JP2002280713A - 電子部品内蔵型回路基板及びその製造方法 - Google Patents
電子部品内蔵型回路基板及びその製造方法Info
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Abstract
く回路設計が容易になる電子部品内蔵型回路基板を得る
こと。 【解決手段】 本発明の電子部品内蔵型回路基板10
は、配線回路が形成されている電気導体層L2に、能動
面に複数のバンプ3が配設されている少なくとも2個の
ICチップ1を実装して、それらICチップ1上に絶縁
層I1を形成し、更にその絶縁層I1の表面に電気導体
層L1を形成してなる電子部品内蔵型回路基板におい
て、複数のICチップ1の内の或るものは、導体層L1
にその能動面を対面させてバンプ3を接続した状態で導
体層L2上に実装されており、他方のICチップ1は電
気導体層L2にその能動面を対面させ、そのバンプ3を
接続した状態で実装されて構成されていることを特徴と
する。
Description
部接続電極が形成されている能動面を備えた半導体集積
回路チップなどの電子部品が内部に実装されている電子
部品内蔵型回路基板及びその製造方法に関するものであ
る。
する。
板の高密度化や実装部品の小型化に対する要求が厳しく
なっている。回路基板においては、配線ルールの縮小に
より回路基板表面と平行な方向について高密度化が図ら
れている。更に、ビルドアツプ工法を採用して配線を積
層させ、任意の層間にビアを形成することにより、回路
基板表面に垂直な方向における高密度化も可能となっ
た。
置として、ICチップ(半導体集積回路チップ、ベアチ
ップ、或いは半導体素子、以下、「ICチップ」と記
す)をパッケージで封止したものをマザー基板に実装す
る構造のものと、近年、ICチップそのものをマザー基
板またはインターポーザに直接実装する構造のものとが
ある。
パッケージの外周に多ピン化されたリードを有するSO
P(Small Outline Package)や
QFP(Quad Flat Packeage)など
の表面実装形式のデバイス(SMD;Surface
Mount Device)が用いられることが多かっ
た。
更に小型化するため、ICチップをベアで用いられるよ
うになり、図3に示したように、ICチップ1を、その
複数の接続電極である電極パッド2が形成されている能
動面を上向きにしてマザー基板100上に銀ペースト1
10で固定し、電極パッド2とマザー基板100側に形
成されているパッド101とをワイヤーボンディング装
置により金ワイヤー102で接続し、その全体を覆うよ
うに封止樹脂103を印刷、デスペンサーなどによって
封止して実装する構造が用いられた。
02で接続することから、ICチップ1の電極パッド2
のピッチの制限の影響を受け難いことや、実績が多いこ
とから信頼性に問題がないこと、安価なことなど利点は
多いが、欠点としては、金ワイヤ102を低ループで形
成することが比較的難しいことから、実装後の高さが他
の実装構造に比較して高くなってしまうことことであ
る。また、ICチップ1の電極パッド2をICチップ1
外に形成されているマザー基板100側のパッド101
に接続する必要があることから実装に要する面積が他の
実装構造に比較して広くなってしまうなどの欠点があ
る。
を更に小型化するため、図4に示したように、ICチッ
プ1を、その複数の電極パッド2にバンプ3が形成され
ている能動面を下向きに、所謂フェイスダウンの状態に
してマザー基板100或いはインターポーザの表面に向
けてフリップチップボンドし、バンプ3をマザー基板1
00のパッド101にリードを用いずに直接実装し、チ
ップサイズパッケージ(CSP)化を図っている。
Cチップの実装が可能な領域は基板表面の一面だけであ
