JPH10308582A - 多層配線基板 - Google Patents
多層配線基板Info
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Abstract
構成により抑止すること。 【解決手段】 グリーンシート積層法により製造される
多層配線基板11には、上層側に偏った第2層単位基板
11b上に、フリップチップ13のバンプ電極13aに
接続される引き出し配線12bより成るパターン密集部
14が存在する。多層配線基板11には、第2層単位基
板11bとは層中心を挟んで反対側に位置する層である
第4層単位基板11d上に、導体パターン密度が局部的
に高くされた高密度配線部15がパターン密集部14と
対応した状態で形成される。
Description
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
ることにより形成されるセラミック製の多層配線基板、
特には表面実装素子を搭載するのに好適な多層配線基板
に関する。
にはグリーンシート積層法により製造される。具体的に
は、グリーンシートに対して、ビアホールなどを形成す
る打ち抜き処理を行った後に、導体パターン(内層配
線)のための導体膜(例えばタングステンペースト或い
はモリブデンペースト)の印刷処理を行い、このような
処理が済んだグリーンシートを所定枚数積層してホット
プレスすることにより互いに接合すると共に、接合され
た状態のグリーンシートを所定形状の基板材料として切
り出す外形加工を行い、このような外形加工後の基板材
料を所定温度で焼成することにより多層配線基板の基本
構造を形成するようになっている。
ップチップのような表面実装素子を搭載する場合には、
当該配線基板の実装面にはんだペーストをスクリーン印
刷することが行われる。このようなスクリーン印刷を前
記従来構成の多層配線基板に対して実際に行った場合、
部分的な印刷かすれを生ずることがあるが、このような
印刷かすれが発生した状態では素子の実装信頼性の低下
を来たす虞があるため、何らかの対策が必要となってく
る。
印刷かすれの原因の一つとして、多層配線基板に発生す
る局部的な反り現象があると考えられる。即ち、局部的
な反り(特には実装面を盛り上げる状態の反り)が発生
した場合には、はんだペーストの印刷時においてスキー
ジによる印圧が局部的に上がるため、その印圧上昇部分
で印刷かすれが発生すると考えられる。また、このよう
な局部的な反りが多層配線基板において恒常的に発生す
るような状況下では、印刷マスクの寿命に悪影響を及ぼ
す虞も出てくる。
分野では、高密度実装を実現するために、多数のバンプ
電極を備えたフリップチップを利用する表面実装技術が
一般化している。このようなフリップチップを配線基板
上に実装した状態では、当該フリップチップと配線基板
との間の熱膨張係数の差に伴う熱応力によってバンプ寿
命が短くなるという事情があり、これに対処するため
に、フリップチップと配線基板との間に無機物フィラー
を混入した樹脂を充填して硬化させるというアンダーフ
ィル構造を採用している。
極数の増大に応えるためには、バンプ径及びバンプピッ
チを小さくして対処することになるが、この場合には、
フリップチップと基板側の実装面との間のギャップ寸法
が小さくなることが避けられない。ところが、多層配線
基板における前述したような局部的な反りが、フリップ
チップの搭載領域において当該フリップチップ側へ膨ら
む形態で発生していた場合には、上記ギャップ寸法がさ
らに小さくなる。このため、アンダーフィルの充填時に
おいてフィラーが障害物として働くようになって、アン
ダーフィルの形成が不十分になったり、フィラーの分布
が不均一となって当該フィラーによる補強効果が低減し
たりするため、フリップチップの実装信頼性が低下する
などの不具合が出てくる。
多層配線基板での局部的な反り現象について、本件の発
明者らは種々の実験及び解析を積み重ねた結果、以下に
述べるような反り発生メカニズムが存在することを確認
した。
製多層配線基板をグリーンシート積層法により製造する
