JP6969847B2

JP6969847B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP6969847B2
Application number: JP2018084066A
Authority: JP
Inventors: 拓己大園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: JP2019192781A

Description

本開示は、複数の半導体素子を搭載する配線基板に関するものである。

サーバーやスーパーコンピューター等に代表される電子機器の高機能化、小型化が進むのに伴い、高機能な複数の半導体素子を高密度に実装する配線基板の開発が進められている。このような配線基板は、コア用絶縁層の上下面に、ビアホールを有する積層された状態の複数のビルドアップ用絶縁層を有している。そして、最上層のビルドアップ用絶縁層の上面に、複数の半導体素子が実装される複数の実装領域を有している。

特許第３４９０３１４号公報

上記のような配線基板は、例えば同じ形状を有する４つの半導体素子を実装する場合がある。これに対応して最上層のビルドアップ用絶縁層の上面には、４つの実装領域が４回対称の関係で位置している。これにより、互いに隣り合う半導体素子同士が、同じ配線パターンによって電気的に接続される。また、４つの実装領域の互いに隣接して対向する境界同士の間には、隣接領域が位置している。さらに、４つの実装領域および４つの隣接領域で囲まれた状態の中央部には、中央領域が位置している。各実装領域には、半導体素子と接続するための第１電極が、４つの実装領域の間で４回対称の関係で位置している。また、最下層のビルドアップ用絶縁層の下面には、外部基板と接続するための第２電極が位置している。各実装領域の第１電極と第２電極とは、ビルドアップ用絶縁層の表面およびビアホール内に位置する配線導体によってつながれている。このような配線導体は、平面視で４つの実装領域の間で同じ配線パターンを有しており、中央領域にも位置している。しかしながら、同一のビルドアップ用絶縁層において、４つのそれぞれの実装領域の第１電極と第２電極とをつなぐ配線導体が、すべて中央領域に位置する場合には、配線導体の占有面積が大きくなり、中央領域の面積を小さくすることが難しい。つまり、隣接領域を小さくして実装領域を高密度に配置することが難しいため、配線基板の小型化が困難になる虞がある。

本開示の配線基板は、積層された状態の複数の絶縁層と、それぞれの絶縁層に位置するビアホールと、最上層の絶縁層上面に、互いに４回対称の関係で位置する四角形状の４つの実装領域と、４つの実装領域の互いに隣接して対向する境界同士の間に位置する４つの隣接領域と、４つの実装領域および４つの隣接領域で囲まれた状態の中央部に位置する中央領域と、それぞれの実装領域に、４つの実装領域同士で互いに４回対称の位置関係で位置する複数の第１電極と、最下層の絶縁層下面に位置する複数の第２電極と、それぞれの絶縁層の上面または下面、およびビアホール内に位置しており、それぞれの実装領域の第１電極および第２電極をつなぐ配線導体と、を有しており、前記配線導体は、平面視で４つの実装領域間で同じ配線パターンを含んでいるとともに互いに４回対称の位置関係にあり、同一の絶縁層において、配線導体は、中央領域から隣接領域に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組のみが、中央領域に位置していることを特徴とするものである。

本開示の配線基板によれば、実装領域を高密度に配置して小型化が可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本開示に係る配線基板を説明するための概略上面図である。図２は、本開示に係る配線基板を説明するための概略断面図である。図３は、本開示に係る配線基板を説明するための要部平面図である。図４は、本開示に係る配線基板を説明するための要部平面図である。図５は、本開示に係る配線基板を説明するための要部平面図である。

図１〜図５を基に、本開示の配線基板２０の実施形態例を説明する。図１は、配線基板２０の概略上面図を示している。図２は、図１におけるＡ−Ａ間を通る概略断面図を示している。なお、図２は、配線基板２０の上面に電子部品Ｓが実装された状態を示している。

