(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しつつ、本発明による電子装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
【0014】
図1は、本発明による電子装置の第1実施形態を示す断面図である。電子装置1は、配線層10(第1の配線層)、および配線層20(第2の配線層)を備えている。
【0015】
配線層10は、ビアプラグ12(第1の導電プラグ)、絶縁樹脂14および導体配線16を有している。ビアプラグ12は、絶縁樹脂14中に形成されている。図からわかるように、ビアプラグ12は、配線層20に近づくにつれて径が小さくなるテーパ状をしている。したがって、ビアプラグ12の配線層20側の端面の面積は、その反対側の端面すなわち後述するICチップ32,36側の端面の面積よりも小さい。
【0016】
ビアプラグ12の導体は、例えば、Cu、Ni、AuまたはAgである。絶縁樹脂14は、例えば、ポリイミド樹脂、PBO(ポリベンゾオキサゾール)樹脂、BCB(ベンゾシクロブテン)樹脂、カルド樹脂(カルド型ポリマー)またはエポキシ樹脂である。ポリイミド樹脂は、感光性ポリイミド樹脂であってもよいし、非感光性ポリイミド樹脂であってもよい。絶縁樹脂14上には、ビアプラグ12に接続された導体配線16が形成されている。
【0017】
配線層10の上面(第1面)上には、ICチップ32,36(電子部品)が載置されている。これらのICチップ32,36は、それぞれバンプ33,37を介して導体配線16にフリップチップ接続されている。ICチップ32と配線層10との間の間隙には、アンダーフィル樹脂34が充填されている。同様に、ICチップ36と配線層10との間の間隙には、アンダーフィル樹脂38が充填されている。ICチップ36は複数設けられており、それらは互いに積層されている。ICチップ32およびICチップ36は、例えば、それぞれCPUおよび積層メモリである。積層メモリとは、ICチップ(メモリ)を三次元的に積層し、チップ(メモリ)間を電気的に接続したものである。
【0018】
また、ICチップ32,36は、配線層10上に形成された封止樹脂52によって覆われている。より詳細には、ICチップ32の側面、ならびにICチップ36の側面および上面が封止樹脂52によって覆われている。
【0019】
配線層10の下面(第2面)上には、配線層20が形成されている。配線層20は、平面視での面積が配線層10よりも大きく、配線層10より外側まで延在している。すなわち、配線層20は、配線層10からはみ出している。
【0020】
配線層20は、ビアプラグ22(第2の導電プラグ)および絶縁樹脂24を有している。ビアプラグ22は、絶縁樹脂24中に形成されている。このビアプラグ22は、上述のビアプラグ12と接続されている。図からわかるように、ビアプラグ22は、配線層10に近づくにつれて径が小さくなるテーパ状をしている。したがって、ビアプラグ22の配線層10側の端面の面積は、その反対側の端面すなわち後述する半田ボール60側の端面の面積よりも小さい。ビアプラグ22の導体は、ビアプラグ12と同様、例えばCu、Ni、AuまたはAgである。また、絶縁樹脂24は、例えば、エポキシ樹脂等である。上述の配線層10および配線層20からなる配線体は、電子装置1においてインターポーザとして機能する。
【0021】
配線層10を構成する絶縁樹脂14の熱分解温度は、配線層20を構成する絶縁樹脂24の熱分解温度よりも高い。絶縁樹脂14としてPBOを用いた場合、その熱分解温度は例えば540℃である。また、絶縁樹脂24としてエポキシ樹脂を用いた場合、その熱分解温度は例えば310℃である。ここで、熱分解温度とは、10℃/分の昇温速度で熱天秤を用いて測定したときに、樹脂の重量が5重量%減となるときの温度である。なお、絶縁樹脂14,24として同種類の樹脂(例えばエポキシ樹脂)を用いる場合も、前者の方が後者よりも熱分解温度が高くなるようにする。
【0022】
