(57)【要約】【課題】  変形の自由度の高く、且つ、信頼性の高い回路装置を提供する。【解決手段】  回路装置１００は、樹脂からなるフレキシブル基板３に、単独では動作しない集積回路が設けられた半導体チップ２が埋め込まれ、固定されている。フレキシブル基板３および半導体チップ２の上には、絶縁膜４および配線層８が順次設けられ、この配線層８によって各半導体チップは接続されている。この接続により、複数の半導体チップ２はフレキシブル基板３上において１つのシステムを構築する集積回路として機能する。さらに絶縁膜４および配線層８は、保護膜９により封止されている。【選択図】図１
2007180197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に埋め込まれた複数のチップと、
複数の前記チップ間を接続する配線層と、
を備え、
前記チップは、単独では動作しない集積回路を有し、前記チップ間を前記配線層で接続することによって、複数の前記チップが１つのシステムを構築する集積回路として機能することを特徴とした回路装置。
【請求項２】
前記チップは、さらに単独で動作する集積回路を有するチップをさらに備えることを特徴とした請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記フレキシブル基板は、その基板内に格子状のガラス繊維を含み、
前記チップは、前記ガラス繊維間に埋め込まれていることを特徴とした請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記チップは、このチップ内にトランジスタが１個以上形成されていることを特徴とした請求項１〜３のいずれか一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、特に複数のチップがフレキシブル基板に埋め込まれた回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブル基板へのＬＳＩチップの実装技術として、特許文献１記載のものがある。同文献に記載された回路装置の一例を示した断面図を図７に示す。この例の回路装置２００では、フレキシブル基板１０１上に半導体チップ（ＬＳＩチップ）１０６を搭載してこの半導体チップ１０６の電極（突起電極）１０７とフレキシブル基板１０１の電極（内部接続電極）１０４とをフリップチップ接続している。ここで、フレキシブル基板１０１は、外部に接続するための電極１０４を有する複数の配線１０３が絶縁フィルム１０２の表面に配設され、電極１０４、配線１０３、及び絶縁フィルム１０２の表面が保護膜１０５により被覆されている。
【特許文献１】特開２００４−３２７９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったエレクトロニクス機器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、それを実現するために高集積のＬＳＩチップや薄型のＬＳＩチップが求められている。しかしながら、これらＬＳＩチップをフレキシブル基板に実装した場合には、フレキシブル基板に曲げ変形が生じるとＬＳＩチップに割れが発生する問題がある。また複数のＬＳＩチップを高密度でフレキシブル基板に搭載した場合には、フレキシブル基板の変形により隣接するＬＳＩチップ同士が接触する問題がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、変形の自由度の高く、且つ、信頼性の高い回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る回路装置は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板に埋め込まれた複数のチップと、複数のチップ間を接続する配線層と、を備え、チップは、単独では動作しない集積回路を有し、チップ間を配線層で接続することによって、複数のチップが１つのシステムを構築する集積回路として機能することを特徴とする。
【０００６】
このような構成とすることにより、フレキシブル基板内にチップを埋め込むことでフレキシブル基板自体が緩衝材として機能し、基板変形時における隣接したチップ間でのチップ同士の接触を防止することができる。また、フレキシブル基板に埋め込む個々のチップを、単独では動作しない集積回路を有するチップで構成することにより、個々のチップが小型化されるので、基板変形時（チップ変形時）にチップに掛かる曲げモーメントが小さくなり、チップ割れが発生しにくくなる。これらの結果、フレキシブル基板の変形のしやすさを生かし、変形の自由度が高く、且つ、信頼性の高い回路装置を提供することができる。
【０００７】
上記構成において、フレキシブル基板は、その基板内に格子状のガラス繊維を含み、チップは、ガラス繊維間に埋め込まれていることが望ましい。このように、弾性率の高いガラス繊維を強化材として埋め込むことでフレキシブル基板全体の弾性率が向上するので、変形時における基板の挫屈が防止され、チップへの過度な変形負荷が軽減され、チップの割れや隣接するチップ同士の接触を防止することができ、より信頼性の高い回路装置を提供することができる。
【０００８】
上記構成において、チップは、このチップ内にトランジスタが１個以上形成されていることが望ましい。このようにすることにより、チップをより小型化することができるため、さらに変形の自由度が高く、且つ、信頼性の高い回路装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、変形の自由度の高く、且つ、信頼性の高い回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。また、本明細書において、「上」方向とは、膜の積層の順番により決まる概念であり、先に積層される膜の側から見て後から積層される膜の存在する方向が上であると規定している。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるフレキシブル基板を有する回路装置を示す断面図である。
