JP2006148031A - 高周波用プラスチックパッケージとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の伝送特性と層間接続信頼性に優れる多層プリント配線板を備えたプラスチックパッケージとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】多層プリント配線板１６は両面に銅箔３ａ，３ｂを貼った絶縁性基材１からなるコア基板４と、片面に銅箔３ｃを貼った絶縁層６と、一部に導体配線パターン７ａ〜７ｃが形成された導電被膜２ａ〜２ｃと、ソルダーレジスト８とを備え、コア基板４と絶縁層６は上部が閉塞された非貫通孔５ａ，５ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を搭載するためのパッケージに係り、特に非貫通孔を介して層間の導通を取りながら絶縁層及び導体配線パターンを順次積層した多層プリント配線板を備えた高周波用プラスチックパッケージとその製造方法に関する。

マイクロ波回路などを構成する半導体素子を搭載するための高周波用パッケージの分野では、高周波領域での損失が少なく、耐熱性や機械的強度などに優れるセラミック材料が従来用いられてきた。しかし、パッケージの小型化に伴い、収縮率が大きく、寸法精度の確保が困難なセラミック製のパッケージに代わって、近年、プラスチックパッケージが注目され始めている。

高周波用パッケージには、高密度・微細配線を可能とするため、メッキ又はプリントなどによって順次絶縁層と導体配線パターンを積み上げていく製法（以下、ビルドアップ法という。）により形成される多層プリント配線板が用いられることが多い。このような多層プリント配線板では、層間の導通を取るために内壁面に導電被膜が形成された貫通孔が設けられるが、すべての導体配線パターンの同一箇所に開口部が形成されるため、配線設計上の制約を受けるという課題があった。また、貫通孔の内部に充填される樹脂成分が半導体素子実装面の開口部周辺に残存した場合には、伝送特性が低下するという課題があった。

このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。例えば特許文献１には、「多層配線基板およびその製造方法」という名称で、高周波特性等の電気特性に優れ、微細化、狭ピッチ化されたビルドアップ多層配線層を形成した多層配線基板およびその製造方法に関する発明が開示されている。

以下、図３を参照しながら、特許文献１に開示された発明について説明する。図３は従来技術に係る多層配線基板の部分縦断面図である。図３に示すように、従来技術に係る発明は、配線層（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）を有し、３層よりなるコア基板５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と、このコア基板５２の片面に絶縁層（５９ａ，５９ｂ）及び配線層（５８ａ，５８ｂ）からなるビルドアップ配線層５３（５３ａ，５３ｂ）を形成した多層配線基板５１において、コア基板５２は導電材料により表裏の導通がなされた複数の導通部５４（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）を備え、ビルドアップ配線層５３を構成する配線層（５８ａ，５８ｂ）はビア（５７ａ，５７ｂ）によりコア基板５２の表面上に形成された表層パターン５６と電気的に接続されるとともに、コア基板５２のＸＹ方向の熱膨張係数が２〜２０ｐｐｍであり、コア基板５２用のコア材５２’がシリコン、セラミックス、ガラス、ガラス・エポキシ複合材料から選ばれ、ビルドアップ配線層５３の絶縁層５９ａ，５９ｂが２５０℃以下の温度で熱硬化可能な感光性樹脂であることを特徴とするものである。
このような構造によれば、多層配線のビアをスタック構造とすることができるため、高密度配線が可能となる。

また、特許文献２には「多層配線基板の製造方法」という名称で、複数の配線層を基材上に絶縁層を介して順次積層するビルドアップ方式により内部回路が高密度に構成されるとともに高周波特性や耐圧性に優れる多層配線基板の製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、基材に穿設された貫通孔や絶縁層に形成された開口部等を介して異なる配線層を導電接続した構造を形成した後に、開口部の内部に絶縁材を充填し、研磨により基材表面を平坦化することを特徴とするものである。
このような方法によれば、導体量を増加させずに確実な導電接続を行うことができるとともに、配線層間の静電容量を低減し、絶縁抵抗を高めることができるので、基板の高周波特性及び絶縁耐圧の向上を図ることができる。また、上層の絶縁層及び配線層を平坦面状に形成できるため、基板の断面構造を整合させ、配線欠陥等を防止することができる。

