JP2005333078A

JP2005333078A - プリント配線板

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Publication number: JP2005333078A
Application number: JP2004152303A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Inagaki; 靖稲垣; Masaki Ono; 正樹大野
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP4521223B2

Abstract

【課題】半導体チップと樹脂との熱膨張差に起因する電気的接続の不良を防止しつつスルーホールのピッチを短くすることができる。
【解決手段】プリント配線板１０のコア基板２０は、絶縁性樹脂層２２よりも熱膨張係数が小さく導電性を有する金属コア２１を含んでなり、該コア基板２０のうち半導体チップ６０の直下の領域には金属コア不存在部分Ａ１が形成され、この金属コア不存在部分Ａ１に形成されるスルーホール２６，２７は金属コア２１に形成されるスルーホール２８に比べて密に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板に関する。

近年の集積回路技術の進展により、半導体チップの入出力端子の数が増大している。それに対応するため、半導体チップをプリント配線板に搭載する方式としてフリップチップ方式が採用されることがある。このフリップチップ方式では、半導体チップの主平面に入出力端子を格子状又は千鳥状等の二次元に配置し、樹脂製のプリント配線板の表面にもこれと対応する位置にパッドを形成し、両者をはんだバンプで接合する。ところで、半導体チップであるシリコンの熱膨張係数（約３．５ｐｐｍ／℃）は、樹脂製のプリント配線板（約１２〜２０ｐｐｍ／℃）と比較して熱膨張係数が著しく小さいため、半導体チップの使用時に両者の熱膨張差によりはんだバンプが破壊されるおそれがあった。この問題を解決するために、熱膨張係数がシリコンと樹脂の間の値をもつ金属コアの上下両面が絶縁性樹脂層で挟まれた構造のコア基板をプリント配線板の構成要素として採用し、プリント配線板の熱膨張係数をシリコンに近づけることによりプリント配線板と半導体チップとの熱膨張差によるはんだバンプの破壊を防止することが提案されている（例えば特許文献１，２）。
特開２００２−３３５０５７号公報特開２０００−１３８４５３号公報

しかしながら、上述の金属コア基板を採用したプリント配線板では、上下方向に貫通するスルーホールの内部を導通するスルーホール導体が複数形成されるが、コア基板の金属コアが全面にわたって設けられているため、スルーホールを密に形成することができないという問題があった。即ち、コア基板にスルーホール導体を形成する場合には、まず大径のスルーホールを開け、このスルーホールに絶縁性樹脂を充填したあと、今度は小径のスルーホールを絶縁性樹脂内に形成し、この小径のスルーホール内に導体層を形成する。このため、隣り合うスルーホール導体同士の間には、絶縁性樹脂、金属コア、絶縁性樹脂が介在することになり、スルーホールのピッチを短くすることができないという問題があった。

本発明は、半導体チップと樹脂との熱膨張差に起因する電気的接続の不良を防止しつつスルーホールのピッチを短くすることができるプリント配線板を提供することを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

即ち、本発明は、
金属コアの上下両面が絶縁性樹脂層で挟まれた構造であり上下方向に形成されたスルーホールの内部を導通するスルーホール導体を備えたコア基板と、
該コア基板の少なくとも片面に形成され電気絶縁性を有する絶縁層と前記スルーホール導体に電気的に接続される導体層とが交互に積層されたビルドアップ層と、
該ビルドアップ層のうち最上面に設けられ半導体チップと電気的に接続されるパッドと、
を備えたプリント配線板であって、
前記コア基板のうち前記半導体チップの直下の領域には前記金属コアが存在せず絶縁性樹脂材が存在する金属コア不存在部分が設けられ、該金属コア不存在部分には他の部分に比べて前記スルーホールが密に設けられているものである。

このプリント配線板では、コア基板のうち金属コアの部分には、隣り合うスルーホール導体同士の間に樹脂、金属コア、樹脂が介在することになるため小さなピッチでスルーホールを形成することはできないが、半導体直下の金属コア不存在部分には、隣り合うスルーホール同士の間に樹脂は介在するものの金属コアは介在しないため小さなピッチで密にスルーホールを形成することができる。なお、請求項中の「上」又は「下」は相対的な位置関係を便宜的に表現したものに過ぎないので、例えば上下を入れ替えたり上下を左右に置き換えたりしてもよい。

ここで、コア基板に用いられる絶縁性樹脂層や絶縁性樹脂材は、特に限定されるものではないが、絶縁性、耐熱性等を考慮して適宜選択すればよく、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ（ビスマレイミド−トリアジン）樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等のほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布など）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料、あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料などが挙げられる。

