JP2008147498A - Multilayer wiring board, and semiconductor device package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器等に使用される半導体装置等の電子部品搭載用の多層配線板に関し、特に絶縁基板上に二層以上の多層の配線パターンを有し、配線密度が向上した構成の多層配線板に関する。また、半導体集積回路素子を直接搭載・接続するタイプの回路基板や、半導体集積回路素子をリードフレームに搭載・接続した状態での半導体装置を接続する外部回路としての多層配線板等も含まれる。 The present invention relates to a multilayer wiring board for mounting an electronic component such as a semiconductor device used in an electronic device or the like, and in particular, a multilayer having a multilayer wiring pattern having two or more layers on an insulating substrate and having an improved wiring density. It relates to a wiring board. In addition, a circuit board of a type in which a semiconductor integrated circuit element is directly mounted and connected, a multilayer wiring board as an external circuit for connecting a semiconductor device with the semiconductor integrated circuit element mounted and connected to a lead frame, and the like are also included.
従来、互いに交差する配線パターンを含む配線板を作製するために、配線パターンと絶縁基板とを交互に積層することによって多層配線板を構成し、配線密度を向上させることが行われている。 Conventionally, in order to produce a wiring board including wiring patterns that intersect each other, a multilayer wiring board is formed by alternately laminating wiring patterns and insulating substrates to improve wiring density.
このような多層配線板に半導体チップ(以下、単に「チップ」と称する。)等の電子部品を実装して用いる場合、配線導体パターンの有無により以下の2つの問題点が発生する。第1はチップと多層配線板とのはんだ接合部がチップの実装後に断線することがある点である。この断線は、チップと多層配線板では熱膨張係数が異なるため、熱サイクル試験等の信頼性試験を実施するとそれぞれの熱膨張差からはんだ接合部に応力が生じることによって発生する。
第2は積層時の熱圧着工程により多層配線板を構成する絶縁基板が大きく伸縮し、影響の極めて大きい反りや歪みが発生する点である。
When an electronic component such as a semiconductor chip (hereinafter simply referred to as “chip”) is mounted on such a multilayer wiring board, the following two problems occur depending on the presence or absence of the wiring conductor pattern. The first is that the solder joint between the chip and the multilayer wiring board may be disconnected after the chip is mounted. Since the thermal expansion coefficient is different between the chip and the multilayer wiring board, this disconnection is generated when stress is generated in the solder joint due to the difference in thermal expansion when a reliability test such as a thermal cycle test is performed.
The second is that the insulating substrate constituting the multilayer wiring board greatly expands and contracts due to the thermocompression bonding process at the time of stacking, and warping and distortion having a great influence are generated.
上記問題点を解決する技術として、特許文献1及び特許文献2の技術が開示されている。本出願人による特許文献1では、配線パターンのパターン間にダミーパターンを設けて積層面での平坦性を保ち、配線パターンの再現性を高めている。特許文献2では、配線パターン間に、円形もしくは三角形のダミーパターンを配置し、配線パターン領域とダミーパターン領域との残銅率をほぼ等しくしている。残銅率を等しくすることにより、基材表裏での反り及び歪みを抑制している。
しかしながら、上記特許文献に開示された技術では、上述した問題点を充分に解決できない。例えばダミーパターンの配置によってチップ実装面の単位面積あたりの銅面積率を70〜99.5%に調整した場合、多層配線板の剛性は高まるが、その一方で柔軟性が低下してチップへの追従性が小さくなり、熱サイクル試験等の信頼性試験を実施した際に断線が発生しやすくなる。 However, the technique disclosed in the above patent document cannot sufficiently solve the above-described problems. For example, when the copper area ratio per unit area of the chip mounting surface is adjusted to 70 to 99.5% by the arrangement of the dummy pattern, the rigidity of the multilayer wiring board increases, but on the other hand, the flexibility decreases and The followability is reduced, and disconnection is likely to occur when a reliability test such as a thermal cycle test is performed.
