂への拡散速度が遅く、もし空隙に水分が進入してもガス圧が高くなるだけで、侵入を防ぐことができる。いわゆる保存形態の王道である窒素封入保存の形となる。なお、空気は、分極していない気体であるが、通常、空気に含まれる水分Ｈ₂Ｏは分極しているためをこれを除去した空気が適している。
【０１１７】
具体的な対向面ギャップ、すなわち対向する信号配線３４、３６の間隔は、１μｍから５μｍであり、配線の厚みは３μｍから５μｍである。対向面ギャップに介在された絶縁物の誘電率により異なるが、信号配線幅は５μｍから２０μｍ程度である。この寸法加工は配線の厚みが比較的薄いため容易であることが判明しよう。
【０１１８】
特性インピーダンスを正確に制御するためには信号配線３４、３６のパターンずれやギャップのばらつきは許せない。ずれの制御は軟Ｘ線投影装置でミクロンオーダーで整合させる。そして、ある標準パターンの容量測定値をモニターしながら加圧を進め、整合した時に静止させる。次いで、樹脂３５、３８が熱硬化樹脂であれば硬化をさせ、熱可塑性樹脂であれば冷却して固める。引き続いて、この対向ペア基板を単位として、多層の積層を従来のプリプレーグで行い、スルーホールを穿った後、めっきなどで導通を取り、多層配線の構造を完成させる。この構造については後に詳しく説明する。
【０１１９】
次に、第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。第１の実施形態では、絶縁物２４が全体に充填されている構造であるため、絶縁物としてｔａｎδの小さい材料を採用したとしても気体よりは一般に悪い。そこで、本実施形態の配線基板においては、誘電損失にとって最も支配的な領域、すなわち電磁界エネルギー最も高い領域である対向面ギャップ間に気体を封入したものである。
【０１２０】
図５において、４０は、第１の基板、４１は、第２の基板である。第１及び第２の基板４０、４１は、たとえばエポキシ樹脂などから成るプリント基板であるが、これに限らず、その他の基板、たとえば表面に絶縁膜を有する半導体基板であってもよい。
【０１２１】
４２は、第１の基板の一主面上に形成された第１の信号配線、４３は、第２の基板の一主面上に形成された第２の信号配線である。第１及び第２の信号配線４２、４３は、信号配線ペアを成している。信号配線ペアには高周波信号として、たとえばドライバ回路などの信号源から相補信号が供給される。
【０１２２】
また、たとえば、一方の信号配線線は信号線であり、他方の信号配線は参照線として機能する。本実施形態において絶縁物４４は、隣接する信号配線ペア間に部分的に充填される。第１及び第２の信号配線４２、４３と絶縁物４４とによって囲まれた領域、すなわち対向面ギャップ４５には、気体が封入されているものである。ここで、気体は、非分極性の気体であって、たとえばヘリウム、アルゴン、メタン、エタン、または少なくとも水分が除去された空気である。
【０１２３】
かかる構成によれば、第１及び第２の信号配線の対向面間が気体であるため、隣接する信号配線ペア間に充填された絶縁物のｔａｎδが多少大きくてもフリンジ効果しか損失にならず、この問題は無視できる。
【０１２４】
また、第１の実施形態において開示したその他の構成が、本実施形態についても同様に適用することができることは言うまでもない。その代表的なものを挙げれば、たとえば、表皮効果による抵抗増大を最小にするための構成として、第１及び第２の信号配線４２、４３の表面の凹凸を表皮厚みより小さくする点である。
【０１２５】
また、隣接する信号配線ペア間の隣接干渉を無くすための構成として、第１及び第２の信号配線４２、４３の間隔をｔ、第１及び第２の信号配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置する点である。
【０１２６】
さらに、絶縁物４４としては、分極基のほとんど無い樹脂であり、たとえばエポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、フッ素系樹脂（たとえば、フローレン）、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）などがある点である。
