JP2000138453A

JP2000138453A - 配線基板

Info

Publication number: JP2000138453A
Application number: JP10308488A
Authority: JP
Inventors: Michio Horiuchi; 道夫堀内; Yukiharu Takeuchi; 之治竹内; Mitsuharu Shimizu; 満晴清水
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP3635205B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化に対する信頼性が向上し、かつ強度
的にも優れる配線基板を提供する。【解決手段】スルーホール３４が形成された金属製の
コア３３を有し、該コア３３の両面およびスルーホール
３４内壁に有機絶縁層３５が形成され、該コア３３両面
の有機絶縁層３５上に、スルーホール３４内に形成され
た導通媒体３７を介して電気的に接続された第１段の配
線パターン３８が形成されたコア基板３２と、該コア基
板３２の第１段の配線パターン３８上に順次絶縁層４
０、４４を介して所要段数形成され、第１段の配線パタ
ーン３８を含む所要の配線パターン間が絶縁層４０、４
４を貫通して形成された導通媒体４２により電気的に接
続された第２段以降の配線パターン４３、４５とを具備
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップを搭載
するパッケージとして用いて好適な配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、製造が容易で安価な樹脂製の配線
基板が主流となりつつある。図５は半導体チップを搭載
する樹脂製の配線基板であるビルドアップ基板１０を示
す。１２はそのコア基板である。コア基板１２は、スル
ーホール１４が形成された樹脂製（ビスマレトリアジン
−ＢＴレジンなどのガラス強化性樹脂）のコア１６の両
面に、無電解銅めっき、次いで電解銅めっきを施して形
成した銅めっき皮膜をエッチング加工して、スルーホー
ルめっき皮膜（導通媒体）１８により電気的に接続する
第１段の配線パターン２０、２０を形成してなる。

【０００３】この第１段の配線パターン２０、２０上
に、公知のビルドアップ法により、絶縁層２２、２２を
介して第２段の配線パターン２４、２４、第３段の配線
パターン２６、２６が形成される。２８、２８はソルダ
ーレジスト層である。そして、片面側に半導体チップ搭
載部が形成され、他面側に、第３段の配線パターン２６
に接続する外部接続用のバンプ（図示せず）が形成され
て配線基板１０に完成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリコンか
らなる半導体チップの熱膨張係数は３〜４×１０^-6／℃
であり、配線基板１０が実装される側の実装基板（プリ
ント配線板）の熱膨張係数は１７×１０^-6／℃程度であ
る。そして、配線基板１０の熱膨張係数は、主たる材料
の、ガラス強化性樹脂からなるコア１６の熱膨張係数に
左右されて、概ね１６〜１７×１０^-6／℃程度である。

【０００５】上記従来の配線基板によれば、実装基板と
の間の熱膨張係数はほぼマッチングし、この間での応力
集中は解消されるが、配線基板１０と半導体チップとの
間の熱膨張係数差が大きく、温度サイクルを経た際に半
導体チップに応力が集中し、歪みが生じるなど、温度変
化に対する信頼性が低いという課題がある。また、昨
今、相対的に配線基板１０の厚さが薄くなる傾向にあ
り、強度が低下し、そのため別途スティッフナーを追加
する必要があり、コストが上昇するという課題もある。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決すべくな
されたものであり、その目的とするところは、温度変化
に対する信頼性が向上し、かつ強度的にも優れる配線基
板を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、スルーホールが
形成された金属製のコアを有し、該コアの両面およびス
ルーホール内壁に有機絶縁層が形成され、該コア両面の
前記有機絶縁層上に、前記スルーホール内に形成された
導通媒体を介して電気的に接続する第１段の配線パター
ンが形成されたコア基板と、該コア基板の前記第１の配
線パターン上に順次絶縁層を介して所要段数形成され、
前記第１段の配線パターンを含む所要の配線パターン間
が前記絶縁層を貫通する導通媒体により電気的に接続さ
れた第２段以下の配線パターンとを具備することを特徴
としている。

【０００８】コアに金属を用いているので、、このコア
の金属材料を選択することによって、配線基板の熱膨張
係数をシリコンの半導体チップの熱膨張係数３〜４×１
０^-6／℃と、実装基板側の熱膨張係数１６〜１７×１０
^-6／℃の中間の大きさのものに調整でき、シリコン製の
チップ、配線基板、実装基板との間の熱膨張係数をバラ
ンスさせ、応力集中、歪みの軽減を図ることができ、温
度変化に対する信頼性を向上させることができる。ま
た、金属は樹脂と比べて強度も高いので、別途スティッ
フナーを追加せずとも全体の強度を高めることができ、
コストの低減化が図れる。

