(57)【要約】【課題】回路素子で発生した熱により回路装置の信頼性が低下するのを抑制することが可能な回路装置を提供する。【解決手段】この回路装置は、ビアホール４ａおよび４ｂを有する絶縁層４と、絶縁層４のビアホール４ａに充填された充填ビア部５ａと、絶縁層４のビアホール４ｂの内側面に沿って形成されるとともに、凹形状の上面部５ｅを有する非充填ビア部５ｂおよび５ｃと、絶縁層４のビアホール４ａの形成領域の上方に配置されるＬＳＩチップ８とを備えている。【選択図】図１
2006310783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１開口部および第２開口部を有する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の第１開口部に充填された第１の導体と、
前記第１絶縁層の第２開口部の内側面に沿って形成されるとともに、凹形状の上面を有する第２の導体と、
前記第１絶縁層の第１開口部の形成領域の上方に配置される回路素子とを備えた、回路装置。
【請求項２】
前記第２の導体の凹形状の上面に充填されるとともに、前記第２の導体よりも低いヤング率を有する充填材をさらに備える、請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記充填材は、樹脂を主成分とする層からなる、請求項２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記樹脂を主成分とする層は、前記第１絶縁層の第１開口部に充填された前記第１の導体と前記回路素子との間にも配置されている、請求項３に記載の回路装置。
【請求項５】
前記第１の導体および前記第２の導体は、同一の材料からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路装置。
【請求項６】
前記第１の導体および前記第２の導体は、同一の層からなる、請求項５に記載の回路装置。
【請求項７】
前記第１絶縁層の第２開口部は、複数個形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路装置。
【請求項８】
前記第１絶縁層の第２開口部は、３つ以上形成されており、
前記３つ以上形成された第２開口部は、平面的に見て、前記回路素子を取り囲むように配置されている、請求項７に記載の回路装置。
【請求項９】
前記第１絶縁層の第２開口部は、コンタクトホールとして機能する開口部と、コンタクトホールとして機能しない開口部とを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置に関し、特に、回路素子を備えた回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化および多機能化のために、単位体積当たりの発熱量が増加している。このため、近年では、回路装置の基板として、高い放熱性を有する金属基板を用いるとともに、その金属基板上に、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：大規模集積回路）などの回路素子を装着している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、上記特許文献１に開示された従来の回路装置の構造を示した断面図である。図１６を参照して、従来の回路装置では、基板１０１上に配線構造体１０２が形成されている。この配線構造体１０２は、絶縁層上に複数の配線（図示せず）などを構成する導体層を積層することにより形成されている。また、配線構造体１０２の所定の領域には、複数のサーマルビア１０２ａが所定の間隔を隔てて厚み方向に貫通して形成されている。このサーマルビア１０２ａ内には、上記導体層からなる導体１０３がサーマルビア１０２ａを完全に埋め込むように充填されている。この導体１０３の上面は、平坦で、かつ、配線構造体１０２の上面と同じ面上に形成されている。また、配線構造体１０２のサーマルビア１０２ａ（導体１０３）の形成領域上には、金属製のダイパッド１０４が配置されている。また、ダイパッド１０４上には、接着剤層１０５を介して半導体素子（回路素子）１０６が固着されている。また、半導体素子１０６と配線構造体１０２の図示しない配線とは、ボンディングワイヤ１０７により電気的に接続されている。また、半導体素子１０６およびボンディングワイヤ１０７を覆うように、エポキシ系の封止樹脂（図示せず）が形成されている。
【０００４】
図１６に示した従来の回路装置では、半導体素子１０６で発生した熱は、接着剤層１０５およびダイパッド１０４を介して、配線構造体１０２に伝達されるとともに、配線構造体１０２の主にサーマルビア１０２ａに充填された導体１０３を介して、基板１０１に伝達されて放熱される。
【０００５】
従来の回路装置において、さらに放熱性を向上させようとする場合には、熱伝導性の高い金属からなる導体１０３が充填されたサーマルビア１０２ａを、半導体素子（回路素子）１０６の下に高密度に配置する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１９３３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、熱伝導性の高い金属からなる導体１０３が充填されたサーマルビア（開口部）１０２ａを、半導体素子（回路素子）１０６の下に高密度に配置する場合には、半導体素子１０６で発生した熱によりサーマルビア１０２ａ中の金属からなる導体１０３が熱膨張することによって、半導体素子１０６近傍の配線構造体１０２の部分に応力が加わるので、配線構造体１０２と封止樹脂との間で剥がれが発生する場合があるという不都合がある。このため、回路装置の信頼性が低下するという問題点がある。
【０００８】
