JP2004079736A - Substrate device with built-in chip and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ(本明細書においては単にチップと略称する)や電子部品等を実装して各種の電子機器に搭載される基板装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板装置は、配線基板の主面上にチップや電子部品等を実装し、各種の電子機器に搭載されている。基板装置には、複数個のチップを搭載して多機能化を図ったいわゆるマルチモジュールも提供されている。かかる基板装置においては、電子機器の多機能化や多機能化或いは小型軽量化や薄型化に伴って、小型軽量化、高密度実装化が求められている。
【0003】
基板装置については、チップとほぼ同等の大きさで実装が行われるチップサイズ実装法や、半導体素子をパッケージに収納しない裸の状態のチップ(本明細書においてはベアチップと称する)を直接実装するベアチップ実装法等の表面実装技術の採用によって大幅な小型化、高密度実装化が図られている。ベアチップ実装法は、一般にチップの端子形成面を上にしてワイヤボンディング法やタブ法により接続を行ったり、チップの端子にはんだや金等のバンプを取り付けた後に反転してはんだや異方性導電性接着剤等で接続するフリップチップ法により接続が行われる。ベアチップ実装法には、KGD(known good die)のベアチップが用いられる。
【0004】
従来の基板装置は、一般に配線基板の主面上にチップや電子部品等を実装することから、実装効率に限界があった。基板装置は、半導体の製造技術の向上によりチップの小型化が図られても、このチップが表面実装される配線基板の配線パターンの微細化に限界があるためにその効果を充分に発揮し得なかった。
【0005】
基板装置においては、チップ等の高密度実装化を図るために、配線基板の内部にチップを収納することによって多層に実装するいわゆる3次元実装化も図られている。例えば特開平6−45763号公報には、一対の外層基板によって挟まれる内層基板の一部に開口部を設けてチップを収納し、開口部に対応して一方の外層基板の主面に形成された配線パターンのパッドにチップを表面実装してなる基板装置(印刷配線板)が開示されている。
【0006】
また、特開平7−106509号公報には、絶縁基材に設けた凹部内にチップを収納して形成した個別の半導体装置を積層してなり、各半導体装置のチップが絶縁基材内に形成した導通路を介して外部基板の端子と接続された基板装置(多層構造半導体装置)が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の3次元実装基板装置は、高密度化が図られるようになるが、いずれもが配線基板に対してチップを表面実装法によって実装する構造であるために微小化されたチップに対応して配線基板の配線パターンを微細かつ精密に形成する必要があった。しかしながら、かかる従来の基板装置も、基板技術によって製作される配線基板の精度が半導体技術によって製作されるチップの精度と大幅に異なるために、微小化されたチップに対応した小型化に限界があった。
【0008】
また、従来の基板装置は、チップの電極にバンプ等を設けて精密に位置決めした状態で配線基板との接続を行ったり、チップの電極と配線基板のランドとの間をワイヤボンディングするといった接続工程が必要であった。さらに、従来の基板装置は、チップと配線基板の配線パターンとの間に適宜の伝送線路を介して引き回しが行われるために伝送線路長が大きくなり、高速処理化や対ノイズ特性が悪くなるといった問題があった。
【0009】
したがって、本発明は、チップの高密度実装を可能として小型化を図るとともに特性向上が図られた廉価で信頼性の高いチップ内蔵基板装置及びその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるチップ内蔵基板装置は、適宜の配線パターンが形成されるとともに一部にチップ装填開口が形成されたコア基板と、チップ装填開口内に装填されるとともに充填した封止樹脂によって封装されることにより電極形成面が主面と略同一面を構成してコア基板に内蔵された少なくとも1個のベアチップとを備える。チップ内蔵基板装置は、コア基板の主面上に、ベアチップの電極形成面に形成された電極とビアとを介して直接接続される配線パターンを有する少なくとも1層の配線層が積層形成されてなる。
【0011】
以上のように構成された本発明にかかるチップ内蔵基板装置によれば、表面に実装されるチップや電子部品とともにコア基板の内部にもベアチップが内蔵されることによって高密度実装化が図られるようになり、電子機器の小型化や多機能化を実現する。チップ内蔵基板装置によれば、内蔵されたベアチップの電極とコア基板の主面上に形成した配線層の配線パターンとがビアを介して直接接続されて接続工程が不要となることから、高速処理化や対ノイズ特性の向上が図られるとともにさらなる小型薄型化やコスト低減も図られる。
【0012】
