JP2011243897A - 多層プリント基板及びその製造方法 - Google Patents

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俊一 菊池
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Shigeru Sugino
成 杉野
Kiyoyuki Hatanaka
清之 畑中
Nobuo Taketomi
信雄 武富
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Abstract

【課題】多層プリント基板の配線パターンを半導体装置の端子の位置によって制限されることなく高密度に設計することができる多層プリント基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】端部が自由端であるフレキシブル配線層14bを含む半導体パッケージ1が内蔵され、フレキシブル配線層14bがプリント基板の内層配線層24cと電気的に接続される多層プリント基板2を提供する。
【選択図】図2

Description

この出願に開示される技術は、多層プリント基板及びその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化の流れに伴い、それを実現するために電子機器の構成要素の省スペース化が要求されている。関連する技術として、半導体内蔵モジュールを内蔵し、半導体チップから直接突起状電極を介して導通をとる構造が知られている(特許文献1)。また、半導体パッケージを介して上下に配置されている回路基板間を接続した構造が知られている(特許文献2)。
特開2005−39227号公報 特開2004−363566号公報
なお、半導体チップについても、更なる小型化と入出力信号の増加に対応するため、電極の微細化および狭ピッチ化が要求されている。これに影響を受け、実装基板側の電極も微細化・狭ピッチ化することになる。このため、実装基板の配線密度が高くなり、製造面で難易度が高くなる結果、歩留まりが低下する場合もある。しかしながら、上述した従来技術の場合、実装基板の配線における構造的要因から高密度化に制限がある。
この明細書に開示される技術は、上述した問題点を解決するためになされたものである。実装基板の端子部を含む配線を従来技術の、特に端子配置位置についての構造的要因から制限を受けることなく半導体パッケージの配線領域を拡大して設計することができる多層プリント基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、本発明の一態様である、内層配線層を備える多層プリントは、端部が自由端であるフレキシブル配線層を含む半導体パッケージが内蔵され、前記フレキシブル配線層が前記内層配線層と電気的に接続される。
実装基板の配線パターン仕様(ライン幅、ライン間隙、パッドの大きさ、パッド間距離等)を再配線構造のリジッド部の面積によって制限されることなく設計することができる。
第1の実施の形態に係る半導体パッケージの断面図である。 第2の実施の形態に係るプリント基板の断面図である。 第3の実施の形態に係るプリント基板の断面図である。 第4の実施の形態に係るプリント基板の断面図である。 第5の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第5の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第5の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第5の実施の形態に係るプリント基板の製造方法におけるフレキシブル配線層を絶縁層に配置したときの上面斜視図である。 第6の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第6の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第6の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。 第6の実施の形態に係るプリント基板の製造方法における工程図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
