JP2003273286A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板内に効率的にボールパッドを配置して、
多ピンの半導体素子を搭載できるコンパクトな配線基板
を提供する。 【解決手段】 隣接するビア間には配線パターンが最大
で２本配置可能である場合に、前記基板の一方の面にお
けるボンドフィンガー、ビアおよび配線パターンを、前
記ボンドフィンガー１２の列を挟む配置で１列目のビア
１４と２列目のビアを配置するとともに、隣接する２つ
のボンドフィンガーを一対として、対向して配置されて
いる１列目のビアと２列目のビアを各々ボンドフィンガ
ーに接続し、前記一対のボンドフィンガーに続いて配置
される２つのボンドフィンガーに、前記２列目のビア間
に２本の配線パターン１８を通過させることにより３列
目以降のビア１４を接続し、前記１列目のビアおよび２
列目のビアと接続されるボンドフィンガーと、３列目以
降のビアに接続する２つのボンドフィンガーを繰り返し
単位とする配線パターンの配置により、すべてのビアと
ボンドフィンガーとを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板の一方と他方の
面に各々ボンドフィンガーとボールパッドが形成された
２層の配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を搭載する配線基板には、Ｐ
ＢＧＡ（プラスチック・ボール・グリッド・アレー）あ
るいはＢＧＡ（ボール・グリッド・アレー）等のよう
に、基板の両面に配線パターンを形成したいわゆる２層
の配線基板がある。この配線基板は、半導体素子を搭載
する基板の一方の面に半導体素子とワイヤボンディング
によって接続するボンドフィンガーを設け、基板の他方
の面に外部接続端子を接合するボールパッドを設けたも
ので、ボンドフィンガーとボールパッドとを基板の厚さ
方向に形成するビアを介して電気的に接続している。

【０００３】基板の一方の面に設けるボンドフィンガー
は、半導体素子を搭載する搭載部の周囲に、基板の周縁
に沿うようにして１列状に配置されている。基板の他方
の面にはボンドフィンガーと同数のボールパッドが配置
され、このボールパッドは外部接続端子を接合するため
一定の面積を確保する必要があることから格子状配列で
配置されている。これらのボールパッドは基板の一方の
面に形成されたボンドフィンガーとビアを介して電気的
に接続するため、ビアはボールパッドおよびボンドフィ
ンガーと干渉しないように配置され、基板の一方の面で
はボンドフィンガーとビアとを接続する配線パターンが
形成され、基板の他方の面ではボールパッドとビアとを
接続する配線パターンが形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＰＢＧＡ、ＢＧＡ等の
配線基板は、基板の平面領域を外部接続端子を配置する
領域として利用できることから、多数個のボールパッド
が配置でき、多ピンの半導体素子を搭載する配線基板と
して好適に使用できる。しかしながら、近年は半導体素
子がさらに多ピンになるとともに、配線基板が小型化し
ていることから、ボンドフィンガー、ボールパッド、ビ
アおよび配線パターンをさらに高密度に形成することが
求められている。ところが、前述したように、ボンドフ
ィンガー、ボールパッドおよびビアは相互配置を考慮し
て設計しなければならないし、製造技術上、ボールパッ
ドやビアの大きさを自由に縮小することは困難であり、
配線パターンの配線幅についても制約を受けることか
ら、配線基板に形成することができるボールパッド数
（ピン数）は必然的に制約されることになる。

【０００５】ＰＢＧＡ、ＢＧＡ等の配線基板において、
一般に提供されている製品では、ボールパッドのピッチ
（ボールパッドの中心間距離）が０．５ｍｍ、ビアを形
成するドリル径が０．１５ｍｍ、配線パターンのライン
／スペースが８０〜９０μｍである。この設計条件によ
れば、ビア間には最大２本の配線を通すことができる。
配線パターンのライン／スペースは配線パターンを形成
する方法によって最小ピッチが規定される。従来の銅箔
を所定パターンにエッチングして配線パターンを形成す
る方法（サブトラクト法）による場合は、ライン／スペ
ースが８０〜９０μｍが限度である。

