JP2005228916A

JP2005228916A - 中心位置を偏らせたスルーホールを有する半導体搭載用プリント配線板

Info

Publication number: JP2005228916A
Application number: JP2004036225A
Authority: JP
Inventors: Akimasa Tanaka; 田中章雅; Toru Yamada; 徹山田; Takashi Fukui; 孝福井; Tadashi Ando; 正安藤
Original assignee: NIPPON CIRCUIT KOGYO KK
Current assignee: NIPPON CIRCUIT KOGYO KK
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】配線パターンの高密度化に対応できるプリント配線板の提供。
【解決手段】
テーパー状貫通孔の内壁面及び小径側端部を、めっき加工により金属でめっき及び封止して、表裏回路を導通させた複数のテーパー状スルーホールを有し、かつ該スルーホールの表裏部にボールパッド及び／又はバンプパッドを設けた半導体搭載用プリント配線板において、該スルーホール中に、該スルーホールの中心位置をボールパッド及び／又はバンプパッドの範囲内で、又はパッド端から外に１００μｍ以内の範囲で偏らせた１個又はそれ以上のスルーホールが設けられていることを特徴とするプリント配線板。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器、電気機器、コンピューター、通信機器等に用いられるプリント配線板に関する。更に詳しくは、ピングリッドアレイ、ボールグリッドアレイ、チップサイズパッケージ、ＭＣＭ等に使用する半導体搭載用プリント配線板に関する。

半導体の高集積化に伴って、プリント配線板の高密度化が必要となっている。特に、半導体を搭載する上記分野で用いられるプリント板においては、多層化、配線パターンの細線化ばかりでなく、めっき化により表裏回路を導通させるスルーホールの微細化が急激に進んでいる。スルーホールの微細化は、同スルーホール用のランドを小さく出来るため、配線パターンの高密度化に寄与する。しかし、スルーホールランドとボールパッド及び／又はバンプパッドは別に配置されるため、高密度化に制約があった。又、従来の円筒状のスルーホールでは、実装される部品への影響を防止するため、絶縁性樹脂や導電性ペーストで孔埋めすることが行われてきた。しかしながら孔埋め樹脂の陥没、脱落、水分の透過等の問題が発生していた。かかる問題を解決するため、本発明者等は先に、テーパー状スルーホールを有するプリント配線板を提案した（特許文献１，２）。しかしながら、このプリント配線板においても、配線パターンの高密度化という問題を解決しうるものではなかった。更に、本発明者等はビアインパッド構造の半導体搭載用プリント配線板を提案した（特許文献３）。しかし、このプリント配線板においても、配線パターンの高密度化は十分ではなかった。

特開２０００−７７５６８号公報特開２０００−７７８０９号公報特願２００３−１７５７２３号

通常、ボールパッドやバンプパッドはスルーホールランドとは別に配置し繋げるが、スルーホールランドをそのままボールパッドやバンプパッドとして使えば、更に高密度化できる。しかし、スルーホール部をボールパッドやバンプパッドとするためには、樹脂で孔埋めした後蓋めっきを施す必要があった。樹脂孔埋め−蓋めっきの方法は工数が掛かるばかりでなく、表層の銅厚が厚くなる為、配線の微細化が困難であった。また、通常のスルーホールについてはめっきで孔埋めすることが困難であった。
その為、本発明者等はそれを解決する手段を発明し、先に特願２００３−１７５７２３号として提案した。その主な内容は「テーパー状貫通孔の内壁面及び小径側端部を、めっき加工により金属でめっき及び封止し、表裏及び／又は内層回路を接続させたテーパー状スルーホールを有するプリント配線板であって、該スルーホール部の少なくとも小径側端部にボールパッド又はバンプパッドが設けられていることを特徴とする半導体搭載用プリント配線板」である。しかしながら、本分野では、更に高密度化を要求されており、ボールパッドやバンプパッドの狭ピッチ化や多列配置化が進む中、スルーホールランド間に配線をより多数配置する必要が出てきた。しかし、スルーホールランド間のスペースが限られた中、必要な配線数を確保できないという問題があった。

