(57)【要約】【課題】半導体チップを搭載する多層回路配線板において、その内部のフィルドビア近傍で発生する熱変型を抑え、信頼性の高い多層回路配線板を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、絶縁基板を介して導電材料によって構成された配線パターン及び少なくとも１つのダミーパターンを複数積層し、層間の電気的接続はフィルドビアによって行う多層回路配線板であって、前記フィルドビアのパッドの外縁と前記ダミーパターンの外縁の距離が４０μｍ以下であることを特徴とする多層回路配線板であり、配線基板内部のフィルドビアへの応力集中を抑えることが出来る。このため、信頼性の高い多層回路配線基板を提供することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材を介して導電材料によって構成された配線パターン及び少なくとも１つのダミーパターンを複数積層し、層間の電気的接続はフィルドビアによって行う多層回路配線板であって、
前記フィルドビアのパッドの外縁と前記ダミーパターンの外縁の距離が４０μｍ以下であること
を特徴とする多層回路配線板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層回路配線板であって、
フィルドビアに直近のダミーパターンは、異なる層の配線パターンに対応する位置に設けられていること
を特徴とする多層回路配線板。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の多層回路配線板が実装された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器などに使用される半導体装置を搭載する多層配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体素子には、近年、動作速度がクロック周波数で１ＧＨｚに達するものが出現している。この様な高速半導体素子では、トランジスターの集積度が高く、その結果入出力端子数が１０００を越えることもある。
【０００３】
このような多端子数の半導体素子をプリント配線基板に実装するために、半導体素子とプリント基板の間には多層回路配線板が配置され、両者の電気的接合の橋渡しを担っている。多層回路配線板は、高密度化された半導体素子の端子との接合に対応するため、プリント配線基板よりも非常に薄い層構造と、微細なライン・アンド・スペースを有する配線パターンを持つ。現在広く実用化されている多層回路配線板としては、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等が挙げられる。
【０００４】
最近では、さらなる高密度実装への対応、また、高動作周波数化への要望に答えるため、ポリイミド樹脂フィルムなどに配線層を形成したものを積層して多層回路配線板全体の厚さを薄くするとともに、層間接続長を短くすることにより高周波数に対応させたものも開発されてきている。
【０００５】
図２（ａ）は、ＢＧＡ対応の４層構成の多層回路配線板の一例を示す部分模式構成断面図であり、図２（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ１層目−４層目の導電層の上面図である。
【０００６】
多層回路配線板４００は、絶縁基材１１０の両面に配線パターン４１１、４１２とダミーパターン４１３、４１４が形成されている。さらに、絶縁層４２０、４３０を介して一方の面には半導体チップを接続するための半田バンプ用電極パッド４３１、４３２、配線パターン４３３、４３４、フィルドビアパッド４３５、４３６、およびダミーパターン４３８が形成されている。さらに他方の面には、絶縁層４４０、４５０を介してプリント配線板と接続するための半田ボール用電極パッド４５１、４５２、配線パターン４５３、４５４とダミーパターン４５５が形成されている。配線パターン４３３と４１２は、２段スタックビア４７０、４７１で接続されており、配線パターン４３４と４１１は単独フィルドビア４６０で接続されている。また、配線パターン４５３、４５４もフィルドビア（不図示）を介して配線パターン４１２と同層の配線パターン（不図示）に接続されている。
【０００７】
