(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装され、外層回路パターンが形成されたパッケージ領域と、
前記パッケージ領域を取り囲むように銅パターンが形成されたダミー領域とを含んでなる半導体パッケージ基板であって、
前記銅パターンが、所定の幅をもって前記基板の長手方向に連続して形成される単一パターンであるビーム領域と、
所定の幅をもって前記基板の幅方向に形成され、前記ビーム領域と十字状に交差する複数のリブ領域とからなる
ことを特徴とする半導体パッケージ基板。
【請求項２】
前記銅パターンを構成する前記ビーム領域と前記リブ領域の大きさは、前記基板に用いられた銅の量によって決定されることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ基板に関する。さらに詳しくは、銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板に関するものであり、より具体的には、ＢＧＡ製品群であるＢＯＣなどの製品のダミー領域に所定の形状の銅パターンを形成することにより、半導体パッケージ基板全体のたわみを改善する半導体パッケージ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体パッケージ基板の軽薄短小化の趨勢に合わせて、基板の組立や製造を行っている会社では、超精密実装技術に多くの関心を寄せている。特に、半導体パッケージ基板とメインボードとの間を電気的に接続させる半田付け（soldering）工程において基板が益々薄くなるにつれて、半導体パッケージ基板のたわみ改善の重要性は日増しに増大しつつある。
【０００３】
このような半田付けの実現において、半導体パッケージ基板のたわみは、工程率および生産性に多くの影響を与えている。しかも、半導体パッケージ基板のたわみは、度合いによって、半田付け工程において半田ボールが半導体パッケージ基板の半田ボールパッドに形成されない問題、あるいは半導体素子の実装の際に半導体素子と半導体パッケージ基板に形成された半田ボールが接合されない問題などが発生し、半導体素子と半導体パッケージ基板とが電気的に導通されない不良品さえももたらす重要な問題が発生する虞がある。
【０００４】
図１は従来の半導体パッケージ基板の斜視図である。図１に示すように、従来の半導体パッケージ基板１０は、通常、半導体素子実装部１１ａおよび外層回路パターン１１ｂを含むパッケージ領域１１と、パッケージ領域１１を取り囲んでいるダミー領域１２とから構成されている。
【０００５】
このような従来の半導体パッケージ基板１０は、パッケージ領域１１の外層回路パターン１１ｂの厚さまたはパッケージ領域１１とダミー領域１２の半田レジスト層の厚さを調節して半導体パッケージ基板１０全体の均衡を保つことにより、前記基板のたわみを改善しようとした。
【０００６】
ところが、従来の半導体パッケージ基板１０は、半田レジストのスクリーンプリント（screen printing）工程の偏差が大きいため、その高密度化、高集積化および小型化に伴ってたわみの発生程度が大きくなるという問題点があった。これにより、従来の半導体パッケージ基板１０は、たわみが発生した状態で半田レジストなどが硬化する場合、その状態を保持しようとする性向がさらに強くなり、平らな状態の半導体パッケージ基板１０としてリサイクルすることも難しくなるという問題があった。
【０００７】
しかも、内層のコアとして用いられる銅張積層板の厚さが６０μｍ以下に薄くなるにつれて、従来の半導体パッケージ基板１０は、たわみ発生の度合いが高くなるため、パッケージ領域１１の外層回路パターン１１ｂの厚さまたはパッケージ領域１１とダミー領域１２の半田レジスト層の厚さを調節して半導体パッケージ基板１０のたわみを改善することはさらに難しいという問題点もあった。
【０００８】
したがって、かかる問題点を解消するための一方法として、前記ダミー領域１２に所定の形状の銅パターンを形成させることにより、半導体パッケージ基板全体のたわみを改善することが可能となる方法を案出した。
【０００９】
この方法は、プリント回路基板のダミー部分にある程度の剛性を備えることを可能にする銅を所定の形状のパターンに形成させてポリマー素材の半田レジストＳＲとＣＣＬの膨張を抑制することができるようにすることにより、非線形挙動素材の半田レジストとＣＣＬがガラス転移点温度以上で発生する非常に大きい熱変形を防止することを目的とする。
【００１０】
このような所定形状の銅パターンの実施例が図２〜図４に示される。
【００１１】
図２は四角形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。図２を参照すると、四角形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板１００は、半導体素子実装部１１１と外層回路パターン１１２とを含むパッケージ領域１１０と、パッケージ領域１１０を取り囲んで四角形状の銅パターン１２１が形成されたダミー領域１２０とを含んでなる。
【００１２】
図３は六角形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。図４は他の実施例としてドット状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。
【００１３】
