(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップの搭載部の下方に配設された金属基板と誘電体層と導電体層とからなるコンデンサと、
前記コンデンサと前記ＩＣチップの搭載部との間に配設された樹脂絶縁層及び配線層と、
底部に開口が設けられた前記金属基板収容用の樹脂基板と、を備え、
前記樹脂基板に外部基板接続用の配線を設けると共に、前記金属基板に外部基板接続用のバンプ又はピンを直接配置したことを特徴とするパッケージ基板。
【請求項２】
前記樹脂絶縁層が、金属基板及び樹脂基板上に形成されていることを特徴とする請求項１のパッケージ基板。
【請求項３】
前記コンデンサを電源用のコンデンサとしたことを特徴とする請求項１又は２のパッケージ基板。
【請求項４】
前記誘電体層が、酸化チタン塩あるいはペロスカイト系材料で形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１のパッケージ基板。
【請求項５】
前記樹脂基板は、２層以上積層されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のパッケージ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＩＣチップなどの電子部品を載置するパッケージ基板に関し、特にコンデンサを内蔵するパッケージ基板に関するのもである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、パッケージ基板では、電源からＩＣチップの電源／アースまでのループインダクタンスを低減するため、チップコンデンサを表面実装することがある。即ち、伝送損出となるループインダクタンスは、図１０（Ａ）に示すＩＣチップ２７０の電源端子２７２Ｐからパッケージ基板３００内の電源線を介して電源までの配線長、及び、電源からパッケージ基板３００内のアース線を介してＩＣチップ２７０のアース端子２７２Ｅまでの配線長に比例する。このため、図１０（Ｂ）に示すように、パッケージ基板３００にチップコンデンサ２９８を表面実装し、電源からＩＣチップの電源／アースまでの間にチップコンデンサ２９８を介在させることで、ループインダクタンスを決定するループ長を図中で実線で示すように、チップコンデンサ２９８間の配線長に短縮する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ループインダクタンスのリアクタンス分ＸLは、次式に示すように周波数に依存する。
ＸL＝２πfＬ      ｆ：周波数        Ｌ：インダクタンス
このため、ＩＣチップの高周波数化に伴い、図１０（Ｂ）を参照して上述したようにチップコンデンサを実装することによっては、ループインダクタンスのリアクタンス分ＸLを低減することができなくなってきた。
【０００４】
係る課題に対応するため、コンデンサを内蔵するセラミック板上に樹脂絶縁層及び配線層を配設した所謂ハイブリッドパッケージ基板が提案させている。このパッケージ基板においては、ＩＣチップの直下にコンデンサを配設することで、ループ長を短縮できる。しかしながら、低い誘電率の樹脂と、コンデンサを形成する高い誘電率の誘電体層とを貫いて信号線を配設するため、インピーダンス不連続による信号の反射、及び、高誘電体通過時に信号伝搬の遅延を発生する。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、大容量のコンデンサをＩＣチップの近傍に配置できるパッケージ基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１のパッケージ基板では、
ＩＣチップの搭載部の下方に配設された金属基板と誘電体層と導電体層とからなるコンデンサと、
前記コンデンサと前記ＩＣチップの搭載部との間に配設された樹脂絶縁層及び配線層と、
底部に開口が設けられた前記金属基板収容用の樹脂基板と、を備え、
