特許 7170915 高密度ビアを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-04

(45)【発行日】2022-11-14

(54)【発明の名称】高密度ビアを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/11 20060101AFI20221107BHJP

   H05K 3/40 20060101ALI20221107BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20221107BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20221107BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20221107BHJP

【ＦＩ】

H05K1/11 N

H05K3/40 K

H01L23/36 C

H01L25/04 C

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021568452

(86)(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-17

(86)【国際出願番号】 JP2020013877

(87)【国際公開番号】W WO2020241028

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-07-30

(31)【優先権主張番号】19305674.4

(32)【優先日】2019-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】ペラン、ルミ

(72)【発明者】

【氏名】モラン、ジュリアン

(72)【発明者】

【氏名】ムラド、ロバート

(72)【発明者】

【氏名】モロヴ、ステファン

【審査官】柴垣 宙央

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０３５８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－００９７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１５７１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／１１

Ｈ０５Ｋ ３／４０

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平平面内に延在する多層基板（１０）内に導電性ビアの少なくとも１つのアレイ（１００’、２００’、３００’、４００’）を製造する方法であって、
ａ）前記基板内に穴（１０１）の第１のアレイ（１００）を形成するステップと、
ｂ）導電性ビアの第１のアレイ（１００’）を形成するために、前記第１のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｃ）前記基板内に穴（２０１、３０１、４０１）の第２のアレイ（２００、３００、４００）を形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴（２０１、３０１、４０１）が、前記第１のアレイ（１００）の隣接しかつ位置合わせした２つの穴（１０１）の間に位置決めされるように前記水平平面内で少なくとも１つの方向に沿って前記第１のアレイからシフトするステップと、
ｄ）導電性ビアの第２のアレイ（２００’、３００’、４００’）を形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｅ）導電性ビアの前記アレイが、最大が、導電性材料で完全に覆われたエリアまでである、導電性材料の所望の密度に達するまで、ステップｃ）及びｄ）を繰り返すステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

ａ）前記基板内に穴（１０１）の第１のアレイ（１００）を形成するステップと、
ｂ）導電性ビアの第１のアレイ（１００’）を形成するために、前記第１のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｃ）前記基板内に穴（２０１）の第２のアレイ（２００）を形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で第１の方向及び第２の方向に沿って前記第１のアレイからシフトし、前記第１の方向は前記第２の方向に直交する、ステップと、
ｄ）導電性ビアの第２のアレイ（２００’）を形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｅ）前記基板内に穴（３０１）の第２のアレイ（３００）を形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で前記第１の方向に沿って前記第１のアレイからシフトする、ステップと、
ｆ）導電性ビアの第２のアレイ（３００’）を形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｇ）前記基板内に穴（４０１）の第２のアレイ（４００）を形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で前記第２の方向に沿って前記第１のアレイからシフトする、ステップと、
ｈ）導電性ビアの第２のアレイ（４００’）を形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
を含む、請求項１に記載の多層基板（１０）内に導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項3】

前記基板は、
電気絶縁コア（２０）と、
前記電気絶縁コア（２０）内に位置決めされた少なくとも１つの電力デバイス（１１）であって、少なくとも２つの電気接点を有する、少なくとも１つの電力デバイス（１１）と、
前記電気絶縁コア（２０）の両側に位置決めされた導電層（３０、４０）と、
前記電力デバイスの前記電気接点の少なくとも１つのエリアを前記導電層に接続するために、前記電気絶縁コア内で及び前記導電層内で形成される導電性ビアの前記少なくとも１つのアレイと、
を備える、請求項１又は２に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項4】

前記第１のアレイ及び第２のアレイ（１００、２００、３００、４００）は同じ穴径及び同じピッチを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項5】

前記第１のアレイの前記穴を前記導電性材料で充填するステップ及び前記第２のアレイの前記穴を前記導電性材料で充填するステップにおいて使用される前記導電性材料は銅である、請求項１～４のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項6】

