(57)【要約】      （修正有）【課題】  熱膨張に伴う接合部の応力を低減できるとともに、特性インピーダンスを調整できるようにする。【解決手段】  多層プリント配線板において、配線パターンの少なくとも一層２,４は、メッシュ状に複数の開口部を有している。複数の開口部の内、半導体素子１０及び多層プリント配線板１の熱変形に伴う半田に発生する応力が、所望の値よりも大きくなる半田に対応する開口部の径を、その他の領域の開口部の径よりも小さい形状とする。これにより熱膨張に伴う接合部の応力を低減できるとともに、特性インピーダンスを安定化させ、高速で安定した電気信号の伝搬を実現している。【選択図】  図１
2006013455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなる、多層プリント配線板において、
前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、開口部がメッシュ状に形成されたメッシュ開口パターン層であって、該開口部のうち、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域の開口部の大きさは、その他の領域の開口部の大きさよりも大きいことを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項２】
前記メッシュ開口パターン層は、前記ランドが形成されている前記多層プリント配線板の最外層に隣接する配線パターンであることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
【請求項３】
積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなる、多層プリント配線板において、
前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域には、メッシュ状に複数の開口部が形成されており、その他の領域はベタパターンであることを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項４】
前記メッシュ状の複数の開口部は、前記ランドが形成されている前記多層プリント配線板の最外層に隣接する配線パターン層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
【請求項５】
前記複数のランドはアレイ状に形成されており、前記最も応力が集中する半田が接合されるランドは、前記アレイ状のランドの４隅に位置するランドであることを特徴とする請求項１または３に記載の多層プリント配線板。
【請求項６】
積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなる、多層プリント配線板に、半導体素子が半田を介して実装された多層プリント回路板において、
前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、開口部がメッシュ状に形成されたメッシュ開口パターン層であって、該開口部のうち、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域の開口部の大きさは、その他の領域の開口部の大きさよりも大きいことを特徴とする多層プリント回路板。
【請求項７】
前記メッシュ開口パターン層は、前記ランドが形成されている前記多層プリント配線板の最外層に隣接する配線パターンであることを特徴とする請求項６に記載の多層プリント配線板。
【請求項８】
積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなる、多層プリント配線板に、半導体素子が半田を介して実装された多層プリント回路板において、
前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域には、メッシュ状に複数の開口部が形成されており、その他の領域はベタパターンであることを特徴とする多層プリント回路板。
【請求項９】
前記メッシュ状の複数の開口部は、前記ランドが形成されている前記多層プリント配線板の最外層に隣接する配線パターン層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント回路板。
【請求項１０】
前記複数のランドはアレイ状に形成されており、前記最も応力が集中する半田が接合されるランドは、前記アレイ状のランドの４隅に位置するランドであることを特徴とする請求項６または８に記載の多層プリント配線板。
【請求項１１】
前記半導体素子は、パッケージに封止されたＩＣチップを内部に有しており、前記最も応力が集中する前記半田が接合されるランドは、前記ランドの４隅に位置するランドと、前記ＩＣチップの４隅に対向するランドであることを特徴とする請求項６または８に記載の多層プリント回路板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を実装する多層プリント配線板の配線パターンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を実装したプリント配線板は、従来から様々な製品に使用されている。プリント配線板の配線の高密度化に伴い、半導体素子とプリント配線板を、アレイ状に配置された複数の半田ボールにより接続する、ＢＧＡ方式やＣＳＰ方式も頻繁に使用されるようになってきている。