また、上述した目的を達成する本発明にかかるチップ内蔵基板装置の製造方法は、ベース基板の主面上に剥離層を介して適宜の配線パターンが形成されるとともに一部にチップ装填開口が形成されたコア基板を接合する基板接合工程と、コア基板のチップ装填開口内に電極形成面を剥離層側に向けて少なくとも1個のベアチップを装填するチップ装填工程と、チップ装填開口内にベアチップを保持する封止樹脂を充填する樹脂充填工程と、封止樹脂の硬化後に剥離層を介してベアチップをチップ装填開口内に封装してなるコア基板をベース基板から剥離する基板剥離工程と、ベアチップの電極形成面が略同一面を構成するコア基板の主面上に電極形成面に形成された電極とビアを介して直接接続される配線パターンを有する少なくとも1層の配線層を積層形成する配線層形成工程とを有してなる。
【0013】
以上の工程を有する本発明にかかるチップ内蔵基板装置の製造方法によれば、表面に実装されるチップや電子部品とともにコア基板の内部にもベアチップが内蔵された基板装置が製造されることによって、チップや電子部品の高密度実装化が図られるようになり、電子機器の小型化や多機能化を実現することが可能となる。チップ内蔵基板装置の製造方法によれば、内蔵されたベアチップの電極接続が接続工程を不要としてコア基板の主面上に形成した配線層の配線パターンとビアを介して直接行われることで、伝送線路の短縮化による高速処理化や対ノイズ特性の向上が図られるとともにさらなる小型薄型化が図られた基板装置をコスト低減を図って製造することが可能とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として図面に示した基板装置1の詳細について説明する。基板装置1は、例えば無線通信端末機器の無線送受信回路部に搭載される高周波回路モジュール基板装置であり、図1に示すように一部にチップ装填開口3が形成されたコア基板2と、チップ装填開口3内に装填されたKGB特性のベアチップ4と、このベアチップ4をチップ装填開口3内に保持して封装する封止樹脂層5等によりベース部6が構成されてなる。基板装置1は、コア基板2のビルドアップ形成面7上に成膜された平坦化絶縁層8を介して多層の配線層からなる高周波回路部9が積層形成され、この高周波回路部9の最上層上にチップ10或いは電子部品11等が表面実装されてマルチモジュールを構成する。
【0015】
基板装置1は、詳細を後述するようにコア基板2の内部に収納されたベアチップ4の電極形成面12が、コア基板2の主面と共同して高周波回路部9を積層形成するビルドアップ形成面7を構成する。基板装置1は、ベース部6がビルドアップ形成面7上に形成された高周波回路部9に対する電源系や制御系の配線部或いはマザー基板等への実装部を構成する。
【0016】
コア基板2は、周知の基板技術によって製作された両面配線基板や多層配線基板からなり、図1においては第1層配線基板13と第2層配線基板14とを適宜の絶縁接着剤層等を介して接合した4層構造の基板からなる。コア基板2は、さらに多層構造に構成されるようにしてもよいことは勿論である。コア基板2は、第1層配線基板13の一方主面が図示しないマザー基板等に対する実装面13aを構成し、この実装面13aに適宜の配線パターンとともに多数個の電極15が形成されている。
【0017】
第1層配線基板13は、実装面13aが電極15を除いてソルダレジスト層16により被覆されている。コア基板2は、詳細を省略するが第1層配線基板13に形成したスルーホール17を介して各電極15や配線パターンと主面に形成した第1の配線パターン18とが適宜接続されている。コア基板2は、第2層配線基板14に形成したスルーホール19により、主面に形成した第2の配線パターン20と内装側の配線パターンとが接続されるとともに第1層配線基板13側の第1の配線パターン18とが適宜接続されている。
【0018】
コア基板2には、第1層配線基板13と第2層配線基板14とを貫通してチップ装填開口3が形成されている。チップ装填開口3は、コア基板2の中央部に位置する矩形開口部として図示されているが、第1層配線基板13の第1の配線パターン18及び第2層配線基板14の第2の配線パターン20の未形成領域に形成されればよく、特に形成位置や開口形状について限定されるものではない。また、チップ装填開口3は、コア基板2の複数箇所に形成してもよい。
【0019】
ベアチップ4は、周知のようにウェハの主面上に集積回路が成膜形成された半導体素子をパッケージに収納しない状態で用いられる半導体チップであり、図2に示すように電極形成面12に多数個の電極21が例えばマトリックス状に配列されて形成されている。ベアチップ4は、電極形成面12がコア基板2の第2層配線基板14の主面と略同一面を構成するようにして、チップ装填開口3内に装封止樹脂層5により位置決め保持されて封装される。
【0020】
封止樹脂層5は、例えばエポキシ系樹脂が用いられ、ベアチップ4が装填されたチップ装填開口3内に充填して硬化させることにより形成される。絶縁樹脂層5は、チップ装填開口3内においてベアチップ4を位置決め保持するとともに、このベアチップ4の外周部位においてビルドアップ形成面7の一部を構成する。なお、封止樹脂層5は、例えばプリプレグ等によって成形され、その樹脂成分によってチップ装填開口3に充填されるようにしてもよく、さらに適宜の方法によっても形成される。
【0021】
基板装置1には、図1に示すようにベアチップ4の電極形成面12と対向するウェハの主面側に重ね合わされるようにして放熱プレート22がチップ装填開口3内に収納され、ベアチップ4とともに封止樹脂層5によって固定保持されている。封止樹脂層5には、放熱プレート22と第1層配線基板13の第1の配線パターン18に形成した放熱端子23との間を接続する複数のビア24が形成されている。
【0022】