また、金属コアに用いられる金属は、特に限定されるものではないが、導電性やコスト、スルーホール形成の容易性等を考慮して適宜選択すればよく、例えば、銅、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、モリブデンなどの金属単体；アルミニウム青銅（Ｃｕ−Ａｌ系）、りん青銅（Ｃｕ−Ｐ系）、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系）、キュプロニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ系）などの銅合金；ステンレス（Ｆｅ−Ｃｒ系やＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系等の合金）、いわゆる３６アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金、３６％Ｎｉ）、いわゆる４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金、４２％Ｎｉ）、いわゆる５０アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金、５０％Ｎｉ）等の鉄合金；ニッケル合金（Ｎｉ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ系等の合金）；コバルト合金（Ｃｏ−Ｐ系、Ｃｏ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ系等の合金）；スズ合金（Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｐｄ系等の合金）などが挙げられる。

本発明のプリント配線板において、前記金属コアは、前記絶縁性樹脂層よりも小さな熱膨張係数を持つ金属からなることが好ましい。こうすれば、プリント配線板全体の熱膨張係数が下がり、搭載される半導体チップとプリント配線板との熱膨張差が小さくなる。したがって、熱膨張差に起因する電気的接続の不良（例えばクラックの発生等）を防止することができる。なお、金属コアは、絶縁性樹脂層及び金属コア不存在部分の絶縁性樹脂材の両者よりも小さな熱膨張係数を持つことが好ましい。

本発明のプリント配線板において、前記金属コア不存在部分には、前記半導体チップの電源端子と電気的に接続される電源用スルーホール導体と前記半導体チップのグランド端子に電気的に接続されるグランド用スルーホール導体とが少なくとも２対以上交互に並んでいてもよい。こうすれば、電源用スルーホール導体とグランド用スルーホール導体とが交互に並んでいる箇所では、相互インダクタンスが減少し、高周波領域（３ＧＨｚ以上）で作動する半導体チップの誤動作が少なくなる。即ち、半導体チップの電源回路のスイッチング時に流れる瞬時的な電流によって変動する電源電位は相互インダクタンスに依存するため、相互インダクタンスが小さいほど電源電位の変動が小さくなり半導体チップの誤動作が少なくなるのである。なお、金属コア不存在部分のうち電源用スルーホール導体とグランド用スルーホール導体とが交互に並んでいる箇所以外の箇所では、電源用スルーホール導体とグランド用スルーホール導体とがランダムに並んでいたりしてもよいが、金属コア不存在部分の全体にわたって電源用スルーホール導体とグランド用スルーホール導体とが交互に並んでいることが好ましい。

本発明のプリント配線板において、前記金属コアには、前記半導体チップのシグナル端子と電気的に接続されるシグナル用スルーホール導体が設けられ、前記金属コア不存在部分には、前記半導体チップの電源端子及びグランド端子とそれぞれ電気的に接続されるが前記金属コアに導通されない電源用スルーホール導体及びグランド用スルーホール導体が設けられていてもよい。こうすれば、金属コアを貫通するシグナル用スルーホール導体にノイズがのりにくいため、高周波領域（３ＧＨｚ以上）で作動する半導体チップの誤動作が少なくなる。

本発明の多層プリント配線板において、前記コア基板のうち前記金属コア不存在部分の上下面には補強用クロスが配置されていてもよい。こうすれば、金属コア不存在部分の絶縁性樹脂材にクラックが発生したとしても、補強用クロスがクラックの伸展を阻止するため、クラックによるダメージを最小限にとどめることができる。また、補強用クロスの存在により金属コア不存在部分の上下面が平坦化される。このため、ビルドアップ層が平坦となり、インピーダンス制御が容易となる。ここで、補強用クロスとしては、例えばガラスクロス、無機織布、有機織布、無機不織布、有機不織布などが挙げられる。

本発明の多層プリント配線板において、前記コア基板のうち前記金属コア不存在部分の絶縁性樹脂材には低熱膨張係数のフィラーが分散されていてもよい。こうすれば、金属コア不存在部分の熱膨張係数は樹脂のみの場合に比べて低くなるため、この部分に熱膨張差によるクラックが発生するのを防止することができる。ここで、フィラーとしては、コア基板に使用される絶縁性樹脂材よりも熱膨張係数が低い材料であれば特に限定されるものではないが、例えばガラス製フィラー、アルミナ製フィラー、ジルコニア製フィラーなどが挙げられる。なお、絶縁性樹脂層にもこの種の低熱膨張係数のフィラーが分散されていてもよい。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるプリント配線板の構成の概略を示す断面図である。本実施形態のプリント配線板１０は、図１に示すように、複数のスルーホール導体２６ａ，２７ａ，２８ａが形成されたコア基板２０と、このコア基板２０の両面に形成されたビルドアップ層３０と、このビルドアップ層３０の最上面に形成され半導体チップ６０とはんだバンプ４２を介して電気的に接続されるパッド３８とを備えている。なお、以下には「上」や「下」と表現することがあるが、これは相対的な位置関係を便宜的に表現したものに過ぎず、例えば上下を入れ替えたり上下を左右に置き換えたりしてもよい。