(半導体装置)
図1は、第1の実施の形態に係る半導体装置(半導体パッケージ)1の断面図である。図1に示すように、半導体パッケージ1は、半導体チップ11、リジッド配線層12、端子13及びフレキシブル配線層14を有する。本実施の形態において、リジッド配線層12およびフレキシブル配線層14は、後述するリジッド・フレックス基板を構成する。なお、本実施の形態において、半導体チップ11はリジッド配線層12上に接続される。必要に応じて半導体チップは半導体チップ単体でも、半導体チップを封止樹脂で封止した構造を採用してもよい。パッケージングの形態としては、例えば、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)等が挙げられる。ここで、リジッド配線層12を構成する絶縁層および/または導体層とフレキシブル配線層14を構成する絶縁層および導体層が互いに積層され、リジッド・フレックス基板を成す。以下に、各構成について説明する。
リジッド配線層12は、半導体チップ11と接続され、後述する半導体内蔵プリント基板と接続するためのパッケージ基板である。図1に示すように、リジッド配線層12の絶縁層と平行する一面に半導体チップ11を有し、他面に複数の端子13を有する。リジッド配線層12は、導体層(不図示)と絶縁層(不図示)で構成されており、フレキシブル配線層14の導体層または絶縁層と交互に積層されることで、リジッド・フレックス基板を構成する。リジッド配線層12の絶縁層は樹脂から形成され、例えばガラスエポキシ等の硬い材質から形成される。リジッド配線層12に複数の導体層が形成される場合は、リジッド配線層12内部に異なる導体層間の電気的導通をとる構造(不図示)をもっている。また、リジッド配線層12は、導体層の単層構造又は複数の導体層が積層された多層構造を有する。
端子13は、リジッド配線層12の表面に形成され、リジッド・フレックス基板の電極として機能する。端子13は、後述する実装基板と接続するための端子である。また端子13は、リジッド配線層の電極パッドに、はんだボール、または金を一例とする金属バンプ等の導電構造を付加したものでもよい。
フレキシブル配線層14も、導体層と絶縁層から構成されている。フレキシブル配線層14に形成される電極は、リジッド配線層12の端子13と同様に、リジッド・フレックス基板の電極として機能する。フレキシブル配線層14は、図1に示すように、リジッド配線層12中に積層されることで、リジッド・フレックス基板の一部を構成する。フレキシブル配線層14は、リジッド配線層12の側面(側部)より、外側に延設され(延ばした状態で設けられ)、端部が開放状態(自由端)とされている。また、リジッド配線層12が絶縁層だけで形成されるとともに、フレキシブル配線層14が導体層の単層構造の場合、リジッド配線層12の絶縁層の間にフレキシブル配線層14が挟まれ、リジッド・フレックス基板は全体として単層構造を構成する。また、半導体チップ11が搭載される一面と直交する面をリジッド配線層12の側面として表す。このため、フレキシブル配線層14は、図1で示すように、半導体チップ11よりも外側に広がって延設される。
また、フレキシブル配線層14は、導体層を、単層、または複数層で実現されている構成でもよい。フレキシブル配線層14は、リジッド配線層12が多層構造の場合、リジッド配線層12の多層間に挟まれた状態で積層されている。例えば、図1に示す二つのフレキシブル配線層14が一体的に形成される場合は、フレキシブル配線層14の略中央部でリジッド配線層12の絶縁層の間に挟まれて積層される構造でもよい。さらに、図1の二つのフレキシブル配線層14が、互いに独立する場合は、リジッド配線層12の中で、同一層または異なる層に離隔して積層される構造でもよい。即ち、このフレキシブル配線層14は、互いに接触はせず上下に重なる状態で存在してもよい。これらの態様であっても、フレキシブル配線層の一部は、リジッド配線層12の側面から露出し、その端部が開放状態とされるように、延設されている。また、「端部が開放状態とされている」とは、フレキシブル配線層14の端部が自由端となり、屈曲自在な状態にあることを表す。一方、他のフレキシブル配線層14は、半導体チップ11を搭載する態様で配置されていてもよい。また、図1に示す状況を例として、複数のフレキシブル配線層14のいずれもがリジッド配線層12の外側に延設され、その端部が開放状態であってもよい。フレキシブル配線層14とリジッド配線層12との積層部分には層間ビアが形成され、両者を導通する構造を採用している。