図２に示した配線パターン、フィルドビアパッド、半田バンプ用電極パッド、半田ボール用電極パッドと、同じ導電層中の各ダミーパターンとは、お互いの外縁を一定距離隔てて形成されている（以下、クリア領域と呼称する）。一般的にクリア領域はフィルドビアパッドを中心とした半径１５０μｍ以上の円であることが多い。また、半田バンプ用電極パッド４３１、４３２及び半田ボール用電極パッド４５１、４５２以外の領域にはソルダーレジスト層４９１、４９２が形成されている。
【０００８】
次に、上記多層回路配線板４００を用いた一般的な実装構成例を図４に示す。多層回路配線板４００の上面には、半導体チップ２３０が半田バンプ２２０によって実装される。また、多層回路配線板４００は薄くて反りやすいため、半導体チップ２３０の周囲にはスティフナと呼ばれる枠状の板２１０が取り付けられる事が多い。さらにチップの上面にはリッドと呼ばれる放熱板２５０が貼り付けられる（例えば特許文献１参照）。多層回路配線板４００の下面は、多数の半田ボール２６０がアレイ状に形成されており、この状態で最終的に半田ボール２６０を介してプリント配線板２７０に実装される。
【０００９】
このような多層回路配線板における問題として、半導体チップやプリント基板に実装した際、厚さが薄いために配線板と半導体チップ、プリント基板との熱変形差などによって反りや変型が発生しやすい事がある。この時、配線板内部の配線パターン、特に、層間の電気的接続を担っているフィルドビア近辺に応力が集中しやすく、回路接続の信頼性上問題となる場合がある。
【特許文献１】特開２００１−１１０９２６号公報
【非特許文献１】春日壽夫  編、超小型パッケージＣＳＰ／ＢＧＡ技術  日刊工業新聞社（１９９９）  ｐ３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の事情に鑑みて考えられたものであり、その目的とするところは半導体チップを搭載する多層回路配線板において、その内部のフィルドビア近傍で発生する熱変型を抑え、変形により電気的導通が損なわれることのない、信頼性の高い多層回路配線板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の本発明は、絶縁基板を介して導電材料によって構成された配線パターン及び少なくとも１つのダミーパターンを複数積層し、層間の電気的接続はフィルドビアによって行う多層回路配線板であって、前記フィルドビアのパッドの外縁と前記ダミーパターンの外縁の距離が４０μｍ以下であることを特徴とする多層回路配線板である。
【００１２】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の多層回路配線板であって、フィルドビアに直近のダミーパターンは、異なる層の配線パターンに対応する位置に設けられていることを特徴とする多層回路配線板である。
【００１３】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の多層回路配線板が実装された半導体装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の多層回路配線板は、フィルドビアのパッドの外縁とダミーパターンの外縁の距離が４０μｍ以下であることを特徴とすることにより、フィルドビア近傍の導体の割合が増え、剛性が増すと共に熱変形も低減される。このため、多層回路配線板の電気的導通に対する信頼性を高めることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の多層回路配線板は、フィルドビアに直近のダミーパターンが異なる層の配線パターンに対応する位置に設けられていることを特徴とすることにより、特に、配線とフィルドビア接合部の剛性を効果的に向上させることが出来る。このため、多層回路配線板の電気的導通に対する信頼性を高めることが可能となる。
【００１６】
本発明により、配線基板内部のフィルドビアへの応力集中を抑えることが出来る。このため、電気的導通に対する信頼性の高い多層回路配線基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１を用いて本発明の多層回路配線基板の一例について説明を行う。なお、図１（ａ）は、本発明のＢＧＡ型多層回路配線板の一実施例を示す部分模式構成断面図であり、図１（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ１層目〜４層目の導電層の上面図である。