コア基板２０は、３６アロイ製の金属コア２１と、この金属コア２１の上下両面に設けられた絶縁性樹脂層２２とを備えている。この絶縁性樹脂層２２は、積層された補強用クロス２３を有している。金属コア２１は、絶縁性樹脂層２２よりも小さな熱膨張係数を持ち導電性を有するものであり、プリント配線板１０の熱膨張係数を絶縁性樹脂層２２の熱膨張係数（約１２〜２０ｐｐｍ／℃）と半導体チップ６０の主成分であるシリコンの熱膨張係数（約３．５ｐｐｍ／℃）との間の値にする役割を果たすものである。この金属コア２１は、上下方向を貫通する大径の中央孔２４と、この中央孔２４の周囲に多数設けられた縦孔２５を有している。中央孔２４は、半導体チップ６０の直下領域に開けられている。このため、コア基板２０のうち半導体チップ６０の直下領域には金属コア２１は存在しない。この中央孔２４の内部領域を金属コア不存在部分Ａ１と称することとする。この金属コア不存在部分Ａ１は絶縁性樹脂材５０によって埋められているが、ここには電源用スルーホール２６やグランド用スルーホール２７が形成され、各スルーホール２６，２７の内壁には半導体チップ６０の電源端子に接続される電源用スルーホール導体２６ａや半導体チップ６０のグランド端子に接続されるグランド用スルーホール導体２７ａが形成されている。電源用スルーホール２６やグランド用スルーホール２７は、交互に配置されて全体として千鳥状又は格子状となっている（図５（ｂ）参照）。一方、縦孔２５の内部領域も絶縁性樹脂材５０によって埋められているが、ここには、シグナル用スルーホール２８が形成され、このシグナル用スルーホール２８の内壁にはシグナル用スルーホール導体２８ａが形成されている。

ここで、金属コア不存在部分Ａ１において隣り合う電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａは、図２（ａ）に示すように、両者の間に介在する絶縁性樹脂材５０によって絶縁されている。これに対して、金属コア２１において隣り合うシグナル用スルーホール導体２８ａ同士は、図２（ｂ）に示すように、両者の間に介在する絶縁性樹脂材５０，金属コア２１，絶縁性樹脂材５０によって絶縁されているが同時に金属コア２１とも絶縁されている。このため、電源用スルーホール２６とグランド用スルーホール２７（半導体チップ６０の直下領域のスルーホール２６，２７）はシグナル用スルーホール２８（半導体チップ６０の直下領域外のスルーホール２８）に比べて密に、つまり小さなスルーホールピッチ（隣り合うスルーホールの中心間距離）で形成されている。また、各スルーホール導体２６ａ，２７ａ，２８ａの上下両面には銅からなる配線パターン２９，２９が形成されている。

ビルドアップ層３０は、コア基板２０の上下両面に樹脂絶縁層３１，３４と導体層３２，３５とを交互に積層したものである。ここで、樹脂絶縁層３１，３４としては、変成エポキシ系樹脂シート、ポリフェニレンエーテル系樹脂シート、ポリイミド系樹脂シート、シアノエステル系樹脂シートなどが挙げられ、その厚みは概ね２０〜８０μｍが好適である。このビルドアップ層３０は、コア基板２０の配線パターン２９と第１の導体層３２とが第１のバイアホール導体３３を介して電気的に接続され、第１の導体層３２と第２の導体層３５とは第２のバイアホール導体３６を介して電気的に接続されている。このようなビルドアップ層３０は、周知のサブトラクティブ法やアディティブ法（セミアディティブ法やフルアディティブ法を含む）により形成される。

パッド３８は、半導体チップ６０の外部端子と対向する位置に形成され、はんだバンプ４２を介して半導体チップ６０と電気的に接続されている。本実施形態では、周縁部のパッド３８は平坦な第２の導体層３５上に形成され、中央寄りのパッド３８は窪んでいる第２のバイアホール導体３６に形成されている。このように周縁部のパッド３８を平坦形状にしたのは、半導体チップ６０とプリント配線板１０との熱膨張差によって発生する応力は周縁部ほど大きいことを考慮して、応力の集中しやすい部分（例えば窪んだ形状における角張った部分や、はんだバンプ４２内に生じるボイドなど）をなくすためである。また、ビルドアップ層３０の最上面にはソルダーレジスト層４０が形成され、パッド３８が露出するようにソルダーレジスト層４０が開口されている。半導体チップ６０の外部端子のうち、電源端子及びグランド端子は、ビルドアップ層３０の第１及び第２の導体層３２，３５を経て金属コア不存在部分Ａ１に形成された電源用スルーホール導体２６ａやグランド用スルーホール導体２７ａと電気的に接続され、シグナル端子は、ビルドアップ層３０の第１及び第２導体層３２，３５を経て金属コア２１に形成されたシグナル用スルーホール導体２８ａに接続されている。なお、中央寄りのパッド３８はバイアホール内を導電性材料で充填することによりフィルドビアとした方が、接続信頼性や半導体チップのトランジスタへの電源供給の点から好ましい。具体的には、トランジスタの電圧不足が発生しにくく、高周波領域（３ＧＨｚ以上）でも誤動作が発生しにくい。