放熱端子23は、基板装置1がマザー基板に実装された状態において、このマザー基板側に設けられたヒートシンク等の放熱部材と接続されることによって、放熱プレート22とビア24とを介してベアチップ4に発生した熱を放熱する。なお、基板装置1は、ベアチップ4に大きな発熱が生じない場合にはかかる放熱構造を不要とし、チップ装填開口3内にベアチップ4のみが封止樹脂により封止される。
【0023】
以上のように構成されたベース部6は、ビルドアップ形成面7上に薄膜技術によって高精度でかつ微細配線を有する高周波回路部9を積層形成するために、平坦化絶縁層8が形成されている。ベース部6は、第1層配線基板13や第2層配線基板14の基板が有するうねりや凹凸或いは第2層配線基板14の第2の配線パターン20の厚みによる凹凸が高周波回路部9に影響を与える。したがって、ベース部6には、ビルドアップ形成面7を被覆して絶縁層が形成され、この絶縁層に対して研磨処理が施されて平坦化絶縁層8が形成される。なお、平坦化絶縁層8は、研磨処理を必須とするものではなく、平坦層を形成することが可能な一般的な成膜方法、例えばスピンコート法やカーテンコート法等によって形成されるようにしてもよい。
【0024】
高周波回路部9は、薄膜技術によって積層形成されたそれぞれ誘電絶縁層25a乃至27aと配線パターン25b乃至27bとからなる第1配線層25乃至第3配線層27の3層構造からなり、ソルダレジスト層28を介して最上層の第3配線層27に形成された電極29に上述したチップ10や電子部品11が搭載される。高周波回路部9は、第1配線層25の第1配線パターン25bとコア基板2の第1の配線パターン18や第2の配線パターン20とが平坦化絶縁層8及び第1の誘電絶縁層25aを貫通して形成されたビア30を介して適宜接続されている。
【0025】
高周波回路部9は、第1配線層25乃至第3配線層27の第1の配線パターン25b乃至第3の配線パターン27bが層内に適宜形成されたビア31、32を介して層間接続されている。高周波回路部9は、第1配線層25の第1の配線パターン25bとベアチップ4の電極21とが、平坦化絶縁層8及び第1の誘電絶縁層25aを貫通して形成されたビア33を介して直接接続されている。高周波回路部9は、第1配線層25乃至第3配線層27が薄膜技術によって形成されることから、配線パターン25b乃至27bを微細化することが可能であるとともにベアチップ4の電極21群に対応して微細なビア33も形成される。
【0026】
基板装置1においては、上述したようにベース部6に内蔵されたベアチップ4が、フリップチップ接続やワイヤボンディング接続等の接続構造を要せずにコア基板2の上層に積層形成された高周波回路部9とビア33を介して直接接続される。したがって、基板装置1においては、接続工程が簡易化されてコストの低減が図られるとともに伝送線路の短縮化によってノイズの低減或いは信号の高速伝達が図られるようになる。
【0027】
高周波回路部9には、第2配線層26の第2の配線パターン26b内に、薄膜レジスタ34や薄膜インダクタ35或いは薄膜キャパシタ36が成膜形成されている。高周波回路部9は、第1配線層25乃至第3配線層27を薄膜技術によって形成することから、これら受動素子を高精度に形成することが可能であるとともに、第1の配線パターン25b乃至第3の配線パターン27bが微細配線化されて小型が図られる。
【0028】
以上のように構成された基板装置1によれば、高周波回路部9の表面に実装されるチップ10や電子部品11とともにベース部6のコア基板2の内部にもベアチップ4が内蔵されることによって高密度実装化が図られることから無線通信端末機器の小型化や多機能化を実現する。基板装置1によれば、ベース部6側のベアチップ4の電極21と高周波回路部9とがビア33を介して直接接続されることから、接続工程が不要となりコスト低減が図られ、また伝送線路の短縮化によって高速処理化や対ノイズ特性の向上が図られる。
【0029】
上述した基板装置1について、図2乃至図9を参照してコア基板2の製造工程を説明する。なお、コア基板2は、上述したように4層構造の配線基板が用いられるが、以下の製造工程の説明においては簡略化するために両面基板として説明する。また、基板装置1は、1個ずつ製造するように説明するが、例えば大型のコア基板に複数個分が一括して製造され、このコア基板を最終工程で1個分に分断して形成するようにしてもよい。
【0030】
コア基板2は、低誘電率特性でかつ低Tanδ特性、すなわち高周波特性に優れた有機基材、例えばポリフェニールエーテル、ビスマレイドトリアジン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマ、ポリノルボルネン、ガラスエポキシ、フェノール樹脂、ポリオレフィンやセラミック或いはセラミックと有機基材の混合体等からなる基板が用いられる。コア基板2には、機械的剛性と耐熱特性、耐薬品特性を有し上述した基板よりもより廉価なエポキシ系基板等を基板として用いるようにしてもよい。コア基板2は、比較的高価とはなるが、Si基板やガラス基板等の基板を用いるようにしてもよい。
【0031】
コア基板2は、例えば基板の主面に銅箔を接合し、この銅箔に対してフォトリソグラフ処理やエッチング処理等を施して第1の配線パターン18や第2の配線パターン20を形成する。また、コア基板2は、例えばプリプレグによって接合した樹脂付銅箔に対してフォトリソグラフ処理及びエッチング処理等を施して第1の配線パターン18や第2の配線パターン20を形成するようにしてもよい。コア基板2は、基板にドリル加工やレーザ加工によって貫通孔を形成し、めっき処理によってその内壁に導通処理を施した後に導電ペースト埋め込み、めっき処理により蓋付けを行ってスルーホール17、19が形成される。
