JP2007258545A - Wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックチップを内蔵した配線基板に関するものである。 The present invention relates to a wiring board incorporating a ceramic chip.
コンピュータのCPUなどに使用される半導体集積回路素子(ICチップ)は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にICチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ICチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ICチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はICチップをICチップ搭載用配線基板上に搭載し、そのICチップ搭載用配線基板をマザーボード上に搭載するという手法が採用される。この種のICチップ搭載用配線基板としては、例えば、高分子材料製のコア材内にセラミックチップを埋め込んでコア部を構成し、そのコア部の表面及び裏面にビルドアップ層を形成したものが従来提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 In recent years, semiconductor integrated circuit elements (IC chips) used for a CPU of a computer have been increased in speed and function, and accordingly, the number of terminals is increased and the pitch between terminals tends to be narrowed. In general, a large number of terminals are densely arranged on the bottom surface of an IC chip, and such a terminal group is connected to a terminal group on the motherboard side in the form of a flip chip. However, it is difficult to connect the IC chip directly on the mother board because there is a large difference in the pitch between the terminals on the IC chip side terminal group and the mother board side terminal group. For this reason, generally, a technique is adopted in which an IC chip is mounted on an IC chip mounting wiring board, and the IC chip mounting wiring board is mounted on a motherboard. As this type of IC chip mounting wiring board, for example, a core part is formed by embedding a ceramic chip in a core material made of a polymer material, and build-up layers are formed on the front and back surfaces of the core part. Conventionally proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
図13は、従来のICチップ搭載用配線基板200を示している。ICチップ搭載用配線基板200は、ガラスエポキシからなる平板状のコア材201と、コア材201の上面の上に形成されるビルドアップ層202と、コア材201の下面の上に形成されるビルドアップ層203とからなる。コア材201は、上面及び下面にて開口する収容穴部205を有し、その収容穴部205にセラミックチップ206が収容固定されている。
FIG. 13 shows a conventional IC chip
ビルドアップ層202は、エポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層(いわゆる層間絶縁層)207,208と銅からなる導体層209とを交互に積層した構造を有しており、そのビルドアップ層202の上にICチップ210(半導体集積回路素子)が搭載される。また、ビルドアップ層203も同様に、樹脂絶縁層211,212と導体層213とを交互に積層した構造を有しており、そのビルドアップ層203を介してマザーボード214に接続される。
The
コア材201には、上面及び下面を連通させる直径300μm程度のスルーホール導体216が多数形成されている。スルーホール導体216の内部は、例えばエポキシ樹脂などの閉塞体217で埋められている。このスルーホール導体216は、ビルドアップ層202,203の導体層209,213と接続されている。そして、マザーボード214側からその導体層209,213やスルーホール導体216を介してICチップ210に電流が供給される。
A number of through-
セラミックチップ206には、上面及び下面を連通させる直径100μm程度のビア導体220が複数形成されている。セラミックチップ206のビア導体220もビルドアップ層202,203の導体層209,213と接続されている。そして、マザーボード214側からその導体層209,213やビア導体220を介してICチップ210に電流が供給される。
ところで、コア材201のスルーホール導体216は銅めっきを施すことにより形成される。一方、セラミックチップ206のビア導体220は、セラミックと同時に焼結しうるメタライズに適した金属材料、例えばニッケル等を用いて形成されている。つまり、セラミックチップ206のビア導体220は、電気抵抗が銅よりも高いニッケルを用いて形成されている。また、ビア導体220は、スルーホール導体216よりも直径が小さく、その断面積がスルーホール導体216よりも小さい。従って、セラミックチップ206のビア導体220を介した配線は、コア材201のスルーホール導体216を介した配線と比較して抵抗値が高くなる。このことから、ICチップ210への電力供給にばらつきが発生するといった問題が懸念される。ICチップ210への電力供給にばらつきが生じると、その回路動作が不安定となるため、ICチップ210の性能が低下してしまう。
By the way, the through-
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子に安定した電力供給を行うことができる配線基板を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wiring board capable of stably supplying power to a semiconductor element.
上記課題を解決するための手段(手段1)は、コア第1主面及びコア第2主面を有し、前記コア第1主面及び前記コア第2主面のうち少なくともいずれかにて開口する収容穴部を有するコア材と、前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体素子を支持することが可能な第1配線積層部と、第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部とを備え、前記チップ内ビア導体の断面積が、前記スルーホール導体の断面積よりも大きいことを特徴とする配線基板をその要旨とする。 A means (means 1) for solving the above-mentioned problems has a core first main surface and a core second main surface, and is open at least in any one of the core first main surface and the core second main surface. A core material having an accommodating hole portion, a through-hole conductor formed in a through-hole for passing through the core material in the thickness direction, and a chip first main surface and a chip second main surface. In-chip via conductors are formed, and a ceramic chip for embedding accommodated and fixed in the accommodating hole and a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer are laminated on the first main surface of the core. A structure in which a first wiring stacked portion capable of supporting a semiconductor element and a second interlayer insulating layer having a via conductor in a second insulating layer are stacked on the second main surface of the core. And a second wiring stack that can be supported by the mother board With the door, the cross-sectional area of the chip via conductor, and its gist the wiring board being greater than the cross-sectional area of the through-hole conductors.