各穴は、１μｍ～５ｍｍの範囲の直径を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項7】

前記第１のアレイの２つの隣接する位置合わせした穴の間の間隔は１μｍ～１ｍｍの範囲の長さを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項8】

前記穴は機械穴あけ法によって作製される、請求項１～７のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【請求項9】

前記穴はレーザー穴あけ法によって作製される、請求項１～７のいずれか一項に記載の導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも２つの導電層を電気接続する高密度ビアを多層基板内で形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プリント回路基板（ＰＣＢ）構造等の古典的な多層構造は、電気絶縁層の対抗する側に位置決めされた、銅等の２つ以上の導電層を備える。

【0003】

当技術分野で既知であるように、複数の垂直相互接続アクセス（ＶＩＡ）が複数の層を通して形成される。ビアは、例えば、絶縁層の対抗する側に位置決めされた上部及び下部導電層を備える多層構造を通して形成される穴である。穴は、その後、導電性ビアを形成するために、銅等の導電性材料を用いて、無電解めっきプロセス及び電気めっきプロセスの組み合わせによってめっきされる。そのため、下部導電層は、ビアを通して上部導電層に電気接続される。現行の技法は、穴あけ、化学的銅堆積、電気めっき堆積、及び表面仕上げプロセスの連続ステップを含む。

【0004】

ＰＣＢ内に少なくとも１つの電力デバイスを埋め込むパッケージ構造の応用において、電力デバイスの電気接点と導電層との間の電気接触は、電気絶縁層を通して導電性ビアによって実施される。そのような構成において、銅ビア及び絶縁材料から作製される接続は、従来の電力モジュールにおけるはんだ付け又は銀焼結による直接接触と比較して高い熱抵抗を呈する。電力デバイスから基板へのより高い熱伝導率及びより高い電気性能を得るために、電力デバイスを隣接する導電層に接続するビアの高密度が必要とされる。

【0005】

ＰＣＢ構造内の多層構造内に穴のアレイを形成する現行の技法は、レーザー穴あけ技法及び機械穴あけ技法を含む。機械穴あけ技法は、１００μｍ以上の穴径を有する応用のために使用される。レーザー穴あけ技法は、最大熱伝達及び最小電気抵抗を有するために、導電性ビアの最大密度とともに最小ビア径を有するように使用される。

【0006】

従来のレーザー穴あけシステムは、レーザービームを発生するレーザー、所望のサイズ及び深さのビア穴を形成するために基板の表面上の所望の場所にレーザービームを集束させる光学システムを備える。基板は、ホルダーによって所定の場所に保持される。穴のアレイを形成するために、穴を順次穴あけするためにＸ軸方向及びＹ軸方向においてビームレーザーを移動させるガルバノ走査ミラーが使用される。代替的に、ビームレーザーは、基板の表面上の単一の所望の場所に維持され、ホルダーは、ビア穴を順次形成するように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において可動であるテーブル上に取り付けることができる。穴を穴あけするために基板の表面上の所望の場所にレーザービームを方向付けるために、処理される基板に対して集束したビームレーザーを移動させるために利用する可能性がある種々の異なる配置構成が存在する。しかしながら、ビームの位置は、テーブル及び／又はビームレーザーを移動させるために利用される機械的手段に関連する所与の正確度及び精度によって確保することができるだけである。所望の格子配置で位置決めされた複数の穴を生成するためにレーザービームを正確に位置合わせすることは難しい。同様に、ホルダーは、ビアの高密度アレイを製造するのに適した正確度のレベルで移動することができない。カーフ（kerf）のサイズもまた、各穴の間の最小許容可能ピッチを制限する。

【0007】

したがって、銅ビアの数は、通常、レーザーの製造能力によって制限される。通常、従来のレーザー穴あけ法を用いると、ビアの密度は、典型的には１ビア／ｍｍ^２～３０ビア／ｍｍ^２である。

