JP6215812B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に関する。

従来から、半導体チップを実装可能な配線基板が知られている（例えば、特許文献１，２）。このような配線基板には、半導体チップと接続するための複数の接続端子が形成されている。半導体チップを配線基板上に接合する際には、ハンダを用いて配線基板と半導体チップの接続端子同士を接合する。

特許第５４７５０７７号公報 特許第５４１５６３２号公報

しかしながら、従来の配線基板では、配線基板の接続端子とハンダの接触面積が少ないために十分な接合強度が得られない場合があるという課題があった。また、配線基板の接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合には、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性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、電気絶縁性を有する基層と、導電性を有し前記基層上に形成された接続端子と、電気絶縁性を有し前記基層上における前記接続端子の周囲に充填された表層とを備える配線基板が提供される。前記配線基板は、前記表層から少なくとも前記接続端子の上端が露出しており、前記接続端子の側面は、前記表層と当接する第１側面部と、前記表層との間に溝部を形成する第２側面部とを、有し、前記基層の表面に平行であって前記接続端子及び前記溝部を通る平面で前記配線基板を仮想的に切断したときの仮想切断平面上に、前記第１側面部と前記第２側面部とが連続して配置された部分が現れるように構成されていることを特徴とする。
この配線基板によれば、半導体チップを配線基板上に接合する際にハンダが溝部に流れ込むので、ハンダと配線基板の接続端子の接合強度が向上する。また、ハンダが溝部に流れ込むので、配線基板の接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合に、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。

（２）上記配線基板において、前記表層は、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、を有し、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、複数の前記接続端子が前記第２表面から突出しており、前記第２表面から突出している複数の前記接続端子のうち少なくとも１つの前記接続端子は、前記第１側面部と前記第２側面部とを有しているものとしてもよい。
この配線基板によれば、第２表面から突出している接続端子の側面と表層との間に溝部が形成されているので、ハンダと接続端子の接合強度が向上する。また、ハンダが溝部に流れ込むので、接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合には、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、表層の第２表面が第１表面に対して基層側に窪んでいるので、半導体チップとの接合の際に、アンダーフィル材を充填し易く、配線基板に対する半導体チップの接合強度が向上する。

（３）上記配線基板は、前記溝部が前記基層に達していてもよい。
この配線基板によれば、溝部が基層に達しているので、ハンダと接続端子の接合強度がより向上する。

（４）上記配線基板において、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、隣接する２つの接続端子の互いに対向する２つの側面のそれぞれと前記表層との間に形成された複数の前記溝部は、互いに対向しないようにずれた位置に配置されているものとしてもよい。
この配線基板によれば、隣接する２つの接続端子のそれぞれと表層との間に形成された複数の溝部が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、隣接する２つの接続端子の間の距離を短くすることが可能である。

（５）上記配線基板において、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、複数の前記接続端子のうち隣接する２つの接続端子は、帯状をなして並設されており、前記表層は、前記２つの接続端子の間に充填された充填部を有しており、前記２つの接続端子の側面と前記充填部との間に複数の前記溝部が形成されており、前記２つの接続端子のうち一方の接続端子の有する前記第２側面部と、他方の接続端子の有する前記第２側面部とが、前記充填部との間に互いに異なる前記溝部を形成しており、複数の前記溝部は、前記２つの接続端子の短手方向において互いに対向しないように前記２つの接続端子の長手方向にずれた位置に配置されているものとしてもよい。
この配線基板によれば、隣接する２つの接続端子と表層との間に形成される溝部が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、隣接する２つの接続端子の間の距離を短くすることが可能である。

本発明は、配線基板や、配線基板の製造方法等の種々の形態で実現することができる。

第１実施形態としての配線基板の平面図。 第１実施形態の配線基板の部分断面図。 半導体チップを実装した第１実施形態の配線基板の部分断面図。 第１実施形態の配線基板の製造方法を示す部分断面図。 第２実施形態の配線基板の部分断面図。 第３実施形態としての配線基板の平面図。 第３実施形態の配線基板の部分断面図。

Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態としての配線基板１０の平面図である。配線基板１０は、有機材料を用いて形成されており、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。この配線基板１０は、半導体チップを実装可能に構成されたフリップチップ実装基板として構成されている。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸を描いている。このＸＹＺ軸は、他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。

