JP2017084886A - 配線基板およびこれを用いた半導体素子の実装構造。 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな反りが発生することがなく、かつ半導体素子への電源供給能力が高いとともに薄型の配線基板およびこれを用いた半導体素子の実装構造を提供すること。【解決手段】無孔で平板状の支持基板１と、この支持基板１の下面のみに積層されており、絶縁樹脂層５と配線導体６とが交互に複数積層されているビルドアップ部２と、このビルドアップ部２の下面中央部に配列形成されており、半導体素子Ｓの電極端子Ｔが半田接続される複数の半導体素子接続パッド８と、ビルドアップ部２の下面外周部に配列形成されており、ビルドアップ部２の配線導体６を介して半導体素子接続パッド８と電気的に接続されているとともに外部の電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田接続される複数の外部接続パッド９と、を具備して成る配線基板１０およびこれを用いた半導体素子Ｓの実装構造である。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板およびこれを用いた半導体素子の実装構造に関するものである。

図８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の概略断面図を示す。図８に示すように、配線基板２０は、コア基板１１の上下面にビルドアップ部１２が積層されて成る。

コア基板１１は、絶縁板１３と配線導体１４とから成る。絶縁板１３は、例えばガラスクロス入りの熱硬化性樹脂板から成る。絶縁板１３の厚みは、０．２〜０．８ｍｍ程度である。絶縁板１３の上面から下面にかけては、複数のスルーホール１３ａが形成されている。スルーホール１３ａの直径は、１００〜１５０μｍ程度である。配線導体１４は、絶縁板１３の上下面およびスルーホール１３ａ内に被着形成されている。配線導体１４は、銅箔および銅めっき層から成る。

ビルドアップ部１２は、絶縁樹脂層１５と配線導体１６とから成る。絶縁樹脂層１５は、無機絶縁フィラー入りの熱硬化性樹脂から成る。絶縁樹脂層１５の厚みは、２５〜４５μｍ程度である。各絶縁樹脂層１５の上面から下面にかけては、複数のビアホール１５ａが形成されている。ビアホール１５ａの直径は、５０〜１００μｍ程度である。配線導体１６は、各絶縁樹脂層１５の表面およびビアホール１５ａ内に被着形成されている。配線導体１６は、銅めっき層から成る。

さらに、ビルドアップ部１２の表面には、保護用のソルダーレジスト層１７が被着されている。ソルダーレジスト層１７は、無機絶縁フィラー入りの熱硬化性樹脂から成る。ソルダーレジスト層１７の厚みは、２５〜４５μｍ程度である。

上面側のビルドアップ部１２の上面中央部は、半導体素子Ｓが搭載される搭載部２０Ａとなっている。この搭載部２０Ａには、複数の半導体素子接続パッド１８が配列形成されている。半導体素子接続パッド１８は、配線導体１６の一部であり、ソルダーレジスト層１７に設けた開口部から露出している。露出する半導体素子接続パッド１８の直径は、７０〜１５０μｍ程度である。

下面側のビルドアップ部１２の下面は、外部の電気回路基板と接続される接続面となっている。この接続面には、複数の外部接続パッド１９が配列形成されている。外部接続パッド１９は、配線導体１６の一部であり、ソルダーレジスト層１７に設けた開口部から露出している。露出する外部接続パッド１９の直径は、３００〜６５０μｍ程度である。

これらの半導体素子接続パッド１８と外部接続パッド１９とは、所定のもの同士がビルドアップ部１２の配線導体およびコア基板１１の配線導体１４を介して電気的に接続されている。なお、半導体素子接続パッド１８には、半導体素子Ｓの電極端子Ｔと接続するための半田バンプＢ１が溶着されている。また、外部接続パッド１９には、外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに接続するための半田ボールＢ２が溶着されている。

そして、この配線基板２０によれば、図９に示すように、半導体素子Ｓの電極端子Ｔを半導体素子接続パッド１８に半田バンプＢ１を介して接続するとともに、外部接続パッド１９を外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田ボールＢ２を介して接続することにより、搭載する半導体素子Ｓが外部電気回路基板Ｃに実装される。

