(57)【要約】【課題】配線基板とその上に搭載する回路素子との間の接続信頼性に優れた回路装置およびその製造技術を提供する。【解決手段】回路装置は、その表面に電極４ａを有する回路素子５と、その表面に電極７ｃを有する配線基板１２と、配線基板１２と回路素子５との間に設けた絶縁層６と、この絶縁層６を貫通し、電極４ａと電極７ｃとを接続する導体部８を備える。配線基板１２は、絶縁層９、絶縁層９の上面側に形成した電極７ｃを含む導電層７、及び絶縁層９の下面側に形成した導電層１０からなる積層構造を有する。ここで、導体部８は導電層７の電極７ｃと一体的に設けられる。【選択図】図１
2008010706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する回路素子と、
第２の電極を有する配線基板と、
前記配線基板上に設けられた絶縁層と、
前記第２の電極から前記絶縁層内に、この第２の電極と一体的に設けられた導体部と、を備え、
前記絶縁層上に前記回路素子が設置され、この状態で前記第１の電極と前記導体部とが接続されている回路装置。
【請求項２】
前記第１の電極および前記導体部とは同一の金属からなる請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
第１の電極を有する回路素子を用意する第１の工程と、
第１の絶縁層の一方の面側に前記回路素子の前記第１の電極を有する面を圧着する第２の工程と、
前記第１の絶縁層に、その他方の面側から前記第１の電極が露出するように開口部を形成する第３の工程と、
前記開口部内を含む前記絶縁層上に、前記第１の電極と接続する第１の導電層を形成する第４の工程と、
前記第１の絶縁層の他方の面側に、少なくとも一層の第２の絶縁層と第２の導電層との積層構造からなる配線基板を形成する第５の工程と、
を備え、
前記第１の導電層の一部は前記配線基板の第２の電極として機能することを特徴とした回路装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第１の導電層は同一の材料からなる請求項３に記載の回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置およびその製造方法に関し、特に配線基板の上に回路素子を搭載した回路装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。こうした要求に対応するため、ＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれるパッケージ技術が種々開発されている。
【０００３】
このＣＳＰでは一主面に外部接続電極（電極パッド）が形成されたウエハをダイシングすることによりパッケージが形成される。このため、ＣＳＰはＬＳＩと同等のサイズにて配線基板（実装基板）に固着することが可能となり、ＣＳＰが実装される側の配線基板を小型化することが可能となる。したがって、ＣＳＰを採用することにより、ポータブルエレクトロニクス機器のセット全体を小型化することも可能となる。
【０００４】
一般に、ＣＳＰとしての回路素子を配線基板の上に搭載するには、回路素子と配線基板のそれぞれの電極パッドをはんだ等からなる金属バンプを介してフリップチップ接続することにより行う（特許文献１参照）。図６は配線基板上に回路素子を実装した従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。回路素子（半導体素子）１０１の表面周辺部に第１電極パッド１０２が形成され、この回路素子１０１を搭載するための配線基板１０８の表面に第２電極パッド１０９が形成され、はんだからなる金属バンプ１１４を用いて接着されている。
【特許文献１】特開平１０−６４９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の回路装置では、第１電極パッド１０２から第２電極パッド１０９までに至る経路が異なる材料から成るため、接続信頼性に劣る問題があった。具体的には、バンプ１１４にははんだが採用され、各電極パッド（第１電極パッド１０２、第２電極パッド１０９）は一般的に銅から成る。このため、バンプ１１４と各電極パッドとでは材料が異なるため、温度変化に応じて両者の界面には熱応力が発生する。したがって、バンプ１１４と各電極パッドとの接合箇所で断線が発生する恐れがあった。
【０００６】
また、従来の回路装置をプリント実装基板に実装する際（具体的には、回路装置の配線基板１０８の裏面側の電極をプリント実装基板上の電極と接続固定する際）に加わる熱処理によって、回路装置内のバンプ１１４が体積膨張し、回路装置内で剥離の起点となることがあるため、回路装置を実装したプリント実装基板の信頼性が劣化する問題がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線基板とその上に搭載する回路素子との間の接続信頼性に優れた回路装置およびその製造技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る回路装置は、第１の電極を有する回路素子と、第２の電極を有する配線基板と、配線基板上に設けられた絶縁層と、第２の電極から絶縁層内に、この第２の電極と一体的に設けられた導体部と、を備え、絶縁層上に回路素子が設置され、この状態で第１の電極と導体部とが接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、回路装置をプリント実装基板上に実装する際に加わる熱処理によって発生する配線基板と回路素子との剥離による断線などを抑制することができる。このため、回路装置の耐熱信頼性（配線基板とその上に搭載する回路素子との間の接続信頼性）が向上する。これは、第２の電極と導体部とを一体化して形成しているため、その部分に接合界面がなくなり、従来のはんだ等の金属バンプを用いた場合に発生する体積膨張に起因した応力負荷が抑制されるためである。
【００１０】