このとき、温度の上下に応じて絶縁基板の膨張・収縮が発生しており、絶縁基板に大きな応力が生じるため、応力が集中しやすいチップの四角と多層配線板とのはんだ接合部では断線の発生率が高くなる。特に、コアを有しないフレキシブル基板を用いた多層配線板ではリジッド基板を用いた多層配線板に比べ絶縁基板の伸縮が大きく、はんだ接合部の断線が発生しやすい。 At this time, the insulating substrate expands and contracts according to the temperature rise and fall, and a large stress is generated on the insulating substrate. Therefore, disconnection may occur at the solder joint between the chip square and the multilayer wiring board where stress tends to concentrate. Incidence increases. In particular, in a multilayer wiring board using a flexible substrate having no core, the insulating substrate expands and contracts more easily than a multilayer wiring board using a rigid substrate, and breakage of the solder joints is likely to occur.
一方、ダミーパターンの配置によって全体の銅面積率を60%以下に下げれば多層配線板自体のチップへの追従性は高くなる。しかしながら、その一方で絶縁基板の反りが大きくなり、チップの実装及びプリント基板の実装が困難となる。 On the other hand, if the overall copper area ratio is lowered to 60% or less by arranging the dummy pattern, the followability of the multilayer wiring board itself to the chip is enhanced. However, on the other hand, the warping of the insulating substrate increases, making it difficult to mount the chip and the printed circuit board.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、電子部品を実装した後にはんだ接合部の断線が発生しにくい多層配線板及びはんだ接合部の断線が発生しにくい半導体装置パッケージを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a multilayer wiring board in which disconnection of a solder joint after an electronic component is mounted and a semiconductor device package in which disconnection of the solder joint is unlikely to occur. With the goal.
本発明の多層配線板は、銅を含有して形成された導体層が2層もしくはそれ以上、絶縁層と交互に積層されて、上面に電子部品が実装される多層配線板であって、少なくとも1つの導体層の一部に、該導体層の他の部分よりも剛性が低い柔軟部が形成されていることを特徴とする。 The multilayer wiring board of the present invention is a multilayer wiring board in which two or more conductor layers formed containing copper are alternately laminated with an insulating layer, and an electronic component is mounted on the upper surface. A flexible part having a lower rigidity than the other part of the conductor layer is formed in a part of one conductor layer.
本発明の多層配線板は、柔軟部が設けられており、温度変化等によって、絶縁層が膨張又は収縮した場合も、実装された電子部品と多層配線板との間に発生する応力に剛性の低い柔軟部が追従する。 The multilayer wiring board of the present invention is provided with a flexible portion, and is rigid to the stress generated between the mounted electronic component and the multilayer wiring board even when the insulating layer expands or contracts due to a temperature change or the like. The low flexible part follows.
前記柔軟部は、前記導体層の単位面積あたりの銅面積比率を前記他の部分よりも減少させることによって形成されてもよい。 The flexible portion may be formed by reducing a copper area ratio per unit area of the conductor layer as compared with the other portions.
前記柔軟部は、前記チップの実装エリアの周縁の1点から所定の半径で描いた円を含む領域であって、かつ前記実装エリア外に形成されてもよい。また、前記実装エリアの長辺の長さをLとしたとき、前記半径が10/L以上3/L未満に設定されてもよい。このとき、長辺とは実装エリアが長さの異なる複数の線で形成されている場合の最も長い辺を指し、すべての辺の長さが等しい場合は一辺を指す。 The flexible portion may be a region including a circle drawn with a predetermined radius from one point on the periphery of the mounting area of the chip, and may be formed outside the mounting area. Further, when the length of the long side of the mounting area is L, the radius may be set to 10 / L or more and less than 3 / L. At this time, the long side refers to the longest side when the mounting area is formed of a plurality of lines having different lengths, and refers to one side when the lengths of all the sides are equal.
前記柔軟部の前記銅面積比率は50パーセント以上70パーセント未満であってもよい。また、前記柔軟部が設けられた前記導体層のうち、前記柔軟部を除く領域の銅面積率は70%以上であってもよい。 The copper area ratio of the flexible part may be not less than 50 percent and less than 70 percent. Moreover, 70% or more of the copper area ratio of the area | region except the said flexible part may be sufficient as the said conductor layer in which the said flexible part was provided.
前記柔軟部は、前記導体層の表面に円形もしくは多角形の抜きパターンを設けることによって形成されてもよい。 The flexible portion may be formed by providing a circular or polygonal punch pattern on the surface of the conductor layer.
本発明の半導体装置パッケージは、本発明の多層配線板と、前記多層配線板の上面に実装された半導体装置とを備えたことを特徴とする。 A semiconductor device package of the present invention includes the multilayer wiring board of the present invention and a semiconductor device mounted on the upper surface of the multilayer wiring board.
