JP5987314B2

JP5987314B2 - プリント配線板

Info

Publication number: JP5987314B2
Application number: JP2011286240A
Authority: JP
Inventors: 俊樹古谷; 剛士古澤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013135168A

Description

本発明は、コア基板に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されて成り、チップを実装するためのプリント配線板に関するものである。

ロジックチップ等を搭載するパッケージ用プリント配線板には、ロジックチップで発生する熱を効率的に逃がすことが求められる。特許文献１には、半導体素子を搭載する多層配線板の放熱性を向上させるため、コア基板に金属板を用いる構成が提案されている。

特開２００５−７２０６４号公報

しかしながら、特許文献１は、金属板から成るコア基板により水平方向への放熱性を向上させることができるが、搭載したチップ側から実装される外部接続基板側への垂直方向の放熱性を改善する効果は薄いと考えられる。また、金属板から成るコア基板により、基板全体の銅占有率が高く、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層すると、プリント配線板に反りが生じやすいと推測される。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、垂直方向への放熱性の高いプリント配線板を提供することにある。

第１面と該第１面とは反対側の第２面を有するコア基板と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通するスルーホール導体用貫通孔に銅めっきを充填して成るスルーホール導体と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に収容される放熱部材と、
前記コア基板に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層された配線積層部とを備えるプリント配線板であって：
前記放熱部材は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記放熱部材の表裏両面にビア導体が接続され、
前記スルーホール導体は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記スルーホール導体の前記第１面側と前記第２面側にビア導体が接続され、
前記放熱部材が収容される前記貫通孔に隣接する貫通孔に電子部品を収容することを技術的特徴とする。

本願発明のプリント配線板は、コア基板の貫通孔に放熱部材を備えるため、垂直方向の放熱性が高く、実装したチップの熱を、実装される外部接続基板側へ効率的に逃がすことができる。貫通孔内のみに放熱部材を収容するため、プリント配線板全体の銅占有率が低く、樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層された配線積層部に反りが生じ難い。

本発明の第１実施形態に係る半田バンプを有するプリント配線板の製造方法を示す工程図。第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。第１実施形態の半田バンプを有するプリント配線板の断面図。第１実施形態のプリント配線板の応用例。第２実施形態のプリント配線板の断面図。第２実施形態の第１改変例に係るプリント配線板の断面図。第２実施形態の第２改変例に係るプリント配線板の平面図。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る半田バンプを有するプリント配線板１００の断面が図６に示される。そのプリント配線板１００では、銅製の放熱ブロック８０がコア基板３０に内蔵され、該コア基板３０の第１面と第２面に１層のビルドアップ層が形成されている。

コア基板３０は第１の放熱ブロック８０を収容するための貫通孔（開口）２０を有する絶縁性基材３０Ｍと絶縁性基材の主面（Ｆ）に形成されている第１の導体層３４Ａと絶縁性基材の副面（Ｓ）に形成されている第２の導体層３４Ｂを有する。主面と副面は対向する面である。貫通孔（開口）２０は絶縁性基材を貫通している。さらに、コア基板は、第１の導体層と第２の導体層とを接続しているスルーホール導体３６を有している。コア基板の第１面（ＦＦ）は第１導体層の上面でありコア基板の第２面（ＳＳ）は第２導体層の上面である。コア基板に形成されている貫通孔２０に放熱ブロック８０が収容されている。放熱ブロックは主面と主面と反対側の副面を有している。放熱ブロックの主面上にビア導体６０Ｍが接続され、副面上にビア導体６０Ｄが接続されている。

該貫通孔２０には充填樹脂５０αが充填されている。スルーホール導体３６は、絶縁性基材に形成されているスルーホール導体用の貫通孔３１を銅めっきで充填することにより形成される。スルーホール導体用の貫通孔３１は、絶縁性基材の主面側に形成されている第１開口部３１ａと、絶縁性基材の副面側に形成されている第２開口部３１ｂで形成されている。第１開口部３１ａは主面から副面に向かってテーパしている。第２開口部２８ａは副面から主面に向かってテーパしている。該第１開口部３１ａと該第２開口部３１ｂはコア基板内部で繋がっている。

