JP6374338B2

JP6374338B2 - 配線基板

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Publication number: JP6374338B2
Application number: JP2015060296A
Authority: JP
Inventors: 広樹松若; 久義和田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: TWI618199B; JP2016181574A; US9741648B2; CN106024723B; KR101893839B1; CN106024723A; TW201703206A; US20160284636A1; KR20160114520A

Description

本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板に関するものである。

図３に、半導体集積回路素子等の半導体素子Ｓを搭載するために用いられる従来の配線基板４０を示す。配線基板４０は、コア用の絶縁層２１ａの上下面にビルドアップ用の絶縁層２１ｂを複数積層して形成した絶縁基板２１と、この絶縁基板２１の内部および上下面に配設された配線導体２２と、絶縁基板２１の上下面およびその上の配線導体２２上に被着されたソルダーレジスト層２３とを備えている。

配線基板４０の上面中央部には搭載部４０Ａが設けられている。搭載部４０Ａは、半導体素子Ｓを搭載するための四角形状の領域である。搭載部４０Ａには、多数の半導体素子接続パッド２４が二次元的な並びに配列されている。半導体素子接続パッド２４は、絶縁基板２１の上面に被着させた配線導体２２の一部を、ソルダーレジスト層２３に設けた開口部から露出させることにより形成されている。半導体素子接続パッド２４には、半導体素子Ｓの電極Ｔがフリップチップ接続により接続される。

配線基板４０の下面は、外部電気回路基板との接続面となっている。配線基板４０の下面には、その略全領域にわたり多数の外部接続パッド２５が二次元的な並びに配列されている。外部接続パッド２５は、絶縁基板２１の下面に被着させた配線導体２２の一部を、下面側のソルダーレジスト層２３に設けた開口部から露出させることにより形成されている。外部接続パッド２５は、外部電気回路基板の配線導体に例えば半田ボールを介して接続される。

絶縁層２１ａには、多数のスルーホール２６が形成されている。スルーホール２６内には貫通導体２７が被着されている。この貫通導体２７を介して絶縁層２１ａの上下面の配線導体２２同士が接続されている。

各絶縁層２１ｂには、それぞれ多数のビアホール２８が形成されている。ビアホール２８内には、貫通導体２９が被着されている。この貫通導体２９を介して絶縁層２１ｂを挟んで上下に位置する配線導体２２同士が接続されている。

半導体素子接続パッド２４および外部接続パッド２５を含む配線導体２２には、信号用と接地用と電源用とがある。信号用の半導体素子接続パッド２４は、その多くが搭載部４０Ａの外周部に配設されている。接地用の半導体素子接続パッド２４および電源用の半導体素子接続パッド２４は、その多くが搭載部４０Ａの中央部に配設されている。これに対応して信号用の外部接続パッド２５は、その多くが絶縁基板２１の下面外周部に配設されている。また、接地用の外部接続パッド２５および電源用の外部接続パッド２５は、絶縁基板２１の下面中央部および外周部に配設されている。

信号用の半導体素子接続パッド２４と信号用の外部接続パッド２５とは、信号用の配線導体２２により互いに接続されている。信号用の配線導体２２は、絶縁層２１ａの上面側に積層された絶縁層２１ｂの表面を搭載部４０Ａに対応する領域から絶縁基板２１の外周部に向けて延びる帯状パターン３０を有している。この帯状パターン３０と信号用の半導体素子接続パッド２４とは、搭載部４０Ａに対応する領域において、直接あるいは貫通導体２９を介して接続されている。また、この帯状パターン３０と信号用の外部接続パッド２５とは、絶縁基板２１の外周部において、貫通導体２７および２９を介して接続されている。

接地用の半導体素子接続パッド２４と接地用の外部接続パッド２５とは、接地用の配線導体２２により互いに接続されている。電源用の半導体素子接続パッド２４と電源用の外部接続パッド２５とは、電源用の配線導体２２により互いに接続されている。接地用の配線導体２２および電源用の配線導体２２は、信号用の配線導体２２と対向するようにして配置された広面積のベタ状パターン３１を有している。このベタ状パターン３１は、絶縁層２１ａの上面側に積層された内層の絶縁層２１ｂの表面に形成されている。ベタ状パターン３１は、搭載部４０Ａに対応する領域から絶縁基板２１の外周部にかけての広い領域にわたり形成されている。このベタ状パターン３１と接地用または電源用の半導体素子接続パッド２４とは、搭載部４０Ａの直下の領域において、貫通導体２９を介して接続されている。また、このベタ状パターン３１と接地用または電源用の外部接続パッド２５とは、絶縁基板２１の中央部から外周部にかけた領域において、貫通導体２７および２９を介して接続されている。