【００１１】
回路装置１００は、樹脂からなるフレキシブル基板３に、単独では動作しない集積回路が設けられた半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）が埋め込まれ、固定されている。フレキシブル基板３および半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）の上には、絶縁膜４および配線層８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）が順次設けられ、この配線層８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）によって各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃはこの絶縁層４内のコンタクトホール７ａ，７ｂ，７ｃを介して接続されている。この接続により、複数の半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）はフレキシブル基板３上において１つのシステムを構築する集積回路として機能する。さらに絶縁膜４および配線層８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）は、保護膜９により封止されている。
【００１２】
図２および図３は、本発明の第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。
【００１３】
（工程１：図２（ａ）参照）  支持基板１の表面上に複数の半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を所定のレイアウトに応じて配列させて固定する。各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃは、大規模、且つ、高機能な１つのシステムを構築する集積回路を、集積回路として単独では動作しない回路にまで分割し、チップサイズの小型化を図ったものである。なお、分割するにあたって、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃは、そのチップ内に少なくともトランジスタが１個以上形成されていればよい。
【００１４】
また、半導体チップ２の大きさに関しては、以下の条件を満たすように設定してもよい。
【００１５】
チップの一辺大きさをＤ、フレキシブル基板に要求される屈曲性を示す最小曲げ半径をＲとすると、以下の式（１）で表すことができる。
【００１６】
Ｄ≦Ｒ√２・・・（１）
このような条件を満たすことにより、チップに曲げ応力をかけることなく、基板変形が可能となり、より信頼性が高く、かつフレキシブルな基板の実現が可能となる。
【００１７】
ここで、支持基板１は、後述するフレキシブル基板３に半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを埋め込んだ後に、フレキシブル基板３から剥離可能な材料により構成することができる。このような材料として、例えば、接着剤を塗布したガラス基板を用いることができる。
【００１８】
（工程２：図２（ｂ）参照）  支持基板１の表面上に半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを固定した状態で、樹脂からなるフレキシブル基板３を支持基板１上に配置し、フレキシブル基板３を支持基板１に押し当て、フレキシブル基板３内に各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを押し込む。
【００１９】
（工程３：図２（ｃ），（ｄ）参照）  フレキシブル基板３を真空下または減圧下で加熱して支持基板１に圧着する。これにより、図２（ｄ）に示すように、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃがフレキシブル基板３内に埋め込まれ、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃがフレキシブル基板３内に圧着される。
【００２０】
フレキシブル基板３としては、加熱することにより軟化する材料であればどのようなものを用いることもできるが、例えば、ポリイミド樹脂を用いることができる。ここで、フレキシブル基板３は、フレキシブル基板３がＢステージ化した状態で支持基板１上に配置される。この後、フレキシブル基板３を構成する樹脂の種類に応じてフレキシブル基板３を加熱し、真空下または減圧下でフレキシブル基板３と各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを圧着する。このようにすれば、フレキシブル基板３と各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃとの密着性を高めることができる。
【００２１】
また、フレキシブル基板３内にチップ２ａ，２ｂ，２ｃを埋め込む方法として、液状のポリイミドワニスをチップ２ａ，２ｂ，２ｃを固定した支持基板に対して塗布し硬化させることによる方法を用いてもよい。
【００２２】