【０００６】ビア間に通す配線パターンの本数は、ビア
を形成するドリルとして０．１ｍｍ径といったさらに細
径のものを使用し、配線パターンの配線幅を細くするこ
とによって増やすことは可能である。しかしながら、そ
のためには高価なドリルを使用しなければならず、ま
た、セミアディティブ法といった従来とは異なる高精度
の製造方法によらなければならないことから、従来の製
造方法にくらべて製造コストがかかるという問題があ
る。本発明は、従来の配線基板の製造方法をそのまま利
用し、従来の設計条件のもとでもっとも効率的にボール
パッドを配置することを可能とし、所定の外形寸法の基
板に対して最大数のボールパッドを配置可能とする配線
基板として提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため次の構成を備える。すなわち、基板の一方の
面に半導体素子の電極端子と接続されるボンドフィンガ
ーが基板の周縁に沿った列状に配置され、基板の他方の
面に外部接続端子が接合されるボールパッドが格子状に
配置されるとともに、基板の一方の面上で、前記ボンド
フィンガーが基板を貫通して設けたビアの一端と配線パ
ターンを介して電気的に接続され、基板の他方の面上
で、前記ボールパッドが前記ビアの他端と配線パターン
を介して電気的に接続された配線基板において、前記ビ
アを前記基板内で、前記ボンドフィンガー、ボールパッ
ドおよび配線パターンと干渉しない位置に設けるととも
に、前記基板の一方の面で、隣接するビア間には前記配
線パターンが最大で２本配置可能である場合に、前記基
板の一方の面におけるボンドフィンガー、ビアおよび配
線パターンを、前記ボンドフィンガーの列を挟む配置で
１列目のビアと２列目のビアを配置するとともに、隣接
する２つのボンドフィンガーを一対として、対向して配
置されている１列目のビアと２列目のビアを各々ボンド
フィンガーに接続し、前記一対のボンドフィンガーに続
いて配置される２つのボンドフィンガーに、前記２列目
のビア間に２本の配線パターンを通過させることにより
３列目以降のビアを接続し、前記１列目のビアおよび２
列目のビアと接続されるボンドフィンガーと、３列目以
降のビアに接続する２つのボンドフィンガーを繰り返し
単位とする配線パターンの配置により、すべてのビアと
ボンドフィンガーとを接続することを特徴とする。

【０００８】また、前記基板の他方の面で、最外列に配
置されるボールパッドを、基板の一方の面に配置される
ボンドフィンガーの列に合わせて配置したことを特徴と
する。また、前記基板の一方の面で、３列目以降のビア
に接続するボンドフィンガーから基板の外縁側に配線パ
ターンを延出させてめっき用のバスラインに接続し、基
板の他方の面で、１列目のビアと２列目のビアの他端か
ら基板の外縁側に配線パターンを延出させてめっき用の
バスラインに接続したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について添付図面にしたがって詳細に説明する。図１、
２は本発明に係る配線基板の一実施形態の構成を示す説
明図であり、図１は、半導体素子が搭載される基板１０
の一方の面における配線パターン等の平面配置を示し、
図２は基板１０の他方の面における配線パターン等の平
面配置を示す。なお、図示例の配線基板は、基板１０の
外形寸法が１２ｍｍ×１２ｍｍ、最外周列に２２個のボ
ールパッドが配置される製品である。

【００１０】図１で、基板１０の中央部の領域が半導体
素子が搭載される部位であり、１２が半導体素子の電極
端子との間でワイヤボンディングされるボンドフィンガ
ーである。ボンドフィンガー１２は基板１０の周縁部に
沿って１列に配置されている。図２で、１６がボールパ
ッドである。ボールパッド１６は、はんだボール等の外
部接続端子を接合するため平面形状が円形に形成され、
基板１０の中央部を除いた領域内に格子状配列で配置さ
れている。

