(57)【要約】【課題】  十分に高い機械的強度を有する外部電極が側面に形成されたリードレスチップキャリア基板を提供する。【解決手段】  多孔質絶縁基板（３）と、この多孔質絶縁基板の側面に形成され、導電性物質を含む外部電極（２）を具備するリードレスチップキャリア基板である。前記外部電極（２）における前記導電性物質は、前記多孔質絶縁基板と一体化されていることを特徴とする。【選択図】    図１
2005175127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質絶縁基板と、この多孔質絶縁基板の側面に形成され、導電性物質を含む外部電極とを具備し、前記外部電極における前記導電性物質は、前記多孔質絶縁基板と一体化されていることを特徴とするリードレスチップキャリア基板。
【請求項２】
前記外部電極は、前記多孔質絶縁体の側面の選択された領域の空孔内に前記導電性物質を充填することにより形成され、前記多孔質絶縁体における残りの領域の空孔内には、絶縁性物質が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のリードレスチップキャリア基板。
【請求項３】
半導体素子が搭載されたリードレスチップキャリア基板が複数個積層されてなる積層パッケージであって、
前記リードレスチップキャリア基板は、多孔質絶縁基板と、この多孔質絶縁基板の側面に形成され、導電性物質を含む外部電極とを具備し、前記外部電極における前記導電性物質は、前記多孔質絶縁基板と一体化されていることを特徴とする積層パッケージ。
【請求項４】
前記リードレスチップキャリア基板における前記外部電極は、前記多孔質絶縁体の側面の選択された領域の空孔内に前記導電性物質を充填することにより形成され、前記多孔質絶縁体における残りの領域の空孔内には、絶縁性物質が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の積層パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、特にリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）基板、および積層パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体パッケージとしては、ＬＣＣ（リードレスチップキャリア）型半導体パッケージが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。ＬＣＣ型パッケージの回路基板としてはエポキシ系の樹脂基板が用いられ、ＬＣＣ基板の側面に配置される外部端子は、ＰＴＨ（Ｐｌａｔｅｄ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｈｏｌｅ）を約１／２の位置で分割する方法により形成される。基板側面に露出した外部電極の機械的な強度は、主にドリルなどで形成する貫通孔の表面粗さに依存するため、従来のＬＣＣ基板ではその機械的な強度が十分でない。温度サイクルに起因して発生する応力歪によって、最悪の場合には、ＬＣＣ基板側面に形成した外部電極が破壊されることがあった。
【０００３】
さらに、単位面積における半導体素子の実装密度を向上させるため、限られた面積に実装する方法として、高密度３次元実装技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。これにおいては、無機材料と有機材料とを混成・ハイブリッド化した材料を積層することで、Ｌ、Ｃ、共振器など受動素子ネットワークを一体モジュール化する。焼成工程がないことから加工精度が高められ、セラミック積層技術と比較して電気特性が向上する。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド積層技術においても外部接続端子は、ＬＣＣの場合と同様に、各々の部品基板に配置された貫通スルホールＴＨ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｈｏｌｅ）を１／２位置で分割することによって形成される。したがって、こうして形成されるＴＨの機械的強度は十分ではない。部品基板の材料と得られた３次元実装半導体装置を搭載する主基板の材料との間の熱膨張係数の差が異なることから、温度サイクルに起因して発生する応力歪によって、３次元実装半導体装置の外部接続端子が破壊されるおそれがあった。
【０００５】
なお、最近の半導体素子のＩ／Ｏ数の増加に伴なって、ＬＣＣ基板側面に配置する外部接続電極、および３次元実装半導体装置の外部接続端子のいずれも、より微細なピッチで端子電極を接続することが要求されている。上述したように従来のＰＴＨやＴＨは、貫通スルホールを１／２位置で分割することにより形成されることから、その微細化には限界がある。
【特許文献１】特開２００２−２８９７６２号公報
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．６，ｐｐ４５２−４５６，２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、十分に高い機械的強度を有する外部電極が側面に形成されたリードレスチップキャリア基板を提供することを目的とする。また本発明は、微細なピッチで形成され、強度の高い外部接続電極を有する積層パッケージ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】
