JP2009152282A - 集合配線基板及び半導体パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】個々の配線基板においては半導体チップ搭載面となる最上層を上側に見て凹状に反る傾向を残しつつ、シート形状の集合配線基板においては反り及び反りの温度依存性の少ない集合配線基板を提供すると共に、反りの少ない半導体パッケージを提供することを目的とする。
【解決手段】配線基板形成領域及び前記配線基板形成領域に隣接するダミーパターン形成領域を有し、半導体チップ搭載面となる最上層を含む複数の配線層が積層された集合配線基板であって、前記配線基板形成領域の前記最上層の配線密度は、前記配線基板形成領域のその他の前記配線層の配線密度よりも低く、前記ダミーパターン形成領域の前記最上層から最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向は、前記配線基板形成領域の前記最上層から前記最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向と相反するように設定されていることを特徴とする。
【選択図】図7

Description

本発明は、集合配線基板及び半導体パッケージに関し、特に支持体上に配線層と絶縁層とを積層した後に支持体を除去することにより形成される集合配線基板、及び、前記集合基板に半導体チップを搭載した半導体パッケージに関する。
例えば、電子部品が実装される配線基板を製造する方法として、支持体の上に剥離できる状態で所定の配線層を形成した後に、配線層を支持体から分離して配線基板を得る方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この種の配線基板の製造方法では、ビルドアップ配線層の形成時には支持体が存在するため、ビルドアップ配線層を確実に精度よく形成することができる。又、ビルドアップ配線層が形成された後は、支持体が除去されるため、製造される配線基板の薄型化及び電気的特性の向上を図ることができる。
図1は、従来のビルドアップ配線層を有する配線基板100を例示する断面図である。図1を参照するに、配線基板100は、配線部材300と、ソルダーレジスト150とを有する。配線部材300は、配線層と絶縁層とが積層された構成である。最上層である配線層には、上部電極パッドとして機能する配線180aが形成されている。第1絶縁層130aを挟んで、その下の配線層には、配線180bが形成されている。
第2絶縁層130bを挟んで、更にその下の配線層には、配線180cが形成されている。第3絶縁層130cを挟んで、更にその下の配線層には、配線180dが形成されている。第4絶縁層130dを挟んで、更にその下の最下層である配線層には、下部電極パッドとして機能する配線180eが形成されている。配線180aから180eとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。
又、下部電極パッドとして機能する配線180eは配線部材300の下面に形成されたソルダーレジスト150から露出するように構成されている。最上層は、半導体チップが搭載される半導体チップ搭載面となり、最上層に形成されている上部電極パッドとして機能する配線180aは、半導体チップの対応するパッドと電気的に接続される。
図1に示すように、配線基板100は、最上層の配線密度が他の配線層の配線密度と比較して低い。その理由は、半導体チップと接続される上部電極パッドとして機能する配線180aは、一般に小さく作られ、中央部分に集中して配置されるためである。各配線層の配線密度に差があることにより配線基板100には反りが生じる。
すなわち、例えば、各配線に銅(Cu)を用いた場合、その熱膨張率は18ppm/℃程度であり、各絶縁層にエポキシ系樹脂を用いた場合、その熱膨張率は55ppm/℃程度である。そのため、上部電極パッドとして機能する配線180aが形成されている、配線密度の最も低い最上層と他の層との間で、熱膨張率に差が生じる。ビルドアップ配線層を形成する工程は190℃程度の高温下で行われ、この状態では配線基板100はほぼ平坦であるが、ビルドアップ配線層を形成する工程が終了し、冷却され常温下におかれると、配線基板100の中央部分に配置されている上部電極パッドとして機能する配線180aの部分が収縮し、図1に示すように、凹状の反りが生じるのである。
なお、配線密度とは、(所定の領域中の配線の形成されている領域の面積/所定の領域の面積)×100%であり、配線層に銅(Cu)を用いる場合には、残銅率と同義である。
このような反りを防止する方法として、個片化された配線基板の各層の配線密度(残銅率)を調整する方法が提案されているが(例えば、特許文献2、3参照)、図1に示すような配線基板100では、最上層の配線密度が必ず低くなり、個片化された配線基板の各層の配線密度(残銅率)を自在に調整できないことから、現実的には提案されている方法で反りを防止することは困難である。
又、配線基板100の上部電極パッドとして機能する配線180a上に、半導体チップを搭載し半導体パッケージを製造する場合に、半導体チップ搭載後の反りを考慮すると、配線基板100は半導体チップ搭載面を上にして凹状に反っていることが好ましい。配線基板100は、半導体チップよりも大きな熱膨張係数を持ち、半導体チップ搭載温度下においてほぼ平らになり、半導体チップ搭載後に常温下において大きく縮み凸状に反るが、配線基板100が予め凹状に反っていれば、半導体チップ搭載後に常温下においてほぼ平らな状態になり、反りの少ない半導体パッケージが提供できるからである。このような観点からすれば、特許文献2、3に開示されているように、必ずしも配線基板100の反りを防止することは好ましくない。
図2は、従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する平面図である。図3は、従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する底面図である。図4は、従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する図2のD−D線に沿った断面図である。図2乃至図4において、図1と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。図2乃至図4を参照するに、集合配線基板200は、複数の配線基板100と外枠210から構成されている、支持体を有さないシート形状の集合配線基板である。外枠210には、例えば、位置決め等に用いられる貫通穴220が形成されている。
図2乃至図4において、複数の配線基板100が形成されている領域を配線基板形成領域Aという。又、外枠210にはダミーパターンを形成することが可能であるため、外枠210をダミーパターン形成領域Bという。すなわち、ダミーパターン形成領域Bは、集合配線基板200において、配線基板形成領域Aを除く部分である。Cはダイシングブレード等が集合配線基板200を切断する位置(以下、「切断位置C」とする)を示している。集合配線基板200は、切断位置Cにおいて切断されることにより個片化され、配線基板100となる。この際、外枠210(ダミーパターン形成領域B)は、廃棄される部分である。