配線基板１０の第１表面１４１には、４つの開口部１５０が形成されている。４つの開口部１５０の各々は、長方形形状を有しており、配線基板１０の中央領域を四方から取り囲むように配置されている。第１実施形態では、４つの開口部１５０の各々は、配線基板１０の４つの辺にそれぞれ平行に配置されている。各開口部１５０の内側には、複数の第２表面１４２および複数の接続端子１３０が形成されている。後述するように、第２表面１４２は、第１表面１４１に対して窪んだ表面である。複数の接続端子１３０の各々は、開口部１５０の短辺方向に沿って開口部１５０の一端から他端に向けて帯状に形成されている。なお、各開口部１５０内に形成される接続端子１３０の数は１以上の任意の数に設定可能である。なお、図１では、接続端子１３０の側面に沿って形成されている溝部（後述）の図示が省略されている。

図２（Ａ）は第１実施形態の配線基板１０の構成を模式的に示す部分縦断面図であり、図２（Ｂ）はその２Ｂ−２Ｂ断面図である。なお、図２（Ａ）は図２（Ｂ）の２Ａ−２Ａ線に沿った断面図に相当する。なお、図２では、図示の便宜上、図１に比べて接続端子１３０の数を少なく描いている。

配線基板１０は、基層１２０と、接続端子１３０と、表層１４０とを備える。接続端子１３０は、基層１２０の上に形成されている。表層１４０は、接続端子１３０を露出させた状態で基層１２０の上に形成されている。

基層１２０は、少なくともその表面層が絶縁性材料で形成された板状部材である。第１実施形態では、基層１２０の絶縁性材料は光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂である。基層１２０の内部には、スルーホール、スルーホール導体などを形成して、接続端子１３０に接続する配線の一部を構成してもよい。また、基層１２０は、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ものとして形成することが可能である。このような多層構造としては、例えば、本願の出願人により開示された上記特許文献２に記載された構造（コア基板の両面又は片面にビルドアップ層が形成された構造）を採用可能である。

表層１４０は、ソルダレジスト等の絶縁性材料で形成された絶縁層である。表層１４０は、第１表面１４１と、第２表面１４２と、壁面１４８とを有する。図１で説明した第１表面１４１と第２表面１４２は、表層１４０の第１表面１４１と第２表面１４２と同じものである。表層１４０の第１表面１４１には、開口部１５０が形成されている。表層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側に窪んだ表層１４０の表面である。図１および図２に示すように、第２表面１４２からは、接続端子１３０の上端が露出している。表層１４０の壁面１４８は、積層方向（Ｚ軸方向）に沿って第１表面１４１と第２表面１４２との間を繋ぐ面であり、開口部１５０の輪郭を画定する。なお、図２（Ｂ）では、図示の便宜上、壁面１４８の位置を破線で描いている。

配線基板１０の接続端子１３０は、基層１２０上に形成された銅からなる導体部である。接続端子１３０は、例えば、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。また、第１実施形態では、基層１２０の上には複数の接続端子１３０が帯状に並設されている。ここで、「帯状」とは、円形や正方形のように長手方向が無い形状ではなく、長手方向に沿って長く延びた形状を意味している。図２においては、接続端子１３０の長手方向はＹ方向であり、短手方向はＸ方向である。接続端子１３０は、表層１４０の第２表面１４２から露出している。なお、本実施形態において、接続端子１３０の側面はすべて基層１２０の表面に垂直な平面であり、また、Ｚ軸を含む面で切断したときの接続端子１３０の断面形状（図２（Ａ））は長方形状である。

図２（Ｂ）に示すように、接続端子１３０の周囲には、表層１４０が充填された充填部１４６が存在する。また、接続端子１３０の４つの側面のうちの対向する２つの側面に沿って、表層１４０が充填されていない溝部１４４が複数個それぞれ形成されている。この例では、溝部１４４は、直方体形状であり、その平面形状は帯状の矩形である。溝部１４４に面している接続端子１３０の側面は、接続端子１３０の長手方向に延びる側面である。これらの側面は、表層１４０と当接する第１側面部１３１と、表層１４０との間に溝部１４４を形成する第２側面部１３２とに区分できる。換言すれば、溝部１４４は、接続端子１３０の第２側面部１３２と、表層１４０との間に形成されている。また、溝部１４４は、基層１２０の表面に達している。