本発明の一実施形態にかかるリードレスチップキャリア基板は、多孔質絶縁基板と、この多孔質絶縁基板の側面に形成され、導電性物質を含む外部電極とを具備し、前記外部電極における前記導電性物質は、前記多孔質絶縁基板と一体化されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる積層パッケージは、半導体素子が搭載されたリードレスチップキャリア基板が複数個積層されてなる積層パッケージであって、前記リードレスチップキャリア基板は、多孔質絶縁基板と、この多孔質絶縁基板の側面に形成され、導電性物質を含む外部電極とを具備し、前記外部電極における前記導電性物質は、前記多孔質絶縁基板と一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、十分に高い機械的強度を有する外部電極が側面に形成されたリードレスチップキャリア基板が提供される。本発明の他の態様によれば、微細なピッチで形成され、強度の高い外部接続電極を有する積層パッケージが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態にかかるリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）基板を示し、図２にはその平面図を示す。図示するようにＬＣＣ基板１は、多孔質絶縁基板３と、その側面に形成され、導電性物質を含む複数の外部電極２とから構成されている。外部電極２における導電性物質は、多孔質絶縁基板３の一部と一体化されている。具体的には、多孔質絶縁基板３の側面の選択された領域の空孔には導電性物質が充填されて、外部電極２が形成されている。多孔質絶縁基板の空孔内に充填された導電性物質は、この基板を構成している絶縁体と相互に複雑に絡み合って密接に接合される。本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板１の外部電極２においては、こうして導電性物質が絶縁基板と一体化されているので、機械的強度を十分に高めることが可能となった。
【００１２】
以下に、図３を参照して、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板の製造方法を詳細に説明する。
【００１３】
まず、図３（ａ）に示すように、多孔質構造を有する絶縁基板３を用意する。
【００１４】
基板を構成する多孔質絶縁体としては、任意の絶縁体材料を用いることができるが、具体的には樹脂やセラミックスなどが挙げられる。
【００１５】
樹脂としては、例えばガラスエポキシ樹脂や、ビスマレイミド−トリアジン樹脂およびＰＰＥ樹脂、また、ベースフィルムに多用されるポリイミド樹脂や、その他ポリフッ化エチレン系、フッ化エチレン−プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル等のフッ素含有ポリマー、ポリオレフィン、アクリル系ポリマー、ポリアリルエーテル系などのポリエーテル、ポリアリレート系などのポリエステル、ポリアミド、ポリエーテルスルホン等の一般にエンジニアリングプラスチックと呼ばれている樹脂が挙げられる。
【００１６】
またセラミックスとしては、例えば、ガラス、アルミナ、窒化アルミ等の不織布が挙げられる。
【００１７】
上述したような絶縁体には、極細化繊維が含有されていてもよく、例えば、フッ素繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、フェノール繊維、ガラス繊維、およびカーボン繊維などが挙げられる。また、セルロース繊維などの自然由来成分を混抄することも可能である。
【００１８】
絶縁基板の表裏に貫通して外部電極を形成する場合には、外部電極形成領域は紫外・可視光の露光領域によって反映される。そのため、光が多孔質絶縁体の裏面まで到達する必要があり、多孔質体の空孔径は露光波長に対して十分に小さいことが好ましい。しかしながら、空孔径が余り小さすぎると、感光性材料が含浸しにくくなったり、露光光が透過しにくくなるおそれがあるため，多孔質体の空孔径は、１０〜３０００ｎｍであることが好ましく、５０〜１５００ｎｍであることがより好ましく、１００〜８００ｎｍの範囲に設定されることが最も好ましい。
【００１９】
空孔径が上述した範囲を逸脱し、露光波長よりもかなり大きな場合でも、多孔質体と近いか同じ屈折率を有する液体、あるいは低融点のアモルファス固体などを散乱防止用として空孔内に充填すれば、露光時の散乱などを防止して光の透過性を高めることは可能である。しかしながら、空孔径が余り大きくなると、やはりめっきなどによって空孔内に十分に金属を充填することが難しくなるうえ、外部電極の幅を数十μｍ以下と十分に小さくすることが困難になる。これらを考慮にいれると、露光時に散乱防止用の液体などを用いる場合にも、多孔質体の空孔径は５０００ｎｍ以下に設定されるのが望まれる。
【００２０】
多孔質絶縁体は、膜厚方向にパターン状、特に二次元方向に連続して導通した外部電極を作製するために、三次元的に連続した空孔を有する多孔質体であることが望ましい。
【００２１】
絶縁体中に存在する連続した空孔は、露光光の過度の散乱を防ぐために、規則的に均質に形成されていることが好ましい。これは、外部電極の微細化を図るためにも有効である。連続した空孔は、多孔質体外部に開放されていることが必要であり、外部に開放端のない独立気泡はできるだけ少ないことが望まれる。また、外部電極の誘電率などを向上させるために、空孔率は、多孔質体の機械的強度が保たれる範囲において高い方が望まれる。具体的には、空孔率は３０％であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。
【００２２】
上述したような三次元的に連続した空孔を有する多孔質の絶縁体は、種々の手法によって作製することができる。例えば、ビーズを積層したものや、グリーンシート、ビーズの積層構造を鋳型として作製した多孔質体、気泡や液泡の積層体を鋳型として形成した多孔質体、シリカゾルを超臨界乾燥して得られるシリカエアロゲル、ポリマーのミクロ相分離構造から形成した多孔質体、ポリマーやシリカなどの混合物のスピノーダル分解によって生じた共連続構造などの相分離構造から適切な相を除去することによって作製した多孔質体、エマルジョンテンプレーティング法などによって作製した多孔質体、Ｂ．Ｈ．Ｃｕｍｐｓｔｏｎら（Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３９８，５１，１９９９）やＭ．Ｃａｍｐｂｅｌｌら（Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４０４，５３，２０００）が報告しているような三次元光造形法を用いて作製した多孔質体などを用いることができる。