【０１２７】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について説明する。たとえば、１つの製造方法は、図４を用いて説明した製造方法と比較すると、ペア線路間の樹脂固定の方法が代わるだけである。信号配線４２、４３をよけて樹脂４４をコーティングすることで完成させることができる。第１及び第２の基板４０，４１を接合するときは、対向面ギャップ４５の間隔を決めるため、部分的にコーティングされた樹脂４４は横に広がる余地を残さなければならない。したがって、線間充填剤である樹脂４４のコーティングは、信号配線４２、４３の端から離れた所になされる。そして、第１及び第２の基板４０、４１を樹脂４４を介して圧着するときには、樹脂４４は横に広がり、隣接する信号配線ペア間に充填される。
【０１２８】
もう１つの製造方法は、めっき活性化した基板４０、４１に感光性ドライフィルムを接合する。この感光性ドライフィルムをパターニングし、金属配線する部分に溝を開口する。無電解銅めっきを堆積し、感光性ドライフィルムの表面に対して必要な寸法まで積み上げる。これにより、第１及び第２の信号配線４２、４３が形成される。レジストフィルムに接着性のない時はめっき加工後のレジストフィルムの表面に接着剤を転写方などで薄く転写する。
【０１２９】
その後、メタンやエタンガスなどの分極のない気体中で両面を接着させ完成する。レジストフィルムや接着剤のtanδが多少大きくても対向面ギャップ４５に気体が封入されているため、フリンジ効果分しか損失とならずこの問題は無視できる。理由は特性インピーダンスが小さい配線であれば、相対対向面の面積が大きいためである。
【０１３０】
次に、第３の実施形態について、図６を参照しながら説明する。本実施形態は、第２の実施形態と比較すれば、基本的に絶縁物の介在面積が異なるだけである。空間が広いか狭いかの差である。
【０１３１】
図において、５０は、第１の基板、５１は、第２の基板である。第１及び第２の基板５０、５１は、たとえばエポキシ樹脂などから成るプリント基板であるが、これに限らず、その他の基板、たとえば表面に絶縁膜を有する半導体基板であってもよい。
【０１３２】
５２は、第１の基板の一主面上に形成された第１の信号配線、５３は、第２の基板の一主面上に形成された第２の信号配線である。第１及び第２の信号配線５２、５３は、信号配線ペアを成している。信号配線ペアには高周波信号として、たとえばドライバ回路などの信号源から相補信号が供給される。また、たとえば、一方の信号配線は、信号線であり、他方の信号配線は参照線として機能する。
【０１３３】
絶縁物５４は、隣接する信号配線ペア間であって信号配線ペアの端から離れた位置に部分的に形成されており、第１及び第２の信号配線５２、５３の対向面ギャップ５５と絶縁物５４とによって囲まれた領域には、気体が封入されているものである。これにより、信号配線ペアのフリンジ効果も含めて誘電損失を無くすことができる。また、後に説明するが、第２の実施形態に比して、その構造上、信号配線ペア間の距離、すなわち対向面ギャップ５５の距離をコントロールしやすいという利点を有する。
【０１３４】
また、第１の実施形態において開示したその他の構成が、本実施形態についても同様に適用することができることは言うまでもない。その代表的なものを挙げれば、たとえば、表皮効果による抵抗増大を最小にするための構成として、 第１及び第２の信号配線４５、５３の表面の凹凸を表皮厚みより小さくする点である。
【０１３５】
また、隣接する信号配線ペア間の隣接干渉を無くすための構成として、第１及び第２の信号配線５２、５３の間隔をｔ、第１及び第２の信号配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置する点である。さらに、絶縁物５４としては、分極基のほとんど無い樹脂であり、たとえばエポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、フッ素系樹脂（たとえば、フローレン）、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）などがある点である。
【０１３６】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について説明する。第２の実施形態と比較すれば、基本的には、樹脂の介在面積が小さいことである。樹脂の横に広がることを考慮して、接合時に第１及び第２の信号配線５２、５３の端との間に空間が生じるよう樹脂のコーティングを行わなければならない。
【０１３７】