近年では、配線基板100の小型化、薄型化が進み、配線基板100は個片化されず、シート形状の集合配線基板200の形態で取り扱われる場合が増加しつつある。図4に示すように、シート形状の集合配線基板200は、ダミーパターン形成領域Bの最上層及び最下層に補強用の配線102が形成されている場合もあるが、シート形状の集合配線基板200全体としては、個片化された配線基板100と同様に最上層の配線密度が低いため、シート形状の集合配線基板200全体が凹状に反る傾向がある。
特開2000−323613号公報 特開2000−124612号公報 特開2001−284825号公報
しかしながら、前述のように、配線基板100は半導体チップ搭載面となる最上層を上側に見て凹状に反っていることが好ましいが、配線基板100が凹状に反っていると、シート形状の集合配線基板200では、凹状の反りが集積され、図4に示すような大きな凹状の反りを生じるため、組み立て装置に装着できないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、個々の配線基板においては半導体チップ搭載面となる最上層を上側に見て凹状に反る傾向を残しつつ、シート形状の集合配線基板においては反り及び反りの温度依存性の少ない集合配線基板を提供すると共に、反りの少ない半導体パッケージを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、第1の発明は、配線基板形成領域及び前記配線基板形成領域に隣接するダミーパターン形成領域を有し、半導体チップ搭載面となる最上層を含む複数の配線層が積層された集合配線基板であって、前記配線基板形成領域の前記最上層の配線密度は、前記配線基板形成領域のその他の前記配線層の配線密度よりも低く、前記ダミーパターン形成領域の前記最上層から最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向は、前記配線基板形成領域の前記最上層から前記最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向と相反するように設定されていることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明に係る集合配線基板において、前記配線基板形成領域は前記最上層を上側に見て凹状に反っており、前記ダミーパターン形成領域は前記最上層を上側に見て凸状に反っていることを特徴とする。
第3の発明は、第1又は第2の発明に係る集合配線基板において、前記ダミーパターン形成領域は、配線が形成されていない前記配線層を有することを特徴とする。
第4の発明は、第1乃至第3の何れか一に記載の発明に係る集合配線基板において、少なくとも一つの前記配線基板形成領域と、前記ダミーパターン形成領域とを備えていることを特徴とする。
第5の発明は、第1乃至第4の何れか一に記載の集合配線基板と、半導体チップとを有する半導体パッケージであって、前記半導体チップは、前記配線基板形成領域の配線密度の最も低い配線層上に搭載されていることを特徴とする。
本発明によれば、個々の配線基板においては半導体チップ搭載面となる最上層を上側に見て凹状に反る傾向を残しつつ、シート形状の集合配線基板においては反りが少なく、かつ、反りの温度依存性の少ない集合配線基板を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
(第1の実施の形態)
図5は、本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する平面図である。図6は、本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する底面図である。図7は、本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する図5のE−E線に沿った断面図である。
図5乃至図7を参照するに、集合配線基板20は、複数の配線基板10と外枠21から構成されている、支持体を有さないシート形状の集合配線基板である。外枠21には、例えば、位置決め等に用いられる貫通穴22が形成されている。 図5乃至図7において、複数の配線基板10が形成されている領域を配線基板形成領域Aという。又、外枠21にはダミーパターンを形成することが可能であるため、外枠21をダミーパターン形成領域Bという。すなわち、ダミーパターン形成領域Bは、集合配線基板20において、配線基板形成領域Aを除く部分である。Cはダイシングブレード等が集合配線基板20を切断する位置(以下、「切断位置C」とする)を示している。集合配線基板20は、切断位置Cにおいて切断されることにより個片化され、配線基板10となる。この際、外枠21(ダミーパターン形成領域B)は、廃棄される部分である。
図7に示すように、集合配線基板20は、配線部材30と、ソルダーレジスト15とを有する。配線部材30は、後に集合配線基板20の製造工程において詳述するように、配線層と絶縁層とが積層された構成である。最上層である配線層(以下、「第1配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18aが、ダミーパターン形成領域Bに配線18eが形成されている。第1絶縁層13aを挟んで、その下の配線層(以下、「第2配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18bが、ダミーパターン形成領域Bに配線18fが形成されている。
第2絶縁層13bを挟んで、更にその下の配線層(以下、「第3配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18cが、ダミーパターン形成領域Bに配線18gが形成されている。第3絶縁層13cを挟んで、更にその下の最下層である配線層(以下、「第4配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18dが、ダミーパターン形成領域Bに配線18hが形成されている。配線18aから18hとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。
最上層である第1配線層は、半導体チップが搭載される半導体チップ搭載面となり、第1配線層に形成されている上部電極パッドとして機能する配線18aは、半導体チップの対応するパッドと電気的に接続される。最下層である第4配線層に形成されている配線18dは、下部電極パッドとして機能し、例えば、マザーボード等に接続される。なお、最上層及び最下層は、図7に示すように、上部電極パッドとして機能する配線18aが形成されている第1配線層を上側にして見た図に基いて定義する。
