JP5110840B2 - Coreless substrate and semiconductor device mounting structure using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス布に樹脂を含浸乾燥させたプリプレグや、金属板等の剛性機能の優れた所謂コア基板を有さないコアレス基板およびそれを用いた半導体素子の実装構造体に関する。 The present invention relates to a prepreg obtained by impregnating and drying a resin in a glass cloth, a coreless substrate having a so-called core substrate excellent in rigidity function such as a metal plate, and a semiconductor element mounting structure using the same.
従来より、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)などの半導体素子などを上面に実装する配線基板として、樹脂製の配線基板が知られている。 Conventionally, resin wiring boards are known as wiring boards for mounting semiconductor elements such as IC (Integrated Circuit) and LSI (Large Scale Integration) on the upper surface.
かかる配線基板として、補強材としてのコア基板上に絶縁層及び導体を積層したものが提案されており、近年では電子機器の小型化の要求にともない薄型の配線基板が求められている。 As such a wiring board, one in which an insulating layer and a conductor are laminated on a core board as a reinforcing material has been proposed. In recent years, a thin wiring board has been demanded in response to a demand for downsizing of electronic devices.
なお、薄型の配線基板として、コア基板を有さないコアレス基板が提案されている(下記特許文献1参照)。
ところが、上述した従来のコアレス基板の場合、コア基板を有する配線基板よりも剛性が弱いため、コアレス基板に対して力が印加されると、裂け易く破壊されてしまうという問題があった。 However, in the case of the above-described conventional coreless substrate, since the rigidity is weaker than that of the wiring substrate having the core substrate, there is a problem that when a force is applied to the coreless substrate, the coreless substrate is easily broken and destroyed.
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、コアレス基板の破壊を効果的に抑制することができ、信頼性の優れたコアレス基板およびそれを用いた半導体素子の実装構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can provide a coreless substrate having excellent reliability and a mounting structure for a semiconductor element using the coreless substrate that can effectively suppress the destruction of the coreless substrate. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、本発明のコアレス基板は、平面視して第1方向に沿って配列される複数の第1繊維束からなる第1繊維層を有する第1絶縁体と、前記第1絶縁体上に配置され、平面視して前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列される複数の第2繊
維束からなる第2繊維層を有する第2絶縁体と、前記第2絶縁体上に配置され、前記第1方向に沿って配列される複数の第3繊維束と、前記第2方向に沿って配列される複数の第4繊維束とを編み込んでなる第3繊維層を有する第3絶縁体と、前記第1絶縁体と前記第2絶縁体の間に介在されてなる導体と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a coreless substrate of the present invention includes a first insulator having a first fiber layer composed of a plurality of first fiber bundles arranged in a first direction in plan view, and the first insulator A second insulator having a second fiber layer disposed on the insulator and having a plurality of second fiber bundles arranged in a second direction orthogonal to the first direction in plan view; A third fiber layer formed by weaving a plurality of third fiber bundles arranged on the insulator and arranged along the first direction and a plurality of fourth fiber bundles arranged along the second direction a third insulator having a, characterized by comprising a conductor made is interposed between the second insulator and the first insulator.
本発明によれば、剛性の優れた繊維層を絶縁体の内部に設け絶縁体の剛性を向上させることによって、コアレス基板の破壊を効果的に防止することができる。 According to the present invention, the coreless substrate can be effectively prevented from being destroyed by providing the fiber layer having excellent rigidity inside the insulator and improving the rigidity of the insulator.
以下に、本発明にかかるコアレス基板およびそれを用いた半導体素子の実装構造体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of a coreless substrate and a semiconductor element mounting structure using the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本発明の半導体素子の実装構造体の第1の実施形態について、図1(a)に断面図を、図1(b)に後述する繊維層の平面図を示す。 FIG. 1A is a cross-sectional view of a first embodiment of a semiconductor element mounting structure of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of a fiber layer described later.