ここで、接地用または電源用のベタ状パターン３１の要部平面図を図４に示す。なお、図４では、接地用または電源用の外部接続パッド２５の位置を点線で示している。また、図４において、２点鎖線で示した左上の領域が搭載部４０Ａに対応する領域である。

ベタ状パターン３１は、搭載部４０Ａに対応する領域に多数のランド用開口部３２を有している。ランド用開口部３２の中には、ビアランド３３が形成されている。ベタ状パターン３１とビアランド３３との間には、所定の間隔が設けられている。それにより、ベタ状パターン３１とビアランド３３とは、互いに電気的に絶縁されている。このビアランド３３上には、上層の絶縁層２１ｂの貫通導体２９が接続されている。ビアランド３３は、その上に接続された貫通導体２９を介して半導体素子接続パッド２４に接続されている。ビアランド３３に接続される半導体素子接続パッド２４は、ベタ状パターン３１と異なる電位の接地用または電源用の半導体素子接続パッド２４、あるいは信号用の半導体素子接続パッド２４である。

ベタ状パターン３１は、搭載部４０Ａに対応する領域において破線の円で示す位置に上層の導体層２２とのビア接続部３４を有している。ビア接続部３４上には、上層の絶縁層２１ｂの貫通導体２９が接続されている。ベタ状パターン３１は、ビア接続部３４上に接続された貫通導体２９を介して半導体素子接続パッド２４に接続されている。ベタ状パターン３１に接続される半導体素子接続パッド２４は、ベタ状パターン３１と同電位の接地用または電源用の半導体素子接続パッド２４である。

ベタ状パターン３１は、配線基板４０の外周部に対応する領域において破線の円で示す位置に下層の導体層２２とのビア接続部３５を有している。ビア接続部３５の下には、下層の絶縁層２１ｂの貫通導体２９が接続されている。ベタ状パターン３１は、ビア接続部３５に接続された貫通導体２９を介して外部接続パッド２５に接続されている。ベタ状パターン３１に接続される外部接続パッド２５は、ベタ状パターン３１と同電位の接地用または電源用の外部接続パッド２５である。

また、ベタ状パターン３１には、ガス抜き用開口部３６が形成されている。ガス抜き用開口部３６は、ランド用開口部３２が形成されていない領域の全面にわたり多数が分散して配設されている。このガス抜き用開口部３６は、絶縁層２１ａや２１ｂから発生するアウトガスを外部に排出するために設けられている。ガス抜き用開口部３６を設けない場合、アウトガスにより絶縁層２１ａや２１ｂとその上の配線導体２２との間に膨れや剥がれが発生してしまう危険性が高くなる。このような膨れや剥がれの発生は、配線基板４０の正常な機能を損なってしまうことに繋がる。したがって、ガス抜き用開口部３６は、このような配線基板４０にとって不可欠である。

ところで近時は、半導体素子Ｓにおける作動電圧が下がるとともに、作動に要する電流が大きくなってきている。このように作動電圧が低くいとともに作動電流が大きな半導体素子Ｓを搭載する配線基板４０おいては、接地用の配線導体２２および電源用の配線導体２２における半導体素子接続パッド２４と外部接続パッド２５との間の電圧降下（ＩＲＤｒｏｐ）ができるだけ小さいことが望ましい。

ところが、ベタ状パターン３１に設けられた多数のガス抜き用開口部３６は、ベタ状パターン３１の電気抵抗値を大きくする方向に作用する。その結果、接地用の配線導体２２および電源用の配線導体２２における半導体素子接続パッド２４と外部接続パッド２５との間の電圧降下が大きくなる。このような従来の配線基板４０に、作動電圧が低くいとともに作動電流が大きな半導体素子Ｓを搭載すると、半導体素子Ｓに対して十分な電源供給ができなくなり、半導体素子Ｓを正常に作動させることができない場合があった。