【0008】

別の解決策は、デバイス電極の上部のキャビティカット上に大量銅堆積（massive copper deposition）を実施することである。しかしながら、電着の動特性によって、或る範囲のフォームファクター、この場合、穴径と穴深さとの間の比が、ビアの適切な充填を確保するために必要とされる。概して、大量銅堆積のためのキャビティのフォームファクターは、許容可能な範囲内にない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって、この問題及び／又は従来技術に関連する他の問題に対処する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記で挙げた問題の少なくとも一部を解決することを目標とする。特に、本発明は、ビア生成堆積レートを維持しながら、電力モジュール応用のために多層基板内でビアの所望の高密度アレイを製造する方法を提供することを目標とする。

【0011】

本発明の別の目的は、既知の方法と比較して、ビア生成速度を維持するために実施するのが比較的容易である方法を提供することである。

【0012】

本発明の別の目標は、高密度ビアの存在によって、改善された熱伝達及び電力伝達を有する電力モジュールを提案することである。

【0013】

したがって、水平平面内に延在する多層基板内に導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法であって、
ａ）前記基板内に穴の第１のアレイを形成するステップと、
ｂ）導電性ビアの第１のアレイを形成するために、前記第１のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｃ）前記基板内に穴の第２のアレイを形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で少なくとも１つの方向に沿って前記第１のアレイからシフトする、ステップと、
ｄ）導電性ビアの第２のアレイを形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｅ）導電性ビアの前記アレイが、最大が、導電性材料で完全に覆われたエリアまでである、導電性材料の前記所望の密度に達するまで、ステップｃ）及びｄ）を繰り返すステップと、
を含む、方法が開示される。

【0014】

一実施の形態において、多層基板内に導電性ビアの少なくとも１つのアレイを製造する方法は、
ａ）前記基板内に穴の第１のアレイを形成するステップと、
ｂ）導電性ビアの第１のアレイを形成するために、前記第１のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｃ）前記基板内に穴の第２のアレイを形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で第１の方向及び第２の方向に沿って前記第１のアレイからシフトし、前記第１の方向は前記第２の方向に直交する、ステップと、
ｄ）導電性ビアの第２のアレイを形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｅ）前記基板内に穴の第２のアレイを形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で前記第１の方向に沿って前記第１のアレイからシフトする、ステップと、
ｆ）導電性ビアの第２のアレイを形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
ｇ）前記基板内に穴の第２のアレイを形成するステップであって、前記第２のアレイは、該第２のアレイの各穴が、前記第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように前記水平平面内で前記第２の方向に沿って前記第１のアレイからシフトする、ステップと、
ｈ）導電性ビアの第２のアレイを形成するために、前記第２のアレイの前記穴を導電性材料で充填するステップと、
を含む。

【0015】

１つの実施の形態において、前記基板は、
電気絶縁コアと、
前記電気絶縁コア内に位置決めされた少なくとも１つの電力デバイスであって、少なくとも２つの電気接点を有する、少なくとも１つの電力デバイスと、
前記電気絶縁コアの両側に位置決めされた導電層と、
前記電力デバイスの前記電気接点の少なくとも１つのエリアを前記導電層に接続するために、前記電気絶縁コア内で及び前記導電層内で形成される導電性ビアの前記少なくとも１つのアレイと、
を備える。

【0016】

好ましくは、前記第１のアレイ及び第２のアレイは同じ穴径及び同じピッチを有する。

【0017】

好ましくは、前記充填ステップ中に使用される前記導電性材料は銅である。

【0018】

好ましくは、各穴は、１μｍ～５ｍｍの範囲の直径を有し、前記第１のアレイの２つの隣接する位置合わせした穴の間の間隔は１μｍ～１ｍｍの範囲の長さを有する。

【0019】

実施の形態において、前記穴は機械穴あけ法又はレーザー穴あけ法によって作製される。

【0020】

本発明の別の目的によれば、電力モジュールは、
少なくとも１つの電気絶縁コアと、
前記少なくとも１つの電気絶縁コア内に位置決めされた少なくとも１つの電力デバイスであって、少なくとも１つの電気接点を有する、少なくとも１つの電力デバイスと、
前記電気絶縁コアの両側に位置決めされた導電層と、
前記電力デバイスの前記電気接点の少なくとも１つのエリアを前記導電層に接続するために、前記電気絶縁コア及び前記導電層を通して、前記電力デバイスの少なくとも１つの電気接点から延在する、本発明の実施の形態による方法によって形成される導電性ビアの少なくとも１つのアレイと、
を備える。

