(57)【要約】      （修正有）【課題】コア基板に開口を設け、電子部品を収容してもクラックの発生することのない高い信頼性の半導体装置及びプリント配線板を提供する。【解決手段】キャビティ（開口）２６内に充填樹脂１０２が充填され、コア基板２０ｚ上に樹脂絶縁層５０Ｆ、１５０Ｆが積層されている。最下の樹脂絶縁層５０Ｆの熱膨張係数と充填樹脂１０２の熱膨張係数との差は１０ｐｐｍ／℃より小さい。充填樹脂１０２と最下の樹脂絶縁層５０Ｆとの界面で熱膨張率差による応力が発生せず、最下の樹脂絶縁層５０Ｆにクラックが発生し難い。【選択図】図２
2017011155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と該第１面と反対側の第２面とを備えるコア基板と、
前記コア基板の第１面に形成された第１導体層と、
前記コア基板の第２面に形成された第２導体層と、
前記コア基板を貫通して、前記第１導体層と、前記第２導体層とを接続するスルーホール導体と、
前記コア基板の第２面側に導体層と絶縁層とが交互に積層されてなるビルドアップ層と、
前記コア基板の第１面側に形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層及び前記コア基板を貫通して前記コア基板の第２面に積層された前記ビルドアップ層を露出させるキャビティと、
前記キャビティ内であって、前記ビルドアップ層を構成する前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層から露出されるパッドと、
前記キャビティ内で前記パッドに実装される半導体素子と、
前記キャビティ内で、前記半導体素子の周囲に充填される充填樹脂と、を備えた半導体装置であって、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層の熱膨張係数と前記充填樹脂の熱膨張係数との差は１０ｐｐｍ／℃より小さく、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層と前記充填樹脂の熱膨張係数は、前記ビルドアップ層を構成する前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層の熱膨張係数の半分以下である。
【請求項２】
請求項１の半導体装置であって、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層に含まれる無機粒子の含有率と前記充填樹脂に含まれる無機粒子の含有率との差は１０重量％より小さい。
【請求項３】
請求項１の半導体装置であって、
前記コア基板は芯材を備え、
前記ビルドアップ層を構成する前記絶縁層は芯材を備えない。
【請求項４】
請求項３の半導体装置であって、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層と前記充填樹脂との熱膨張係数の差は、前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層と前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層の熱膨張係数の差より小さい。
【請求項５】
請求項１の半導体装置であって、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層と前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層は無機粒子を含み、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層に含まれる無機粒子の含有率を重量％で表した値は、前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層に含まれる無機粒子の含有率を重量％で表した値の１．５倍以上である。