前述したように、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ断面であり、表層１４０の表面１４１に平行であって接続端子１３０及び溝部１４４を通る平面で配線基板１０を仮想的に切断したときの仮想切断平面上の構成を示している。この仮想切断平面上には、接続端子１３０の第１側面部１３１と第２側面部１３２とが連続して配置された部分（すなわち、第１側面部１３１と第２側面部１３２に相当する線分が連続している部分）が現れていることが理解できる。この図２（Ｂ）において、互いに隣接する２つの接続端子１３０の一方の接続端子１３０の第２側面部１３２と、他方の接続端子１３０の第２側面部１３２には、表層１４０の充填部１４６との間に互いに異なる溝部１４４が形成されている。すなわち、隣接する２つの接続端子１３０の対向する２つの側面の各々と表層１４０の充填部１４６との間に設けられた複数の溝部１４４は連続しておらず、互いに離間している。更に、これらの溝部１４４は、隣接する２つの接続端子１３０の短手方向（Ｘ方向）において互いに対向しないように２つの接続端子１３０の長手方向（Ｙ方向）にずれた位置に配置されている。このような溝部１４４の配置の利点については後述する。

図３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。半導体チップ２０の実装時には、配線基板１０の接続端子１３０は、ハンダ２２０を介して半導体チップ２０の接続端子２３０と接続される。また、配線基板１０と半導体チップ２０との隙間には、アンダーフィル材２４０が充填される。表層１４０の第２表面１４２は、第１表面１４１に対して基層１２０側に窪んでいるので、半導体チップ２０との接合の際に、アンダーフィル材２４０を充填し易く、配線基板１０に対する半導体チップ２０の接合強度が向上する。

第１実施形態では、配線基板１０の接続端子１３０の側面と表層１４０との間に溝部１４４が形成されているので、ハンダ２２０が溝部１４４の中に流れ込む。この結果、溝部１４４が無い場合に比べて、ハンダ２２０と接続端子１３０の接触面積が増大し、接合強度が向上する。特に、溝部１４４は、基層１２０の表面に達しているので、ハンダ２２０と接続端子１３０の接合強度をより向上させることができる。更に、隣接する接続端子１３０と表層１４０との間の複数の溝部１４４は連続しておらず互いに離間しているので、隣接する接続端子１３０上に形成されるハンダ２２０同士が短絡する可能性を低減できる。特に、第１実施形態では、複数の溝部１４４は、隣接する２つの接続端子１３０の短手方向（Ｘ方向）において互いに対向しないように２つの接続端子１３０の長手方向（Ｙ方向）にずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子１３０上に形成されるハンダ２２０同士が短絡する可能性を更に低減できる。この結果、隣接する２つの接続端子１３０の間の距離を短くすることが可能である。

図４は、第１実施形態の配線基板１０の製造方法を示す部分断面図である。図４（Ａ）の工程では、まず、基層１２０を準備し、基層１２０の上に接続端子１３０を形成するとともに、基層１２０及び接続端子１３０の上に表層材料１４０ｐを塗布する。接続端子１３０は、例えば、基層１２０の表面上に銅メッキ層を形成した後、この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することが可能である。その後、基層１２０及び接続端子１３０の表面に、光硬化性樹脂の表層材料１４０ｐが塗布される。図４（Ｂ）の工程では、表層材料１４０ｐのうちで後に開口部１５０（図２）となるべき領域を第１のマスクＭＳ１で遮光して表層材料１４０ｐを露光することによって、開口部１５０の外側にある表層材料１４０ｐを光硬化させる。図４（Ｃ）の工程では、未硬化の表層材料１４０ｐを一定深さまで除去する。この除去処理は、例えば、炭酸ナトリウム水溶液（濃度１重量％）を表層材料１４０ｐ上に塗布して若干膨潤させ、水洗して膨潤した表層材料１４０ｐを乳化させた後に、膨潤・乳化した表層材料１４０ｐを除去することによって実行される。この際、光硬化していない表層材料１４０ｐの表面１４２（表層１４０の第２表面１４２）が接続端子１３０の上端より低い位置となるまで、浸漬と水洗をそれぞれ１回又は数回繰り返すことが好ましい。図４（Ｄ）の工程では、未硬化の表層材料１４０ｐのうちで後に溝部１４４となるべき領域を第２のマスクＭＳ２で遮光して表層材料１４０ｐを露光することによって、溝部１４４以外の位置にある残りの表層材料１４０ｐを光硬化させる。その後、残りの未硬化の表層材料１４０ｐを除去することによって、図４（Ｅ）に示すように、図２で説明した構造が得られる。なお、図４（Ｅ）の工程の後に、接続端子１３０の上面に、ハンダや、メッキ膜、有機被膜などの層を形成する処理を実行してもよい。

