JP2004327624A - 部品内蔵多層回路基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コア基板上に複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、回路部品として少なくとも半導体チップを内蔵する部品内蔵多層回路基板において、
半導体チップはその回路面を積層方向に対して順方向である上向きにして配置されており、(1)半導体チップの裏面が伝熱層により直下の層に接合されている構造、(2)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、および(3)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造のうちの少なくともいずれか1つの構造を備えている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、半導体チップ他の回路部品を内蔵する部品内蔵多層回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の軽薄短小化や高性能化、多機能化に伴い、半導体チップ等の回路部品を内蔵した多層回路基板が種々提案されている(例えば、特許文献1、2および非特許文献1を参照)。
【0003】
このように部品を内蔵した構造では、特に半導体チップからの大きな発熱が基板内に蓄積され易く、製品寿命が短縮する恐れがある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−323645号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開2001−177045号公報(特許請求の範囲)
【非特許文献1】
「エレクトロニクス実装技術」2003年1月号(vol.19、No.1、p12〜19)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、内蔵された半導体チップで発生する熱を外部へ効率的に放熱できる構造を備えた部品内蔵多層回路基板を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1発明によれば、複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、回路部品として少なくとも半導体チップを内蔵する部品内蔵多層回路基板において、
半導体チップはその回路面を積層方向に対して順方向である上向きにして配置されており、下記(1)〜(3):
(1)半導体チップの裏面が伝熱層により直下の層に接合されている構造、
(2)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、および
(3)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、
のうちの少なくともいずれか1つの構造を備えていることを特徴とする部品内蔵多層回路基板が提供される。
【0007】
前記構造(1)における伝熱層として、導電粒子を含有する導電性ペースト、金属柱を含有する接着フィルム、金属層のうちのいずれかを用いることができる。導電粒子および金属柱は、典型的にはそれぞれNi、Ag、Cu、Auのいずれか1種から成る。また、金属層は典型的には、前記直下の層上に形成された金属めっき層と、前記半導体チップの裏面上に形成された金属スパッタ層とが合体されて成る。
【0008】
更に、前記構造(2)および(3)における放熱板として金属板を用いることができる。
【0009】
上記の目的を達成するために、第2発明によれば、複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、回路部品として少なくとも半導体チップを内蔵する部品内蔵多層回路基板において、
半導体チップはその回路面を積層方向に対して逆方向である下向きにして配置されており、下記(1)〜(2):
(1)半導体チップの裏面上に直接または伝熱層を介して形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、および
(2)半導体チップの裏面上に直接または伝熱層を介して形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、のうち少なくとも1つの構造を備えていることを特徴とする部品内蔵多層回路基板が提供される。
【0010】
典型的には、上記伝熱層は、半導体チップの裏面上にバリア層を介して形成された金属層から成る。また、前記放熱板として金属板を用いることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
〔実施形態1〕
図1に、半導体チップの回路面を上向き(フェイスアップ)にして埋め込んだ第1発明の一実施形態による部品内蔵多層回路基板の一例を示す。
【0012】
本実施形態は、第1発明の特徴である構造(1)〜(3)のうち、下記:
(1)半導体チップの裏面が伝熱層により直下の層に接合されている構造、および
(2)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、
の2つを併せ備えた形態である。
【0013】
図示した部品内蔵多層回路基板10は、ガラスクロス基板から成るコア基板100上に、上面側の配線層102および104、下面側の配線層106、配線層102/104間の絶縁膜108、110、上面および下面の表面絶縁膜112および114を備え、層間絶縁膜108内に半導体チップ116が回路面116Aを上向き(積層方向)にして埋め込まれている。半導体チップ116の裏面116B(図中の下面)は伝熱層118によって直下の配線層102に接合されている。半導体チップ116の回路面116Aから層間絶縁膜110を貫通して上方へ延びる伝熱ビア120が、層間絶縁膜110上の配線層104と同じ積層階にある伝熱層104Aに接合している。伝熱層104Aはその上面の2層の金属めっき層122、124から成る接続パッド123を介して、その上に導電性ペースト126で接合された放熱板128と熱的に接続されている。導電性ペースト層126は接着層としても機能している。