このように形成された従来の半導体パッケージ基板は、ダミー領域に所定の形状の銅パターンを形成するようにすることにより半導体パッケージ基板全体にわたって適切な引張り強度を持たせるため、外部から所定の圧力を加えても半導体パッケージ基板全体がよく撓まず、平らな元の形態を維持するという利点があるとともに、上述したようにガラス転移点以上の温度で発生する熱変形にも適切に対応することができるという利点がある。
【００１４】
ところが、図２および図３に示されている四角形状および六角形状の銅パターンの場合、微細な銅線が前記形状をしているので、前記半導体パッケージ基板の幅方向に発生するたわみに対してはある程度の剛性力を備えているが、図３に示されているように、半導体パッケージ基板の長手方向のたわみの変形力を抑制するには剛性力が足りなくて、その変形力を防止するには無理があった。このような問題点は、図４に示されているドット状の銅パターンの場合にも適用され、図４に示されているような半導体パッケージ基板の長手方向の変形力に適切に対応することが可能な剛性力を前記形状が備えていないことが分かる。
【００１５】
したがって、上述したような問題点である半導体パッケージ基板の長手方向の変形力を抑制し得る程度の剛性力を備えることが可能な形状の銅パターンをダミー領域に設けることができる方法を案出する必要性が生じた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体パッケージ基板のダミー領域に所定の形状の銅パターンを形成することにより、半導体パッケージ基板全体のたわみを改善することが可能な半導体パッケージ基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体パッケージ基板は、半導体素子が実装され、外層回路パターンが形成されたパッケージ領域と、前記パッケージ領域を取り囲むように銅パターンが形成されたダミー領域とを含んでなる半導体パッケージ基板であって、前記銅パターンが、所定の幅をもって前記基板の長手方向に形成されたビーム領域と、所定の幅をもって前記基板の幅方向に形成されたリブ領域とからなることを特徴とし、ここで、前記銅パターンを形成するビーム領域とリブ領域の大きさは、前記基板に用いられる銅の量によって決定されることを特徴としている。
【００１８】
上述した本発明の目的は、当該技術分野における熟練した当業者によって、添付図面を参照して後述される本発明の好適な実施例からさらに明確になるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明に係る銅パターンが形成されたダミー領域を備える半導体パッケージ基板は、既存基板に比べて半導体パッケージ基板全体の上下左右方向のたわみを効果的に防止することができるという利点がある。
【００２０】
また、本発明に係る銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板は、たわみが防止されるので、組立精度および半田付けの信頼性が改善されて半導体素子の実装の際に生産性が向上するという効果がある。
【００２１】
また、本発明に係る銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板は、たわみが発生しないため実装の際に半導体素子との電気的接続に優れるので、半導体パッケージ製品の生産収率が向上するという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００２３】
図５は本発明に係るビーム領域とリブ領域が形成された半導体パッケージ基板の斜視図、図６Ａは既存の銅パターンを備えた半導体パッケージ基板のシミュレーション結果を示し、図６Ｂは本発明に係る銅パターンを備えた半導体パッケージ基板のシミュレーション結果を示し、図７は図６Ａおよび図６Ｂの実験によるたわみ改善効果を示す。
【００２４】
本発明は、一般に基板当たり数十個のユニットがあるＢＯＣ製品などに適用するためのものであるが、ＰＢＧＡ、ＣＳＰなどの製品群にもその適用が可能であるので、以下、ＰＢＧＡ製品を示している図５を参照して具体的に説明する。
【００２５】
本発明に係る半導体パッケージ基板４００は、半導体素子実装部４１１および外層回路パターン４１２とを含むパッケージ領域４１０と、前記パッケージ領域４１０を取り囲むように設けられる、銅パターンが形成されたダミー領域４２０とを含んでなり、前記ダミー領域４２０に形成される前記銅パターンは、所定の幅をもって前記基板の長手方向に形成されるビーム領域４３０と、所定の幅をもって前記基板の幅方向に形成されるリブ領域４４０とから構成される。
【００２６】
ここで、パッケージ領域４１０は、半導体素子が半導体素子実装部４１１に実装されてパッケージングされた後、ダミー領域４２０が除去された状態でマザーボードなどに実装される領域である。また、パッケージ領域は、外層回路領域４１２の他に内層回路パターン（図示せず）が形成されているため、半導体素子と電気的信号を送受信する。
【００２７】
半導体素子実装部４１１は、半導体素子が実装される領域であって、通常、パッケージ領域４１０の中央部分に形成される。ここで、半導体素子実装部４１１に実装される半導体素子は、外層回路パターン４１２に形成されたワイヤボンディングパッドまたは半田ボールパッドと電気的に連結される。また、半導体素子実装部４１１に実装される半導体素子の防熱のために、半導体素子実装部４１１は、伝導性物質（例えば、銅または金）で形成されることが好ましい。
【００２８】
外層回路パターン４１２は、半導体素子実装部４１１の周囲に形成され、半導体素子実装部４１１に実装される半導体素子と電気的に連結するためのワイヤボンディングパッドまたは半田ボールパッドが半田レジストパターン（図示せず）で露出されている。
【００２９】