また、上記のように、配線構造体１０２に応力が加わると、半導体素子１０６の周辺に、所定の配線に接続された金属からなる導体１０３が充填されたコンタクトホール（開口部）（図示せず）が配置されている場合には、配線構造体１０２に加わる応力が、コンタクトホールに充填された金属からなる導体１０３に集中するので、導体１０３を構成する金属にクラックが発生する。この場合には、回路装置の配線の接続不良となる場合があるので、これによっても、回路装置の信頼性が低下するという問題点がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回路素子で発生した熱により回路装置の信頼性が低下するのを抑制することが可能な回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回路素子は、第１開口部および第２開口部を有する第１絶縁層と、第１絶縁層の第１開口部に充填された第１の導体と、第１絶縁層の第２開口部の内側面に沿って形成されるとともに、凹形状の上面を有する第２の導体と、第１絶縁層の第１開口部の形成領域の上方に配置される回路素子とを備えている。
【００１１】
この一の局面による回路素子では、上記のように、第１絶縁層の第１開口部の形成領域の上方に回路素子を配置するとともに、第１絶縁層の第１開口部に第１の導体を充填することによって、回路素子で発生した熱を、第１開口部に充填された第１の導体を介して放熱することができる。また、第１絶縁層の第２開口部の内側面に沿って形成されるとともに、凹形状の上面を有する第２の導体を設けることによって、回路素子で発生した熱により第１開口部内の第１の導体が熱膨張する場合に、第２開口部の内側面に沿って形成される凹形状の上面を有する第２の導体の側部を弾性変形させることができるので、第２の導体をバネとして機能させることができる。これにより、回路素子近傍の第１絶縁層に加わる応力を吸収することができるので、第１絶縁層に応力が加わるのを抑制することができる。その結果、第１絶縁層上に回路素子を覆うように封止樹脂が形成される場合に、第１絶縁層に応力が加わることに起因して第１絶縁層上に形成される封止樹脂が剥がれるのを抑制することができるので、回路装置の信頼性が低下するのを抑制することができる。また、回路素子で発生した熱により第１開口部内の第１の導体が熱膨張する場合に、凹形状の上面を有する第２の導体をバネとして機能させることにより、第２の導体に加わる応力を吸収することができるので、第２の導体にクラックが発生するのを抑制することができる。これにより、第２の導体を配線として用いる場合にも、配線の接続不良が発生するのを抑制することができる。これによっても、回路装置の信頼性が低下するのを抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第２の導体の凹形状の上面に充填されるとともに、第２の導体よりも低いヤング率を有する充填材をさらに備える。このように構成すれば、第２の導体が弾性変形する際に、第２の導体よりも低いヤング率を有する充填材を、緩衝材として機能させることができるので、第２の導体の過度の変形を抑制することができる。これにより、より信頼性に優れた回路装置を得ることができる。
【００１３】
上記第２の導体よりも低いヤング率を有する充填材を備える回路素子において、好ましくは、充填材は、樹脂を主成分とする層からなる。このように構成すれば、容易に、充填材のヤング率を第２の導体よりも低くすることができる。
【００１４】
上記充填材が樹脂を主成分とする層からなる回路素子において、好ましくは、樹脂を主成分とする層は、第１絶縁層の第１開口部に充填された第１の導体と回路素子との間にも配置されている。このように構成すれば、樹脂を主成分とする層により、第１絶縁層の第１開口部内に充填された第１の導体、および、第２開口部に設けられた第２の導体を保護することができる。また、樹脂を主成分とする層上に回路素子を配置することによって、樹脂を主成分とする層上に樹脂製の接着層を介して回路素子を固定する場合に、樹脂製の接着層と樹脂を主成分とする層との接着性は良好であるので、回路素子の第１絶縁層に対する接着性を向上させることができる。また、第１絶縁層上に配置された樹脂を主成分とする層は、第２開口部に形成された第２の導体の凹形状の上面に充填されているので、樹脂を主成分とする層が第２の導体の凹形状の上面にくい込むように形成される。この場合、樹脂を主成分とする層は、釘またはくさびのような働き（アンカー効果）を有するので、第２の導体と樹脂を主成分とする層との接着性を向上させることができる。これらの結果、より信頼性の高い回路装置を得ることができる。
【００１５】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１の導体および第２の導体は、同一の材料からなる。このように構成すれば、第１の導体および第２の導体を同一のプロセスを用いて形成することができるので、容易に、回路装置を形成することができる。
【００１６】
上記第１の導体および第２の導体が同一の材料からなる回路素子において、好ましくは、第１の導体および第２の導体は、同一の層からなる。このように構成すれば、容易に、第１の導体および第２の導体を同時に形成することができるので、回路装置の製造時間を短縮することができる。
【００１７】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の第２開口部は、複数個形成されている。このように構成すれば、複数の第２開口部の内側面に沿って形成される凹形状の上面を有する第２の導体を、それぞれバネとして機能させることにより、回路素子近傍の第１絶縁層に加わる応力をより有効に吸収することができるので、第１絶縁層に応力が加わるのをより抑制することができる。
【００１８】
上記第１絶縁層の第２開口部が複数個形成されている回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の第２開口部は、３つ以上形成されており、３つ以上形成された第２開口部は、平面的に見て、回路素子を取り囲むように配置されている。このように構成すれば、回路素子で発生した熱により第１開口部内の第１の導体が熱膨張する場合に、３つ以上形成された第２開口部が回路素子を取り囲んだ状態で、第２開口部に形成される凹形状の上面を有する第２の導体をバネとして機能させることにより、回路素子周辺の第１絶縁層に加わる応力を吸収することができるので、第１絶縁層に応力が加わるのを効果的に抑制することができる。
