JP4392201B2

JP4392201B2 - 電子装置とその製造方法

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Publication number: JP4392201B2
Application number: JP2003190259A
Authority: JP
Inventors: 朝雄飯島; 義孝福岡
Original assignee: テセラ・インターコネクト・マテリアルズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005026452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路、大規模集積回路等の半導体チップを内蔵した多層配線板構造の電子装置と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多層配線板として、表面に半導体チップを搭載し、該半導体チップの電極間を接続するために、更には、該半導体チップの電極などを外部に導出するために、層間絶縁膜を介して積層された複数の配線膜を形成し、バンプ等により各配線膜の間の電気的接続を行うように構成したもの（特開２００２−０４３５０６号公報等参照）があった。
【０００３】
そして、半導体チップは一般に例えば１００μｍ以上の厚さを有し、従って、剛性を有していた。このように、半導体チップが剛性を有するので、半導体チップを搭載した多層配線板は当然のことながら、剛性を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体チップを搭載した多層配線板からなる電子回路を備えた電子装置には、可撓性が要求されるものが増えている。特に、内視鏡、ペースメーカー、血圧計等、人体内部に挿入したり、埋め込んだり、人体に沿わせたりするものにその傾向が強い。
しかし、そのような要求には応えていないのが実情であった。
【０００５】
そこで、本願発明者は、その要求に応えるべく、実験、研究を重ねた結果、半導体チップの厚みを５０μｍ以下にすれば、可撓性が生じ、多層配線板にはそれ単独では可撓性のあるものが開発済みであるので、その可撓性のある多層配線板に可撓性のある半導体チップを搭載することにより半導体チップ搭載状態でも可撓性のある半導体チップ内蔵の多層配線板構造の電子装置を提供することができるという着想を得た。
本発明は、そのような着想に基づいて成されたものであり、半導体チップを内蔵した可撓性のある多層配線板構造の電子装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電子装置は、一方の表面に配線膜が形成され、少なくとも一部の配線膜の裏面に端子用バンプが形成された第１の金属ベース部材の上記一方の表面に、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップがその電極が上記配線膜に接続された状態でフリップチップボンディングされ、上記第１の金属ベース部材の上記一方の表面の配線膜に接続される層間接続用バンプと上記半導体チップが納まるチップ収納空間を同じ面に有し、反対側に配線膜が形成された第２の金属ベース部材が、該チップ収納空間内に上記半導体チップが納まり且つ上記各層間接続用バンプが対応する上記配線膜に接続されるように上記第１の金属ベース部材に重ねられ、上記各バンプ間に、各バンプ間及び上記第１と第２の金属ベース部材の配線膜間を絶縁する層間絶縁膜が形成され、多層配線板構造を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の電子装置は、請求項１記載の電子装置において、上記半導体チップの厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする。