また、第２の実施形態においては、信号配線５２、５３をめっきにより形成する場合は、めっき厚みの制御が難しいという欠点を有するが、これを解決するため、感光性フィルムレジストなどでコラム（絶縁物５４）を作るとよい。正確な対向面ギャップ５５のスペースを得るためにコラムの高さを可変とする。すなわち、めっきの厚みに応じてコラムの高さを変える。コラムの接着には接着剤を転写方などで薄く転写してもよい。なお、基板５０、５１を絶縁物５４を介して接合する作業は、メタンやエタンガスなどの分極のない気体中で行う。
【０１３８】
次に、第４の実施形態について、図７を参照しながら説明する。スタックト・ペア線路において対向面ギャップが数μｍであることから第１、第２、第３の実施形態のいずれにおいても加工上の問題がある程度存在する。そこで、本実施形態では、有機物を蒸着することで対向面ギャップを正確に制御するものである。
【０１３９】
図７において、６０は、第１の基板、６１は、第２の基板である。第１及び第２の基板６０、６１は、たとえばエポキシ樹脂などから成るプリント基板であるが、これに限らず、その他の基板、たとえば表面に絶縁膜を有する半導体基板であってもよい。
【０１４０】
６２は、第１の基板の一主面上に形成された第１の信号配線、６３は、第２の基板の一主面上に形成された第２の信号配線である。第１及び第２の信号配線６２、６３は、信号配線ペアを成している。信号配線ペアには高周波信号として、ドライバ回路などの信号源から相補信号が供給される。また、たとえば、一方の信号配線は、信号線であり、他方の信号配線は参照線として機能する。
【０１４１】
６４は、有機物を蒸着して成るコーティング層であり、第１及び第２の信号配線６２、６３上を含む第１及び第２の基板６０、６１上に形成され、このコーティング層６４が第１及び第２の信号配線６２、６３上で接合される。このため、対向面ギャップ６５の間隔は、コーティング層の厚みによって決まる。
【０１４２】
そして、隣接する信号配線ペア間には、配線間空間６６が生じ、この配線間空間６５には気体が封入されている。ここで、気体は、非分極性の気体であって、たとえばヘリウム、アルゴン、メタン、エタン、または少なくとも水分が除去された空気である。かかる構成によれば、コーティング層６４の厚みによって、信号配線ペア間の距離を決定しているので、そのコントロールが容易である。コーティング層６４としては、ｔａｎδが小さい材料を採択することが望ましい。
【０１４３】
また、第１の実施形態において開示したその他の構成が、本実施形態についても同様に適用することができることは言うまでもない。その代表的なものを挙げれば、たとえば、表皮効果による抵抗増大を最小にするための構成として、第１及び第２の信号配線６２、６３の表面の凹凸を表皮厚みより小さくする点である。
【０１４４】
隣接する信号配線ペア間の隣接干渉を無くすための構成として、第１及び第２の信号配線６２、６３の間隔をｔ、第１及び第２の信号配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置する点である。
【０１４５】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について説明する。第１の実施形態において図４を用いて説明した製造方法と同様にして、第１及び第２の信号配線６２、６３を形成した後、対向ペア線路の間隔、すなわち対向面ギャップ６５の間隔を１μｍから５μｍに制御するための手法で、パリレンなどの蒸着しやすい樹脂を蒸着し接合する。接合の作業は、メタンやエタンガスなどの分極のない気体中で行う。そこで、配線間空間６６が開くことになるが、コーティング層６４のｔａｎδが小さければ原理的な問題はない。
【０１４６】
この手法の発展として、蒸着樹脂を硬化してコーティング層６４とした後、第１の実施形態において図４を用いて説明した手法を取ることができる。
【０１４７】
すなわち、コーティング層６４上にさらに樹脂を塗布し、加圧により基板間の接合を行う。その加圧条件を整えれば、対向面ギャップ６５には、ほとんど塗布樹脂の痕跡が残らないで、実質的にコーティング層６４の厚みによって、対向面ギャップ６５の間隔を正確に制御することができることも特許の範囲である。
【０１４８】
また、パリレン蒸着以外の方法として希釈な有機スペーサーを溶かした溶液中に浸漬し、これを乾燥重合するという方法、スピンコートする方法なども考えられる。
【０１４９】