【０００３】
半導体素子とプリント配線板を接続する半田ボールには、所望の接合強度を保つことが要求されている。接合強度を保つにはプリント配線板と半導体素子の間の相対的な変形をできるだけ小さくすることが必要となる。
【０００４】
しかしながら、プリント配線板を形成するエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂の線膨張係数は、半導体素子を形成するシリコンからなるＩＣチップの線膨張係数に比べ、約１０倍程度大きい。そのためプリント配線板が、半田リフロー工程等の加熱冷却工程において、２００度以上の高温に曝されると、線膨張係数の小さいＩＣチップを含む半導体素子の伸びに対して、プリント配線板  の伸びの方が大きくなる。この線膨張係数の差により、プリント配線板は大きく反り、それにより半田ボールに大きな応力が加わる。そのため、半田ボールにクラックが生じたり、半導体素子とプリント配線板との接合が外れたりする。また、製品に組み込まれた後は、電源ＯＮ／ＯＦＦに伴うヒートサイクルにより、半田ボールに応力が蓄積し、やがて破断に至ることもある。
【０００５】
この反りを低減させる一つの手段として、プリント配線板の熱膨張係数をできるだけ小さくすることを挙げることができる。特開２００２−１００８８０号公報（特許文献１）には、熱膨張に伴う多層プリント配線板の反りの発生を防止し、半田接合部に掛かる応力を低減させる方法が記載されている。すなわち多層プリント配線板の内層の金属からなるベタのグラウンド層を、円形や六角形の連続したパターンを抜いた形状としている。これによりプリント配線板の熱膨張係数を低減し、プリント配線板の反りを防止している。
【０００６】
また特開平５−３４３８２０号公報（特許文献２）には、特許文献１と同様に、プリント配線板の内層のベタのグラウンド層を、円形や六角形等の方形状の連続したパターンを抜いた形状とする事が記載されている。またその目的は、グラウンド層と隣接する配線層に配置されている信号配線の特性インピーダンスを調整することである。すなわち、円形や六角形の連続したパターンの大きさや形状により、隣接する配線層に配置されている信号配線の特性インピーダンスの値を調整している。これにより、配線のインピーダンス整合を可能とするとともに、高速で安定した電気信号の伝搬特性を得ることを可能としている。
【特許文献１】特開２００２−１００８８０号公報
【特許文献２】特開平５−３４３８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、製品の小型化や高機能化に伴い、プリント配線板の配線は更に高密度化し、半導体素子とプリント配線板を接続する半田ボールの大きさは益々小さくなってきている。そのため小さな半田ボールで、いかに接合強度を維持するかが大きな問題となっている。また、プリント配線板の厚さは薄くなり、銅箔等の金属からなる配線パターン層の数は増加している。そのためプリント配線板の線膨張係数と剛性は上昇し、半導体素子とプリント配線板の線膨張係数の差は大きくなっている。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に記載された、内層のベタのグラウンド層に円形や六角形の連続したパターンを形成する方式の場合、配線層全体の配線のインピーダンスを安定させるためには、円形や六角形等の方形状の連続したパターンの大きさは、小さければ小さいほど有効である。しかしながら円形や六角形等の方形状の連続したパターンの大きが小さくなると、プリント配線板の熱膨張係数は大きくなり、前述の反りの問題が顕在化してしまう。
【０００９】
そこで本発明は、熱膨張により発生する半導体素子との半田接合部の応力を低減するとともに、配線のインピーダンスを安定化できる多層プリント配線板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明の多層プリント配線板及び多層プリント回路板は、積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなり、前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、開口部がメッシュ状に形成されたメッシュ開口パターン層であって、該開口部のうち、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域の開口部の大きさは、その他の領域の開口部の大きさよりも大きいこと特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の多層プリント配線板及び多層プリント回路板は、積層された複数の樹脂層と、該複数の樹脂層の境界面に形成された複数の配線パターン層とからなり、前記多層プリント配線板の最外層の樹脂層には、半導体素子が半田を介して実装される複数のランドが配置されており、前記配線パターン層の少なくとも一層は、前記半導体素子及び多層プリント配線板の熱変形に伴い、最も応力が集中する前記半田が接合されるランドの、下部に位置する領域には、メッシュ状に複数の開口部が形成されており、その他の領域はベタパターンであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体素子と多層プリント配線板を接続する複数の半田ボールのうち、熱膨張係数の差により最も大きな応力が加わる半田ボールに発生する接合応力のみを低減することができる。