(57)【要約】【課題】電子部品実装後にはんだ接合部の断線が発生しにくい多層配線板及びはんだ接合部の断線が発生しにくい半導体装置パッケージを提供する。【解決手段】本発明の多層配線板１は、銅を含有して形成された導体層３が２層もしくはそれ以上、絶縁基板２と交互に積層されて、上面に電子部品が実装される多層配線板であって、少なくとも１つの導体層３の一部に、該導体層３の他の部分よりも剛性が低い柔軟部７が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含有して形成された導体層が２層もしくはそれ以上、絶縁層と交互に積層されて、上面に電子部品が実装される多層配線板であって、少なくとも１つの導体層の一部に、該導体層の他の部分よりも剛性が低い柔軟部が形成されていることを特徴とする多層配線板。
【請求項２】
前記柔軟部が、前記導体層の単位面積あたりの銅面積比率を前記他の部分よりも減少させることによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
【請求項３】
前記柔軟部が、前記電子部品の実装エリアの周縁の１点から所定の半径で描いた円を含む領域であって、かつ前記実装エリア外に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層配線板。
【請求項４】
前記実装エリアの長辺の長さをＬとしたとき、前記半径が１０／Ｌ以上３／Ｌ未満に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の多層配線板。
【請求項５】
前記柔軟部の前記銅面積比率が５０パーセント以上７０パーセント未満であることを特徴とする請求項２に記載の多層配線板。
【請求項６】
前記柔軟部が設けられた前記導体層のうち、前記柔軟部を除く領域の銅面積率が７０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の多層配線板。
【請求項７】
前記柔軟部が、前記導体層の表面に円形もしくは多角形の抜きパターンを設けることによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の多層配線板。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の多層配線板と、
前記多層配線板の上面に実装された半導体装置と、
を備えたことを特徴とする半導体装置パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に使用される半導体装置等の電子部品搭載用の多層配線板に関し、特に絶縁基板上に二層以上の多層の配線パターンを有し、配線密度が向上した構成の多層配線板に関する。また、半導体集積回路素子を直接搭載・接続するタイプの回路基板や、半導体集積回路素子をリードフレームに搭載・接続した状態での半導体装置を接続する外部回路としての多層配線板等も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに交差する配線パターンを含む配線板を作製するために、配線パターンと絶縁基板とを交互に積層することによって多層配線板を構成し、配線密度を向上させることが行われている。
【０００３】
このような多層配線板に半導体チップ（以下、単に「チップ」と称する。）等の電子部品を実装して用いる場合、配線導体パターンの有無により以下の２つの問題点が発生する。第１はチップと多層配線板とのはんだ接合部がチップの実装後に断線することがある点である。この断線は、チップと多層配線板では熱膨張係数が異なるため、熱サイクル試験等の信頼性試験を実施するとそれぞれの熱膨張差からはんだ接合部に応力が生じることによって発生する。
第２は積層時の熱圧着工程により多層配線板を構成する絶縁基板が大きく伸縮し、影響の極めて大きい反りや歪みが発生する点である。
【０００４】
上記問題点を解決する技術として、特許文献１及び特許文献２の技術が開示されている。本出願人による特許文献１では、配線パターンのパターン間にダミーパターンを設けて積層面での平坦性を保ち、配線パターンの再現性を高めている。特許文献２では、配線パターン間に、円形もしくは三角形のダミーパターンを配置し、配線パターン領域とダミーパターン領域との残銅率をほぼ等しくしている。残銅率を等しくすることにより、基材表裏での反り及び歪みを抑制している。
【特許文献１】特開平９−３１２４７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２００２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に開示された技術では、上述した問題点を充分に解決できない。例えばダミーパターンの配置によってチップ実装面の単位面積あたりの銅面積率を７０〜９９．５％に調整した場合、多層配線板の剛性は高まるが、その一方で柔軟性が低下してチップへの追従性が小さくなり、熱サイクル試験等の信頼性試験を実施した際に断線が発生しやすくなる。