【００２３】
こうした多孔質構造を有する絶縁基板３の内部には、光照射によりイオン交換性基を生成する化合物を含有する感光層を形成する。
【００２４】
イオン交換性基としては、親水性の官能基が挙げられ、−ＣＯＯＸ基、−ＳＯ3Ｘ基、−ＰＯ3Ｘ2基（Ｘは水素原子、アルカリ金属やアルカリ土類金属および周期律表１、２族に属する典型金属、およびアンモニウム基から選択される）および−ＮＨ2ＯＨ等が挙げられる。
【００２５】
特に、陽イオン交換性基であるものが、金属イオンとイオン交換を行ないやすいため望ましい。こうした陽イオン交換性基としては、−ＣＯＯＸ基、−ＳＯ3Ｘ基あるいは−ＰＯ3Ｘ2基等の酸性基（ただし、Ｘは水素原子、アルカリ金属やアルカリ土類金属及び周期律表Ｉ、II族に属する典型金属、アンモニウム基）が特に好ましい。これらが含まれていると、後工程である金属イオン交換後、還元生成した金属あるいは金属微粒子との安定した吸着が得られる。
【００２６】
また、前述の陽イオン交換性基のうちでも、水中でのイオン解離特性から求めたｐＫａ値が７．２以下を呈するものがより好ましい。ｐＫａ値が７．２を越えたイオン交換性基は、引き続いて行なわれる金属イオンまたは金属を結合させる工程において、単位面積当たりの結合が少ない。したがって、その後に形成させる外部電極に、所望される十分な導電性が得られないおそれがある。
【００２７】
光照射によりイオン交換性基を生成する感光性基は、２８０ｎｍ以上の波長の光照射に感光する基であることが好ましい。これは、有機高分子材料系を多孔質絶縁体として用いた場合、その構造によっては、２８０ｎｍ以下の波長の光照射で、強度の劣化を招くおそれが生ずるためである。
【００２８】
こうした感光性基を有する化合物の具体例としては、ナフトキノンジアジド誘導体およびｏ−ニトロベンジルエステル誘導体、ｐ−ニトロベンジルエステルスルフォネート誘導体およびナフチルもしくはフタルイミドトリフルオロスルフォネート誘導体等が挙げられる。
【００２９】
特にナフトキノンジアジド誘導体を用いた場合、エネルギーの低い２８０ｎｍ以上の波長の光で、しかも短時間に十分に微細なパターニングが可能である。また、ナフトキノンジアジド誘導体は露光時に光ブリーチングを起こし、およそ３００ｎｍ以上の波長域で透明化する。そのため、膜厚方向に深くまで露光することが可能であり、外部電極を形成するために多孔質絶縁体の膜厚方向に貫通して露光する際に非常に適している。
【００３０】
なお、感光層は、後工程において金属イオン含有水溶液やアルカリまたは酸性水溶液中に曝される。イオン交換反応によりイオン化した感光性材料は水溶液に溶解しやすいため、基板としての絶縁体から剥離しやすくなる。そこで、基材からの剥離を防ぐために、イオン交換性基生成反応を生じる基がポリマーや高分子化合物等に担持、あるいは結合されているものが好ましい。そのような観点から、２８０ｎｍ以上の波長の光照射によりイオン交換性基を生成する化合物としては、１，２−ナフトキノンジアジドスルホニル置換フェノール樹脂誘導体、１，２−ナフトキノンジアジドスルホニル置換ポリスチレン誘導体等が好適である。
【００３１】
また、２８０ｎｍ以上の波長の光照射によりイオン交換性基を生成する化合物の他の例としては、ポリマーの構造中に含有されるカルボキシル基などのイオン交換性基に保護基を導入した化合物が挙げられる。この化合物を用いる場合には、２８０ｎｍ以上の波長の光を照射することによって酸を発生する光酸発生剤を感光性材料に添加する。後工程の露光によって光酸発生剤から酸が発生し、その発生した酸で保護基が分解することによりイオン交換性基が生成する。なお、前述のポリマーとしては、フェノールノボラック樹脂、キシレノールノボラック樹脂、ビニルフェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のフェノール系樹脂やポリアミド酸やポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のカルボキシル基含有ポリマー等が挙げられる。
【００３２】
フェノール系樹脂の保護基としては、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチル基やｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルエチル基などのｔｅｒｔ−ブチルエステル誘導体置換基が挙げられる。
【００３３】
一方、ポリアミド酸やポリアクリル酸等においては、構造中のカルボキシル基の保護基としてメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ベンジルアルコキシ基、２−アセトキシエチル基、２−メトキシエチル基、メトキシメチル基、２−エトキシエチル基、３−メトキシ−１−プロピル基等のアルコキシ基やトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、およびトリフェニルシリル基等のアルキルシリル基が挙げられる。
【００３４】
こうした保護基の脱保護のために好適な光酸発生剤としては、ＣＦ3ＳＯ3-、ｐ−ＣＨ3ＰｈＳＯ3-、ｐ−ＮＯ2ＰｈＳＯ3-等を対アニオンとするオニウム塩、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩等の塩、有機ハロゲン化合物、およびオルトキノン−ジアジドスルホン酸エステルなどを用いることができる。
【００３５】
また、光酸発生剤を用いずとも光照射だけでカルボン酸などのイオン交換性基を生成する保護基としては、ｏ−ニトロベンジルエステル基が挙げられる。
【００３６】
絶縁基板３に形成された感光層の所定の領域には、図３（ｂ）に示すように所定の外部電極パターンが形成されたガラスマスク２１を介して光２０を照射してパターン露光を行なう。感光層の露光部２２は、後の工程で導電性物質を充填して切断することによって外部電極となる。あるいは、レーザービームなどを用いて外部電極パターンどおりに描画して露光してもよい。また、光の干渉によって生じる干渉縞などの周期的な光強度パターンを用いて周期的なパターンを露光してもよい。