その他の製法として、上記の製造方法の変形であるが、ポリイミドやポリエステルのフィルムに銅箔を接着し、第１の実施形態において図４を用いて説明した方法で銅をパターニングし、ＴＡＢのような構造を作る。対向パターンのフィルムを対向して貼り合わせる際に、薄くコーティングし重合した樹脂をスペーサーにして接着樹脂を介して接着樹脂が銅配線スペーサー部からすべて逃げるように曲率の大きなローラーで接合していくという方法も有効な製法である。この場合はリール・ツー・リールのプロセスが採用できる。
【０１５０】
次に、第５の実施形態について、図８を参照しながら説明する。第１〜第４の実施形態で説明した配線基板をユニットとして、多層配線を有した配線基板を構成したものである。当然、各層の配線はスタックト・ペア線路の構造を成している。
【０１５１】
図８は、３層配線構造の配線基板の一例を示している。第１、第２、第３の基板７０、７１、７２は、絶縁層７３、７４を介して接合されている。第１及び第２の基板７０、７１の間には、第１層の信号配線ペアとして、信号配線７５、７６が形成されており、第２、第３の基板７１、７２の間には第２層の信号配線ペアとして、信号配線７７、７８が形成され、第３の基板７２上には最上層の配線として、接続パッド７９が形成されている。信号配線７５、７６及び信号配線７７、７８は、平行な信号配線ペアを成している。
【０１５２】
各層の信号配線ペア間の接続は、各基板を貫通して形成された埋め込みビア、あるいは各基板及び各層の絶縁層を貫通して形成された埋め込みビアを介してなされる。たとえば、第１層の信号配線７５、７６と第２層の信号配線７７、７８との接続は、埋め込みビア８０を介してなされる。
【０１５３】
埋め込みビア部には必ずビアランド８１がある。ビアランド８１は、配線から導出され、ビアランド８１は信号配線に比して幅広であり、その内部で埋め込みビア８０が形成されているものとする。
【０１５４】
図９は、各層の信号配線間を埋め込みビアを介して接続した構造を示す概略斜視図である。７６は第１層の信号配線であり、７７は第２層の信号配線である。これらの信号配線は基板７１（不図示）によって分離されているが、それぞれの配線から導出されたビアランド８１上に埋め込みビア８０を形成することによって接続がなされる。
【０１５５】
第１層の信号配線７５、７６と第３層の接続パッド７９との接続、第２層の信号配線７７、７８と第３層の接続パッド７９との接続も同様になされる。そして、接続パッド７９を介して集積回路チップが配線基板上に搭載される。
【０１５６】
ここで、基板７０、７１、７２は厚いとビアホールの形成が困難であるばかりでなく、ビアの高さによる高周波伝送乱れの原因となるため、基板７０、７１、７２の厚みは望むらくは１０μm程度のものが望ましい。このように薄いものは剛性が強いものでなければならないため、３次元ネットワークの密な樹脂が望ましいが、ガラス板も候補に上がる。
【０１５７】
ガラス板は薄ければフレキシブルで割れることはない。コンピュータボードであれば、対向面を１セットとして、４層から６層に積層し、全体として１００μmの厚みとなろう。その時のシリコンＬＳＩチップは５０μm以下の厚みのものが実装されよう。これも特許の範囲に入る構成である。
【０１５８】
なお、第１〜第４の実施形態において開示したその他の構成が、本実施形態の各層の配線構造についても同様に適用することができることは言うまでもない。その代表的なものを挙げれば、たとえば、表皮効果による抵抗増大を最小にするための構成として、第１層の信号配線７５、７６、第２層の信号配線７７、７８の表面の凹凸を表皮厚みより小さくする点である。
【０１５９】
隣接する信号配線ペア間の隣接干渉を無くすための構成として、たとえば、信号配線７５、７６の間隔をｔ、第１及び第２の信号配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置する点である。
【０１６０】
絶縁層７３、７４として適した材料は、分極基のほとんど無い樹脂であり、たとえばエポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、フッ素系樹脂（たとえば、フローレン）、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）などがある。
【０１６１】
本実施形態の製造方法については、第１〜第４の実施形態において説明したものを適用できるが、補足をすれば、上記のような対向ペア基板を単位として、多層の積層構造を従来のプリプレーグで行い、ビアホールを穿った後に、めっきなどで導通を図り、図８の構造を完成させることである。
【０１６２】