請求項３の電子装置は、請求項１記載の電子装置において、上記半導体チップの上記電極と、上記配線膜とが、該配線膜の表面部に選択的に形成した導電性材料からなる電極接続用バンプを介して接続されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の電子装置は、請求項１〜３記載の電子装置において、前記層間絶縁膜が、ポリイミド、液晶ポリマー、ガラスクロス含浸Ｂステージ樹脂、又はＢＣＢフィルムからなる絶縁性フィルムで構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の電子装置の製造方法は、端子用バンプ形成用金属層の表面に配線膜が形成された第１の金属ベース部材と、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップと、配線膜形成用の金属層の一方の面に上記第１の金属ベース部材の上記配線膜に接続される層間接続用バンプ及び上記半導体チップが納まるチップ収納空間を同じ面に有し、更に該面に上記層間接続用バンプが貫通され且つ上記チップ収納空間内を占有しないように層間絶縁膜が積層された第２の金属ベース部材と、を用意し、上記第１の金属ベース部材の上記配線膜形成側の一方の表面に、上記半導体チップを、その電極が上記配線膜に接続されるようにフリップチップボンディングをし、上記第１の金属ベース部材の上記一方の表面に、上記第２の金属ベース部材を、その上記チップ収納空間内に上記半導体チップが収納され、上記層間接続用バンプの上記層間絶縁膜から露出した頂面を該第１の金属ベース部材の配線膜に接続させることにより、該層間絶縁膜を介して積層し、上記第２の金属ベース部材の上記配線膜形成用の金属層を選択的にエッチングすることにより配線膜を形成すると共に、上記第１の金属ベース部材の上記端子用バンプ形成用金属層を選択的にエッチングすることにより端子用バンプを形成することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施の形態例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明電子装置の第１の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は通常の状態の電子装置を示し、（Ｂ）は撓んだ状態の電子装置をデフォルメして示し、（Ｃ）は内蔵した半導体チップの撓んだ状態をデフォルメして示す。
この電子装置は、内視鏡や心臓ペースメーカ等の柔軟性を必要とする医療機器として用いられるものである。
【００１２】
１１は例えばニッケル（厚さ例えば０．５〜２μｍ）及び銅（厚さ例えば３〜１８μｍ）を選択的にめっきすることにより所定パターンに形成した配線膜であり、該配線膜１１上には、半導体集積回路チップ或いは大規模集積回路チップ等の半導体チップ（２０）の電極と接続されるところの例えば金めっきによる複数の電極接続用バンプ１２が形成されている。２０は半導体チップで、主表面が突起バンプ１２形成面に対向する向きで、その各電極がそれと対応する電極接続用バンプ１２と接続されてフリップチップ接続されている。
【００１３】
３０は半導体チップ２０主表面を覆い、該半導体チップ２０と配線膜１１との間を絶縁する絶縁層で、ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＦ、またはＮＣＰ等のアンダフィル樹脂、或いはフィルムによる柔軟性のある絶縁材からなる。
半導体チップ２０は、可撓性を持たせるために、集積回路が形成された主表面と反対側の面、即ち、半導体基板（半導体チップ化後又はウエハ状態の半導体基板）の裏面を研磨して厚さが１０〜５０μｍとなるように調整し、更に１辺の寸法が例えば２０ｍｍ程度のチップに切断したものである。このように、１辺が例えば２０ｍｍ程度の矩形状を有し、厚さが５０μｍ以下の半導体チップ２０は図１（Ｃ）に示すように撓む。
【００１４】
１３は端子用バンプで、配線膜１１の半導体チップ２０側とは反対側に銅により形成され、半導体チップ２０の各電極を外部に導出するためのものである。１５は端子用バンプ１３全体を覆うように形成された半田ボールで、その高さと径は、それぞれ５０〜２００μｍと５０〜２５０μｍで、３００〜８００μｍのピッチで配列されている。
【００１５】
４０は層間絶縁膜で、例えば、ポリイミド、液晶ポリマー、或いはガラスクロス含浸Ｂステージ樹脂等による絶縁フィルムからなり、上記配線膜１１と後述する配線膜（５１）との間を層間絶縁するもので、上記半導体チップ２０を逃げるチップ収納空間４２を有する。該層間絶縁膜４０は後述する層間接続用バンプ（５２）により貫通されている。
５１は例えば銅からなる配線膜で、その裏面には直径が５０〜１００μｍ程度の複数の層間接続用バンプ５２が形成されており、これらの層間接続用バンプ５２を介して、配線膜１１と配線膜５１との間が所定の位置にて電気的に接続されている。また、配線膜５１の表面には、絶縁性の保護膜６０が設けられている。配線膜１１〜保護膜６０の全体の厚さは、５０〜１００μｍ程度となっている。
【００１６】