特開２０１１−２４９７３４号公報

本発明が解決しようとする課題は、搭載する半導体素子に対して十分な電源供給ができ、それにより搭載する半導体素子を正常に作動させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、内層の絶縁層および外層の絶縁層を含む複数の絶縁層が積層されて成り、上面中央部に搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板の前記搭載部内に二次元的な並びに配列された接地用と電源用と信号用とを含む多数の半導体素子接続パッドと、前記絶縁基板の下面の中央部から外周部にかけての領域に二次元的な並びに配列された接地用と電源用と信号用とを含む多数の外部接続パッドと、内層の前記絶縁層上に、前記搭載部に対応する領域から前記絶縁基板の外周部にかけて形成されており、前記搭載部の直下において接地用または電源用の前記半導体素子接続パッドに前記絶縁層を貫通する第１の貫通導体を介して接続されているとともに、前記搭載部よりも外周側において接地用または電源用の前記外部接続パッドに前記絶縁層を貫通する第２の貫通導体を介して接続された接地用または電源用のベタ状パターンとを具備して成る配線基板であって、前記ベタ状パターンは、ガス抜き用開口部が多数形成されているとともに前記第１の貫通導体と前記第２の貫通導体との間に前記開口部が介在しない直線状の電流経路が設けら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、ベタ状パターンは、接地用または電源用の半導体素子接続パッドに接続された第１の貫通導体と、接地用または電源用の外部接続パッドに接続された第２の貫通導体との間にガス抜き用の開口部が介在しない直線状の電流経路が設けられている。したがって、ベタ状パターンにおける第１の貫通導体と第２の貫通導体との間では、電流の流れがガス抜き用開口部により阻害されることがない。その結果、搭載する半導体素子に対して十分な電源供給ができ、それにより搭載する半導体素子を正常に作動させることが可能な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の一例を示す概略断面図である。図２は、図１に示す配線基板におけるベタ状パターンを示す要部概略上面図である。図３は、従来の配線基板を示す概略断面図である。図４は、従来の配線基板におけるベタ状パターンを示す要部概略上面図である。

次に、本発明の配線基板の実施形態の一例を図１および図２を基にして詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である配線基板２０を示す概略断面図である。図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３はソルダーレジスト層、４は半導体素子接続パッド、５は外部接続パッドである。

本例の配線基板２０は、コア用の絶縁層１ａの上下面にビルドアップ用の絶縁層１ｂを複数積層して成る絶縁基板１と、絶縁層１ａの上下面および各絶縁層１ｂ上に被着された配線導体２と、最表層の絶縁層１ｂおよび配線導体２の上に被着されたソルダーレジスト層３とを有している。

配線基板２０の上面中央部には搭載部２０Ａが設けられている。搭載部２０Ａは、半導体素子Ｓを搭載するための四角形状の領域である。搭載部２０Ａには、多数の半導体素子接続パッド４が二次元的な並びに配列されている。半導体素子接続パッド４は、絶縁基板１の上面に被着させた配線導体２の一部を、ソルダーレジスト層３に設けた開口部から露出させることにより形成されている。半導体素子接続パッド４には、半導体素子Ｓの電極Ｔがフリップチップ接続により接続される。半導体素子接続パッド４の直径は５０〜１００μｍ程度である。半導体素子接続パッド４の配列ピッチは、１００〜２５０μｍ程度である。

配線基板２０の下面は、外部電気回路基板との接続面となっている。配線基板２０の下面には、その略全領域にわたり多数の外部接続パッド５が二次元的な並びに配列されている。外部接続パッド５は、絶縁基板１の下面に被着させた配線導体２の一部を、下面側のソルダーレジスト層３に設けた開口部から露出させることにより形成されている。外部接続パッド５は、外部電気回路基板の配線導体に例えば半田ボールを介して接続される。外部接続パッド５の直径は、３００〜５００μｍ程度である。外部接続パッド５の配列ピッチは、６００〜１０００μｍ程度である。

絶縁基板１を構成する絶縁層１ａは、本例の配線基板２０におけるコア部材である。絶縁層１ａは、例えばガラス繊維束を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る。絶縁層１ａの厚みは、０．１〜１ｍｍ程度である。絶縁層１ａには、その上面から下面にかけて多数のスルーホール６が形成されている。スルーホール６の直径は、０．１〜１ｍｍ程度である。スルーホール６内には、貫通導体７が被着されている。この貫通導体７を介して絶縁層１ａ上下面の配線導体２同士が接続されている。

このような絶縁層１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁シートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。絶縁層１ａ上下面の配線導体２は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの上下全面に銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。スルーホール６内の貫通導体７は、絶縁層１ａにスルーホール６を設けた後に、このスルーホール６内面に無電解めっき法および電解めっき法により銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、貫通導体７が被着されたスルーホール６は、その内部が孔埋め樹脂８で充填されている。孔埋め樹脂８は、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。孔埋め樹脂８は、スルーホール６を塞ぐことによりスルーホール６の直上および直下に配線導体２および各絶縁層１ｂを形成可能とするためのものである。孔埋め樹脂８は、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂をスルーホール６内にスクリーン印刷法により充填し、それを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。

