JP5491605B1 - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板において、アンダーフィルの充填不良によるボイドの形成を抑制する。
【解決手段】配線基板は、絶縁性の基層と；基層に積層された絶縁層と；開口部の内側において絶縁層から突出した導電性の接続端子とを備える。絶縁層は、開口部が形成された第１表面と、開口部の内側において第１表面に対して基層側に窪んだ第２表面とを有する。第２表面は、開口部の内側において第１表面から接続端子にわたって形成される。基層に対して絶縁層が積層された積層方向に沿った平面である切断面において、第２表面における任意の点から絶縁層の外側に向かう法線と、その任意の点から第１表面と平行に接続端子に向かう平行線とがなす角度は、０°より大きく９０°より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板に関する。

配線基板には、半導体チップを実装可能に構成されたものが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。このような配線基板には、半導体チップと接続可能に構成された接続端子が形成されている。

特許文献１には、メッキ材料による接続端子間の電気的な短絡を防止するために、複数の接続端子を露出させる開口を有する絶縁層を形成し、その開口における複数の接続端子の間に絶縁物を形成した後、複数の接続端子にメッキを施すことが記載されている。特許文献２には、ハンダによる接続端子間の電気的な短絡を防止するために、接続端子間に形成した絶縁層を接続端子の厚み以下になるまで薄くすることが記載されている。

配線基板に対する半導体チップの実装時には、配線基板の接続端子は、半導体チップに対してハンダ付けされると共に、接続端子の周囲における配線基板と半導体チップとの隙間には、アンダーフィルとも呼ばれる液状硬化性樹脂が充填される（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００７−１０３６４８号公報 特開２０１１−１９２６９２号公報 特開２０１０−１５３４９５号公報

特許文献１，２では、メッキやハンダによる接続端子間の短絡防止について考慮されているが、接続端子の周囲に対するアンダーフィルの充填について十分に考慮されておらず、アンダーフィルの流れが阻害され、アンダーフィルの充填不良によるボイド（空洞）が形成される場合があるという課題があった。特許文献３においても、配線基板と半導体値婦との隙間に吸い込まれた後のアンダーフィルの流れについて十分に考慮されておらず、アンダーフィルの充填不良によるボイドが形成される場合があるという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、配線基板であって、絶縁性の基層と；前記基層に積層された絶縁層であって、開口部が形成された第１表面と、前記開口部の内側において前記第１表面に対して前記基層側に窪んだ第２表面とを有する絶縁層と；前記開口部の内側において前記絶縁層から突出した導電性の接続端子とを備える配線基板が提供される。この配線基板において、前記第２表面は、前記開口部の内側において前記第１表面から前記接続端子にわたって形成され、前記基層に対して前記絶縁層が積層された積層方向に沿った平面である切断面において、前記第２表面における任意の点から前記絶縁層の外側に向かう法線と、前記任意の点から前記第１表面と平行に前記接続端子に向かう平行線とがなす角度は、０°より大きく９０°より小さい。この形態の配線基板によれば、第２表面の各部においてアンダーフィルの流れを接続端子側へと誘導することによって、アンダーフィルの流れを安定化させることができる。その結果、アンダーフィルの充填不良によるボイドの形成を抑制することができる。

（２）上記形態の配線基板において、前記第２表面は、曲面からなってもよい。この形態の配線基板によれば、第２表面が平面からなる場合と比較して、アンダーフィルと接触する第２表面の表面積が増加するため、第２表面とアンダーフィルとの密着性を向上させることができる。また、第２表面が平面からなる場合と比較して、アンダーフィルの硬化に伴う絶縁層の応力が軽減されるため、絶縁層におけるひび割れ（クラック）の発生を抑制することができる。

（３）上記形態の配線基板において、前記第２表面は、平面からなってもよい。この形態の配線基板によれば、第２表面が曲面からなる場合と比較して、アンダーフィルが第２表面上を流れる距離が短くなるため、アンダーフィルの充填に要する時間を短縮することができる。

（４）上記形態の配線基板において、前記第２表面の表面粗さは、前記第１表面よりも粗くてもよい。この形態の配線基板によれば、アンダーフィルの流れ性を阻害することなく、毛細管現象を利用してアンダーフィルを第２表面上の各部に行き渡らせることができる。

本発明は、配線基板以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、配線基板を備える装置、配線基板を製造する製造方法などの形態で実現することができる。

