(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体素子のＩ／Ｏ数増大に伴うチップキャリアの配線高密度化を歩留り損失の増加なく、実現する相互接続構造を提供する。【解決手段】相互接続構造は、第１の表面及び第２の表面を有する絶縁ウェブ３８と、前記絶縁ウェブ３８に固定された論理素子４０と、フレームパネルアセンブリ３７とを含み、前記フレームパネルアセンブリ３７は、第１の表面及び第２の表面を有するフレームベース１２と、前記フレームベース１２及び前記絶縁ウェブ３８の間に配設された第１のフレーム絶縁層２２と、前記フレームベース及び第１のフレーム絶縁層を通って伸長し、前記論理素子の少なくとも一部が、その内部に配設される開口部と、前記フレームベース上に配置された第１の導電層１８及び第１のフレーム絶縁層２２上に配置された第２の導電層の間に配設された第１のフレームコネクタとを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び第２の表面を有する絶縁ウェブと、
前記絶縁ウェブの第２の表面に固定された論理素子と、
前記絶縁ウェブを支持するフレームアセンブリを含む相互接続構造であって、前記フレームアセンブリは、
第１の表面、第２の表面及びフレーム開口部を画成する内側を向いた表面を有するフレームベースであって、前記フレーム開口部は、当該フレームベースを通って伸び、前記論理素子の少なくとも一部は、前記開口部内に配設されるフレームベースと、
前記フレームベースの第１の表面上に配置された第１の導電層とを含み、前記相互接続構造は、さらに、
前記論理素子が、その内部を通って、第１の導電層と連通できるように動作できる素子コネクタを含む、相互接続構造。
【請求項２】
前記絶縁ウェブは高分子膜である、請求項１記載の相互接続構造。
【請求項３】
前記フレームアセンブリは、前記フレームベースの第１の表面と前記絶縁ウェブとの間に配設された第１のフレーム絶縁層をさらに含む、請求項１記載の相互接続構造。
【請求項４】
第１のフレーム絶縁層は、第１の表面及び第２の表面を含み、
前記フレームアセンブリは、
第１の表面及び第２の表面を有する第２のフレーム絶縁層であって、当該第２のフレーム絶縁層の第２の表面に、第１のフレーム絶縁層の第１の表面が固定される第２のフレーム絶縁層と、
第１のフレーム絶縁層上に配置された第２の導電層と、第２のフレーム絶縁層上に配置された第４の導体との間の第２のフレームコネクタとをさらに含む、請求項３記載の相互接続構造。
【請求項５】
フレームアセンブリを含む製品であって、
前記フレームアセンブリは、
第１の表面及び第２の表面を有し、かつ、導電性であるフレームベースと、
前記フレームベースの第１の表面上に配設された第１のフレーム絶縁層と、
前記フレームベースを貫通するフレーム開口部と、
第１のフレーム絶縁層上に配設されたフレーム導電層と、
前記フレームベースによって、前記フレーム導電層の少なくとも一部と連通する状態で支持されるフレームコネクタと、を含み、前記製品は、
第１の表面及び第２の表面を有する絶縁ウェブと、
前記絶縁ウェブによって支持された絶縁ウェブ導電層と、
前記絶縁ウェブに支持され、かつ、前記フレーム開口部内に配設される論理素子と、
前記絶縁ウェブ導電層、前記フレーム導電層に連通したフレームコネクタ及び前記絶縁ウェブ導電層に連通する素子コネクタとを含む、製品。
【請求項６】
前記論理素子は光学素子であり、前記フレームコネクタ及び素子コネクタは、光伝送性であり、前記フレーム導電層及び前記絶縁ウェブ導電層は導波管を含む、請求項５記載の製品。
【請求項７】
ウェブと、当該ウェブに固定された論理素子とを支持するフレームと、
前記フレームによって支持された光回路又は電子回路と、を含む電子構成要素であって、前記支持された光回路又は電子回路は、前記論理素子と連通する、電子構成要素。
【請求項８】
電気素子コネクタをさらに含み、当該電気素子コネクタを介して、前記論理素子は前記電子回路と連通する、請求項７記載の構成要素。
【請求項９】
光学素子コネクタをさらに含み、当該光学素子コネクタを介して、前記論理素子は前記光回路と連通する、請求項７記載の構成要素。
【請求項１０】
前記フレームは、導電層性であり、かつ、前記フレームの表面に配設されて前記電子回路に隣接する誘電体層をさらに含む、請求項７記載の構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互接続構造に関する実施形態を含む。前記相互接続構造は、電気的であっても又は光学的であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
ＥＣＢＵ（Embedded Chip Build-Up）技術又はＣＦＢＵ（Chips First Build-Up）技術と呼ばれる現在の埋め込みチッププロセスにおいて、裸のチップは、外周又は周辺Ｉ／Ｏパッドと共に又は上面に分散されたＩ／Ｏパッドの配列と共に、はんだ接合又はワイヤボンディングのいずれも必要とすることなく、高密度相互接続構造内にパッケージ化される。ＥＣＢＵ又はＣＦＢＵプロセスは、複雑な半導体チップと、印刷回路基板などの広範囲のアセンブリに適合する大きな導体パッドとを相互接続するチップキャリアを形成するものである。
【０００３】
半導体素子は、Ｉ／Ｏ数（４０００乃至８０００又はそれ以上）を増やし続けながら製造され続けている。ＣＦＢＵ技術は、これらのますます複雑になる半導体素子に適用されるため、対応して増大するチップのルーティング要件により、追加のルーティング層及びより薄い導体線の少なくともいずれかを利用することと、その線間の空間を利用することを強いられている。同一の特徴寸法でさらなるルーティング層を追加することと、より小型の特徴物により多くのラインを配線することとが相まって、歩留り損失を増加させる可能性がある。ＣＦＢＵ技術では、チップがキャリアに収容されるまで、相互接続層や、この相互接続層に対応するライン、空間及び層間ビアを形成しないため、歩留り損失の増加は、多数の高価なチップが廃棄されるというリスクを増大する。また、減結合コンデンサは、しかるべく効果的であるためには、高速切り替えプロセッサに近いものでなければならない。例えば、１ｍｍ未満の薄い輪郭を有するＣＦＢＵキャリアでは、２ｍｍ以上の輪郭を有する業界標準のフリップチップ積層キャリアと比べると、当該キャリア内に必要な離散的減結合コンデンサを搭載する空間が十分でない可能性がある。また、ピングリッドアレイのピンの機械的強度は、ボールグリッドアレイのはんだボールよりも低い。