【0014】
層間絶縁膜110のみを貫通する結線ビア130は、半導体チップ116の回路面116Aの電極パッド(図示せず)と配線層104とを電気的に接続しており、層間絶縁膜108および110を貫通する結線ビア132は、上層階の配線層104と下層階の配線層102とを電気的に接続している。コア基板100を貫通するスルーホール134により、基板上下面の配線層104と106とが電気的に接続されている。スルーホール134は、コア基板を貫通する素孔の内壁を被覆する導電層から成る筒の形をしており、筒状スルーホール134の内部は樹脂137で充填されている。基板下面側の配線層106には2層の金属めっき層135A、135Bを介して外部接続端子136が形成されており、基板下面はその部分を除く全体が表面絶縁膜114で覆われている。
【0015】
図1の部品内蔵多層回路基板10は、半導体チップ116の裏面116B側は伝熱層118を介してコア基板100へ放熱され、回路面116A側は伝熱ビア120を介して伝熱層104A/接続パッド123/導電性ペースト126/放熱板128の伝熱経路で放熱される。これにより、半導体チップ116内で発生した熱の内部蓄積が大幅に低減され、製品寿命が顕著に向上する。
【0016】
図1の部品内蔵多層回路基板10を製造する手順の一例を説明する。
【0017】
先ず、内蔵する半導体チップ116を作製する手順を説明する。
【0018】
図2に示したように、多数の半導体素子を形成した半導体ウェハ(シリコンウェハ)116’を用意する。図中の上面116’Aが半導体素子形成面であり、116’Bがウェハ裏面である。
【0019】
図3に示すように、上面116’Aに表面保護テープ140を貼り付ける。これは、ラミネーターにより常温でロール加圧することにより行なう。
【0020】
図4に示すように、裏面116’Bの研削によりウェハ厚さを20〜100μmまで薄くする。これは、バックグラインダーを用い、回転速度4000rpm、研削速度1μm/secで行ない、裏面116’Bを粗さ(Ra)0.01μmに仕上げる。
【0021】
図5に示すように、裏面116’BにスパッタリングによりAu等の金属から成る伝熱層118Aを形成する。これは、10−4Paの減圧下で出力500W、基板温度70℃で行なう。Au伝熱層118Aの厚さは0.1〜0.3μm程度にする。
【0022】
図6に示すように、Au伝熱層118の上からダイシングテープ142を貼り付ける。これは、ラミネータ―により常温でロール加圧することにより行なう。
【0023】
図7に示すように、表面保護テープ140を剥離する。これは、テープリムーバーによりピール方式で行なう。これにより、ウェハ116’の上面(素子形成面)116’Aが再び露出する。
【0024】
図8に示すように、ウェハ116’をダイシングラインDに沿ってダイシングして個々の半導体チップに分割する。これは、ダイサーを用い、ダイシングブレード回転速度40000rpm、切断速度50mm/secで行なう。
【0025】
図9に示すように、上記のダイシングにより個々の半導体チップ116が得られる。各半導体チップ116は裏面116BにAuの伝熱層118Aを備えている。
【0026】
次に、上記半導体チップ116を埋め込んだ部品内蔵多層回路基板10を製造する手順の一例を説明する。
【0027】
図10に示すように、ガラスクロス基板(厚さ500μm)等から成るコア基板100を用意する。
【0028】
図11に示すように、コア基板100の所定箇所にドリルにより径φ150〜300μmのスルーホール素孔134’を開口する。
【0029】
図12に示すように、無電解めっきおよび電解めっきにより、コア基板100の上面、下面およびスルーホール素孔内壁にCuめっき層103を形成する。
【0030】
図13に示すように、スルーホール素孔134’内をエポキシ樹脂137で充填する。Cuめっき層103は、図1に示した上下両面の配線層102、106およびスルーホール134を構成する。
【0031】
図14に示すように、上面全体にエポキシ系の感光性レジスト層108’を形成する。これは、真空ラミネータ―を用い、基板温度100〜150℃、加圧力1MPaで感光性エポキシ樹脂フィルムを貼り付けることにより行なう。レジスト層108’の厚さは内蔵する半導体チップ116の厚さと同等とする。
【0032】
図15に示すように、レジスト層108’に通常の露光・現像処理により内蔵半導体チップの収容口144を開口する。その後、150〜170℃、2時間の加熱処理によりレジスト層108’を完全に硬化させて、層間絶縁膜108(図1)とする。
【0033】
図16に示すように、チップ収容口144内に露出した配線層102上に、無電解めっきによりAuの伝熱層118Bを形成する。これは、シアン系Auめっき液を用い、液温80℃で40分間処理することにより行なう。Au伝熱層118Bは厚さ0.3μmとする。
【0034】
図17に示すように、チップ収容口144内に、前述のように作製した半導体チップ116を挿入する。その際、半導体チップ116の回路面116Aを上向き(フェイスアップ)にして、裏面116Bに形成したあるAu伝熱面118Aを下向きにする。
【0035】
図18に示すように、超音波を用いたダイボンディングにより、コア基板100側のAu伝熱層118Bと、半導体チップ116側のAu伝熱層118Aとを接合する。これは、超音波振幅3μm、周波数50Hz、荷重10N、時間10sec、温度100℃にて行なう。これにより2つのAu伝熱層118Aと118Bとが合体して一体のAu伝熱層118となり、半導体チップ116の裏面116Bからコア基板100側への放熱経路が確保される。