絶縁性基材３０Ｍの主面Ｆと第１の導体層と放熱ブロックの主面上に上側のビルドアップ層が形成されている。上側のビルドアップ層は１層であって、絶縁層５０Ａと絶縁層上の導体層５８Ａと異なる導体層を接続し絶縁層５０Ａを貫通するビア導体６０Ａ、６０Ｍで形成されている。図６では、ビア導体６０Ａはコア基板の導体層３４Ａと絶縁層上の導体層５８Ａやスルーホール導体と絶縁層上に形成されている導体層５８Ａを接続している。また、ビア導体（上側の接続ビア導体）６０Ｍは放熱ブロック（放熱ブロック）の主面と導体層５８Ａを接続している。

絶縁性基材３０Ｍの副面Ｓと第２の導体層と放熱ブロックの副面上に下側のビルドアップ層が形成されている。下側のビルドアップ層は１層であって、絶縁層５０Ｂと絶縁層上の導体層５８Ｂと異なる導体層を接続し絶縁層５０Ｂを貫通するビア導体６０Ｂ、６０Ｄで形成されている。図６では、ビア導体６０Ｂはコア基板の導体層３４Ｂと絶縁層上の導体層５８Ｂやスルーホール導体と絶縁層上に形成されている導体層５８Ｂを接続している。また、ビア導体（下側の接続ビア導体）６０Ｄは放熱ブロック（放熱ブロック）の副面と導体層５８Ｂを接続している。

上側と下側のビルドアップ層上に導体層５８Ａ、５８Ｂやビア導体、接続ビア導体を露出する開口７１を有するソルダーレジスト層７０が形成されている。開口７１から露出する導体（パッド）上に半田バンプ７６Ｕ、７６Ｄが形成されている。
上側のビルドアップ層上のソルダーレジスト層はＩＣチップを搭載するための領域を有している。図７に示すように上側のビルドアップ層上に形成されている半田バンプ７６Ｕを介してＩＣチップ９０のパッド９２に接続され、プリント配線板にＩＣチップ９０が実装される。下側のビルドアップ層上に形成されている半田バンプ７６Ｄを介してマザーボードのパッド９６に接続され、プリント配線板１００がマザーボード９８に搭載される。

第１実施形態のプリント配線板は、コア基板３０の貫通孔２０に放熱ブロック８０を備えるため、垂直方向の放熱性が高く、実装したＩＣチップ９０の熱を、実装されるマザーボード９８側へ効率的に逃がすことができる。貫通孔２０内のみに銅製の放熱ブロックを収容するため、プリント配線板全体の銅占有率が低く、樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ層に反りが生じ難い。

ここで、コア基板の厚みは７０〜２５０μｍである。放熱ブロックの厚みはコア基板以下であって、体積は０．２mm3以上０．４mm3以下であることが望ましい。体積が０．２mm3未満では、放熱性が低下する。一方、０．４mm3を越えると、コア基板との熱膨張係数の違いから反りの原因と成る可能性がでる。

放熱ブロックに接続される主面側のビア導体６０Ｍ、副面側のビア導体６０Ｄは、グランド線を構成している。これにより、放熱性と共に、グランドラインの容量を増大させ、ＩＣチップへの電力供給を安定させている。