絶縁層１ａの上下面に積層された各絶縁層１ｂは、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。絶縁層１ｂの厚みは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度である。絶縁層１ｂは、各層の上面から下面にかけて複数のビアホール９を有している。ビアホール９の直径は、３０〜１００μｍ程度である。ビアホール９内には貫通導体１０が充填されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とが貫通導体１０を介して互いに接続されている。

このような各絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂から成る絶縁フィルムを絶縁層１ａの上下面または下層の絶縁層１ｂ上に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビアホール９を穿孔することによって形成される。各絶縁層１ｂの表面の配線導体２およびビアホール９内の貫通導体１０は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面およびビアホール９内に銅めっきを被着させることによって形成される。銅めっきの被着には、周知のセミアディティブ法を用いる。

ソルダーレジスト層３は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性の樹脂から成る。ソルダーレジスト層３の厚みは、１０〜５０μｍ程度である。ソルダーレジスト層３は、最表層における配線導体２を保護するとともに、開口部を介して半導体素子接続パッド４や外部接続パッド５と半導体素子Ｓや外部電気回路基板との接続を可能としている。

このようなソルダーレジスト層３は、感光性を有する樹脂ペーストまたは樹脂フィルムを最上層および最下層の絶縁層１ｂの表面に塗布または貼着するとともにフォトリソグラフィー技術を採用して所定パターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。

本例の配線基板２０においては、半導体素子接続パッド４および外部接続パッド５を含む配線導体２には、信号用と接地用と電源用とがある。信号用の半導体素子接続パッド４は、その多くが搭載部２０Ａの外周部に配設されている。接地用の半導体素子接続パッド４および電源用の半導体素子接続パッド４は、その多くが搭載部２０Ａの中央部に配設されている。これに対応して信号用の外部接続パッド５は、その多くが絶縁基板１の下面外周部に配設されている。また、接地用の外部接続パッド５および電源用の外部接続パッド５は、絶縁基板１の下面中央部および外周部に配設されている。

信号用の半導体素子接続パッド４と信号用の外部接続パッド５とは、信号用の配線導体２により互いに接続されている。信号用の配線導体２は、絶縁層１ａの上面側に積層された絶縁層２ｂの表面を搭載部２０Ａに対応する領域から絶縁基板１の外周部に向けて延びる帯状パターン１１を有している。この帯状パターン１１と信号用の半導体素子接続パッド４とは、搭載部２０Ａに対応する領域において、直接あるいは貫通導体１０を介して接続されている。また、この帯状パターン１１と信号用の外部接続パッド５とは、絶縁基板１の外周部において、貫通導体７および１０を介して接続されている。

接地用の半導体素子接続パッド４と接地用の外部接続パッド５とは、接地用の配線導体２により互いに接続されている。電源用の半導体素子接続パッド４と電源用の外部接続パッド５とは、電源用の配線導体２により互いに接続されている。接地用の配線導体２および電源用の配線導体２は、信号用の配線導体２と対向するようにして配置された広面積のベタ状パターン１２を有している。このベタ状パターン１２は、絶縁層１ａの上面側に積層された内層の絶縁層１ｂの表面に形成されている。ベタ状パターン１２は、搭載部２０Ａに対応する領域から絶縁基板１の外周部にかけての広い領域にわたり形成されている。このベタ状パターン１２と接地用または電源用の半導体素子接続パッド４とは、搭載部２０Ａの直下において、貫通導体１０を介して接続されている。また、このベタ状パターン１２と接地用または電源用の外部接続パッド５とは、絶縁基板１の中央部から外周部にかけた領域において、貫通導体７および１０を介して接続されている。

ここで、接地用または電源用のベタ状パターン１２の要部平面図を図２に示す。なお、図２では、接地用または電源用の外部接続パッド５の位置を点線で示している。また、図２において、２点鎖線で示した左上の領域が搭載部２０Ａに対応する領域である。

ベタ状パターン１２は、搭載部２０Ａに対応する領域に多数のランド用開口部１３を有している。ランド用開口部１３の中には、ビアランド１４が形成されている。ベタ状パターン１２とビアランド１４との間には、所定の間隔が設けられている。それにより、ベタ状パターン１２とビアランド１４とは、互いに電気的に絶縁されている。このビアランド１４上には、上層の絶縁層１ｂの貫通導体１０が接続されている。ビアランド１４は、その上に接続された貫通導体１０を介して半導体素子接続パッド４に接続されている。ビアランド１４に接続される半導体素子接続パッド４は、ベタ状パターン１２と異なる電位の接地用または電源用の半導体素子接続パッド４、あるいは信号用の半導体素子接続パッド４である。