しかしながら、この配線基板２０においては、コア基板１１の絶縁板１３に直径が１００〜１５０μｍの複数のスルーホール１３ａが形成されていることから、スルーホール１３ａが絶縁板１３内のガラスクロスの繊維を分断するので絶縁板１３の剛性が低下するとともに絶縁板１３の熱膨張係数が不安定なものとなり、そのため大きな反りが発生しやすい。また、半導体素子接続パッド１８と外部接続パッド１９との間に介在するスルーホール１３ａにおける配線導体１４のインダクタンスが高く、そのため半導体素子Ｓへの電源供給能力が不足しやすい。さらに、０．２〜０．８ｍｍと厚いコア基板１１の上下両面にビルドアップ部１２が形成されていることから、全体厚みが厚いものとなり、薄型化が困難である。

特開２０１３−２４７３０７号公報

本発明は、大きな反りが発生することがなく、かつ半導体素子への電源供給能力が高いとともに薄型の配線基板およびこれを用いた半導体素子の実装構造を提供することを目的とする。

請求項１に係る本発明の配線基板は、無孔で平板状の支持基板と、この支持基板の下面のみに積層されており、絶縁樹脂層と配線導体とが交互に複数積層されて成るビルドアップ部と、このビルドアップ部の下面中央部に配列形成されており、半導体素子の電極がバンプ接続される複数の半導体素子接続パッドと、ビルドアップ部の下面外周部に配列形成されており、ビルドアップ部の配線導体を介して半導体素子接続パッドと電気的に接続されているとともに外部の電気回路基板の接続パッドに半田接続される複数の外部接続パッドと、を具備して成ることを特徴とするものである。

請求項２に係る本発明の配線基板は、請求項１に係る配線基板における支持基板が、ビルドアップ側に位置する第１の層と、この第１の層に接する第２の層とから成り、第１の層の熱膨張係数がビルドアップ部の熱膨張係数より小さいとともに、第２の層の熱膨張係数が前記第１の層の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とするものである。

請求項３に係る本発明の配線基板は、請求項１に係る配線基板における支持基板が、ビルドアップ部よりも熱伝導率の高い材料により形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る本発明の配線基板は、請求項１に係る配線基板における支持基板が、導電性材料から成るとともに接地電位または電源電位に接続されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る本発明の半導体素子の実装構造は、請求項１乃至４のいずれかに係る配線基板における半導体素子接続パッドに半導体素子の電極端子が半田接続されているとともに、外部接続パッドが外部電気回路基板の接続パッドに半田接続されていることを特徴とするものである。

請求項６に係る本発明の半導体素子の実装構造は、請求項５に係る半導体素子の実装構造における半導体素子の下面に複数の電極端子が形成されており、それらの電極端子が外部電気回路基板の接続パッドに半田接続されていることを特徴とするものである。

請求項７に係る本発明の半導体素子の実装構造は、請求項６に係る半導体素子の実装構造における半導体素子の下面の電極端子が、接地用の電極端子または電源用の電極端子の少なくとも一方を含むことを特徴とするものである。

本発明の配線基板および半導体素子の実装方法によれば、大きな反りが発生することがなく、かつ半導体素子への電源供給能力が高いとともに、薄型の配線基板およびこれを用いた半導体素子の実装構造を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板の実施形態の１番目の例を示す概略断面図である。 図２は、図１に示した配線基板を用いた半導体素子の実装構造の実施形態の例を示す概略断面図である。 図３は、本発明の配線基板の実施形態の２番目の例を示す概略断面図である。 図４は、図３に示した配線基板を用いた半導体素子の実装構造の実施形態の例を示す概略断面図である。 図５は、本発明の配線基板の実施形態の３番目の例を示す概略断面図である。 図６は、図５に示した配線基板を用いた半導体素子の実装構造の実施形態の例を示す概略断面図である。 図７は、図１に示した配線基板を用いた半導体素子の実装構造の実施形態の別の例を示す概略断面図である。 図８は、従来の配線基板を示す概略断面図である。 図９は、従来の配線基板を用いた半導体素子の実装構造を示す概略断面図である。