さらに、特許文献３には「プラスチックパッケージの製造方法」という名称で、コア基板の一面側に穴を有するブラインドビアの内部に気泡が残らないようにソルダーレジストを充填するプラスチックパッケージの製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、絶縁性基材の両面に導体回路となる銅箔を貼ったコア基板の一方側の面から穿設されたビアホールの他方側の面を銅箔で閉塞して形成するブラインドビアの開口側に感光性の第１のソルダーレジストを印刷する第１の工程と、第１のソルダーレジストで封じ込められたブラインドビア内の気泡を真空脱泡する第２の工程と、コア基板の両面に感光性の第２のソルダーレジストを印刷し、フォトリソグラフィ法で両面に開口部を備えるソルダーレジスト膜を形成する第３の工程とを有するものである。
このような方法によれば、ブラインドビア内に気泡が残り、水分が溜まって半田ボール接続やボードへの装着時の加熱によって急激に気泡が膨張しプラスチックパッケージを水蒸気爆発で破壊する、いわゆるポップコーン現象を回避することができる。
特開２００４−１５２９１５号公報 特開平９−８３１４０号公報 特開２００２−２７０７１４号公報

しかしながら、上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、ソルダーレジストが半導体素子実装面の開口部周辺にも塗布されるため、高周波数信号の伝送特性が低下するという課題があった。

また、特許文献２に開示された発明においては、開口部の内部に絶縁材を充填した後に基材表面を研磨して平坦化する必要があるため、工程数が増加し、製造コストがアップするという課題があった。さらに、平坦研磨した絶縁材上にメッキにより銅配線パターンをつけるため、層間接続信頼性が劣るという課題があった。また、平坦研磨時に生ずる大きな応力により、基板の伸びが発生し、基板寸法が変化するという課題もあった。

さらに、特許文献３に開示された発明においては、コア基板上に残存する樹脂成分により高周波信号の伝送特性が阻害されるという現象に対しては何ら有効な対策がとられていないという課題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、非貫通孔を有するビルドアップ多層プリント配線板を備え、高周波信号の伝送特性及び層間接続信頼性に優れる高周波用プラスチックパッケージとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である高周波用プラスチックパッケージは、絶縁性基材の両面に銅箔が貼り付けられたコア基板と、このコア基板の上面及び下面にそれぞれ形成された第１及び第２の導体配線パターンと、コア基板の下面に第２の導体配線パターンを介して積層されるとともに下面に銅箔が貼り付けられた絶縁層と、この絶縁層の下面の銅箔に形成された第３の導体配線パターンと、第３の導体配線パターンを被覆するソルダーレジストとを備え、コア基板は上部が銅箔により閉塞された複数の第１の非貫通孔を有するとともに上面に銅箔及び第１の導体配線パターンを介して半導体素子が実装され、絶縁層は上部が閉塞された複数の第２の非貫通孔を有し、第１及び第２の非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜により第１乃至第３の導体配線パターンが電気的に接続されることを特徴とするものである。
上記構成の高周波用プラスチックパッケージにおいては、半導体素子実装面に非貫通孔の開口部が形成されないという作用を有する。また、内層の導体配線パターンに不要な貫通孔が形成されないという作用を有する。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の高周波用プラスチックパッケージにおいて、コア基板の下面に複数の絶縁層及び第３の導体配線パターンが順次積層され、複数の絶縁層は上部が閉塞された複数の第２の非貫通孔を有し、第１及び第２の非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜により第１乃至第３の導体配線パターンが電気的に接続されることを特徴とするものである。
上記構成の高周波用プラスチックパッケージにおいては、請求項１記載の発明と同様の作用を有するとともに、より多層化されたプリント配線板が形成されるという作用を有する。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の高周波用プラスチックパッケージの製造方法において、絶縁性基材の両面に銅箔を貼り付けてコア基板を形成する工程と、このコア基板に上部が銅箔により閉塞された複数の第１の非貫通孔を穿設する工程と、コア基板の両面及び第１の非貫通孔の内壁面に導電被膜を形成する工程と、コア基板の上面及び下面の導電被膜上にそれぞれ第１及び第２の導体配線パターンを形成する工程と、コア基板の下面に第２の導体配線パターンを介して絶縁層と銅箔を積層する工程と、この絶縁層に銅箔を貫通するとともに上部が閉塞された複数の第２の非貫通孔を穿設する工程と、絶縁層下面の銅箔及び第２の非貫通孔の内壁面に導電被膜を形成する工程と、絶縁層下面の銅箔の導電被膜上に第３の導体配線パターンを形成する工程と、最下層の第３の導体配線パターンをソルダーレジストにより被覆する工程とを備えたことを特徴とするものである。
上記製造方法によれば、請求項１又は請求項２に記載の高周波用プラスチックパッケージが実現される。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の高周波用プラスチックパッケージにおいては、銅箔により閉塞された第１の非貫通孔の上部にも半導体素子を実装することができるため、パッケージの小型化が可能となる。また、樹脂成分がコア基板の半導体素子実装面に残存しないため、高周波信号の伝送特性が阻害されることがない。さらに、層間接続の対象となっていない他の導体配線パターンに不要な貫通孔が形成されないため、配線設計上の制約が少なくなるという効果を奏する。

