(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線層を有する有機パッケージ基板と、
前記有機パッケージ基板上に配置され、シリコン基板と、配線パターンが形成される絶縁層とを有する配線基板と、
前記有機パッケージ基板と前記配線基板との電気的な接続を維持しつつ、前記有機パッケージ基板と前記配線基板との間で両基板に対して面で接触し、該両基板間を接着する接着層と、
前記配線基板の前記接着層とは反対側の面に接続された複数のチップと、を備え、
前記配線基板の膨張率α、前記有機パッケージ基板の膨張率β、前記接着層の膨張率γの大小関係が、α＜γ＜βであることを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項２】
前記接着層の少なくとも一部には、前記有機パッケージ基板と前記配線基板との電気的な接続を維持するための導電性樹脂が埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップモジュール。
【請求項３】
シリコン基板と、配線パターンが形成される絶縁層とを有し、熱膨張率がαの配線基板を平板状部材に固定する工程と、
前記平板状部材に固定された前記配線基板と、熱膨張率がβ（β＞α）で複数の配線層を有する有機パッケージ基板との間で、熱膨張率がγ（α＜γ＜β）の接着層を挟む工程と、
前記配線基板と前記有機パッケージ基板との間で両基板に対して面で接触する接着層により、前記配線基板と前記有機パッケージ基板とを接着する工程と、
前記配線基板から、前記平板状部材を除去する工程と、
前記配線基板に、複数のチップを接続する工程と、を含むマルチチップモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、マルチチップモジュール及びマルチチップモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる製造プロセスで製造されたシリコンチップを、基板上に複数個搭載した、マルチチップモジュール（ＭＣＭ：multi chip module）と呼ばれる半導体チップモジュールが、従来から存在している。このマルチチップモジュールでは、シリコンチップとして、むき出しの状態のベアチップが用いられており、各ベアチップをセラミックやビルドアップ基板等に形成した配線で接続していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、マルチチップモジュールにおいては、チップが動作する際に大きな熱が発生するため、予めビルドアップ基板を研磨や研削によって薄層にしておき、放熱性を高めるような工夫がなされていた（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８３６６１号公報
【特許文献２】特開平７−３７８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２のような方法を用いても、チップの動作時に発生する熱の全てをマルチチップモジュールから取り除くことはできない。このため、当該熱が、チップや基板、あるいは基板に設けられるその他の部材を熱膨張させ、変形させるおそれがある。この熱膨張による変形は、各部材の疲労破壊を引き起こし、マルチチチップモジュールの寿命の短縮を招くおそれがある。
【０００６】
そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱による配線基板への影響を低減することが可能なマルチチップモジュールを提供することを目的とする。また、熱による配線基板への影響が低減されたマルチチップモジュールの歩留まりを向上することが可能なマルチチップモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載のマルチチップモジュールは、複数の配線層を有する有機パッケージ基板と、前記有機パッケージ基板上に配置され、シリコン基板と、配線パターンが形成される絶縁層とを有する配線基板と、前記有機パッケージ基板と前記配線基板との電気的な接続を維持しつつ、前記有機パッケージ基板と前記配線基板との間で両基板に対して面で接触し、該両基板間を接着する接着層と、前記配線基板の前記接着層とは反対側の面に接続された複数のチップと、を備え、前記配線基板の膨張率α、前記有機パッケージ基板の膨張率β、前記接着層の膨張率γの大小関係が、α＜γ＜βであるマルチチップモジュールである。
【０００８】
本明細書に記載のマルチチップモジュールの製造方法は、シリコン基板と、配線パターンが形成される絶縁層とを有し、熱膨張率がαの配線基板を平板状部材に固定する工程と、前記平板状部材に固定された前記配線基板と、熱膨張率がβ（β＞α）で複数の配線層を有する有機パッケージ基板との間で、熱膨張率がγ（α＜γ＜β）の接着層を挟む工程と、前記配線基板と前記有機パッケージ基板との間で両基板に対して面で接触する接着層により、前記配線基板と前記有機パッケージ基板とを接着する工程と、前記配線基板から、前記平板状部材を除去する工程と、前記配線基板に、複数のチップを接続する工程と、を含むマルチチップモジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書に記載のマルチチップモジュールは、熱による配線基板への影響を低減することができるという効果を奏する。また、本明細書に記載のマルチチップモジュールの製造方法は、熱による配線基板への影響が低減されたマルチチップモジュールの歩留まりを向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るマルチチップモジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】シリコンインタポーザの一部を拡大して示す図である。
