(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に伸びる配線導体および前記一方向に対して４５度の方向に伸びる配線導体で形成された信号配線と、該信号配線に絶縁層を介して対向配置され、格子状に配列された方形開口部を有する接地または電源導体層とを具備した配線基板であって、
前記方形開口部は、前記一方向に対して１５〜３０度の方向に配列されており、開口の一辺が０．１０〜０．１５ｍｍであるとともに前記開口間の間隔が０．３〜０．６ｍｍであることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の配線基板の表面に前記信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、該実装用電極に前記半導体素子の電極を電気的に接続して成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を搭載するために用いられる配線基板およびこの配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されてきており、このような電子機器に搭載される電子装置も小型・高密度化が要求されるようになってきている。そのため、半導体装置を構成する配線基板にも小型化・薄型化・多端子化が求められてきており、それを実現するために信号配線等の配線の幅を細くするとともにその間隔を狭くし、さらに配線の多層化・配線間を接続する貫通導体の小径化により高密度化が図られている。
【０００３】
このような高密度配線が可能な配線基板として、ビルドアップ法を採用して製作された多層配線基板が知られている。ビルドアップ法とは、例えば、ガラスクロスやアラミド不布織等の補強材に耐熱性や耐薬品性を有するエポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂を含浸させて複合化した絶縁基板上に、間に配線導体を挟んでエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る接着材を塗布して絶縁層を形成するとともに絶縁層を加熱硬化させた後、配線導体上部の絶縁層にレーザで径が50〜200μｍ程度の貫通孔を形成し、しかる後、絶縁層表面を化学粗化し、さらに無電解銅めっき法および電解銅めっき法を用いて貫通孔側面および貫通孔底面の配線導体上に導体膜を被着して貫通導体を形成するとともに絶縁層表面に貫通導体と接続する配線導体を形成し、さらに、絶縁層や貫通導体・配線導体の形成を複数回繰り返すことにより配線基板を製作する方法である。
【０００４】
このような配線基板の配線導体は、用途によって、電源導体層・接地導体層および信号配線に機能化されている。このうち電源導体層は、配線基板に実装される半導体素子に電源を供給するために機能し、絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から構成されている。また、信号配線は、電気信号を電磁波障害なしに伝播させるために機能し、所定の回路形状にパターン化した導体から構成されている。さらに、接地導体層は、電源導体層や信号配線を流れる電流によって発生する電磁波をシールドし、他の配線導体に生じるノイズを防止するために機能し、電源導体層と同様に絶縁層の略全面をめっきしたベタパターンの薄膜導体から構成されている。すなわち、信号配線などから発生する電磁波を、接地導体層で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の信号配線でノイズが発生しないように構成されている。
【０００５】
このような役割を担う電源導体層・信号配線および接地導体層は、それぞれ配線基板の表面に設けられた外部電気回路接続用の実装用電極に貫通導体を介して電気的に接続され、配線基板に実装される電子部品への電力の供給・信号の伝達あるいは電磁波のシールドを行うことができるような積層構造に配置されている。
【０００６】
また、電源導体層および接地導体層のベタパターンには、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すために格子状に配列された方形開口部が設けられている。このような格子状に配列された方形開口部は、配線基板を平面視した時に、電源導体層および接地導体層の全面にわたって均一に配列されているとともに信号配線と平行に配列されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の配線基板では、これを平面視した時に、格子状に配列された方形開口部と信号配線とが平行に配列されているので、信号配線によっては、絶縁層を介して対向配置された開口部と重なって形成されたりあるいは開口部と重ならずに形成され、各信号配線間で特性インピーダンスが異なってしまい、高周波領域で特性インピーダンスの不整合による反射ノイズが発生し搭載する半導体素子が誤作動してしまうという問題点を有していた。
【０００８】