【００３７】
パターン露光を行なうことによって、図３（ｃ）に示すように露光部２２には、イオン交換性基が選択的に生成されて、イオン交換領域２３となる。
【００３８】
イオン交換性基を生成させるために照射される露光光としては、波長が２８０ｎｍ以上のものが用いられる。なお、露光による絶縁基板３の劣化を低く抑えるためには、露光光の波長は３００ｎｍ以上であることが好ましく、３５０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【００３９】
特に、芳香族化合物から構成される多孔質体に対して、その厚み方向に内部に露光する場合には、長波長の露光光を用いることが肝要である。多孔質体が芳香族ポリイミドなどで構成される場合には、ポリイミドの吸収の吸収端が４５０ｎｍ以上になるものも少なくない。こうした場合には、さらに長波長の５００ｎｍ以上の波長でパターン露光を行なうことが好ましい。
【００４０】
露光光源としては、紫外光源、可視光源のほか、β線（電子線）、Ｘ線など光源のなかから所定の波長の露光光を生じるものを選択して使用することができる。紫外光源、あるいは可視光源は、具体的には水素放電管、希ガス放電管、タングステンランプ、ハロゲンランプのような連続スペクトル光源、各種レーザー、水銀灯のような不連続スペクトル光源などのなかから選択して用いる。
【００４１】
露光工程においては、感光層のイオン交換性基に対して、後工程での金属イオンの結合量を増量するために、イオン交換性基の中和、あるいはそのイオン交換性基を形成した部分の膨潤を行なってもよい。そのためには、多孔質絶縁基板を、酸またはアルカリ溶液に吹き付けや浸漬などの手法によって接触させる。特に、アルカリ溶液として水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水酸化物、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属塩、ナトリウムメトキサイドやカリウムエトキサイド等の金属アルコキサイドや水素化ホウ素ナトリウム等の水溶液の少なくとも１種を用い、これらの溶液に浸漬するのがよい。こうした溶液は、単独であるいは混合して用いることができる。
【００４２】
次に、イオン交換領域２３に形成されたイオン交換性基に、選択的に金属イオンを結合させる。これによって、図３（ｄ）に示されるように、イオン交換領域２３は核形成部２４となる。
【００４３】
イオン交換性基と金属イオンとの交換反応を生じさせるには、例えば金属塩を含有する水溶液などに、パターン露光後の絶縁体を浸漬すればよい。金属イオンとして用いられる金属元素としては、銅、銀、パラジウム、ニッケル、コバルト、錫、チタン、鉛、白金、金、クロミウム、モリブデン、鉄、イリジウム、タングステン、およびロジウム等が挙げられる。
【００４４】
これらの金属元素は、硫酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、および炭酸塩等のような金属塩として溶液中に含有させる。特に、硫酸銅が好ましい。こうした金属塩は、溶液における金属イオンの濃度が０．００１〜１０Ｍ、好ましくは０．０１〜１Ｍとなるよう配合するのが適切である。なお、金属塩を溶解させる溶媒は、水あるいは有機溶媒系、例えばメタノールやイソプロパノール等であってもよい。
【００４５】
場合によっては、金属微粒子が分散した溶液を用いることもできる。イオン交換性基とコロイド状態の金属微粒子とは、静電的な相互作用などによって選択的に結合を生じる。したがって、イオン交換性基と金属微粒子との結合は、金属微粒子が分散した溶液に絶縁体を浸漬させるだけで容易に生じさせることができる。
【００４６】
例えば、塩酸酸性水溶液中に塩化パラジウムと塩化スズを混合して作製する無電解めっきの触媒として使用されるパラジウム−スズコロイド、またパラジウムのハロゲン化物、酸化物、アセチル化錯体の分散溶液中に絶縁体を浸漬させる。それによって、イオン交換性基上に位置選択的に金属微粒子が容易に結合を生じる。
【００４７】
使用する金属イオンが後の無電解めっき工程による金属析出の核となることから、無電解めっきを析出させる金属であればどのような金属核であってもよい。ただし、導電性の観点から無電解めっき液と同種の金属核を選択することが望まれる。
【００４８】
その後、金属イオンを還元処理して核形成部２４に金属部を形成する。用いられる還元剤は特に限定されないが、ジメチルアミノボラン、トリメチルアミノボラン、ヒドラジン、ホルマリン、水素化ホウ素ナトリウムや、次亜リン酸ナトリウム等の次亜リン酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過酸化物、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロキノン等が挙げられる。こうした還元剤を含有する溶液に、前述の絶縁体を浸漬することによって、金属イオンを金属化させることができる。
【００４９】
さらに、感光層の露光部に形成された金属に対し無電解めっきを施して、金属部の導電性を向上させてもよい。金属としては、電気抵抗が少なく、比較的腐食しにくい銅が最も好ましい。具体的には、前工程で得られた金属部を触媒核として、無電解めっき液と接触させる。無電解めっき液としては、例えば、銅、銀、パラジウム、ニッケル、コバルト、白金、金、ロジウム等の金属イオンを含有するものが挙げられる。
【００５０】
この無電解めっき液には、前述の金属塩水溶液の他にホルムアルデヒド、ヒドラジン、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、アスコルビン酸、グリオキシル酸等の還元剤、酢酸ナトリウム、ＥＤＴＡ、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、グリシン等の錯化剤や析出制御剤等が含まれており、これらの多くは市販されており簡単に入手することができる。そこで、多孔質内部への金属の充填が完了するまで、これらの無電解メッキ液に絶縁体を浸漬しておけばよい。