フレキシブル配線層14は、膜厚12〜50μm程度のフィルム状の絶縁体と膜厚12〜50μm程度の導体箔とを順次積層した構造であってもよい。フィルム状の絶縁体としては、例えば、ポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルム等が挙げられる。これらの材質を用いたフレキシブル配線層14は、繰り返し変形することができるため、フレキシブル配線層14の配置を何度も検討することができる。また、フレキシブル配線層14は、その面積が大きい程自由に配置を選択することができるが、半導体装置1自体の大きさを考慮し、適宜調整する必要がある。
以上のように、リジッド・フレックス基板は、フレキシブル配線層14の端部が開放されているため、フレキシブル配線層14の可動範囲内であれば、半導体装置1の配線領域を広げることができる。半導体装置1の端子数が多くなる場合でも、この半導体装置1は、フレキシブル配線層14が外部と接続する端子の機能を有するため、実装要因や製造要因など様々な制約がある中でその限界まで半導体装置1の端子数を自由に選択することができる。また、半導体装置1の端子数が多くなる場合でも、フレキシブル配線層14が外部と接続する端子の機能を有するため、リジッド配線層12の端子13の大きさやピッチと言った配線仕様についても余裕を持たせることができる。従って、半導体装置1は、端子の多ピン化や配線の微細化・狭ピッチ化での形成時の困難性、すなわち製造面での困難性を回避し、容易に半導体内蔵の多層プリント基板を製造することができる。
次に、前述の半導体パッケージ1が内蔵された多層プリント基板(以下、便宜上「プリント基板」と称する)を図2〜4を参照して説明する。図2は、第2の実施の形態に係るプリント基板2の断面図を示す。また、図3は、第3の実施の形態に係るプリント基板3の断面図を示す。また、図4は、第4の実施の形態に係るプリント基板4の断面図を示す。図2〜4に示すように、プリント基板2〜4は、各々半導体パッケージ1、端子パッド21、31、41a及び41b、封止材22、32及び42、ビア24a、24b、24c、24d、34c及び44cを有する。以下に、各構成について説明する。
端子バッド21、及び31は、図2〜3に示すように、各々、半導体パッケージ1の内蔵領域29、39に配置され、リジッド配線層12の端子13と例えばはんだ付けで接合されている。また端子41bは、図4に示すように、半導体パッケージ1の内蔵領域52に配置され、リジッド配線層12から延設されたフレキシブル配線層14bと例えば、異方性導電性接着剤で接合されている。端子41aは、図4に示すように、半導体パッケージ1の内蔵領域52外の領域51に配置され、半導体パッケージ1のフレキシブル配線層14aと例えば、異方性導電性接着剤で接合されている。封止材22、32及び42は、各々、半導体パッケージ1を封止し、絶縁層23、33及び43に囲まれている。封止材22、32及び42としては、例えば、エポキシ樹脂材料、熱硬化性樹脂材料、熱可塑性樹脂材料等が挙げられる。また、絶縁層23、33及び43としては、例えば樹脂やプリプレグ等が挙げられる。内蔵領域29、39、52の上方に配置される絶縁層28、38及び48は、例えば樹脂やプリプレグ、樹脂付き銅箔(Resin Coated Copper foil)を用いることができる。また、この絶縁層23、33、43、28、38及び48を形成する材料をそのまま、または樹脂部分の流れ込みを利用して、封止材22、32および42として用いてもよい。ビア24a等については、後述する。以下に、各々の半導体内蔵プリント基板2〜4について説明する。
第2の実施の形態に係るプリント基板2は、フレキシブル配線層14の一方(以下、適宜、「第1フレキ配線層14a」と称する)が絶縁層23上に配置され、他方(以下、適宜、「第2フレキ配線層14b」と称する)が半導体チップ11上に配置されている。第1フレキ配線層14aは、ビア24a及び24bを介して各々内層配線層25及び表層配線層26と接続されている。第2フレキ配線層14bは、半導体チップ11上に配置されていることから、封止材22で封入されてしまう。このため、第2フレキ配線層14bは、封止材22を貫通するビア24cを介して内層配線層25と接続され、ビア24dを介して表層配線層26と接続されている。なお、内層配線層25は、内蔵領域29の下方に配置される絶縁層27に設けられている半導体パッケージ1以外の素子等(不図示)とも接続されている。プリント基板2は、ビア24cと半導体チップ11との距離が近く、半導体チップ11からの熱をビア24c及び24d等から外部に放出させることができるため、半導体チップ11の放熱性にも優れている。
