JP2014165482A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子を安定的に稼働できる配線基板を提供することを課題とする。
【解決手段】半導体素子Ｓの搭載部１ａを有する絶縁基板１と、搭載部１ａに被着された半導体素子接続パッド７と、半導体素子接続パッド７と一体的に形成されており半導体素子接続パッド７から搭載部１ａの外側に延在する帯状の配線導体３ａと、搭載部１ａの外側に形成され帯状の配線導体３ａと一体的に帯状の配線導体３ａの幅より大きい径のランド導体８と、絶縁基板１の上面に被着されており半導体素子接続パッド７を露出させるとともに配線導体３ａおよびランド導体８を覆う第１のソルダーレジスト層４と、第１のソルダーレジスト層４上に被着されており上面視で搭載部１ａを囲繞する開口部５ａを有する第２のソルダーレジスト層５とを具備する配線基板１０であって、開口部５ａの開口辺５ｃが帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界上から離隔した位置に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等を搭載する配線基板に関するものである。

図３（ａ）および（ｂ）に、半導体集積回路素子等の半導体素子Ｓを搭載するための従来の配線基板２０を示す。図３（ａ）に示すように、配線基板２０は、半導体素子Ｙが搭載された配線基板Ｘを半田バンプを介して上側に接合する、いわゆるパッケージオンパッケージといわれる構造体に利用される場合がある。
配線基板２０は、上面中央部に半導体素子Ｓを搭載するための搭載部１１ａを有するとともに、上下に貫通する複数のスルーホール１２を有する絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上下面およびスルーホール１２内に被着された配線導体１３と、絶縁基板１１の上下面に被着された第１のソルダーレジスト層１４と、絶縁基板１１の上面において第１のソルダーレジスト層１４上に被着された第２のソルダーレジスト層１５とを有している。
また、配線基板２０は、上面外周部に配線基板Ｘの接合に用いる半田バンプを被着させる複数の第１接合パッド１６が、配線導体１３の一部により形成されている。

搭載部１１ａには、半導体素子Ｓの電極Ｔと電気的に接続するための複数の半導体素子接続パッド１７が形成されている。そして、この半導体素子接続パッド１７に、半導体素子Ｓの電極Ｔを半田バンプを介して接続することにより、配線基板２０の上面に半導体素子Ｓが電気的に接続される。

絶縁基板１１の上面に被着された配線導体１３は、複数の帯状の配線導体１３ａを含んでいる。帯状の配線導体１３ａは、半導体素子接続パッド１７と一体的に形成されている。そして、帯状の配線導体１３ａは、半導体素子接続パッド１７から搭載部１１ａの外側に延在するように配設されている。
また、帯状の配線導体１３ａは、搭載部１１ａの外側において帯状の配線導体１３ａと一体的に形成されたランド導体１８を備えている。ランド導体１８は、帯状の配線導体１３ａの幅よりも大きい径を有しており、スルーホール１２内の配線導体１３上に一体的に形成されている。半導体素子接続パッド１７や配線導体１３、あるいはランド導体１８は、例えば銅箔や銅めっき等の銅から形成される。これらの熱膨張係数は１７〜１８ｐｐｍ／℃程度である。

絶縁基板１１の下面に被着された配線導体１３は、外部の電気回路基板と接続するための複数の外部接続パッド１９を備えている。これらの外部接続パッド１９は、スルーホール１２内に被着された配線導体１３を介して半導体素子接続パッド１７の一部に電気的に接続されている。これにより半導体素子Ｓが外部の電気回路基板に電気的に接続され、半導体素子Ｓと外部の電気回路基板との間で配線導体１３を介して信号を伝送することにより半導体素子Ｓが稼働する。

第１のソルダーレジスト層１４は、絶縁基板１１の上下面に形成されており、半導体素子接続パッド１７および第１接続パッド１６および外部接続パッド１９を露出させる開口部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有している。
第２のソルダーレジスト層１５は、絶縁基板１１の上面におけるソルダーレジスト層１４上に形成されている。そして、上面視で搭載部１１ａを囲繞する開口部１５ａおよび第１接合パッドを露出させる開口部１５ｂを有している。
ところで、図３（ｂ）に示すように、搭載部１１ａを囲繞する開口部１５ａの開口辺１５ｃが、帯状の配線導体１３ａとランド導体１８との境界上に重なって形成される場合がある。
第１および第２のソルダーレジスト層１４、１５は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する樹脂系絶縁材料から成る。これらの熱膨張係数は３０〜８０ｐｐｍ／℃程度である。

半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド１７に接続するときには、周知のフリップチップ技術が好適に用いられる。具体的には、例えば各半導体素子接続パッド１７上にあらかじめ半田を溶着させておき、半導体素子Ｓの電極Ｔをそれぞれ対応する半田上に載置する。その後、２３０〜２６０℃程度の高温でリフロー処理を行ない、半田を溶融させた後、冷却して半田を電極Ｔに固着させることで電極Ｔと半導体素子接続パッド１７とを接合する。