配線層20のうち配線層10よりも外側の部分上には、第2の電子部品として、ICチップ42および受動部品44が載置されている。受動部品44は、例えば、デカップリングキャパシタ等のキャパシタである。ICチップ42は、封止樹脂54によって覆われている。受動部品44は、配線層20の上記外側の部分上に設けられた樹脂56によって覆われている。樹脂56は、封止樹脂54と同じ樹脂であってもよいし、異なる樹脂であってもよい。
【0023】
また、配線層20は、多層配線構造をしており、複数の層に設けられた導体配線26と、相異なる層の導体配線26どうしを接続するビアプラグ28とを有している。最下層の導体配線26には、半田ボール60が接続されている。半田ボール60は、一部がソルダーレジスト62中に埋没している。この半田ボール60は、電子装置1の外部接続端子として機能する。
【0024】
図2を参照しつつ、配線層10と配線層20との界面付近の構造の一例を説明する。本例においては、ビアプラグ22を覆うように密着金属膜72が形成されている。密着金属膜72は、ビアプラグ22上でビアプラグ12に接している。さらに、導体配線16のビアプラグ12に接する面上にも、密着金属膜74が形成されている。
【0025】
密着金属膜72,74は、Tiを含む膜(例えば、Ti、TiNまたはTiW等)、またはCr膜であることが好ましい。
【0026】
図3〜
図7を参照しつつ、本発明による電子装置の製造方法の第1実施形態として、電子装置1の製造方法を説明する。詳細な説明に先立って、
図3(a)〜
図3(e)を用いて、本製造方法の概要を説明する。まず、
図3(a)に示すように、支持基板90上に配線層10を形成する(第1配線層形成工程)。支持基板90としては、シリコン基板、セラミック基板、ガラス基板または金属基板等を用いることができる。
【0027】
次に、
図3(b)に示すように、配線層10上にICチップ32,36を載置する(電子部品載置工程)。さらに、
図3(c)に示すように、ICチップ32,36を覆うように、配線層10上に封止樹脂52を形成する(封止樹脂形成工程)。続いて、
図3(d)に示すように、支持基板90を除去する(支持基板除去工程)。その後、
図3(e)に示すように、配線層10の下面上に、配線層20を形成する(第2配線層形成工程)。最後に、図示を省略するが、半田ボール60を形成することにより、
図1に示す電子装置1を得る。
【0028】
続いて、
図4〜
図7を用いて、本製造方法を詳細に説明する。まず、支持基板90上に絶縁樹脂14を形成し、その中にビアプラグ12を形成する。その後、絶縁樹脂14上に導体配線16を形成する(
図4(a))。次に、導体配線16上にICチップ32,36をフリップチップ実装する(
図4(b))。続いて、ICチップ32,36を覆うように、配線層10上に封止樹脂52を形成する。封止樹脂52の形成は、例えば、モールド成型、印刷法またはポッティング法により行うことができる(
図5(a))。その後、支持基板90を除去することにより、配線層10の下面を露出させる(
図5(b))。
【0029】
次に、配線層10の下面上に、当該配線層10より外側まで延在するように絶縁樹脂24を形成する。このとき、絶縁樹脂24として、例えば絶縁フィルムを用いることができる。続いて、絶縁樹脂24の配線層10よりも外側の部分上に、ICチップ42および受動部品44を実装する。その後、ICチップ42を覆うように封止樹脂54を形成する(
図6(a))。次に、絶縁樹脂24の上記外側の部分上の隙間を埋めるように、樹脂56を形成する。これにより、受動部品44が樹脂56で覆われる(
図6(b))。
【0030】
次に、ビアプラグ12に接続されるように、絶縁樹脂24中にビアプラグ22を形成する。その後、絶縁樹脂24上に、ビルドアップ配線層を形成する。例えば、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂層中に、セミアディティブ法による導体配線26、およびレーザ加工によるビアプラグ28を交互に形成すればよい。これにより、配線層20が形成される(
図7)。その後、ソルダーレジスト62および半田ボール60を形成することにより、
図1の電子装置1が得られる。なお、配線層20の形成は、予め形成した多層配線層を配線層20として配線層10の下面に接着することにより行ってもよい。