【0036】
図19に示すように、上面を覆う層間絶縁膜110を形成する。これは、真空ラミネータ―により熱硬化性エポキシ樹脂フィルム(非感光性、厚さ30〜50μm)を温度100〜150℃、加圧力1MPaにて貼り付けた後、オーブンにて170℃、2時間で硬化させることにより行なう。
【0037】
図20(1)に示すように、層間絶縁膜110を貫通して半導体チップ116の回路面116Aに達する伝熱ビア穴120’および結線ビア穴130’と、層間絶縁膜110および108を貫通して上面側配線層102に達する結線ビア穴132’とを開口する。これは、YAGレーザ(波長355nm)を用いたレーザ加工により同時に開口する。ビア穴は頂部径60μm、底部径50μmである。図20(2)に上から見た平面配置を示すように、伝熱ビア穴120’は回路面116Aの中央部に、結線ビア穴130’は回路面116Aの周縁部に形成する。
【0038】
図21に示すように、上面全体に無電解Cuめっき層146を形成する。すなわち、触媒作用を有するパラジウムコロイド溶液に浸漬する前処理を行なった後に、硫酸銅めっき液中で、45℃、30分の条件にてめっき処理を行なう。
【0039】
図22(1)に示すように、無電解Cuめっき層146の上にレジストパターン148を形成する。これは、厚さ20μmのドライフィルムレジストを貼り付けた後に、露光・現像処理することにより行なう。図22(2)に上から見た平面配置を示すように、このレジストパターン148は、周縁部は結線ビア穴130’、132’を含む領域に対応していて、個々の接続パッドおよび配線同士を離間して画定する多数の開口からなる周縁部パターン148Pであり、中央部は複数の伝熱ビア穴120’全てを一括して露出させる単一の開口としての中央部パターン148Cである。
【0040】
図23(1)に示すように、無電解Cuめっき層146を給電層とする電解Cuめっきにより、レジストパターン148の各開口内をCuで充填して、伝熱ビア120、結線ビア130、132、配線層104、伝熱層104Aを形成する。配線層104、伝熱層104Aは共に厚さ15μmで同じ積層階に形成される。図23(2)に上から見た平面配置を示すように、図22(2)に示したレジスト周縁部パターン148Pで画定された領域に配線層104が形成されており、これにより最外部の結線ビア132と内側の結線ビア130とが電気的に接続されている。図中、104(132)および104(130)と記した箇所が配線104と結線ビア132および結線ビア130との接続パッドである。図23(2)において、中央に形成されている伝熱層104Aは、図22(2)に示したレジスト中央部パターン148Cの開口内に一体として形成されており、その下層にある伝熱ビア120の全てと一括接合している。
【0041】
図24に示すように、レジスト層148を剥離除去した後、その下に露出した無電解Cuめっき層146を除去する。これにより、配線層104と伝熱層104Aとが互いに分離されて完成する。
【0042】
図25に示すように、伝熱層104Aを除く上面全体を覆うソルダレジスト層112を形成する。これは、真空ラミネータ―により熱硬化性エポキシ樹脂フィルム(非感光性、厚さ30〜50μm)を温度100〜150℃、加圧力1MPaにて貼り付け、オーブンにて170℃、2時間で硬化させた後に、YAGレーザ(波長355nm)を用いたレーザ加工により伝熱層104Aの部位のみ開口する。また、同様の方法により、下面にも外部接続端子用のパッド形成予定部136’を除いた全面にソルダレジスト層114を形成する。
【0043】
図26に示すように、上面の開口部内に露出した伝熱層104Aと、下面のパッド形成予定部136’にそれぞれ接続パッド123と135を形成する。これは、無電解めっきによりそれぞれの箇所にNiめっき層122、135AとAuめっき層124、135Bとを順次形成することにより行なう。すなわち、伝熱層104A上の接続パッド123は、下地Niめっき層122とAuめっき層124とから成る2層構造であり、同様に下面の外部接続端子用の接続パッド135は下地Niめっき層135AとAuめっき層135Bとから成る2層構造である。
【0044】
図27に示すように、上面全体に導電性ペーストとしてAgペースト層126を形成する。
【0045】
図28に示すように、Agペースト層126上の全面に放熱板として厚さ0.3〜0.7mmのAlプレート128を接合する。これは、Alプレート128をAgペースト層126上に載置して、150〜170℃、2時間の熱処理によりAgペースト層126を硬化させることにより行なう。これにより、半導体チップ116の回路面116Aは伝熱ビア120、伝熱層104A、接続パッド123、Agペースト層126を介して、最表面のAl放熱板128と熱的に接続され、半導体チップ116から基板上方への放熱経路が確保される。
【0046】
最後に、図1に示したように、下面の接続パッド135にはんだボールから成る外部接続端子136を接合すると、部品内蔵多層回路基板10が完成する。
【0047】
〔実施形態2〕
図29に、半導体チップの回路面を上向き(フェイスアップ)にして埋め込んだ第1発明の他の実施形態による部品内蔵多層回路基板の一例を示す。
【0048】
本実施形態は、第1発明の特徴である構造(1)〜(3)のうち、下記:
(1)半導体チップの裏面が伝熱層により直下の層に接合されている構造、および
(3)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、
の2つを併せ備えた形態である。
【0049】
このように回路基板の側面に放熱板を設ける形態は、回路基板の上面に半導体チップなどの部品がフリップチップにより搭載される場合のように、回路基板の上面に放熱板を設けることができないか困難な場合に特に有用である。ただし、その場合のみに限定する必要はなく、上面と側面の両方に放熱板を設ける形態も本発明の範囲内である。
