(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源用電極および信号用電極ならびに電気的入出力を行なわない予備用電極を下面に有する半導体素子が搭載される搭載部を上面に有するとともに、前記半導体素子の前記電源用電極が接続される電源用貫通導体および前記信号用電極が接続される信号用貫通導体ならびに前記予備用電極が接続される予備用貫通導体を有する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の下面に積層された第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に配設され、前記電源用貫通導体に電気的に接続された電源用配線導体とを具備する配線基板であって、前記電源用配線導体は、前記予備用貫通導体の直下領域を含む領域に形成されており、かつ前記予備用貫通導体と前記電源用配線導体との間に両者を絶縁する絶縁膜が配設され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、電気的入出力を行なわない予備用電極を下面に有する半導体素子を搭載する配線基板であって、その予備用電極に接続される予備用貫通導体を備えた配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、特に高集積化された半導体集積回路素子等の半導体素子においては、性能の向上や新しい機能の付加等を随時行なっていかないと、その商品価値がすぐに陳腐化してしまう傾向にある。
【０００３】
そこで、半導体集積回路素子の設計時には、電気的入出力を行なう電源用電極や信号用電極等のほかに、電気的な入出力を行なわない予備用電極を予め複数個余分に設けておき、機能付加等の必要に応じてこの予備用電極と半導体集積回路素子の内部回路とを接続し、予備用電極を新たな電気的入出力を行なう電極として活用することによって容易に設計変更ができるようにしている。
【０００４】
従来、このような半導体集積回路素子を搭載するための配線基板は、図３に断面図で示すように、例えば酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料からなる複数の絶縁層３１ａ〜３１ｅを積層してなり、その上面中央部に半導体集積回路素子３２が搭載される搭載部Ａを有する絶縁基体３１と、絶縁層３１ａと３１ｂとの間および３１ｂと３１ｃとの間にそれぞれ配設された電源用配線導体３３・３４と、絶縁層３１ｃと３１ｄとの間および３１ｄと３１ｅとの間に配設された信号用配線導体３５と、電源用配線導体３３・３４から搭載部Ａおよび絶縁基体１下面にかけてそれぞれ導出する電源用貫通導体３６ａ・３７ａおよび３６ｂ・３７ｂと、信号用配線導体３５から搭載部Ａおよび絶縁基体３１下面に導出する信号用貫通導体３８ａおよび３８ｂと、絶縁層３１ａ下面から搭載部Ａに導出する予備用貫通導体３９と、絶縁基体３１下面に被着され、各々各電源用貫通導体３６ｂ・３７ｂおよび信号用貫通導体３８ｂに接続された外部接続用導体４０とから構成されている。そして、半導体集積回路素子３２を電極形成面を下にして搭載部Ａに搭載するとともに、半導体集積回路素子３２の下面に形成された電源用電極と電源用貫通導体３６ａ・３７ａとを、および半導体集積回路素子３２の信号用電極と信号用貫通導体３８ａとを、ならびに半導体集積回路素子３２の予備用電極と予備用貫通導体３９とを半田から成るバンプ４１を介して接続することによって、半導体集積回路素子３２の電源用電極および信号用電極が配線基板の電源用配線導体３３・３４および信号用配線導体３５と電気的に接続される。そして、絶縁基体３１の下面に被着させた外部接続用導体４０を外部の電気回路に接続することによって、半導体集積回路素子３２が外部電気回路と電気的に接続されることとなる。
【０００５】
なお、電源用配線導体３３・３４は、それぞれ異なる電源電位を半導体集積回路素子３２に供給するための電源用配線導体であり、一方の電源用配線導体３３は電源用貫通導体３７ａおよび信号用貫通導体３８ａならびに予備用貫通導体３９の周囲を除く広面積のパターンに、もう一方の電源用配線導体３４は電源用貫通導体３６ｂおよび信号用貫通導体３８ａの周囲を除く広面積のパターンに形成されている。そして、これにより電源用配線導体３３と電源用貫通導体３７ａおよび信号用貫通導体３８ａならびに予備用貫通導体３９とが、また電源用配線導体３４と信号用貫通導体３８ａおよび電源用貫通導体３６ｂとが互いに電気的に絶縁されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によると、予備用貫通導体３９を絶縁層３１ａに多数設けたときには、この予備用貫通導体３９の周囲には電源用配線導体３３を設けることができないことから、その分、電源用配線導体３３の面積が狭いものとなってしまうとともに電源用配線導体３３における電流経路が大きく制限されて電源用配線導体３３のインダクタンスが大きなものとなってしまい、その結果、電源用配線導体３３から半導体集積回路素子３２に効率よく電源を供給することができなくなり、搭載する半導体集積回路素子