【0031】
以上の説明から明らかなように、配線層10,20のビルドアップ方向は、それぞれ各図中の上向きおよび下向きである。これに伴い、上述したとおり、ビアプラグ12のICチップ32,36側の端面は配線層20側の端面よりも面積が大きく、ビアプラグ22の半田ボール60側の端面は配線層10側の端面よりも面積が大きくなっている。
【0032】
本実施形態の効果を説明する。上記製造方法においては、ICチップ32,36が載置される配線層10を支持基板90上に形成する一方で、配線層20を支持基板90の除去後に形成している。これにより、絶縁樹脂24として、絶縁樹脂14よりも熱分解温度が低い樹脂を用いることができないという制約から免れることができる。したがって、絶縁樹脂14としては微細加工に適した樹脂を用い、一方で絶縁樹脂24としては比較的安価な樹脂を用いることが可能となる。これにより、低コストながらも、配線層10とICチップ32,36との微細な接続を得られる電子装置1の製造方法が実現されている。
【0033】
さらに、配線層20が配線層10より外側まで延在している。これにより、配線層10の面積を小さく抑えつつ、半田ボール60が設けられる面(すなわち配線層20の下面)の面積を充分に大きくできる。このため、コストの増大を招くことなく、電子装置1を他の電子装置やマザーボード等に容易に実装することができる。これに対して、配線層10および配線層20の面積が互いに等しい場合に、実装容易性を高めるべく配線層20の面積を大きくしようとすれば、それに伴って配線層10の面積も大きくせざるを得ない。すると、配線層10には微細加工に適した比較的高価な樹脂が用いられるため、電子装置1の製造コストが増大してしまう。一方、低コスト化を図るべく配線層10の面積を小さくすれば、配線層20の面積も小さくなり、実装容易性が損なわれてしまう。本実施形態によれば、かかるディレンマを解消し、低コストおよび実装容易性を両立させることができる。
【0034】
剛性の高い支持基板90上にて導体配線16の配線パターンを形成しているので、微細な導体配線16を得ることができる。また、支持基板90上で配線層10とICチップ32,36とを接合しているので、配線層10とICチップ32,36とを微細ピッチでバンプ接続することができる。このことは、配線層数の減少、およびICチップ32,36のサイズの縮小につながる。
【0035】
さらに、支持基板90を除去した後に配線層20を形成しているので、配線層20を構成する絶縁樹脂24を絶縁樹脂14に比べて厚く形成することができる。これにより、絶縁樹脂24の応力緩和機能が高まり、電子装置1の信頼性向上につながる。
【0036】
第2配線層形成工程においては、第1配線層形成工程において形成される配線層10を構成する絶縁樹脂14よりも熱分解温度が低い樹脂が、配線層20を構成する絶縁樹脂24として用いられている。これにより、配線層20を配線層10上に好適に形成することができる。
【0037】
電子装置1においては、配線層20を構成する絶縁樹脂24として、配線層10を構成する絶縁樹脂14よりも熱分解温度が低い樹脂を用いることができる。したがって、絶縁樹脂14としては微細加工に適した樹脂を用い、一方で絶縁樹脂24としては比較的安価な樹脂を用いることが可能となる。これにより、低コストながらも、配線層10とICチップ32,36との微細な接続を得られる電子装置1が実現されている。
【0038】
さらに、電子装置1においては、配線層10と配線層20とが直接に接しており、これらの層の間にコア層が設けられていない。コア層に形成されるビアプラグは、一般に、通常の配線層に形成されるビアプラグに比べると微細化するのが困難であるため、電子装置全体の微細化を妨げてしまうという問題がある。この点、電子装置1においては、コア層が設けられていないため、かかる問題は生じない。
【0039】
ICチップ32,36を覆うように封止樹脂52が設けられている。これにより、支持基板90が除去された後も配線体の形状を保持することができる。このため、半田ボール60について高いコプラナリティが得られる。特に本実施形態においては、配線層20の配線層10よりも外側の部分上にも、樹脂56が形成されている。これにより、かかる効果が一層高められている。
