JP5087302B2

JP5087302B2 - 回路装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP5087302B2
Application number: JP2007089830A
Authority: JP
Inventors: 芳央岡山; 恭典井上; 良輔臼井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008251745A

Description

本発明は、配線基板と半導体チップがパッケージ化された回路装置およびその製造方法に関する。

携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型薄型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。

たとえば、特許文献１は、パッケージの薄型化を実現するため配線基板に設けられた凹部に半導体チップを設け、配線基板に設けられた電極と半導体チップに設けられた電極とをワイヤボンディングにより接続した構造を開示する。

また、特許文献２は、配線基板に設けられた凹部に半導体チップを設け、配線基板に設けられた電極と半導体チップに設けられた電極とを再配線により接続した構造を開示する。
国際公開第０５／０２４９４６号パンフレット特開２００５−２０９６８９号公報

特許文献１のパッケージ構造では、配線基板に設けられた電極と半導体チップに設けられた電極とを電気的に接続するのにワイヤボンディングが用いられている。この構造では、ワイヤループの分だけ高さが必要となるため、パッケージの薄型化に限界がある。また、配線基板に設けられた電極と半導体チップに設けられた電極ごとにワイヤを接続する必要があるため、多ピン化が進むにつれてコストが高くなる。

また、特許文献２に記載のパッケージ構造では、再配線を形成するために、レーザによるビア加工およびめっき処理による金属膜形成が必要なため、コストが高くなる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを抑制しつつ、回路装置の薄型化を可能にする技術の提供にある。

本発明のある態様は、回路装置である。当該回路装置は、配線基板と、配線基板に形成された凹部に設けられた回路素子と、配線基板の凹部の周囲に設けられた基板電極と、凹部の底面側と反対側の回路素子の上に設けられた素子電極と、基板電極および素子電極と電気的に接続する導電性の突起部がそれぞれ一体的に形成された配線層を有する配線部とを備えることを特徴とする。ここで、突起部が一体的に配線層に形成された状態とは、突起部と配線層との間に継ぎ目がないことをいう。

この態様によれば、配線基板の凹部に埋め込まれた回路素子に設けられた素子電極と、配線基板に設けられた基板電極とが、配線部に一体的に設けられた突起により電気的に接続される。配線部は、ワイヤボンディングに比べて厚みを必要としないため、回路装置のさらなる薄型化が可能となる。また、配線部は、レーザ加工やめっき処理を要せず、金属板のエッチング加工および加熱圧着処理によって形成可能であるため、回路装置の製造コストを抑制することができる。さらに、配線層と突起部が一体的に形成されているため、低抵抗かつ信頼性の高い回路装置が実現される。

上記態様の回路装置において、配線部の材料が圧延銅板であってもよい。これによれば、配線部の機械的強度を高めることができる。また、さらに信頼性の高い回路装置が実現される。

また、上記態様の回路装置において、素子電極の高さと、基板電極の高さがほぼ等しくてもよい。これによれば、突起部の高さを同程度とすることにより、基板電極と突起部との接合、および素子電極と突起との接合が可能になるため、電極接続の精度が向上する。

また、上記態様の回路装置において、配線基板と配線層との間に、加圧により塑性流動を起こす絶縁樹脂が設けられていてもよい。これにより、加圧により塑性流動を起こす絶縁樹脂を介して配線基板に対して配線部を加熱圧着し、突起部を絶縁層に貫通させることにより、基板電極と突起部との接合、および素子電極と突起部との接合を形成することができる。

本発明の他の態様は、回路装置の製造方法である。当該回路装置の製造方法は、配線基板に設けられた凹部に回路素子を嵌め込む工程と、凹部の周囲に位置し、配線基板の表面に設けられた基板電極と、回路素子の表面に設けられた素子電極とを、基板電極および素子電極にそれぞれ対応する導電性の突起部が一体的に形成された配線層からなる配線部を用いて電気的に接続する工程とを備えることを特徴とする。

この態様によれば、配線基板の凹部に埋め込まれた回路素子に設けられた素子電極と、配線基板に設けられた基板電極とを、配線部に一体的に設けられた突起により電気的に接続することにより、薄型化された回路装置を製造することができる。また、配線部は、レーザ加工やめっき処理を要せず、銅板のエッチングおよび加熱圧着処理によって形成可能であるため、回路装置の製造コストを抑制することができる。さらに、配線層と突起部が一体的に形成されているため、低抵抗かつ信頼性の高い回路装置が実現される。

上記態様の配線部を用いて素子電極と基板電極とを電気的に接続する工程において、加圧により塑性流動を起こす絶縁層を介して配線部を圧着することにより、素子電極と基板電極に配線部が有する突起部がそれぞれ接続されてもよい。これにより、レーザ加工やメッキ加工などを要することなく、基板電極と突起部との接合、および素子電極と突起部との接合を低コストで形成することができる。

本発明によれば、コストを抑制しつつ、回路装置を薄型化することができる。

以下、本発明を具現化した実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施の形態に係る回路装置１０の構成を示す概略断面図である。本実施の形態の回路装置１０は、主な構成として、配線基板２０、回路素子３０、基板電極４０、素子電極５０、および配線部６０を備える。