第3の実施の形態に係るプリント基板3は、第1フレキ配線層14aが絶縁層33上に配置する。そして、第2フレキ配線層14bの一部を封止材から露出した状態で、半導体パッケージ1を封止材32で封止する。そして、第2フレキ配線層14bを封止材32上に配置する。絶縁層38を配置した後、ビア34c、内層配線層35及び36を形成するとともに、第1フレキ配線層14a及び第2フレキ配線層14bと内層配線層35及び36とを各々接続する。第2フレキ配線層14b以外の配置は、第2の実施の形態のプリント基板2と同様の構成である。このように、プリント基板3は、半導体チップ11とビア34cとの距離が近く、半導体チップ11からの熱が封止材32を介してビア34cから外部に放熱されることもできるため、半導体チップ11の放熱性にも優れている。また、第1フレキ配線層14a及び第2フレキ配線層14bの配置に応じてビア24a等の配置を決定することができる。このため、絶縁層37の配線仕様に拘束されることなく容易に半導体パッケージ1を実装することができる。
第4の実施の形態に係るプリント基板4は、半導体パッケージ1の半導体チップ11が内蔵領域52の下方に配置される絶縁層47と対向するように配置されている。このため、第2フレキ配線層14bは、内蔵領域52に設けられた端子41bと導電材49を介して接合されている。また、第1フレキ配線層14aは、絶縁層47上の一部領域51に設けられた端子41aと導電材49を介して接合されている。ここで導電材49は、異方性導電性ペースト、異方性導電性接着剤、異方性導電フィルム、金属バンプ、はんだ、などにより電気的に接続を実施することができる。また、リジッド配線層12は、ビア44cを介して内層配線層45等と接続されている。
以上のように、第2〜第4の実施の形態に係るプリント基板2〜4は、半導体パッケージ1がフレキシブル配線層14を有するため、端子の位置によりプリント基板の配線パターンの設計が制限されない。また、フレキシブル配線層14は、絶縁開口部(不図示)があり、そこが端子として機能するため、端子13の機能を代替する働きをもっているため端子の狭ピッチ化を回避することができる。
次に、第5の実施の形態に係るプリント基板の製造方法について説明する。図5〜7は、本実施の形態に係るプリント基板の製造工程を示す断面図である。
まず、図5に示すように、半導体パッケージ1と接続する端子パッド21など、配線パターンを絶縁層27上に形成する。端子21は、半導体パッケージ1の内蔵領域29に配置されている。
次に、図6に示すように、半導体パッケージ1の端子13を端子パッド21に位置合わせを行い、半導体パッケージ1を絶縁層27上に搭載する。次いで、半導体パッケージ1をはんだ付けなどで実装する。そして、半導体パッケージ1の周囲に絶縁層23を設け、第1フレキ配線層14aを絶縁層23上に配置し、第2フレキ配線層14bを半導体チップ11上に配置する。図8は、本実施の形態に係る半導体パッケージ1の第1フレキ配線層14aを絶縁層23上に配置したときの上面斜視図である。なお、図8のA−A断面図が、図6となる。図6に示すように、第1フレキ配線層14aを絶縁層23上に配置し、第2フレキ配線層14bを半導体チップ11上に配置する。このように、第1フレキ配線層14aは、可動範囲内であれば配置場所に限定されないため、内蔵領域29の配線パターンの設計を制限することがない。