本発明者等は、かかる問題点の解決のため、テーパー状貫通孔の内壁面及び小径側端部を、めっき加工により金属でめっき及び封止して、表裏回路を導通させた複数のテーパー状スルーホールを有し、かつ該スルーホールの表裏部にボールパッド及び／又はバンプパッドを設けた半導体搭載用プリント配線板において、該スルーホール中に、該スルーホールの中心位置がボールパッド及び／又はバンプパッドの範囲内で、又はパッド端から外に１００μｍ以内の範囲で偏らせた１個又はそれ以上のスルーホールが設けられていることを特徴とするプリント配線板、とすることにより、必要な部位により多くの配線数を確保できることを見出し、本発明を完成させた。

端部の封止されたテーパー状スルーホールを設け、該スルーホールの端部にバンプパッドやボールパッドを設けた、高密度化された半導体搭載用プリント配線板において、上記
複数のテーパー状スルーホールの内、特定のテーパー状スルーホールの中心位置をボールパッド又はバンプパッドの中心ではなく、他のテーパー状スルーホールの中心位置配列から行及び／又は列方向にずらして配置することにより、テーパー状スルーホール大径端部側の特定のランド間を広げ、同部位の配線数を増加することにより、より高密度化された半導体搭載用のプリント配線板の提供が可能となった。

本発明を図１に基づいて説明する。本発明のプリント配線板で使用される絶縁基材１（図１（A））はエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等の積層板あるいはガラス繊維あるいはガラス布入り積層板等であり、フィルム状の絶縁材料も使用できる。プリント配線板あるいは半導体パッケージとして使用されている絶縁材料であれば使用できる。両面板でも、多層板でも使用できる。絶縁基材としては表裏に銅箔等の導電層２（図１（A））を持つものも使用できる。以下、これらを総称して積層板等と述べる。

積層板等の貫通孔となる場所に、テーパー状の貫通孔３（図１（B））を作り、パネルめっき法（無電解めっき４と電解めっき５等）によりテーパー状貫通孔の絶縁基材の表裏を導通接続させてスルーホール８を形成すると共に、小径側の端部をめっき金属で封止する。その後、公知のサブトラクティブ法により、表裏をパターン化する際、ボールパッド６（図１（E））を該テーパー状スルーホール部に配置する。あるいは、パターンめっき法（アディティブ法、セミアディティブ法等）によるパターン形成時に同時に該スルーホール内をめっきし、表裏導通接続と共に小径側端部をめっき封止することで、ボールパッド又はバンプパッドを該スルーホール部に配置したものとすることもできる。図１（F）は、テーパー状スルーホールの大径端部側及び小径端部側のボールパッド間をソルダーレジスト７で封止したプリント配線板を示す。

本発明では、テーパー状スルーホールの内特定のテーパー状スルーホールの中心位置をボールパッド又はバンプパッドの中心ではなく、他のテーパー状スルーホールの中心位置から列及び／又は行方向に偏った方向にずらして配置する。それによって、図２は、小径端部側をボールパッドとし、該ボールパッドが４列配置の場合を示し、中央部配置の特定のテーパー状スルーホールの中心位置を図に向かって右方向に偏らせることにより（図２右）、大径側（図２では部品面側）の特定のスルーホールランド間を広げることができ、その結果同部位の配線数を増加できる。配線数を増やす必要があるのはすべてのスルーホールランド間ではなく、特定のスルーホールランド間である場合が多く、そのような場合に本発明は有効である。これは、テーパー状スルーホールの小径側の径が小さいことを利用したものである。図３では、小径側端部をボールパッドとし、該ボールパッドが５列配置の場合を示し、ボンドパッド側から第１列めのスルーホールの中心位置をボンドパッド側及びその逆方向側に偏らせる（図３右）ことで、部品面側（大径側）配線数の増加が可能となった例である。テーパー状スルーホールの中心位置の偏り距離は、通常ボールパッド内又はバンプパッド内であるが、それらのパッド端から外に１００μｍ以内であれば、パッド外に出ても本発明の効果は得られる。図４はボールパッドが５列配置の場合を示し、図４右は中心位置の偏りが１００μm以内の場合の例を示した。１００μm超えの場合には、スルーホールランドを別に配置せざるを得ず、本発明の特定部位の高密度配線という目的を達成しえないこととなる。なお、図２、３及び４において、例えば図２右とは紙面に向かって右側に記載された図を示している。

