JP5992825B2

JP5992825B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP5992825B2
Application number: JP2012289204A
Authority: JP
Inventors: 俊弘樋渡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-12-29
Also published as: JP2014130974A

Description

本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板に関するものである。

一般に、現在の電子機器は、移動体通信機器に代表されるように、小型・薄型・軽量・高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されている。これに伴い、電子機器に搭載される半導体装置も小型・高密度化が要求さている。そのため、半導体装置を構成する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。それを実現するために配線基板における信号配線等の配線の幅を細くするとともにその間隔を狭くし、さらに配線の多層化により配線基板の高密度配線化が図られている。

このような高密度配線が可能な配線基板として、ビルドアップ法を採用して製作された多層配線基板が知られている。ビルドアップ法は、まず、図４（ａ）に示すように、ガラスクロスやアラミド不布織等の補強材に熱硬化性樹脂を含浸させて複合化したコア用の絶縁層１１上に銅箔や銅めっき層から成るコア用の配線導体１２を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、その上にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成るビルドアップ用の絶縁層１３を積層するとともに絶縁層１３にビアホール１４を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、その上にビルドアップ用の配線導体１５を例えばセミアディティブ法により形成する。さらに図４（ｄ）に示すように、必要に応じてその上にビルドアップ用の絶縁層１３とビルドアップ用の配線導体層１５を交互に積層していく方法である。

なお、セミアディティブ法は、まず、図５（ａ）に示すように、絶縁層１３の表面に例えば無電解銅めっき法により０．１〜１μｍ程度の下地金属膜１５ａを形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、下地金属膜１５ａ上にビルドアップ用の配線導体１５のパターンに対応する開口部１６ａを有するめっきレジスト層１６を形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、開口部１６ａ内の下地金属膜１５ａ上に例えば電解銅めっき法により主導体層１５ｂを形成する。そして最後に、図５（ｄ）に示すように、めっきレジスト層１６を除去するとともに主導体層１５ｂから露出する下地金属膜１５ａをエッチング除去することにより下地金属膜１５ａおよび主導体層１５ｂから成る配線導体１５を形成する方法である。

このような配線基板における配線導体１２および配線導体１５は、図６に示すように、電源導体Ｐと信号配線Ｓとに分かれている。なお、電源導体Ｐには接地電位に接続されるものや、接地電位とは異なる電源電位に接続されるものが存在する。このうち電源導体Ｐは、配線基板に実装される半導体素子に電源電位や接地電位を供給するために機能する。これらの電源導体Ｐは、絶縁層１１上や絶縁層１３上の広い領域を占めるベタ状パターンから構成されている。また、信号配線Ｓは、電気信号を伝播させるために機能する。信号配線Ｓは、絶縁層１３上を延在する細い帯状パターンから構成されている。なお、同一絶縁層１３上における信号配線Ｓの周囲には電源導体Ｐが信号配線Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むように配置されている。また、信号配線Ｓが形成された絶縁層１３の上下の絶縁層１１や絶縁層１３上には信号配線Ｓと対向するように電源導体Ｐが配置されている。これにより信号配線Ｓは、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が付与されることになる。

なお、ビルドアップ用の絶縁層１３を挟んで上下に位置するビルドアップ用の配線導体１５同士およびビルドアップ用の配線導体１５とコア用の配線導体１２とは、その絶縁層１３に設けられたビアホール１４に充填されたビア導体１７により接続されている。このようなビア導体１７は、ビルドアップ用の絶縁層１３上にビルドアップ用の配線導体１５を形成する際にその配線導体１５と一体的に同時に形成される。また、このビア導体１７には、直径が８０〜１５０μｍの円形のビアランド１８が付設されている。そして、信号用のビアランド１８とその周囲を取り囲む電源導体Ｐとの間、および電源用のビアランド１８とこれらを取り囲む他の電源導体Ｐとの間には、幅が３０〜１００μｍ程度のクリアランスＣが形成されている。

さらに、電源導体Ｐのベタパターンには、絶縁層１３の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すために格子状に配列された方形の開口部Ａが設けられている。このような格子状に配列された開口部Ａは、配線基板を平面視した時に、電源導体Ｐのうち、信号配線Ｓと対向しない領域の全面にわたって略均一に配列されている。開口部Ａは一辺が１００〜３００μｍ程度の正方形であり、３００〜１０００μｍのピッチで格子状に配列されている。

しかしながら、従来の配線基板では、これを平面視した時に、開口部Ａが信号配線Ｓと対向しないように配置されているものの、上層のクリアランスＣに対してはその形成位置が特に考慮されていなかった。そのため、開口部Ａによっては、上層のクリアランスＣと重なる位置に形成されることがあった。