【００１９】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の第２開口部は、コンタクトホールとして機能する開口部と、コンタクトホールとして機能しない開口部とを含む。このように構成すれば、コンタクトホールとして機能しない開口部を、回路素子周辺などの応力の吸収に効果的な位置に、電気特性などを考慮することなく配置することができるので、第１絶縁層に応力が加わるのを効果的に抑制することができる。
【００２０】
上記充填材が樹脂を主成分とする層からなる回路素子において、好ましくは、樹脂を主成分とする層上には、回路素子を覆うように、封止樹脂が形成されている。このように構成すれば、第２の導体よりもヤング率の低い樹脂を主成分とする層を介して封止樹脂が形成されるので、第２の導体上に直接封止樹脂が形成される場合に比べて、封止樹脂の剥がれをより抑制することができる。
【００２１】
上記第１絶縁層の第２開口部が３つ以上形成されている回路素子において、好ましくは、３つ以上形成された第２開口部は、平面的に見て、第２開口部を互いに結んで囲まれる領域内に、回路素子の全体が配置されるように設けられている。このように構成すれば、第１絶縁層に応力が加わるのをより効果的に抑制することができる。
【００２２】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の第２開口部は、第１開口部よりも大きい開口幅を有する。このように構成すれば、第２開口部の内側面に沿って第２の導体を形成する際に、第１絶縁層の第１開口部に第１の導体を形成する場合とは異なり、第２開口部を充填することなく凹形状の上面を有するように、第２の導体を形成することができる。
【００２３】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の第２開口部は、第２の導体の第２開口部の内側面に位置する部分の厚みの２倍よりも大きい開口幅を有する。このように構成すれば、第１絶縁層の第２開口部が第２の導体により充填されるのを容易に抑制することができるので、凹形状の上面を有する第２の導体を容易に形成することができる。
【００２４】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第２の導体の凹形状の上面の最も低い部分は、第１絶縁層の上面よりも低くなるように形成されている。このように構成すれば、容易に、第２の導体を第１開口部内で弾性変形させることができる。
【００２５】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の下面から第２の導体の上面までの高さをＨ１、第１絶縁層の第２開口部内の実質的に中央部の第２の導体の下面から上面までの高さをＨ２とした場合に、Ｈ２／Ｈ１が０．８以下である。このように構成すれば、Ｈ２／Ｈ１が１である場合（第１絶縁層の第２開口部が第２の導体により完全に充填されている場合）に比べて、回路素子周辺の第１絶縁層に加わる応力を約半分以下にすることができるので、第１絶縁層上の封止樹脂が剥がれるのをより抑制することができる。
【００２６】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、回路素子と第２の導体とを電気的に接続する金属線をさらに備える。このように構成すれば、第２の導体を配線として用いることができる。
【００２７】
上記一の局面による回路素子において、好ましくは、第１絶縁層の下側に配置されるとともに、第１絶縁層の第１開口部に対応する領域に設けられる第３開口部を有する第２絶縁層と、第２絶縁層の下側に配置される基板と、第２絶縁層の第３開口部に充填されるとともに、第１の導体および基板に接続される第３の導体とをさらに備える。このように構成すれば、回路素子で発生した熱を、第１絶縁層に設けられる第１の導体と、第２絶縁層に設けられる第３の導体とを介して基板に伝達することができるので、回路装置の放熱性を向上させることができる。
【００２８】
上記第２絶縁層、基板および第３の導体を備える回路素子において、好ましくは、基板は、金属基板を含む。このように構成すれば、回路素子から伝達された基板の熱を効率良く放熱することができるので、回路装置の放熱性をより向上させることができる。
【００２９】
上記第２絶縁層、基板および第３の導体を備える回路素子において、好ましくは、第１絶縁層と第２絶縁層との間に配置され、第２の導体が電気的に接続される第４の導体をさらに備える。このように構成すれば、第２の導体を配線として用いる場合に、第４の導体も配線として用いることができる。
【００３０】
上記第２の導体が接続される第４の導体をさらに備える回路素子において、好ましくは、第３の導体および第４の導体は、同一の層からなる。このように構成すれば、第３の導体および第４の導体を同時に形成することができるので、回路装置の製造時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態による回路装置の構造を示した断面図である。図２は、図１に示した一実施形態による回路装置の構造を示した平面図である。まず、図１および図２を参照して、本実施形態による回路装置の構造について説明する。
【００３３】
本実施形態による回路装置では、図１に示すように、約１００μｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約１．５ｍｍ）の厚みを有する基板１を用いる。この基板１は、銅からなる下層金属層１ａと、下層金属層１ａ上に形成されたＦｅ−Ｎｉ系合金（いわゆるインバー合金）からなる中間金属層１ｂと、中間金属層１ｂ上に形成された銅からなる上層金属層１ｃとが積層されたクラッド材によって構成されている。
【００３４】
