JP2017050315A - プリント配線板及びプリント配線板の製造方法 - Google Patents

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Teruyuki Ishihara
輝幸 石原
海櫻 梅
Haiying Mei
海櫻 梅
浩之 坂
Hiroyuki Saka
浩之 坂
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

【課題】 半導体装置間の配線距離の短縮
【解決手段】 実装エリアSMFに、電子部品90を搭載するためのパッド58Pと、パッドを第1回路基板130のスルーホール導体36に接続する接続線58Lとが形成されている。接続線58Lによりパッドを第1回路基板のスルーホール導体36に接続することができるため、実装領域に搭載される半導体素子90と、第1回路基板に実装される上基板310とを短い距離で接続することができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、実装エリアを露出するためのキャビティを有するプリント配線板、及び、該プリント配線板の製造方法に関する。
特許文献1は、電子部品の実装領域を備える多層のベース基板と実装領域を露出させるキャビティを備えるキャビティ基板とから成る半導体素子搭載用のパッケージ基板を開示している。
特開2015−60912号
[特許文献1の課題]
特許文献1に開示されているパッケージ基板は、実装領域に搭載されている第1の半導体素子と、キャビティ基板に搭載されている第2の半導体素子との間の接続を、ベース基板の中側を介して引き回すため、一旦、第2の半導体素子から遠ざかる方向に迂回することになり、信号の電送に時間が掛かると考えられる。
本発明のプリント配線板は、実装エリアを有する第3面と前記第3面と反対側の第4面とを有する第2回路基板と、前記第2回路基板の第3面上に積層されていて、第1面と前記第1面と反対側の第2面を有し、前記実装エリアを露出するための開口と、前記第1面と前記第2面とを接続するスルーホール導体とを有する第1回路基板と、からなる。そして、前記第1回路基板の前記第1面と前記第2回路基板の前記第3面が対向し、前記実装エリアには、電子部品を搭載するためのパッドと、パッドを前記第1回路基板の前記スルーホール導体に接続する接続線とが形成されている。
本発明の1実施形態のプリント配線板では、実装エリアに、電子部品を搭載するためのパッドと、パッドを第1回路基板のスルーホール導体に接続する接続線とが形成されている。接続線によりパッドを第1回路基板のスルーホール導体に接続することができるため、実装領域に搭載される半導体素子と、第1回路基板に実装される半導体素子とを短い距離で接続することができる。このため、信号の高速伝送が可能になると共に、信号線の電気特性を改善することができる。
図1(A)は本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の断面図であり、図1(B)は第1回路基板と第1回路基板の開口から露出する実装エリアを示す平面図である。 図2(A)第1実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図2(B)は半導体装置の応用例の断面図である。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。 本発明の第1実施形態の改変例に係るプリント配線板の断面図。 本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の断面図。 第2実施形態のプリント配線板の製造工程図。 第2実施形態のプリント配線板の製造工程図。
[第1実施形態]
図1(A)は第1実施形態のプリント配線板10を示す。第1実施形態のプリント配線板10は、第1面Fと第1面と反対側の第2面Sとを有する第1回路基板130と第3面Vと第3面と反対側の第4面Wとを有する第2回路基板155を有する。