従って、手段1の配線基板によると、チップ内ビア導体の断面積がスルーホール導体の断面積よりも大きいので、そのチップ内ビア導体を介して半導体素子に十分な電流を供給することができる。その結果、電力供給ばらつきが解消されやすくなり、半導体素子を安定的に動作させることができ、その半導体素子の性能を十分に発揮させることが可能となる。 Therefore, according to the wiring substrate of means 1, since the cross-sectional area of the via conductor in the chip is larger than the cross-sectional area of the through-hole conductor, a sufficient current can be supplied to the semiconductor element via the via conductor in the chip. As a result, variations in power supply are easily eliminated, the semiconductor element can be stably operated, and the performance of the semiconductor element can be sufficiently exhibited.
上記課題を解決するための別の手段(手段2)は、コア第1主面及びコア第2主面を有し、前記コア第1主面及び前記コア第2主面のうち少なくともいずれかにて開口する収容穴部を有するコア材と、前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体素子を支持することが可能な第1配線積層部と、第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部とを備え、前記チップ第1主面上に配置されたチップ第1主面側電極と、前記チップ第2主面上において前記チップ第1主面側電極の位置に対応して配置されたチップ第2主面側電極と、前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極間にて並列に配置された複数のチップ内ビア導体からなるチップ内ビア導体群とを備え、前記チップ内ビア導体群の端部に前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極が接続されていることを特徴とする配線基板をその要旨とする。 Another means (means 2) for solving the above-described problem has a core first main surface and a core second main surface, and is at least one of the core first main surface and the core second main surface. A core material having a receiving hole portion that opens, a through-hole conductor formed in a through-hole for passing through the core material in the thickness direction, a chip first main surface and a chip second main surface. An embedded via-chip conductor is formed inside the embedded ceramic chip accommodated and fixed in the accommodating hole, and a first interlayer insulating layer having a first insulating-layer via conductor is formed on the first main surface of the core. A first wiring laminated portion capable of supporting a semiconductor element and a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer are laminated on the second main surface of the core. Second wiring having the above structure and capable of being supported by the mother board A chip first main surface side electrode disposed on the chip first main surface and a position corresponding to the position of the chip first main surface side electrode on the chip second main surface. A chip second main surface side electrode, and a chip via conductor group comprising a plurality of chip via conductors arranged in parallel between the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode. The wiring board is characterized in that the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode are connected to end portions of the in-chip via conductor group.
従って、手段2の配線基板によると、埋め込み用セラミックチップにおいて、チップ第1主面側電極及びチップ第2主面側電極間にて複数のチップ内ビア導体からなるチップ内ビア導体群が設けられているので、そのチップ内ビア導体群を介して半導体素子に十分な電流を供給することができる。その結果、電力供給ばらつきが解消されやすくなり、半導体素子を安定的に動作させることができ、その半導体素子の性能を十分に発揮させることが可能となる。 Therefore, according to the wiring board of the means 2, in the embedded ceramic chip, an in-chip via conductor group composed of a plurality of in-chip via conductors is provided between the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode. Therefore, a sufficient current can be supplied to the semiconductor element via the via conductor group in the chip. As a result, variations in power supply are easily eliminated, the semiconductor element can be stably operated, and the performance of the semiconductor element can be sufficiently exhibited.
前記チップ内ビア導体群の断面積が、前記スルーホール導体の断面積よりも大きいことがよい。このようにすると、そのチップ内ビア導体を介して半導体素子に十分な電流を供給することができる。 The cross-sectional area of the in-chip via conductor group is preferably larger than the cross-sectional area of the through-hole conductor. If it does in this way, sufficient electric current can be supplied to a semiconductor element via the via conductor in the chip.
前記チップ内ビア導体の単位長さあたりの抵抗値が、前記スルーホール導体の単位長さあたりの抵抗値よりも小さいことがよい。このようにすると、スルーホール導体よりもチップ内ビア導体を流れる電流量を多くすることができるので、そのチップ内ビア導体を介して半導体素子に供給する電流量を十分に確保することができる。 The resistance value per unit length of the in-chip via conductor may be smaller than the resistance value per unit length of the through-hole conductor. In this way, since the amount of current flowing through the in-chip via conductor can be increased as compared with the through-hole conductor, a sufficient amount of current can be ensured to be supplied to the semiconductor element via the in-chip via conductor.
前記チップ内ビア導体の最大径は120μm以上200μm以下であることがよい。従来の埋め込み用セラミックチップにおいては、チップ内ビア導体の最大径は100μm程度であるため、半導体素子に十分な電流を供給することは困難であった。これに対し、本発明の配線基板のように、チップ内ビア導体の最大径を従来よりも大きな120μm以上とすることにより、半導体素子への供給電流を十分に確保することができる。また、チップ内ビア導体の最大径を必要以上に大きくすると、チップ内ビア導体の形成が困難になる等のおそれがあるが、200μm以下とすることでその問題を回避することができる。 The maximum diameter of the in-chip via conductor may be 120 μm or more and 200 μm or less. In the conventional embedded ceramic chip, since the maximum diameter of the via conductor in the chip is about 100 μm, it is difficult to supply a sufficient current to the semiconductor element. On the other hand, the supply current to the semiconductor element can be sufficiently ensured by setting the maximum diameter of the via conductor in the chip to 120 μm or larger, which is larger than the conventional one, as in the wiring board of the present invention. Further, if the maximum diameter of the in-chip via conductor is increased more than necessary, it may be difficult to form the in-chip via conductor, but the problem can be avoided by setting it to 200 μm or less.