基板１の表面上には、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂を主成分とする１層目の絶縁層２が形成されている。この絶縁層２には、熱伝導率を高くするために、約３０μｍ以上の大きい直径を有するフィラーが添加されている。このフィラーとしては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および窒化ホウ素（ＢＮ）などがある。また、フィラーの重量充填率は、約６０％〜約８０％である。なお、アルミナやシリカなどのフィラーが添加されたエポキシ樹脂の熱伝導率は、約２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、フィラーが添加されていないエポキシ樹脂の熱伝導率（約０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも高い。
【００３５】
ここで、本実施形態では、後述するＬＳＩチップ（回路素子）８の下方に位置する絶縁層２の領域に、約１００μｍの直径（ビア径）を有するとともに、絶縁層２を厚み方向に貫通する４つのビアホール２ａが所定の間隔を隔てて形成されている。また、絶縁層２上の所定領域には、約１５μｍの厚みを有するとともに、サーマルビア部３ａと、配線部３ｂ〜３ｄとを含む１層目の銅からなる導電層３が形成されている。また、導電層３のサーマルビア部３ａは、ＬＳＩチップ８の下方に配置されている。また、サーマルビア部３ａは、４つのビアホール２ａを充填するとともに、絶縁層２の上面上に沿って延びるように形成された平坦な上面を有している。また、サーマルビア部３ａの４つのビアホール２ａに充填された部分は、基板１の上層金属層１ｃの上面に接触している。この導電層３のサーマルビア部３ａは、ＬＳＩチップ８からの熱を基板１に伝達して放熱する機能を有する。なお、ビアホール２ａ内に導電層３のサーマルビア部３ａが充填された状態での絶縁層２の熱伝導率は、約６Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜約８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、導電層３の配線部３ｂ〜３ｄは、ＬＳＩチップ８およびサーマルビア部３ａの周辺領域に配置されている。
【００３６】
また、導電層３上には、導電層３を覆うように、上記した１層目の絶縁層２と実質的に同じ厚みおよび組成を有する２層目の絶縁層４が形成されているとともに、絶縁層４上の所定領域に、２層目の銅からなる導電層５が形成されている。この導電層５の絶縁層４上に位置する部分の厚みは、約１５μｍであり、導電層５のビアホール４ｂの内側面に位置する部分の厚みｔ（図１参照）は、約５０μｍである。なお、絶縁層４は、本発明の「第１絶縁層」の一例である。
【００３７】
具体的には、図１に示すように、絶縁層４のＬＳＩチップ８の下方に位置する領域には、約１００μｍの直径（開口幅）Ｄ１を有するとともに、絶縁層４を厚み方向に貫通する４つのビアホール４ａが形成されている。なお、ビアホール４ａは、本発明の「第１開口部」の一例である。この４つのビアホール４ａは、それぞれ、絶縁層２に形成された４つのビアホール２ａに対応する位置に形成されている。また、絶縁層４には、導電層３の配線部３ｂおよび３ｃに対応する領域に、絶縁層４を厚み方向に貫通するビアホール４ｂが形成されている。なお、ビアホール４ｂは、本発明の「第２開口部」の一例である。このビアホール４ｂは、コンタクトホールとしての機能を有する。また、ビアホール４ｂは、約２００μｍの直径（開口幅）Ｄ２を有している。すなわち、ビアホール４ｂは、導電層５のビアホール４ｂの内側面に位置する部分の厚みｔ（約５０μｍ）の２倍よりも大きい直径（開口幅）Ｄ２を有している。また、ビアホール４ｂは、図２に示すように、多数個設けられているとともに、平面的に見て、ＬＳＩチップ８全体を取り囲むように周辺領域に配置されている。すなわち、多数個のビアホール４ｂを互いに結んで囲まれる領域Ｓ内に、ＬＳＩチップ８全体が配置されている。
【００３８】
また、導電層５は、図１に示すように、充填ビア部（サーマルビア部）５ａと、非充填ビア部５ｂおよび５ｃと、配線部５ｄとを含んでいる。なお、導電層５の充填ビア部５ａは、本発明の「第１の導体」の一例であり、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃは、本発明の「第２の導体」の一例である。導電層５の充填ビア部５ａは、ＬＳＩチップ８の下方に配置されている。また、充填ビア部５ａは、４つのビアホール４ａを充填するとともに、絶縁層４の上面上に沿って延びるように形成された平坦な上面を有している。また、充填ビア部５ａの４つのビアホール４ａに充填された部分は、導電層３のサーマルビア部３ａの上面に接触している。この導電層５の充填ビア部５ａは、ＬＳＩチップ８で発生した熱を導電層３のサーマルビア部３ａに伝達して放熱する機能を有する。また、非充填ビア部５ｂおよび５ｃは、ビアホール４ｂに対応する凹形状の上面部５ｅを有するように、ビアホール４ｂの内側面に沿って形成されている。また、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの上面部５ｅの最も高さの低い部分は、絶縁層４の上面よりも低い高さを有する。また、非充填ビア部５ｂおよび５ｃは、導電層３の配線部３ｂおよび３ｃの表面にそれぞれ接触している。
【００３９】
また、本実施形態では、図１に示すように、絶縁層４の下面（導電層３の上面）から導電層５の上面までの高さをＨ１、絶縁層４のビアホール４ｂ内の実質的に中央部の導電層５の下面から上面までの高さをＨ２とした場合に、Ｈ２／Ｈ１が０．８以下になるように導電層５が形成されている。なお、非充填ビア部５ｂは、１つのビアホール４ｂに対応するように設けられている一方、非充填ビア部５ｃは、２つのビアホール４ｂに対応するように設けられている。また、非充填ビア部５ｂおよび５ｃは、配線としての機能を有している。また、導電層５の配線部５ｄは、他のＬＳＩチップやチップ抵抗など（図示せず）と接続するように配置されている。なお、Ｃｕからなる導電層５のヤング率は約１２９．８ＧＰａである。