次に、上述のスタックト・ペア線路と集積回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した配線基板を説明する。この種の配線基板には、第１〜第５の実施形態において開示した配線基板の構造、その製造方法のすべての内容が適用できるものである。図１０は、かかる配線基板の第１例を示す概念図である。
【０１６３】
図１０において、９０は配線基板、９１は配線基板９０に形成された等長平行配線された信号配線９２、９３からなる信号配線ペアである。また、９４は、配線基板９０に形成された正の電源電圧ＶＤＤを入力するための電源電圧入力端子、９５は、配線基板に形成された接地電圧ＶＳＳを入力するための接地電圧入力端子である。
【０１６４】
また、９６は配線基板９０に形成された等長平行配線からなる電源配線９７及び接地配線９８からなる電源・接地配線ペアであり、この電源・接地配線ペア９６は、その特性インピーダンスを信号配線ペアの特性インピーダンスと同一とされている。
【０１６５】
また、９９は配線基板９０に搭載された集積回路チップ（たとえば、ＣＰＵチップ）であり、この集積回路チップ９９は、その電源電圧入力端子９９Ａを電源配線９７に接続され、その接地電圧入力端子９９Ｂを接地配線９８に接続され、その信号出力端子９９Ｃ、９９Ｄをそれぞれ信号配線９２，９３の一端に接続されている。
【０１６６】
また、集積回路チップ９９において、１００は内部回路（図示せず）から与えられる送信ディジタル信号ＴＳを相補送信ディジタル信号ＣＳ、／ＣＳに相補信号化し、これら相補送信ディジタル信号ＣＳ、／ＣＳを信号出力端子９９Ｃ、９９Ｄを介して信号配線９２、９３に出力する差動ドライバである。また、差動ドライバ１００において、１０１は非反転のドライバ（ノンインバータ）、１０２はインバータである。
【０１６７】
また、１０３は配線配線基板９０に搭載された集積回路チップで（たとえば、メインメモリ・チップ）あり、集積回路チップ１０３は、その信号入力端子１０３Ａ、１０３Ｂをそれぞれ信号配線９２，９３の他端に接続されている。
【０１６８】
また、集積回路チップ１０３において、１０４は信号配線９２、９３を伝送されてくる相補送信ディジタル信号ＣＳ、／ＣＳを受信して送信ディジタル信号ＴＳに対応する受信ディジタル信号ＲＳを内部回路（図示せず）に対して出力する差動レシーバである。
【０１６９】
すなわち、上記の配線基板は、信号配線ペア９１、電源・接地配線ペア９６などを有する配線基板に、さらに集積回路チップ９９、１０３などを搭載して電子装置、もしくはディジタルシステムを構成したものである。
【０１７０】
ここで、信号配線ペア９１、電源・接地配線ペア９６は、第１〜第４の実施形態によって開示された、２枚の基板間に絶縁物を介して対向配置されたスタックト・ペア線路によって構成することができる。
【０１７１】
また、信号配線ペア９１、電源・接地配線ペア９６が多数ある場合、第５の実施形態によって開示された多層配線基板とすることにより、配線の高密度化が可能であり、集積回路チップ９９、１０３をこの多層配線基板に実装することができる。こうして、本発明の配線基板によれば、集積回路チップ９９、１０３の間において、ＧＨｚ帯のディジタル信号の送信・受信が可能になる。
【０１７２】
図１１は、スタックト・ペア線路と集積回路チップを搭載した配線基板の第２例を示す概念図である。この種の配線基板には、第１〜第５の実施形態において開示した配線基板の構造、その製造方法のすべての内容が適用できるものである。
【０１７３】
図１１において、１１０は配線基板、１１１は等長平行配線された信号配線１１２、１１３からなる信号配線ペアである。また、１１４はそれにインピーダンス整合した終端回路である終端抵抗である。１１５は、カレントスイッチ型の差動ドライバである。すなわち、この配線基板は、信号配線ペア１１１、終端抵抗１１４などを有する配線基板に、差動ドライバ１１５などを有する集積回路チップが搭載されて電子装置、もしくはディジタルシステムが構成されたものである。
【０１７４】
ここで、信号配線ペア１１１は、第１〜第４の実施形態によって開示された、２枚の基板間に絶縁物を介して対向されたスタックト・ペア線路によって構成することができる。
【０１７５】
また、信号配線ペア１１１が多数ある場合、第５の実施形態によって開示された多層配線基板とすることにより、配線の高密度化が可能であり、差動ドライバ１１５などを多層配線基板に実装することができる。こうして、本発明の配線基板によれば、差動ドライバ１１５によってディジタル信号を信号配線ペア１１１に供給し、ＧＨｚ帯のディジタル信号の送信が可能になる。
