JP4508620B2

JP4508620B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4508620B2
Application number: JP2003411134A
Authority: JP
Inventors: 貴志井上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP2005175097A

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。

一般に、移動体通信機器に代表されるような電子機器の小型化、薄型化の要求に伴い、このような電子機器に使用される半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板にも小型化、薄型化、多端子化が求められてきている。そして、そのような小型化、薄型化、多端子化を実現するための配線基板として、外部電気回路基板上に半田バンプを介して表面実装可能としたボールグリッドアレイパッケージ（ＢＧＡ）用やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）用の配線基板が実用化されている。

このようなボールグリッドアレイパッケージ用やチップスケールパッケージ用の配線基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板の上面の中央領域に電子部品の電極が半田を介して接続される電子部品接続用パッドが格子状の配列で設けられているとともに絶縁基板の下面の略全域に外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続される外部接続用パッドが格子状の配列で設けられている。そして、これらの電子部品接続用パッドと外部接続用パッドとを電気的に接続するための配線導体が絶縁基板の絶縁層を貫通して上下に延びるとともに各絶縁層間を水平に延びるように形成されている。

そして、このような配線基板によれば、絶縁基板上に電子部品を、その電極が電子部品接続用パッドに半田を介して接続されるようにして搭載することにより電子装置となり、この電子装置は、その外部接続用パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより外部電気回路基板上に実装されるとともに搭載する電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

このような配線基板における配線導体は、用途によって信号用と接地用と電源用の配線導体に機能化されている。

このうち信号用の配線導体は、半導体素子等の電子部品と外部電気回路基板との間で電気信号を伝播させるための導電路として機能し、絶縁層間を絶縁基板の中央領域から外周領域に向けて延びるように形成された複数の細い線状の配線導体を有するとともに、絶縁層を貫通する貫通導体により信号用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに電気的に接続されている。

また、接地用の配線導体や電源用の配線導体は、配線基板に搭載される電子部品にそれぞれ接地電位や電源電位を供給するための供給路としての機能を有しているとともに信号用の配線導体に対する電磁シールド機能や特性インピーダンスの調整機能を有しており、絶縁層を挟んで信号用の配線導体に対向するように配置された広面積の導体層を有するとともに、絶縁層を貫通する貫通導体によりそれぞれ接地用や電源用の電子部品接続用パッドおよび外部接続用パッドに電気的に接続されている。

なお、このような配線基板においては、絶縁層間を延びる信号用の配線導体は、同じタイミングで信号を伝播させるべき複数の配線導体における信号伝播遅延時間を配線の長さに換算して略同じとするために、例えばその一部が複数の屈曲部を有してジグザクに折り返して延びるように形成される場合がある。
特開２００３−１５２２９０号公報

しかしながら、上述のように信号用の配線導体の一部が複数の屈曲部を有して折り返して延びるように形成されている場合、配線導体の一部に複数の屈曲部によって互いに並行する並行部が形成される。このように互いに並行する並行部を有する信号用の配線導体に例えば１０ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させると、信号用の配線導体の並行部の間を信号が飛び越えて伝播することがあり、その結果、同一のタイミングで信号を伝播させるべき複数の配線導体における信号の伝播遅延時間が異なったものとなり、信号同士のタイミングがずれてしまい、それにより配線基板に搭載する半導体素子等の電子部品を正常に作動させることができなくなるという問題を誘発する。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は複数の屈曲部により互いに並行する並行部が形成された信号用の配線導体の並行部の間を信号が飛び越えて伝播することがなく、複数の信号用の配線導体に高周波の信号が同一タイミングで良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に作動させることが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、複数の屈曲部と該屈曲部によって形成された互いに並行な複数の並行部とを有するクランク形状の平面パターンを備え、絶縁層の表面に形成された線状の配線導体と、前記絶縁層の表面の前記各並行部及びその延長線に挟まれた領域のみに形成された、前記配線導体と電気的に独立した複数の導体層と、を具備してなり、前記複数の導体層は、接地又は電源電位に接続され、前記絶縁層の表面にて互いに離間しており、前記各並行部に対して平行な細長形状であることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、少なくとも一部に複数の屈曲部を有するとともに該複数の屈曲部によって互いに並行する並行部が設けられている配線導体の並行部の内側に挟まれた絶縁層の表面に、配線導体と電気的に独立した導体層が形成されていることから、並行部が形成された配線導体に例えば１０ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させた場合であっても、並行部の内側に挟まれて形成された導体層が電磁的な障壁として作用し、その結果、配線導体の並行部の間を信号が飛び越えて伝播されることはなく、複数の信号用の配線導体に高周波の信号が同一タイミングで良好に伝播されて、搭載する電子部品を正常に作動させることができる。