【００４０】
また、絶縁層４および導電層５の上面を覆うとともに、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃのワイヤボンディングエリアに対応する領域に開口部６ａを有する保護層６が形成されている。なお、保護層６は、本発明の「充填材」の一例である。また、保護層６のヤング率は約１０ＧＰａであり、導電層５に比べて低いヤング率となっている。また、保護層６は、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅに充填された部分を有している。これにより、導電層５の凹形状の上面部５ｅ内の保護層６を、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃが弾性変形する場合に、緩衝材として機能させることが可能であるので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの過度の変形を抑制することが可能となる。また、保護層６は、導電層５を保護する機能も有する。また、保護層６は、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。なお、液晶ポリマー、エポキシ樹脂およびメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、保護層６の材料として好ましい。また、保護層６に、ＳｉＯ２などのフィラーを添加してもよい。
【００４１】
また、保護層６上には、導電層５のサーマルビア部５ａ上の領域に、約２０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層７を介して、ＬＳＩチップ８が固定されている。なお、ＬＳＩチップ８は、本発明の「回路素子」の一例である。また、ＬＳＩチップ８では、単結晶シリコン基板（図示せず）が用いられており、熱膨張係数は、約４ｐｐｍ／℃である。このＬＳＩチップ８は、金属からなるワイヤ９によって、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃに電気的に接続されている。
【００４２】
また、回路装置内部に固定されたＬＳＩチップ８などを保護するために、ＬＳＩチップ８および保護層６を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層１０が形成されている。
【００４３】
本実施形態では、上記のように、絶縁層４のビアホール４ａの形成領域の上方にＬＳＩチップ８を配置するとともに、絶縁層４のビアホール４ａに充填ビア部５ａを充填することによって、ＬＳＩチップ８で発生した熱を、ビアホール４ａに充填された充填ビア部５ａを介して放熱することができる。また、絶縁層４のビアホール４ｂの内側面に沿って形成されるとともに、ビアホール４ｂに対応する凹形状の上面部５ｅを有する非充填ビア部５ｂおよび５ｃを設けることによって、ＬＳＩチップ８で発生した熱により充填ビア部５ａの４つのビアホール４ａに充填された部分が熱膨張する場合に、ビアホール４ｂの内側面に沿って形成される凹形状の上面部５ｅを有する非充填ビア部５ｂおよび５ｃの側部を弾性変形させることができるので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃをバネとして機能させることができる。これにより、ＬＳＩチップ８近傍の絶縁層４に加わる応力を吸収することができるので、絶縁層４に応力が加わるのを抑制することができる。その結果、絶縁層４上にＬＳＩチップ８を覆うように封止樹脂層１０が形成される場合に、絶縁層４に応力が加わることに起因して絶縁層４上に形成される封止樹脂層１０が剥がれるのを抑制することができるので、回路装置の信頼性が低下するのを抑制することができる。また、ＬＳＩチップ８で発生した熱によりビアホール４ａ内の充填ビア部５ａが熱膨張する場合に、凹形状の上面部５ｅを有する非充填ビア部５ｂおよび５ｃをバネとして機能させることにより、非充填ビア部５ｂおよび５ｃに加わる応力を吸収することができるので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃにクラックが発生するのを抑制することができる。これにより、非充填ビア部５ｂおよび５ｃを配線として用いる場合にも、配線の接続不良が発生するのを抑制することができる。これによっても、回路装置の信頼性が低下するのを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅに充填されるとともに、非充填ビア部５ｂおよび５ｃよりも低いヤング率を有する保護層６を設けることによって、非充填ビア部５ｂおよび５ｃが弾性変形する際に、非充填ビア部５ｂおよび５ｃよりも低いヤング率を有する保護層６を、緩衝材として機能させることができるので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの過度の変形を抑制することができる。これにより、より信頼性に優れた回路装置を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、保護層６上にＬＳＩチップ８を配置することによって、基板１上に樹脂製の接着層７を介してＬＳＩチップ８を固定する場合に、樹脂製の接着層７と保護層６との接着性は良好であるので、ＬＳＩチップ８の基板１に対する接着性を向上させることができる。また、絶縁層４上に配置された保護層６は、ビアホール４ｂに形成された非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅに充填されているので、保護層６が非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅにくい込むように形成される。