JP2004247630A

JP2004247630A - パッケージ基板

Info

Publication number: JP2004247630A
Application number: JP2003037711A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mizutani; 大輔水谷; Yasuhiro Yoneda; 泰博米田; Katsusada Motoyoshi; 勝貞本吉
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】微細加工に対応することが可能であり、半導体装置との熱膨張率の差により発生する応力が小さくて信頼性が高く、かつ低コスト化及び軽量化が可能なパッケージ基板を提供する。
【解決手段】ポリイミド樹脂により形成される回路基板１０の上に、炭素繊維強化樹脂積層板１８をソルダーレジスト１９により接合する。回路基板１０には、半導体装置２０と接続される接続端子１１ｃやパターン配線１１ａ，１１ｂが形成されている。また、炭素繊維強化樹脂積層板１８は炭素繊維の方向を一方向にそろえた複数枚の炭素繊維強化樹脂シートを積層して形成されており、実装する半導体装置２０に応じた開口部１８ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置を直接実装するパッケージ基板に関し、特に微細化した半導体装置を実装するのに好適なパッケージ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を直接実装するパッケージ基板は、例えばＩＣカードのように薄型化が要求される機器に使用されている（特開平９−３０１０１６９号公報）。この種のパッケージ基板では、製品の信頼性を確保するために、半導体装置とパッケージ基板との熱膨張率の差によって両者の間に生じる応力を小さくすることが必要である。一般的に半導体装置の熱膨張率は小さいので、パッケージ基板も熱膨張率が小さいガラス繊維強化樹脂等により形成されている。ガラス繊維強化樹脂では、樹脂により電気絶縁性を確保し、樹脂と複合化したガラス繊維により熱膨張率を小さくしている。
【０００３】
パッケージ基板の表面には、半導体装置と接続される接続端子やパターン配線が形成されており、一方の面のパターン配線と他方の面のパターン配線とはスルーホールを介して電気的に接続されている。
【０００４】
ところで、半導体装置の微細化に伴って、パッケージ基板に形成されるスルーホールの直径や配線の幅も微細化される傾向にある。しかし、ガラス繊維強化樹脂では、ガラス繊維の存在が微細加工を阻害するという問題点がある。
【０００５】
そこで、パッケージ基板として、表面を絶縁性の樹脂で被覆したセラミック板が使用されるようになった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３０１０１６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック板ではパッケージ基板の低コスト化及び軽量化が阻害されるという問題点がある。ガラス繊維強化樹脂の替わりに、熱膨張率が小さく、軽量かつ弾力性が高いという利点を備えた炭素繊維強化樹脂を使用することが考えられる。しかし、炭素繊維強化樹脂は導電性を有するため、ガラス繊維強化樹脂に替えてそのままパッケージ基板に使用することはできない。
【０００８】
以上から、本発明の目的は、微細加工に対応することが可能であり、半導体装置との熱膨張率の差により発生する応力が小さくて信頼性が高く、かつ低コスト化及び軽量化が可能なパッケージ基板を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、半導体装置を実装するパッケージ基板において、板状部材と、前記板状部材の一方の面上に形成されて前記半導体装置と接続される接続端子と、前記半導体装置に対応する開口部が設けられ、前記板状部材の一方の面上に接合された炭素繊維強化樹脂板とを有することを特徴とするパッケージ基板により解決する。
【００１０】
通常のパッケージ基板では、実装される半導体装置の大きさが基板の大きさよりも小さく、半導体装置の周囲の基板上にはソルダーレジストと呼ばれる熱硬化性樹脂が塗布されている。従って、接続端子や配線が形成された板状部材の上に、半導体装置に対応する大きさの開口部を形成した炭素繊維強化樹脂板を接合してパッケージ基板とすることができる。板状部材としては、例えばプリント配線基板として一般的なポリイミド基板などを使用することができる。
【００１１】
このように、板状部材と炭素繊維強化樹脂板とにより構成された本発明のパッケージ基板では、接続端子、パターン配線及びスルーホール等を板状部材に形成するので、これらの微細化が容易である。また、板状部材の上に炭素繊維強化樹脂板を接合しているので、実質的な熱膨張率が小さくなり、半導体装置との熱膨張率の差によって発生する応力が小さくなる。従って、信頼性が向上する。更に、炭素繊維強化樹脂板は軽量かつ安価であるので、従来のセラミック板を使用したパッケージ基板に比べて、軽量化及び低コスト化が達成される。
【００１２】
前述したように、通常、パッケージ基板の上にはソルダーレジストを塗布する。従って、板状部材と炭素繊維強化樹脂板とを接合する接着剤としてソルダーレジストを利用すれば、工程数の増加を抑制することができる。