次に、本実施形態のコア基板２０の作製手順の一例を、図３〜図５に基づいて説明する。まず、金属コア２１として、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの３６アロイ製の金属板を用意し（図３（ａ）参照）、この金属コア２１のうち半導体チップ６０（図１参照）が搭載されたときその半導体チップ６０の直下領域となる箇所に中央孔２４を設けると共にこの中央孔２４の周囲にφ３５０μｍの縦孔２５をピッチが５５０μｍとなるように多数設ける（図３（ｂ）参照）。なお、３６アロイの熱膨張係数は約１．７×１０^-6／℃である。この中央孔２４や縦孔２５は、例えば以下のようにして作製する。すなわち、金属コア２１の両面にドライフィルムを貼り付け、次いでドライフィルムに写真法によりパターニングを行って中央孔２４や縦孔２５を形成する位置に開口を設け、次いでエッチングにより開口から金属コア２１を浸食させて中央孔２４や縦孔２５を形成し、その後ドライフィルムを剥離する。次に、銅めっきを施すことにより、金属コア２１の両面や中央孔２４の内壁、縦孔２５の内壁に数μｍ〜数１０μｍの銅めっき層２１０を形成し（図３（ｃ）参照）、この銅めっき層２１０の表面を黒化処理やメック社製のＣｚ液で表面を粗化する。このように表面を粗化するのは、樹脂との密着性を向上させるためである。なお、金属コア２１の両面等に銅めっき層２１０を形成したのは、本実施形態の金属コア２１は３６アロイ製つまり鉄合金製であり容易に粗化できないのに対して、銅は粗化しやすいからである。次に、金属コア２１の両面に、無機フィラーが分散されたＢステージの熱硬化性樹脂２１２を補強用クロス２１４に含浸させたプリプレグ２１６を配置し、更にその両面に所定厚さの銅箔２１８を配置し（図３（ｄ）参照）、その後加熱・加圧プレスを施す。これにより、プリプレグ２１６の熱硬化性樹脂２１２が無機フィラーと共に補強用クロス２１４を通過して金属コア２１の中央孔２４や縦孔２５へ進入したあと完全に硬化する（図３（ｅ）参照）。

ここで、プリプレグ２１６を構成する熱硬化性樹脂２１２としては、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＢＴ樹脂などが挙げられる。また、プリプレグ２１６を構成する補強用クロス２１４としては、例えば、ガラスクロス、有機織布（例えばアラミド系織布など）、有機不織布、無機織布、無機不織布などが挙げられる。更に、プリプレグ２１６を構成する無機フィラーとしては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコニア等の低熱膨張係数の無機フィラーが挙げられる。なお、無機フィラーの含有量は、特に限定するものではないが、金属コア２１の中央孔２４に熱硬化性樹脂と共に効率よく進入させることを考慮すれば、６０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％の範囲であることが好ましい。６０ｖｏｌ％を下回ると、十分な量の無機フィラーが金属コア２１の中央孔２４に達しないためこの部分の樹脂の熱膨張係数が十分低くならないおそれがあり、９０ｖｏｌ％を上回ると、プリプレグ２１６中の樹脂成分が不足して十分な接着力が得られないおそれがあるからである。また、銅箔２１８の厚みは、後に形成されるビルドアップ層３０上の導体層３２，３５等の厚みに対して、１．２倍以上（例えば１８〜１５０μｍ程度）が好適である。その範囲であると電源電圧の降下による半導体チップ６０の誤動作が発生しにくいからである。