ダミー領域４２０は、半導体素子実装部４１１に半導体素子が実装された後、マザーボードなどにパッケージ領域４１０が実装される前に除去される部分であって、パッケージ領域４１０を取り囲むように形成されており、基板の長手方向に形成されたビーム領域４３０と基板の幅方向に形成されたリブ領域４４０とから構成されている。このような本発明の一実施例が図５に示されているところ、前記実施例では、ビーム領域４３０の幅を４ｍｍとし、リブ領域４４０の幅を７ｍｍとしている。
【００３０】
すなわち、本発明は、前記実施例で示しているように、前記ビーム領域４３０とリブ領域４４０の幅を従来の銅パターンに設けられるパターンを形成するための銅線の直径より一層大きくすることにより、従来の銅パターンが形成された半導体パッケージ基板で防止することが難しかった基板の長手方向のたわみを改善することができるようにしたものである。また、従来の半導体パッケージ基板は、銅パターンの面積がダミー領域の面積の約６０％〜約７５％内に相当するようにしたが、本発明の場合は、このような範囲を満足させながら上述した効果を備えるようにしている。前記ビーム領域４３０と前記リブ領域４４０の幅の長さは、前記基板に用いられる銅の使用量によって決定できる。しかも、本発明の銅パターンが形成された半導体パッケージ基板は、従来の基板製作工程をそのまま維持しながら、本願発明に係る銅パターンが形成されたダミー領域を備える半導体パッケージ基板を製造することができる。
【００３１】
このように形成された本願発明の銅パターンは、前記基板の長手方向に発生するたわみはビーム領域で抑制し且つ前記基板の幅方向に発生するたわみはリブ領域で抑制するようにすることにより、効率よく半導体パッケージ基板に発生するたわみを改善している。
【００３２】
以下、上述したようにダミー領域にビームとリブの形で構成されている本発明に係る半導体パッケージ基板と、従来の六角形状の銅パターンが形成されている半導体パッケージ基板のたわみ抑制効果をそれぞれ確認するためのシミュレーションが図６Ｂ、図６Ａに示されている。前記実験は、１５０℃から２５℃に減温される状態でポストキュアリング（post curing）のシミュレーションを行った。
【００３３】
図６Ａは既存の六角形状の銅パターンを備える半導体パッケージ基板のたわみ発生を示し、図６Ｂはビーム領域とリブ領域から構成されるダミー領域を備える半導体パッケージ基板のたわみ発生を示す。図６Ａおよび図６Ｂから分かるように、２つのモデルとも、ボールサイドから見て凹状のたわみが発生している。ところが、図６Ａと図６Ｂとを比較すると、本発明に係る半導体パッケージ基板のたわみが既存基板のたわみに比べて著しく減少したことが分かる。
【００３４】
図７は上述した実験結果をグラフとして示すものである。図７を参照すると、既存モデルに比べて、本発明に係るモデルが約６８％のたわみ減少効果を示すことが分かる。
【００３５】
上述したように、本発明によってビームとリブを使用すると、たわみ改善効果が一層優れていることが分かる。すなわち、本発明は、既存の銅パターンに比べて銅の使用量を減少させても、たわみ改善効果を一層向上させることができるという利点がある。これと共に、このようなモデルは一般にＢＧＡ製品群であるＢＯＣなどへの適用を行うためのものであるが、ＣＳＰ製品およびＰＢＧＡ製品などにもその適用が可能である。
【００３６】
以上における叙述は特定の実施例と関連したものであって、請求の範囲に現われた発明の思想および領域から外れない限度内で様々な改造および変化が可能であることを、当業界における通常の知識を有する者であれば誰でも容易に分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の半導体パッケージ基板の斜視図である。
【図２】既存の四角形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。
【図３】既存の六角形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。
【図４】既存のドット形状の銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。
【図５】本発明のビーム領域とリブ領域とから構成される銅パターンが形成されたダミー領域を備えた半導体パッケージ基板の斜視図である。
【図６Ａ】既存の六角形状の銅パターンが形成された基板のポストキュアリング過程のシミュレーション結果を示す図である。
【図６Ｂ】本発明に係るビーム領域とリブと領域から構成される銅パターンが形成された基板のポストキュアリング過程のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図６Ａおよび図６Ｂの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００、３００、４００  半導体パッケージ基板
１１０、２１０、３１０、４１０  パッケージ領域
１１１、２１１、３１１、４１１  半導体素子実装部
１１２、１１２’、２１２、３１２、４１２  外層回路パターン
１２０、２２０、３２０、４２０  ダミー領域
１２１、２２１、３２１  銅パターン
４３０  ビーム領域
４４０  リブ領域
【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７】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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