≪第1の実施形態≫
本実施形態に係る半導体素子の実装構造体は、図1に示すように、コアレス基板1と、コアレス基板1上に搭載されるIC、LSI等の半導体素子2とを含んで構成されている。ここでは、半導体素子2は、半田等の接合材3を介してコアレス基板1に実装されている。以下、コアレス基板1を中心に説明する。
<< First Embodiment >>
As shown in FIG. 1, the semiconductor element mounting structure according to the present embodiment includes a coreless substrate 1 and a
<コアレス基板>
コアレス基板1は、例えば各種オーディオビジュアル機器や家電機器、通信機器、コンピュータ装置およびその周辺機器などの電子機器に使用されるものであり、厚み方向に導体4と第1絶縁体5a、第2絶縁体5bとを積層して備えている。なお、導体4は、第1絶縁体5aと第2絶縁体5bの間に介在されている。また、第1絶縁体5a、第2絶縁体5bは、両者を区別しない場合は、絶縁体5と総称する。
<Coreless substrate>
The coreless substrate 1 is used for electronic devices such as various audiovisual devices, home appliances, communication devices, computer devices and peripheral devices, and has a
導体4は、導電性を有し、電気信号を伝達するための伝達路としての機能を備えている。導体4は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、クロム等の導電材料からなる。導体4は、平面視において平面上に形成され、配線パターンを形成するために、平面上に部分的に形成され、その導体4の厚みは、3〜10μmである。
The
絶縁体5は、平面視において平面上に形成される繊維層6と、繊維層6を厚み方向の両側より被覆してなる樹脂層7とを含んで備えている。なお、図1に示すように、厚み方向の下部に位置する繊維層6を繊維層6a、上部に位置する繊維層6を繊維層6bとする。繊維層6は、繊維層6a、6bの両者を区別しない場合の総称とである。
The
繊維層6a、6bは、平面視において第1方向Xに沿って配置される第1繊維束6pと、平面視において前記第1方向Xと異なる第2方向Yに沿って配置される第2繊維束6qと、を編み込んで平面状に構成されている。
The
第1繊維束6p及び第2繊維束6qは、剛性を有し、例えば、ポリベンゾオキサゾール、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステルのいずれかを主成分として構成されている。ここで、本願明細書における主成分とは、層を構成する複数の物質のうち最も多いモル数を有する物質とする。なお、図1に示す繊維層6は、単体の第1繊維束6p、第2繊維束6qを編み込んだ状態であるが、複数の第1繊維束6pと、複数の第2繊維束6qを編み込んで構成したものであっても構わない。
The
また、第1繊維束6p及び第2繊維束6qは円柱状であって、その直径は5〜12μmである。そのため、繊維層6の主面又は他主面は、凹凸に形成されている。
Moreover, the
樹脂層7は、固化する前は接着性を有し、例えば、ポリイミド、アラミド、ポリイミドベンゾオキサゾールのいずれかを主成分として構成されている。樹脂層7は、繊維層6に対して積層した状態で、加熱プレス装置を用いて加熱加圧することによって、繊維層6の主面又は他主面に被着する。また、樹脂層7は、乾燥後の厚みが10〜30μmとなるように形成される。
The
また、樹脂層7は、繊維層6と同様に有機材料から構成されているため、繊維層6と樹脂層7とは、有機材料同士が強固に密着し、両者の界面における隙間を効果的に抑制している。その結果、繊維層6と樹脂層7との剥離を有効に防止することができる。
Moreover, since the
さらに、樹脂層7は、繊維層6の凹凸面に密着して形成され、凹凸が繊維層6の主面又は他主面よりも少ない所謂平坦な面に被着するよりも、被着する表面積が大きい。その結果、樹脂層7は、所謂平坦な面に被着するよりも、凹凸面に被着する方がより密着性が高く、繊維層6と樹脂層7との界面の剥離を有効に抑制することができる。
Furthermore, the
また、絶縁体5には、厚み方向に開口8が形成されており、開口8に導電性を有する開口導体9が埋設されている。コアレス基板1には、所望の配線パターンの層数などに応じて、導体4及び絶縁体5が交互に積層されている。そして、導体4及び絶縁体5が複数積層されている場合、層の異なる導体4同士は、開口導体9によって電気的に接続されている。
The
上記実施の形態によれば、繊維層6の優れた剛性を有する繊維束が、絶縁体5全体の剛性を向上させることによって、コアレス基板1の破壊を効果的に抑制することができる。
According to the embodiment described above, the
<製造方法>
本実施形態に係るコアレス基板1は、例えば、以下の工程を経て製作される。
<Manufacturing method>
The coreless substrate 1 according to this embodiment is manufactured through the following processes, for example.
