JP4875925B2 - 多層配線板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線板に関し、特に半導体素子を内蔵した多層配線板に関する。

近年、配線板に電子部品等の機能部品を付加することが検討されている。例えば、特許文献１及び２には、凹部（キャビティ）に半導体素子（ＩＣチップ）等の電子部品を収納し、その周囲に樹脂を充填して固定した配線板が開示されている。
特開２００２−０５０８７４号公報 特開２００２−０４３７５４号公報

上記特許文献１及び２に開示されているように、半導体素子等を配線板に内蔵することにより、多層配線板の高機能化と高密度化とが可能となる。つまり、半導体素子を内部に収納することにより確保された表層の実装領域に、他の電子部品等を実装することが可能となり、高機能化が可能となる。
また、部品を内蔵することにより、基板自体を小さくすることも可能となり、従来の配線板と比較して、回路を高密度化することができる。

上記特許文献１及び２に開示されている多層基板のように半導体素子を多層基板の内部に収納した場合、半導体素子が基板表面に装着されている場合と比較して、半導体素子で発生した熱の放熱はより困難である。

また、特許文献１及び２に開示された構成では、凹部内の樹脂、樹脂内に残留する空気や湿分が、半導体素子の発生する熱等の要因により、膨張・収縮を繰り返して、凹部内の半導体素子や配線、凹部を形成している各層に応力を加えてしまう。

このような事態が長期間継続すると、例えば、半導体素子と配線板との間の接続部分が劣化してしまう。このため、従来の半導体素子収納タイプの多層配線板では、電気的接続の信頼性を確保するのが難しいという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、半導体素子を内蔵した多層配線板において、電気的接続部分の信頼性を確保できる多層配線板を提供することを目的とする。
また、本発明は、熱の影響を受けにくい多層配線板を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、放熱能力に優れた多層配線板を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る多層配線板は、
第１の基板と、
前記第１の基板に形成されたキャビティに収容された半導体素子と、
前記キャビティ内に充填された二種類以上の充填樹脂と、
前記第１の基板に、前記キャビティを塞ぐように積層され、前記半導体素子に接続される第２の基板と、
を備え、前記キャビティ内に前記充填樹脂により空隙が形成されていることを特徴とする。

例えば、前記二種類以上の充填樹脂のうち、一の充填樹脂が、前記半導体素子と前記第１の基板との間に充填され、他の一の充填樹脂が、前記半導体素子の側面に充填される。

例えば、前記一の充填樹脂の弾性率は、前記他の一の充填樹脂の弾性率よりも低いことが望ましい。

また、前記一の充填樹脂の融点温度が、前記他の一の充填樹脂の融点温度よりも高くなるように構成してもよい。この場合、例えば、前記一の充填樹脂は、前記半導体素子の動作温度よりも高い融点温度を有し、前記半導体素子を固定及び支持し、前記他の一の充填樹脂の融点温度は、前記半導体素子の動作温度よりも低い融点温度を有し、前記半導体素子の定格動作温度において溶融する、ように構成する。

前記半導体素子は、例えば、ワイヤーボンディング、ＴＡＢ、フリップチップ、ベアチップ接続のいずれかにより前記第２の基板に接続される。

前記半導体素子の前記第１の基板と対向する面と側面とを、封止樹脂により封止される、ことが望ましい。

例えば、前記二種類以上の充填樹脂のうちの一の充填樹脂が、微粒子が分散されたエポキシ樹脂から構成され、他の一の充填樹脂がポリエチレングリコールから構成される。

例えば、前記第２の基板には、前記半導体素子と接続するための接続パッドが形成される。

例えば、前記第２の基板に、前記半導体素子の発生する熱を放熱する放熱部を形成してもよい。

前記第２の基板には、半導体素子の接続部に繋がるビアを形成し、
前記半導体素子が、このビアを介して前記第２の基板に形成された配線層に接続されるように構成してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る多層配線板の製造方法は、
キャビティが形成された第１の基板を用意し、
前記キャビティに二種類以上の充填樹脂を配置して、半導体素子が接続された第２の基板を、前記半導体素子が前記キャビティに収容されるように前記第１の基板に積層するとともに、
前記キャビティ内に前記充填樹脂により空隙を形成する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、半導体素子を内蔵した多層配線板において、電気的接続の信頼性を確保できる。

本発明の実施の形態にかかる多層配線板について、以下図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１に概略断面図で示すように、本実施の形態に係る多層配線板１は、第１の基板１０と第１の基板１０に積層して接着された第２の基板２０とから構成される多層配線基板と、この多層配線基板の内部に形成されたキャビティ１４に配置された半導体素子３０及び充填樹脂４１，４２と、から構成される。

第１の基板１０は、積層して配置及び固着された第１絶縁性樹脂基材１１と、第２絶縁性樹脂基材１２と、層間絶縁体１３とから構成される。

第１絶縁性樹脂基材１１は、この多層配線板１の一方の実装面を構成し、絶縁性樹脂層から構成されている。

この絶縁性樹脂層は、その厚さが２０〜３５０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが２０μｍ未満では、層間の絶縁性の確保が困難になり易く、一方、厚さが３５０μｍを超えると、層間の接続を確保することが困難になるためである。

