JP3801880B2 - 配線基板およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を搭載するために用いられる配線基板およびこの配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されてきており、このような電子機器に搭載される電子装置も小型・高密度化が要求されるようになってきている。そのため、半導体装置を構成する配線基板にも小型化・薄型化・多端子化が求められてきており、それを実現するために信号配線等の配線の幅を細くするとともにその間隔を狭くし、さらに配線の多層化・配線間を接続する貫通導体の小径化により高密度配線化が図られている。
【０００３】
このような高密度配線が可能な配線基板として、ビルドアップ法を採用して製作された配線基板が知られている。ビルドアップ法とは、例えば、ガラスクロスやアラミド不布織等の補強材に耐熱性や耐薬品性を有するエポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂を含浸させて複合化した絶縁基板上に、間に導体層を挟んでエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る接着材を塗布して絶縁層を形成するとともに絶縁層を加熱硬化させた後、導体層上部の絶縁層にレーザで径が50〜200μｍ程度の貫通孔を穿設し、しかる後、絶縁層表面を化学粗化し、さらに無電解銅めっき法および電解銅めっき法を用いて貫通孔側面および貫通孔底面の導体層上に導体膜を被着して貫通導体を形成するとともに絶縁層表面に貫通導体と接続する導体層を形成し、さらに、絶縁層や貫通導体・導体層の形成を複数回繰り返すことにより配線基板を製作する方法である。
【０００４】
このような配線基板の導体層は、用途によって、電源導体層・接地導体層および配線導体層に機能化されている。このうち電源導体層は、配線基板に実装される半導体素子に電源を供給する機能を有し、絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から成る。また、配線導体層は、電気信号を電磁波障害なしに伝播させるための機能を有し、所定の回路形状にパターン化した薄膜導体から構成されている。このような配線導体層は、信号配線および接地または電源配線から成り、信号配線間のクロストークノイズを低減するために、接地または電源配線が信号配線間に配置されている。さらに、接地導体層は、電源導体層や信号導体層を流れる電流によって発生する電磁波をシールドし、他の配線導体層に生じるノイズを防止する機能を有し、電源導体層と同様に絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から成る。このような役割を担う電源導体層・接地導体層および配線導体層は、それぞれ配線基板の表面に設けた外部電気回路接続用の導体用パッドに貫通導体を介して電気的に接続され、配線基板に実装される半導体素子への電力の供給・信号の伝達あるいは電磁波のシールドを行うことができるような積層構造に配置されている。そして、配線導体層などから発生する電磁波を、接地導体層で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の配線導体層でクロストークノイズが発生しないように構成されている。
【０００５】
なお、電源導体層および接地導体層のベタパターンには、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すため、および、積層する絶縁層同士の密着性を向上させるために格子状に配列された開口部が設けられている。このような格子状に配列された開口部は、配線基板を平面視した時に、電源導体層および接地導体層の略全面にわたって配列されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の配線基板では、これを平面視した時に、電源導体層および接地導体層に形成された開口部が電源導体層および接地導体層の略全面にわたって格子状に配列されていることから、信号配線によっては、絶縁層を介して配置された電源導体層および接地導体層に形成された開口部と重なって形成されたりあるいは開口部と重ならずに形成され、この結果、各信号配線間で特性インピーダンスが異なってしまい、高周波信号領域で特性インピーダンスの不整合による反射ノイズが発生し、搭載する半導体素子が誤作動してしまうという問題点を有していた。
【０００７】
また、従来の配線基板は、その開口部の面積が大きすぎるとベタパターンによるシールド効果が小さくなり、信号の漏れによるクロストークノイズが発生してしまい、逆に開口部の面積が小さすぎると絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスが容易に抜けることができず、接地または電源導体層が膨れたり剥れたりしまうという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減するとともに、接地または電源導体層の膨れや剥れのない配線基板およびそれを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、信号配線および接地または電源配線を有する配線導体層と該配線導体層に絶縁層を介して対向配置された接地または電源導体層とを具備した配線基板であって、前記接地または電源導体層は、前記接地または電源配線と対向して配列され、かつ前記信号配線と対向する領域に形成されない、多数の開口部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、開口部の接地または電源配線と直交する方向の幅が接地または電源配線の幅の１〜５倍であることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明の半導体装置は、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、この実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の配線基板によれば、接地または電源導体層が接地または電源配線と対向して配列された多数の開口部を有することから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。また、接地または電源配線と対向して配列された接地または電源導体層の多数の開口部が絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地または電源導体層の信号配線に対向する領域に開口部を形成する必要はなく、その結果、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線に対する接地および電源導体層のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できる。