【0050】
図29(1)に示すように、部品内蔵多層回路基板20は、ガラスクロス基板から成るコア基板100上に、上面側の配線層102および104、下面側の配線層106、配線層102、104間の絶縁膜108、110、上面および下面の表面絶縁膜112および114を備え、層間絶縁膜108内に半導体チップ116が回路面116Aを上向き(積層方向)(フェイスアップ)にして埋め込まれている。
【0051】
半導体チップ116の裏面116B(図中の下面)は伝熱層118によって直下の配線層102に接合されている。半導体チップ116の回路面116Aから層間絶縁膜110を貫通して上方へ延びる伝熱ビア120が、層間絶縁膜110上の配線層104と同じ積層階にある伝熱層104Bに接合している。
【0052】
図29(2)に示すように、伝熱層104Bから四方へ延びている伝熱ライン104BLが、配線層104と平面的に交差しない位置取りで回路基板20の側面にある導電性ペースト層150に達し、この導電性ペースト層150で基板側面に接合された放熱板152と熱的に接続されている。導電性ペースト層150は接着層としても機能している。なお、図29(2)は、各部位の相対的な位置関係を明示するために、図29(1)に示した最上層(表面絶縁膜112および外部接続端子用の接続パッド154(下記に説明))を剥ぎ取った状態を示している。
【0053】
ここで、図29(1)に示すように、コア基板100の両面に直接形成されている上下両面の各配線層102および106は、基板側面寄りの端部(同図中左右両端)を実施形態1(図1)の場合より短くして導電性ペースト層150との間に間隔をあけてあり、導電性ペースト層150との接触で短絡しないようしてある。
【0054】
層間絶縁膜110のみを貫通する結線ビア130は、半導体チップ116の回路面116Aの電極パッド(図示せず)と配線層104とを電気的に接続しており、層間絶縁膜108および110を貫通する結線ビア132は、上層階の配線層104と下層階の配線層102とを電気的に接続している。コア基板100を貫通するスルーホール134により、基板上下面の配線層104と106とが電気的に接続されている。
【0055】
基板上面側の上層階の配線層104には、結線ビア132に対応した部位の上面に、2層の金属めっき層154A、154Bから成る外部接続端子用の接続パッド154が形成されている。
【0056】
基板下面側の配線層106の所定箇所には2層の金属めっき層135A、135Bから成る外部接続端子用の接続パッド135が形成されている。図1に示した実施形態1の場合と同様に、接続パッド135上に外部接続端子136を形成することができる。基板下面は接続パッド35の部分を除く全体が表面絶縁膜114で覆われている。
【0057】
図29の部品内蔵多層回路基板20は、半導体チップ116の裏面116B側は伝熱層118を介してコア基板100へ放熱され、回路面116A側は伝熱ビア120を介して伝熱層104B/伝熱ライン104BL/導電性ペースト150/放熱板152の伝熱経路で放熱される。これにより、半導体チップ116内で発生した熱の内部蓄積が大幅に低減され、製品寿命が顕著に向上する。
【0058】
次に、部品内蔵多層回路基板20を製造する手順の一例を説明する。
【0059】
本実施形態による製造工程は、実施形態1による製造工程と共通点が多いので、図示は異なる点のみについて行なった。
【0060】
実施形態1において説明した図10〜図21の工程を行なう。ただし、コア基板100の上下両面に設ける配線層102および106は、前述したようにコア基板側面での導電性ペースト層150との接触を避けるため、コア基板側面寄り端部を短かくして形成する。
【0061】
そのため、実施形態1で図12〜図13で説明したCuめっき層103を形成する工程において、本実施形態では、図30に示すようにコア基板100の側縁部にドライフィルムレジスト層156を設けてこの部分のめっきを防止し、めっきが完了したら、図31に示すようにアルカリ系レジスト剥離液によりレジスト層156を除去する。その後、実施形態1と同様にスルーホール素孔134’内をエポキシ系樹脂137で充填する。以上の処理により、めっき層103からそれぞれ構成される上下両面の配線層102、106とスルーホール134とが得られ、配線層102、106はコア基板側面寄り端部Xが欠けた形態となり、導電性ペースト層150との接触による短絡の発生が回避される。
【0062】
その後は、実施形態1の図14〜図21に示した工程と同様に処理する。
【0063】
次いで、以降の各工程では、実施形態1と対応する処理内容により、実施形態1とは部分的に異なる構造を得る。
【0064】
図32に示すように、実施形態1の図22の工程で説明したのと同様の処理により、無電解Cuめっき層146の上にレジストパターン148を形成する。これは、厚さ20μmのドライフィルムレジストを貼り付けた後に、露光・現像処理することにより行なう。図32(2)に上から見た平面配置を示すように、このレジストパターン148は、周縁部は結線ビア穴130’、132’を含む領域に対応していて、個々の接続パッドおよび配線同士を離間して画定する多数の開口からなる周縁部パターン148Pであり、中央部は個々の伝熱ビア穴120’を露出させる開口148CVと伝熱ビア穴120間を連結する連結部を露出させる開口148CLとを含む中央部パターン148Cである。中央部パターン148Cから四方へ延びて外縁に達するパターン148BLは、図29(2)に示した伝熱ライン104BLを画定するパターンである。
【0065】