この場合、保護層６は、釘またはくさびのような働き（アンカー効果）を有するので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃと保護層６との接着性を向上させることができる。これらの結果、より信頼性の高い回路装置を得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、絶縁層４のビアホール４ｂを、平面的に見て、ビアホール４ｂを互いに結んで囲まれる領域Ｓに、ＬＳＩチップ８全体が配置されるように設けることによって、ＬＳＩチップ８で発生した熱によりビアホール４ａ内の充填ビア部５ａが熱膨張する場合に、ビアホール４ｂがＬＳＩチップ８全体を取り囲んだ状態で、ビアホール４ｂに形成される非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅをバネとして機能させることにより、ＬＳＩチップ８周辺の絶縁層４に加わる応力を吸収することができるので、絶縁層４に応力が加わるのを効果的に抑制することができる。
【００４７】
図３〜図１３は、本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図１３を参照して、本実施形態による回路装置の製造プロセスについて説明する。
【００４８】
まず、図３に示すように、銅からなる下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃと、インバー合金からなる中間金属層１ｂとを含む基板１を形成する。具体的には、下層金属層１ａおよび上層金属層１ｃの間に中間金属層１ｂを配置した状態で圧着することにより３層構造のクラッド材からなる基板１を形成する。この際、基板１の厚みが約１００μｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約１．５ｍｍ）になるように形成する。
【００４９】
そして、基板１の表面上に、アルミナまたはシリカなどのフィラーが添加されたエポキシ樹脂を塗布することによって、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有する絶縁層２を形成する。この後、絶縁層２上に、約３μｍの厚みを有する銅箔３ｅを圧着する。
【００５０】
次に、図４に示すように、銅箔３ｅ上の所定の領域に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト１１を形成する。そして、レジスト１１をマスクとして、エッチング技術を用いて、ビアホール２ａ（図１参照）の形成領域上に位置する銅箔３ｅを除去する。これにより、絶縁層２のビアホール２ａの形成領域が露出される。この後、レジスト１１を除去する。
【００５１】
次に、図５に示すように、銅箔３ｅをマスクとして、銅箔３ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層２の露出した表面から基板１の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層２に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層２を厚み方向に貫通する４つのビアホール２ａを形成する。
【００５２】
次に、図６に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔３ｅ（図５参照）の上面およびビアホール２ａの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔３ｅの上面およびビアホール２ａの内部に、めっきする。なお、本実施形態では、無電解めっきに用いるめっき液中に抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔３ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール２ａの内面上に吸着させる。これにより、絶縁層４上の銅めっきの厚みを抑制しながら、ビアホール２ａの内側面上の銅めっきの厚みを約５０μｍと大きくすることが可能となるので、約１００μｍの直径（開口幅）Ｄ１を有するビアホール２ａに銅を充填することが可能となる。その結果、図６に示すように、絶縁層２上に、約１５μｍの厚みを有する平坦な上面を有する導電層３が形成されるとともに、ビアホール２ａ内に、導電層３が充填される。
【００５３】
次に、図７に示すように、導電層３上の所定の領域に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト１２を形成する。そして、レジスト１２をマスクとして、エッチング技術を用いて、導電層３をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ８（図１参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部３ａと、配線部３ｂ〜３ｄを形成する。この後、レジスト１２を除去する。
【００５４】
次に、図８に示すように、導電層３を覆うように、アルミナまたはシリカなどのフィラーが添加されたエポキシ樹脂を塗布することによって、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有する絶縁層４を形成する。この後、絶縁層４上に、約３μｍの厚みを有する銅箔５ｆを圧着する。
【００５５】
次に、図９に示すように、銅箔５ｆ上の所定の領域に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト１３を形成する。そして、レジスト１３をマスクとして、エッチング技術を用いて、ビアホール４ａおよび４ｂ（図１参照）の形成領域上に位置する銅箔５ｆを除去する。これにより、絶縁層４のビアホール４ａおよび４ｂの形成領域が露出される。この後、レジスト１３を除去する。
【００５６】
