JP7002321B2

JP7002321B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP7002321B2
Application number: JP2017245664A
Authority: JP
Inventors: 俊弘樋渡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019114617A

Description

本開示は、半導体素子を搭載する配線基板に関するものである。

ＤＮＡ検査装置等に代表される医療用機器の小型化、高機能化が進むのに伴い、高機能な半導体素子を搭載した配線基板の開発が進められている。このような配線基板は、コア用絶縁体の上下面に積層された複数のビルドアップ用絶縁体を有している。そして、ビルドアップ用絶縁体の表面に高密度に位置する線状の配線導体を有している。

特開平１１－２９７８８５号公報

それぞれのビルドアップ用絶縁体は、ビアホール導体を備えた複数のビアホールを有している。最上層にあるビルドアップ用絶縁体の上面中央には、半導体素子に接続される複数の接続パッドが位置している。また、コア用絶縁体には、スルーホール導体を備えた複数のスルーホールが位置している。そして、接続パッドとスルーホール導体とは、ビアホール導体および線状の配線導体を介して電気的に接続される。しかしながら、配線導体の高密度化に伴い、例えば線状の配線導体とビアホール導体との配置領域が干渉してしまうことがある。このため、線状の配線導体の配置領域を確保するためにビルドアップ用絶縁体の層数を増やす必要が生じてしまい配線基板の小型化が困難になる虞がある。

本開示の配線基板は、積層状態で位置する複数の平板状の絶縁体と、絶縁体に位置する複数のビアホールと、ビアホール内に位置するビアホール導体と、絶縁体上に位置しており、ビアホール導体が上側のみに位置する第１ランド、および、ビアホール導体が下側のみに位置する第２ランド、ならびにビアホール導体が上側および下側の両方に位置する第３ランドを含むビアホールランドと、同一の絶縁体上に位置する第１ランドおよび第２ランドをつなぐ配線導体と、を含んでおり、絶縁体は、平面視で第１ランドが複数列の並びで位置する第１領域、および第２ランドが複数列の並びで第１領域を囲む第２領域を有する第１絶縁体と、第１絶縁体よりも下層側に位置する第２絶縁体と、を含んでおり、第１絶縁体において、配線導体は、第１領域における外周列の第１ランドおよび第２領域における内周列の第２ランドをつなぐ第１配線導体と、第１領域における内周列の第１ランドおよび第２領域における外周列の第２ランドをつなぐ第２配線導体と、を有し、第２絶縁体において、ビアホールランドは、第１絶縁体にある外周列の第２ランドとビアホール導体を介してつながっており枠状の並びで位置する第１ランド、第１絶縁体にある内周列の第２ランドとビアホール導体を介して繋がっており第２絶縁体にある第１ランドよりも内側に枠状の並びで位置する第３ランド、および第３ランドよりも内側に枠状の並びで位置する第２ランドを有し、配線導体は、第１ランドと第２ランドとをつなぐ第３配線導体を有していることを特徴とするものである。

本開示の配線基板によれば、絶縁体の層数を抑制して小型化が可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本開示に係る配線基板を説明するための概略断面図である。図２は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面図である。図３は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面図である。図４は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面図である。図５は、本開示に係る配線基板を説明するための概略平面図である。図６は、本開示に係る配線基板の異なる実施例を説明するための概略平面図である。

図１～図５を基に、本開示の配線基板２０の実施形態例を説明する。図１は、配線基板２０の概略断面図を示している。

図１に示すように、配線基板２０は、絶縁基板１と、絶縁体２と、配線導体３と、ソルダーレジスト４とを備えている。配線基板２０は、例えば、平面視において四角形状を有している。配線基板２０の厚さは、例えば０．３～１．５ｍｍ程度に設定されている。

絶縁基板１は、例えば、配線基板２０の剛性を確保して配線基板２０の平坦性を保持する等の機能を有している。絶縁基板１の厚さは、例えば２００～８００μｍに設定されている。絶縁基板１は、上記機能を有するため絶縁体２よりも厚い。絶縁基板１は、ガラスクロス、およびエポキシ樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の絶縁材料を含んでいる。

このような絶縁基板１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。

絶縁基板１は、絶縁基板１の上下面を貫通する複数のスルーホール５を有している。互いに隣接するスルーホール５同士は、平面視において所定のピッチおよび所定の隣接間隔をあけて縦横の並びで位置している。ピッチは、隣接するスルーホール５同士の中心間距離のことを指す。隣接間隔は、隣接するスルーホール５同士の最短間隔のことを指す。