さらに、本発明の第１実施形態では、フレキシブル基板３に接する各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃ表面をプラズマ処理してもよい。プラズマ照射条件は、優れた界面密着性が発現する表面特性が得られるよう、用いる樹脂材料に応じて適宜設定する。例えば、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃ表面に付着した有機物の除去効率が向上するように、プラズマガスにアルゴンなどの不活性ガスが含まれる条件とする。こうすることにより、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃ表面に付着した有機物の除去効率が向上する。また、アルゴンは窒素ガスや希ガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。
【００２３】
プラズマ照射条件としては、例えば、以下の条件を採用することができる。
【００２４】
プラズマガス：  アルゴン１０〜２０ｓｃｃｍ、酸素０ｓｃｃｍ
バイアス（Ｗ）：  １００
ＲＦパワー（Ｗ）：  ５００
圧力（Ｐａ）：  ２０
処理時間（ｓｅｃ）：  ２０
各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃの表面をプラズマ処理することにより、フレキシブル基板３との接触部分の密着性が向上するため、各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃとフレキシブル基板３との接合信頼性を向上させることができる。
【００２５】
（工程４：図２（ｅ）参照）  各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃをフレキシブル基板３内に埋め込んだ後、支持基板１をフレキシブル基板３から剥離する。
【００２６】
剥離方法としては、例えば、ＵＶ光により接着力が低下する光反応性接着剤を、支持基板１と半導体チップ２との間に形成しておき、これをＵＶ光に照射することで支持基板１を剥離する方法、あるいは支持基板とフレキシブル基板３を接着する接着剤のみを薬液処理によって溶解させる方法、あるいはダイヤモンドを含む研削板を用いて、支持基板１側から徐々に切削していくことで支持基板１を除去する方法などがある。
【００２７】
（工程５：図３（ｆ）参照）  各半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）が埋め込まれたフレキシブル基板３を上下反転させ、各半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）が露出する面が上側になるように配置する。その後、絶縁膜４および導電性膜５により構成された導電性膜付き絶縁膜６をフレキシブル基板３上に配置する。ここで、導電性膜５は、例えば圧延銅箔等の圧延金属である。絶縁膜４としては、例えば、ポリイミド樹脂を用いることができる。
【００２８】
また、このとき、本発明の第１実施形態では、フレキシブル基板３の各半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）が露出する表面をプラズマ処理してもよい。プラズマ照射条件は、工程３と同様に優れた界面密着性が発現する表面特性が得られるよう、用いる樹脂材料に応じて適宜設定する。
【００２９】
プラズマ照射条件としては、例えば、以下の条件を採用することができる。
【００３０】
プラズマガス：  アルゴン１０〜２０ｓｃｃｍ、酸素０ｓｃｃｍ
バイアス（Ｗ）：  １００
ＲＦパワー（Ｗ）：  ５００
圧力（Ｐａ）：  ２０
処理時間（ｓｅｃ）：  ２０
フレキシブル基板３の表面をプラズマ処理することにより、絶縁膜４との接触部分の密着性が向上するため、絶縁膜４とフレキシブル基板３との接合信頼性を向上させることができる。
【００３１】
（工程６：図３（ｇ）参照）  導電性膜５を、レーザー直描法（トレパニングアライメント）またはウェット銅エッチングにより配線形成する配線パターニング工程を行う。この後、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ドライエッチングを組み合わせて絶縁膜４にコンタクトホール７ａ，７ｂ，７ｃを形成するコンタクトホール形成工程を行う。
【００３２】
（工程７：図３（ｈ）参照）  高アスペクト比対応の無電解銅めっき、電解銅めっきにより、導電層８を形成するとともに、コンタクトホール内を導電性材料で埋め込み、コンタクト７ａ，７ｂ，７ｃを形成するめっき工程を行う。次いで、導電層８をセミアディティブめっきによりパターニングして高密度配線を形成し、パターニングされた導電層８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄによって各半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを電気的に接続する。
【００３３】
（工程８：図１参照）  絶縁膜４および配線層８（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）の上に、フォトソルダーレジストからなる保護膜９を形成することで、半導体チップが埋め込まれたフレキシブル基板３を有する回路装置１００を得ることができる。
【００３４】