第1配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度は、第2配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度よりも低いため、前述の図1の説明と同様な理由により、配線基板形成領域Aは凹状に反る。
ダミーパターン形成領域Bに形成されている配線18e,配線18f,配線18g,配線18hは、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、シート形状の集合配線基板20の全体の反りを低減させ、かつ、反りの温度依存性を低減させるために設けられており、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向は、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定されている。
第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度が、例えば、それぞれ10%,50%,70%,80%であれば、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度は、例えば、それぞれ80%,70%,50%,10%とすることができる。もちろん、これらの数値に限定されるものではない。
配線基板形成領域Aにおいて、配線18aと配線18bとは、第1ビアホール13xを介して電気的に接続されている。又、配線18bと配線18cとは、第2ビアホール13yを介して電気的に接続されている。又、配線18cと配線18dとは、第3ビアホール13zを介して電気的に接続されている。
配線基板形成領域A及びダミーパターン形成領域Bにおいて、配線部材30の裏面にはソルダーレジスト15が形成されており、ソルダーレジスト15の配線基板形成領域Aには開口部15xが設けられている。配線18dは、開口部15x内に位置した構成とされている。
このように、ダミーパターン形成領域Bに配線18e,配線18f,配線18g,配線18hを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定することにより、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、図7に示すように、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、ダミーパターン形成領域Bを凸状に反らせることが可能となり、シート形状の集合配線基板20の全体の反りを低減させることができる。又、温度が変化した場合に、配線基板形成領域Aとダミーパターン形成領域Bとが反対方向に反るため、反りの温度依存性を低減させることができる。
なお、ダミーパターン形成領域Bに形成される配線18e,配線18f,配線18g,配線18hは任意の形状とすることができるが、配線基板形成領域Aに形成される配線18a,配線18b,配線18c,配線18dと同一幅、同一深さであることが望ましい。
続いて、集合配線基板20の製造方法について説明する。図8〜図17は、本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図である。図8〜図17において、図5〜図7と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。
始めに、図8に示す工程では、支持体11を用意する。本実施形態では支持体11として銅箔を用いる。銅箔の厚さは、例えば、35〜100μmとすることができる。次いで、図9に示す工程では、支持体11上に、レジスト膜12を形成する。レジスト膜12としては、例えば、ドライフィルムを用いることができる。
次いで、図10に示す工程では、レジスト膜12に対してパターニング処理を行い、第1配線層の配線基板形成領域Aの配線18aの形成位置に対応する部分に開口部12xを、第1配線層のダミーパターン形成領域Bの配線18eの形成位置に対応する部分に開口部12yを形成する。なお、ドライフィルム状のレジスト膜12に対して予め開口部12x及び開口部12yを形成しておき、開口部12x及び開口部12yが形成されたレジスト膜12を支持体11に配設してもよい。
次いで、図11に示す工程では、支持体11をめっき給電層に利用する電解めっき法により、支持体11上の第1配線層の配線基板形成領域Aに配線18aを、ダミーパターン形成領域Bに配線18eを形成する。配線18aは、レジスト膜12に形成された開口部12x内に形成されており、表面めっき層25とパッド本体26とにより構成されている。配線18eは、レジスト膜12に形成された開口部12y内に形成されており、表面めっき層25とパッド本体26とにより構成されている。
表面めっき層25は、Au膜,Pd膜,Ni膜を積層した構造を有している。よって、配線18a及び配線18eを形成するには、先ずAu膜,Pd膜,Ni膜を順にめっきすることにより表面めっき層25を形成し、続いて、表面めっき層25上にCu等からなるパッド本体26をめっきにより形成する。次いで、図12に示す工程では、図11に示すレジスト膜12を除去する。なお、配線18aは、半導体チップ等と接続される上部電極パッドとして機能する。
次いで、図13に示す工程では、支持体11に配線18a及び配線18eを被覆する第1絶縁層13aを形成する。第1絶縁層13aの材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂材を用いることができる。第1絶縁層13aの形成方法の一例としては、支持体11に樹脂フィルムをラミネートした後に、樹脂フィルムをプレス(押圧)し、その後、190℃の温度で熱処理して硬化させることにより第1絶縁層13aを得ることができる。
次いで、図14に示す工程では、支持体11に形成された第1絶縁層13aに、配線18aが露出するようにレーザ加工法等を用いて第1ビアホール13xを形成する。なお、第1絶縁層13aとして感光性樹脂膜を用い、フォトリソグラフィによりパターニングして第1ビアホール13xを形成する方法を用いてもよいし、スクリーン印刷により開口部が設けられた樹脂膜をパターニングして第1ビアホール13xを形成する方法を用いてもよい。
次いで、図15に示す工程では、第1絶縁層13a上の第2配線層の配線基板形成領域Aに、配線18aに第1ビアホール13xを介して接続される配線18bを形成する。又、第1絶縁層13a上の第2配線層のダミーパターン形成領域Bに、配線18fを形成する。配線18b及び配線18fとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18b及び配線18fは、例えば、セミアディティブ法により形成される。
配線18b及び配線18fを、セミアディティブ法により形成する例を、より詳しく説明すると、先ず、無電解めっき法又はスパッタ法により、第1ビアホール13x内及び第1絶縁層13aの上にCuシード層(図示せず)を形成した後に、配線18b及び配線18fに対応する開口部を備えたレジスト膜(図示せず)を形成する。次いで、Cuシード層をめっき給電層に利用した電解めっき法により、レジスト膜の開口部にCu層パターン(図示せず)を形成する。