【００１３】
また、本発明の配線基板によれば、接地または電源配線と直交する方向の幅を接地または電源配線の幅の１〜５倍としたことから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層同士の密着性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、特性インピーダンスの変動のない、高周波信号領域でも安定的に信号伝達のできる半導体装置とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の多層配線基板およびこれを用いた半導体装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の配線基板の配線導体層と接地導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す要部拡大透過平面図である。なお、図２の例では接地導体層を図示したが、接地導体層が電源導体層であってもよい。
【００１７】
これらの図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は接地導体層、５は電源導体層、６は貫通導体、７は開口部、８は信号配線、９は接地配線、10は電源配線で、主にこれらで本発明の配線基板11が構成される。また、この配線基板11に半導体素子12を搭載し実装用電極13と電気的に接続することにより本発明の半導体装置14と成る。なお、本発明の配線基板11の配線導体層３は、信号配線８および接地配線９・電源配線10から成り、接地導体層４および電源導体層５には、開口部７が形成されている。
【００１８】
配線基板11は、半導体素子12を支持する支持部材としての機能を有し、絶縁基板１の表面および／または裏面の主面に複数の絶縁層２を積層することによって形成されている。
【００１９】
配線基板11を構成する絶縁基板１は、絶縁層２の支持体としての機能を有し、例えばガラスクロス−エポキシ樹脂やガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂・ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル樹脂・アラミド繊維−エポキシ樹脂等の樹脂材料から成り、常法により製作される。また、絶縁基板１の主面には、電源導体層５等の導体層が被着形成されており、これらの導体層は、絶縁基板１内部に形成されたスルーホール導体１ａで電気的に接続されている。さらに、絶縁基板１の主面には、銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜からなる配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が絶縁層３を介して積層されている。
【００２０】
絶縁層２は、配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５を支持する支持部材として機能し、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂とエラストマーと無機絶縁性フィラーとから成る。なお、後述する配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５等の金属薄膜との密着性を良好となすために、表面を粗化できる熱可塑性樹脂成分を含有してもよい。
【００２１】
このような絶縁層２は、例えばエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂・エラストマー・無機絶縁性フィラーに溶剤等を添加した混合物を混練して液状ワニスを得、この液状ワニスをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製離型シート上に塗布し、60〜100℃の温度で乾燥することによりフィルム状に成形される。また、絶縁層２には、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ・ＵＶレーザ等の従来周知のレーザを用いて直径が30〜300μｍ程度の貫通孔が形成されるとともに、その内部に銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜を被着して、配線導体層３等同士を電気的に接続する貫通導体６が形成されている。なお、絶縁層２となる乾燥後のフィルムは、エラストマーを含有することから、フィルム上面にポリエチレンシートを積層し、ロール状に巻き取ることにより容易に貯蔵できる。また、フィルムの厚さは自由に設定することができるが、絶縁性の観点から20〜100μｍの範囲の厚さが好ましい。さらに、絶縁層２は、このフィルムを絶縁基板１表面に真空ラミネータを用いて圧着し、オーブンで熱硬化することにより積層される。
【００２２】
また、絶縁層２間には、配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が形成され、これらは前述の貫通導体６で電気的に接続されている。このような配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５は、配線基板11に搭載される半導体素子12を外部電気回路基板（図示せず）に電気的に接続する導電路としての機能を有する。接地導体層４および電源導体層５は、絶縁層２の略全面にベタパターン状に形成されており、また、絶縁層２を乾燥・硬化する際に発生するガスを逃すため、および絶縁層２同士の密着性向上のために、多数の開口部７が形成されている。
【００２３】
なお、接地導体層４および電源導体層５は、配線導体層３と異なる絶縁層２の表面に、接地導体層４と電源導体層５とで配線導体層３を上下から挟み込むように配置されおり、配線導体層３から発生する電磁波を、接地導体層４で渦電流に変換することによってシールドし、他の配線導体層３でクロストークノイズが発生しないようにしている。また、配線導体層３は、幅が20〜100μｍ程度の信号配線８および接地配線９または電源配線10から構成されており、信号配線８間のクロストークノイズを低減するために信号配線８と接地配線９または電源配線１0とが交互に配置されている。
【００２４】