配線基板２０は、コア用絶縁層１と、ビルドアップ用絶縁層２と、配線導体３と、ソルダーレジスト４とを備えている。配線基板２０は、例えば、平面視において四角形状を有している。配線基板２０の厚さは、例えば０．３〜１．５ｍｍ程度に設定されている。

コア用絶縁層１は、例えば、配線基板２０の剛性を確保して配線基板２０の平坦性を保持する等の機能を有している。コア用絶縁層１は、ガラスクロス、およびエポキシ樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の絶縁材料を含んでいる。このようなコア用絶縁層１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。

コア用絶縁層１は、コア用絶縁層１の上下面を貫通する複数のスルーホール５を有している。互いに隣接するスルーホール５同士は、所定の隣接間隔をあけて位置している。スルーホール５の直径は、例えば１００〜３００μｍに設定されている。スルーホール５の隣接間隔は、例えば１５０〜３５０μｍに設定されている。

スルーホール５は、例えばブラスト加工やドリル加工により形成される。スルーホール５内には、配線導体３の一部により構成されているスルーホール導体６が位置している。スルーホール導体６は、コア用絶縁層１の上面および下面に位置する配線導体３同士を電気的につないでいる。

ビルドアップ用絶縁層２は、４層のビルドアップ用絶縁層２が積層された状態で、コア用絶縁層１の上面および下面にそれぞれ位置している。ビルドアップ用絶縁層２は、例えば、後で詳しく説明する配線導体３の引き出し用スペースを確保する機能を有している。ビルドアップ用絶縁層２は、絶縁粒子、およびエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁材料を含んでいる。

なお、便宜上、最上層から最下層に順次位置するビルドアップ用絶縁層２に、２ａ〜２ｈの符号を付して説明する。

ビルドアップ用絶縁層２は、別のビルドアップ用絶縁層２の上面または下面、コア用絶縁層１の上面または下面に位置する配線導体３を底面とする複数のビアホール７を有している。ビアホール７内には、配線導体３の一部により構成されているビアホール導体８が位置している。ビアホール導体８は、ビルドアップ用絶縁層２の上面および下面に位置している配線導体３同士を電気的につないでいる。

ビアホール７の直径は、例えば３０〜１００μｍに設定されている。ビアホール７は、例えばレーザー加工により形成される。

このようなビルドアップ用絶縁層２は、例えばシリカが分散したエポキシ樹脂を含む樹脂フィルムを、真空下でコア用絶縁層１の表面、またはビルドアップ用絶縁層２の表面に貼着して熱硬化することで形成される。ビルドアップ用絶縁層２は、上記機能を有するため、コア用絶縁層１よりも薄い。

図３に示すように、最上層のビルドアップ用絶縁層２ａの上面は、互いに４回対称の関係にある４つの実装領域９を有している。実装領域９は、例えば長方形状を有している。それぞれの実装領域９には、例えば半導体集積回路素子等の電子部品Ｓが実装される。実装領域９の形状は、電子部品Ｓの形状に合わせて正方形状であっても構わない。

なお、４回対称とは、ある中心の周りを９０°回転すると自らと重なる位置関係のことを指す。本例の場合の中心Ｘは、それぞれの実装領域９の頂点の中で、ビルドアップ用絶縁層２ａの角部に最も近い頂点同士を対角状に結んだ場合の交点である。

また、最上層のビルドアップ用絶縁層２ａの上面は、４つの実装領域９の互いに隣接して対向する境界同士の間に、４つの隣接領域１０を有している。言い換えれば、隣接領域１０は、４回対称の中心Ｘを挟んで向かい合う実装領域９同士以外の実装領域９間に位置している。

さらに、最上層のビルドアップ用絶縁層２ａの上面は、４つの実装領域９および４つの隣接領域１０で囲まれた状態の中央部に中央領域１１を有している。言い換えれば、中央領域１１の周囲には、実装領域９と隣接領域１０とが交互に隣接して位置している。