【請求項６】
請求項１の半導体装置であって、
前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層を貫通するビア導体を備え、
前記パッドは、前記ビア導体のボトム面より成る。
【請求項７】
請求項６の半導体装置であって、
前記キャビティ内に露出される全ての導体は、前記ビア導体の前記ボトム面より成る。
【請求項８】
第１面と該第１面と反対側の第２面とを備えるコア基板と、
前記コア基板の第１面に形成された第１導体層と、
前記コア基板の第２面に形成された第２導体層と、
前記コア基板を貫通して、前記第１導体層と、前記第２導体層とを接続するスルーホール導体と、
前記コア基板の第２面側に導体層と絶縁層とが交互に積層されてなるビルドアップ層と、
前記コア基板の第１面側に形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層及び前記コア基板を貫通して前記コア基板の第２面に積層された前記ビルドアップ層を露出させるキャビティと、を備えたプリント配線板であって、
前記ビルドアップ層を構成するコア基板の第２面側の最下層の絶縁層の熱膨張係数は、前記ビルドアップ層を構成する前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層の熱膨張係数の半分以下である。
【請求項９】
請求項８のプリント配線板であって、
前記コア基板は芯材を備え、
前記ビルドアップ層を構成する前記絶縁層は芯材を備えない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装エリアを露出するためのキャビティを有するプリント配線板、及び、該プリント配線板に電子部品を実装した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、図２に電子部品内蔵基板を開示している。特許文献１の電子部品内蔵基板は、コアレス基板と樹脂層を有する。そして、樹脂層に半導体チップを収容するための貫通孔と貫通ビアが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２３５２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている電子部品内蔵基板は、コアレス基板と半導体チップを収容するための収容部を有する樹脂層で形成されている。そのため、電子部品内蔵基板の強度や剛性は低いと考えられる。リフロー等で電子部品内蔵基板が高温になると、反りが大きいと予想される。
【０００５】
ここで、図３に示されるように芯材を備え剛性の高いコア基板４３０に開口４２６を設け、電子部品４９０を収容することも考え得る。しかしながら、開口４２６内の電子部品４９０を封止するために充填樹脂４０２を充填すると、充填樹脂４０２の熱膨張率が低く、絶縁層４５０、５５０との熱膨張差によってクラックＣが発生することが予想される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、第１面と該第１面と反対側の第２面とを備えるコア基板と、前記コア基板の第１面に形成された第１導体層と、前記コア基板の第２面に形成された第２導体層と、前記コア基板を貫通して、前記第１導体層と、前記第２導体層とを接続するスルーホール導体と、前記コア基板の第２面側に導体層と絶縁層とが交互に積層されてなるビルドアップ層と、前記コア基板の第１面側に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層及び前記コア基板を貫通して前記コア基板の第２面に積層された前記ビルドアップ層を露出させるキャビティと、前記キャビティ内であって、前記ビルドアップ層を構成する前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層から露出されるパッドと、前記キャビティ内で前記パッドに実装される半導体素子と、前記キャビティ内で、前記半導体素子の周囲に充填される充填樹脂と、を備える。そして、前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層の熱膨張係数と前記充填樹脂の熱膨張係数との差は１０ｐｐｍ／℃より小さく、前記コア基板の第２面側の最下層の絶縁層と前記充填樹脂の熱膨張係数は、前記ビルドアップ層を構成する前記コア基板の第２面側の最上層の絶縁層の熱膨張係数の半分以下である。