配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成する金属材料としては、電気抵抗値が低いという観点からは銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属が好ましく、安価という観点からは銅が好ましい。なお、金属薄膜の厚みは、高速の信号を伝達させるという観点からは３μｍ以上であることが好ましく、金属薄膜を絶縁基板１や絶縁層２に被着形成する際に金属薄膜に大きな応力を残留させず、金属薄膜が絶縁基板１や絶縁層２から剥離しにくいものとするためには50μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２５】
このような金属薄膜は、次に述べる方法により形成される。まず、絶縁層２の所望の個所に、例えば炭酸レーザを用いて貫通孔を形成した後に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に浸漬して粗化する。次に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を無電解めっきの触媒と成る例えばパラジウムの水溶液中に浸漬して絶縁層２表面と貫通孔内壁に触媒を被着させ、さらに、硫酸銅・ロッセル塩・ホルマリン・ＥＤＴＡナトリウム塩・安定剤等から成る無電解めっき液に約30分間浸漬して、数μｍの無電解銅めっき膜を析出させる。そして次に、絶縁層２の表面に感光性ドライフィルムレジストをラミネートし露光と現像により薄膜導体と成る所定の配線パターンを形成し、しかる後に、硫酸・硫酸銅５水和物・塩素・光沢剤等から成る電解銅めっき液に数Ａ／ｄｍ2の電流を印加しながら数時間浸漬することにより貫通導体６が貫通孔内壁や内部に形成される。さらにまた、水酸化ナトリウムを用いて感光性ドライフィルムレジストを剥離し、しかる後、硫酸・過酸化水素水溶液でめっき膜表面をエッチングすることにより、絶縁層２の表面に配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が形成される。
【００２６】
そして、このような配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成した絶縁層２の上面に、絶縁層２を積層するとともに上記と同じ工程を繰り返して配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成し、さらにこれを複数回繰り返すことにより絶縁層２が複数層積層される。
【００２７】
本発明の配線基板11においては、接地導体層４または電源導体層５に形成する多数の開口部７を、接地配線９または電源配線10と対向して配列することが好ましく、また、このことが重要である。
【００２８】
本発明の配線基板11によれば、接地導体層４または電源導体層５が接地配線９または電源配線10と対向して配列された多数の開口部７を有することから、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れのない配線基板11とすることができる。また、接地配線９または電源配線10と対向して配列された接地導体層４または電源導体層５の多数の開口部７が絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地導体層４または電源導体層５の信号配線８に対向する領域に開口部７を形成する必要はなく、その結果、各信号配線８間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子12の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線８に対する接地導体層４および電源導体層５のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線８間のクロストークノイズが低減できる。
【００２９】
なお、ここで反射ノイズとは、特性インピーダンスの不整合により電圧反射が生じることにより信号配線８の波形が階段的に乱れる現象であり、特に、高周波領域では、小さな特性インピーダンスの不整合でも反射ノイズが生じ易く、これにより配線基板11に搭載されている半導体素子12が誤作動することがある。
【００３０】
さらに、本発明の配線基板11においては、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅が接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍であることが好ましく、また、このことが重要である。開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅を接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍とすることにより、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層２同士の密着性を向上させることができる。なお、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅が接地配線９または電源配線10の幅の１倍より小さいと絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスが容易に抜けることができず、接地導体層４または電源導体層５が膨れたり剥れたりしてしまう傾向にあり、５倍より大きいと接地導体層４または電源導体層５のシールド効果が小さくなり、クロストークノイズが発生し半導体素子12が誤作動してしまう危険性がある。従って、開口部７の大きさは、接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍であることが好ましい。
【００３１】
また、開口部７の形状は、正方形や長方形・正六角形等の多角形や、円や楕円形状であり、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅とはこれらの各辺の長さや直径である。さらに、開口部７の接地配線９または電源配線10と平行な方向の幅は、接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅の0.5〜３倍程度となっている。
【００３２】
なお、クロストークノイズとは、信号が容量結合や誘電結合により他の信号配線８へ誘起されて生じる現象であり、本発明においては、信号配線８の上下に絶縁層２を介して接地導体層４または電源導体層５を配置しているので、信号配線８から発生する電磁波を、接地導体層４または電源導体層５で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の信号配線８でノイズが発生しないようにしている。
【００３３】