次に、本発明の配線基板の実施形態の１番目の例を図１を参照して説明する。図１に示すように、本例の配線基板１０は、支持基板１の下面に、ビルドアップ部２が積層されて成る。

支持基板１は、スルーホール等の孔のない無孔の平板である。支持基板１は、絶縁板３と銅箔４とから成る。絶縁板３は、例えばガラスクロス入りの熱硬化性樹脂板から成る。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が用いられる。絶縁板３の厚みは、０．２〜０．８ｍｍ程度である。銅箔４の厚みは、５〜１８μｍ程度である。絶縁板３は、配線基板１０に剛性を付与し、配線基板１０に不要な曲りや撓みが発生するのを防止する。銅箔４は、広面積のベタ状パターンであり、接地電位または電源電位に接続されている。それにより、銅箔４は、接地または電源用のシールド導体として機能する。

ビルドアップ部２は、絶縁樹脂層５と配線導体６とから成る。絶縁樹脂層５は、無機絶縁フィラー入りの熱硬化性樹脂から成る。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が用いられる。無機絶縁フィラーとしては、シリカやアルミナ等が用いられる。絶縁樹脂層５の厚みは、２５〜４５μｍ程度である。各絶縁樹脂層５の下面から上面にかけては、複数のビアホール５ａが形成されている。ビアホール５ａの直径は、５０〜１００μｍ程度である。配線導体６は、各絶縁樹脂層５の表面およびビアホール５ａ内に被着形成されている。配線導体６は、銅めっき層から成る。配線導体６の厚みは、絶縁樹脂層５の表面において５〜２５μｍ程度である。

さらに、ビルドアップ部２の表面には、保護用のソルダーレジスト層７が被着されている。ソルダーレジスト層７は、無機絶縁フィラー入りの熱硬化性樹脂から成る。熱硬化性樹脂としては、例えばアクリル変性エポキシ樹脂が用いられる。無機絶縁フィラーとしては、シリカやアルミナが用いられる。ソルダーレジスト層７の厚みは、２５〜４５μｍ程度である。

ビルドアップ部２の下面中央部は、半導体素子Ｓが搭載される搭載部１０Ａとなっている。この搭載部１０Ａには、複数の半導体素子接続パッド８が配列形成されている。半導体素子接続パッド８は、配線導体６の一部であり、ソルダーレジスト層７に設けた開口部から露出している。露出する半導体素子接続パッド８の直径は、７０〜１５０μｍ程度である。

ビルドアップ部２の下面外周部は、外部の電気回路基板と接続される外部接続部１０Ｂとなっている。この外部接続部１０Ｂには、複数の外部接続パッド９が配列形成されている。外部接続パッド９は、配線導体６の一部であり、ソルダーレジスト層７に設けた開口部から露出している。露出する外部接続パッド９の直径は、３００〜６５０μｍ程度である。

これらの半導体素子接続パッド８と、外部接続パッド９とは、所定のもの同士がビルドアップ部２の配線導体６を介して電気的に接続されている。なお、半導体素子接続パッド８には、半導体素子Ｓの電極端子Ｔと接続するための半田バンプＢ１が溶着されている。また、外部接続パッド９には、外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに接続するための半田ボールＢ２が溶着されている。

そして、この配線基板１０によれば、図２に示すように、半導体素子Ｓの電極端子Ｔを半導体素子接続パッド８に半田バンプＢ１を介して接続するとともに、外部接続パッド９を外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田ボールＢ２を介して接続することにより、搭載する半導体素子Ｓが外部電気回路基板Ｃに実装される。

このとき、本例の配線基板１０およびこれを用いた実装構造によれば、無孔の支持基板１により配線基板１０が平坦に保持され、大きな反りが発生することを有効に防止することができる。また、半導体素子接続パッド８と外部接続パッド９とがビルドアップ部２の配線導体６を介して接続されており、これらの間にインダクタンスの高いスルーホールが介在しないので、半導体素子Ｓへの電源供給能力が高いものとなる。さらに、ビルドアップ部２は、支持基板１の下面のみに形成されていることから、薄型の配線基板１０およびこれを用いた薄型の実装構造を実現することができる。