スルーホール５の直径は、例えば１００～３００μｍに設定されている。スルーホール５のピッチは、例えば２００～５５０μｍに設定されている。スルーホール５の隣接間隔は、例えば１５０～３５０μｍに設定されている。

スルーホール５は、例えばブラスト加工やドリル加工により形成される。スルーホール５内には、スルーホール導体６が位置している。さらに絶縁基板１の上面および下面には、スルーホール導体６を被覆する状態でスルーホールランド７が位置している。スルーホール導体６は、絶縁基板１の上面および下面に位置する配線導体３同士を電気的につないでいる。

絶縁体２は、絶縁基板１の上面および下面に積層された状態で位置している。絶縁体２の厚さは、例えば２５～３５μｍに設定されている。絶縁体２は、例えば、後で詳しく説明する配線導体３の引き出し用スペースを確保する機能を有している。

絶縁体２は、絶縁粒子、およびエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁材料を含んでいる。このような絶縁体２は、例えばシリカが分散したエポキシ樹脂を含む樹脂フィルムを、真空下で絶縁基板１の表面、または絶縁体２の表面に貼着して熱硬化することで形成される。

絶縁体２は、後述するビアホールランド１１を底面とする複数のビアホール８を有している。ビアホール８の直径は、例えば３０～１００μｍに設定されている。ビアホール８は、例えばレーザー加工により形成される。ビアホール８内には、ビアホール導体９が位置している。

配線導体３は、絶縁基板１の上下面、絶縁体２の上面または下面に位置している。配線導体３は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のめっき技術を用いて、銅等の良導電性金属により構成されている。以下に、絶縁基板１の上面に位置する絶縁体２の上層側から、配線導体３の配置関係を説明する。

まず、図２を基にして、上から１番目の絶縁体２Ａの上面にある配線導体３について説明する。絶縁体２Ａの上面には、複数のパッド１０が縦横の並びで位置している。パッド１０は、例えば配線導体３の一部により構成されており、半導体素子等の電子部品の電極と半田を介して接続される。パッド１０は、電子部品との接続が容易にできるように配線基板２０の最上面に位置している。パッド１０の下面は、ビアホール導体９とつながっている。

パッド１０は、例えば円形状を有しており、一定のピッチで位置している。ピッチは、隣接するパッド１０同士の中心間距離のことを指す。パッド１０のピッチは、例えば対向して実装される電子部品の電極の並びに対応して設定されている。パッド１０の直径は、例えば１００～２００μｍに設定されている。パッド１０のピッチは、例えば１３０～２３０μｍに設定されている。

次に、図３を基にして、上から２番目の絶縁体２Ｂにある配線導体３について説明する。絶縁体２Ｂの上面には、複数のビアホールランド１１および配線導体３が位置している。絶縁体２Ｂは、四角枠状の第１領域１２、第１領域１２の外周側に位置する第２領域１３、および第１領域１２の内周側に位置する第３領域１４を有している。

ビアホールランド１１は、上面のみにビアホール導体９が位置している第１ランド１１ａ、下面のみにビアホール導体９が位置している第２ランド１１ｂ、および上面および下面の両方にビアホール導体９が位置している第３ランド１１ｃを含んでいる。第１ランド１１ａの上面は、パッド１０とビアホール導体９を介してつながっている。第２ランド１１ｂの下面は、絶縁体２Ｂに位置するビアホール導体９とつながっている。第３ランド１１ｃの上面は、パッド１０とビアホール導体９を介してつながっており、下面は絶縁体２Ｂに位置するビアホール導体９とつながっている。図１に示すように、絶縁体２Ｂの第１ランド１１ａの上面には第１絶縁体２Ａのビアホール導体９が位置し、第２ランド１１ｂの下面には絶縁体２Ｂのビアホール導体９が位置している。

第１ランド１１ａは、第１領域１２内に２列の並びで位置している。第２ランド１１ｂは、第２領域１３内に２列の並びで位置している。第３ランド１１ｃは、第３領域１４内に縦横の並びで位置している。ビアホールランド１１の直径は、例えば９０～１００μｍに設定されている。第１ランド１１ａおよび第２ランド１１ｂは、それぞれ枠状の並びで、上記部位に位置している。