絶縁性樹脂層としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂をガラス織布等の心材に含浸させたプリプレグである樹脂絶縁層等が望ましい。ただし、これらに限定されるものではなく、絶縁性樹脂としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が使用可能であり、心材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布、アラミド不織布などを使用可能である。従って、絶縁性樹脂基材は、例えば、ガラス布エポキシ樹脂基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド樹脂基材などから選択された硬質の樹脂基材から構成される。また、フェノール樹脂基材などでもよい。さらに、一般的に配線基板に使用される樹脂板や樹脂フィルム、又はこれらの複合材料も使用可能である。

第１絶縁性樹脂基材１１の一方の主面（表面）と他方の主面（裏面）には、銅箔等の導体から構成された導体パターン１１１と１１２が、それぞれ形成されている。導体パターン１１１と１１２は、主に回路パターンを形成し、一部は、放熱板として配置されている。導体パターン１１１，１１２のうち、放熱板として配置されている部分は、電気的に他から絶縁されていてもよく、或いは、接地電圧などの基準電圧の印加端に接続されていてもよい。導体パターン１１１と１１２を構成する導体は、その厚さが５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが５μｍ未満では、後述する製造工程で、レーザ加工により、第１絶縁性樹脂基材１１にビア用の開口を形成する際に、開口周縁の銅箔が変形する虞があり、導体回路を形成し難くなる。一方、厚さが２０μｍを超えると、エッチングにより、微細な線幅の導体回路パターンを形成し難い。

導体パターン１１１と導体パターン１１２の相互接続位置には、第１絶縁性樹脂基材１１を貫通するビアホール１１３が形成されている。ビアホール１１３の内面には銅等の導体めっきが施され、さらに半田等の導体が充填されてビア１１４が形成され、第１絶縁性樹脂基材１１の両面に形成された導体パターン１１１と１１２とを接続する。

第１絶縁性樹脂基材１１上には、層間絶縁体１３が配置及び固着されている。層間絶縁体１３は、例えば、第１絶縁性樹脂基材１１同様の構成の絶縁層、例えば、厚さ２００μｍ程度のプリプレグ等から構成される。層間絶縁体１３は、第１絶縁性樹脂基材１１と第２絶縁性樹脂基材１２とを電気的に絶縁すると共にこれらを接着する。層間絶縁体１３には、半導体素子３０を収納するキャビティ１４を構成する開口１３ａが形成されている。

層間絶縁体１３の上には、第２絶縁性樹脂基材１２が配置及び固着されている。第２絶縁性樹脂基材１２は、厚さ２００〜１０００μｍ程度の絶縁性樹脂層から構成されており、その両面及び内部には、厚さが５〜２０μｍの銅箔等の導体から構成された導体パターン１２１〜１２４が形成されている。例えば、両主面に形成された導体パターン１２１と１２４は、回路パターンを構成し、内部に埋め込まれている導体パターン１２２は電源配線パターン、導体パターン１２３はグランド配線パターンを構成する。

第２絶縁性樹脂基材１２は、例えば、一面又は両面に導体パターンが形成された第１絶縁性樹脂基材１１と同様の樹脂基材を積層して構成される。なお、単層でもよい。

また、第２絶縁性樹脂基材１２には、層間絶縁体１３の開口１３ａに対応する位置に開口１２ａが形成されている。開口１２ａは、層間絶縁体１３の開口１３ａと共に、半導体素子３０を収容するキャビティ１４を形成する。なお、開口１２ａの形状とサイズは、開口１３ａの形状とサイズと異なっていてもよい。

第２絶縁性樹脂基材１２の上には、この多層配線板１の他方の実装面を構成する第２の基板２０がキャビティ１４を塞ぐように配置され、固着されている。第２の基板２０は、厚さ２０〜３５０μｍの絶縁性樹脂基材２１から構成される。

絶縁性樹脂基材２１には、接続用パッド２１１、導体パターン２１２，ビア２１３が形成されている。

接続用パッド２１１は、絶縁性樹脂基材２１の一方の主面（内面）の、半導体素子３０の接続パッドと対向する位置に配置され、半導体素子３０の接続パッドとフリップチップ方式等により接続される。接続用パッド２１１は、厚さ５〜２０μｍ程度の銅箔等の導体から構成される。

また、絶縁性樹脂基材２１の他方の主面（表面）は、実装面を構成し、厚さが５〜２０μｍの銅箔等の導体から構成された導体パターン２１２が形成されている。

接続用パッド２１１と導体パターン２１２の一部は、回路パターンを形成するが、他の一部は、他の回路と接続されず、半導体素子３０の発生する熱を放出するための放熱パターンとして機能する。なお、放熱パターンとして機能する導体パターン２１２は、グランド端子等の基準電圧が印加されている端子に接続されていてもよい。

また、接続用パッド２１１と導体パターン２１２との接続位置には、絶縁性樹脂基材２１を貫通するビアホール２１４が形成されている。ビアホール２１４の内面には導体めっきが施され、さらに半田などの導体が充填されてビア２１３が形成され、絶縁性樹脂基材２１の両面の導体を接続する。