次に、両面に設けた銅箔２１８にドライフィルムを貼り付け、通常の写真法により銅箔２１８のパターニングを行う（図４（ａ）参照）。続いて、銅箔２１８を黒化処理等で粗化したのち、無機フィラーが分散されたＢステージの熱硬化性樹脂２２２を補強用クロス２２４に含浸させたプリプレグと所定厚さの銅箔２２８を配置したあと加熱・加圧プレスを施すことにより、補強用クロス２２４、熱硬化性樹脂２２２及び銅箔２２８がこの順で積層された状態となる（図４（ｂ）参照）。ここで、図４（ｂ）において、熱硬化性樹脂２１２のうち中央孔２４や縦孔２５に入り込んだものがコア基板２０の絶縁性樹脂材５０になり，それ以外の熱硬化性樹脂２１２と熱硬化性樹脂２２２に加えて補強用クロス２２４がコア基板２０の絶縁性樹脂層２２となる。その後、ドリル加工により、金属コア２１の中央孔２４に充填された樹脂領域（つまり金属コア不存在部分Ａ１）にスルーホール径が２５０μｍでスルーホールピッチが４００μｍの電源用スルーホール２６及びグランド用スルーホール２７を格子状又は千鳥状となるように多数形成すると共に、金属コア２１の縦孔２５の内部にその縦孔２５の径より小さいスルーホール径のシグナル用スルーホール２８を形成する（図４（ｃ）参照）。続いて、これら各スルーホール２６，２７，２８のデスミア後、内壁に銅めっきを施して電源用、グランド用及びシグナル用スルーホール導体２６ａ，２７ａ，２８ａを形成する（図４（ｄ）参照）。シグナル用スルーホール２８は、シグナル用スルーホール導体２８ａと縦孔２５内の銅めっき層２１０とが熱硬化性樹脂により電気的絶縁が確保されるように、スルーホール径やスルーホールピッチが設定される。この結果、隣り合うシグナル用スルーホール導体２８ａ同士の間には絶縁性樹脂材５０、金属コア２１、絶縁性樹脂材５０が介在するのに対して、隣り合う電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａとの間には絶縁性樹脂材５０が介在するだけなので、後者は前者に比べてスルーホールピッチを小さくして密に形成することができる（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。

次に、すべてのスルーホール導体２６ａ，２７ａ，２８ａを黒化処理した後、各スルーホール２６，２７，２８を絶縁性樹脂で穴埋めし、仮硬化、表面研磨、完全硬化、デスミア処理を施す。その後、基板表面に銅めっきを施すことにより銅層２３０（銅箔と銅めっきを足した層）を形成する（図５（ａ）参照）。ここでも、銅層２３０の厚みは、後に形成されるビルドアップ層３０上の銅めっき皮膜（導体層）の厚みに対して１．２倍以上であることが好適である。その範囲であると電源電圧の降下による半導体チップの誤動作が発生しないからである。続いて、銅層２３０上にドライフィルムを貼り付け、通常の写真法でパターンを形成して配線パターン２９とした後、この配線パターン２９の表面を粗化処理し、コア基板２０を完成する。ここでは、コア基板２０は上下合わせて４層としたが、層数は特に限定されるものではなく、上下合わせて２層であってもよいし４層以上であってもよい。なお、コア基板２０の最表層となる銅箔２２８については、最大でも５０μｍ以下が好ましい。コア基板２０上にはビルドアップ層３０が形成されるが、ビルドアップ層３０を平坦化しようとした場合、最表層の銅箔２２８が厚すぎるとビルドアップ層３０の絶縁層を厚くする必要があるので微細なビアを形成しにくくなるからである。

次に、ビルドアップ層３０の作製手順について、図６に基づいて簡単に説明する。まず、コア基板２０の両面に、変成エポキシ系樹脂シートなどにより樹脂絶縁層３０１を形成し、この樹脂絶縁層３０１に炭酸レーザなどにより微細なバイアホール３０１ａを形成する（図６（ａ）参照）。ここで、樹脂絶縁層３０１は、概ね３０〜８０μｍの厚さが好適であり、変成エポキシ系のほか、ポリフェニレンエーテル系、ポリイミド系、シアノエステル系樹脂などを用いてもよい。また、樹脂絶縁層３０１となる樹脂中に、無機粒子やガラスまたは有機織布、不織布を含有させてもよい。続いて、無電解銅めっき、次いで電解銅めっきを施すことにより、樹脂絶縁層３０１の表面及びバイアホール３０１ａの内壁に銅めっき皮膜を形成し、この銅めっき皮膜が所定パターンとなるようにエッチング加工を施すことにより、樹脂絶縁層３０１を第１の樹脂絶縁層３１とし、樹脂絶縁層３０１上の銅めっき被膜を第１の導体層３２とし、バイアホール３０１ａの内壁の銅めっき皮膜を第１のバイアホール導体３３とする（図６（ｂ）参照）。続いて、第１の樹脂絶縁層３１上に樹脂絶縁層３０４を形成し、先ほどと同様にして、微細なバイアホール３０４ａを形成し（図６（ｃ）参照）、続いて、無電解銅めっき、次いで電解銅めっきを施したあとエッチング加工を施すことにより、樹脂絶縁層３０４を第２の樹脂絶縁層３４とし、樹脂絶縁層３０４上の銅めっき被膜を第２の導体層３５とし、バイアホール３０４ａの内壁の銅めっき皮膜を第２のバイアホール導体３６とし、ビルドアップ層３０を完成する（図６（ｄ）参照）。なお、樹脂絶縁層３０１，３０４を感光性レジストを塗布することによって形成し、バイアホール３０１ａ，３０４ａを公知のフォトリソグラフィによって形成するようにしてもよい。