また、従来の配線基板は、その開口部が大きすぎるとベタパターンによるシールド効果が小さくなり、信号の漏れによるクロストークノイズが発生してしまい、逆に開口部が小さすぎると絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスが容易に抜けず、接地または電源導体層が膨れたり剥れたりしまうという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、各信号配線間の特性インピーダンスの不整合を小さくして反射ノイズの発生を低減するとともに、接地または電源導体層の膨れや剥れのない配線基板およびそれを用いた半導体装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、一方向に伸びる配線導体および一方向に対して45度の方向に伸びる配線導体で形成された信号配線と、この信号配線に絶縁層を介して対向配置され、格子状に配列された方形開口部を有する接地または電源導体層とを具備した配線基板であって、方形開口部は、前記一方向に対して15〜30度の方向に配列されており、開口の一辺が0.10〜0.15ｍｍであるとともに開口間の間隔が0.3〜0.6ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、本発明の半導体装置は、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、この実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、一方向に伸びる配線導体および一方向に対して45度の方向に伸びる配線導体で形成された信号配線に対して接地または電源導体層に形成した方形開口部を15〜30度の方向に配列したことから、配線基板を平面視した時、信号配線と方形開口部とが平均的に重ね合わさり各信号配線間で特性インピーダンスの差が生じることはなく、その結果、反射ノイズの発生が抑制され、高周波信号領域でも安定して信号が伝達される配線基板とすることができる。
【００１４】
また、本発明の配線基板によれば、方形開口部の開口の一辺を0.10〜0.15ｍｍとするとともに開口間の間隔を0.3〜0.6ｍｍとしたことから、接地および電源導体層のシールド効果で高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できるとともに、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、その結果、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、配線基板を平面視した時に、信号配線と方形開口部とが平均的に重ね合わさり各信号配線間で特性インピーダンスの差が生じることはなく、その結果、反射ノイズの発生が抑制され、高周波信号領域でも安定的に信号が伝達される半導体装置とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板およびこれを用いた半導体装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の配線基板の信号配線と接地導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す透過平面図である。なお、図２の接地導体層は、電源導体層であってもよい。
【００１８】
これらの図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、３は信号配線、４は接地導体層、５は電源導体層、６は貫通導体、７は方形開口部で、主にこれらで本発明の配線基板８が構成される。また、この配線基板８に半導体素子９を搭載し、実装用電極10と半導体素子９の電極とを電気的に接続することにより本発明の半導体装置11と成る。なお、本発明の配線基板８の接地導体層４および電源導体層５には、格子状に配列された方形開口部７が形成されている。
【００１９】
配線基板８は、半導体素子９の支持部材としての機能を有し、絶縁基板１の表面および／または裏面の主面に複数の絶縁層２が積層されている
配線基板８を構成する絶縁基板１は、絶縁層２の支持体としての機能を有し、例えばガラスクロス−エポキシ樹脂やガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂・ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル樹脂・アラミド繊維−エポキシ樹脂等から成り、常法により製作される。また、絶縁基板１の主面には、電源導体層５等の導体層が被着形成されており、これらの導体層は、絶縁基板１内部に形成されたスルーホール導体15で電気的に接続されている。さらに、絶縁基板１の主面には、銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜からなる信号配線３や接地導体層４・電源導体層５が絶縁層３を介して積層されている。
【００２０】
絶縁層２は、信号配線３や接地導体層４・電源導体層５を支持する支持部材として機能し、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂とエラストマーと無機絶縁性フィラーとから成る。なお、信号配線３や接地導体層４・電源導体層５等の金属薄膜との密着性を良好となすために、表面を粗化できる熱可塑性樹脂成分も含有してもよい。