図1(A)に示されている第2回路基板155は、交互に積層されている導体層58、158と第1の樹脂絶縁層50、第2の樹脂絶縁層150とから成る第1ビルドアップ層55と、交互に積層されている導体層258、358、458と第3樹脂絶縁層250、第4の樹脂絶縁層350、第5の樹脂絶縁層450とから成る第2ビルドアップ層255とで形成されている。第2回路基板155は第1回路基板130の第1面F上に積層されている。第2回路基板の第3面Vと第1回路基板の第1面Fは接している。第2回路基板の第1ビルドアップ層55を構成する第1の樹脂絶縁層50、第2の樹脂絶縁層150は補強材とエポキシなどの樹脂とシリカやアルミナなどの無機粒子(無機フィラー)で形成されている。補強材の例はガラス繊維やガラスクロスやアラミド繊維である。第2回路基板の第2ビルドアップ層255を構成する第3の樹脂絶縁層250、第4の樹脂絶縁層350、第5の樹脂絶縁層450は樹脂と無機粒子で形成され、補強材を備えない。各樹脂絶縁層50、150、250、350、450には、それぞれの樹脂絶縁層を貫通するビア導体60、160、260、360、460が形成されている。ビア導体は、第4面W側から第3面V側に向かって径が小さくなるようにテーパーしている。ビア導体により隣接する導体層が接続されている。
第2回路基板155は第3面Vの略中央部分に図1(B)に示される実装エリアSMFを有する。図1(B)のX1−X1断面が図1(A)に対応する。実装エリアは第1回路基板の開口26により露出されている。実装エリア上にICチップ等の電子部品が実装される。
図1(A)に示されている第1回路基板130は、無機粒子を含むモールド樹脂から構成される絶縁層30と、金属ポストから成るスルーホール導体36とスルーホール導体の第1端子36Fと第2端子36Sとで形成されている。絶縁層は第1面Fと第1面Fと反対側の第2面Sを有する。第1端子36Fは第1面上に形成されていて、第2端子36Sは第2面上に形成されている。第1回路基板は、さらに、第2回路基板の実装エリアSMFを露出するための開口26を有している。
図1(A)に示されるように、第2の樹脂絶縁層150上に実装エリアSMFが形成され、第1の樹脂絶縁層50は、第2の樹脂絶縁層の実装エリアSMFを露出させるための開口50aを備える。第2の樹脂絶縁層の実装エリアSMFには、電子部品を実装するためのパッド58Pが設けられている。パッド58Pには、第2の樹脂絶縁層150を貫通するビア導体160iを介して接続がとられる第1パッド58Piと、ビア導体160及び接続線58Lを介して接続がとられる第2パッド58Poとが設けられる。接続線58Lの第2パッド58Poの反対端は、第1回路基板130のスルーホール導体36に接続するビア導体60oに接続されている。パッド58Pと接続線58Lとは導体層58の一部である。図1(B)中に示されているように、第1パッド58Piは実装エリアSMFの中央側に設けられ、第2パッド58Poは実装エリアSMFの外側に設けられる。第2パッド58Poは、接続線58Lを介して横側に広がるように接続される(ファンアウト)。接続線58Lは、開口50a内では露出され、開口50aの外側では第1の樹脂絶縁層50によって被覆される。接続線58Lの開口50a内での露出部は厚みが薄く、開口50aの外側の第1の樹脂絶縁層50による被覆部は厚みが厚い。
プリント配線板は第2回路基板の最外の第5の樹脂絶縁層450と最外の導体層458上にビルドアップ層上のソルダーレジスト層70Fを有することができる。ビルドアップ層上のソルダーレジスト層70Fに導体層(最上の導体層)458を露出する開口71Fが形成されている。開口71Fにより露出される導体層458はマザーボードと接続するパッド73Fとして機能する。
パッド73F上に保護膜72を形成することができる。保護膜は、パッドの酸化を防止するための膜である。保護膜は、例えば、Ni/Au、Ni/Pd/Au、Pd/AuやOSP(Organic Solderability Preservative)膜で形成される。パッド58P、及び、接続線58Lの開口50a内での露出部上に保護膜を形成することができる。