３２を良好に作動させることができなくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、配線基板に予備用貫通導体を多数設けたとしても電源用配線導体の面積が狭いものとならず、電源用配線導体を介して半導体集積回路素子に効率よく電源を供給して搭載することができる、半導体集積回路素子を良好に作動させることが可能な配線基板を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電源用電極および信号用電極ならびに電気的入出力を行なわない予備用電極を下面に有する半導体素子が搭載される搭載部を上面に有するとともに、前記半導体素子の前記電源用電極が接続される電源用貫通導体および前記信号用電極が接続される信号用貫通導体ならびに前記予備用電極が接続される予備用貫通導体を有する第１の絶縁層と、この第１の絶縁層の下面に積層された第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に配設され、前記電源用貫通導体に電気的に接続された電源用配線導体とを具備する配線基板であって、前記電源用配線導体は、前記予備用貫通導体の直下領域を含む領域に形成されており、かつ前記予備用貫通導体と前記電源用配線導体との間に両者を絶縁する絶縁膜が配設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板によれば、上面に搭載部を有する第１の絶縁層とこの第１の絶縁層の下面に積層された第２の絶縁層との間に配設された電源用配線導体は、第１の絶縁層に設けられた予備用貫通導体の直下領域を含む領域に形成されていることから、電源用配線導体の面積が狭いものとなったり、電源用配線導体における電流経路が大きく制限されてしまうことはない。そして、予備用貫通導体と電源用配線導体との間には両者を絶縁する絶縁膜が配設されていることから、予備用貫通導体と電源用配線導体との電気的絶縁はこの絶縁膜によって良好に保たれる。
【００１０】
その結果、本発明の配線基板によれば、電源用配線導体を介して半導体集積回路素子に効率よく電源を供給することができ、搭載する半導体集積回路素子を良好に作動させることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体である。
【００１３】
絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る５層の絶縁層１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅを積層一体化して成り、その上面中央部には、半導体素子、例えば半導体集積回路素子２が搭載される搭載部Ａを有し、下面には図示しない外部電気回路基板に接続される接続面が形成されている。そして、搭載部Ａには、半導体集積回路素子２が電極を下にして搭載される。
【００１４】
絶縁基体１は、例えば各絶縁層１ａ〜１ｅが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム・酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法を採用してシート状に形成してそれぞれ各絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートを準備し、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに所定の順に積層してセラミックグリーンシート積層体となし、最後にこのセラミックグリーンシート積層体を還元雰囲気中約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１５】
絶縁基体１の搭載部Ａからは、上端に半導体集積回路素子２の電源用電極が接続される電源用貫通導体３ａ・４ａおよび半導体集積回路素子２の信号用電極が接続される信号用貫通導体５ａならびに半導体集積回路素子２の予備用電極が接続される予備用貫通導体６が少なくとも絶縁層１ａを貫通して下方に伸びている。そして電源用貫通導体３ａ・４ａには半導体集積回路素子２の電源用電極が、信号用貫通導体５ａには半導体集積回路素子２の信号用電極が、予備用貫通導体６には半導体集積回路素子２の予備用電極がそれぞれ半田バンプ７を介して電気的に接続される。
【００１６】
電源用貫通導体３ａ・４ａおよび信号用貫通導体５ａならびに予備用貫通導体６は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末焼結体から成り、例えばこれらがタングステンやモリブデンから成る場合、絶縁層１ａ〜１ｄとなるセラミックグリーンシートの各々に貫通孔を打ち抜いておくとともに、この貫通孔内にタングステン粉末やモリブデン粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを従来周知の圧入法や吸引法等により充填しておき、これを絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の所定位置に形成される。