【0021】

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら非限定的な例を用いて与えられる以下の詳細な説明から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態による、多層基板内で導電性ビアのアレイを製造する方法の主要なステップを概略的に示す図である。

【図2】図１の導電性ビアのアレイのエリアの細部を概略的に示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による、高密度導電性ビアのアレイを製造する方法のフローチャートを概略的に示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に従って形成される高密度導電性ビアのアレイを備える電力モジュールの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示において、用語「電力モジュール」は、電力モジュールを形成するために、ＰＣＢラミネートのような多層構造内に位置決めされた少なくとも１つの電力デバイスを備えるパッケージ構造を指す。

【0024】

本開示において、用語「絶縁層」又は「絶縁コア」は、誘電体材料等の熱伝導性かつ電気絶縁性の材料から作製された層又はコアを指す。

【0025】

本開示において、用語「導電層」は、導電性材料から作製された層を指す。

【0026】

本開示において、用語「ビア」は、多層基板において少なくとも１つの電気絶縁層によって絶縁された複数の導電層を電気接続する導電経路を指す。ビアは、銅等の導電性材料で充填された貫通穴又は非貫通穴である。

【0027】

多層基板は、電気絶縁性材料及び導電性材料の複数の層を含むプリント回路基板構造とすることができる。そのような多層構造は、以下でより詳細に説明するように、電力モジュールを製造するために利用することができる。

【0028】

例えば、多層基板は、少なくとも１つの絶縁層、絶縁層の上部表面に位置決めされた少なくとも１つの上部導電層、及び絶縁層の下部表面に位置決めされた少なくとも１つの下部導電層を備えることができる。

【0029】

非限定的な例として、電気絶縁層は、ＦＲ－４ガラスエポキシ等のエポキシ樹脂から、ポリイミドから、又はＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）若しくはＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）等のセラミックから作製することができる。

【0030】

導電層の材料は、銅、金、ステンレス鋼、若しくはニッケル等の金属、又はこれらの金属の合金である。特に、銅又は銅合金は、加工性、電気的特性等を考慮すると好ましい。

【0031】

層は、多層構造内に配置されたビアのアレイを通して互いに電気接続される。

【0032】

図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態による、多層基板内で高密度導電性ビアのアレイを製造する方法が、ここで述べられる。方法は、ビアの密度を最大にすることを可能にする。

【0033】

図２に示すように、基板１０は、直交軸Ｘ及びＹを含む座標平面を規定する平面内に延在する。多層基板は、実質的に上記平面（ＸＹ）に沿って延在する２つの反対の主表面を規定する。

【0034】

ここで、図１のエリア１Ａ及び１Ｂを参照すると、本発明の方法は、導電性ビアの第１のアレイ１００’を形成するステップを含む。

【0035】

図１のエリア１Ａに示すように、このステップは、基板１０内で穴１０１の２次元アレイを形成するサブステップを含む。例えば、アレイは、５行及び１０列から形成される２Ｄアレイである。穴は、例えば上部導電層を通してレーザー穴あけプロセスによって順次に形成されている。プロセスは、下部導電層を通して穴を形成する場合にも同様である。

【0036】

穴のアレイを穴あけするために使用されるレーザー穴あけシステムは、レーザー、テーブル上に保持された基板の導電層の表面の所望の場所にビームレーザーを方向付ける光学システムを備える。レーザービームは、ＣＯ２レーザー又はＵＶレーザーによって生成される。一例によれば、穴あけシステムは、穴のアレイをシステムが順次穴あけすることを可能にする予め規定された移動経路に従って、Ｘ－Ｙ平面内でＸ軸方向及びＹ軸方向の両方においてビームレーザーに対して基板を移動させる、テーブルに結合されたモーションコントローラーを備える。レーザーは、モーションコントローラーから場所情報を受信するコントローラーを通して作動される。本発明は、レーザー穴あけシステムのこの例に限定されない。例えば、穴あけシステムは、アレイを形成するために穴を順次穴あけするように、集束されたビームレーザーを基板の表面上で移動させるガルバノメーターを備えることができる。