【図３】接着シート近傍を拡大して示す図である。
【図４】ＬＳＩチップの配置を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は、ＬＳＩチップの拡大図であり、図５（ｂ）は、ＬＳＩチップ間の接続状態を示す図である。
【図６】マルチチップモジュールの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図７】マルチチップモジュールの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図８】マルチチップモジュールの製造方法を説明するための図（その３）である。
【図９】マルチチップモジュールの製造方法を説明するための図（その４）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、マルチチップモジュール及びマルチチップモジュールの製造方法の一実施形態について、図１〜図９に基づいて詳細に説明する。図１には、一実施形態にかかるマルチチップモジュール１００の断面図が模式的に示されている。この図１に示すように、マルチチップモジュール１００は、マザーボード２００に対して、ハンダバンプ２１０を介して、固定されている。
【００１２】
マルチチップモジュール１００は、ベース基板１０と、シリコンインタポーザ２０と、チップとしての４つのＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄ（ＬＳＩチップ３０Ｃ，３０Ｄについては図４参照）と、ヒートスプレッダ５０と、を備える。
【００１３】
ベース基板１０は、ビルドアップ基板とも呼ばれている。このベース基板１０は、例えば、一辺が３０ｍｍ程度で、面積が９００ｍｍ2以上の大きさを有している。ベース基板１０は、コア基板と呼ばれる例えば４層の配線層を形成した基板（有機パッケージ基板）の、表面及び裏面にそれぞれ１層から３層の配線層を形成した多層プリント基板である。基板の材料としては、例えば、エポキシ樹脂やポリイミドなどが用いられている。また、配線の材料としては、例えば、銅が用いられている。ベース基板１０の膨張率はβ（βは、例えば１９ｐｐｍ）とされている。
【００１４】
シリコンインタポーザ２０は、シリコン基板２２と、該シリコン基板２２の上面に設けられた配線層２４とを有する。シリコン基板２２及び配線層２４は、例えば、一辺が３０ｍｍ程度で、面積が９００ｍｍ2以上の大きさを有している。また、シリコンインタポーザ２０全体で、０．６ｍｍ以下の厚さを有している。図２には、シリコンインタポーザ２０の一部が拡大して示されている。この図２に示すように、シリコン基板２２には、複数のビア穴２２ａが上下方向に貫通形成されている。このビア穴２２ａには、メッキにより銅などの金属が埋め込まれている。シリコン基板２２には、更にビア穴２２ａを塞ぐような状態で、ランド２２ｂが形成され、その上から配線層２４が形成される。配線層２４は、基板２２上に積層された絶縁層と、半導体露光装置等の半導体製造装置を用いて絶縁層に形成された配線パターン２６ａ及びビア穴２６ｂと、を有する。配線パターン２６ａの間隔ａは、たとえば、５０μｍ以下のファインピッチとされている。また、ビア穴２６ｂの間隔ｂは、およそ１５０〜２００μｍ程度のピッチとされている。このビア穴２６ｂは、銅などの金属によりメッキ（穴埋め）されている。配線層２４の上面には、配線パターン２６ａ及びビア穴２６ｂを塞ぐような状態で、ランド２６ｃが形成されている。
【００１５】
シリコンインタポーザ２０は、図１に示すように、ベース基板１０の上面に、接着層としての接着シート１８を介して固定されている。このシリコンインタポーザ２０の膨張率はα（α＜βであり、αは例えば３ｐｐｍ）とされている。
【００１６】
接着シート１８は、例えば、一辺が３０ｍｍ程度で、面積が９００ｍｍ2以上の大きさを有し、０．１ｍｍ以下の厚さを有している。この接着シート１８は、図３に拡大して示すように、接着シート本体１１８と、接着シート本体１１８の孔部１１８ａに充填された導電性樹脂１２０と、を有する。接着シート本体１１８の孔部１１８ａは、レーザ等を用いて穿孔されている。接着シート１８の熱膨張率はγ（α＜γ＜β）とされている。この接着シート１８は、ベース基板１０とシリコンインタポーザ２０に対して、面で接触している。
【００１７】
ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄは、シリコンウエハに回路パターンを形成したものであり、図４の平面図に示すように、それぞれが近接して配置されている。ここで、前述したシリコンインタポーザ２０の配線パターン２６ａは、図４においてハッチングを付した領域２２０内に配置されている。領域２２０は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形領域である。
【００１８】
図５（ａ）には、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄが拡大して示されている。この図５（ａ）に示すように、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄは、その下面に、密に配置された第１のパッド３２ａと、第１のパッド３２ａよりも粗に配置された第２のパッド３２ｂとを有している。第１のパッド３２ａは、図１に示すようにハンダバンプ１４０を介して、配線パターン２６ａに接続されている。具体的には、ＬＳＩチップ間の接続状態を示す図５（ｂ）から分かるように、本実施形態では、ＬＳＩチップ３０Ａと、ＬＳＩチップ３０Ｂ，３０Ｄとの間が配線パターン２６ａにより接続されている。また、ＬＳＩチップ３０Ｃと、ＬＳＩチップ３０Ｂ，３０Ｄとの間が配線パターン２６ａにより接続されている。第２のパッド３２ｂは、ハンダバンプ１４０を介して、ビア穴２６ｂに接続されている。なお、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄと、シリコンインタポーザ２０との間の隙間は、図１に示すように、樹脂３８により封止されている。