第1回路基板130のスルーホール導体36は、第2面S側に形成された埋め込み配線18と、円柱状の金属ポスト32から構成される。但し、図9に示されるように第2面S側の埋め込み配線18は有っても無くても良い。スルーホール導体36の第1端子36Fは、金属ポスト32の第1面側の端部により構成される。第1端子36Fは、第1回路基板130の第1面Fとほぼ同一面上に形成されている。スルーホール導体36の第2面S側の第2端子36Sは埋め込み配線18の第2面S側の露出面により構成される。第2端子36Sは、第1回路基板130の第2面Sより凹んでいる。第1回路基板130は、第2面Sより凹んだ第2端子36Sを露出させる開口31Sを有する。第2端子36S上には保護膜72を形成することができる。
図2(A)は、第1実施形態のプリント配線板10の第1応用例(半導体装置)220を示す。第1応用例220は、パッケージ基板(第1のパッケージ基板)である。
半導体装置220では、第1回路基板130の開口26内にICチップなどの電子部品90が収容されている。ICチップ90は、開口26から露出するC4パッド58Pに半田バンプ76SIにより実装される。開口26内にはICチップを封止する充填樹脂102が充填されている。
図2(B)は、第1実施形態のプリント配線板10の第2応用例(POPモジュール)300を示す。第2応用例では、半導体装置220に接続体76SOを介して第2のパッケージ基板330が搭載されている。第2のパッケージ基板330は上基板310と上基板上に実装されているメモリ等の電子部品290を有する。接続体76SOは、上側の開口31Sにより露出される第2端子36S上に形成されている。図2(B)では、接続体76SOは、半田バンプ76SOである。半田バンプ以外の接続体の例はめっきポストやピンなどの金属ポスト(図示せず)である。めっきポストやピンの形状は円柱である。直円柱が好ましい。
上基板310上に電子部品290を封止するモールド樹脂302が形成されている。
プリント配線板10は、ビルドアップ層上のソルダーレジスト層70Fの開口71Fから露出されるパッド73Fに、マザーボードと接続するための半田バンプ76Fを有しても良い。
ICチップを封止する充填樹脂102、及び、第1回路基板130を構成する絶縁層30は、芯材を含有せず、無機粒子を含有する樹脂から成る。樹脂の例は、エポキシ樹脂やBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂を主としてなる樹脂である。無機粒子としては、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物およびケイ素化合物からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。更に、シリカ、アルミナ、ドロマイト等が挙げられる。第1実施形態で、充填樹脂102と絶縁層30とは同じ材料から成ることが好ましい。少なくとも、絶縁層30の熱膨張係数と充填樹脂102の熱膨張係数との差は、10ppm/℃より小さいことが望ましい。また、絶縁層30に含まれる無機粒子の含有率と充填樹脂102に含まれる無機粒子の含有率との差は、10重量%より小さいことが好ましい。充填樹脂102及び絶縁層30と、第1の樹脂絶縁層50及び第2の樹脂絶縁層150とは異なる材料から成る。充填樹脂102と絶縁層30は、無機粒子を85重量%含み、熱膨張係数(CTE)は10ppm/℃である。第1の樹脂絶縁層50及び第2の樹脂絶縁層150は、無機粒子を40重量%含み、熱膨張係数(CTE)は39ppm/℃である。絶縁層30と充填樹脂102との熱膨張係数の差は、絶縁層30と第1の樹脂絶縁層50の熱膨張係数の差より小さいことが好ましい。
充填樹脂102と絶縁層30に含まれる無機粒子の含有量(重量)%は、第1の樹脂絶縁層50に含まれる無機粒子の含有量(重量)%の1.5倍以上であり、充填樹脂102と絶縁層30の熱膨張係数は、第1の樹脂絶縁層50の熱膨張係数の半分以下であることが望ましい。充填樹脂102と絶縁層30とを同じ材質にすることで、第1の樹脂絶縁層50でクラックを発生し難くできる。