【００１１】図１、２で、１４がボンドフィンガー１２
とボールパッド１６とを電気的に接続するビアである。
ビア１４は基板１０を厚さ方向に貫通させて設け、ボー
ルパッド１６およびボンドフィンガー１２と干渉しない
位置に設ける。本実施形態の配線基板では、ボールパッ
ド１６の中間にビア１４を配置しているから、ビア１４
も格子状配列となる。基板１０の一方の面では、ビア１
４の一端とボンドフィンガー１２とが配線パターン１８
を介して電気的に接続され、基板１０の他方の面では、
ビア１４の他端とボールパッド１６とが配線パターン２
０を介して電気的に接続される。

【００１２】図３は、基板１０の他方の面におけるボー
ルパッド１６の配置を示す。前述したように、ボールパ
ッド１６は基板１０の中央部を除いた基板の周縁領域に
格子状配列に配置されている。図２に示すように、基板
１０の他方の面にはボールパッド１６の他に配線パター
ン２０等が形成されているが、実際の配線基板では、基
板１０の表面をソルダーレジストによって被覆し、円形
のボールパッド１６の部位のみが露出するように形成さ
れている。

【００１３】図４は、本実施形態の配線基板におけるビ
ア１４の平面配置を示す。前述したように、ビア１４は
ボールパッド１６と同様な格子状配列となっている。ビ
ア１４とボールパッド１６とは隣接して配置されている
から、ビア１４とボールパッド１６とを配線パターン２
０によって相互に接続する配置とすることは容易であ
る。

【００１４】図５に、基板１０の他方の面でのボールパ
ッド１６とビア１４と配線パターン２０の平面配置を拡
大して示す。ボールパッド１６の中間にビア１４が配置
され、隣接するボールパッド１６とビア１４とを接続す
る配線パターン２０がジグザグ状に配置されている。な
お、ビア１４は直径０．１５ｍｍのドリルにより基板に
貫通孔を形成し、めっきにより貫通孔の内壁面に導体層
を形成することによって形成している。

【００１５】図４に示すように、ビア１４を格子状配列
で配置した際に問題となるのが、ボンドフィンガー１２
を形成した基板１０の一方の面においてビア１４とボン
ドフィンガー１２とを接続する配線パターン１８の配置
である。図６に基板１０の一方の面におけるボンドフィ
ンガー１２、ビア１４、配線パターン１８の平面配置を
拡大して示す。本実施形態の配線基板において特徴的な
構成は、基板１０の一方の面におけるボンドフィンガー
１２、ビア１４およびこれらを接続する配線パターン１
８の配置にある。

【００１６】本実施形態の配線基板は、隣り合った２つ
のビア１４の中間には最大２本の配線パターン１８を通
すことができる条件の製品である。また、ボンドフィン
ガー１２については、半導体素子の電極端子とワイヤボ
ンディングすることを考慮して、基板１０の周縁に沿っ
て１列に配置される。このような条件下で、格子状配列
で配置されているすべてのビア１４からボンドフィンガ
ー１２に向けて配線パターン１８を引き出そうとする
と、配線パターン１８の配置（引き出し方法）を工夫し
ないと、格子状配列で配置されているすべてのビア１４
とボンドフィンガー１２とを接続することができなくな
る。

【００１７】本実施形態の配線基板では、上記のような
格子状配列に配置されたすべてのビア１４からもっとも
効率的にボンドフィンガー１２に向けて配線パターン１
８を引き出すことができるようにするため、次のような
方法でボンドフィンガー１２、ビア１４、ボールパッド
１６および配線パターン１８を配置している。