【００１３】
また、板状部材に接合する炭素繊維強化樹脂板には反りがないことが重要である。炭素繊維の方向を一方向にそろえた複数枚のシートを炭素繊維の方向を変えて積層することにより、反りの発生を防止することができる。例えば、４枚のシートを積層して炭素繊維強化樹脂板を製造する場合、下から第１番目のシートと第４番目のシートの炭素繊維の方向を同じとし、第２番目のシートと第３番目のシートの炭素繊維の方向を第１番目及び第４番目のシートの炭素繊維の方向に対し直交する方向とすれば、反りの発生が回避され、かつ機械的強度も高くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態のパッケージ基板を示す断面図、図２は同じくそのパッケージ基板の分解図である。本実施の形態のパッケージ基板は、ポリイミド樹脂により形成された回路基板（板状部材）１０と、この回路基板１０の上に絶縁性のソルダーレジスト１９により接合された炭素繊維強化樹脂積層板１８とにより構成される。回路基板１０の一方の面（図１では下面）にはパターン配線１１ａが形成されており、他方の面（図１では上面）にはパターン配線１１ｂと接続端子１１ｃとが形成されている。また、回路基板１０には一方の面から他方の面に貫通する複数のスルーホール１３が形成されており、これらのスルーホール１３を介して所定のパターン配線１１ａとパターン配線１１ｂ又は接続端子１１ｃとが電気的に接続されている。
【００１６】
炭素繊維強化樹脂積層板１８には、実装される半導体装置（半導体チップ）２０に応じた大きさの開口部１８ａが設けられている。半導体装置２０は、炭素繊維強化樹脂積層板１８の開口部１８ａ内に配置され、はんだバンプ１４により接続端子１１ｃと電気的及び機械的に接続される。
【００１７】
回路基板１０の大きさは例えば２５ｍｍ×２５ｍｍ、半導体装置２０の大きさは例えば１０ｍｍ×１０ｍｍであり、開口部１８ａの半導体装置２０に対するマージンは１ｍｍ程度である。
【００１８】
以下、本実施の形態のパッケージ基板の製造方法について説明する。
【００１９】
まず、回路基板１０となるポリイミド樹脂両面銅貼板を用意する。このポリイミド樹脂両面銅貼板は、例えば厚さが５０μｍのポリイミドフィルムの両面に厚さが１２μｍの銅箔をそれぞれ接合したものである。そして、一般的なプリント配線基板の製造方法と同様の方法により、パターン配線１１ａ，１１ｂ、接続端子１１ｃ及びスルーホール１３を形成する。すなわち、ドリル（又はレーザ）によりポリイミド樹脂両面銅貼板に貫通孔を形成した後、めっき法によって貫通孔内に銅をめっきしてスルーホール１３を形成する。その後、フォトレジストを使用したエッチングプロセスによりポリイミド樹脂両面銅貼板の表面の銅箔をパターニングして、パターン配線１１ａ，１１ｂ及び接続端子１１ｃを形成する。これにより、回路基板１０が完成する。
【００２０】
一方、炭素繊維強化樹脂積層板１８を用意する。本実施の形態においては、炭素繊維強化樹脂積層板１８を４枚の炭素繊維強化樹脂シート（プリプレグ）を積層して形成する。各炭素繊維強化樹脂シートは、６０ｔの弾性力を有する炭素繊維を用い、樹脂含有量が３５％、厚さが５０μｍ、炭素繊維の方向が一方向に揃えられている。この場合、図３に示すように、中間層となる２層目及び３層目の炭素繊維強化樹脂シートの炭素繊維の方向を同じ（０°方向）とし、表面層となる１層目及び４層目の炭素繊維強化樹脂シートの炭素繊維の方向を２層目及び３層目の炭素繊維強化樹脂シートの炭素繊維の方向に直交する方向（９０°）とする。このように炭素繊維強化樹脂シートの炭素繊維方向を直交させて重ね合わせることにより、面方向の熱膨張率が均一になり、歪みの発生を回避しつつ４枚の炭素繊維強化樹脂シートを積層することができる。
【００２１】
その後、４枚の炭素繊維強化樹脂シートを積層して形成した炭素繊維強化樹脂積層板をリュータによって加工する。すなわち、半導体装置実装部をくりぬいて開口部１８ａを形成し、更に所定の形状に外形加工する。これにより、炭素繊維強化樹脂積層板１８が完成する。
【００２２】
次いで、回路基板１０の表面にソルダーレジスト１９を塗布し、ソルダーレジスト１９が未硬化の状態で回路基板１０の上に炭素繊維強化樹脂積層板１８を真空ラミネートして圧着する。そして、１７０℃の大気オーブンで１時間加熱してソルダーレジスト１９を熱硬化させる。このようにして、本実施の形態のパッケージ基板が完成する。
【００２３】
本実施の形態のパッケージ基板においては、回路基板１０の上に高強度で熱膨張率が小さい炭素繊維強化樹脂積層板１８が接合されているので、半導体装置２０との熱膨張率の差により発生する応力を小さくすることができ、信頼性を確保することができる。
【００２４】
炭素繊維強化樹脂積層板は、炭素繊維が存在するために微細加工には適していない。しかし、本実施の形態においては、微細な配線やスルーホールを回路基板１０に形成しており、炭素繊維強化樹脂積層板１８に微細加工を施す必要がない。従って、本実施の形態のパッケージ基板は、微細化された半導体装置に対応することができる。
【００２５】
また、本実施の形態のパッケージ基板は、一般的なポリイミドの回路基板と炭素繊維強化樹脂積層板とを組み合わせて形成しているので、セラミック板を用いた従来のパッケージ基板に比べて軽量であり、かつ製品コストを低減することができる。
【００２６】