配線基板２０は、絶縁層２２を介して複数の配線層２４が積層された多層配線構造を有する。絶縁層２２を構成する材料としては、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。配線層２４は銅などの金属で形成される。積層された配線層２４は、所定箇所においてビア導体２６により電気的に接続されている。配線基板２０の製法は、特に限定されず、周知のビルドアップ工法が適用できる。また、配線基板２０は、ベースとなる金属板の上に多層配線を構築した後、金属板を除去することによって得られる、いわゆるコアレス基板であってもよい。また、配線基板２０は、配線層を有するプリプレグを積層することにより形成されてもよい。

配線基板２０には凹部２８が形成されている。凹部２８の深さは、後述する回路素子３０の厚さと接着層３２の厚さの和と同程度である。配線基板２０の凹部２８以外の表面、すなわち、凹部２８の周囲の表面に、基板電極４０が設けられている。基板電極４０は、たとえば、銅、金などで形成される。基板電極４０の表面の高さは、後述する素子電極５０の表面の高さとほぼ等しい。

配線基板２０の上面に基板電極４０が開口するように絶縁層７０が形成されている。絶縁層７０は、加圧したときに塑性流動を引き起こす材料で形成されている。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁層７０に用いられるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８ＭＰａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、この材料は、温度１６０℃の条件下で１５ＭＰａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して樹脂の粘度が約１／８に低下する。

一方、配線基板２０の下面側に、最下層の配線層２４の一部が開口するように、フォトソルダーレジスト層８０が形成されている。最下層の配線層２４の開口部分に外部電極としてはんだボール９０が形成されている。なお、外部電極として、はんだボールに代えて、はんだバンプ、金バンプ、銅バンプなどを用いてもよい。

回路素子３０は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの半導体チップである。回路素子３０は、配線基板２０に形成された凹部２８に嵌め込まれている。回路素子３０の電極形成面（表面）は図１の上方を向いており、回路素子３０の裏面は凹部２８の底面に対向している。回路素子３０の裏面は、ダイアタッチフィルムなどの接着層３２により、凹部２８の底面に固定されている。回路素子３０の電極形成面には素子電極５０が設けられている。素子電極５０は、たとえば、アルミニウム、銅などで形成される。なお、回路素子３０の側面と凹部２８の側面との間に絶縁層７０が充填されていることが望ましい。これによれば、凹部２８内での回路素子３０の固着性を高めることができる。

配線部６０は、基板電極４０との接続用の突起部６２ａ、および素子電極５０との接続用の突起部６２ｂが一体的に形成された配線層６４を含む。配線層６４の厚さは、たとえば、３０μｍとすることができる。これは、ワイヤボンディング時のワイヤループに比べて顕著に低背である。配線層６４としては、圧延銅が好適に用いられる。圧延銅は、めっき処理等によって形成された銅からなる金属膜と比較すると、機械的強度の点において強く、再配線のための材料として優れている。基板電極４０と突起部６２ａとの接合、および素子電極５０と突起部６２ｂとの接合は、たとえば、絶縁層７０を介して配線基板２０に対して配線部６０を加熱圧着し、突起部６２ａ、突起部６２ｂを絶縁層７０に貫通させることにより形成される。なお、基板電極４０の表面の高さを素子電極５０の表面の高さとほぼ等しくしておくことにより、突起部６２ａおよび突起部６２ｂの高さを同程度とすることにより、基板電極４０と突起部６２ａとの接合、および素子電極５０と突起部６２ｂとの接合が可能になるため、電極接続の精度が向上する。

以上の構成によれば、配線基板２０の凹部２８に埋め込まれた回路素子３０に設けられた素子電極５０と、配線基板２０に設けられた基板電極４０とが、配線部６０に一体的に設けられた突起部６２ｂ、突起部６２ａにより電気的に接続される。配線部６０は、ワイヤボンディングに比べて厚みを必要としないため、回路装置１０のさらなる薄型化が可能となる。また、配線部６０は、レーザ加工やめっき処理を要せず、金属板のエッチング加工および加熱圧着処理によって形成可能であるため、回路装置の製造コストを抑制することができる。さらに、配線層６４と突起部６２ａ、６２ｂが一体的に形成されているため、低抵抗かつ信頼性の高い回路装置１０が実現される。

（回路装置の製造方法）
図２を参照して本実施の形態の回路装置の製造方法について説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、絶縁層２２を介して複数の配線層２４が積層された多層配線構造を有し、一方の面に凹部２８を形成した配線基板２０を用意する。凹部２８の形成方法としては、凹部２８に対応した部分に対応する穴を予め開けたプリプレグを積層して形成してもよいし、あるいは、配線形成を完了した基板に機械的加工により形成してもよい。配線基板２０は、２層以上の配線層２４を備えていることが好ましく、配線基板２０の両面に配線層２４の一部が露出していることがさらに好ましい。本製造方法の態様では、配線基板２０の裏面側に配線層２４の一部が露出するようにフォトソルダーレジスト層８０を選択的に形成しておく。