図２〜図４に示された態様について、例示により更に詳細に説明する。図２はライン／スペース＝４０／４０μm、ボンドパッド幅／スペース＝７５／３５μm、ボールパッド径３５０μm、ボールパッド配列４列、ボールパッドピッチ４００μm、スルーホールランド径１６０μmのＣＳＰにおいて、大径側端部孔径８０μm、小径側端部孔径２０μmの場合を示す。従来の態様を示す図２左の場合には、ＩＣとの接続点であるボンドパッド１３とスルーホール８を繋げる配線が取れない配線１５が発生する。本発明の一態様である図２右の場合には中央部のスルーホール８の中心位置を他のスルーホール８の中心位置配列から図示したようにに偏らせることにより、同じライン／スペースルールで配線１６が可能となる。

図３は、ライン／スペース＝４０／４０μm、ボンドパッド幅／スペース＝７５／３５μm、ボールパッド径３５０μm、ボールパッド配列５列、ボールパッドピッチ５００μm、スルーホールランド径１６０μmのＣＳＰにおいて、大径側端部孔径８０μm、小径側端部孔径２０μmの場合を示す。従来の態様を示す図３左の場合には、ボンドパッド１３とスルーホール８を繋げることのできない配線１５が生ずる。本発明の態様を示す図３右の場合には、ボンドパッド１３側に最も近い位置にある３個のスルーホール中心位置を図示したように、偏らせることにより、同じライン／スペースルールで配線１６が可能となる。

図４は、ライン／スペース＝４０／４０μm、ボンドパッド幅／スペース＝７５／３５μm、ボールパッド径４５０μm、ボールパッド配列５列、ボールパッドピッチ５００μm、スルーホールランド径１６０μmのＣＳＰにおいて、大径側端部孔径８０μm、小径側端部孔径２０μmの場合を示す。従来の態様を示す図４左の場合には、ボンドパッド１３とスルーホール８を繋げることのできない配線１５が生ずる。本発明の態様を示す図４右の場合には、ボンドパッドに最も近い位置にあるスルーホールの中心位置を図示したように偏らせることにより、同じライン／スペースルールで配線１６が可能となる。

主として両面基板について説明してきたが、多層基板においても同様のデザインとできる。また、ワイヤボンドではなく、フリップチップの場合においても、同様のデザインとでき、高密度化が可能となる。

テーパー状の貫通孔の形成は、好ましくはレーザー加工により、更に好ましくはＵＶレーザー加工による。ＵＶレーザーを用いて、積層板等に通常の円筒状の貫通孔を形成する場合は、ＵＳＰ５，５９３，６０６にもあるように、小さなレーザー加工スポットをオーバーラップさせて多数照射することで、即ちトレパニング加工することで可能である。一方、本発明のテーパー状貫通孔を形成する場合は、同様なトレパニングによるが、積層板等の上面から見て、貫通孔の周辺部より中心部がより加工が進むようなレーザーエネルギー及びショット数を用いるのが好ましい。加工時にレーザー加工用エントリーシートやバックアップシートを積層板等の表裏に配置するのは、作業の円滑な進行を図る上で好ましい。ＵＶレーザー加工条件は、被加工材の厚みや金属導体厚みにより変わるものであり、１ショットのエネルギー、ショット位置、ショット数、合計エネルギー等を制御して実施される。

炭酸ガスレーザーを用いて、銅張り積層板に貫通孔を形成する場合は、該貫通孔形成部分の銅箔をエッチングにより除去してからレーザー照射して加工する、銅面を黒化処理やエッチング処理してからレーザー照射する、あるいはレーザー加工用エントリーシートを載せてからレーザー照射する等の方法が採用される。テーパー状貫通孔形成のためには、照射エネルギー、パルス数、マスク径等の制御が必要である。加工テーブルを傷つけないため、レーザー加工用バックアップシートをレーザー出射側に配置しても良い。レーザー加工では、炭酸ガスレーザーとＵＶレーザーを併用しても良い。例えば、先に炭酸ガスレーザーで加工し、小径側端部開口部の形成にＵＶレーザーを用いても良い。レーザー用エントリーシートやバックアップシートとしては、特開１９９９−３４６０５９Ａに記載のもの等が使用できる。