本発明によれば、柔軟部が絶縁層と電子部品との接合部に発生した応力に追従するので、実装された電子部品とのはんだ接合部に断線が発生しにくい多層配線板を提供することができる。
また、半導体装置と多層配線板とのはんだ接合部に断線が発生しにくい半導体装置パッケージを提供することができる。
According to the present invention, since the flexible portion follows the stress generated at the joint between the insulating layer and the electronic component, it is possible to provide a multilayer wiring board in which disconnection is unlikely to occur at the solder joint with the mounted electronic component. Can do.
Further, it is possible to provide a semiconductor device package in which disconnection is unlikely to occur at the solder joint between the semiconductor device and the multilayer wiring board.
以下、本発明の第1実施形態の多層配線板について、図1および図2を参照して説明する。
図1は本実施形態の多層配線板1の概略断面図である。図1に示すように、本実施形態の多層配線板1は、絶縁基板(絶縁層)2と、絶縁基板2に積層して設けられる銅箔層(導体層)3を備えて構成されている。絶縁基板2と銅箔層3とは、接着剤4を介して交互に積層されており、各銅箔層3の間には、隣接する銅箔層3を電気的に接続する導通ビア5が設けられている。
The multilayer wiring board according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a
図2(a)は多層配線板1の平面図である。最上部の銅箔層3aは、チップ等の電子部品が実装される実装エリア6と、実装エリア6の周辺に設けられた柔軟部7とを有している。柔軟部7は、図2(a)に示すように、実装エリア6の周縁の任意の一点を中心とする所定の半径の円を含み、かつ実装エリア6外の領域に設定される。本実施形態においては、チップの場合、頂点付近の端子と多層配線板1とのはんだ接合部に応力が集中し、断線が発生しやすいため、実装エリア6の各頂点8を中心とする半径rの円Cを含む領域に柔軟部7が設けられている。
FIG. 2A is a plan view of the
半径rの長さは、実装エリア6の一辺の長さをLとした場合、1/10L以上1/3L未満、好ましくは1/6L以上1/4L未満となるように設定される。1/10L未満では発生した応力に充分追従できず、1/3L以上では多層配線板の剛性が不足し、反り等の不具合が発生しやすくなる。本実施形態においては半径rが1/5Lに設定されている。実装エリアが長方形等、長さの異なる辺で形成されている場合は、最も長い辺の長さをLとしてrの長さを設定すればよい。
The length of the radius r is set to be 1 / 10L or more and less than 1 / 3L, preferably 1 / 6L or more and less than 1 / 4L, where L is the length of one side of the
図2(b)は柔軟部7周辺の拡大図である。最上部の銅箔層3aを含むすべての銅箔層3には、後述する配線パターンが形成されていない部分に、円形の第1抜きパターン9が多数形成されて銅箔が除去され、単位面積あたりの銅面積率が調整されている。柔軟部7には第1抜きパターン9より径の大きい第2抜きパターン(抜きパターン)10が形成され、周囲の銅箔層よりも銅面積率が低くなるように構成されている。
FIG. 2B is an enlarged view around the
第1抜きパターン9及び第2抜きパターン10の直径およびピッチは、設定された銅面積率に基づいて適宜計算、決定される。ここで、各抜きパターン9、10の直径は、最大でも400μm以下であることが好ましい。直径がこれより大きいと、隣接する層に凹凸が影響して歪みが生じる。また、積層の際に使用する接着剤の気泡が抜けにくく、接着時に気泡をかみやすくなる。本実施形態においては、表1に示すように設定されており、柔軟部7の銅面積率は52%、柔軟部7以外の領域の銅面積率は78%に設定されている。
The diameter and pitch of the
柔軟部7以外の領域の銅面積率は、多層配線板1の剛性を充分なレベルに保つ観点から70%以上であることが好ましい。また、柔軟部7の銅面積率は、発生する応力に追従し、かつ反りや歪みも生じにくくするために、50%以上70%未満、好ましくは50%以上60%未満に設定されることが望ましい。銅箔層3に配線パターンが形成される場合は、当該配線パターンの面積を含めて銅面積率を算出し、各抜きパターン9、10の直径及びピッチを設定する。
なお、多層配線板全体としての剛性を確保するために、銅箔層3全体としての銅面積率が60%以上となるように、第1抜きパターン及び第2抜きパターンの直径およびピッチを設定することが好ましい。
The copper area ratio in the region other than the
In order to secure the rigidity of the entire multilayer wiring board, the diameter and pitch of the first punch pattern and the second punch pattern are set so that the copper area ratio of the
