(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に半導体チップが搭載された複数枚のパッケージモジュールを積層して接着するとともに、各回路基板の導体層間をスルーホールまたはバイアホールを介して電気的に接続した構造の三次元実装パッケージを製造する方法において、
前記パッケージモジュールにおける少なくとも片側面に半硬化状態の樹脂からなる接着層を形成する工程と、前記接着層が形成されたパッケージモジュール間に、半導体チップを収容するデバイスホールが透設されてなるシート状のスペーサ用基材を介在させて積層し、この状態で加熱プレスを行う工程とを含み、
前記接着層を構成する樹脂、前記回路基板の絶縁部分を構成する樹脂及び前記スペーサ用基材を構成する樹脂は、同種のものであることを特徴とする三次元実装パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記接着層の厚さは５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の三次元実装パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元実装パッケージの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップの高容量化・高密度化の進展に伴い、携帯電話や次世代携帯情報端末等のような携帯機器の小型化・高機能化が進んでいる。このため、携帯機器に用いられるＩＣチップをよりいっそう高密度に実装可能なパッケージング構造が求められている。現状における高密度パッケージング構造としては、いわゆるＣＳＰ（チップサイズパッケージ）が知られている。しかし、ＣＳＰの場合、最低でもチップサイズと同程度の実装面積が必要になる。ゆえに、今後さらに実装密度を上げていくためには、従来の平面構造ではなく三次元的に半導体チップを実装することが必須となる。このような事情のもと、最近では三次元実装パッケージと呼ばれるパッケージング構造が提案されるに至っている。
【０００３】
この種のパッケージは、薄型基材に薄型ＩＣチップを搭載したもの（即ちパッケージモジュール）をプリプレグを介して複数枚積層するとともに、各基材の導体層間をスルーホールやバイアホールを介して電気的に接続した構造を有している。ここで、従来における三次元実装パッケージの製造方法の一例を簡単に説明する。
【０００４】
まず、導体層を有する回路基板を作製するとともに、回路基板上におけるチップ搭載エリアに薄型ＩＣチップをバンプ等を用いて接合することにより、パッケージモジュールを得る。次いで、得られた複数枚のパッケージモジュールをプリプレグとともに積層し、この状態で積層体に対する加熱プレスを行う。その結果、プリプレグ中に含浸されていた未硬化の樹脂が硬化し、その硬化した樹脂を介して各層が接着される。次いで、各層が一体化した積層体にスルーホールを形成し、外形加工等を行うことにより、所望の三次元実装パッケージが完成するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においてパッケージモジュール及びプリプレグの積層体に対して加熱プレスを行うと、プリプレグ中に含浸されていた未硬化の樹脂が無秩序に流動しやすく、積層体における各層が位置ズレを起こしやすい。ゆえに、製品に高い寸法精度を確保することが難しく、歩留まり低下を来すおそれがある。
【０００６】
また、このような流動が起こった場合、樹脂の偏在によって樹脂量に過不足が生じ、接着部位に高い信頼性を確保することが難しくなる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性に優れた三次元実装パッケージを比較的簡単にかつ確実に得ることができる三次元実装パッケージの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、回路基板上に半導体チップが搭載された複数枚のパッケージモジュールを積層して接着するとともに、各回路基板の導体層間をスルーホールまたはバイアホールを介して電気的に接続した構造の三次元実装パッケージを製造する方法において、前記パッケージモジュールにおける少なくとも片側面に半硬化状態の樹脂からなる接着層を形成する工程と、前記接着層が形成されたパッケージモジュール間に、半導体チップを収容するデバイスホールが透設されてなるシート状のスペーサ用基材を介在させて積層し、この状態で加熱プレスを行う工程とを含み、前記接着層を構成する樹脂、前記回路基板の絶縁部分を構成する樹脂及び前記スペーサ用基材を構成する樹脂は、同種のものであることを特徴とする三次元実装パッケージの製造方法をその要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記接着層の厚さは５μｍ〜５０μｍであるとした。