上記構成において、第１の電極および導体部とは同一の金属からなることが好ましい。この構成によれば、第１の電極と導体部との熱膨張係数が同じになるので、回路装置の熱応力に対する接続信頼性（耐熱信頼性）をさらに向上させることができる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る回路装置の製造方法は、第１の電極を有する回路素子を用意する第１の工程と、第１の絶縁層の一方の面側に回路素子の第１の電極を有する面を圧着する第２の工程と、第１の絶縁層に、その他方の面側から第１の電極が露出するように開口部を形成する第３の工程と、開口部内を含む絶縁層上に、第１の電極と接続する第１の導電層を形成する第４の工程と、第１の絶縁層の他方の面側に、少なくとも一層の第２の絶縁層と第２の導電層との積層構造からなる配線基板を形成する第５の工程と、を備え、第１の導電層の一部は配線基板の第２の電極として機能することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、回路素子の第１の電極と配線基板とが第１の導電層を介して接続され、従来のはんだバンプを介した接続に比べて、熱応力に対する接続信頼性（耐熱信頼性）が向上した回路装置が容易に製造される。
【００１３】
上記構成において、第１の電極および第１の導電層は同一の材料からなるように製造することが好ましい。この構成によれば、第１の電極と第１の導電層との熱膨張係数を容易に同じとすることができるので、熱応力に対する接続信頼性（耐熱信頼性）がさらに向上した回路装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、配線基板とその上に搭載する回路素子との間の接続信頼性に優れた回路装置およびその製造技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る回路装置の概略断面図である。図１に基づいて第１実施形態の回路装置について説明する。
【００１７】
この第１実施形態での回路装置は、その表面に電極４ａを有する回路素子５と、その表面に電極７ｃを有する配線基板１２と、配線基板１２と回路素子５との間に設けられた絶
縁層６と、この絶縁層６を貫通し、電極４ａと電極７ｃとを接続する導体部８を備えている。なお、電極４ａは本発明の「第１の電極」および電極７ｃは本発明の「第２の電極」の一例である。
【００１８】
回路素子５は、Ｐ型シリコン基板などの半導体基板１の表面（下面側）に周知の技術により所定の電気回路（図示せず）が形成され、実装面となる表面（特に周辺部）に電極３が形成されている。この電極３を除いた半導体基板１の表面上の領域には保護膜２が形成されている。さらに電極３のピッチをより広くするために、電極３に接続して再配線パターン４および再配線された電極４ａが形成されている。
【００１９】
配線基板１２は、絶縁層９、絶縁層９の上面側に形成された電極７ｃを含む導電層７、及び絶縁層９の下面側に形成された導電層１０からなる積層構造を有する。上下の導電層はビアホール９ａ内に設けられた導体部１１によって接続されている。この絶縁層９にはエポキシ樹脂を主成分とする膜が採用され、その厚さは、たとえば、約１００μｍである。また、導電層７，１０には銅（Ｃｕ）等の金属が採用され、その厚さは、たとえば、約３０μｍである。
【００２０】
絶縁層６は、回路素子５と配線基板１２との間に設けられている。絶縁層６にはエポキシ樹脂を主成分とする膜が採用され、その厚さは、たとえば、約１００μｍである。なお、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁層６は、編み込まれたガラス繊維に樹脂を含浸させたタイプの膜であってもよい。あるいは、絶縁層６に約２μｍ〜１０μｍ程度の直径を有するフィラーが添加された膜であってもよい。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３０％〜約８０％である。
【００２１】
導体部８は絶縁層６を貫通して形成された開口部６ａ内に設けられ、回路素子５の電極４ａと配線基板１２の電極７ｃとを電気的に接続している。ここで、導体部８は導電層７の電極７ｃと一体的に設けられている。
（製造方法）
図２〜図４は、図１に示した第１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４を参照して、第１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。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、その表面に電極４ａを有する回路素子５を用意する。具体的には、Ｐ型シリコン基板などの半導体基板１の表面（下面側）に周知の技術により所定の電気回路（図示せず）およびその周辺部あるいは上部に電極３を形成する。電極３の材料には一般的にアルミニウム（Ａｌ）等の金属が採用される。この電極３を除いた半導体基板１の表面上の領域に、半導体基板１を保護するための絶縁性の保護膜２を形成する。保護膜２としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等が採用される。さらに電極３のピッチをより広くするために銅からなる再配線パターン４および電極４ａを形成する。ここでは、レジストパターン形成、銅めっき処理、及びレジスト除去を２回繰り返して所望の再配線パターン４および電極４ａを形成している。
【００２３】
図２（Ｂ）に示すように、回路素子５よりも面積の大きな銅箔７ａ付きの絶縁層６に対して回路素子５をその表面（下面側）から真空下または減圧下で熱圧着する。なお、絶縁層６の厚さは、たとえば、約１００μｍとし、銅箔７ａの厚さは、たとえば、約１０μｍとする。絶縁層６としては先に示した材料が採用される。
【００２４】
回路素子５を絶縁層６に圧着することにより、図２（Ｃ）に示すように、絶縁層６内に
回路素子５の電極４ａを含む再配線パターン４が埋め込まれ、絶縁層６上に回路素子５が固着される。
【００２５】
図２（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて開口部６ａ（図１参照）の形成領域に位置する銅箔７ａを除去する。これにより、絶縁層６の開口部６ａの形成領域が露出される。