なお、平面視で各ビルドアップ用絶縁層２における隣接領域１０および中央領域１１は、ビルドアップ用絶縁層２の配線導体３を、各ビルドアップ用絶縁層２の中心部から外周部にかけて配置する領域を確保する機能を有している。

それぞれの実装領域９には、複数の第１電極１２が位置している。第１電極１２は、４つの実装領域９同士の間で互いに４回対称の位置関係にある。このような第１電極１２の４回対称の中心も、上述の中心Ｘと同じである。第１電極１２は、電子部品Ｓの電極Ｐと例えば半田Ｈを介して接続される。

最下層のビルドアップ用絶縁層２ｈの下面には、複数の第２電極１３が位置している。第２電極１３は、外部基板の電極と例えば半田を介して接続される。

第１電極１２および第２電極１３は、配線導体３の一部によって構成されており、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等の配線形成技術を用いて、銅等の良導電性金属により形成されている。

配線導体３は、コア用絶縁層１の上下面、ビルドアップ用絶縁層２の上面または下面、スルーホール５内、およびビアホール７内に位置している。配線導体３は、信号用配線導体３Ｓ、電源用配線導体３Ｐ、接地用配線導体３Ｇを含んでいる。

信号用配線導体３Ｓは、スルーホール導体６およびビアホール導体８を介して、第１電極１２と第２電極１３とを接続しており、例えば実装される電子部品Ｓと外部基板との間、あるいは互いに隣接する実装領域９に位置する第１電極１２同士を接続しており、それぞれの実装領域９に位置する電子部品Ｓ同士の間で電気信号の伝送を行う機能を有している。

電源用配線導体３Ｐは、例えば配線基板２０の上面に実装される電子部品Ｓに対して外部電源からの電力を供給する機能を有している。電源用配線導体３Ｐは、電子部品Ｓに素早くかつ外部電源からの損失を抑制して電力を供給するために、電子部品Ｓの直下に広い面積を占有する状態で位置することが必要である。つまり、平面視で各ビルドアップ用絶縁層２の実装領域９には、電源用配線導体３Ｐが優先的に位置している。

接地用配線導体３Ｇは、電源用配線導体３Ｐとの間で電位差を設けるとともに、隣接する信号用配線導体３Ｓ同士の間に生じる浮遊容量の抑制や、信号用配線導体３Ｓから生じる放射ノイズを吸収する機能を有している。

このような配線導体３は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等の配線形成技術を用いて、銅等の良導電性金属により形成されている。以下に、配線基板２０が有する一部のビルドアップ用絶縁層２の上面、または下面における配線導体３の位置関係を説明する。

まず、図３を基にして、上から１番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ａの上面にある配線導体３について説明する。ビルドアップ用絶縁層２ａの上面には、信号用配線導体３Ｓの一部により構成される複数の第１電極１２、電源用配線導体３Ｐ、接地用配線導体３Ｇが位置している。

第１電極１２は、例えば円形状を有しておりそれぞれの実装領域９内に一定のピッチで縦横の並びで位置している。第１電極１２の上面は、例えば半導体素子等の電子部品Ｓの電極Ｐと半田Ｈを介して接続される。第１電極１２のピッチは、隣接するそれぞれの第１電極１２の中心間距離のことを指す。第１電極１２のピッチは、例えば、対向して実装される電子部品Ｓの電極Ｐの並びに対応して設定されている。第１電極１２の下面は、ビアホール導体８とつながっている。そして、ビアホール導体８の下面が、上から２番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｂの上面にある信号用配線導体３Ｓとつながっており、順次下層の信号用配線導体３Ｓとつながっている。第１電極１２の直径は、例えば１００〜２００μｍに設定されている。第１電極１２のピッチは、例えば１３０〜２３０μｍに設定されている。