主面側のビア導体６０Ｍの数は、副面側のビア導体６０Ｄの数よりも多い。熱源であるＩＣチップ側のビア導体６０Ｍの数を増やすことで、放熱性を高めている。

第１実施形態のプリント配線板１００の製造方法が図１〜図５に示される。
（１）エポキシ樹脂またはＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂とガラスクロスなどの補強材からなる絶縁性基材３０Ｍの両面に１５μｍの銅箔３２がラミネートされている銅張積層板２０Ｍが出発材料である。絶縁性基材３０Ｍは主面と主面と反対側の副面とを有し、その厚さは、７０〜２５０μｍである。７０μｍより薄いと絶縁性基材の強度が低すぎる。厚みが２５０μｍを越えると、放熱ブロックをビア導体で挟むことが難しくなる。また、レーザによるテーパ形状のスルーホール導体用の貫通孔の形成が困難である。まず、銅箔３２の表面に黒化処理が施される（図１（Ａ））。

（２）絶縁性基材３０Ｍの主面Ｆ側からＣＯ２レーザが照射され、主面Ｆ側に主面から副面Ｓに向けて細くなっている第１開口部３１ａが形成される（図１（Ｂ））。第１開口部３１ａは、主面Ｆから副面Ｓに向かってテーパしている。

（３）絶縁性基材３０Ｍの副面Ｓ側からＣＯ２レーザが照射され、副面Ｓ側に副面から主面Ｆに向けて細くなっている第２開口部３１ｂが形成される。第１開口部と第２開口部でスルーホール導体用の貫通孔３１が形成される（図１（Ｃ））。第２開口部３１ｂは、副面Ｓから主面Ｆに向かってテーパしている。

（４）無電解めっき処理により貫通孔の内壁と銅箔３２上に無電解めっき膜３３が形成される（図１（Ｄ））。更に、電解めっき処理により無電解めっき膜３３上に電解めっき膜３７が形成され、貫通孔内にスルーホール導体３６が形成される。貫通孔３１が電解めっき膜で充填されている。貫通孔を充填しているめっき膜からなるスルーホール導体３６が形成される（図１（Ｅ））。

（５）絶縁性基材３０Ｍ上の電解めっき膜３７上に所定パターンのエッチングレジスト３５が形成される（図１（Ｆ））。

（６）エッチングレジストから露出する電解めっき膜３７、無電解めっき膜３３、銅箔３２が除去される。その後、エッチングレジストが除去され導体層３４Ａ、３４Ｂ及びスルーホール導体３６が形成される（図２（Ａ））。導体層３４Ａ、３４Ｂは導体回路やスルーホール導体のランドを含む。

（７）絶縁性基材３０Ｍの中央部にコンデンサなどの放熱ブロックを収容するための貫通孔（開口）２０がレーザにより形成される。コア基板３０が完成する（図２（Ｂ））。

（８）貫通孔２０が塞がれるように、ＰＥＴフィルムからなるテープ９４がコア基板の第１面ＦＦに貼り付けられる（図２（Ｃ））。

（９）コア基板の第２面側からマウンターで放熱ブロック８０が搭載される（図２（Ｄ））。ここで、貫通孔２０により露出するテープ９４上に樹脂膜が形成され、放熱ブロックを樹脂膜上に固定させることも可能である。

（１０）貫通孔２０が塞がれるように、コア基板３０の第２面ＳＳ上にＢ−ステージのプリプレグなどの樹脂フィルム５０ｂ及び銅箔４９が積層される（図２（Ｅ））。加熱プレスにより、樹脂フィルム５０ｂから樹脂と無機粒子が貫通孔２０内にしみ出て、貫通孔２０内が樹脂５０αで充填される。樹脂フィルム５０ｂは樹脂とシリカなどの無機粒子を含む。樹脂フィルムは無機粒子以外にガラスクロスなどの補強材を含んでも良いし含まなくてもよい。樹脂フィルムが補強材を含む場合、絶縁層の熱膨張係数と放熱ブロックの熱膨張係数が近くなる。樹脂フィルムが補強材を含まない場合、加熱プレスによる放熱ブロックのダメージを小さくすることができる。