【００１１】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、加熱プレスを行うことにより、パッケージモジュールとスペーサ用基材とが接着層を介して接着される。この場合、モジュール表面に形成された接着層を構成している樹脂が溶解したとしても、当該樹脂は層方向に秩序をもって流動する。従って、無秩序な樹脂流動に起因した各層の位置ズレが起こりにくくなり、寸法精度に優れた製品を得ることができる。また、このような形で樹脂の流動が起こったとしても、樹脂が偏在するようなことはなく、樹脂量に過不足が生じにくい。しかも、樹脂を含浸してなるプリプレグが不要になるため、未含浸の単なるスペーサ用基材のみをパッケージモジュール間に介在させておけば足りることとなる。加えて、上記各部分を構成する樹脂が同種のものであれば、熱膨張係数等の観点から互いのマッチングが良くなり、接着強度の向上を図ることができる。従って、製品の信頼性をよりいっそう向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によると、接着層の厚さを５μｍ〜５０μｍという好適範囲内にて設定している。接着層の厚さが５μｍ未満であると、接着のために最低限必要な樹脂量が確保されなくなる結果、十分な接着強度が得られなくなり、信頼性の向上を図ることが困難になるおそれがある。逆に、接着層の厚さが５０μｍを超えると、最終的に肉薄な三次元実装パッケージを得るうえで不利になるおそれがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した一実施形態の三次元実装パッケージ及びその製造方法を図１〜図４に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本実施形態の三次元実装パッケージ１が示されている。このパッケージ１は、回路基板２とスペーサ用基材３とを交互に積層して接着した構造を備えている。より具体的にいうと、本実施形態では、３枚の回路基板２と２枚のスペーサ用基材３とを用いた構造が採用されている。２枚の回路基板２についてはその上面中央部にＩＣチップ４が搭載され、これによりいわゆるパッケージモジュール５が構成されている。
【００１６】
このパッケージ１の全体の厚さは０．２ｍｍ以下と極めて肉薄になっている。各回路基板２の導体層（導体パターン６や接続用パッド７）間は、パッケージ１の表裏を貫通するめっきスルーホール８を介して電気的に接続されている。同パッケージ１の表裏両面にはソルダーレジスト９が形成されている。パッケージ１の片側面においてソルダーレジスト９が形成されていない部分にある導体層（即ち接続用パッド７）上には、複数の外部接続端子１０が設けられている。なお、外部接続端子１０の形態としては図１に示すようなバンプが採用可能であるほか、例えばピン等が採用可能である。
【００１７】
パッケージモジュール５を構成する回路基板２としては、例えば片側面または両側面に導体パターン６を備えるプリント配線板（即ち片面板や両面板）等が用いられる。導体パターン６の外端部には、めっきスルーホール８との導通を図るためのランド部６ａが形成されている。導体パターン６の内端部には、ＩＣチップ４を実装するためのパッド部６ｂが形成されている。そして、ＩＣチップ４の下面側に形成された外部接続端子と前記パッド部６ｂとが、それぞれバンプ１１を介して接合されている。
【００１８】
回路基板２は薄型であることがよく、本実施形態においては０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さを有する樹脂フィルムに導体層を形成したものが用いられている。このような回路基板２を選択することは、最終的に肉薄な三次元実装パッケージ１を得るうえで有利だからである。樹脂フィルムの材料としては、例えばエポキシ、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。同様の理由によりＩＣチップ４も２００μｍ厚以下の薄型であることがよい。具体的にいうと、本実施形態では５０μｍ厚程度の薄型ＩＣチップ４が用いられている。薄型ＩＣチップ４は、いわゆるフェースダウン方式にて搭載されている。
【００１９】
このパッケージ１に用いられるスペーサ用基材３はシート状であって、回路基板２と同じ外形や寸法を有している。スペーサ用基材３の中央部には、薄型ＩＣチップ４の大きさよりも一回り大きい矩形状のデバイスホール１２が透設されている。即ち、このスペーサ用基材３は、薄型ＩＣチップ４の厚さ分の空間を確保するためのスペーサとしての役割を果たしている。スペーサ用基材３の厚さは０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度であることが好ましい。このようなスペーサ用基材３を選択することは、最終的に肉薄な三次元実装パッケージ１を得るうえで有利だからである。なお、スペーサ用基材３の製造用の材料としては、回路基板２と同様の樹脂材料、即ちエポキシ、ポリイミド、ポリプロピレン等の樹脂フィルムが使用可能である。なお、通常よく用いられるプリプレグとは異なり、このスペーサ用基材３には未硬化の樹脂は含浸されていない。
【００２０】