次に、本発明の配線基板の実施形態の２番目の例について、図３を参照して説明する。なお、図３において、図１と同様の箇所には図１と同様の符号を付している。本例の配線基板１０’は、支持基板１’とビルドアップ部２とから成る。本例の配線基板１０’におけるビルドアップ部２は、図１で示した配線基板１０におけるビルドアップ部２と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

本例の配線基板１０’の支持基板１’は、スルーホール等の孔のない無孔の平板である。支持基板１’は、絶縁板３’と銅箔４とから成る。本例の配線基板１０’における銅箔４は、図１で示した配線基板１０における銅箔４と同じであるので、その詳細な説明は省略する。絶縁板３’は、ビルドアップ部２側の第１の層３ａと、この第１の層３ａに接する第２の層３ｂとから成る。第１の層３ａは、ガラスクロス入りの熱硬化性樹脂層から成る。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が用いられる。第１の層３ａの熱膨張係数は、ビルドアップ部２の熱膨張係数より小さい。第１の層３ａの厚みは、０．２〜０．６μｍ程度である。第１の層３ａは、配線基板１０’に剛性を付与し、配線基板１０’に不要な曲りや撓みが発生するのを防止する。

第２の層３ｂは、ガラスクロス無しの熱硬化性樹脂層から成る。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が用いられる。第２の層３ｂには、無機絶縁フィラーが分散されていても良い。無機絶縁フィラーとしては、シリカやアルミナが用いられる。第２の層３ｂは、第１の層３ａとビルドアップ部２との熱膨張係数の相違に起因して発生する反りを低減する作用を為し、第１の層３ａよりも大きな熱膨張係数を有している。

本例の配線基板１０’においては、第１の層３ａの熱膨張係数がビルドアップ部２の熱膨張係数より小さいとともに、第２の層３ｂの熱膨張係数が第１の層３ａの熱膨張係数よりも大きいことから、第１の層３ａとビルドアップ部２との熱膨張係数の相違に起因して発生する反りが第２の層３ｂにより効果的に低減される。

そして、この配線基板１０’によれば、図４に示すように、半導体素子Ｓの電極端子Ｔを半導体素子接続パッド８に半田バンプＢ１を介して接続するとともに、外部接続パッド９を外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田ボールＢ２を介して接続することにより、搭載する半導体素子Ｓが外部電気回路基板Ｃに実装される。

このとき、本例の配線基板１０’およびこれを用いた実装構造によれば、無孔の支持基板１により配線基板１０’が平坦に保持され、大きな反りが発生することを有効に防止することができる。また、半導体素子接続パッド８と外部接続パッド９とがビルドアップ部２の配線導体６を介して接続されており、これらの間にインダクタンスの高いスルーホールが介在しないので、半導体素子Ｓへの電源供給能力が高いものとなる。さらに、ビルドアップ部２は、支持基板１’の下面のみに形成されていることから、薄型の配線基板１０’およびこれを用いた薄型の実装構造を実現することができる。

次に、本発明の配線基板の実施形態の３番目の例について、図５を参照して説明する。なお、図５において、図１と同様の箇所には図１と同様の符号を付している。本例の配線基板１０”は、支持基板１”とビルドアップ部２とから成る。本例の配線基板１０”におけるビルドアップ部２は、図１で示した配線基板１０におけるビルドアップ部２と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

本例の配線基板１０”の支持基板１”は、スルーホール等の孔のない無孔の平板である。支持基板１”は、金属板から成る。この金属板は、ビルドアップ部２よりも熱伝導率が高い。また、導電性を有している。金属板としては、例えば銅板が用いられる。支持基板１”の厚みは、０．２〜０．８ｍｍ程度である。支持基板１”は、配線基板１０”に剛性を付与し、配線基板１０”に不要な曲りや撓みが発生するのを防止する。また、支持基板１”は、半導体素子Ｓが作動時に発生する熱を外部に放散するための放熱部材として機能する。それにより、半導体素子Ｓを安定して作動させることが可能となる。さらに、支持基板１”は、接地電位または電源電位に接続されている。それにより接地または電源用のシールド導体としても機能する。