本実施の形態のパッケージ基板を実際に製造し、その熱膨張率を測定した。上述したように、炭素繊維強化樹脂積層板１８は４枚の炭素繊維強化樹脂シートを積層して形成した。また、回路基板１０は、ポリイミド樹脂両面銅貼板により形成した。その結果、パッケージ基板の熱膨張率は面方向で４ｐｐｍ／℃であった。これは、半導体装置材料であるシリコン（Ｓｉ）と略同等の値であり、本実施の形態のパッケ−ジ基板の熱膨張に対する信頼性を確認することができた。
【００２７】
なお、上記実施の形態では板状部材としてポリイミド基板を使用した場合について説明したが、板状部材はエポキシ樹脂又はその他の樹脂により形成してもよい。但し、熱膨張率が小さい樹脂を使用することが好ましい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、板状部材として両面にパターン配線が形成されたポリイミド基板を使用する場合について説明したが、板状部材として多層配線基板を用いてもよい。
【００２９】
（付記１）半導体装置を実装するパッケージ基板において、板状部材と、前記板状部材の一方の面上に形成されて前記半導体装置と接続される接続端子と、前記半導体装置に対応する開口部が設けられ、前記板状部材の一方の面上に接合された炭素繊維強化樹脂板とを有することを特徴とするパッケージ基板。
【００３０】
（付記２）前記炭素繊維強化樹脂板と前記板状部材とがソルダーレジストにより接合されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３１】
（付記３）前記炭素繊維強化樹脂板が、炭素繊維の方向を一方向にそろえた複数枚のシートを炭素繊維の方向を変えて積層して形成されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３２】
（付記４）前記炭素繊維強化樹脂板が、炭素繊維の方向を一方向に揃えた４枚のシートを積層して形成され、下から第１番目のシートと第４番目のシートの炭素繊維の方向が同じであり、第２番目のシートと第３番目のシートの炭素繊維の方向が前記第１番目及び第４番目のシートの炭素繊維の方向に対し直交する方向であることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３３】
（付記５）前記板状部材が樹脂により形成されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３４】
（付記６）前記板状部材がポリイミド樹脂により形成されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３５】
（付記７）前記板状部材の両面にそれぞれパターン配線が形成されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３６】
（付記８）前記板状部材に、一方の面から他方の面に貫通するスルーホールが形成されていることを特徴とする付記１に記載のパッケージ基板。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパッケージ基板は、接続端子等が形成された板状部材の上に高強度で熱膨張率が小さい炭素繊維強化樹脂板を接合して構成されているので、半導体装置の熱膨張率との差により発生する応力が小さい。また、本発明のパッケージ基板では、セラミック板に比べて軽量で安価な炭素繊維強化樹脂板を使用しているので、従来のセラミック板を使用したパッケージ基板に比べて軽量化及び低コスト化が達成される。更に、本発明のパッケージ基板は、接続端子やパターン配線及びスルーホール等を板状部材側に形成するので、炭素繊維強化樹脂板を微細加工する必要がない。従って、微細化された半導体装置を実装するパッケージ基板に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態のパッケージ基板を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態のパッケージ基板の分解図である。
【図３】図３は、炭素繊維強化樹脂積層板を構成する４枚の炭素繊維強化樹脂シートの炭素繊維の方向を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…回路基板、
１１ａ，１１ｂ…パターン配線、
１１ｃ…接続端子、
１３…スルーホール、
１４…バンプ、
１８…炭素繊維強化樹脂積層板、
１８ａ…炭素繊維強化樹脂積層板の開口部、
２０…半導体装置。

Claims

半導体装置を実装するパッケージ基板において、
板状部材と、
前記板状部材の一方の面上に形成されて前記半導体装置と接続される接続端子と、
前記半導体装置に対応する開口部が設けられ、前記板状部材の一方の面上に接合された炭素繊維強化樹脂板と
を有することを特徴とするパッケージ基板。
前記炭素繊維強化樹脂板と前記板状部材とがソルダーレジストにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ基板。
前記炭素繊維強化樹脂板が、炭素繊維の方向を一方向にそろえた複数枚のシートを炭素繊維の方向を変えて積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ基板。
前記板状部材が樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ基板。