JP5761664B2

JP5761664B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP5761664B2
Application number: JP2011018876A
Authority: JP
Inventors: 和紀塩屋
Original assignee: 京セラサーキットソリューションズ株式会社
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012160560A

Description

本発明は、半導体集積回路素子を搭載するための配線基板に関するものである。

従来、半導体集積回路素子を搭載するための配線基板として、ビルドアップ法により形成された配線基板が知られている。図３はビルドアップ法により形成された従来の配線基板の一例を示す概略断面図であり、図４は図３に示した配線基板における要部概略斜視図である。なお、図３においては、ハッチングを省略してある。

図３に示すように、従来の配線基板は、コア基板２１の上下面に複数のビルドアップ絶縁層２２が積層された絶縁基板３０を有している。そして絶縁基板３０の上面中央部には半導体集積回路素子Ｓを搭載するための搭載部３０ａが形成されており、絶縁基板３０の下面は外部の電気回路基板と接続するための接続面となっている。

コア基板２１の上下面には銅箔や銅めっき層から成るコア導体層２４が被着されている。また、コア基板２１には、その上面から下面にかけて貫通する複数のスルーホール導体２５が形成されている。

各ビルドアップ絶縁層２２の表面には、銅めっき層から成るビルドアップ導体層２３が被着形成されている。さらに各絶縁層２２にはそれぞれを貫通する複数のビア導体２６が形成されている。そして、ビルドアップ導体層２３は、ビア導体２６を介して上下のものが互い接続されているとともにスルーホール導体２５に電気的に接続している。さらに、このビルドアップ導体層２３のうち、上面側における最外層のビルドアップ絶縁層２２上に被着された一部は、搭載部３０ａにおいて半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔに電気的に接続される円形の半導体素子接続パッド２７を形成しており、これらの半導体素子接続パッド２７は、半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔに対応した格子状の並びに形成されている。また、下面側における最外層のビルドアップ絶縁層２２上に被着された一部は、外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される円形の外部接続パッド２８であり、この外部接続パッド２８は格子状の並びに複数並んで形成されている。

さらに、最外層のビルドアップ絶縁層２２およびその上のビルドアップ導体層２３上には、半導体素子接続パッド２７および外部接続パッド２８を露出させるソルダーレジスト層２９が被着されている。そして、半導体素子接続パッド２７の露出部に半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔが電気的に接続されるとともに外部接続パッド２８の露出部に図示しない外部電気回路基板の配線導体が半田ボールを介して電気的に接続される。

ところで、半導体素子接続パッド２７や外部接続パッド２８には、半導体素子Ｓに接地電位を供給するためのものと、半導体素子Ｓに電源電位を供給するためのものと、半導体素子Ｓと外部との間で信号を授受するためのものとがあり、それぞれが対応するスルーホール導体２５およびビア導体２６を介して互いに電気的に接続されている。

なお、半導体素子Ｓを安定して作動させるためには、半導体素子Ｓに十分な接地電位および電源電位を安定して与えることが重要である。そのためには、接地用や電源用の外部接続パッド２８から接地用や電源用の半導体素子接続パッド２７までの間で過渡的に電流が流れた時に、これらの間における電位の低下が小さくなるように設計する必要がある。

そこで、例えば１つの接地用や電源用の外部接続パッド２８とこれに接続されるスルーホール導体２５にそれぞれ複数のビア導体２６を接続させることより、外部接続パッド２８とスルーホール導体２５との間をそれぞれ複数個所で接続するビア接続経路を設ける方法が採用されている。この場合、外部接続パッド２８とこれに接続されるスルーホール導体２５とがそれぞれ複数のビア接続経路で接続されるので、これらの間に過渡的な電流が流れた時に、その間の電位の低下を小さく抑えることができる。

