JP5223213B2 - 多層配線板、半導体装置パッケージ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線板、半導体装置パッケージ及び電子機器に関する。

プリント配線板や半導体装置パッケージ等の回路基板は、配線パターンの高密度化の要請に応えるために、絶縁基板を介して配線パターンを複数積層して構成されることがある。このように構成された多層配線板は、絶縁基板と配線パターンを熱圧着により積層しているが、以下のような問題がある。

まず、絶縁基板上の配線パターンの有無により表面に凹凸が生じることである。これは、絶縁基板上に配線パターンが存在している領域と存在していない領域が混在することによるもので、積層される配線パターンの再現性に不具合が生じる原因となる。

次に、絶縁基板と配線パターンの熱挙動が異なるために、熱圧着により積層を行う際に、絶縁基板に対して均一に応力がかかりにくいことである。応力が均等化されないと、絶縁基板に反りや歪みが発生し、半導体装置を搭載する際に不具合が生じる原因となる。

上記のような問題を解決する為に、絶縁基板上の配線パターンが形成されていない領域に、配線パターンと同じ材料を用いて、電気的に独立されたダミーパターンを形成することで応力の均等化を試みる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、上述の配線パターンは、一般的にウェットエッチング法によって形成されることが多い。ウェットエッチング法は等方性エッチングであるので、オーバーエッチングとなり、配線パターンが設計値よりも細く仕上がってしまうことがある。

そこで、所望の太さの配線パターンを得る為に、予めパターンを太くする補正を行ったフォトマスクを作製し、そのマスクを使用してエッチングを行うことにより配線パターンを作製することが行われている。
特開平９−３１２４７１号公報

しかしながら、特許文献１のようなダミーパターンを形成した際に、大きなダミーパターンに隣接した配線パターンが、同程度の補正を行った他の配線パターンよりも細くなったり、断線不良を起こしたりすることがある。

これは、ダミーパターン上ではエッチングが行われないために、エッチングに使用されていないエッチング能力の高い液が、ダミーパターンに隣接した配線パターンに多く接触するためと考えられる。

これに対して、ダミーパターンに隣接した配線パターンのフォトマスクをさらに太く補正する方法もある。しかし、確実にエッチングを行うためには、隣接するフォトマスク間に、所定の幅のクリアランスを確保する必要があるため、上述のような補正は常に行えるわけではない。従って、当該補正が不可能な場合、上述の配線パターンの不具合を解消することが困難になる。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ダミーパターンに隣接する配線パターンが高精度で形成可能な多層配線板、半導体装置パッケージ及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の多層配線板は、導体からなる配線パターンと、導体からなり、前記配線パターンと所定の幅のダミークリアランスをあけて配置されるダミーパターンとが絶縁基板上に設けられた単位配線板を複数積層した多層配線板であって、前記ダミーパターン上には、導体が部分的に除去されることによって、隣接する前記配線パターンに並行する線状のクリアパターンが設けられており、前記クリアパターンの幅は、隣接する前記配線パターン間に設けられた配線クリアランスの最小幅以上であることを特徴とする。

本発明の多層配線板は、配線パターンをエッチングによって形成する際に、ダミーパターン上に設けられたクリアパターンの導体をエッチングしてエッチング能力がある程度低下したエッチング液によってダミーパターンに隣接した配線パターンのエッチングが行われる。

前記クリアパターンは、前記ダミーパターンの外縁から前記配線パターンの幅以上離れて設けられてもよい。

さらに、前記ダミークリアランスの最大値は５００マイクロメートル以下に設定されてもよい。加えて、各前記単位配線板の前記ダミーパターンは、互いに導通されていてもよい。

また、本発明の半導体装置パッケージは、本発明の多層配線板と、前記多層配線板の上面に実装された半導体装置とを備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の電子機器は、本発明の多層配線板を備えたことを特徴とする。