【０００６】
このとき、温度の上下に応じて絶縁基板の膨張・収縮が発生しており、絶縁基板に大きな応力が生じるため、応力が集中しやすいチップの四角と多層配線板とのはんだ接合部では断線の発生率が高くなる。特に、コアを有しないフレキシブル基板を用いた多層配線板ではリジッド基板を用いた多層配線板に比べ絶縁基板の伸縮が大きく、はんだ接合部の断線が発生しやすい。
【０００７】
一方、ダミーパターンの配置によって全体の銅面積率を６０％以下に下げれば多層配線板自体のチップへの追従性は高くなる。しかしながら、その一方で絶縁基板の反りが大きくなり、チップの実装及びプリント基板の実装が困難となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、電子部品を実装した後にはんだ接合部の断線が発生しにくい多層配線板及びはんだ接合部の断線が発生しにくい半導体装置パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多層配線板は、銅を含有して形成された導体層が２層もしくはそれ以上、絶縁層と交互に積層されて、上面に電子部品が実装される多層配線板であって、少なくとも１つの導体層の一部に、該導体層の他の部分よりも剛性が低い柔軟部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の多層配線板は、柔軟部が設けられており、温度変化等によって、絶縁層が膨張又は収縮した場合も、実装された電子部品と多層配線板との間に発生する応力に剛性の低い柔軟部が追従する。
【００１１】
前記柔軟部は、前記導体層の単位面積あたりの銅面積比率を前記他の部分よりも減少させることによって形成されてもよい。
【００１２】
前記柔軟部は、前記チップの実装エリアの周縁の１点から所定の半径で描いた円を含む領域であって、かつ前記実装エリア外に形成されてもよい。また、前記実装エリアの長辺の長さをＬとしたとき、前記半径が１０／Ｌ以上３／Ｌ未満に設定されてもよい。このとき、長辺とは実装エリアが長さの異なる複数の線で形成されている場合の最も長い辺を指し、すべての辺の長さが等しい場合は一辺を指す。
【００１３】
前記柔軟部の前記銅面積比率は５０パーセント以上７０パーセント未満であってもよい。また、前記柔軟部が設けられた前記導体層のうち、前記柔軟部を除く領域の銅面積率は７０％以上であってもよい。
【００１４】
前記柔軟部は、前記導体層の表面に円形もしくは多角形の抜きパターンを設けることによって形成されてもよい。
【００１５】
本発明の半導体装置パッケージは、本発明の多層配線板と、前記多層配線板の上面に実装された半導体装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、柔軟部が絶縁層と電子部品との接合部に発生した応力に追従するので、実装された電子部品とのはんだ接合部に断線が発生しにくい多層配線板を提供することができる。
また、半導体装置と多層配線板とのはんだ接合部に断線が発生しにくい半導体装置パッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態の多層配線板について、図１および図２を参照して説明する。
図１は本実施形態の多層配線板１の概略断面図である。図１に示すように、本実施形態の多層配線板１は、絶縁基板（絶縁層）２と、絶縁基板２に積層して設けられる銅箔層（導体層）３を備えて構成されている。絶縁基板２と銅箔層３とは、接着剤４を介して交互に積層されており、各銅箔層３の間には、隣接する銅箔層３を電気的に接続する導通ビア５が設けられている。
【００１８】
図２（ａ）は多層配線板１の平面図である。最上部の銅箔層３ａは、チップ等の電子部品が実装される実装エリア６と、実装エリア６の周辺に設けられた柔軟部７とを有している。柔軟部７は、図２（ａ）に示すように、実装エリア６の周縁の任意の一点を中心とする所定の半径の円を含み、かつ実装エリア６外の領域に設定される。本実施形態においては、チップの場合、頂点付近の端子と多層配線板１とのはんだ接合部に応力が集中し、断線が発生しやすいため、実装エリア６の各頂点８を中心とする半径ｒの円Ｃを含む領域に柔軟部７が設けられている。
【００１９】
半径ｒの長さは、実装エリア６の一辺の長さをＬとした場合、１／１０Ｌ以上１／３Ｌ未満、好ましくは１／６Ｌ以上１／４Ｌ未満となるように設定される。１／１０Ｌ未満では発生した応力に充分追従できず、１／３Ｌ以上では多層配線板の剛性が不足し、反り等の不具合が発生しやすくなる。本実施形態においては半径ｒが１／５Ｌに設定されている。実装エリアが長方形等、長さの異なる辺で形成されている場合は、最も長い辺の長さをＬとしてｒの長さを設定すればよい。