【0040】
支持基板90としてシリコン基板を用いた場合、絶縁基板を用いる場合に比して、熱膨張の影響を小さく抑えることができる。これにより、配線層10とICチップ32,36との接続を一層微細化することができる。
【0041】
絶縁樹脂14としてポリイミド樹脂、PBO樹脂、BCB樹脂またはカルド樹脂を用いた場合、微細加工に適した絶縁樹脂14が実現される。また、絶縁樹脂24としてエポキシ樹脂を用いた場合、低コストで絶縁樹脂24を得ることができる。
【0042】
ビアプラグ22を覆うように密着金属膜72が設けられている(
図2参照)。これにより、ビアプラグ22と絶縁樹脂24との間で強固な結合が得られる。また、導体配線16のビアプラグ12に接する面上に密着金属膜74が設けられている(
図2参照)。これにより、導体配線16と絶縁樹脂14との間で強固な結合が得られる。これらは、電子装置1の信頼性の向上に寄与する。密着金属膜72,74がTiを含んでいるか、Crからなる場合、樹脂に対する特に高い密着性を得ることができる。
【0043】
配線層20のうち配線層10よりも外側の部分上に、ICチップ42および受動部品44が載置されている。これにより、電子装置1の一層の高機能化・高性能化を図ることができる。
(第2実施形態)
【0044】
図8は、本発明による電子装置の第2実施形態を示す断面図である。電子装置2は、配線層10(第1の配線層)、および配線層80(第2の配線層)を備えている。配線層10の構成は、
図1で説明したものと同様である。
【0045】
配線層80は、配線層10の下面上に形成され、配線層10より外側まで延在している。この配線層80は、ソルダーレジスト84と、その中に形成された導体配線86とを有している。ソルダーレジスト84としては、絶縁樹脂14よりも熱分解温度が低い樹脂が用いられる。この配線層80中には、ビアプラグ82(第2の導電プラグ)が形成されている。このビアプラグ82は、半田ボール60の一部分、具体的には半田ボール60のうちソルダーレジスト84中に埋没している部分に相当する。図からわかるように、ビアプラグ82は、配線層10に近づくにつれて径が小さくなるテーパ状をしている。したがって、ビアプラグ82の配線層10側の端面の面積は、その反対側の端面の面積よりも小さい。
【0046】
さらに、配線層10の下面にICチップ92がフリップチップ実装されている。つまり、当該下面にバンプ93を介してICチップ92が接続され、配線層10とICチップ92との間の間隙にアンダーフィル樹脂94が充填されている。
【0047】
配線層80のうち配線層10よりも外側の部分上には、樹脂56が形成されている。本実施形態において樹脂56は、封止樹脂52の側面および上面の双方を覆っている。
【0048】
図9〜
図12を参照しつつ、本発明による電子装置の製造方法の第2実施形態として、電子装置2の製造方法を説明する。まず、支持基板90上に絶縁樹脂14、ビアプラグ12および導体配線16を形成する(
図9(a))。続いて、導体配線16上にICチップ32,36をフリップチップ実装する(
図9(b))。
【0049】
次に、ICチップ32,36を覆うように、配線層10上に封止樹脂52を形成する(
図10(a))。その後、支持基板90を除去することにより、配線層10の下面を露出させる(
図10(b))。続いて、配線層10の下面上に、当該配線層10より外側まで延在するように支持シート91を形成する(
図10(c))。
【0050】
次に、封止樹脂52を覆うようにして、支持シート91の配線層10よりも外側の部分上に樹脂56を形成する(
図11(a))。その後、支持シート91を剥離する(
図11(b))。次に、配線層10の下面上に導体配線86を形成した後、それを覆うようにソルダーレジスト84を形成する。さらに、ソルダーレジスト84をパターニングし、半田ボール60が形成される部分およびICチップ92が実装される部分を開口する(
図12(a))。これにより、配線層80が形成される。続いて、配線層10の下面にICチップ92をフリップチップ実装する(