本発明では、ビルドアップ層に含まれる導体層、樹脂絶縁層を区別する上で、コア基板に近い方を下層、遠い方を上層とする。
【０００７】
実施形態の半導体装置では、コア基板の第２面側の最下層の絶縁層の熱膨張係数と充填樹脂の熱膨張係数との差は１０ｐｐｍ／℃より小さいため、充填樹脂と最下層の絶縁層との界面で熱膨張率差による応力が発生せず、最下層の絶縁層でクラックが発生し難い。更に、最下層の絶縁層と充填樹脂の熱膨張係数は、ビルドアップ層の最上層の絶縁層の熱膨張係数の半分以下である。充填樹脂と最上層の絶縁層とは熱膨張係数が異なるが、最上層の絶縁層は最下層の絶縁層と同じ面で構成されるため、キャビティ内のみに設けられる充填樹脂からの応力を、最下層の絶縁層を介して最上層の絶縁層が受けるため、最上層の絶縁層に局所的な応力集中が生ぜず、最上層の絶縁層にクラックが発生し難い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態に係るプリント配線板の断面図であり、図１（Ｂ）は第１回路基板と第１回路基板の開口から露出する実装エリアを示す平面図である。
【図２】図２（Ａ）実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図２（Ｂ）は半導体装置の応用例の断面図である。
【図３】参考例に係るプリント配線板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１（Ａ）は実施形態のプリント配線板１０を示す。実施形態のプリント配線板１０は、第１面Ｓと第１面と反対側の第２面Ｆとを有する第１回路基板１３０と第３面Ｖと第３面と反対側の第４面Ｗとを有する第２回路基板１５５を有する。
【００１０】
図１（Ａ）に示されている第２回路基板１５５は、交互に積層されている導体層５８Ｆ、１５８Ｆと樹脂絶縁層５０Ｆ、１５０Ｆとから成るビルドアップ層５５Ｆで形成されている。第２回路基板１５５は第１回路基板１３０の第２面Ｆ上に積層されている。第２回路基板の第３面Ｖと第１回路基板の第２面Ｆは接している。
第２回路基板の樹脂絶縁層５０Ｆ、１５０Ｆは樹脂と無機粒子で形成されている。
各樹脂絶縁層はビア導体用の開口６８Ｆ、１６８Ｆを有し、各開口は第４面Ｗ側から第３面Ｖ側に向かってテーパーしている。
各樹脂絶縁層の開口６８Ｆ、１６８Ｆにビア導体６０Ｆ、１６０Ｆが形成されている。各ビア導体の側壁は第４面Ｗ側から第３面Ｖ側に向かってテーパーしている。ビア導体により隣接する導体層が接続されている。
第２回路基板１５５は第３面Ｖの略中央部分に図１（Ｂ）に示される実装エリアＳＭＦを有する。図１（Ｂ）のＸ１−Ｘ１断面が図１（Ａ）に対応する。実装エリアは第１回路基板の開口２６により露出されている。実装エリア上にＩＣチップ等の電子部品が実装される。
実施形態では、ビルドアップ層５５Ｆに含まれる導体層、樹脂絶縁層を区別する上で、第１回路基板１３０に近い方を下層、遠い方を上層とする。つまり、導体層５８Ｆ（第２面Ｆ側の最下の導体層）、第２の導体層１５８Ｆ（第２面Ｆ側の最上の導体層）、樹脂絶縁層５０Ｆ（第２面Ｆ側の最下の樹脂絶縁層）、第２の樹脂絶縁層１５０Ｆ（第２面Ｆ側の最上の樹脂絶縁層）となる。
【００１１】