【0032】
基板装置1の製造工程においては、コア基板2に対して例えばプレス打抜き加工を施して、図2に示すようにチップ装填開口3を形成する工程が施される。チップ装填開口3は、ベアチップ4を装填するに足る開口寸法を有しており、上述したように第1の配線パターン18や第2の配線パターン20の未形成領域に形成されればよく、特に形成位置や開口形状について限定されるものではない。チップ装填開口3は、複数個のベアチップ4が装填される場合にはそれぞれを装填するに足る開口寸法を以って形成され、またコア基板2に複数個が形成されるようにしてもよい。
【0033】
基板装置1の製造工程においては、ベース40に対してコア基板2を接合する工程が施される。ベース40は、特に主面の平坦性を要求されないが、耐熱性や耐薬品性或いは機械的剛性を有するガラス基板やSi基板が用いられる。基板装置1の製造工程においては、ベース40上で複数個が同時に製作されるようにしてもよい。
【0034】
ベース40には、主面上に剥離層41が成膜形成され、この剥離層41上に第2層配線基板14の主面14aを接合面としててコア基板2が接合される。剥離層41は、例えばスパッタ法等により数μm程度の厚みを以って成膜形成された銅やアルミ等の金属薄膜と、この金属薄膜上にスピンコート法等によって数十μm程度の厚みを以って成膜形成されたポリイミド樹脂等の樹脂層からなる。
【0035】
基板装置1の製造工程においては、ベース40上に接合されたコア基板2に対して、ベアチップ4がその電極形成面12側を装填側にしてチップ装填開口3内に装填される工程が施される。ベアチップ4は、例えば適宜の治具を用いてチップ装填開口3内に位置決めされ、この状態において図3に示すようにその電極形成面12がベース40の主面上に載置される。
【0036】
基板装置1の製造工程においては、図4に示すようにベアチップ4を装填したチップ装填開口3内に絶縁樹脂を充填して硬化させることにより封止樹脂層5を形成する工程が施される。封止樹脂層5は、チップ装填開口3内においてベアチップ4を位置決めした状態でコア基板2と一体化するとともに、ベース40の主面に流れ込んだ一部が上述したようにコア基板2の主面と共同してビルドアップ形成面7を構成する。
【0037】
基板装置1の製造工程においては、コア基板2の第1層配線基板13の主面13a上にソルダレジスト層16を全面に亘って形成する工程が施される。ソルダレジスト層16には、例えばフォトリソグラフ処理及びエッチング処理等を施して第1の配線パターン18のランドに対応して開口を形成するパターニングが行われ、この開口から露出されたランドに対して例えばNi−Auめっきを施す電極形成処理が施されて電極15が形成される。
【0038】
基板装置1の製造工程においては、剥離層41を介してコア基板2をベース40から剥離する工程が施される。剥離工程は、コア基板2を接合したベース基板40を酸或いはアルカリ溶液中に浸漬することによって、図5に示すように剥離層41の金属層と樹脂層とを界面としてコア基板2をベース40からきれいに剥離する。コア基板2は、接合面14aに残された樹脂層が、例えば酸素プラズマによるドライエッチング法を施されることによって除去される。コア基板2は、第2層配線基板14の主面14aと、ベアチップ4の電極形成面12及び封止樹脂層5の一部がベース40の主面を基準にして同一面を構成して一体化されてビルドアップ形成面7を構成する。
【0039】
基板装置1の製造工程においては、上述した工程を経て内部にベアチップ4を一体に収納したコア基板2のビルドアップ形成面7上に、図5に示すように平坦化絶縁層8を形成する工程が施される。平坦化絶縁層8は、上述したようにビルドアップ形成面7上に高精度の高周波回路部9を積層形成するために形成され、基板装置1の機能に直接影響を及ぼすものでは無い。平坦化絶縁層8は、高周波回路部9の誘電絶縁層との相性や材料の共通化から同一の絶縁性誘電材で形成することが好ましい。
【0040】
平坦化絶縁層8は、低誘電率特性でかつ低Tanδ特性、すなわち高周波特性に優れた絶縁性誘電材、例えばポリフェニールエーテル、ビスマレイドトリアジン、ポリイミド、液晶ポリマ、ポリノルボルネン、ベンゾシクロブテン或いはエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂が用いられて形成される。平坦化絶縁層8は、塗布均一性や厚み制御性に優れた成膜方法、例えばスピンコート法、カーテンコート法、ローリコート法或いはディップコート法等によって成膜形成される。平坦化絶縁層8は、かかる方法によって形成された後に、必要に応じて例えばアルミナとシリカの混合液からなる研磨材を用いた研磨処理が施されることによって、さらに高精度に平坦化される。
【0041】
なお、平坦化絶縁層8については、例えば第2の配線パターン20の全面を被覆するようにして絶縁誘電層を形成し、この絶縁誘電層に対して第2の配線パターン20を露出するまで化学機械研磨処理を施して平坦化を図るようにしてもよい。平坦化絶縁層8は、この場合に第2の配線パターン20と共同してベース部6に平坦なビルドアップ形成面7を構成する。
【0042】
