JP2008153391A - 回路基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板中央部の周縁に配線パターンが密集する部分と配線パターンが無い空白の部分が存在している回路基板において、打ち抜き加工によって開口部を形成する場合、開口部周縁の配線パターンが無い空白の部分に部分的に生じる白化領域の発生を抑制した回路基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】回路基板の中央部に打ち抜き加工によって開口部３を形成した回路基板であって、開口部３周縁に開口部３と接続したワイヤボンディングのための配線パターン２の他に、開口部周縁と接続しているダミー電極パターン１が設けた回路基板とする。該ダミー電極パターン１の面積をＳ、ダミー電極パターン１が開口部３周縁と接続する辺の長さの合計をｄとしたときに、Ｓ／ｄ≧０．３３となる大きさのダミー電極パターン１を設けるのが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子を搭載する回路基板であって、半導体素子と回路基板をボンディングワイヤで接続するために、中央部に開口部を有する回路基板とその製造方法に関するものである。

一般に電子機器に半導体素子を実装する際には、あらかじめ回路基板に半導体素子を搭載しておき、半導体素子を搭載した回路基板を電子機器に組み込んでいく手法がとられ、実装作業の能率を高めている。その際、半導体素子の電極と回路基板上の端子とをボンディングワイヤで接続する。ボンディングワイヤの長さを短くするために、回路基板の中央部に開口部を設けて小さな半導体素子の電極と開口部周囲の回路配線の端子部とをボンディングワイヤで接続している。
図１１に示すような半導体装置として組み立てられた中央部に開口部３を有する回路基板１０１は、ガラス基材銅張積層板などの絶縁性基材１７を用いて、銅層上にエッチングレジスト層を設けて所定のエッチングレジストパターンを形成し、そのエッチングレジストパターンから露出する銅層部分を溶解除去した後にエッチングレジストパターンを剥離することで、銅層による所定の配線パターン１５を形成する。次に、ソルダーレジスト層を設けて所定のソルダーレジストパターンを形成し、そのソルダーレジストパターンから露出した配線パターンにＮｉ／Ａｕメッキを施した後、回路基板の中央部にルータービットにより開口部３を形成している。

ルータービットによる開口部の形成の際に、バリの発生を防止し配線パターンの剥離を防止するために、開口部を形成する箇所の回路配線パターンを、ルータービットの移動方向に直交する面に対して鋭角、好ましくは１５度以上の鋭角となるよう傾斜させて、かつ配線パターンの幅を９０μｍ以上にするようにして形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、この中央部に開口部を有する回路基板１０１は、半導体素子１１の電極１２と回路基板１０１の配線パターン１５とを接続するボンディングワイヤ１３の長さを短くするために、配線パターン１５が半導体素子１１の電極１２に近づくような配線パターンとなっており、回路基板１０１の中央部の開口部周縁では、図１２に示すように配線パターン２が密集する部分４と配線パターン２が無い空白の部分５が存在している。
近年、ルータービットによる開口部の形成に比べて、生産性の高い打ち抜き加工による開口部の形成が要求されるようになってきた。しかし、打ち抜き加工によって開口部を形成した場合、開口部周縁の配線パターンが無い空白の部分には、打ち抜き加工による影響から図１３に示した部分に新たに部分的に０．３ｍｍ程度の大きさで白く見える白化領域６が生じるようになった。
この白化領域６は、回路基板の表面から観察できることから、ワイヤボンディングなどの後工程において、画像認識などに不具合が生じる恐れがあり、白化領域の発生を無くすかあるいは非常に小さくするか、または観察できないようにする必要がでてきた。
特開２０００−３１５７５１号公報