このような電子装置は、半導体チップ４０抜きの多層配線板構造を有するに過ぎない状態では可撓性を充分に有し、半導体チップ４０もその厚さが５０μｍ以下ならば、図１（Ｃ）に示すように可撓性を有するので、半導体チップ２０を搭載した状態でも図１（Ｂ）に示すように可撓性を有する。
従って、内視鏡、ペースメーカー、血圧計等、人体内部に挿入したり、埋め込んだり、人体に沿わせたりするものに本電子装置を使用した場合において、その可撓性により人体にマッチすることが可能となり、電子装置が人体に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１７】
図２（Ａ）〜（Ｆ）は図１に示した電子装置の製造方法の一例（本発明電子装置の第１の実施の形態例）を工程順に示す断面図である。
（Ａ）図２（Ａ）に示すように、先ず、第１の金属ベース部材１６と、予め厚さが１０〜５０μｍとなり可撓性を有するように調整した半導体チップ２０と、第２の金属ベース部材５６を用意する。
用意する部材の一つである第１の金属ベース部材１６は、銅からなる端子形成用バンプ１３となる厚さ５０μｍ程度の銅層１０の一方の表面に例えばニッケル及び銅からなる厚さ例えば５〜１２μｍ程度の配線膜１１を例えば選択的メッキ法により形成し、更に、該配線膜１１の表面部に選択的に、例えばニッケル膜及び金（或いは銅）、あるいはニッケル膜及び銅膜及び金膜からなる電極接続用バンプ１２を例えば選択的メッキ法により形成してなるものである。選択的メッキ法は、例えば形成しようとするパターンに対してネガのパターンを有するレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとしてメッキすることにより形成することができる。
【００１８】
用意する別の一つの部材、半導体チップ２０は前述のように予め厚さが１０〜５０μｍとなり可撓性を有するように調整しておく。
用意する残りの一つの部材、第２の金属ベース部材５６は、配線膜５１となる厚さが３〜１８μｍ程度の配線膜形成用の銅層５０と、厚さが３０〜１００μｍ程度の層間接続用バンプ５２となるバンプ形成用銅層とを、厚さが０．５〜２μｍ程度のニッケル膜を介して積層した３層構造の金属部材を用意し、そのバンプ形成用銅層を、フォトエッチング加工して層間接続用バンプ５２を形成し、ニッケル膜の表面を露出させ、更に、残された層間接続用バンプ５２をエッチングマスクとしてニッケル膜をエッチングしたものを母体としている。
【００１９】
その金属ベース部材５６は、半導体チップ２０がフリップチップ接続された第１の金属ベース部材１６に積層するときにその半導体チップ２０を逃げる部分には層間接続用バンプ５２が形成されておらず、半導体チップを逃げるチップ収納空間４２を有している。
該第２の金属ベース部材５６には、層間接続用バンプ５２が貫通され、且つ上記チップ収納空間４２を占有しないパターン（デバイスホールを有するパターン）を有する層間絶縁膜４０が積層されている。
【００２０】
該層間絶縁膜４０はポリイミド、液晶ポリマー、ガラスクロス含浸Ｂステージ樹脂、またはＢＣＢフィルムによる絶縁フィルムからなり、半導体チップ２０を配置するための、例えば縦横２０ｍｍ程度のデバイスホールとも言えるチップ収納空間４２を開けてる。尚、絶縁フィルム４０の厚さは、半導体チップ２０の厚さとほぼ同一、又はこの半導体チップ２０よりも１〜５μｍ程度厚く設定されている。
更に、上記チップ収納空間４２上には、換言すれば、半導体チップ２０を搭載する箇所に、空隙充填樹脂５８を塗布しておく。チップ２０と第２の金属ベース部材５６との間に空隙が生じないようにするためである。
【００２１】
（Ｂ）次に、第１の金属ベース部材１６の半導体チップ２０を搭載する箇所に、ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＦ、またはＮＣＰ等のアンダフィル樹脂、或いはフィルムからなる絶縁材を絶縁層３０として塗布しておき、その第１の金属ベース部材１６上に、上記半導体チップ２０を、その各電極がそれと対応する配線膜１１上の電極接続用バンプ１２と接続されるようにフリップチップ接続する。その場合、半導体チップ２０と第１の金属ベース部材１６との間に上記絶縁層３０が介在している。図２（Ｂ）はそのフリップチップ接続後の状態を示している。
【００２２】
（Ｃ）次に、図２（Ｃ）に示すように、半導体チップ２０が搭載された第１の金属ベース部材１６上に、第２の金属ベース部材５６を積層する。具体的には、チップ収納空間４２内に上記半導体チップ２０が納まり、層間絶縁膜４０を貫通した層間接続用バンプ５２の頂面が配線膜１１と接続されるようにして積層を行う。