前記チップ内ビア導体に用いる金属の比抵抗は、前記スルーホール導体に用いる金属の比抵抗よりも高いことがよい。チップ内ビア導体の比抵抗が高くなると電流が流れにくくなるため、本願発明の課題が発生しやすくなるため、本願発明の構成を採る意義が大きくなるからである。 The specific resistance of the metal used for the in-chip via conductor is preferably higher than the specific resistance of the metal used for the through-hole conductor. This is because, when the specific resistance of the via conductor in the chip is increased, it becomes difficult for the current to flow, and the problem of the present invention is likely to occur, so that the significance of adopting the configuration of the present invention is increased.
上記コア材は、配線基板におけるコア部の一部分をなすものであって、例えばコア第1主面及びその裏面側に位置するコア第2主面を有する平板状に形成される。かかるコア材は、埋め込み用セラミックチップを収容するための収容穴部を1つまたは2つ以上有している。この収容穴部は、コア第1主面及びコア第2主面の両方にて開口する貫通穴であってもよいほか、コア第1主面またはコア第2主面にて開口する非貫通穴であってもよい。なお、収容凹部は埋め込み用セラミックチップを完全に収容可能な大きさであってもよいほか、その一部を突出させた状態で収容可能な大きさであってもよい。 The core material forms part of the core portion of the wiring board, and is formed in a flat plate shape having, for example, a core first main surface and a core second main surface located on the back side thereof. Such a core material has one or more housing holes for housing the embedding ceramic chip. The accommodation hole may be a through hole that opens on both the core first main surface and the core second main surface, or a non-through hole that opens on the core first main surface or the core second main surface. It may be. The accommodating recess may be large enough to completely accommodate the embedding ceramic chip, or may be large enough to be accommodated in a state in which a part thereof is protruded.
前記コア材を形成する材料は特に限定されないが、好ましいコア材は高分子材料を主体として形成される。コア材を形成するための高分子材料の具体例としては、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド・トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料を使用してもよい。 Although the material which forms the said core material is not specifically limited, A preferable core material is mainly formed of a polymer material. Specific examples of the polymer material for forming the core material include, for example, EP resin (epoxy resin), PI resin (polyimide resin), BT resin (bismaleimide / triazine resin), PPE resin (polyphenylene ether resin), etc. There is. In addition, composite materials of these resins and glass fibers (glass woven fabric or glass nonwoven fabric) or organic fibers such as polyamide fibers may be used.
上記埋め込み用セラミックチップとしては、例えば、チップ第1主面及びチップ第2主面を有する平板状のセラミック焼結体が好適である。このセラミック焼結体としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体が好適に使用されるほか、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックの焼結体が好適に使用される。この場合、用途に応じて、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックの焼結体を使用することも好ましい。誘電体セラミックの焼結体を使用した場合、静電容量の大きなセラミックキャパシタを実現しやすくなる。 As the embedding ceramic chip, for example, a flat ceramic sintered body having a chip first main surface and a chip second main surface is suitable. As this ceramic sintered body, a sintered body of a high-temperature fired ceramic such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc. is preferably used, and also for borosilicate glass or lead borosilicate glass. A sintered body of low-temperature fired ceramic such as glass ceramic to which an inorganic ceramic filler such as alumina is added is preferably used. In this case, it is also preferable to use a sintered body of a dielectric ceramic such as barium titanate, lead titanate, or strontium titanate depending on the application. When a dielectric ceramic sintered body is used, a ceramic capacitor having a large capacitance can be easily realized.
前記チップ内ビア導体を形成する材料としては特に限定されないが、セラミックと同時に焼結しうる金属、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等の使用が好適である。なお、低温焼成セラミックの焼結体を選択した場合、ビア導体を形成する材料として、さらに銅や銀などの使用が可能となる。 The material for forming the in-chip via conductor is not particularly limited, but it is preferable to use a metal that can be sintered at the same time as the ceramic, for example, nickel, molybdenum, tungsten, titanium, or the like. When a low-temperature fired ceramic sintered body is selected, copper, silver, or the like can be further used as a material for forming the via conductor.
前記埋め込み用セラミックチップのチップ第1主面上には、チップ内ビア導体と導通するメタライズ層からなる複数のチップ第1主面側電極が配置されている。同様に、前記埋め込み用セラミックチップのチップ第2主面上にも、チップ内ビア導体と導通するメタライズ層からなる複数のチップ第2主面側電極が配置されている。これら複数の電極は、セラミックと同時に焼結しうるためメタライズに適した金属材料、例えば、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等を用いて形成されている。 On the chip first main surface of the ceramic chip for embedding, a plurality of chip first main surface side electrodes made of a metallized layer electrically connected to the via conductor in the chip are arranged. Similarly, on the chip second main surface of the ceramic chip for embedding, a plurality of chip second main surface side electrodes made of a metallized layer that is electrically connected to the via conductor in the chip are arranged. Since the plurality of electrodes can be sintered simultaneously with the ceramic, they are formed using a metal material suitable for metallization, such as nickel, molybdenum, tungsten, titanium, or the like.