り、実装密度は基板サイズの制限を受けるため、実装密
度を更に飛躍的に向上させることは困難である。そこ
で、ICチップを多層基板の内部に実装して実装密度を
上げ、電子機器を小型化する実装構造が提案されるよう
になって来ている。
た先願発明の多層実装構造の回路基板は、本出願人が平
成11年9月1日に出願した特願平11−248024
「電子回路内蔵プリント配線板およびその製造方法」に
記載の発明の一実施形態の多層実装構造のものであっ
て、それを略線的断面図で示したものであって、電気導
体層(以下、単に「導体層」と略記する)が8層構造の
回路基板20を示した。
1〜L8の8導体層を備え、各導体層間が電気絶縁樹脂
を印刷などの手段で形成した電気絶縁層(以下、単に
「導体層」と略記する)I1〜I7で硬くて曲がらない
基板構造に仕上げられている。各絶縁層I2〜I7の材
質は、ガラス布に、例えば、エポキシ系樹脂のような熱
硬化性樹脂を含浸させたものであり、絶縁層I1はエポ
キシ系樹脂のような熱硬化性樹脂にフィラーを多く混合
して硬化時の応力緩和を図れるようになされている。導
体層L1は導体層L2の上方に樹脂付き銅箔を積層する
かメッキ処理により形成される。
ッド或いはランド(以下、「パッド」と記す)21や配
線回路が、例えば、フォトレジスト法によりレジスト被
膜Rをマスクとして形成されている。これらは銅箔をエ
ッチングまたはメッキ処理によって形成されている。そ
して一部のパッド21に、必要性に応じて不図示の異方
性導電膜(ACF)を介してICチップ1がフェイスダ
ウン状態で機械的、電気的に接続されている。
ッド21はビアH1を介して導体層L1と接続されてい
る。同様に導体層L2と導体層L3とはビアH2で接続
されており、導体層L3、L4、L5、L6はビアH3
で、導体層L6と導体層L7とはビアH4で、導体層L
7と導体層L8とはビアH5で接続されている。
して必要な導体層間を電気的に接続するために設けられ
ている。ビアはレーザ加工、ショットブラスト法による
加工などで孔開け加工が施され、そしてそれらビアによ
る導体層間の導通方法としては、銅メッキが主である
が、銀、銅−銀、半田などの導電性ペーストを印刷など
の手法により埋め込みまたは焼結して導通を取ってい
る。
要の回路パターンが形成されており、そしてそれらの回
路パターンにチップ形状の所要の電子部品が必要に応じ
て接続されているものであるが、ここでは説明の簡単に
するため省略した。
イスダウン状態で内部に組み込んだ回路基板20である
が、図6に示した回路基板30のように、ICチップ1
をフェイスアップ状態で内部にフリップチップボンドし
て組み込んだ構造で構成することもできる。基板31と
しては、平坦性が求められることから、金属板、セラミ
ックス板、またはシリコンウェーハなどが用いられる。
但し、現状では、実際の商品に応用されているものは、
少ない。
質の基板31の表面に、スパッターなどの半導体プロセ
スで使用される手段で配線パターンが形成された導体層
L3上に複数のICチップ1をフェイスアップ状態でフ
リップチップボンドで実装し、その後、絶縁樹脂を塗布
して絶縁層I2を形成し、その絶縁層I2の表面に前記
と同様に配線パターンが形成された導体層L2を形成
し、その導体層L2の表面に複数のICチップ1をフェ
イスアップ状態でフリップチップボンドで実装し、その
後、絶縁樹脂を塗布して絶縁層I1を形成し、そしてそ
の絶縁層I1の表面に前記と同様に配線パターンが形成
された導体層L1を形成した構造のもである。
いないが、用途としては、同じICチップを多層に積層
することから、メモリーモジュールなどへの使用が考え
られる。
で提案されているICチップ内蔵型回路基板において
は、回路設計時に、前記のようにICチップがその能動
面を基板面に面するように実装する(即ち、フェイスダ