かくして、本発明の配線基板11によれば、接地導体層４または電源導体層５が接地配線９または電源配線10と対向して配列された多数の開口部７を有することから、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れのない配線基板11とすることができる。また、接地配線９または電源配線10と対向して配列された接導体層４または電源導体層５の多数の開口部７が絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地導体層４または電源導体層５の信号配線８に対向する領域に開口部７を形成する必要はなく、その結果、各信号配線８間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子12の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線８に対する接地導体層４および電源導体層５のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線８間のクロストークノイズが低減できる。
【００３４】
なお、配線基板11に半導体素子12を実装する際の熱履歴から絶縁層２および実装用電極13を保護するために、絶縁層２の最外層表面に感光性樹脂から成る耐半田樹脂層15を被着形成してもよい。また、この場合、耐半田樹脂層15の実装用電極13上部には露光・現像により実装用電極13と半導体素子12の電極とを接続する導体バンプ16用の開口が形成される。さらに、開口底の実装用電極13表面にニッケル・金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜20μｍの厚さに被着させておくと、実装用電極13表面の酸化腐食を有効に防止できるとともに実装用電極13と導体バンプ16との接続を良好とすることができる。
【００３５】
また、本発明の半導体装置14は、配線基板11表面の実装用電極13と半導体素子12の電極とを導体バンプ16を介して電気的に接続することによって形成される。
【００３６】
なお、実装用電極13上に被着された耐半田樹脂層15の開口の形状は円形状であることが望ましく、さらに、それらの径はフィリップチップ側が50〜300μｍ、ボールグリッドアレイ側が300〜800μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
導体バンプ16は、実装用電極13と半導体素子12の各電極とを電気的に接続する機能を有し、配線基板11表面の実装用電極13上に半田等の金属により形成されている。このような導体バンプ16は、金や鉛−錫・錫−亜鉛・錫−銀−ビスマス等の合金の導電材料から成り、例えば導電材料が鉛−錫から成る半田の場合、鉛−錫から成るぺーストを耐半田樹脂層15の開口にスクリーン印刷法によって印刷、あるいは鉛−錫から成る半田ボールを耐半田樹脂層15の開口に載置した後、リフロー炉を通すことによって実装用電極13上に半球状に固着形成される。しかる後、半導体素子12を導体バンプ16上に載置し、リフロー炉を通すことによって実装用電極13と半導体素子12の各回路とが電気的に接続される。なお、半導体素子12と配線基板11表面との間に、熱硬化性樹脂とフィラーとから成るアンダーフィル材17を注入することによって、導体バンプ16が保護されるとともに半導体素子12が配線基板11に強固に固着される。
【００３８】
かくして、本発明の半導体装置14によれば、上記の配線基板11の表面に信号配線８と電気的に接続された半導体素子12の実装用電極13を有するとともに、実装用電極13に半導体素子12の電極を電気的に接続して成ることから、配線基板11を平面視した時に、信号配線８と開口部７とが重ならず、特性インピーダンスが変動しないので、高周波信号領域でも安定的に信号が伝達される半導体装置14とすることができる。
【００３９】
なお、本発明の配線基板11および半導体装置14は上述の実施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ことは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、接地または電源導体層が接地または電源配線と対向して配列された多数の開口部を有することから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。また、接地または電源配線と対向して配列された接地または電源導体層の多数の開口部が絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地または電源導体層の信号配線に対向する領域に開口部を形成する必要はなく、その結果、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線に対する接地および電源導体層のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できる。
【００４１】
また、本発明の配線基板によれば、接地または電源配線と直交する方向の幅を接地または電源配線の幅の１〜５倍としたことから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層同士の密着性を向上させることができる。
【００４２】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、特性インピーダンスの変動のない、高周波信号領域でも安定的に信号伝達のできる半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の配線導体層と接地導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す要部拡大透過平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・絶縁基板
２・・・・・・・絶縁層
３・・・・・・・配線導体層
４・・・・・・・接地導体層
５・・・・・・・電源導体層
７・・・・・・・開口部
８・・・・・・・信号配線
９・・・・・・・接地配線
10・・・・・・・電源配線
11・・・・・・・配線基板
12・・・・・・・半導体素子
13・・・・・・・実装用電極
14・・・・・・・半導体装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を搭載するために用いられる配線基板およびこの配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されてきており、このような電子機器に搭載される電子装置も小型・高密度化が要求されるようになってきている。そのため、半導体装置を構成する配線基板にも小型化・薄型化・多端子化が求められてきており、それを実現するために信号配線等の配線の幅を細くするとともにその間隔を狭くし、さらに配線の多層化・配線間を接続する貫通導体の小径化により高密度配線化が図られている。
【０００３】