本発明の多層配線板によれば、ダミーパターンに隣接する配線パターンが設計値以上にエッチングされることが抑制されるので、ダミーパターンに隣接する配線パターンを高精度に形成することができる。
また、本発明の半導体装置パッケージ及び電子機器によれば、配線パターンが高精度に形成された、信頼性の高い半導体装置パッケージ及び電子機器を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態の多層配線板について、図１から図３を参照して説明する。
図１は本実施形態の多層配線板１を模式的に示す平面図である。多層配線板１は、ポリイミド等の絶縁材料で形成された絶縁基板２上に、それぞれ導体からなる配線パターン３及びダミーパターン４が設けられた単位配線板５が、接着剤等によって複数積層されて構成されている。
図１に示すように、多層配線板１の最上層の単位配線板５上には、半導体チップ（半導体装置）６が実装されており、全体として半導体装置パッケージ７を構成している。

各単位配線板５上の配線パターン３は、絶縁基板２上に全面にわたって設けられた導体層をエッチングで除去し、導体を線状に残存させることによって形成されている。本実施形態においては、配線パターン３の設計幅は、２０マイクロメートルに設定されている。各配線パターン３の間には、所定の幅の配線クリアランスＣ１が設けられている。配線クリアランスＣ１の幅は、配線パターン３の部位によって若干異なる。本実施形態では最小幅が８０マイクロメートル、最大幅が１００マイクロメートルに設定されている。

ダミーパターン４は、配線パターン３が設けられない領域の導体層をエッチングせずに残存させることによって設けられている。ダミーパターン４は、配線パターン３の不均一配置によって単位配線板５に発生する応力を緩和する効力を有する。

ダミーパターン４と、ダミーパターン４に隣接する配線パターン（以下、「境界部配線パターン」と称する。）３Ａとの間には、所定の幅のダミークリアランスＣ２が設けられている。
ダミークリアランスＣ２の幅は、ダミーパターンの部位によって若干異なるが、境界部配線パターン３Ａを高精度に形成する観点からは配線クリアランスＣ１の最小幅である８０マイクロメートル以上に設定されるのが好ましい。一方、単位配線板５に発生する応力を充分に緩和し、積層時に気泡の残存を抑制する観点からは、５００マイクロメートル以下に設定されるのが好ましい。
本実施形態では、ダミークリアランスＣ２の最小値が２００マイクロメートル、最大値が３００マイクロメートルに設定されている。

ダミーパターン４上には、エッチングによって導体を部分的に除去することによって、一定の幅を有する線状のクリアパターン８が設けられている。各クリアパターン８は、隣接する境界部配線パターン３Ａと略平行に並行する形状に形成されている。
各クリアパターン８の幅は、境界部配線パターン３Ａを高精度に形成するために、配線クリアランスＣ１と少なくとも同程度以上に設定されるのが好ましい。本実施形態においては、クリアパターン８の幅Ｗ１は、配線クリアランスＣ１の最小幅より大きい１００マイクロメートルに設定されている。

また、各クリアパターン８は、各ダミーパターン４の外縁から所定の距離離れた位置に設けられている。ダミーパターン４の外縁からクリアパターン８までの距離は、境界部配線パターン３Ａの細り等を防ぐためには、配線パターン３の幅以上に設定されるのが好ましい。
本実施形態においては、ダミーパターン４の外縁からクリアパターン８までの距離は、配線パターン３の幅と同一の２０マイクロメートルに設定されている。

上記のように構成された多層配線板１の製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３は多層配線板１の製造工程を経時的に示した断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、幅１０５ミリメートルのテープ状のポリイミドからなる絶縁基板２Ａを準備する。絶縁基板２Ａの両面には銅箔層（導体）９Ａおよび９Ｂが設けられている。化学研磨により各銅箔層９Ａ、９Ｂの厚さを１５マイクロメートル程度に制御する。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁基板２Ａ及び銅箔層９Ａ、９Ｂに脱脂処理を施した後、レーザ加工によって、銅箔層９Ａ、絶縁基板２Ａ、及び銅箔層９Ｂを貫通するビアホール１０Ａ及び１０Ｂを所定の位置に形成する。