続いて、レジスト膜を除去した後に、Cu層パターンをマスクにしてCuシード層をエッチングすることにより、配線18b及び配線18fを得る。なお、配線18b及び配線18fの形成方法としては、上述したセミアディティブ法の他にサブトラクティブ法などの各種の配線形成方法を用いることができる。
次いで、図16に示す工程では、上記と同様な工程を繰り返すことにより、第1配線層〜第4配線層及び絶縁層13a〜13cが積層された構造の配線部材30を形成する。すなわち、支持体11に第2配線層の配線18b及び配線18fを被覆する第2絶縁層13bを形成した後に、配線基板形成領域Aにおける配線18b上の第2絶縁層13bの部分に第2ビアホール13yを形成する。
更に、第2絶縁層13b上に、第2ビアホール13yを介して配線18bに接続される配線18cを形成する。又、ダミーパターン形成領域Bにおける第2絶縁層13b上に、配線18gを形成する。配線18c及び配線18gとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18c及び配線18gは、例えば、セミアディティブ法により形成される。
更に、配線18c及び配線18gを被覆する第3絶縁層13cを形成した後に、配線基板形成領域Aにおける配線18c上の第3絶縁層13cの部分に第3ビアホール13zを形成する。更に、第3絶縁層13c上に、第3ビアホール13zを介して配線18cに接続される配線18dを形成する。又、ダミーパターン形成領域Bにおける第3絶縁層13c上に、配線18hを形成する。配線18d及び配線18hとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18d及び配線18hは、例えば、セミアディティブ法により形成される。
続いて、配線18d及び配線18h上には、開口部15xが設けられたソルダーレジスト膜15が形成される。これにより、配線18dは、ソルダーレジスト膜15の開口部15x内に露出し、マザーボード等と接続される下部電極パッドとして機能する。なお、必要に応じてソルダーレジスト膜15の開口部15x内の配線18dにNi/Auめっき層などのコンタクト層を形成してもよい。
このようにして、支持体11上の第1配線層の上に所定のビルドアップ配線層が形成される。本実施例では、4層のビルドアップ配線層(第1配線層〜第4配線層)を形成したが、n層(nは1以上の整数)のビルドアップ配線層を形成してもよい。なお、図8〜図16に示す構造体は、強度の高い支持体11を有するために反りは生じず、ほぼ平らである。
次いで、図17に示す工程では、図16に示す支持体11を除去する(図17は、図8〜図16とは上下が反転して描かれている)。支持体11の除去は、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液又は過硫酸アンモニウム水溶液などを用いたウエットエッチングにより行うことができる。この際、配線18a及び配線18eは、最表面に表面めっき層25が形成されているため、配線18a,配線18e及び第1絶縁層13aに対し、支持体11を選択的にエッチングして除去することができる。これにより、配線18aは第1絶縁層13aから露出される。
図17に示す集合配線基板20は、支持体11が除去されているため、配線基板形成領域Aの中央部分に配置されている配線18aの部分が収縮し、配線基板形成領域Aは凹状に反る。又、ダミーパターン形成領域Bに配線18e,配線18f,配線18g,配線18hを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定しているため、ダミーパターン形成領域Bは凸状に反る。このようにして、本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20が製造される。
図18は、集合配線基板20に半導体チップ50を搭載した半導体パッケージ40を例示する図である。図18を参照するに、半導体パッケージ40は、集合配線基板20と、はんだバンプ16と、半導体チップ50と、アンダーフィル樹脂51とを有する。半導体チップ50には、電極であるボール状端子50aが形成されている。集合配線基板20の最上層である第1配線層の配線18a上には、はんだバンプ16(接合金属)が形成されている。半導体チップ50のボール状端子50aは、集合配線基板20のはんだバンプ16と電気的に接続されている。半導体チップ50と第1絶縁層13aとの間にはアンダーフィル樹脂51が充填されている。
図18に示す半導体パッケージ40は、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ50が最上層上に搭載されたことにより、半導体チップ50が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ40における集合配線基板20の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、ほぼ平坦になっている。
図19〜図22は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ40の製造工程を例示する図である。図19〜図22において、図18と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。始めに、図19に示す工程では、配線18a上に、はんだバンプ16(接合金属)を形成する。はんだバンプ16は、第1絶縁層13aから露出した配線18aにはんだペーストを塗布しリフロー処理することにより得られる。配線18aに、はんだボールを搭載しても構わない。
次いで、図20に示す工程では、電極であるボール状端子50aが形成されている半導体チップ50を用意する。次いで、図21に示す工程では、半導体チップ50のボール状端子50aと集合配線基板20のはんだバンプ16とを、例えば、190℃に加熱して、はんだを融解させ電気的に接続する。なお、この時の温度は、基板が作製される時の温度に近似しているため、集合配線基板20の配線基板形成領域Aの凹状の反り及びダミーパターン形成領域Bの凸状の反りは矯正され、集合配線基板20は、ほぼ平坦になっている。
次いで、図22に示す工程では、半導体チップ50と第1絶縁層13aとの間にアンダーフィル樹脂51を充填する。なお、この工程の後、常温に戻ると、
集合配線基板20の配線基板形成領域Aは、比較的大きな熱膨張係数を持つ各配線層を構成する銅(Cu)等が収縮するため、再び凹状に反ろうとするが、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ50が最上層上に搭載されたことにより、半導体チップ50が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ40における集合配線基板20の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、ほぼ平坦になっている。