【００２１】
このような絶縁層２は、例えばエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂・エラストマー・無機絶縁性フィラーに溶剤等を添加した混合物を混練して液状ワニスを得、この液状ワニスをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製離型シート上に塗布し、60〜100℃の温度で乾燥することによりフィルム状に成形される。また、絶縁層２には、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ・ＵＶレーザ等の従来周知のレーザを用いて直径が30〜300μｍ程度の貫通孔が形成されるとともに、その内部に銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属薄膜を被着して、信号配線３同士を電気的に接続する貫通導体６が形成されている。なお、絶縁層２となる乾燥後のフィルムは、エラストマーを含有することから、フィルム上面にポリエチレンシートを積層し、ロール状に巻き取ることにより容易に貯蔵できる。また、フィルムの厚さは自由に設定することができるが、絶縁性の観点からは20〜100μｍの範囲の厚さが好ましい。そして、絶縁層２は、このフィルムを絶縁基板１表面に真空ラミネータを用いて圧着し、オーブンで熱硬化することにより積層される。
【００２２】
また、絶縁層２表面には、信号配線３やベタパターンの接地導体層４・電源導体層５が形成され、これらは貫通導体６で電気的に接続されている。このような信号配線３や接地導体層４・電源導体層５は、配線基板８に搭載される半導体素子９を外部電気回路基板（図示せず）に電気的に接続する導電路としての機能を有する。また、信号配線３は、その幅が20〜100μｍであり、配線設計のし易さとその屈曲部でのクラック防止のため、一方向に伸びる配線導体３ａおよび一方向に対して45度の方向に伸びる配線導体３ｂで形成されている。一方、ベタパターンの接地導体層４や電源導体層５には、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスを逃すために、および絶縁層２同士の密着性を向上させるために多数の格子状に配列された方形開口部７が形成されている。
【００２３】
信号配線３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成する金属材料としては、電気抵抗値が低いという観点からは銅や金・ニッケル・アルミニウム等の金属が好ましく、安価という観点からは銅が好ましい。なお、銅や金・ニッケル・アルミニウム等から成る金属薄膜の厚みは、高速の信号を伝達させるという観点からは３μｍ以上であることが好ましく、金属薄膜を絶縁基板１や絶縁層２に被着形成する際に金属薄膜に大きな応力を残留させず、金属薄膜が絶縁基板１や絶縁層２から剥離しにくいものとするためには50μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２４】
このような金属薄膜は、次に述べる方法により形成される。まず、絶縁層２の所望の個所に、例えば炭酸レーザを用いて貫通孔を形成した後に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に浸漬して粗化する。次に、絶縁層２の表面および貫通孔内壁を無電解めっきの触媒と成る例えばパラジウムの水溶液中に浸漬して絶縁層２表面と貫通孔内壁に触媒を被着させ、さらに、硫酸銅・ロッセル塩・ホルマリン・ＥＤＴＡナトリウム塩・安定剤等から成る無電解めっき液に約30分間浸漬して、数μｍの無電解銅めっき膜を析出させる。そして次に、絶縁層２の表面に感光性ドライフィルムレジストをラミネートし露光と現像により薄膜導体と成る所定の配線パターンを形成し、しかる後に、硫酸・硫酸銅５水和物・塩素・光沢剤等から成る電解銅めっき液に数Ａ／ｄｍ2の電流を印加しながら数時間浸漬することにより貫通導体６が貫通孔の内壁や内部に形成される。さらにまた、水酸化ナトリウムを用いて感光性ドライフィルムレジストを剥離し、しかる後、硫酸・過酸化水素水溶液でめっき膜表面をエッチングすることにより、絶縁層２の表面に信号配線３や格子状に配列された方形開口部７を有する接地導体層４・電源導体層５が形成される。
【００２５】
そして、このような信号配線３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成した絶縁層２の上面に、絶縁層２を積層するとともに上記と同じ工程を繰り返して信号配線３や接地導体層４・電源導体層５・貫通導体６を形成し、さらにこれを複数回繰り返すことにより絶縁層２が複数積層される。
【００２６】
なお、本発明の配線基板８において、信号配線３と接地導体層４または電源導体層５とは対に成るように設計されており、信号配線３の上下には絶縁層２を介して接地導体層４または電源導体層５が配置されている。
【００２７】