基板装置1の製造工程においては、上述した工程を経て製造されたベース部6となるコア基板2に対して、ビルドアップ形成面7上に平坦化絶縁層8を介して薄膜技術により高周波回路部9を形成する工程が施される。高周波回路部9の形成工程は、第1配線層25を形成した後に、第2配線層26及び第3層配線層27を積層形成する。高周波回路部9の形成工程は、第1配線層25乃至第3層配線層27がほぼ同様にして形成されることから、第1配線層25について以下代表して説明する。
【0043】
第1配線層25の製造工程は、絶縁性誘電材によって誘電絶縁層25aを形成する工程と、この誘電絶縁層25a上に第1の配線パターン25bを形成する工程とからなる。誘電絶縁層25aの形成工程は、上述した平坦化絶縁層8に用いた絶縁性誘電材と同一の材料が用いられ、スピンコート法等の成膜形成法により均一な厚みで形成される。誘電絶縁層25aは、上述したようにビルドアップ形成面7上に平坦化絶縁層8を介して形成されることから、高精度の膜厚かつ平坦性を有して形成される。
【0044】
誘電絶縁層25aには、図6に示すようにベース部6の第2の配線パターン20に形成された所定の電極部と高周波回路部9の第1配線層25に形成される配線パターン25bの電極部とを適宜接続する多数個のビア30が形成される。ビア30は、誘電絶縁層25aにビアホールを形成してベース部6の第2の配線パターン20に形成された所定の電極部を外方に臨ませる。ビアホールは、絶縁性誘電材として感光性樹脂が用いられた場合に、例えば所定のパターニングを有するマスクを誘電絶縁層25aに取り付けてフォトリソグラフ処理及びエッチング処理等を施して形成される。ビアホールは、絶縁性誘電材として非感光性樹脂が用いられた場合に、例えばフォトレジストや金等の金属膜をマスクとして方向性化学エッチング法やプラズマエッチング法等のドライエッチング処理を施して形成される。ビアホールには、めっき処理によってホールの内壁に導通処理を施した後に導電ペースト埋め込み、さらにめっき処理により蓋付けが行われてビア30を形成する。
【0045】
誘電絶縁層25aには、同様にしてベース部6の第2の配線パターン20とベアチップ4の電極21とを適宜接続する多数個のビア33が形成される。ビア33は、誘電絶縁層25aが高精度の膜厚かつ平坦性を有しており上述した方法によって、ベアチップ4に微細化されて形成された電極21に対応して高精度に形成される。
【0046】
第1の配線パターン25bの形成工程は、誘電絶縁層25a上に例えばスパッタ法等により図7に示すように金属薄膜42を形成する工程と、この金属薄膜42に例えばフォトリソグラフ処理及びエッチング処理等を施して図8に示すように第1の配線パターン25bをパターン形成する工程とからなる。金属薄膜42は、例えばCu、Al、Pt、Au等の導電性に優れた金属材により成膜形成される。なお、金属薄膜42は、誘電絶縁層25aとの密着性を向上させるために例えばCr、Ni、Ti等の金属薄膜をバリア層として予め形成し、このバリア層を介して形成するようにしてもよい。
【0047】
高周波回路部9の製造工程においては、上述した第1配線層25の第1の配線パターン25b上に、第2配線層26と第3配線層27の形成工程が順次施される。第2配線層26及び第3配線層27には、上述したように内部に薄膜受動素子34〜36が成膜形成される。高周波回路部9の製造工程においては、平坦化絶縁層8上に薄膜技術によって第1配線層25乃至第3配線層27を成膜形成することから、高精度の薄膜受動素子34〜36が形成される。
【0048】
以下、薄膜受動素子34〜36の形成工程の一例について説明する。高周波回路部9の製造工程においては、第2の誘電絶縁層26aと第2の配線パターン26bとを被覆して窒化タンタル(TaN)層を成膜形成する。TaN層は、抵抗体として作用するとともに、キャパシタ素子を形成する際に陽極酸化により形成される酸化タンタル(TaO)誘電体膜のベースとして作用する。なお、TaN層は、Taの薄膜であってもよい。高周波回路部9の製造工程においては、キャパシタ素子の下電極部位を露出させる開口部を有するフォトレジスト等からなる陽極酸化マスク層が形成され、陽極酸化処理を行うことによって開口部に対応するキャパシタ素子の下電極部位のTaN層を選択的に陽極酸化する。
【0049】
なお、高周波回路部9の製造工程においては、陽極酸化マスク層を形成せずにTaN層に全面に亘って陽極酸化処理を施した後に、TaN+TaO層をパターニングするようにしてもよい。高周波回路部9の製造工程においては、かかる処理を施すことによってTaN層が表面を陽極酸化されることで、この酸化膜が保護膜としてレジスタ素子を安定化させることが可能となる。
【0050】
高周波回路部9の製造工程においては、第2配線層26及び第3配線層27を例えば銅電解めっき法によって形成するようにしてもよい。高周波回路部9の製造工程においては、第2の誘電絶縁層26a或いは第3の誘電絶縁層27a上に電解取出し用の電極として銅薄膜層を形成する。高周波回路部9の製造工程においては、銅薄膜層上に所定のパターン形状のめっきレジスト層を形成し、電解銅めっき処理を施してパターン開口部に銅めっき層をリフトアップ形成する。高周波回路部9の製造工程においては、めっきレジスト層を洗浄除去するとともにエッチング処理を施して不要な銅薄膜層を除去することで、所定の配線パターンとともに例えば充分な膜厚を有する低周波用インダクタ素子を形成する。
【0051】