第1実施形態のプリント配線板は、剛性の高い絶縁層30を用いるため、プリント配線板の反りを小さくすることができる。第1実施形態のプリント配線板では、剛性の高い絶縁層30に隣接する第1の樹脂絶縁層50、第2の樹脂絶縁層150が補強材を備え、剛性が高いためクラックが入り難い。また、絶縁層30から離れた第3の樹脂絶縁層250、第4の樹脂絶縁層350、第5の樹脂絶縁層450が補強材を備えないため、全体の厚みを薄くすることができる。
第1実施形態のプリント配線板では、実装エリアSMFに、電子部品を搭載するためのパッド58Pと、パッドを第1回路基板130のスルーホール導体36に接続する接続線58Lとが形成されている。接続線58Lによりパッドを第1回路基板のスルーホール導体に接続することができるため、実装領域に搭載される半導体素子90と、第1回路基板に実装される上基板310とを短い距離で接続することができる。このため、信号の高速伝送が可能になる。
半導体素子90と上基板310との間の接続を、ビア導体160を介して上基板から遠くなる方向へU字状に引き回さないため、インダクタンス分が高くならず、信号線の電気特性を改善することができる。
[第1実施形態のプリント配線板の製造方法]
第1実施形態のプリント配線板10の製造方法が図3〜図8に示される。
支持板20zと金属箔24が準備される(図3(A))。図3(A)では、支持板20z上に金属箔24が積層されている。支持板20zの例は金属板や両面銅張積層板である。金属箔24の例は銅箔やニッケル箔である。
金属箔24上に電解銅めっきにより埋め込み配線18が形成される(図3(B))。但し、埋め込み配線18は形成されなくても良い。その場合、金属箔24上に直接導体ポスト32が形成されても良い。金属ポストを形成するための開口22aを備えるめっきレジスト22が形成される(図3(C))。めっきレジストの開口22a内に電解めっき膜28が形成される(図3(D))。めっきレジストが除去される。電解めっき膜28から成る金属ポスト32が形成され、埋め込み配線18及び金属ポスト32から成るスルーホール導体36が完成する(図3(E))。金属ポスト32は電解めっき膜のみで形成されている。
金属ポスト32と金属箔24上にモールド樹脂から成る絶縁層30が形成され、金属箔24、絶縁層30、金属ポスト32から成る第1中間体30αが完成する(図4(A))。絶縁層30の無機粒子含有量は75〜85重量%である。絶縁層30の表面及び金属ポスト32が研磨される(図4(B))。
絶縁層30の中央部分にレーザで、支持板20zに至る電子部品収容用の開口形成用の枠状の溝30βが形成される(図4(C))。このとき、枠状の溝30βに囲まれる部分にもスルーホール導体36を形成してもよい。これにより、導体の偏在による局所的な応力集中や反りを抑制できると考えられる。また、枠状の溝30βに囲まれる部分を剥離しやすくできると考えられる。枠状の溝30βを覆うように剥離層40が設けられる。剥離層40は、ポリイミドフィルム42の両面に離型膜44、44が積層されて成る(図5(A))。剥離層40を貫通させる開口50aの形成された樹脂絶縁層用のフィルム50αと銅箔48が用意される(図5(B))。支持板20zに樹脂絶縁層用のフィルムと銅箔48とが積層され、熱硬化されて第1の樹脂絶縁層50が形成される(図6(A))。第1の樹脂絶縁層50を貫通するビア導体60が形成され、第1の樹脂絶縁層上に導体層58が形成される(図6(B))。導体層58は、パッド58Pと接続線58Lとを含む。第1の樹脂絶縁層上に第2の樹脂絶縁層150が形成され、第2の樹脂絶縁層を貫通するビア導体160、導体層158が形成される。これにより、第1の樹脂絶縁層50、第2の樹脂絶縁層150、ビア導体60、160、導体層58、158から成る第1ビルドアップ層55が完成する(図7(A))。
