JP5392726B2 - 集合配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子が搭載される小型の配線基板が縦横に複数並んで一体的に配列形成された製品ブロックを有するとともに、この製品ブロックの周囲に枠状の捨て代領域が一体的に配置形成されて成る集合配線基板に関するものである。

従来、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための小型の配線基板を複数同時に取り扱う形態として集合配線基板が用いられている。この集合配線基板は、複数の小型の配線基板を間に切断領域を挟んで縦横の並びに一体的に配列形成した製品ブロックの周囲に枠状の捨て代領域を一体的に備えてなる。そして、各小型の配線基板上に半導体集積回路素子等の半導体素子を例えば半田バンプを介して搭載するとともに、その半導体素子を例えばアンダーフィル法等により樹脂封止し、しかる後、切断領域に沿って切断することにより、小型の配線基板上に半導体素子が搭載された電子装置が多数個同時集約的に製造される。

このような集合配線基板は、例えばビルドアップ法により製造される。具体的には、銅箔および銅めっき層から成る導体層が形成された絶縁樹脂層の上下面に、未硬化樹脂シートを貼着し、その樹脂シートを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビアホールを形成して次層の絶縁樹脂層を形成し、次にその絶縁樹脂層の表面に周知のセミアディティブ法により銅めっき層から成る次層の導体層を形成し、さらに次層の絶縁樹脂層および次層の導体層を積層していくことにより製造される。

このような集合配線基板においては、製品ブロックにおける導体層とのバランスをとるために製品ブロックと同じ導体層から成る円形や四角形、六角形等の形状をした多数のダミーパターンを捨て代領域における各絶縁樹脂層の上下に並べて設けることにより集合配線基板に大きな反りや捻じれ等が発生しないようにしている。

なお、この集合配線基板における製品ブロック内の各配線基板上に半導体素子を搭載するときは、製品ブロック内の各配線基板上に半田バンプを形成しておくとともに、この半田バンプ上に半導体素子を載置し、しかる後、これらを半田バンプが溶融する温度に加熱することによって溶融した半田バンプを介して半導体素子と配線基板とを接続し、しかる後、室温まで冷却する方法が採用されている。

特開２００１−３２６４２９公報

上述したように、従来の集合配線基板においては、捨て代領域に製品ブロックとのバランスのとれたダミーパターンを設けているので半田バンプが溶融する温度に加熱されたとしても製品ブロックにおける反りや捻じれが低減されて略平坦な状態で半導体素子と配線基板とを溶融した半田で接続することができる。しかしながら、半田バンプを溶融させて半導体素子と配線基板とを接続した後、半導体素子が搭載された配線基板を室温に戻すと、配線基板の熱膨張係数が半導体素子の熱膨張係数よりも大きいことから、配線基板が半導体素子よりも大きく熱収縮し、その結果、配線基板の上面側が凸面となるような反りが発生してしまう。このような反りが大きい場合、その配線基板上に半導体素子が搭載された電子装置を他の回路基板上に実装する際にその実装が困難となる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その解決しようとする課題は、製品ブロック内の配線基板に半導体素子を搭載して室温に戻した際に配線基板に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、それにより、平坦な配線基板上に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して得ることが可能な集合配線基板を提供することにある。