図１等に示されるように、本実施形態にて用いられる回路基板２の片側面または両側面の表層には、接着層１３が形成されている。より具体的にいうと、ＩＣチップ４が搭載されている面側については、実装チップ搭載エリアを除く箇所に接着層１３が形成されている。ＩＣチップ４が搭載されていない面側については、その全域に接着層１３が形成されている。
【００２１】
接着層１３の厚さは５μｍ〜５０μｍであることがよく、さらには１０μｍ〜４０μｍであることがよく、特には１５μｍ〜２５μｍであることがよい。接着層１３の厚さが５μｍ未満であると、接着のために最低限必要な樹脂量が確保されなくなる。この結果、十分な接着強度が得られなくなり、信頼性の向上を図ることが困難になるおそれがある。逆に、接着層１３の厚さが５０μｍを超えると、回路基板２の肉薄化が図りにくくなることが考えられ、その場合には最終的に肉薄な三次元実装パッケージ１を得るうえで不利になる。
【００２２】
接着層１３を構成する樹脂としては、例えばエポキシ、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。この場合、接着層１３を構成する樹脂、回路基板２の絶縁部分を構成する樹脂及びスペーサ用基材３を構成する樹脂として、同種のもの同士を選択することが好ましい。その理由は、同種のものを選択した場合、三者の熱膨張係数差が極めて小さくなるため、熱応力が発生しにくくなり、接着強度が向上するからである。なお、接着層１３を構成する樹脂中には、シリカガラス等の無機物からなるフィラー等が含まれていても構わない。
【００２３】
次に、上記三次元実装パッケージ１の製造手順を図２〜図４に基づいて説明する。
まず、ＩＣチップ４が搭載された２枚の回路基板２（即ち２個のパッケージモジュール５）と、２枚のスペーサ用基材３とをあらかじめ用意する。
【００２４】
パッケージモジュール５は、例えば以下のような手順で作製される。まず、図２（ａ）に示すように、樹脂フィルム等の絶縁材１６の片側面または両側面に銅箔１５を貼着した銅張積層板１４を用意する。これを出発材料として用いて、導電性ペーストの印刷または銅めっき等を行うことにより、所定箇所にバンプ１１を形成する。次いで、バンプ１１が形成された銅箔１５上に、エッチングレジスト１７を形成する。このエッチングレジスト１７には開口部１７ａを設けておく（図２（b）参照）。次いで、開口部１７ａから露出している部分の銅箔１５をエッチングすることによって導体パターン６を形成した後、不要になったエッチングレジスト１７を剥離する（図２（c）参照）。次に、導体パターン６のパッド部６ｂに対しＩＣチップ４をボンディングし、必要に応じてチップ搭載エリアの樹脂封止を行う（図２（d）参照）。そして最後に、回路基板２の片側面または両側面の表層に、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布する（図２（e）参照）。この場合、チップ搭載面についてはマスクを形成しておいてもよい。塗布された未硬化状態の樹脂は、さらに加熱等の硬化処理を経ることにより、半硬化の状態（例えばＢステージ状態）とされる。その結果、回路基板２の片面側または両側面の表層に所定厚さ（ここでは約２０μm）の接着層１３が形成され、２個のパッケージモジュール５を得ることができる。
【００２５】
なお、接着層１３を形成する方法として、上記のような未硬化樹脂を塗布してから若干硬化させるという手法のほか、例えば半硬化樹脂からなるシート材を貼着するという手法を採用してもよい。接着層１３を形成する工程は、上記のようにＩＣチップ４の搭載後に行われてもよいほか、搭載前に行われてもよい。また、回路基板２における回路形成方法としては、エッチングを利用したサブトラクティブ法のほか、例えばアディティブ法や印刷法などを採用することも可能である。
【００２６】
また、スペーサ用基材３は、例えば樹脂フィルム等を材料として用いるとともに、その中央部にデバイスホール１２を加工形成することにより作製される。ここではエポキシ樹脂からなる樹脂フィルムを用いている。
【００２７】
そして、パッケージモジュール５とスペーサ用基材３とを交互に２枚ずつ積層するとともに、後に回路基板２となる銅張積層板１４を最上層に配置する。この銅張積層板１４を構成する絶縁材１６の上側面には銅箔１５が貼着され、下側面には半硬化状態の樹脂からなる接着層１３が形成されている。
【００２８】
このような状態の積層体をプレス装置にセットし、加熱下において積層方向（即ち図３の上下方向）に所定の押圧力を与える。すると、樹脂がいったん溶融して流動することにより、回路基板２とスペーサ用基材３との間の隙間や、銅張積層板１４とスペーサ用基材３との間の隙間を埋める。そして、時間の経過に伴って次第に前記樹脂が硬化する。その結果、半硬化状態であった接着層１３がやがて完全硬化状態となり、その完全硬化した接着層１３を介して、回路基板２とスペーサ用基材３とが一体化し、銅張積層板１４とスペーサ用基材３とが一体化する。ただし、このときの樹脂流動は、プリプレグを用いたときのような無秩序なものではなく、回路基板２の層方向に沿ってのみ起こるものとなる。即ち、厚さ方向への樹脂流動が起こらないことから、樹脂がある程度秩序を持って流動する。その理由は、そもそも前記接着層１３は完全硬化体の表層に形成された状態にあるからである。なお、このような形で樹脂の流動が起こったとしても、樹脂が偏在するようなことはなく、樹脂量に過不足が生じにくい。