際の収縮挙動が摸式的に示されている。焼成前の状態を
示す図8(a)において、アルミナ基板用のグリーンシ
ート1a〜1dには、多数のビアホール2が形成される
と共に、導体パターンのための例えばタングステンペー
スト3が印刷されるものであり、これらグリーンシート
1a〜1dは、積層状態でホットプレスされることによ
り互いに接合される。この場合、チップ実装面Aに実装
されるフリップチップ4からの引き出し配線のための導
体パターン(以下、これを引き出し配線部Bと呼ぶ)を
形成するタングステンペースト3は、第2層のグリーン
シート1b上に形成されるものであり、これに伴い、当
該グリーンシート1bにおける引き出し配線部Bは、導
体パターンの配線密度が高い状態となる。尚、この引き
出し配線部Bの中央部分は、導体パターンが存在しない
空白域となる。また、この他にも、第2層のグリーンシ
ート1b上には、導体パターンの配線密度が他の部位よ
り高い状態の高密度配線部Cが形成されている。
1a〜1dは、例えば約1600℃の加湿水素ガス雰囲
気中で焼成される。その焼成過程では、まずタングステ
ンペースト3が収縮し始めるものであり、これに伴い、
図8(b)に示すように、引き出し配線部B及び高密度
配線部Cでは、比較的大きな収縮力が矢印方向へ作用す
るようになる。このため、引き出し配線部Bに対応した
領域では、導体パターンの空白域部分においてグリーン
シート材料が押し出された状態となって、局部的な反り
(チップ実装面A側へ膨らむ形態の歪み変形)が発生す
る。また、高密度配線部Cに対応した領域でも、グリー
ンシート材料に歪みが発生する(但し、この領域には上
述のような空白域が存在しないため、当該領域が全体的
に沈み込むように歪み変形する)。
が始まるのに伴い、図8(c)に示すように、その収縮
力が矢印方向へ作用するようになる。この時点では、タ
ングステンペースト3が既に硬化し始めているため、そ
のタングステンペースト3の有無及び密度に応じてグリ
ーンシート1a〜1dの収縮量が各部位で微妙に異なる
ようになり、全体が複雑に変形することになる。このと
き、引き出し配線部Bに対応した領域においては、前記
空白域部分での局部的な反り変形量が拡大するようにな
り、また、高密度配線部Cに対応した領域においては、
その領域全体が上方へ膨らんだ状態となるように歪み変
形する。
様構成の4層の多層配線基板(基板材料はアルミナ92
%、導体パターン材料はタングステン)について、フリ
ップチップの実装面Aでの反り変形量を、レーザ変位計
を用いて実測した結果を三次元的に示した。
ップ実装面Aに発生する局部的な反りを抑制すれば、前
述したようなはんだペーストの印刷かすれや、アンダー
フィル構造部分に発生する不具合を未然に阻止できるこ
とになり、フリップチップのような表面実装素子の実装
信頼性を大幅に向上させ得るようになる。しかしなが
ら、従来では、セラミック製多層配線基板の全体にわた
って生ずる反りを解消しようとする試みは多々なされて
いるが、セラミック製多層配線基板で発生する局部的な
反りを簡単な構成にて抑制できる技術は実現されておら
ず、この点が未解決の課題となっていた。
たものであり、その目的は、素子実装面に発生する局部
的な反りを簡単な構成により抑止できるようになって、
素子の実装信頼性の向上に寄与できる多層配線基板を提
供することにある。
に、請求項1に記載したような手段を採用できる。この
手段によれば、導体パターンのための導体ペーストが施
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
る際に、その上層側または下層側に偏った特定層に存在
するパターン密集部に対応した領域で発生する導体ペー
スト及びグリーンシートの収縮力と、当該特定層とは層
中心を挟んで反対側に位置する層に形成された第2のパ
ターン密集部に対応した領域で発生する導体ペースト及
びグリーンシートの収縮力とが均衡した状態となるた
め、それらの収縮力に起因した局部的な反り変形力が互
いに打ち消し合うようになる。このため、素子実装面に