本発明は、回路基板の中央部の開口部周縁に配線パターンが密集する部分と配線パターンが無い空白の部分が存在している回路基板において、打ち抜き加工によって開口部を形成した場合、開口部周縁の配線パターンが無い空白の部分に部分的に生じる白化領域の発生を防止した回路基板とその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、基板に開口部を形成する回路基板であって、開口部周縁に接続している配線パターンの他に開口部の円弧部周縁に接続しているダミーパターンが設けられている回路基板とした。
そして、ダミーパターンは、開口部の円弧部周縁に周期的に接続してなる枝パターンからなる回路基板であり、開口部の円弧部周縁に周期的に接続した複数の枝パターンと、それら枝パターンの一端を繋ぐ連結部とから構成されている。
そして、ダミー電極パターンである複数の枝パターンは、間隔が０．３ｍｍ以内であり、枝パターンの一端を繋ぐ連結部は、開口部の円弧部から０．３ｍｍ以内の範囲に形成されている。
回路基板を上記のように構成すれば、回路基板の中央部の開口部周縁に配線パターンが密集する部分と配線パターンが無い空白の部分が存在していても、空白の部分にはダミー電極パターンが存在しているので打ち抜き加工によって開口部周縁に生じる白化領域を抑制することができる。
そして、たとえ白化が生じていても開口部から０．２ｍｍ以下の範囲ならば見え難くなり、後工程で光学装置による誤認識の恐れはない。

上記の回路基板は、基板の開口部となる範囲の内側で互いに連結した状態の配線パターンとダミーパターンとを形成した後、打ち抜き加工をすることによって開口部を形成すると同時に、配線パターンとダミーパターンとを電気的に遮断することで製造することができる。この方法によれば、配線パターンとダミーパターンを同時に形成し、同時操作の電気めっきにより厚膜化できるので、工程が極めて単純になる。
また、ダミーパターンは、できるだけ小さな面積となるようにすることで、本来不要なめっきを少なく付けることが可能となる。

本発明によれば、開口部の形成を打ち抜き加工により行うことで、ルータービットによる開口部形成と比べて生産性が格段に向上し、かつ打ち抜き加工による白化の発生をダミー電極パターンを設けることで抑制することが可能な回路基板を提供することができる。
その結果、画像認識時の障害も無くなるので実装工程の能率を向上させることが可能となる効果が発揮される。

図１に本発明の回路基板の断面構造図を示し、図２には図１に示す回路基板の中央部の平面図を示す。
図１に示すように本発明の回路基板１００は、中央部に開口部３を設けた絶縁性基材１７の片面に半導体素子１１を搭載し、絶縁性基材１７の反対側の片面には配線パターンと配線パターンに続く外部との接続端子１４が設けられている。半導体素子１１の絶縁性基材側の面には電極１２が設けられており、開口部３を通して前記配線パターン１５の先端のボンディング部とボンディングワイヤ１３で繋がれている。そして半導体素子１１は封止樹脂１０で覆って保護されており、絶縁性基材１７の反対側の面は、接続端子１４の先端部を残してソルダーレジスト１６で保護している。

平面的には図２に示すように、絶縁性基材中央の開口部３の周縁に複数（図２では１４本）の配線パターン２とダミーパターン１が形成されている。配線パターン２は前述の通り外部との接続端子（図示省略）に接続されている。ダミーパターン１はいくつかのブロック（図２では上下２ブロック）で構成されている。ここで配線パターン２は半導体素子の電極数に対応して形成されており、ダミーパターン１は開口部３の上下円弧部周縁の配線パターンが形成されていない領域を埋めるように配置して形成されている。

図２の例では、ダミーパターン１は開口部３の周縁に接した６本の枝パターン１ａと、これら６本の枝パターン１ａの先端を繋ぐ円弧パターン１ｂから形成されており、枝パターン１ａの先端を円弧パターン１ｂで繋ぐことにより強い接着強度を得られるようにしている。
円弧パターン１ｂの最外郭は開口部から０．３ｍｍ以内の範囲に形成されている。これは打ち抜き加工による白化領域の発生が開口部の近傍に限られるため、開口部の近傍のみにダミーパターンを形成しておけば白化領域の発生を防止できるからである。
本発明の回路基板では、たとえ開口部の打ち抜き加工により白化領域が発生したとしても、白化領域は開口部３の周縁から０．２ｍｍ以内の範囲に限られる。従って後工程で光学装置による誤認識の恐れはない。