このようにして、シート状の集合配線基板20に半導体チップ50を実装した半導体パッケージ40が製造される。その後、ダイシングブレード等で集合配線基板20を切断位置Cで切断することにより、個片化された半導体パッケージが完成する。
なお、集合配線基板20のダミーパターン形成領域Bへの配線形成工程において、切断位置Cに対応する部分の配線を無くしておく、又は、減らしておくことにより、個片化時のダイシングブレードの摩耗を減らすことができる。
本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20によれば、ダミーパターン形成領域Bに配線18e,配線18f,配線18g,配線18hを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定することにより、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、ダミーパターン形成領域Bを凸状に反らせることが可能となり、シート形状の集合配線基板20の全体の反りを低減させることができる。又、温度が変化した場合に、配線基板形成領域Aとダミーパターン形成領域Bとが反対方向に反るため、反りの温度依存性を低減させることができる。
又、ダミーパターン形成領域Bへの配線形成工程は、配線基板形成領域Aへの配線形成工程と同一の工程とすることができるため、新たな工程を追加することなく反りの対策が可能である。
又、集合配線基板20の最上層上に、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ50を搭載することにより、半導体チップ50が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ40における集合配線基板20の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、配線基板形成領域Aをほぼ平坦に保つことが可能となり、集合配線基板20を切断位置Cで切断することで、個片化された反りの少ない半導体パッケージを得ることができる。
(第2の実施の形態)
図23は、本発明の第2の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板60を例示する断面図であり、本発明の第1の実施の形態における図7に対応する図である。同図中、図7と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。又、本発明の第2の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板60の平面図及び底面図は、図5及び図6と同様であるため、その説明は省略する。
図23に示すように、集合配線基板60は、配線部材31と、ソルダーレジスト15とを有する。配線部材31は、後に集合配線基板60の製造工程において詳述するように、配線層と絶縁層とが積層された構成である。最上層である配線層(以下、「第1配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18aが、ダミーパターン形成領域Bに配線18iが形成されている。第1絶縁層13aを挟んで、その下の配線層(以下、「第2配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18bが形成されている。ダミーパターン形成領域Bには配線が形成されていない。
第2絶縁層13bを挟んで、更にその下の配線層(以下、「第3配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18cが形成されている。ダミーパターン形成領域Bには配線が形成されていない。第3絶縁層13cを挟んで、更にその下の最下層である配線層(以下、「第4配線層」とする)には、配線基板形成領域Aに配線18d形成されている。ダミーパターン形成領域Bには配線が形成されていない。
配線18a〜18d,18iとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。最上層である第1配線層は、半導体チップが搭載される半導体チップ搭載面となり、第1配線層に形成されている上部電極パッドとして機能する配線18aは、半導体チップの対応するパッドと電気的に接続される。
最下層である第4配線層に形成されている配線18dは、下部電極パッドとして機能し、例えば、マザーボード等に接続される。なお、最上層及び最下層は、図23に示すように、上部電極パッドとして機能する配線18aが形成されている第1配線層を上側にして見た図に基いて定義する。
第1配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度は、第2配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度よりも低いため、前述の図1の説明と同様な理由により、配線基板形成領域Aは凹状に反る。
ダミーパターン形成領域Bに形成されている配線18iは、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、シート形状の集合配線基板60の全体の反りを低減させ、かつ、反りの温度依存性を低減させるために設けられており、ダミーパターン形成領域Bにおいて第1配線層にのみ配線18iを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定されている。第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度が、例えば、それぞれ10%,50%,70%,80%であれば、ダミーパターン形成領域Bに形成されている配線18iの配線密度は、例えば、100%に近い値とすることができる。もちろん、これらの数値に限定されるものではない。
配線基板形成領域Aにおいて、配線18aと配線18bとは、第1ビアホール13xを介して電気的に接続されている。又、配線18bと配線18cとは、第2ビアホール13yを介して電気的に接続されている。又、配線18cと配線18dとは、第3ビアホール13zを介して電気的に接続されている。
配線基板形成領域A及びダミーパターン形成領域Bにおいて、配線部材31の裏面にはソルダーレジスト15が形成されており、ソルダーレジスト15の配線基板形成領域Aには開口部15xが設けられている。配線18dは、開口部15x内に位置した構成とされている。
このように、ダミーパターン形成領域Bにおいて第1配線層にのみ配線18iを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定することにより、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、図23に示すように、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、ダミーパターン形成領域Bを凸状に反らせることが可能となり、シート形状の集合配線基板60の全体の反りを低減させることができる。又、温度が変化した場合に、配線基板形成領域Aとダミーパターン形成領域Bとが反対方向に反るため、反りの温度依存性を低減させることができる。