電源用配線導体３Ｐは、例えば長円形状を有しておりそれぞれの実装領域９内に５つずつ位置している。電源用配線導体３Ｐの上面は、例えば電子部品Ｓの電極Ｐと半田Ｈを介して接続される。電源用配線導体３Ｐの下面は、ビアホール導体８とつながっている。そして、ビアホール導体８の下面が、上から２番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｂの上面にある電源用配線導体３Ｐとつながっており、順次下層の電源用配線導体３Ｐとつながっている。

接地用配線導体３Ｇは、第１電極１２および電源用配線導体３Ｐの周囲に間隔をあけて位置している。接地用配線導体３Ｇは、平面形状を有している。接地用配線導体３Ｇの上面は、例えば電子部品Ｓの電極Ｐと半田Ｈを介して接続される。接地用配線導体３Ｇの下面は、ビアホール導体８とつながっている。そして、ビアホール導体８の下面が、上から２番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｂの上面にある接地用配線導体３Ｇとつながっており、順次下層の接地用配線導体３Ｇとつながっている。

次に、図４を基にして、下から４番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｅの下面にある配線導体３について説明する。配線導体３は、信号用配線導体３Ｓ、電源用配線導体３
Ｐ、接地用配線導体３Ｇを含んでいる。

信号用配線導体３Ｓは、両端部にビアランド１５Ｓを有する線状をしている。一方のビアランド１５Ｓは、ビルドアップ用絶縁層２ｅに位置するビアホール導体８を介して上層の信号用配線導体３Ｓにつながっている。他方のビアランド１５Ｓは、下から３番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｆにあるビアホール導体８につながっており、順次下層の信号用配線導体３Ｓとつながっている。線状の信号用配線導体３Ｓの幅は、例えば１２〜５０μｍに設定されている。ビアランド１５Ｓの直径は、例えば９０〜１００μｍに設定されている。

信号用配線導体３Ｓは、平面視で中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の配線導体３Ｓａと、隣接領域１０からビルドアップ用絶縁層２ｅの外周部に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の配線導体３Ｓｂとを有している。上記の配線導体３Ｓａおよび配線導体３Ｓｂ同士は、互いに９０度異なる方向に向かって位置している。

このように、中央領域１１に位置する信号用配線導体３Ｓａは、上記の位置関係にある一組だけであることから、一組の配線導体３同士が、互いに絶縁性を確保することができる分だけ（上記１８０度の方向に対して９０度の方向に）間隔を設けておけば、中央領域１１が小さくなっても配線導体３同士が重なることが無い。言い換えれば配線導体３同士が中央領域１１において交差する状態を回避することができるので、中央領域１１が小さくなるように４つの実装領域９同士の間隔を小さくすることが可能になる。これにより、平面視における配線基板２０の小型化が可能になる。

電源用配線導体３Ｐは、円形状のビアランド１６Ｐとして位置している。ビアランド１６Ｐの上面は、ビルドアップ用絶縁層２ｅに位置するビアホール導体８を介して上層の電源用配線導体３Ｐにつながっている。ビアランド１６Ｐの下面は、下から３番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｆのビアホール導体８を介して下層の電源用配線導体３Ｐにつながっており、順次下層の電源用配線導体３Ｐとつながっている。

接地用配線導体３Ｇは、信号用配線導体３Ｓおよび電源用配線導体３Ｐの周囲に所定の間隔をあけて位置している。接地用配線導体３Ｇは、平面形状を有している。接地用配線導体３Ｇの上面は、ビルドアップ用絶縁層２ｅに位置するビアホール導体８を介して上層の接地用配線導体３Ｇとつながっており、接地用配線導体３Ｇの下面は、ビルドアップ用絶縁層２ｆに位置するビアホール導体８につながっており、順次下層の接地用配線導体３Ｇとつながっている。

次に、図５を基にして、下から２番目に位置するビルドアップ用絶縁層２ｇの下面にある配線導体３について説明する。配線導体３は、信号用配線導体３Ｓ、電源用配線導体３Ｐ、接地用配線導体３Ｇを含んでいる。