【００５１】
金属部が形成されていない絶縁基板の領域には、必要に応じて絶縁樹脂としての硬化性樹脂を含浸することができる。硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリイミド、ＢＴ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、架橋ポリブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカルボジイミド樹脂など熱硬化性、光硬化性、電子線硬化性樹脂を用いることができる。樹脂含浸を行なうことによって、ＬＣＣ基板の電磁波特性、高周波特性などを良好に制御することができる。
【００５２】
必要に応じて、半導体素子が搭載される領域を除いて、ＬＣＣ基板の表面にソルダーレジストを形成することも可能である。また、無電解めっきで析出された銅表面に、はんだ接続で発生するＣｕ−Ｓｎ金属拡散を防止するため、ニッケル金属を銅の表面に無電解めっきで析出させてもよい。さらに、ニッケル表面上に金を無電解めっきで析出させることもできる。
【００５３】
金属部が形成された後、図３（ｅ）に示すようにダイシングライン２５に沿って切断することによって、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板が得られる。具体的には、ダイシング装置を用い、多孔構造を有する絶縁基板３上のＰＴＨが配列されるダイシングライン２５に沿って、所定のサイズにＬＣＣ基板を分割する。基板を分割することによりＬＣＣ基板側面の電極となるＰＴＨが露出して、所定の個数のＩ／Ｏを有するＬＣＣ基板が得られる。
【００５４】
こうして作製されたＬＣＣ基板１を用いて、ＬＣＣ型パッケージを製造することができる。図４は、ＬＣＣ型パッケージの製造方法を表わす工程断面図である。ＬＣＣ基板１上には、図４（ａ）に示すようにバンプ電極３２を介して半導体素子３１を実装する。半導体素子３１の実装には、フリップチップ実装法等の常法を採用すればよい。
【００５５】
半導体素子３１とＬＣＣ基板１との間の隙間部分には、図４（ｂ）に示すように封止樹脂（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）３３を配置することもできる。この場合には、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。封止に用いる樹脂としては特に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノール系エポキシとイミダゾール効果触媒、酸無水物硬化剤と球状の石英フィラを重量比で４５ｗｔ％含有するエポキシ樹脂などを用いることができる。半導体素子３１が搭載されたＬＣＣ基板表面も同様に封止樹脂３４で封止することによって、信頼性はよりいっそう向上する。
【００５６】
図５には、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板１における外部電極２と基板との境界領域の拡大図を示す。図示するように、多孔質絶縁基板３の所定の領域における空孔内には、導電性物質４が充填されて外部電極２（導電領域４１）が形成されている。この導電領域４１以外の領域は、硬化性樹脂（絶縁樹脂）５が充填された絶縁領域４０である。導電領域４１および絶縁領域４１のいずれの領域も、マトリックスとなる基本構造は多孔質絶縁体であり、これは連続して存在している。その空孔の所定の領域に所望の材料を充填することによって、導電領域４０と絶縁領域４１とが作り分けられている。
【００５７】
充填された材料は、いずれも領域においても、空孔の表面構造と複雑に絡み合って多孔質絶縁体基板と一体化する。導電領域４０（外部電極）では、導電性材料４と多孔質絶縁基板３とが一体化された構造となり、一方の絶縁領域４１においては、硬化性樹脂５と多孔質絶縁基板３とが一体化された構造となる。これによって、外部電極２の機械的強度が著しく高められることから、多孔質絶縁基板材料と導電性物質との間の熱膨張係数が異なる場合でも、温度サイクルに起因する応力歪による外部電極の破壊を防止することができる。
【００５８】
しかも、導電領域４１を構成する外部電極２は，多孔質絶縁体基板３に導電性材料４が一体化されていることから、端子電極として要求される電気抵抗を十分に低くすることができる。
【００５９】
特に、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板の外部電極は、リソグラフィー技術により形成されたものであるため、機械的なドリルを利用して貫通孔を形成するこれまでの技術とは異なって、微細な貫通孔を容易に形成することができる。したがって、基板側面に配置される電極構造も容易に微細化が可能になる。
【００６０】
図６には、本発明の実施形態にかかる積層パッケージの断面図を示す。図示する積層パッケージは、例えば、図４（ｂ）に示したＬＣＣ型パッケージを複数個積層することによって、製造することができる。具体的には、例えばマウンターを用いて第１のＬＣＣ型パッケージと第２のＬＣＣ型パッケージとを位置合わせした後、第１のＬＣＣ型パッケージ表面に積層用絶縁樹脂を配置する。さらに、積層用絶縁樹脂を介して第２のＬＣＣ型パッケージを、第１のＬＣＣ型パッケージ上に配置した後、絶縁樹脂を熱硬化させる。積層用絶縁樹脂としては、特に限定されず、例えば、クレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂（ＥＣＯＮ１９５−ＸＬ；住友化学社製）１００重量部、硬化剤としてのフェノール樹脂５４重量部、充填剤としての熔融シリカ１００重量部、触媒としてのベンジルジメチルアミン０．５重量部、その他添加剤としてカーボンブラック３重量部、シランカップリング剤３重量部を粉砕し、混合、溶融したエポキシ樹脂溶融体、または、ビスフェノール系エポキシとイミダゾール硬化触媒、酸無水物硬化剤と球状の石英フィラを重量比で４５ｗｔ％含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。