まず、絶縁体5を作製する。繊維束は、単繊維を束ねて糸状に形成されている。そして、繊維束を織機で平織りし、平織りしたものをプレス装置等を用いて厚み方向に加熱プレスすることで、繊維層6を形成する。
First, the
次に、樹脂材料(例えばエポキシ樹脂の前駆体)を準備し、これに予めシランカップリング処理を行った球状シリカ粉末と溶剤を混合することでワニスを作製する。そして、作製したワニスを繊維層6に含浸させ、繊維層6を厚み方向の両側より樹脂7で被覆した絶縁体5を作製しておく。
Next, a resin material (for example, a precursor of an epoxy resin) is prepared, and a varnish is prepared by mixing a spherical silica powder subjected to a silane coupling treatment in advance with a solvent. And the produced varnish is impregnated into the
そして、低熱膨張の基板10を準備する。基板10は、例えば、Fe―Ni―Co系コバール、Fe―Ni系インバー、パーマロイ、モリブデン、タングステン、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)等から構成されている。また、基板10の厚みは、例えば、0.1〜1.5mmである。
Then, a low
図2−1(a)に示すように、基板10上に、例えばスピンコート法、印刷法等によって、カバーフィルム11を形成する。カバーフィルム11は、例えば、銅、銀、金等から構成されており、厚みは、例えば0.1μm〜1μmである。
As shown in FIG. 2A, the
次に、カバーフィルム11を乾燥させて固化した後、カバーフィルム11上に、例えばスピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、印刷法、ラミネート等によって、銅めっき4aを形成する。
Next, after the
銅めっき4aを乾燥後、図2−1(b)に示すように、銅めっき4a上にレジスト12を塗布し、レジスト12をフォトリソプロセス等によりパターニングする。なお、レジスト12は、銅めっきを残す領域のみに形成し、レジスト12で被覆していない領域をエッチングする。そして、残留しているレジスト12を剥離し、カバーフィルム11上に導体4を形成することができる。さらに、レジスト12を剥離した後、導体4上を洗浄する。なお、導体4は、カバーフィルム11上にめっきレジストをパターニングし、電鋳法によって、銅を析出して形成するものであってもよい。
After the
図2−1(c)に示すように、カバーフィルム11上に形成された導体2上に、用意しておいた絶縁体5を積層する。そして、絶縁体5を、例えばラミネート法等によって、温度を印加しつつ、高圧力でカバーフィルム11に対して固着する。このとき、絶縁体5の樹脂層7は、熱膨張率が繊維層6及び基板10よりも大きいため、加熱により膨張する。その後、絶縁体5を冷却すると、樹脂層7は、上述したように熱膨張率が大きいため、収縮しようとする力も大きいが、繊維層6と基板10は熱膨張率が小さいため収縮しにくい。この結果、樹脂層7は、収縮しにくい繊維層6と基板10に挟まれたまま冷却されるため、樹脂層7中に、収縮しようとする引張り応力が働いている状態で固化し、絶縁体5内には残留応力が備わる。
As shown in FIG. 2C, the
次に、図2−2(d)に示すように、絶縁体5には、レーザーやドリル等によって、開口8が形成する。ここで、繊維層6及び樹脂層7は、融点が500度程度である。一方、ガラス繊維の場合、融点が1000度以上である。そのため、繊維層6をガラス繊維で構成した場合は、ガラス繊維は融点が樹脂層7よりも非常に大きいために、高温で開口8を形成しようとすると、樹脂が必要以上に溶融し、開口8を所望の大きさに形成することが難しく、低温で開口8を形成しようとすると、ガラス繊維を十分に焼切ることができない。そのため、繊維層6は、熱硬化性樹脂と融点が近く、加工が容易なポリベンゾオキサゾール等から構成することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 2D, an
そして、図2−2(e)に示すように、形成された開口8に対して、無電解めっきや電気めっき等により、開口導体9を設け、絶縁体5上に銅箔4bを形成する。
Then, as shown in FIG. 2E, an
さらに、銅箔4bをフォトリソグラフィー及びエッチングにより所定のパターンに加工し、絶縁体5上に新たな導体4’を形成する。そして、図2−2(f)に示すように、基板10とカバーフィルム11との間を分離する。
Further, the