【０００９】最外部の前記配線パターンに接続して外部
接続用のバンプを形成することができる。また、半導体
チップ搭載部を設けて、半導体チップ搭載用のパッケー
ジとして用いることができる。この場合、半導体チップ
搭載部には、半導体チップのフリップチップ接合用の端
子を形成して、半導体チップをフリップチップ接続する
ようにすることができる。また、前記半導体チップ搭載
部を２個所以上設けて、ＭＣＭ対応のパッケージとする
ことができる。

【００１０】前記金属製のコアに、２種以上の金属の層
からなるクラッド材を用いることができる。このような
クラッド材を用いることによって、コアの熱膨張係数を
調整でき、好適である。上記、金属製のコアは、シリコ
ンチップと実装基板との中間の熱膨張係数である、熱膨
張係数が３×１０^-6／℃以上１２×１０^-6／℃以下のも
のを用いると、半導体チップを搭載し、実装基板に実装
した際の熱膨張係数のバランスがとれ、好適である。

【００１１】また、前記金属製のコアに、同一平面内に
おいて独立する複数の金属板を用いると好適である。特
に、前記金属板は、前記半導体チップ搭載部に対応する
部位の独立した金属板と半導体チップ搭載部以外の部位
に対応する独立した金属板とで構成し、該両金属板に異
なる熱膨張係数を有するものを用いると好適である。こ
の場合、前記半導体チップ搭載部に対応する金属板に、
半導体チップの面積の１倍以上１．５倍以下の面積を有
するものを用いるとよい。

【００１２】さらに、前記金属製のコアに、前記コア基
板の厚さ方向に独立した２層以上の金属板を用い、該２
層以上の金属板を有機接着剤を介して接合して用いると
好適である。この場合、前記２層以上の金属板に、各々
異なる熱膨張係数を有するものを用い、これら金属板
を、熱膨張係数が、前記半導体チップ搭載部側に位置す
る金属板から他側に位置する金属板に向けて大きくなる
ように配置すると好適である。このようにすると、半導
体チップの歪み発生を抑制でき、また実装基板との熱的
ストレスを軽減できる。

【００１３】また、前記金属製のコアを、所要部位に電
気的に接続し、電源層あるいはグランド層を兼ねるよう
にすると一層好適である。上記各金属製のコアの代わり
に、カーボンコンポジット板を用いることもできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、配線基
板３０の一例を示す断面説明図である。３２はそのコア
基板を示す。コア基板３０は、金属製のコア３３を有す
る。コア３３は、０．２〜０．６ｍｍ程度の厚さとする
が、これに限定されることはない。コア３３にはスルー
ホール３４が形成されている。コア３３の両面およびス
ルーホール３４の内壁には、有機絶縁層３５が形成され
ている。

【００１５】金属板に第１のドリル加工によりスルーホ
ール３４を形成し、スルーホール３４を形成した金属板
をＢステージ状の樹脂シート間に配置し、加熱加圧ラミ
ネートして、金属板の表面を樹脂で被覆するとともに、
スルーホール３４内に樹脂を充填する。次に、スルーホ
ール３４に第２のドリル加工を施すことにより、コア３
３の両面およびスルーホール３４の内壁に有機絶縁層３
５を形成することができる。なお、コア基板に銅を使用
する場合は、第１のドリル加工を施した後、黒化処理を
施すことにより、樹脂との密着性を向上させることがで
きる。

【００１６】有機絶縁層３５には、エポキシ系、マレイ
ミド系、フェニレンエーテル系、テトラフルオロエチレ
ン系、シアノエステル系、イミド系等の樹脂を用いるこ
とができる。またこれらの樹脂中には、ガラスまたは有
機（アラミド系など）織布や不織布、あるいは無機（Si
やAl₂O₃ など) 粒子を含有させてもよい。有機絶縁層３
５は絶縁性を向上させるため、異種の材料により２層以
上の構造としてもよい。

【００１７】有機絶縁層３５上（スルーホール３４内を
含む）には、無電解銅めっき、次いで電解銅めっきが施
されて銅めっき皮膜が形成される。この銅めっき皮膜を
エッチング加工して、スルーホールめっき皮膜３７によ
り電気的に接続する第１段の配線パターン３８、３８が
コア３３の両面に形成されて、コア基板３２に形成され
る。スルーホール３４内には樹脂３９が充填される。