【特許文献１】米国特許第号５８８８８３７号明細書
【特許文献２】米国特許第号５９４６５４６号明細書
【特許文献３】米国特許第６２３９４８２号明細書
【特許文献４】米国特許第６９９４８９７号明細書
【特許文献５】米国特許第５１６９６７８号明細書
【特許文献６】米国特許第５１６９９１１号明細書
【特許文献７】米国特許第６２３９９８０号明細書
【特許文献８】米国特許第６４７５８７７号明細書
【特許文献９】米国特許第６２４２２８２号明細書
【特許文献１０】米国特許第６３９６１５３号明細書
【特許文献１１】米国特許第５３５３４９８号明細書
【特許文献１２】米国特許第５５２７７４１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５４９７０３３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５３５３１９５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５８６６９５２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４７８３６９５号明細書
【特許文献１７】米国特許第４９８１８１１号明細書
【特許文献１８】米国特許第４９３３０４２号明細書
【特許文献１９】米国特許第４８９４１１５号明細書
【特許文献２０】米国特許第５４５２１８２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、本発明は、ウェブと、当該ウェブに固定された論理素子とを支持することができるフレームを含む電子構成要素を提供する。フレームは、光回路又は電子回路を支持し、支持された前記光回路又は電子回路が前記論理素子と通信する。
【０００５】
一側面において、電子回路は、コンデンサや、インダクタや、抵抗などの受動電子構成要素を含む。他の側面において、光回路は、ビームスプリッタ、ミラー及び格子などを含む。フレームは、他の要素と組み合わされて、電子パッケージを形成することができる。
【０００６】
一実施形態では、本発明は、相互接続構造を提供し、前記相互接続構造は、第１の表面及び第２の表面を有する絶縁ウェブと、前記絶縁ウェブの第２の表面に固定された論理素子と、フレームパネルアセンブリとを含み、前記フレームパネルアセンブリは、第１の表面及び第２の表面を有するフレームベースと、前記フレームベースの第１の表面及び前記絶縁ウェブの第２の表面の間に配設された第１のフレーム絶縁層と、前記フレームベース及び第１のフレーム絶縁層を通って伸長し、その内部に、前記論理素子の少なくとも一部が配設される開口部と、前記フレームベースの第１の表面に配置された第１の導電層及び第１のフレーム絶縁層の表面に配置された第２の導電層の間に配設される第１のフレームコネクタとを含み、前記相互接続構造は、さらに、前記論理素子の表面上のＩ／Ｏ接点及び前記絶縁ウェブの表面に配置された第３の導体の間に配設される素子コネクタと、前記絶縁ウェブの表面に配置された第３の導体及び第１のフレーム絶縁層の表面に配置された第２の導電層の間に配設される絶縁層コネクタとを含む。
【０００７】
他の実施形態では、本発明は、第１の表面及び第２の表面を有する絶縁ウェブと、前記絶縁ウェブの第２の表面に固定された論理素子と、フレームパネルアセンブリであって、第１の表面及び第２の表面を有するフレームベースと、前記フレームベースの第１の表面及び前記絶縁ウェブの第２の表面の間に配設された第１のフレーム絶縁層と、前記フレームベース及び第１のフレーム絶縁層を通って伸長し、その内部に、前記論理素子の少なくとも一部が配設される開口部と、前記フレームベース及び第１のフレーム絶縁層の間に配設される第１のフレームコネクタとを含むフレームパネルアセンブリと、前記論理素子及び前記絶縁ウェブの間に配設される素子コネクタと、前記絶縁ウェブ及び第１のフレーム絶縁層の間に配設される絶縁層コネクタとを含む製品を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、相互接続構造に関連する実施形態を含む。この相互接続構造は、集積されたフレームアセンブリを備えることができる。相互接続構造は、光学的又は電気的なものであってよい。
【０００９】
本明細書で使用されるような受動部品又は受動素子は、電気エネルギを消費する（ただし、生成することはない）構成要素又は電力の取得を行うことができない構成要素である。受動的でない構成要素は、能動部品とよばれる。全体が受動部品で構成される回路も受動的である（かつ、受動部品と同じ特性を有する）と見なされる。この定義において、受動部品には、コンデンサ、インダクタ、抵抗、変圧器、電圧源及び電流源などがある。能動部品としては、１以上のトランジスタを有する構成要素、中継器、グロー放電管、定電圧放電管、トンネルダイオード及び同様の素子などが挙げられる。文脈又は用語に特別な指示がない限り、「絶縁性」という用語は電気的絶縁性を意味し、「導電性」という用語は、導電層性を意味する。「相互接続層」は、少なくとも１つのビアと、少なくとも１つの回路又は回路上のコネクタとを有する絶縁層である。
【００１０】
図１及び図２を参照すると、相互接続中間構造２が示されている。この中間構造２（図１）を変更して、本発明の一実施形態に係るフレーム１０（図２）を作製する。このフレームは、第１の表面１４及び第２の表面１６を有するフレームベース１２を含む。第１の導電層１８は、前記フレームベースの第１の表面に固定される。フレーム接着層２０は、第１のフレーム絶縁層２２をフレームベースに固定すると共に、第１の導電層の少なくとも一部に重畳する。フレーム接着層は、判りやすくするため、いくつかの図面には示していない。第１のフレーム絶縁層は、外側を向いた第１の表面２４と、内側を向いた第２の表面２６とを備える。第２の導電層２８は、第１のフレーム絶縁層の第１の表面上に配置される。