配線導体３は、第１領域１２における外周列の第１ランド１１ａと第２領域１３における内周列の第２ランド１１ｂとをつなぐ第１配線導体３ａを有しているとともに、第１領域１２における内周列の第１ランド１１ａと第２領域１３における外周列の第２ランド１１ｂとをつなぐ第２配線導体３ｂを有している。これにより、最外周のパッド１０および最外周より一つ内側のパッド１０とつながる導電経路が、絶縁体２Ｂにおいて外周方向に引き出される。言い換えれば、絶縁体２Ｂの中央部に高密度に位置している導電経路の一部が、第１配線導体３ａおよび第２配線導体３ｂによって外周方向に引き出され、導電経路が低密度に再配置されて下側の導電経路と垂直状につながれている。

第１配線導体３ａおよび第２配線導体３ｂの幅は、例えば１２～５０μｍに設定されている。第１配線導体３ａおよび第２配線導体３ｂは、例えば電気信号を伝播する機能を有している。

次に、図４を基にして、上から３番目の絶縁体２Ｃにある配線導体３について説明する。絶縁体２Ｃの上面には、複数のビアホールランド１１および配線導体３が位置している。絶縁体２Ｃは、四角枠状の第１領域１２Ａ、第１領域１２Ａの外周側に位置する第２領域１３Ａ、および第１領域１２Ａの内周側および第２領域１３Ａの外周側に位置する第３領域１４Ａを有している。

第１ランド１１ａは、第１領域１２Ａ内に２列の並びで位置している。第２ランド１１ｂは、第２領域１３Ａ内に２列の並びで位置している。第３ランド１１ｃは、内周側の第３領域１４Ａ内に縦横の並びで位置しているとともに、外周側の第３領域１４Ａ内に２列の並びで位置している。なお、第２領域１３Ａは、上から２番目の絶縁体２Ｂの第１領域１２における第１ランド１１ａを経由する導電経路が、第１配線導体３ａおよび第２配線導体３ｂによって外周部に引き出されたことにより、絶縁体２Ｃに生じるスペースである。

配線導体３は、第１領域１２Ａにおける外周列の第１ランド１１ａと第２領域１３Ａにおける内周列の第２ランド１１ｂとをつなぐ第１配線導体３ａを有しているとともに、第１領域１２Ａにおける内周列の第１ランド１１ａと第２領域１３Ａにおける外周列の第２ランド１１ｂとをつなぐ第２配線導体３ｂを有している。これにより、最外周より二つ内側のパッド１０および最外周より三つ内側のパッド１０とつながる導電経路が、絶縁体２Ｃにおいて外周方向に引き出される。言い換えれば、絶縁体２Ｃの中央部の高密度に位置する導電経路の一部が、第１配線導体３ａおよび第２配線導体３ｂによって外周方向に引き出され、導電経路が低密度に再配置されて下側の導電経路と垂直状につながれている。

次に、図５を基にして、上から４番目の絶縁体２Ｄにある配線導体３について説明する。絶縁体２Ｄの上面には、複数のビアホールランド１１および配線導体３が位置している。

ビアホールランド１１は、第１ランド１１ａ、第２ランド１１ｂ、および第３ランド１１ｃを含んでいる。第１ランド１１ａは、絶縁体２Ｄの外周付近に２列の並びで枠状に位置している。外周側の第１ランド１１ａは、上から２番目の絶縁体２Ｂに位置する第２ランド１１ｂとビアホール導体９を介してつながっている。内周側の第１ランド１１ａは、上から３番目の絶縁体２Ｃに位置する第２ランド１１ｂとビアホール導体９を介してつながっている。

第２ランド１１ｂは、外周側の第１ランド１１ａの内側、および内周側の第１ランド１１ａの内側に２列の並びで枠状に位置している。なお、第２ランド１１ｂが位置している領域は、上から２番目の絶縁体２Ｂの第１ランド１１ａを経由する導電経路が、外周方向に引き出されたことにより絶縁体２Ｄに生じるスペース、および上から３番目の絶縁体２Ｃの第１ランド１１ａを経由する導電経路が、外周方向に引き出されたことにより絶縁体２Ｄに生じるスペースである。