第１実施形態における配線基板の構成を模式的に示す部分断面図である。 半導体チップを実装した配線基板の構成を模式的に示す部分断面図である。 第２実施形態における配線基板の構成を模式的に示す部分断面図である。 第３実施形態における配線基板の構成を模式的に示す部分断面図である。 第４実施形態における配線基板の構成を模式的に示す部分断面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における配線基板１０の構成を模式的に示す部分断面図である。図２は、半導体チップ２０を実装した配線基板１０の構成を模式的に示す部分断面図である。配線基板１０は、有機材料を用いて形成され、有機基板（オーガニック基板）とも呼ばれる板状の部材である。本実施形態では、配線基板１０は、図２に示すように、半導体チップ２０を実装可能に構成されたフリップチップ実装基板である。

配線基板１０は、基層１２０と、導体層１３０と、絶縁層１４０とを備える。本実施形態では、配線基板１０は、基層１２０上に導体層１３０を形成した後、その上に更に絶縁層１４０を形成してなる。他の実施形態では、配線基板１０は、基層１２０上に複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した多層構造を有するとしてもよいし、このような多層構造を基層１２０の両面にそれぞれ有するとしてもよい。

図１には、相互に直交するＸＹＺ軸を図示した。図１のＸＹＺ軸は、他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。図１のＸＹＺ軸のうち、基層１２０に対する絶縁層１４０の積層方向に沿った軸をＺ軸とする。Ｚ軸に沿ったＺ軸方向のうち、基層１２０から絶縁層１４０に向かって＋Ｚ軸方向とし、＋Ｚ軸方向の反対方向を−Ｚ軸方向とする。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸に直交する層面方向に沿った２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。図１の説明では、Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、紙面左から紙面右に向かって＋Ｘ軸方向とし、＋Ｘ軸方向の反対方向を−Ｘ軸方向とする。図１の説明では、Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、紙面手前から紙面奥に向かって＋Ｙ軸方向とし、＋Ｙ軸方向の反対方向を−Ｙ軸方向とする。

配線基板１０の基層１２０は、絶縁性材料からなる板状の部材である。本実施形態では、基層１２０の絶縁性材料は、熱硬化性樹脂（例えば、ビスマレイミドトリアジン樹脂（Bismaleimide-Triazine Resin、ＢＴ）、エポキシ樹脂など）である。他の実施形態では、基層１２０の絶縁性材料は、繊維強化樹脂（例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂など）であってもよい。図１および図２には図示しないが、基層１２０の内部には、導体層１３０に接続する配線の一部を構成する導体（例えば、スルーホール、ビアなど）が形成されている。

配線基板１０の導体層１３０は、基層１２０上に形成された導電性材料からなる導体パターンである。本実施形態では、導体層１３０は、基層１２０の表面上に形成された銅メッキ層を所望の形状にエッチングすることによって形成される。導体層１３０は、絶縁層１４０から露出した接続端子１３２と、絶縁層１４０によって被覆された内部配線１３６とを含む。

導体層１３０の接続端子１３２は、図２に示すように、ハンダＳＤを介して半導体チップ２０の接続端子２３２と接続可能に構成されている。本実施形態では、接続端子１３２の表面には、メッキが施されている。

配線基板１０の絶縁層１４０は、ソルダレジストとも呼ばれる絶縁性材料からなる層である。絶縁層１４０は、第１表面１４１と、第２表面１４２とを有する。

絶縁層１４０の第１表面１４１は、開口部１５０が形成された絶縁層１４０の表面である。本実施形態では、第１表面１４１は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って＋Ｚ軸方向側を向いた面であり、絶縁層１４０の＋Ｚ軸方向側の表面を構成する。

絶縁層１４０の第２表面１４２は、開口部１５０の内側において第１表面１４１に対して基層１２０側に窪んだ絶縁層１４０の表面である。第２表面１４２からは、導体層１３０の接続端子１３２が露出しており、本実施形態では、接続端子１３２は、第２表面１４２から＋Ｚ軸方向側に突出している。本実施形態では、第２表面１４２には、１つの接続端子１３２が設けられている。他の実施形態では、２つ以上の接続端子１３２が第２表面１４２に設けられていてもよい。

図１における配線基板１０の切断面は、Ｚ軸およびＸ軸に平行なＺＸ平面である。ＺＸ平面において、第２表面１４２は、第１表面１４１に接続する接続点Ｐ１から、接続端子１３２に接続する接続点Ｐ２にわたって形成されている。