【０１７６】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは言うまでもない。
【０１７７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０１７８】
本発明の配線基板によれば、第１の基板の一主面上に形成された１以上の第１の信号配線と、第２の基板の一主面上に形成された１以上の第２の信号配線と、前記第１の基板の一主面と前記第２の基板の一主面との間に介在された絶縁物を有し、前記第１及び第２の信号配線とを互いに対向して平行に配置することにより信号配線ペアを成すことで、高周波信号を減衰させることなく高速に伝送することができる。
【０１７９】
特に、第１及び第２の信号配線の対向面の凹凸の程度は、信号配線ペア上に高周波信号が供給された状態で発生する表皮効果よる表皮厚みより小さくすることにより、表皮効果による抵抗増大を最小にすることができる。
【０１８０】
また、上記の絶縁物をｔａｎδの小さい材料に特定することにより、誘電損失による配線間リークを極力小さくすることができる。
【０１８１】
また、信号配線ペアが互いに隣接して形成されている場合において、物理的な寸法を特定することにより、隣接する信号配線ペア間の隣接干渉をほとんど無くすことができ、電磁気エネルギーの損失のない良好な信号配線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。
【図２】信号配線の対向面の表面の凹凸と表皮厚みとの関係を説明するための概略断面図である。
【図３】２対の信号配線ペア２５、２６の構成を示す概略断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る配線基板の製造方法を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る配線基板の概略断面図である。
【図９】各層の信号配線間を埋め込みビアを介して接続した構造を示す概略斜視図である。
【図１０】スタックト・ペア線路と集積回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した配線基板の第１例を示す概略図である。
【図１１】スタックト・ペア線路と集積回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した配線基板の第２例を示す概略図である。
【図１２】従来例に係る集積回路チップが搭載された配線基板の概略図である。
【図１３】信号配線において生じる表皮効果を説明するための概略図である。
【図１４】信号配線ペアにおいて生じる表皮効果を説明するための概略図である。
【図１５】マイクロストリップ線において生じる表皮効果を説明するための概略図である。
【符号の説明】
２０ 第１の基板
２１ 第２の基板
２２ 第１の信号配線
２３ 第２の信号配線
２４ 絶縁物
２５、２６ 信号配線ペア
３０ 基板
３１ 銅箔
３２ 銅張り積層板
３３ フォトレジスト
３４ 信号配線
３５ 樹脂
３６ 信号配線
３７ 基板
３８ 樹脂

Claims (23)

1. 粗面化された表面を有する第１の基板と、
   前記第１の基板の表面に形成された１以上の第１の信号配線と、
   粗面化された表面を有する第２の基板と、
   前記第２の基板の表面に形成された１以上の第２の信号配線と、
   前記第１の基板の表面と前記第２の基板の表面との間に介在された絶縁物とを有し、前記第１及び第２の信号配線とを互いに対向して平行に配置することにより信号配線ペアを成すようにし、かつ前記第１及び第２の信号配線の対向面の表面は前記第１及び第２の基板の表面よりも平滑であり、該対向面の表面の凹凸は、前記信号配線ペア上に高周波信号が供給された状態で発生する表皮効果よる表皮厚みより小なることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板であって、前記２対以上の信号配線ペアが互いに隣接して形成されている場合において、前記第１及び第２の信号配線の間隔をｔ、前記第１及び第２の配線の幅をａ、隣接する信号配線ペアの間の間隔をｂとすると、ｂ／（ａ＋ｔ）＞２ なる関係が成り立つように配置されていることを特徴とする配線基板。
3. 請求項２に記載の配線基板であって、前記信号配線ペアは２０Ω以下の特性インピーダンスを有することを特徴とする配線基板。