【００１９】
ヒートスプレッダ５０は、熱伝導用接合材（ＴＩＭ：Thermal Injection Material）４０を間に介在させて、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄに接合されている。ヒートスプレッダ５０は、例えば銅などの金属を材料とし、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄにおいて発生した熱を放散する機能を有している。
【００２０】
以上のように構成されるマルチチップモジュール１００では、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄが、シリコンインタポーザ２０の配線パターン２６ａにより接続されている。また、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄは、シリコンインタポーザ２０のビア穴２６ｂ，２２ａ、及び接着シートの導電性樹脂１２０を介して、ベース基板１０と電気的に接続されている。したがって、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄそれぞれは、ベース基板１０との電気的な接続を確保しつつ、他のＬＳＩチップとの電気的な接続が可能となっている。
【００２１】
次に、上記マルチチップモジュール１００の製造方法について、図６〜図９に基づいて説明する。
【００２２】
まず、図６（ａ）に示すように、所定厚さのシリコンウエハ（基板２２）を用意し、図６（ｂ）に示すように、エッチングにより、ビア穴２２ａとなる穴１２２ａを基板２２に形成する。この場合の穴１２２ａは、基板２２を貫通していても良いし、貫通していなくても良い。なお、図６（ｂ）では、穴１２２ａは貫通していない状態を示している。
【００２３】
次いで、図６（ｃ）に示すように穴１２２ａを銅などの金属でメッキして穴埋めし、図６（ｄ）に示すように、基板２２上に配線層２４を形成する。この場合、基板２２上に絶縁層を積層した後、半導体露光装置等の半導体製造装置を用いて絶縁層に配線パターン２６ａ及びビア穴２６ｂを形成することで配線層２４が形成される。したがって、配線パターン２６ａは非常にピッチが細かいパターンである。
【００２４】
次いで、図６（ｅ）に示すように、接着力が弱い接着剤（例えば、ワックスなど）１３０を、配線層２４の上面のうち、パターンが形成されていない部分に塗布する。次いで、図７（ａ）に示すように、図６（ｅ）において塗布した接着剤１３０を用いて、平板状のキャリア１５０を配線層２４上面に固定する。キャリア１５０としては、ガラスやセラミックなどの平板状部材を用いることができる。
【００２５】
次いで、図７（ｂ）に示すように、基板２２の下面を研磨して、基板２２を所望の厚さに設定する。この段階で、基板２２を貫通していなかった穴１２２ａは、基板２２を貫通し、ビア穴２２ａとなる。なお、図７（ｂ）に示す構造体を、シリコンインタポーザユニット２０’と呼ぶものとする。
【００２６】
次に、図７（ｃ）に示すように、シリコンインタポーザユニット２０’を、接着シート１８を間に介在させてベース基板１０上に搭載する。この場合、接着シート１８は、接着シート本体１１８から導電性樹脂１２０がはみ出した状態となっている。そして、図８（ａ）に示すように、上下方向から、加圧・加熱することにより、接着シート１８による、ベース基板１０とシリコンインタポーザユニット２０’との間の接着が完了する。加熱は、おおよそ１７０℃程度の温度で行われる。この接着が完了した状態では、導電性樹脂１２０が基板２２とベース基板１０とを電気的に接続する。
【００２７】
次いで、図８（ｂ）に示すように、キャリア１５０を除去する。この場合、キャリア１５０は、ワックスなどの接着力の弱い接着剤１３０により、シリコンインタポーザ２０に接着されていたので、容易に除去することが可能である。
【００２８】
次いで、図９（ａ）に示すように、ＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄを、ハンダバンプ１４０を介してシリコンインタポーザ２０上に固定する。その後は、図９（ｂ）に示すように、ＴＩＭ４０を介してヒートスプレッダ５０を設けることで、マルチチップモジュール１００の製造が完了する。
【００２９】