ここで、１つの接地用や電源用の外部接続パッド２８とこれに接続されるスルーホール導体２５とを接続するビア接続経路を２つずつ設けた場合の従来例を図４に要部斜視図で示す。なお、図４では、ビア接続経路の理解を容易とするために必要な部分のみを示し、また一部は破線で示している。図４に示す従来例では、接地用のスルーホール導体２５Ｇおよびこれに接続される接地用の外部接続パッド２８Ｇと電源用のスルーホール導体２５Ｐおよびこれに接続される電源用の外部接続パッド２８Ｐは互いに隣接して配置されている。

接地用のスルーホール導体２５Ｇには、接地用の半導体素子接続パッド２７Ｇが上面側のビア２６ａおよび上面側のビアランド２３Ｌａおよび上面側のスルーホールランド２４Ｌａから成る１つのビア接続経路２６Ｇａを介して電気的に接続されている。また、電源用のスルーホール導体２５Ｐには、電源用の半導体素子接続パッド２７Ｐが上面側のビア２６ａおよびビアランド２３Ｌａおよびスルーホールランド２４Ｌａから成る１つのビア接続経路２６Ｐａを介して電気的に接続されている。なお、ビアランド２３Ｌａは上面側のビルドアップ導体層２３から形成されており、スルーホールランド２４Ｌａは上面側のコア導体層２４から形成されている。

他方、接地用の外部接続パッド２８Ｇは、接地用のスルーホール導体２５Ｇの下方に位置し、下面側のビア２６ｂおよび下面側のビアランド２３Ｌｂおよび下面側のスルーホールランド２４Ｌｂから成る２つのビア接続経路２６Ｇｂを介して接地用のスルーホール導体２５Ｇに電気的に接続されている。また、電源用の外部接続パッド２８Ｐは、電源用のスルーホール導体２５Ｐの下方に位置し、下面側のビア２６ｂおよび下面側のビアランド２３Ｌｂおよび下面側のスルーホールランド２４Ｌｂから成る２つのビア接続経路２６Ｐｂを介して電源用のスルーホール導体２５Ｐに電気的に接続されている。なお、ビアランド２３Ｌｂは下面側のビルドアップ導体層２３から形成されており、スルーホールランド２４Ｌｂは下面側のコア導体層２４から形成されている。

この従来の配線基板では、１つの接地用や電源用の外部接続パッド２８Ｇ，２８Ｐとこれに接続されるスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐとを接続する２つのビア接続経路２６Ｇｂ，２６Ｐｂは、それぞれスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐを挟んで互いに１８０゜の位置で向き合うように設けられており、さらに隣接する外部接続パッド２８Ｇ，２８Ｐおよびスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐの間では、これらの２つのビア接続経路２６Ｇｂ，２６Ｐｂ同士が互いに平行に並ぶように配置されていた。

このように、１つの接地用や電源用の外部接続パッド２８Ｇ，２８Ｐとこれに接続されるスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐとをそれぞれ２つのビア接続経路２６Ｇｂ，２６Ｐｂで接続することにより、接地用や電源用の外部接続パッド２８Ｇ，２８Ｐとこれに接続されるスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐとの間で発生する電位の低下をある程度小さく抑えることができる。なお、一般的には、例えば１つの接地用や電源用の外部接続パッド２８Ｇ，２８Ｐとこれに接続されるスルーホール導体２５Ｇ，２５Ｐとを接続するビア接続経路２６Ｇｂ，２６Ｐｂを増やせば増やす程、その間の電位の低下をより小さく抑えることができる。しかしながら、これらのビア接続経路を増やせば増やす程、その経路を設けるためのスペースが必要となり配線基板が大型化するとともに、より多くのビア導体２６を形成するために配線基板の製造コストも高いものとなってしまう。