このような高密度配線が可能な配線基板として、ビルドアップ法を採用して製作された配線基板が知られている。ビルドアップ法とは、例えば、ガラスクロスやアラミド不布織等の補強材に耐熱性や耐薬品性を有するエポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂を含浸させて複合化した絶縁基板上に、間に導体層を挟んでエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る接着材を塗布して絶縁層を形成するとともに絶縁層を加熱硬化させた後、導体層上部の絶縁層にレーザで径が50〜200μｍ程度の貫通孔を穿設し、しかる後、絶縁層表面を化学粗化し、さらに無電解銅めっき法および電解銅めっき法を用いて貫通孔側面および貫通孔底面の導体層上に導体膜を被着して貫通導体を形成するとともに絶縁層表面に貫通導体と接続する導体層を形成し、さらに、絶縁層や貫通導体・導体層の形成を複数回繰り返すことにより配線基板を製作する方法である。
【０００４】
このような配線基板の導体層は、用途によって、電源導体層・接地導体層および配線導体層に機能化されている。このうち電源導体層は、配線基板に実装される半導体素子に電源を供給する機能を有し、絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から成る。また、配線導体層は、電気信号を電磁波障害なしに伝播させるための機能を有し、所定の回路形状にパターン化した薄膜導体から構成されている。このような配線導体層は、信号配線および接地または電源配線から成り、信号配線間のクロストークノイズを低減するために、接地または電源配線が信号配線間に配置されている。さらに、接地導体層は、電源導体層や信号導体層を流れる電流によって発生する電磁波をシールドし、他の配線導体層に生じるノイズを防止する機能を有し、電源導体層と同様に絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から成る。このような役割を担う電源導体層・接地導体層および配線導体層は、それぞれ配線基板の表面に設けた外部電気回路接続用の導体用パッドに貫通導体を介して電気的に接続され、配線基板に実装される半導体素子への電力の供給・信号の伝達あるいは電磁波のシールドを行うことができるような積層構造に配置されている。そして、配線導体層などから発生する電磁波を、接地導体層で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の配線導体層でクロストークノイズが発生しないように構成されている。
【０００５】
なお、電源導体層および接地導体層のベタパターンには、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すため、および、積層する絶縁層同士の密着性を向上させるために格子状に配列された開口部が設けられている。このような格子状に配列された開口部は、配線基板を平面視した時に、電源導体層および接地導体層の略全面にわたって配列されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の配線基板では、これを平面視した時に、電源導体層および接地導体層に形成された開口部が電源導体層および接地導体層の略全面にわたって格子状に配列されていることから、信号配線によっては、絶縁層を介して配置された電源導体層および接地導体層に形成された開口部と重なって形成されたりあるいは開口部と重ならずに形成され、この結果、各信号配線間で特性インピーダンスが異なってしまい、高周波信号領域で特性インピーダンスの不整合による反射ノイズが発生し、搭載する半導体素子が誤作動してしまうという問題点を有していた。
【０００７】
また、従来の配線基板は、その開口部の面積が大きすぎるとベタパターンによるシールド効果が小さくなり、信号の漏れによるクロストークノイズが発生してしまい、逆に開口部の面積が小さすぎると絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスが容易に抜けることができず、接地または電源導体層が膨れたり剥れたりしまうという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減するとともに、接地または電源導体層の膨れや剥れのない配線基板およびそれを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、信号配線および接地または電源配線を有する配線導体層と該配線導体層に絶縁層を介して対向配置された接地または電源導体層とを具備した配線基板であって、前記接地または電源導体層は、前記接地または電源配線と対向して配列され、かつ前記信号配線と対向する領域に形成されない、多数の開口部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、開口部の接地または電源配線と直交する方向の幅が接地または電源配線の幅の１〜５倍であることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明の半導体装置は、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、この実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の配線基板によれば、接地または電源導体層が接地または電源配線と対向して配列された多数の開口部を有することから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。また、接地または電源配線と対向して配列された接地または電源導体層の多数の開口部が絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地または電源導体層の信号配線に対向する領域に開口部を形成する必要はなく、その結果、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線に対する接地および電源導体層のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できる。
【００１３】
また、本発明の配線基板によれば、接地または電源配線と直交する方向の幅を接地または電源配線の幅の１〜５倍としたことから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層同士の密着性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、特性インピーダンスの変動のない、高周波信号領域でも安定的に信号伝達のできる半導体装置とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の多層配線基板およびこれを用いた半導体装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の配線基板の配線導体層と接地導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す要部拡大透過平面図である。なお、図２の例では接地導体層を図示したが、接地導体層が電源導体層であってもよい。