上述のように、第２のソルダーレジスト層１５の開口辺１５ｃが、帯状の配線導体１３ａとランド導体１８との境界上に重なる状態で形成された状態でリフロー処理が行われると、ランド導体１８と第２のソルダーレジスト層１５との熱膨張係数が大きく異なるため、ランド導体１８と第２のソルダーレジスト層１５との熱伸縮量に差が生じる。このため、表面積の大きなランド導体１８は、上面に被覆されている第２のソルダーレジスト層１５による応力の影響を大きく受ける。これにより、第２のソルダーレジスト層１５による応力が帯状の配線導体１３ａとランド導体１８との境界に集中してしまう。このため、帯状の配線導体１３ａとランド導体１８との境界にクラックが生じることがある。その結果、半導体素子Ｓと外部の電気回路基板との間で信号を伝送することができなくなり、半導体素子Ｓを安定的に稼働させることができない場合がある。

特開平１１−２２０２４７号公報

本発明は、帯状の配線導体とランド導体との境界にクラックが生じることを抑制し、半導体素子を安定的に稼働させることが可能な配線基板を提供することを課題とする。

本発明の配線基板は、上面中央部に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基板と、搭載部の上面に被着された半導体素子接続パッドと、絶縁基板の上面に半導体素子接続パッドと一体的に形成されており、半導体素子接続パッドから搭載部の外側に延在するように配設された帯状の配線導体と、搭載部の外側における絶縁基板上面に配線導体と一体的に形成されており、配線導体の幅より大きい径を有するランド導体と、絶縁基板の上面に被着されており、半導体素子接続パッドを露出させるとともに配線導体およびランド導体を覆う第１のソルダーレジスト層と、第１のソルダーレジスト層上に被着されており、上面視で搭載部を囲繞する開口部を有する第２のソルダーレジスト層と、を具備して成る配線基板であって、開口部の開口辺が、配線導体とランド導体との境界上から離隔した位置に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、第２のソルダーレジスト層の開口部の開口辺が配線導体とランド導体との境界上から離隔した位置に形成されている。このため、配線基板の熱伸縮時にランド導体が第２のソルダーレジスト層から受ける応力を、配線導体とランド導体との境界に集中してしまうことを回避することができる。これにより、配線導体とランド導体との境界にクラックが生じることを抑制できる。その結果、半導体素子を安定的に稼働させることが可能な配線基板を提供することができる。

図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す概略断面図および要部拡大平面図である。 図２（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ別の実施の形態の一例を示す配線基板の要部拡大平面図である。 図３（ａ）および（ｂ）は、従来の配線基板の実施の形態の一例を示す概略断面図および要部拡大平面図である。

次に、本発明の実施形態の一例を図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）、（ｂ）を基に説明する。図１（ａ）に示すように本例の配線基板１０は、主として絶縁基板１と、配線導体３と、第１のソルダーレジスト層４と、第２のソルダーレジスト層５とを具備している。

絶縁基板１は、その上面中央部に、半導体素子Ｓが搭載される搭載部１ａを有しているとともに上下に貫通する複数のスルーホール２を有している。搭載部１ａは半導体素子Ｓに対応する大きさおよび形状をしている。また、絶縁基板１の下面は、外部の電気回路基板と接続するための接続面となっている。そして、絶縁基板１の上下面およびスルーホール２内に配線導体３が被着されている。
また、絶縁基板１は、その上面外周部に、半導体素子Ｙが搭載された配線基板Ｘの接合に用いる半田バンプを被着させる複数の第１接合パッド６が、配線導体３の一部により形成されている。

絶縁基板１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成る。そして、ドリル加工やレーザ加工、あるいはブラスト加工によりスルーホール２を形成する。
絶縁基板１は、この例では単層構造であるが、同一または異なる電気絶縁材料から成る複数の絶縁層を多層に積層した多層構造であってもよい。

搭載部１ａには、半導体素子Ｓの電極Ｔと電気的に接続するための複数の半導体素子接続パッド７が形成されている。そして、この半導体素子接続パッド７に、半導体素子Ｓの電極Ｔを半田バンプを介して接続することにより、配線基板１０の上面に半導体素子Ｓが電気的に接続される。

絶縁基板１の上面に被着された配線導体３は、複数の帯状の配線導体３ａを含んでいる。これらの帯状の配線導体３ａは、半導体素子接続パッド７と一体的に形成されている。そして、帯状の配線導体３ａは、半導体素子接続パッド７から搭載部１ａの外側に延在するように配設されている。
また、帯状の配線導体３ａは、搭載部１ａの外側において帯状の配線導体３ａと一体的に形成されたランド導体８を備えている。ランド導体８は、帯状の配線導体３ａの幅よりも大きい径を有しており、スルーホール２内の配線導体３上に一体的に形成されている。