【００１８】（１）ボンドフィンガーとビアの配置 ボンドフィンガー１２は基板１０の周縁に沿って１列に
配置するが、本実施形態の配線基板では、ボンドフィン
ガー１２の外側にビア１４を配置する領域を確保し、ボ
ンドフィンガー１２の外側に基板１０の最外列に配置さ
れるボールパッド１６と同数のビア１４を配置する。な
お、基板の最外列に配置されるボールパッド１６の数を
一辺あたりＮ個とすると、両端のボールパッド１６は重
複して数えられるから、ボンドフィンガー１２の外側に
配置するビア１４の配置数は正確には（Ｎ−１）個とな
る。図６でＶ１がボンドフィンガー１２の外側に配置さ
れたビア列を示す。Ｆがボンドフィンガー１２の列であ
り、このボンドフィンガー１２の列の外側にビア列（Ｖ
１）が配置されている。

【００１９】基板１０に配置するビア１４で最外列のビ
ア１４は、上記のようにボンドフィンガー１２の外側に
配置するが、２列目のビア１４についてはボンドフィン
ガー１２と重複しないようにボンドフィンガー列（Ｆ）
を挟んだ内側に配置する。２列目のビア１４の数は、最
外列のビア列（Ｖ１）で両端のビア１４を除いたもので
（Ｎ−３）個となる。このように、ボンドフィンガー１
２とビア１４との配置関係についての条件は、ボンドフ
ィンガー列（Ｆ）を挟んでその両側に最外列（１列目）
のビア列（Ｖ１）と２列目のビア列（Ｖ２）を配置する
ことである。図４に示すように、１列目のビア列（Ｖ
１）と２列目のビア列（Ｖ２）の間隔が他のビア列の間
隔にくらべて若干広くなっている。これは、１列目のビ
ア列（Ｖ１）と２列目のビア列（Ｖ２）との間にボンド
フィンガー列（Ｆ）を設けているからである。

【００２０】一方、ボールパッド１６を配置する基板１
０の他方の面については、基板１０の一方の面に配置さ
れているボンドフィンガー列（Ｆ）の平面配置位置に対
応して最外列のボールパッド１６を配置する。最外列に
配置されるボールパッド１６の数は、最外列のビア列
（Ｖ１）に配置されるビア１４と同じく（Ｎ−１）個で
ある。図５に示すように、最外列のボールパッド１６と
ビア１４とは一対一の関係で、配線パターン２０を介し
て電気的に接続される。ボールパッド１６は隣接するビ
ア１４の中間に配置するから、２つのビア列（Ｖ１、Ｖ
２）に挟まれた中間には問題なくボールパッド１６を配
置することができる。

【００２１】図６に示すように、ボンドフィンガー１２
はボンディングワイヤを接続するために細長に形成さ
れ、所定のピッチで並列に配置されている。ビア１４と
ボンドフィンガー１２との接続は、配線パターン１８を
介してなされるが、１列目のビア列（Ｖ１）と２列目の
ビア列（Ｖ２）については、ボンドフィンガー１２を挟
んでビア１４が対向する配置となっているから、１列目
のビア１４と２列目のビア１４とは互いに逆方向からボ
ンドフィンガー１２に接続する。この場合、１列目のビ
ア１４と２列目のビア１４に接続する各々のボンドフィ
ンガー１２、１２は必ず隣接するものとし、隣接する２
つのボンドフィンガー１２、１２を一対としてボンドフ
ィンガー１２の両側のビア１４、１４と接続するように
する。一対のボンドフィンガー１２、１２にはビア１
４、１４はどちらの向きから接続してもよい。

【００２２】（２）配線パターンの配置 図６に示すように、３列目、４列目、５列目のビア１４
については、２列目、３列目、４列目のビア１４の中間
を通過させるように配線パターン１８を配置して、ビア
１４とボンドフィンガー１２とを接続する。３列目以降
のビア１４とボンドフィンガー１２とを配線パターン１
８によって接続する際に制約される事項は、２列目のビ
ア１４について隣接する２つのビア１４、１４の間を通
過できる配線パターン１８の本数が最大で２本であると
いうことである。本実施形態では、２列目のビア列（Ｖ
２）については隣接するビア１４のすべてについて２本
ずつ配線パターン１８を通過させる配置となるようボン
ドフィンガー１２の数と、３列目以降のビア１４の配置
および配置数を設定した。