以上詳述した本実施形態のプリント配線板１０では、コア基板２０は絶縁性樹脂材５０よりも小さな熱膨張係数を持つ金属コア２１を含んでなるため、プリント配線板１０の熱膨張係数が下がり、搭載される半導体チップ６０とプリント配線板１０との熱膨張差が小さくなる。したがって、熱膨張差に起因する電気的接続の不良（例えばクラックの発生等）を防止することができる。

また、コア基板２０のうち金属コア２１には、隣り合うスルーホール導体の間に絶縁性樹脂材５０、金属コア２１、絶縁性樹脂材５０が介在するため小さなピッチでスルーホールを形成することはできないが、コア基板２０のうち半導体チップ６０の直下の領域に形成された金属コア不存在部分Ａ１には、隣り合うスルーホール導体の間に絶縁性樹脂材５０が介在するだけなので小さなピッチで密にスルーホールを形成することができる。ここで、金属コア不存在部分Ａ１には電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａとが交互に近接して並んでいるため、相互インダクタンスが減少し、高周波領域（３ＧＨｚ以上）で作動する半導体チップ６０の誤動作が少なくなる。

更に、電源用及びグランド用スルーホール導体２６ａ，２７ａは金属コア２１と導通しないように形成されているため、金属コア２１を貫通するシグナル用のスルーホール導体２８ａにノイズがのりにくく、高周波領域（３ＧＨｚ以上）で作動する半導体チップ６０の誤動作が少なくなる。

更にまた、コア基板２０のうち金属コア不存在部分Ａ１の上下面には補強用クロス２３，２３が配置されているため、仮に金属コア不存在部分Ａ１内の樹脂にクラックが発生したとしても、補強用クロス２３，２３がクラックの伸展を阻止する。この結果、クラックによるダメージを最小限にとどめることができる。また、補強用クロス２３，２３により金属コア不存在部分Ａ１の上下面を容易に平坦化することができるため、バンプ４２内にボイドが発生しにくい。

そしてまた、コア基板２０のうち金属コア不存在部分Ａ１には低熱膨張係数の無機フィラーが分散しているため、金属コア不存在部分Ａ１内の樹脂の熱膨張係数が下がり、この金属コア不存在部分Ａ１に熱膨張差によるクラックが発生するのを防止することができる。なお、金属コア不存在部分Ａ１は、半導体チップ６０の直下領域でありプリント配線板１０の略中央に当たるため、そもそも熱膨張係数差による応力が小さい領域であるから、クラックや剥離（樹脂と導体、樹脂と樹脂）等の不具合が発生しにくい。

そして更に、金属コアは樹脂と比べて強度が高いため、別途スティッフナーを追加しなくてもプリント配線板１０の全体の強度を高めることができ、コストの低減化が図れる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、半導体チップ６０をフリップチップ実装したが、半導体チップ６０はパッド３８にワイヤにより電気的に接続してもよい。また、プリント配線板１０の最表面に半導体チップ６０を搭載する領域を複数設けて、マルチチップ対応のＭＣＭ配線基板としてもよい。

また、上述した実施形態では、金属コア２０の金属として３６アロイを採用したが、特にこれに限定されるものではなく、プリント配線板１０の熱膨張係数を絶縁性樹脂層２２及び絶縁性樹脂材５０の熱膨張係数（１２〜２０×１０^-6／℃）より小さくすることが可能なものであれば、適宜に選択して採用することができる。具体的には、熱膨張係数は１×１０^-6／℃以上１２×１０^-6／℃以下の金属を用いるのが好適であり、このような金属としては、例えば、コバール（鉄−ニッケル−コバルト、熱膨張係数は約６×１０^-6／℃）合金、４２アロイ（鉄−ニッケル、約４×１０^-6／℃）、モリブデン（熱膨張係数は約５×１０^-6／℃）等の合金または純金属を用いることができる。また、単層金属でなく、異種金属層を接合したクラッド材を用いることもできる。例えばクラッド材として、銅・インバー・銅（銅の体積比率４０〜６０％で、クラッド材の熱膨張係数は６〜９×１０^-6／℃）、銅・４２アロイ・銅（銅の体積比率４０〜８０％でクラッド材の熱膨張係数は６〜１０×１０^-6／℃）、銅・コバール合金／銅（銅の体積比率４０〜７０％でクラッド材の熱膨張係数は８〜１１×１０^-6／℃）などを用いることができる。また、銅−モリブデン、銅−タングステンなどの銅含浸材を用いることもできる。これら銅の複合材を用いるときは、銅の比率は、上記熱膨張係数の他に、熱伝導率（上記範囲では少なくとも平面方向の１００Ｗ／ｍｋ以上）および電気抵抗（上記範囲ではいずれも６×１０^-6Ω）も考慮して決定するのが好ましい。さらに金属に代えて、カーボンコンポジット材を用いることもできる。カーボンコンポジット材は、熱膨張係数が１〜１０×１０^-6／℃である。