【００１８】
本発明の多層回路配線基板本発明の多層回路配線板１００は、絶縁基材１１０の両面に配線パターン１１１、１１２とダミーパターン１１３、１１４、１１５が形成されている。さらに、絶縁層１２０、１３０を介して一方の面には半導体チップを接続するための半田バンプ用電極パッド１３１、１３２、配線パターン１３３、１３４、フィルドビアパッド１３５、１３６、およびダミーパターン１３７、１３８が形成されている。さらに、絶縁層１４０、１５０を介して他方の面にはプリント配線板と接続するための半田ボール用電極パッド１５１、１５２、配線パターン１５３、１５４が形成されている。配線パターン１３３と１１２は、２段スタックビア１６０で接続されており、配線パターン１３４と１１１は単独フィルドビア１７０で接続されている。
【００１９】
単独フィルドビア１６０とスタック構造フィルドビア１７０、１７１のパッド１３６、１３５、１１７、１１８には、それぞれ配線パターン１３４、１３３、１１１、１１２が接続されている。このとき、ダミーパターン１３７、１１３、１１５、１１４、は、異なる層の配線パターン１３４、１３３、１１１、１１２に対応する位置に形成されている。このように、フィルドビアパッドの周囲に、異なる層の配線パターンと対応する位置に、ダミーパターンを形成することにより、フィルドビア近傍の導体の割合が増え、剛性が増すと共に熱変形も低減される。その結果信頼性の高い多層回路配線板を提供することが出来る。
【００２０】
絶縁基材１１０および、絶縁層１２０、１３０、１４０、１５０としては、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂を用いる事が出来るが、ガラスエポキシやＢＴレジンなど、他の絶縁材料を用いてもよい。また、その層の厚さは例えば１０〜１００μｍとする事が出来る。
【００２１】
配線パターン１１１、１１２、１３３、１３４は、例えば銅によって構成されており、この厚みは例えば１５μｍである。これらは、例えば絶縁層となるポリイミド等の絶縁フィルムの上に一面に銅箔を積層し、これをエッチングすることによって形成することが出来る。
【００２２】
フィルドビア１６０、１７０、１７１は、例えば各導体層が対応する絶縁層の上に形成された後、例えばレーザー加工により導体層および絶縁層を貫通する穴を形成し、さらにメッキ処理を施してビア内に導電材料を充填することによって形成する事が出来る。材料としては、例えば配線パターンと同じものを用いる事が出来る。
【００２３】
ダミーパターン１１３、１１４、１１５、１３７、１３８は、例えば配線パターンと同じ材質で構成されており、この厚みも配線パターンと同じくする事が出来る。これらは、例えば絶縁層となるポリイミド等の絶縁フィルムの上に一面に銅箔を積層し、これをエッチングすることによって形成することが出来る。
【００２４】
また、ダミーパターン外縁とフィルドビアパッド外縁との距離は両者が絶縁を保てば、４０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。異なる層の配線パターンと対応する位置に形成するダミーパターンの幅は４０μより大きくとも構わない。また、その形状についても、前記クリア領域以外で配線パターンを含んでいれば、図１のように長方形でなくともよく、フィルドビアパッドを取り囲むような扇形形状でも構わない。
【００２５】
半田バンプ用電極パッド１３１、１３２、および半田ボール用電極パッド１５１、１５２は、配線パターンの一部であり、表面に例えば厚さ３μｍのニッケル層と厚さ０．５μｍの金層を有している。
【００２６】
以下、本発明の多層回路配線板の製造方法の一例について説明を行う。
【００２７】
まず、絶縁基材１１０の両面に銅箔を一面に貼り付け、化学研磨および脱脂処理を施し２層目と３層目の導電層を形成後（不図示）、レーザー加工により、フィルドビア１７０の位置に対応する場所に、一方の導電層および絶縁基板１１０を貫通する穴を形成する。その後、形成した穴にデスミア処理を施した後、無電解銅メッキ処理及び電解銅メッキ処理を施して穴を銅材で充填することにより、フィルドビア１７０を形成する。
【００２８】