特許第４２１９５４１号公報

本発明は、接地用のスルーホール導体およびこれに接続される接地用の外部接続パッドと電源用のスルーホール導体およびこれに接続される電源用の外部接続パッドとが互いに隣接して配置されており、１つの接地用や電源用の外部接続パッドとこれに接続されるスルーホール導体とを接続するビア接続経路を２つ設ける場合において、これらの外部接続パッドとそれに接続されるスルーホール導体における電位の低下を極めて小さく抑えることができ、それにより半導体集積回路素子に対して十分な電源供給を行なって半導体集積回路素子を良好に作動させることが可能な小型の配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、コア基板の上下面に複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記コア基板を貫通するように互いに隣接して設けられており、接地用電位に接続される接地用のスルーホール導体および電源電位に接続される電源用のスルーホール導体と、前記絶縁基板の下面に互いに隣接して設けられており、前記接地用のスルーホール導体の下方で該接地用のスルーホール導体に接続された接地用の外部接続パッドおよび前記電源用のスルーホール導体の下方で該電源用のスルーホール導体に接続された電源用の外部接続パッドと、１つの前記電源用のスルーホールおよび１つの前記接地用のスルーホールに対して２つずつが下面側の前記絶縁層をそれぞれ貫通するように設けられており、前記接地用のスルーホール導体と前記接地用の外部接続パッドとを１対１で接続する接地用のビア接続経路および前記電源用のスルーホール導体と前記電源用の外部接続パッドとを１対１で接続する電源用のビア接続経路と、を有する配線基板であって、２つずつ設けられた前記接地用のビア接続経路と前記電源用のビア接続経路とは、互いに向き合う方向に片寄って配置されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、接地電位に接続される接地用のスルーホール導体とこれに接続される接地用の外部接続パッドとを１対１で接続する接地用の２つのビア接続経路と、電源電位に接続される電源用のスルーホール導体とこれに接続される電源用の外部接続パッドとを１対１で接続する２つの電源用のビア接続経路とを、互いに隣接するもの同士で互いに向き合う方向に片寄って配置したことから、２つずつ設けられた接地用のビア接続経路と電源用のビア接続経路とが近接して対向することになり、その結果、両者間の電磁的な結合が強くなり、これらの接地用および電源用のスルーホール導体とこれに接続される接地用および電源用の外部接続パッドとの間に過渡的な電流が流れたとしても、両者の間の電磁結合によるリターンパスが良好に形成され、これらの間における電位の低下を極めて小さく抑えることが可能となる。したがって、本発明の配線基板によれば、搭載される半導体集積回路素子に対して十分な電源供給を行なって半導体集積回路素子を良好に作動させることが可能な小型の配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板の実施形態における一例を示す概略断面図である。図２は、図１に示す配線基板の要部斜視図である。図３は、従来の配線基板の概略断面図である。図４は、図３に示す配線基板の要部斜視図である。

次に本発明の配線基板における実施形態の一例を添付の図１および図２を基にして説明する。図１はビルドアップ法により形成された本例の配線基板を示す概略断面図であり、図２は図１示した配線基板における要部斜視図である。なお、図１においてはハッチングを省略してある。また、図２においては本例の配線基板におけるビア接続経路の理解を容易とするために必要な部分のみを示し、一部は破線で示している。

図１に示すように、本例の配線基板は、コア基板１の上下面にビルドアップ絶縁層２が積層された絶縁基板１０を有している。そして絶縁基板１０の上面中央部には半導体集積回路素子Ｓを搭載するための搭載部１０ａが形成されており、絶縁基板１０の下面は外部の電気回路基板と接続するための接続面となっている。

コア基板１は、厚みが５０〜８００μｍ程度であり、例えばガラス繊維束を縦横に織ったガラスクロスにビスマレイミドトリアジン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成る絶縁基板１の上下面に銅箔や銅めっき層から成るコア導体層４が被着されているとともに絶縁基板１の上面から下面にかけて貫通する複数のスルーホール導体５が形成されている。なお、スルーホール導体５の直径は１００〜３００μｍ程度であり、その内部は樹脂により充填されている。