（Ｄ）次に、図２（Ｄ）に示すように、上記第２の金属ベース部材５６の配線膜形成用銅層５０を選択的にエッチングすることにより配線膜５１を形成し、その後、カバーレイ６０を形成する。
【００２３】
（Ｅ）次に、図２（Ｅ）に示すように、第１の金属ベース部材１６の端子用バンプ形成用銅層１０を選択的にエッチングすることにより端子用バンプを形成すべく該銅層１０上にエッチングマスクとなるレジスト膜６４を選択的に形成する。
（Ｆ）次に、図２（Ｆ）に示すように、上記レジスト膜６４をマスクとして上記銅層１０をエッチングすることにより、端子用バンプ１３を形成する。
その後、図２では図示しないが、端子用バンプ１３をマスクとしてニッケル膜をエッチングにより除去し、更に端子用バンプ１３の周りに半田１５を形成する。
【００２４】
以上のように、この実施形態の電子装置は、２つの配線膜１１，５１の間に、半導体チップ２０を埋め込んで、その周囲を絶縁層３０や絶縁フィルム４０等で保護するようにしているので、この半導体チップ２０が柔軟性を示すような５０μｍ以下の厚さにすることが可能になり、全体として柔軟性のある多層配線板構造の電子装置を構成することができる。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
（１）２層構造のものを説明したが、層の数は任意である。
（２）各層に設ける半導体チップ２０の数は任意である。また、半導体チップ２０に加えて、レジスタやキャパシタ等の受動機能素子を内蔵させることができる。
【００２６】
（３）配線膜１１，５１を構成する銅箔等の厚さ、及び絶縁層３０や絶縁フィルム４０の厚さや材料は、例示したものに限定されない。
（４）配線膜５１は、ニッケル膜によるエッチングストッパを有する３層の金属部材を用いて形成しているが、この形成方法や材料は、例示したものに限定されない。
【００２７】
（５）図１、図２に示す上記実施の形態例では、銅ベース部材１０の表面に、ニッケル及び銅を選択めっきして配線膜１１を形成し、更にこの配線膜１１の所定の箇所に、半導体チップ搭載用の複数の突起バンプ１２を形成しているが、配線膜１１の形成はこの方法に限定されない。例えば、配線膜１１となる銅箔を用い、この銅箔上の所定の箇所に半導体チップ搭載用の複数の突起バンプ１２を形成し、更にこの銅箔をエッチングして配線膜１１を形成しても良い。
【００２８】
（６）上記実施の形態例では、配線膜１１の所定の箇所に半導体チップ２０を搭載するための複数の突起バンプ１２を形成しているが、半導体チップ２０側に接続用のバンプが形成されている場合には、この突起バンプ１２は不要である。
（７）上記実施の形態例では、絶縁フィルム４０の厚さを、半導体チップ２０の厚さとほぼ同一、またはこの半導体チップ２０よりも１〜５μｍ程度厚く設定しているが、層間接続用バンプ５２となる金属部材５６における第２の銅箔の１／３〜２／３の厚さに設定しても良い。
なお、参考例として、電子装置は、複数層の層間絶縁層により層間絶縁された複数層の配線膜の層間接続を、上記層間絶縁層を貫通する層間接続導電層により為すようにした多層配線板の上記層間絶縁層のうちのいずれかの層の内部に、電極を上記配線膜に接続されるように形成され、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップを有することを特徴とする。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の電子装置によれば、第１の金属ベース部材の配線膜が形成された側の表面に、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップを、その電極が上記配線膜に接続された状態でフリップチップボンディングし、第２の金属ベース部材を、それのチップ収納空間内に上記半導体チップが納まり且つ第２の層間接続用バンプが対応する第１の金属ベース部材の配線膜に接続されるように第１の金属ベース部材に重ね、上記各バンプ間に、各バンプ間及び上記第１と第２の金属ベース部材の配線膜間を絶縁する層間絶縁膜が形成されているので、多層配線板構造の電子装置全体として可撓性を持つようにすることができる。
【００３１】
請求項２の電子装置によれば、請求項１記載の電子装置において、上記半導体チップの厚さが５０μｍ以下であるので、半導体チップが可撓性を持ち、それを内蔵した多層配線板構造の電子装置も全体としても可撓性を有するようにできる。