以上のように、フレキシブル基板３内に半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を埋め込むことで、半導体チップ２間のフレキシブル基板３自体が緩衝材として機能し、基板変形時における隣接した半導体チップ２間での半導体チップ同士の接触を防止することができる。また、個々の半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃを単独では動作しない集積回路を有するチップで構成することにより、個々の半導体チップが小型化されるので、基板変形時（チップ変形時）にチップに掛かる曲げモーメントが小さくなり、チップ割れ（チッピング）が発生しにくくなる。これらの結果、フレキシブル基板３の変形のしやすさを生かし、変形の自由度が高く、且つ、信頼性の高い回路装置１００を提供することができる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態における回路装置を示す断面図である。第１実施形態と異なる箇所は、半導体チップとして単独でもシステムとして機能する集積回路を有する半導体チップ２ｄを、他の半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃと同様にフレキシブル基板３内に形成していることである。
【００３５】
第２実施形態では、フレキシブル基板３内に単独では機能しない半導体チップ２ａ，２ｂ，２ｃと、単独でシステムとして機能する半導体チップ２ｄを同時に設けているので、フレキシブル基板３内において大規模、且つ、高機能な集積回路をレイアウトする際において、配線層８の設計自由度が高まることになり、より高性能な回路装置１００ａを構築することが可能となる。また、フレキシブル基板３を有する回路装置１００ａの製造コストを容易に低減することも可能となる。
（第３実施形態）
図５は、ガラス繊維を含む絶縁層を模式的に示した断面図であり、図６は、ガラス繊維を含むフレキシブル基板を適用した回路装置を示す断面図である。第１実施形態と異なる箇所は、フレキシブル基板としてその基板内に格子状のガラス繊維Ａを含むフレキシブル基板３ａを用いていることである。
【００３６】
ここで、フレキシブル基板３ａとしては、格子状に編み込まれたガラス繊維（ガラスクロス）Ａに絶縁性の樹脂を含浸させた材料であり、樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂が好適に用いられる。また、ガラス繊維Ａは、図５に示すように、紙面鉛直方向に延びるガラス繊維Ａ１と、紙面横方向に延びるガラス繊維Ａ２とが内包されている。また、各半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、ガラス繊維Ａ１間に埋め込まれている。このようにすることで、弾性率の高いガラス繊維Ａを強化材として埋め込むことでフレキシブル基板３ａ全体の弾性率が向上するので、変形時における基板の挫屈が防止され、チップへの過度な負荷による半導体チップ２の割れや隣接するチップ同士の接触を防止することができ、より信頼性の高い回路装置１００ｂを提供することができる。
【００３７】
また、ガラス繊維間に各半導体チップ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を埋め込むことで、ガラス繊維Ａを切断することなくフレキシブル基板３内に半導体チップ２を設けることができるので、バラツキの小さい安定した弾性率を有するフレキシブル基板３を得ることができる。この結果、埋め込まれた半導体チップ２を配線層８によって接続して得られる回路装置１００ｃにおいては、安定した性能を有する高機能なシステムを実現することができる。
【００３８】
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、各半導体チップ２につながる配線層８が積層構造であってもよい。例えば、２層構造の場合、第１実施形態の工程７を経た回路装置の構成部材のさらに上部に、さらなる絶縁膜およびその上部の導電性膜を形成し、上記した第１実施形態と同様に、配線パターニング工程、ビアホール形成工程、めっき工程、配線形成工程を繰り返して、２層配線を形成する。その後、第１実施形態の工程８を経て回路装置を形成する。これにより、配線層の設計自由度がさらに向上する。
【００３９】
さらに、本発明は、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態における回路装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における回路装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における回路装置を示す断面図である。
【図５】ガラス繊維を含むフレキシブル基板を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるガラス繊維を含むフレキシブル基板を適用した回路装置を示す断面図である。
【図７】従来のフレキシブル基板を有する回路装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２，２ａ，２ｂ，２ｃ  半導体チップ
３  フレキシブル基板
４  絶縁膜
７ａ，７ｂ，７ｃ  コンタクトホール
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  配線層
９  保護膜
１００  回路装置
【図１】
2007180197.tif 000003
【図２】
2007180197.tif 000004
【図３】
2007180197.tif 000005
【図４】
2007180197.tif 000006
【図５】
2007180197.tif 000007
【図６】
2007180197.tif 000008
【図７】
2007180197.tif 000009