テーパー状貫通孔の小径側端部の直径は、好ましくは５−７０μｍである。５μｍより小さいとめっき加工の際、めっき液を撹拌したり振動させたりしても、その小径の孔の内部にめっき液を連続して供給することが難しい。また、めっき金属で封止ができても、絶縁基材の表裏の導体間を接続させるめっき層の小径部の断面積が小さくなり、接続信頼性が低下する。一方、７０μｍより大きいと、パネルめっきのめっき加工において、小径側端部が封止できないとか、めっき厚が厚くなりすぎ、精度の良いパターン形成が出来にくいという問題が生じる。また、パターンめっき法においては、小径端部をめっき封止するために、めっき厚を厚くするにはめっきレジストとして厚いものを使用しなければならず、やはり精度の良いパターンを形成しにくいという問題がある。小径側端部の開口径は、より好ましくは１０〜５０μｍであり、更に好ましくは１５−４０μｍである。大径側端部の直径は、好ましくは最大２００μｍである。２００μｍより大きいと、ランド径が大きくなり、高密度化は阻害される。また、孔埋めめっきする場合、めっきに時間が掛かることとなり、コストアップとなる。大径側端部の直径は、より好ましくは１５０μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下である。

めっき加工は、パネルめっきやパターンめっき等、通常行われる方法を使用することができる。また、パルスめっきを併用することでテーパー状のスルーホール内を孔埋めめっきしても良い。テーパー状スルーホールの孔埋めめっきは、テーパー状スルーホールの大径側端部をもボールパッドまたはバンプパッドとする場合に好適である。

本発明では、めっき封止されたテーパー状スルーホール内を絶縁性物質で被覆または充填しても良い。絶縁性物質としては、一般にソルダーレジストと呼ばれる塗料が使用される。また熱硬化性樹脂、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、ＵＶと熱による硬化性樹脂等も使用できる。それらの樹脂は無機フィラー成分を含むものであっても良い。

両表層をパターン化した後、両表層にソルダーレジストを配置し、ボンドフィンガーパッド、ボールパッド、バンプパッド、モールドゲート等の箇所にはソルダーレジストがない状態とするのが一般的である。それらのレジストのない部分は、電解ニッケル・金めっき、無電解ニッケル・金めっき、無電解金メッキ、有機防錆、半田プリコート等の表面処理を適宜実施する。表裏が違う表面処理や部分的に異なる処理も必要により選択される。

以下図５〜図９に基づいて、本発明で使用されるテーパー状スルーホールの各種態様について説明する。図５は、図１（D）のめっき工程でテーパー状スルーホールをめっきで埋め込み、小径側端部にバンプパッド９を、大径側端部にボールパッド６を設けた例を示している。図６は、図１（F）の工程で作成されたプリント配線板の小径側端部のボールパッド６に半田ボール１０を搭載した場合を示している。図７は、図５のプリント配線板の小径側端部に設けたバンプパッド９（上面）に半田プリコート１１を、大径側端部のボールパッド６（下面）に半田ボール１０を搭載した場合を示している。図８は、４層板に設けられたテーパー状スルーホールをソルダーレジスト７で充填し、小径側端部に設けられたボールパッド６に半田ボール１０を搭載した場合を示している。図９は、４層板に設けられたテーパー状スルーホールをめっき充填し、小径側端部のバンプパッド９に半田プリコート１１を、大径側端部のボールパッド６に半田ボール１０を搭載した場合を示している。

このようにして形成されたプリント配線板は、半導体を搭載するパッケージとして、より高密度にできるため、同一面積であれば多端子化でき、同一端子数では面積を小さくできるという利点を有している。

