(57)【要約】【課題】  マルチチップモジュール型の回路装置において、基板の反りを抑制する。【解決手段】  回路装置１０は、金属基板２０、多層配線基板３０、第１の回路素子４０、第２の回路素子５０および封止樹脂６０を備え、金属基板２０には、第１の回路素子４０が搭載された領域と第２の回路素子５０が搭載された領域との間において、底部が多層配線基板３０に達する溝部２２が設けられている。【選択図】        図１
2007067117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、
前記金属基板の一方の面上に設けられた絶縁層と配線層からなる多層配線基板と、
前記多層配線基板と電気的に接続された複数の回路素子と、
を備え、
前記複数の回路素子は、第１の回路素子および前記第１の回路素子より発熱性が高い第２の回路素子を含み、
前記金属基板に、前記第１の回路素子が搭載された領域と前記第２の回路素子が搭載された領域との間において、底部が前記多層配線基板に達する溝部が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記金属基板より熱伝導性が低い充填材が前記溝部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記第１の回路素子が搭載された領域において、前記金属基板の他方の面上に冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記第２の回路素子が搭載された領域において、前記金属基板の他方の面上に温度制御機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３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、複数のＬＳＩなどの回路素子を搭載したマルチチップモジュール型の回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や家庭電気製品の高性能化にともない、これらに使用される回路素子は年々集積度が増大し、消費電力の増大への対応が求められている。さらに、これらの機器の小型化、多機能化のため、搭載される回路素子や電子部品には、小型・薄型化、複数チップの搭載という強い要求がある。このような要求に応えるために、たとえば、特許文献１は、金属基板上に複数のＬＳＩチップを搭載したＭＣＭ（マルチチップモジュール）を開示する。
【特許文献１】特開２００１−２１０７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ＭＣＭにおいては、金属基板と多層配線基板に用いられる層間樹脂との間に大きな隔たりがある。たとえば、金属基板に用いられる銅の熱膨張率は６〜９×１０−８／Ｋであるのに対して、層間樹脂として用いられるエポキシ樹脂の熱膨張率は、６０〜７０×１０−６／Ｋである。このため、従来のＭＣＭにおいては、特に金属基板を薄くしていった場合に、金属基板と層間樹脂との熱膨張差に起因した基板の反りによる悪影響が顕在化する。
【０００４】
また、従来のＭＣＭにおいては、放熱目的の金属基板を共通化しているために、たとえば、センサー系のＬＳＩチップの他に、その電源系のＬＳＩチップや情報処理系のＬＳＩチップ等を搭載した場合、高発熱性の電源系のＬＳＩチップや情報処理系のＬＳＩチップが発する熱により、センサー系のＬＳＩチップに熱ノイズが生じるといった悪影響が発生する。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチチップモジュール型の回路装置において、基板の反りを抑制する技術の提供にある。本発明の他の目的は、マルチチップモジュール型の回路装置において、発熱性が相対的に高い回路素子の熱が、発熱性が相対的に低い回路素子に影響することを抑制する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、回路装置である。この回路装置は、金属基板と、金属基板の一方の面上に設けられた絶縁層と配線層からなる多層配線基板と、多層配線基板と電気的に接続された複数の回路素子と、を備え、複数の回路素子は、第１の回路素子および第１の回路素子より発熱性が高い第２の回路素子を含み、金属基板に、第１の回路素子が搭載された領域と第２の回路素子が搭載された領域との間において、底部が多層配線基板に達する溝部が設けられていることを特徴とする。ここで、「回路素子」は、ＬＳＩ、ＩＣなどの半導体素子およびキャパシタ、抵抗などの受動素子を含む。
【０００７】
この態様によれば、金属基板に形成された溝部によって、高発熱性の第２の回路素子が設けられた領域の金属基板の伸びが吸収されるため、回路装置の反りが低減される。回路装置の反りが低減されることにより、回路装置の信頼性が向上する。また、金属基板内の第２の回路素子が設けられた領域から、第１の回路素子が設けられた領域への熱伝導が抑制されるため、第１の回路素子への熱の影響が低減される。これにより、各回路素子の性能向上や動作マージンの向上を図ることができる。
【０００８】
上記態様において、金属基板より熱伝導性が低い充填材が溝部に埋め込まれていてもよい。
【０００９】
これによれば、金属基板に溝部が設けられることによる強度低下を補いつつ、第２の回路素子が設けられた領域から、第１の回路素子が設けられた領域への熱伝導を抑制することができる。この態様において、充填材は、金属基板に比べて、可塑性、可撓性、弾性などの特性が優れる物質であることが望ましい。これによれば、金属基板の伸びが充填材により吸収されるため、金属基板の強度を保ちつつ、回路装置の反りを抑制することができる。