最後に、図7に示すように、内蔵領域29の半導体パッケージ1を封止材22で封止する。なお、封止材22の代わりに、上述したように絶縁層28の積層工程時の樹脂の流れ込みを利用して、流れ込み樹脂を封止材22とする方法もある。そして、封止材22、絶縁層23、第1フレキ配線層14a上面に絶縁層28を積層し、絶縁層上には銅膜(不図示)を形成する。この、銅膜(不図示)にマスク(不図示)を設け、パターニング処理により内層配線層25を形成する。その後、第1フレキ配線層14aの端子(不図示)上の絶縁層28及び内層配線層25にレーザで孔を設け、銅メッキ処理によりビア24a及び24bを形成する。これと同時に、レーザで第2フレキ配線層14bの端子(不図示)上の封止材22、絶縁層28及び内層配線層25に孔を設け、銅メッキ処理によりレーザビア24cおよび24dを形成する。最後に、前述の内層配線層25と同様の工程を経て、表層配線層26を形成する。なお、前述のレーザ穴あけ部に銅メッキを施し、導通を確保する方法に代えて、例えばレーザ穴あけ部に導電性ペーストを埋めることで導通を確保する方法や、また銅膜上に金属バンプを形成した後そのバンプで絶縁層28を貫通させることで第1フレキ配線層14aおよび14bと内層配線層25の導通を確保する方法もあり、製造状況に応じて最適な方法を選択することができる。
次に、第6の実施の形態に係るプリント基板の製造方法について説明する。図9〜12は、本実施の形態に係るプリント基板の製造方法を示す工程図である。なお、第5の実施の形態と同様の工程については説明を省略する。
まず、図9に示すように、第1フレキ配線層14aと接続する端子パッド41a、および第2フレキ配線層14bと接続する端子41bなど、配線パターンが絶縁層47上に形成される。なお、選択した実装方法の必要性に応じて第1領域51及び第2領域(内蔵領域)52を異方性導電性ペースト、導電性接着剤、異方性導電フィルム、はんだペースト等で予め配置しておく。
次に、図10に示すように、本実施の形態では、半導体パッケージ1のリジッド配線層を上向きにして、即ちリジッド配線層の電極400を上向きにして搭載する。この際、半導体パッケージ1の第2フレキ配線層14bを半導体チップ11上に巻き付けて配置する。そして、第2フレキ配線層14bの導体部(不図示)と端子パッド41bとを接続して導通する。また、第1フレキ基板14aを第1領域51に配置し、第1フレキ配線層14aの導体部(不図示)と端子41aとを電気的に接続して導通する。このように配置した半導体パッケージ1は、図10に示すように、半導体チップ11が下方に向いて絶縁層47と対向して配置されることになる。また、第1フレキ配線層14a及び第2フレキ配線層14bの各々を異方性導電性接着剤などで端子パッド41a及び41bに実装する。なお、導電材49の電気的接続を意図しない部分は、絶縁性を保持してもよい。
次に、図11に示すように、半導体パッケージ1が露出するように、半導体パッケージ1の周囲に絶縁層43を設ける。最後に、図12に示すように、半導体パッケージ1を封止材42で封止し、第5の実施の形態と同様の工程で絶縁層48、ビア、内層配線層45及び46を順次形成する。
以上のように、本実施の形態に係るプリント基板の製造方法は、第1領域51に端子パッド41aが予め設けられている場合でも、第1フレキ配線層14aの可動範囲内であれば、容易に半導体パッケージ1を実装することができる。また第1領域51に第1フレキ配線層14aを配置せず、絶縁層43、48の間に第1フレキ配線層14aを配置する場合は、第5の実施の形態と同様に製造する。その場合も第1フレキ基板14aと内層配線層45との間に必要に応じてビアを形成することができる。
本実施の形態に係る半導体パッケージ1では、リジッド配線層12の二つの側面に第1フレキ配線層14a及び第2フレキ配線層14bを接続しているが、電極400が多数必要な場合には、リジッド配線層12のどの側面からでもフレキシブル配線層14を延設してもよい。このような態様では、他ピン化する状況でも電極400の狭ピッチ化を抑制することができる。また、リジッド配線層12の一つの側面に複数のフレキシブル配線層14を配置してもよい。このように、フレキシブル配線層14を配置する場所や数は、第1領域51の配線パターンを考慮し、適宜選択することができる。
ここで説明したプリント基板1〜3(図2〜4)は一例であり、それらの構造を組み合わせた状態で実施するなどの選択は、設計仕様に応じて適宜、取捨選択が可能である。
本実施の形態に係るプリント基板1〜3(図2〜4)は、表層に電子部品、コネクタ、ソケット、冷却構造、など必要な機能を搭載し、それら一体として電気的に機能させることもできる(不図示)。
本実施の形態に係るプリント基板は、パソコン、携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器に適用することができる。
以上、実施の形態によれば、以下の付記で示す技術的思想が開示されている。
(付記1)