次に、各ビアホール１０Ａ、１０Ｂの内部にデスミア処理を施してから、無電解銅めっき及び電解銅めっきを施す。これにより各ビアホール内に銅の被膜が形成され、図２（ｃ）に示すように、銅箔層９Ａと銅箔層９Ｂとを電気的に接続する導通ビア１１Ａ及び１１Ｂが形成される。
その後、硫酸と過酸化水素水の混合液により化学研磨が行われ、絶縁基板２Ａ上に突出する各導通ビアの厚さを約１５マイクロメートル程度にし、銅箔層９Ａ、９Ｂと導通ビア１１Ａ、１１Ｂとがほぼ平坦となるように加工される。

次に、図２（ｄ）に示すように、液状レジストを使用して銅箔層９Ａ及び９Ｂを覆うようにレジスト層１２が形成される。

続いて、図２（ｅ）に示すように、露光・現像を行う。本工程で用いる図示しないマスクには、上述の配線パターン、ダミーパターン及びクリアパターンが印刷されている。マスク上の配線パターンは、ウェットエッチングが行われることを考慮して、適宜補正が行われ、若干太く印刷されている。
導通ビア１１Ａ、１１Ｂや、図示しない銅パターン又は絶縁基板２Ａに設けられた貫通孔などを適宜アライメントマークとして使用して、絶縁基板２Ａとフォトマスクとの位置合わせを行う。その後、露光処理を行うと、配線パターン及びダミーパターンに相当するマスク３Ｍ及び４Ｍが、それぞれレジスト層１２に形成される。
レジスト専用現像液をスプレーすることによって現像処理を行うと、レジスト層１２が部分的に除去され、エッチングレジスト１２Ａが形成される。このとき、クリアパターンが形成される領域のレジスト層１２は除去される。

続いて、銅箔層９Ａ、９Ｂにエッチングレジスト１２Ａを介してエッチング液をスプレー噴霧すると、エッチングレジスト１２Ａの開口部分の銅箔が除去される。
このとき、境界部配線パターン３Ａに相当するマスク３Ｎとマスク４Ｍとの間の銅箔には、クリアパターンが形成される領域をエッチングして、エッチング能力が低下したエッチング液が多く接触する。そのため、過度にエッチングされず、他の配線パターン３と同様に、高精度にエッチングが行われる。

その後エッチングレジスト１２Ａを剥離すると、図３（ａ）に示すように、配線パターン３及びダミーパターン４が、それぞれ導通ビア１１Ａ、１１Ｂによって導通された状態で形成される。また、ダミーパターン４にはクリアパターン８が形成される。このようにして、コアとなる単位配線板５Ａが形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、単位配線板５Ａの両面に、それぞれテープ状の絶縁基板２Ｂ及び２Ｃが、接着剤１３を介して積層される。絶縁基板２Ｂ及び２Ｃの外側には銅箔層９Ｃ及び９Ｄが設けられている。接着剤１３の厚みは２５マイクロメートルに設定される。

次に、上述の手順に従って、銅箔層９Ｃ及び９Ｄに、導通ビア１１Ａ、１１Ｂ、配線パターン３、及びダミーパターン４が、それぞれ図３（ｃ）に示すように形成される。こうして、単位配線板５Ｂおよび５Ｃが単位配線板５Ａの上下に形成されることによって、多層配線板１が完成する。

図３（ｄ）に示すように、多層配線板１の最上層の単位配線板５Ｂ上に、半導体チップ６の端子１４と配線パターン３とをハンダ１５により接合して実装すると、半導体装置パッケージ７が得られる。

図４は、多層配線板１を搭載した携帯電話（電子機器）１６を示す斜視図である。本発明の多層配線板１は、配線パターンが境界部配線パターンも含めて高精度に形成されているので、搭載することによって信頼性の高い電子機器を構成することができる。