そして、この配線基板１０”によれば、図６に示すように、半導体素子Ｓの電極端子Ｔを半導体素子接続パッド８に半田バンプＢ１を介して接続するとともに、外部接続パッド９を外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田ボールＢ２を介して接続することにより、搭載する半導体素子Ｓが外部電気回路基板Ｃに実装される。

このとき、本例の配線基板１０”およびこれを用いた実装構造によれば、無孔の支持基板１により配線基板１０”が平坦に保持され、大きな反りが発生することを有効に防止することができる。また、半導体素子接続パッド８と外部接続パッド９とがビルドアップ部２の配線導体６を介して接続されており、これらの間にインダクタンスの高いスルーホールが介在しないので、半導体素子Ｓへの電源供給能力が高いものとなる。さらに、ビルドアップ部２は、支持基板１”の下面のみに形成されていることから、薄型の配線基板１０”およびこれを用いた薄型の実装構造を実現することができる。

次に、本発明の半導体素子の実装構造の別の例を図７に示す。図７は、図１に示す配線基板１０に半導体素子Ｓ’を搭載するとともに、これを外部電気回路基板Ｃに実装した場合を示す概略断面図である。

本例の実装構造における半導体素子Ｓ’は、上面に半導体素子接続パッド８に半田バンプＢ１を介して接続された複数の電極端子Ｔを有しているとともに、下面に外部電気回路基板Ｃの接続パッドＰに半田バンプＢ３を介して接続された複数の電極端子Ｔ’を有している。電極端子Ｔ’は、接地用や電源用であり、配線基板１０を介することなく、外部電気回路基板ＣのパッドＰに半田バンプＢ３を介して直接接続されている。そのため、本例の実装構造によれば、半導体素子Ｓ２への電源供給をさらに効率良く行うことができる。なお、上述した配線基板１０’や１０”においても本例と同様の実装構造が取り得ることは言うまでもない。

１，１’，１０” 支持基板
２ ビルドアップ部
５ 絶縁樹脂層
６ 配線導体
８ 半導体素子接続パッド
９ 外部接続パッド
１０，１０’，１０” 配線基板
Ｃ 外部電気回路基板
Ｐ 外部電気回路基板の接続パッド
Ｓ，Ｓ’ 半導体素子
Ｔ，Ｔ’ 半導体素子の電極端子

Claims (7)

1. 平板状の支持基板と、該支持基板の下面のみに積層されており、絶縁樹脂層と配線導体とが交互に複数積層されて成るビルドアップ部と、該ビルドアップ部の下面中央部に配列形成されており、半導体素子の電極端子が半田接続される複数の半導体素子接続パッドと、前記ビルドアップ部の下面外周部に配列形成されており、前記配線導体を介して前記半導体素子接続パッドと電気的に接続されているとともに外部の電気回路基板の接続パッドに半田接続される複数の外部接続パッドと、を具備して成ることを特徴とする配線基板。
2. 前記支持基板は、前記ビルドアップ部側に位置する第１の層と該第１の層に接する第２の層とから成り、前記第１の層の熱膨張係数が前記ビルドアップ部の熱膨張係数より小さいとともに、前記第２の層の熱膨張係数が前記第１の層の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記支持基板は、前記ビルドアップ部よりも熱伝導率の高い材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
4. 前記支持基板は、導電性材料から成るとともに接地電位または電源電位に接続されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の配線基板における前記半導体素子接続パッドに半導体素子の電極端子が半田接続により接続されているとともに、前記外部接続パッドが外部電気回路基板の接続パッドに半田接続されていることを特徴とする半導体素子の実装構造。
6. 前記半導体素子の下面に複数の電極端子が形成されており、該電極端子が前記外部電気回路基板の接続パッドに半田接続されていることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の実装構造。
7. 前記半導体素子の下面の電極端子は、接地用の電極端子または電源用の電極端子の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６記載の半導体素子の実装構造。

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