【００１０】
また、上記態様において、第１の回路素子が搭載された領域において、金属基板の他方の面上に冷却機構が設けられていてもよい。
【００１１】
これによれば、溝部によって熱的に分離することにより、第２の回路素子の熱影響を抑制できるとともに、冷却機構を用いて金属基板全体を冷却する場合に比べ、冷却面積が小さくなり、より低消費電力で、第１の回路素子を効率よく冷却することが可能になるので、第１の回路素子の動作安定性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記態様において、第２の回路素子が搭載された領域において、金属基板の他方の面上に温度制御機構が設けられていてもよい。
【００１３】
これによれば、第２の回路素子の温度を動作温度範囲に制御することができる。また、溝部によって熱的に分離することにより、金属基板全体の温度制御を行う場合に比べて、より効率的に低消費電力で温度制御が可能になる。
【００１４】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マルチチップモジュール型の回路装置において、発熱性が相対的に高い回路素子から発せられる熱が金属基板を伝導して発熱性が相対的に低い回路素子に影響することが抑制される。また、金属基板に設けられた溝部により、高発熱性の回路素子が設けられた領域の金属基板の伸びが吸収されるため、回路装置の反りが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る回路装置１０の構成を示す断面図である。回路装置１０は、金属基板２０、多層配線基板３０、第１の回路素子４０、第２の回路素子５０および封止樹脂６０を備えるマルチチップモジュール型の回路装置である。
【００１８】
金属基板２０は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえば、銅、アルミニウムなどで構成される。金属基板２０には、第１の回路素子４０が搭載された領域と第２の回路素子５０が搭載された領域との間において、底部が多層配線基板３０に達する溝部２２が設けられている。金属基板２０の厚さは、典型的には、０．３〜１ｍｍである。溝部２２の幅は特に限定されないが、０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
多層配線基板３０は、金属基板２０の一方の面に形成されており、絶縁層３２と配線層３４とが交互に積層された構造を有する。絶縁層３２を構成する材料としては、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。回路装置１０の放熱性向上の観点から、絶縁層３２は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁層３２は、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などやシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。各絶縁層３２の厚さは、典型的には、５０μｍ程度である。また、配線層３４を構成する材料としては、銅、アルミニウムなどの金属が例示される。
【００２０】
第１の回路素子４０は、第２の回路素子５０に比べて発熱量が相対的に少ない回路素子である。第１の回路素子４０は、ハンダバンプ４２を介して、多層配線基板３０に実装されている。第１の回路素子４０は、より具体的には、センサ用いられるＬＳＩチップである。センサとしては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどのイメージセンサ、速度センサ、温度センサ、圧力センサなどが挙げられる。
【００２１】
第２の回路素子５０は、第１の回路素子４０に比べて発熱量が相対的に大きい回路素子である。第２の回路素子５０は、ハンダバンプ５２を介して、多層配線基板３０に実装されている第２の回路素子５０は、より具体的には、電源用または情報処理用のＬＳＩチップやフラッシュメモリなどのメモリ用のＬＳＩチップが挙げられる。
【００２２】
回路装置１０は、コンデンサ、抵抗などの受動素子７０を必要に応じて備える。この受動素子７０は、多層配線基板３０に実装されている。
【００２３】
封止樹脂６０は、多層配線基板３０に実装された、第１の回路素子４０、第２の回路素子５０および受動素子７０を封止する。封止樹脂６０により、多層配線基板３０に実装された各素子が外界の影響から保護される。封止樹脂６０を構成する材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂などが例示される。
【００２４】
本実施形態の回路装置によれば、金属基板に形成された溝部によって、高発熱性の第２の回路素子が設けられた領域の金属基板の伸びが吸収されるため、回路装置の反りが低減される。回路装置の反りが低減されることにより、回路装置の信頼性が向上する。また、金属基板内の第２の回路素子が設けられた領域から、第１の回路素子が設けられた領域への熱伝導が抑制されるため、第１の回路素子への熱の影響が低減される。これにより、各回路素子の性能向上や動作マージンの向上を図ることができる。
【００２５】
（製造方法）
次に、実施形態１に係る回路装置１０の製造方法を説明する。図２は、実施形態１に係る回路装置１０の製造工程を示す。
【００２６】