なお、ダミーパターン形成領域Bに形成される配線18iは任意の形状とすることができるが、配線基板形成領域Aに形成される配線18a,配線18b,配線18c,配線18dと同一幅、同一深さであることが望ましい。
続いて、集合配線基板60の製造方法について説明する。図24〜図33は、本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図である。図24〜図33において、図23と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。
始めに、図24に示す工程では、支持体11を用意する。本実施形態では支持体11として銅箔を用いる。銅箔の厚さは、例えば、35〜100μmとすることができる。次いで、図25に示す工程では、支持体11上に、レジスト膜12を形成する。レジスト膜12としては、例えば、ドライフィルムを用いることができる。
次いで、図26に示す工程では、レジスト膜12に対してパターニング処理を行い、第1配線層の配線基板形成領域Aの配線18aの形成位置に対応する部分に開口部12xを、第1配線層のダミーパターン形成領域Bの配線18iの形成位置に対応する部分に開口部12yを形成する。なお、ドライフィルム状のレジスト膜12に対して予め開口部12x及び開口部12yを形成しておき、開口部12x及び開口部12yが形成されたレジスト膜12を支持体11に配設してもよい。
次いで、図27に示す工程では、支持体11をめっき給電層に利用する電解めっき法により、支持体11上の第1配線層の配線基板形成領域Aに配線18aを、ダミーパターン形成領域Bに配線18iを形成する。配線18aは、レジスト膜12に形成された開口部12x内に形成されており、表面めっき層25とパッド本体26とにより構成されている。配線18iは、レジスト膜12に形成された開口部12y内に形成されており、表面めっき層25とパッド本体26とにより構成されている。
表面めっき層25は、Au膜,Pd膜,Ni膜を積層した構造を有している。よって、配線18a及び配線18iを形成するには、先ずAu膜,Pd膜,Ni膜を順にめっきすることにより表面めっき層25を形成し、続いて、表面めっき層25上にCu等からなるパッド本体26をめっきにより形成する。次いで、図28に示す工程では、図27に示すレジスト膜12を除去する。なお、配線18aは、半導体チップ等と接続される上部電極パッドとして機能する。
次いで、図29に示す工程では、支持体11に配線18a及び配線18iを被覆する第1絶縁層13aを形成する。第1絶縁層13aの材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂材を用いることができる。第1絶縁層13aの形成方法の一例としては、支持体11に樹脂フィルムをラミネートした後に、樹脂フィルムをプレス(押圧)し、その後、190℃の温度で熱処理して硬化させることにより第1絶縁層13aを得ることができる。
次いで、図30に示す工程では、支持体11に形成された第1絶縁層13aに、配線18aが露出するようにレーザ加工法等を用いて第1ビアホール13xを形成する。なお、第1絶縁層13aとして感光性樹脂膜を用い、フォトリソグラフィによりパターニングして第1ビアホール13xを形成する方法を用いてもよいし、スクリーン印刷により開口部が設けられた樹脂膜をパターニングして第1ビアホール13xを形成する方法を用いてもよい。
次いで、図31に示す工程では、第1絶縁層13a上の第2配線層の配線基板形成領域Aに、配線18aに第1ビアホール13xを介して接続される配線18bを形成する。配線18bとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18bは、例えば、第1の実施の形態において詳しく説明したセミアディティブ法により形成される。
次いで、図32に示す工程では、上記と同様な工程を繰り返すことにより、第1配線層〜第4配線層及び絶縁層13a〜13cが積層された構造の配線部材31を形成する。すなわち、支持体11に第2配線層の配線18bを被覆する第2絶縁層13bを形成した後に、配線基板形成領域Aにおける配線18b上の第2絶縁層13bの部分に第2ビアホール13yを形成する
更に、第2絶縁層13b上に、第2ビアホール13yを介して配線18bに接続される配線18cを形成する。配線18cとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18cは、例えば、セミアディティブ法により形成される。
更に、配線18cを被覆する第3絶縁層13cを形成した後に、配線基板形成領域Aにおける配線18c上の第3絶縁層13cの部分に第3ビアホール13zを形成する。更に、第3絶縁層13c上に、第3ビアホール13zを介して配線18cに接続される配線18dを形成する。配線18dとしては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。配線18dは、例えば、セミアディティブ法により形成される。
続いて、配線18d上には、開口部15xが設けられたソルダーレジスト膜15が形成される。これにより、配線18dは、ソルダーレジスト膜15の開口部15x内に露出し、マザーボード等と接続される下部電極パッドとして機能する。なお、必要に応じてソルダーレジスト膜15の開口部15x内の配線18dにNi/Auめっき層などのコンタクト層を形成してもよい。
このようにして、支持体11上の第1配線層の上に所定のビルドアップ配線層が形成される。本実施例では、4層のビルドアップ配線層(第1配線層〜第4配線層)を形成したが、n層(nは1以上の整数)のビルドアップ配線層を形成してもよい。なお、図24〜図32に示す構造体は、強度の高い支持体11を有するために反りは生じず、ほぼ平らである。
次いで、図33に示す工程では、図32に示す支持体11を除去する(図33は、図24〜図32とは上下が反転して描かれている)。支持体11の除去は、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液又は過硫酸アンモニウム水溶液などを用いたウエットエッチングにより行うことができる。この際、配線18a及び配線18iは、最表面に表面めっき層25が形成されているため、配線18a,配線18i及び第1絶縁層13aに対し、支持体11を選択的にエッチングして除去することができる。これにより、配線18aは第1絶縁層13aから露出される。
図33に示す集合配線基板60は、支持体11が除去されているため、配線基板形成領域Aの中央部分に配置されている配線18aの部分が収縮し、配線基板形成領域Aは凹状に反る。又、ダミーパターン形成領域Bに配線18iを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定しているため、ダミーパターン形成領域Bは凸状に反る。このようにして、本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60が製造される。