【００２０】
図２（ｂ）は柔軟部７周辺の拡大図である。最上部の銅箔層３ａを含むすべての銅箔層３には、後述する配線パターンが形成されていない部分に、円形の第１抜きパターン９が多数形成されて銅箔が除去され、単位面積あたりの銅面積率が調整されている。柔軟部７には第１抜きパターン９より径の大きい第２抜きパターン（抜きパターン）１０が形成され、周囲の銅箔層よりも銅面積率が低くなるように構成されている。
【００２１】
第１抜きパターン９及び第２抜きパターン１０の直径およびピッチは、設定された銅面積率に基づいて適宜計算、決定される。ここで、各抜きパターン９、１０の直径は、最大でも４００μｍ以下であることが好ましい。直径がこれより大きいと、隣接する層に凹凸が影響して歪みが生じる。また、積層の際に使用する接着剤の気泡が抜けにくく、接着時に気泡をかみやすくなる。本実施形態においては、表１に示すように設定されており、柔軟部７の銅面積率は５２％、柔軟部７以外の領域の銅面積率は７８％に設定されている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
柔軟部７以外の領域の銅面積率は、多層配線板１の剛性を充分なレベルに保つ観点から７０％以上であることが好ましい。また、柔軟部７の銅面積率は、発生する応力に追従し、かつ反りや歪みも生じにくくするために、５０％以上７０％未満、好ましくは５０％以上６０％未満に設定されることが望ましい。銅箔層３に配線パターンが形成される場合は、当該配線パターンの面積を含めて銅面積率を算出し、各抜きパターン９、１０の直径及びピッチを設定する。
なお、多層配線板全体としての剛性を確保するために、銅箔層３全体としての銅面積率が６０％以上となるように、第１抜きパターン及び第２抜きパターンの直径およびピッチを設定することが好ましい。
【００２４】
上記のように構成された多層配線板１においては、柔軟部７の銅面積率が他の領域に比べて２０パーセントポイント以上少なく形成されており、応力に対して高い追従性を有する。
【００２５】
多層配線板１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は多層配線板１の製造工程を経時的に示した図である。
【００２６】
まず、図３（ａ）に示すように、幅１０５ｍｍのテープ状であるポリイミドからなる絶縁基板２を準備する。絶縁基板２の両面には銅箔層３ｂおよび３ｃが設けられている。化学研磨により銅箔層３の厚さを１５μｍ程度に制御する。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁基板２及び銅箔層３に脱脂処理を施した後、レーザ加工によって、銅箔層３ｂ、絶縁基板２を貫通し、絶縁基板２と銅箔層３ｃとの境界面に達するビアホール１１を所定の位置に形成する。
【００２８】
次に、ビアホール１１内部にデスミア処理を施してから、無電解銅めっき及び電解銅めっきを施すことにより銅からなる被膜が形成され、図３（ｃ）に示すように、絶縁基板２両面の銅箔層３ｂ及び３ｃを電気的に接続する導通ビア５が形成される。その後、硫酸と過酸化水素水の混合液により化学研磨が行われ、導通ビア５の厚さを約１５μｍ程度にし、銅箔層３ｂと導通ビア５とがほぼ平坦となるように加工される。
【００２９】
次に、図３（ｄ）に示すように、液状レジストを使用して銅箔層３の上面全体にレジスト層１２が形成される。
続いて、図３（ｅ）に示すように、露光・現像を行う。本工程で用いるマスクには、所望の配線パターン及び上述の第１抜きパターン９がパターン径１００μｍ・パターンピッチ２００μｍで印刷されている。
【００３０】
導通ビア５や図示しない銅パターン又は絶縁基板２に設けられた貫通孔などを適宜アライメントマークとして使用して、絶縁基板２とフォトマスクの位置合わせを行った後、露光処理を行うと、配線パターン及び第１抜きパターンがレジスト層１２に形成される。レジスト専用現像液をスプレーすることによって現像処理を行うと、レジスト層１２が部分的に除去され、エッチングレジスト１３が形成される。
【００３１】
続いて、図４（ａ）に示すように、銅箔層３にエッチングレジスト１３を介してエッチング液をスプレー噴霧することによりエッチングレジスト１３の開口部分の銅箔が除去される。その後エッチングレジスト１３を剥離すると、配線パターン１４及びグランド／電源面１５が、銅面積率が設定範囲に調整された状態で銅箔層３に形成される。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、両面に配線パターン１４が形成された銅箔層３が設けられた絶縁基板２をコアとして、その両面にそれぞれテープ状の絶縁基板２ｂ及び２ｃを接着剤４を介して積層する。絶縁基板２ｂ及び２ｃの外側には銅箔層３ａ及び３ｄが設けられている。接着剤４の厚みは２５μｍとする。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように、銅箔層３ａ及び３ｄに上述の手順に従って導通ビア形成、配線パターンおよび抜きパターンの形成をそれぞれ行う。このとき、電子部品が実装される銅箔層３ａに露光処理を行う際には、所望の配線パターン１４及び第１抜きパターン９に加えて、柔軟部７に対向する領域に直径１５０μｍ・パターンピッチ２００μｍの第２抜きパターン１０が印刷されているマスクを用いる。