以上詳細に説明したように、本実施形態によると、マルチチップモジュールは、ベース基板１０上に配置された、配線パターン２６ａを有するシリコンインタポーザ２０と、ベース基板１０及びシリコンインタポーザ２０の電気的な接続を維持しつつベース基板１０とシリコンインタポーザ２０との間を接着する接着シート１８と、を備えており、シリコンインタポーザ２０の膨張率α、ベース基板１０の膨張率β、接着シートの膨張率γの大小関係が、α＜γ＜βとされている。したがって、シリコンインタポーザ２０とベース基板１０との熱膨張差を接着シート１８が吸収することができる。より詳細には、シリコンインタポーザ２０とベース基板１０とが直接接触しているような場合には、その膨張率の差により、シリコンインタポーザ２０のベース基板１０と対向する面が変形等して疲労破壊が生じるおそれがあるが、シリコンインタポーザ２０とベース基板１０との間に接着シート１８を設けることで、シリコンインタポーザ２０のベース基板１０と接触する面の変形を抑制し、シリコンインタポーザ２０の疲労破壊の発生を抑制することができる。これにより、熱によるシリコンインタポーザ２０への影響を低減することができるので、マルチチップモジュール１００の長寿命化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態では、接着シート１８が、ベース基板１０とシリコンインタポーザ２０に対して面で接触している。したがって、シリコンインタポーザ２０に対して複数の点で接触するような場合と比較して、シリコンインタポーザ２０の変形を抑制することができる。これにより、シリコンインタポーザ２０の破損や性能低下を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、接着シート１８を用いてベース基板１０とシリコンインタポーザ２０との間を接着するため、ハンダを用いて接着する場合と比較して、接着時に必要とする温度を低くすることができる。具体的には、ハンダを用いた接着時に必要な温度がおおよそ２１０℃であるのに対し、接着シート１８を用いた接着時に必要な温度がおおよそ１７０℃である。このため、接着時における、シリコンインタポーザ２０やベース基板１０への熱の影響を低減することができるので、この点からも、各部材２０，１０の変形を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、接着シート１８の少なくとも一部に、ベース基板１０とシリコンインタポーザ２０との電気的な接続を維持するための導電性樹脂１２０が埋め込まれている。したがって、接着シート１８をベース基板１０とシリコンインタポーザ２０との間に挟みこむのみで、ベース基板１０とシリコンインタポーザ２０との間の電気的な接続を実現することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、上記マルチチップモジュールを製造するにあたり、シリコンインタポーザ２０を平板状部材としてのキャリア１５０に固定し、当該キャリア１５０が固定されたシリコンインタポーザ２０（シリコンインタポーザユニット２０’）と、ベース基板１０との間で、接着シート１８を挟んで接着する。そして、当該接着後に、シリコンインタポーザ２０からキャリア１５０を除去して、複数のＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄをシリコンインタポーザ２０に接続する。このように、キャリア１５０をシリコンインタポーザ２０に固定した構造体（２０’）を、接着シート１８を介してベース基板１０に固定するので、取り扱いが難しく破損等が生じやすいシリコンインタポーザ２０を、ベース基板１０に簡易に固定することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、複数のＬＳＩチップ３０Ａ〜３０Ｄをベース基板とは別に製造したシリコンインタポーザ２０で電気的に接続している。この場合、シリコンインタポーザ２０の配線パターンを微細パターンとすることができる。これにより、配線パターンの短縮化ができるとともに、ＬＳＩチップ間の間隔を狭めることができる。このため、４つのＬＳＩチップを、１つの擬似的な大型のＬＳＩチップとして取り扱うことが可能となる。この場合、大型のＬＳＩチップを製造するための露光装置や大型のマスクを用意する必要が無いので、所望の性能のマルチチップモジュールを、低コストで製造することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、配線仕様によるチャネルエリア確保の必要がないので、チップ間の間隔を狭くすることができる。更に、チップ間の間隔を狭くすることで配線長を短くすることができるため、ＬＳＩチップ間における高速な伝送が可能である。また、配線長の短縮化により、ＬＳＩのドライバをＬＳＩ内部のものと同一仕様とすることができるため、ＬＳＩ自体の小型化も図ることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、ベース基板が有機パッケージ基板である場合について説明したが、これに限らず、その他の材料の基板を用いることとしても良い。ただし、この場合にも、接着シートの熱膨張率が、ベース基板の熱膨張率と、シリコンインタポーザ２０の熱膨張率との間の値である必要がある。
【００３７】
なお、上記実施形態では、ＬＳＩチップが４つ設けられた場合について説明したが、これに限らず、ＬＳＩチップは任意の数（複数）設けることとしても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、チップとして、ＬＳＩチップを用いることとしたが、これに限らず、その他のチップを用いることとしても良い。また、上記実施形態では、配線基板としてシリコンインタポーザを用いることとしたが、これに限らず、シリコン以外の基板を用いても良い。
【００３９】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ベース基板
１８  接着シート（接着層）
２０  シリコンインタポーザ（配線基板）
３０Ａ〜３０Ｄ  チップ（ＬＳＩチップ）
１００  マルチチップモジュール
１２０  導電性樹脂
１５０  キャリア（平板状部材）
【図１】
0005532744.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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