ここで埋め込み用セラミックチップは、セラミック誘電体層を介して第1内部電極層と第2内部電極層とが交互に積層配置された構造のセラミックキャパシタであってもよい。このようにキャパシタとしての機能を付与した埋め込み用セラミックチップを用いた場合、例えば半導体素子の近傍に配置されることで浮遊インダクタンスを確実に低下させることができるため、半導体素子を安定的に動作させることが可能となる。 Here, the ceramic chip for embedding may be a ceramic capacitor having a structure in which the first internal electrode layers and the second internal electrode layers are alternately stacked via ceramic dielectric layers. When the embedded ceramic chip having a function as a capacitor is used as described above, for example, the stray inductance can be reliably reduced by being disposed in the vicinity of the semiconductor element, so that the semiconductor element is stably operated. It becomes possible.
上記配線基板を構成する第1配線積層部は、前記コア第1主面の上において第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を積層した構造を有し、半導体集積回路素子を支持する。また、第2配線積層部は、前記コア第2主面の上において第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を積層した構造を有し、母基板によって支持される。これら第1配線積層部及び第2層間絶縁層は、高分子材料を主体とする層間絶縁層及び導体層を交互に積層してなるビルドアップ層を含んで構成されることが好ましい。また、前記第1層間絶縁層に形成される第1絶縁層内ビア導体や第2配線積層部に形成される第2絶縁層内ビア導体は、コンフォーマルビアであってもフィルドビアであってもよいが、低抵抗化の観点からフィルドビアであることが好ましい。なお、コンフォーマルビアとは、ビア穴の形状に沿って均一な厚さのめっき層が形成され、それゆえビア穴が完全にはめっき層で充填されておらず、窪みを有するタイプのビアを指している。これに対してフィルドビアとは、めっき層の厚さが均一ではなく、そのめっき層によってビア穴が完全に充填されており、窪みを有しないタイプのビアを指している。 The first wiring laminated portion constituting the wiring substrate has a structure in which a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer is laminated on the first main surface of the core, and supports a semiconductor integrated circuit element. To do. The second wiring laminated portion has a structure in which a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer is laminated on the second core main surface, and is supported by a mother board. The first wiring laminated portion and the second interlayer insulating layer preferably include a build-up layer formed by alternately laminating an interlayer insulating layer mainly composed of a polymer material and a conductor layer. The first insulating layer via conductor formed in the first interlayer insulating layer and the second insulating layer via conductor formed in the second wiring laminated portion may be conformal vias or filled vias. However, filled vias are preferable from the viewpoint of reducing resistance. Conformal via means that a plating layer with a uniform thickness is formed along the shape of the via hole, and therefore the via hole is not completely filled with the plating layer, and a type of via having a depression is used. pointing. On the other hand, a filled via refers to a type of via that has a plating layer with a non-uniform thickness, the via hole is completely filled with the plating layer, and has no depression.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示されるように、本実施形態のセラミックチップ内蔵配線基板10は、ICチップ搭載用の配線基板であって、ガラスエポキシからなる略矩形板状のコア材11と、コア材11のコア第1主面12(図1では上面)の上に形成されるビルドアップ層31(第1配線積層部)と、コア材11のコア第2主面13(図1では下面)の上に形成されるビルドアップ層32(第2配線積層部)とからなる。コア材11における複数箇所には厚さ方向に貫通するスルーホール用孔15が形成されており、そのスルーホール用孔15の内面に、銅めっきを施すことによって外径が300μm、厚さが20μmのスルーホール導体16が形成されている。かかるスルーホール導体16は、コア材11の上面12側と下面13側とを接続導通している。なお、スルーホール導体16の内部は、絶縁材料(例えば、シリカフィラーを含むエポキシ樹脂など)からなる閉塞体17で埋められている。また、コア材11の上面12及び下面13には、銅からなる導体層41がパターン形成されており、各導体層41は、スルーホール導体16に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, a ceramic chip built-in
コア材11の上面12上に形成されたビルドアップ層31は、エポキシ樹脂からなる2層の樹脂絶縁層33,35(第1層間絶縁層)と、銅からなる導体層42とを交互に積層した構造を有している。樹脂絶縁層35の表面上における複数箇所には、端子パッド44がアレイ状に形成されている。また、樹脂絶縁層35の表面は、ソルダーレジスト37によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト37の所定箇所には、端子パッド44を露出させる開口部46が形成されている。端子パッド44は、複数のはんだバンプ45を介してICチップ21(半導体集積回路素子)に電気的に接続される。