ビルドアップ絶縁層２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁材料から成り、その表面には銅めっき層から成るビルドアップ導体層３が被着形成されている。さらに各絶縁層２にはそれぞれを貫通する複数のビアホール導体６が形成されている。そしてビルドアップ導体層３は、ビアホール導体６を介して上下のものが互い接続されているとともにスルーホール導体５に電気的に接続している。さらに、このビルドアップ導体層３のうち、上面側における最外層のビルドアップ絶縁層２上に被着された一部は、搭載部１０ａにおいて半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔに電気的に接続される円形の半導体素子接続パッド７を形成しており、これらの半導体素子接続パッド７は半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔに対応した格子状の並びに形成されている。また、下面側における最外層のビルドアップ絶縁層２上に被着された一部は、外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される円形の外部接続パッド８であり、この外部接続パッド８は格子状の並びに複数並んで形成されている。

さらに、最外層のビルドアップ絶縁層２およびその上のビルドアップ導体層３上には、半導体素子接続パッド７および外部接続パッド８を露出させるソルダーレジスト層９が被着されている。そして、半導体素子接続パッド９の露出部に半導体集積回路素子Ｓの電極端子Ｔが電気的に接続されるとともに外部接続パッド８の露出部に図示しない外部電気回路基板の配線導体が半田ボールを介して電気的に接続される。

なお、半導体素子接続パッド７や外部接続パッド８には、半導体素子Ｓに接地電位を供給するためのものと、半導体素子Ｓに電源電位を供するするためのものと、半導体素子Ｓと外部との間で信号を授受するためのものとがあり、それぞれが対応するスルーホール導体５およびビア導体６を介して互いに電気的に接続されている。

そして、本例の配線基板においては図２に示すように、接地地用のスルーホール導体５Ｇおよびこれに接続される接地用の外部接続パッド８Ｇと電源用のスルーホール導体５Ｐおよびこれに接続される電源用の外部接続パッド８Ｐは互いに隣接して配置されている。

接地用のスルーホール導体５Ｇには、接地用の半導体素子接続パッド７Ｇが上面側のビア６ａおよび上面側のビアランド３Ｌａおよび上面側のスルーホールランド４Ｌａから成る１つのビア接続経路６Ｇａを介して電気的に接続されている。また、電源用のスルーホール導体５Ｐには、電源用の半導体素子接続パッド７Ｐが上面側のビア６ａおよびビアランド３Ｌａおよびスルーホールランド４Ｌａから成る１つのビア接続経路６Ｐａを介して電気的に接続されている。なお、ビアランド３Ｌａは上面側のビルドアップ導体層３から形成されており、スルーホールランド４Ｌａは上面側のコア導体層４から形成されている。

他方、接地用の外部接続パッド８Ｇは、接地用のスルーホール導体５Ｇの下方に位置し、下面側のビア６ｂおよび下面側のビアランド３Ｌｂおよび下面側のスルーホールランド４Ｌｂから成る２つのビア接続経路６Ｇｂを介して接地用のスルーホール導体５Ｇに電気的に接続されている。また、電源用の外部接続パッド８Ｐは、電源用のスルーホール導体５Ｐの下方に位置し、下面側のビア６ｂおよび下面側のビアランド３Ｌｂおよび下面側のスルーホールランド４Ｌｂから成る２つのビア接続経路６Ｐｂを介して電源用のスルーホール導体５Ｐに電気的に接続されている。なお、ビアランド３Ｌｂは下面側のビルドアップ導体層３から形成されており、スルーホールランド４Ｌｂは下面側のコア導体層４から形成されている。

そして本例の配線基板においては、１つの接地用や電源用の外部接続パッド８Ｇ，８Ｐとこれに接続されるスルーホール導体５Ｇ，５Ｐとを接続する２つずつのビア接続経路６Ｇｂおよび６Ｐｂは、それぞれがスルーホール導体５Ｇ，５Ｐを中心にして互いに９０゜の位置に片寄って設けられており、さらに隣接する外部接続パッド８Ｇ，８Ｐおよびスルーホール導体５Ｇ，５Ｐの間では、これらの２つずつのビア接続経路６Ｇｂと６Ｐｂとが互いに対向する側に配置されている。すなわち、接地電位に接続されるスルーホール導体５Ｇとこれに接続される接地用の外部接続パッド８Ｇとをそれぞれ２箇所ずつで接続する接地用のビア接続経路６Ｇｂおよび電源電位に接続されるスルーホール導体５Ｐとこれに接続される電源用の外部接続パッド８Ｐとをそれぞれ２箇所ずつで接続する電源用のビア接続経路６Ｐｂとが、互いに隣接するもの同士の間で互いに向き合う方向に片寄って配置されており、そのことが重要である。