本実施形態の多層配線板１によれば、ダミーパターン４上に、境界部配線パターン３Ａに並行してクリアパターン８が設けられている。従って、クリアパターン８が形成される領域の銅箔層をエッチングして、エッチング能力が若干低下したエッチング液が、ダミーパターン４と境界部配線パターン３Ａとの間の銅箔層に多く接触する。よって、境界部配線パターン３Ａが面積の大きいダミーパターン４に隣接している場合でも、過度にエッチングされて、細くなったり、断線したりすることを抑制することができる。

また、上述のように、配線パターン３のフォトマスクを太く補正する際に、境界部配線パターン３Ａに異なる補正係数を設定してより太く補正する必要がない。従って、配線パターンのフォトマスク全体に一律に補正をかけることができるので、配線パターン３を高精度に形成することができる。

また、クリアパターン８の幅が、配線クリアランスＣ１と同一に設定されているので、十分にエッチングが行われたエッチング液を、境界部配線パターン３Ａの周辺に導入することができる。

さらに、ダミーパターン４と境界部配線パターン３Ａとの間のダミークリアランスＣ２が、３００マイクロメートルと比較的狭く設定されているので、接着剤等を用いて単位配線板を積層する際に、クリアパターン８内に気泡が残存することを防止することができる。

また、ダミーパターン４が導通ビア１１Ｂによって導通されているので、容易にグランド接続することができ、配線パターン３の信号電流に対する逆電流の発生を抑制することができる。

さらに、ダミーパターン４の外縁からクリアパターン８の外縁までの距離が、配線パターン３の幅以上に設定されているので、クリアパターン８を形成する領域に侵入するエッチング液によってダミーパターン８の外縁領域が細くなっても断線しにくくなる。従って、ダミーパターン８を確実に導通させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、３枚の単位配線板が積層された場合について説明したが、これには限定されず、２枚あるいは４枚以上の単位配線板が積層されることによって多層配線板が形成されてもよい。

また、上記実施形態では、すべての単位配線板のダミーパターンにクリアパターンが設けられている例を説明したが、一部の単位配線板のみにクリアパターンが設けられてもよい。また、所定の面積以上のダミーパターンにのみクリアパターンが設けられてもよい。

さらに、上記実施形態では、クリアパターンがダミーパターンを離断せず、ダミーパターンがクリアパターンを挟んで導通されている例を説明したが、クリアパターンによってダミーパターンが周縁部と中央部とに分離されてもよい。この場合、周縁部にも導通ビアを設けてグランド接続するのが好ましい。

本発明の一実施形態の多層配線板及び半導体装置パッケージを示す概略平面図である。 同実施形態の製造工程を示す概略断面図である。 同実施形態の製造工程を示す概略断面図である。 同実施形態の多層配線板を搭載した携帯電話を示す斜視図である。

符号の説明

１ 多層配線板
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 絶縁基板
３、３Ａ 配線パターン
４ ダミーパターン
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 単位配線板
６ 半導体チップ（半導体装置）
７ 半導体装置パッケージ
８ クリアパターン
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 銅箔層（導体）
１６ 携帯電話（電子機器）
Ｃ１ 配線クリアランス
Ｃ２ ダミークリアランス

Claims (6)

1. 導体からなる配線パターンと、導体からなり、前記配線パターンと所定の幅のダミークリアランスをあけて配置されるダミーパターンとが絶縁基板上に設けられた単位配線板を複数積層した多層配線板であって、
   前記ダミーパターン上には、導体が部分的に除去されることによって、隣接する前記配線パターンと並行する線状のクリアパターンが設けられており、前記クリアパターンの幅は、隣接する前記配線パターン間に設けられた配線クリアランスの最小幅以上であることを特徴とする多層配線板。
2. 前記クリアパターンは、前記ダミーパターンの外縁から前記配線パターンの幅以上離れて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記ダミークリアランスの最大値が５００マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線板。
4. 各前記単位配線板の前記ダミーパターンが、互いに導通されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多層配線板。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の多層配線板と、
   前記多層配線板の上面に実装された半導体装置と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置パッケージ。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の多層配線板を備えたことを特徴とする電子機器。

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