【００１７】
また、絶縁基体１の絶縁層１ａと１ｂとの間および１ｂと１ｃとの間にはそれぞれ電源用貫通導体３ａ・４ａに電気的に接続された電源用配線導体８・９が配設されており、絶縁層１ｃと１ｄとの間および１ｄと１ｅとの間には信号用ビア導体５ａに接続された信号用配線導体１０が配設されている。
【００１８】
電源用配線導体８・９は、それぞれ互いに異なる電源電位を半導体集積回路素子２に供給するための配線導体であり、信号用配線導体１０は、半導体集積回路素子２に信号の入出力を行なうための配線である。
【００１９】
電源用配線導体８は、絶縁層１ａと１ｂとの間で信号用貫通導体５ａおよび電源用貫通導体４ａの周辺ならびに絶縁基体１の外周近傍を除き、予備用貫通導体６の直下領域およびその周辺を含む領域に略全面にわたる広面積のパターンに形成されており、電源用配線導体９は、絶縁層１ｂと１ｃとの間で信号用貫通導体５ａおよび後述する電源用貫通導体３ｂの周辺ならびに絶縁基体１の外周近傍を除く略全面にわたる広面積のパターンに形成されている。そして信号用配線導体１０は、絶縁層１ｃと１ｄとの間および１ｄと１ｅとの間に細長い多数のパターンに形成されている。
【００２０】
電源用配線導体８は、予備用貫通導体６の直下領域およびその周辺領域にも配設されていることから、配線基板に多数の予備用貫通導体６を設けても電源用配線導体８の面積が狭いものとなったり電源用配線導体８における電流経路が大きく制限されたりすることはなく、その結果、本発明の配線基板によれば、電源用配線導体８から半導体集積回路素子２に効率よく電源を供給することができ、半導体集積回路素子２を良好に作動させることが可能である。
【００２１】
電源用配線導体８・９および信号用配線導体１０は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末焼結体から成り、例えばこれらがタングステンやモリブデンから成る場合であれば、タングステン粉末やモリブデン粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁層１ｂ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートの上面に従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の所定位置に所定のパターンに被着される。
【００２２】
そして、予備用貫通導体６と電源用配線導体８との間には、図２に要部拡大断面図で示すように、例えば絶縁基体１を構成する電気絶縁材料と実質的に同一の電気絶縁材料からなる絶縁膜１１が配設されている。
【００２３】
絶縁膜１１は、予備用貫通導体６と電源用配線導体８との間を電気的に絶縁する作用をなし、予備用貫通導体６と電源用配線導体８との間に絶縁膜１１が配設されることにより、絶縁層１ａと１ｂとの間で予備用貫通導体６の直下領域に電源用配線導体８を配設することが可能となる。
【００２４】
なお、絶縁膜１１は、その厚みが５μｍ未満では予備用貫通導体６と電源用配線導体８との間の電気的絶縁信頼性が低下する傾向にあり、他方、５０μｍを超えると絶縁基体１の搭載部Ａに大きな凹凸が形成され易い傾向にある。従って、絶縁膜１１は、その厚みを５〜５０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
絶縁膜１１は、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートに打ち抜いた貫通孔内に予備用貫通導体６となる金属ペーストを充填した後、セラミックグリーンシートに含有される原料粉末と実質的に同一の原料粉末を含有する絶縁ペーストを絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートの下面に予備用貫通導体６となる金属ペーストの下端を覆うようにして従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これを絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、予備用貫通導体６と電源用配線導体８との間に両者の絶縁を保つようにして形成される。
【００２６】
さらに、絶縁基体１は、それぞれ電源用配線導体８・９および各信号用配線導体１０から絶縁基体１下面にかけて導出する電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂが配設されており、これらの電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂが導出した絶縁基体１下面には、電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂと電気的に接続された外部接続用導体１２が被着されている。
【００２７】