The
また、樹脂絶縁層33内には、複数のビア穴51及びビア導体52が設けられ、樹脂絶縁層35内には、複数のビア穴55及びビア導体56が設けられている。樹脂絶縁層33,35のビア穴51,55はレーザ加工を施すことですり鉢状に形成されている。なお、ビア穴51,55は、大径側の直径が100μm程度であり、小径側の直径が70μm程度である。このビア穴51,55内に銅めっきを施すことでその内部にフィルドビア導体52,56が形成される。本実施形態において、各ビア導体52,56(第1絶縁層内ビア導体)のほとんどは同軸上に配置されるとともに、それらを介して導体層41,42及び端子パッド44が相互に電気的に接続されている。
A plurality of via
コア材11の下面13上に形成されたビルドアップ層32は、上述したビルドアップ層31とほぼ同じ構造を有している。即ち、ビルドアップ層32は、エポキシ樹脂からなる2層の樹脂絶縁層34,36(第2層間絶縁層)と、導体層42とを交互に積層した構造を有している。樹脂絶縁層36の下面上における複数箇所には、ビア導体56(第2絶縁層内ビア導体)を介して導体層42に電気的に接続されるBGA用パッド48が格子状に形成されている。また、樹脂絶縁層36の下面は、ソルダーレジスト38によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト38の所定箇所には、BGA用パッド48を露出させる開口部40が形成されている。BGA用パッド48の表面上には、マザーボード60(母基板)との電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ49が配設されている。そして、各はんだバンプ49により、配線基板10はマザーボード60上に実装される。
The
前記コア材11は、上面12の中央部及び下面13の中央部にて開口する平面視で矩形状の収容穴部91を有している。即ち、収容穴部91は貫通穴部である。収容穴部91内には、図2,図3等に示すセラミックキャパシタ101(埋め込み用セラミックチップ)が、埋め込んだ状態で収容されている。なお、セラミックキャパシタ101は、チップ第1主面102(図1,2では上面)をコア材11のコア第1主面12と同じ側に向け、かつチップ第2主面103(図1,2では下面)をコア材11のコア第2主面13と同じ側に向けた状態で収容されている。本実施形態のセラミックキャパシタ101は、縦12.0mm×横12.0mm×厚さ0.80mmの矩形平板状である。また、収容穴部91の内面とセラミックキャパシタ101の側面106との隙間は、高分子材料(本実施形態では熱硬化性樹脂)からなる充填剤92によって埋められている。この充填剤92は、セラミックキャパシタ101をコア材11に固定するとともに、セラミックキャパシタ101及びコア材11の面方向や厚さ方向への変形を自身の弾性変形により吸収する機能を有している。
The
図1〜図3に示されるように、本実施形態のセラミックキャパシタ101は、いわゆるビアアレイタイプのセラミックキャパシタである。セラミックキャパシタ101を構成するセラミック焼結体104は、チップ第1主面102(上面)及びチップ第2主面103(下面)を有する板状物である。セラミック焼結体104は、セラミック誘電体層105を介して第1内部電極層141と第2内部電極層142とを交互に積層配置した構造を有している。セラミック誘電体層105は、高誘電率セラミックの一種であるチタン酸バリウムの焼結体からなり、第1内部電極層141及び第2内部電極層142間の誘電体(絶縁体)として機能する。第1内部電極層141及び第2内部電極層142は、いずれもニッケルを主成分として形成された層であって、セラミック焼結体104の内部において一層おきに配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
セラミック焼結体104には多数のビアホール130が形成されている。これらのビアホール130は、セラミック焼結体104をその厚さ方向に貫通するとともに、全面にわたって格子状(アレイ状)に配置されている。各ビアホール130内には、セラミック焼結体104の上面102及び下面103間を貫通する複数のビア導体131,132が、ニッケルを主材料として形成されている。各第1ビア導体131は、各第1内部電極層141を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各第2ビア導体132は、各第2内部電極層142を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。
A number of via
セラミック焼結体104の上面102上には、複数の第1外部端子電極111,112(チップ第1主面側電極)が突設されている。また、セラミック焼結体104の下面103上には、複数の第2外部端子電極121,122(チップ第2主面側電極)が突設されている。上面102側にある第1外部端子電極111,112は、前記ICチップ21が有する接続端子に対して、ビア導体52、導体層42、ビア導体56、端子パッド44及びはんだバンプ45を介して電気的に接続される。一方、下面103側にある第2外部端子電極121,122は、マザーボード60が有する電極(接触子)に対して、ビア導体52、導体層42、ビア導体56、BGA用パッド48及びはんだバンプ49を介して電気的に接続される。また、第1外部端子電極111,112の底面略中央部は、ビア導体131,132の上面102側の端面に対して直接接続されており、第2外部端子電極121,122の底面略中央部は、ビア導体131,132の下面103側の端面に対して直接接続されている。よって、外部端子電極111,121はビア導体131及び第1内部電極層141に導通しており、外部端子電極112,122はビア導体132及び第2内部電極層142に導通している。
A plurality of first external
外部端子電極111,112,121,122は、ニッケルを主材料とするメタライズ層上に銅めっき層を形成した層構造を有している。銅めっき層は、メタライズ層を構成する金属よりも軟かい金属からなり、その表面は粗化されている。このため、第1外部端子電極111,112の表面は、セラミック焼結体104の上面102よりも粗くなっている。同様に、第2外部端子電極121,122の表面も、セラミック焼結体104の下面103よりも粗くなっている。また、上面102に垂直な方向(部品厚さ方向)から見たときの外部端子電極111,112,121,122は略円形状をなしている(図3参照)。なお、本実施形態では、外部端子電極111,112,121,122の直径が約500μmに設定されている。
The external
本実施形態において、セラミックキャパシタ101内のビア導体131,132は、主材料のニッケル(Ni)に対して30vol%のチタン酸バリウム成分(BT)を含んでおり、その比抵抗が13.0×106(Ω・cm)となっている。つまり、ビア導体131,132は、コア材11のスルーホール導体16を構成する銅(比抵抗が1.7×106(Ω・cm))よりも比抵抗が高いためスルーホール導体16よりも電気を通しにくい。
In this embodiment, the via
ここで、抵抗値Rは、
R=ε×L/S
で表すことができる。なお、εは比抵抗、Lは長さ、Sは断面積である。
Here, the resistance value R is
R = ε × L / S
It can be expressed as Note that ε is a specific resistance, L is a length, and S is a cross-sectional area.