まず、ダイヤモンドブレード、レーザ加工、フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせた微細加工などの切削手段を用いて、金属基板２０に溝部２２を形成する。図２（Ａ）は、溝部２２が設けられた金属基板２０の斜視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ’線上の断面図である。図２（Ａ）に示すように、溝部２２は、第１の回路素子４０が搭載される領域（点線Ｍで囲まれた領域）と第２の回路素子５０が搭載される領域（点線Ｎで囲まれた領域）との間に設けられる。溝部２２の方向は、第１の回路素子４０が搭載される領域と第２の回路素子５０が搭載される領域とを分断する方向が望ましい。なお、本溝部２２は、一方または両方の端部が金属基板２０の側面まで達するように形成されていてもよい。溝部２２が金属基板２０の側面まで達することにより、溝部２２の端部における熱の回り込みを抑制することができる。
【００２７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、金属基板２０の上に多層配線基板３０を形成する。多層配線基板３０は、絶縁層３２を形成した後、レーザ加工、ドリル加工、エッチング加工などにより絶縁層３２にビアホールを埋め込むように全面に銅メッキ層を形成し、フォトレジストをマスクとして銅メッキ層をエッチングし、銅からなる配線層３４を形成する工程とを繰り返すことにより形成される。多層配線基板３０の形成方法はこれに限られず、周知のダマシン法あるいはデュアルダマシン法を用いてもよい。
【００２８】
次に、図２（Ｄ）に示すように、第１の回路素子４０、第２の回路素子５０および受動素子７０を多層配線基板３０に実装する。本実施形態では、第１の回路素子４０および第２の回路素子５０は、フェイスダウンで多層配線基板３０にフリップチップ実装されている。具体的には、第１の回路素子４０の表面にアレイ状に複数配列されたハンダバンプ４２、５２をそれぞれ多層配線基板３０の最上層の配線層３４のリードに接合する。
【００２９】
なお、本実施形態では、第１の回路素子４０および第２の回路素子５０の両方がフリップチップ実装されているが、第１の回路素子４０、第２の回路素子５０のいずれか一方または両方をワイヤボンディングを用いて実装してもよい。
【００３０】
次に、図２（Ｅ）に示すように、多層配線基板３０に実装された第１の回路素子４０、第２の回路素子５０および受動素子７０を封止樹脂６０で封止する。封止樹脂６０の形成工程は、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティングまたはディッピングにより実現できる。封止樹脂６０に用いられる樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂をトランスファーモールドまたはポッティングで用いることができ、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂をインジェクションモールドで用いることができる。
【００３１】
以上の各工程により、実施形態１に係る回路装置を製造することができる。上述の手順では、溝部が予め形成された金属基板上に多層配線基板が形成されているが、溝部の形成は、いずれの段階で行ってもよい。たとえば、加工前の金属基板２０に多層配線基板３０を形成し、多層配線基板３０の表面に第１の回路素子４０、第２の回路素子５０などを実装し、封止樹脂６０を形成した後、フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせて、第１の回路素子４０が実装された領域と第２の回路素子５０が実装された領域との間に多層配線基板３０が露出するように金属基板２０を選択的に除去してもよい。
【００３２】
上述の手順では、溝部が予め形成された金属基板上に多層配線基板が形成されているため、溝部に多層配線が入り込まないように、ダミー材料を溝部に予め埋め込んでおき、多層配線基板を形成した後に、ダミー材料を除去してもよい。
【００３３】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る回路装置１０の構成を示す断面図である。実施形態２の基本構成は、実施形態１の構成と共通する。実施形態２の説明においては、実施形態１と同様な構成については適宜説明を省略し、実施形態１と異なる構成について説明する。
【００３４】
実施形態２の回路装置１０には、溝部２２に金属基板２０より熱伝導性が低い充填材２４が埋め込まれている。また、充填材２４は、金属基板２０に比べて、可塑性、可撓性、弾性などの特性が優れる物質であることが望ましい。充填材２４に求められる特性としては、これらの他に耐水性が挙げられる。このような特性を有する材料として、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ゴム、シリコン樹脂などが例示される。
【００３５】
本実施形態によれば、金属基板に溝部が設けられることによる強度低下を補いつつ、第２の回路素子が設けられた領域から、第１の回路素子が設けられた領域への熱伝導を抑制することができる。また、金属基板の伸びが充填材により吸収されるため、金属基板の強度を保ちつつ、回路装置の反りを抑制することができる。
【００３６】
溝部２２に充填材２４を埋め込む工程は、実施形態１の製造工程のいずれの段階で行ってもよいが、溝部２２が予め設けられた金属基板２０の一方の面に多層配線基板３０を構築する場合には、溝部２２に充填材２４を埋め込んでおくことにより、溝部２２に絶縁層３２が入り込まないため、ダミー材料の埋め込み等の工程を省略化することができる。