更に、上述した実施形態では、金属コア不存在部分Ａ１に電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａを設けたが、シグナル用スルーホール導体２８ａを混在させてもよい。また、上述した実施形態では、金属コア２１にシグナル用スルーホール導体２８ａのみを設けたが、シグナル用、電源用、グランド用の各スルーホール導体２６ａ，２７ａ，２８ａを混在させてもよい。

更にまた、上述した実施形態では、金属コア不存在部分Ａ１の全域にわたって電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａを交互に並べたが、金属不存在部分Ａ１の一部に電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａを交互に並べ、残りの部分には電源用スルーホール導体２６ａとグランド用スルーホール導体２７ａをランダムに並べてもよい。

［ヒートサイクル試験］
上述した実施形態のプリント配線板１０のパッド３８に半導体チップ６０をはんだバンプ４２を介してフリップチップ実装して実施例１の半導体チップ搭載基板とした。また、金属コア２１を有さない点を除いて上述した実施形態と同様のプリント配線板に半導体チップ６０をフリップチップ実装して比較例１の半導体チップ搭載基板とした。そして、半導体チップ６０を介した特定回路の電気抵抗（半導体チップ搭載基板のチップ搭載面とは反対側の面に露出し半導体チップ６０と導通している一対の電極間の電気抵抗）を測定し、その値を初期値とした。その後、この半導体チップ搭載基板に、−５５℃×５分、１２５℃×５分を１サイクルとしこれを１５００サイクル繰り返すヒートサイクル試験を行った。このヒートサイクル試験において、２５０サイクル目、５００サイクル目、７５０サイクル目、１０００サイクル目、１２５０サイクル目、１５００サイクル目の電気抵抗を測定し、初期値との変化率（１００×（測定値−初期値）／初期値（％））を求めた。その結果を表１に示す。このテーブル中、電気抵抗の変化率が±５％以内のものを「優」（◎）、±５〜１０％のものを「良」（○）、±１０％を超えたものを「不良」（×）とした。ここで、電気抵抗の変化率が大きければプリント配線板１０と半導体チップ６０との熱膨張差に起因する応力により断線等が生じたことを意味し、電気抵抗の変化率が小さければそのような断線等が生じなかったことを意味する。なお、目標スペックは１０００サイクル目の変化率が±１０％以内（つまり評価で「良」か「優」）とした。

この表１から明らかなように、実施例１では１０００サイクル目まで電気抵抗の変化率が「優」、１５００サイクル目まで「良」であったのに対して、比較例１では５００サイクル目まで電気抵抗の変化率が「良」、７５０サイクル目以降は「不良」であった。この結果から、実施例１のように半導体チップ６０の直下領域に金属コア２１が存在しなくても他の領域に金属コア２１が存在していれば、プリント配線板１０と半導体チップ６０との熱膨張差による応力を軽減でき、長期にわたって電気的接続を維持できることがわかった。

［絶縁信頼性試験］
上述した実施形態に準じて、金属コア不存在部分Ａ１に形成されるスルーホール２６，２７につき、スルーホール径１５０μｍでスルーホールピッチ３００μｍのプリント配線板（実施例２）、スルーホール径２００μｍでスルーホールピッチ３５０μｍのプリント配線板（実施例３）、スルーホール径３００μｍでスルーホールピッチ４５０μｍのプリント配線板（実施例４）、スルーホール径３５０μｍでスルーホールピッチ５００μｍのプリント配線板（実施例５）を作製し、隣り合うスルーホール導体に３．３Ｖの電圧を温度８０℃、湿度８０％の雰囲気で１００時間印加し続けた後、両スルーホール導体の絶縁抵抗を測定し、１×１０⁷Ω以上であれば絶縁信頼性を確保できたと判断した。なお、実施例１は、既述したように、スルーホール径２５０μｍ、スルーホールピッチ４００μｍである。その結果、実施例１〜５のいずれも、隣り合うスルーホール導体は電気的絶縁が確保された。一方、金属コア不存在部分Ａ１を有さない金属コアを含んでなるコア基板を用いて作製したプリント配線板（比較例２）については、金属コアに形成する縦孔は絶縁信頼性を考慮すると孔径３５０μｍが限界であり、隣り合う縦孔のピッチは強度面を考慮すると５５０μｍが限界であった。また、縦孔に充填された樹脂層に形成するスルーホールは電気的絶縁を確保するには直径を少なくとも２５０μｍとする必要があった。つまり、金属コア不存在部分Ａ１のない金属コアでは、スルーホール径２５０μｍでスルーホールピッチ５５０μｍが限界であった。