そして、電源用配線導体８・９および各信号用配線導体１０は電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂを介して絶縁基体１下面の各外部接続用導体１２に電気的に接続され、外部接続用導体１２を図示しない外部電気回路基板の配線導体に接続することによって、配線基板に搭載される半導体集積回路素子２が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２８】
なお、電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂならびに外部接続用導体１２は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末焼結体から成る。
【００２９】
そして、電源用貫通導体３ｂ・４ｂおよび信号用貫通導体５ｂであれば、絶縁層１ｂ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートの各々に貫通孔を打ち抜いておくとともにこの貫通孔内にタングステン粉末やモリブデン粉末等の金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを従来周知の圧入法や吸引法等により充填しておき、これを絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体１の所定位置に形成され、また外部接続用導体１２であれば、タングステン粉末やモリブデン粉末等の金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁層１ｅとなるセラミックグリーンシートの下面に従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁層１ａ〜１ｅとなるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の所定位置に所定のパターンに被着される。
【００３０】
かくして、本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の搭載部Ａに半導体集積回路素子２を電極を下にして搭載するとともに、半導体集積回路素子２の電源用電極と電源用貫通導体３ａ・４ａとを、および半導体集積回路素子２の信号用電極と信号用貫通導体５ａとを、ならびに半導体集積回路素子２の予備用電極と予備用貫通導体６とを半田バンプ７を介して接続することにより、半導体集積回路素子２の各電極が対応する配線導体に電気的に接続されることとなる。
【００３１】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、以上の例では絶縁基体が各種のセラミックスやガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る場合を例にとって説明したが、絶縁基体には有機絶縁性材料や有機絶縁性材料と無機絶縁物粉末との混合物を用いてもよく、各配線導体や各貫通導体をそれに合った導電材料に変更してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、上面に半導体素子を搭載する搭載部を有する第１の絶縁層とこの第１の絶縁層の下面に積層された第２の絶縁層との間に配設された電源用配線導体は、第１の絶縁層に設けられた予備用貫通導体の直下領域を含む領域に形成されていることから、第１の絶縁層に多数の予備用貫通導体を設けたとしても電源用配線導体の面積が狭いものとなったり電源用配線導体における電流経路が大きく制限されてしまうことはない。従って、電源用配線導体を介して半導体集積回路素子に効率よく電源を供給することが可能となり、半導体集積回路素子を良好に作動させることができる。そして、予備用貫通導体と電源用配線導体との間には両者を絶縁する絶縁膜が配設されていることから、予備用貫通導体と電源用配線導体との電気的絶縁はこの絶縁膜によって良好に保たれる。
【００３３】
以上により、本発明によれば、予備用貫通導体を多数設けたとしても電源用配線導体の面積が狭いものとならず、電源用配線導体を介して半導体集積回路素子に効率よく電源を供給して搭載することができる、半導体集積回路素子を良好に作動させることが可能な配線基板を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【図３】従来の配線基板の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・絶縁層
２・・・・・・・・・・・・・・・・半導体集積回路素子
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ・・・・・・電源用貫通導体
５ａ、５ｂ・・・・・・・・・・・・信号用貫通導体
６・・・・・・・・・・・・・・・・予備用貫通導体
８、９・・・・・・・・・・・・・・電源用配線導体
１０・・・・・・・・・・・・・・・・信号用配線導体
１１・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁膜
【図１】
0003545934.tif 000002
【図２】
0003545934.tif 000003
【図３】
0003545934.tif 000004