次に、硫酸と過酸化水素水との混合液により化学研磨をすることにより、２層目と３層目の導電層の厚さを整え、その表面に液状レジスト（不図示）を塗布する。その後、フォトリソグラフィー技術を用いた露光、現像、およびエッチング処理を施すことで、２層目と３層目の導電層をパターン加工し、配線パターン１１１、１１２、フィルドビアパッド１１６、１１７、１１８、およびダミーパターン１１３、１１５、１１４を形成する。
【００２９】
次に、２層目の導電層の上面に、絶縁層１２０を介し、表面に銅箔が貼り付けられた絶縁層フィルム１３０を貼り合わせる。同様に３層目の導電層の下面に、絶縁層１４０を介し、表面に銅箔が貼り付けられた絶縁層フィルム１４０を貼り合わせる。その後、上述と同様に、まずレーザー加工およびメッキ処理を施すことにより、フィルドビア１６０、１７１を形成し、さらに、フォトリソグラフィー技術および、エッチング処理を施すことにより、配線パターン１３３、１３４、１５３、１５４、半田バンプパッド１３１、１３２、１３５、１３６、半田ボールパッド１５１、１５２、およびダミーパターン１３７、１３８、１５５を形成する。
【００３０】
次に、ソルダーレジスト樹脂を１層目と４層目の導電層のそれぞれ上面と下面に塗布し、同様にフォトリソグラフィー技術およびエッチング処理を施すことにより、ソルダーレジスト層１９０、１９１を形成し、半田バンプ用パッド１３１、１３２、１３５、１３６、および半田ボールパッド１５１、１５２以外の導電パターンを被覆する。
【００３１】
最後に、半田バンプ用パッド１３１、１３２、１３５、１３６、および半田ボールパッド１５１、１５２の表面に、厚さ３μｍのニッケルめっき層と厚さ０．５μｍの金めっき層を形成し、多層回路配線板１００を形成する。
【実施例】
【００３２】
＜実施例１＞
まず、２５、４μｍ厚のポリイミドフィルムからなる絶縁基材に１２μｍ厚の銅箔が積層された両面銅張り積層基材を用意した。前記積層基材に化学研磨、ビア用の孔明け、銅めっき、パターニング処理して配線パターン１１１、１１２とダミーパターン１１３、１１４、１１５及びフィルドビア１７０を形成し、両面配線板を作製した。
【００３３】
次に、両面配線板の両面に５μｍ厚のエポキシ系樹脂フィルム１２０、１４０と１３μｍ厚のポリイミド樹脂フィルム１３０、１５０とを積層して絶縁層を形成し、セミアデティブプロセスにより、一方の面に半導体チップを接続するための半田バンプ用電極パッド１３１、１３２、配線パターン１３３、１３４、フィルドビアパッド１３５、１３６、ダミーパターン１３７、１３８およびフィルドビア１６０、１７１を形成した。同様に他方の面に半田ボール接続用電極パッド１５１、１５２、配線パターン１５３、１５４、ダミーパターン１５５およびフィルドビア（不図示）を形成した。
【００３４】
ここで、フィルドビアパッドの外縁と、ダミーパターンの外縁の距離は２０μｍの距離とした。また、配線パターンの幅は２０μｍとし、異なる層の配線パターンと対応する位置に設けたダミーパターンの幅は４０μとした。
【００３５】
次に、ソルダーレジスト層１９０及び１９１を形成して、４層構成の本発明の多層回路配線板１００を作製した。（図１（ａ）参照）
【００３６】
次に、多層回路配線板１００の上面にソルダーペーストをスクリーン印刷し、半田リフロプロセスを施すことにより、鉛フリー半田バンプ２２０を形成した。そして、厚さ０、５ｍｍのスティフナ２１０を貼り付けた後、鉛フリー半田バンプ２２０を介して、長さ１５ｍｍ角の半導体チップ２３０を実装し、半導体チップ２３０と多層回路配線板１００の間には樹脂を充填しアンダーフィル２４０を形成し、半導体チップ２３０上面にリッド２５０を貼り付けた。
【００３７】
次に、多層回路配線板１００の下面の半田ボール接続用電極パッドに直径５００μの鉛フリー半田ボール２６０を形成し、最後に、厚さ２ｍｍの多層プリント配線板２７０上に半田ボール実装し、半導体装置２００を作製した（図３参照）。
【００３８】
ここで、半導体装置２００では、プリント配線板２７０の最表面の配線、半田ボール、多層回路配線板１００の内部配線により、半田ボール接続面側の最外層フィルドビアを含む直列のデイジーチェーン回路が形成され、プリント配線板２７０表面の電極（図示せず）から、その回路の導通状態が確認可能とした。
【００３９】
次に、製作した半導体装置２００の冷熱サイクル試験を行った。半導体装置２００を熱サイクル試験機（エスペック社製、商品名：ＴＳＡ−１０１Ｓ−Ｗ）に投入し、１２５℃と−４０℃の間での冷熱サイクル試験を行い、試験中、デイジーチェーン回路にて導通モニターを行った。試験結果を表１に示す。