ところで、開口部Ａを有する配線導体１２や配線導体１５上にビルドアップ用の絶縁層１３を形成する場合、図７（ａ）に示すように、絶縁層１３は、配線導体１２や配線導体１５の凹凸に追従して開口部Ａに対応する部位が若干凹んだ状態となる。そのため、この開口部Ａに追従して凹んだ位置に上層のクリアランスＣを形成しようとすると、図７（ｂ）に示すように、めっきレジスト層１６が開口部Ａに対応する位置で下地金属膜１５ａに十分に密着せずに浮いた状態となることがある。このようにめっきレジスト層１６が浮いた状態になると、図７（ｃ）に示すように、開口部１６ａ内の下地金属膜１５ａ上に主導体層１５ｂを形成する際に、主導体層１５ｂの一部がめっきレジスト層１６と下地金属膜１５ａとの隙間に入り込んで形成される。その結果、図７（ｄ）に示すように、クリアランスＣの部分に主導体層１５ｂが残ってしまい、これが信号配線Ｓと電源導体Ｐとの間または異なる電源導体Ｐ同士の間に電気的な短絡を引き起こしてしまう。

特許第３８０１１８０号

本発明の課題は、クリアランス部において信号配線と電源導体との間、または異なる電源導体同士の間が電気的に短絡することのない配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、下層の絶縁層上に形成されており、一辺の長さが１００〜３００μｍである方形のガス抜き用の開口部が３００〜１０００μｍの配列ピッチで格子状に複数形成された下層の電源導体と、前記下層の絶縁層上に前記下層の電源導体を覆うように積層された上層の絶縁層と、該上層の絶縁層上にセミアディティブ法により形成されており、直径が８０〜１５０μｍの円形の上層のビアランドおよび該ビアランドの周囲を幅が３０〜１００μｍのクリアランスを介して取り囲むように配置された上層の電源導体と、を具備して成る配線基板であって、前記開口部と前記クリアランスとは、互いに上下に対向することがないように配置され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ると、下層の電源導体に形成された開口部と、上層のビアランドおよび上層の電源導体間に形成されたクリアランスとは、互いに上下に重ならない位置に形成されていることから、上層の絶縁層上にセミアディティブ法により上層のビアランドおよび電源導体を形成する際に、クリアランスを形成する部位の上層の絶縁層が凹むことがなく、それにより信号配線と電源導体との間または異なる電源導体同士の間が電気的に短絡することのない配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す断面図である。図２は、図１に示す配線基板の要部概略斜視図である。図３は、図１に示す配線基板の要部透視平面図である。図４は、ビルドアップ法を説明するための工程毎の要部概略断面図である。図５は、セミアディティブ法を説明するための工程毎の要部概略断面図である。図６は、従来の配線基板を示す要部概略斜視図である。図７は従来の配線基板における問題点を説明するための工程毎の要部概略断面図である。

次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を説明する。本例の配線基板は、図１に示すように、コア用の絶縁層１と、ビルドアップ用の絶縁層２とを備えている。そして、その上面中央部に半導体素子Ｓが搭載される。また、その下面は外部電気回路基板に接続するための接続面となっている。なお、この例では、１層のコア用の絶縁層１の上下にそれぞれ２層ずつのビルドアップ用の絶縁層２が積層された例を示している。コア用の絶縁層１は、２層以上が積層されたものであってもよい。また絶縁層１の上下面に積層されるビルドアップ用の絶縁層２もそれぞれ１層ずつや３層以上ずつであってもよい。

コア用の絶縁層１には、その上面から下面にかけて貫通する複数のスルーホール３が形成されている。コア用の絶縁層１の上下面およびスルーホール３の内壁にはコア用の配線導体４が被着形成されている。絶縁層１の上下面に被着された配線導体４同士はスルーホール３を介して電気的に接続している。

コア用の絶縁層１は、例えばガラス繊維束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た樹脂系の絶縁材料から成る。コア用の絶縁層１の厚みは０．３〜１．５ｍｍ程度である。スルーホール３の直径は０．１〜０．３ｍｍ程度である。なお、スルーホール３の内部は図示しない孔埋め樹脂により充填されている。

コア用の配線導体４は、銅箔や銅めっき層から成る。配線導体４の厚みは５〜５０μｍ程度である。絶縁層１上下面の配線導体４は、絶縁層１の上下全面に厚みが３〜２０μｍ程度の銅箔を張り付けておくとともに、この銅箔上に必要に応じて銅めっき層を被着させた後、周知のサブトラクティブ法を用いて所定のパターンにエッチングすることによって形成される。また、スルーホール３内の配線導体４は、スルーホール３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３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

ビルドアップ用の絶縁層２には、複数のビアホール５が形成されている。絶縁層２の表面にはビルドアップ用の配線導体６が被着されている。またビアホール５の内部はビア導体７で充填されている。