【００１１】
図２を参照すると、ビア３０が形成されて、フレーム接着層及び第１のフレーム絶縁層を通って伸張している。このビアに、導電層性材料を充填して、第１のフレームコネクタ３２を形成する。第１のフレームコネクタは、フレーム接着層及び第１のフレーム絶縁層を介して、フレームベースの第１の表面上に設けられた第１の導電層と連通できるようにするものである。導電性配線又は接点３４は、第１のフレーム絶縁層の外側を向いた表面上に形成される。フレームベースは、当該フレームベースを通って広がるフレーム開口部３６を画成する内部表面３５を有する。
【００１２】
図３は、フレームアセンブリ３７の断面透視図で、このフレームアセンブリ３７は、図２のフレーム（正確な尺度ではない）と、絶縁接着層３９によって前記フレームに固定される絶縁ウェブ３８とを含む。絶縁ウェブはフレーム開口部の開放端を超えて伸び、そうでなければ開いたままの開放端を閉じて、ネスト又は窪みを形成する。論理素子４０は、フレーム開口部内で、フレームベースの内側を向いた表面から間隔をあけて絶縁ウェブに取り付けられた状態で図示されている。論理素子は、第１の表面４２及び第２の表面４４を有する。論理素子の第１の表面は、Ｉ／Ｏ接点４６を含む。論理素子のＩ／Ｏ接点は、絶縁ウェブの内側を向いた表面上又は絶縁ウェブ接着層が絶縁ウェブの内側を向いた表面上に延びている場合は、その絶縁ウェブ接着層の内側を向いた表面上で、対応する接着パッド（図示せず）などと電気的に結合する。堀割り溝又は隙間４８は、論理素子の表面及びフレームベースの内側を向いた表面によって画成される。参照番号４９は、絶縁ウェブの外側を向いた表面を表している。
【００１３】
代替のフレームは、単一体とすることができるが、図示したフレームは、フレームベースと、フレーム絶縁層と、これらを接着するフレーム接着層とを含む。金属化層、回路及び受動部は、実施形態によっては、前述したいずれかの部材に組み込まれるか埋め込まれても又はその両方であってもよい。
【００１４】
フレームベースは、金属、セラミック又は高分子材料から選択された材料で形成することができる。好適な高分子材料としては、ポリイミドや、ＲＯＭＰ可能単量体や、エポキシ樹脂などが挙げられる。高分子材料は、補強充填剤を含んでもよい。このような充填剤は、繊維又は小さい無機粒子を含むことができる。好適な繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維であってよい。好適な粒子としては、シリカや、炭化ケイ素や、窒化ホウ素や、酸化アルミニウムや、窒化アルミニウムなどが挙げられる。高分子材料から形成する場合、フレームベースは、成形構造又は鋳造構造であってよい。好適な成形技術としては、レジンインジェクション成形及びバルク成形などが挙げられる。
【００１５】
フレームベースは、所望の熱膨張係数、剛性又は他の所望の機械的、電気的、温度的特性に基づいた特定の設計に対応して選択される材料を含む。フレームベースが導電層性である場合は、フレームベースの表面に、誘電性又は電気絶縁性保護膜を塗布することができる。好適な導電層性フレーム材料は、金属であってよい。フレームベースとして利用するのに適した金属は、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、鉄、銅又はスズから選択されてよい。これに代わる構成として、金属は、合金又は金属複合材料であってよい。好適な合金及び複合材料としては、例えば、ステンレス鋼又はＣｕ：Ｉｎｖａｒ：Ｃｕが挙げられる。好適な電気絶縁性保護膜材料は、セラミック材料、高分子材料又はエナメルであってよい。保護膜材料は、熱膨張率のマッチング、保護膜の誘電特性、接着剤及び互いに関連して利用される材料の他の特性に基づいて選択することができる。電気絶縁性保護膜材料は、導電性配線と、フレームベース上に支持された電子デバイスとを絶縁することができる。
【００１６】
フレームベース及び絶縁層の材料は、使用中のフレームベースのゆがみを防止するように選択されなければならない。フレームベース材料は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が、本構造の組み立てに利用される１以上の構成要素のＣＴＥとほぼ一致するように選択しなければならない。半導体キャリアは、有機プリント回路基板に固定することもできる。このようなプリント回路基板は、約１５ｐｐｍ／℃〜約２０ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを持っていてよい。絶縁層のＣＴＥが、回路基板のＣＴＤよりも高い場合は、フレームベースがゆがんで凹状になる可能性がある。絶縁層のＣＴＥの方が低い場合は、フレームベースがゆがんで凸状になる可能性がある。比較的増加したヤング率を有するようにフレームベースを選択することで、ゆがみが生じる危険性は抑制できるが、フレームベース上の応力とひずみが比較的高くなる可能性がある。また、絶縁層のヤング率と、硬化中の絶縁層の収縮率とのうちの少なくともいずれかが低くなるように絶縁層を選択することで、ゆがみが生じる危険性及び応力やひずみを抑制することができる。
【００１７】
フレームベースひいてはフレームは、開放部又は開口部を画成する内側を向いた表面を有する。フライス加工、機械的スタンピング加工、レーザ切断、ウォータージェット法、ウェットエッチング、レーザーアブレーション、打抜き加工又はドライエッチングで、フレームベース内に開口部を形成することができる。論理素子は、開口部内において絶縁ウェブ上に支持することができる（さらなる詳細については下記で説明する）。開口部は、フレーム絶縁層、フレーム接着層、第１の導電層及び他の構成要素の追加前又は追加後に形成してよい。
【００１８】