【００３７】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係る回路装置１０の構成を示す断面図である。実施形態３の基本構成は、実施例２の構成と共通する。実施形態３の説明においては、実施形態２と同様な構成については適宜説明を省略し、実施形態２と異なる構成について説明する。
【００３８】
実施形態３の回路装置１０では、第１の回路素子４０が搭載された領域において、金属基板２０の他方の面上に冷却機構８０が設けられている。また、第２の回路素子５０が搭載された領域において、金属基板２０の他方の面上に温度制御機構９０が設けられている。
【００３９】
冷却機構８０は、冷却機構８０と接する部分の金属基板２０を冷却する機能を有する。冷却機構８０としては、特に限定されないが、ペルチェ素子を用いることができる。
【００４０】
また、温度制御機構９０は、温度制御機構９０と接する部分の金属基板２０の温度を冷却あるいは加熱する機能を有する。温度制御機構９０としては、特に限定されないが、電熱線などを用いることができる。
【００４１】
本実施形態によれば、溝部によって熱的に分離することにより、第２の回路素子５０の熱影響を抑制できるとともに、冷却機構８０を用いて金属基板全体を冷却する場合に比べ、冷却面積が小さくなり、より低消費電力で、第１の回路素子４０を効率よく冷却することが可能になるので、第１の回路素子４０の動作安定性を向上させることができる。
【００４２】
本実施形態によれば、第２の回路素子の温度を動作温度範囲に制御することができる。たとえば、第２の回路素子５０が動作範囲が０℃以上のメモリ用のＬＳＩである場合には、温度制御機構９０を用いて金属基板２０の温度を０℃以上に保っておくことにより、第２の回路素子５０の動作安定性を向上させることができる。また、溝部によって熱的に分離することにより、金属基板全体の温度制御を行う場合に比べて、より効率的に低消費電力で温度制御が可能になる。
【００４３】
なお、本実施形態では、冷却機構および温度制御機構を備えるが、いずれか一方のみを備えた構成も本発明に含まれる。
【００４４】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４５】
例えば、上述の各実施の形態では、溝部２２は、第１の回路素子４０が搭載される領域と第２の回路素子５０が搭載される領域とを分断するように、両者の間に線状の形状の溝として形成されているが、これに限られない。
【００４６】
たとえば、図５（Ａ）に示すように、溝部２２の一方の端部に、第２の回路素子５０が設けられる領域に沿った溝部２３を連結させて、溝全体の形状をＬ字状としてもよい。
【００４７】
これによれば、第２の回路素子５０から伝導する熱が、溝部２２の一方の端部を回り込んで第１の回路素子４０が設けられる領域に伝導することが抑制される。この構成は、たとえば、局所的に温度が高いホットスポット１００が溝部２３の近傍に生じる場合の熱伝導抑制手段として有用である。
【００４８】
また、図５（Ｂ）に示すように、溝部２２の両端部に、第２の回路素子５０が設けられる領域に沿った溝部２３、２４を連結させて、溝全体の形状をコの字状としてもよい。
【００４９】
これによれば、第２の回路素子５０から伝導する熱が、溝部２２の両端部を回り込んで第１の回路素子が設けられる領域に伝導することが抑制される。この構成は、たとえば、局所的に温度が高いホットスポット１００、１１０がそれぞれ溝部２３、２４の近傍に生じる場合の熱伝導抑制手段として有用である。
【００５０】
また、図５（Ｃ）に示すように、溝部２２が第２の回路素子５０が設けられる領域の周りを取り囲む溝２６の一部となっていてもよい。
【００５１】
これによれば、第２の回路素子５０が設けられる領域の金属基板２０が第１の回路素子４０が設けられる領域の金属基板２０と分離されるため、第２の回路素子５０が搭載される領域から第１の回路素子４０が搭載される領域への熱伝導をより効果的に抑制することができる。
【００５２】
この他、上述の各実施の形態では、金属基板２０は、同一の材料で形成され、厚さが均一であるが、これに限られない。たとえば、第２の回路素子５０が搭載される領域の金属基板を熱伝導性が高い銅などの金属で形成し、第１の回路素子４０が搭載される領域の金属基板を熱伝導性が低いチタンなどの金属で形成してもよい。これによれば、発熱性が高い第２の回路素子５０から発せられる熱をより効率的に放熱することができる。
【００５３】
また、第２の回路素子５０が搭載される領域の金属基板の厚さを第１の回路素子４０が搭載される領域の金属基板の厚さより厚く形成してもよい。これによれば、発熱性が高い第２の回路素子５０から発せられる熱をより効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施形態１に係る回路装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係る回路装置の製造工程を示す図である。
【図３】実施形態２に係る回路装置の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態３に係る回路装置の構成を示す断面図である。
【図５】回路装置の金属基板に設けられた溝形状の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  回路装置、２０  金属基板、２２  溝部、３０  多層配線基板、４０  第１の回路素子、５０  第２の回路素子、６０  封止樹脂、７０  受動素子。
【図１】
2007067117.tif 000003
【図２】
2007067117.tif 000004
【図３】
2007067117.tif 000005
【図４】
2007067117.tif 000006
【図５】
2007067117.tif 000007