ダミーパターンの他の形状例を図３から図７に示す。
長円形状の開口部が形成される回路基板は、円弧部分は配線パターンが無い空白部分となるので、この円弧部分にホイール形状のダミー電極パターンを形成する。
図３は開口部３の円弧部分に配線パターンが無い空白部分があるので、この部分にホイール状のダミーパターン１−１を形成した例である。このダミーパターン１−１は、７本の枝パターン１ａの先端を円弧パターン１ｂで繋いで構成している。
図４は７本の枝パターン１ａでダミーパターン１−２を形成した例である。
ダミーパターンを開口部に複数の接点で接触させて構成する場合には、相隣接するダミーパターン（ここでは枝パターン）は、その間隔Ｌを０．３ｍｍ以内に形成するのが好ましい。
白化領域の発生を抑制するためである。
図５は開口部３の円弧部分に接する１本のベタ状態のダミーパターン１−３を形成した例である。
パターン面積に対する開口部接触面積の割合が大きくなるので接着力が大きく、打ち抜き加工の際に剥がれ難いダミーパターンとなる。

図６は３本の枝パターン１ａとこれらの先端部を繋ぐ円弧パターン１ｂでダミーパターン１−４を形成した例である。
打ち抜き加工の際に剥がれ難い強固なダミーパターンとすることができる。
開口部の直線部分では、配線パターンによって空白部分の形状が制限されるため、開口部に垂直なダミー電極パターンや角度を持ったダミー電極パターンを形成する。

図７は、開口部３の直線部分に配線パターンが無い空白部分があるので、この部分にダミーパターンを形成した例である。
開口部の直線部分では配線パターンによって空白部分の形状が制限されるため、開口部周縁の直線部分にダミー電極パターンを形成する場合は、開口部周縁の直線部分に垂直な枝状のダミーパターン１−５を形成したり、開口部３の直線部分に一定の角度θを持った枝状のダミーパターン１−６を形成したり、あるいは複数（図では２本）の周縁に垂直な枝状のダミーパターンの各先端部を連結したダミーパターン１−７を形成することもできる。枝状の単純形状をしたダミーパターンの場合は、打ち抜き加工の際にダミーパターンが剥がれることがあるので、開口部に垂直な枝パターンよりも直線部分に一定の角度を持った枝状のダミーパターン１−６の方が望ましい。角度θは１５〜４５度程度でよい。

いずれのダミーパターンの場合でも、ダミーパターンは開口部３の縁から０．３ｍｍ以内の範囲に設けるのが好ましい。また、複数の枝状のダミーパターンを形成する場合には、各ダミーパターンの間隔を０．３ｍｍ以内にする必要がある。これは、配線パターンの空白部を無くして両パターンを均等に分散配置するのが好ましい。

本発明の回路基板では、ダミーパターンの面積をＳ、ダミーパターンが開口部と接続する辺の長さの合計をｄとしたときに、Ｓ／ｄ≧０．３３となる大きさとすると、充分な接着強度を確保することができる。
ここで、ダミー電極パターンの面積Ｓとダミー電極パターンが開口部と接続する辺の長さｄについて以下に詳しく説明する。
図８に本発明の回路基板のダミー電極パターン周縁部の平面図を示す。図８に示すように本発明の回路基板で開口部の円弧部と開口部の直線部にダミー電極パターンを設ける場合には、それぞれ独立したブロックごとにＳ／ｄ≧０．３３となる条件の大きさを満足するダミー電極パターンとするのが好ましい。
ここで、ダミー電極パターンの面積Ｓとはダミー電極パターンの面積の合計を指し、例えば、図２の場合は６本の枝パターン１ａの面積の合計と１本の円弧パターン１ｂの面積を合わせた面積である。
また、ダミー電極パターンが開口部と接続する辺の長さｄとは、文字通り、ダミー電極パターンが開口部と接続する辺の長さをいう。
図８の例の場合は、開口部の円弧部と開口部の直線部にダミー電極パターンを設ける場合であり、ホイール状のダミー電極パターン１−１と枝パターン１−５、１−６のそれぞれがＳ／ｄ≧０．３３となる条件の大きさを満足するダミー電極パターンとするのが好ましい。

上記図７の１−５〜１−７のような単純形状のダミー電極パターンの場合でも、それぞれのダミー電極パターンはダミー電極パターンの面積をＳ、ダミー電極パターンが開口部と接続する辺の長さの合計をｄとしたときに、Ｓ／ｄ≧０．３３となる大きさとする。
それぞれのダミー電極パターンの充分な接着強度を確保するためである。
開口部の周縁に形成された配線パターンの配置に応じて、その空白部となっているところに前記ホイール状のダミー電極パターンや枝状のダミー電極パターンを組み合わせてダミー電極を形成し、電極パターンが均一に分散配置されるようにする。