発生する局部的な反りが抑止されるようになり、素子の
実装信頼性が向上するようになる。また、このような効
果を得るために、グリーンシートの所定部位に対し第2
のパターン密集部のための導電ペーストを予め施してお
くという簡単な構成を採用するだけで済む利点がある。
4に記載したような手段を採用することもできる。この
手段によれば、実装面に搭載される表面実装素子の電極
に接続される複数の引き出し配線の形成領域、つまり導
体パターン密度が高くなる領域が層中心に近い層に存在
することになる。このため、導体ペーストが施された複
数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成する際に、
導体ペーストの収縮時において積層状態のグリーンシー
ト全体に作用する歪みが低減することになる。また、上
記引き出し配線の形成領域の上下に存在するグリーンシ
ートの厚み寸法が互いに近似した状態になる関係上、グ
リーンシートの収縮時には、引き出し配線の形成領域の
上下に存在する各グリーンシートでの収縮力が均衡した
状態となるため、それらの収縮力に起因した局部的な反
り変形力が互いに打ち消し合うようになる。この結果、
素子実装面に局部的な反りが生ずる事態が抑止されるよ
うになる。
採用することもできる。この手段によれば、実装面に搭
載される表面実装素子の電極に接続される複数の引き出
し配線の形成領域が複数の層に分散される結果、各層の
導体パターン密度が平均化されると共に相対的に低くな
る。このため、導体パターンのための導体ペーストが施
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
る際に、導体ペーストの収縮に伴う歪みが各層に分散さ
れると共に、グリーンシートの収縮に伴う歪みも各層に
分散されることになる。従って、それらの収縮力に起因
した局部的な反り変形量が小さくなり、結果的に素子実
装面に局部的な反りが生ずる事態が抑止されるようにな
る。
に使用される多層配線基板に適用した第1実施例につい
て図1〜図3を参照しながら説明する。図1には多層配
線基板11の一部が分解状態で示されている。この図1
において、多層配線基板11は、後述する導体パターン
を形成するためのセラミック(例えばアルミナ92%)
製の各層単位基板11a〜11dを一体化した4層構造
のもので、グリーンシート積層法により製造される。
有機バインダなどを含んで成るグリーンシートを4枚用
意し、これらグリーンシートに対してビアホール(図示
せず)などを形成する打ち抜き処理を行った後に、導体
パターンのための導体ペースト(本実施例の場合タング
ステンペースト)の印刷処理を行う。尚、この印刷処理
前には、上記ビアホールに対し導体ペーストが埋め込ま
れる。次いで、各グリーンシートを積層してホットプレ
スすることにより互いに接合した後に、接合状態のグリ
ーンシートを多層配線基板11の形状に応じた基板材料
として切り出す外形加工を行い、外形加工後の基板材料
を所定温度(例えば約1600℃)の加湿水素ガス雰囲
気中で焼成することにより多層配線基板11の基本構造
を形成する。さらに、導体パターンのうち、表面に露出
している部分に例えばNiメッキ処理を施すことにより
多層配線基板11を完成させる。
導体パターンは、以下に述べるような状態となってい
る。但し、図1においては、多層配線基板11に形成さ
れる導体パターンの全部を図示しておらず、本発明の要
旨に関係したもののみを図示している。
の実装面となる第1層単位基板11aの上面には、当該
フリップチップ13のバンプ電極13aに対応した数の
電極パッド12a及び図示しない配線パターンが導体パ
ターンとして形成される。尚、図1においては、図面を
簡略化するために、フリップチップ13のバンプ電極数
が比較的少ない例を示しているが、実際にはバンプ電極
数は100個以上となることが多いものである。
プチップ13のバンプ電極13a群に接続される複数の
引き出し配線12b及び図示しない配線パターンが導体
パターンとして形成されており、各引き出し配線12b