パターン及びテーパー状スルーホールの配置として、図２右に示したデザインを有するチップサイズパッケージ（CSP）基板を以下の手順により作成した。
積層板として、両面に３μｍの銅箔を有する、厚さ１００μｍのガラス布入りＢＴ（ビスマレイミドトリアジン樹脂）両面銅張積層板（“CCL-HL832HS”、三菱ガス化学社製）を使用した。該積層板の裏側にアルミ箔製のバックアップシート（“LSB-90”、三菱ガス化学社製）を張り合わせた後、積層板にＵＶレーザー（“YB-HYS401T01”、松下産業機器社製）にてテーパー状の貫通孔を形成した。ＵＶレーザー加工条件を表１に示す。得られたテーパー状貫通孔の断面形状は、小径側端部２０μｍ、大径側端部８０μｍの円錐形であった。次に、無電解めっき、電気めっきにて銅めっきを行った。電気めっき時の電流密度（５Ａ／ｄm²基板）を制御することにより、テーパー状スルーホールの内壁面をめっき処理して銅層を形成すると同時に、小径側端部をめっきで封止し、表裏の銅箔を導通して、テーパー状スルーホールを得た。めっき厚はスルーホール内で１５〜２８μｍであった。その断面をカットして調べた結果、銅めっきされたテーパー状スルーホールは小径側端部が銅めっき封止されていた。めっき終了後、両表層のパターン化を通常のサブトラクティブ法、即ちドライフィルムエッチングレジストを用いて、エッチングによって行った。その際、前記のデザインに従い、一部のテーパー状スルーホールについて、該テーパー状スルーホールの小径側端部がボールパッド内ではあるが、中心ではない位置とするパターン配置とした。その後、ソルダーレジスト（”ＰＳＲ４０００ＡＵＳ３０８”、太陽インキ製）を塗布・乾燥・パターン化し、表側（部品面）のボンドパッド部や裏面（ボール面）のボールパッド部（ソルダーマスクデファインＳＭＤの形）を開口として、最終硬化させた。その後、めっきリードを介して、電解ニッケル・金メッキを施し、該ボンドパッドとボールパッドの表面を金メッキした。（図１参照）

（表１） UVレーザー加工条件（一孔当たり）

端部の封止されたテーパー状スルーホールを設け、一部のスルーホールの中心位置をパッド中心から偏らせることにより、配線を増やした、即ち高密度化された半導体搭載用のプリント配線板が提供された。

テーパー状スルーホールの小径側端部にボールパッドを設けた本発明のプリント配線板を示す説明図である。テーパー状スルーホールの中心位置を他のテーパー状スルーホールの中心位置の配列から偏らせたテーパー状スルーホールと偏らせていないテーパー状スルーホールを設けたプリント配線板の配線状況を示す説明図である。テーパー状スルーホールの中心位置を他のテーパー状スルーホールの中心位置の配列から偏らせたテーパー状スルーホールと偏らせていないテーパー状スルーホールを設けたプリント配線板の配線状況を示す説明図である。テーパー状スルーホールの中心位置を他のテーパー状スルーホールの中心位置の配列から偏らせたテーパー状スルーホールと偏らせていないテーパー状スルーホールを設けたプリント配線板の配線状況を示す説明図である。テーパー状スルーホールをめっき充填し、小径側及び大径側端部にバンプパッドとボールパッドを設けた本発明のプリント配線板を示す説明図である。テーパー状スルーホールにソルダーレジストを充填し、小径側端部に半田ボールを搭載した本発明のプリント配線板を示す説明図である。めっき充填したテーパー状スルーホールの両端部にパッドを設け、半田プリコート、半田ボールを搭載した本発明のプリント配線板を示す説明図である。４層板に設けたテーパー状スルーホールにソルダーレジストを充填し、小径側端部にボールパッドと半田ボールを搭載した本発明のプリント配線板を示す説明図である。４層板に設けたテーパー状スルーホールをめっき充填し、両端部に設けたパッドに半田ボールと半田プリコートを搭載した本発明のプリント配線板を示す説明図である。

符号の説明

１絶縁基材（積層板等）
２貫通孔
３銅箔
４無電解めっき
５電解めっき
６ボールパッド
７ソルダーレジスト
８スルーホール
９バンプパッド
１０半田ボール
１１半田プリコート
１２スルーホールランド
１３ボンドパッド
１４スルーホール位置がボールパッドの中心でも可能な配線ライン
１５スルーホール位置がボールパッドの中心では不可能な配線ライン
１６スルーホール位置を偏らせたことにより可能となった配線ライン

Claims

テーパー状貫通孔の内壁面及び小径側端部を、めっき加工により金属でめっき及び封止して、表裏回路を導通させた複数のテーパー状スルーホールを有し、かつ該スルーホールの表裏部にボールパッド及び／又はバンプパッドを設けた半導体搭載用プリント配線板において、該スルーホール中に、該スルーホールの中心位置をボールパッド及び／又はバンプパッドの範囲内で、又はパッド端から外に１００μｍ以内の範囲で偏らせた１個又はそれ以上のスルーホールが設けられていることを特徴とするプリント配線板。
プリント配線板が、内層回路を有し、かつ表裏回路と内層回路とを接続させたテーパー状スルーホールを有する請求項１記載のプリント配線板。