【００２３】すなわち、ボンドフィンガー１２について
みると１列目と２列目のビア１４に接続される一対のボ
ンドフィンガー１２、１２と３列目以降のビア１４と接
続される２つのボンドフィンガー１２、１２を１グルー
プとし、このボンドフィンガー１２とビア１４との接続
配置を繰り返す配置となるように配線パターン１８を形
成する。図６で、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはボンドフィンガー１
２とビア１４との接続についての一つの繰り返し単位を
示す。ボンドフィンガーＡ、Ｂは１列目と２列目のビア
１４と接続されるボンドフィンガーであり、ボンドフィ
ンガーＣ、Ｄは３列目以降のビア１４と接続されるボン
ドフィンガーである。このようにＡ〜Ｄの配置を繰り返
すことにより、基板１０に形成されたすべてのビア１４
とボンドフィンガー１２とを接続することができる。

【００２４】なお、基板１０に形成されるビア１４の数
は基板１０に配置されるボンドフィンガー１２の数と等
しいから、逆に、ボンドフィンガー１２の数から基板１
０に配置することができるビア１４（ボールパッド１
６）の数が決められる。３列目以降に配置されるビア１
４については、ビア１４間に必ず２本の配線パターン１
８が通過するとは限らないから、必ずしも格子状配列で
なければならないわけではないが、３列目以降も格子状
に順次詰めて配置したとすると、３列目のビア１４の数
は（Ｎ−５）個、４列目のビア１４の数は（Ｎ−７）個
となり、５列目にＹ個のビア１４が配置されることにな
る。

【００２５】ボンドフィンガー１２に接続される１列目
と２列目のビア１４の数と、３列目以降のビア１４の数
が等しいことから、（Ｎ−１）＋（Ｎ−３）＝（Ｎ−
５）＋（Ｎ−７）＋Ｙの等式が成り立ち、Ｙ＝８とな
る。すなわち、５列目については８個のビア１４（ボー
ルパッド１６）を配置することで、本実施形態の配線基
板ではすべてのボンドフィンガー１２とビア１４とが配
線パターン１８を介して電気的に接続されることにな
る。ビア１４の数とボールパッド１６の数は等しく、上
式の関係はまったく同様にボールパッド１６について成
立する。

【００２６】本発明に係る配線基板は、上述した方法に
したがってボンドフィンガーとビアを配置し、配線パタ
ーンを設計することにより、基板の一方の面と他方の面
に各々ボンドフィンガーとボールパッドを配置した配線
基板として、最も高密度にボールパッドを配置した基板
として得ることが可能となる。表１に、上記条件下で基
板に形成することができるボールパッドの数を計算した
結果を示す。表中で、Ｎがボールパッドの数を示す。本
発明に係る配線基板の設計方法はＮが１４以上で有効で
ある。Ｒはボールパッドの列数で、Ｎ＝１４、１５、１
６の場合は最内列のボールパッドが２列となって６列配
置となることを示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、ボールパッドの数によ
っては、ボールパッドが６列配置となると同様に、ボー
ルパッドは必ずしも図２に示すようにすべて格子状配列
にしなければならないものではない。ボンドフィンガー
１２に接続する配線パターン１８は適宜形状に形成する
ことは可能であり、格子状配列から崩れた配置とするこ
とももちろん可能である。