第１の導電層は、フレームベース第１の表面の少なくとも一部の上に形成される金属被膜平面であってよく、この金属被膜平面は、任意構成として、フレームベース第２の表面のうちの少なくとも選択された部分にも形成されてよい。第１の導電層は、基準面として機能できる連続した金属面である。この基準面は、接地面又は電力面であってよい。代替の構成として、第１の導電層は、分割された金属面であってよい。フレーム絶縁層の第１の表面上の金属被覆は、信号ルーティング層として利用できる一方で、フレームベースの第１の表面上の金属被覆を、接地基準面として利用してもよい。絶縁ウェブの第１の表面上の金属被覆は、第２の信号ルーティング層又は電圧面に利用されるような第２の基準平面のいずれかとして利用することができる。フレーム絶縁層上の接地基準及び絶縁ウェブ上の基準電圧面は両方とも、１つの固体電圧面又は、高性能の論理素子に求められることがある、複数の独立した基準面を有する平面として利用することができる。信号層、電圧基準層及び信号ルーティング面と基準面の両方を含む層についての他の多数の構成は、特定の回路要件によって求められる必要性に応じて構成することができる。
【００１９】
導電層の形成に利用するのに適した材料は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ及びＴｉのうちの１以上を含むことができる。導電層は、フレームベース、フレーム絶縁層及び絶縁ウェブのうちの少なくともいずれかの表面に、電気メッキや、スパッタリングや、無電解メッキによって塗布されてよい。一実施形態では、導電層は、有機金属前駆体の分解によって形成される元素金属であってよい。フレームベースは、導電層との接着状態を改善する結束層を有することができる。結束層としての利用に適した材料としては、ポリイミド、エポキシ樹脂及びシリコーンを挙げることができる。
【００２０】
フレーム接着層は、第１のフレーム絶縁層の第２の表面に対して、フレームベースの表面に対して又はサンドイッチ構造として塗布することができる。塗布方法としては、スピンコーティング、スプレイコーティング、ローラーコーティング、メニスカスコーティング、パターン印刷蒸着、噴射又は他の分配方法によるものなどが挙げられる。フレーム絶縁層は、第１のフレーム絶縁層にフレーム接着剤が塗布された後、フレームベースの第１の表面上に、当該第１の表面と接触して配置される。フレーム接着層は、第１のフレーム絶縁層とフレームベースの第１の表面とを接着するために、完全に硬化されてよい。接着層に利用するのに適した材料としては、熱硬化接着剤又は放射線硬化接着剤を挙げることができる。他の好適な接着剤としては、熱可塑性樹脂接着剤、水硬化性接着剤、空気硬化性接着剤がある。接着層は、熱硬化しても又は熱と放射線の組み合わせによって硬化してもよい。熱硬化性である場合、適切な硬化温度は、約１００℃〜約２００℃の範囲内である。放射線硬化性である場合、好適な放射線は、紫外線（ＵＶ）光、電子ビーム及びマイクロ波放射線の少なくともいずれかを含むことができる。
【００２１】
揮発分が存在する場合は、部分真空を利用して、硬化中に接着剤から揮発分を除去することができる。好適な接着剤の例としては、熱硬化性重合体及び放射線硬化性重合体を、それぞれ適切な硬化剤、硬膜材及び添加剤などと組み合わせたものが挙げられる。好適な熱硬化性重合体としては、エポキシ樹脂や、シリコーンや、アクリレートや、ウレタンや、ポリエーテルイミドや、ポリイミドや、もしくはこれらの２種以上の混合物が挙げられる。市販されている好適なポリイミドには、ＣＩＢＡ  ＧＥＩＧＹ  ４１２（Ｃｉｂａ  Ｇａｉｇｙ社製）、ＡＭＯＣＯ  ＡＩ−１０（Ａｍｏｃｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製）及びＰＹＲＥ−ＭＩ（Ｅ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社製）がある。ＣＩＢＡ  ＧＥＩＧＹ  ４１２は約３６０℃のＴgを有する。
【００２２】
絶縁層（又はウェブ）に接着剤層を塗布する適切な方法は、スプレイコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、メニスカスコーティング、ディップコーティング、転写式塗布、噴射、液滴分注、パターン印刷蒸着、スクリーン印刷及びドライフィルムラミネートなどである。接着剤層は、約５μｍを超える厚さを有し得る。一実施形態では、接着剤層は、約５μｍ〜約１０μｍ、約１０μｍ〜約２０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３０μｍ〜約４０μｍ、約４０μｍ〜約５０μｍ又は約５０μｍを超える範囲の厚さを有し得る。代替の実施形態では、接着剤層は、追加の絶縁層の表面に塗布できる既製の粘着性フィルムであってよい。他の代替実施形態では、熱硬化接着剤がＢ段階に硬化する間、層を所定の位置に保持するように、いくつかの粘着箇所に、感圧性接着剤などの混合接着剤材料が利用される。
【００２３】
フレーム絶縁層は、有機誘電体膜又は支持ウェブであってよい。本明細書で用いられる膜又はウェブは、自立形ではない柔軟なシートである。膜は、０．２ｍｍ未満の厚さを有する。膜は、実施形態によっては、連続したものであってよいし、他の実施形態では、不連続であってよい。この膜は、例えば、繊維材料を用いて強化することができる。また、膜は、複数の下位層を含むことができ、これらの下位層は、互いに異なる組成及び特性を有することができる。例えば、１つの下位層は、寸法安定性を提供することができ、他のものが、静電放電、熱伝導又は高誘電特性を提供することができる。フレーム絶縁層として用いるのに適した材料は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、液晶高分子、ビスマレイミド・トリアジン樹脂（ＢＴ樹脂）、エポキシ樹脂又はシリコーンのうちの１種以上を含むことができる。フレーム絶縁層に利用するのに適した市販の材料には、ＫＡＰＴＯＮ  Ｈポリイミド又はＫＡＰＴＯＮ  Ｅポリイミド（Ｅ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社製）、アピカル（ＡＰＩＣＡＬ）ＡＶポリイミド（鐘淵化学工業（株）社製）、ユーピレックス（ＵＰＩＬＥＸ）ポリイミド（宇部興産（株）製）及びＵＬＴＥＭポリエーテルイミド（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製）などがある。図示した実施形態では、フレーム絶縁層は、ＫＡＰＴＯＮ  Ｈポリイミドとして完全に硬化される。