4. 請求項１に記載の配線基板であって、前記絶縁物は、前記第１及び第２の基板間の全体に充填されていることを特徴とする配線基板。
5. 請求項１に記載の配線基板であって、前記絶縁物は、隣接する信号配線ペア間に充填されるとともに、前記第１及び第２の信号配線と前記絶縁物とによって囲まれた領域には、気体が封入されていることを特徴とする配線基板。
6. 請求項１に記載の配線基板であって、前記絶縁物は、隣接する信号配線ペア間であって、前記信号配線ペアの端から離れた位置に部分的に配置されており、前記第１及び第２の信号配線と前記絶縁物とによって囲まれた領域には、気体が封入されていることを特徴とする配線基板。
7. 第１の基板の一主面上に形成された１以上の第１の信号配線と、
   第２の基板の一主面上に形成された１以上の第２の信号配線と、前記第１の基板の一主面と前記第２の基板の一主面の間に介在された絶縁物とを有し、前記第１及び第２の信号配線とを互いに対向して平行に配置することにより信号配線ペアを成すようにし、前記絶縁物は、前記第１及び第２の信号配線を含む第１及び第２の基板上にコーティング層として形成され、このコーティング層が第１及び第２の信号配線上で接合され、かつ隣接する信号配線ペア間には気体が封入されていることを特徴とする配線基板。
8. 請求項５、６、７に記載の配線基板であって、前記気体は、非分極性の気体であることを特徴とする配線基板。
9. 粗面化された表面を有する複数の基板と、前記複数の基板の間に介在された絶縁層とを有し、前記各基板上に形成された第１の信号配線と第２の信号配線が互いに対向して平行に配置され、多層の信号配線ペアを成しており、各層の信号配線ペア間の接続は、前記各基板を貫通して形成された埋め込みビア、あるいは前記各基板及び前記各層の絶縁層を貫通して形成された埋め込みビアを介してなされ、かつ前記第１及び第２の信号配線の対向面の表面は前記基板の表面よりも平滑であり、該対向面の表面の凹凸は、前記信号配線ペア上に高周波信号が供給された状態で発生する表皮効果よる表皮厚みより小なることを特徴とする配線基板。
10. 請求項９に記載の配線基板において、前記積層された複数の基板中、最上層の基板上には接続パッドが形成され、この接続パッドは、前記各基板を貫通して形成された埋め込みビア、あるいは前記各基板及び前記各層の絶縁層を貫通して形成された埋め込みビアを介して、前記各層のいずれかの信号配線ペアと接続がなされており、前記接続パッドを介して前記最上層の基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とする配線基板。
11. 請求項９、１０に記載の配線基板において、前記埋め込みビアは、前記第１の信号配線、第２の信号配線から導出されたビアランド上に形成されることを特徴とする配線基板。
12. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１に記載の配線基板であって、前記第１及び第２の信号配線に相補信号を供給するドライバ回路を有する第１の集積回路チップと、前記第１及び第２の信号配線上を伝送される相補信号を受信するレシーバ回路を有する第２の集積回路チップが搭載されていることを特徴とする配線基板。
13. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１に記載の配線基板であって、前記絶縁物は、エポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）、又はフッ素系樹脂から成ることを特徴とする配線基板。
14. 第１の基板の表面及び第２の基板の表面に銅箔を接合する工程、
    前記第１及び第２の基板上の銅箔上にパターニングされたレジスト膜を形成する工程、
    前記レジスト膜を保護膜として露出された銅箔をエッチングすることで、
    前記第１の基板上に１以上の第１の信号配線を、前記第２の基板上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、
    前記レジスト膜をマスクとして選択的にスパッタ処理を行い、前記第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、
    前記第１及び第２の基板上の全面に絶縁物を形成する工程、
