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発明の名称 パッケージ基板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−7250(P2001−7250A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−179824
出願日 平成11年6月25日(1999.6.25)
代理人 【識別番号】100095795
【弁理士】
【氏名又は名称】田下 明人 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4E351
5E346
【Fターム(参考)】
4E351 AA07 BB01 BB03 BB22 BB26 BB31 BB33 BB35 BB49 CC12 CC22 DD05 DD11 DD42 DD43 DD52 EE01 GG06 GG07 
5E346 AA23 AA25 AA43 BB07 BB11 CC09 CC17 CC21 CC39 CC57 DD03 DD07 DD13 DD25 DD32 DD45 EE31 EE34 FF03 FF18 FF22 GG04 GG06 GG07 GG08 GG15 GG17 GG19 GG22 GG28 HH02 HH05 HH06 HH25 HH26 HH31
発明者 広瀬 直宏 / 野田 宏太
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 セラミック板上に、層間樹脂絶縁層及び配線層をビルドアップしてなるパッケージ基板であって、前記セラミック板上にICチップへの接続用のバンプを配設し、前記層間樹脂絶縁層上の配線層に外部基板への接続用のバンプ又はピンを配設し、前記セラミック板と前記層間樹脂絶縁層との間に、誘電体層を介在させた1対のプレーン層から成るコンデンサを配設したことを特徴とするパッケージ基板。
【請求項2】 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のパッケージ基板。
【請求項3】 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又は2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、特にセラミック板上に、層間樹脂絶縁層及び配線層をビルドアップしてなるパッケージ基板に関するのもである。
【0002】
【従来の技術】パッケージ基板として、セラミック板上に、層間樹脂絶縁層及び配線層をビルドアップしてなる多層配線板が知られている。かかる多層配線板では、図8に示すようにスルーホール212を配設して成るセラミック板210の上に、層間樹脂絶縁層240,340を配設してある。該層間樹脂絶縁層240には、バイアホール246及び導体回路248が形成され、層間樹脂絶縁層340には、バイアホール346が形成されている。当該多層配線板では、セラミック板210側にバンプ266を介してドーターボード280が接続され、層間樹脂絶縁層340側にバンプ266を介してICチップ270が接続されている。
【0003】現在、ICチップは、能力の向上に伴い、消費する瞬間電力も飛躍的に増大している。かかる電力を瞬時的に供給するため、パッケージ基板では、表面にチップコンデンサ299を実装してある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した表面に実装するチップコンデンサでは、内部で配線を取り回す必要があるため、ICチップ270からの配線長が長くなり、ICチップに要求される瞬時電力を供給することが困難になっている。
【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、セラミック板上に、層間樹脂絶縁層及び配線層をビルドアップしてなるパッケージ基板であって、前記セラミック板上にICチップへの接続用のバンプを配設し、前記層間樹脂絶縁層上の配線層に外部基板への接続用のバンプ又はピンを配設し、前記セラミック板と前記層間樹脂絶縁層との間に、誘電体層を介在させた1対のプレーン層から成るコンデンサを配設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。
【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ことを技術的特徴とする。
【0009】請求項1では、ICチップを取り付けるセラミック板側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、コンデンサの電気特性を高めることができる。シリコンから成り熱膨張率の小さなICチップを、熱膨張率の小さなセラミック板側に取り付け、樹脂から成り熱膨張率の大きな外部基板を、熱膨張率の大きな層間樹脂絶縁層側に取り付ける。このため、熱膨張差に起因するクラック等の発生を防げる。また、平坦なセラミック板上にファインピッチなICチップのパッドを取り付けるため、接続信頼性を高めることができる。更に、熱伝導性、耐熱性の高いセラミック板側をICチップに取り付けるため、ICチップを効率的に冷却できると共に、高熱時の信頼性を高めることが可能となる。
【0010】請求項2では、ICチップを取り付けるセラミック板側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。
【0011】請求項3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。
【0012】
【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、断面図を示す図4〜図6を参照して説明する。図4に示すようにパッケージ基板100は、セラミック板10と、ビルドアップ層を構成する層間樹脂絶縁層40、140とからなる。セラミック板10には、スルーホール12が形成されて、該スルーホール12には、図5に示すようにICチップ70のパッド72への接続用のバンプ66が形成されている。一方、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、層間樹脂絶縁層140には、導体回路48へ接続されたバイアホール146が形成されている。該バイアホール146には、図5に示すようにドータボード80のパッド82への接続用のバンプ66が配設されている。
【0013】該セラミック板10と層間樹脂絶縁層40との間には、絶縁層18をプレーン層14とプレーン層20との間に配設してなる電源用コンデンサが設けられている。図4中のプレーン層14のX−X横断面を図6に示す。図6のZ−Z線が、図4の切断端に相当する。該プレーン層14には、開口14aが設けられ、該開口14a内には、セラミック板10側のスルーホール12と層間樹脂絶縁層40側のバイアホール46とを接続するための配線16が設けられている。
【0014】図5で示すドータボード80の信号用のパッド82Sは、バンプ66−バイアホール146−導体回路48−バイアホール46−配線22−配線16−スルーホール12−バンプ66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。
【0015】ドータボード80の電源用のパッド82Pは、バンプ66−バイアホール146−導体回路48−バイアホール46を介して電源用コンデンサの電極を構成するプレーン層20へ接続されている。一方、ICチップの電源用のパッド72Pは、バンプ66及びスルーホール12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プレーン層14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チップ直下のスルーホール12を介してICチップ側へ供給される。