絶縁基板１の下面に被着された配線導体３は、外部の電気回路基板と接続するための複数の外部接続パッド９を備えている。これらの外部接続パッド９は、スルーホール２内に被着された配線導体３を介して半導体素子接続パッド７の一部に電気的に接続されている。これにより半導体素子Ｓが外部の電気回路基板に電気的に接続され、半導体素子Ｓと外部の電気回路基板との間で配線導体３を介して信号を伝送することにより半導体素子Ｓが稼働する。
このような、半導体素子接続パッド７や配線導体３、あるいはランド導体８は、周知のサブトラクティブ法やセミアディティブ法により、例えば銅箔や銅めっき等の銅から形成されている。これらの熱膨張係数は１７〜１８ｐｐｍ／℃程度である。また、帯状の配線導体３ａの幅は１０〜３０μｍ程度、ランド導体の直径はφ１００〜１４０μｍ程度であり、厚みが１０〜２０μｍ程度である。

第１のソルダーレジスト層４は、絶縁基板１の上下面に形成されており、半導体素子接続パッド７および第１接続パッド６および外部接続パッド９を露出させる開口部４ａ、４ｂ、４ｃを有している。
第２のソルダーレジスト層５は、絶縁基板１の上面におけるソルダーレジスト層４上に形成されている。そして、上面視で搭載部１ａを囲繞する開口部５ａおよび第１接合パッドを露出させる開口部５ｂを有している。
本例においては、図１（ｂ）に示すように、搭載部１ａを囲繞する開口部５ａの開口辺５ｃが、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界上から離隔した位置に形成されている。なお、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界とは、帯状の配線導体３ａの側面とランド導体８の側面との間に形成される屈曲部を指す。開口辺５ｃは、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界上から５０μｍ以上離隔した位置に形成することが好ましい。５０μｍより小さいと配線基板１０の熱伸縮時に、表面積が大きいランド導体８が上面に被覆された第２のソルダーレジスト層５から受ける応力を、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界から離れた位置に作用させる効果が小さくなり、クラック発生を抑制することが困難になる。
第１および第２のソルダーレジスト層４、５は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る樹脂ペーストまたはフィルムを絶縁基板１の上に塗布または貼着して熱硬化させることにより形成される。これらの熱膨張係数は３０〜８０ｐｐｍ／℃程度である。

このように、本発明においては、第２のソルダーレジスト層５の開口部５ａの開口辺５ｃが、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界上から離隔した位置に形成されている。このため、配線基板１０の熱伸縮時に、表面積が大きいランド導体８が上面に被覆された第２のソルダーレジスト層５から受ける応力を、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界から離れた位置に作用させることができる。これにより、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界にクラックが生じることを抑制できる。その結果、半導体素子Ｓを安定的に稼働させることが可能な配線基板１０を提供することができる。

なお、本発明は上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施形態の一例では、図１（ｂ）に示したように、第２のソルダーレジスト層５の開口辺５ｃを、帯状の配線導体３ａ上に形成しているが、図２（ａ）に示すように、第２のソルダーレジスト層５の開口辺５ｄを、ランド導体８上に形成しても良い。
また、図２（ｂ）に示すように、第２のソルダーレジスト層５の開口辺５ｅを、帯状の配線導体３ａとランド導体８との境界付近だけを、境界上から離隔した位置に形成してもよい。
また、上述の実施形態の一例では、図１（ａ）に示したように、配線基板１０がパッケージオンパッケージ構造に用いられる場合を示したが、パッケージオンパッケージ構造に用いられる場合に限定されるものではない。

１ 絶縁基板
１ａ 搭載部
３ａ 帯状の配線導体
４ 第１のソルダーレジスト層
５ 第２のソルダーレジスト層
５ａ 開口部
５ｃ 開口辺
７ 半導体素子接続パッド
８ ランド導体
１０ 配線基板
Ｓ 半導体素子

Claims (1)

1. 上面中央部に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基板と、前記搭載部の上面に被着された半導体素子接続パッドと、前記絶縁基板の上面に前記半導体素子接続パッドと一体的に形成されており、前記半導体素子接続パッドから前記搭載部の外側に延在するように配設された帯状の配線導体と、前記搭載部の外側における前記絶縁基板上面に前記配線導体と一体的に形成されており、前記配線導体の幅より大きい径を有するランド導体と、前記絶縁基板の上面に被着されており、前記半導体素子接続パッドを露出させるとともに前記配線導体および前記ランド導体を覆う第１のソルダーレジスト層と、前記第１のソルダーレジスト層上に被着されており、上面視で前記搭載部を囲繞する開口部を有する第２のソルダーレジスト層と、を具備して成る配線基板であって、前記開口部の開口辺が、前記配線導体と前記ランド導体との境界上から離隔した位置に形成されていることを特徴とする配線基板。

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