半導体素子３０は、キャビティ１４に収容されている。半導体素子３０は、プリント配線板３１と、プリント配線板３１上に積層して配置された第１と第２のＩＣ(Integrated Circuit)チップ３２１と３２２を備える。プリント配線板３１は、第２の基板２０の接続用パッド２１１に対向する位置に配置されたバンプ電極３１４を備え、フリップチップによりバンプ電極３１４を介して、第２の基板２０の接続用パッド２１１に接続されている。

半導体素子３０は、封止樹脂３１５によりモールド封止されており、モジュール化されている。さらに、半導体素子３０と絶縁性樹脂基材２１との間も、アンダーフィル材３１６により封止されている。

封止樹脂３１５及びアンダーフィル材３１６は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から構成される。

第１充填樹脂４１は、キャビティ１４内で半導体素子３０を支持及び固定するためのものであり、半導体素子３０の最高動作温度（消費電力が最大の時の動作温度）よりも高い融点温度を有する弾性樹脂から構成される。第１充填樹脂４１は、図１及び図２に示すようにキャビティ１４内の、半導体素子３０の上面と第１絶縁性樹脂基材１１及びキャビティ１４の内側面との間に充填され、半導体素子３０の封止樹脂３１５の上端部と第１絶縁性樹脂基材１１とに固着している。具体的には、第１充填樹脂４１は、熱硬化型のエポキシ樹脂、好ましくはシリカ粉、臭化物、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）等の微粒子が分散された熱硬化型のエポキシ樹脂から構成される。第１充填樹脂４１は、好ましくは、ヤング率（縦弾性係数）が０．３ＧＰａから２ＧＰａである。

第２充填樹脂４２は、キャビティ１４内で発生する応力を緩和するためのものであり、キャビティ１４内の、半導体素子３０の側面とキャビティ１４の内側面との間に充填されている。第２充填樹脂４２は、半導体素子３０の最高動作温度（消費電力が最大の時の動作温度）よりも高い融点温度を有する弾性樹脂から構成され、半導体素子３０の側面を弾性的に支持する。第２充填樹脂４２は、好ましくは、ヤング率が、第１充填樹脂４１のヤング率の１／３〜１／１００である。ヤング率が高すぎると、応力を緩和することができず、ヤング率が低すぎると、半導体素子３０を支持することが困難となる。具体的には、第２充填樹脂４２は、例えば、発泡した熱硬化型のエポキシ樹脂、好ましくはシリカ粉、臭化物、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）等の微粒子が分散された熱硬化型のエポキシ樹脂から構成される。

また、第１の基板１０（第１及び第２絶縁性樹脂基材１１，１２及び層間絶縁体１３）及び第２の基板２０には、両主面に形成された導体パターン１１１，２１２を接続するためのビア１０１が形成される。ビア１０１は、内部の導体パターン１２１〜１２４にも適宜接続される。

このような構成の多層配線板１においては、キャビティ１４内に半導体素子３０が収容されている。収容された半導体素子３０は、底面に形成されたバンプ電極３１４と第２の基板２０に形成されたビア２１３を介して複数の導体パターン（配線層）２１２、１２１〜１２４、１１１、１１２が形成する回路に接続される。従って、所期の動作を行うことができる。

また、キャビティ１４内に半導体素子３０が収容されているので、表層の実装領域に、図３に例示するように、他の電子部品(図３では、半導体素子５０）等を実装することが可能となり、高機能化が可能となる。また、多層配線板１を小さくすることも可能となり、従来の配線板と比較して、高密度化することができる。

また、第１充填樹脂４１により、半導体素子３０が固定及び支持される一方で、半導体素子３０の側面等には、ヤング率（弾性率）の小さい第２充填樹脂４２が充填されている。従って、半導体素子３０からの熱などの要因により、多層配線板１を構成する各部が膨張・収縮し、熱膨張係数の差や温度分布により、膨張の程度が異なる場合や、樹脂等に含まれている湿分或いは吸収された湿分が膨張・収縮した場合であっても、第２充填樹脂４２が変形等することにより、応力が緩和される。よって、半導体素子３０と接続用パッド２１１との接続部分への応力が抑制され、電気的接続及びその信頼性を確保することができる。

また、放熱用の導体パターンが形成されているので、回路パターンのみを配置する場合よりも、熱伝導度の高い導体が基板表面に配置され、放熱効率が高まる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、第２充填樹脂４２は、半導体素子３０が動作している状態においても固体の状態を維持したが、例えば、半導体素子３０の動作状態において、液化するようにしてもよい。