【0037】

図２に示すように、この第１のアレイの穴は「Ａ」で指定される。穴「Ａ」は、Ｘ軸方向において第１の距離、Ｙ軸方向において第２の距離、及び両方の直交方向において第３の距離だけ、互いから離間するように配置される。互いから最も近くかつＸ軸方向において位置合わせした穴の間の第１の距離はＬ_１で示され、互いから最も近くかつＹ軸方向において位置合わせした穴の間の第２の距離はＬ_２で示され、互いから最も近くかつ両方の方向において位置合わせした穴の間の第３の距離はＬ_３で示される。一実施形態において、距離Ｌ_１は５μｍ～５００μｍの範囲内であり、Ｌ_２は５μｍ～５００μｍの範囲内である。各穴の径Ｄは１μｍ～４００μｍの範囲内である。

【0038】

図１及び図２が丸い穴を示すが、他の形状の穴を穴あけすることができることが認識されるであろう。

【0039】

２Ｄアレイが長方形構成で示されるが、とりわけ、正方形、円形等の異なる２Ｄアレイを設けることができることが留意されるべきである。

【0040】

図１のエリア１Ｂに示すように、ステップは、導電性ビア１０１’を形成するために、穴をめっきする第２のサブステップを含む。このめっきプロセス中に、穴は導電性材料で充填される。めっきプロセスは特に限定されない。当業者によって既知である任意の方法を、めっき方法として使用することができる。そのため、電気めっき又は無電解めっき又は両方を、めっき方法として使用することができる。

【0041】

レーザー穴あけプロセスの不正確さを克服するため、及び、ビアの密度を上げるために、方法は、穴の複数の第２のアレイが形成される更なるステップを含む。第２のアレイは、第１のアレイと同様であり、第２のアレイの各穴が、第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように穴の第１のアレイに対してシフトする。

【0042】

図１のエリア１Ｃ及び１Ｄに示すように、導電性ビアの第２のアレイを形成する更なる第２のステップが実施される。

【0043】

更なる第２のステップは、基板１０内で穴２０１の第２のアレイ２００を形成するサブステップを含む。穴の第２のアレイは、第１のアレイと同様であり、両方の直交方向において、第１のアレイに対して第２のアレイの変位が存在するように第１のアレイに対してシフトする。そのため、第２のアレイの各穴２０１は、対角方向において、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方において第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされる。

【0044】

図２を参照すると、第２のアレイの穴２０１は「Ｃ」で指定される。図２に示す例示的な実施形態によれば、第２のアレイは、両方の直交方向において、第１のアレイに対して第２のアレイのほぼ半ピッチの変位が存在するように形成される。換言すれば、第２のアレイの各穴「Ｃ」は、Ｘ軸方向及びＹ軸の方向の両方において第１のアレイの２つの穴に対して半ピッチの場所に位置決めされる。

【0045】

ここで図１のエリア１Ｄを参照すると、更なる第２のステップは、ビア２０１’のアレイ２００’を形成するために第２のアレイの穴が導電性材料で充填されるサブステップを含む。

【0046】

そのため、基板１０は、導電性ビアの２つのインターリーブされたアレイ１００’、２００’から得られるアレイを備える。ビアの第２のアレイを作ることによって、ビアの密度が増加している。

【0047】

図１のエリア１Ｅ及び１Ｆに示すように、導電性ビアの第２のアレイを形成する更なるステップが実施される。

【0048】

更なる第２のステップは、基板１０内で穴３０１の第２のアレイ３００を形成するサブステップを含む。穴の第２のアレイ３００は、第１のアレイと同様であり、直交方向のうちの一方のみ、例えば、水平方向において、第１のアレイに対して第２のアレイの変位が存在するように第１のアレイに対してシフトする。そのため、第２のアレイの各穴３０１は、Ｘ軸方向において、第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされる。