本発明の配線基板８においては、接地導体層４または電源導体層５の格子状に配列された方形開口部７が、一方向に伸びる配線導体３ａ・３ｂに対して15〜30度の方向に配列されている。また、このことが重要である。なお、ここで一方向に伸びる配線導体３ａ・３ｂに対して15〜30度の方向とは、例えば、配線導体３ａに対しては配線導体３ｂと同じ方向で15〜30度の範囲であり、配線導体３ｂに対しては配線導体３ａと同じ方向で15〜30度の範囲を示している。
【００２８】
本発明の配線基板８によれば、格子状に配列された方形開口部７が、一方向に伸びる配線導体３ａ・３ｂに対して15〜30度の方向に配列されていることから、配線基板８を平面視した時、信号配線３と方形開口部７とが平均的に重ね合わさり各信号配線３間で特性インピーダンスの差が生じることはなく、その結果、反射ノイズの発生が抑制され、高周波信号領域でも安定して信号が伝達される配線基板８とすることができる。なお、格子状に配列された方形開口部７が、一方向に伸びる配線導体３ａ・３ｂに対して15度より小さい角度の方向あるいは30度より大きい角度の方向に配列されていると、信号配線３と方形開口部７との重なりにバラツキが生じ、各信号配線３間で特性インピーダンスの値が大きく異ってしまい、高周波領域で特性インピーダンスの不整合による反射ノイズが発生し半導体素子が誤作動してしまう傾向がある。従って、格子状に配列された方形開口部７は、一方向に伸びる配線導体３ａ・３ｂに対して15〜30度の方向に配列されていることが好ましい。
【００２９】
なお、ここで反射ノイズとは、特性インピーダンスの不整合により電圧反射が生じることにより信号配線３の波形が階段的に乱れる現象であり、特に、高周波領域では、小さな特性インピーダンスの不整合でも反射ノイズが生じ易く、これにより配線基板８に搭載されている半導体素子９が誤作動することがある。
【００３０】
さらに、本発明の配線基板８においては、方形開口部７の開口の一辺が、0.10〜0.15ｍｍであるとともに開口間の間隔が0.3〜0.6ｍｍであることが好ましい。また、このことが重要である。
【００３１】
本発明の配線基板８によれば、方形開口部７の開口の一辺を0.10〜0.15ｍｍとするとともに開口間の間隔を0.3〜0.6ｍｍとしたことから、接地導体層４および電源導体層５のシールド効果で高周波領域における信号配線３間のクロストークノイズが低減できるとともに、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスも容易に逃がすことができ、その結果、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れの発生することのない配線基板８とすることができる。
【００３２】
なお、方形開口部７の開口の一辺が、0.10ｍｍより小さいと絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスが絶縁層２から容易に抜けず、接地導体層４または電源導体層５が膨れたり剥れたりしてしまう傾向があり、0.15ｍｍより大きいと接地導体層４または電源導体層５のシールド効果が小さくなり、クロストークノイズが発生し半導体素子９が誤作動してしまう危険性がある。従って、方形開口部７の開口の一辺は、0.10〜0.15ｍｍであることが好ましい。また、開口間の間隔が0.3ｍｍ未満であると、接地導体層４または電源導体層５と信号配線３とが重なる部分が増加し、接地導体層４および電源導体層５のシールド効果が小さくなりクロストークノイズが発生して半導体素子９が誤作動してしまう傾向にあり、0.6ｍｍより大きいと方形開口部７の数が少なくなり、絶縁層２の樹脂が硬化する際に発生するガスが絶縁層２から容易に抜けず、接地導体層４または電源導体層５が膨れたり剥れたりしてしまう傾向にある。従って、方形開口部７の開口間の間隔は、0.3〜0.6ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
なお、クロストークノイズとは、信号が容量結合や誘電結合により他の信号配線へ誘起されて生じる現象であり、本発明においては、信号配線３の上下には絶縁層２を介して接地導体層４または電源導体層５を配置しているので、信号配線３から発生する電磁波を、接地導体層４または電源導体層５で渦電流に変換することによってシールドし、かかるシールド効果によって他の信号配線３でノイズが発生しないようにしている。
【００３４】
かくして、本発明の配線基板８によれば、方形開口部７の開口の一辺を0.10〜0.15ｍｍとするとともに開口間の間隔を0.3〜0.6ｍｍとしたことから、接地導体層４および電源導体層５のシールド効果で高周波領域における信号配線３間のクロストークノイズが低減できるとともに、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを絶縁層２から容易に逃がすことができ、接地導体層４または電源導体層５に膨れや剥れのない配線基板８とすることができる。
【００３５】