以下、このような構成の多層配線板１の第２の実施の形態について説明する。

本実施形態の多層配線板１の装置構造自体は図１に示す第１の実施の形態の多層配線板１の構造と同一である。
第１充填樹脂４１は、第１の実施の形態と同様に、キャビティ１４内の、半導体素子３０の上面と第１絶縁性樹脂基材１１との間に充填され、半導体素子３０の上面と第１絶縁性樹脂基材１１とに固着している。ただし、本実施形態においては、第１充填樹脂４１は、単体で、半導体素子３０を固定及び支持可能な強度等を有する。また、第１充填樹脂４１は、半導体素子３０の最高動作温度（消費電力が最大の時に動作温度）よりも高い融点温度を有する弾性樹脂から構成され、半導体素子３０の動作状態にかかわらず、半導体素子３０の上面部（頭部）を第１絶縁性樹脂基材１１に安定的に固定して支持する。具体的には、第１充填樹脂４１は、熱硬化型のエポキシ樹脂、好ましくはシリカ粉、臭化物、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）等の微粒子が分散された熱硬化型のエポキシ樹脂から構成される。第１充填樹脂４１は、好ましくは、ヤング率が０．３ＧＰａから２ＧＰａである。

第２充填樹脂４２は、キャビティ１４内の、半導体素子３０の側面とキャビティ１４の内側面との間、換言すると、この多層配線板１の基板面に垂直な方向に延びる空間に充填されている。第２充填樹脂４２は、多層配線板１の使用時に半導体素子３０の定格動作時に発生する熱によって融解可能な融点（例えば、４５℃〜７０℃）を有する熱可塑性樹脂、好ましくはポリエチレングリコールから構成される。

このような構成の多層配線板１において、半導体素子３０が動作を開始して、熱を発すると、キャビティ１４内の温度は徐々に上昇する。そして、キャビティ１４内の温度が、第２充填樹脂４２の融点温度より高くなると、第２充填樹脂４２が溶融し、この溶融のために、多量の熱を吸収する。

さらに、溶融した第２充填樹脂４２が、その粘度にもよるが、半導体素子３０が発生した熱を吸収して第１絶縁樹脂基材１１の近傍及び第２の基板２０の近傍に移動し、放熱して冷却されるという対流現象を起こす。即ち、半導体素子３０で発生した熱を第１絶縁樹脂基材１１の近傍及び第２の基板２０の近傍に運搬し、導体パターン１１１，２１２等を介して効率良く放熱する。

また、第１充填樹脂４１により、半導体素子３０が固定及び支持される一方で、半導体素子３０の側面等には、液化した第２充填樹脂４２が充填されている。従って、半導体素子３０からの熱などの要因により、多層配線板１を構成する各部が膨張・収縮した場合や、樹脂等に含まれている湿分或いは吸収された湿分が膨張・収縮した場合であっても、応力が緩和される。よって、半導体素子３０と接続用パッド２１１との接続部分への応力が抑制され、電気的接続及びその信頼性を確保することができる。

一方、半導体素子３０が動作を停止して、第２充填樹脂４２が冷却されると、第２充填樹脂４２はほぼ元の形状に再び凝固する。

以上説明したように、この第２の実施の形態によれば、第２充填樹脂４２が溶融することにより、放熱と応力の緩和とを共に効率よく実現することができる。

なお、半導体素子３０の定格動作（定格消費電力）状態において、第２充填樹脂４２が対流が起こる程度に完全に溶融している必要はない。温度上昇に伴って、その粘度が低下し、より対流が起こるような構成ならばよい。

次に、図４乃至図７を参照して、多層配線板１の製造方法を説明する。

（１）第１の基板１０の作成
ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂をガラス織布等の心材に含浸させたプリプレグである樹脂絶縁層の片面又は主面に銅箔が貼り付けられた絶縁性樹脂基材を用意する。続いて、銅箔を予め定められているパターンにパターニングする。

続いて、絶縁性樹脂基材を積層して加熱プレスすることにより、図４（ａ）に示すように多層化し、第２絶縁性樹脂基材１２を形成する。

なお、絶縁性樹脂としては、前述のように、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が使用可能であり、心材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布、アラミド不織布などを使用可能である。従って、絶縁性樹脂基材は、例えば、ガラス布エポキシ樹脂基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド樹脂基材などから選択された硬質の樹脂基材から構成される。ただし、これらに限定されるものではなく、フェノール樹脂基材などでもよい。さらに、一般的に配線板に使用されるものを用いることができる。例えば、両面又は片面銅張り積層板や、金属膜を有しない樹脂板、樹脂フィルム、又はこれらの複合材料の片面または両面に金属箔を貼り付けたものが使用可能である。

また、積層される各樹脂基材は、前述のように、その厚さが２０〜３５０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが２０μｍ未満では、層間の絶縁性の確保が困難になり易い。一方、厚さが３５０μｍを超えると、層間の接続を確保することが困難になる。

また、銅箔は、前述のように、その厚さが５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。厚さが５μｍ未満では、後述するレーザ加工により、第１絶縁性樹脂基材１１にビア用の開口を形成する際に、開口周縁の銅箔が変形する虞があり、導体回路を形成し難くなる。一方、厚さが２０μｍを超えると、エッチングにより、微細な線幅の導体回路パターンを形成し難い。

なお、より厚い銅箔をメッキ等で形成し、これをハーフエッチング処理することにより、その厚さを適宜調整してもよい。この場合には、銅箔の厚みに、上記の数値より大きいものを用いて、エッチング後の銅箔の厚さが、５〜２０μｍとなるように調整したものであることが望ましい。