図33(1)に示すように、無電解Cuめっき層146を給電層とする電解Cuめっきにより、レジストパターン148の各開口内をCuで充填して、伝熱ビア120、結線ビア130、132、配線層104、伝熱層104Bを形成する。配線層104、伝熱層104Bは共に厚さ15μmで同じ積層階に形成される。図33(2)に上から見た平面配置を示すように、図32(2)に示したレジスト周縁部パターン148Pで画定された領域に配線層104が形成されており、これにより最外部の結線ビア132と内側の結線ビア130とが電気的に接続されている。図中、104(132)および104(130)と記した箇所が配線104と結線ビア132および結線ビア130との接続パッドである。図33(2)において、中央に形成されている伝熱層104Bは、図32(2)に示したレジスト中央部パターン148Cを構成する開口148CV内に伝熱層104Bと伝熱ビア120との接続パッドが形成されており、各接続パッド間は伝熱層104B自体により連結されている。結局、伝熱層104Bが全体としてその下層にある伝熱ビア120の全てと連結している。
【0066】
更に、本実施形態の特徴的な構造として、中央部にある伝熱層104Bから四方へ伝熱ライン104BLが延びており、その先端は基板側面に達している。これにより、最終的に基板側面に設ける放熱板152(図29)への伝熱経路が確保される。
【0067】
図34に示すように、レジスト層148を剥離除去した後、その下に露出した無電解Cuめっき層146を除去する。これにより、配線層104と伝熱層104B(伝熱ライン104BLを含む)とが互いに分離されて完成する。
【0068】
図35に示すように、外部接続端子用の接続パッド形成予定部154’を除く上面全体を覆うソルダレジスト層112を形成する。これは、真空ラミネータ―により熱硬化性エポキシ樹脂フィルム(非感光性、厚さ30〜50μm)を温度100〜150℃、加圧力1MPaにて貼り付け、オーブンにて170℃、2時間で硬化させた後に、YAGレーザ(波長355nm)を用いたレーザ加工により接続パッド形成予定部154’の部位のみ開口する。また、同様の方法により、下面にも外部接続端子用の接続パッド形成予定部136’を除いた全面にソルダレジスト層114を形成する。
【0069】
図36に示すように、上面および下面の接続パッド形成予定部154’、136’にそれぞれ接続パッド154と135を形成する。これは、無電解めっきによりそれぞれの箇所にNiめっき層154A、135AとAuめっき層154B、135Bとを順次形成することにより行なう。すなわち、上面の接続パッド154は下地Niめっき層154AとAuめっき層154Bとから成る2層構造であり、同様に下面の外部接続端子用の接続パッド135は下地Niめっき層135AとAuめっき層135Bとから成る2層構造である。
【0070】
図37に示すように、側面全体に導電性ペーストとしてAgペースト層150を形成する。これにより、基板中央部の伝熱層104Bから四方に延びた伝熱ライン104BLの先端がAgペースト層150に接続される。
【0071】
最後に、前出の図29に示したように、Agペースト層150の外周全面に放熱板として厚さ0.3〜0.7mmのAlプレート152を接合する。これは、Alプレート152をAgペースト層150外周に保持して、150〜170℃、2時間の熱処理によりAgペースト層150を硬化させることにより行なう。これにより、半導体チップ116の回路面116Aは伝熱ビア120、伝熱層104B、伝熱ライン104BL、Agペースト層150を介して、最表面のAl放熱板152と熱的に接続され、半導体チップ116から基板側方への放熱経路が確保される。
【0072】
なお、実施形態1の図1に示したように、下面の接続パッド135にはんだボールから成る外部接続端子136を接合することができる。
【0073】
〔実施形態3〕
図38に、半導体チップの回路面を下向きにして埋め込んだ第2発明の一実施形態による部品内蔵多層回路基板の一例を示す。
【0074】
本実施形態は、第2発明の特徴である構造(1)〜(2)のうち、下記:
(1)半導体チップの裏面上に直接または伝熱層を介して形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造を備えた形態である。
【0075】
図示した部品内蔵多層回路基板30は、ガラスクロス基板から成るコア基板100上に、上面側の配線層102および104、下面側の配線層106、配線層102/104間の絶縁膜108、110、上面の表面絶縁膜112を備え、層間絶縁膜108の開口108A内に半導体チップ117が回路面117Aを下向き(積層方向とは逆方向)にして埋め込まれている。半導体チップ117の回路面117Aに設けたAu電極バンプ117Eと、コア基板100上面側の配線層102に形成したAuめっき層102Fとがフリップチップ接合されている。開口108A内の空隙はアンダーフィル109で充填されている。半導体チップ117の裏面117B(図中の上面)に形成されたチップ伝熱層118から、伝熱ビア120が層間絶縁膜110を貫通して上方へ延び、層間絶縁膜110上の配線層104と同じ積層階にある伝熱層104Aに接合している。伝熱層104Aは、導電性フィルムまたは導電性ペーストから成る導電性接着層126で接合された放熱板128と熱的に接続されている。
【0076】
層間絶縁膜108および110を貫通する結線ビア132は、上層階の配線層104と下層階の配線層102とを電気的に接続している。コア基板100を貫通するスルーホール134により、基板上下面の配線層102と106とが電気的に接続されている。スルーホール134は、コア基板を貫通する素孔の内壁を被覆する導電層から成る筒の形をしており、筒状スルーホール134の内部は樹脂137で充填されている。なお、図1に示した実施形態1の場合のように、基板下面側の配線層106に2層の金属めっき層135A、135Bを介して外部接続端子136を形成し、基板下面のその部分を除く全体を表面絶縁膜114で覆ってもよい。
【0077】
図38の部品内蔵多層回路基板30は、半導体チップ117の裏面117Bのチップ伝熱層118から伝熱ビア120を介して伝熱層104A/導電性ペースト(または導電性フィルム)126/放熱板128の伝熱経路で放熱される。これにより、半導体チップ117内で発生した熱の内部蓄積が大幅に低減され、製品寿命が顕著に向上する。