図１（Ａ）に示されている第１回路基板１３０はコア基板３０を有する。コア基板は、樹脂と芯材（補強部材）を含む絶縁基板２０ｚと第１導体層３４Ｓと第２導体層３４Ｆとスルーホール導体３６で形成されている。絶縁基板は第１面Ｓと第１面Ｓと反対側の第２面Ｆを有する。絶縁基板の第１面とコア基板の第１面は同じ面であり、絶縁基板の第２面とコア基板の第２面は同じ面である。絶縁基板は、さらに、無機粒子を含んでも良い。第１導体層３４Ｓは第１面上に形成されていて、第２導体層３４Ｆは第２面上に形成されている。第１導体層と第２導体層はスルーホール導体で接続されている。第１回路基板は、さらに、第２回路基板の実装エリアＳＭＦを露出するための開口２６を有している。図１（Ａ）では、プリント配線板が第１導体層上に導体層を有していない。その場合、第１導体層は最上の導体層である。
【００１２】
図１（Ａ）に示されるように、コア基板３０の第２面Ｆと第２導体層３４Ｆ上に第１の樹脂絶縁層５０Ｆが形成されている。第１の樹脂絶縁層５０Ｆに樹脂絶縁層５０Ｆを貫通するビア導体６０Ｆ（６０ＦＩ、６０ＦＯ）用の開口６８Ｆ（６８ＦＩ、６８ＦＯ）が形成されている。
第１の樹脂絶縁層５０Ｆ上に第２回路基板内の導体層５８Ｆが形成されている。
ビア導体６０Ｆ用の開口６８Ｆにビア導体６０Ｆが形成されている。ビア導体６０Ｆは、導体層（第２回路基板内の導体層）５８Ｆと第２導体層３４Ｆを接続している接続用ビア導体６０ＦＯと電子部品を実装するための実装用ビア導体６０ＦＩを有する。接続用ビア導体６０ＦＯは第１回路基板内のスルーホール導体のランド３６Ｌに直接接続されることが好ましい。ランド３６Ｌはスルーホール導体を覆っている導体とスルーホール導体の周りの導体で形成されていて、第２導体層３４Ｆに含まれる。
実装用ビア導体は実装エリアＳＭＦ内に形成されている。実装用ビア導体６０ＦＩは、第１の樹脂絶縁層５０Ｆのビア導体用の開口６８ＦＩ内に形成されている。実装用ビア導体６０ＦＩのボトム（Ｃ４パッド）７３ＳＩは開口６８ＦＩにより露出される。また、Ｃ４パッド７３ＳＩは、第１回路基板の開口２６により露出される。実装用ビア導体のボトム（Ｃ４パッド）は、開口２６と開口６８ＦＩにより露出される。
接続用ビア導体６０ＦＯは、第１の樹脂絶縁層５０Ｆの開口６８ＦＯ内に形成されている。接続用ビア導体６０ＦＯのボトム６０ＦＢはスルーホール導体のランド３６Ｌに直接接続している。
【００１３】
図１（Ａ）に示されるように、樹脂絶縁層（第１の樹脂絶縁層）５０Ｆを貫通する実装用ビア導体６０ＦＩのボトムは露出していて、第１パッド（Ｃ４パッド）７３ＳＩとして機能する。第１パッドは第２回路基板の実装エリアに形成されている。第１パッド７３ＳＩ上に電子部品と接続するための半田バンプ７６ＳＩ（図２（Ａ）参照）を形成することができる。
【００１４】
実施形態のプリント配線板では、ビア導体用の開口は樹脂絶縁層の下面から樹脂絶縁層の上面に向かってテーパーしている。そのため、パッドのサイズをさらに小さくすることができる。第１パッドのピッチをさらに小さくすることができる。プリント配線板のサイズが小さくなる。高機能な電子部品をプリント配線板に実装することができる。
【００１５】
図１（Ａ）に示されるように、第１の樹脂絶縁層（最下の樹脂絶縁層）５０Ｆと導体層（最下の導体層）５８Ｆ上に第２の樹脂絶縁層（最上の樹脂絶縁層）１５０Ｆが形成されている。第２の樹脂絶縁層１５０Ｆに樹脂絶縁層１５０Ｆを貫通する第２のビア導体１６０Ｆ用の開口１６８Ｆが形成されている。
第２の樹脂絶縁層１５０Ｆ上に第２回路基板内の第２の導体層１５８Ｆが形成されている。
第２のビア導体１６０Ｆ用の開口１６８Ｆに第２のビア導体１６０Ｆが形成されている。第２のビア導体１６０Ｆは、導体層（第２回路基板内の第２の導体層）１５８Ｆと導体層５８Ｆを接続している。
【００１６】
プリント配線板は第２回路基板の樹脂絶縁層（最上の樹脂絶縁層）１５０Ｆと導体層（最上の導体層）１５８Ｆ上にビルドアップ層上のソルダーレジスト層７０Ｆを有することができる。ビルドアップ層上のソルダーレジスト層７０Ｆに導体層（最上の導体層）１５８Ｆを露出する開口７１Ｆが形成されている。開口７１Ｆにより露出される導体層１５８Ｆはマザーボードと接続するパッド７３Ｆとして機能する。