貫通孔を充填している樹脂と樹脂フィルムの樹脂を硬化させることで、貫通孔２０内に第１の充填樹脂５０αが形成され、絶縁性基材の副面と第２の導体層と放熱ブロック上に絶縁層５０Ｂが形成される。絶縁層５０Ｂは下側のビルドアップ層の層間樹脂絶縁層である。

（１１）テープ除去後（図３（Ａ））、コア基板３０の第１面ＦＦ上にＢ−ステージのプリプレグなどの樹脂フィルム、銅箔４９が積層される。樹脂フィルムの樹脂を硬化させることで、樹脂フィルムから絶縁性基材の主面と第１の導体層、放熱ブロック上に絶縁層５０Ａが形成される（図３（Ｂ））。絶縁層５０Ａは上側のビルドアップ層の層間樹脂絶縁層である。

（１２）絶縁層５０Ａに放熱ブロックの主面に至る開口５１Ａが形成される。それ以外、導体層やスルーホール導体に至る開口５１が形成される。絶縁層５０Ｂに放熱ブロック副面に至る開口５１Ｂが形成される。それ以外、導体層やスルーホール導体に至る開口５１が形成される（図３（Ｃ）参照）。過マンガン酸塩などの酸化剤で開口５１、５１Ａ、５１Ｂの内部が洗浄される。また、絶縁層５０Ａ、５０Ｂの表面に粗面が設けられる（図示せず）。

（１３）絶縁層５０Ａ、５０Ｂの表面と開口５１、５１Ａ、５１Ｂの内壁に無電解めっき膜５２が形成される（図３（Ｄ））。

（１４）無電解めっき膜５２上にめっきレジスト５４が形成される（図４（Ａ））。

（１５）次に、電解めっき処理により、めっきレジスト５４から露出する無電解めっき膜上に電解めっき膜５６が形成される（図４（Ｂ）参照）。

（１６）その後、めっきレジスト５４が５％ＮａＯＨで除去される。電解めっき膜間の無電解めっき膜が除去され、無電解めっき膜５２と電解めっき膜５６からなる導体層５８（５８Ａ、５８Ｂ）及びビア導体６０Ａ、６０Ｂ、上側のビア導体６０Ｍ、下側のビア導体６０Ｄが形成される（図４（Ｃ））。導体層５８は導体回路やビア導体のランドを含んでいる。
絶縁層と絶縁層上の導体層５８と絶縁層を貫通し異なる導体層を接続するビア導体で形成される上側のビルドアップ層と下側のビルドアップ層が形成される。上側のビルドアップ層は絶縁性基材の主面上に形成されていて、下側のビルドアップ層は絶縁性基材の副面上に形成されている。

（１７）上側と下側のビルドアップ層上に開口７１を有するソルダーレジスト層７０が形成される。プリント配線板１００が完成する（図５（Ａ））。開口７１から露出する導体層またはビア導体がパッドとして機能する。上側のビルドアップ層上のソルダーレジストが上側のソルダーレジスト層であり、下側のビルドアップ層上のソルダーレジストが下側のソルダーレジスト層である。

（１８）パッド上にニッケル層７２、金層７４の順で金属膜が形成される（図５（Ｂ））。その他の金属膜として、スズやＮｉ／Ｐｄ／Ａｕが挙げられる。

（１９）この後、上側のソルダーレジスト層の開口７１から露出するパッドに半田バンプ７６Ｕが形成される。下側のソルダーレジスト層の開口７１から露出するパッドに半田バンプ７６Ｄが形成される。半田バンプを有するプリント配線板１００が完成する（図６）。

上側のビルドアップ層上に半田バンプ７６Ｕを介してＩＣチップ９０がプリント配線板１００へ実装される。そして、プリント配線板１００がマザーボードに実装される（図７）。