請求項３の電子装置によれば、請求項１記載の電子装置において、上記半導体チップの上記電極と、上記配線膜とを、該配線膜の表面部に選択的に形成した導電性材料からなる電極接続用バンプを介して接続するので、より信頼度良く半導体チップのフリップチップ接続ができる。
【００３２】
請求項４の電子装置によれば、請求項１〜３記載の電子装置において、層間絶縁膜が、ポリイミド、液晶ポリマー、ガラスクロス含浸Ｂステージ樹脂、またはＢＣＢフィルムであるので、層間絶縁膜形成作業が容易で、より確実な層間絶縁ができる。
請求項５の電子装置の製造方法によれば、請求項１記載の多層配線板構造の電子装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明電子装置の第１の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は通常の状態の電子装置を示し、（Ｂ）は撓んだ状態の電子装置をデフォルメして示し、（Ｃ）は内蔵した半導体チップの撓んだ状態をデフォルメして示す。
【図２】（Ａ）〜（Ｆ）は図１に示した電子装置の製造方法の一例（本発明電子装置の第１の実施の形態例）を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
１０・・・端子用バンプ形成用金属層、１１、５１・・・配線膜、
１２・・・電極接続用バンプ、１３・・・端子用バンプ、
１５・・・半田ボール、１６・・・第１の金属ベース部材、
２０・・・半導体チップ、３０・・・絶縁層、
４０・・・層間絶縁膜、
４２・・・チップ収納空間（デバイスホール）、
５０・・・金属層、５２・・・層間接続用バンプ、
５６・・・第２の金属ベース部材。

Claims

一方の表面に配線膜が形成され、少なくとも一部の配線膜の裏面に端子用バンプが形成された第１の金属ベース部材の上記一方の表面に、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップがその電極が上記配線膜に接続された状態でフリップチップボンディングされ、
上記第１の金属ベース部材の上記一方の表面の配線膜に接続される層間接続用バンプと上記半導体チップが納まるチップ収納空間を同じ面に有し、反対側に配線膜が形成された第２の金属ベース部材が、該チップ収納空間内に上記半導体チップが納まり且つ上記各層間接続用バンプが対応する上記配線膜に接続されるように上記第１の金属ベース部材に重ねられ、上記各バンプ間に、各バンプ間及び上記第１と第２の金属ベース部材の配線膜間を絶縁する層間絶縁膜が形成された、
多層配線板構造を有する、
ことを特徴とする電子装置。
上記半導体チップの厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
上記半導体チップの上記電極と、上記配線膜とが、該配線膜の表面部に選択的に形成した導電性材料からなる電極接続用バンプを介して接続されたことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
前記層間絶縁膜が、ポリイミド、液晶ポリマー、ガラスクロス含浸Ｂステージ樹脂、またはＢＣＢフィルムである絶縁性フィルムからなる、ことを特徴とする請求項１〜３記載の電子装置。
端子用バンプ形成用金属層の表面に配線膜が形成された第１の金属ベース部材と、可撓性を持つ薄さに形成された半導体チップと、配線膜形成用の金属層の一方の面に上記第１の金属ベース部材の上記配線膜に接続される層間接続用バンプ及び上記半導体チップが納まるチップ収納空間を同じ面に有し、更に該面に上記層間接続用バンプが貫通され且つ上記チップ収納空間内を占有しないように層間絶縁膜が積層された第２の金属ベース部材と、を用意し、
上記第１の金属ベース部材の上記配線膜形成側の一方の表面に、上記半導体チップを、その電極が上記配線膜に接続されるようにフリップチップボンディングをし、
上記第１の金属ベース部材の上記一方の表面に、上記第２の金属ベース部材を、その上記チップ収納空間内に上記半導体チップが収納され、上記層間接続用バンプの上記層間絶縁膜から露出した頂面を該第１の金属ベース部材の配線膜に接続させることにより、該層間絶縁膜を介して積層し、
上記第２の金属ベース部材の上記配線膜形成用の金属層を選択的にエッチングすることにより配線膜を形成すると共に、上記第１の金属ベース部材の上記端子用バンプ形成用金属層を選択的にエッチングすることにより端子用バンプを形成する
ことを特徴とする電子装置の製造方法。