次に、図１０に示すように、銅箔５ｆをマスクとして、銅箔５ｆの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層４の露出した表面から導電層３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層４に約１００μｍの直径（開口幅）Ｄ１を有するとともに、絶縁層４を貫通する４つのビアホール４ａと、約２００μｍの直径（開口幅）Ｄ２を有するとともに、絶縁層４を厚み方向に貫通するビアホール４ｂとを同時に形成する。
【００５７】
なお、ビアホール４ｂは、図２に示すように、ＬＳＩチップ８を取り囲むように３ヶ所以上設けるとともに、３個以上のビアホール４ｂを互いに結んで囲まれる領域Ｓ内に、ＬＳＩチップ８の全体が配置されるようにレイアウトしておく。本実施形態では、ＬＳＩチップ８などの回路素子の配置領域以外の全てのビアホールを、ビアホール４ｂのように非充填ビアとなるように形成した。
【００５８】
次に、図１１に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔５ｆ（図１０参照）の上面およびビアホール４ａおよび４ｂの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔５ｆの上面およびビアホール４ａおよび４ｂの内部に、めっきする。なお、無電解めっきを行う際、ビアホール４ａでは、めっき液中に抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔５ｆの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール４ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール４ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール４ａ内に銅を充填することができる。その結果、絶縁層４上に、約１５μｍの厚みを有する導電層５が形成されるとともに、ビアホール４ａ内に導電層５が充填される。一方、ビアホール４ｂでは、導電層５のビアホール４ｂの内側面に位置する部分の膜厚ｔ（約５０μｍ）に比べて直径Ｄ２（約２００μｍ）が大きいので、導電層５はビアホール４ｂに対応する凹形状の上面部５ｅを有するように、ビアホール４ｂの内側面に沿って形成される。
【００５９】
次に、図１２に示すように、導電層５上の所定の領域に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト１４を形成する。そして、レジスト１４をマスクとして、エッチング技術を用いて、導電層５をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ８（図１参照）の下方の領域に位置する充填ビア部（サーマルビア部）５ａと、ＬＳＩチップ８の周辺領域に位置する非充填ビア部５ｂ、５ｃおよび配線部５ｄとを形成する。この後、レジスト１４を除去する。
【００６０】
次に、図１３に示すように、絶縁層４および導電層５を覆うように、導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃのワイヤボンディングエリアに対応する領域に開口部６ａを有する保護層６を形成する。この際、非充填ビア部５ｂおよび５ｃでは、保護層６により、凹形状の上面部５ｅが充填される。また、保護層６の上面は、平坦に形成される。
【００６１】
そして、導電層５の充填ビア部５ａ上の保護層６上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層７を介して、ＬＳＩチップ８を固定する。このＬＳＩチップ８を固定した後の接着層７の厚みは、約２０μｍとなる。この後、ＬＳＩチップ８と導電層５の非充填ビア部５ｂおよび５ｃのワイヤボンディングエリアとを金属からなるワイヤ９により電気的に接続する。
【００６２】
最後に、図１に示したように、基板１上のＬＳＩチップ８を保護するために、ＬＳＩチップ８および保護層６を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層１０を形成することによって、本実施形態による回路装置が形成される。
【００６３】
次に、本発明の一実施形態による回路装置の効果を確認するために行った実験について説明する。なお、この実験では、熱シミュレーションソフトを用いて、本実施形態に対応する実施例１〜１０によるモデル、および、比較例１によるモデルを作製するとともに、それらの作製したモデルについて解析を行った。
【００６４】
実施例１〜１０によるモデルは、絶縁層４の下面（導電層３の上面）から導電層５の上面までの高さをＨ１、絶縁層４のビアホール４ｂ内の実質的に中央部の導電層５の下面から上面までの高さをＨ２とした場合に、Ｈ２／Ｈ１が、それぞれ、０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８および０．９となるように導電層５を形成した。また、比較例１によるモデルは、Ｈ２／Ｈ１が１となるように導電層を形成した。すなわち、比較例１によるモデルでは、導電層が絶縁層４のビアホール４ｂに充填されている。実施例１〜１０によるモデル、および、比較例１によるモデルのその他の構造は、上記実施形態と同様である。
【００６５】
これらのモデルについて、高温時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量を測定した。その結果を図１４に示す。なお、高温時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量は、Ｈ２／Ｈ１が１となるように導電層を形成した比較例１の熱時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量を「１」として規格化を行った。
【００６６】