【0016】本実施形態のパッケージ基板100では、ICチップ70を取り付けるセラミック板10側に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。また、シリコンから成り熱膨張率の小さなICチップ70を、熱膨張率の小さなセラミック板10側に取り付け、樹脂から成り熱膨張率の大きなドータボード80を、熱膨張率の大きな層間樹脂絶縁層40、140側に取り付ける。このため、熱膨張差に起因するクラック等の発生を防げる。
【0017】また、平坦なセラミック板上にファインピッチなICチップのパッド72P、72Sを取り付けるため、接続信頼性を高めることができる。即ち、ICチップ70側のパッドは、数十μmのピッチであるのに対して、ドータボード80側のパッドは、数百μmのピッチである。図8を参照して上述した従来技術のパッケージ基板では、凹凸の有る層間樹脂絶縁層340側にファインピッチなICチップ側のパッドを取り付けていたのに対して、本実施形態では、凹凸のないセラミック板10側のバンプ66をICチップに取り付けるため、信頼性を高めることができる。
【0018】更に、熱伝導性、耐熱性の高いセラミック板10側をICチップ70に取り付けるため、ICチップを効率的に冷却できると共に、樹脂の熱溶解が無くなり、高熱時の信頼性を高めることが可能となる。また、本実施形態のパッケージ基板では、誘電体層18が、誘電率の高い酸化チタンバリウムから構成されており、コンデンサを大容量に形成できる。
【0019】ひき続き、図4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3を参照して説明する。
(1) アルミナ−ホウケイ酸鉛ガラス粉末を周知の方法で、200〜1000μmのグリーンシート10αにする。そして、該グリーンシート10αにスルーホール形成用の通孔10aを穿設する(図1に示す工程(A))。
【0020】(2)グリーンシート10αの通孔10aに、Agペースト12αを充填する(工程(B))。
【0021】(3)次に、Agペースト14αを、図6を参照して上述したプレーン層14及び配線16を形成し得るように印刷する(工程C)。その後、酸化チタンバリウムを周知の方法でグリーンシート18αにし、上記配線部16に対応させて通孔を設けてから、該Agペースト16の上に載置する(工程(D))。引き続き、Agペースト20αを、図4に示すプレーン層20及び配線22を形成し得るように印刷する(工程G)。
【0022】(4)これら各シートを熱圧着した後、空気中において950℃で30分間焼成し、スルーホール12を備えるセラミック板10、及び、プレーン層16、誘電体層18,プレーン層20から成る電源用コンデンサを形成する(工程(F))。本実施形態では、誘電体層18を焼成により形成するため、酸化チタンバリウム等の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。なお、焼成後、セラミック板10のICチップを載置する側の表面を研磨して平坦にすることもできる。
【0023】(5)次に、プレーン層20の上に絶縁樹脂40αを塗布する(図2に示す工程(G))。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。
【0024】(6)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、プレーン層20又は配線22へ至る開口径100〜250μmの非貫通孔40aを形成する(工程(G))。
【0025】(7)デスミヤ処理を施した後、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(工程(I))。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。
【0026】(8)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(J))。そして、セラミック板10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(K))。
【0027】(9)そして、レジスト43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3に示す工程(L))。
【0028】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。
【0029】(10)上述した(5)〜(9)の処理を繰り返し、層間樹脂絶縁層140及びバイアホール146を形成する(工程(M))。
【0030】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(N))。
【0031】その後、塩化ニッケル2.3 ×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム2.8 ×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.6 ×10−1mol/l、からなるpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に、20分間浸漬して、開口部60aに厚さ5μmのニッケルめっき層62を形成する。さらに、その基板を、シアン化金カリウム7.6 ×10−3mol/l、塩化アンモニウム1.9 ×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.2 ×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム1.7 ×10−1mol/lからなる無電解金めっき液に80℃の条件で7.5分間浸漬して、ニッケルめっき層62上に厚さ0.03μmの金めっき層64を形成する(工程(O))。
【0032】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)66を形成する(図4参照)。
【0033】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5を参照して説明する。完成したパッケージ基板100の半田バンプ66にICチップ70の半田パッド72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100の半田バンプ66にドータボード80のパッド82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100を取り付ける。
【0034】引き続き、本発明の第2実施形態に係るパッケージ基板について、図7を参照して説明する。第2実施形態のパッケージ基板は、上述した第1実施形態とほぼ同様である。但し、この第2実施形態のパッケージ基板では、ドータボード側に導電性ピン166が配設され、該導電性ピン166を介してドータボードとの接続を取るように形成されている。図7では、導電性ピン166は、突起物のあるT型であるが、一般に使用されているT型ピンを用いてもよい。材質は42アロイなどの合金がよい。
【0035】上述した第1、第2実施形態では、セラミック板10の下側のコンデンサを電源用に用いたが、このコンデンサをアースに用いることも可能である。更に、この実施形態では、パッケージ基板の内層のみにコンデンサを配置したが、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。
【0036】
【発明の効果】本発明の構造のパッケージ基板により、コンデンサが内蔵されるためにICチップとコンデンサと電源との距離が短くなり、大容量の電力を瞬間的にICチップへの供給が可能となり、かつ、熱膨張係数が整合されるために、層間樹脂絶縁層でのクラックが生じ難い。故に、信頼性が向上される。また、セラミック基板上にICチップが配置されているので、ICチップから放出される熱もセラミック基板からも拡散されるので、セラミック基板と樹脂層との界面付近でのクラックや剥離も防止される。




 

 


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