図４（Ａ）〜（Ｄ）で説明した処理の代わりに、以下の処理を行って表層１４０や溝部１４４を形成することも可能である。この処理では、まず、基層１２０及び接続端子１３０の上に熱硬化性樹脂の表層材料１４０ｐを厚く塗布して熱硬化させた後、後に開口部１５０となるべき領域以外の領域をマスクし、接続端子１３０の上端よりも低くなるまで表層１４０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によりドライエッチングすることによって、接続端子１３０の周囲に溝部１４４の無い表層１４０を形成する。その後、溝部１４４となるべき領域以外の領域をマスクして溝部１４４となるべき領域をドライエッチングすることによって、溝部１４４を形成することが可能である。なお、ドライエッチングの代わりに、レーザ光やサンドブラストを用いて表層１４０の第２表面１４２や溝部１４４を形成するようにしてもよい。

以上のように、第１実施形態では、接続端子１３０の側面と表層１４０との間に溝部１４４が形成されているので、半導体チップ２０を配線基板１０上に接合する際に、ハンダ２２０が溝部１４４に流れ込むことによってハンダ２２０と接続端子１３０の接合強度が向上する。また、ハンダ２２０が溝部１４４に流れ込むので、隣接する接続端子１３０のハンダ２２０同士が短絡する可能性を低減することができる。

Ｂ．第２実施形態
図５は、第２実施形態の配線基板１０ａの部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。第２実施形態の配線基板１０ａは、溝部１４４の位置が第１実施形態と異なる点を除いて、第１実施形態の配線基板１０と同じ構成を有している。すなわち、第２実施形態の配線基板１０ａでは、複数の溝部１４４は、隣接する２つの接続端子１３０の短手方向（Ｘ方向）において互いに対向する位置に配置されている。一方、前述した第１実施形態の配線基板１０では、複数の溝部１４４は、隣接する２つの接続端子１３０の短手方向（Ｘ方向）において互いに対向しないように２つの接続端子１３０の長手方向（Ｙ方向）にずれた位置に配置されている。

第２実施形態の配線基板１０ａは、第１実施形態の配線基板１０とほぼ同様な利点を有する。但し、第１実施形態の配線基板１０は、隣接する２つの接続端子１３０の溝部１４４が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子１３０のハンダ２２０同士が短絡する可能性がより低い点で第２実施形態よりも好ましい。

Ｃ．第３実施形態
図６は、第３実施形態の配線基板１０ｂの平面図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。第３実施形態の配線基板１０ｂでは、開口部１５０が配線基板１０ｂの中央に１つだけ設けられており、この開口部１５０の中に複数の接続端子１３０がｎ行ｍ列（ｎおよびｍは１以上の整数）の行列状に配置されている。この例ではｎ＝ｍ＝５である。但し、ｎとｍは１以上の任意の整数にそれぞれ設定可能である。なお、複数の接続端子１３０は、隣り合う接続端子１３０同士を交互にずらして千鳥状に配置されていてもよい。各接続端子１３０の平面形状は正方形である。

図７は、第３実施形態の配線基板１０ｂの部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。この配線基板１０ｂの断面は、第１実施形態の配線基板１０とほぼ同様の構成を有している。すなわち、接続端子１３０の側面は、表層１４０と当接する第１側面部１３１と、表層１４０との間に溝部１４４を形成する第２側面部１３２とに区分されている。また、溝部１４４は、接続端子１３０の第２側面部１３２と、表層１４０との間に形成されている。更に、溝部１４４は、基層１２０の表面に達している。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ断面（仮想切断平面）である。この仮想切断平面上には、第１実施形態と同様に、接続端子１３０の第１側面部１３１と第２側面部１３２とが連続して配置された部分が現れている。

なお、第３実施形態のように接続端子１３０の平面形状が正方形である場合には、その４つの側面のそれぞれに１つ以上の溝部１４４を形成することが好ましい。一方、上述した第１及び第２実施形態のように、接続端子１３０の平面形状が長手方向を有する形状である場合には、その長手方向に沿って延びる２つの側面のそれぞれに１つ以上の溝部１４４を形成することが好ましい。

第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、隣接する２つの接続端子１３０の側面と表層１４０との間に設けられた複数の溝部１４４は連続しておらず、互いに離間している。更に、隣接する２つの接続端子１３０の互いに対向する２つの側面のそれぞれと表層１４０との間に形成された複数の溝部１４４は、互いに対向しないように互いにずれた位置に配置されている。この第３実施形態の配線基板１０ｂも、第１実施形態の配線基板１０とほぼ同様な利点を有する。

・変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

・変形例１：
上述した各実施形態では、溝部１４４が直方体形状に形成されているものとしたが、溝部１４４の形状としては直方体以外の任意の形状（円柱状や半円柱状など）を採用可能である。