この後、カバーフィルム11をエッチング等によって除去し、コアレス基板1を得ることができる。また、得られたコアレス基板1上にビルドアップ法で更に絶縁体5及び導体4を積層し、多層のコアレス基板を作製することができる。さらに、コアレス基板1上にICやLSI等の半導体素子2を実装し、半導体素子の実装構造体が完成する。このとき、コアレス基板1に半導体素子2を実装する際に、半田等によってコアレス基板1に半導体素子2を固着するため、コアレス基板1に半田等の熱が印加される。通常、基板に熱が印加されると熱膨張率に応じて基板が膨張するが、コアレス基板1の絶縁体5は、熱が印加されると、絶縁体5の縮まろうとする残留応力が緩和されてなくなるまで、絶縁体5の膨張が起きにくく、配線基板1全体の膨張量を低減することができる。
Thereafter, the
≪第2の実施形態≫
以下では、図3を参照して、上記実施形態に係る半導体素子の実装構造体の第2の実施形態ついて説明する。なお、上述の図1に示す構成については、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる箇所について説明する。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor element mounting structure according to the above embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the structure shown in the above-mentioned FIG. 1, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and a different location is demonstrated.
第2の実施形態に係る繊維層6を構成する繊維束6rは、平面視において平面方向に沿って配列されている。ここで、繊維束6rは、上述した第1繊維束6p、第2繊維束6qと同様の材料からなり、繊維束6rを平面視において平面方向に沿った状態で配列し、その後、上述したように繊維束6rを厚み方向の両側より樹脂層を7で被覆することによって、形成することができる。
The
また、厚み方向に積層された一対の絶縁体5の下方に位置する絶縁体の繊維束6rと、上方に位置する絶縁体の繊維束6r’は、平面視において直交するように配列されていてもよい。その場合、樹脂層7は、繊維束6r、6r’の沿った向きに膨張しにくいため、平面視において上下左右の膨張を低減し、コアレス基板全体の膨張を効果的に抑制することができる。
The insulating
繊維束6rからなる繊維層6cは、第1繊維束6p、第2繊維束6qを編みこんで形成したものに比べて、厚みを薄くすることができる。繊維束を編み込んだ繊維層6a、6bは、厚み方向に少なくとも2本分の繊維束を形成しなければならないのに対して、繊維束を編み込まずに単に平面方向に沿って配列した繊維層6cは、1本分の繊維束の厚みまで薄くすることができるため、絶縁体5cの厚みをより薄くすることができる。その結果、電子機器の小型化に十分対応したコアレス基板1を実現することができる。
The
また、繊維層6a、6bは、繊維束を湾曲して形成するため、弾性変形可能に形成される。その結果、繊維層6a、6bは、繊維層6cよりも熱膨張による収縮が大きいため、残留応力が小さくなる。このため、繊維層6cの方が、繊維層6a、6bよりも、絶縁体5cの残留応力を大きくすることができる。
Moreover, since the fiber layers 6a and 6b are formed by bending the fiber bundle, they are formed so as to be elastically deformable. As a result, since the fiber layers 6a and 6b are more contracted by thermal expansion than the
≪第3の実施形態≫
以下では、図4を参照して、上記実施形態に係る半導体素子の実装構造体の第3の実施形態ついて説明する。なお、上述の図1及び図2に示す構成については、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる箇所について説明する。
<< Third Embodiment >>
Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor element mounting structure according to the above-described embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the structure shown in above-mentioned FIG.1 and FIG.2, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and a different location is demonstrated.