[第２実施形態]
図８は、第２実施形態のプリント配線板の断面を示す。
第２実施形態のプリント配線板では、放熱ブロック８０Ａを収容するための貫通孔２０Ａと、チップコンデンサ等の電子部品８０Ｂとを収容する貫通孔２０Ｂとを備える。第２実施形態では、電子部品とＩＣチップとの距離を縮めながら、放熱性を高めることができる。

[第２実施形態の第１改変例]
図９は、第２実施形態の第１改変例に係るプリント配線板の断面を示す。
第２実施形態の第１改変例に係るプリント配線板では、放熱ブロック８０Ａを収容するための貫通孔２０Ａと、チップコンデンサ８０Ｂとを収容する貫通孔２０Ｂとを備える。チップコンデンサのマイナス端子８０ＢＴと、放熱ブロック８０Ａとは、絶縁層５０Ａ上のグランドライン５８ＡＬを介して、同時に、絶縁層５０Ｂ上のグランドライン５８ＢＬを介して接続されている。第２実施形態の第１改変例では、チップコンデンサと共に、ＩＣチップへのグランドラインを強化することができる。

[第２実施形態の第２改変例]
図１０は、第２実施形態の第２改変例に係るプリント配線板の平面を示す。
第２実施形態の第２改変例に係るプリント配線板では、チップコンデンサ等の電子部品８０Ｂとを収容する貫通孔２０Ｂが中央に配置され、放熱ブロック８０Ａを収容するための貫通孔２０Ａが四隅に配置される。第２実施形態の第２改変例では、ＩＣチップからの熱を均等に外部接続基板側に伝導させることができる。

上述した実施形態では、コア基板の１層のビルドアップ層が設けられる例を例示したが、本願発明の構成は、複数層のビルドアップ層が設けられる場合にも適用可能である。

２０貫通孔
３０コア基板
３４Ａ、３４Ｂ導体層
５０Ａ、５０Ｂ絶縁層
５８Ａ導体層
６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｍ、６０Ｄビア導体
８０、８０Ａ放熱ブロック

Claims

第１面と該第１面とは反対側の第２面を有するコア基板と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通するスルーホール導体用貫通孔に銅めっきを充填して成るスルーホール導体と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に収容される放熱部材と、
前記コア基板に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層された配線積層部とを備えるプリント配線板であって：
前記放熱部材は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記放熱部材の表裏両面にビア導体が接続され、
前記スルーホール導体は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記スルーホール導体の前記第１面側と前記第２面側にビア導体が接続され、
前記放熱部材が収容される前記貫通孔に隣接する貫通孔に電子部品を収容する。
請求項１のプリント配線板であって：
前記放熱部材は、矩形形状の銅ブロックである。
請求項１のプリント配線板であって：
前記放熱部材の体積は、０．２mm3以上０．４mm3以下である。
請求項１のプリント配線板であって：
前記放熱部材に接続されるビア導体は、グランド線を構成する。
請求項１のプリント配線板であって：
前記放熱部材に接続されるビア導体の数は、チップ側の面が、外部接続基板側の面よりも多い。
第１面と該第１面とは反対側の第２面を有するコア基板と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通するスルーホール導体用貫通孔に銅めっきを充填して成るスルーホール導体と、
前記第１面から前記第２面方向に前記コア基板を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に収容される放熱部材と、
前記コア基板に樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層された配線積層部とを備えるプリント配線板であって：
前記放熱部材は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記放熱部材の表裏両面にビア導体が接続され、
前記スルーホール導体は、プリント配線板の搭載されるチップの直下の領域に配置され、前記スルーホール導体の前記第１面側と前記第２面側にビア導体が接続され、
前記放熱部材が収容される前記貫通孔に隣接する貫通孔に放熱ブロックを収容する。
請求項６のプリント配線板であって、
前記放熱部材と隣接配置された前記放熱ブロックとを、前記放熱部材に接続されるビア導体と、前記放熱ブロックに接続されたビア導体とを介して、チップ側の面の前記導体層と外部接続基板側の面の前記導体層とにより表裏で接続する。