【００３４】
完成した多層配線板１の銅箔層３ａにおいては、柔軟部７の銅面積率がグランド／電源面１５に比して低くなっている。また、図４（ｄ）に示すように、多層配線板１の銅箔層３ａ上に、チップ（電子部品）１６の端子１７と配線パターン１４とをはんだ１８により接合してチップ１６を実装すると、本発明の半導体装置パッケージ２０が得られる。
【００３５】
本実施形態の多層配線板１によれば、銅箔層３ａの実装エリア６に近接して設けられた柔軟部７の銅面積率が５０％以上７０％未満に設定されているため、信頼性試験等において温度が上下した際にも、絶縁基板２の膨張や収縮に伴って発生する応力に、柔軟部７が充分追従する。従って、チップ１６と多層配線板１とのはんだ接合部の断線を防ぐことができる。
【００３６】
また、柔軟部７以外の銅面積率が７０％以上に設定されているため、多層配線板１全体としては充分な剛性が保持されている。従って、上述した断線を防ぎつつ、反りや歪みの発生しにくい多層配線板１および半導体装置パッケージ２０を提供することができる。
【００３７】
さらに、銅箔層３ａに円形の第２抜きパターン１０を設けることによって柔軟部７を形成しているので、第２抜きパターン１０の直径およびパターンピッチを調整するだけで柔軟部７の銅面積率を容易に調整可能な多層配線板１を構成することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図５は本実施形態の多層配線板２１の柔軟部２７周辺の拡大平面図である。図５に示すように、本実施形態の柔軟部２７には、長方形の第２抜きパターン３０が、実装エリア６の頂点８を中心に、略放射状に形成されている。
【００３９】
各第２抜きパターン３０の長手方向は、実装エリア６の頂点８付近に設けられるチップと多層配線板２１とのはんだ接合部に発生する応力のベクトルの方向とほぼ一致している。従って、応力に対する柔軟部２７の追従性がさらに高まり、より効果的にはんだ接合部の断線を防止することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、配線パターンが上下２層の場合について説明したが、その他、配線パターンが上下３層４層等のさらに多層の多層配線板としてもよい。また、各抜きパターンの形状は円形及び長方形に限られず、他の多角形の形状とすることも可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、チップ１６が実装される銅箔層３ａのみに柔軟部が設けられているが、それ以外の銅箔層に柔軟部が設けられてもよいし、複数の銅箔層に柔軟部が設けられてもよい。ただし、より効率よく断線抑制効果を得るためには、少なくとも電子部品が実装される銅箔層には柔軟部が設けられることが好ましい。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、絶縁基板を用いてすべての絶縁層を形成しているが、これに代えて、樹脂溶液を塗布して絶縁層を形成してもよい。また、絶縁基板２をポリイミドでなく、他の樹脂材料によって形成することも可能である。
【００４３】
また、上記実施形態の製造工程においては、枚葉の絶縁基板を用いているが、これに代えて、テープ状のフレキシブル基板を用いてロール・ツー・ロールの連続生産方法によって多層配線板を製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態の多層配線板を示す断面図である。
【図２】（ａ）は同実施形態の平面図、（ｂ）は同実施形態の柔軟部の拡大平面図である。
【図３】同実施形態の製造工程を示す模式図である。
【図４】同実施形態の製造工程を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態の多層配線板の柔軟部を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２１…多層配線板、２…絶縁基板（絶縁層）、３…銅箔層（導体層）、６…実装エリア、７、２７…柔軟部、１０、３０…第２抜きパターン（抜きパターン）、１６…半導体チップ（電子部品）、２０…半導体装置パッケージ、
【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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