は、第1層単位基板11aに形成されたビアホールを介
して前記各電極パッド12aにそれぞれ接続されてい
る。この場合、上記引き出し配線12bの形成領域は導
体パターン密度が局部的に高くなるものであり、この領
域が本発明でいうパターン密集部14に相当することに
なる。
ない配線パターンが導体パターンとして形成される。第
4層単位基板11dの上面には、導体パターンとしての
配線パターン12cの密度を局部的に高くした状態の高
密度配線部15(本発明でいう第2のパターン密集部に
相当)が形成されると共に、図示しない配線パターンが
導体パターンとして形成される。尚、第4層単位基板1
1dの下面にも図示しない配線パターンが形成される。
上面に形成されたパターン密集部14の具体的配線例が
示され、図2(b)には、第4層単位基板11dの上面
に形成された高密度配線部15の具体的配線例が示され
ている。この図2に示すように、第4の単位基板11d
上に形成される前記高密度配線部15は、第2の単位基
板11b上に形成されるパターン密集部14と対応した
領域に位置されるもので、設計上必要となる配線パター
ン(請求項2記載の発明でいう既設の配線パターンに相
当)の占有面積を拡大することにより形成されている。
偏った特定層である第2層単位基板11b上に、導体パ
ターン密度が局部的に高くなったパターン密集部14が
存在し、上記特定層とは層中心(第2層単位基板11b
及び第3層単位基板11c間の境界部分)を挟んで反対
側に位置する層である第4層単位基板11d上に、上記
パターン密集部14と対応した領域に位置された高密度
配線部15が存在することになる。
ば、導体パターンのための導体ペースト(タングステン
ペースト)が施された4枚のグリーンシートを積層した
状態で焼成する際に、その上層側に偏った層に存在する
パターン密集部14に対応した領域で発生する導体ペー
スト及びグリーンシートの収縮力と、当該特定層とは層
中心を挟んで反対側に位置する層に形成された高密度配
線部15に対応した領域で発生する導体ペースト及びグ
リーンシートの収縮力とが均衡した状態となるため、そ
れらの収縮力に起因した局部的な反り変形力が互いに打
ち消し合うようになる。このため、チップ実装面(第1
層単位基板1aの上面)に発生する局部的な反りが抑止
されるようになる。
線基板11(基板材料はアルミナ92%、導体パターン
材料はタングステン)について、フリップチップ13の
実装面での反り変形量を、レーザ変位計を用いて実測し
た結果を三次元的に示した。この図3と従来構造におけ
る反り変形量を実測した前記図9とを比較すれば、本実
施例の構成が、チップ実装面に発生する局部的な反り変
形量を大幅に低減するのに役立っていることが理解でき
る。
の実装面に対して、はんだペーストをスクリーン印刷し
た場合に、従来のように、スキージによる印圧が局部的
に上がることに起因した印刷かすれの発生を来たす虞が
なくなり、フリップチップ13の実装信頼性が向上する
ようになる。また、フリップチップ13の実装時におい
て、無機物フィラーを混入した樹脂によるアンダーフィ
ル構造を採用した場合において、従来構成のように、多
層配線基板11の局部的な反りに起因して、アンダーフ
ィルの形成が不十分になったり、フィラーによる補強効
果が低減したりすることがなくなるから、この面からも
フリップチップ13の実装信頼性を向上させ得る。
グリーンシートの所定部位に対し、高密度配線部15の
ための導電ペーストを予め印刷しておくという簡単な構
成を採用するだけで済む利点があり、実用上において極
めて有益となる。
5を、設計上必要となる配線パターンの占有面積を拡大
することにより形成する構成としたが、既設の配線パタ
ーンが存在しない領域にダミー配線パターンを付加する
ことにより形成しても良いものである。
を第4層単位基板11dの上面のみに設けたが、複数の
面にわたって分散した状態で設ける構成としても良く、
導体パターンは、第1〜第3層単位基板11a〜11c
の下面にも形成することができる。さらに、例えば第2
層単位基板11b上に、上述したパターン密集部14以