パッド７３Ｆ上に保護膜７２を形成することができる。保護膜は、パッドの酸化を防止するための膜である。保護膜は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／ＡｕやＯＳＰ（Organic Solderability Preservative）膜で形成される。
実装用ビア導体６０ＦＩのボトム（Ｃ４パッド）上に保護膜を形成することができる。
【００１７】
貫通孔２８は、絶縁基板２０ｚの第１面Ｓ側の第１開口部２８Ｓと第２面Ｆ側の第２開口部２８Ｆで形成されている。第１開口部２８Ｓは第１面から第２面に向かってテーパーしていることが好ましい。第２開口部２８Ｆは第２面から第１面に向かってテーパーしていることが好ましい。このような形状を有する貫通孔２８内にスルーホール導体３６が形成されている。図１（Ａ）に示されているスルーホール導体３６は例えば、ＵＳ７７８６３９０に開示されている方法で製造されてもよい。
【００１８】
絶縁基板２０ｚは補強部材と樹脂で形成されている。絶縁基板２０ｚは、さらに、無機粒子を含んでも良い。補強部材の例はガラス繊維やガラスクロスやアラミド繊維である。無機粒子の例はシリカやアルミナである。
【００１９】
プリント配線板は、第１回路基板１３０の第１面Ｓと第１導体層３４Ｓ上にソルダーレジスト層７０Ｓを有することができる。上側のソルダーレジスト層７０Ｓに第１導体層３４Ｓを露出する開口７１Ｓが形成されている。開口７１Ｓにより露出される第１導体層３４Ｓは第２のパッケージ基板３３０を搭載するためのパッド（第２パッド）７３Ｓとして機能する。第２パッド上に保護膜７２を形成することができる。第２のパッケージ基板３３０は図２（Ｂ）に示されている。
【００２０】
図２（Ａ）は、実施形態のプリント配線板１０の第１応用例（半導体装置）２２０を示す。第１応用例２２０は、パッケージ基板（第１のパッケージ基板）である。
半導体装置２２０では、第１回路基板１３０の開口２６内にＩＣチップなどの電子部品９０が収容されている。ＩＣチップ９０は、開口２６から露出するＣ４パッド７３ＳＩに半田バンプ７６ＳＩにより実装される。開口２６内にはＩＣチップを封止する充填樹脂１０２が充填されている。
【００２１】
図２（Ｂ）は、実施形態のプリント配線板１０の第２応用例（ＰＯＰモジュール）３００を示す。第２応用例では、半導体装置２２０に接続体７６ＳＯを介して第２のパッケージ基板３３０が搭載されている。第２のパッケージ基板３３０は上基板３１０と上基板上に実装されているメモリ等の電子部品２９０を有する。接続体７６ＳＯは、上側のソルダーレジスト層７０Ｓの開口７１Ｓにより露出される第２導体層（第２パッド）７３Ｓ上に形成されている。図２（Ｂ）では、接続体７６ＳＯは、半田バンプ７６ＳＯである。半田バンプ以外の接続体の例はめっきポストやピンなどの金属ポスト（図示せず）である。めっきポストやピンの形状は円柱である。直円柱が好ましい。
上基板３１０上に電子部品２９０を封止するモールド樹脂３０２が形成されている。
【００２２】
第１回路基板は、絶縁基板２０ｚの第１面と第１導体層上に交互に積層されている樹脂絶縁層と導体層を有することができる。その場合、樹脂絶縁層と導体層上に上側のソルダーレジスト層７０Ｓが形成される。その場合、上側のソルダーレジスト層７０Ｓの直下の導体層が最上の導体層である。
【００２３】
プリント配線板１０は、ビルドアップ層上のソルダーレジスト層７０Ｆの開口７１Ｆから露出されるパッド７３Ｆに、マザーボードと接続するための半田バンプ７６Ｆを有しても良い。
【００２４】
第１回路基板１３０を構成する絶縁基板２０ｚは芯材に樹脂を含浸させたプリプレグを積層して成る。芯材の例は、ガラスクロスやガラス繊維やアラミド繊維である。樹脂の例は、エポキシ樹脂やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂である。絶縁基板２０ｚの熱膨張係数（ＣＴＥ）は５ｐｐｍ／℃である。