ビルドアップ用の絶縁層２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に酸化珪素粉末等の無機絶縁物フィラーを３０〜７０質量％程度分散させた絶縁材料から成る。絶縁層２の厚みは、それぞれ２０〜６０μｍ程度である。ビアホール５の直径は３０〜１００μｍ程度である。絶縁層２は、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂から成る絶縁フィルムを絶縁板１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ビアホール５を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層２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２の表面およびビアホール５内に被着された配線導体６およびビア導体７は、各絶縁層２を形成する毎に絶縁層２の表面およびビアホール５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２および配線導体６の表面にはソルダーレジスト層８が被着されている。ソルダーレジスト層８は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂にシリカやタルク等のフィラーを含有させて成る。ソルダーレジスト層８の厚みは１０〜５０μｍ程度である。ソルダーレジスト８は、感光性を有する未硬化の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配線導体６を有する最表層の絶縁層２の上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なった後、熱硬化させることによって形成される。

ところで、本例の配線基板における配線導体４および配線導体６は、図２に示すように、電源導体Ｐと信号配線Ｓとに分かれている。なお、電源導体Ｐには接地電位に接続されるものや、接地電位とは異なる電源電位に接続されるものが存在する。このうち電源導体Ｐは、配線基板に実装される半導体素子に電源電位や接地電位を供給するために機能する。これらの電源導体Ｐは、絶縁層１上や絶縁層２上の広い領域を占めるベタ状パターンから構成されている。また、信号配線Ｓは、電気信号を伝播させるために機能する。信号配線Ｓは、絶縁層２上を延在する細い帯状パターンから構成されている。なお、同一絶縁層２上における信号配線Ｓの周囲には電源導体Ｐが信号配線Ｓを所定の間隔をあけて取り囲むように配置されている。また、信号配線Ｓが形成された絶縁層２の上下の絶縁層１や絶縁層２上には信号配線Ｓと対向するように電源導体Ｐが配置されている。これにより信号配線Ｓは、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が付与されることになる。

なお、ビルドアップ用の絶縁層２を挟んで上下に位置するビルドアップ用の配線導体６同士およびビルドアップ用の配線導体６とコア用の配線導体４とは、その絶縁層２に設けられたビアホール５に充填されたビア導体７により接続されている。このようなビア導体７は、ビルドアップ用の絶縁層２上にビルドアップ用の配線導体６を形成する際にその配線導体６と一体的に同時に形成される。また、このビア導体７には、直径が８０〜１５０μｍの円形のビアランド９が付設されている。そして、信号用のビアランド９とその周囲を取り囲む電源導体Ｐとの間、および電源用のビアランド９とこれらを取り囲む他の電源導体Ｐとの間には、幅が３０〜１００μｍ程度のクリアランスＣが形成されている。

さらに、電源導体Ｐのベタパターンには、絶縁層１や絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すために格子状に配列された方形の開口部Ａが設けられている。このような格子状に配列された開口部Ａは、配線基板を平面視した時に、電源導体Ｐのうち、信号配線Ｓと対向しない領域の全面にわたって略均一に配列されている。開口部Ａは一辺が１００〜３００μｍ程度の正方形であり、３００〜１０００μｍのピッチで格子状に配列されている。

そして本発明の配線基板においては、図３に示すように、これを平面視した時に、下層の開口部Ａが信号配線Ｓと対向しないように配置されているとともに、上層のクリアランスＣとも対向しないように配置されている。このように、開口部Ａが上層のクリアランスＣと対向しないように配置されていることから、上層の絶縁層２上にセミアディティブ法により上層のビアランド９および電源導体Ｐを形成する際に、クリアランスＣを形成する部位の上層の絶縁層２が凹むことがない。それにより信号配線Ｓと電源導体Ｐとの間、または異なる電源導体Ｐ同士の間が電気的に短絡することのない配線基板を提供することができる。

１，２絶縁層
９ビアランド
Ａガス抜き用の開口部
Ｃクリアランス
Ｐ電源導体

Claims

下層の絶縁層上に形成されており、一辺の長さが１００〜３００μｍである方形のガス抜き用の開口部が３００〜１０００μｍの配列ピッチで格子状に複数形成された下層の電源導体と、前記下層の絶縁層上に前記下層の電源導体を覆うように積層された上層の絶縁層と、該上層の絶縁層上にセミアディティブ法により形成されており、直径が８０〜１５０μｍの円形の上層のビアランドおよび該ビアランドの周囲を幅が３０〜１００μｍのクリアランスを介して取り囲むように配置された上層の電源導体と、を具備して成る配線基板であって、前記開口部と前記クリアランスとは、互いに上下に対向することがないように配置されていることを特徴とする配線基板。