【００２９】また、配線基板を実際に製造する際には、
電解めっき等を施すため、各々のビア１４はすべてめっ
き用のバスラインと接続させる必要がある。図６で、ボ
ンドフィンガー１２から基板１０の外縁部に向けて配線
パターン１８を延ばしているのはバスラインに配線パタ
ーン１８を接続するためである。実施形態の配線基板で
は、１列目と２列目のビアについては、図５に示すよう
に、基板１０の他方の面でビア１４の他端から基板１０
の外縁部まで配線パターンを引き出すようにしている。
基板１０の他方の面にはビア１４よりも若干大径のボー
ルパッド１６が形成されているが、隣接するボールパッ
ド１６の中間には１本の配線パターンを通過させること
が可能である。これによって、基板１０に電解めっきを
施すことが可能となり、通常の配線基板の製造方法によ
って製造することが可能となる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る配線基板によれば、基板に
形成するボンドフィンガー、ボールパッド、ビア、配線
パターンの配置を工夫することによって、限られた基板
の平面領域内に効率的にボールパッドを配置することが
できる。これによって多ピンの半導体素子を搭載する配
線基板として好適に使用することができ、小型で高密度
に入出力端子を形成した配線基板として提供することが
できる。また、従来の配線基板の製造方法を利用して高
密度化を図ることが可能であり、製造コストを抑えて多
ピン化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る配線基板の一実施形態について、
配線基板の一方の面における配線パターン等の配置例を
示す説明図である。

【図２】本発明に係る配線基板の一実施形態について、
配線基板の他方の面における配線パターン等の配置例を
示す説明図である。

【図３】配線基板の他方の面におけるボールパッドの平
面配置を示す説明図である。

【図４】配線基板におけるビアの平面配置を示す説明図
である。

【図５】ボールパッドとビアと配線パターンの平面配置
を拡大して示す説明図である。

【図６】ボンドフィンガーとビアと配線パターンの平面
配置を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ ボンドフィンガー １４ ビア １６ ボールパッド １８、２０ 配線パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の一方の面に半導体素子の電極端子
   と接続されるボンドフィンガーが基板の周縁に沿った列
   状に配置され、基板の他方の面に外部接続端子が接合さ
   れるボールパッドが格子状に配置されるとともに、基板
   の一方の面上で、前記ボンドフィンガーが基板を貫通し
   て設けたビアの一端と配線パターンを介して電気的に接
   続され、基板の他方の面上で、前記ボールパッドが前記
   ビアの他端と配線パターンを介して電気的に接続された
   配線基板において、 前記ビアを前記基板内で、前記ボンドフィンガー、ボー
   ルパッドおよび配線パターンと干渉しない位置に設ける
   とともに、前記基板の一方の面で、隣接するビア間には
   前記配線パターンが最大で２本配置可能である場合に、
   前記基板の一方の面におけるボンドフィンガー、ビアお
   よび配線パターンを、 前記ボンドフィンガーの列を挟む配置で１列目のビアと
   ２列目のビアを配置するとともに、隣接する２つのボン
   ドフィンガーを一対として、対向して配置されている１
   列目のビアと２列目のビアを各々ボンドフィンガーに接
   続し、 前記一対のボンドフィンガーに続いて配置される２つの
   ボンドフィンガーに、前記２列目のビア間に２本の配線
   パターンを通過させることにより３列目以降のビアを接
   続し、 前記１列目のビアおよび２列目のビアと接続されるボン
   ドフィンガーと、３列目以降のビアに接続する２つのボ
   ンドフィンガーを繰り返し単位とする配線パターンの配
   置により、すべてのビアとボンドフィンガーとを接続す
   ることを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】 基板の他方の面で、最外列に配置される
   ボールパッドを、基板の一方の面に配置されるボンドフ
   ィンガーの列に合わせて配置したことを特徴とする請求
   項１記載の配線基板。
3. 【請求項３】 基板の一方の面で、３列目以降のビアに
   接続するボンドフィンガーから基板の外縁側に配線パタ
   ーンを延出させてめっき用のバスラインに接続し、 基板の他方の面で、１列目のビアと２列目のビアの他端
   から基板の外縁側に配線パターンを延出させてめっき用
   のバスラインに接続したことを特徴とする請求項１また
   は２記載の配線基板。