高周波回路部9の製造工程においては、薄膜受動素子34〜36がその他の適宜の方法により、高周波回路部9の内部に成膜形成される。高周波回路部9の製造工程においては、スピンコート法等により保護層形成のために一般に用いられるソルダレジストが第3配線層27上に全面に亘って塗布されて、図9に示すようにソルダレジスト層28が形成される。ソルダレジスト層28には、例えばフォトリソグラフ処理及びエッチング処理等が施されて、第3配線層27の電極部に対応してそれぞれ開口部が形成されるとともに、この開口部を介して露出された電極部に例えば無電解Ni−Auめっき等が施されて電極形成が行われる。
【0052】
基板装置1の製造工程においては、上述した第3配線層27の電極部に対して例えばフリップチップ法やリフローはんだ法等の適宜の実装方法によりチップ10や電子部品11が実装される。基板装置1の製造工程においては、図示しないが、電磁ノイズ等の影響を排除するために図示しないシールドカバーが組み付けられる。
【0053】
なお、上述した基板装置1の製造工程においては、ベース部6の第2層配線基板14側にビルドアップ形成面7を構成して高周波回路部9を積層形成するようにしたが、第1層配線基板15側にも同様にして高周波回路部を形成するようにしてもよいことは勿論である。基板装置1の製造工程においては、高周波回路部9を薄膜技術によって内部に高精度の薄膜受動素子と微細な配線パターンとを有する配線層を積層形成するようにしたが、一般的な多層基板の製造プロセスにより形成するようにしてもよい。
【0054】
上述した実施の形態においては、基板装置1として無線通信端末機器の無線送受信回路部に搭載される高周波回路モジュール基板装置への適用例を示したが、かかる基板装置1に限定されるものでは無く種々の基板装置に適用されることは勿論である。基板装置1は、1個のベアチップ4をベース部6内に収納するようにしたが、複数個のベアチップ4を収納するようにしてもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、表面に実装されるチップや電子部品とともにコア基板の内部にもベアチップが内蔵されることによって高密度実装化が図られるようになり、電子機器の小型化や多機能化が図られる。本発明によれば、内蔵されたベアチップの電極とコア基板の主面上に形成した配線層の配線パターンとがビアを介して直接接続されて接続工程が不要となることから、高速処理化や対ノイズ特性の向上が図られるとともにさらなる小型薄型化やコスト低減も図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態として示す高周波回路モジュール基板装置の要部縦断面図である。
【図2】ベアチップを内蔵したコア基板の要部平面図である。
【図3】基板装置の製造工程の説明図であり、コア基板をベースに接合し、チップ装填開口内にベアチップを装填した状態を示す。
【図4】同平坦化絶縁層を形成した状態を示す。
【図5】同コア基板からベースを剥離してベース部を構成した状態を示す。
【図6】ベース部上に高周波回路部を積層形成する工程の説明図であり、第1の誘電絶縁層を形成するとともにビア形成を行った状態を示す。
【図7】同第1の誘電絶縁層上に金属薄膜層を形成した状態を示す。
【図8】同第1の配線パターンを形成した状態を示す。
【図9】同保護層となるソルダレジスト層を形成した状態を示す。
【符号の説明】
1 基板装置、2 コア基板、3 チップ装填開口、4 ベアチップ、5 封止樹脂層、6 ベース部、7 ビルドアップ形成面、8 平坦化絶縁層、9 高周波回路部、10 チップ、11 電子部品、12 電極形成面、13 第1層配線基板、14 第2層配線基板、18 第1の配線パターン、25 第2の配線パターン、20 第1配線層、21 電極、26 第2配線層、27 第3配線層、30 ビア、31 ビア、32 ビア、34 薄膜レジスタ、35 薄膜インダクタ、36 薄膜キャパシタ、40 ベース、41 剥離層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate device that is mounted on various electronic devices by mounting a semiconductor chip (simply abbreviated as a chip in this specification), an electronic component, and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A board device is mounted on various electronic devices by mounting a chip, an electronic component, or the like on a main surface of a wiring board. As the substrate device, a so-called multi-module in which a plurality of chips are mounted to achieve multi-functions is also provided. In such a substrate device, as electronic devices become multifunctional, multifunctional, small, light, and thin, there is a demand for smaller, lighter and higher density mounting.