そのため、本実施の形態のビア導体131,132は、その直径を従来よりも大きな150μmとして、断面積Sがスルーホール導体16の断面積よりも大きくなるよう形成されている(図4参照)。なおここで、ビア導体131,132及びスルーホール導体16の断面積は、ビア導体131,132及びスルーホール導体16をチップ第1主面12に平行な面で切断したときの断面積である。具体的には、スルーホール導体16は300μmの外径、20μmの厚さである(円環状の断面形状である)ため、その断面積は17.6×10−3(=0.15×0.15×3.14−0.13×0.13×3.14)mm2となる。一方、ビア導体131,132の断面積は、17.7×10−3(=0.075×0.075×3.14)mm2となっている。因みに、従来のビア導体220(図13参照)は、直径が100μm、断面積が7.9×10−3mm2であるため、本実施形態のビア導体131,132では、従来と比べて2倍以上の電流を流すことができる。
For this reason, the via
上記構成の配線基板10において、マザーボード60側から第2外部端子電極121,122を介して通電を行い、第1内部電極層141−第2内部電極層142間に電圧を加えると、第1内部電極層141に例えばプラスの電荷が蓄積し、第2内部電極層142に例えばマイナスの電荷が蓄積する。その結果、セラミックキャパシタ101がキャパシタとして機能する。また、このセラミックキャパシタ101では、第1ビア導体131及び第2ビア導体132がそれぞれ交互に隣接して配置され、かつ、第1ビア導体131及び第2ビア導体132を流れる電流の方向が互いに逆向きになるように設定されている。これにより、インダクタンス成分の低減化が図られている。また、各ビア導体131,132を介してICチップ21に電流が供給されるとともに、スルーホール導体16を介してICチップ21に電流が供給されることで、ICチップ21が動作する。
In the
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態の配線基板10では、セラミックキャパシタ101内のビア導体131,132の断面積をスルーホール導体16の断面積よりも大きくすることにより、ビア導体131,132の抵抗値が低くなるため、そのビア導体131,132を介して流れる電流量を十分に確保することができる。その結果、電力供給ばらつきが解消されやすくなり、ICチップ21を安定的に動作させることができ、そのICチップ21の性能を十分に発揮させることが可能となる。
(1) In the
(2)本実施形態の配線基板10では、ビルドアップ層31,32の樹脂絶縁層33,34,35,36に銅からなるフィルドビア導体52,56が形成されている。フィルドビア導体52,56は、コンフォーマルビア導体と比較して低抵抗化を図ることができるため、ICチップ21の動作に必要な電流を安定的に流すことができる。
(2) In the
(3)本実施形態の配線基板10はセラミックキャパシタ101を有するため、セラミックキャパシタ101にてノイズを除去することでICチップ21へ良好な電源供給を行うことができる。しかも、ICチップ21はセラミックキャパシタ101の真上に配置されているため、ICチップ21とセラミックキャパシタ101とをつなぐ配線(コンデンサ接続配線)が短縮される。ゆえに、ICチップ21とセラミックキャパシタ101との間で侵入するノイズを極めて小さく抑えることができ、誤動作等の不具合を生じることもなく高い信頼性を得ることができる。
[第2実施形態]
(3) Since the
[Second Embodiment]
以下、本発明の配線基板を具体化した第2実施形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, a second embodiment of the wiring board according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図5及び図6に示されるように、本実施形態の配線基板10は、セラミックキャパシタ101の構成が上記第1実施の形態と異なる。すなわち、本実施形態のセラミックキャパシタ101では、第1外部端子電極111とその電極111に対向配置される第2外部端子電極121との間において3つのビア導体131が並列に配置されてなるビア導体群134が形成されている。また、第1外部端子電極112とその電極112に対向配置される第2外部端子電極122との間において3つのビア導体132が並列に配置されてなるビア導体群135が形成されている。ビア導体群134,135を構成する各ビア導体131,132は、それぞれ100μmの直径を有する。従って、ビア導体群134,135の断面積は、23.6×10−3(=3×0.05×0.05×3.14)mm2であり、従来のビア導体の断面積(7.9×10−3mm2)の3倍となる。このようにビア導体群134,135の断面積を大きくすることにより、それらビア導体群134,135を介してICチップ21に十分な電流を供給することができる。その結果、電力供給ばらつきが解消されやすくなり、ICチップ21を安定的に動作させることができ、そのICチップ21の性能を十分に発揮させることが可能となる。
[第3実施形態]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[Third Embodiment]
以下、本発明の配線基板を具体化した第3実施形態を図面に基づき説明する。図7に示すように、本実施形態の配線基板10では、セラミックキャパシタ101の形成材料として低温焼成セラミック(Cuを主体とする比較的低融点の高導電率金属材料との同時焼成が可能なセラミック)を用い、セラミックキャパシタ101におけるビア導体131,132の形成材料として銅を用いている。つまり、ビア導体131,132は、スルーホール導体16と同じ材質であり、その比抵抗が1.7×106(Ω・cm)となる。また、ビア導体131,132は、第1実施形態と同様に直径が150μmであり、断面積は17.7×10−3mm2である。従って、ビア導体131,132の断面積はスルーホール導体16よりも大きく、ビア導体131,132の単位長さあたりの抵抗値はスルーホール導体16の単位長さあたりの抵抗値よりも小さくなる。さらに、本実施形態の配線基板10では、下面側のビルドアップ層32内においてチップ第2主面103に対応する領域に、第1実施形態よりも大きなビア穴51,55及びビア導体52,56を形成している。このように構成すると、セラミックキャパシタ101のビア導体131,132を介した配線の抵抗値を、スルーホール導体16を介した配線の抵抗値よりも低減できるため、ビア導体131,132を介してICチップ21に十分な電流を供給することができる。その結果、電力供給ばらつきが解消されやすくなり、ICチップ21を安定的に動作させることができ、そのICチップ21の性能を十分に発揮させることが可能となる。低温焼成セラミックの代わりに、ホウケイ酸系ガラスあるいはホウケイ酸鉛ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを40〜60重量部添加したガラスセラミックを形成材料とすることも可能である。
[第4実施形態]
Hereinafter, a third embodiment of the wiring board according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 7, in the
[Fourth Embodiment]
以下、本発明の配線基板を具体化した第4実施形態を図面に基づき説明する。図8に示されるように、本実施形態の配線基板10では、収容穴部91がコア材11の上面12のみにて開口する有底の凹部(非貫通穴部)となっており、セラミックキャパシタ101は上記第1実施形態と同様の構成を有する。本実施形態において、ビルドアップ層32の樹脂絶縁層34は、全体がコア材11の下面13に当接している。また、樹脂絶縁層34及びセラミックキャパシタ101は、収容穴部91の底面とコア材11の下面13とを貫通する複数のビア導体58を介して互いに電気的に接続されている。これらビア導体58の内部は導体ペーストで埋められている。この配線基板10においても上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
A fourth embodiment embodying the wiring board of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 8, in the
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記第2実施形態では第1外部端子電極111,112と第2外部電極121,122との間に並列に配置された3つのビア導体131,132からなるビア導体群134,135を設けるものであったが、ビア導体群134,135におけるビア導体131,132の個数や配置等は適宜変更することができる。そのビア導体群の具体例を図9〜図12に示している。すなわち、図9のビア導体群では、2つのビア導体131が設けられ、図10のビア導体群では、3つのビア導体131が設けられている。また、図11のビア導体群では、4つのビア導体131が設けられ、図12のビア導体群では、5つのビア導体131が設けられている。このように、複数のビア導体131からなるビア導体群を設けることにより、その断面積を十分に大きくすることができる。ここで、図10〜図12のように、外部端子電極に対して、ビア導体131が均一に配置されていることがよい。即ち、外部端子電極の中心を基準として点対称になるように複数のビア導体131を配置することにより、ビア導体131の断面積を広く確保することができ、ひいては、ビア導体群の断面積を十分に大きくすることができる。また、ビア導体131と各外部端子電極111,121との接続強度も十分に確保することができる。