樹脂絶縁層の両面に銅箔を張り付けた両面銅張積層板を用いる場合には、それぞれの銅箔の厚さは、上記の範囲内であるが、両面で厚さが異なってもよい。これにより、基板としての強度を確保して後工程での処理を阻害しないようにすることができる。

このようにして形成した樹脂基材の所定の領域を、ザグリ加工、パンチング、レーザ加工などにより除去して、図４（ｂ）に示すように、開口１２ａを有する第２絶縁性樹脂基材１２を形成する。

また、一方で、第１絶縁性樹脂基材１１を用意し、ビア形成予定位置に、パンチング、ドリル、レーザ加工などにより、ビアホール１１３を形成する。続いて、全体に銅メッキを施し、さらに、この銅メッキをパターニングすることにより、図５（ａ）に示すように、導体パターン１１１，１１２と、ビア１１４が形成された第１絶縁性樹脂基材１１が形成される。

また、層間絶縁体１３についても、ザグリ加工、パンチング、ドリル、前述したレーザ加工などにより、図５（ｂ）に示すように、開口１３ａを形成する。

なお、第２絶縁性樹脂基材１２及び層間絶縁体１３の開口の高さ、すなわちキャビティ１４の高さは、収容される半導体素子３０自体の厚さ及び封止樹脂３１５の厚さに応じて決定される。これにより、半導体素子３０は、キャビティ１４に全体が収容されて、傾きも抑制される。第２絶縁性樹脂基材１２及び層間絶縁体１３の開口１２ａ、１３ａのサイズ、すなわちキャビティ１４のサイズは、収容される半導体素子３０の寸法より大きくなるように形成される。これにより、半導体素子３０の周囲、すなわち半導体素子３０と第１の基板１０との間に空隙１４ａを形成するための領域を形成する。また、半導体素子３０とのクリアランスが確保されるので、半導体素子３０をキャビティ１４に収納した際の不具合を防止することができる。

導体パターン１１１及び１１２とビア１１４の形成された第１絶縁性樹脂基材１１と、開口１３ａの形成された層間絶縁体１３及び第２絶縁性樹脂基材１２を、順に、接着材層を介して、図５（ｃ）に示すように積層する。続いて、積層したものを圧着することにより、キャビティ１４の形成された第１の基板１０が得られる。ここで、接着剤層には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂との複合樹脂等、種々の接着剤を用いることができる。層間絶縁体１３を構成するプリプレグを第１絶縁性樹脂基材１１と第２絶縁性樹脂基材１２を接着する接着剤層として使用することもできる。

（２）第２の基板２０の作成
樹脂絶縁層の両面に銅箔が貼り付けられた絶縁性樹脂基材２１を用意する。絶縁性樹脂基材２１には、第１の基板１０の第１絶縁性樹脂基材１１と同じ材料を用いることができる。樹脂絶縁層は、単層でもよく、２層以上に積層して形成したものを用いることもできる。絶縁性樹脂基材２１には、上記両面銅張積層板だけでなく、片面のみに銅箔を貼り合わせた片面銅張積層板を用いることができる。

絶縁性樹脂基材２１の半導体素子３０に面する一方の面にレジストを塗布、露光、現像してパターニングした後、エッチングすることにより接続用パッド２１１を形成する。他面にも同様の処理を施し、導体パターン２１２を形成する。

続いて、レーザ源から発生させたレーザ光等により、絶縁性樹脂基材２１のビアホール形成位置に、他方の面側からビアホール２１４を形成する。そして、開口に銅めっきを形成するようにメッキレジストを設け、無電解めっきにより、開口に銅めっき膜を堆積させた後、メッキレジストを除去し、さらに開口の銅めっき膜上に半田を充填して、図６（ａ）に示すように、接続用パッド２１１と導体パターン２１２とを接続するビア２１３を形成する。

（３）半導体素子３０の準備
まず、半導体素子形成用のプリント配線板３１を用意する。プリント配線板３１は、図６（ｂ）に斜視図で、図６（ｃ）に図６（ｂ）のＡ−Ａ’線での断面図で示すように、例えば、スルーホールと連結されたボンディングパッド３１２及びバンプ電極３１４とＩＣチップ用ダイパッド３１３とを有する両面銅張積層板３１１から構成される。なお、ボンディングパッド３１２は、プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３と同一面に形成され、ＩＣチップ３２１、３２２との接続用のパッドであり、バンプ電極３１４は、プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３の反対面に形成され、第２の基板２０の接続用パッド２１１との接続用のパッドであり、スルーホールを介してボンディングパッド３１２に接続されている。

プリント配線板３１のＩＣチップ用ダイパッド３１３上に導電性を有する接着剤等により第１のＩＣチップ３２１をダイボンディングする。さらに、第１のＩＣチップ３２１上に接着材により第２のＩＣチップ３２２をダイボンディングする。これにより、図６（ｄ）に示すように、プリント配線板３１上に、第１と第２のＩＣチップ３２１と３２２を積層して配置する。さらに、図６（ｄ）に示すように、第１と第２のＩＣチップ３２１、３２２上のパッドとプリント配線板３１のボンディングパッド３１２とを金線等のボンディングワイヤ３２３により接続する。