単純形状をしたダミーパターンは打ち抜き加工の際に剥がれやすいので、開口部周縁に対して垂直なパターンよりも開口部周縁に対して角度を有するパターンの方が剥がれ難いことが判明した。しかし周囲の配線パターンの形状から、常に角度を持ったダミーパターンを形成できるとは限らないので、枝状パターンで接着力が高く剥がれが発生しないダミーパターンの大きさを検討した。
すなわち、ダミー電極パターンの面積Ｓとダミー電極パターンが開口部と接続する辺の長さの合計ｄを種々変化させてダミー電極パターンを形成し、打ち抜き加工を施してダミー電極パターンの剥がれの発生率を調べた。結果を図９に示す。図に示すようにＳ／ｄの値が０．３３以上であればダミー電極パターンの剥がれが発生しないことが判る。

次に、本発明の回路基板の製造方法について説明する。
ダミー電極パターンが必要な回路基板は、その回路基板中央部を打ち抜き加工によって開口部を形成する回路基板であって、開口部周縁には配線パターンが密集する部分と配線パターンが無い空白の部分が存在している場合である。空白部分が有ると開口部を打ち抜き加工する際に、空白部分に白化領域が発生しやすい難点があるからである。
本発明の回路基板は、絶縁性基材として一般的なガラス基材銅張積層板を用いて、セミアディティブ法、サブトラクティブ法、フルアディティブ法等により配線パターンを形成すると同時にダミーパターンも形成する。

先ず、例えば図１０に示すように、ダミー電極パターン１は、破線で示す開口部３のうち配線パターン２を除いた空白の部分に形成する。ダミーパターン１は配線パターン２と同時に、開口部３となる領域の内部で電気的に一体接続したパターンとして形成する。これは電気的に接続したパターンにすることで、配線パターンにＮｉ／Ａｕめっきを施す工程で、ダミーパターンにも配線パターンと同じめっきを施すためである。
この時、ダミーパターンの面積をＳ、ダミーパターンが開口部と接続する辺の長さの合計をｄとしたときにＳ／ｄ≧０．３３となる大きさのダミーパターンを形成する。

基材表面の銅層表面に所定形状を具備したフォトマスクを用いて露光・現像して銅層をエッチングし、所望の配線パターンとダミーパターンを形成する。
次いで、ソルダーレジストを塗布し、所定のマスクを用いて露光・現像・ポストキュアした後に現れた配線パターンとダミーパターンである銅層表面に、電気めっきによりＮｉめっきを施しさらに導電性を高めるためのＡｕめっきを施す。
最後に、所定形状を有する金型により打ち抜き加工を行って、開口部を形成すると同時にダミーパターンと配線パターンとを切り離して配線基板とする。
［実施例］

片面に厚さ０．０２ｍｍの銅層を有する厚さ０．１８ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板を用いて、銅層上にフォトレジストをラミネートした後、フォトマスクを用いて、露光・現像して、銅層をエッチングすることにより、配線パターンと各種形状と大きさのダミーパターンとを形成した。
次にソルダーレジストを塗布し、所定のマスクを用いて露光・現像した後、現れたダミーパターンと配線パターンである銅層表面に、Ｎｉめっきを１０μｍとＡｕめっきを０．７μｍ電気めっきした。そして、金型により打ち抜き加工を行って開口部を形成した。
なお、ダミーパターンと配線パターンは、図１０に示すように、開口部となる部分で電気的に一体接続したパターンとした後、打ち抜き加工によって図２に示すように電気的な導通が遮断されるようにしてある。

ダミーパターンは、開口部の円弧部分に図３〜図６に示すようなパターンから選択して形成した。また、開口部に直線部分が有る場合には、開口部の円弧部分には図３〜図６に示すダミーパターンから選択して形成し、直線部分には図７に示すダミーパターンから選択して組み合わせて形成した。
図３は、開口部周縁から０．１ｍｍ離れた位置で、線幅０．１ｍｍの円弧となる形状と、それにつながる７本の引き出し線を持つ幅０．１ｍｍの枝状パターンからなるダミーパターンである。この７本の枝状ダミーパターンは互いに３０度の角度で設定した。開口部における各パターンの間隔は約０．２ｍｍである。
また、図４に示すダミー電極パターンは、０．１ｍｍの幅で０．３５ｍｍの長さの７本の枝状パターンによりダミーパターンを形成した。各パターンは互いに３０度の角度で設定した。開口部における各パターンの間隔は約０．２ｍｍである。
なお、同様の形状で長さを０．１ｍｍまたは０．２ｍｍとした場合には、打ち抜き加工時にパターンの剥がれが発生した。