なお、配線基板８に半導体素子９を実装する際の熱履歴から絶縁層２および実装用電極10を保護するために、絶縁層２の最外層表面に感光性樹脂から成る耐半田樹脂層12を被着形成してもよい。また、この場合、耐半田樹脂層12の実装用電極10上部には露光・現像により実装用電極10と半導体素子９の電極とを接続する導体バンプ13用の開口が形成される。さらに、開口底の実装用電極10表面にニッケル・金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜20μｍの厚さに被着させておくと、実装用電極10表面の酸化腐食を有効に防止できるとともに実装用電極10と導体バンプ13との接続を良好とすることができる。
【００３６】
また、本発明の半導体装置11は、配線基板８表面の実装用電極10と半導体素子９の電極とを導体バンプ13を介して電気的に接続することによって形成される。なお、実装用電極10上に被着された耐半田樹脂層12の開口の形状は円形状であることが望ましく、さらに、それらの径はフィリップチップ側が50〜300μｍ、ボールグリッドアレイ側が300〜800μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
導体バンプ13は、実装用電極10と半導体素子９の各電極とを電気的に接続する機能を有し、配線基板８表面の実装用電極10上に半田等の金属により形成されている。このような導体バンプ13は、金や鉛−錫・錫−亜鉛・錫−銀−ビスマス等の合金の導電材料から成り、例えば導電材料が鉛−錫から成る半田の場合、鉛−錫から成るぺーストを耐半田樹脂層12の開口にスクリーン印刷法によって印刷、あるいは鉛−錫から成る半田ボールを耐半田樹脂層12の開口に載置した後、リフロー炉を通すことによって実装用電極10上に半球状に固着形成される。しかる後、半導体素子９を導体バンプ13上に載置し、リフロー炉を通すことによって実装用電極10と半導体素子９の各回路とが電気的に接続される。なお、半導体素子９と配線基板８表面との間に、熱硬化性樹脂とフィラーとから成るアンダーフィル材14を注入することによって、導体バンプ13が保護されるとともに半導体素子９が配線基板８に強固に固着される。
【００３８】
かくして、本発明の半導体装置11によれば、上記の配線基板８の表面に信号配線３と電気的に接続された半導体素子９の実装用電極10を有するとともに、実装用電極10に半導体素子９の電極を電気的に接続して成ることから、配線基板８を平面視した時に、信号配線３と方形開口部７とが平均的に重なっていることから、各信号配線３間で特性インピーダンスの差が生じず、反射ノイズの発生が抑制されるので、高周波信号領域でも安定的に信号が伝達される半導体装置11とすることができる。
【００３９】
なお、本発明の配線基板８および半導体装置11は上述の実施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あれば種々の変更は可能であることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、一方向に伸びる配線導体および一方向に対して45度の方向に伸びる配線導体で形成された信号配線に対して接地または電源導体層に形成した方形開口部を15〜30度の方向に配列したことから、配線基板を平面視した時、信号配線と方形開口部とが平均的に重ね合わさり各信号配線間で特性インピーダンスの差が生じることはなく、その結果、反射ノイズの発生が抑制され、高周波信号領域でも安定して信号が伝達される配線基板とすることができる。
【００４１】
また、本発明の配線基板によれば、方形開口部の開口の一辺を0.10〜0.15ｍｍとするとともに開口間の間隔を0.3〜0.6ｍｍとしたことから、接地および電源導体層のシールド効果で高周波領域における信号配線間のクロストークノイズが低減できるとともに、絶縁層の樹脂が硬化する際に発生するガスを容易に逃がすことができ、その結果、接地または電源導体層に膨れや剥れのない配線基板とすることができる。
【００４２】
さらに、本発明の半導体装置によれば、上記の配線基板の表面に信号配線と電気的に接続された半導体素子の実装用電極を有するとともに、実装用電極に半導体素子の電極を電気的に接続して成ることから、配線基板を平面視した時に、信号配線と方形開口部とが平均的に重ね合わさり各信号配線間で特性インピーダンスの差が生じることはなく、その結果、反射ノイズの発生が抑制され、高周波信号領域でも安定的に信号が伝達される半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板に半導体素子を搭載して成る半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の信号配線と接地および電源導体層とを平面視した時の実施の形態の一例を示す透過平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・絶縁基板
２・・・・・・・絶縁層
３・・・・・・・信号配線
3a・3b・・・・・配線導体
４・・・・・・・接地導体層
５・・・・・・・電源導体層
７・・・・・・・方形開口部
８・・・・・・・配線基板
９・・・・・・・半導体素子
10・・・・・・・実装用電極
11・・・・・・・半導体装置
【図１】
0004540262.tif 000002
【図２】
0004540262.tif 000003