【００２４】
他の実施形態では、フレーム絶縁層及びフレーム接着剤を含む前述した積層フレーム絶縁構造は、熱硬化性又は熱可塑性高分子塗膜や、粘着性フレーム絶縁層などの単一の誘電体蒸着物に置き換えることができる。熱可塑性高分子は、ＧＥ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社から市販のＵＬＴＥＭ１０００又はＵＬＴＥＭ６０００などのポリエーテルイミド樹脂、Ｖｉｃｔｒｅｘ社から市販のＰＥＥＫなどのポリエーテルエーテルケトン、ＩＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａｓ社から市販のＶＩＴＲＥＸなどのポリエーテルスルホン樹脂、Ｃｉｂａ  Ｇａｉｇｙ社から市販のＸＵ２１８などのポリエーテルスルホン樹脂又はＵｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ社から市販のＵＤＥＬ１７００ポリスルホンであってよい。熱可塑性又は熱硬化性高分子は、スプレイコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング又はドライフィルムラミネートによって塗布することができる。
【００２５】
好適な導体は、光導体及び導体を含み、フレーム絶縁層上に配置することができる。好適な導体としては、パッド、ピン、バンプ及びはんだボールなどが挙げられる。フレームベースと第１のフレーム絶縁層の間のコネクタは、特定用途のパラメータに基づいて選択される構造であってよい。例えば、開口部、穴又はビアは、第１のフレーム絶縁層の第１の表面からフレーム接着層を通り、フレームベースの第１の表面上に配設された第１の導電層まで伸長する。ビアは、フレームベースの第１の表面上の金属領域を露出させる。一実施形態では、ビアは、マイクロビアとなるようにサイズ設定されてよい。レーザーアブレーション、ウェットエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング又はフォトリソグラフィでビアを形成することができる。他の好適なビア形成は、その全体又は一部が、機械的ドリル加工又は打抜き加工を用いて実施してよい。
【００２６】
ビアに充填される電気伝導性材料は、金属、固有導電性高分子、導電層性充填剤又は金属が添加された高分子やセラミックであってよい。導電層性材料がａである場合、好適な金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＴｉのうちの１種以上を含むことができる。電気伝導性材料が固有導電性高分子である場合は、無充填状態で利用して、例えば、所定の粘度を達成することと、所定の湿潤性能や脱気性能を備えることの少なくともいずれかを実現することができる。固有導電性高分子は、噴射又はスクリーニングによって蒸着することができる。
【００２７】
好適な導電層性充填材料としては、例えば、導電性金属粒子が添加されたエポキシ樹脂、ポリスルホン又はポリウレタンなどが挙げられる。このような金属粒子には、銀又は金がある。他の好適な金属粒子は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＴｉの１種以上を含むことができる。充填高分子材料の代わりに、固有導電性高分子が使用されてもよい。好適な導電性高分子には、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリ３−ヘキシルチオフェン、ポリナフタレン、ポリｐ−フェニレンスルフィド及びポリパラフェニレンビニレンなどがある。当然ながら、固有導電性高分子に、導電層性充填剤を添加して、電気伝導率をさらに向上させてもよい。
【００２８】
導電性材料が金属である場合、導電性材料は、スパッタリング、蒸着、電気メッキ又は無電解メッキのうちの１以上を含む方法によって蒸着されてよい。好適な金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ及びＴｉの１種以上を含んでよい。一実施形態では、第１のフレーム絶縁層の第１の表面及びフレームベース上の導体まで延在するビアの露出表面は、両方とも金属化される。この金属化には、スパッタメッキと電気メッキとを組み合わせた手順を利用することができる。フレーム絶縁層を真空スパッタシステムに配置して、フレーム絶縁層の第１の表面及びビアをスパッタシステムで露出させてもよい。バックスパッタ工程では、露出した導体をフレームベースにスパッタエッチングして、残留接着剤材料及び固有金属酸化物を除去することができる。さらに、バックスパッタ工程は、フレーム絶縁層の表面内へのエッチングを行う。フレームベースの第１の表面に配置された金属導体のスパッタエッチングは、続く金属化ステップの接触抵抗を抑制するが、フレーム絶縁層のエッチングは、フレーム絶縁層の第１の表面への金属粘着性を向上させることができる。
【００２９】
フレーム絶縁層の第１の表面に蒸着された金属は、サブトラクティブ技法又はセミアディティブ技法を使用して、金属化されたビア、パッド及び信号ルーティング配線を形成するようにパターン成形することができる。セミアディティブのパターニング処理において、約０．１μｍ〜約２．０μｍの厚さを有するシード層は、前述したような金属化処理を用いて、フレーム絶縁第１の表面全体に塗布することができる。フレーム絶縁層の第１の表面上の領域のうち、相互接続配線、Ｉ／Ｏ接点及びビアなどの金属を保持することが求められる領域は、フォトレジスト（図示せず）で被覆しないまま残され、フレーム絶縁層表面の領域のうち、金属を除去することが求められる領域は、被覆した状態に残される。ビアの側壁を含め、フレーム絶縁層の第１の表面の露出した金属化領域は、次に、電気メッキにより、約１μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さに形成される。メッキ処理工程が完了した後、残っているフォトレジスト材料は、除去してよい。この除去により、フレーム絶縁層の第１の表面上の、シード金属がメッキされなかった金属化領域が露出する。複数の標準的な湿式金属エッチング槽で、露出したシード金属を除去して、所望の金属化パターンを残すことができる。