【００２９】
次いで、一体化した積層体をプレス装置から取り外した後、ランド部６ａに対応する箇所を穿孔することにより、スルーホール形成用孔１８の穴あけを行う（図４参照）。さらに、デスミア処理を行ってスルーホール形成用孔１８内のスミアを除去した後、従来公知の手法に従ってパネルめっきを行う。その結果、スルーホール形成用孔１８内に無電解銅めっきを析出させ、めっきスルーホール８を形成する。この後、積層体の表裏両面にレジストを設けて銅箔１５のエッチングを行うことにより、最外層に導体層をパターン形成する。次いで、前記導体層を保護するためのソルダーレジスト９を形成した後、ソルダーレジスト９の非形成部分から露出する接続用パッド７に対して金めっき等を施す。そして、所定位置にて積層体を打ち抜くことにより外形加工を行い、必要でない部分を除去する。そして、最後に検査を行い、本実施形態の三次元実装パッケージ１を完成させる。
【００３０】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、回路基板２における少なくとも片側面に半硬化状態の樹脂からなる接着層１３が形成されたパッケージモジュール５を用いてパッケージ１が製造される。そして、上記パッケージモジュール５間にスペーサ用基材３を介在させて積層した状態で加熱プレスを行うことにより、パッケージモジュール５とスペーサ用基材３とが接着層１３を介して接着される。
【００３１】
この場合においても、パッケージモジュール５の表層に存在する樹脂は、無秩序に流動するようなことはなく、層方向に沿ってある程度秩序をもって流動する。ゆえに、樹脂流動に起因した積層体各層の位置ズレが起こりにくくなる。よって、このパッケージモジュール５を用いて製造された三次元実装パッケージ１は、製品の寸法精度に優れたものとなる。このため、良品率が高くなり、歩留まりの向上を図ることができる。また、上記のような形で樹脂の流動が起こったとしても、樹脂が偏在するようなことはなく、樹脂量に過不足が生じにくい。このため、接着部位に高い信頼性を確保することでき、もって信頼性に優れた三次元実装パッケージ１を得ることができる。
【００３２】
（２）上記のようなパッケージモジュール５を用いる本実施形態の製造方法によれば、パッケージ１の製造にあたって、樹脂を含浸してなるプリプレグが不要になる。このため、未含浸の単なるスペーサ用基材３のみをパッケージモジュール５間に介在させておけば足りることとなる。
【００３３】
（３）加熱プレス時に各層の位置ズレが起こりにくい本実施形態によれば、加熱プレス時に位置決め用治具を用いる必要がなくなることに加え、積層体にあらかじめ位置決め穴を透設しておくことも不要になる。従って、高コスト化を回避しつつパッケージ１を比較的簡単に製造することが可能である。
【００３４】
（４）この三次元実装パッケージ１では、接着層１３の厚さを５μｍ〜５０μｍという好適範囲内にて設定している。従って、十分な接着強度が得られることにより信頼性が確実に向上するとともに、全体の肉薄化が図られることにより肉薄な三次元実装パッケージ１を得るのに好都合となる。
【００３５】
（５）この三次元実装パッケージ１では、接着層１３を構成する樹脂、回路基板２の絶縁部分を構成する樹脂及びスペーサ用基材３を構成する樹脂がともにエポキシ樹脂である。即ち、前記三者において同種の樹脂が用いられている。ゆえに、熱膨張係数等の観点から三者のマッチングが良く、接着強度の向上を図ることができる。このことは製品の信頼性向上に寄与している。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態２の三次元実装パッケージ２１及びその製造方法を図５，図６に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００３６】
図６に示される第２実施形態の三次元実装パッケージ２１においても、３枚の回路基板２と２枚のスペーサ用基材３Ａとを用いた構造が採用されている。３枚の回路基板２のうち２枚については下面側中央部にＩＣチップ４が搭載され、これによりいわゆるパッケージモジュール５が構成されている。ただし、このパッケージ２１の場合、めっきスルーホール８の代わりに各層のバイアホール２２を介して層間の接続が図られている。パッケージモジュール５及びスペーサ用基材３Ａのバイアホール２２は、同一直線上において積み重なるように配置された状態で互いに電気的に接続されている。また、本実施形態のパッケージ２１に用いられるスペーサ用基材３Ａは、層間接続のためのバイアホール２２を備えている。
【００３７】
次に、本実施形態の三次元実装パッケージ２１の製造手順を簡単に説明する。
まず、ＩＣチップ４が搭載された２枚の回路基板２（即ち２個のパッケージモジュール５）と、２枚のスペーサ用基材３Ａとをあらかじめ用意する。
【００３８】