上記のように構成された多層配線板1においては、柔軟部7の銅面積率が他の領域に比べて20パーセントポイント以上少なく形成されており、応力に対して高い追従性を有する。
In the
多層配線板1の製造方法について、図3及び図4を参照して説明する。図3及び図4は多層配線板1の製造工程を経時的に示した図である。
A method for manufacturing the
まず、図3(a)に示すように、幅105mmのテープ状であるポリイミドからなる絶縁基板2を準備する。絶縁基板2の両面には銅箔層3bおよび3cが設けられている。化学研磨により銅箔層3の厚さを15μm程度に制御する。
First, as shown in FIG. 3A, an insulating
次に、図3(b)に示すように、絶縁基板2及び銅箔層3に脱脂処理を施した後、レーザ加工によって、銅箔層3b、絶縁基板2を貫通し、絶縁基板2と銅箔層3cとの境界面に達するビアホール11を所定の位置に形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the insulating
次に、ビアホール11内部にデスミア処理を施してから、無電解銅めっき及び電解銅めっきを施すことにより銅からなる被膜が形成され、図3(c)に示すように、絶縁基板2両面の銅箔層3b及び3cを電気的に接続する導通ビア5が形成される。その後、硫酸と過酸化水素水の混合液により化学研磨が行われ、導通ビア5の厚さを約15μm程度にし、銅箔層3bと導通ビア5とがほぼ平坦となるように加工される。
Next, a desmear treatment is performed on the inside of the via
次に、図3(d)に示すように、液状レジストを使用して銅箔層3の上面全体にレジスト層12が形成される。
続いて、図3(e)に示すように、露光・現像を行う。本工程で用いるマスクには、所望の配線パターン及び上述の第1抜きパターン9がパターン径100μm・パターンピッチ200μmで印刷されている。
Next, as shown in FIG. 3D, a resist
Subsequently, as shown in FIG. 3E, exposure and development are performed. On the mask used in this step, a desired wiring pattern and the
導通ビア5や図示しない銅パターン又は絶縁基板2に設けられた貫通孔などを適宜アライメントマークとして使用して、絶縁基板2とフォトマスクの位置合わせを行った後、露光処理を行うと、配線パターン及び第1抜きパターンがレジスト層12に形成される。レジスト専用現像液をスプレーすることによって現像処理を行うと、レジスト層12が部分的に除去され、エッチングレジスト13が形成される。
The conductive via 5, a copper pattern (not shown), or a through-hole provided in the insulating
続いて、図4(a)に示すように、銅箔層3にエッチングレジスト13を介してエッチング液をスプレー噴霧することによりエッチングレジスト13の開口部分の銅箔が除去される。その後エッチングレジスト13を剥離すると、配線パターン14及びグランド/電源面15が、銅面積率が設定範囲に調整された状態で銅箔層3に形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, the copper foil in the opening portion of the etching resist 13 is removed by spraying an etching solution onto the
次に、図4(b)に示すように、両面に配線パターン14が形成された銅箔層3が設けられた絶縁基板2をコアとして、その両面にそれぞれテープ状の絶縁基板2b及び2cを接着剤4を介して積層する。絶縁基板2b及び2cの外側には銅箔層3a及び3dが設けられている。接着剤4の厚みは25μmとする。
Next, as shown in FIG. 4B, the insulating
次に、図4(c)に示すように、銅箔層3a及び3dに上述の手順に従って導通ビア形成、配線パターンおよび抜きパターンの形成をそれぞれ行う。このとき、電子部品が実装される銅箔層3aに露光処理を行う際には、所望の配線パターン14及び第1抜きパターン9に加えて、柔軟部7に対向する領域に直径150μm・パターンピッチ200μmの第2抜きパターン10が印刷されているマスクを用いる。
Next, as shown in FIG. 4C, the conductive via formation, the wiring pattern, and the extraction pattern are respectively formed on the copper foil layers 3a and 3d according to the above-described procedure. At this time, when performing an exposure process on the
完成した多層配線板1の銅箔層3aにおいては、柔軟部7の銅面積率がグランド/電源面15に比して低くなっている。また、図4(d)に示すように、多層配線板1の銅箔層3a上に、チップ(電子部品)16の端子17と配線パターン14とをはんだ18により接合してチップ16を実装すると、本発明の半導体装置パッケージ20が得られる。
In the
本実施形態の多層配線板1によれば、銅箔層3aの実装エリア6に近接して設けられた柔軟部7の銅面積率が50%以上70%未満に設定されているため、信頼性試験等において温度が上下した際にも、絶縁基板2の膨張や収縮に伴って発生する応力に、柔軟部7が充分追従する。従って、チップ16と多層配線板1とのはんだ接合部の断線を防ぐことができる。
According to the
また、柔軟部7以外の銅面積率が70%以上に設定されているため、多層配線板1全体としては充分な剛性が保持されている。従って、上述した断線を防ぎつつ、反りや歪みの発生しにくい多層配線板1および半導体装置パッケージ20を提供することができる。