また、上述した各実施形態では、溝部１４４は、基層１２０の表面にまで達しているものとしたが、基層１２０の表面に達している必要はなく、溝部１４４の底面が基層１２０の表面から離れていても良い。このとき、溝部１４４の底面は表層１４０の表面の一部となる。但し、溝部１４４が基層１２０の表面に達するように溝部１４４を形成すれば、ハンダ２２０と接続端子１３０の接合強度がより向上する点で好ましい。

更に、上述した各実施形態では、接続端子１３０の第１側面部１３１と第２側面部１３２は同一平面状の側面を形成しており、表層１４０の中に凹状の溝部１４４が形成されていたが、接続端子１３０の第２側面部１３２を凹状に形成してもよい。この説明から理解できるように、溝部１４４は、接続端子１３０の第２側面部１３２と表層１４０との間に形成されていれば良く、溝部１４４を画定する壁面や底面としては、種々の形状を採用可能である。

・変形例２：
上述した各実施形態では、表層１４０が第１表面１４１と第２表面１４２を有する２段の表面構造を有しているものとしたが、第１表面１４１と第２表面１４２が同じ高さになるように表層１４０を形成してもよい。また、表層１４０が３段以上の表面構造を有するように形成しても良い。但し、表層１４０に開口部１５０を設けて２段以上の表面を形成した多段構造とすれば、半導体チップとの接合の際に、開口部１５０の中にアンダーフィル材を充填しやすいので、配線基板に対する半導体チップの接合強度が向上するという利点がある。

上述した各実施形態では、半導体チップ２０を実装した配線基板１０において、接続端子１３０の側面と表層１４０との間に形成される溝部１４４にハンダ２２０が流れ込んだ構造であったが、溝部１４４にハンダ２２０の他にアンダーフィル材２４０が流れ込んだ構造としてもよい。このようにすれば、配線基板に対する半導体チップの接合強度がより向上するという利点がある。

上述した各実施形態では、接続端子１３０の側面が基層１２０の表面に垂直な平面であり、また、Ｚ軸を含む面で切断したときの接続端子１３０の断面形状（図２（Ａ），図５（Ａ），図７（Ａ））が長方形状であるものとしたが、接続端子１３の形状としてはこれ以外の任意の形状を採用可能である。例えば、Ｚ軸を含む面で切断したときの接続端子１３０の断面形状としては、正方形、半円状、台形状などの任意の形状を採用可能である。また、接続端子１３０の側面を、基層１２０の表面に垂直でない平面や曲面として形成してもよい。或いは、接続端子１３０の外形の全体が曲面で形成されていてもよい。このように任意の形状をなす接続端子１３０の側面とは、基層１２０との接触面を除く表面のうち、接続端子１３０の上端よりも基層１２０側の表面のことを意味する。

１０，１０ａ，１０ｂ…配線基板
２０…半導体チップ
１２０…基層
１３０…接続端子
１３１…第１側面部
１３２…第２側面部
１４０…表層
１４０ｐ…表層材料
１４１…第１表面
１４２…第２表面
１４４…溝部
１４６…充填部
１４８…壁面
１５０…開口部
２２０…ハンダ
２３０…接続端子
２４０…アンダーフィル材

Claims (2)

1. 電気絶縁性を有する基層と、導電性を有し前記基層上に形成された接続端子と、電気絶縁性を有し前記基層上における前記接続端子の周囲に充填された表層とを備える配線基板であって、
   前記表層から少なくとも前記接続端子の上端が露出しており、
   前記接続端子の側面は、前記表層と当接する第１側面部と、前記表層との間に溝部を形成する第２側面部とを、有し、
   前記基層の表面に平行であって前記接続端子及び前記溝部を通る平面で前記配線基板を仮想的に切断したときの仮想切断平面上に、前記第１側面部と前記第２側面部とが連続して配置された部分が現れるように構成されており、
   前記表層は、
   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、
   を有し、
   前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、
   複数の前記接続端子が前記第２表面から突出しており、
   前記第２表面から突出している複数の前記接続端子のうち少なくとも１つの前記接続端子は、前記第１側面部と前記第２側面部とを有しており、
   複数の前記接続端子のうち隣接する２つの接続端子は、帯状をなして並設されており、
   前記表層は、前記２つの接続端子の間に充填された充填部を有しており、
   前記２つの接続端子の側面と前記充填部との間に複数の前記溝部が形成されており、
   前記２つの接続端子のうち一方の接続端子の有する前記第２側面部と、他方の接続端子の有する前記第２側面部とが、前記充填部との間に互いに異なる前記溝部を形成しており、
   複数の前記溝部は、前記２つの接続端子の短手方向において互いに対向しないように前記２つの接続端子の長手方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板であって、
   前記溝部が前記基層に達していることを特徴とする配線基板。

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