JP2006156630A

JP2006156630A - 多層回路配線板用支持基板及びそれを用いた多層回路配線板

Info

Publication number: JP2006156630A
Application number: JP2004343637A
Authority: JP
Inventors: Asaaki Yanaka; 雅顕谷中; Isato Ida; 勇人井田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】半導体チップを搭載する多層回路配線板において、反りの発生が少なく、かつ、半田ボール接続箇所近傍での熱変形が少ない多層回路配線板を提供することである。
【解決手段】基板の片面には半導体チップを搭載し、他方の面に形成された電極パッドにハンダボールを搭載して用いられるボール・グリッド・アレイ型（ＢＧＡ型）用の多層回路配線板であって、該多層回路配線板の電極パッド形成面に、前記電極パッドに対応する位置に貫通穴が設けた多層回路配線板用支持基板を取り付け、貫通穴は、電極パッドの数以下であり、かつ、対応する電極パッドよりも大きい形状により形成された多層回路配線板。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップが搭載される多層回路配線板にスティフナを貼り付けた構造の半導体装置に関し、特に、多層回路配線板用支持基板及びそれを用いた多層回路配線板関する。

半導体大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体チップには、近年、動作速度がクロック周波数で１ＧＨｚに達するものが出現している。この様な高速半導体素子では、トランジスターの集積度が高く、その結果入出力端子数が１０００を越えることもある。

このような多端子数の半導体チップをプリント配線基板に実装するために、半導体チップとプリント基板の間には多層回路配線板が配置され、多層回路配線板が両者の電気的接合の橋渡しを担っている。多層回路配線板は、高密集した半導体チップの入出力端子との接合に対応するため、プリント配線基板よりも非常に薄い層構造と、微細なライン・アンド・スペースを有する配線パターンを持つ。現在広く実用化されている多層回路配線板としては、例えばＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）等が挙げられる。

最近では、さらなる高密度実装への対応、また、高動作周波数化への要望に答えるため、ポリイミド樹脂フィルムなどに配線パターンを形成したものを積層して多層回路配線板全体の厚さを薄くするとともに、層間接続長を短くすることにより高周波数に対応させたものも開発されてきている。いわゆるコアレスの多層回路配線板である。

このような多層回路配線板の問題の一つとして、全体の厚さが薄いために反りが発生しやすい事がある。そのため、スティフナと呼ばれる補助板を多層回路配線板に貼り付け、反りの防止が図られている。スティフナとは、コアレスの薄い層厚の多層回路配線板を支持し、歪みやねじれ等の変形を防止するための補助冶具である。

図３に従来の多層回路配線板とスティフナの構造例を示す。一般的に、多層回路配線板１の上面に半導体チップ２が実装され、下面に多数の半田ボール３がアレイ状に接続される。この状態で最終的に半田ボールを介してプリント配線板（図示せず）に実装される。そのため、スティフナ４は、多層回路配線板１上面に、枠状の形状で貼り付けられる事が多い。また、半導体チップ２が発する熱を逃がす目的のため、リッド５と呼ばれる金属板が半導体チップ２上面に貼り付けられる事もある。この場合、リッド５はスティフナ４上面にも貼り付けられる事が多い（例えば、特許文献１参照）。また、リッドとスティフナを一体化させた構造のものも提案されている。いずれの場合も、チップ２が実装される多層回路配線板１の中心部分では、スティフナ４と多層回路配線板１は接着されていない。

スティフナ４の材質としては金属がよく用いられる。これは、上述したようにチップ２で発生する熱をスティフナ４からも逃がす、という目的のためである。しかしながら、一般的に多層回路配線板１を形成する樹脂材と金属の熱膨張係数は異なるため、多層回路配線板１をスティフナ４に貼り付けた状態でも若干の反りが発生する場合がある。特に、半導体チップ２を実装する多層回路配線板１の中心部分や、スティフナ４と接着されていない周辺部分の領域では、薄い多層回路配線板１が単独で存在しており、反りなどの変形が発生しやすい。