【0078】
図38の部品内蔵多層回路基板30を製造する手順の一例を説明する。
【0079】
先ず、内蔵する半導体チップ117を作製する手順を説明する。
【0080】
図39に示すように、多数の半導体素子を形成した半導体ウェハ(シリコンウェハ)117’を用意する。図中の上面117’Aが半導体素子形成面であり、117’Bがウェハ裏面である。上面117’Aには各半導体素子のAu電極バンプ117Eが設けられている。
【0081】
図40に示すように、上面117’Aに表面保護テープ140を貼り付ける。これは、ラミネーターにより常温でロール加圧することにより行なう。
【0082】
図41に示すように、裏面117’Bの研削によりウェハ厚さを20〜100μmまで薄くする。これは、バックグラインダーを用い、回転速度4000rpm、研削速度1μm/secで行ない、裏面117’Bを粗さ(Ra)0.01μmに仕上げる。
【0083】
図42に示すように、裏面117’BにスパッタリングによりTaN層118BとCu層118Aとから成る伝熱層118を形成する。これは、10−4Paの減圧下で出力500W、基板温度70℃で行ない、先ず裏面117’B上に厚さ0.05μmのTaN層118Bを形成し、その上に厚さ0.5μmのCu層118Aを形成する。伝熱層118の主体はCu層118Aであり、TaN層118Bは、Cuをシリコンウェハ117’側へ拡散させないためのバリア層である。
【0084】
図43に示すように、Cu/TaN伝熱層118の上からダイシングテープ142を貼り付ける。これは、ラミネータ―により常温でロール加圧することにより行なう。
【0085】
図44に示すように、表面保護テープ140を剥離する。これは、テープリムーバーによりピール方式で行なう。これにより、ウェハ117’の上面(素子形成面)117’Aおよび電極バンプ117Eが再び露出する。
【0086】
図45に示すように、ウェハ117’をダイシングラインDに沿ってダイシングして個々の半導体チップに分割する。これは、ダイサーを用い、ダイシングブレード回転速度40000rpm、切断速度50mm/secで行なう。
【0087】
図46に示すように、上記のダイシングにより個々の半導体チップ117が得られる。各半導体チップ117は裏面117BにTaN層118BとCu層118Aとから成る伝熱層118を備えている。
【0088】
次に、上記半導体チップ117を埋め込んだ部品内蔵多層回路基板30を製造する手順の一例を説明する。
【0089】
先ず、実施形態1の説明で参照した図10に示すように、ガラスクロス基板(厚さ500μm)等から成るコア基板100を用意し、同じく図11に示すように、コア基板100の所定箇所にドリルにより径φ150〜300μmのスルーホール素孔134’を開口する。
【0090】
次いで、本実施形態においては、図47に示すように、コア基板100の上面のうちで半導体チップ117を搭載する部位およびこれと対応する下面側部位に、それぞれレジストパターン160、162を形成する。これは、厚さ40μmのドライフィルムレジストを貼り付けた後に、露光・現像処理することにより行なう。
【0091】
図48に示すように、無電解めっきおよび電解めっきにより、コア基板100の上面、下面の上記レジストパターン以外の部位およびスルーホール素孔134内壁にCuめっき層103を形成する。すなわち、先ず無電解Cuめっき層を厚さ0.1〜0.3μmに形成し、次いでこれを給電層として電解Cuめっき層を厚さ15〜25μmに形成する。
【0092】
図49に示すように、アルカリ系剥離液によりレジストパターン160、162を剥離した後、その下から露出した無電解Cuめっき層を硫酸+過酸化水素水の希釈液により除去する。
【0093】
図50に示すように、スルーホール素孔134’内をエポキシ樹脂137で充填する。Cuめっき層103は、コア基板100の上面の配線層102および下面の配線層106とスルーホール134とを構成する。
【0094】
図51に示すように、上面全体にエポキシ系の感光性レジスト層108’を形成する。これは、真空ラミネータ―を用い、基板温度100〜150℃、加圧力1MPaで感光性エポキシ樹脂フィルムを貼り付けることにより行なう。レジスト層108’の厚さは内蔵する半導体チップ117(図46)の厚さと同等とする。
【0095】
図52に示すように、レジスト層108’に通常の露光・現像処理により内蔵半導体チップの収容口108Aを開口する。その後、150〜170℃、2時間の加熱処理によりレジスト層108’を完全に硬化させて、層間絶縁膜108(図38)とする。
【0096】
図53に示すように、チップ収容口108A内に露出した配線層102上に、無電解Auめっき層102Fを形成する。これは、シアン系Auめっき液を用い、液温80℃で40分間処理することにより行なう。Auめっき層102Fは厚さ0.3〜0.5μmとする。
【0097】
図54に示すように、チップ収容口108A内に、前述のように作製した半導体チップ117を回路面117Aを下向き(フェイスダウン)に(チップ伝熱層118を上向きに)して挿入し、超音波フリップチップ接合により、半導体チップ117の電極バンプ117Eと配線層102のAuめっき層102Fとを接合する。これは、超音波振幅3μm、周波数50Hz、荷重10N、時間10sec、温度100℃にて行なう。これにより半導体チップ117は配線層102と電気的に接続されて搭載される。
【0098】
図55に示すように、半導体チップ117の側方および下方の間隙にエポキシ樹脂系アンダーフィルを充填する。これは、ディスペンサで半導体チップ117の4辺をなぞるようにして行なう。
【0099】
図56に示すように、上面を覆う層間絶縁膜110を形成する。これは、真空ラミネータ―により熱硬化性エポキシ樹脂フィルム(非感光性、厚さ30〜50μm)を温度100〜150℃、加圧力1MPaにて貼り付けた後、オーブンにて170℃、2時間で硬化させることにより行なう。