[0003]
As for the substrate device, a chip-size mounting method in which mounting is performed with a size substantially equal to the chip, or a bare chip in which a bare chip (referred to as a bare chip in this specification) in which a semiconductor element is not housed in a package is directly mounted. By adopting surface mounting technology such as mounting method, significant downsizing and high density mounting are achieved. The bare chip mounting method is generally connected by the wire bonding method or the tab method with the terminal formation surface of the chip facing up, or by attaching bumps such as solder or gold to the chip terminals and then reversing to solder or anisotropic conductive Connection is performed by a flip-chip method in which the connection is made with a conductive adhesive or the like. In the bare chip mounting method, a bare chip of KGD (known good die) is used.
[0004]
Conventional board devices generally have a limitation in mounting efficiency because chips and electronic components are mounted on the main surface of the wiring board. Even if the size of the chip is reduced by improving semiconductor manufacturing technology, the board device can exert its effect sufficiently because there is a limit to the miniaturization of the wiring pattern of the wiring board on which this chip is surface-mounted. There wasn't.
[0005]
In the substrate device, so-called three-dimensional mounting is realized in which the chips are accommodated in a multilayer by housing the chips inside the wiring board in order to achieve high-density mounting of chips and the like. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-45763, an opening is provided in a part of an inner layer substrate sandwiched between a pair of outer layer substrates to accommodate a chip, and formed on the main surface of one outer layer substrate corresponding to the opening. A substrate device (printed wiring board) in which a chip is surface-mounted on a pad of a wiring pattern is disclosed.
[0006]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-106509 discloses that individual semiconductor devices formed by housing chips in a recess provided in an insulating base material are stacked, and the chips of each semiconductor device are formed in the insulating base material. A substrate device (multilayered structure semiconductor device) connected to a terminal of an external substrate through a conductive path is disclosed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Although the above-described conventional three-dimensional mounting board devices can achieve higher density, all of them have a structure in which the chip is mounted on the wiring board by the surface mounting method, so that the chip can be miniaturized. Thus, it is necessary to form the wiring pattern of the wiring board finely and precisely. However, such a conventional substrate device has a limit in miniaturization corresponding to a miniaturized chip because the accuracy of the wiring board manufactured by the substrate technology is significantly different from the accuracy of the chip manufactured by the semiconductor technology. It was.
[0008]
In addition, the conventional substrate apparatus has a connection process in which bumps are provided on the chip electrodes and the wiring substrate is connected in a precisely positioned state, or wire bonding is performed between the chip electrodes and the land of the wiring substrate. Was necessary. Furthermore, the conventional board device is routed through an appropriate transmission line between the chip and the wiring pattern of the wiring board, so that the transmission line length is increased, and high-speed processing and anti-noise characteristics are deteriorated. There was a problem.
[0009]
Accordingly, the present invention has been proposed for the purpose of providing a low-cost and highly reliable chip-embedded substrate device capable of achieving high-density mounting of chips and reducing the size and improving the characteristics, and a method for manufacturing the same. It is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A chip built-in substrate device according to the present invention that achieves the above-described object is provided with a core substrate in which an appropriate wiring pattern is formed and a chip loading opening is partially formed, and the chip loading opening is loaded and filled. By being sealed with a sealing resin, the electrode forming surface includes substantially the same surface as the main surface, and includes at least one bare chip built in the core substrate. The chip built-in substrate device is formed by laminating at least one wiring layer having a wiring pattern directly connected via electrodes and vias formed on the bare chip electrode forming surface on the main surface of the core substrate. .
[0011]
According to the chip-embedded substrate device according to the present invention configured as described above, high-density mounting can be achieved by incorporating the bare chip inside the core substrate together with the chip and electronic component mounted on the surface. As a result, downsizing and multi-functionalization of electronic devices will be realized. According to the chip-embedded substrate device, the electrode of the built-in bare chip and the wiring pattern of the wiring layer formed on the main surface of the core substrate are directly connected via vias, so that a connection process is unnecessary, so that high-speed processing is possible. And improvement in noise resistance, and further reduction in size and cost and cost.
[0012]
In addition, in the method for manufacturing a chip-embedded substrate device according to the present invention that achieves the above-described object, an appropriate wiring pattern is formed on the main surface of the base substrate via a release layer, and a chip loading opening is formed in part. A substrate bonding step of bonding the core substrate formed, a chip loading step of loading at least one bare chip with the electrode forming surface facing the release layer in the chip loading opening of the core substrate, and a bare chip in the chip loading opening A resin filling step of filling the holding sealing resin, a substrate peeling step of peeling the core substrate formed by sealing the bare chip in the chip loading opening via the peeling layer after the sealing resin is cured, and the bare chip At least one layer having a wiring pattern that is directly connected to the electrode formed on the electrode forming surface and vias on the main surface of the core substrate, the electrode forming surfaces constituting substantially the same surface It made and a wiring layer forming step of laminating forming a line layer.