図１には、点ＡＰと、法線ＮＬと、平行線ＰＬと、角度θとが、ＺＸ平面上に図示されている。点ＡＰは、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２にわたる第２表面１４２を構成する任意の点である。法線ＮＬは、任意の点ＡＰにおける第２表面１４２の接線に垂直な線分であって、任意の点ＡＰから絶縁層１４０の外側（＋Ｚ軸方向）に向かう線分である。平行線ＰＬは、任意の点ＡＰから第１表面１４１と平行に接続端子１３２に向かう線分である。本実施形態では、平行線ＰＬは、Ｘ軸に沿った線分である。ＺＸ平面において、第２表面１４２上の任意の点ＡＰにおける法線ＮＬと平行線ＰＬとがなす角度θは、０°より大きく９０°より小さい。

本実施形態では、第２表面１４２は、曲面からなる。本実施形態では、第２表面１４２における第１表面１４１側は、絶縁層１４０の外側（＋Ｚ軸方向）に向けて凸状の曲面からなり、第２表面１４２における接続端子１３２側は、絶縁層１４０の内側（−Ｚ軸方向）に向けて凹状の曲面からなる。

本実施形態では、第２表面１４２の表面粗さは、第１表面１４１よりも粗い。本実施形態では、第２表面１４２の中心線平均粗さＲａは、０．０６〜０．８μｍ（マイクロメートル）であり、第２表面１４２の十点平均粗さＲｚは、１．０〜９．０μｍである。このような第２表面１４２の表面粗さに対して、第１表面１４１の中心線平均粗さＲａは、０．０２〜０．２５μｍであり、第１表面１４１の十点平均粗さＲｚは、０．６〜５．０μｍである。

本実施形態では、絶縁層１４０は、導体層１３０が形成された基層１２０上に光硬化型絶縁性樹脂を塗布した後、露光、現像を経て形成される。絶縁層１４０における開口部１５０は、露光時にマスクされた部分に相当し、現像時に未硬化部分が洗い流されることによって、絶縁層１４０における第２表面１４２が形成される。このように、絶縁層１４０における第１表面１４１および第２表面１４２は、単一の層を構成する部位として一体的に形成される。本実施形態では、第２表面１４２の形状および表面粗さは、光硬化型絶縁性樹脂の材質、露光時におけるマスクの形状、並びに、露光時における照射光の強度、照射時間および照射角度などを調整することによって実現される。

配線基板１０に対する半導体チップ２０の実装時には、図２に示すように、接続端子１３２は、半導体チップ２０の接続端子２３２に対してハンダ付けされると共に、開口部１５０における第２表面１４２と半導体チップ２０との間に形成される隙間には、アンダーフィル３０が充填される。

以上説明した第１実施形態によれば、第２表面１４２の各部においてアンダーフィル３０の流れを接続端子１３２側へと誘導することによって、アンダーフィル３０の流れを安定化させることができる。その結果、アンダーフィル３０の充填不良によるボイドの形成を抑制することができる。

また、第２表面１４２が曲面からなることから、第２表面１４２が平面からなる場合と比較して、アンダーフィル３０と接触する第２表面１４２の表面積が増加するため、第２表面１４２とアンダーフィル３０との密着性を向上させることができる。また、第２表面１４２が平面からなる場合と比較して、アンダーフィル３０の硬化に伴う絶縁層１４０の応力が軽減されるため、絶縁層１４０におけるひび割れ（クラック）の発生を抑制することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態における配線基板１０Ｂの構成を模式的に示す部分断面図である。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

第２実施形態の配線基板１０Ｂは、第２表面１４２の形状が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。第２実施形態の第２表面１４２は、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２にわたって絶縁層１４０の内側（−Ｚ軸方向）に向けて凹状の曲面からなる点を除き、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、ＺＸ平面において、第２表面１４２上の任意の点ＡＰにおける法線ＮＬと平行線ＰＬとがなす角度θは、０°より大きく９０°より小さい。第２実施形態では、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２に向けて任意の点ＡＰの位置が移動するにつれて、角度θは大きくなる。