【００１８】コア基板３２の両面には、変成エポキシ系
樹脂シートなどにより絶縁層４０、４０が形成されてい
る。絶縁層４０、４０は概ね４０〜５０μｍの厚さが好
適である。この絶縁層４０、４０にCO₂レーザーなどに
より微細なビア孔４１、４１が形成されている。絶縁層
４０、４０およびビア孔４１、４１内には、無電解銅め
っき、次いで電解銅めっきが施されて銅めっき皮膜が形
成され、表面の銅めっき皮膜がエッチング加工されて、
ビア孔内壁のめっき皮膜（導通媒体）４２により第１段
の配線パターン３８、３８に電気的に接続する第２段の
配線パターン４３、４３が形成されている。絶縁層４０
としてはポリフェニレンエーテル系、ポリイミド系、シ
アノエステル系樹脂が使用できる。また、絶縁層４０と
なる樹脂中に、無機粒子やガラスまたは有機織布、不織
布を含有させてもよい。

【００１９】上記と同様にして、絶縁層４４、４４上
に、ビア孔４１内壁のめっき皮膜（導通媒体）４２によ
り第２段の配線パターン４３、４３に電気的に接続する
第３段の配線パターン４５、４５が形成されている。こ
の第３段の配線パターン４５上は、配線基板３０の一方
の面側に形成する半導体チップ搭載部（図示せず）およ
び、他方の面側に形成するパッド部（図示せず）を除い
て、ソルダーレジスト層４６、４６により覆われる。

【００２０】半導体チップ搭載部には、第３段の配線パ
ターン４５と接続する、半導体チップをフリップチップ
接続するための端子（図示せず）が形成されている。な
お、半導体チップは第３段の配線パターン４５にワイヤ
により電気的に接続してもよい。また、半導体チップ搭
載部を複数設けて、マルチチップ対応のＭＣＭ配線基板
に形成してもよい。前記パッド部にははんだボール等を
取り付けて外部接続用のバンプ（図示せず）に形成す
る。上記のようにして配線基板３０に形成されている。

【００２１】なお、絶縁層４０、４４を、感光性レジス
トを塗布することによって形成し、ビア孔４１を公知の
フォトリソグラフィーによって形成するようにしてもよ
い。第２段以下（第２段以下とは第２段のみの場合も含
む）の配線パターンの段数は特に限定されない。また、
コア基板３２のコア３３は電源層あるいはグランド層と
して用いてもよい。この場合には、有機絶縁層３５に微
細な孔（図示せず）を設けて、この孔内に、第１段の配
線パターン３８を形成するめっき工程の際にめっき皮膜
を形成し、このめっき皮膜によりコア３３を第１の配線
パターン３８の電源ラインあるいはグランドラインに接
続するようにする。

【００２２】配線基板３０の熱膨張係数は、厚さ的に主
たる材料のコア３３に負うところが大きくなるが、上記
配線基板３０によれば、コア３３に金属を用いているの
で、、このコア３３の金属材料を選択することによっ
て、配線基板３０の熱膨張係数をシリコンの半導体チッ
プの熱膨張係数３〜４×１０^-6／℃と、実装基板側の熱
膨張係数１６〜１７×１０^-6／℃の中間の大きさのもの
に調整でき、シリコン製のチップ、配線基板３０、実装
基板との間の熱膨張係数をバランスさせ、応力集中、歪
みの軽減を図ることができ、温度変化に対する信頼性を
向上させることができる。また、金属は樹脂と比べて強
度も高いので、別途スティッフナーを追加せずとも全体
の強度を高めることができ、コストの低減化が図れる。

【００２３】コア基板３２のコア３３には、熱膨張係数
３×１０^-6／℃以上１２×１０^-6／℃以下の金属を用い
るのが好適である。例えばコア３３には、コバール（鉄
−ニッケル−コバルト）合金、４２合金（鉄−ニッケ
ル）、モリブデン等の合金または純金属を用いることが
できる。コバール合金の熱膨張係数は約６×１０^-6／
℃、４２合金の熱膨張係数は約４×１０^-6／℃、モリブ
デンの熱膨張係数は約５×１０^-6／℃である。