そして、図２（Ａ）に示すように、素子電極５０が形成されたＬＳＩなどの回路素子３０をダイアタッチフィルムなどの接着層３２を用いて凹部２８内に設置する。ここで、この後の電極接続を精度よく行うため、配線基板２０の凹部２８以外の表面、すなわち、凹部２８の周囲の表面に設けられた配線層２４と、回路素子３０の表面に設けられた素子電極５０とが、ほぼ同一平面上になるように、凹部２８の深さと回路素子３０の厚さを調整しておくことが望ましい。たとえば、回路素子３０の厚さが１００μｍ、接着層３２の厚さが２５μｍの場合、凹部２８の深さを１２５μｍ程度とすればよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、突起部（バンプ）６２を形成した金属板１００を用意する。なお、突起部６２は、配線基板２０に設けられた基板電極４０および回路素子３０に設けられた素子電極５０にそれぞれ対応する突起部６２ａ、突起部６２ｂからなる。金属板１００としては、たとえば、厚さ１０〜１００μｍ程度の圧延銅材を用いることが好ましい。また、突起部６２の高さは、１０〜５０μｍの範囲とすることができ、典型的には、３５μｍである。また、突起部６２の直径は、１０〜１００μｍの範囲とすることができ、典型的には、５０μｍである。突起部６２の形成方法としては、銅板を塩化鉄などによってウェットエッチングして行うことが好ましい。これにより、突起部６２と配線層が一体的に形成されるため、低抵抗かつ信頼性の高い配線が実現される。

そして、図２（Ｂ）に示すように、突起部６２が形成された金属板１００と、回路素子３０を凹部２８に搭載した配線基板２０とを、接着用の樹脂シート１１０を介して重ね合わせ、加熱圧着する。これにより、回路素子３０の表面に形成されている素子電極５０および配線基板２０の上面に形成されている配線層２４の所定箇所、すなわち基板電極が、金属板１００に設けられた突起部６２によってそれぞれ電気的に接続される。ここで、樹脂シート１１０として、たとえば、加圧により塑性流動を起こす加圧塑性樹脂を用いることが好適である。樹脂シート１１０の厚さは、突起部６２の高さと同程度に設定される。また、加熱圧着の条件は、たとえば、２００℃、５ＭＰａである。

次に、図２（Ｃ）に示すように、金属板１００の背面（図２（Ｃ）では上側）をエッチングして再配線パターン、すなわち配線部６０を形成する。

次に図２（Ｄ）に示すように、配線基板２０の下面側の配線層２４の露出部分にスクリーン印刷などによりはんだボール９０を搭載し、外部接続用の端子とする。

以上の工程により、図１に示した実施の形態に係る回路装置が製造される。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

たとえば、上述の各実施の形態では、図２（Ａ）において、配線基板２０の下面側にフォトソルダーレジスト層８０が予め形成されているが、フォトソルダーレジスト層８０の形成は、図２（Ｂ）で示した加熱圧着工程の後であってもよい。また、接着層３２は、配線基板側に設けられているが、回路素子３０の下面側に設けられてもよい。

実施の形態に係る回路装置の構成を示す概略断面図である。実施の形態に係る回路装置の製造方法を示す工程断面図である。

符号の説明

１０回路装置、２０配線基板、２２絶縁層、２４配線層、２６ビア導体、２８凹部、３０回路素子、４０基板電極、５０素子電極、６０配線部。

Claims

配線基板と、
前記配線基板に形成された凹部に設けられた回路素子と、
前記配線基板の凹部の周囲に設けられた基板電極と、
前記凹部の底面側と反対側の前記回路素子の上に設けられた素子電極と、
前記基板電極および前記素子電極と電気的に接続する導電性の突起部がそれぞれ一体的に形成された配線層を有する配線部と、
を備え、
前記素子電極の高さと、前記基板電極の高さがほぼ等しいことを特徴とする回路装置。
前記配線部の材料が圧延銅板であることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
前記配線基板と前記配線部との間に、加圧により塑性流動を起こす絶縁樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
配線基板に設けられた凹部に回路素子を嵌め込む工程と、
前記凹部の周囲に位置し、前記配線基板の表面に設けられた基板電極と、前記回路素子の表面に設けられた素子電極とを、前記基板電極および前記素子電極にそれぞれ対応する導電性の突起部が一体的に形成された配線層からなる配線部を用いて電気的に接続する工程と、
を備え、
前記回路素子を嵌め込む工程において前記素子電極の高さと、前記基板電極の高さがほぼ等しくなるようにすることを特徴とする回路装置の製造方法。
前記配線部を用いて前記素子電極と前記基板電極とを電気的に接続する工程において、
加圧により塑性流動を起こす絶縁層を介して前記配線部を圧着することにより、前記素子電極と前記基板電極に前記配線部が有する前記突起部がそれぞれ接続されることを特徴とする請求項４に記載の回路装置の製造方法。