第３ランド１１ｃは、絶縁体２Ｄの中央部において縦横の並びに位置しており、外周部において２列で枠状に位置している。絶縁体２Ｄの中央部に位置する第３ランド１１ｃは、長円形状を有している。

配線導体３は、外周列の第１ランド１１ａと外周列の第２ランド１１ｂ、および内周列の第１ランド１１ａと内周列の第２ランド１１ｂをつなぐ第３配線導体３ｃを有している。これにより、上から２番目の絶縁体２Ｂおよび上から３番目の絶縁体２Ｃにおいて外周方向に引き出された導電経路が、絶縁体２Ｄにおいて中央方向に引き戻される。言い換えれば、低密度に再配置された導電経路が、スルーホール５の直上に引き戻されて、スルーホールランド７およびスルーホール導体６を含む下側の導電経路と垂直状につながれる。

絶縁基板１の下面側においては、絶縁基板１の上面側と同数の絶縁体２が積層された状態で位置している。このように、上面側の絶縁体２の層数と下面側の絶縁体２の層数とを合わせておくのは、配線基板２０の反りを抑制するためである。最下層にある絶縁体２の下面には、マザーボード等の外部基板に接続されるパッド１５が位置している。パッド１５は、それぞれの絶縁体２の下面およびビアホール導体９によって、絶縁基板１下面のスルーホールランド７と電気的につながっている。これにより、配線基板２０の上面に接続される電子部品と下面に接続される外部基板との間で信号の送受信が可能になる。なお、パッド１５は、外部基板の電極の配置に合わせて任意の配置をとることができる。

ソルダーレジスト４は、最上層の絶縁体２の上面および最下層の絶縁体２の下面に位置している。上面のソルダーレジスト４は、パッド１０を露出する開口４ａを有している。下面のソルダーレジスト４は、パッド１５を露出する開口４ｂを有している。ソルダーレジスト４は、例えば配線基板２０に半導体素子を実装するときの熱から配線導体３を保護する機能を有している。このようなソルダーレジスト４は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムを絶縁体２の上面または下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。

このように、本開示に係る配線基板２０によれば、上から２番目の絶縁体２Ｂにおいて、第１領域１２の外周列に位置する第１ランド１１ａが、第２領域１３の内周列に位置する第２ランド１１ｂと第１配線導体３ａとつながれている。さらに、第１領域１２の内周列に位置する第１ランド１１ａが、第２領域１３の外周列に位置する第２ランド１１ｂと第２配線導体３ｂとつながれている。これにより、絶縁体２Ｂの中央部に高密度に位置する導電経路の一部を絶縁体２Ｂの外周部に引き出して、絶縁体２Ｂの中央部における導電経路の密度を緩和させる。つまり、外周部を導電経路の引き出し用のスペースとして利用し、中央部において高密度に枠状で位置する全ての第１ランド１１ａを経由する導電経路を外周方向へ展開することを容易にしている。

また、上から３番目の絶縁体２Ｃは、上から２番目の絶縁体２Ｂにおける導電経路が第１領域１２から第２領域１３に引き出されたことにより生じる第２領域１３Ａを有している。このため、絶縁体２Ｃでは、第２領域１３Ａに多くの第２ランド１１ｂを位置させることが可能になる。すなわち、第１領域１２Ａに多くの第１ランド１１ａ位置させておいて、第２領域１３Ａに位置する多くの第２ランド１１ｂとつなぐことができる。

さらに、上から４番目の絶縁体２Ｄは、上から２番目の絶縁体２Ｂにおける導電経路が第１領域１２から第２領域１３に引き出されたことにより生じる領域、および上から３番目の絶縁体２Ｃにおける導電経路が第１領域１２Ａから第２領域１３Ａに引き出されたことにより生じる領域を有している。この領域を利用して、上から２番目の絶縁体２Ｂおよび上から３番目の絶縁体２Ｃにおいて外周方向に引き出された導電経路が、一つの絶縁体２Ｄにおいて中央方向に引き戻すことができる。

このように、一つの絶縁体２において外周部に引き出すことができる導電経路の数を増やすことが可能になるとともに、一つの絶縁体２において中央部に引き戻すことができる導電経路の数を増やすことが可能になる。これにより、小型化が可能な配線基板２０を提供することができる。