【００２６】
次に、図３（Ａ）に示すように、銅箔７ａの下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６の露出した表面から電極４ａ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６に、約７０μｍの直径を有し、絶縁層６を貫通する開口部６ａを形成する。なお、絶縁層６は本発明の「第１の絶縁層」の一例である。
【００２７】
図３（Ｂ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔７ａの表面および開口部６ａ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７ａの表面および開口部６ａの内部に銅をめっきする。なお、本実施形態では、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７ａの表面上に吸着させるとともに、促進剤を開口部６ａの内面上に吸着させる。これにより、開口部６ａ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、開口部６ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、絶縁層６上に約３０μｍの厚みを有する導電層７ｂが形成されるとともに、開口部６ａ内に導体部８が埋め込み形成される。
【００２８】
図３（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層７ｂをパターニングする。これにより、電極７ｃおよび所定の配線パターンを含む導電層７が形成される。なお、導電層７および導体部８は本発明の「第１の導電層」の一例である。
【００２９】
図３（Ｄ）に示すように、銅箔１０ａ付きの絶縁層９を絶縁層６の下面側から真空下または減圧下で熱圧着する。ここで、絶縁層９の厚さは、たとえば、約１００μｍとし、銅箔１０ａの厚さは、たとえば、約１０μｍとする。絶縁層９としては先に示した絶縁層６と同じ材料が採用される。なお、絶縁層９は本発明の「第２の絶縁層」の一例である。
【００３０】
銅箔１０ａ付き絶縁層９を圧着することにより、図４（Ａ）に示すように、絶縁層９内に導電層７が埋め込まれる。これにより、絶縁層６の下面側に配線基板１２（図１参照）の基材となる部分が形成される。
【００３１】
図４（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてビアホール９ａ（図１参照）の形成領域に位置する銅箔１０ａを除去する。これにより、絶縁層９のビアホール９ａの形成領域が露出される。
【００３２】
図４（Ｃ）に示すように、銅箔１０ａの下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９の露出した表面から導電層７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９に、約７０μｍの直径を有し、絶縁層９を貫通するビアホール９ａを形成する。
【００３３】
図４（Ｄ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔１０ａの表面およびビアホール９ａ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１０ａの表面およびビアホール９ａの内部に銅をめっきする。なお、本実施形態では、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１０ａの表面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール９ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール９ａ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
９ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図４（Ｄ）に示すように、絶縁層９上に約３０μｍの厚みを有する導電層１０ｂが形成されるとともに、ビアホール９ａ内に導体部１１が埋め込み形成される。
【００３４】
最後に、図１に示したように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層１０ｂをパターニングする。これにより、所定の配線パターンを有する導電層１０が形成される。この結果、基材としての絶縁層９、この絶縁層９の上面側に形成された電極７ｃを含む導電層７、及び絶縁層９の下面側に形成された導電層１０の積層構造を有する配線基板１２が形成される。なお、導電層１０は本発明の「第２の導電層」の一例である。
【００３５】
これらの工程により、第１実施形態の回路装置が製造される。
【００３６】
以上説明した第１実施形態の回路装置およびその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）回路装置をプリント実装基板上に実装する際、回路装置に加わる熱処理によって発生する配線基板１２と回路素子５との剥離による断線などを抑制することができる。このため、回路装置の耐熱信頼性（配線基板１２とその上に搭載する回路素子５との間の接続信頼性）が向上する。これは、配線基板１２の電極７ｃと導体部８とを一体化して形成したため、その部分に接合界面がなくなり、従来のはんだ等の金属バンプを用いた場合に発生する体積膨張に起因した応力負荷が抑制されるためである。
（２）電極７ｃと導体部８とが一体化された金属で形成したことで、電極７ｃと導体部８との間に接合界面がなくなるので、使用状況下の温度変化等により熱応力が作用しても断線等は生じず、熱応力に対する回路装置の接続信頼性を向上させることができる。