スペーサ用基材３Ａには、印刷用マスクの配設、穴あけ、及び導電性金属ペーストの印刷等を行って、バイアホール２２を形成しておく。回路基板２に対しても、基本的には同様の手法によりバイアホール２２を形成することができる。なお、パッケージモジュール５を構成している回路基板２については、接着層１３においてバイアホール２２の端面に対応する箇所に開口部１３ａを設けておくことが望ましい。これは、異なる層に属するバイアホール２２間の導通を確実に図るためである。
【００３９】
次いで、パッケージモジュール５とスペーサ用基材３とを交互に２枚ずつ積層するとともに、バイアホール２２を備える回路基板２を最下層に配置する。このような状態の積層体を加熱プレスして各層を一体化させた後、外形加工や検査等を行い、本実施形態の三次元実装パッケージ２１を完成させる。
【００４０】
そして、この三次元実装パッケージ２１も、半硬化状態の樹脂からなる接着層１３を備えるパッケージモジュール５間にスペーサ用基材３Ａを積層し、この状態で加熱プレスすることにより、製造されたものである。従って、実施形態１のときと同じく歩留まり及び信頼性に優れたパッケージ２１とすることができる。また、本実施形態によれば、加熱プレス後にめっきスルーホール８を形成する工程を行うことなくパッケージ２１を完成させることができる。
【００４１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・  デバイスホール１２は、前記実施形態のような貫通孔であってもよいほか、非貫通孔であってもよい。また、デバイスホール１２を省略した構成を採用することも可能である。ただし、デバイスホール１２を備える構造のほうが装置全体の肉薄化に都合がよい。
【００４２】
・  パッケージ１，２１おけるパッケージモジュール５及びスペーサ用基材３，３Ａの使用枚数は、前記実施形態に限定されることはなく、それぞれ任意に変更することが可能である。例えば、パッケージモジュール５及びスペーサ用基材３，３Ａを３枚ずつ使用したり、４枚ずつ使用したりすること等が可能である。勿論、それ以上の枚数を使用し、さらなる多層かつ高密度のパッケージ１，２１を構成することも可能である。
【００４３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）  回路基板上に半導体チップが搭載された複数枚のパッケージモジュールを積層して接着した構造の三次元実装パッケージを製造する方法において、
前記パッケージモジュールにおける少なくとも片側面に半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる接着層を形成する工程と、前記接着層が形成されたパッケージモジュール間にスペーサ用基材を介在させて積層し、この状態で加熱プレスを行って前記半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる接着層をさらに硬化させる工程とを含むことを特徴とする三次元実装パッケージの製造方法。
【００４４】
（２）  バイアホールを備える回路基板における少なくとも片側面に半硬化状態の樹脂からなる接着層が形成されている三次元実装パッケージ製造用のパッケージモジュール。従って、この技術的思想２に記載の発明によると、異なるパッケージモジュールにおける導体層同士をバイアホールを介して層間接続することができる。よって、加熱プレス後に層間接続のためのめっきスルーホールを形成する工程を行う必要がなくなる。
【００４５】
（３）  バイアホールを備える回路基板における少なくとも片側面に半硬化状態の樹脂からなる接着層が形成され、前記接着層において前記バイアホールの端面に対応する箇所に開口部が設けられている三次元実装パッケージ製造用のパッケージモジュール。従って、この技術的思想３に記載の発明によると、技術的思想２の作用効果に加え、確実な層間接続を図ることができ、信頼性の向上が達成される。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１、２に記載の発明によれば、信頼性に優れた三次元実装パッケージを比較的簡単にかつ確実に得ることができる三次元実装パッケージの製造方法、及び三次元実装パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の三次元実装パッケージの概略断面図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態のパッケージの製造手順を説明するための概略断面図。
【図３】第１実施形態のパッケージの製造手順を説明するための概略断面図。
【図４】第１実施形態のパッケージの製造手順を説明するための概略断面図。
【図５】第２実施形態のパッケージの製造手順を説明するための概略断面図。
【図６】第２実施形態のパッケージの概略断面図。
【符号の説明】
１，２１…三次元実装パッケージ、２…回路基板、３，３Ａ…スペーサ用基材、４…半導体チップとしてのＩＣチップ、５…パッケージモジュール、１３…接着層。
【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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