その後、第１と第２のＩＣチップ３２１，３２２やボンディングワイヤ３２３などが露出しないように封止樹脂３１５により封止し、図６（ｅ）に示す半導体素子３０を形成する。封止方法としては、封止樹脂をポティングする方法やオーバーモールドする方法等を使用できる。
続いて、半導体素子３０の露出面のボンディングパッド３１２上に、金属バンプ、半田バンプ等の接続用の端子などを配置する。

（４）半導体素子３０の実装
上記工程で作成された第２の基板２０の絶縁性樹脂基材２１の接続用パッド２１１上に、半導体素子３０の接続パッド接続用の端子を配置させて接合させた後、絶縁性樹脂基材２１と半導体素子３０の間にアンダーフィル材３１６を塗布する等して、半導体素子３０を第２の基板２０に接続する。これにより、図６（ｆ）に示すように、第２の基板２０に半導体素子３０を実装する。

（５）第２充填樹脂４２で形成された枠４２ｆの半導体素子３０への装着
上記の各処理とは別個に、図７（ａ）に平面で示すような、第２充填樹脂４２により形成された枠４２ｆを準備する。枠４２ｆは、内径が封止樹脂３１５の外径に一致し、外径がキャビティ１４の内径に一致するサイズを有する。また、枠４２ｆの高さは封止樹脂３１５の高さとバンプ電極３１４の高さの和（即ち、半導体素子３０の高さ）以下である。

次に、この枠４２ｆを、第２絶縁性樹脂基材２１に固定された半導体素子３０に、図７（ｂ）に示すように装着する。

（６）第１充填樹脂４１の塗布
印刷やディスペンサにより、図８（ａ）に示すように、キャビティ１４内の底面（第１絶縁性樹脂基材１１の半導体素子３０に対向する面の中心部）に、第１充填樹脂４１を塗布する。塗布する代わりに、第１充填樹脂４１の粒やブロックを投入してもよい。

（７）第１及び第２の基板１０，２０の積層
第１の基板１０と第２の基板２０とを、図８（ｂ）に示すように、枠４２ｆが装着された半導体素子３０がキャビティ１４に収容されるように接着材層を介して積層及び位置合わせし、加熱しつつ圧着する。このとき、第１と第２充填樹脂４１，４２は熱により溶融され、半導体素子３０の外形とキャビティ１４の内形になじむように変形し、第１充填樹脂４１が、半導体素子３０の第１の基板１０と対向する面を含む頭部とキャビティ１４の内面との間隔を充填し、第２充填樹脂４２が、半導体素子３０の側面とキャビティ１４の内側面との間を充填する。

（８）ビア１０１の形成
上記レーザ加工により、第２の基板２０側から、ビア１０１形成用の貫通口を形成する。そして、上記の無電解めっきにより、ビア１０１形成用の貫通口に銅めっき膜を堆積させて、ビア１０１を形成する。
このようにして、半導体素子３０をキャビティ１４に収容して実装した図１に示す構成の多層配線板１が製造される。

上述したように、このようにして製造された多層配線板１では、キャビティ１４に収容された半導体素子３０の側面に第２充填樹脂４２が形成されているので、半導体素子３０からの熱による膨張、冷却による収縮などにより発生する応力が緩和される。そのため、半導体素子３０と第２の基板２０との接続部分の劣化などを抑えることができる。

また、第２の実施の形態によれば、第２充填樹脂４２が溶融することにより、半導体素子３０の発生する熱を効率よく吸収・放熱することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、その変形及び応用等は任意である。

第１充填樹脂４１は、図１に示すように、半導体素子３０の頭部が埋め込まれるように配置されることが、半導体素子３０の基板面に平行な方向の安定を確保するために望ましい。しかし、これに限定されず、例えば、図９（ａ）に示すように、半導体素子３０の上面と第１絶縁性樹脂基材１１との間のみに配置し、他の空間に第２充填樹脂４２を充填するようにしてもよい。また、図９（ｂ）に示すように、半導体素子３０の側面部にも第１の充填樹脂４１を配置してもよい。 さらに、図１０（ａ）に示すように、第１充填樹脂４１と第２充填樹脂４２に加えて、第３の充填樹脂４３を充填してもよい。

また、さらに、図１０（ｂ）に示すように、キャビティ１４内に空隙１４ａを配置するようにしてもよい。この空隙１４ａを配置する場合には、空隙１４ａと外部とに連通する貫通孔２１５を形成することが望ましい（必須ではない）。このような構成とすれば、湿分が加熱されて膨張した場合などに、貫通孔２１５を介してガスを外部に放出し、キャビティ１４内の圧力の上昇を抑えることが可能となる。

キャビティ１４内に第１充填樹脂４１，第２充填樹脂４２，第３充填樹脂４３を投入・配置する手法は、上述の方法に限定されず、任意の手法を利用可能である。例えば、キャビティ１４の底部に第１充填樹脂４１を塗布し、キャビティ１４の内側壁に第１充填樹脂４２を塗布し、この状態で、加熱しながら半導体素子３０をキャビティ１４内に挿入するようにしてもよい。