前記樹脂基板に外部基板接続用の配線を設けると共に、前記金属基板に外部基板接続用のバンプ又はピンを直接配置したことを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項２のパッケージ基板は、請求項１において、前記樹脂絶縁層が、金属基板及び樹脂基板上に形成されていることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項３のパッケージ基板は、請求項１又は２において、前記コンデンサを電源用のコンデンサとしたことを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項４のパッケージ基板は、請求項１〜３において、前記誘電体層が、酸化チタン塩あるいはペロスカイト系材料で形成されてなることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項５のパッケージ基板では、請求項１〜４において、前記樹脂基板は、２層以上積層されてなることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１では、ＩＣチップの直下にコンデンサを配置するため、ＩＣチップとコンデンサとの距離が短くなり、ループインダクタンスを低減することができる。更に、ＩＣチップの真下に金属基板を配設するため、ＩＣチップからマザーボード側への電磁波干渉をシールドすることができる。金属基板表面のコンデンサの上に樹脂絶縁層及び配線層を設け、また、金属基板を収容する樹脂基板側に外部基板接続用の配線を設けて、コンデンサを信号線が通過しないため、高誘電体によるインピーダンス不連続による反射、及び、高誘電体通過による伝搬遅延が発生しない。更に、金属基板に外部基板接続用のバンプ、ピンを直接取り付けるため、コンデンサへ効率的に給電することができる。
【００１２】
請求項２では、樹脂絶縁層が、金属基板及び樹脂基板上に形成されているため、微細な配線を取り回すことができ、高集積化を図り得る。
【００１３】
請求項３では、ＩＣチップ直下に電源コンデンサを配置するため、ＩＣチップと電源コンデンサとの距離が短くなり、大電力を瞬時的にＩＣチップ側へ供給することが可能になる。
【００１４】
請求項４では、誘電体層が、誘電率の高い酸化チタン塩あるいはペロスカイト系材料で形成されているため、コンデンサを大容量に形成できる。また、誘電体層を焼成して形成すれば、層自体を薄くすることができる。前述の誘電体層で用い得るチタン酸塩とは、チタン酸バリウム、チタン酸鉛系、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸マグネシウムからなるチタン酸と金属との合金材料を意味して、ペロスカイト系材料とは、少なくともＭｇｘＮｂｙＯzである合金材料全般を意味する。その中でもチタン酸バリウムを用いることがよい。その理由として誘電率が１０以上にしやすく、金属層と誘電体層との密着が優れているからである。
【００１５】
請求項５では、樹脂基板を２層以上にすることにより、外部へのバンプ又はピンへの信号線や電源層などの接続の自由度が増し、配線長を短くすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
先ず、本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の構成について図６、図７を参照して説明する。図６は、パッケージ基板１０の断面を示し、図７は、図６に示すパッケージ基板１０にＩＣチップ７０を搭載し、ドータボード８０側へ取り付けた状態を示している。
【００１７】
図６に示すようにパッケージ基板１０は、金属基板１２と、金属基板１２を収容する樹脂基板２０と、ビルドアップ層を構成する層間樹脂絶縁層４０、１４０、２４０とからなる。層間樹脂絶縁層４０には、バイアホール４６及び導体回路４８が形成され、層間樹脂誘電体層１４０には、バイアホール１４６及び導体回路１４８が形成されている。層間樹脂絶縁層２４０には、バイアホール２４６及び導体回路２４８が形成されている。
【００１８】
図７に示すように該バイアホール２４６には、ＩＣチップ７０のパッド７２Ｓ、７２Ｐへ接続するためのバンプ６６Ａが形成されている。一方、樹脂基板２０にはスルーホール２６が形成されている。該スルーホール２６は、上方の端部に層間樹脂絶縁層４０のバイアホール４６へ接続されており、また、下端にドータボード８０の信号用パッド８２Ｓへ接続するためのバンプ６６Ｂが配設されている。また、金属基板１２の下面には、ドータボード８０の電源用パッド８２Ｐへ接続するためのバンプ６６Ｃが配設されている。
【００１９】