本発明の請求項２に記載の高周波用プラスチックパッケージにおいては、請求項１記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第１及び第２の非貫通孔をスタック構造にすることにより、配線の高密度化とパッケージの小型化が可能となる。

本発明の請求項３に記載の高周波用プラスチックパッケージの製造方法によれば、請求項１又は請求項２に記載の高周波用プラスチックパッケージを容易に製造することができる。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係る高周波用プラスチックパッケージとその製造方法の実施例について説明する（請求項１乃至請求項３に対応）。

本発明の高周波用プラスチックパッケージについてボールグリッドアレイパッケージを例にとって説明する。図１は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチックパッケージの構造を模式的に示す縦断面図である。図１に示すように、高周波用プラスチックパッケージ１５を構成する多層プリント配線板１６は、ＢＴ樹脂（ビスマイレイミドトリアジンを主成分にした樹脂）、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等からなる絶縁性基材１の両面に銅箔３ａ，３ｂが貼り付けられ、上部が銅箔３ａにより閉塞された複数の非貫通孔５ａが形成されたコア基板４と、コア基板４の両面及び非貫通孔５ａの内壁面に施された銅メッキなどの導電被膜２ａ，２ｂと、コア基板４の下面に導電被膜２ｂを介して積層され、上部が閉塞された複数の非貫通孔５ｂが形成されるとともに非貫通孔５ａの内部を充填するプリプレグからなる絶縁層６と、絶縁層６の下面に積層される銅箔３ｃと、銅箔３ｃに施された導電被膜２ｃと、導電被膜２ａ〜２ｃ上にそれぞれ形成された導体配線パターン７ａ〜７ｃと、非貫通孔５ｂの内部を充填するとともに導体配線パターン７ｃを被覆するソルダーレジスト８とからなる。

多層プリント配線板１６の上部の導電被膜２ａにはニッケルメッキ１０及び金メッキ１１が形成され、多層プリント配線板１６上面の略中央部に設けられたキャビティ９の内部には半導体素子１２が実装されている。また、半導体素子１２はボンディングワイヤ１３により導体配線パターン７ａと接合されている。さらに、多層プリント配線板１６の下部にはニッケルメッキ１０及び金メッキ１１が形成された導体配線パターン７ｃがソルダーレジスト８の開口部から露出しており、複数の半田ボール１４がニッケルメッキ１０及び金メッキ１１を介してこれらの導体配線パターン７ｃと電気的に接合されている。

上記構成の高周波用プラスチックパッケージ１５においては、コア基板４の半導体素子１２の実装面に非貫通孔５ａの開口部が形成されることがないという作用を有する。また、貫通孔を形成した場合には、通常、その経路を必要としない層ではデッドスペースとなるが、本実施例の場合には、例えば導体配線パターン７ａ，７ｃが非貫通孔５ａ，５ｂの内壁面にそれぞれ形成された導電被膜２ａ，２ｂにより電気的に接続されるため、コア基板４と絶縁層６の間に形成された導体配線パターン７ｂに対して不要な箇所に貫通孔が形成されることがなく、デッドスペースが発生しないという作用を有する。