【００３０】
サブトラクティブ金属パターニング処理において、ビアの側壁を含むフレーム絶縁層の金属化表面を、金属を用いて電気メッキして、約２μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さを有する層を形成する。フレーム絶縁層の第１の表面にフォトマスク材料（図示せず）を蒸着して、フォトパターニングを行い、前記表面の指定の領域を露出させることができる。フレーム絶縁層の第１の表面の領域のうち、相互接続配線、Ｉ／Ｏ接点及びビアなどの金属を保持するように求められる領域は、フォトレジストにより被覆され、フレーム絶縁表面の領域のうち、金属を除去しようとする領域は、被覆されずに露出される。複数の湿式金属エッチング槽により、露出したフレーム絶縁層の表面領域内のメッキ及びスパッタリングされた金属を除去するが、その際に、残りの領域は、マスキング材料によって、ウェットエッチング液から保護されている。エッチング工程の完了後、残っているフォトレジスト材料は除去されてよい。フォトレジスト材料を除去することで、所望の金属化パターンが露出する。
【００３１】
絶縁ウェブは、絶縁ウェブ接着層によってフレーム絶縁層に固定される。絶縁ウェブ接着層は、約５μｍを超える厚さを有し得る。一実施形態では、接着層は、約５μｍ〜約１０μｍ、約１０μｍ〜約２０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３０μｍ〜約４０μｍ、約４０μｍ〜約５０μｍ又は約５０μｍを超える範囲の厚さを有し得る。
【００３２】
絶縁ウェブ接着層は、スピンコーティング、スプレイコーティング、ローラーコーティング、メニスカスコーティング、パターン印刷蒸着又は噴射によって、絶縁ウェブの第２の表面に塗布することができる。一実施形態では、接着剤は、ドライフィルムラミネートによって塗布されてよい。好適な接着剤には、本明細書の上記に記載したものなどがある。
【００３３】
論理素子上のＩＯ接点は、絶縁ウェブ（図４を参照）上の対応する接点と連通する。論理素子上に配置できるＩ／Ｏ接点の例には、パッド、ピン、はんだバンプ及びはんだボールなどがある。図示した実施形態では、Ｉ／Ｏ接点はＩ／Ｏパッドである。他の適切な論理素子は、マイクロプロセッサや、マイクロコントローラや、映像プロセッサや、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などのパッケージ化された又はパッケージ化されていない半導体チップ、離散的受動部品、もしくはＢＧＡキャリアであってよい。一実施形態では、電子デバイスは、第１の表面に設けられたＩ／Ｏ接点パッドの配列を有する半導体シリコンチップであってよい。
【００３４】
フレームパネルアセンブリは、複数の開口部と共に作製することができる。フレーム絶縁層の塗布前に、開口部がフレームベースに形成される場合、フレームベースの開口部に重畳するフレーム絶縁層の領域は除去されてよい。この除去は、レーザーアブレーション、ウォータージェット法又は機械的手段によって行うことができる。
【００３５】
図４を参照すると、絶縁ウェブ（必要な場合は絶縁ウェブ接着層も）は、当該層を通る開口部又はビアを提供するように処理されている。開口部内にビアが形成されて、回路及び電気接点を提供する。特に、１つの接点５０は、フレーム絶縁層を通って第１のフレーム導電層に至る接点と連通し、他の接点５１は、フレーム第１絶縁層上の金属被膜又は回路と連通し、他の接点５２は、第１のフレーム導電層と、論理素子のＩ／Ｏ接点と連通する他の接点５３の両方と連通する。さらに他の接点５４は、回路素子上のＩ／Ｏ接点と直接連通するが、第１のフレーム導電層とは連通しない。また、１つのビア５５は、絶縁ウェブと第１のフレーム絶縁層（及び対応する接着層）の両方を通って伸張し、接点５６は、第１のフレーム導電層と直接連通する。他の順序、回路及び構造を考案することもでき、また利用可能であるが、ここでは特に示さない。絶縁ウェブの外側を向いた表面５７は、当該表面上に露出した接点及び回路を有する。
【００３６】
論理素子の第１の表面は、接着剤が塗布された絶縁ウェブの第２の表面と接触する。これに代わる構成として、接着剤が存在しない場合は、直接、絶縁ウェブに接触する。論理素子の少なくとも一部は、フレームパネルアセンブリのフレーム開口部内に配設することができる。接着剤は、絶縁ウェブをフレームに接着し、かつ、論理素子を絶縁ウェブに接着する。
【００３７】
いくつかの接点は、論理素子の第１の表面上に配設され、また、素子コネクタとして見なすことができる。この素子コネクタは、１以上のビア内の導電性材料を介して導通することができ、この１以上の各ビアは、絶縁ウェブの第１の表面から、論理素子の第１の表面上に配設されたＩ／Ｏ接点まで伸びている。同様に、フレーム絶縁層コネクタは、フレーム絶縁層に固定することができ、フレームベースコネクタは、フレームベースに固定することができ、かつ、絶縁ウェブコネクタは、絶縁ウェブに固定することができる。導電性材料は、支持層を介したブリッジ又は経路を形成するために、必要に応じてビア内に配置されてよい。
【００３８】
相互接続構造及びアセンブリ内の他のコネクタは、第１のフレームコネクタ及び絶縁層コネクタの形成プロセスと同様の方式で形成されてよい。一実施形態では、絶縁ウェブの第１の表面は、フレーム絶縁層について上記で説明した金属化及びパターニングの工程を用いて、金属化されてよい。
【００３９】
先行する処理工程で、第１相互接続層と、当該第１相互接続層の論理素子のＩ／Ｏ接点及び導電層に対する接続とを必要に応じて完成させる。判りやすくするために、２つのＩ／Ｏ接点のみを有する単一の論理素子のみが図示されているが、より複雑な論理素子の相互接続が組み込まれる。論理素子としては、マイクロプロセッサ、映像プロセッサ及びＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などが挙げられる。いくつかの論理素子については、必要なチップＩ／Ｏ接点すべての完全な経路を構成するための追加の相互接続層を必要とするものもある。これらの電子デバイスについては、フレームと絶縁ウェブの少なくともいずれかに、１以上の追加の相互接続層を形成することができる。それほど複雑でないルーティングを有する単純な論理素子については、１つの相互接続層のみが必要とされてよい。