ベタ状パターン１２は、搭載部２０Ａに対応する領域において図中に破線の円で示す位置にビア接続部１５を有している。ビア接続部１５上には、上層の絶縁層１ｂの貫通導体１０が接続されている。ベタ状パターン１２は、ビア接続部１５上に形成された貫通導体１０を介して半導体素子接続パッド４に接続されている。ベタ状パターン１２に接続される半導体素子接続パッド４は、ベタ状パターン１２と同電位の接地用または電源用の半導体素子接続パッド４である。

ベタ状パターン１２は、配線基板２０の外周部に対応する領域において破線の円で示す位置に下層導体層２とのビア接続部１６を有している。ビア接続部１６の下には、下層の絶縁層１ｂの貫通導体１０が接続されている。ベタ状パターン１２は、ビア接続部１６に接続された貫通導体１０を介して外部接続パッド５に接続されている。ベタ状パターン１２に接続される外部接続パッド５は、ベタ状パターン１２と同電位の接地用または電源用の外部接続パッド５である。

また、ベタ状パターン１２には、搭載部２０Ａに対応する領域の外周部から配線基板１０の外周部にかけて多数のガス抜き用開口部１７が形成されている。ガス抜き用開口部１７は、この例では正方形をしている。ガス抜き用開口部１７の大きさは１辺が７０〜１５０μｍ程度である。ガス抜き用開口部１７の配列ピッチは、１５０〜６００μｍ程度である。このようなガス抜き用開口部１６を設けることにより、ベタ状パターン１２に膨れや剥がれが発生することを有効に防止することができる。なお、搭載部２０Ａに対応する領域の中央部では、ランド用開口部１３が多数形成されており、このランド用開口部１３を介してアウトガスが外部に放出される。

ところで、本例の配線基板２０においては、ベタ状パターン１２における接地用または電源用の半導体素子接続パッド４に接続する貫通導体１０が接続されるビア接続部１５と接地用または電源用の半導体素子接続パッド５に接続する貫通導体１０が接続されるビア接続部１６との間に、ガス抜き用開口部１７が介在しない直線状の電流経路Ｐが設けられている。すなわち、この電流経路Ｐ上には、ガス抜き用開口部１７が設けられていない。

そのため、接地用または電源用の半導体素子接続パッド４に接続する貫通導体１０と接地用または電源用の半導体素子接続パッド５に接続する貫通導体１０との間のベタ状パターン１２においては、電流の流れがガス抜き用開口部１７により阻害されることがない。したがって、ベタ状パターン１２における電圧降下を効果的に小さいものとすることができる。その結果、搭載する半導体素子Ｓに対して十分な電源供給ができ、それにより搭載する半導体素子Ｓを正常に作動させることが可能な配線基板２０を提供することができる。

１・・・・・・・絶縁基板
１ａ，１ｂ・・・絶縁層
２・・・・・・・配線導体
４・・・・・・・半導体素子接続パッド
５・・・・・・・外部接続パッド
７，１０・・・・貫通導体
１２・・・・・・・ベタ状パターン
１７・・・・・・・ガス抜き用開口部
２０・・・・・・・配線基板
２０Ａ・・・・・・搭載部
Ｐ・・・・・・・・電流経路

Claims

内層の絶縁層および外層の絶縁層を含む複数の絶縁層が積層されて成り、上面中央部に搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板の前記搭載部内に二次元的な並びに配列された接地用と電源用と信号用とを含む多数の半導体素子接続パッドと、前記絶縁基板の下面の中央部から外周部にかけての領域に二次元的な並びに配列された接地用と電源用と信号用とを含む多数の外部接続パッドと、内層の前記絶縁層上に、前記搭載部に対応する領域から前記絶縁基板の外周部にかけて形成されており、前記搭載部の直下において接地用または電源用の前記半導体素子接続パッドに前記絶縁層を貫通する第１の貫通導体を介して接続されているとともに、前記搭載部よりも外周側において接地用または電源用の前記外部接続パッドに前記絶縁層を貫通する第２の貫通導体を介して接続された接地用または電源用のベタ状パターンとを具備して成る配線基板であって、前記ベタ状パターンは、ガス抜き用開口部が多数形成されているとともに前記第１の貫通導体と前記第２の貫通導体との間に前記開口部が介在しない直線状の電流経路が設けられていることを特徴とする配線基板。