信号用配線導体３Ｓは、両端部にビアランド１５Ｓを有する線状をしている。一方のビアランド１５Ｓは、ビルドアップ用絶縁層２ｇに位置するビアホール導体８を介して上層の信号用配線導体３Ｓにつながっている。他方のビアランド１５Ｓは、最下層に位置するビルドアップ用絶縁層２ｈのビアホール導体８を介して、ビルドアップ用絶縁層２ｈの下面に位置する第２電極１３とつながっている。

信号用配線導体３Ｓは、平面視で中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の配線導体３Ｓａと、隣接領域１０からビルドアップ用絶縁層２ｇの外周部に向かって１８０度の方向に位置する一組の配線導体３Ｓｂとを有している。

このように、中央領域１１に位置する信号用配線導体３Ｓａは、上記の位置関係にある一組だけであることから、一組の配線導体３同士が、絶縁性を確保することができる分だけ（上記１８０度の方向に対して９０度の方向に）間隔を設けておけば、中央領域１１が小さくなっても配線導体３同士が重なることが無い。言い換えれば配線導体３同士が中央領域１１において交差する状態を回避することができるので、中央領域１１が小さくなるように４つの実装領域９同士の間隔を小さくすることが可能になる。

なお、中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の信号用配線導体３Ｓａに関しては、下から４番目のビルドアップ用絶縁層２ｅに位置するものと、下から２番目のビルドアップ用絶縁層２ｇに位置するものとが互いに９０度回転した状態で位置している。これにより、配線導体３が、平面視で４つの実装領域９の間で同じ配線パターンを含んでいる場合に、中央領域１１が小さくなるように４つの実装領域９同士の間隔を小さくすることが可能になる。

電源用配線導体３Ｐは、円形状のビアランド１６Ｐとして位置している。ビアランド１６Ｐの上面は、ビルドアップ用絶縁層２ｇに位置するビアホール導体８を介して上層の電源用配線導体３Ｐにつながっている。ビアランド１６Ｐの下面は、最下層に位置するビルドアップ用絶縁層２ｈのビアホール導体８を介して、ビルドアップ用絶縁層２ｈの下面に位置する電源用配線導体３Ｐとつながっている。

接地用配線導体３Ｇは、信号用配線導体３Ｓおよび電源用配線導体３Ｐの周囲に所定の間隔をあけて位置している。接地用配線導体３Ｇは、平面形状を有している。接地用配線導体３Ｇの上面は、ビルドアップ用絶縁層２ｇに位置するビアホール導体８を介して上層の接地用配線導体３Ｇにつながっている。接地用配線導体３Ｇの下面は、最下層に位置するビルドアップ用絶縁層２ｈのビアホール導体８を介して、ビルドアップ用絶縁層２ｈの下面に位置する接地用配線導体３Ｇとつながっている。

ソルダーレジスト４は、最上層のビルドアップ用絶縁層２ａの上面および最下層のビルドアップ用絶縁層２ｈの下面に位置している。上面のソルダーレジスト４は、第１電極１２を露出する開口４ａを有している。下面のソルダーレジスト４は、第２電極１３を露出する開口４ｂを有している。

このようなソルダーレジスト４は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムをビルドアップ用絶縁層２の上面または下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。ソルダーレジスト４は、例えば配線基板２０に電子部品Ｓを実装するときの熱から配線導体３を保護する機能を有している。