【００４０】
図５を参照しながら説明すると、フレーム開口部の内面と、当該フレーム開口部内に配設された論理素子の外縁とで、間隙又は堀を画成する。この間隙は、充填されずに残されても又は、封止材料を充填してもよい。封止材料６０は、間隙内の論理素子を囲繞する。フレームパネル開口部の内縁と論理素子の外縁の間の間隙には、封止材料を充填することができる。他の実施形態では、ゲームは部分的に充填してもよい。充填の高さは、絶縁ウェブ表面に対する論理素子の高さを基準として、約１％〜約５０％、約５０％〜約１００％の範囲であっても又は論理素子の上部に溢れてもよい。他の尺度によれば、間隙の体積は、約１０％〜約３０％を満たす、約３０％〜約５０％を満たす、約５０％〜８０％を満たす又は約８０％〜約９５％を満たす範囲であってよい。
【００４１】
好適な封止材料は、熱可塑性高分子及び熱硬化性高分子の少なくともいずれかを含むことができる。好適な脂肪族高分子及び芳香族高分子としては、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、シリコーン又はこれらの２種以上の混合物が挙げられる。他の好適な封止材料には、室温加硫性材料が挙げられる。一実施形態では、封止材料は、比較的低い硬化温度を利用できるため熱硬化性高分子であってよい。封止材料は充填剤材料を含むことができる。充填剤材料の種類、サイズ及び量を利用して、熱伝導率、熱膨張係数、粘度、浮遊抵抗、収縮率、ガス抜き及び吸湿性など各種の成形材料特性を調整することができる。例えば、これらの材料は、粒子や、繊維や、スクリーンや、マットや、無機粒子のプレートを含むことができる。
【００４２】
好適な充填剤材料は、ガラス、セラミック又は金属から形成することができる。充填剤材料のいくつかの例には、シリカ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＢＮ、ＡｌＮなどがある。他の好適な充填剤としては、カーボンの形式が挙げられる。一実施形態では、充填剤材料は、熱伝導性かつ電気絶縁性である。添加物を追加して、封止剤の特性に影響を与えてもよい。一部の添加物は、ガラス転移温度、たわみ性、引張り強度、流動性又は耐酸化性を増加させることができる。影響される他の特性には、熱伝導性、熱膨張係数、粘度、浮遊抵抗、収縮率及び吸湿性などが挙げられる。封止材料は硬化されてよい。
【００４３】
特定の実施形態では、封止材料と、絶縁ウェブ接着層とを同時に硬化させると有利である。接着層は、放射線硬化することができる。好適な放射線は、ＩＲ（熱）と、紫外線光と、ｅ−ビームと、マイクロ波とのうちの少なくともいずれかを含んでよい。
【００４４】
図５をさらに参照すると、追加の相互接続層が形成されており、この相互接続層は、第２絶縁ウェブ接着層６３を用いて、第１相互接続層５７の外側を向いた表面に第２絶縁ウェブ６２を固定することによって形成される。第２絶縁ウェブの外面６４は、例えば、第１の導電層、第２の導電層、論理素子Ｉ／Ｏ接点及び他の回路（図示せず）と連通する接点を支持する。連通は、適切な導電層を通って伸張するビアを用いて、当該導電層に直接仕向けられても又は、該当する導電層と連通するコネクタを利用して間接的に行われてもよい。相互接続構造６６は、封止層、さらなる相互接続層、ピン及びはんだボールなどと共に作製することができる。
【００４５】
第２絶縁ウェブの第２の表面は、第１絶縁ウェブの外側を向いた表面（非構成要素側）と接した状態で配置することができる。接着層を硬化させて、第１絶縁ウェブに第２絶縁ウェブを接着することができる。一実施形態では、第２絶縁層は、加熱した減圧積層システムを使用して、絶縁ウェブの第１の表面の上に積層されてよい。
【００４６】
素子コネクタは、第２絶縁ウェブの外側を向いた表面に配設されたＩ／Ｏ接点と、第２絶縁層を通って連通することができる。第２絶縁ウェブの外側を向いた表面は、対応する導電層を形成するために金属化することができる。金属化された領域は、Ｉ／Ｏパッドと、基準面と、追加の信号ルーティング配線とのうちの少なくともいずれかに利用することができる。この処理は、アディティブであっても又はサブトラクティブであってもよい。追加のコネクタは、第２絶縁層の第１の表面上の少なくとも１つの導体と、フレームベースやフレーム絶縁層上の導電層又は回路との間に形成することができる。第２絶縁ウェブの第１の表面からフレーム絶縁層の第１の表面まで延在する、多層にわたる深いビアを形成してもよい。
【００４７】
複数の追加の相互接続層は、同様の方式で形成することができる。絶縁層の塗布、ビアの形成、金属化及びフォトパターニングの処理を繰り返して、追加の基準面又は相互接続層を追加することができる。
【００４８】
最後の外側を向いた表面相互接続層に関しては、誘電性材料又はソルダーレジスト材料を用いて、金属配線を不動態化すると共に、アセンブリやパッケージのＩ／Ｏ接点に用いられる導体パッドを画成してもよい。より堅牢なＩ／Ｏ接点を提供するため、パッケージのＩ／Ｏ接点は、露出した導体パッドに塗布された追加の金属付着部を備えることができる。好適な追加の金属付着物としては、Ｔｉ：Ｎｉ：Ａｕなどの合金を挙げることができる。追加の金属付着物は、無電解メッキ法によって塗布されてよい。Ｉ／Ｏ導体パッドは、ピン、はんだ球又はこれらに取り付けられた導線を備えることができるが、Ｉ／Ｏ導体パッドが、パッドアレイを形成してもよい。
【００４９】
図６を参照すると、相互接続構造６７は、図５に示した相互接続構造と同様であるが、ピン６８の配列と、保護層６９と、内壁５９によって画成される第２のフレーム開口部内に配置された受動素子７０とをさらに含む。第２の開口部は、開口部３６をあけたときに、フレームベースからあけることができる。１以上の受動コネクタ７２は、ビア７３や、回路や、第１の導電層を介して受動素子に接触する。