多層回路配線板１におけるもう一つの問題として、第一の問題同様、多層回路配線板１
が薄いために、多層回路配線板１の下面において、半田ボール３を接続した部分と、接続していない部分に発生する局所的な熱変形の差異により、多層回路配線板内部１の配線パターンに応力が発生し易い事がある。特に、配線パターンの層間の電気的接続を担っているビアホールに応力が集中しやすく、回路接続の信頼性上問題となる場合がある。

以下に公知文献を記す。
特開２００１−１１０９２６春日壽夫編、超小型パッケージＣＳＰ／ＢＧＡ技術日刊工業新聞社（１９９９）ｐ３５

本発明の課題は、以上の事情に鑑みて考えられたものであり、その目的とするところは、半導体チップを搭載する多層回路配線板において、反りの発生が少なく、かつ、半田ボール接続箇所近傍での熱変形が少ない多層回路配線板を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、基板の片面には半導体チップを搭載し、他方の面に形成された電極パッドに半田ボールを搭載して用いられるボール・グリッド・アレイ型（ＢＧＡ型）用の多層回路配線板を支持する基板であって、電極パッドに対応する位置に穴が設けられていることを特徴とする多層回路配線板用支持基板である。

本発明の請求項２に係る発明は、基板の片面には半導体チップを搭載し、他方の面に形成された電極パッドにハンダボールを搭載して用いられるボール・グリッド・アレイ型（ＢＧＡ型）用の多層回路配線板であって、前記請求項１記載の多層回路配線板用支持基板が電極パッド形成面に取り付けられて、該多層回路配線板用支持基板には、前記電極パッドと対応する位置に貫通穴が設けられていることを特徴とする多層回路配線板である。

請求項２の発明はによれば、半田ボール取り付け用の電極パッド以外のほとんど全ての領域に本発明の多層回路配線板用支持基板を貼り付ける事が可能となり、その結果、多層回路配線板の反りの発生が防止でき、半田ボール接続箇所近傍での局所的な剛性も増すため、多層回路配線板内部の配線パターンの応力を低減する効果がある。

本発明の請求項３に係る発明は、前記多層回路配線板用支持基板に設けられた貫通穴は、当該支持基板が取り付けられる多層回路配線板の有する電極パッドの数以下であり、かつ、対応する電極パッドよりも大きい形状により形成されたことを特徴とする請求項２記載の多層回路配線板である。

従って、以上に示すような本発明のＢＧＡ型半導体装置においては、以上のような手段を講じることにより、反りの発生が少なく、かつ、半田ボール接続による熱変形が少ないＢＧＡ型半導体装置を提供する事が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、多層回路配線板用支持基板に多層回路配線板の半田ボール電極パッドに相当する位置に穴を形成した後、多層回路配線板の半田ボール取り付け面に貼り付けることにより、多層回路配線板の全体的な剛性を高め、反りの発生を抑えるとともに、さらに、半田ボール電極パッド以外のほとんど全ての領域に多層回路配線板用支持基板を含むスティフナを貼り付ける事が可能であるため、半田ボール接続箇所
近傍での局所的な剛性が増し、その結果、多層回路配線板内部の配線パターンの応力が低減され、信頼性の高い半導体装置用の多層回路配線板を提供することができる。

以下に、本発明に係わるＢＧＡ型半導体装置用の多層回路配線板用支持基板及びそれを用いた多層回路配線板の実施例を、図面をもとに詳細に説明する。

図１は、多層回路配線板用支持基板及びそれを用いた多層回路配線板を説明する図面であり、（ａ）は、本発明の多層回路配線板用支持基板を用いた多層回路配線板の側断面図で、（ｂ）は、多層回路配線板の下面図で、（ｃ）は、多層回路配線板用支持基板の上面図で、（ｄ）は、多層回路配線板の層構成を説明する側断面図である。

図１（ａ）は、多層回路配線板１の上面には半導体チップの端子と導通する入出力用の端子１２ａと半田ボールと導通する電極パッド１２が形成され、電極パッド１２側に、多層回路配線板のほぼ全面に、本発明の多層回路配線板用支持基板４０を取り付けた多層回路配線板である。前記多層回路配線板用支持基板４０には、前記電極パッド１２が表面上に露出するように、貫通穴を形成されている。前記貫通穴は穴内に半田ボールを取り付けるためのものである。