図５は、開口部の円弧周縁に幅０．３ｍｍの半円形のベタ形状のダミーパターンを形成した。
なお、同様の形状で幅が０．１ｍｍ、０．１５ｍｍおよび０．２ｍｍでは打ち抜き加工後に剥がれが多発した。

図６は、３本の枝状パターンを９０度の間隔で配置し、各先端を円弧パターンで接続したものである。各パターンの線幅は０．１ｍｍ、枝状パターンの長さは０．３ｍｍである。

図７は、開口部の直線部分に形成したダミーパターンの例である。
ダミーパターン１−５は開口部周縁に直角に幅０．１ｍｍ、長さ０．３５ｍｍのパターンを形成した。
ダミーパターン１−６は開口部周縁に３０度の角度で、幅０．１ｍｍ、長さ０．４ｍｍのパターンを形成した。
ダミー電極パターン１−７は、幅０．１ｍｍで外周が一辺０．３ｍｍのコの字状のパターンとした。

表１に示すパターンの組み合わせでダミー電極パターンを形成し、打ち抜き加工した後の回路基板を観察した。ダミー電極パターンの剥がれの有無と白化の有無及び大きさを観察した。結果を表２に記す。

表１及び表２の結果から、本発明に依ればダミー電極パターンを設けることで白化領域の発生は抑制することが可能となり、画像認識時の障害が無くなる。また、開口部の形成を打ち抜き加工により行うことで、実装工程の能率を向上させることが可能となる。

本発明の回路基板の中央部の断面構造図を示す図である。 図１に示す回路基板の中央部の平面図を示す図である。 ダミー電極パターンの一例を示す平面図である。 ダミー電極パターンの他の例を示す平面図である。 ダミー電極パターンのさらに他の例を示す平面図である。 ダミー電極パターンの別の例を示す平面図である。 ダミー電極パターンのさらに別の例を示す平面図である。 ダミー電極パターンの面積と開口部との接合長さを説明する図である。 ダミー電極パターンの面積と開口部との接合長さの比と剥がれ発生率との関係示す図である。 ダミー電極パターンの製造過程を示す図である。 回路基板の断面構造を示す図である。 回路基板の回路配線の配置を示す図である。 回路基板の白化領域を示す図である。

符号の説明

１ ダミー電極パターン
２ 配線パターン
３ 開口部
４ 密集する部分
５ 空白の部分
６ 白化領域
１０ 封止樹脂
１１ 半導体素子
１２ 半導体電極
１３ ボンディングワイヤ
１４ 接続端子
１５ 配線パターン
１６ ソルダーレジスト
１７ 絶縁性基材
１００、１０１ 配線基板

Claims (7)

1. 基板に開口部を形成する回路基板であって、開口部周縁に接続している配線パターンの他に開口部の円弧部周縁に接続しているダミー電極パターンが設けられていることを特徴とする回路基板。
2. 前記ダミーパターンは、前記開口部の円弧部周縁に周期的に接続してなる枝パターンからなることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記ダミーパターンは、開口部の円弧部周縁に周期的に接続した複数の枝パターンと、それら枝パターンの一端を繋ぐ連結部とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板。
4. 前記ダミーパターンである複数の枝パターンは、間隔が０．３ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回路基板。
5. 前記枝パターンの一端を繋ぐ連結部は、前記開口部の円弧部から０．３ｍｍ以内の範囲に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
6. 基板に打ち抜き加工によって開口部を形成する回路基板は、開口部の円弧部から０．２ｍｍ以下の範囲に白化が生じてなることを特徴とする回路基板
7. 基板の開口部となる範囲の内側で互いに連結した状態の配線パターンとダミーパターンとを形成した後、打ち抜き加工をすることによって開口部を形成すると同時に、配線パターンとダミーパターンとを電気的に遮断することを特徴とする回路基板の製造方法。

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