以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アンダーフィル３０の充填不良によるボイドの形成を抑制することができる。また、第２表面１４２が曲面からなることから、第１実施形態と同様に、第２表面１４２とアンダーフィル３０との密着性を向上させることができる。また、第２表面１４２が曲面からなることから、第１実施形態と同様に、絶縁層１４０におけるひび割れの発生を抑制することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図４は、第３実施形態における配線基板１０Ｃの構成を模式的に示す部分断面図である。第３実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

第３実施形態の配線基板１０Ｃは、第２表面１４２の形状が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。第３実施形態の第２表面１４２は、平面からなる点を除き、第１実施形態と同様である。第３実施形態では、第２表面１４２は、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２にわたる平面からなる。

第３実施形態では、第１実施形態と同様に、ＺＸ平面において、第２表面１４２上の任意の点ＡＰにおける法線ＮＬと平行線ＰＬとがなす角度θは、０°より大きく９０°より小さい。第３実施形態では、任意の点ＡＰの位置が接続点Ｐ１から接続点Ｐ２までのいずれの位置であっても、角度θは一定である。

以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アンダーフィル３０の充填不良によるボイドの形成を抑制することができる。また、第２表面１４２が曲面からなる場合と比較して、アンダーフィル３０が第２表面１４２上を流れる距離が短くなるため、アンダーフィル３０の充填に要する時間を短縮することができる。

Ｄ．第４実施形態：
図５は、第４実施形態における配線基板１０Ｄの構成を模式的に示す部分断面図である。第４実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

第４実施形態の配線基板１０Ｄは、第２表面１４２の形状が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。第４実施形態の第２表面１４２は、平面からなる点を除き、第１実施形態と同様である。第４実施形態では、第２表面１４２は、接続点Ｐ１から中間点ＭＰにわたる平面と、中間点ＭＰから接続点Ｐ２にわたる平面とからなる。中間点ＭＰは、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に位置する第２表面１４２上の点である。

第４実施形態では、第１実施形態と同様に、ＺＸ平面において、第２表面１４２上の任意の点ＡＰにおける法線ＮＬと平行線ＰＬとがなす角度θは、０°より大きく９０°より小さい。第４実施形態では、角度θは、任意の点ＡＰの位置が中間点ＭＰよりも接続点Ｐ１側である場合よりも、任意の点ＡＰの位置が中間点ＭＰよりも接続点Ｐ２側である場合の方が大きい。

以上説明した第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アンダーフィル３０の充填不良によるボイドの形成を抑制することができる。また、第２表面１４２が曲面からなる場合と比較して、アンダーフィル３０が第２表面１４２上を流れる距離が短くなるため、アンダーフィル３０の充填に要する時間を短縮することができる。

Ｅ．他の実施形態：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

第２表面１４２は、０°＜θ＜９０°を満たす限り、種々の形状で実現することができる。例えば、第２表面１４２は、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に３つ以上の変曲点を有する曲面であってもよい。また、第２表面１４２は、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に角度θの値が異なる３つ以上の平面から構成されてもよい。また、第２表面１４２は、曲面と平面との組み合わせからなる形状であってもよい。

１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…配線基板
２０…半導体チップ
３０…アンダーフィル
１２０…基層
１３０…導体層
１３２…接続端子
１３６…内部配線
１４０…絶縁層
１４１…第１表面
１４２…第２表面
１５０…開口部
２３２…接続端子
ＳＤ…ハンダ
Ｐ１…接続点
Ｐ２…接続点
ＭＰ…中間点
ＡＰ…任意の点
ＮＬ…法線
ＰＬ…平行線

Claims (3)

1. 絶縁性の基層と、
   前記基層に積層された絶縁層であって、
   開口部が形成された第１表面と、
   前記開口部の内側において前記第１表面に対して前記基層側に窪んだ第２表面と
   を有する絶縁層と、
   前記開口部の内側において前記絶縁層から突出した導電性の接続端子と
   を備える配線基板であって、
   前記第２表面は、前記開口部の内側において前記第１表面から前記接続端子にわたって形成され、
   前記基層に対して前記絶縁層が積層された積層方向に沿った平面である切断面において、前記第２表面における任意の点から前記絶縁層の外側に向かう法線と、前記任意の点から前記第１表面と平行に前記接続端子に向かう平行線とがなす角度は、０°より大きく９０°より小さく、
   前記第２表面の表面粗さは、前記第１表面よりも粗いことを特徴とする配線基板。
2. 前記第２表面は、曲面からなる請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第２表面は、平面からなる請求項１に記載の配線基板。

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