【0049】

図２を参照すると、Ｘ軸方向において第１のアレイから変位したこの第２のアレイの穴は「Ｂ」で指定される。図２に示す例示的な実施形態によれば、第２のアレイは、Ｘ軸方向において、第１のアレイに対して第２のアレイのほぼ半ピッチの変位が存在するように形成される。換言すれば、第２のアレイの各穴「Ｂ」は、Ｘ軸方向において第１のアレイの２つの穴に対して半ピッチの場所に位置決めされる。

【0050】

図１のエリア１Ｆを参照すると、更なるステップは、ビア３０１’のアレイ３００’を形成するために第２のアレイの穴が導電性材料で充填されるサブステップを含む。

【0051】

そのため、基板１０は、３つのインターリーブされたアレイ１００’、２００’及び３００’から得られるアレイを備える。

【0052】

図１のエリア１Ｇ及び１Ｈに示すように、導電性ビアの第２のアレイを形成する更なるステップが実施される。

【0053】

更なる第２のステップは、基板１０内で穴４０１の第２のアレイを形成するサブステップを含む。穴の第２のアレイは、第１のアレイと同様であり、直交方向のうちの一方のみ、例えば、垂直方向において、第１のアレイに対してシフトする。そのため、第２のアレイの各穴は、Ｙ軸方向において、第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされる。

【0054】

図２を参照すると、Ｙ軸方向において第１のアレイからシフトしたこの第２のアレイの穴は「Ｄ」で指定される。図２に示す例示的な実施形態によれば、第２のアレイは、Ｙ軸方向において、第１のアレイに対して第２のアレイのほぼ半ピッチの変位が存在するように形成される。換言すれば、第２のアレイの各穴「Ｄ」は、Ｙ軸方向において第１のアレイの２つの穴に対して半ピッチの場所に位置決めされる。

【0055】

ここで図１のエリア１Ｈを参照すると、更なるステップは、ビア４０１’のアレイ４００’を形成するために第２のアレイ４００の穴４０１が導電性材料で充填されるサブステップを含む。

【0056】

そのため、基板１０は、４つのインターリーブされたアレイ１００’、２００’、３００’及び４００’から得られるアレイを備える。

【0057】

図１及び図２は、穴の４つのインターリーブされたアレイを含む例示的なアレイを示すが、本発明は、５つ以上のアレイを用いて実施することができる。そのため、ビアの第２のアレイを形成するステップは、第１のアレイの２つの穴の間の間隔が、３つの方向において第２のアレイの穴で満たされるように繰り返すことができる。換言すれば、方法は、複数のランを実施することによって、穴ビアの所望の密度に達することを可能にする。そのため、導電性ビアの所望の密度の一部は第１のランで形成されてもよい。導電性ビアの残りの部分は、図１及び図２に関して上記で述べたように、穴ビアの所望の密度を得るために、異なる第２のアレイをインターリーブさせることによって、複数の別個のランで形成されてもよい。

【0058】

本発明の一実施形態において、ビアの第２のアレイを形成するステップは、３つの方向に沿う第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間の各間隔が、第２のアレイのｎ_ｍａｘ個の穴（複数の場合もある）を備えるまで繰り返すことができる。第２のアレイを形成するためのステップの最大数は以下の関係によって規定される：ｎ_ｍａｘ＝｜Ｌ_{ｉ=１，２，３}／（Ｄ／２）｜、ここで、Ｌ_{ｉ=１，２，３}は３つの方向に沿う第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間の距離であり、Ｄは穴の径である。

【0059】

別の実施形態において、第２のアレイを形成するステップは、所望の密度に達するように繰り返すことができる。そのため、導電性ビアの所望の密度は、導電性材料で完全に覆われるエリアに対応する最大まで増加することができる。

【0060】

方法によって、ビアの複数のアレイは、レーザー穴あけシステムの制限を克服しながら、密度を最大にするように、基板の同じエリアにおいて別個のステップで作製することができる。ビアの少なくとも４つのインターリーブされたアレイ１００’、２００’、３００’及び４００’を形成するためにレーザー穴あけの複数パスを行うことによって、高密度ビアを少なくとも４倍だけ改善することができる。結果として、ビアの高密度は、多層構造を通して良好な熱伝導率及び良好な電力伝達を提供する。