次ぎに、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板を実施するための最良の形態を、半導体素子を搭載するための配線基板に適用した場合の例を示す断面図であり、図中、１は絶縁基板、２は配線導体、３は半導体素子である。

絶縁基板１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物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て成る絶縁層１ａの上下面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から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成り、その上面の中央領域に半導体素子３がフリップチップ接続により搭載される搭載部を有している。そして、その搭載部から下面にかけて銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導体２が形成されている。

絶縁基板１を構成する絶縁層１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．２〜１．０ｍｍ程度の複数の貫通孔４を有している。そして、その上下面には配線導体２の一部としての銅箔から成る導体層２ａおよび各貫通孔４の内面には配線導体２の一部としての銅めっき膜から成る貫通導体２ｂが被着されており、上下面の導体層２ａが貫通孔４の内の貫通導体２ｂを介して電気的に接続されている。

このような絶縁層１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、絶縁層１ａ上下面の導体層２ａは、絶縁層１ａ用のシートの上下全面に厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともに、この銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔４内面の貫通導体２ｂは、絶縁層１ａに貫通孔４を設けた後に、この貫通孔４内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁層１ａは、その貫通孔４の内部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から成る樹脂柱５が充填されている。樹脂柱５は、貫通孔４を塞ぐことにより貫通孔４の直上および直下に絶縁層１ｂや配線導体２を形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔４内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱５を含む絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。

絶縁層１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜５０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔６を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、絶縁層１ｂにはその表面に配線導体２の一部としての銅めっき膜から成る導体層２ｃおよび貫通孔６内に配線導体２の一部としての銅めっき充填体から成る貫通導体２ｄが被着されている。そして、上層の導体層２ｃと下層の導体層２ａや２ｃとを貫通孔６の内の貫通導体２ｄを介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。

このような絶縁層１ｂは、厚みが２０〜５０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムを絶縁層１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工により貫通孔６を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面に被着された導体層２ｃおよびビア孔６内に被着された貫通導体２ｄは、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔６内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。

さらに、最表層の絶縁層１ｂ上には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、例えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを３０〜７０質量％程度分散させた絶縁材料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、後述する接続パッド２ｅ、２ｆの絶縁基板１への接合強度を大きなものとする作用をなす。

このようなソルダーレジスト層７は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層７用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって接続パッド２ｅ、２ｆを露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層７用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、接続パッド２ｅ、２ｆに対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって接続パッド２ｅ、２ｆを露出させる開口部を有するように形成される。

絶縁基板１の搭載部から下面にかけて形成された配線導体２は、用途によって信号用と接地用と電源用の配線導体に機能化されている。このうち、信号用の配線導体２は、半導体素子３の電極と外部電気回路基板との間で電気信号を伝播させるための導電路として機能し、図２に要部平面図で示すように、絶縁基板１の中央領域から外周領域に向けて一部が複数の屈曲部を有して折り返して延びる複数の細い線状の配線導体２ｃｓを有している。このように配線導体２ｃｓの一部が複数の屈曲部を有して折り返して延びるように形成されていることから、複数の信号用の配線導体２における信号伝播遅延時間を配線の長さに換算して略同じとすることができる。なお、この場合、配線導体２ｃｓには複数の屈曲部によって互いに並行する並行部が設けられる。

また、接地用や電源用の配線導体２は、配線基板に搭載される半導体素子３にそれぞれ接地電位や電源電位を供給するための供給路としての機能を有しているとともに信号用の配線導体２に対する電磁シールド機能や特性インピーダンスの調整機能を有しており、絶縁層１ｂを挟んで信号用の配線導体２に対向するように配置された広面積の導体層を有している。このように接地用や電源用の広面積の導体層を信号用の配線導体２と対向するように配置することにより、信号用の配線導体２が電磁的にシールドされるとともに所定の特性インピーダンスに調整される。