内層配線層を備える多層プリント基板であって、端部が自由端であるフレキシブル配線層を含む半導体パッケージが内蔵され、前記フレキシブル配線層が前記内層配線層と電気的に接続される多層プリント基板。
(付記2)
前記フレキシブル配線層は、前記半導体パッケージの内蔵領域よりも外側に延在された状態で前記内層配線層と電気的に接続される付記1に記載のプリント基板。
(付記3)
前記フレキシブル配線層の一部は、前記半導体パッケージの表面に密着されており、貫通ビアを介して前記内層配線層と接続される付記1に記載のプリント基板。
(付記4)
前記フレキシブル配線層の一部は、封止材を介して前記半導体パッケージの表面に配置されており、前記内層配線層と直接接続される付記1に記載のプリント基板。
(付記5)
前記フレキシブル配線層の一部は、前記半導体パッケージの内蔵領域よりも外側に設けられる端子パッドに導電材にて接続される付記1に記載のプリント基板。
(付記6)
内層配線層を有する多層プリント基板の製造方法であって、
表面に導電パッドが形成される内層基板上に、端部が自由端であるフレキシブル配線層を含む半導体パッケージを前記導電パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記半導体パッケージの周囲に絶縁層を設ける工程と、
前記フレキシブル配線層を前記絶縁層上に形成される内層配線層と電気的に接続する工程と、を備えることを特徴とする多層プリント基板の製造方法。
(付記7)
前記フレキシブル配線層の一部を、前記半導体パッケージの表面に密着して配置し、
貫通ビアを介して前記内層配線層と接続する、付記6に記載の多層プリント基板の製造方法。
(付記8)
前記フレキシブル配線層の一部を、封止材を介して前記半導体パッケージの表面に配置する、付記6に記載の多層プリント基板の製造方法。
(付記9)
前記フレキシブル配線層の一部を、前記半導体パッケージの内蔵領域よりも外側に設けられる端子パッドに導電材にて接続する、付記6に記載の多層プリント基板の製造方法。
1 半導体装置(半導体パッケージ)、2〜4 プリント基板、11 半導体チップ、12 リジッド配線層、13、21、31、41a及び41b 端子、14(14a及び14b) フレキシブル配線層(フレキ配線層)、22、32及び42 封止材、23、33及び43 絶縁層、24a〜24d、34c及び44c ビア、25、35及び45 第1配線層、26、36及び46 第2配線層、27、37及び47 絶縁層、28、38及び48 絶縁層、29、39および52 半導体パッケージが実装される内蔵領域、49 導電材、51 第1領域。

Claims (6)

  1. 内層配線層を備える多層プリント基板であって、
    端部が自由端であるフレキシブル配線層を含む半導体パッケージが内蔵され、
    前記フレキシブル配線層が前記内層配線層と電気的に接続されることを特徴とする多層プリント基板。
  2. 前記フレキシブル配線層は、前記半導体パッケージの内蔵領域よりも外側に延在された状態で前記内層配線層と電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のプリント基板。
  3. 前記フレキシブル配線層の一部は、前記半導体パッケージの表面に密着されており、貫通ビアを介して前記内層配線層と接続されることを特徴とする請求項1に記載のプリント基板。
  4. 前記フレキシブル配線層の一部は、封止材を介して前記半導体パッケージの表面に配置されており、前記内層配線層と直接接続されることを特徴とする請求項1に記載のプリント基板。
  5. 前記フレキシブル配線層の一部は、前記半導体パッケージの内蔵領域よりも外側に設けられる端子パッドに導電材にて接続されることを特徴とする請求項1に記載のプリント基板。
  6. 内層配線層を有する多層プリント基板の製造方法であって、
    表面に導電パッドが形成される内層基板上に、端部が自由端であるフレキシブル配線層を含む半導体パッケージを前記導電パッドに位置合わせして搭載する工程と、
    前記半導体パッケージの周囲に絶縁層を設ける工程と、
    前記フレキシブル配線層を前記絶縁層上に形成される内層配線層と電気的に接続する工程と、を備えることを特徴とする多層プリント基板の製造方法。
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