このように、本開示に係る配線基板２０は、積層された状態の複数のビルドアップ用絶縁層２と、それぞれのビルドアップ用絶縁層２に位置するビアホール７とを有している。最上層のビルドアップ用絶縁層２ａの上面には、互いに４回対称の関係にある四角形状の４つの実装領域９と、４つの実装領域９の互いに隣接して対向する境界同士の間にある４つの隣接領域１０と、４つの実装領域９および４つの隣接領域１０で囲まれた状態の中央部にある中央領域１１と、が位置している。それぞれの実装領域９には、４つの実装領域９同士で互いに４回対称の関係にある複数の第１電極１２が位置している。最下層のビルドアップ用絶縁層２ｈの下面には、複数の第２電極１３が位置している。それぞれのビルドアップ用絶縁層２の上面または下面、およびビアホール７内には、それぞれの実装領域９の第１電極１２および第２電極１３をつなぐ配線導体３が位置している。配線導体３は
、平面視で４つの実装領域９の間で同じ配線パターンを含んでいるとともに互いに４回対称の位置関係にある。また、同一のビルドアップ用絶縁層２において、配線導体３は、中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組のみが、中央領域１１に位置している。

つまり、中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の配線導体３同士が、絶縁性を確保することができる分だけ（上記１８０度の方向に対して９０度の方向に）間隔を設けておけば、中央領域１１が小さくなっても配線導体３同士が重なることが無い。言い換えれば配線導体３同士が中央領域１１において交差する状態を回避することができるので、中央領域１１が小さくなるように４つの実装領域９同士の間隔を小さくすることが可能になる。これにより、配線基板２０を小型化することが可能になる。

なお、本例の配線基板２０においては、配線導体３が、平面視で４つの実装領域９の間で同じ配線パターンを含んでいるとともに互いに４回対称の位置関係にある。この場合には、２層のビルドアップ用絶縁層２が、中央領域１１から隣接領域１０に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の配線導体３をそれぞれ有するとともに、それぞれのビルドアップ用絶縁層２が有する配線導体３が互いに９０度回転した状態で位置している。

これにより、配線導体３が、平面視で４つの実装領域９の間で同じ配線パターンを含みつつ、中央領域１１が小さくなるように４つの実装領域９同士の間隔を小さくすることが可能になる。これにより、配線基板２０を小型化することが可能になる。

例えば、４つの実装領域９の平面視における外形寸法が３１ｍｍ×２３ｍｍの矩形状であり、ビアホールのピッチが１５０〜２００μｍ程度であり、配線導体の線幅および隣接間隔が２０〜５０μｍ程度であり、中央領域１１から各隣接領域１０に向かって延びる配線導体３Ｓａの数がそれぞれ５０〜１００本ずつであるとき、４つの実装領域９の配線導体３を全て中央領域１１に集めたときに比べて、配線基板２０全体の外形寸法を８０〜９５％程度に小さくすることができる。

１コア用絶縁層
２ビルドアップ用絶縁層
３配線導体
７ビアホール
９実装領域
１０隣接領域
１１中央領域
１２第１電極
１３第２電極
２０配線基板

Claims

積層された状態の複数の絶縁層と、
それぞれの前記絶縁層に位置するビアホールと、
最上層の前記絶縁層上面に、互いに４回対称の関係で位置する四角形状の４つの実装領域と、
４つの前記実装領域の互いに隣接して対向する境界同士の間に位置する４つの隣接領域と、
４つの前記実装領域および４つの前記隣接領域で囲まれた状態の中央部に位置する中央領域と、
それぞれの前記実装領域に、４つの前記実装領域同士で互いに４回対称の位置関係で位置する複数の第１電極と、
最下層の前記絶縁層下面に位置する複数の第２電極と、
それぞれの前記絶縁層の上面または下面、および前記ビアホール内に位置しており、それぞれの前記実装領域の前記第１電極および前記第２電極をつなぐ配線導体と、を有しており、
前記配線導体は、平面視で４つの前記実装領域間で同じ配線パターンを含んでいるとともに互いに４回対称の位置関係にあり、
同一の前記絶縁層において、前記配線導体は、前記中央領域から前記隣接領域に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組のみが、前記中央領域に位置していることを特徴とする配線基板。
２層の前記絶縁層が、前記中央領域から前記隣接領域に向かって互いに１８０度の方向に位置する一組の前記配線導体をそれぞれ有するとともに、それぞれの前記絶縁層が有する前記配線導体が互いに９０度回転した状態で位置していることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。