（３）電極４ａと導体部８とを同一の金属としたことで、電極４ａと導体部８との熱膨張係数が同じなるので、使用状況下の温度変化等によりこの部分に熱応力が作用しても断線等の恐れが少ない構成となる。この結果、熱応力に対する回路装置の接続信頼性をさらに向上させることができる。
（４）回路素子５の電極４ａと配線基板１２とが導体部８と一体化した導電層７を介して接続され、従来のはんだバンプを介した接続に比べて、熱応力に対する接続信頼性が向上した回路装置が容易に製造される。
（５）電極４ａおよび導電層７（特に導体部８）を同一の材料で製造したことで、電極４ａと導電層７（特に導体部８）との熱膨張係数を容易に同じとすることができるので、熱応力に対する接続信頼性がさらに向上した回路装置を製造することができるようになる。（６）回路素子５と配線基板１２とを接続する導体部８および絶縁層６の製造を、配線基板１２を構成する絶縁層９および導電層１０と同じプロセスをそのまま採用して形成できるので、新たな設備投資をすることなく、低コストで回路装置を製造することができる。（７）回路素子５と配線基板１２との間の間隔を絶縁層６の膜厚により容易に制御できるので、回路装置の薄型化を容易に実現することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る概略断面図である。第１実施形態と異なる箇所は、回路素子５に第１実施形態での再配線パターン４および電極４ａを設けず、配線基板１２ａと接続する導体部８ａが半導体基板１上の電極３と直接接続していることである。それ以外については、第１実施形態と同様である。
【００３８】
この第２実施形態の回路装置およびその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（８）従来、半導体基板１上の電極３間のピッチは、たとえば、約７０μｍと非常に狭く、このままでははんだバンプ接続が困難であるため、回路素子の小型化を犠牲にして半導体基板１上に再配線パターンおよびそれに連結して設けられた電極を形成していた。これ
により、再配線後の電極間のピッチは約５００μｍとなり、はんだバンプ接続を容易に行えるようにしていた。この実施形態によれば、半導体基板１の電極３を再配線することなく、回路素子５と配線基板１２ａとを接続することができるので、再配線パターン部分の領域削減による回路素子５の小型化、さらには回路装置の小型化を実現することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、配線基板上に１つの回路素子を搭載した回路装置の例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図２（Ｂ）で示した工程において絶縁層上に複数の回路素子を圧着してもよい。この場合、配線基板とそれぞれの回路素子との間で熱応力に対する接続信頼性を向上させることができるようになる。
【００４０】
上記実施形態では、配線基板上に１つの回路素子を搭載した回路装置の製造方法の例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、回路素子を個別に切断する前のウエハ状態の半導体基板（回路素子となる部分がアレイ状に複数の形成された半導体基板）を絶縁層上に圧着し、上記と同様の工程を経て配線基板部分を形成した後、それをダイシングにより個別に切断して複数の回路装置を製造してもよい。この場合にも個々の回路装置は上記効果を享受することができる。
【００４１】
上記実施形態では、基材としての絶縁層９、この絶縁層の９上面側に形成された電極７ｃを含む導電層７、及び絶縁層９の下面側に形成された導電層１０の２層配線構造の配線基板１２の例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、絶縁層９の下面側にさらに絶縁層および配線層を交互に積層した多層配線構造の配線基板としてもよい。
【００４２】
上記実施形態では、回路素子５に再配線パターン４および電極４ａを形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、再配線パターン４のみを形成するだけでもよい。また、その形成は、保護膜２上に樹脂層を貼り付け、この樹脂層にレーザ加工によって開口部を形成し、その開口部に銅めっき処理を行い、最後にエッチングして所望の再配線パターンに加工する方法で行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回路装置の概略断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）図１に示した第１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。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）図１に示した第１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。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）図１に示した第１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。
【図５】本発明の第２実施形態に係る回路装置の概略断面図。
【図６】従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・半導体基板、２・・・保護膜、３・・・電極、４・・・再配線パターン、４ａ・・・電極、５・・・回路素子、６・・・絶縁層、６ａ・・・開口部、７・・・導電層、７ｃ・・・電極、８・・・導体部、９・・・絶縁層、９ａ・・・ビアホール、１０・・・導電層、１１・・・導体部、１２・・・配線基板
【図１】
2008010706.tif 000003
【図２】
2008010706.tif 000004
【図３】
2008010706.tif 000005
【図４】
2008010706.tif 000006
【図５】
2008010706.tif 000007
【図６】
2008010706.tif 000008