本例の配線基板によれば、接地電位に接続されるスルーホール導体５Ｇとこれに接続される接地用の外部接続パッド８Ｇとをそれぞれ２箇所ずつで接続する接地用のビア接続経路６Ｇｂ，６Ｇｂおよび電源電位に接続されるスルーホール導体５Ｐとこれに接続される電源用の外部接続パッド８Ｐとをそれぞれ２箇所ずつで接続する電源用のビア接続経路６Ｐｂとを、互いに隣接するもの同士で互いに向き合う方向に片寄って配置したことから、接地用のビア接続経路６Ｇｂと電源用のビア接続経路６Ｐｂとが近接して対向することになり、その結果、両者間の電磁的な結合が強くなり、これらの接地用および電源用のスルーホール導体５Ｇ，５Ｐとこれに接続される接地用および電源用の外部接続パッド８Ｇ，８Ｐとの間に過渡的な電流が流れたとしても、接地用のビア接続経路６Ｇｂと電源用のビア接続経路６Ｐｂとの間の電磁結合によるリターンパスが良好に形成され、接地用および電源用のスルーホール導体５Ｇ，５Ｐとこれに接続される接地用および電源用の外部接続パッド８Ｇ，８Ｐとの間における電位の低下を極めて小さく抑えることが可能となる。したがって、本例の配線基板によれば、搭載される半導体集積回路素子Ｓに対して十分な電源供給を行なって半導体集積回路素子Ｓを良好に作動させることが可能な小型の配線基板を提供することができる。なお、本発明者が図２に示した本例の配線基板をモデル化した本発明のシミュレーションモデルと図４に示した従来の配線基板をモデル化した従来のシミュレーションモデルとを作成し、直流電流密度シミュレータを用いて行なったシミュレーションによると、導体集積回路素子Ｓに対する電源供給において過渡電流が流れた際の電圧降下は図２に示した本発明のビア接続経路では、図４に示した従来のビア接続経路よりも１Ｖあたり０．２〜０．３ｍＶ改善される結果が確認できた。

１コア基板
２絶縁層
５Ｇ接地用のスルーホール導体
５Ｐ電源用のスルーホール導体
６Ｇｂ接地用のビア接続経路
６Ｐｂ電源用のビア接続経路
８Ｇ接地用の外部接続パッド
８Ｐ電源用の外部接続パッド
１０絶縁基板

Claims

コア基板の上下面に複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、前記コア基板を貫通するように互いに隣接して設けられており、接地用電位に接続される接地用のスルーホール導体および電源電位に接続される電源用のスルーホール導体と、前記絶縁基板の下面に互いに隣接して設けられており、前記接地用のスルーホール導体の下方で該接地用のスルーホール導体に接続された接地用の外部接続パッドおよび前記電源用のスルーホール導体の下方で該電源用のスルーホール導体に接続された電源用の外部接続パッドと、１つの前記電源用のスルーホールおよび１つの前記接地用のスルーホールに対して２つずつが下面側の前記絶縁層をそれぞれ貫通するように設けられており、前記接地用のスルーホール導体と前記接地用の外部接続パッドとを１対１で接続する接地用のビア接続経路および前記電源用のスルーホール導体と前記電源用の外部接続パッドとを１対１で接続する電源用のビア接続経路と、を有する配線基板であって、２つずつ設けられた前記接地用のビア接続経路と前記電源用のビア接続経路とは、互いに向き合う方向に片寄って配置されていることを特徴とする配線基板。