【００１７】
これらの図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は接地導体層、５は電源導体層、６は貫通導体、７は開口部、８は信号配線、９は接地配線、10は電源配線で、主にこれらで本発明の配線基板11が構成される。また、この配線基板11に半導体素子12を搭載し実装用電極13と電気的に接続することにより本発明の半導体装置14と成る。なお、本発明の配線基板11の配線導体層３は、信号配線８および接地配線９・電源配線10から成り、接地導体層４および電源導体層５には、開口部７が形成されている。
【００１８】
配線基板11は、半導体素子12を支持する支持部材としての機能を有し、絶縁基板１の表面および／または裏面の主面に複数の絶縁層２を積層することによって形成されている。
【００１９】
配線基板11を構成する絶縁基板１は、絶縁層２の支持体としての機能を有し、例えばガラスクロス−エポキシ樹脂やガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂・ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル樹脂・アラミド繊維−エポキシ樹脂等の樹脂材料から成り、常法により製作される。また、絶縁基板１の主面には、電源導体層５等の導体層が被着形成されており、これらの導体層は、絶縁基板１内部に形成されたスルーホール導体１ａで電気的に接続されている。さらに、絶縁基板１の主面には、銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜からなる配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が絶縁層３を介して積層されている。
【００２０】
絶縁層２は、配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５を支持する支持部材として機能し、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂とエラストマーと無機絶縁性フィラーとから成る。なお、後述する配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５等の金属薄膜との密着性を良好となすために、表面を粗化できる熱可塑性樹脂成分を含有してもよい。
【００２１】
このような絶縁層２は、例えばエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂・エラストマー・無機絶縁性フィラーに溶剤等を添加した混合物を混練して液状ワニスを得、この液状ワニスをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製離型シート上に塗布し、60〜100℃の温度で乾燥することによりフィルム状に成形される。また、絶縁層２には、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ・ＵＶレーザ等の従来周知のレーザを用いて直径が30〜300μｍ程度の貫通孔が形成されるとともに、その内部に銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜を被着して、配線導体層３等同士を電気的に接続する貫通導体６が形成されている。なお、絶縁層２となる乾燥後のフィルムは、エラストマーを含有することから、フィルム上面にポリエチレンシートを積層し、ロール状に巻き取ることにより容易に貯蔵できる。また、フィルムの厚さは自由に設定することができるが、絶縁性の観点から20〜100μｍの範囲の厚さが好ましい。さらに、絶縁層２は、このフィルムを絶縁基板１表面に真空ラミネータを用いて圧着し、オーブンで熱硬化することにより積層される。
【００２２】
また、絶縁層２間には、配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が形成され、これらは前述の貫通導体６で電気的に接続されている。このような配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５は、配線基板11に搭載される半導体素子12を外部電気回路基板（図示せず）に電気的に接続する導電路としての機能を有する。接地導体層４および電源導体層５は、絶縁層２の略全面にベタパターン状に形成されており、また、絶縁層２を乾燥・硬化する際に発生するガスを逃すため、および絶縁層２同士の密着性向上のために、多数の開口部７が形成されている。
【００２３】
なお、接地導体層４および電源導体層５は、配線導体層３と異なる絶縁層２の表面に、接地導体層４と電源導体層５とで配線導体層３を上下から挟み込むように配置されおり、配線導体層３から発生する電磁波を、接地導体層４で渦電流に変換することによってシールドし、他の配線導体層３でクロストークノイズが発生しないようにしている。また、配線導体層３は、幅が20〜100μｍ程度の信号配線８および接地配線９または電源配線10から構成されており、信号配線８間のクロストークノイズを低減するために信号配線８と接地配線９または電源配線１0とが交互に配置されている。
【００２４】
配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成する金属材料としては、電気抵抗値が低いという観点からは銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属が好ましく、安価という観点からは銅が好ましい。なお、金属薄膜の厚みは、高速の信号を伝達させるという観点からは３μｍ以上であることが好ましく、金属薄膜を絶縁基板１や絶縁層２に被着形成する際に金属薄膜に大きな応力を残留させず、金属薄膜が絶縁基板１や絶縁層２から剥離しにくいものとするためには50μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２５】