In the second embodiment, via
・上記実施形態では、埋め込み用セラミックチップとしてセラミックキャパシタ101を用いるものであったが、これに代えてキャパシタの機能を有しないセラミックチップを用いてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、配線基板10のパッケージ形態はBGA(ボールグリッドアレイ)であるが、BGAのみに限定されず、例えばPGA(ピングリッドアレイ)やLGA(ランドグリッドアレイ)等であってもよい。
In the above embodiment, the package form of the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the respective embodiments described above are listed below.
(1)コア第1主面及びコア第2主面を有し、前記コア第1主面及び前記コア第2主面にて開口する収容穴部を有する平板状のコア材と、前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面及び前記チップ第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体集積回路素子を支持することが可能な第1配線積層部と、第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面及びチップ第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部とを備え、前記チップ内ビア導体の断面積が、前記スルーホール導体の断面積よりも大きいことを特徴とする配線基板。 (1) A flat core material having a core first main surface and a core second main surface, and having a receiving hole portion opened at the core first main surface and the core second main surface, and the core material A through-hole conductor formed in a through-hole hole penetrating in the thickness direction, a chip first main surface and a chip second main surface, and an in-chip via conductor formed therein, An embedded ceramic chip housed and fixed in the first insulating layer, and a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer stacked on the core first main surface and the chip first main surface, A first wiring laminated portion capable of supporting a semiconductor integrated circuit element and a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer are laminated on the core second main surface and the chip second main surface. A second wiring laminated portion having a structure that can be supported by the mother board; Provided, the wiring board sectional area of the chip via conductor, and greater than the cross-sectional area of the through-hole conductors.
(2)コア第1主面及びコア第2主面を有し、前記コア第1主面及び前記コア第2主面にて開口する収容穴部を有する平板状のコア材と、前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面及び前記チップ第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体集積回路素子を支持することが可能な第1配線積層部と、第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面及び前記チップ第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部とを備え、前記チップ第1主面上に配置されたチップ第1主面側電極と、前記チップ第2主面上において前記チップ第1主面側電極の位置に対応して配置されたチップ第2主面側電極と、前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極間にて並列に配置された複数のチップ内ビア導体からなるチップ内ビア導体群とを備え、前記チップ内ビア導体群の端部に前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極が接続されていることを特徴とする配線基板。 (2) A flat core material having a core first main surface and a core second main surface, and having an accommodation hole opening at the core first main surface and the core second main surface, and the core material A through-hole conductor formed in a through-hole hole penetrating in the thickness direction, a chip first main surface and a chip second main surface, and an in-chip via conductor formed therein, An embedded ceramic chip housed and fixed in the first insulating layer, and a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer stacked on the core first main surface and the chip first main surface, A first wiring laminated portion capable of supporting a semiconductor integrated circuit element and a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer are formed on the core second main surface and the chip second main surface. Second wiring stack having a stacked structure and capable of being supported by a mother board A chip first main surface side electrode disposed on the chip first main surface, and a chip disposed on the chip second main surface corresponding to the position of the chip first main surface side electrode. A second main surface side electrode, and an in-chip via conductor group composed of a plurality of in-chip via conductors arranged in parallel between the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode, The wiring substrate, wherein the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode are connected to end portions of the in-chip via conductor group.