図１４を参照して、Ｈ２／Ｈ１が０〜０．９である実施例１〜１０は、Ｈ２／Ｈ１が１である比較例１に比べて高温時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量が減少することが判明した。これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、Ｈ２／Ｈ１が０〜０．９である実施例１〜１０では、ＬＳＩチップ８で発生した熱によりビアホール４ａおよび充填ビア部５ａが熱膨張する場合に、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの凹形状の上面部５ｅをバネとして機能させることにより、ＬＳＩチップ８周辺の絶縁層に加わる応力を吸収することができるので、絶縁層に応力が加わるのを抑制することができたと考えられる。また、Ｈ２／Ｈ１が０〜０．８である実施例１〜９は、Ｈ２／Ｈ１が１．０である比較例１に比べて、高温時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量が約半分以下に減少するとともに、Ｈ２／Ｈ１が０．９である実施例１０に比べても、熱時のＬＳＩチップ８周辺の絶縁層の歪み量が大幅に減少することが判明した。これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、Ｈ２／Ｈ１が０〜０．８である実施例１〜９では、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの上面部５ｅの深さを大きくすることができるので、非充填ビア部５ｂおよび５ｃの上面部５ｅをバネとして機能させやすくできたためであると考えられる。
【００６７】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６８】
たとえば、上記実施形態では、ＬＳＩチップが内蔵された回路装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限らず、ＬＳＩチップ以外の回路素子が内蔵された回路装置にも適用可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、樹脂からなる保護層を、導電層５の保護膜としての機能に加え、導電層５の凹部を充填する充填材としても用いたが、本発明はこれに限らず、保護層とは別に、導電層５よりもヤング率の低い充填材を用いて導電層５の凹部を充填し、その後、保護層を導電層５の保護膜として形成してもよい。この場合、充填材として、たとえば、ヤング率が約７０．３ＧＰａであるアルミニウムなどを用いることができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、１層目の導電層３上に２層目の絶縁層４および導電層５が順次形成された２層構造の回路装置に本発明を適用する例を説明したが、本発明はこれに限らず、１層構造の回路装置にも適用可能である。また、２層目の導電層上に、さらに３層目の絶縁層および導電層が順次形成された回路装置にも適用可能である。また、同様に、４層以上の多層構造の回路装置にも適用可能である。
【００７１】
また、上記実施形態では、全てのビアホール４ｂに配線として機能する非充填ビア部を設けることにより、全てのビアホール４ｂをコンタクトホールとして機能させた例について示したが、本発明はこれに限らず、図１５に示した本実施形態の変形例のように、コンタクトホールとして機能するビアホール４ｂと、コンタクトホールとして機能しないビアホール４ｂとを設けてもよい。具体的には、非配線部３ｅ上に、配線としての機能を有しない非充填ビア部５ｇが設けられたビアホール４ｂを形成すればよい。この場合、コンタクトホールとして機能しないビアホール４ｂを、ＬＳＩチップ周辺などの応力の吸収に効果的な位置に、電気特性などを考慮することなく配置することができるので、絶縁層４に応力が加わるのを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態による回路装置の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した一実施形態による回路装置の構造を示した平面図である。
【図３】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による回路装置の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１５】本発明の一実施形態の変形例による回路装置の構造を示した断面図である。
【図１６】従来の回路装置の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
４  絶縁層（第１絶縁層）
４ａ  ビアホール（第１開口部）
４ｂ  ビアホール（第２開口部）
５ａ  充填ビア部（第１の導体）
５ｂ、５ｃ  非充填ビア部（第２の導体）
６  保護層（充填材）
８  回路素子（ＬＳＩチップ）
【図１】
2006310783.tif 000003
【図２】
2006310783.tif 000004
【図３】
2006310783.tif 000005
【図４】
2006310783.tif 000006
【図５】
2006310783.tif 000007
【図６】
2006310783.tif 000008
【図７】
2006310783.tif 000009
【図８】
2006310783.tif 000010
【図９】
2006310783.tif 000011
【図１０】
2006310783.tif 000012
【図１１】
2006310783.tif 000013
【図１２】
2006310783.tif 000014
【図１３】
2006310783.tif 000015
【図１４】
2006310783.tif 000016
【図１５】
2006310783.tif 000017
【図１６】
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