第3の実施形態に係る繊維層6dは、平面視において平面方向に沿って配列された繊維層が複数積層された構造である。繊維束は円柱状であって、配列された繊維束のどれもが略同一の大きさであるため、繊維束を配列した場合、配列した繊維層はその主面及び他主面に凹凸が形成される。そして、第1繊維層6lの主面の凹凸と、第1繊維層6l上に形成された第2繊維層6mの他主面の凹凸とを嵌合するように配置する。さらに、第2繊維層6mの主面の凹凸と、第2繊維層6m上に形成された第3繊維層6nの他主面とを嵌合するように配置することが望ましい。
The
繊維層6dは、その厚み方向における厚みが、3本分の繊維束の厚みではなく、上述したように嵌合した部分の厚みだけ薄くすることができる。そのため、絶縁体5の剛性を向上させるとともに、コアレス基板1が厚くなるのを効果的に抑制することができる。なお、繊維層6dの層数は、上述した3層に限らず、コアレス基板1の剛性と厚みの関係より適宜選択することができる。
The thickness in the thickness direction of the
≪第4の実施形態≫
以下では、図5を参照して、上記実施形態に係る半導体素子の実装構造体の第4の実施形態について説明する。なお、上述の図1、図2、図3に示す構成については、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる箇所について説明する。
<< Fourth Embodiment >>
Below, with reference to FIG. 5, 4th Embodiment of the mounting structure of the semiconductor element which concerns on the said embodiment is described. In addition, about the structure shown in the above-mentioned FIG.1, FIG.2, FIG.3, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and a different location is demonstrated.
図5に示すように、絶縁体5の層を三層としたコアレス基板は、厚み方向の下部に位置し、繊維束を編み込んだ繊維層6xを有する絶縁体5xと、厚み方向の中部に位置し、繊維束を平面視において第1方向Xに沿って配列した繊維層6yを有する絶縁体5yと、厚み方向の上部に位置し、繊維束を平面視において第2方向Yに沿って配列した繊維層6zを有する絶縁体5zとを含んで構成されている。なお、繊維層6xの有する繊維束は、第1方向Xに沿って配置される第1繊維束6pと、第2方向Yに沿って配置される第2繊維束6qを含んでいる。
As shown in FIG. 5, the coreless substrate having three layers of the
絶縁体5を積層してなるコアレス基板は、絶縁体5の層が四層以下であって、絶縁体5に繊維束を編み込んだ繊維層が一層もない場合、コアレス基板の厚みが薄く且つ剛性が小さいため、コアレス基板全体を平面状に維持することが困難で、コアレス基板全体が撓むことがある。そのため、絶縁体の層が四層以下の場合は、少なくともどれか一層は繊維束を編み込んだ繊維層6xを有する絶縁体5xを備えることが望ましい。
The coreless substrate formed by laminating the
さらに、絶縁体5の層を三層とした場合は、図5に示すように厚み方向の下部に位置する絶縁体5xは、繊維束を編み込んだ繊維層6xを有し、絶縁体5xの上部に位置する絶縁体5y、5zは、繊維層6y、6zの有する繊維束を、平面視において直交するように配列されていることが望ましい。コア基板の主面又は他主面に位置するどちらかの絶縁体5は、第1繊維束6p、第2繊維束6qを編み込んだ繊維層6xを有することで、繊維束に沿った方向に剛性が優れているため、平面視において上下左右の収縮を抑制することができる。
Further, when the number of layers of the
また、厚み方向の中部及び上部に位置する絶縁体5y及び5zは、繊維束6y、6zが平面方向に沿って配列されており、上述したように繊維束に沿った向きには熱膨張しにくいが、通常は、平面視において繊維束と直交する向きは、繊維束同士の結合力は小さいため、熱が印加された場合、熱膨張を起こしやすい。ところが、絶縁体5yと絶縁体5zの間には、一部導体4が形成されているが、導体4が形成されている箇所以外は、直接絶縁体5yと絶縁体5zが接触して固着しているため、絶縁体5y及び絶縁体5zが相互に収縮しようとする力をお互いの繊維束の剛性によって、低減することができる。
Further, in the
なお、図5においては、半導体素子2の実装側とは反対側に繊維束を編み込んだ繊維層6xを形成したが、絶縁体5の積層構造を上下反転させて、半導体素子2の実装側に繊維層6xを形成したものであっても構わない。
In FIG. 5, the