【００２４】さらにコア３３には単層金属でなく、異種
金属層を接合したクラッド材を用いることができる。例
えばクラッド材として、銅・インバー・銅（銅の体積比
率４０〜６０％で、クラッド材の熱膨張係数は６〜９×
１０^-6／℃）、銅・４２合金・銅（銅の体積比率４０〜
８０％でクラッド材の熱膨張係数は６〜１０×１０^-6／
℃）、銅・コバール合金・銅（銅の体積比率４０〜７０
％でクラッド材の熱膨張係数は８〜１１×１０^-6／℃）
などを用いることができ、配線基板３０全体の熱膨張係
数の調整が行える。またコア３３に、銅−モリブデン、
銅−タングステンなどの銅含浸材を用いることもでき
る。これら銅の複合材を用いるときは、銅の比率は、上
記熱膨張係数の他に、熱伝導率（上記範囲では少なくと
も平面方向に１００W/mk以上）および電気抵抗（上記範
囲ではいずれも６×１０^-6Ωcm）も考慮して決定するの
が好ましい。さらに上記金属製のコア３３に代えて、カ
ーボンコンポジット材を用いることもできる。カーボン
コンポジット材は、熱膨張係数が１〜１０×１０^-6／℃
である。

【００２５】図２は他の実施形態を示す。本実施の形態
では、コア３３に１枚ものの金属板を用いるのでなく、
平面的に独立した複数枚の金属板を用いるようにしてい
る。例えば、中央部に１枚の金属板３３ａを配し、その
周辺に枠状の金属板３３ｂを配している。その他の構成
は図１に示すものと同じであるので、説明を省略し、ま
た図面も簡略化して示している。金属板３３ａと金属板
３３ｂとは、隙間をあけて配置してもよいし、枠状の金
属板３３ｂの中に金属板３３ａを接触させてはめ込むよ
うにしてもよい。また独立させる金属板の枚数は２枚に
限定されず、３枚以上の複数であってもよい。金属板を
複数枚に独立して形成した場合、各々の金属板を電源
層、接地層等のように使用することもできる。

【００２６】図３は、図２に示すものにおいて、中央に
配した金属板３３ａと周辺に配した金属板３３ｂとに異
なる熱膨張係数を有するものを用いた例である。この場
合、中央に配した金属板３３ａは、半導体チップ搭載部
に対応位置するよう設定し、その熱膨張係数は、周辺に
配置する金属板３３ｂの熱膨張係数より小さいもので、
シリコンの半導体チップに近いものを用いるのが好適で
ある。例えば、金属板３３ａとして４２合金、モリブデ
ンを用いることができる。このようにすることで、半導
体チップ搭載部に搭載する半導体チップ５０との間で熱
膨張係数の整合性がとれ、半導体チップ５０の歪み発生
を極力抑えることができる。この場合の金属板３３ａの
面積は半導体チップ５０の面積の１倍以上１．５倍以下
とするのがよい。半導体チップ５０より若干大きめの金
属板３３ａを用いるのが歪み防止の上で有効である。

【００２７】一方、周辺に配した金属板３３ｂは、熱膨
張係数が実装基板の熱膨張係数、１６〜１７×１０^-6／
℃に近いものを用いるようにすると好適である。金属板
３３ｂとしては例えば、銅が使用できる。この部位に
は、はんだボール等のバンプが多く配置され、該バンプ
を介して実装基板に接合されるので、熱膨張係数は実装
基板に近い程好適である。

【００２８】図４はさらに他の実施の形態を示す。本実
施の形態では、コア基板３２のコア３３に、複数枚の金
属板を有機接着剤を用いて接合したものを用いている。
その他の構成は図１に示すものと同じであるので、説明
を省略し、また図面も簡略化して示している。図示の例
では、コア３３に３枚の金属板３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ
を用い、各金属板間を接着剤４８によって接合してい
る。

【００２９】これら金属板は、熱膨張係数が、前記半導
体チップ搭載部側に位置する金属板３３ｃから他側（バ
ンプ形成側）に位置する金属板３３ｅに向けて順次大き
くなるように配置すると好適である。例えば金属板３３
ｃには、銅・インバー・銅クラッド板あるいは４２合金
材（熱膨張係数３〜４×１０^-6／℃）を、金属板３３ｄ
にはコバール合金（約６×１０^-6／℃）を、金属板３３
ｅにはニッケル（約１３×１０^-6／℃）あるいは銅（約
１７×１０^-6／℃）などを用いることができる。なおこ
の場合コア３３は、３層に限られず、２層以上の複数層
であればよい。

【００３０】上記のように熱膨張係数に勾配を設けるこ
とによって、図３に示すのと同様に、半導体チップ搭載
部に搭載した半導体チップ５０の歪み発生を抑制でき、
また実装基板側も熱的ストレスが発生せず、好適であ
る。なお、図２〜４に示したように金属板を複数枚の金
属板によって構成した場合には、各々の金属板を電源
層、グランド層等のように異なる機能を付与して使用す
ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る配線基板によれば、上述し
たように、コアに金属を用いているので、、このコアの
金属材料を選択することによって、配線基板の熱膨張係
数をシリコンの半導体チップの熱膨張係数と、実装基板
側の熱膨張係数との中間の大きさのものに調整でき、シ
リコン製のチップ、配線基板、実装基板との間の熱膨張
係数をバランスさせ、応力集中、歪みの軽減を図ること
ができ、温度変化に対する信頼性を向上させることがで
きる。また、金属は樹脂と比べて強度も高いので、別途
スティッフナーを追加せずとも全体の強度を高めること
ができ、コストの低減化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】配線基板の断面説明図、