    前記第１及び第２の基板を前記絶縁物を介して、前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すように接合する工程と、を有し、前記第１及び第２の信号配線の対向面の表面は前記基板の表面よりも平滑であり、該対向面の表面の凹凸は、前記信号配線ペア上に高周波信号が供給された状態で発生する表皮効果よる表皮厚みより小なることを特徴とする配線基板の製造方法。
15. 請求項１４に記載の配線基板の製造方法において、各工程中、少なくとも前記第１及び第２の基板を前記絶縁物を介して、前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すように接合する工程は、非分極性の気体中において行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
16. 請求項１４、１５に記載の配線基板の製造方法において、前記絶縁物は、エポキシ、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、ベンゾサイクロブティーン（ＢＣＢ）、又はフッ素系樹脂から成ることを特徴とする配線基板の製造方法。
17. 請求項１４、１５に記載の配線基板の製造方法において、前記絶縁物は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする配線基板の製造方法。
18. 第１及び第２の基板の一主面上に感光性ドライフィルムを接合する工程、
    この感光性ドライフィルムをパターニングし、前記第１及び第２の基板上であって第１及び第２の信号配線を形成する予定領域に第１及び第２の開口部を形成する工程、
    無電解メッキによって前記第１及び第２の開口部に第１及び第２の信号配線を形成する工程、
    非分極性の気体中で、前記第１及び第２の基板を前記第１及び第２の信号配線の間に充填された感光性ドライフィルムを介して、前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すように接合する工程と、を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
19. 第１の基板上の一主面上に１以上の第１の信号配線を形成する工程、
    第２の基板上の一主面上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、
    前記第１及び第２の信号配線の表面を除き、前記第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、
    前記第１及び第２の基板上であって、前記第１及び第２の信号配線の間に部分的に絶縁物からなるコラムを形成する工程、
    前記第１及び第２の基板を前記コラムを介して接合する工程、とを有し、前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すようにしたことを特徴とする配線基板の製造方法。
20. 請求項１９に記載の配線基板の製造方法において、各工程中、少なくとも前記第１及び第２の基板を前記コラムを介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
21. 第１の基板上の一主面上に１以上の第１の信号配線を形成する工程、
    第２の基板上の一主面上に１以上の第２の信号配線を形成する工程、
    前記第１及び第２の信号配線の表面を除き、前記第１及び第２の基板の表面を粗面化する工程、
    前記第１及び第２の信号配線を含む前記第１及び第２の基板上に有機物を蒸着して成るコーティング層を形成する工程と、
    前記第１及び第２の基板を前記コーティング層を介して接合する工程、とを有し、 前記第１及び第２の信号配線が互いに対向し、かつ平行な信号配線ペアを成すことを特徴とする配線基板の製造方法。
22. 請求項２１に記載の配線基板の製造方法において、各工程中、少なくとも前記第１及び第２の基板を前記コーティング層を介して接合する工程は、非分極性の気体中において行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
23. 請求項１５、１８、２０、２２に記載の配線基板の製造方法において、前記非分極性の気体は、ヘリウム、アルゴン、メタン、エタン、又は少なくとも水分が除去された空気であることを特徴とする配線基板の製造方法。

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