次に、本発明の高周波用プラスチックパッケージの製造方法について説明する。図２は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチックパッケージの製造方法を示す工程図である。なお、図１に示した構成要素については図１と同一の符号を付すものとする。
図２に示すように、ステップＳ１においてＢＴ樹脂やエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等からなる絶縁性基材１の両面に銅箔３ａ，３ｂを重ねて加圧加熱してコア基板４を形成する。次に、ステップＳ２で外周にドリリングを行い、コア基板４を所定の大きさに打ち抜く。さらに、レーザ加工時におけるレーザの吸収を良好にするために、ステップＳ３でコア基板４の下面の銅箔３ｂの表面を約５μｍ程度に薄くエッチングするなどの粗化処理を行う。次いで、ステップＳ４で銅箔３ｂに炭酸ガスレーザを照射して他方の銅箔３ａに達するまで非貫通孔５ａを穿設した後、ステップＳ５でレーザ加工面のバフ研磨を行う。ステップＳ６では、非貫通孔５ａの底に残余した樹脂の染み出し成分をデスミア処理により除去する。デスミアは過マンガン酸カリウムなどの薬品を用いて行うが、レーザ装置などで蒸散させる方法を用いることもできる。ステップＳ７では、コア基板４にパラジウム等の触媒を付与した後、ホルマリンを還元剤とする強アルカリ浴中で無電解銅メッキを施す。さらに、無電解銅メッキが施された面に電解銅メッキの被膜を形成する。これにより、銅箔３ａ，３ｂの表面及び非貫通孔５ａの内壁面に銅メッキによる導電被膜２ａ，２ｂが形成される。ステップＳ８では、銅箔３ａ，３ｂの表面に形成された導電被膜２ａ，２ｂ上にフォトリソグラフィ法を用いて所定のマスクを形成し、エッチング処理をするサブトラクティブ法によって導体配線パターン７ａ，７ｂを形成する。なお、サブトラクティブ法の代わりに選択メッキによるアディティブ法を用いても良い。ステップＳ９では、コア基板４の下面の粗化処理を行い、ステップＳ１０でコア基板４の下面に導体配線パターン７ｂを介して絶縁層６及び銅箔３ｃを積層する。ステップＳ１１で所定の箇所にドリリングを行い、ステップＳ１２では、絶縁層６の下面の銅箔３ｃに対してレーザ加工時におけるレーザの吸収を良好にするための粗化処理を施す。

次いで、ステップＳ１３で銅箔３ｃに炭酸ガスレーザを照射して導電被膜２ｂに達するまで非貫通孔５ｂを穿設した後、ステップＳ１４でレーザ加工面のバフ研磨を行い、ステップＳ１５で非貫通孔５ｂの底に残余した樹脂の染み出し成分をデスミア処理により除去する。ステップＳ１６では、絶縁層６の下面の銅箔３ｃ及び非貫通孔５ｂの内壁面に無電解銅メッキ及び電解銅メッキを施し、銅メッキによる導電被膜２ｃを形成する。ステップＳ１７では、絶縁層６の下面の銅箔３ｃに形成された導電被膜２ｃ上にステップＳ８と同様の方法により導体配線パターン７ｃを形成する。ステップＳ１８において、導体配線パターン７ｃをソルダーレジスト８により被覆する。なお、ソルダーレジスト８には開口部が設けられており、コア基板４の上面においてはボンディングワイヤ１３を用いて半導体素子１２と接続するために必要な導体配線パターン７ａの一部が開口部から露出し、コア基板４の下面においては半田ボール１４と接続するために必要なニッケルメッキ１０及び金メッキ１１が施された導体配線パターン７ｃの一部が開口部から露出している。

以上説明したように、本実施例の高周波用プラスチックパッケージとその製造方法によれば、高密度配線設計と小型化が可能であるとともに高周波信号の伝送特性に優れる高周波用プラスチックパッケージを容易に実現できる。