【００４０】
＜実施例２＞
実施例１と同様に多層回路配線基板を作製し、冷熱サイクル試験を行った。ただし、フィルドビアのパッドの外縁と、ダミーパターンの外縁の距離を４０μｍとした。試験結果を表１に示す。
【００４１】
＜実施例３＞
実施例１と同様に多層回路配線基板を作製し、冷熱サイクル試験を行った。ただし、フィルドビアのパッドの外縁と、ダミーパターンの外縁の距離を６０μｍとした。試験結果を表１に示す。
【００４２】
＜比較例１＞
実施例１と同様に多層回路配線基板を作製し、冷熱サイクル試験を行った。ただし、フィルドビアパッドを中心とした半径１５０μｍをクリア領域とし、クリア領域内に異なる層の配線パターンに対応したダミーパターンを設けない多層回路配線基板とした。試験結果を表１に示す。
【００４３】
＜評価＞
実施例１、実施例２、実施例３、比較例１で得られた結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2007305653.tif 000003
【００４５】
表１より、従来構成であるフィルドビアパッドを中心とした半径１５０μｍのクリア領域内にダミーパターンを設けなかった場合（比較例１）に比べて、異なる層の配線パターンに対応したダミーパターンを設けた実施例１、２、３では、いずれも冷熱サイクル試験において破断サイクル数が増加し、電気的導通に対する信頼性が向上していることが確認された。
【００４６】
また、フィルドビアパッドの外縁とダミーパターンの外縁の距離が６０μｍの実施例３では、比較例１からの破断サイクル数の増加率は１０％以内であったが、フィルドビアのパッドの外縁とダミーパターンの外縁の距離が、４０μｍ以下である実施例１、２では、比較例１からの破断サイクル数の増加率は２０％以上と大幅に大きくなった。
【００４７】
以上より、本発明の多層回路配線基板は、前記フィルドビアのパッドの外縁と前記ダミーパターンの外縁の距離が４０μｍ以下であることにより、フィルドビア近傍の導体の割合を増やし、特に、配線とフィルドビア接合部の剛性を効果的に向上させ、その結果電気的接続信頼性が損なわれないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の多層回路配線板の一実施例を示す部分模式図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ１〜４層目の導電層形状を示す上面図である。
【図２】従来の多層回路配線板の一実施例を示す部分模式図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ１〜４層目の導電層形状を示す上面図である。
【図３】本発明の多層回路配線板を実装した半導体装置の一例を示す模式構成断面図である。
【図４】従来の多層回路配線板を実装した半導体装置の一例を示す模式構成断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００、４００…多層回路配線板
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０…絶縁基材
１９０、１９１、４９０、４９１…ソルダーレジスト層
１１１、１１２、１３３、１３４、１５３、１５４、  ４１１、４１２、４３３、４３４、４５３、４５４…配線パターン
１１３、１１４、１１５、１３７、１３８、４１３、４１４、４３８、４５５…ダミーパターン
１６０、１７０、１７１、４６０、４７０、４７１…フィルドビア
１１６、１１７、１１８、１３５、１３６、４１６、４１７、４１８、４３５、４３６…フィルドビアパッド
１３１、１３２、４３１、４３２…半田バンプ接続用電極パッド
１５１、１５２、４５１、４５２…半田ボール接続用電極パッド
２００、３００…半導体装置
２１０…スティフナ
２２０…半田バンプ
２３０…半導体チップ
２４０…アンダーフィル
２５０…リッド
２６０…半田ボール
２７０…プリント配線板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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