前記多層回路配線板用支持基板４０は、スティフナの役割を持つものである。前記スティフナの内の少なくとも一枚が、本発明の多層回路配線板用支持基盤であり、半田ボール取り付け面に貼り付けられるとともに、電極パッド１２側には従来のスティフナ貼り付けられて、その効果により、スティフナの役割が完全に発揮される。本来、スティフナの役割は、コア基板のない、薄いフイルム状の多層回路配線板を支持して、よれやよじれを防ぐ役割をする支持基材であり、本発明の多層回路配線板用支持基板４０を取り付けたことにより、より安定する。

前記貫通穴を形成したことにより、電極パッド１２と半田ボールが直接接続され、導通するため、接続回路長が極端に短縮され、高周波対応の多層回路配線板としての性能を損ねることなく、多層回路配線板の四方だけでなく、多層回路配線板用支持基板４０により全面に存在し、支持をすることができるので、従来の枠状のスティフナに比べて強力に平面を保持することができる。

図１（ｂ）は、本実施例で用いた多層回路配線板１下面にアレイ状に形成した、半田ボール３接続用の電極パッド１２の下面図である。一つの電極パッド１２の直径は５００ミクロンであり、それを面内ｘｙ方向に１ｍｍの等間隔で合計１６００個形成した。半田ボールには、直径５００μの鉛フリー半田を用いた。

図１（ｃ）は、本発明の一実施例での多層回路配線板用支持基板４０の上面図である。多層回路配線板用支持基板４０は、厚さ３５０μｍのガラスエポキシ樹脂板を用いた。また、多層回路配線板１に形成した（半田ボール３接続用の）電極パッド１２と同間隔、同個数の穴１３を形成した。この穴の直径は、多層回路配線板用支持基板４０の上面（多層回路配線板側）では直径５５０μ、その下面では６００μとした。なお、多層回路配線板用支持基板４０の基材の厚さ、穴の直径については、請求項の条件を満足していれば本実施例に限定されるものではない。

図１（ｄ）は、本発明の効果（作用を）を検証するために、本実施例で用いた多層回路配線板１の断面模式図である。

本実施例の多層回路配線板１の導体層８は全部で４層あり、それらの層間は絶縁性の樹
脂層９と接着剤層１０により構成されている。また、上面の出入力の端子１２ａと、下面の電極パッド１２以外の部分にはソルダーレジスト層７を形成した。本実施例では、導体層８、絶縁樹脂層９、接着剤層１０にはそれぞれ、銅箔（厚さ１２μｍ）、ポリイミド樹脂（厚さ１３μｍ）、エポキシ系樹脂（厚さ５μｍ）を用いた。導体層間の導通のためにビア１１が形成してある。ビアホールの寸法は、直径５０μｍ、長さ２０μｍとした。なお、本発明が適用可能な材料系、厚さ構成、ビアホール寸法は、本実施例に限定されるものではない。

図２（ｄ）は、本発明のＢＧＡ型半導体装置の構造を示す側断面図で、（ａ）〜（ｄ）は、その工程の説明図ある。この半導体装置の製造工程は、多層回路配線板用支持基板４０を接着剤６により多層回路配線板１の半田ボール取り付け面に貼り付けた後（図２ａ参照）、多層回路配線板１の上面に半導体チップ２を実装し（図２ｂ参照）、続いて、下面の電極パッド１２に半田ボール３を取り付けた（図２ｃ参照）。これら半田ボール３を介して、図２（ｄ）に示す半導体装置をプリント配線板（図示せず）の上に実装する。

このように、本実施形態では、多層回路配線板用支持基板４０に、多層回路配線板１の半田ボール取付面に形成した電極パッド１２と同間隔、同個数の穴を形成した後、多層回路配線板１の半田ボール貼付面に貼付けることにより、多層回路配線板の剛性が高まるため、反りの発生を減少し、かつ、半田ボール接続箇所近傍での熱変形を少なくすることが出来る。