本発明の高周波用プラスチックパッケージは上記実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、図１では非貫通孔５ａ，５ｂの内部はそれぞれ絶縁層６であるプリプレグ及びソルダーレジスト８で充填されているが、これらに限定されるものではなく、非貫通孔５ａ，５ｂの内部は銅メッキなどの導電被膜２ｂ，２ｃのみあるいは銅ペーストや銀ペーストなどの導電ペーストで充填された構造とすることができる。また、絶縁層６、銅箔３ｃ及び導体配線パターン２ｃは一層に限らず、複数層としても良い。具体的には、図２を用いて説明した工程の中で、ステップＳ１７の後にステップＳ９乃至ステップＳ１７の工程を所望の回数繰返し行うことにより、半導体素子１２が実装されないコア基板４の下面側に、複数の絶縁層６、銅箔３ｃ及び導体配線パターン７ｃが順次積層された構造の多層プリント配線板１６が容易に実現される。なお、この場合には非貫通孔５ａの下に非貫通孔５ｂを形成する、いわゆるスタック構造とすることにより高密度配線設計が可能となるため、パッケージの小型化を図ることができる。さらに、コア基板４は内部に複数の導体配線パターンが形成された構造としても良い。

本発明に係る高周波用プラスチックパッケージとその製造方法は、高周波信号の良好な伝送特性及び高い層間接続信頼性が必要とされる高周波用プラスチックパッケージに適用することができる。

本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチックパッケージの構造を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチックパッケージの製造方法を示す工程図である。 従来技術に係る多層配線基板の部分縦断面図である。

符号の説明

１…絶縁性基材 ２ａ，２ｂ，２ｃ…導電被膜 ３ａ，３ｂ，３ｃ…銅箔 ４…コア基板 ５ａ，５ｂ…非貫通孔 ６…絶縁層 ７ａ，７ｂ，７ｃ…導体配線パターン ８…ソルダーレジスト ９…キャビティ １０…ニッケルメッキ １１…金メッキ １２…半導体素子 １３…ボンディングワイヤ １４…半田ボール １５…高周波用プラスチックパッケージ １６…多層プリント配線板 ５１…多層配線基板 ５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…コア基板 ５２’…コア材 ５３，５３ａ，５３ｂ…ビルドアップ配線層 ５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…導通部 ５５ａ，５５ｂ，５５ｃ…配線層 ５６…表層パタ−ン ５７ａ，５７ｂ…ビア ５８ａ，５８ｂ…配線層 ５９ａ，５９ｂ…絶縁層

Claims (3)

1. 絶縁性基材の両面に銅箔が貼り付けられたコア基板と、このコア基板の上面及び下面にそれぞれ形成された第１及び第２の導体配線パターンと、前記コア基板の下面に前記第２の導体配線パターンを介して積層されるとともに下面に銅箔が貼り付けられた絶縁層と、この絶縁層の下面の銅箔に形成された第３の導体配線パターンと、前記第３の導体配線パターンを被覆するソルダーレジストとを備え、前記コア基板は上部が銅箔により閉塞された複数の第１の非貫通孔を有するとともに上面に銅箔及び第１の導体配線パターンを介して半導体素子が実装され、前記絶縁層は上部が閉塞された複数の第２の非貫通孔を有し、前記第１及び第２の非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜により前記第１乃至第３の導体配線パターンが電気的に接続されることを特徴とする高周波用プラスチックパッケージ。
2. 前記コア基板の下面に複数の前記絶縁層及び前記第３の導体配線パターンが順次積層され、複数の前記絶縁層は上部が閉塞された複数の前記第２の非貫通孔を有し、前記第１及び第２の非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜により前記第１乃至第３の導体配線パターンが電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の高周波用プラスチックパッケージ。
3. 絶縁性基材の両面に銅箔を貼り付けてコア基板を形成する工程と、このコア基板に上部が銅箔により閉塞された複数の第１の非貫通孔を穿設する工程と、前記コア基板の両面及び第１の非貫通孔の内壁面に導電被膜を形成する工程と、前記コア基板の上面及び下面の導電被膜上にそれぞれ第１及び第２の導体配線パターンを形成する工程と、前記コア基板の下面に前記第２の導体配線パターンを介して絶縁層と銅箔を積層する工程と、この絶縁層に銅箔を貫通するとともに上部が閉塞された複数の第２の非貫通孔を穿設する工程と、前記絶縁層下面の銅箔及び第２の非貫通孔の内壁面に導電被膜を形成する工程と、前記絶縁層下面の銅箔の導電被膜上に第３の導体配線パターンを形成する工程と、最下層の前記第３の導体配線パターンをソルダーレジストにより被覆する工程とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波用プラスチックパッケージの製造方法。