本開示の内容に関して、例えばパッド１０が、縦横の並びで３０×３０＝９００個位置している配線基板２０の場合について説明する。なお、この場合の各部の寸法は、例えば隣接するパッド１０同士のピッチは１８０μｍ、スルーホール５同士のピッチは２００μｍ、ビアホールランド１１の径は９０μｍ、隣接するビアホールランド１１同士の間隔は９０μｍ、配線導体３の幅は２０μｍとする。また、配線導体３同士の間隔および配線導体３とビアホールランド１１との間隔は、絶縁性確保のため２０μｍ以上が必要とする。

このような場合、各絶縁体２において、枠状に位置するビアホールランド１１を１列ずつ下側の絶縁体２の外周部に位置するビアホールランド１１に配線導体３で接続すると、パッド１０とスルーホール導体６とをつなぐためには、絶縁基板１の上面側に１２層の絶縁体２が必要になる。しかしながら、本開示の配線基板２０によれば、７層の絶縁体２があればパッド１０とスルーホール導体６とをつなぐことが可能になる。つまり、上面側で５層分、および反り抑制の目的でバランスをとるために位置させていた下面側の５層分を合わせて１０層分の絶縁体２を低減できる。配線基板２０としての厚さに換算すれば、例えば２５０～３５０μｍ程度の小型化（薄型化）が可能になる。

なお、本開示は、上述の実施形態例に限定されるものではなく、本開示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。例えば、上述の実施形態例においては、第１領域１２、１２Ａに２列の並びで第１ランド１１ａが位置しており、第２領域１３、１３Ａに２列の並びで第２ランド１１ｂが位置している例を示した。しかしながら、図６に示すように、第１領域１２、１２Ａに、３列の並びで第１ランド１１ａが位置しており、第２領域１３、１３Ａに３列の並びで第２ランド１１ｂが位置していても構わない。

この場合、一つの絶縁体２において中央部から外周方向に引き出すことができる導電経路を増やすことが可能になる。このため、絶縁体２の層数を抑えて小型化が可能な配線基板２０を提供することにさらに有利である。

２絶縁体
３配線導体
３ａ第１配線導体
３ｂ第２配線導体
３ｃ第３配線導体
８ビアホール
９ビアホール導体
１１ビアホールランド
１１ａ第１ランド
１１ｂ第２ランド
１２第１領域
１３第２領域
２０配線基板

Claims

積層状態で位置する複数の平板状の絶縁体と、
該絶縁体に位置する複数のビアホールと、
該ビアホール内に位置するビアホール導体と、
前記絶縁体上に位置しており、前記ビアホール導体が上側のみに位置する第１ランド、および、前記ビアホール導体が下側のみに位置する第２ランド、ならびに前記ビアホール導体が上側および下側の両方に位置する第３ランドを含むビアホールランドと、
同一の前記絶縁体上に位置する前記第１ランドおよび前記第２ランドをつなぐ配線導体と、を含んでおり、
前記絶縁体は、平面視で前記第１ランドが複数列の並びで位置する第１領域、および前記第２ランドが複数列の並びで前記第１領域を囲む第２領域を有する第１絶縁体と、
該第１絶縁体よりも下層側に位置する第２絶縁体と、を含んでおり、
前記第１絶縁体において、前記配線導体は、前記第１領域における外周列の前記第１ランドおよび前記第２領域における内周列の前記第２ランドをつなぐ第１配線導体と、前記第１領域における内周列の前記第１ランドおよび前記第２領域における外周列の前記第２ランドをつなぐ第２配線導体と、を有し、
前記第２絶縁体において、前記ビアホールランドは、前記第１絶縁体にある外周列の前記第２ランドと前記ビアホール導体を介してつながっており枠状の並びで位置する前記第１ランド、前記第１絶縁体にある内周列の前記第２ランドと前記ビアホール導体を介して繋がっており前記第２絶縁体にある前記第１ランドよりも内側に枠状の並びで位置する前記第３ランド、および該第３ランドよりも内側に枠状の並びで位置する前記第２ランドを有し、前記配線導体は、前記第１ランドと前記第２ランドとをつなぐ第３配線導体を有していることを特徴とする配線基板。
前記第１領域における内周列の前記第１ランドは、外周列から一列内側に位置している前記第１ランドであることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
前記第１領域における内周列の前記第１ランドは、外周列から一列内側に位置している前記第１ランドおよび二列内側に位置している前記第１ランドであることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。