第2の樹脂絶縁層150及び導体層158上に第3の樹脂絶縁層250が形成され、第3の樹脂絶縁層を貫通するビア導体260、導体層258が形成される。第3の樹脂絶縁層250及び導体層258上に第4の樹脂絶縁層350が形成され、第4の樹脂絶縁層を貫通するビア導体360、導体層358が形成される。第4の樹脂絶縁層350及び導体層358上に第5の樹脂絶縁層450が形成され、第5の樹脂絶縁層を貫通するビア導体460、導体層458が形成される。これにより、第3の樹脂絶縁層250、第4の樹脂絶縁層350、第5の樹脂絶縁層450、ビア導体260、360、460、導体層258、358、458から成る第2ビルドアップ層255が完成する。第5の樹脂絶縁層450、上に開口71Fを備えるソルダーレジスト層70Fが形成される。これにより、第2中間体300αが形成される(図7(B))。
支持板20zから第2中間体300αが分離され、枠状の溝30βが露出される(図7(C))。絶縁層30の内の枠状の溝で囲まれた部分30dを剥離することで開口26が形成される(図8(A))。剥離層40が除去され、第2の樹脂絶縁層150の一部が実装エリアとして開口26内に露出される(図8(B))。エッチングで、金属箔24が除去されると共に、埋め込み配線18の上面18Uが絶縁層30の第2面Sから凹まされ、開口26から露出するパッド58P、接続線58Lの露出部分の厚みが薄くされる(図8(C))。そして、Niめっき、Auめっきにより、埋め込み配線18の上面18U上、パッド73F上に保護膜72が形成される(図8(D))。
C4パッド73SI上の半田バンプ76SIを介してプリント配線板上にICチップ90が実装され、ICチップが充填樹脂(モールド樹脂)102で封止される。第1のパッケージ基板(半導体装置)220が完成する(図2(A))。ICチップは開口内に収容されている。ICチップは開口26から外にでていない。半田バンプ76SOを介して第2のパッケージ基板330が第1のパッケージ基板220に搭載される(図2(B))。POPモジュール(応用例)300が完成する。但し、半田バンプ76SIは、C4パッド73SI上ではなく、ICチップの側のパッド上に形成されてもよい。
[第2実施形態]
図10は第2実施形態のプリント配線板10の断面を示す。
第2実施形態のプリント配線板10の絶縁層30の金属ポスト32は、第1金属ポスト32aと第2金属ポスト32bとの2段構造になっている。第1金属ポスト32aと第2金属ポスト32bとの間には埋め込み配線18bが介在されている。絶縁層30は、第1絶縁層30aと第2絶縁層30bとの2層構造になっている。第1金属ポスト32aは第1絶縁層30aに埋められている。第2金属ポスト32bは第2絶縁層30bに埋められている。但し、第1金属ポスト32aと第2金属ポスト32bとの間の埋め込み配線18bは有っても無くても良い。
[第2実施形態のプリント配線板の製造方法]
第2実施形態のプリント配線板10の製造方法が図11,図12に示される。
上述された第1実施形態と同様にして、支持板20zの金属箔24上に埋め込み配線18、第1金属ポスト32a、第1絶縁層30aが形成される(図11(A))。第1絶縁層30aはモールド樹脂から成る。ここで、第1絶縁層30aの厚みは第1実施形態の絶縁層30の半分である。このため、電解めっきで形成される第1金属ポスト32aの高さが、第1実施形態の金属ポスト32の半分であり、第1金属ポスト32aは短時間で形成できる。
第1金属ポスト32a上に埋め込み配線18bが形成される(図11(B))。第2金属ポストを形成するための開口22baを備えるめっきレジスト22bが形成される(図11(C))。めっきレジストの開口22ba内に電解めっき膜28bが形成される(図12(A))。めっきレジストが除去される。電解めっき膜28bから成る第2金属ポスト32bが形成される(図12(B))。
第2金属ポスト32bと第1絶縁層30a上にモールド樹脂から成る第2絶縁層30bが形成され、金属箔24、第1絶縁層30a、第2絶縁層30b、第1金属ポスト32a、第2金属ポスト32bから成る中間体30αが完成する。第1絶縁層30aと第2絶縁層30bは同一の材質が用いられ、第1絶縁層30a、第2絶縁層30bの無機粒子含有量は75〜85重量%である。第2絶縁層30bの表面及び第2金属ポスト32bが研磨される(図12(C))。以降の製造工程は第1実施形態と同様である。