該金属基板１２の上面には誘電体層１４が配設され、該誘電体層１４の上面には導電体層１６が配設されている。即ち、金属基板１２の上面に誘電体層１４及び導電体層１６を配設することで電源用コンデンサが形成されている。
【００２０】
図７中に示すドータボード８０の信号用のパッド８２Ｓは、バンプ６６Ｂ−スルーホール２６Ｓ−バイアホール４６−導体回路４８−バイアホール１４６−導体回路１４８−バイアホール２４６−導体回路２４８−バイアホール２４６−バンプ６６Ａを介して、ＩＣチップ７０の信号用のパッド７２Ｓへ接続されている。更に図示しないが、パッド８２Ｓは、スルーホール２６Ｓ−バイアホール４６−導体回路４８−バイアホール１４６−導体回路１４８−バイアホール２４６−バンプ６６Ａを介して、ＩＣチップ７０の信号用のパッド７２Ｓへ接続されている。
【００２１】
ドータボード８０の電源用のパッド８２Ｐは、バンプ６６Ｃを介して電源用コンデンサの電極を構成する金属基板１２へ接続されている。一方、ＩＣチップの電源用のパッド７２Ｐ１は、バンプ６６Ａ−バイアホール２４６−導体回路１４８−バイアホール１４６−導体回路４８−バイアホール４６−電源端子１７を介して、金属基板１２へ接続されている。ＩＣチップの電源用の他方のパッド７２Ｐ２は、バンプ６６Ａ−バイアホール２４６−導体回路１４８−バイアホール１４６−導体回路４８−バイアホール４６を介して、上述した電源用コンデンサの他方の電極を構成する導電体層１６へ接続されている。即ち、ドータボード８０から電源用コンデンサへ供給された電力は、ＩＣチップ直下の金属基板１２を介してＩＣチップ側へ供給される。
【００２２】
本実施形態のパッケージ基板１０では、ＩＣチップ７０の直下に金属基板１２からなる電源用コンデンサを配置するため、ＩＣチップとコンデンサとの距離が短くなり、大電力を瞬時的にＩＣチップ側へ供給することが可能になる。即ち、ループインダクタンスを決定するループ長さを短縮することができる。更に、金属基板１２に外部基板接続用のバンプ６６Ｃを直接取り付けるため、コンデンサへ効率的に給電することができる。
【００２３】
また、本実施形態のパッケージ基板では、誘電体層１４が、無機材料として、誘電率の高い酸化チタンバリウムから構成されており、誘電体層の厚みを薄くすることで、コンデンサを大容量に形成できる。更に、金属単体である金属基板１２上に無機材料を焼結するため、焼結物は、１種類であり、雰囲気制御、焼結制御が容易であり、誘電率の安定した誘電体層を形成することができる。ここで、誘電体層としては、誘電率の高い酸化チタン塩あるいはペロスカイト系材料を用いることで、コンデンサを大容量に形成できる。また、誘電体層を焼成して形成すれば、層自体を薄くすることができる。前述の誘電体層で用い得るチタン酸塩とは、チタン酸バリウム、チタン酸鉛系、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸マグネシウムからなるチタン酸と金属との合金材料を意味して、ペロスカイト系材料とは、少なくともＭｇｘＮｂｙＯzである合金材料全般を意味する。
【００２４】
更に、金属基板１２表面のコンデンサの上に樹脂絶縁層４０を設け、また、金属基板を収容する樹脂基板２０側にドータボード８０への接続のスルーホール２６を設け、誘電体層１４を信号線が通過しないため、高誘電体によるインピーダンス不連続による反射、及び、高誘電体通過による伝搬遅延が発生しない。
【００２５】
また、ＩＣチップ７０の真下に金属基板１２を配設するため、ＩＣチップからマザーボード側への電磁波干渉をシールドすることができる。また、熱伝導性、耐熱性の高い金属基板１２側を用いるため、ＩＣチップを効率的に冷却できる。更に、金属基板１２を用いるため、薄く形成しても十分な基板剛性が得られ、パッケージ基板に反りを発生させない。
【００２６】
また更に、平坦な金属基板１２上に層間樹脂絶縁層４０、１４０、２４０を形成するため、膜厚を高精度に制御でき、導体回路４８，１４８，２４８の特性インピーダンス制御が容易となり、高速伝搬に適した設計が可能となる。更に、層間樹脂絶縁層４０、１４０、２４０が、金属基板１２及び樹脂基板２０上に形成されているため、微細な配線を取り回すことができ、高集積化を図り得る。
【００２７】
ひき続き、図６を参照して上述したパッケージ基板の製造方法について、図１〜図５を参照して説明する。