外のパターン密集部が存在する場合には、当該第2層単
位基板11bとは層中心を挟んで反対側に位置する層で
ある第4層単位基板11d上に、そのパターン密集部と
対応した状態の高密度配線部を形成すれば良い。
は、第2層単位基板11bの上面に形成するパターン密
集部14の配線パターンを図2に示すような状態とした
が、本発明の第2実施例を示す図4のような状態のパタ
ーン密集部14′を形成する構成としても良いものであ
る。即ち、この図4に示されたパターン密集部14′
は、引き出し配線12b群及びその周辺の導体パターン
密度(配線密度)が均一な状態となるように、当該引き
出し配線12bに隣接した空白域部分にダミー電極12
dを形成すると共に、引き出し配線12b群の中央部分
及び隣接部分に、ダミー電極12dを介して互いに接続
された状態のべた配線12e及び12fを形成した点に
特徴を有する。
14′での導体パターン密度を均一な状態に形成する構
成とした場合には、積層した状態のグリーンシートを焼
成する際において、導体パターン密度が低い領域の存在
に起因した局部的な反りを来たす虞がなくなる。つま
り、導体パターンの配線密度が低い領域が存在する場合
には、導体ペーストの収縮に伴い、その低配線密度領域
に対応したグリーンシート材料が押し出されるという現
象を呈して局部的な反りを発生することになるが、本実
施例に構成によれば、このような局部的な反りを未然に
防止できることになる。
dを設けることにより導体パターン密度を均一化する構
成としたが、引き出し配線12bの一部について、その
占有面積を拡大した幅広な形状に形成することにより、
導体パターン密度を均一化する構成としても良い。
実施例が示されており、以下これについて前記第1実施
例と異なる部分のみ説明する。図5には、多層配線基板
16の摸式的な断面構造が示されている。この図5にお
いて、多層配線基板16は、導体パターン17を形成す
るためのセラミック(例えばアルミナ92%)製の各層
単位基板16a〜16dを一体化した4層構造のもの
で、グリーンシート積層法により第1実施例で述べたと
同様に製造される。
極13a(図1参照)に接続される複数の引き出し配線
17aは、多層配線基板16の層中心に近い層、本実施
例の場合、第3層単位基板16cの上面に形成してい
る。
チップ実装面に搭載されるフリップチップ13のバンプ
電極13aに接続される複数の引き出し配線17aの形
成領域、つまり導体パターン密度が高くなる領域が、多
層配線基板16の層中心に近い層に存在することにな
る。このため、導体ペーストが施された状態の積層グリ
ーンシートを焼成する際において、導体ペーストの収縮
時において積層状態のグリーンシート全体に作用する歪
みが低減することになる。また、上記引き出し配線17
aの形成領域の上下に存在するグリーンシートの厚み寸
法が互いに近似した状態になる関係上、グリーンシート
の収縮時には、引き出し配線17aの形成領域の上下に
存在する各グリーンシートでの収縮力が均衡した状態と
なるため、それらの収縮力に起因した局部的な反り変形
力が互いに打ち消し合うようになる。この結果、本実施
例においても、多層配線基板16のチップ実装面に局部
的な反りが生ずる事態が抑止されるようになる。
明の第4実施例が示されており、以下これについて前記
第1実施例と異なる部分のみ説明する。図6には、多層
配線基板18の摸式的な断面構造が示されている。この
図6において、多層配線基板18は、導体パターン19
を形成するためのセラミック(例えばアルミナ92%)
製の各層単位基板18a〜18dを一体化した4層構造
のもので、グリーンシート積層法により第1実施例で述
べたと同様に製造される。
極13aに接続される複数の引き出し配線19aは、複
数の層、例えば第2層単位基板18b及び第4層単位基
板18dの各上面に分散した状態で形成されている。具
体的には、第2層単位基板18bの上面には、引き出し
配線19aの一部が図7(a)に示すようなパターンで
形成され、第4層単位基板18dの上面には、引き出し
配線19aの残り部分が図7(b)に示すようなパター