第2実施形態では、第1絶縁層30a、第2絶縁層30bの厚みは第1実施形態の絶縁層30の半分である。このため、電解めっきで形成される第1金属ポスト32a、第2金属ポスト32bの高さが、第1実施形態の金属ポスト32の半分であり、第1金属ポスト32a、第2金属ポスト32bは短時間で形成できる。また、金属ポスト32が、第1金属ポスト32aと第2金属ポスト32bとの2段構造であるため、各金属ポストで応力を緩和することができる。
10 プリント配線板
18 埋め込み配線
26 開口
30 絶縁層
32 金属ポスト
36 スルーホール導体
58 導体層
58P パッド
58L 接続線
130 第1回路基板
155 第2回路基板

Claims (9)

  1. 実装エリアを有する第3面と前記第3面と反対側の第4面とを有する第2回路基板と、
    前記第2回路基板の第3面上に積層されていて、第1面と前記第1面と反対側の第2面を有し、前記実装エリアを露出するための開口と、前記第1面と前記第2面とを接続するスルーホール導体とを有する第1回路基板と、からなるプリント配線板であって、
    前記第1回路基板の前記第1面と前記第2回路基板の前記第3面が対向し、
    前記実装エリアには、電子部品を搭載するためのパッドと、パッドを前記第1回路基板の前記スルーホール導体に接続する接続線とが形成されている。
  2. 請求項1のプリント配線板であって、更に、
    前記第2回路基板は、前記実装エリアを露出するための開口を有する第1の樹脂絶縁層と、前記第1の樹脂絶縁層の開口により露出される前記実装エリアを構成する第2の樹脂絶縁層と有する。
  3. 請求項2のプリント配線板であって、
    前記第1回路基板を構成する絶縁層は補強材を備えず、前記第2回路基板の前記第1の樹脂絶縁層と前記第2の樹脂絶縁層は補強材を備える。
  4. 請求項1のプリント配線板であって、
    前記第2回路基板の前記スルーホール導体は金属ポストから成る。
  5. 請求項4のプリント配線板であって、
    前記金属ポストの前記第1面側の表面は、前記第1回路基板の前記第1面と略同一面になる。
  6. 請求項2のプリント配線板であって、
    前記第2回路基板の前記スルーホール導体は金属ポストから成り、
    前記金属ポストの前記第1面側の表面は、前記第1回路基板の前記第1面と略同一面になり、
    前記第2回路基板の前記第1の樹脂絶縁層には、前記金属ポストの前記第1面側の表面に接続するビア導体が設けられている。
  7. 請求項3のプリント配線板であって、更に、
    前記第2回路基板の前記第2の樹脂絶縁層の前記実装エリアの反対側には第3の樹脂絶縁層が更に形成され、
    前記第3の樹脂絶縁層は補強材を備えない。
  8. 支持板上に金属ポストを形成することと、
    前記支持板上に前記金属ポストを埋設し第1回路基板となる絶縁層を形成することと、
    前記絶縁層に枠状の溝を形成することと、
    前記枠状の溝を被覆するように剥離膜を形成することと、
    前記絶縁層上に、前記剥離膜を貫通させる開口を備える第1の樹脂絶縁層を形成することと、
    該第1の樹脂絶縁層を貫通し前記金属ポストへ接続するビア導体を形成すると共に、前記剥離膜上に電子部品を搭載するためのパッドと、前記剥離膜及び前記第1の樹脂絶縁層上に前記パッドと前記ビア導体とを接続する接続線とを形成することと、
    前記第1の樹脂絶縁層および前記パッド、前記接続線上に第2の樹脂絶縁層を形成することと、
    前記支持板を除去することと、
    前記絶縁層の前記支持板から剥離された面側に前記枠状の溝を露出させることと、
    前記第1回路基板となる絶縁層の内の枠状の溝で囲まれた部分を剥離することで開口を形成することと、
    前記剥離膜を除去し、前記第2の樹脂絶縁層の一部を実装エリアとして開口内に露出させることと、を含むプリント配線板の製造方法。
  9. 請求項8のプリント配線板の製造方法であって、
    前記第1の樹脂絶縁層を貫通するビア導体は、前記金属ポストに直接接続される。
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