【0100】
図57に示すように、層間絶縁膜110を貫通して半導体チップ117の裏面117Bの伝熱層118(Cu層118A)に達する伝熱ビア穴120’と、層間絶縁膜110および108を貫通して上面側配線層102に達する結線ビア穴132’とを開口する。これは、YAGレーザ(波長355nm)を用いたレーザ加工により同時に開口する。ビア穴は頂部径60μm、底部径50μmである。
【0101】
図58に示すように、上面全体に無電解Cuめっき層146を形成する。すなわち、触媒作用を有するパラジウムコロイド溶液に浸漬する前処理を行なった後に、硫酸銅めっき液中で、45℃、30分の条件にてめっき処理を行なう。
【0102】
図59に示すように、無電解Cuめっき層146上にドライフィルムレジストによるレジストパターン148を形成(実施形態1における図22を参照)した後に、無電解Cuめっき層146を給電層として電解Cuめっき層104を形成する。電解Cuめっき層104は、伝熱ビア120、結線ビア132、伝熱層104A、配線層104を構成する。
【0103】
図60に示すように、レジスト層148を剥離除去した後、その下に露出した無電解Cuめっき層146を除去する。これにより、配線層104と伝熱層104Aとが互いに分離されて完成する。上層の配線層104は結線ビア132により下層の配線層102と電気的に接続され、伝熱層104Aは伝熱ビア120により半導体チップ117裏面のチップ伝熱層118と熱的に接続される。
【0104】
図61に示すように、伝熱層104Aを除く上面全体を覆うレジスト層112を形成する。これは、感光性エポキシ樹脂の塗布・露光・現像・硬化により行なう。これにより、上面を覆うレジスト層112の開口内に伝熱層118Aの上面が露出した状態になる。
【0105】
図62に示すように、上面に導電性接着層126を形成する。これは、AgやNi等の導電粒子を含有させたエポキシ樹脂フィルムまたは導電性ペーストを上面の放熱板配置予定領域に供給することにより行なう。
【0106】
最後に、前出の図38に示したように、導電性接着層126上に放熱板として圧さ0.3〜0.7mmのAlプレート128を接合する。これは、Alプレート128をAgペースト層126上に載置して、150〜170℃、2時間の熱処理によりAgペースト層126を硬化させることにより行なう。これにより、半導体チップ117の裏面117Bはチップ伝熱層118、伝熱ビア120、伝熱層104A、導電性接着層126を介して、最表面のAl放熱板128と熱的に接続され、半導体チップ116から基板上方への放熱経路が確保される。
【0107】
【発明の効果】
本発明によれば、内蔵された半導体チップで発生する熱を外部へ効率的に放熱できる構造を備えた部品内蔵多層回路基板が提供される。これにより、半導体チップで発生した熱の内部蓄積が大幅に軽減され、装置寿命が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、第1発明の実施形態1による部品内蔵多層回路基板を示す断面図である。
【図2】図2は、図1の部品内蔵多層回路基板に内蔵させる半導体チップの製造プロセスにおける第1工程を示す断面図である。
【図3】図3は、図2の工程の次工程を示す断面図である。
【図4】図4は、図3の工程の次工程を示す断面図である。
【図5】図5は、図4の工程の次工程を示す断面図である。
【図6】図6は、図5の工程の次工程を示す断面図である。
【図7】図7は、図6の工程の次工程を示す断面図である。
【図8】図8は、図7の工程の次工程を示す断面図である。
【図9】図9は、図8の工程の次工程を示す断面図である。
【図10】図10は、図1の部品内蔵多層回路基板を製造する第1工程を示す断面図である。
【図11】図11は、図10の工程の次工程を示す断面図である。
【図12】図12は、図11の工程の次工程を示す断面図である。
【図13】図13は、図12の工程の次工程を示す断面図である。
【図14】図14は、図13の工程の次工程を示す断面図である。
【図15】図15は、図14の工程の次工程を示す断面図である。
【図16】図16は、図15の工程の次工程を示す断面図である。
【図17】図17は、図16の工程の次工程を示す断面図である。
【図18】図18は、図17の工程の次工程を示す断面図である。
【図19】図19は、図18の工程の次工程を示す断面図である。
【図20】図20は、図19の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図21】図21は、図20の工程の次工程を示す断面図である。
【図22】図22は、図21の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図23】図23は、図22の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図24】図24は、図23の工程の次工程を示す断面図である。
【図25】図25は、図24の工程の次工程を示す断面図である。
【図26】図26は、図25の工程の次工程を示す断面図である。
【図27】図27は、図26の工程の次工程を示す断面図である。
【図28】図28は、図27の工程の次工程を示す断面図である。
【図29】図29は、第1発明の実施形態2による部品内蔵多層回路基板を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図30】図30は、図29の部品内蔵多層回路基板を製造する第1工程を示す断面図である。
【図31】図31は、図30の工程の次工程を示す断面図である。