図34は、集合配線基板60に半導体チップ80を搭載した半導体パッケージ70を例示する図である。同図中、図23と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。図34を参照するに、半導体パッケージ70は、集合配線基板60と、半導体チップ80と、ボンディングワイヤ81と、封止剤82とを有する。
半導体チップ80は、熱硬化性接着剤等により第1絶縁層13a上に固定され、半導体チップ80が有するパッド(図示せず)と配線18aとは、ボンディングワイヤ81により電気的に接続されている。又、半導体チップ80は、第1絶縁層13a上に形成された封止剤82により封止されている。
図34に示す半導体パッケージ70は、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ80が最上層上に搭載されたことにより、半導体チップ80が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ70における集合配線基板60の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、ほぼ平坦になっている。
図35〜図37は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体パッケージ70の製造工程を例示する図である。図35〜図37において、図34に示す第2の実施の形態に係る半導体パッケージ70と同一構成部分には同一符号を付す。始めに、図35に示す工程では、半導体チップ80を用意する。次いで、図36に示す工程では、半導体チップ80を接着剤(図示せず)により第1絶縁層13a上に固定した後、半導体チップ80が有するパッド(図示せず)と配線18aとを、ボンディングワイヤ81により電気的に接続する。接着剤としては、例えば、熱硬化性接着剤等を用いることができる。ボンディングワイヤ81としては、例えば、Auワイヤ等を用いることができる。なお、この時の温度は、基板が作製される時の温度に近似しているため、集合配線基板60の配線基板形成領域Aの凹状の反り及びダミーパターン形成領域Bの凸状の反りは矯正され、ほぼ平坦になっている。
次いで、図37に示す工程では、半導体チップ80を覆うように、第1絶縁層13a上に封止剤82を塗布し、半導体チップ80を封止する。封止剤82としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂やUV樹脂等を用いることができる。なお、この工程の後、常温に戻ると、集合配線基板60の配線基板形成領域Aは、比較的大きな熱膨張係数を持つ各配線層を構成する銅(Cu)等が収縮するため、再び凹状に反ろうとするが、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ80が最上層上に搭載されたことにより、半導体チップ80が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ70における集合配線基板60の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、ほぼ平坦になっている。
このようにして、シート状の集合配線基板60に半導体チップ80を実装した半導体パッケージ70が製造される。その後、ダイシングブレード等で集合配線基板60を切断位置Cで切断することにより、個片化された半導体パッケージが完成する。
なお、集合配線基板60のダミーパターン形成領域Bへの配線形成工程において、切断位置Cに対応する部分の配線を無くしておく、又は、減らしておくことにより、個片化時のダイシングブレードの摩耗を減らすことができる。
本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60によれば、ダミーパターン形成領域Bの第1配線層にのみ配線18iを形成し、第1配線層〜第4配線層のダミーパターン形成領域Bにおける配線密度の傾向を、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度の傾向と相反するように設定することにより、ダミーパターン形成領域Bの反りの傾向を、配線基板形成領域Aの反りの傾向と逆転させ、配線基板形成領域Aの凹状の反りは残しつつ、ダミーパターン形成領域Bを凸状に反らせることが可能となり、シート形状の集合配線基板60の全体の反りを低減させることができる。又、温度が変化した場合に、配線基板形成領域Aとダミーパターン形成領域Bとが反対方向に反るため、反りの温度依存性を低減させることができる。
又、ダミーパターン形成領域Bへの配線形成工程は、配線基板形成領域Aへの配線形成工程と同一の工程とすることができるため、新たな工程を追加することなく反りの対策が可能である。
又、集合配線基板60の最上層上に、各配線層を構成する銅(Cu)等に比べて小さな熱膨張係数を持つ半導体チップ80を搭載することにより、半導体チップ80が各配線層を構成する銅(Cu)等が凹状に反ろうとすることを阻止するため、半導体パッケージ70における集合配線基板60の配線基板形成領域Aの凹状の反りは矯正され、配線基板形成領域Aをほぼ平坦に保つことが可能となり、集合配線基板60を切断位置Cで切断することで、個片化された反りの少ない半導体パッケージを得ることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、第1の実施の形態に係る集合配線基板20の配線18aと、半導体チップ80とを、ボンディングワイヤ82で接続しても構わないし、第2の実施の形態に係る集合配線基板60の配線18aと、ボール状端子50aが形成されている半導体チップ50とを、はんだバンプ16で接続しても構わない。
又、第1の実施の形態では、ダミーパターン形成領域Bの第1配線層〜第4配線層に配線18e〜18gを形成する例を、第2の実施の形態では、ダミーパターン形成領域Bの第1配線層にのみ配線18iを形成する例を示したが、ダミーパターン形成領域Bの各配線層の配線密度の傾向を、配線基板形成領域Aの各配線層の配線密度の傾向と相反するように設定するものであれば、例えば、ダミーパターン形成領域Bの第1配線層と第2配線層のみに配線を形成しても構わないし、ダミーパターン形成領域Bの第1配線層〜第3配線層のみに配線を形成しても構わない。
又、第1の実施の形態では、第1配線層〜第4配線層の配線基板形成領域Aにおける配線密度が、例えば、それぞれ10%,50%,70%,80%である例を示したが、例えば、10%,50%,80%,70%のように一部の配線層の配線密度が逆転している場合にも本発明を適用することができる。