ンで形成される。
チップ実装面に搭載されるフリップチップ13のバンプ
電極13aに接続される複数の引き出し配線19aの形
成領域が、複数の層に分散される結果、各層の導体パタ
ーン密度が平均化されると共に相対的に低くなる。この
ため、導体ペーストが施された状態の積層グリーンシー
トを焼成する際において、導体ペーストの収縮に伴う歪
みが各層に分散されると共に、グリーンシートの収縮に
伴う歪みも各層に分散されることになる。これに伴い、
それらの収縮力に起因した局部的な反り変形量が小さく
なり、結果的に多層配線基板の18のチップ実装面に局
部的な反りが生ずる事態が抑止されるようになる。
た実施例に限定されるものではなく、次のような変形ま
たは拡張が可能である。何れの実施例においても、4層
の多層配線基板を例に挙げたが、3層或いはさらに多層
の配線基板に適用できることは勿論である。実装対象の
素子としてフリップチップを例に挙げたが、例えばBG
Aのような表面実装型パッケージを備えたLSIなど、
他の表面実装素子の実装用に適用しても良いことも勿論
である。多層配線基板を構成するセラミック材料の例と
して、一般的なアルミナ92%を例に挙げたが、これと
は含有率が異なるアルミナ系磁器材料、或いはベリリア
系磁器材料など、他のセラミック材料やガラスセラミッ
ク材料を使用しても良く、また、導体ペーストとしてモ
リブデンペーストや銀,銅ペーストなどのような他の材
料製のものを使用しても良い。
測した結果を示す図
を示す図
図
図
メカニズムを説明するための摸式的縦断面図
量を実測した結果を示す図
aは電極パッド(導体パターン)、12bは引き出し配
線(導体パターン)、12cは配線パターン(導体パタ
ーン)、13はフリップチップ(表面実装素子)、13
aはバンプ電極、14、14′はパターン密集部、15
は高密度配線部(第2のパターン密集部)、16は多層
配線基板、16a〜16dは単位基板、17は導体パタ
ーン、17aは引き出し配線、18は多層配線基板、1
8a〜18dは単位基板、19は導体パターン、19a
は引き出し配線を示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 導体パターンのための導体ペーストが施
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
ることにより形成され、上層側または下層側に偏った特
定層に導体パターン密度が局部的に高くなったパターン
密集部が存在するセラミック製の多層配線基板におい
て、 前記特定層とは層中心を挟んで反対側に位置する層にお
ける上記パターン密集部と対応した領域に導体パターン
密度が局部的に高くなる第2のパターン密集部を形成し
たことを特徴とする多層配線基板。 - 【請求項2】 前記第2のパターン密集部は、既設の配
線パターンの占有面積を拡大することにより形成される
ことを特徴とする請求項1記載の多層配線基板。 - 【請求項3】 前記第2のパターン密集部は、ダミー配
線パターンを付加することにより形成されることを特徴
とする請求項1記載の多層配線基板。 - 【請求項4】 導体パターンのための導体ペーストが施
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
ることにより形成され、実装面に表面実装素子が搭載さ
れるセラミック製の多層配線基板において、 前記導体パターンのうち前記表面実装素子の電極に接続
される複数の引き出し配線を層中心に近い層に形成した
ことを特徴とする多層配線基板。 - 【請求項5】 導体パターンのための導体ペーストが施
された複数枚のグリーンシートを積層した状態で焼成す
ることにより形成され、実装面に表面実装素子が搭載さ
れるセラミック製の多層配線基板において、 前記導体パターンのうち前記表面実装素子の電極に接続
される複数の引き出し配線を複数の層に分散させた状態
で形成したことを特徴とする多層配線基板。
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