ウン)か、フェイスアップで実装するかの選択を行って
配線しなければならなかった。このことは、回路基板を
設計する上で、内蔵させるICチップと外層部との接続
を充分に検討して部品配置を行う必要がある。その結
果、内蔵されたICチップと外層部を接続するためのビ
アの数が増大して内蔵するICチップの数や配線回路の
設計に大きな制約が加わることにもなっている。
れたものであって、外部との接続を行うビアの数を増や
すことなく回路設計が容易になる電子部品内蔵型回路基
板を得ることを目的とするものである。
めに、本発明の電子部品内蔵型回路基板は、配線回路が
形成されている基板面に、複数の外部接続電極が配設さ
れている能動面を備えた少なくとも2個の電子部品を実
装して、該電子部品の上に絶縁層を形成し、更に該絶縁
層の表面に電気導体層を形成してなる電子部品内蔵型回
路基板において、前記電子部品の一方のものは、前記配
線回路に前記能動面を対向させて前記外部接続電極が接
続、実装されており、他方のものは前記電気導体層に前
記能動面を対向させて前記外部接続電極が接続、実装さ
れていることを特徴とする。
は、好ましくは、前記絶縁層に前記導体層と前記配線と
の電気的接続を行うビアが形成されていることを特徴と
する。
は、好ましくは、前記絶縁層に、前記導体層と前記配線
との電気的接続を行うビアと前記導体層と前記外部接続
電極との電気的接続を行うビアとが形成されていること
を特徴とする。
基板は、前記電子部品として半導体集積回路チップを組
み込み、実装する場合に特に好適な構造となる特徴を備
えている。
製造方法は、配線回路が形成されている電気導体層が被
覆されている基板面に、複数の外部接続電極が配設され
ている能動面を備えた少なくとも2個の第1及び第2電
子部品を、それらの能動面の向きを互いに逆向きにして
実装されている構造の電子部品内蔵型回路基板を製造す
るに当たり、前記電子部品内蔵型回路基板は、第1の電
気絶縁層と該第1の電気絶縁層の表面に複数の電極パッ
ドを含む配線回路が形成されている第1の電気導体層と
をベース基板とし、前記複数の電極パッドに前記複数の
外部接続電極を接続して前記第1電子部品を固定し、前
記複数の電極パッドが存在しない前記第1の電気導体層
の部分に前記能動面の裏面側を向け、前記複数の外部接
続電極を接続しないで前記第2電子部品を固定する第1
の工程と、固定された前記第1電子部品と前記第2電子
部品にそれらの厚みより少し厚く絶縁樹脂を被着、硬化
させて第2の電気絶縁層を形成する第2の工程と、該第
2の電気絶縁層の表面に第2の電気導体層を被覆する第
3の工程と、前記ベース基板の裏面に所定の厚さの絶縁
樹脂を被着、硬化させて少なくとも一層の第3の電気絶
縁層を形成する第3の工程と、前記第3の電気絶縁層の
表面に第3の電気導体層を形成する第4の工程と、前記
第1の電気導体層の前記複数の電極パッドに接続されて
いる複数の電極パッドと前記第2の電気導体層とを電気
的に接続するビアを形成する第5の工程と、前記第1の
電気絶縁層と第3の電気導体層とを電気的に接続するビ
アを形成する第6の工程と、前記第2の電気導体層と前
記第2電子部品の前記外部接続電極を接続する第7の工
程とを含む工程で製造されることを特徴とする。
の製造方法の前記第2の工程における第2の電気絶縁層
の厚みが、固定された前記第1電子部品の厚みより厚
く、前記第2電子部品の前記複数の外部接続電極までの
厚みと同等か、それより少し薄く絶縁樹脂を被着、硬化
させて第2の電気絶縁層を形成し、前記第2の電気導体
層を前記第2の電子部品の前記外部接続電極に直接接続
する工程であることを特徴とする。
フェイスダウンとフェイスアップで実装する組合せ構造
を採ることにより、回路基板外層側との配線が多い電子
部品はフェイスアップ状態で実装すれば、比較的簡単に