【図32】図32は、図31の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図33】図33は、図32の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図34】図34は、図33の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図35】図35は、図34の工程の次工程を示す断面図である。
【図36】図36は、図35の工程の次工程を示す断面図である。
【図37】図37は、図36の工程の次工程を示す(1)断面図および(2)平面図である。
【図38】図38は、第2発明の実施形態3による部品内蔵多層回路基板を示す断面図である。
【図39】図39は、図38の部品内蔵多層回路基板に内蔵させる半導体チップの製造プロセスにおける第1工程を示す断面図である。
【図40】図40は、図39の工程の次工程を示す断面図である。
【図41】図41は、図40の工程の次工程を示す断面図である。
【図42】図42は、図41の工程の次工程を示す断面図である。
【図43】図43は、図42の工程の次工程を示す断面図である。
【図44】図44は、図43の工程の次工程を示す断面図である。
【図45】図45は、図44の工程の次工程を示す断面図である。
【図46】図46は、図45の工程の次工程を示す断面図である。
【図47】図47は、図38の部品内蔵多層回路基板を製造する初期段階の工程を示す断面図である。
【図48】図48は、図47の工程の次工程を示す断面図である。
【図49】図49は、図48の工程の次工程を示す断面図である。
【図50】図50は、図49の工程の次工程を示す断面図である。
【図51】図51は、図50の工程の次工程を示す断面図である。
【図52】図52は、図51の工程の次工程を示す断面図である。
【図53】図53は、図52の工程の次工程を示す断面図である。
【図54】図54は、図53の工程の次工程を示す断面図である。
【図55】図55は、図54の工程の次工程を示す断面図である。
【図56】図56は、図55の工程の次工程を示す断面図である。
【図57】図57は、図56の工程の次工程を示す断面図である。
【図58】図58は、図57の工程の次工程を示す断面図である。
【図59】図59は、図58の工程の次工程を示す断面図である。
【図60】図60は、図59の工程の次工程を示す断面図である。
【図61】図61は、図60の工程の次工程を示す断面図である。
【図62】図62は、図61の工程の次工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10、20、30…部品内蔵多層回路基板
100…コア基板
102、104…上面側の配線層
104A、104B…伝熱層
104BL…伝熱ライン
106…下面側の配線層
108、110…配線層間絶縁膜
108A、144…チップ収容口
112…上面の表面絶縁膜
114…下面の表面絶縁膜
116、117…半導体チップ
116A、117A…半導体チップの回路面
116B、117B…半導体チップの裏面
118…伝熱層
118A…チップ側伝熱層
118B…基板側伝熱層
120…伝熱ビア
122、124…金属めっき層
126、150…導電性接着層
128、152…放熱板
130、132…結線ビア
134…スルーホール
135、154…接続パッド
136…外部接続端子
137…素孔充填樹脂
Claims (8)
- 複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、回路部品として少なくとも半導体チップを内蔵する部品内蔵多層回路基板において、
半導体チップはその回路面を積層方向に対して順方向である上向きにして配置されており、下記(1)〜(3):
(1)半導体チップの裏面が伝熱層により直下の層に接合されている構造、
(2)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、および
(3)半導体チップの回路面上に形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、
のうちの少なくともいずれか1つの構造を備えていることを特徴とする部品内蔵多層回路基板。 - 請求項1記載の回路基板において、前記構造(1)における伝熱層が、導電粒子を含有する導電性ペースト、金属柱を含有する接着フィルム、金属層のうちのいずれかであることを特徴とする回路基板。
- 請求項2記載の回路基板において、前記導電粒子および前記金属柱がそれぞれNi、Ag、Cu、Auのいずれか1種から成ることを特徴とする回路基板。
- 請求項2記載の回路基板において、前記金属層が、前記直下の層上に形成された金属めっき層と、前記半導体チップの裏面上に形成された金属スパッタ層とが合体されて成ることを特徴とする回路基板。
- 請求項1記載の回路基板において、前記構造(2)および(3)における放熱板が金属板であることを特徴とする回路基板。
- 複数の配線層と絶縁層とを交互に積層して成り、回路部品として少なくとも半導体チップを内蔵する部品内蔵多層回路基板において、
半導体チップはその回路面を積層方向に対して逆方向である下向きにして配置されており、下記(1)〜(2):
(1)半導体チップの裏面上に直接または伝熱層を介して形成された伝熱ビアが、回路基板の上面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、および
(2)半導体チップの裏面上に直接または伝熱層を介して形成された伝熱ビアが、回路基板の側面に露出して設けられた放熱板と熱的に接続されている構造、のうち少なくとも1つの構造を備えていることを特徴とする部品内蔵多層回路基板。 - 請求項6記載の回路基板において、前記伝熱層が、半導体チップの裏面上にバリア層を介して形成された金属層から成ることを特徴とする回路基板。
- 請求項6または7記載の回路基板において、前記放熱板が金属板であることを特徴とする回路基板。
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