すなわち、最も大きな応力が加わる半田ボールに対応する、多層プリント配線板の内層のグラウンド層の所定の部位の、熱膨張係数のみを低下させることを可能としている。また同時に、多層プリント配線板の信号配線のインピーダンスの変化を少なく保ち、高速で安定した電気信号伝搬特性を確保する事を可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１における多層プリント配線板の断面図である。図１において、多層プリント配線板Ｐ１  は、積層された４層の樹脂層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄから形成されている。第１の樹脂層１ａと第２の樹脂層１ｂとの境界面には第１の配線パターン２、第２の樹脂層１ｂと第３の樹脂層１ｃとの境界面には第２の配線パターン３、第３の樹脂層１ｃと第４の樹脂層１ｄとの境界面には第３の配線パターン４がそれぞれ形成されている。第１の配線パターン２はグラウンド層、第２の配線パターン３は信号配線層、第３の配線パターン４は電源層である。樹脂層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、エポキシ樹脂をガラスクロスで補強したガラスエポキシ樹脂からなる。
【００１５】
また、第１の樹脂層１ａの表面には、複数のランド５がアレイ状に形成されており、各ランド５の表面以外の部分には、絶縁のためのソルダーレジスト６が塗布されている。ランド５は、半導体素子１０と複数の半田ボール１３を介して電気的に接続されている。尚、配線パターン２、３、４は、図示しない配線により、多層プリント配線板Ｐ１の表面に形成されたランド５に接続されている。
【００１６】
図２は図１に示した多層プリント配線板Ｐ１に実装される半導体素子１０の概念図である。図２（ａ）は、半田ボール１３側から見た平面図であり、図２（ｂ）は断面図である。図中１１はＩＣチップであり、エポキシ樹脂からなるパッケージ１２により封止されている。パッケージ１２の下面には、アレイ状に複数の半田ボール１３が形成されている。ＩＣチップはシリコン、パッケージ１２はエポキシ樹脂、半田ボール１３は鉛フリー半田により形成されている。
【００１７】
図３は、図１に示した多層プリント配線板の第１の配線パターン２の、一部を拡大した平面図である。尚説明を容易にするため、半導体素子１０の外形、半田ボール１３の位置を点線で示している。第１の配線パターン２には方形状の開口部がメッシュ状に形成されている。
【００１８】
通常、多層プリント配線板の熱膨張に伴い発生する応力が集中する箇所は、多層プリント配線板や半導体素子や半田ボールの配置によりあらかじめ決まっている。従って、その応力の集中する箇所におけるプリント配線板の熱膨張係数を下げてやれば、応力集中が無くなり、接合部のクラック等は発生しない。
【００１９】
図３に示したアレイ状に配置された半田ボールにおいて、熱膨張に伴い応力が最大になる接合部は、アレイ状の半田ボールの４隅に位置する半田ボールである。そこでアレイ状の半田ボールの４隅に位置する半田ボールは、開口面積の大きい開口部８からなるメッシュパターンで形成している。また、その他の領域では開口面積の小さい開口部７からなるメッシュパターンで形成している。これにより、多層プリント配線板の開口面積の大きい開口部８近傍の熱膨張係数のみを減少させている。
【００２０】
また、開口面積の大きい開口部８は、開口面積の小さい開口部７に比べて、ほんの極僅かな箇所にしか使用してないため、第１の配線パターン２全体としては、安定した状態となり、隣接する第２の配線パターン３上の配線のインピーダンスを、安定した状態に保つことができる。
【００２１】
尚、メッシュパターンが形成する配線パターンは、多層プリント配線板Ｐ１  の第１の配線パターン２に限らず、第２の配線パターン３もしくは第３の配線パターン４であってもかまわない。
【００２２】
第１の配線パターン２のメッシュサイズとして、開口面積の大きい開口部８の方形穴径は、開口面積の小さい開口部７の方形穴径の１．５〜３倍程度が好ましい。開口部７の方形穴径は０．２ｍｍ×０．２ｍｍ角、開口部８の方形穴径は０．４ｍｍ×０．４ｍｍ角程度が好ましい。この場合１．４ｍｍ×１．４ｍｍ角のエリア内で、開口部７は２５個、開口部８は９個形成することができる。すなわち、第１の配線パターン２の面積は、全面がベタの導電体である場合と比べ、開口部７で約１／２、開口部８で約１／３である。Ｃｕ等の金属からなる第１の配線パターン２の熱膨張係数は、その金属の面積に比例する。従って、開口部８が形成された、アレイ状の半田ボールの４隅に位置する半田ボールに対応する第１の配線パターン２の熱膨張係数は、ベタのグラウンドに比べ約１／３程度の大きさとなる。これにより、４隅に位置する半田ボールにかかる接合応力を緩和することが可能となる。