また、半導体素子３０を第２の基板２０に実装する方法は、フリップチップに限定されない。例えば、ＩＣチップ３２１をプリント配線板３１に接続する場合と同様に、ワイヤーボンディングにより半導体素子３０を第２の基板２０に接続してもよい。

また、図１１（ａ）に示すようなＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープ３３１にＩＣチップ３２１をマウントし、ＴＡＢテープ３３１上の電極３３２を第２の基板２０の接続用パッド２１１に接続する手法を採用してもよい。

また、図１１（ｂ）に示すように、第２の基板２０上に直接ＩＣチップ（ベアチップ）３２１をマウントする等してもよい。この場合、フリップチップ方式により、ＩＣチップ３１２の下面に形成した接続パッドを第２の基板２０上の接続パッドに直接接続してもよい。また、ＩＣチップ３２１を第２の基板２０に接着剤によりダイボンディングし、第２の基板２０上の接続用パッド２１１とＩＣチップ３１２の接続パッドとを金線などのワイヤーでワイヤボンディング方式により接続する。

なお、第１絶縁性樹脂基材１１，第２絶縁性樹脂基材１２、及び第２の基板２０としては、特に、エポキシ樹脂をガラス織布に含浸させてガラス転移させたＢステージのプリプレグと、銅箔とを積層して加熱プレスすることにより得られる片面または両面銅張積層板又はその積層体を用いることが望ましい。銅箔をエッチングした後の取り扱い中に第１絶縁性樹脂基材１１の変形が防止されるので、第１絶縁性樹脂基材１１に形成された導体回路パターンやビアの位置がずれることがなく、位置精度に優れるからである。各基材又は基板は、多層板に限らず、単層板でもよい。

上記実施の形態では、第２の基板２０に接続用パッド２１１を形成し、この接続用パッド２１１に半導体素子３０を固定した後で、第１の基板１０に固定したが、半導体素子３０の固定方法や組み立て手順は任意である。例えば、図１２（ａ）に示すように、第１の基板１０のキャビティ１４内に第１と第２充填樹脂４１，４２を配置し、続いて、半導体素子３０を配置する。続いて、絶縁性樹脂基材２１をキャビティ１４を塞ぐように配置して、加熱圧着することにより、図１２（ｂ）に示すように、半導体素子３０をキャビティ１４に収容してもよい。

この場合、例えば、図１３（ａ）に示すように、レーザなどでビアホール２１４を加工し、さらに、図１３（ｂ）に示すように、絶縁性樹脂基材２１の表面及びビアホール２１４内にメッキを施して銅メッキ層２３１を形成し、これをパターニングすることにより、導体パターン２１２とビア２１３とを形成するようにしてもよい。この構成の場合には、ビア２１３が半導体素子３０のバンプ電極３１４に直接接続される。

また、図１４に拡大して示すように、ビア２１３内に半田２３２を充填してもよい。この場合には、ビア２１３が半導体素子３０のバンプ電極３１４に直接接続される。

上記実施の形態においては、多層配線板１のキャビティ１４内に、２つのＩＣチップ３２１、３２２を含む１つの半導体素子３０を収容する例を示したが、キャビティ１４に収容される電子部品の種類や数に制限は無い。例えば、コンデンサ、インダクタンス等の電子部品でもよく、これらの組み合わせをキャビティ１４内に収納してもよい。また、収納される電子部品が、１つのモジュールにモジュール化されている必要はなく、図１５（ａ）に示すように、複数の電子部品モジュールをキャビティ１４内に配置してもよい。図１５（ａ）には、３つのモジュール化された電子部品３０ａ，３０ｂ，３０ｃをキャビティ１４内に配置する例を示す。この構成の場合、各モジュール３０ａ〜３０ｃの少なくも頭部の一部が、第１充填樹脂４１により固定され、モジュール３０ａ〜３０ｃ相互の間及び、モジュール３０ａ〜３０ｃとキャビティ１４の内面との間に第２充填樹脂４２又は空隙１４ａが形成されることが望ましい。

また、図１５（ｂ）に示すように、複数の電子部品３２１ａ，３２２ａ〜３２２ｃをプリント配線板３１に配置し、これをモールドして１つの電子部品モジュールとし、これをキャビティ１４内に配置するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、ビア１１４、２１３、１０１の形成に際して、無電解めっきにより、ビアホール１１３、２１４に銅めっき膜を堆積した。しかし、堆積される金属めっき膜は、銅に限定されず、金、銀、亜鉛、鉄、ニッケル等であってもよい。めっきは、無電解めっきに限定されず、電解めっきを用いることもできる。金属膜を堆積する方法は、めっきに限定されず、真空蒸着、スパッタ蒸着、分子線エピタキシ、イオンプレーティング、ＣＶＤ等を用いることができる。