【００６１】
第１のＬＣＣ型パッケージと第２のＬＣＣ型パッケージとの間には、高さ制御用のスペーサーなどを配置することが好ましく、これにより、均一な膜厚で絶縁樹脂を積層することができる。こうしたスペーサーとともに積層用絶縁樹脂を介して２つのＬＣＣ型パッケージを配置した後、常法により積層パッケージを製造することができる。
【００６２】
さらに、必要に応じて、積層されたＬＣＣ基板における外部電極を高精度化することも可能である。例えば、ガラスエポキシ基板とエポキシ封止樹脂とを機械的に研磨することによって、これを達成することができる。積層基板外形寸法の高精度化を図るために、マクロ研磨により±５μｍまで均一化した後、ミクロ研磨により凹凸を±３μｍ程度以下の精度とすることにより機械的研磨を行なうことが好ましい。
【００６３】
マクロ研磨には、例えば５μｍ乃至１０μｍ程度の粒径を有する酸化セリウム、または＃１０００程度の耐水研磨紙を用い、ミクロ研磨には、０．３μｍ程度の粒径を有する酸化セリウムまたは酸化アルミナまたはダイヤモンドを用いることが好ましい。このとき、液体状の研磨ペーストを研磨剤とする湿式研磨法を用いると、ガラス繊維とエポキシ樹脂に研磨速度差が発生して凹凸が発生するため、仕上げのミクロ研磨にはダイヤモンドなどが埋め込まれたディスク盤を用いた乾式研磨法を用いることが望まれる。
【００６４】
積層された各ＬＣＣ基板の外部電極は、常法により接続することができる。例えば、特開２００１−２３７３６２号公報に記載されている方法を用いて、外部電極間を容易に接続することができる。米国特許４８１１０８２号公報に記載されている配線基板を用いてもよい。また、ポリイミド樹脂を基板主材として表面に銅配線がビルドアップ形成された方式の多層フレキシブル基板、あるいはビルドアップ方式のセラミック多層基板などを用いることも可能である。
【００６５】
図６に示した積層パッケージにおいては、各ＬＣＣ基板１の外部電極２は、配線基板３５により接続されている。配線基板３５としては、はんだボールと相互接続するための回路配線が内部に形成されたものを用いることができる。配線材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄから選択される金属またはこれら金属から選択される積層金属、またはこれら金属を主成分とする合金が好ましく、多層回路配線基板の主面に形成される回路配線の半導体チップと接続される領域以外はソルダーレジストが被覆されていることが好ましい。
【００６６】
配線基板に対する積層パッケージの接続には、ハーフミラーを有して位置合わせを行なうボンダーを用いることができる。このとき、配線基板を搭載するヒーターおよび積層パッケージを保持するコレットは、ボール電極を溶融させないよう、ボール電極を構成しているはんだの共晶温度よりも低い温度まで加熱しておく。さらに、積層パッケージと配線基板上のボール電極とを位置合わせする。その状態で、コレットを下方に移動させ、所定の圧力を加えて、ボール電極と外部電極とを機械的圧力が加わった状態で接触させる。
【００６７】
その後、温度をさらに上昇させてはんだを溶融させることによって、外部電極とボール電極とを接続する。
【００６８】
なお、配線基板上にはんだボールを配置するものではなく、積層パッケージの外部電極にはんだボールを直接配置することも可能である。この場合は、外部電極に公知の技術である、例えばＣｕ／ポリイミド多層配線を形成して垂直方向の接続配線を形成することによって、ブロック側面電極配置を最適化することが好ましい。
【００６９】
本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板を用いて製造されるので、本発明の実施形態にかかる積層パッケージは、すでに説明したような理由から外部電極の機械的強度が高く、端子電極として要求される電気抵抗を十分に低くすることができる。しかも、縦方向における外部電極の微細化を図ることが可能となった。
【００７０】
以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
【００７１】
多孔質絶縁基板３として、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂シート（面積５０ｍｍ四方、厚み３０μｍ）を用いて、以下のような手法によりＬＣＣ基板を形成した。水性溶媒への濡れ性を高めるために、多孔構造の表面をポリビニルアルコール（ＰＶＡ）でコートしておいた。用いた絶縁体における空孔径は０．０１μｍであり、空孔率５７．３％であった。
【００７２】
感光性材料としては、ナフトキノンジアジド含有フェノール樹脂を使用した。フェノール樹脂の重量平均分子量は４５００であり、ナフトキノンジアジドの含有率は４６当量ｍｏｌ％である。溶媒としては、アセトンとテトラヒドロフランとの（１：１）混合溶媒を用いて、濃度が６６．７ｍｍｏｌ／Ｌとなるように前述の感光性材料を溶解した。さらに、架橋剤としてのジアジドカルコンを感光性材料の２０ｗｔ％の割合で加えて、感光剤溶液を調製した。
【００７３】
この溶液に多孔質絶縁体を３０秒間浸漬して引き上げ、１時間室温で放置して乾燥させることにより感光層を形成した。
【００７４】
次いで、所定の露光マスクを介して、露光装置（Ｃａｎｏｎ−ＰＬＡ５０１）により感光層にパターン露光を行なった。用いたマスクの設計は、ＰＴＨ径５０μｍφ、ＰＴＨ間隔＝４００μｍ、搭載する半導体素子のＩ／Ｏ数が６４個で、ＬＣＣ基板の側面に配置される電極数も６４個である。露光はコンタクト露光とし、感光層の両方の側から、露光量１０００ｍＪ／ｃｍ2、波長４３６ｎｍ（水銀ランプｉ線）で行なって、配線予定領域を形成した。こうした露光によって、感光層にはイオン交換性基からなるパターン潜像が形成された。
【００７５】
露光後の感光層を有する絶縁基板は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８％溶液に１０分間浸漬した。これを純水で３０秒洗浄した後、さらに５０ｍｍｏｌ／Ｌの酢酸銅水溶液に３０分間浸漬した。その結果、感光層の露光部に生成したイオン交換性基には銅イオンが付着して、図３（ｄ）に示すような核形成部２４が形成された。