【0061】

図３は、１つの実施形態による、基板内で又はＰＣＢ構造内で高密度ビアを形成する方法のフローチャートを示す。

【0062】

ステップ６０１において、穴の第１のアレイが形成される。基板は、誘電体材料及び導電性材料を含む材料の多層とすることができる。

【0063】

ステップ６０２において、第１のアレイの穴は導電性材料でめっきされる。

【0064】

ステップ６０３において、穴の第２のアレイが基板内に形成され、この第２のアレイは第１のアレイと同様である。穴の径及びピッチサイズは同様である。第２のアレイは、第２のアレイの各穴が、第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間に位置決めされるように水平平面内で少なくとも１つの方向に沿って第１のアレイからシフトする。そのため、穴の第２のアレイは、３つの方向に沿って形成される。

【0065】

ステップ６０４において、第２のアレイの穴は、導電性ビアの第２のアレイを形成するために導電性材料でめっきされる。

【0066】

本発明の一実施形態によれば、ステップ６０３及び６０４は、３つの方向に沿う第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間の各間隔が、第２のアレイのｎ_ｍａｘ個の穴を備えるまで繰り返され、ｎ_ｍａｘは、関係ｎ_ｍａｘ＝｜Ｌ_{ｉ=１，２，３}／（Ｄ／２）｜によって規定され、ここで、Ｌ_{ｉ=１，２，３}は３つの方向に沿う第１のアレイの隣接しかつ位置合わせした２つの穴の間の距離であり、Ｄは穴の径である。

【0067】

本発明の別の実施形態によれば、ステップ６０３及び６０４は、ステップ６０５において、導電性ビアのアレイが、最大が、導電性材料で完全に覆われたエリアまでである、導電性材料の所望の密度に達するまで繰り返される。

【0068】

図４を参照すると、多層構造５０は、内部に電力デバイス１１が埋め込まれて、電力モジュールを形成する絶縁層２０と、絶縁層の上部表面に位置決めされた上部導電層３０と、絶縁層の下部表面に位置決めされた下部導電層４０とを備える。

【0069】

多層は、本発明の方法によって製造された、上部高密度導電性ビアのアレイ５００’及び下部高密度導電性ビアのアレイ６００’を備える。

【0070】

電力デバイス１１は、ダイオード、又は、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、若しくはＩＧＢＴ等のトランジスタとすることができる。電力デバイスは、電力デバイスのそれぞれ反対側に配置することができる少なくとも１つの電気接点を有する。電気接点は、アルミニウム、金、銅、銀等のような任意の適切な金属から作製された金属パッドである。例えば、電力デバイスは、２つの反対の電気接点を有するダイオードとすることができる。

【0071】

別の例によれば、電力デバイスはトランジスタとすることができ、トランジスタは、トランジスタのタイプに応じて、ゲート、ソース、及びドレイン、又は、ゲート、エミッター及びコレクターを備える３つの電気接点を有する。

【0072】

電力モジュールは少なくとも１つの更なる電力デバイスを備えることができる。

【0073】

電力デバイスの上部表面上の電気接点は、高密度上部導電性ビアの少なくとも１つのアレイを通して上部導電層に接続される。同様の方法で、電力デバイスの下部表面上の電気接点は、下部導電性ビアの少なくとも１つのアレイを通して下部導電層に接続される。ビアスティッチングと呼ばれるこの技法は、ＰＣＢ構造等の多層構造の、異なる層上のより大きいエリアをともに結合するとともに、異なる層を通して垂直電気接続するために使用される。

【0074】

高密度ビアによって、電力デバイスからＰＣＢ構造の外部表面への熱伝達が大幅に改善される。電気抵抗も減少する。この方法は、少なくとも電力デバイスが埋め込まれるＰＣＢ構造の電力密度を改善するために特に興味深い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】