[0013]
According to the method for manufacturing a chip-embedded substrate device according to the present invention having the above steps, by manufacturing a substrate device in which a bare chip is built in the core substrate together with a chip and an electronic component mounted on the surface, Chips and electronic components can be mounted at high density, and electronic devices can be miniaturized and multi-functionalized. According to the method for manufacturing a chip-embedded substrate device, the electrode connection of the embedded bare chip is directly performed via the wiring pattern and via of the wiring layer formed on the main surface of the core substrate without the need for a connection process. It is possible to manufacture a substrate device that achieves high-speed processing by shortening the line and improves the anti-noise characteristic, and is further reduced in size and thickness.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, details of the
[0015]
As will be described in detail later, the
[0016]
The
[0017]
In the first
[0018]
A
[0019]
As is well known, the
[0020]
The sealing
[0021]
In the
[0022]
When the
[0023]
In the base portion 6 configured as described above, a
[0024]
The high-
[0025]
In the high-
[0026]
In the
[0027]
In the high-
[0028]
According to the
[0029]
With respect to the
[0030]
The
[0031]
For example, the
[0032]
In the manufacturing process of the
[0033]
In the manufacturing process of the
[0034]
A
[0035]
In the manufacturing process of the
[0036]
In the manufacturing process of the
[0037]
In the manufacturing process of the
[0038]
In the manufacturing process of the
[0039]
In the manufacturing process of the
[0040]
The planarizing insulating
[0041]
For the
[0042]
In the manufacturing process of the
[0043]
The manufacturing process of the
[0044]
As shown in FIG. 6, the dielectric insulating
[0045]
Similarly, a large number of
[0046]
The
[0047]
In the manufacturing process of the high-
[0048]
Hereinafter, an example of the formation process of the thin film passive elements 34 to 36 will be described. In the manufacturing process of the high-
[0049]
In the manufacturing process of the high-
[0050]
In the manufacturing process of the high-
[0051]
In the manufacturing process of the high-
[0052]
In the manufacturing process of the
[0053]
In the manufacturing process of the
[0054]
In the above-described embodiment, the application example to the high-frequency circuit module substrate device mounted on the wireless transmission / reception circuit unit of the wireless communication terminal device is shown as the
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a bare chip is built in the core substrate together with a chip and an electronic component mounted on the surface, so that high density mounting can be achieved. Miniaturization and multifunctionalization can be achieved. According to the present invention, since the electrode of the built-in bare chip and the wiring pattern of the wiring layer formed on the main surface of the core substrate are directly connected via the via, a connection process is not required, so that high-speed processing and In addition to improving the anti-noise characteristic, further downsizing and thinning and cost reduction can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a high-frequency circuit module substrate device shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an essential part of a core substrate incorporating a bare chip.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a substrate device, showing a state where a core substrate is bonded to a base and a bare chip is loaded into a chip loading opening;
FIG. 4 shows a state in which the planarization insulating layer is formed.
FIG. 5 shows a state in which the base is formed by peeling the base from the core substrate.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a process of forming a high-frequency circuit portion on the base portion, showing a state in which a first dielectric insulating layer is formed and a via is formed.
FIG. 7 shows a state in which a metal thin film layer is formed on the first dielectric insulating layer.
FIG. 8 shows a state in which the first wiring pattern is formed.
FIG. 9 shows a state in which a solder resist layer to be the protective layer is formed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記チップ装填開口内に装填されるとともに充填した封止樹脂によって封装されることにより電極形成面が主面と略同一面を構成して上記コア基板に内蔵された少なくとも1個のベアチップとを備え、
上記コア基板の主面上に、上記ベアチップの電極形成面に形成された電極とビアを介して直接接続される配線パターンを有する少なくとも1層の配線層が積層形成されることを特徴とするチップ内蔵基板装置。An appropriate wiring pattern is formed, and a core substrate in which a chip loading opening is formed in part,
And at least one bare chip built in the core substrate in which the electrode forming surface is substantially flush with the main surface by being filled in the chip loading opening and sealed with the filled sealing resin. ,
A chip characterized in that at least one wiring layer having a wiring pattern directly connected via electrodes and vias formed on the electrode forming surface of the bare chip is laminated on the main surface of the core substrate. Built-in board device.
上記コア基板のチップ装填開口内に、電極形成面を上記剥離層側に向けて少なくとも1個のベアチップを装填するチップ装填工程と、
上記チップ装填開口内に、上記ベアチップを保持する封止樹脂を充填する樹脂充填工程と、
上記封止樹脂の硬化後に、上記剥離層を介して上記ベアチップを上記チップ装填開口内に封装してなる上記コア基板を上記ベース基板から剥離する基板剥離工程と、
上記ベアチップの電極形成面が略同一面を構成する上記コア基板の主面上に、上記電極形成面に形成された電極とビアを介して直接接続される配線パターンを有する少なくとも1層の配線層を積層形成する配線層形成工程と
を有することを特徴とするチップ内蔵基板装置の製造方法。A substrate bonding step of bonding a core substrate in which an appropriate wiring pattern is formed and a chip loading opening is formed in part through a release layer on the main surface of the base substrate;
A chip loading step of loading at least one bare chip with the electrode formation surface facing the release layer in the chip loading opening of the core substrate;
A resin filling step of filling the chip loading opening with a sealing resin for holding the bare chip;
A substrate peeling step of peeling the core substrate formed by sealing the bare chip in the chip loading opening via the release layer after the sealing resin is cured;
At least one wiring layer having a wiring pattern that is directly connected to the electrodes formed on the electrode forming surface via vias on the main surface of the core substrate on which the electrode forming surface of the bare chip constitutes substantially the same surface And a wiring layer forming step of stacking and forming a chip-embedded substrate device.
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