厚さ２００〜１０００μｍの銅、アルミニウム等からなる金属基板１２を出発材料とする（図１に示す工程（Ａ））。酸化チタンバリウムを周知の方法でグリーンシート１４αにし、金属基板１２に貼り付け、当該グリーンシート１４αに開口１４ａをパンチング、又は、レーザにより穿設する。（工程（Ｂ））。引き続き、プレーン層となるＡｇペースト１６αをグリーンシート１４α上に印刷し、開口１４ａに電極端子となるＡgペースト１７αを印刷する（工程（Ｃ））。ここでは、Ａｇを用いているが、Ｃｕペーストを使用することもできる。
【００２８】
これら積層体を熱圧着した後、空気中において９５０℃で３０分間焼成し、金属基板１２、誘電体層１４、導電体層１６から成る電源用コンデンサを形成する（工程（Ｄ））。本実施形態では、誘電体層１４を焼成により形成するため、酸化チタンバリウム等の無機高誘電率材料を用いることができ、大容量のコンデンサを形成することが可能となる。
【００２９】
一方、上述した金属基板１２を収容する凹部２０ａを備える樹脂基板２０を用意する（図２に示す工程（Ａ））。第１実施形態では、多層の樹脂基板を用いるため、外部へのバンプ又はピンへの信号線や電源層などの接続の自由度が増し、配線長を短くすることができる。この樹脂基板２０としては、エポキシ樹脂を含浸させたプリプレグを積層してなる積層板を用いることができる。エポキシ以外でも、ＢＴ、フェノール樹脂あるいはガラスクロスなどの強化材を含有しているもの等、一般的にプリント配線板で使用されるものを用い得る。次に、パンチングにより、凹部２０ａの底部に開口２０ｂを設けてから、ドリルでスルーホール用の３００〜５００μｍの通孔２２を穿設する（工程（Ｂ））。その後、電解めっき及び無電解めっきを行い、該樹脂基板２０の表面に金属膜２４を形成する（工程（Ｃ））。そして、金属膜２４をパターンエッチングしてスルーホール２６を形成する（工程（Ｄ））。最後に、スルーホール２６内に、銅ペースト２８を充填する（工程（Ｅ））。
【００３０】
引き続き、上記図２を参照して上述した工程で完成した樹脂基板２０の凹部２０ａに、図１を参照して上述した工程で完成した金属基板１２を嵌入する（図３に示す工程（Ａ））。そして、導電体層１６及び樹脂基板２０の上に、絶縁樹脂４０αを塗布する（工程（Ｂ））。絶縁樹脂としては、エポキシ、ＢＴ、ポリイミド、オレフィン等の熱硬化性樹脂、又は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合物を用いることができる。また、樹脂を塗布する代わりに、樹脂フィルムを貼り付けることもできる。
【００３１】
絶縁樹脂４０αを加熱して硬化させ層間樹脂絶縁層４０とした後、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ又はＵＶレーザにより、層間樹脂絶縁層４０に、スルーホール２６又は導電体層１６へ至る開口径１００〜２５０μｍの非貫通孔４０ａを形成する（工程（Ｃ））。その後、デスミヤ処理を施す。
【００３２】
樹脂基板２０の下面にマスク４５を貼り付けた後、パラジウム触媒を付与し、無電解めっき液へ浸漬して、層間樹脂絶縁層４０の表面に均一に厚さ１５μｍの無電解めっき膜４２を析出させる（図４に示す工程（Ｄ））。ここでは、無電解めっきを用いているが、スパッタにより銅、ニッケル等の金属膜を形成することも可能である。スパッタはコスト的には不利であるが、樹脂との密着性を改善できる利点がある。
【００３３】
引き続き、無電解めっき膜４２の表面に感光性ドライフィルムを張り付け、マスクを載置して、露光・現像処理し、厚さ15μｍのめっきレジストレジスト４３を形成する（工程（Ｅ））。そして、金属基板１２を無電解めっき液に浸漬し、無電解めっき膜４２を介して電流を流してレジスト４３の非形成部に電解めっき４４を形成する（工程（Ｆ））。
【００３４】
そして、レジスト４３及びマスク４５を５％KOH で剥離除去した後、硫酸と過酸化水素混合液でエッチングし、めっきレジスト下の無電解めっき膜４２を溶解除去し、無電解めっき４２及び電解銅めっき４４からなる厚さ１８μｍ（１０〜３０μｍ）の導体回路４８及びバイアホール４６を得る（図５に示す工程（Ｇ））。
【００３５】
更に、クロム酸に３分間浸漬して、導体回路４８間の層間樹脂絶縁層４０の表面を１μｍエッチング処理し、表面のパラジウム触媒を除去する。更に、第２銅錯体と有機酸とを含有するエッチング液により、導体回路４８及びバイアホール４６の表面に粗化面（図示せず）を形成し、さらにその表面にSn置換を行う。