多数の配線を処理することができるばかりではなく、外
層部への接続のためのビア数を増加させる必要がない。
従って、本発明の回路基板を組み込んだ電子機器はより
一層小型化することができる。
には、比較的消費電力の大きい電子部品を電子部品を当
てることができる。
品の放熱は、その裏面から接続材、導体層の銅ランド、
ビアを介して内層部へと熱拡散させることができる。
板の製造方法によれば、半導体装置の製造工程で用いら
れている印刷、成膜、エッチング、ボンディング技術、
実装技術などの既存の技術を組み合わせて用いて高密度
実装された電子部品内蔵型回路基板を極めて容易に製造
することがDきる。
施形態の電子部品内蔵型回路基板を説明する。
型回路基板の断面側面図、図2は図1に示した電子部品
内蔵型回路基板に内蔵されている複数のICチップの内
のフェイスアップ状態で実装されているICチップの実
装構造を説明するための電子部品内蔵型回路基板の断面
側面図である。
明の電子部品内蔵型回路基板(以下、単に「回路基板」
と略記する)を指す。この回路基板10には多層構造の
基板に複数のICチップ1A、1Bが能動面の向きを異
にして内蔵されているものである。ICチップ1A、1
Bは外形がほぼ同一構造のベアチップで、それらの能動
面の複数の電極パッドには半田または金製のバンプ2が
形成されている。
されている回路パターンのパッド11に前記のフェイス
ダウン状態で、ICチップ1Bは前記のフェイスアップ
状態で実装されている。即ち、ICチップ1Aはそのバ
ンプ2をパッド11にフリップチップボンドして実装さ
れており、ICチップ1Bはそのバンプ2を上向きにし
たフェイスアップ状態で、その裏面を銀ペースト、異方
性導電膜(ACF)などの接続材12を介してパッド1
1に固定して実装されている。
回路基板200と同様に、導体層が8層構造の基板で示
した。即ち、回路パターンが形成された導体層L1〜L
8の8導体層を備え、各導体層間が絶縁樹脂を印刷など
の手段で形成した絶縁層I1〜I7で硬くて曲がらない
基板構造に仕上げられている。各絶縁層I2〜I7の材
質は、ガラス布に、例えば、エポキシ系樹脂のような熱
硬化性樹脂を含浸させたものであり、絶縁層I1はエポ
キシ系樹脂のような熱硬化性樹脂にフィラーを多く混合
して硬化時の応力緩和を図れるようにしておくとよい。
導体層L1は導体層L2の上方に樹脂付き銅箔を積層す
るかメッキ処理により形成される。
11や配線回路が形成されている。これらは銅箔をエッ
チングまたはメッキ処理によって形成されている。そし
て一部のパッド11にバンプ2が位置するようにICチ
ップ1Aがフェイスダウン状態でフリップチップボンド
されており、ICチップ1Bは接続材12を介して導体
層L2にフェイスアップ状態で電気的、機械的に接続さ
れている。
ッド11はビアH1aを介して導体層L1と接続されて
おり、また、ICチップ1Bの複数のバンプ2はビアH
1bを介して導体層L1に接続されている。
2で接続されており、導体層L3、L4、L5、L6は
ビアH3で、導体層L6は導体層L7にビアH4で、導
体層L7は導体層L8はビアH5で接続されている。
子部品間はビアH2、H3、H4を通じて接続され、そ
れぞれ電子回路の構成要素となる。また、外部の電子回
路へはビアH1a、H1b、H5を介して接続すること
ができる。
放熱の機能を果たす。接続材12は一般的には導電性で
あって、熱または紫外線によって硬化する樹脂に金属系
フィラーを混入させたものである。
1Bの裏面から接続材12を介して、導体層l2、L3
間のビアH2から導体層L3〜L6に形成されたビアH
3を通して内層部または導体層L8側に放熱される。
法は前記の手段と同様であるので、その説明は省略す
る。また、それぞれの導体層L1〜L8には所要の回路