【００５０】
図示した配列の１つのピンは、論理素子Ｉ／Ｏ接点の１つと連通し、配列の他の図示したピンは、他の論理素子Ｉ／Ｏ接点と連通する。代替の実施形態（図示せず）では、ピンの代わりに、はんだボール、はんだバンプ、導電層性ポリマーバンプ、導体パッド、導線又は光Ｉ／Ｏ接続の配列が利用される。
【００５１】
受動コネクタは、絶縁ウェブ上に配置された導体に、受動素子のＩ／Ｏ接点から連通できるようにする。受動コネクタは、絶縁ウェブの第１の表面から、受動素子の表面に配設されたＩ／Ｏ接点まで延在する１以上のビアを含むことができる。導電層性材料は、ビアの少なくとも一部の中に設けることができ、かつ、導電層性材料は、ビアから、受動素子上に配置されたＩ／Ｏ接点まで伸長する。
【００５２】
図７は、構造１００を示す模式図であり、この構造１００において、薄いフレーム絶縁層１１０及び導電層１１２は、フレームベース表面に配置された第１の導電層１８の上に配設される。フレーム絶縁層及び導電層の一部を除去することで、分散受動素子が形成される。分散受動素子の一例は、減結合コンデンサである。
【００５３】
薄いフレーム絶縁層は、有機誘電材料から形成することができる。好適な有機誘電材料には、ポリイミド又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などがある。層は、スピンコーティング（ポリイミド）によって又は蒸着（ＤＬＣ）によって塗布することができる。代替の実施形態では、薄いフレーム絶縁層は、無機誘電材料から形成することができる。好適な無機誘電材料としては、ＳｒＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＢＳＴ、ＴａＯ2又はＢａＴｉＯ3などが挙げられる。層は、化学溶液蒸着、金属酸化物蒸着又は水熱合成法によって形成することができる。
【００５４】
導電層は、フレーム絶縁層上の薄い電気抵抗誘電体層の選択された領域を露出させるようにパターニングされてよい。代替の構成として、導電層と、薄い抵抗誘電体層と、薄いフレーム絶縁層とを個別にパターニングして、薄い抵抗誘電体層、薄いフレーム絶縁層及び第１のフレーム導体のうちの選択された領域を露出させて、パターン化受動素子を作製してもよい。パターン化受動素子の例としては、抵抗と、コンデンサと、インダクタと、導体素子とが挙げられる。
【００５５】
図８〜９を参照すると、フレームパネルアセンブリ１２０は、複数の相互接続構造６６を含むことができ、各相互接続構造は、加工時に配列のピンを受け取るようにサイズ及び形状設定された複数の貫通穴１２２を有する。フレーム表面は、導電性材料を含まない領域を形成するようにパターン化することができ、その導電性材料を含まない領域に貫通穴を形成することができる（図９）。好適な貫通穴形成処理としては、機械的ドリル加工や、打抜き加工や、レーザーアブレーションや、ウォータージェット法などが挙げられる。
【００５６】
フレームベース（パターン化されてない領域）に貫通穴が形成された後、貫通穴には、配列ピンを受け取り易くするために、金属メッキ１２６を施すことができる。これらのピンは、はんだ又は導電層性接着剤を用いて、絶縁層上のパターン化された金属に機械的かつ電気的に接続することができる。
【００５７】
代替の実施形態では、論理素子は光学素子であってよい。このような場合、本明細書に記載したコネクタ及び導体の一部又はすべては、電気伝送性ではなく光伝送性であってよい。好適な光コネクタ及び光導体の両方又は一方は、光ファイバ及び導波管の少なくともいずれかを含むことができる。
【００５８】
本明細書に記載した実施形態は、請求項に記載された本発明の要素に対応する要素を有する組成、構造、システム及び方法を例示したものである。ここに記載した説明により、当業者は、請求項に記載された本発明の要素に同様に対応する代替の要素を有する実施形態を実施及び利用することができる。したがって、本発明の範囲は、請求項の文字どおりの意味から逸脱しない組成と、構造と、システムと、方法とを含むと共に、請求項の文字どおりの意味と実質的に相違しない他の構造と、システムと、方法とをさらに含むものである。本明細書において、特定の特徴及び実施形態のみを例示及び説明したが、当業者においては、多くの変形及び変更を行うことができる。添付の請求項は、このような変形及び変更をすべて包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】中間製品を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の中間製品から形成される、本発明の一実施形態に係るフレームアセンブリを模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、図２のフレームアセンブリと、当該フレームアセンブリに接合された論理素子とを示す断面透視側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る相互接続構造を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、図４の相互接続構造から作製される相互接続構造を模式的に示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る相互接続構造を模式的に示す側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る、金属化層及び絶縁層を有するフレームアセンブリを模式的に示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る複数のフレームアセンブリを模式的に示す上面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る相互接続構造を模式的に示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010114236.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2010114236000001.pdf