【００３６】
上述した工程（Ｂ）〜（Ｇ）の処理を繰り返し、層間樹脂誘電体層１４０、バイアホール１４６、導体回路１４８、及び、層間樹脂絶縁層２４０、バイアホール２４６を形成する（工程（Ｈ））。
【００３７】
上述したパッケージ基板にはんだバンプを形成する。基板の両面に、ソルダーレジスト組成物を20μｍの厚さで塗布し、乾燥処理を行った後、円パターン（マスクパターン）が描画された厚さ５mmのフォトマスクフィルム（図示せず）を密着させて載置し、紫外線で露光し、現像処理する。そしてさらに、加熱処理し、はんだパッド部分（バイアホールとそのランド部分を含む）の開口６０ａを有するソルダーレジスト層（厚み20μｍ）６０を形成する（工程（Ｉ））。ここで、ＩＣチップ側には、直径８０μｍの開口６０ａを設け、スルーホール２６の下方には直径２００μｍの開口６０ａを設け、金属基板１２の下面には、直径８００μｍの開口６０ａを設ける。なお、耐食性を向上させるため、開口部６０ａにＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属層をめっき、スパッタにより形成することも可能である。
【００３８】
そして、ソルダーレジスト層６０の開口部６０ａに、半田ペーストを充填する（図示せず）。その後、開口部６２に充填された半田を 200℃でリフローすることにより、半田バンプ（半田体）６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃを形成する（図６参照）。
【００３９】
次に、該パッケージ基板へのＩＣチップの載置及び、ドータボードへの取り付けについて、図７を参照して説明する。完成したパッケージ基板１０の半田バンプ６６ＡにＩＣチップ７０の半田パッド７２Ｓ、７２Ｐが対応するように、ＩＣチップ７０を載置し、リフローを行うことで、ＩＣチップ７０の取り付けを行う。同様に、パッケージ基板１０の半田バンプ６６Ｂ、６６Ｃにドータボード８０のパッド８２Ｓ、８２Ｐをリフローすることで、ドータボード８０へパッケージ基板１０を取り付ける。
【００４０】
引き続き、第１実施形態の第１改変例に係るパッケージ基板について、図８を参照して説明する。第１改変例のパッケージ基板１０は、上述した第１実施形態とほぼ同様である。但し、この第１改変例のパッケージ基板では、樹脂基板２０に導電性ピン１６６が配設され、金属基板１２に導電性ピン１６７が配設され、該導電性ピン１６６、１６７を介してドータボード８０との接続を取るように形成されている。
【００４１】
次に、第１実施形態の第２改変例に係るプリント配線板について、図９を参照して説明する。上述した第１実施形態では、樹脂基板２０として多層樹脂基板を用いた。これに対して、第２改変例では、単層の樹脂基板２０を用いている。
【００４２】
上述した実施形態では、内層のコンデンサを金属基板１２上に形成したが、金属基板１２の代わりにセラミック板を用いることもできる。また、上述した実施形態では、パッケージ基板の内層のみにコンデンサを配置したが、更にパッケージ基板の表面にチップコンデンサを配設することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図６】第１実施形態に係るパッケージ基板の断面図である。
【図７】第１実施形態に係るパッケージ基板の断面図である。
【図８】第１実施形態の第１改変例に係るパッケージ基板の断面図である。
【図９】第１実施形態の第２改変例に係るパッケージ基板の断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、従来技術に係るパッケージ基板のループインダクタンスの説明図である。
【符号の説明】
１２  金属基板
１４  誘電体層
１６  導電体層
２０  樹脂基板
２０ｂ  開口
４０  層間樹脂絶縁層
４０ａ  非貫通孔
４２  無電解めっき膜
４４  電解めっき
４６  バイアホール
４８  導体回路
６０  ソルダーレジスト
６０ａ  開口部
６６  半田バンプ
７０  ＩＣチップ
８０  ドータボード
１４０  樹脂層
１４６  バイアホール
１６６  導電性ピン
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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