【実施例２】
【００２３】
図４は、実施例２における多層プリント配線板Ｐ２の第１の配線パターン２を示す平面図である。尚説明を容易にするため、半導体素子１０の外形、ＩＣチップ１１の外形及び半田ボール１３の位置を点線で示している。第１の配線パターン２には方形状の開口部がメッシュ状に形成されている。
【００２４】
図４において熱膨張に伴う最大の応力が発生する接合部は、図３に示した半導体素子１０のアレイ状の半田ボールの４隅に位置する半田ボール１３ａに加えて、ＩＣチップ１１の４隅に位置する半田ボール１３ｂである。これは、半導体素子の熱膨張係数は、シリコンからなるＩＣチップ１１による影響が大きく、ＩＣチップ１１の４隅に位置する半田ボール１３ｂにも大きな接合応力が発生するためである。第１の配線パターン２は、半導体素子１０の４隅の半田ボール１３ａに形成される接合部に対応する領域と、ＩＣチップ１１の４隅の半田ボール１３ｂに形成される接合部に対応する領域とが開口面積の大きい開口部８で、その他の領域では開口面積の小さい開口部７で構成されている。
【００２５】
これにより、熱膨張に伴う応力を低減している。また、図３と同様に第１の配線パターン２全体としては、安定した状態となり、隣接する第２の配線パターン３上の配線のインピーダンスを、安定した状態に保つことができる。
【実施例３】
【００２６】
図５は、実施例３における多層プリント配線板Ｐ３の第１の配線パターン２を示す平面図である。尚説明を容易にするため、半導体素子１０の外形、ＩＣチップ１１の外形及び半田ボール１３の位置を点線で示している。第１の配線パターン２には方形状の開口部がメッシュ状に形成されている。
【００２７】
図５において熱膨張に伴う最大の応力が発生する接合部が形成される部位は、図３と同様に半導体素子１０の４隅に位置する半田ボールである。図５において第２の配線パターン２は、半導体素子１０の４隅に位置する半田ボールに対応する部分にのみ、複数の方形状の開口部９ａにより形成されたメッシュ開口部８が形成されている。その他の領域ではベタのグラウンドパターン９ｂで構成されている。
【００２８】
これにより、熱膨張に伴う応力を低減している。また、前記方形状の開口部９ａを細かいメッシュピッチとすることで、銅箔のベタ部９ｂと比べ、単位面積当りの銅の比率の差を低減することができる。従って第１の配線パターン２全体としては、安定した状態となり、隣接する第２の配線パターン３上の配線のインピーダンスを、安定した状態に保つことができる。
【実施例４】
【００２９】
図６は、実施例４における多層プリント配線板Ｐ４の第１の配線パターン２を示す平面図である。尚説明を容易にするため、半導体素子１０の外形、ＩＣチップ１１の外形及び半田ボール１３の位置を点線で示している。第１の配線パターン２には方形状の開口部がメッシュ状に形成されている。
【００３０】
図６において熱膨張に伴う最大の応力が発生する接合部は、図５に示した半導体素子１０のアレイ状の半田ボールの４隅に位置する半田ボール１３ａに加えて、ＩＣチップ１１の４隅に位置する半田ボール１３ｂである。これは、半導体素子の熱膨張係数は、シリコンからなるＩＣチップ１１による影響が大きく、ＩＣチップ１１の４隅に位置する半田ボール１３ｂにも大きな接合応力が発生するためである。第１の配線パターン２は、半導体素子１０の４隅の半田ボール１３ａと、ＩＣチップ１１の４隅の半田ボール１３ｂに形成される接合部に対応する領域に、方形状のメッシュ開口部９ａを形成している。
【００３１】
これにより、熱膨張に伴う応力を低減している。また、図５と同様に第１の配線パターン２全体としては、安定した状態となり、隣接する第２の配線パターン３上の配線のインピーダンスを、安定した状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１おける多層プリント配線板の概略図
【図２】実施例１おける半導体素子の概略図
【図３】実施例１おける多層プリント配線板のグラウンド層を示した平面図
【図４】実施例２おける多層プリント配線板のグラウンド層を示した平面図
【図５】実施例３おける多層プリント配線板のグラウンド層を示した平面図
【図６】実施例４おける多層プリント配線板のグラウンド層を示した平面図
【符号の説明】
【００３３】
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  多層プリント基板
１  樹脂層
２、３、４  配線パターン
５  ランド
６  ソルダーレジスト
７  開口面積の小さい開口部
８  開口面積の大きい開口部
１０  半導体素子
１１  ＩＣチップ
１２  パッケージ
１３  半田ボール
【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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【図６】
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