【図２】コアに独立した複数の金属板を用いた例の説明
図、

【図３】コアに熱膨張係数の異なる複数の独立した金属
板を用いた例の説明図、

【図４】コアに、複数枚の金属板を接着剤により接合し
たものを用いた例の説明図、

【図５】従来の配線基板の断面説明図である。

【符号の説明】

３０配線基板３２コア基板３３コア３４スルーホール３５有機絶縁層３７スルーホールめっき皮膜３８第１段の配線パターン４０絶縁層４１ビア孔４２めっき皮膜（導通媒体）４３第２段の配線パターン４４絶縁層４５第３段の配線パターン４８接着剤５０半導体チップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水満晴長野県長野市大字栗田字舎利田711番地新光電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 5E315 AA05 AA10 BB01 BB02 BB05 BB15 BB16 CC01 CC14 DD15 DD16 DD17 DD25 DD27 GG16 5E346 AA03 AA12 AA15 AA25 AA43 BB03 BB04 BB07 BB16 CC09 CC10 CC32 DD02 DD25 DD32 DD48 EE31 EE33 FF15 FF45 GG15 GG17 GG27 GG28 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スルーホールが形成された金属製のコア
を有し、該コアの両面およびスルーホール内壁に有機絶
縁層が形成され、該コア両面の有機絶縁層上に、前記ス
ルーホール内に形成された導通媒体を介して電気的に接
続された第１段の配線パターンが形成されたコア基板
と、該コア基板の前記第１段の配線パターン上に順次絶縁層
を介して所要段数形成され、前記第１段の配線パターン
を含む所要の配線パターン間が前記絶縁層を貫通して形
成された導通媒体により電気的に接続された第２段以降
の配線パターンとを具備することを特徴とする配線基
板。
【請求項２】最外部となる配線パターンに、外部接続
用のバンプが形成されていることを特徴とする請求項１
記載の配線基板。
【請求項３】半導体チップ搭載部が形成されているこ
とを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】前記半導体チップ搭載部には、半導体チ
ップをフリップチップ接続するための端子が形成されて
いることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
【請求項５】前記半導体チップ搭載部が２個所以上形
成されていることを特徴とする請求項３または４記載の
配線基板。
【請求項６】前記金属製のコアは、２種以上の金属層
からなるクラッド材を用いて形成されていることを特徴
とする請求項１、２、３、４または５記載の配線基板。
【請求項７】前記金属製のコアは、熱膨張係数が３×
１０^-6／℃〜１２×１０^-6／℃であることを特徴とする
請求項１、２、３、４、５または６記載の配線基板。
【請求項８】前記金属製のコアは、平面方向に独立し
た複数の金属板から構成されていることを特徴とする請
求項１、２、３、４、５または６記載の配線基板。
【請求項９】前記金属板は、前記半導体チップ搭載部
に対応する部位の金属板と半導体チップ搭載部以外の部
位に対応する金属板とを有し、該両金属板は熱膨張係数
が異なることを特徴とする請求項８記載の配線基板。
【請求項１０】前記半導体チップ搭載部に対応する部
位の金属板は、半導体チップの面積の１〜１．５倍の面
積を有することを特徴とする請求項９記載の配線基板。
【請求項１１】前記金属製のコアは、厚さ方向に独立
した２層以上の金属板から構成され、該金属板の各々が
有機接着剤層を介して接合されていることを特徴とする
請求項１、２、３、４または５記載の配線基板。
【請求項１２】前記２層以上の金属板の各々は、異な
る熱膨張係数であり、前記半導体チップ搭載部側に位置
する金属板から他側に位置する金属板に向けて熱膨張係
数が大きくなるように配置されていることを特徴とする
請求項１１記載の配線基板。
【請求項１３】前記金属製のコアは、所定部位を電気
的に接続され、電源層あるいはグランド層とされている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９、１０、１１または１２記載の配線基板。
【請求項１４】前記金属製のコアの代わりに、カーボ
ンコンポジット板を用いてコアを形成していることを特
徴とする請求項１、２、３、４または５記載の配線基
板。