(3)上記1または2において、前記チップ内ビア導体に用いる金属はニッケルであり、前記スルーホール導体に用いる金属は銅であることを特徴とする配線基板。 (3) The wiring board according to 1 or 2, wherein the metal used for the in-chip via conductor is nickel and the metal used for the through-hole conductor is copper.
(4)上記1乃至3のいずれかにおいて、前記第1絶縁層内ビア導体及び第2絶縁層内ビア導体はフィルドビア導体であることを特徴とする配線基板。 (4) The wiring board according to any one of 1 to 3, wherein the first insulating layer via conductor and the second insulating layer via conductor are filled via conductors.
10…配線基板
11…コア材
12…コア第1主面としての上面
13…コア第2主面としての下面
15…スルーホール用孔内
16…スルーホール導体
21…半導体素子としてのICチップ
31…第1配線積層部としてのビルドアップ層
33,35…第1層間絶縁層
32…第2配線積層部としてのビルドアップ層
34,36…第2層間絶縁層
52,56…絶縁層内ビア導体
60…母基板としてのマザーボード
91…収容穴部
101…埋め込み用セラミックチップとしてのセラミックキャパシタ
102…チップ第1主面としての上面
103…チップ第2主面としての下面
111,112…チップ第1主面側電極としての第1外部端子電極
121,122…チップ第2主面側電極としての第2外部端子電極
131,132…チップ内ビア導体としてのビア導体
134,135…チップ内ビア導体群としてのビア導体群
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、
チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、
第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体素子を支持することが可能な第1配線積層部と、
第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部と
を備え、前記チップ内ビア導体の断面積が、前記スルーホール導体の断面積よりも大きいことを特徴とする配線基板。 A core material having a core first main surface and a core second main surface, and having an accommodation hole opening in at least one of the core first main surface and the core second main surface;
A through-hole conductor formed in a through-hole hole penetrating the core material in the thickness direction;
An embedded ceramic chip having a chip first main surface and a chip second main surface, in which a via conductor in the chip is formed, and is housed and fixed in the housing hole;
A first wiring laminated portion having a structure in which a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer is laminated on the core first main surface, and capable of supporting a semiconductor element;
A second wiring laminated portion having a structure in which a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer is laminated on the second main surface of the core and capable of being supported by a mother board. A wiring board, wherein a cross-sectional area of the via conductor in the chip is larger than a cross-sectional area of the through-hole conductor.
前記コア材をその厚さ方向に貫通するスルーホール用孔内に形成されたスルーホール導体と、
チップ第1主面及びチップ第2主面を有し内部にチップ内ビア導体が形成され、前記収容穴部内に収容固定された埋め込み用セラミックチップと、
第1絶縁層内ビア導体を有する第1層間絶縁層を前記コア第1主面の上にて積層した構造を有し、半導体素子を支持することが可能な第1配線積層部と、
第2絶縁層内ビア導体を有する第2層間絶縁層を前記コア第2主面の上にて積層した構造を有し、母基板によって支持されることが可能な第2配線積層部と
を備え、
前記チップ第1主面上に配置されたチップ第1主面側電極と、前記チップ第2主面上において前記チップ第1主面側電極の位置に対応して配置されたチップ第2主面側電極と、前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極間にて並列に配置された複数のチップ内ビア導体からなるチップ内ビア導体群とを備え、前記チップ内ビア導体群の端部に前記チップ第1主面側電極及び前記チップ第2主面側電極が接続されていることを特徴とする配線基板。 A core material having a core first main surface and a core second main surface, and having an accommodation hole opening in at least one of the core first main surface and the core second main surface;
A through-hole conductor formed in a through-hole hole penetrating the core material in the thickness direction;
An embedded ceramic chip having a chip first main surface and a chip second main surface, in which a via conductor in the chip is formed, and is housed and fixed in the housing hole;
A first wiring laminated portion having a structure in which a first interlayer insulating layer having a via conductor in the first insulating layer is laminated on the core first main surface, and capable of supporting a semiconductor element;
A second wiring laminated portion having a structure in which a second interlayer insulating layer having a via conductor in the second insulating layer is laminated on the second main surface of the core and capable of being supported by a mother board. ,
A chip first main surface side electrode disposed on the chip first main surface, and a chip second main surface disposed on the chip second main surface corresponding to the position of the chip first main surface side electrode. A chip-side via conductor group including a plurality of via conductors in a chip arranged in parallel between the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode; A wiring board, wherein the chip first main surface side electrode and the chip second main surface side electrode are connected to an end portion of a conductor group.
6. The wiring board according to claim 1, wherein a specific resistance of the metal used for the via conductor in the chip is higher than a specific resistance of the metal used for the through-hole conductor.
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JP2001189234A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-10 | Tdk Corp | Layered capacitor |
JP2002271032A (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-20 | Ibiden Co Ltd | Printed wiring board and manufacturing method therefor |
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Patent Citations (2)
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