パターンが形成されており、そしてそれらの回路パター
ンにチップ形状の所要の電子部品が必要に応じて接続さ
れているものであるが、その説明も省略する。
工程順に説明する。
れている導体層L2とをベース基板として、その導体層
L2の表面に、例えば、フォトレジスト法によりレジス
ト被膜Rを形成し、ICチップ1Aの外部接続電極を固
定する電極パッドを形成すると共に、印刷にてICチッ
プ1Bの固定用の接続材12である銀ペーストを塗布す
る。
Cチップ1Bのアライメントマークを画像認識などで認
識して、接続材12を介してICチップ1Bをフェイス
アップ状態で導体層L2にボンディングする。
た位置に導電性接着剤を塗布するか異方性導電膜(AC
F)を貼る。
装置により仮固定の後、本圧着する。
1BにそれらICチップ1A、1Bの厚みより少し厚く
絶縁樹脂を印刷し、硬化させて絶縁層I1を形成する。
を形成する。この場合、樹脂付き銅箔を積層するか、銅
箔をプリプレグを挟んで積層するなどの積層プレス方法
とメッキ処理による方法が用いられる。 8)次に、導体層L1のビアH1a、H1bを開ける部
分の銅箔をエッチングし、除去する。
装置を用いてビアH1a、H1bを加工する。レーザと
しては、炭酸ガスレーザまたはエキシマレーザを用い、
導体層L1を基準面としてビアH1a、H1bの底まで
の距離(深さ)及び径が異なるので出力、加工方法の条
件を調整して加工を行う。 10)レーザ加工部分の樹脂残りを除去する(約1μm
程度)。 11)ビアH1a、H1bにメッキ又は導電性ペースト
を埋めて、導電性をもたせる。 12)次に、ビアH1a、H1bが開けられた導体層L
1の表面に配線回路パターンを形成する。
7、導体層L3〜L8、ビアH2〜H5の形成方法は、
図5に示した従来技術の回路基板200の場合と同様で
あるので、それらの説明は省略する。
したICチップ1Bの他の実装構造を示した。このIC
チップ1Bの実装構造は、図1に示したICチップ1B
の絶縁層I1の硬化後で導体層L2に実装されたICチ
ップ1Bのバンプ2が露出するところまで平坦化処理
(研磨)を行い、その後、ビアH1aの加工を行い、メ
ッキ処理によってバンプ2との接続計る。
1に示したビアHia、H1bの深さ及び形状を考慮し
た加工を行う必要がない。
のICチップをフェイスダウンとフェイスアップで実装
する組合せ構造を採ることにより、回路基板外層側との
配線が多いICチップはフェイスアップ状態で実装すれ
ば、比較的簡単に多数の配線を処理することができるば
かりではなく、外層部への接続のためのビア数を増加さ
せる必要がない。従って、本発明の回路基板を組み込ん
だ電子機器はより一層小型化することができる。
プには、比較的消費電力の大きいICチップ、例えば、
中央演算素子(CPU)を実装することができる。
ップの放熱は、その裏面から接続材、導体層の銅ラン
ド、ビアを介して内層部へと熱拡散させることができ
る。
内蔵型回路基板によれば、ICチップのような電子部品
の実装密度を一層上げることができ、その回路基板が組
み込まれる電子機器をより一層小型化、薄型化すること
が可能となる。など、数々の優れた効果が得られる。
板の断面側面図である。
されている複数のICチップの内のフェイスアップ状態
で実装されているICチップの実装構造を説明するため
の電子部品内蔵型回路基板の断面側面図である。
の実装構造を示す断面側面図である。
フリップチップボンドで実装構造を示す断面側面図であ
る。
フェイスダウン状態で実装した実装構造を示す断面側面
図である。
リップチップボンドして組み込んだ実装構造の断面側面
図である。
本発明の一実施形態の電子部品内蔵型回路基板、L1,
L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8…電気導体