その他、キャビティ１４内の半導体素子３０の周囲に間隙を形成しつつ種々の変形及び応用が可能である。

本発明の実施の形態に係る多層配線板の構成を示す断面図である。 図１に示す多層配線板のキャビティを中心とする構成を示す平面図である。 多層配線板に半導体素子などの電子部品を付加した構成を例示する断面図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第２絶縁樹性脂基材の製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第１の基板の製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第２の基板に半導体素子を取り付ける製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、半導体素子に第２充填樹脂を取り付ける製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法を示す概略図であり、特に、第１の基板と第２の基板とを接合する製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の変形例を示す概略断面図であり、充填樹脂の配置を異ならせた例を示す図である。 図１の多層配線板の変形例を示す概略断面図であり、（ａ）は、第３の充填樹脂を配置した例、（ｂ）は、キャビティ内に空隙を配置した例を示す図である。 第２の基板に半導体素子を固定する手法を例示する図である。 図１の多層配線板の製造方法の変形例を示す概略図であり、第１の基板と第２の基板を接合した後に、第２の基板にビアや導体パターンを形成する製造工程を示す図である。 図１の多層配線板の製造方法の変形例を示す概略図であり、第１の基板と第２の基板を接合した後に、第２の基板にビアや導体パターンを形成する製造工程を示す図である。 ビアに半田を充填した例を示す図である。 キャビティに収容する電子部品の応用例を示す図であり、（ａ）は複数の電子部品モジュールを収納する例、（ｂ）は、１つの電子部品モジュールに複数の電子部品（素子）を配置する例を示す。

符号の説明

１ 多層配線板
１０ 第１の基板
１１ 第１絶縁性樹脂基材
１２ 第２絶縁性樹脂基材
１３ 層間絶縁体
１４ キャビティ
１４ａ 空隙
２０ 第２の基板
２１ 絶縁性樹脂基材
３０ 半導体素子
３１ プリント配線板
４１ 第１充填樹脂
４２ 第２充填樹脂
４３ 第３充填樹脂
１０１ ビア
１１１、１１２ 導体パターン
１１３ ビアホール
１１４ ビア
１２１〜１２４ 導体パターン（配線層）
２１１ 接続用パッド
２１２ 導体パターン（配線層）
２１３ ビア
２１４ ビアホール
２１５ 貫通孔
２３１ 銅メッキ層
３１１ 両面銅張積層板
３１２ ボンディングパッド
３１３ ＩＣチップ用ダイパッド
３１４ バンプ電極
３１５ 封止樹脂
３１６ アンダーフィル材
３２１，３２２ ＩＣチップ
３２３ ボンディングワイヤ
３３１ ＴＡＢテープ
３３２ 電極

Claims (12)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に形成されたキャビティに収容された半導体素子と、
   前記キャビティ内に充填された二種類以上の充填樹脂と、
   前記第１の基板に、前記キャビティを塞ぐように積層され、前記半導体素子に接続される第２の基板と、
   を備え、前記キャビティ内に前記充填樹脂により空隙が形成されていることを特徴とする多層配線板。
2. 前記二種類以上の充填樹脂のうち、一の充填樹脂が、前記半導体素子と前記第１の基板との間に充填され、他の一の充填樹脂が、前記半導体素子の側面に充填されている、ことを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記他の一の充填樹脂の弾性率は、前記一の充填樹脂の弾性率よりも低い、ことを特徴とする請求項２に記載の多層配線板。
4. 前記一の充填樹脂の融点温度は、前記他の一の充填樹脂の融点温度よりも高い、ことを特徴とする請求項２に記載の多層配線板。
5. 前記一の充填樹脂は、前記半導体素子の動作温度よりも高い融点温度を有し、前記半導体素子を固定及び支持し、
   前記他の一の充填樹脂の融点温度は、前記半導体素子の動作温度よりも低い融点温度を有し、前記半導体素子の定格動作温度において溶融する、ことを特徴とする請求項２、３又は４に記載の多層配線板。
6. 前記半導体素子が、前記第２の基板に、ワイヤーボンディング、ＴＡＢ、フリップチップ、ベアチップ接続のいずれかにより接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多層配線板。
7. 前記半導体素子が、前記第１の基板と対向する面と側面とが封止樹脂により封止されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の多層配線板。
8. 前記二種類以上の充填樹脂のうちの一の充填樹脂が、微粒子が分散されたエポキシ樹脂から構成され、他の一の充填樹脂がポリエチレングリコールから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の多層配線板。
9. 前記第２の基板に、前記半導体素子と接続するための接続パッドが形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の多層配線板。
10. 前記第２の基板に、前記半導体素子の発生する熱を放熱する放熱部が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の多層配線板。
11. 前記第２の基板には、半導体素子の接続部に繋がるビアが形成されており、前記半導体素子は、前記ビアを介して前記第２の基板に形成された配線層に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の多層配線板。
12. キャビティが形成された第１の基板を用意し、
    前記キャビティに二種類以上の充填樹脂を配置して、半導体素子が接続された第２の基板を、前記半導体素子が前記キャビティに収容されるように前記第１の基板に積層するとともに、
    前記キャビティ内に前記充填樹脂により空隙を形成する、
    ことを特徴とする多層配線板の製造方法。

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