【００７６】
金属イオンを還元するための還元液は、５０ｍｍｏｌ／Ｌの水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）溶液に、１ｗｔ％のＡＤ−１０（界面活性剤を含有するＴＭＡＨ、多摩化学）を配合して調製した。この還元液に、金属イオン部が形成された絶縁基板を１０分間浸漬させることによって、銅イオンを還元して金属銅を析出させた。これによって、感光層の露光部には、金属部が形成された。
【００７７】
無電解銅めっき溶液は、ＰＢ−５０３ＡおよびＰＢ−５０３Ｂ（いずれ荏原ユージライト製）を５倍に薄めた溶液を、１：１で混合して調製した。この無電解めっき溶液に、前述の絶縁体を浸漬し、３０℃で３時間の無電解めっきを行なった結果、金属部が形成された。
【００７８】
絶縁基板における金属部以外の領域の空孔内には、絶縁性物質としてエポキシ樹脂を充填した。最後に、ダイシング装置を用いて１０ｍｍ×１０ｍｍに切断することによって、ＬＣＣ基板側面の電極となるＰＴＨが露出して、６４個のＩ／Ｏを有する本実施例のＬＣＣ基板が作製された。
【００７９】
得られたＬＣＣ基板上には、フリップチップ実装法により半導体素子を搭載して、ＬＣＣ型パッケージを製造した。具体的には、フリップチップボンダーを用いて、はんだバンプ電極の形成された半導体素子とＬＣＣ基板上のソルダーレジストの開口された回路配線で構成される電極端子との位置合わせを行なった。半導体素子は、加熱機構を有するコレットで保持し、３５０℃の窒素雰囲気中で予備加熱してＬＣＣ基板上に実装した。
【００８０】
さらに、半導体素子のバンプ電極とＬＣＣ基板の電極端子とを接触させた状態で、コレットを下方に移動させて、圧力３０ｋｇ／ｍｍ2を加え、ＬＣＣ基板の電極端子とバンプ電極とを機械的圧力が加わった状態で接触させた。この状態で温度を３７０℃まで上昇させてはんだを溶融させ、図４（ａ）に示すようにＬＣＣ基板１の電極端子と半導体素子３１のバンプ電極３２とを接続した。
【００８１】
半導体素子とＬＣＣ基板との間の間隙、およびＬＣＣ基板の表面に封止樹脂を配置して、図４（ｂ）に示すようなＬＣＣ型パッケージが完成した。封止樹脂としては、クレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂（ＥＣＯＮ−１９５ＸＬ；住友化学社製）１００重量部、硬化剤としてのフェノール樹脂５４重量部、充填剤としての熔融シリカ１００重量部、触媒としてのベンジルジメチルアミン０．５重量部、その他添加剤としてカーボンブラック３重量部、シランカップリング剤３重量部を粉砕、混合、溶融したエポキシ樹脂溶融体を用いた。
【００８２】
得られたＬＣＣ型パッケージを３個用いて、次のような手法により積層パッケージを製造した。
【００８３】
積層用絶縁樹脂として、クレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂（ＥＣＯＮ１９５−ＸＬ；住友化学社製）１００重量部、硬化剤としてのフェノール樹脂５４重量部、充填剤としての熔融シリカ１００重量部、触媒としてのベンジルジメチルアミン０．５重量部、その他添加剤としてカーボンブラック３重量部、シランカップリング剤３重量部を粉砕し、混合、溶融したエポキシ樹脂溶融体を準備した。
【００８４】
第１のＬＣＣ型パッケージの上には、１．５ｍｍのシリコン（Ｓｉ）製スペーサーとともに積層用絶縁樹脂を配置し、第２のＬＣＣ型パッケージを積層した。さらに、第２のＬＣＣ型パッケージ上には、同様に積層用絶縁樹脂を配置して第３のＬＣＣ型パッケージを配置した。得られた積層体の上部に積層用絶縁樹脂と同様の組成の樹脂を封止樹脂として配置した後、１２０℃３０ｍｉｎの硬化条件でクリーンオーブン中に設置して積層用絶縁樹脂を硬化させた。
【００８５】
その後、＃１０００の耐水研磨紙を用いてマクロ研磨を行ない、さらに、０．３μｍの粒径を有するダイヤモンドを用いてミクロ研磨を行なった。こうした研磨によって、積層パッケージの外形寸法は、１０ｍｍ±０．１ｍｍ×１０ｍｍ±０．１ｍｍ×５ｍｍ±０．１ｍｍまで高精度化することができた。また、外部電極の凹凸も±１μｍまで高精度化することができた。
【００８６】
積層された各ＬＣＣ基板の外部電極は、以下のような手法で接続した。まず、外部電極間を接続する配線基板を用意した。配線基板としては、ガラスエポキシ基板上に絶縁層と導体層を相互にビルドアップさせた方式のプリント基板ＳＬＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌａｍｉｎａｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）基板を用いた。この配線基板表面には、３次元実装型半導体装置の側面電極に対応した５０μｍφ寸法を有する６４個のＩ／Ｏはんだボールが配置され、配線基板内部には、はんだボールと相互接続するための回路配線が形成されている。ここでは、ビルドアップ層としてＣｕ配線厚１０μｍを有する回路配線パターンが形成されている配線基板を用いた。
【００８７】
配線基板と積層パッケージとの接続は、ボンダーを用いて行なった。配線基板を搭載するヒーターおよび積層パッケージを保持するコレットは、１８０℃に加熱して、積層パッケージと配線基板上のボール電極とを位置合わせした。その状態で、コレットを下方に移動させて圧力３０ｋｇ／ｍｍ2を加え、ボール電極と外部電極とを機械的圧力が加わった状態で接触させた。
【００８８】
さらに温度を２５０℃まで上昇させてはんだを溶融させ、外部電極とボール電極とを接続する。はんだボール組成、および半導体素子をフリップチップ実装しているはんだバンプ組成は、いずれもＰｂ／Ｓｎ＝３７／６３である。半導体素子は封止樹脂により強固に固定されているため、半導体素子のはんだバンプ電極が再溶融して接続不良を発生することはなかった。  
以上の工程により、図６に示すような積層パッケージが製造された。
【００８９】