層、I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7…電気
絶縁層、H1a,H1b,H2,H3,H4,H5,H
6,H7…ビア、R…レジスト被膜
Claims (6)
- 【請求項1】 配線回路が形成されている基板面に、複
数の外部接続電極が配設されている能動面を備えた少な
くとも2個の電子部品を実装して、該電子部品の上に絶
縁層を形成し、更に該絶縁層の表面に電気導体層を形成
してなる電子部品内蔵型回路基板において、 前記電子部品の一方のものは、前記配線回路に前記能動
面を対向させて前記外部接続電極が接続、実装されてお
り、他方のものは前記電気導体層に前記能動面を対向さ
せて前記外部接続電極が接続、実装されていることを特
徴とする電子部品内蔵型回路基板。 - 【請求項2】 前記絶縁層に前記電気導体層と前記配線
回路との電気的接続を行うビアが形成されていることを
特徴とする請求項1に記載の電子部品内蔵型回路基板。 - 【請求項3】 前記絶縁層に、前記電気導体層と前記配
線回路との電気的接続を行うビアと前記電気導体層と前
記外部接続電極との電気的接続を行うビアとが形成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品内蔵
型回路基板。 - 【請求項4】 前記電子部品が半導体集積回路チップで
あることを特徴とする請求項1に記載の電子部品内蔵型
回路基板。 - 【請求項5】 配線回路が形成されている電気導体層が
被覆されている基板面に、複数の外部接続電極が配設さ
れている能動面を備えた少なくとも2個の第1及び第2
電子部品を、それらの能動面の向きを互いに逆向きにし
て実装されている構造の電子部品内蔵型回路基板を製造
するに当たり、 前記電子部品内蔵型回路基板は、 第1の電気絶縁層と該第1の電気絶縁層の表面に複数の
電極パッドを含む配線回路が形成されている第1の電気
導体層とをベース基板とし、前記複数の電極パッドに前
記複数の外部接続電極を接続して前記第1電子部品を固
定し、前記複数の電極パッドが存在しない前記第1の電
気導体層の部分に前記能動面の裏面側を向け、前記複数
の外部接続電極を接続しないで前記第2電子部品を固定
する第1の工程と、 固定された前記第1電子部品と前記第2電子部品にそれ
らの厚みより少し厚く絶縁樹脂を被着、硬化させて第2
の電気絶縁層を形成する第2の工程と、 該第2の電気絶縁層の表面に第2の電気導体層を被覆す
る第3の工程と、 前記ベース基板の裏面に所定の厚さの絶縁樹脂を被着、
硬化させて少なくとも一層の第3の電気絶縁層を形成す
る第3の工程と、 前記第3の電気絶縁層の表面に第3の電気導体層を形成
する第4の工程と、 前記第1の電気導体層の前記複数の電極パッドに接続さ
れている複数の電極パッドと前記第2の電気導体層とを
電気的に接続するビアを形成する第5の工程と、 前記第1の電気絶縁層と第3の電気導体層とを電気的に
接続するビアを形成する第6の工程と、 前記第2の電気導体層と前記第2電子部品の前記外部接
続電極を接続する第7の工程とを含む工程で製造される
ことを特徴とする電子部品内蔵型回路基板の製造方法。 - 【請求項6】 前記第2の工程における第2の電気絶縁
層の厚みが、固定された前記第1電子部品の厚みより厚
く、前記第2電子部品の前記複数の外部接続電極までの
厚みと同等か、それより少し薄く絶縁樹脂を被着、硬化
させて第2の電気絶縁層を形成し、前記第2の電気導体
層を前記第2の電子部品の前記外部接続電極に直接接続
することを特徴とする請求項1に記載の電子部品内蔵型
回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
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