(57)【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、半導体チップ搭載部とを具備する配線基板において、
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、該金属板は、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配線基板。
【請求項２】
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１記載の配線基板。
【請求項３】
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、半導体チップ搭載部とを具備する配線基板において、
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、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配線基板。
【請求項４】
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１〜３いずれか１項記載の配線基板。
【請求項５】
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１〜４いずれか１項記載の配線基板。
【請求項６】
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１〜５いずれか１項記載の配線基板。
【請求項７】
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１〜６いずれか１項記載の配線基板。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の配線基板における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配線基板。
【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、本発明に係る配線基板は、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、半導体チップ搭載部とを具備する配線基板において、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、該金属板は、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。
【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３〜４×１０-6／℃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、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】
また、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。
【００１０】
また、本発明に係る配線基板は、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、半導体チップ搭載部とを具備する配線基板において、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、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。
これにより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。
【００１１】
また、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。
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。
【００１２】
また、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。
また、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。
【００１３】
また、本発明に係る配線基板は、上記配線基板における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。
【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３３の両面およびスルーホール３４の内壁に有機絶縁層３５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３５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３３ｃ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３３ｅ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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