【００２５】
ＩＣチップを封止する充填樹脂１０２、及び、第１の樹脂絶縁層５０Ｆ、第２の樹脂絶縁層１５０Ｆは、芯材を含有せず、無機フィラーを含有する樹脂から成る。樹脂の例は、エポキシ樹脂やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂を主としてなる樹脂である。無機フィラーとしては、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物およびケイ素化合物からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。更に、シリカ、アルミナ、ドロマイト等が挙げられる。実施形態で、充填樹脂１０２と第１の樹脂絶縁層（最下の樹脂絶縁層）５０Ｆとは同じ材料から成ることが好ましい。少なくとも、コア基板の第２面側の最下の樹脂絶縁層５０Ｆの熱膨張係数と充填樹脂１０２の熱膨張係数との差は、１０ｐｐｍ／℃より小さいことが望ましい。また、最下の樹脂絶縁層５０Ｆに含まれる無機粒子の含有率と充填樹脂１０２に含まれる無機粒子の含有率との差は、１０重量％より小さいことが好ましい。充填樹脂１０２、第１の樹脂絶縁層５０Ｆと第２の樹脂絶縁層（最上の樹脂絶縁層）１５０Ｆとは異なる材料から成る。充填樹脂１０２と第１の樹脂絶縁層５０Ｆは、無機粒子を８５重量％含み、熱膨張係数（ＣＴＥ）は１０ｐｐｍ／℃である。第２の樹脂絶縁層（最上の樹脂絶縁層）１５０Ｆは、無機粒子を４０重量％含み、熱膨張係数（ＣＴＥ）は３９ｐｐｍ／℃である。最下の樹脂絶縁層５０Ｆと充填樹脂１０２との熱膨張係数の差は、最下の樹脂絶縁層５０Ｆと最上の樹脂絶縁層１５０Ｆの熱膨張係数の差より小さいことが好ましい。
【００２６】
実施形態の半導体装置２２０では、最下の樹脂絶縁層５０Ｆと充填樹脂１０２とは同じ材料から成る場合、充填樹脂１０２と最下の樹脂絶縁層５０Ｆとの界面で熱膨張率差による応力が発生せず、最下の樹脂絶縁層５０Ｆにクラックが発生し難い。更に、最下の樹脂絶縁層５０Ｆと充填樹脂１０２の熱膨張係数は、ビルドアップ層の最上の樹脂絶縁層１５０Ｆの熱膨張係数の半分以下である。充填樹脂１０２と最上の樹脂絶縁層１５０Ｆとは熱膨張係数が異なるが、最下の樹脂絶縁層５０Ｆは最上の樹脂絶縁層１５０Ｆと同じ面で接しているため、キャビティ２６内のみに設けられる充填樹脂１０２からの応力を、最下の樹脂絶縁層を介して最上の樹脂絶縁層が受けるため、最上の樹脂絶縁層に局所的な応力集中が生ぜず、最上の樹脂絶縁層１５０Ｆにクラックが発生し難い。このため、半導体装置の信頼性が高まる。
【００２７】
充填樹脂１０２と最下の樹脂絶縁層５０Ｆに含まれる無機粒子の含有量（重量）％は、最上の樹脂絶縁層１５０Ｆに含まれる無機粒子の含有量（重量）％の１．５倍以上であり、充填樹脂１０２と最下の樹脂絶縁層５０Ｆの熱膨張係数は、最上の樹脂絶縁層１５０Ｆの熱膨張係数の半分以下であることが望ましい。充填樹脂１０２と最下の樹脂絶縁層５０Ｆとを同じ材質にすることで、最上の樹脂絶縁層１５０Ｆでクラックを発生し難くできる。
【００２８】
実施形態のプリント配線板は、芯材を備え剛性の高い絶縁基板２０ｚを用いるため、プリント配線板の反りを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  プリント配線板
２６  開口
３６  スルーホール導体
５０Ｆ  最下の樹脂絶縁層
５８Ｆ  導体層
６０Ｆ  ビア導体
９０  ＩＣチップ
１０２  充填樹脂
１３０  第１回路基板
１５０Ｆ  最上の樹脂絶縁層
１５５  第２回路基板
【図１】
2017011155.tif 000003
【図２】
2017011155.tif 000004
【図３】
2017011155.tif 000005