得られたＬＣＣ型パッケージおよび積層パッケージについて温度サイクル試験を行なって、信頼性を評価した。温度サイクル条件は（−５５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ）〜１２５℃（３０ｍｉｎ）〜２５℃（５ｍｉｎ））で行ない、ＬＣＣ型パッケージにおける６４個の外部電極、および積層パッケージに搭載される６４個×３層の外部電極の合計２５６個において、外部電極の１箇所でも接続がオープンになった場合を不良として評価した。
【００９０】
いずれの場合も、１０００個のサンプルについて温度サイクル試験を行なって、得られた結果を図７のグラフに示す。図７のグラフ中、曲線ａおよびｂは、それぞれ本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板を用いたＬＣＣ型パッケージ、および本発明の実施形態にかかる積層パッケージについての結果を表わしている。また、曲線ｃおよびｄは、それぞれ、ＰＴＨ分割電極を用いた従来のＬＣＣ型パッケージおよび従来の積層パッケージについての結果を表わしている。
【００９１】
曲線ｄに示されるように、従来のＰＴＨ分割電極を用いた積層パッケージでは、１０００サイクルで接続不良が発生して２０００サイクルで接続不良が１００％になった。これらの接続不良は、ＰＴＨ側面電極における剥離破壊不良であった。さらに、従来のＰＴＨ分割電極を用いたＬＣＣ型パッケージでは、曲線ｃに示されるように１５００サイクルで接続不良が発生して、４０００サイクルで接続不良が約９０％になった。
【００９２】
これに対して、本発明の実施形態にかかる積層パッケージでは、曲線ｂに示されるように３０００サイクルまで不良は発生せず、接続信頼性が極めて向上されていることが確認された。さらに、曲線ａの結果から、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板を用いたＬＣＣ型パッケージにおいても、３５００サイクルまで不良は発生せず、この場合も接続信頼性が極めて向上されていることが確認された。
【００９３】
これらの結果は、図５を参照してすでに説明したように、ＬＣＣ基板の外部電極では、導電性材料と多孔質絶縁基板とが一体化された構造となり、基板に対する外部電極の機械的強度が向上したことに起因する。
【００９４】
しかも、本発明の実施形態にかかるＬＣＣ基板の外部電極は、リソグラフィー技術により形成されたものであるため、機械的なドリルを利用して貫通孔を形成するこれまでの技術とは異なり、微細な貫通孔を容易に形成することができる。したがって、基板側面に配置される電極構造も容易に微細化が可能になった。例えば、従来の方法によりドリル加工でスルホール貫通孔を形成する場合には、スルホール径２５０μｍ、ランド径５００μｍといった設計領域が必要であった。これに対して、リソグラフィー技術を用いることによって、ランド領域を必要としないスルホール径５０μｍにすることができ、電極を約５倍程度まで微細化できることが確認された。
【００９５】
なお、本発明は上述した具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することが可能である。例えば、多孔質絶縁基板としては、表面にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のコーティングされたテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）に限定されるものではない。また。積層パッケージの製造に当たっては、積層基板に分割した後、積層するといった方法に限らず、積層した後に所定の寸法の積層パッケージとして分割することも可能であり、その製造方法は特に限定されるものではない。
【００９６】
さらに、積層されたＬＣＣ基板の外部電極間を接続する配線についてもその材料、積層数などが限定されるものではない。また、ＬＣＣ基板上に搭載される半導体素子とその材料構成についても特に限定されるものではなく、半導体素子とＬＣＣ基板との間に形成される隙間部分に封止する樹脂などについても限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ用基板の斜視図。
【図２】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ用基板の断面図。
【図３】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ用基板の製造工程を表わす断面図。
【図４】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ半導体装置の製造工程を表わす断面図。
【図５】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ用基板の外部端子を表わす拡大図。
【図６】本発明の一実施形態にかかるＬＣＣ半導体装置を表わす断面図。
【図７】サイクル数と累積不良率との関係を表わすグラフ図。
【符号の説明】
【００９８】
１…ＬＣＣ用基板；  ２…外部端子；  ３…多孔構造を有する絶縁体
４…導電性物質；  ５…硬化性樹脂；  １１…積層パッケージ；  １２…外部電極
１３…多孔構造を有する絶縁体；  １４…導電性物質；  １５…外部電極接続配線
１６…積層樹脂；  ２０…露光；  ２１…ガラスマスク；  ２２…露光部
２３…露光反応領域；  ２４…めっき核配置部；  ２５…ダイシングライン
３１…半導体素子；  ３２…バンプ電極；  ３３…封止樹脂（Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）
３４…封止樹脂；  ３５…配線基板；  ４０…導電領域；  ４１…絶縁領域。
【図１】
2005175127.tif 000003
【図２】
2005175127.tif 000004
【図３】
2005175127.tif 000005
【図４】
2005175127.tif 000006
【図５】
2005175127.tif 000007
【図６】
2005175127.tif 000008
【図７】
2005175127.tif 000009