このような金属薄膜は、次に述べる方法により形成される。まず、絶縁層２の所望の個所に、例えば炭酸レーザを用いて貫通孔を形成した後に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に浸漬して粗化する。次に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を無電解めっきの触媒と成る例えばパラジウムの水溶液中に浸漬して絶縁層２表面と貫通孔内壁に触媒を被着させ、さらに、硫酸銅・ロッセル塩・ホルマリン・ＥＤＴＡナトリウム塩・安定剤等から成る無電解めっき液に約30分間浸漬して、数μｍの無電解銅めっき膜を析出させる。そして次に、絶縁層２の表面に感光性ドライフィルムレジストをラミネートし露光と現像により薄膜導体と成る所定の配線パターンを形成し、しかる後に、硫酸・硫酸銅５水和物・塩素・光沢剤等から成る電解銅めっき液に数Ａ／ｄｍ2の電流を印加しながら数時間浸漬することにより貫通導体６が貫通孔内壁や内部に形成される。さらにまた、水酸化ナトリウムを用いて感光性ドライフィルムレジストを剥離し、しかる後、硫酸・過酸化水素水溶液でめっき膜表面をエッチングすることにより、絶縁層２の表面に配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５が形成される。
【００２６】
そして、このような配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成した絶縁層２の上面に、絶縁層２を積層するとともに上記と同じ工程を繰り返して配線導体層３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成し、さらにこれを複数回繰り返すことにより絶縁層２が複数層積層される。
【００２７】
本発明の配線基板11においては、接地導体層４または電源導体層５に形成する多数の開口部７を、接地配線９または電源配線10と対向して配列することが好ましく、また、このことが重要である。
【００２８】
本発明の配線基板11によれば、接地導体層４または電源導体層５が接地配線９または電源配線10と対向して配列された多数の開口部７を有することから、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れのない配線基板11とすることができる。また、接地配線９または電源配線10と対向して配列された接地導体層４または電源導体層５の多数の開口部７が絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地導体層４または電源導体層５の信号配線８に対向する領域に開口部７を形成する必要はなく、その結果、各信号配線８間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子12の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線８に対する接地導体層４および電源導体層５のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線８間のクロストークノイズが低減できる。
【００２９】
なお、ここで反射ノイズとは、特性インピーダンスの不整合により電圧反射が生じることにより信号配線８の波形が階段的に乱れる現象であり、特に、高周波領域では、小さな特性インピーダンスの不整合でも反射ノイズが生じ易く、これにより配線基板11に搭載されている半導体素子12が誤作動することがある。
【００３０】
さらに、本発明の配線基板11においては、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅が接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍であることが好ましく、また、このことが重要である。開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅を接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍とすることにより、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層２同士の密着性を向上させることができる。なお、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅が接地配線９または電源配線10の幅の１倍より小さいと絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスが容易に抜けることができず、接地導体層４または電源導体層５が膨れたり剥れたりしてしまう傾向にあり、５倍より大きいと接地導体層４または電源導体層５のシールド効果が小さくなり、クロストークノイズが発生し半導体素子12が誤作動してしまう危険性がある。従って、開口部７の大きさは、接地配線９または電源配線10の幅の１〜５倍であることが好ましい。
【００３１】
また、開口部７の形状は、正方形や長方形・正六角形等の多角形や、円や楕円形状であり、開口部７の接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅とはこれらの各辺の長さや直径である。さらに、開口部７の接地配線９または電源配線10と平行な方向の幅は、接地配線９または電源配線10と直交する方向の幅の0.5〜３倍程度となっている。
【００３２】
なお、クロストークノイズとは、信号が容量結合や誘電結合により他の信号配線８へ誘起されて生じる現象であり、本発明においては、信号配線８の上下に絶縁層２を介して接地導体層４または電源導体層５を配置しているので、信号配線８から発生する電磁波を、接地導体層４または電源導体層５で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の信号配線８でノイズが発生しないようにしている。
【００３３】
かくして、本発明の配線基板11によれば、接地導体層４または電源導体層５が接地配線９または電源配線10と対向して配列された多数の開口部７を有することから、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れのない配線基板11とすることができる。また、接地配線９または電源配線10と対向して配列された接導体層４または電源導体層５の多数の開口部７が絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地導体層４または電源導体層５の信号配線８に対向する領域に開口部７を形成する必要はなく、その結果、各信号配線８間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子12の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線８に対する接地導体層４および電源導体層５のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線８間のクロストークノイズが低減できる。
【００３４】