また、これらの配線導体２は、図１に示すように、絶縁基板１の搭載部に露出している部位が半導体素子３の各電極が半田８を介して電気的に接続される電子部品接続用の接続パッド２ｅを、絶縁基体１の下面に露出した部位が外部電気回路基板に半田９を介して接続される外部接続用の接続パッド２ｆを形成している。これらの接続パッド２ｅ、２ｆは、絶縁基板１の搭載部および下面において格子状に配列されており、半導体素子３の電極と接続パッド２ｅとが半田８を介して電気的に接続されることにより半導体素子３が絶縁基板１の搭載部にフリップチップ接続により搭載された半導体装置となり、この半導体装置における接続パッド２ｆを外部電気回路基板の配線導体に半田９を介して接続することによって半導体素子３が外部電気回路基板に電気的に接続されることとなる。なお、本例の半導体装置においては、絶縁基板１の搭載部と半導体素子３との間にアンダーフィルと呼ばれる保護樹脂１０が充填されている例を示している。保護樹脂１０は絶縁基板１の搭載部に半導体素子３を半田８を介してフリップチップ接続により搭載した後に、絶縁基板１と半導体素子３との間に未硬化の熱硬化性樹脂ペーストを注入するとともにそのペーストを熱硬化させることにより充填される。なお、絶縁基板１の搭載部に半導体素子３を半田８を介してフリップチップ接続により搭載するには、接続パッド２ｅに半田粉末とフラックスとを含有する半田ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、それを２２０〜２６０℃の温度で加熱して半田粉末を溶融させることにより接続パッド２ｅ上に半田８を予め形成しておき、この半田８と半導体素子３の電極とを接触させた状態で半田８を溶融させる方法が採用される。

さらに、本発明の配線基板においては、図２に示したように、信号用の配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれた絶縁層１ｂの表面に、配線導体２ｃｓと電気的に独立した導体層１１が形成されている。導体層１１は配線導体２ｃｓと同一の材料から成り、配線導体２ｃｓを形成する際にそれと同時に同様の方法により形成される。このように、配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれた絶縁層１ｂの表面に、配線導体２ｃｓと電気的に独立した導体層１１が形成されていることから、この導体層１１が配線導体２ｃｓの並行部の内側における電磁的な障壁として作用し、その結果、配線導体２ｃｓに１０ＧＨｚを超える高周波の信号を伝播させたとしても、その信号が配線導体２ｃｓの並行部の間を飛び越えて伝播することが有効に防止され、その結果、複数の信号用の配線導体２における信号の伝播遅延時間を略同じとして同一タイミングで信号を伝播させ、搭載する半導体素子を正常に作動させることができる。

なお、信号用の配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれて形成された導体層１１は、接地用や電源用の配線導体２に電気的に接続されていると、配線導体２ｃｓに１０ＧＨｚ以上の高周波の信号を伝播させた場合に、導体層１１内に高周波に対する共振が発生することを有効に防止し、信号用の配線導体２ｃｓに高周波の信号を効率良く伝播させることができる。したがって、信号用の配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれて形成された導体層１１は、接地用や電源用の配線導体２に電気的に接続されていることが好ましい。

また、信号用の配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれて形成された導体層１１は、その長さが信号用の配線導体２ｃｓを伝播する信号の波長の４分の１未満であると、配線導体２ｃｓの並行部における特性インピーダンスの不整合の影響が小さくなり、信号用の配線導体２ｃｓに高周波の信号を極めて効率良く伝播させることができる。したがって、信号用の配線導体２ｃｓの並行部の内側に挟まれて形成された導体層１１は、その長さが信号用の配線導体２ｃｓを伝播する信号の波長の４分の１未満であることが好ましい。

なお、本発明の配線基板は、上述の実施の形態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いうまでもない。

本発明の配線基板を実施するための最良の形態例を示す断面図である。図１に示す配線基板の要部拡大平面図である。

符号の説明

１ｂ：絶縁層
２ｃｓ：配線導体
１１：導体層

Claims

複数の屈曲部と該屈曲部によって形成された互いに並行な複数の並行部とを有するクランク形状の平面パターンを備え、絶縁層の表面に形成された線状の配線導体と、
前記絶縁層の表面の前記各並行部及びその延長線に挟まれた領域のみに形成された、前記配線導体と電気的に独立した複数の導体層と、
を具備してなり、
前記複数の導体層は、接地又は電源電位に接続され、前記絶縁層の表面にて互いに離間しており、前記各並行部に対して平行な細長形状であることを特徴とする配線基板。