上述したように第4の実施形態によれば、絶縁体を薄くするとともに、ある程度の剛性を有するコアレス基板を形成することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to form a coreless substrate having a certain degree of rigidity while reducing the thickness of the insulator.
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更・改良が可能であることはいうまでもない。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It cannot be overemphasized that a various change and improvement are possible within the scope of the present invention.
1 コアレス基板
2 半導体素子
3 接合材
4 導体
5 絶縁体
6 繊維層
7 樹脂層
8 開口
9 開口導体
10 基板
11 カバーフィルム
12 レジスト
1
Claims (4)
前記第1絶縁体上に配置され、平面視して前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列される複数の第2繊維束からなる第2繊維層を有する第2絶縁体と、
前記第2絶縁体上に配置され、前記第1方向に沿って配列される複数の第3繊維束と、前記第2方向に沿って配列される複数の第4繊維束とを編み込んでなる第3繊維層を有する第3絶縁体と、
前記第1絶縁体と前記第2絶縁体の間に介在されてなる導体と、を備えたことを特徴とするコアレス基板。 A first insulator having a first fiber layer composed of a plurality of first fiber bundles arranged in a first direction in plan view;
A second insulator having a second fiber layer that is disposed on the first insulator and is formed of a plurality of second fiber bundles arranged in a second direction orthogonal to the first direction in plan view;
A plurality of third fiber bundles arranged on the second insulator and arranged along the first direction; and a plurality of fourth fiber bundles arranged along the second direction. A third insulator having three fiber layers;
A coreless substrate, comprising: a conductor formed between the first insulator and the second insulator.
前記第1繊維層及び前記第2繊維層は、ポリベンゾオキサゾール、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステルのいずれかを主成分とすることを特徴とするコアレス基板。 The coreless substrate according to claim 1,
The coreless substrate, wherein the first fiber layer and the second fiber layer are mainly composed of polybenzoxazole, wholly aromatic polyamide, or wholly aromatic polyester.
前記第1絶縁体又は前記第2絶縁体は、前記第1繊維層又は前記第2繊維層を厚み方向の両側より被覆してなる樹脂層を備え、
前記樹脂層は、ポリイミド、アラミド、ポリイミドベンゾオキサゾールのいずれかを主成分とすることを特徴とするコアレス基板。 The coreless substrate according to claim 1,
The first insulator or the second insulator includes a resin layer formed by covering the first fiber layer or the second fiber layer from both sides in the thickness direction,
The core layer substrate is characterized in that the resin layer is mainly composed of polyimide, aramid, or polyimide benzoxazole.
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