従来のビルドアップ配線層を有する配線基板100を例示する断面図である。 従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する平面図である。 従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する底面図である。 従来のビルドアップ配線層を有する集合配線基板200を例示する断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する底面図である。 本発明の第1の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板20を例示する断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その1)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その2)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その3)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その4)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その5)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その6)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その7)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その8)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その9)である。 本発明の第1の実施の形態に係る集合配線基板20の製造工程を例示する図(その10)である。 集合配線基板20に半導体チップ50を搭載した半導体パッケージ40を例示する図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ40の製造工程を例示する図(その1)である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ40の製造工程を例示する図(その2)である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ40の製造工程を例示する図(その3)である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体パッケージ40の製造工程を例示する図(その4)である。 本発明の第2の実施の形態に係るビルドアップ配線層を有する集合配線基板60を例示する断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その1)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その2)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その3)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その4)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その5)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その6)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その7)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その8)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その9)である。 本発明の第2の実施の形態に係る集合配線基板60の製造工程を例示する図(その10)である。 集合配線基板60に半導体チップ80を搭載した半導体パッケージ70を例示する図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体パッケージ70の製造工程を例示する図(その1)である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体パッケージ70の製造工程を例示する図(その2)である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体パッケージ70の製造工程を例示する図(その3)である。
符号の説明
10,100 配線基板
11 支持体
12 レジスト膜
12x,12y,15x 開口部
13a,130a 第1絶縁層
13b,130b 第2絶縁層
13c,130c 第3絶縁層
13x 第1ビアホール
13y 第2ビアホール
13z 第3ビアホール
15,150 ソルダーレジスト
16 はんだバンプ
18a〜18i,180a〜180e 配線
20,60,200 集合配線基板
21,210 外枠
22,220 貫通穴
25 表面めっき層
26 パッド本体
30,31,300 配線部材
40,70 半導体パッケージ
50,80 半導体チップ
50a ボール状端子
51 アンダーフィル樹脂
81 ボンディングワイヤ
82 封止剤
130d 第4絶縁層
A 配線基板形成領域
B ダミーパターン形成領域
C 切断位置

Claims (5)

  1. 配線基板形成領域及び前記配線基板形成領域に隣接するダミーパターン形成領域を有し、半導体チップ搭載面となる最上層を含む複数の配線層が積層された集合配線基板であって、
    前記配線基板形成領域の前記最上層の配線密度は、前記配線基板形成領域のその他の前記配線層の配線密度よりも低く、前記ダミーパターン形成領域の前記最上層から最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向は、前記配線基板形成領域の前記最上層から前記最下層にかけての前記配線層の配線密度の傾向と相反するように設定されていることを特徴とする集合配線基板。
  2. 前記配線基板形成領域は前記最上層を上側に見て凹状に反っており、前記ダミーパターン形成領域は前記最上層を上側に見て凸状に反っていることを特徴とする請求項1記載の集合配線基板。
  3. 前記ダミーパターン形成領域は、配線が形成されていない前記配線層を有することを特徴とする請求項1又は2記載の集合配線基板。
  4. 少なくとも一つの前記配線基板形成領域と、前記ダミーパターン形成領域とを備えていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の集合配線基板。
  5. 請求項1乃至4の何れか一項記載の集合配線基板と、半導体チップとを有する半導体パッケージであって、前記半導体チップは、前記配線基板形成領域の配線密度の最も低い配線層上に搭載されていることを特徴とする半導体パッケージ。
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