［ループインダクタンス測定］
金属コア不存在部分Ａ１を有さない金属コアを含んでなるコア基板を用いて作製したプリント配線板であって、縦孔の径を３５０μｍ、スルーホール径２５０μｍ、スルーホールピッチ（＝縦孔ピッチ）６００μｍのものを作製し、これを比較例３とした。そして、実施例１〜５及び比較例２，３につき、２．０ｍｍ×２．０ｍｍ□（スクエア）あたりに存在するすべての電源用スルーホール導体につき並列となるように接続してチップコンデンサの電源端子と接続し、また、同範囲に存在するすべてのグランド用スルーホール導体につき並列となるように接続してチップコンデンサのグランド端子と接続し、両端子間のループインダクタンスを測定した。その結果を図７に示す。図７のグラフから明らかなように、スルーホールピッチが５００μｍを超えると、ループインダクタンスが飛躍的に高くなることから、スルーホールピッチは５００μｍ以下であることが好ましく、そうすることにより半導体チップ６０の高周波特性（特に３ＧＨｚ以上の特性）が良好になる。なお、スルーホールピッチが５００μｍを超えると、ループインダクタンスが飛躍的に高くなる原因は、明らかではないが、比較例２，３では電源用スルーホールとグランド用スルーホールとの間に金属コアが存在するため、この金属コアが電源用スルーホールとグランド用スルーホールとの磁界の打ち消し合いを妨げてループインダクタンスが高くなっているものと推察される。

本発明は、電気・電子産業に利用可能である。

本実施形態のプリント配線板の概略構成を表す断面図である。スルーホール周辺の構成を表す斜視図であり、（ａ）は電源用及びグランド用スルーホールの周辺を表し、（ｂ）はシグナル用スルーホールの周辺を表す。コア基板の作製手順の一例を表す工程図（その１）である。コア基板の作製手順の一例を表す工程図（その２）である。コア基板の作製手順の一例を表す工程図（その３）である。ビルドアップ層の作製手順の一例を表す工程図である。各実施例及び各比較例のループインダクタンス測定結果を表す説明図である。

符号の説明

１０…プリント配線板、２０…コア基板、２１…金属コア、２２…樹脂層、２３…補強用クロス、２４…中央孔、２５…縦孔、２６…電源用スルーホール、２６ａ…電源用スルーホール導体、２７…グランド用スルーホール、２７ａ…グランド用スルーホール導体、２８…シグナル用スルーホール、２８ａ…シグナル用スルーホール導体、２９…配線パターン、３０…ビルドアップ層、３１…第１の樹脂絶縁層、３２…第１の導体層、３３…第１のバイアホール導体、３４…第２の樹脂絶縁層、３５…第２の導体層、３６…第２のバイアホール導体、３８…パッド、４０…ソルダーレジスト層、４２…バンプ、６０…半導体チップ、２１０…銅めっき層、２１２…熱硬化性樹脂、２１４…補強用クロス、２１６…プリプレグ、２１８…銅箔、２２２…熱硬化性樹脂、２２４…補強用クロス、２２８…銅箔、２３０…銅層、３０１…樹脂絶縁層、３０１ａ…バイアホール、３０４…樹脂絶縁層、３０４ａ…バイアホール、Ａ１…金属コア不存在部分。

Claims

金属コアの上下両面が絶縁性樹脂層で挟まれた構造であり上下方向に形成されたスルーホールの内部を導通するスルーホール導体を備えたコア基板と、
該コア基板の少なくとも片面に形成され電気絶縁性を有する絶縁層と前記スルーホール導体に電気的に接続される導体層とが交互に積層されたビルドアップ層と、
該ビルドアップ層のうち最上面に設けられ半導体チップと電気的に接続されるパッドと、
を備えたプリント配線板であって、
前記コア基板のうち前記半導体チップの直下の領域には前記金属コアが存在せず絶縁性樹脂材が存在する金属コア不存在部分が設けられ、該金属コア不存在部分には他の部分に比べて前記スルーホールが密に設けられている、
プリント配線板。
前記金属コアは、前記絶縁性樹脂層よりも小さな熱膨張係数を持つ金属からなる、請求項１に記載のプリント配線板。
前記金属コア不存在部分には、前記半導体チップの電源端子と電気的に接続される電源用スルーホール導体と前記半導体チップのグランド端子に電気的に接続されるグランド用スルーホール導体とが少なくとも２対以上交互に並んでいる、請求項１又は２に記載のプリント配線板。
前記金属コアには、前記半導体チップのシグナル端子と電気的に接続されるシグナル用スルーホール導体が設けられ、前記金属コア不存在部分には、前記半導体チップの電源端子及びグランド端子とそれぞれ電気的に接続されるが前記金属コアに導通されない電源用スルーホール導体及びグランド用スルーホール導体が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板。
前記コア基板のうち前記金属コア不存在部分の上下面には補強用クロスが配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のプリント配線板。
前記コア基板のうち前記金属コア不存在部分の絶縁性樹脂材には低熱膨張係数のフィラーが分散されている、請求項１〜５のいずれかに記載のプリント配線板。