Further, since the copper area ratio other than the
さらに、銅箔層3aに円形の第2抜きパターン10を設けることによって柔軟部7を形成しているので、第2抜きパターン10の直径およびパターンピッチを調整するだけで柔軟部7の銅面積率を容易に調整可能な多層配線板1を構成することができる。
Furthermore, since the
次に、本発明の第2実施形態について図5を参照して説明する。なお、上述の第1実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図5は本実施形態の多層配線板21の柔軟部27周辺の拡大平面図である。図5に示すように、本実施形態の柔軟部27には、長方形の第2抜きパターン30が、実装エリア6の頂点8を中心に、略放射状に形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the component similar to the above-mentioned 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is an enlarged plan view around the
各第2抜きパターン30の長手方向は、実装エリア6の頂点8付近に設けられるチップと多層配線板21とのはんだ接合部に発生する応力のベクトルの方向とほぼ一致している。従って、応力に対する柔軟部27の追従性がさらに高まり、より効果的にはんだ接合部の断線を防止することができる。
The longitudinal direction of each
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、配線パターンが上下2層の場合について説明したが、その他、配線パターンが上下3層4層等のさらに多層の多層配線板としてもよい。また、各抜きパターンの形状は円形及び長方形に限られず、他の多角形の形状とすることも可能である。
While the embodiments of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the wiring pattern has two upper and lower layers has been described. However, the wiring pattern may be a multilayer wiring board having a plurality of upper and lower three layers and four layers. Further, the shape of each punch pattern is not limited to a circle and a rectangle, but may be another polygonal shape.
また、上記実施形態では、チップ16が実装される銅箔層3aのみに柔軟部が設けられているが、それ以外の銅箔層に柔軟部が設けられてもよいし、複数の銅箔層に柔軟部が設けられてもよい。ただし、より効率よく断線抑制効果を得るためには、少なくとも電子部品が実装される銅箔層には柔軟部が設けられることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the flexible part is provided only in the
さらに、本実施形態においては、絶縁基板を用いてすべての絶縁層を形成しているが、これに代えて、樹脂溶液を塗布して絶縁層を形成してもよい。また、絶縁基板2をポリイミドでなく、他の樹脂材料によって形成することも可能である。
Furthermore, in this embodiment, all the insulating layers are formed using the insulating substrate, but instead of this, a resin solution may be applied to form the insulating layers. In addition, the insulating
また、上記実施形態の製造工程においては、枚葉の絶縁基板を用いているが、これに代えて、テープ状のフレキシブル基板を用いてロール・ツー・ロールの連続生産方法によって多層配線板を製造してもよい。 In the manufacturing process of the above embodiment, a single-wafer insulating substrate is used. Instead, a multilayer wiring board is manufactured by a roll-to-roll continuous production method using a tape-like flexible substrate. May be.
1、21…多層配線板、2…絶縁基板(絶縁層)、3…銅箔層(導体層)、6…実装エリア、7、27…柔軟部、10、30…第2抜きパターン(抜きパターン)、16…半導体チップ(電子部品)、20…半導体装置パッケージ、
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記多層配線板の上面に実装された半導体装置と、
を備えたことを特徴とする半導体装置パッケージ。 The multilayer wiring board according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor device mounted on the upper surface of the multilayer wiring board;
A semiconductor device package comprising:
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