図12(b))。その後、半田ボール60を形成することにより、
図8の電子装置2が得られる。
【0051】
本実施形態は、上述した第1実施形態が奏する効果に加えて、以下の効果を奏することができる。配線層80を構成する樹脂としてソルダーレジスト84が用いられているため、電子装置2の一層の低コスト化を図ることができる。さらに、配線層10の上面だけでなく下面にも電子部品(ICチップ92)が実装されている。これにより、電子装置2の一層の高機能化・高性能化を図ることができる。
(第3実施形態)
【0052】
図13は、本発明による電子装置の第3実施形態を示す断面図である。電子装置3は、配線層10、および配線層80を備えている。電子装置3は、配線層80が多層配線構造を有している点で、
図8の電子装置2と相違する。本実施形態において配線層80は、配線層10の下面上に設けられた絶縁樹脂84aと、その上に設けられたソルダーレジスト84bとを含んでいる。
【0053】
本実施形態の配線層80中には、複数の層に設けられた導体配線86と、導体配線86に接続されたビアプラグ83(第2の導電プラグ)とが形成されている。図からわかるように、ビアプラグ83は、配線層10に近づくにつれて径が小さくなるテーパ状をしている。したがって、ビアプラグ83の配線層10側の端面の面積は、その反対側の端面の面積よりも小さい。また、電子装置2においてはバンプ93が直接にビアプラグ12に接続されていたのに対し、この電子装置3においては、バンプ93が導体配線86(およびビアプラグ83)を介してビアプラグ12に接続されている。電子装置3のその他の構成は、電子装置2と同様である。
【0054】
図14(a)および
図14(b)を参照しつつ、本発明による電子装置の製造方法の第3実施形態として、電子装置3の製造方法を説明する。まず、
図9〜
図11で説明したのと同様にして、
図11(b)に示す構造体を準備する。
【0055】
次に、ビアプラグ12に接続されるように、配線層10の下面上に1層目の導体配線86を形成する。その後、それを覆うように絶縁樹脂84aを形成する。さらに、絶縁樹脂84a中に、導体配線86に接続されるようにビアプラグ83を形成する。続いて、ビアプラグ83に接続されるように、絶縁樹脂84a上に2層目の導体配線86を形成する。その後、それを覆うようにソルダーレジスト84bを形成する。
【0056】
次に、ソルダーレジスト84bをパターニングし、半田ボール60が形成される部分およびICチップ92が実装される部分を開口する(
図14(a))。これにより、配線層80が形成される。続いて、絶縁樹脂84a上にICチップ92をフリップチップ実装する(
図14(b))。その後、半田ボール60を形成することにより、
図13の電子装置3が得られる。本実施形態においても、第2実施形態と同様の効果が奏される。
【0057】
本発明による電子装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては配線層10の上面または下面に載置される電子部品としてICチップを例示したが、当該電子部品はコンデンサ等の受動部品であってもよい。また、電子装置に電子部品を設けることは必須ではない。
【0058】
上記実施形態においては電子装置に半田ボールが設けられた例を示したが、半田ボールを設けることは必須ではない。半田ボールが設けられていない場合、導体配線のランド部分が外部電極端子に相当する。
図1の電子装置1を例にとると、導体配線26のうち半田ボール60が接続されている部分がランド部分である。
【0059】
また、第2の配線層は、第1の配線層の周囲の全体からはみ出していてもよいし、一部のみからはみ出していてもよい。前者の例を
図15に、後者の例を
図16(a)〜
図16(c)に示す。これらの平面図においては、第1および第2の配線層の外周をそれぞれ線L1,L2で示し、両配線層が重なった部分に斜線を付している。
図15では第1の配線層の4辺の全てから第2の配線層がはみ出している。一方、
図16(a)、
図16(b)および
図16(c)では、それぞれ第1の配線層の3辺、2辺および1辺から第2の配線層がはみ出している。