図２（ｃ）は、上記多層回路配線板１および多層回路配線板用支持基板４０を用いた、本発明のＢＧＡ型半導体装置の実施形態の断面模式図である。

さらに、図２（ｃ）においては、多層回路配線板用支持基板４０は、多層回路配線板１の半田ボール取り付け面に一枚だけ形成する例を示したが、多層回路配線板用支持基板４０は、ハンダボールに対応する部分が抜いてある絶縁性である程度の強度を持つ板を、下面側に貼り付ける。一つの半田ボールに対して一つの穴が開いている必要はなく、いくつかのボールに対して穴が開いている部分があってもよく、このとき、電極パッドよりも多層回路配線板用支持基板の穴の直径は大きいことが好ましい。

図２（ｄ）に示すように、さらに、半導体チップ取り付け面側にスティフナリッド（一体型）１４を形成してもよい。この場合、その主たる目的は放熱であるため、半導体チップ２と接着されていればよく、多層回路配線板１と接着しなくともよい。このため、スティフナ−リッド１４の熱膨張係数が多層回路配線板の熱膨張係数と異なっていても、反りは大きくならず、問題は生じない。

なお、図２に示す実施形態は、薄い多層回路配線板の下にスティフナ材を貼り付けていることから、一見すると、従来型の基板である、コアを持つビルドアップ基板と構造が似ている（例えば、非特許文献１参照）。

しかし、次の２点で明らかに異なっている。第一に、ビルドアップ基板とは、薄めのプリント基板等をコア材とし、該コア上に、絶縁層と配線層を交互に積み重ねて多層化する配線板であるが、そのようにしてコア基材の片面に形成した多層回路配線板と別の片面に接続した半田ボールとは、コア基材を貫通するスルーホールによって接続されている。スルーホールは、厚いコア材を貫通しているため高周波の電気特性が悪く、その結果、ビルドアップ基板は高周波電気特性に課題がある。一方、本発明の実施形態では、多層回路配線板に直接、半田ボールが接続され、構造上スルーホールがないため、高周波の電気特性に好適である。第二に、ビルドアップ基板では、あらかじめコア基材に形成したスルーホールめっきの中空部分を樹脂材で埋めた後に多層配線板を形成していくため、この方法に
より本実施例と同様の構造を形成することは非常に困難である。

本発明の多層回路配線板用支持基板を用いた多層回路配線板の一実施例の構造を示す模式図で、（ａ）は、側断面図であり、（ｂ）は、多層回路配線板の下面図であり、（ｃ）は、多層回路配線板用支持基板の上面図であり、（ｄ）は、多層回路配線板の層構成の側断面図である。本発明のＢＧＡ型半導体装置の構造を示す断面模式図。従来のＢＧＡ型半導体装置の構造を示す断面模式図。

符号の説明

１…多層回路配線板
２…半導体チップ
３…半田ボール
４…スティフナ
５…リッド
６…接着剤層
７…ソルダーレジスト層
８…導体層（銅箔）
９…絶縁層（ポリイミド層）
１０…接着層
１１…ビア
１２…電極パッド
１２ａ…出入力端子
１３…貫通穴
１４…（一体型の）スティフナリッド
４０…多層回路配線板用支持基板

Claims

片面には半導体チップを搭載し、他方の面に形成された電極パッドに半田ボールを搭載して用いられるボール・グリッド・アレイ型（ＢＧＡ型）用の多層回路配線板を支持する基板であって、電極パッドに対応する位置に穴が設けられていることを特徴とする多層回路配線板用支持基板。
片面には半導体チップを搭載し、他方の面に形成された電極パッドにハンダボールを搭載して用いられるボール・グリッド・アレイ型（ＢＧＡ型）用の多層回路配線板であって、前記請求項１記載の多層回路配線板用支持基板が電極パッド形成面に取り付けられて、該多層回路配線板用支持基板には、前記電極パッドと対応する位置に貫通穴が設けられていることを特徴とする多層回路配線板。
前記多層回路配線板用支持基板に設けられた貫通穴は、当該支持基板が取り付けられる多層回路配線板の有する電極パッドの数以下であり、かつ、対応する電極パッドよりも大きい形状により形成されたことを特徴とする請求項２記載の多層回路配線板。