本発明の集合配線基板は、複数の絶縁樹脂層と導体層とが積層されて成り、半導体素子が搭載される搭載部を上面に有する小型の配線基板が縦横の並びに一体的に配列形成された製品ブロックと、該製品ブロックの周囲に一体的に配置形成された枠状の捨て代領域とを具備するとともに、前記捨て代領域における各絶縁樹脂層の上下に前記導体層から成るダミーパターンを有して成る集合配線基板であって、前記ダミーパターンの面積を前記捨て代領域の上面側の導体層よりも下面側の導体層で大きくすることにより前記捨て代領域の熱膨張係数が上面側よりも下面側で大きくなってい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、ダミーパターンの面積を捨て代領域の上面側の導体層よりも下面側の導体層で大きくすることにより捨て代領域の熱膨張係数が上面側よりも下面側で大きくなっていることから、製品ブロックの各配線基板上に半導体素子を搭載する際に、半田バンプが溶融する温度以上に加熱すると、製品ブロックを取り囲む捨て代領域は、その下面側が上面側よりも大きく熱膨張し、その結果、この上面側と下面側の熱膨張の差に起因して製品ブロックにおける各配線基板の上面が凹面となるような変形が生じる。そして、この状態で製品ブロック内の各配線基板に半導体素子を搭載した後、室温に戻すと、配線基板の熱膨張係数が半導体素子の熱膨張係数よりも大きいことから、配線基板が半導体素子よりも大きく熱収縮し、その結果、加熱時に上面が凹面となるように変形していた配線基板は、常温では平坦となる方向に変形する。したがって、本発明の集合配線基板によれば、平坦な配線基板上に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を極めて安定して得ることができる。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図および上面図である。 図２（ａ），（ｂ）は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための要部平面図である。 図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１，２に示す集合配線基板に半導体素子搭載して電子装置を製造する方法を説明するための断面図である。

次に、本発明の集合配線基板の実施形態の一例を添付の図１（ａ），（ｂ）を基に説明する。図１（ａ）に示すように、本例の集合配線基板１０は、コア用の絶縁樹脂層１ｂの上下面にビルドアップ用の絶縁樹脂層１ａ，１ｃが積層されて成る絶縁基板１の内部および表面に銅箔や銅めっき層から成る導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが積層されて成り、更にその上下面には、保護用のソルダーレジスト層３ａ，３ｂが被着されている。絶縁樹脂層１ｂは、ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化絶縁樹脂材料から成る。絶縁層１ａ，１ｃは熱硬化性樹脂に酸化珪素等の無機絶縁フィラーを分散させたフィラー含有絶縁樹脂材料から成る。ソルダーレジスト層は、感光性を有する熱硬化樹脂に酸化珪素等の無機絶縁フィラーを分散させたフィラー含有感光性絶縁樹脂材料から成る。これらの樹脂材料の熱膨張係数は、導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの熱膨張係数よりも小さいものが使用される。

図１（ｂ）に示すように、集合配線基板１０の中央部には、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための小型の配線基板４が縦横の並びに複数並んで一体的に配列形成された製品ブロック５が形成されており、さらにその外周部には製品ブロック５を取り囲むようにして四角枠状の捨て代領域６が形成されている。なお、この例では、配線基板４を４列×４列の配列で１６個形成して製品ブロック５を形成した例を示しているが、製品ブロック５内に配列する配線基板４の個数や配列方法は必要に応じて適宜変更すればよい。さらには、一つの集合配線基板１０の中に複数の製品ブロック５を配列してもよい。

各配線基板４には、その上面中央部に半導体素子を搭載するための搭載部が形成されている。この搭載部には後述するように半導体素子Ｓが半田バンプ９を介して接合される。そして、図１（ａ）に示すように、搭載部から下面にかけては、導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから成る配線導体７が所定のパターンに形成されている。また、捨て代領域６には導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから成るダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが形成されている。

このような集合配線基板１０は、ビルドアップ法により製造される。具体的には、銅箔および銅めっき層から成る導体層２ｂ，２ｃが形成された絶縁樹脂層１ｂの上下面に、絶縁樹脂層１ａ，１ｂ用の未硬化樹脂シートを貼着し、その樹脂シートを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビアホールを形成して絶縁樹脂層１ａ，１ｂを形成し、次に絶縁樹脂層１ａ，１ｂの表面に周知のセミアディティブ法により銅めっき層から成る導体層２ａ，２ｄを形成することにより製造される。

本例の集合配線基板においては、捨て代領域６に形成されたダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの面積が絶縁基板１の上面側と下面側とで異なっている。具体的には、上面側のダミーパターン８ａ，８ｂの面積よりも下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄの面積が大きくなるように設定されている。

ここで、ダミーパターン８ａ，８ｂと８ｃ，８ｄの一例を、図２（ａ），（ｂ）に平面図で示す。これらの図において、図２（ａ）はダミーパターン８ａ，８ｂを示し、図２（ｂ）はダミーパターン８ｃ，８ｄを示している。なお、ここでは理解を容易とするためにダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのみを示し、他の配線導体７については表示および説明を省略する。

ダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、主として、捨て代領域６の製品ブロック側５から外周側に向けて延在する多数の短冊状パターンが製品ブロック５を取り囲むように所定の間隔で並ぶことにより形成されている。絶縁基板１の上面側のダミーパターン８ａ，８ｂと下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄとでは、各短冊状パターンの幅および長さが異なっている。この例では、上面側のダミーパターン８ａ，８ｂにおける各短冊状パターンの幅および長さが下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄにおける短冊状パターンの幅および長さよりも小さい。それにより、上面側のダミーパターン８ａ，８ｂの面積よりも下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄの面積が大きくなっている。このように、上面側のダミーパターン８ａ，８ｂの面積よりも下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄの面積が大きいことから、捨て代領域６においては、その下面側の熱膨張係数が上面側の熱膨張係数よりも大きくなっている。これは、ダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを構成する銅箔や銅めっき層の熱膨張係数が絶縁樹脂層１ａ，１ｂ，１ｃの熱膨張係数よりも大きいためである。本発明においては、このように上面側のダミーパターン８ａ，８ｂの面積よりも下面側のダミーパターン８ｃ，８ｄの面積が大きく、捨て代領域６における下面側の熱膨張係数が上面側の熱膨張係数よりも大きくなっていることが重要である。

ここで、本例の集合配線基板１０に半導体素子を搭載して電子装置となす工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、集合配線基板１０の上に半田バンプ９を設けるとともに半田バンプ９の上に半導体素子Ｓを載置する。このとき、集合配線基板１０は、室温で略平坦な状態となっている。

次に、図３（ｂ）に示すように、半導体素子Ｓが載置された集合配線基板１０を半田バンプ９が溶融する温度に加熱する。これにより、半田バンプ９が溶融して半導体素子Ｓと各配線基板４とが電気的に接続される。このとき、捨て代領域６では、その熱膨張係数が絶縁基板１の上面側よりも下面側で大きくなっていることから、下面側が上面側よりも大きく熱膨張し、その結果、この上面側と下面側の熱膨張の差に起因して製品ブロック５における各配線基板４の上面が凹面となるような変形が生じる。

次に、図３（ｃ）に示すように、半導体素子Ｓが接続された集合配線基板１０を室温まで戻す。このとき、配線基板４の熱膨張係数が半導体素子Ｓの熱膨張係数よりも大きいことから、配線基板４が半導体素子Ｓよりも大きく熱収縮し、その結果、加熱時に上面が凹面となるように変形していた配線基板４は、常温では平坦となる方向に変形する。

そして最後に、図３（ｄ）に示すように、製品ブロック５内の各配線基板４を切断領域に沿って切断することによって、小型の配線基板４上に半導体素子Ｓが搭載された電子装置２０が多数個同時集約的に作製される。このとき、作製された電子装置２０における配線基板４は平坦であることから、電子装置２０を他の回路基板に良好に実装することができる。

かくして本発明の集合配線基板によれば、平坦な配線基板上に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を極めて安定して得ることができる。なお本発明は、上述の実施形態の一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。例えば上述の実施形態の一例では、ダミーパターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、短冊状であったが、円形や四角形、六角形等の他の形状をしていてもよい。

１ 絶縁基板
１ａ，１ｂ，１ｃ， 絶縁樹脂層
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 導体層
４ 小型の配線基板
５ 製品ブロック
６ 捨て代領域
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ ダミーパターン

Claims (1)

1. 複数の絶縁樹脂層と導体層とが積層されて成り、半導体素子が搭載される搭載部を上面に有する小型の配線基板が縦横の並びに一体的に配列形成された製品ブロックと、該製品ブロックの周囲に一体的に配置形成された枠状の捨て代領域とを具備するとともに、前記捨て代領域における前記各絶縁樹脂層の上下に前記導体層から成るダミーパターンを有して成る集合配線基板であって、前記ダミーパターンの面積を前記捨て代領域の上面側の導体層よりも下面側の導体層で大きくすることにより前記捨て代領域の熱膨張係数が上面側よりも下面側で大きくなっていることを特徴とする集合配線基板。

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