なお、配線基板11に半導体素子12を実装する際の熱履歴から絶縁層２および実装用電極13を保護するために、絶縁層２の最外層表面に感光性樹脂から成る耐半田樹脂層15を被着形成してもよい。また、この場合、耐半田樹脂層15の実装用電極13上部には露光・現像により実装用電極13と半導体素子12の電極とを接続する導体バンプ16用の開口が形成される。さらに、開口底の実装用電極13表面にニッケル・金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜20μｍの厚さに被着させておくと、実装用電極13表面の酸化腐食を有効に防止できるとともに実装用電極13と導体バンプ16との接続を良好とすることができる。
【００３５】
また、本発明の半導体装置14は、配線基板11表面の実装用電極13と半導体素子12の電極とを導体バンプ16を介して電気的に接続することによって形成される。
【００３６】
なお、実装用電極13上に被着された耐半田樹脂層15の開口の形状は円形状であることが望ましく、さらに、それらの径はフィリップチップ側が50〜300μｍ、ボールグリッドアレイ側が300〜800μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
導体バンプ16は、実装用電極13と半導体素子12の各電極とを電気的に接続する機能を有し、配線基板11表面の実装用電極13上に半田等の金属により形成されている。このような導体バンプ16は、金や鉛−錫・錫−亜鉛・錫−銀−ビスマス等の合金の導電材料から成り、例えば導電材料が鉛−錫から成る半田の場合、鉛−錫から成るぺーストを耐半田樹脂層15の開口にスクリーン印刷法によって印刷、あるいは鉛−錫から成る半田ボールを耐半田樹脂層15の開口に載置した後、リフロー炉を通すことによって実装用電極13上に半球状に固着形成される。しかる後、半導体素子12を導体バンプ16上に載置し、リフロー炉を通すことによって実装用電極13と半導体素子12の各回路とが電気的に接続される。なお、半導体素子12と配線基板11表面との間に、熱硬化性樹脂とフィラーとから成るアンダーフィル材17を注入することによって、導体バンプ16が保護されるとともに半導体素子12が配線基板11に強固に固着される。
【００３８】
かくして、本発明の半導体装置14によれば、上記の配線基板11の表面に信号配線８と電気的に接続された半導体素子12の実装用電極13を有するとともに、実装用電極13に半導体素子12の電極を電気的に接続して成ることから、配線基板11を平面視した時に、信号配線８と開口部７とが重ならず、特性インピーダンスが変動しないので、高周波信号領域でも安定的に信号が伝達される半導体装置14とすることができる。
【００３９】
なお、本発明の配線基板11および半導体装置14は上述の実施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ことは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、接地または電源導体層が接地または電源配線と対向して配列された多数の開口部を有することから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。また、接地または電源配線と対向して配列された接地または電源導体層の多数の開口部が絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことから、接地または電源導体層の信号配線に対向する領域に開口部を形成する必要はなく、その結果、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減することが可能となり、高周波信号領域においても搭載する半導体素子の誤作動を防止することが可能となる。さらに、信号配線に対する接地および電源導体層のシールド効果を高めることが可能となり、高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できる。
【００４１】
また、本発明の配線基板によれば、接地または電源配線と直交する方向の幅を接地または電源配線の幅の１〜５倍としたことから、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができるとともに、積層する絶縁層同士の密着性を向上させることができる。
【００４２】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、特性インピーダンスの変動のない、高周波信号領域でも安定的に信号伝達のできる半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の配線導体層と接地導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す要部拡大透過平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・絶縁基板
２・・・・・・・絶縁層
３・・・・・・・配線導体層
４・・・・・・・接地導体層
５・・・・・・・電源導体層
７・・・・・・・開口部
８・・・・・・・信号配線
９・・・・・・・接地配線
10・・・・・・・電源配線
11・・・・・・・配線基板
12・・・・・・・半導体素子
13・・・・・・・実装用電極
14・・・・・・・半導体装置
Claims (2)
- 信号配線および接地または電源配線を有する配線導体層と該配線導体層に絶縁層を介して対向配置された接地または電源導体層とを具備した配線基板であって、前記接地または電源導体層は、前記接地または電源配線と対向して配列され、かつ前記信号配線と対向する領域に形成されない、多数の開口部を有することを特徴とする配線基板。
- 請求項１に記載の配線基板の表面に、前記信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、該実装用電極に前記半導体素子の電極を電気的に接続して成ることを特徴とする半導体装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197638A JP3801880B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 配線基板およびこれを用いた半導体装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001197638A JP3801880B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 配線基板およびこれを用いた半導体装置 |
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